1980년대 이후 국내 하 폐수 처리시설에 대한 지속적인 투자로 하수도 보급률이 90%에 이를 만큼 비약적으로 확충되었다. 21세기 들어 물 부족에 대비한 대체수자원 확보, 기후변화 등 지구환경문제에 대비한 에너지 절감 및 생산, 하천 호소의 지속적인 수질개선 요구 등 사회적 환경적 영향 요소를 감안할 때 더욱 고도화된 선진 하 폐수 처리기술이 필수적이다. 신개념 처리기술은 수질유해물질 및 독성관리기술 등 초고도 처리기술, 맞춤형 재이용기술, 에너지 절감 회수 활용 기술을 유기적으로 조합 연계하는 기술이다. 이러한 선진 처리기술은 국내 수질환경개선은 물론 개도국을 중심으로 급성장세를 보이는 국제 환경시장에서의 경쟁력 확보의 토대가 될 것이므로 글로벌 탑 수준을 지향하는 하 폐수 고도처리 기술개발 사업에서는 상기 기술 분야를 중점 개발하고자 한다. 본 사업단은 방류수 고품질화. 재이용 기술 분야, 에너지자립 분야, 통합관리 분야로 구분, 향후 1단계 5개년(2011-2015) 사업을 본격 추진할 예정이다.

전기방사법을 이용하여 제조된 pelyestersulfone (PES)-bovin albumin serum (BSA) 친화막에 대하여 L-tryptophan에 대한 흡착특성을 연구하였다. FESEM과 Image Analyzer를 이용하여 방사조건에 따른 섬유의 직경분포를 비교분석 함으로써 섬유의 직경을 조절할 수 있음을 알았다. 또한, 2,2,3,4,4,4-Hexafluoro-1-butanol (HFB)와 BSA의 함량증가에 따른 미세섬유 발생빈도가 높아져서 Darcy 투과도, 기계적 물성, 발수성이 증가한다는 것을 알았다. L-tryptophan의 용출량은 tris-HCl 완충용액보다 borate-DMSO 완충용액에서 높았으며, A 8022형 BSA보다 A 7906형 BSA가 높은 용출량을 보였다. 이러한 결과는 BSA의 종류에 따른 그 특성에 기인하는 것으로 A 7906형은 A 8022형보다 순도가 높고 분자량 분포가 고르며, 사용 pH 환경이 더욱 안정적이기 때문이다.

전기방사를 이용하여 polyethersulfone (PES)-bovin albumin serum (BSA) 단백질 친화막을 제조하였으며, 이때 전기방사에 의한 공정상의 문제점을 용해도가 높고, 끓는점이 높은 2,2,3,4,4,4-Hexafluoro-1-butanol (HFB)를 공용매로 사용함으로써 해결하였다. 또한 공용매는 최적의 온도, 습도 범위를 확대시켜줌으로써 친화막의 대량 생산이 용이하리라 생각한다. 제조된 친화막은 biuret test를 통하여 친화막의 색깔이 무색에서 보라색으로 변함으로써 PES 섬유 내 BSA가 존재함을 확인할 수 있었다. 완충용액의 조성 성분 중 dimethyl sulfoxide (DMSO)는 세척과정에서 BSA와 L-tryptophan사이의 해리를 제어함으로써 용출과정에서 비교실험보다 약 5배의 높은 용출량을 보여주었다.

본 연구에서는 Polyethylene (PE, Asahi) 이차전지용 막의 표면불소화를 통해 기계적 강도 및 열적 안정성과 고출력에서의 안정성을 높이기 위한 연구를 실시하였다. 전자주사현미경(scanning electron microscope, SEM), 접촉각(contact angle)을 통하여 불소가스 노출시간에 따른 막의 표면과 구조의 변화를 관찰하고, 인장강도와 표면 친수성 실험을 통하여 막의 기계적 물성을 확인하였다. 제조된 막의 전기화학적 특성을 확인하기 위하여 충/방전 실험, 수명특성. 고율방전시험을 실시하여 고출력에서 온도에 대한 안정성이 향상되었음을 확인하였다.

Polyethersulfone (PES)와 Bovine Serum Albumin (BSA) 용액으로 전기방사법을 이용하여 단백질 친화막을 제조하였다. 방사운전조건(방사용액의 농도, 전압, 방사속도, 방사거리)을 다양하게 조절하여 나노섬유의 크기를 관찰하였으며, 최적의 친화막 제조 조건을 확인할 수 있었다. XPS와 FT-IR로써 PES와 BSA의 결합을 확인하였으며, PES-BSA 나노섬유의 최적 방사 온도와 습도는 20~22℃와 45~55% 임을 알 수 있었다. 또한 PES 함량이 증가할수록 섬유의 크기가 증가하고, BSA의 경우 나노섬유의 크기에 큰 영향이 없음을 알았다. PES 7 wt%, BSA 0.7 wt%. Hexafluropropanol (HFP) 92.3 wt%의 용액을 이용하여 전압 10.0 kV, 방사거리 10 cm, 방사속도 1.0 mL/hr의 조건에서 방사한 경우 균일한 크기의 PES-BSA 나노섬유가 얻어졌다.

연구에서는 비대칭 polyvinylidene fluoride (PVDF)막을 기질막으로 하여 Pore-filled 이온교환막을 제조하였다. 먼저 다공성 PVDF막의 기공에 80%의 chloromethylate aryl ring을 가지고 있는 poly(vinylbenzyl chloride) (PVBCI)과 1,4- diaminobicyclo［2,2,2］octane (DABCO)을 tetrahydrofuran (THF)와 dimethylforamide (DMF)가 8:2로 혼합된 용액에 녹여서 채워 넣고 겔화시킨 후, 남아 있는 chloromethyl group에 trirnethylamine (TMA, 40 wt% in water)을 이용하여 양이온 암모니움 site를 형성시키면 pore-filled 음이온교환막이 형성된다. 이와 같이 2단계의 제조 방식으로 제조된 pore-filled 막은 크기의 변화가 없으며, 가교도의 조절로써 최종 막의 특성이 간단하게 조절되는 것을 보여주었다. SEM과 AFM의 표면촬영의 결과로부터 기질막의 기공 내에 고분자겔의 존재를 확인하였다. 투과도와 배제율에 많은 영향을 미치는 용매를 조사한 결과 tetrahydrofuran (THF)만을 사용하여 제조한 막보다 THF와 DMF를 함께 사용할 때 더 우수한 막이 제조되었다. 제조된 최종 막의 수투과도 조사결과, 가교도 10% 막의 경우 아주 낮은 압력에서(100 Kpa) 전형적인 한외여과막의 투과도(8∼10 kg/m2hr)를 보여주었으며 배제율 또한 우수한 결과(55∼60%)를 보여주었다. 압력에 대한 pore-filled 이온교환막의 성능을 관찰한 결과 압력이 증가할수록 투과도와 배제율은 함께 증가하였다.

Ethyl cellulose(EC)와 platinum(II) acetylacetonate(Pt), rhodium(III)acetylacetonate(Rh)를 이용하여 용매증발법으로 고분자-금속 착체막을 제조하였다. 이때 최종 분리막의 제막조건을 최적화하기 위하여 금속염의 조성을 변화시켰다. (0.3-4.0 wt%). FTIR을 이용하여 EC-금속착체막을 분석하였으며 SEM을 이용하여 막의 구조를 관찰하였다. 그리고 산소, 질소, 이산화탄소, 메탄 가스들의 투과성능을 조사하였다. 금속염들은 모든 가스들의 선택도의 감소없이 투과도를 향상시킨다는 것을 알 수 있었다 그러나 Pt의 경우 산소와 질소가스의 투과성능에 더 영향이 있었으며, Rh은 이산화탄소와 메탄가스의 투과도에 더 영향이 있음을 알 수 있었다. EC-Pt 착체막의 경우에는, Pt의 산소와의 친화력특성에 기인하여 산소/질소의 선택도가 증가(37%)하는 것을 보여주었다.