연구에서는, 전기방사법을 이용하여 산화철-산화그래핀(Fe3O4/GO, metallic graphene oxide; MGO)이 도입된 PVdF/MGO 복합나노섬유(PMG)를 제조하였으며, 이를 활용하여 비소제거에 대한 특성 평가를 진행하였다. MGO의 경우 In-situ-wet chemical 방법으로 제조하였으며, FT-IR, XRD분석을 진행하여, 형태와 구조를 확인하였다. 나노섬유 분리막의 기 계적 강도 개선을 위하여 열처리과정을 진행하였으며, 제조된 분리막의 우수한 기계적 강도 개선 효과를 확인할 수 있었다. 그러나, PMG 막의 경우, 도입된 MGO의 함량이 증가할수록 기계적 강도가 감소되는 경향성을 보여주었으며, 기공크기 분석 결과로부터, 0.3~0.45 μm의 기공크기를 가진 다공성 분리막이 제조되었음을 확인할 수 있었다. 수처리용 분리막으로의 활용 가능성 조사를 위해, 수투과도 분석을 실시하였다. 특히, PMG2.0 샘플의 경우 0.3 bar 조건에서, PVdF 나노섬유막(91 kg/m2h)에 비해 약 70% 향상된 결과값(153 kg/m2h)을 나타내었다. 또한, 비소 흡착실험 결과로부터, PMG 막의 경우, 비소3 가와 5가에 최대 81%, 68%의 높은 제거율을 보여주었으며, 흡착등온선 분석으로부터, 제조된 PMG 막의 경우 비소3가, 5가 모두 Freundlich 흡착거동을 따른다는 것을 확인하였다. 위 모든 결과로부터, PVdF/MGO 복합 나노섬유 분리막은 비소제거 및 수처리용 분리막으로 충분히 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

In this study, the PVdF/MGO composite nanofiber membranes (PMGs) introducing Iron oxide-Graphene oxide (Fe3O4/GO, Metallic graphene oxide; MGO) was prepared via electrospinng method and its arsenic removal characteristics were investigated. The thermal treatment was carried out to improve the mechanical strength of nanofiber membranes and then the results showed that of outstanding improvement effect. However, in case of PMGs, the decreasing tendency of mechanical strength was indicated as increasing MGO contents. From the results of pore-size analysis, it was confirmed that the porous structured membranes with 0.3 to 0.45 μm were prepared. For the water treatment application, the water flux measurement was carried out. In particular, PMG2.0 sample showed about 70% improved water flux results (153 kg/m2h) compared to that of pure PVdF nanofiber membrane (91 kg/m2h) under the 0.3 bar condition. In addition, the PMGs have indicated the high removal rates of both As(III) and As(V) (up to 81% and 68%, respectively). Based on the adsorption isotherm analysis, the adsorption of As(III) and As(V) ions were both more suitable for the Freundlich. From all of results, it was concluded that PVdF/MGO composite nanofiber membranes could be utilized as a water treatment membrane and for the Arsenic removal applications.

• Wongi Jang(Department of Chemical Engineering, Keimyung University) | 장원기
• Jian Hou(Department of Chemical Engineering, Keimyung University) | 후건
• Hongsik Byun(Department of Chemical Engineering, Keimyung University) | 변홍식
• Jae Yong Lee(KM Corp) | 이재용 Corresponding author