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세라믹 분리막은 높은 열적, 화학적 안정성을 갖기 때문에 극한의 조건에서 운전되는 다양한 산업 공정에 적용할 수 있다. 그러나 투과도와 기계적 강도의 trade-off 현상에 의한 세라믹 분리막 활용에 제약이 있어, 고투과성-고강도 분리막 의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 상전이-압출법으로 알루미나 중공사 분리막을 제조하고, 고분자 바인더의 종류와 그 혼합 비에 따른 분리막의 특성 변화를 관찰하였다. 용매인 DMAc (Dimethylacetamide)와 고분자 바인더의 한센 용해도 인자를 비 교하면, PSf (polysulfone)가 DMAc와 높은 용해도 특성을 갖기 때문에 도프 용액의 점도와 토출압력이 높게 나타나 분리막 내부가 치밀한 구조로 형성되기 때문에 높은 기계적 강도를 갖으나 수투과도가 감소하는 것으로 확인되었다. 그에 반해, PES (polyethersulfone)를 이용하여 분리막을 제조하면 기계적 강도가 다소 감소하고 수투과도가 증가하는 것으로 나타났다. 따라 서 분리막 성능과 물성을 최적화하기 위해 PSf와 PES를 혼합하여 분리막을 제조하였으며, 9:1로 혼합하여 제조된 분리막에 서 최적화된 수투과도와 기계적 강도를 얻을 수 있었다.
Ceramic membranes are generally used for various industrial processes operating under extreme conditions because of its high thermal and chemical stability. However, due to the trade-off phenomenon of permeability and mechanical strength, preparation of high permeability-high strength membrane is necessary. In this study, the change in characteristics and performances of ceramic membranes was analyzed depending on the type of polymer binder and its mixing ratio. Because the solubility between solvent and polymer binder was higher in PSf (polysulfone) than in PES (polyethersulfone), the viscosity and discharge pressure of the PSf-based dope solution were higher than those of PES-based dope solution. When PSf was used as a polymer binder, ceramic membrane showed high mechanical strength and low water permeability due to the dense structure. On the other hand, in case of PES, the mechanical strength was slightly reduced and the water permeability was increased. It was confirmed that the optimum mixing ratio of the PSf and PES with high water permeability and mechanical strength was 9:1.
2. 실 험
2.1. 재료
2.2. 세라믹 중공사막 제조
2.3. 도프용액의 점도 및 토출압 측정
2.4. 분리막 특성 및 성능평가
3. 결과 및 고찰
3.1. 고분자 바인더의 종류 및 혼합비에 따른 도프용액의 점도 및 토출압력에 대한 영향
3.2. 알루미나 중공사 분리막 구조 분석
3.3. 분리막 기공 크기 분석
3.4. 분리막의 수투과도 및 기계적 강도
4. 결 론
Reference
