본 연구에서는 Na2SO4 폐수 처리를 위한 바이폴라막 전기투석(bipolar membrane electrodialysis, BPED)에 적용하 기 위한 sulfonated poly(phenylence oxide) (SPPO) 기반 강화 양이온교환막(cation-exchange membrane, CEM)을 제조하고 그 성능을 평가하였다. 특히, 다양한 open area, opening size, 두께를 가지는 직조형 지지체를 사용하여, 지지체가 강화막의 물리 적 및 전기화학적 특성에 미치는 영향을 분석하였다. 실험 결과, open area와 opening size가 증가할수록 이오노머의 충진율 이 증가하고 이온 전도 경로가 개선되어 막의 전기적 저항이 감소하고 함수율은 증가하는 경향성을 나타내었다. 한편, OH- 이온은 함수율이 높은 조건에서 막을 통해 더 쉽게 투과하였으며, SO4 2‒ 이온은 지지체의 특성과는 상관없이 전반적으로 낮 은 투과도를 나타내었다. 또한 제조막의 특성과 산/알칼리 조건에서의 내화학성을 종합적으로 고려한 결과, polypropylene (PP)이 가장 적합한 보강재 소재로 판단되었으며, 이를 활용하여 제조한 강화막은 상용막 대비 우수한 인장강도와 구조적 안 정성을 나타내었다. 개발된 강화 CEM을 BPED에 적용한 결과, 상용막 대비 막을 통한 SO4 2‒ 누출이 현저히 억제되어 산/염 기 순도, 전류 효율, 및 에너지 효율이 향상됨을 확인할 수 있었다.

In this study, a reinforced cation-exchange membrane (CEM) based on sulfonated poly(phenylene oxide) (SPPO) was fabricated for use in bipolar membrane electrodialysis (BPED) for Na2SO4 wastewater treatment, and its performance was evaluated. In particular, the effects of the support on the physical and electrochemical properties of the reinforced membrane were analyzed using woven fabric supports with varying open areas, opening sizes, and thicknesses. The experimental results showed that as the open area and opening size increased, the ionomer filling ratio improved, enhancing the ion conduction path and this, in turn, tended to reduce the electrical resistance of the membrane and increase its water content. Meanwhile, OH‒ ions permeated more easily through the membrane under conditions of high water content, while SO4 2⁻ ions exhibited consistently low permeability regardless of the support characteristics. Additionally, polypropylene (PP) was identified as the most suitable reinforcing material, based on a comprehensive evaluation of the membrane’s properties and its chemical resistance under acidic and alkaline conditions. The reinforced membrane fabricated using PP support demonstrated superior tensile strength and structural stability compared to commercial membranes. When the developed reinforced CEM was applied to BPED, SO4 2‒ leakage through the membrane was significantly reduced compared to that of a commercial membrane, thereby improving acid/base purity, current efficiency, and energy efficiency.

요 약
Abstract
1. 서 론
2. 실험 방법
    2.1. SPPO 강화막 제조
    2.2. 이온교환막 특성 분석
    2.3. Co-ion leakage 평가
    2.4. BPED 성능 평가
3. 결과 및 고찰
4. 결 론
감 사
Reference

• 강문성(상명대학교 그린화학공학과) | Moon-Sung Kang (Department of Green Chemical Engineering, Sangmyung University, Cheonan 31066, Republic of Korea) Corresponding author
• 이지현(상명대학교 그린화학공학과) | Ji-Hyeon Lee (Department of Green Chemical Engineering, Sangmyung University, Cheonan 31066, Republic of Korea)