Synthetic membrane processes are being increasingly integrated into existing reaction, isolation, and recovery schemes for the production of valuable biological molecules. In many cases they are replacing traditional unit processes. The properties of membrane systems which are most often exploited for both upstream and downstream processing and their permselectivity, high surface area per unit volume, are their potential for controlling the level of contact and/or mixing between two separate phases. Advances in both membrane materials and module design and operation have led to better control of concentration polarization and membrane fouling. After presenting some recent advances in membrane materials and fluid mechanics, we demonstrate how membranes have been integrated into cellular and enzymatic reaction schemes. This is followed by a review of established and emerging synergism between biological processes and synthetic membranes.
A curved channel duct is designed, built and used specifically to produce Dean vortices as a result of flow around a 180℃ curve. We present evidence using optical reflection of the existmace of the vortices in the curved section and following flat section. Also, three different feed soludons(DI water, a monodispersed styrene-divinyl-benzene latex particle suspension and a yeast suspension) were used to determine the effectiveness of Dean instabilities to destabilize polarization layers. For each suspension, the flux data were compared as a function of time for flow conditions with and without Dean vortices, for a 0.2μm microfiltration membrane. Any permeation flux improvement was not sustained for 2.0Dec due to the vortex-decay in the flat section after the curved channel, but a 15~30% permeation improvement was obtained for 3.8Dec
최근 십여년동안 자원, 에너지, 환경의 모든 면에서 기능성막의 역할이 증대해짐에 따라 기능성막에 대해 큰 관심이 모아지고 있다. 기존하는 기능성막의 소재면에서 볼 때 고분자막(고체막), 액체막으로 대별할 수 있으며, 이들의 경우 해수의 담수화, 원료 및 제품의 분리, 농축, 정제, 회수공정 또한 석유화학분야에서 고효율·고선택성 기체혼합물 분리, 산업용 폐수처리분야 뿐 만 아니라, 태양에너지의 효과적인 이용, 전도성, 감광성, 광학특성막 등을 이용한 각종 센서제조 등 실로 광범위한 분야에서 응용되어지고 있다. 기능성막의 관점에서 볼 때, 고기능·고효율·고선택성을 가지는 막은 생태계에 존재하는 생체막이 가장 이상적이라 할 수 있다.
여러 크기의 이중실관 생물 반응기에서의 Aspergillus niger(KCTC 1232)를 이용한 구연산 생산 실험을 수행하였다. 초종 세포농도는 세포 성장구간 기준으로 300g/l에 달하였다. 공기와 산소의 공급 조건하에서의 단위 용적당의 생산성은 각각 0.63, 0.02g/l.h였고 이는 회분식 발효에 대해 10, 16배 증가한 결과이다. 공급배지의 초기 pH는 구연산의 생산에 중요한 요소이며 pH가 낮을수록 높은 구연산 생산수율을 얻을 수 있었다. Scale-up의 가능성을 알아보기 위해 반응기 unit와 배지의 공급속도를 변화시킨 결과 반응기 unit와 배지 공급속도의 증가는 기질의 높은 소비속도로 인해 생산성의 증가를 가져왔다.
Poly(n-butyl methacrylate)(PnBMA)에 의한 메탄가스의 용해도를 35atm의 압력까지 측정하였다. 용해도의 측정은 -10℃ 에서 30℃ 까지의 온도범위에서 용적법에 의하여 실시하였다. PnBMA에 의한 메탄가스의 용해도는 유리 전이온도 이하에서 측정압력에 대하여 비선형으로 나타났으며, dual-mode sorption model로 만족스럽게 해석할 수 있었다. Langmuri capacity constant는 온도가 증가할수록 감소하였으며 유리전이온도 근처에서 영이 되며, 용해도 등온선은 유리 전이온도 이상에서는 직선으로 나타났다. Dual-mode sorption parameter의 온도 의존성도 고찰하였다.
여러가지 고분자막을 이용하여 N2-SO2 혼합기체를 분리하는 데 있어서 압력, 온도 등을 조작변수로 하여 투과계수와 분리인자를 계산하고 이에 따른 기체투과 특성을 규명하고 분리성능을 측정하였다. 실험한 압력의 범위는 0.1~1.0 MPa이었으며, 온도범위는 283~303 K이었다. 압력이 커질수록 투과계수와 분리인자가 증가하였으나, 온도증가에 따라 투과계수와 분리인자는 감소하였다. 본 실험에서 사용된 막 중 Film-Tech사의 FT-30이 N2-SO2 혼합기체의 분리능력이 가장 뛰어난 것으로 나타났다.