간행물
멤브레인 KCI 등재 Membrane Journal
- 발행기관 한국막학회
- 자료유형 학술지
- 간기 격월간
- ISSN 1226-0088 (Print)2288-7253 (Online)
- 수록기간 1991 ~ 2024
- 주제분류 공학 > 화학공학 공학 분류의 다른 간행물
- 십진분류KDC 570DDC 660
권호리스트/논문검색
Volume32 No.1 (2022년 2월) 9건
1.
2022.02
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그래핀옥사이드는 우수한 물리적 특성 및 가공성으로 멤브레인 소재로 각광받고 있다. 특히, 이론적 예측과 실험 적인 접근을 통해 그래핀옥사이드의 원자 수준의 얇은 두께, 뛰어난 기계적 강도, 높은 수준의 내화학성, 기공 생성이 가능한 2차원 구조 또는 기체 확산 유로 생성이 가능한 적층구조 등 멤브레인 소재로서 매우 유리한 특성들을 보유하고 있음이 밝혀 졌다. 또한 그래핀옥사이드에서의 분자 투과 거동은 적층된 그래핀옥사이드 사이의 채널 크기에 따라 영향을 받는다는 것이 발견되었다. 그 후, 이러한 특성을 응용하여 그래핀옥사이드를 멤브레인 소재로 활용하기 위해 많은 연구가 집중적으로 진행 되고 있다. 본 총설에서는 그래핀옥사이드의 고유 특성을 기반으로 멤브레인 분야로의 응용 가능성에 대하여 논하고자 한다.
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2.
2022.02
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Recovery of Valuable Minerals from Sea Water by Membrane Separation and Adsorption Process: A Review
세계적인 에너지 수요의 증가는 통제할 수 없는 환경 오염을 야기하고 있다. 화석 연료에 대한 수요와 그로 인한 탄소 배출이 지구 온난화와 기후 변화로 이어진 것이다. 핵에너지는 청정 에너지를 생산하는 대체 자원이지만 핵연료 채굴은 유해한 화학물질과 관련이 있다. 반면에 막 분리 과정을 통해 바닷물에서 중요 광물을 채굴하는 것은 효율적이며 친환경적이 다. 분리와 흡착을 통해 해수로부터 주요 광물을 채굴하는 것은 또 다른 효율적인 과정이다. 희토류 원소에서 악티늄족을 회 수하는 것은 매우 어렵고 고비용의 과정이다. 압력 기반 막 분리 과정은 친환경적일 뿐만 아니라 경제적으로 실현가능한 과 정이기도 하다. 본 리뷰에서 다루는 막 공정에는 폴리에테르 설폰, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리아미독신 및 하이브리드 막 이 있다. 또한 흡착 공정의 경우, 주로 아미독심 종류의 흡착제가 논의될 것이다.
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3.
2022.02
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세균은 분리막, 식품 포장 필름 및 바이오 의료 기기와 같은 다양한 미생물 막의 표면 위에서 자란다. 미생물 막 의 성장은 엑소폴리사카라이드의 복잡한 구조 형성과 밀접한 관련이 있다. 미생물 막이 항균제의 대량 수송의 어려움으로 성 장하게 될 경우 항균효과는 급격하게 감소한다. 항균 활동을 활성화하기 위해서 막의 표면은 살균 특성이 있는 기능성 물질 들로 변형, 코팅 또는 고정한다. 한 가지 아이디어는 막 표면에 양전하 이온을 도입하는 것이다. 양전하 이온인 4차 암모늄 그룹의 존재는 마그네슘이나 칼슘같이 세균 세포벽에 존재하는 2가 금속이온을 대체할 수 있다. 세포막 파괴의 효능은 표면 환경에서 사용 가능한 작용제들의 이동성에 달려있다. 이 리뷰에서는 4차 암모늄 그룹, 헬라민(helamine), 쌍성이온(zwitter ion)과 같이 여러 살생물제를 포함하고 있는 막들을 다룬다.
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4.
2022.02
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성장하는 산업화는 심각한 수질 오염으로 이어진다. 폐수로 배출되는 약품과 섬유산업에서 나오는 유기배출물은 환경과 생명에게 악영향을 미친다. 항균치료에 사용되는 항생제가 폐수에 존재하면 인체에 매우 해로운 약제 내성균의 성장 을 야기하게 된다. 섬유산업에서 사용되는 유기염료 분자의 제조에는 다양한 유기 저분자가 사용된다. 이러한 분자들은 인쇄 및 염색 산업의 폐수 배출물에 존재하여 분해가 잘 이루지지 않는다. 이러한 문제들을 해결하기 위해 광분해성 촉매를 분리 막에 도입하고 폐수를 처리한다. 이 과정을 통해 유기 분자는 광분해되며 동시에 분해된 화합물들은 분리막을 통과하여 분리 된다. 이산화티타늄(TiO2)은 뛰어난 광촉매 역할을 하는 반도체이다. 다른 전이 금속 산화물과 화합물을 만들고 고분자 막에 도입하여 광촉매 능력을 증가시킨다. 본 총설에서는 광촉매성 분리막에 의한 염료 및 약물 분자의 분해에 대해 논의한다.
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5.
2022.02
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높은 안전성과 견고한 기계적 특성을 가진 고체상 슈퍼커패시터는 차세대 에너지 저장 장치로서 세계적 관심을 끌고 있다. 슈퍼커패시터의 전극으로서 경제적인 탄소 기반 전극이 많이 사용되는데 수계 전해질을 도입하는 경우 소수성 표 면을 가진 탄소 기반 전극과의 계면 상호성이 좋지 않아 저항이 증가한다. 이와 관련하여 본 연구에서는 전극 표면에 산소 플라즈마 처리를 하여 친수화된 전극과 수계 전해질 사이의 향상된 계면 성질을 기반으로 더 높은 전기화학적 성능을 얻는 방법을 제시한다. 풍부해진 산소 작용기들로 인한 표면 친수화 효과는 접촉각 측정을 통해 확인하였으며, 전력과 지속시간을 조절함으로써 친수화 정도를 손쉽게 조절할 수 있음을 확인하였다. 수계 전해질로 PVA/H3PO4 고체상 고분자 전해질막을 사 용하였으며 프레싱하여 전극에 도입하였다. 15 W의 낮은 전력으로 5초간 산소 플라즈마 처리를 시행하는 것이 최적 조건이 었으며 슈퍼커패시터의 에너지 밀도가 약 8% 증가하였다.
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6.
2022.02
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본 연구에서는 유기용매용 나노여과막 (Organic Solvent Nanofiltration, OSN)의 유기용매 투과 및 분리성능을 분 석하였다. 비극성용매에 적합한 Puramem (PM) 시리즈 분리막의 소재를 분석한 후 다양한 유기용매 분위기에서의 투과성능 을 데드엔드셀로 측정하였다. PM 시리즈 분리막은 극성용매 대비 비극성용매에서 더 높은 투과도를 보였으며, 용질의 종류 및 분자량에 따라 매우 독특한 배제성능을 보이는 것을 확인하였다. 이는 기존 수처리에 적용되는 Solution-diffusion 투과모 델이 OSN 투과모델에는 적합하지 않다는 것을 알 수 있으며, solvent-solute-membrane 간의 상관관계를 더 정확하게 반영할 수 있는 새로운 인자가 필요하다는 결론을 낼 수 있다.
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7.
2022.02
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최근 들어 컴퓨터 및 소프트웨어 기술의 발달로 전산모사 관련 연구가 급격하게 늘어나고 있는데, 특히 원자의 개수 및 모델 크기의 문제로 기존에는 많은 제약을 받던 고분자 관련 다양한 전산모사 결과들이 발표되고 있다. 본 연구에서 는 고분자 소재를 필름형태의 분리막으로 활용하기 위한 중요한 특성 중 하나인 기계적 특성을 분자동역학 전산모사를 이용 하여 분석하고자 하는 연구를 진행하였다. 이를 위하여 이미 관련 물성이 널리 보고되어 있는 상용 고분자 소재인 polyethylene (PE)과 polystyrene (PS)을 대상으로 선정하여 주쇄길이 차이를 통한 각 고분자들의 인장특성을 비교하였고, 최종적 으로 분자동역학 전산모사의 기계적 특성 분석이 적합한지 확인하고자 하였다. 밀도, radius of gyration, scattering 분석을 통 해 본 연구에서 제작된 모델이 실제 실험에서 얻어진 기계적 특성 경향과 잘 일치함을 알 수 있었고, 따라서 분자동역학 전 산모사를 이용한 기계적 특성 분석이 다양한 고분자 소재들의 분자 구조에 따른 기계적 특성을 예측할 수 있게 해주며, 실제 실험에서는 적용하기 어려운 다양한 변수들을 반영한 기계적 특성 해석도 가능하게 해 줄 것으로 기대된다.
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8.
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본 연구에서는 stainless steel로 재질로 된 금속평막모듈을 이용하여 고플럭스가 유지되면서 처리수의 안정화 방 안을 모색하였다. 이 모듈은 기공사이즈가 13 μm 단위여서 플럭스가 60 LMH에서 100 LMH까지 고플럭스로 운전이 가능하 다 그러나 SS가 초기 운전 시 30~50 ppm 정도 유출되지만 SS가 응집핵으로 작용하므로 응집이 가능하게 된다. 기존 고분자 막 여과수는 응집핵이 없어서 coagulation은 되지만 floculation이 안되므로 추가적으로 응집보조제인 clay나 벤토나이트를 투 여하게 되는데 본 연구에서는 이런 응집보조제 필요 없이 SS 누출만으로 floculation이 되므로 총인처리와 처리수질이 안정성 을 도모하고자 하였다. 최종적으로 안정적인 처리수에 고플럭스가 가능한 Metal필터 운전이 MBR 시스템에서 적용가능한지 타당성을 연구하고자 하였다.
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9.
2022.02
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본 연구에서는 순수 PEBAX® 분리막의 투과특성을 향상시키기 위해 개질된 fumed silica 나노입자를 혼합한 MMMs (mixed matrix membranes) 타입의 PEBAX®/fumed silica 하이브리드 분리막을 제조하고, 이산화탄소와 메탄의 투과 특성을 측정하였다. PEBAX®-1657/TS-530 하이브리드 소재의 경우, FT-IR과 XRD 분석을 통해 PEBAX® 고분자에 무기입자 가 비교적 잘 분산되었음을 확인하였다. 기체투과특성 측정 결과 TS-530을 10 wt% 혼합한 분리막의 경우, 순수 PEBAX® 분 리막과 비교하여 투과도 계수는 약간 감소하나 이상분리인자는 약간 증가하였다. 이는 비투과성 silica 입자의 도입에 따라 기 체 확산 경로가 줄어들고, 경로의 비틀림이 증가하기 때문으로 볼 수 있다. TS-530 함량이 증가함에 따라서는 투과도 계수와 이상분리인자 간에 전형적인 trade-off 경향을 보였다. 이는 TS-530 함량이 증가함에 따라 결정성이 감소하고, 고분자 사슬 간 충전 억제에 따라 자유부피가 증가하기 때문으로 볼 수 있다. 또한 무기입자 함량 증가에 나노간극의 형성 가능성이 높아지 고, 이에 따라 기체 확산도가 커지기 때문으로 판단된다.
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