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.2 (2022년 4월) 10건
1.
2022.04
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정유소와 석유 공장에서 발생하는 폐수는 심각한 환경오염으로 이어진다. 기름이 있는 물을 정수 처리하는 데에 는 많은 방법이 존재하지만, 가장 효과적인 방법은 막을 이용한 기술이다. 물에서 기름기를 제거하는 데 사용되는 유기재료로 만들어진 고분자 막은 파울링이라는 고질적인 문제를 가지고 있다. 무기성 막은 수명이 길다는 점에서 유기성 분리막보다 효 율적이다. 제올라이트 막은 우수한 화학적 안정성을 갖고 있으며 오랜 기간 재활용할 수 있다. 막에서 친수성의 존재는 막의 수 투과량을 증가시킨다. 제올라이트로 만들어진 세라믹 분리막은 물과 기름을 분리하는 데 사용되는 효율적인 무기막 중 하 나이다. 본 리뷰논문은 i) 순수 제올라이트 막과 ii) 다른 물질과 혼합된 제올라이트 복합막, 2가지로 분류되는 제올라이트 기 반의 무기막을 사용하는 물과 기름 분리 기술을 중점으로 다루고 있다.
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2.
2022.04
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모든 인구 계층에 저렴한 비용으로 깨끗한 물의 수요를 충족시키는 것은 해결해야 할 세계적인 문제이다. 막 분 리 공정을 통한 해수 및 기수의 탈염은 효율이 높고 확립된 방법이다. 그러나 막 분리 공정은 막 오염, 제거된 오염물의 처리, 그리고 자본집약적 공정이라는 본질적인 문제가 있다. 전기투석은 전위차가 구동력인 막 기반 분리 공정이다. 전기투석막의 장점은 뛰어난 효율과 저렴한 운영 비용이다. 전기투석공정에서 사용되는 이온교환막은 장기간 효율을 잃지 않기 위해 내화 학성과 내열성, 그리고 기계적 안정성이 필요하다. 이 때, 전기투석막의 이온교환용량은 이온교환막의 전도도에 따라 크게 달 라진다. 본 리뷰에서는 이온 전도도과 안정성을 향상시키기 위한 양이온 교환막과 음이온 교환막의 개조를 중점적으로 논의 하였다.
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3.
2022.04
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다양한 산업 중에서 섬유 산업은 섬유 염색을 위해 가장 많은 양의 물을 사용하는데, 이는 여러 종류의 염료를 포 함한 폐수의 방대한 배출로 이어진다. 염료의 제거를 위한 방법에는 오존 처리, 흡착 등의 다양한 처리 방법이 존재한다. 하 지만 이러한 처리 방법은 폐수 재사용의 문제로 인해 처리 가격이 상승하기 때문에 성공적이지 못하다. 이에 대한 대안으로 막분리 공정이 폐수의 염료 처리를 위한 가장 적절한 기술로 보고되고 있다. 이때 사용되는 분리막은 고분자 분리막과 세라 믹 분리막으로 나눌 수 있다. 세라믹 분리막의 장점에는 세척의 용이함, 긴 수명, 내열성, 내화학성, 그리고 기계적 안정성이 있다. 세라믹 분리막은 다양한 원료로 만들 수 있으며, 점토, 제올라이트, 플라이 애시와 같은 천연 재료는 저렴하고 구하기 용이하다. 본 리뷰에서 폐수처리는 크게 한외여과(ultrafiltration), 정밀여과(microfiltration), 그리고 나노여과(nanofiltration) 세 가지 공정으로 나누어져 있다.
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4.
2022.04
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본 연구에서는 용매로 침액되었을 시 전반적으로 더 균일한 상전이법 기반 평막 제조 시 주로 사용되는 부직포 지지체의 영향을 분석하였다. 도프용액의 점도가 낮을 경우 용액이 부직포층으로 쉽게 침투하여 불균일한 막이 형성되는 것 을 확인하였으며, 이를 방지하기 위해 부직포층을 유기용매로 침액하는 기법을 도입하였다. 부직포층이 유기 분리막이 생성 되는 것을 확인하였으며, 수투과 및 용매투과율도 향상하는 것을 알 수 있었다. 부직포 침액의 영향은 낮은 점도에서 확연하 게 나타났으며, 고분자용액의 점도가 높은 경우 침액 여부에 관계없이 동일한 성능을 얻을 수 있었다.
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5.
2022.04
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본 실험에서는 α-Al2O3 세라믹 중공사를 지지체로 사용하였고, 무전해 도금을 통해 Pd 및 Pd-Ag가 도금된 수소 분리막을 제조하였다. Pd-Ag 분리막은 Pd와 Ag 합금 형태로 만들기 위하여 500°C, 10 h 동안의 annealing 과정을 거쳤으며, EDS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) 분석을 통해 Pd-Ag 합금이 되었다는 것을 확인하였다. 또한, SEM (Scanning Electron Microscope) 분석을 통해 제조된 Pd 및 Pd-Ag 도금층의 두께는 약 8.98, 9.29 μm으로 측정되었다. 제조된 수소 분 리막은 350~450°C, 1-4 bar의 범위에서 수소 단일 가스, 혼합가스(H2, N2)를 이용하여 수소 투과 실험을 진행하였다. 수소 단 일 가스에서 Pd와 Pd-Ag 분리막은 최대 각각 21.85, 13.76 mL/cm2⋅min의 flux를 가지며, 혼합가스에서는 450°C, 4 bar의 조건일 때, 1216, 361의 separation factor가 각각 나오는 것을 확인하였다.
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6.
2022.04
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정수기는 일반적인 산업용 막여과 수처리 공정과 다르게 운전과 휴지를 반복하는 특성이 있다. 이러한 특징 때문 에 역삼투막을 사용하는 정수기의 경우, 재정수시에 정수수의 농도가 정상적인 값보다 높게 나오는 현상(제거율이 정상값보 다 낮게 나오는 현상)이 있는데, 이를 “TDS creep”이라고 한다. 본 연구에서는 휴지시간과 농도에 따른 TDS creep 정도를 관 찰하였다. 또한, TDS creep 현상을 저감하기 위해 원수 세척, 정수부의 부피 증가 및 정수 세척 방법 등을 시험하였고 이에 대한 실질적인 효과를 관찰하였다. 이러한 방법들 중에 정수수의 세척과 같이 역삼투막의 feed side와 permeate side의 농도차 를 최소화하는 것이 TDS creep 현상을 해소하는 궁극적인 해결책임을 확인하였다.
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7.
2022.04
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화석연료의 사용에 따른 지구 온난화 및 기상 이변으로 인하여 온실가스 저감 문제가 대두되고 있으며, 그에 따 라 에너지 소모 없이 셀프 쿨링이 가능한 소재에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중에서도 실크는 천연 쿨링 소재로 알려져 있으나, 기존의 혼합 공정에서는 실크를 화학적으로 분말화 시키기 때문에 복사 냉각 효과가 사라지는 문제점이 있어, 복사냉각을 위한 필름 또는 코팅제 형태로 제조하는데 어려움을 겪고 있다. 본 연구에서는 실크 피브로인의 고유구조를 훼손 하지 않는 물리적 분쇄 공정을 거친 실크 분말을 사용하여 다양한 형태의 막을 제조하고, 코팅제로서의 적용가능성을 살펴보 고자 연구를 수행하였다. 이를 위해 실크 피브로인 분말이 도입된 전기방사 복합막 및 평막 형태의 복합막을 제조하였으며, 용액의 점도가 막 제조 및 제조된 막의 물성에 큰 영향을 미치는 것을 관찰하였다.
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8.
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Highly Efficient Biogas Upgrading Process Using Polysulfone Hollow Fiber Membrane at Low Temperature
본 연구에서는 폴리술폰 분리막을 이용한 바이오가스 정제 공정으로 고선택성 소재를 이용한 2단 공정의 높은 회 수율 및 경제성과 동등한 수준의 회수율을 확보하기 위해 저온 고압의 분리막 공정을 설계하고 평가하였다. 폴리술폰 고분자 를 4성분계 도프를 이용하여 비용매 유도 상전이법으로 중공사 분리막을 제조하였다. 기체 분리용 중공사 분리막은 1.6 m2의 유효 막면적을 갖는 샘플을 제조하여 상온 및 저온에서 기체 투과 특성을 평가하였다. 제조된 기체분리막 모듈의 온도에 따 른 기체 투과 특성을 분석하기 위하여 온도별 단일 기체 투과도를 평가한 결과 이산화탄소와 메탄 투과도는 20°C에서 각각 412, 12.7 GPU이며, -20°C에서는 각각 280, 3.6 GPU로써 이상 선택도는 32.4에서 77.8로 향상되었다. 단일 기체 투과 테스 트 후 혼합 기체에 대한 분리 테스트를 진행하였으며, 모듈 1단 구성 및 2단 구성(막 면적비 1:1, 1:2, 1:3)을 통하여 투과 거 동을 살펴보았다. 1단 구성에서는 stage-cut이 상승함에 따라 메탄의 농도가 상승하지만, 반대로 회수율은 떨어지는 결과를 나 타내었다. 2단 구성 테스트에서는 메탄 농도 97% 기준에서 막 면적비 1:1보다 1:3이 메탄의 회수율이 더 높게 측정되었으며, 공급 기체의 온도가 낮을수록 메탄의 회수율이 높아짐을 확인하였고, 최종적으로 폴리술폰 2단 공정에서 메탄 농도 97%, 회 수율 97%의 결과를 달성하였다.
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9.
2022.04
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수처리 및 의약바이오 분야에서 유효물질 분리에 활용되고 있는 알루미나 중공사 분리막은 얇은 두께로 인해 취 급 및 적용시 쉽게 파괴되는 단점이 있기 때문에 분리막의 강도를 100 MPa 이상으로 향상시키기 위한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 나노입자의 함량을 0, 1, 3, 5 wt%로 증가시켰을 때 제조된 중공사 분리막의 특성을 평가하였다. 그 결과, 나노입 자의 함량이 증가함에 따라 중공사 분리막의 강도는 79 MPa에서 115 MPa로 증가하였으며, 밀도는 1.76 g/m3에서 1.88 g/m3 으로 증가하였고 기공률과 평균기공크기는 각각 51%에서 48%로, 416 nm에서 352 nm로 감소한 것을 확인하였다. 스폰지구 조가 발달하고 스폰지구조의 기공크기가 향상된 알루미나 중공사 분리막은 100 MPa 이상으로 기계적 강도가 향상되었으며, 약 100000 GPU의 높은 질소 투과도 및 약 3000 L/m2h의 높은 물 투과도를 나타내었다. 따라서, γ-알루미나 나노입자를 소 결조제로 첨가하는 것은 α-알루미나 중공사 분리막의 기계적 강도를 효과적으로 증진시키고 높은 투과성능을 유지할 수 있 는 매우 유효한 방법임을 확인하였다.
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10.
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A Transient Separation Behavior of PDMS/PSF Hollow Fiber Membrane Modules for Ethanol-Water Mixtures
알코올의 탈수를 위하여 에너지 다소비 공정인 증류 공정을 투과증발 막 공정으로 대체하려는 연구가 많이 진행 되어져 왔다. 대표적인 투과증발 막인 PDMS 분리막에 대한 시간의존적 분리 거동은 분리 메카니즘의 이해에 매우 중요하다. 따라서 본 연구에서는 50 wt% 에탄올-물 혼합용액에 대하여 50°C에서 막면적 1194 cm2인 PDMS/PSF 분리막 모듈의 시간의 존적인 투과증발 분리 거동을 고찰하였다. 총 유속과 에탄올/물 분리계수는 투과증발 시간이 증가함에 따라서 초기에 증가하 다가 다시 감소하였다. 초기 분리성능의 증가는 건조한 PDMS 분리막에 에탄올이 용해되는데 시간이 걸리기 때문이며, 후기 분리성능의 감소는 주입 탱크의 에탄올 농도가 시간에 따라서 감소하기 때문에 나타나는 현상이었다. 따라서 본 연구로부터 PDMS 분리막을 통한 에탄올의 투과는 용해-확산 메카니즘에 의해 발생된다는 것이 재확인되었다.
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