Zeolite membranes can be used as vapor separation membranes due to the adsorption properties of zeolite crystals. Recently, vapor separation membranes are paid attention in the petrochemical complexes by combining with distillation separation methods. Heat duty for separation can be reduced by the combination of distillation and membrane. Zeolite membranes are usually crystalized on porous ceramic substrates such as a porous alumina substrates. Here, we had paid attention to novel porous silica substrates. In this study, effects of porous silica substrates on preparation of MFI zeolite membranes were investigated to obtain high permselective membranes. Acetic acid vapor permeation tests were conducted for the typical application in the petrochemical complexes. Porous silica (pore size: 500 nm) or porous α-alumina (pore size: 700 nm) were used as ceramic substrates. The seed crystals were coated by changing the seed slurry (0.5g L-1) of pH from 2 to 12. MFI membranes were crystalized at 180 °C for 16 h. The parent gel compositions for the membranes synthesis were SiO2: TPABr: Na2O: H2O=1: 0.2: 0.04: 600 (mol/mol). Vapor permeation tests of acetic acid/water were carried out at 110 °C. N2 permeance through the membrane prepared on the silica substrate was 3.6 × 10-6 mol m-2 s-1 Pa-1, while that through the membrane prepared on the alumina substrate was only 1.4 × 10-6 mol m-2 s-1 Pa-1. The initial resistance through the alumina substrate was lower than that through the silica substrate. This shows that the effective MFI layer was thinner on the silica substrate. N2 permeances through all the membranes were similar at around 4 × 10-6 mol m-2 s-1 Pa-1. The maximum N2/SF6 permeance ratio was 79.3 through the membrane coated at pH 2. Thus, seed coating was important to obtain high gas permselective membranes. The separation factor of acetic acid through the MFI membrane was over 20. Thus, we have concluded the MFI membrane was acetic acid permselective membrane.

Block copolymer (BCP) self-assembly has been one of attractive approach for highly size-selective and permeable membranes due to its narrow size distribution and high pore density. We produced a thermally annealed PS-b-PMMA film on a neutral substrate, where the randomly oriented PMMA cylinders were formed between two layers of perpendicular PMMA cylinders at both substrate/polymer and polymer/air interfaces. The PMMA cylinders in the BCP films processed with a selective solvent were swollen for tunable mesoporous UF membrane. The confined swelling of PMMA microdomains in PS matrix resulted in the compaction of PS matrix as well as the shrinkage of PMMA microdomains during the removal of a PMMA-selective solvent.

We have studied ternary polymer blend system (A-B/C), which A and C polymers have attractive interactions. The blend was prepared as thin layer coating on the top of the supporting membrane, such as alumina, by layer-by-layer deposition of each polymer from the diluted solution. By controlling the fraction of polymer, the morphology of the blend showed various states including inter-connected porous structure at a certain condition. In addition, we tried to have the better control in pore size and function by introducing small molecule-containing layers atop of the blended coating. The selectivity of filtering and flux of the coated membrane was studied by filtration experiments with aqueous mixtures of various sized solutes including inorganic and organic compounds. Beneficially, the active layer coating exhibited anti-fouling effect.

There have been many studies on superwetting surfaces, ranging from superhydrophilicity to superhydrophobicity, owing to the variety of their potential applications. There are some drawbacks to developing these films for certain applications, such as the fragility of the microscopic roughness feature that is vital to ensure superwettability. At the first part of in this presentation, we fabricated intrinsically stable superwetting films using the organosilicate based layer-by-layer (LbL) self-assembly method in order to control hierarchical roughness and adjusted the surface chemistry of the multilayer structures. At the second part, hydrophilic branched poly(ethylenimine) and nanoparticle were assembled into LbL multilayers in the presence of UV-curable poly(urethane acrylate).

Amphiphilic copolymeric membranes are ideally suited for separation of greenhouse gases and control its emission to the environment. Amphiphilic copolymers are a class of polymer that self-assemble in a nanophase domain. Amphiphilic copolymers are also useful in the pressure retarded osmosis process in which clean energy is generated from sea water which is highly essential at the current demand of clean and renewable energy demand. Mixed matrix membrane is another kind of separation process in which the pristine polymer are mixed with inorganic counterpart to prepare higher selectivity as well as permeability. Amphiphilic copolymer comes into handy again due to its synergistic effect mainly with the hydrophilic counterpart and the inorganic filler introduced into the copolymer.

Gas separation is one of the major chemical processes to manufacture petrochemicals and to recover the valuable chemicals from mixtures. However, the conventional gas separation processes requires enormous energy consumption and high costs. Membrane-based gas separation has been a major separation technology for various applications including natural gas sweetening, nitrogen generation, olefin/paraffin separation, CO2 capture, and biogas upgrading, etc. Most commercial gas separation membranes have been prepared using polymeric materials (e.g. cellulose acetate, polyimide, polyamideimide, polysulfone, and poly(dimethyl siloxane)(PDMS), etc.) as the form of hollow fiber membrane or thin film composite (TFC). In this presentation, polymeric gas separation membranes will be briefly introduced in terms of materials and fabrication methods.

We reported a novel polymer/metal nanoparticles/electron acceptor composite for facilitated olefin transport and ionic liquid/Cu nanocomposite membrane for facilitated CO2 transport. The electronic structure of the metal nanoparticles such as AgNP and Cu NP surface was tuned by the electron acceptor p-benzoquinone(p-BQ) and ionic liquid to induce positive charges on the surface. The chemically activated metal surface is expected to form complexes with olefin or CO2 molecules, resulting in gas carrier for facilitated transport. Such facilitated transport membranes were applied for separation of olefin/paraffin or CO2/N2 mixtures. In particular, the interaction between gases and the carriers in a permeable polymer matrix or ionic liquid was expected to show excellent separation performance with long-term stability. In this study, the preparation method and characteristics of facilitated transport membranes will be introduced in detail.

본 발표에서는, 팔라듐계 수소분리막의 구성과 원리, 응용분야, 국내외 연구기관별 연구현황 및 한국에너지기술연구원에서 진행한 연구결과를 소개한다. 다공성지지체의 표면에 치밀질 팔라듐계 합금을 코팅하여, 수소를 선택적으로 분리할 수 있는 분리막의 특성, 모듈구성, 이를 이용한 CCS 공정에 적용예를 통하여 설명한다. 구체적인 내용으로, 1. 분리막 제조부분에서는, 평판형 다공성 니켈지지체 표면에 컬럼형태의 세라믹을 일차적으로 코팅하고, 이의 표면에 팔라듐을 코팅해서 치밀화는 공정을 설명한다. 2. 모듈 부분에서는, 모듈형태에 따른 수소플럭스와 회수율에 미치는 영향을 설명한다. 3. 개발한 분리막/모듈을 이용한 응용공정 소개를 통하여 이의 활용성 및 향후 연구방향을 제시한다.

분자체(molecular sieve)로 알려진 제올라이트 분리막의 제작 방법과 분리 능력에 대해 다루고자 한다. 일반적으로 알려진 제올라이트 분리막 제작 방법을 소개하고자 한다. 이렇게 제작한 제올라이트 분리막을 기반으로 연소후 공정에서의 이산화탄소 분리를 중심으로 산업적으로 중요한 이성질체 분리와 관련된 부분을 다루고자 한다.

국내 물산업의 경우 하수분야에서 점진적으로 상수분야로 전환되고 있으며, 그 일환으로 유수율제고를 통한 맑은물 공급을 목적으로 노후정수장 개량과 상수관망 정비사업에 필요한 「지방상수도의 노후도 실태평가 및 정비사업 타당성조사」를 수행중에 있다. 그중 환경부는 2008년부터 정수처리시설의 투자확대를 목적으로 20년 이상 노후화된 정수장의 Retrofitting이나, 기존 정수장 고도처리도입시 막여과공정 우선적으로 도입하는 계획을 수립하고 예산지원 등을 통하여 보급확대에 노력하고 있으나 시장의 활성화가 이루어지지 않고 있다. 따라서 국내 막여과 수처리사업의 정책방향과 사업추진현황 분석을 통하여 시장활성화를 위한 방안을 제시하고자 한다.

분리막의 기체에 대한 선택투과성을 이용하여 혼합 가스 또는 유기증기 중의 특정성분을 분리하는 방법이 기체분리막 법이다. 최초로 실용화 된 것은 비대칭막이 개발되고 충분히 기체 투과량이 확보된 최근의 일이다. 기체분리막법의 최초 응용은 수소회수였으며, 최근에는 질소 분리, 제습, 산소농축, 메탄농축 등에 적용되고 있다. 최근 들어 기체분리막 공정은 천연가스, 비전통 가스, 바이오가스의 분리 정제 등에 적용되며. 에너지 분야로 응용이 확대되어가고 있다. 에너지 분야는 혹독한 운전조건, 높은 신뢰성을 요구 하는 분야이기 때문에 분리막에 대한 요구도가 높은 분야이다. 따라서 분리막의 신뢰성을 확보하기 위한 노력이 필요하다. 본 강연에서는 향후 분리막의 에너지 산업응용과 기체분리막의 해결과제에 대한 언급을 한다.

(주)휴비스워터는 산업용 초순수 생산에 국내최초로 분리막 공정을 적용하여 발전, 전자, 자동차 산업 등에 공급해 오고 있다. 특히 국내 최초로 대형 EDI 모듈을 자체개발하여 상업화 하였으며 전처리용 MF 중공사 분리막 및 모듈을 개발하여 다수의 산업현장에 공급하고 있다. 본고에서는 산업용 초순수 생산을 위한 EDI의 적용사례를 중심으로 발표를 하고자한다. 더불어 (주)휴비스워터에서는 1 m³/hr 규모의 해수담수용 FO-RO hybrid pilot 시스템을 삼척그린파워 건설현장에서 운전하고 있으며, 현재까지 운전된 결과를 소개하여 앞으로 FO공정의 발전방향을 공유하고자 한다.

UF와 MF막은 주로 중공사막으로 제조되고 있으며 단일막과 복합막으로 구분할 수 있다. 단일막의 경우 장기간 사용시 단사와 탁도 유출 등의 문제점을 가지고 있으며, 이를 해결하기 위해 고강도 직물을 이용한 Braid 지지체 위에 polymer를 코팅한 고기능성 복합막이 개발되어 적용되고 있다. Braid 보강막은 높은 인장강도를 가진 지지체를 사용함으로서 장기간 사용에 의한 강도 저하와 막성능 회복을 위한 물리⋅화학적 세정에 의한 막의 단사 등을 보완해준다. 이러한 Braid 보강막은 소재, 구조, 물성에 따라 다양한 분야에 적용되고 있으며 침지식 MBR공법은 물론 하수처리를 위한 가압형 모듈로도 적용되고 있다. 본 발표에서는 ㈜필로스가 직접 생산하는 Braid 보강막을 이용한 적용 사례를 소개하고자 한다.

멤브레인은 고유의 선택적 투과기능에 의해 다양한 산업분야에 적용되고 있다. 특히, 환경 및 에너지용 멤브레인은 최근 학계의 기초 연구와 더불어 산업체의 활발한 상업화 연구가 진행 중이다. 환경 분야에서는 수처리용 멤브레인이 상용화되어 산업적으로 널리 사용되고 있으며, 이의 기능을 더욱 최적화하기 위한 연구 및 혁신 기능을 도입하기 위한 개발이 산업체를 중심으로 활발히 진행 중이다. 또한 연료전지 및 이차전지에 폭 넓게 멤브레인 기술이 적용되고 있으며, 특히 연료전지나 레독스흐름전지는 본격 상업화를 위해 다양한 전략으로 연구가 진행되고 있다. 본 발표에서는 코오롱에서 개발하여 상업화한 수처리용 멤브레인의 최근 개발 동향 및 연료전지 및 레독스흐름전지용 멤브레인 개발 현황 및 전략을 소개하고자 한다.

정삼투(FO) 공정은 역삼투(RO)와 비교할 때, 고압 장치가 필요하지 않고, 막오염 가능성이 낮다고 보고되었다. 반면, 아직 적절한 유도용질이 부재하고, 유도용질의 분리에 사용되는 에너지가 높아 이에 대한 해결이 필요한 실정이다. 또한, 높은 투과성과 낮은 염투과도를 보이는 FO 전용막 및 모듈 개발이 완성되지 않아 시스템 구성 및 최적화가 요원한 실정이다. 본 강연에서는 FO와 관련된 한계들을 살펴보고, 이의 극복을 위해 현재까지 진행된 극복방안을 제시하고자 한다. 아울러 FO 공정이 가지는 장점중 하나인 막오염과 세정에 관련된 본 연구실의 결과를 소개한다.

Modeling of forward osmosis (FO) membrane system is significantly affected by various factors such as membrane properties of materials (A, B), structure parameter (S), concentration polarization (CP), fouling, spacer design. etc. In this study, FO performance of a plate and frame type membrane is investigated via a numerical simulation based on mass conservation theorem and finite element method (FEM). To evaluate the FO membrane performance, permeate flux and recovery rate are simulated according to membrane orientation, flow direction of feed and draw solutions, flow rates, membrane structure parameter (S), and design of spacers. The modeling results can help to expand insights into FO separation characteristics and to suggest further strategy for FO process development.

지난 10년간 저에너지 측면에서 주목을 받았던 정삼투 공정은 최근 매우 다양한 분야로의 적용이 시도되고 있다. 초기의 MNPs, hydrogel 등의 유도용액의 개발로부터 유도용액의 회수를 필요로 하지 않는 해수와 담수의 삼투희석을 통한 FO-RO hybrid 공정을 비롯하여 식물 재배를 위한 영양 물질을 유도용액으로 사용하는 FDFO(fertiliser drawn FO), 고염도의 셰일가스 생산수의 방류를 위한 처리 등으로 적용이 확대되고 있다. 본 발표는 현재 다양한 분야에 적용되고 있는 FO 하이브리드 공정들에 대한 분석과 이를 통한 효과적이고 성공적인 정삼투 공정의 상업적 적용을 위한 FO 기술의 발전방향을 제시하고자 한다.

정삼투 공정은 에너지 소비율면에서 역삼투 공정 대비 1/10 수준이며, 고압⋅고에너지를 요하는 역삼투 공정의 대안으로 각광받고 있는 기술이다. 이러한 정삼투 공정은 저에너지 및 고효율화를 요구하는 산업분야에서 다양하게 적용 가능할 것으로 예상된다. 그 예로서, 선박 폐열을 이용한 유도 용액 회수, 산업폐수 재이용, 휴대용 비상 급수용 장치, 음식과 음료 및 의약용품 농축공정 등을 들 수 있다. 현재까지 정삼투 공정은 주로 실험실 규모에서 연구가 진행되었으며, 기술 상업화에는 아직 이르지 못한 실정이다. 국외에서는 미국, 싱가포르 및 호주 등에서 정삼투 실용화 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 국내의 경우 FOHC 연구단에서 해당 공정의 기본 메커니즘 및 실용화에 관한 연구가 이루어지고 있다.

This study examined the occurrence and removals of 14 micropollutants in the influents and the treated effluent of each process in a WTP. 12 out of the 14 micropollutants were detected in the influent source waters and 11 compounds survived in the final effluent at ppt level. MPT showed the highest level in both the influent and effluent. There was a seasonal variation in the micropollutant level. Most of the removals of micropollutants occurred at the coagulation stage in the WTP. Our results indicate that the removal of micropollutants during lab scale experiment and at the WTP can be somewhat different, and the physicochemical properties are important parameters in the removal of micropollutants during the WTP.

현대 산업사회의 발달에 따라 사회 경제적 수준은 크게 향상된 반면, 생활환경의 오염에 대한 염려는 날로 증폭되고 있다. 특히 건강에 대한 관심이 급증하면서 식품과 마시는 물에 대한 관심은 어느 때 보다 높다. 즉 수돗물 보다 각종 정수기를 사용한 깨끗한 물 또는 시판 생수의 선호도가 크게 증가하고 있으며, 동시에 이들의 영양적 가치에 대한 논란이 끊임없이 제기되고 있다. 그러나 일상적으로 미네랄의 급원은 전적으로 식품으로부터 제공되며, 정상적인 식생활에서 식수로부터 제공되는 미네랄 양은 무시할 정도로 매우 낮다. 인체가 섭취한 물은 체내에서 수많은 물질을 용해하여 소화, 흡수, 대사, 배설하는 모든 생리과정에 필수불가결한 역할을 하므로, 순수하고 안전함이 먹는 물의 주요 가치로 평가되어야 할 것이다