최근 소비자들은 생활수준 향상과 건강, 힐링과 웰빙에 대한 관심도가 높아지면서 와인, 먹는 샘물, 티를 마시는 소비자가 많아지고 있다. 와인, 먹는 샘물, 보이차는 음식과 관계는 물론 질병, 건강, 이⋅미용에 접목되고 있다. 음료의 공통적인 관계는 첫째, 건강부문은 단순히 생리적 기능을 넘어 건강과 힐링의 영향을 미치며, 둘째, 음식부문은 공통적으로 신토불이 원칙이 적용되며, 각각의 함유량 유무 등으로 조화가 달라진다. 향후 와인, 먹는 샘물, 보이차에 대한 중요성이 대두되면서 음료시장의 확대로 다양한 제품들이 출시되면서 소비자들은 지식수준이 매우 부족한 현실이다. 끝으로 음료 정확한 정보를 제공하여 소비자들이 좋은 품질을 구매하는 지침서를 마련하고, 용도에 맞은 와인, 보이차, 먹는 샘물을 추천해주는데 있다.

요즘 IoT (Internet of things)에 대한 기술개발은 사업 전반에 걸쳐 이루어지고 있으며, 이에 따른 Big Data 분석으로 다양한 제품과 서비스가 만들어 지고 있다. 정수기를 사용함에 있어 과연 소비자는 어떠한 형태로 사용하고 있을까? 또한 정수기를 구성하고 있는 부품들은 어떻게 동작하고 있을까? 이러한 사항들을 측정하고 실사용 데이터를 수집 분석하기 위해 패널을 구축했고 가정집과 다중이용시설에 대해 각각 1년간 측정 분석하여 정수기 사용 패턴을 모니터링 하였다. 본 연구는 사용자의 사용하는 시간대와 장소, 온도와 습도, 사용자 특성 (자녀연령, 직업, 연령대, 수입) 등에 따라 나타나는 패턴을 분석하였다.

Composite membranes are prepared by sulfonated poly(ether ether ketone) (sPEEK) / poly(vinylidene fluoride) (PVdF) / urethane acrylate non-ionomer (UAN) for vanadium redox flow battery (VRFB). To make sPEEK and PVdF compatible each other, amphiphilic polymer, UAN, is introduced into the composite membrane. By increasing the content of UAN, proton conductivity increases, while permeability decreases, therefore, the selectivity increases. This is attributed to improved compatibility in the composite membrane, which is confirmed by analyzing morphology on its cross-section. The performance of these VRFBs is better than that of VRFB including Nafion 212 due to high selectivity. Based on these results, it is revealed that composite membrane is useful for enhancement in VRFB performance.

Advances made in membrane technology have to do with either enhancing separation efficiency or improving the permeation flux. Enhancing the separation efficiency, however, inevitably led to reducing the flux, and improving the permeation flux resulted in a loss in the separation efficiency. In this presentation, we suggest multiscale porous membranes with inverse-opal structures that allow for high permeation flux without sacrificing separation efficiency. In order to create the multiscale architectured membranes, primary structure of inverse opal having macropores is first prepared. Then, secondary nanostructures are incorporated to elaborately tune the pore size, tortuosity, and interfacial properties. Finally, the constructed multiscale architectures are utilized for water-treatment or removal or organic molecules.

본 발표는 45,460 m³/d (10 Million Imperial Gallons per Day (MIGD)) 규모를 가진 한국 최초 및 최대 대규모인 부산 기장 해수담수화 플랜트에 대한 소개이다. 본 플랜트는 2010년부터 건설 되어 2015년 말에는 상업 운전이 시작될 예정이다. 플랜트의 특징으로는 국산화된 다양한 전처 리 기술 (DABF, MF, DMF)의 적용, 대용량 16인치 RO 막 적용, 에너지 소모량을 줄이기 위한 대 용량 8 MIGD RO train의 one module화 이다. 16인치 RO 막은 평균 48%의 high recovery rate 과 14.7 LMH high flux의 성능을 보였으며, 최종 power consumption은 약 3.98 kWh/m³을 기록 하였다.

Perfluorinated sulfonic acid (PFSA) ionomers have been widely used for renewable energy generation, including polymer electrolyte fuel cells (PEFCs), owing to their excellent resistance to harsh chemicals and good ion-transport properties. PFSA materials experience critical chemical decomposition to radical attacks, and fast hydrogen crossover leading to fairly reduced electrochemical performances, when they are used as membrane materials. Similar chemical degradation also occurs in PEFC electrodes containing PFSA ionomer binders used as both mechanical supporters and proton conductors and shortens PEFC lifetime. In this study, several approaches based on their morphological rearrangement to overcome these economical and technical issues are proposed. They include pore-filling membrane formation, nanodispersion, and their combination.

본 연구는 사다리형 폴리실세스퀴옥산 구조에 CO2 친화적인 polyethylene oxide (PEO) 기를 도입하여 우수한 CO2 선택성을 지닌 분리막을 성공적으로 개발하였다. 보다 구체적으로, 세 가지 copolymer 비율 (즉, 40/60, 60/40, 80/20 mol/mol)로 poly(methoxy(polyethyleneoxy) propyl-co-methacryloxypropyl) silsesquioxane을 합성하였고, UV 광경화를 통하여 기계적으로 안정한 분리막을 제조하였다. 이중의 단단한 실록산 백본에 PEO를 공유결합 시킴으로써, PEO의 결정화를 효과적으로 억제하였고, 단일가스와 혼합가스 조건 모두 매우 우수한 CO2/H2 그리고 CO2/N2 분리성능을 지님을 증명하였다.

We designed a series of polymers as antifouling coating materials containing hydrophilic moiety such as polyethylene glycol (PEG) and mussel-inspired dopamine and/or hydrophobic moiety such as polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS) and plant-based cardanol moiety. We changed the molar composition of the hydrophilic and hydrophobic moieties in the copolymers and polymer shape (star- vs. linear-shaped polymer) and polymer morphology (block- vs. random copolymer) in order to compare fouling behaviors. These polymer coated membranes exhibited noticeably higher fouling resistance than the bare polysulfone (PSf) ultrafiltration membrane during filtration experiments. We believe that our results will provide insight into the synthesis and fabrication of multi-functional membranes for water treatment applications.

We developed a positively charged membrane with acid resistance via the introduction of a branched-poly(ethyleneimine) (b-PEI) hydrogel layer onto the surface of a polyethersulfone (PES) membrane, which was achieved by immobilization of b-PEI at the PES membrane surface using cross-linking agent. The combined results of ATR FT-IR, XPS and FE-SEM measurements confirmed that the b-PEI hydrogel layer was successfully coated on the PES NF membrane surface. In particular, the b-PEI hydrogel coated membrane surface had positive charge at whole pH range. The positively charged surface could enhance multivalent ion rejection. As a result, the membrane effectively recovered acid substance under strong acidic condition. Moreover, the selective separation was well preserved after exposure to highly concentrated sulfuric acid solution.

유가 및 희소 금속을 함유한 폐황산은 제련산업 공정에서 다량 방출되고 있으며 처리기술 부족으로 중화법을 통해 폐기되고 있다. 이에 본 연구에서는 폐황산에 존재하는 금속들을 경제적으로 회수하기 위해 막 분리공정을 적용하고자 내산성 NF 분리막을 제조하였다. 지방족아민 모노머인 piperazine을 이용하여 제조한 막은 산에 취약한 polyamide 구조를 지니고 있어 내산성을 가지는 triazine polymer를 첨가하여 NF 분리막을 제조하였다. 제조한 분리막은 15 wt% 황산에 노출한 후, 75psi 압력의 cross-flow 방식으로 내산성 투과실험을 진행하였으며 내산성은 10일 동안 유지되었다. 또한, FTIR, XPS, FE-SEM의 분석 통해 제조된 막의 특성을 확인하였다.

In the present work, a new synthesis method has been reported for preparing high-quality NaA zeolite membrane. The present method involves pressure-driven hydrothermal gel coating method(HGCM) on seeded α-alumina support surface having pores of 0.1 and 0.7μm diameter before the secondary growth process. The experimental data revealed that the high-pressure injection of hydrothermal gel solution on α-alumina support surface helped in the pore filling and thin layer coating of gel particles, which promoted the formation of uniform, defect free, and dense zeolite layer. Pervaporative dehydration experiments were conducted for 50 wt.% ethanol-water mixture at 343K. The NaA zeolite membrane, which was prepared by HGCM process on the 0.7μm support, showed that the high total flux was 4.7 kg m-2h-1 and separation factor was more than >1000.

Synthesis of nanosilver particles were obtained by chemical reduction of silver nitrate and capping agent. The solution containing nanoparticles were coated on polyvinylidene fluoride (PVDF) hollow fiber membranes which the membranes were measured water permeation flux and antibacterial activities. The resonance peak of the Ag/PVA core shell nanoparticle indicated at 430 nm in the UV-visible spectra. The Ag/PVA coated PVDF membrane exhibited excellent antibacterial performance over 60 days, and water permeation flux (LMH) was observed from 700 to 1400.

향후 물 산업은 국민소득 증가, 깨끗하고 안전한 물에 대한 수요 증가, 기후변화에 따른 물부족 심화, 인구밀집형 Mega City 부상으로 물재이용 시장이 급성장하는 등 물 전문기업의 서비스 시장 확대가 예상됨에 따라 Membrane 방식의 수처리 선진기술을 보유하고 있는 업체를 중심으로 시장이 재편될 것으로 예상할 수 있다. 또한, 물 산업은 수자원, 상하수, 지하수, 폐수 등 매체별로 분산된 시장이 아니라 토털솔루션을 요구하는 시장으로 변화되고 있는 만큼 물관련 기업의 역할이 매우 높아질 것으로 기대된다. ㈜효성은 지난 20년 가까이 분리막 소재 및 제막 기술에 대한 연구를 진행하여 왔고 이번 발표를 통하여 상업화된 분리막 연구 결과와 실제 적용사례, 이를 바탕으로 차세대 분리막 개발내용까지 소개하고자 한다.

최근 정수 수질 고도화 및 시설 운영 효율화를 위해 분리막 정수처리시설 도입이 활발히 진행되고 있지만 여과효율을 감소시키는 막오염은 분리막 기술 도입에 중요한 문제점 중에 하나이다. 막오염을 제어하기 위해 분리막 세정과정이 처리공정에 적용된다. 본 연구에서는 6년 이상 운전된 막여과 정수처리 공정에서 세정 후 PVDF재질의 한외여과 분리막의 특성 변화를 분석 하였다. 장기사용에도 불구하고 PVDF 막의 물리적 강도 및 연신율에는 거의 변화가 없었으며, 화학세정 후 분리막 표면에 잔류하는 물질은 대부분 소수성의 휴믹산 계열의 유기물로 나타났다. 장시간의 세정으로 인한 막 표면 구조의 변화는 관찰되지 않았으나 사용전막 대비 평균 막 표면 공극 크기가 증가하고 표면 공극율이 감소하는 현상이 확인되었다.

고분자 분리막을 이용한 기체 분리는 기체의 막에 대한 투과도 차이를 이용하여 분리하는 친환경적인 공정 방법이다. 기체 분리용 고분자 소재는 폴리술폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리이미드 등의 방향족 고분자들이 주로 사용되었다. 유리상 고분자인 폴리이미드는 높은 온도에서 기계적 강도가 매우 좋으며, 내화학성, 높은 기체 선택성을 보이는 뛰어난 소재로 많은 응용분야에서 활발하게 연구되고 있다. 본 연구에서는 폴리이미드계 고분자 중 애경유화(주)에서 합성된 폴리이미드 고분자를 이용하여 상전이법에 의해 중공사막을 제조하였으며 분리막에 대한 기체 투과 특성 및 기계적 물성, 신뢰성 테스트를 통하여 신뢰성을 확보하였다.

A comparative investigation of structure and performance between integrally asymmetric (IA) and thin film composite (TFC) FO membranes has been conducted. The TFC membranes showed superior water flux than IA CTA-based membranes, especially at alkaline feed and draw solutions. However, AFM results displayed smoother surfaces, resulting in the lower fouling propensity of the IA membranes than the polyamide TFC membranes. XPS data revealed lower oxygen atomic content and higher negatively charge of the active layer and higher fouling tendency of the TFC TCK membrane than the TFC HTI membrane. The TCK membrane prepared on a woven substrate served as a promising membrane for FO. This study suggests that desirable FO membranes require the TCK membrane-like open and thin structure as well as the enhancement of antifouling resistance.

금속 유기 골격체(Metal Organic Framework, 이하 MOF) 종류의 하나인 제올라이트형 이미 다졸레이트 골격체(Zeolitic Imidazolate Framework, 이하 ZIF) 중 ZIF-8은 Zn 금속이온과 imidazole 유기 리간드의 결합으로 이루어져 있다. 본 연구에서는 여러 종류의 용매에서 합성된 ZIF-8의 1차 결정과 2차 입자의 형성이 용매가 가진 특성에 영향을 받는 것을 확인하였다. HBD(hydrogen bond donation) 값이 큰 용매에서 합성된 ZIF-8의 1차 결정은 HBD 값이 작은 용매에서의 것보다 크기가 컸고, 용매의 유전상수의 값이 작을수록 2차 입자의 크기가 큰 ZIF-8이 합성되었다.

Reverse electrodialysis (RED) is one of the promising processes for generating electricity from the salt concentration gradient between river and sea water. A RED stack contains alternately arranged anion and cation exchange membranes which separate salt solutions of different concentrations. The power generation performance of RED significantly depends on the characteristics of ion exchange membranes. In this work, we have prepared high performance pore-filled anion-exchange membranes. In addition, the optimization of membrane design parameters has been investigated using the membranes via various electrochemical analyses in terms of the enhancement of RED performances. Finally, the membrane surface has been modified with acid-doped polypyrrole for the improvement of the membrane properties. (No. 10047796) (No. 2015H1C1A1034436)

Metal organic framework (MOF)는 높은 표면적, 균일한 공극, 크기를 가지는 새로운 클래스의 porous material 이다. MOF는 금속과 organic linker가 coordination 결합에 의해 결합되고, 열적 안정성을 나타내고, 높은 표면적 때문에 촉매, 분리, 가스저장 등 다양한 분야에 적용될 수 있다. 본 연구에서는 높은 CO2/N2 선택도를 가지는 MOF를 빠르게 분석하기 위해, high-throughput 가스흡착 시스템을 개발하였고, 수십 개의 MOF를 합성하여 선택도, adsorption capacity, diffusivity, 물, 산성가스에 대한 안정성을 분석하여, 선택된 MOF를 폴리머와 결합하여 mixed matrix 멤브레인을 제조 하였다.

석유화학공업에서 많이 쓰이는 에틸렌 같은 가벼운 올레핀으로 부터 불순물인 파라핀의 분리는 쉽지 않다. 물리화학적인 성질이 올레핀과 비슷하기 때문인데 보통 극저온 증류 방법을 이용하여 분리를 하지만 연간 사용하는 에너지와 차지하는 부지면적이 넓은 단점이 있다. 분리막은 상의 변화없이 물질을 분리 할 수 있고 부지면적이 적어 친환경적이다. 그 중에서도 촉진수송은 전이금속 이온과 올레핀이 π-complexation을 형성하여 올레핀을 투과하는 원리로 본 연구에서는 AgBF4를 이용한 고분자 전해질 분리막을 중공사막 지지체 위에 코팅하여 올레핀과 파라핀을 분리하는 비대칭 중공사막을 만들었다. 제조된 중공사막은 순수가스와 혼합가스를 이용하여 성능을 측정하였다.