습식제련 공정 침출액은 다양한 유가금속 및 희소금속을 함유하고 있지만, 회수기술 부족으로 중화, 치환, 흡착을 통해 폐기되고 있다. 폐산 용액에 존재하는 금속들을 경제적으로 회수하기 위해 막분리 공정 개발의 필요성이 강조되고 있으며, 본 연구에서는 내산/내열성이 우수한 나노복합막을 제조하고자 하였다. 나노복합막은 polysulfone(PSf) 위에 지방족 아민과 아실클로라이드(acyl chloride) 를 계면중합하여 제조하였다. 내산성 평가는 15 wt% 황산 용액에 일별 노출한 후 75psi 압력 하에서 cross-flow 방식으로 투과수량 및 이온 제거율을 측정하 였다. 내열성 평가는 운전 온도 60°C에서 투과평가를 진행하였다. 제조막의 특 성은 FTIR, XPS, FE-SEM 등의 분석 통해 확인하였다.

ZSM-5 zeolite membranes can be tuned for hydrophilicity with varied Si/Al ratio allowing dehydration of various organic-water mixtures. α-Al2O3 supports were dip coated by silicalite-1 seed particles, dried (180°C for 12h) and calcined (450°C for 5h) for the secondary growth process. Hydrothermal synthesis of ZSM-5 zeolite membranes was carried out at 180 °C for 48 h. SEM and XRD results indicate excellent crystal morphology with high purity and preferred orientation. Prepared membranes showed a maximum perm-selectivity of 24 at 30°C for H2/SF6 separation. At that condition, H2 and SF6 permeance was 212 and 9 GPU, respectively. It was found that the permeance was higher at low Si/Al ratios, so it is expected that prepared membrane can be applicable for acetic acid dehydration.

Hydroxy sodalite (HS) is reported as high-temperature water separating zeolite membrane because of its small β-cage structure (pore size=2.8Å). HS zeolite particles were synthesized using various experimental set-ups including water bath, oil bath, refluxing and hydrothermal method using a gel composition of 5SiO2:1Al2O3:50Na2O:1000H2O. The morphology, crystallinity and purity of HS particles by changing silica source, temperature and synthesis time were studied. The products were characterized by X-ray diffraction (XRD), and scanning electron microscopy (SEM). Particle sizes were increased with increase of temperature (90 °C - 180 °C) and time (2 – 24 h). Pure HS particles were obtained by using conventional hydrothermal synthesis at 120°C for 2h.

PVC-g-POEM graft copolymer was synthesized for ultrafiltration (UF) membrane area and the effect of TTIP on the membranes was also explored via phase separation. Characterization was explored by FT-IR, 1H-NMR and FE-SEM and measured by cross-flow system. The interaction between copolymer and TTIP enhanced the water permeance because of increased surface pore size and porosity. Phase inversion process in 80 oC water bath resulted in decreased water permeance owing to the increased top selective layer, but increased BSA rejection. However, TTIP-treated membrane with 80 oC inversion showed decreased BSA rejection owing to TTIP dissolution in hot water. TTIP treatment and 80 oC inversion resulted in highly enhanced antifouling property. The best performance exhibited 338 LMH water permeance, 89.4% BSA rejection, and 91.9% flux ratio recovery.

Ion-exchange membranes which consist of polymer backbones attached with fixed charge groups have been widely used in various electrochemical water treatment and energy processes. A pore-filled ion-exchange membranes (PFIEMs), composed of an inert and tough porous substrate and an ionomer that fills the pores, is considered as a promising candidate for various commercial applications because they can be manufactured via a cheap process and also provide both high ion conductivity and excellent mechanical properties. We will introduce the recent results on the development of high performance PFIEMs for various electrochemical applications such as direct fuel alkaline fuel cells, reverse electrodialysis, and capacitive deionization etc. (Acknowledgements: NRF-2015H1C1A1034436 and MOTIE-10047796)

최근 환경 문제를 해결하기 위한 방법으로 분리막을 이용한 많은 연구가 이루어지고 있고, 그중에서도 고분자막을 이용한 기체분리는 빠른 속도로 발전하고 있는 분야로써 시장 규모 및 응용 범위가 확대되고 있다. 본 연구에서는 다 양한 모노머를 사용하여 poly(ether ether ketone)를 합성 후, 이미다졸륨 그룹을 도입한 고분자를 이용하여 분리막을 제조하였다. 제조된 분리막의 특성평가 를 진행하였고, 이어서 타임렉 방법을 이용하여 기체특성평가를 진행하였다. 그 리고 동일고분자를 분자동역학시뮬레이션(Molecular dynamics simulation)의 COMPASS force field로 계산하여 진행하였다. 마지막으로 분자동역학시뮬레이션 계산값과 실험 측정값을 비교 분석하는 연구를 진행하였다.

최근 정삼투 기술 연구는 정삼투막 물질이동, 다양한 분야 적용과 관련된 연구가 주로 수행되었다. 정삼투 공정 실용화를 위해서는 공정설계와 관련 된 파일럿 규모 연구가 추가적으로 필요하다. 본 연구에서는 평판형 정삼투 모듈을 이용하여 운전조건(유도용액 및 유입수 유량과 농도, 모듈 개수)에 따른 모듈 성 능을 분석하고, 이를 바탕으로 정삼투 공정 설계 방안을 제시하고자 하였다. 직렬로 연결된 평막 모듈의 개수가 증가함에 따라 운전압력이 증가하였으나, 나권 형 모듈에 비해 압력 증가량이 낮아 평막 모듈 형태가 정삼투 공정 스케일 업에 적합하다고 판단된다. 유입수 유량대비 막면적은 삼투압차를 근거로 예측한 회수율을 얻는 주요 인자임을 제시하였고, 이를 바탕으로 정삼투 공정설계 연구 결과를 나타내었다.

An all-silica deca-dodecasil 3R (Si-DDR) zeolite with a pore size of 0.36*0.44 nm2 is highly desirable for membrane-based separation of CO2 from N2, which critical in the post-combustion carbon capture process, via molecular recognition of their slight size difference. For the first time, we acquired h0h-oriented, hydrophobic DDR zeolite films through epitaxial growth of a DDR seed layer with a structure directing agent of methyltropinium iodide. The degree of the out-of-plane orientation and inter-growth was increased with the secondary growth time, while reducing the defects that provide non-selective pathways. The resulting DDR membrane showed a CO2/N2 separation factor (SF) as high as 11.9 at 50°C under dry conditions. More desirably, it could achieve a much enhanced CO2/N2 SF of up to 15.9 at 50°C in the presence of H2O vapor.

Defects of zeolite membranes often lower their separation performance. Thus, the investigation of the defects is highly critical in achieving high separation performance. While general characterization methods (e.g. scanning electron microscopy; SEM) that examine the membrane surface cannot detect defects, the FCOM measurement is able to identify the defective structure inside the zeolite membrane using dye molecules of appropriate size [1]. In this work, various dyeing conditions (times and concentrations) were applied to a MFI zeolite membrane in an attempt to investigate the defective structure. Furthermore, the quantitative analysis is practiced to measure the defects in numerical form.

The hollow fiber composite membrane used in pervaporation test was prepared by dip coating method on the Polyether Sulfone hollow fiber using tartaric acid added PVA solution. And each membrane solution contains H2SO4 as acid catalyst for esterification reaction between PVA and TA. Also, to increase coating uniformity, specific amount of SDS(sodium dodecyl sulfate) was contained. Prepared membrane was characterized by IR spectroscopy, swelling to observe cross-linking degree of PVA and Tartaric acid then, finally used in pervaporation test. The pervaporation test was mainly studied about effect of catalyst amount in the membrane solution and the test was performed until pervaporation value converged.

역삼투 공정은 에너지 효율의 증가로 해수담수화에서 많이 사용되고 있는 공정이다. 보론은 해수에서 대개 4∼5 mg/L의 농도로 존재하며, pH 8.2에서 B(OH)3로 76%, B(OH)4 -로 12%, 나머지 11%는 복합체와 금속 이온을 이룬 구조로 존재하고 있다. 이러한 구조로 인해 역삼투 후에도 보론 한계기준보다 높은 수치로 남아 있어 효과적으로 제거할 수 있는 공정이 필요하다. 본 연구에서는 N-methyl-D-glucamine (NMDG)이 포함된 첨가제를 이용하여 역삼투막을 제조 하였으며, 제조된 막의 성능을 평가하였다.

제지공정 폐수 내에 포함된 리그닌을 재사용하기 위해 같이 포함되어있는 금속이온을 줄여야한다. 본 연구에서는 세라믹 분리막을 이용하여 제지공정 폐수 내의 금속이온을 제거하는 연구를 진행하였다. 분리막은 DMAc 용매에 PESf 고분자를 용해시킨 뒤 α-Alumina 분말을 넣고 PVP 분산제를 첨가하여 평판형 분리막을 제조하였다. FE-SEM으로 분리막의 단면과 표면을 관찰하고 CFP (Capillary Flow Porometer)장치를 통해 기공크기를 측정하였다. 분리막을 이용 한 금속이온제거 실험을 한 뒤 실험 전, 후의 폐수를 ICP-MS분석을 통해 금속 이온량을 측정하였다.

본 연구에서는 전기방사법을 이용해 다양한 고분자에 nanofiller인 clay를 복합시켜 나노섬유 복합막을 제조하였다. 나노섬유에 clay를 첨가함으로써 일반적인 나노섬유가 가지는 취약한 물리적 특성을 증가시키고 수처리 막으로의 활용 가능성을 확인하였다. 또한 고분자의 친⋅소수성에 따라 발생하는 고분자와 clay간의 interaction을 고찰해보았다. 따라서 본 연구에서 나타난 결과를 통해 clay를 활용한 나노섬유 복합막의 제조 및 나노섬유의 특성 보완 연구의 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구에서는 그래핀 함량에 따른 고분자 나노섬유의 물리적 특성 변화에 대해 연구하였다. 전기방사법으로 GO PAN 나노섬유 복합체 막을 제조하였으며, 접촉각⋅SEM⋅인장강도에 관한 실험을 진행하였다. GO+계면활성제를 이용 하여 나노섬유에 존재하는 GO의 함량을 증가시켰다. 제조한 나노섬유의 경우 기존의 나노섬유보다 강한 기계적 강도를 나타내었다. 이러한 결과를 바탕으로 수처리 분리막의 연구 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구는 열유도상분리법(thermally induced phase separation, TIPS)을 사용하여, 수처리 분리막에 적용하기 위해, 응고조의 온도 및 열용량의 변화에 따른 분리막의 모폴로지 변화를 관찰하였다. 분리막을 제조하기 위한 소재로는 기계적 물성과 내화학성이 우수한 poly(vinylidene fluoride)(PVDF)와 고분자의 분산 을 도와주는 무기염 소재인 실리카를 사용하였다. 희석제는 dioctyl phthalate (DOP), dibutyl phthalate (DBP)를 사용하였다. 다양한 응고액의 열용량 변화 및 온도에 따른 구조 변화 관찰을 위하여 SEM 이미지를 관찰하였다. 열용량이 증가하거나 응고조의 온도가 높을수록 PVDF의 결정화 속도가 느려져 큰 기공을 나타내며 열용량이 감소하거나 응고조의 온도가 낮을수록 결정화 속도가 증가 하여 작은 기공이 형성되는 것을 확인 하였다.

본 연구에서는 물/에탄올 분리 성능이 우수한 모데나이트 제올라이트 분리막을 제조하였다. 모데나이트 분리막은 다공성 알루미나 지지체 표면에 종결정이 분산된 종결정 수용액을 이용하여 침지코팅한 후 1SiO2:0.05Al2O3: 0.76NaOH:40H2O 의 몰비로 제조된 수열용액을 이용하여 170°C에서 24시간 동안 이차성장 시켰다. 이때 종결정 수용액의 농도가 모데나이트 분리막의 미세구조 및 투과증발성능에 미치는 영향에 대하여 분석하였다. 종결정 수용액의 농도를 0.025, 0.05, 0.1, 0.25, 0.5 wt%로 한 후 합성한 경우, b축으로 성장된 바늘 구조의 모데나이트 결정은 농도가 증가할수록 c축으로 성장하는 것을 확인하였다. c축으로 성장 된 분리막의 물/에탄올 분리성능은 > 10000의 선택도와 0.2 kg/m2h의 투과도 를 나타냈다.

본 연구에서는 고투과성 Ni-ZiO2 모세관 지지체를 NIPS 방법에 의해서 제조되었으며, 기체분리용 고투과성 분리막 제조에 사용하고자 하였다. 이때 Ni:ZrO2 비율을 각각 100:0, 70:30, 50:50, 30:70으로 섞어 만든 도프용액을 이용하여 모세관 지지체를 제조한 후 소결온도를 950, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500°C으로 달리하여 Ni:ZrO2 비율과 소결온도가 Ni-ZiO2 모세관 지지체의 기계적 안정성, 기공구조 및 단일기체투과도에 미치는 영향을 분석하고자 하였다.

미세 기공을 갖는 세라믹 중공사막의 기공 크기 및 분포도를 분석하기 위해 gas-liquid displacement porometer(GLDP)와 liquid-liquid displacement porometer(LLDP) 두 가지 측정법을 이용하였다. GLDP와 LLDP를 이용한 기공 크기 측정 및 분석과 관련하여 이론적 고찰을 진행하였고, 10-100 nm의 기공 크기를 갖는 세라믹 중공사막의 기공 크기 및 분포도를 비교 분석하였다. 또한, 서로 다른 기공크기를 가질 것으로 예상되는 세 종류의 세라믹 중공사막의 기공 크기 측정 결과와 수투과도, 배제율 측정 결과를 종합하여 분리막 특성의 연계성을 확인하였다.

The modification of Silicotungstic acid (STA) was done by Melamine and Mixed matrix membranes from the Melamine modified Silico tungstic acid (M-STA) particles were prepared for the pervaporation dehydration of Water -Isopropanol (IPA) mixture. The characterization of the membranes were done by FTIR, SEM, EDS AFM XRD, and contact angle measurements. The M-STA loaded composite membranes showed improved pervaporation performance in comparison to the virgin membrane. The 8 wt% M-STA loaded (M8-MSTA) membrane gave an optimum pervaporation performance having flux = 0.36 kg/m2h, separation factor 485.6 for 20 wt% water -isopropanol feed composition at 60 0C was observed.

유가금속 및 희소금속의 수요가 많아짐에 따라 제련공정에서 발생하는 황산 용액 내의 유가금속 및 희소금속을 회수하여 사용하는 방향의 연구가 진행되고 있다. 이에 황산용액 내의 희소금속 및 유가금속을 분리하기 위해서는 내산성이 뛰어난 나노분리막이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 우수한 내산성을 가진 방향족 폴리아미드 나노여과막을 제조하였으며 제조된 분리막의 나노여과 특성과 내산성 및 내열성을 평가하였다.