FO is prominent membrane technology for desalination due to no hydraulic pressure requirement and low fouling propensity compared to RO. TFC membrane was widely used due to excellent perm-selectivity and chemical resistance. TFC membrane consists of dense and support layer. Academic efforts focused on advance TFC membranes characteristics and performances. This work attempts to fabricate TFC FO membrane with highly permeable ultra-thin intermediate layer on the support layer using polydopamine and graphene oxide. Role of the intermediate layer on performances was demonstrated via characterization and FO operation.

제련 과정 중 발생하는 폐황산에는 다양한 희소금속들이 포함되어 있으나, 공정수에서 희소금속 회수가 처리기술 부족으로 중화되어 폐기되고 있는 실정이다. 일반적으로 습식제련공정에서의 모액(침출액)은 황산(10~15%) 용액 상태이며, 모액중의 유가금속 (Cu, Zn 등) 및 희소금속(In, Se, Re 등)은 보통 수 ppm에서 수 % 단위로 용해되어 있다. 희소금속은 첨단소재로서의 가치가 높고 수요가 급증하고 있으나 공정수에서 희소금속 처리 기술 부족으로 폐 황산 속 희소금속은 중화되어 폐기되고 있다. 희소금속 처리기술로서 분리막 공정을 희소금속 회수에 적용하면 효율적인 분리/농축을 가능하게 하여 경제적인 이점이 있다. 본 연구에서는 내산성이 뛰어난 방향족 모노머인 메타페닐렌디아민과 파라페닐렌디아민, 지방족 아민모노머인 피페라진와 블렌딩하여 계면중합을 실시하고 물성을 평가한다. 그리고 제조된 분리막의 내산성을 평가하기 위하여 15 wt% 황산용액에 침지한 후 투과성능을 측정하였다.

역삼투 공정은 현재 해수담수화 공정으로 가장 많이 사용되는 공정으로 향후 지속적으로 사용량이 증가될것으로 보인다. 보론은 인체와 동물, 식물에게 필수적인 영양소이지만, 과잉 공급된 보론은 인체 및 식물의 신경계 장애 및 생식능력 저하를 초래하고, 식물성장 및 과실의 성장을 방해하는 독성물질로 의심받고 있다. 보론은 흔히 쓰이는 하수처리 및 폐수처리 공정에서 제거되지 않으며, 역삼투 공정에서도 중성인 B(OH)3로 남아 있어 역삼투 후에 보론 한계기준보다 훨씬 높은 농도가 생산수에 존재하는 경우가 종종 있다. 그래서 물에서 보론이 제거되는 공정이 절실한 상황이다. 본 연구에서는 보론 제거율 향상을 위해 첨가제를 활용한 polyamide를 계면중합을 통해 합성하여 역삼투막을 제조하였으며, 제조된 역삼투막의 성능평가를 수행, 비교하였다.

세라믹 중공사형 분리막은 열적, 화학적 안정성, 내구성이 우수하며 packing density를 증가 시킬 수 있어 수처리용 분리막으로 적합하다. 중공사형 세라믹분리막은 보통 상전이법에 의해 제조하지만, 생산 속도 및 세라믹 함량 제한이라는 기술적 한계를 갖는다. 뿐만 아니라 세라믹 소재가 갖는 특성인 취성으로 인해 scale-up의 한계가 있는 것으로 보고되었으며 이를 해결하기 위해 고강도 세라믹 중공사형 분리막의 제조가 요구되는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 새로운 제막 방식인 상전이-압출 공정을 통해 생산속도를 높여 세라믹 분리막의 대량 생산에 적합할 것으로 사료되며, 제조 용액 내세라믹 분말의 함량 증가 및 소결 조건을 통해 고강도 세라믹 중공사형 분리막을 제조 할 수 있었다.

음식폐기물 산발효액 내 존재하는 유기산은 산업 원료로 가치가 있으나 분리 비용이 높은 문제점이 있다. 본 연구에서는 저에너지 유기산분리를 위해 전기투석공정에서 산발효액 내 유기산의 이동현상과 운전조건 (전압, 희석율, pH) 간의 상관관계를 연구하였다. 아세트산과 부틸산으로 주로 구성된 음식물 산발효액 원액 (COD 기준 유기산 67.3 %) 을 실험실 규모 전기투석기를 사용하여 분리전압을 5 V ~ 12 V로 변화시켰을 때, 분리전압 8 V에서 최대 유기산 회수율 (COD 기준 89.4 %, 순도 86.8 %) 을 보였으며, 이 때 분리에 사용된 에너지는 0.286 kWh/kg-COD of VFAs로 나타났다. 전기투석과정에서 분자량 차이에 따른 유기산 간의 이동현상 차이는 발견되지 않았다.

바이오파울링은 정삼투 공정(FO)에서 비가역성 오염을 야기한다. 바이오파울링 성장과정에서 미생물은 신호전달물질(AHL)의 분비를 통해 의사소통하며, 이를 쿼럼 센싱(QS)이라 한다. 본 연구에서는 Rhodococcus sp. BH4의 용해액에 있는 AHL 분해효소(quorum quencher; QQ)를 이용하여 FO에서의 바이오파울링을 저감하고자 한다. QQ 물질 유무에 따라 P.aeruginosa 종의 막 표면의 바이오필름 성장 및 부착량을 비교한 회분식 실험에서 10mg/L의 QQ 물질이 AHL을 70% 이상 분해함을 확인했다. FO 장치를 이용한 실험실 규모의 연속 실험에서는 10mg/L의 QQ 물질 존재 시 체외 고분자물질(EPS)이 대조군에 비해 80% 이상 감소했다. 위 연구를 통해 QQ가 FO에서 바이오파울링을 저감하는 새로운 방법이 될 수 있음을 확인하였다.

Ionic liquids (ILs) are potential drawing agents in forward osmosis (FO) due to their high ionicity, low vapor pressure and high solubility. A series of ILs were investigated as draw solutes for FO application and were compared with NaCl. Water (Jv )and reverse (Js) fluxes were evaluated using commercially available HTI-CTA membrane via FO and PRO modes. FO runs were conducted using 0.3M draw solution and DI water as feed. Results reveal that ILs like BMIM acetate, BMIM bromide and N4444 acetate were able to generate high Jv but with negligible Js. This demonstrates the potential of certain ILs as FO drawing agents. This research was supported by NRF through the Ministry of Science, ICT & Future Planning (No.2016R1A2B1009221) and through Basic Science Research Program of Ministry of Education(2009-0093816).

기존에 많이 이용되고 있는 전기탈이온(EDI) 공정은 전기투석법과 이온교환수지법을 혼합한 공정이다. 그리고 공정에 이용되는 모듈은 전기투석을 위한 양･음이온교환막이 있으며 두 막 사이에 이온교환수지로 채워지는 형태이다. 그리고 모듈의 성능을 결정하는 인자로는 이온교환수지의 균질한 크기 분포도가 있다. 하지만 이온교환수지와 양･음이온교환막으로 인해 모듈의 크기가 커지는 단점이 있다. 이러한 점들을 바탕으로 현재 이온교환수지를 글라인딩하여 bipolar 형태의 막으로 만든 electro-adsorption deionization(EAD) 공정 모듈이 생산되고 있다. 본 연구는 현재 생산되고 있는 모듈보다 높은 이온교환능력을 가지는 이온교환고분자를 합성하고, 이온교환수지을 대신할 이온교환그룹을 가진 nano particle 제조하여 이 둘을 적절하게 조절하여 하이브리드막을 제조하였다. 그리고 제조된 하이브리드막은 전기화학적, 열적, 기계적 특성평가를 실시하였고, 그에 따른 고찰을 진행하였다.

최근, 전세계적으로 물 부족 현상과 지역개발 및 산업 고도화, 인구증가와 함께 물 수요는 증가하고 있다. 이를 해결하기 위한 방법으로 해수담수화 방법이 있다. 해수 담수화의 많은 방법 중 이온 교환막을 이용한 실험을 진행하였다. 본 연구에서는 Anion exchange resin을 대체할 수 있는 물질로 Polystyrene Latex입자를 제조 하였다. 제조된 입자에 chloromethylation과 amination을 통해 –NH3+, -NR3+, -PR3+, -SR2+등의 관능기를 도입하였으며, 제조된 입자와 고분자를 합하여 하이브리드 막 제조를 하였다. 특성평가로는 SEM, TGA, DSC, FT-IR, IEC Value를 통한 측정을 진행하였다.

세계적인 급속한 도시화, 산업의 발달 및 인구의 증가, 기후 온난화 등 물의 공급과 수요의 불균형이 초래되고 있다. 본 연구에서는 기계적 물성이 뛰어난 Poly(vinylidene fluoride) (PVDF)와 첨가제 Silica를 사용 하였다. 희석제로는 플라스틱 가공 공정에 많이 이용되는 dioctyl phthalate (DOP), dibutyl phthalate (DBP)를 사용하여 새로운 분리막 제조 방법인 TIPS(Thermally Induced Phase Seaparation) 방식을 이용하여 분리막의 기초 연구를 실시 하였다. 실험의 특성 평가로는 주사방출현미경(SEM), DSC 그리고 Hot stage 등으로 특성평가를 진행하여 TIPS 분리막의 제조 방식에 따른 소재의 변화를 관찰 하였다.

본 연구에서는 베셀 후단의 생산수를 유입수와 혼합하는 신개념의 저에너지 역삼투 공정을 제안한다. 이 기술은 후단 생산수로 유입수를 희석하여 열역학적 요구 에너지를 낮추는 것에 착안하였다. 방법으로 역삼투 단일공정, 신공정, 부분 2차 공정의 생산수 염도 및 고유전력소비를 수치해석을 통해 비교하였다. 유입수의 다양한 수온 및 염도 조건 하에 신공정은 단일공정 대비 약 14% 생산수 염도를 감소시켰고, 0.04-0.09 kWh/m³의 고유전력소비를 추가로 필요하였다. 반면, 부분 2차 공정은 단일공정 대비 생산수 염도를 약 46% 감소시켰고, 0.08-0.21 kWh/m3의 고유전력소비를 추가로 필요로 하였다. 즉, 신공정은 부분 2차 공정 대비 저에너지를 소모하면서 단일공정 대비 고품질의 물을 생산해낸다.

최근 대두된 난분해성 미량오염물질은 일반적인 수처리 공법으로는 제거가 잘 되지 않고 수 ng/L 단위로도 수중생태계와 인간에게 독성을 나타내므로 반드시 처리가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 CNT (Carbon nanotube)를 이용하여 중공사막을 제조한 후, 그것을 전극으로 사용하여 미량오염물질을 전기화학적으로 산화 제거하였다. SEM, BET, flux, conductivity 결과를 통해 전극의 특성을 분석하였다. BPA(bisphenol A), Sulfamethoxazole(SMX), N,N-Diethyl-metatoluamide(DEET) 3가지 물질을 제거 대상 미량오염물질로 선정하였고 CHM 산화극 내부로 오염물질이 포함된 물을 흘려 보내주었을 때 5분 만에 100%의 제거효율을 보였다.

본 연구에서는 공급수의 Blending 및 ERD 적용을 통해 역삼투 공정의 소비전력량을 비교 분석하였다.

본 연구에서는 전산유체해석 기법을 이용하여 대용량 막여과 설비 유닛의 유량불균등 현상을 분석하고 이를 해결할 수 있는 개선방안을 도출하고자 하였다.

Piezodialysis involves the preferential permeation of ions over water molecules through charge mosaic membranes (CMM). This energy-efficient process incites interest as an alternative route to water desalination. But the development of effective CMMs remains a challenge due to their difficult fabrication. Herein, preparation of the positive and negative domains of a CMM were optimized. Negative poly(sodium styrene sulfonate) was blended in poly(vinyl alcohol) matrix, same as that of the positive poly(diallyldimethyl ammonium chloride). Results reveal that a balance between the two domains is critical for the CMM to achieve high salt enrichment and mechanical stability. This work was supported by NRF funded by the Korea government (MSIP) (No. 2017R1A2B2002109) and Basic Science Research Program of Ministry of Education (2009-0093816).

Nuclide separation of commercial nanofiltration (NF) & reverse osmosis (RO) membranes is investigated to elucidate the permeation mechanism and possibility on applying treatment of wastewater from nuclear facility. Since wastewater from nuclear facility contains significant amount of dangerous nuclides, their treatment for recycle or clearance is necessary. Polyamide based commercial membranes are prepared to investigate their separation performance on single- & multi-component nuclide aqueous solutions. Similar to their desalination performance, NF shows higher flux, but RO has high rejection. With respect to rejection, NF and RO membranes have better performance comparing to desalination. This study indicates that NF and RO membranes can be potential candidate for nuclide separation.

Thin-film nanocomposite (TFN) reverse osmosis (RO) membranes have drawn keen attention to overcome the limitations in polymeric desalination membranes. However, preparation of TFN-RO membranes using conventional protocol involves problems such as a waste of expensive nanomaterials and inaccurate control of loading amount. In this work, we suggest a new protocol of TFN-RO membranes through pre-adsorption of carbon nanotubes (CNTs) on the support layer using spray coating. SEM images of spray coated supports showed well-dispersed adsorption of CNTs compared with those using conventional method. RO performances of TFN membranes using spray coating were comparable to conventionally prepared membranes. Thus, this new protocol is useful to prepare TFN membranes in terms of cost-efficiency.

MBR(membrane bioreactor)공정에서 막 오염이 진행되면 막간차압압력(TMP, transmembrane pressure)가 증가한다. 일반적으로는 막분리 공정에서 운전/휴지(F/R, Filtration/Relaxation) 방식을 적용하여 TMP의 증가를 억제하고 있다. 본 연구에서는 활성 슬러지 용액과 밀도가 유사한 구형 비드를 제작하여 MBR 하부에서 산기되는 공기와 함께 자연적으로 순환되도록 하였다. 그리고 이러한 장치의 운전에 따른 막간차압압력의 변화를 운전/휴지 방식 및 사인파형 연속 투과운전(SFCO, Sinusoidal Filtration Continuous Operation)방식을 이용하여 확인하고자 하였다.

최근 국내외에서는 수질안정성 향상 및 부지면적 저감을 위해 막여과 공정도입이 활발한 추세이며 특히, 정수처리 분야에서는 정밀여과(Microfiltration) 및 한외여과(Ultrafiltration) 공정이 많이 적용되고 있다. 막여과 공정의 경제성 향상을 위해서는 세정 시점의 예측 및 세정 주기 연장이 매우 중요한 요소이다. 따라서, 본 연구에서는 인공신경망(Artificial neural network)을 활용하여 UF 공정차압(Transmembrane pressure) 예측 모델을 개발하고자 한다. 입력변수로는 유입수 온도, pH, 탁도 등의 일평균값을 이용하였다.

분리막을 이용한 기체 투과 특성은 이산화탄소 분리성능이 탁월하다. 복합막제조에 앞서 Si-PEG를 합성한 뒤, 1H-NMR, GPC, FT-IR등을 이용하여 합성을 확인하고 지지체 위에 실리콘 코팅을 하여 SEM 사진으로 복합막의 코팅층 확인 및 Bubble flowmeter을 이용하여 기체투과 성능을 측정하였다. 코팅제는 Isocyanate와 합성한 Si-PEG, 소량의 촉매를 사용하여 지지체 위에 코팅하였고 고온에서 가교과정을 거친 후 복합막을 제조하였다. 제조한 기체투과 복합막은 3um 이하로 고른 분포를 보이고, 50GPU의 이산화탄소 투과값과 질소에 대한 이산화탄소 선택도는 15의 결과를 보였다. 또한 코팅제의 조성을 다양하게 변화하여 각각의 (N2, O2, CO2) 투과 성능을 확인 하였다.