The straight nanopores in cellulose acetate (CA) polymers for battery gel separators were generated by utilizing both hydrated metal salts and water pressure. When polymer film was exposed to water pressure, the continuous nanopores were generated after complexing with hydrated metal salts. These results could be explained by that polymer chains were weakened because of the plasticization effect of the hydrated regions incorporated into the CA. Pore size could also be easily controlled by adjusting the water pressure. The generated pores in CA polymers were confirmed by scanning electron microscopy (SEM) images. The coordinate interactions between CA polymer and metal salts, and ionic states of metal salts were investigated by FT-IR and Raman spectroscopy, respectively.

수소를 연료로 사용하는 PEMFC는 고효율⋅출력밀도를 나타내며, 짧은 시동시간, 우수한 응답특성에 따라 현지설치형 발전기술로 사용되며, 이를 위한 고효율 연료처리장치가 필수적이다. SMR반응은 연료당 고회수율을 때문에 경제성이 우수하며, 전환율 확보를 위해 700°C, 20 bar 이상의 운전조건에서 수행되며, WGS, PSA의 후단공정을 통해 수소를 생산한다. 분리막 개질기를 이용한 SMR반응은 분리막이 수소를 제거함에 따라 반응효율 증진, 공정온도 저감, 후단공정 배제를 할 수 있어 공정구성 및 경제성이 우수하다. 본 연구에서는 팔라듐분리막 개질기를 사용하여 550°C, 5 bar에서 SMR반응을 통해 수소를 생산하였으며, 개질된 가스의 CO 농도를 최소화하여 고온 PEMFC용 연료처리장치를 개발하였다.

지구온난화 문제 해결을 위하여 효율적인 CO2 포집 기술 개발이 활발히 이루어지고 있으며, 최근 분리막, 흡수 공정의 하이브리드 기술인 접촉막 공정이 주목받고 있다. 본 연구진은 2014년부터 열적, 화학적 안정성이 뛰어난 세라믹 소재의 중공사막을 적용한 접촉막 공정을 개발해오고 있다. 대규모 공정 실증을 위하여 세라믹 중공사막 기공 구조 제어 기술부터 소수성 코팅, 모듈 디자인 및 배치, 공정 구성 최적화 등을 연구하였다.

분자체(molecular sieve)로 알려진 제올라이트 분리막 중에 8-membered ring(8 MR) 구조를 지닌 제올라이트를 다공성 지지층 위에 연속적인 분리막 형태로 제작하고자 한다. 8 MR 구조 중에서도 소수성을 띠는 제올라이트 기반으로 높은 이산화탄소 선택적인 분리 능력을 보이고자 한다. 특히, 이산화탄소를 분자 크기가 큰 질소나 메탄으로부터 분리하는 게 아니라, 도전적인 과제로서 수분이 존재하는 feed 조건에서 높은 이산화탄소 분리 능력을 지닐 수 있도록 분리막을 제작하고자 한다. 이번 발표에서는 최근에 얻은 제올라이트 분리막을 만드는 방법과 그 방법으로 제작한 제올라이트 분리막의 이산화탄소 분리능력에 대해 발표하고자 한다.

본 연구에서는 제올라이트 4A 분리막((주)파인텍)에서의 물과 알코올(메탄올, 에탄올, IPA, 부탄올)의 1성분, 2성분 그리고 3성분 투과증발 특성을 실험 및 모형을 통해 분석하였다. 다양한 온도 및 농도 조건 실험을 통해 제올라이트 4A 분리막이 알코올로 부터 물을 선택적으로 분리할 수 있음을 확인하였으며, 이때 분리계수는 각각 물/메탄올 150 이상, 물/에탄올 3,000 이상, 물/IPA 1,500 이상, 물/부탄올 1,500 이상이었다. Generalized Maxwell Stefan 모형 및 Dusty Gas 모형을 이용하여 단일성분 및 혼합물의 투과증발 거동을 모사하였으며, Genetic Algorithm을 이용한 상수추정을 통하여 비지지체의 흡착 및 확산 상수를 구하였다.

2012년부터 강화된 총인의 농도를 준수하기 위해서는 응집에 의한 물리화학적 처리가 필수적인 후단공정이 되었으며, 현재 국내 하수처리시설 중 약 60%의 처리시설에서 총인처리시설이 설치되었다. 하지만 총인처리시설 운전에 따른 응집제 사용량이 증가하게 되었고, 이에 따라 약품 비용 및 슬러지 처리비 증가 등의 운영비가 상승하였다. 특히 분리막 공법(MBR)의 경우 막 투과수의 응집액 부족으로 인한 응집효율 저하 및 응집제의 과다 주입으로 인한 처리수질 악화 등의 문제가 발생하는 경우도 있다. 본 연구에서는 MBR 공법내에서 별도의 총인처리시설 필요 없이 생물학적 인제거를 극대화 하는 동시에 응집제 사용량을 최소화하면서 처리수의 인농도를 0.2 mg/L 이하로 유지할 수 있는 방안을 도출하고자 하였다.

In the present study, the impact of RO polyamide layer by long-term chemical exposure was evaluated. Basic cleaning chemicals such as NaOH increased the pure water flux and salt passage of RO membrane up to 1.6 times and 2 times, respectively. In contrast, membranes exposed to acidic chemicals such as HCl have experienced no discernible change of permeability, which indicated that basic chemicals caused the more serious damage to RO polymeric layers. However, XPS analysis showed that both membranes were experienced significant damages on cross-linking of polyamide structures. It can be concluded that basic cleaning chemicals induced the enlarged pore structure due to electrostatic repulsion between damaged polymers, while acidic chemicals caused less performance deterioration by shrinkage of the polyamide structure.

다양한 활용용수 생산을 위한 막 소재 및 막여과 공정개발이 고도화됨에 따라 점차적으로 유지관리 측면의 연구개발 필요성이 부각되고 있다. 그 중에서 유지관리 측면의 막 손상 검지와 수명예측은 제도적으로 정립이 미흡한 실정이며, 막여과 공정 운영에서 경제성과 안정성을 고려한 막 손상 검지 기술개발은 막 특성 및 시설규모에 따른 오차보상이 불가피하게 수반되어야 하는 연구이다. 따라서 분리막의 물리/화학적 노출강도에 따른 특성 변화를 관찰하여 내구년한 산정 및 수명예측 알고리즘을 구축하고자 한다. 또한 분리막의 특성과 모듈의 배열에 따라 최적화된 막 손상 검지를 위한 기체-액체 치환율을 기반으로 물리적 한계도출과 병행하여 이를 극복하기 위한 센싱융합 기술을 소개하고자 한다.

Membrane filtration has been considered as an promising harvesting technology in the fields of microalgal biorefinery to produce biofuels and valuable chemicals from microalgal biomass. For developing the effective membrane-based harvesting process to produce highly concentrated biomass, membrane fouling should be controlled because it leads to not only reduced filtration rate but also insufficient reachable concentration of harvested biomass for downstream process. For that, a dynamic filtration using a rotating disk was evaluated in this study, efficiently generating high shear flow near the membrane surface by an independently moving part. It was demonstrated to achieve feasible filtration performance even under high biomass concentration with complete biomass recovery and moderate energy consumption observed.

일반적으로 SWRO의 경우 에너지 소비량은 3.5 kWh/m³ 이상의 에너지를 소비한다. 그중 RO트레인은 2.5～3.0 kWh/m³를 소모해 전체 에너지 소비량의 70% 이상을 소비하고 있으며, 전체 시스템 에너지 절감을 위해서는 RO트레인의 최적 설계가 중요하다. 따라서 당사는 다양한 RO트레인의 설계를 최적화 하여 소모되는 에너지의 양을 10% 절감하고자 한다. 1) ISDInternally Staged Desing)을 적용한 1st Pass의 설계최적화, 2) SPSP(Split Partial Sencond Pass) 적용을 통한 2nd 용량 최적화 설계, 3) 초고성능 막을 적용한 Single Pass 설계방법의 최적 조합을 통해 저에너지 역삼투막 시스템 설계 기술을 개발하고자 한다.

최근 국내에서 연구개발중인 SWRO-PRO 복합해수담수화 기술은 SWRO 해수담수화 플랜트에서 발생하는 고염도 농축수와 저염도 하수처리수를 각각 PRO 시스템의 유도용액과 원수로 사용하여, 두 용액의 농도차에 의해 발생되는 삼투에너지를 압력교환장치를 통해 회수하여 RO 고압펌프에서 필요한 에너지를 줄이거나, 터빈 형태의 에너지 회수장치 적용을 통해 전력을 생산하는 기술이다. PRO 시스템을 통해 회수된 에너지는 해수담수화 운영비를 절감할 수 있고, 고농도 농축수 방류로 인한 해양생태계 영향을 최소화 시킬 수 있다. 또한, 농축수 처리 비용 및 해수담수화 전력시설 비용을 절감시키는 효과를 기대할 수 있다.

기후변화에 따른 영향으로 전 세계적으로 물부족 문제는 지속적으로 증가할 것으로 예상된다. 이러한 물부족 문제를 해결하기 위하여 다양한 대체수자원 확보기술이 개발되고 있으며, 그 중에 해수담수화 기술이 가장 활발하게 도입되고 있다. 최근 새로운 개념의 해수담수화 기술이 검토되고 있으며, 그 중 막증발법(Membrane distillation, MD) 기술이 활발하게 연구되고 있다. 국토교통부 국가연구개발사업으로 진행 중인 “Global MVP 연구단”에서는 세계 최대 규모인 400 m³/일 규모의 복합탈염 플랜트를 구축하고 있으며, 국산 중공사 막증발 모듈을 이용하여 새로운 개념의 복합탈염 설계기술과 구축기술을 확보하고자 현재 다양한 연구를 진행 중에 있다.

The ultimate goal of seawater reverse osmosis brine management is to achieve minimal liquid discharge while recovering valuable resources. The suitability of an integrated system of membrane distillation (MD) with sorption for the recovery of rubidium (Rb⁺) and simultaneous SWRO brine volume reduction has been evaluated for the first time. Polymer encapsulated potassium copper hexacyanoferrate (KCuFC(PAN)) sorbent exhibited a good selectivity for Rb⁺ sorption. The integrated MD-KCuFC (PAN) system with periodic membrane cleaning, enabled 65% water recovery. A stable MD permeate flux was achieved with good quality permeate. KCuFC (PAN) showed a high regeneration and reuse capacity. Ammonium chloride air stripping followed by resorcinol formaldehyde resin filtration enabled to recover Rb⁺ from the desorbed solution.

Growing demands for reducing energy consumption have raised interest to design advanced materials for thin film composite (TFC) desalination membranes with high permselectivity and low fouling. Here, we synthesized a star-shaped polymer as a new building block material, which can be assembled into selective layer of the TFC membrane via a facile interfacial polymerization (IP). Star polymer with compact globular structure and high density amine functional groups enabled to fabricate higher permselectivity and lower fouling propensity membrane compared to commercial membranes. In addition, star polymer assembled TFC membrane can function as either nanofiltration or reverse osmosis membrane by simply adjusting IP process conditions, which cannot feasible in conventional materials, demonstrating remarkable versatility of our star polymer.

본 연구에서는 sol-gel법을 이용하여 세라믹 중공사 지지체 표면에 합성된 sol을 dip coating하고 활성층을 형성시켜 한외여과막을 제조하였다. 코팅 횟수 및 코팅 용액의 조성에 따른 코팅층 변화를 확인하여, 결함을 최소화하고 균일하게 제조할 수 있는 조건을 확립하고, 소결 후 투과 특성 측정을 통해 소결 온도의 영향을 고찰하였다. 제조된 한외여과막은 분획분자량(Molecular Weight Cut-Off, MWCO)과 gas-liquid displacement porometer (GLDP), liquid-liquid displacement porometer (LLDP)를 이용하여 기공크기를 측정하고 분리막의 성능과 기공크기의 연관성을 연구하였다.

In this study, various physical cleaning methods such as physical washing and osmotic backwash, were conducted to understand membrane fouling properties by employing real secondary wastewater effluent (SWWE). In addition, microfiltration (MF) and ultrafiltration (UF) pretreatments were compared to maximize removal of organic matter and to control membrane fouling efficiently. Organic foulants deposited on the active layer of FO membrane were observed by fouling behavior test. The relationship between concentrations of natural organic matter and membrane fouling was also investigated from the bench-scale FO tests.

바이오파울링은 역삼투막 여과 공정에서 운전 성능을 저해하는 주요 원인이다. 이전 연구들은 분리막 표면에 발생하는 바이오파울링을 제어하기 위해서 화학적 세정제를 주입하는 방법을 주로 사용하였다. 화학적 세정제의 주입은 분리막의 손상뿐만 아니라 이차적으로 수계 오염을 발생시키기 때문에 주입 농도와 운영 방법에 주의가 요구된다. 이러한 문제를 극복하기 위해, 본 연구에서는 분리막 표면에 생물막 저해제를 고정하여 바이오파울링을 제어하는 연구를 수행하였다. 표면 고정화를 위한 방법으로 Layer-by-layer 기술을 적용하였고, 생물막저해제로 클로르헥시딘과 글루타알데하이드를 사용하였다. 막 표면의 생물막 저해제 고정화는 미생물의 부착 억제 및 사멸로 생물막 형성이 지연되어 운전 성능이 유지되는 효과를 나타냈다.

Perfluorinated sulfonic acid (PFSA) ionomers have been widely used as representative polymer electrolyte membrane (PEM) materials for water electrolysis to generate hydrogen and oxygen gases with a high purity (e.g., 99.999%) simultaneously. PEM should satisfy high selectivity of proton to water and act as gas barrier to hydrogen and oxygen in order to improve current efficiency which is a barometer to determine how effectively the electric energy is used for water electrolysis. In this study, PFSA ionomers with different chemical architectures and equivalent weights were used to make PEM materials for water electrolysis. The structure-property-performance relationship was systematically investigated.

Saline water electrolysis is a representative electrochemical conversion to produce chlorine gas and sodium hydroxide as major products by applying electric power. Perfluorinated sulfonic acid (PFSA) ionomers have been usually used as polymer electrolyte membrane materials owing to high sodium ion selectivity and strong resistance to acidic compounds (e.g., Cl2, HCl and so on) produced in anode. However, PFSA ionomers have been suffering from chemical degradation occurring when exposed under harsh basic condition in cathode. In this study, double layered chlor-alkali membranes were prepared by anchoring crosslinked hydrocarbon ionomer via radical polymerization technique in water channels located in a surface layer of PFSA ionomer membranes and electrochemically evaluated.

Sulfonated poly(arylene ether sulfone) (SPAES) random copolymers have been perceived as alternatives to perfluorinated sulfonic acid (PFSA) ionomers owing to their cheap production cost and low hydrogen permeability. In spite of their advantages, there are some issues to overcome such as membrane durability and relatively low proton conductivity in the low humidity range. An approach to solve these problems is to fill SPAES copolymers into porous support films (e.g., poly(tetra fluoro ethylene), PTFE). However, it is difficult to make defect-free pore-filling membranes. In this study, SPAES nanodispersion in a water-alcohol mixture is made under a modified supercritical condition and used to make highly proton conductive and chemical durable SPAES-PTFE pore-filling membranes.