정삼투 공정에 유용한 유도용질로서 diethyl malonate를 사용한 citrate 계열의 유기 화합물을 합성하였다. 최종적으로 얻은 potassium pentane-1,3,3,5-tetracarboxylate는 1H-NMR과 13C-NMR을 통하여 확인하였다. 유도용질의 물성을 확인 하기 위해 삼투압, 용해도, 수투과도, 역염 투과도를 측정하였다. 합성한 유도용액을 사용하여 정삼투 공정을 진행한 결과, 동일한 citrate 계열인 trisodium citrate 및 tripotassium citrate보다 높은 수투과량을 나타내었으며 염의 역확산 정도는 NaCl에 비하여 매우 낮은 값을 나타내었다. 합성된 유도용질의 삼투압은 NaCl보다 약 25% 낮았으나 물에 대한 용해도는 NaCl의 8.8 배인 317 g/100 g water의 값을 나타내었다. 정삼투 종료 후 유도용질의 회수를 위해 상용화된 나노여과막을 사용하였고, 낮은 압력에서 효율적으로 회수가 가능하였다.

본 연구는 분리막 성능 저하로 기능을 상실한 역삼투막의 힐링을 통한 복원의 가능성을 알아보고자 하는 데에 목적이 있다. 손상된 막은 양이온고분자인 poly(styrene sulfonic acid) sodium salt (PSSA)와 음이온고분자인 polyethyleneimine (PEI)를 염석법을 이용하여 이중으로 코팅했으며 또한 소재의 순서를 바꿔 코팅을 수행했다. 그리고 농도, 시간, 이온세기 등 에 따라 코팅된 역삼투막의 투과도와 배제율을 측정하여 손상된 막으로부터 복원된 정도를 알아보았다. 또한 역삼투 평막에서 복원이 우수한 조건을 가정용 정수기 모듈에 적용하여 손상된 역삼투막 모듈에 또한 대하여 복원 가능성을 알아보았다. 이로부터 PEI 30,000 ppm (IS = 0.1)/PSSA 20,000 ppm (IS = 0.7) 코팅 조건에서 역삼투막 모듈에 적용했을 때 염 배제율은 69%에서 86% (손상 전 모듈의 경우 90%)까지 복원되었다.

Forward osmosis (FO) has emerged as one of the most promising technologies for seawater desalination. Despite the progress in membrane technology, draw solutions are still limited in terms of its reusability thereby hampering its economic viability. Hydrophilic ILs can be easily dissolved in water to constitute a DS. ILs are environmentally benign due to their high thermal stability and negligible vapor pressure. Hydrophilic ILs can be easily dissolved in water to constitute a DS. ILs are environmentally benign due to their high thermal stability and negligible vapor pressure. This work was supported by NRF funded by the Korea government funded by the Ministry of Science and ICT (2016R1A2B1009221 and 2017R1A2B2002109) and Ministry of Education (2009-0093816 and 22A20130012051(BK21Plus)).

본 연구에서는 하수처리유출수의 유기물 성상을 제어하기 위해 서로 다른 흡착제를 적용하여 역삼투막의 막오염 경향성을 관찰하였다. 실험실 규모에서 역삼투막 운전결과, 다중벽탄소나노튜브 (5%), 팽창흑연 (21%), 하수처리유출수(25%), 활성탄 (26%) 순서로 초기대비 투과수량이 감소하였다. 형성된 막오염 물질의 FEEM 분석결과, 활성탄의 경우 팽창흑연, 다중벽탄소나노튜브, 하수처리 유출수에 상대적으로 높은 미생물유래물질에 의한 막오염이 존재하였다. 더 나아가, 분자량 분석 결과를 통해 고분자 미생물유래물질(>15K Da)의 영향이 큰 것을 확인하였다. 결과적으로, 하수재이용공정에서 고분자 미생물유래물질이 역삼투막 효율저하의 주요한 역할을 하며, 이를 저감시키기 위한 방안마련이 필요하다고 판단되었다.

Although thin-film nanocomposite membranes (TFNs) have paved the way to develop high-performance reverse osmosis (RO) membranes, scale-up production of TFNs is still challenging issue. Herein, we introduced a novel preparation method for TFNs using spray-assisted nanofiller pre-deposition (Spray method) to circumvent the limitations in conventional method. The precise control of nanofiller (ZIF-8) loading was possible by simply varying the spraying ZIF-8 concentration. Most importantly, TFNs prepared by both Spray and conventional method showed similar RO performances, while Spray method only requires ~100 times minimized amount of ZIF-8 with an unprecedentedly short deposition time (< 1 min) ever reported. Our results revealed that Spray method would be promising for the scale-up of TFNs in terms of cost, time, and controllability.

정삼투 여과막(FO) 기술 분야는 해수 담수화에서 이미 다양한 연구가 진행되었으나, 하폐수 처리 분야의 적용에서는 상대적으로 많은 연구가 필요한 상황이다. FO 기술은 비 다공성 특성막과 각 용액 사이의 삼투압 차이를 이용하여 원폐수로부터 수분을 비롯하여, 질소-인과 같은 이온성 물질까지 분리할 수 있다. 본 연구에서는 FO 막을 혐기성 유동상 미생물반응기(AFBR)를 통해 처리된 처리수 내 존재하는 질소(주로 암모니아성 질소)를 제거하기 위해 적용되었다. 유도용액(Draw Solution, DS)의 종류(NaCl, CaCl2, Na2CO3)에 따라 투과량은 NaCl, CaCl2, Na2CO3 순으로 높게 나타났으며, 암모니아성 질소의 배제율은 각각 42.25%, 78.83%, 70.35%으로 나타났다.

물 부족 현상의 해결책으로 저에너지 해수담수화가 가능한 정삼투 공정에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 정삼투는 다양한 수처리 분야에 적용이 가능하며 낮은 비용, 낮은 에너지 소비량, 낮은 막오염의 장점을 가지며 이로 인해 최근 연구가 활발히 진행되고 있다. 최근에는 고분자 전해질을 이용한 유도용질, 온도감응성 고분자를 이용한 유도용질, 나노재료를 이용한 나노파티클 유도용질의 연구가 진행되었으나 상용화에는 이르지 못하고 있다. 본 연구에서는 분자량 약 800의 폴리에틸렌이민을 카복실산 금속염의 형태로 치환함으로써 물에 대한 용해도가 큰 PEI800-K을 합성하였다. 이를 유도용질로서 성능평가를 진행하여 다른 유도용액과 비교실험을 수행하고, 정삼투 후 유도용질의 회수를 위해 나노여과를 사용하였다.