20 μm의 얇은 폴리에스터(polyester) 부직포 상에 폴리술(polysulfone) 고분자 지지체를 제조하였다. 폴리술폰 표면에 3-aminopropyldimethyl silane을 sol-gel 중합함으로써 폴리실록산 지지체를 제조한 후 MPD 수용액과 TMC 유 기용액의 계면 중합을 실시를 통하여 정삼투 복합박막을 얻었다. FE-SEM/EDX 분석을 통하여 폴리실록산이 표면에 한하여 분포됨을 확인하였다. 1 M NaCl 유도용액/순수 인입용액 하에서의 FO-mode 유량이 146 - 209 LMH로 향상되 었으며 RSF값은 0.42 - 16.3 GMH로 유지함을 확인할 수 있었다.

The highly performing polyamide (PA) thin film composite (TFC) reverse osmosis (RO) membrane was prepared using the commercialized porous polyolefin (PO) membrane as a support. The PO-supported TFC (PO-TFC) membrane was fabricated via a conventional interfacial polymerization process. The highly permselective PA layer was formed by optimizing membrane fabrication parameters such as monomer/additive composition and post-treatment. The uniform pore structure and high surface porosity of the PO support are beneficial for improving the membrane permselectivity. As a result, the prepared PO-TFC membrane showed ~30% higher water flux and ~0.4% higher NaCl rejection compared to a commercial RO membrane. In addition, the PO-TFC membrane exhibited excellent mechanical properties and organic solvent resistance.

In this study, we performed preparation and characterization of cellulosic hollow fiber membrane for the application of pressure retarded osmosis(PRO). We used high temperature nonsolvent induced phase separation (HT-NIPS) method to prepare robust hollow fiber membranes with cellulosic polymer blends at high concentration. Prepared hollow fiber membranes showed effective skin layer formation and sponge-like pore structure. In addition, the effects of pore-forming agents with different molecular weight and bore liquid composition on PRO performance were studied. The prepared membranes showed stable water flux and power density under the hydraulic pressure upto 10 bar. The highest power density of the membrane module was 5 W/m2 at 12 bar.

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.

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.

해수담수화는 최근 전 세계적으로 대두되고 있는 물부족 현상을 해결하기 위한 최적 기술 중 하나이다. 막분리 및 투과 현상의 근본적인 이해는 차후의 막여과 기술의 발전을 위해서 뿐만 아니라, 현재 막기술 증진을 위한 통합적 디자인, 최적화 제어법, 그리고 중장기적 유지관리를 위해서도 매우 중요하다. 이에, 본 연구는 물질 전달 및 여과 현상에 대한 기존 의 주요 모델들을 상세히 재검토하고, 통계물리학에 근간하여 주요 막분리 현상들을 이론적으로 분석하며, 원천적 모델에 기 초한 물리적 의미와 그들이 실제 막공정에서 미치는 영향들에 대해서 함축적으로 토의하고자 한다. 이론적 재검토의 과정에 서 새로이 유도된 복합적 막오염도(Combined Fouling Index (CFI))의 소개도 포함한다.

본 연구에서는 사용 후 폐기되는 정수기용 역삼투(Reverse Osmosis; RO)막 필터를 세정하여 새 필터의 수준으로 복원시키는 연구를 수행하였다. 화학적 세정액으로는 수산화나트륨, 중아황산나트륨, EDTA용액을 사용하였으며 마이크로버 블 발생 장치와 함께 in-situ의 방법으로 세정하였다. EDTA를 0.1%의 농도로 제조한 뒤 마이크로버블과 함께 사용하여 30분 세정하였을 때 가장 좋은 결과를 나타내었다. 이때 폐 필터와 세정 후 폐필터의 성능을 비교해 보았을 때 투과도는 19.9%, 회수율은 49.5%증가하였으며 NaCl 100 mg/L 용액에 대한 염제거율은 2.3% 감소되었는데, 이는 새 필터와 동등한 수준으로 회복이 되었다. 또한 전자현미경 분석을 이용하여 막 표면의 오염물의 제거를 육안으로 확인하였다. 이로써 전량 매립 또는 소각 되어지는 정수기용 폐 RO막 필터의 세정을 통하여 재사용이 가능할 것으로 판단된다.

셰일가스전 폐수는 총용존고형물이 10에서 200g/L로 높아 기존의 역삼투 공정으로 처리하기에 기술적 한계가 있다. 본 연구에서는 정삼투막을 이용한 고염폐수(TDS 70g/L) 농축을 다루고 있다. NH3-CO2 기반의 유도용액을 사용하여, 8인치 나권형 정삼투 모듈의 배열에 따른 농축 효율을 연구하였다. 유도용액 공급이 원활하면서 공급수 농축율을 높이기 위한 조건을 파악하기 위해 공급수 및 유도용액의 흐름을 직렬 및 병렬 연결을 적용하였다. 정삼투 모듈 개수 증가에 따른 성능 영향을 실험함으로써 정삼투 시스템 디자인에 활용 가능한 결과를 도출하고자 하였다. 정삼투 모듈에서 NH3-CO2 유도용액 염 역확산과 공급수염 제거율을 측정함으로써 정삼투 시스템 운영상 문제점 및 해결방안을 제시하고자 한다.

폐수는 농도 및 성상에 따라 처리 방법이 다양하지만, 증발식과 역삼투식이 고농도 폐수 농축시 적용되고 있다. 물론, 역삼투식으로 처리한 후에도 배출되는 브라인은 증발식으로 최종 처리하고 있다. 결국, 증발식이 적용되기 전에 최대한 폐수의 부피를 줄이는 것이 에너지 소비 측면에서는 유리하다. 따라서, 본 연구에서는 고농도 폐수 농축에 정삼투 기술을 적용하였다. 특히, 나권형 막모듈의 경우 구조적인 문제로 인해 직렬 연결시 압력강하가 심하게 커지는 단점이 있어, 본 연구에서는 평판형 막모듈을 사용하였다. 실험 결과는 유도용액과 원수의 농도, 두 용액간의 삼투압차, 두 용액의 유량, 막 면적 등이 농축에 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 결국, 이런 파라미터들의 최적화가 정삼투 공정에서는 절대적으로 중요하였다.

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.

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.

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

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.

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.

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.

본 연구에서는 염제거 특성을 가지는 나노여과, 역삼투 및 정삼투 폴리아마이드 TFC 삼투막의 자유부피(공극) 특성을 양전자 소멸분광법을 이용해 측정하여, 이 결과를 바탕으로 용질제거 특성을 해석해봄으로써 활성층 내 존재하는 공극 특성과 물질이동 기작과의 상관관계를 밝혀냈다. 양전자 소멸분광법으로 측정한 폴리아마이드 삼투막의 공극 크기는 약 0.48 ~ 0.62 nm (지름) 내외로, 분리막 활성층 공극의 크기와 보론 제거율은 반비례함을 확인하였다. 압력기반 여과장치에서 수투과도를 증가시켜 보론 제거 실험을 반복한 결과, 0.6 nm 내외의 상대적으로 큰 공극을 가지는 폴리아마이드 분리막에서 확산이 아닌 대류를 통한 물질이동이 주도적으로 일어남을 확인하였고, 이를 무차원수인 Peclet 수의 변화로 증명했다.

We report on a unique fabrication technique, DSC for high performance PA TFC RO membranes. DSC allows the simultaneous and continuous spreading of two reactive monomer solutions to create an unsupported PA layer, which is then adhered onto a porous support to form a membrane. DSC facilitates the characterization of the PA layer structure by easily isolating it. The DSC-PA layer exhibits a thinner and smoother structure with a more wettable and less negatively charged surface than one prepared via conventional interfacial polymerization (IP). DSC enables the formation of an extremely thin (~9 nm) and dense PA layer using a very low MPD concentration, which is not feasible by conventional IP. Importantly, the DSC-assembled membrane shows the excellent water flux and NaCl rejection, exceeding both the IP control and commercial RO membranes.

A porous polyolefin (e.g. polypropylene and polyethylene) membrane has been commercialized as a lithium ion battery separator. The highly performing thin film composite (TFC) forward osmosis (FO) membrane was fabricated using the porous polyolefin membrane as a support via typical interfacial polymerization process. A very thin thickness (~8 μm) and highly interconnected pore structure of the polyolefin support can greatly reduce the internal concentration polarization, leading to high water flux, as evidenced by its low structural parameter (~168 μm). The prepared polyolefin-supported TFC membrane showed ~3.7 times higher water flux and ~33% lower specific salt flux compared to HTI-CTA commercial FO membrane with 1.0 M NaCl draw solution and DI water feed solution in FO mode. In addition, its excellent mechanical strength enables stable membrane operation.

A salinity gradient power (SGP) system holds a great potential to generate continuous and clean electricity for 24 hours. Recently, incorporating with seawater reverse osmosis, SGP has been recognized as a alternative to solve the brine issue as well as energy saving. For commercialization, many scientists would sympathize that one of main hurdles is the limited performance of each membrane to extract the high power. In case of pressure retarded osmosis (PRO) closer to commercialization, the membrane must have the high water permeability and salt rejection. There are two type of modules; hollow fiber membranes and spiral type. Toray Chem. (Korea) already shows that 4th generation PRO module, but there is no still large size PRO hollow fiber modules. Therefore, this study presents 2 and 3 inch size of PRO hollow fiber membrane prepared by inside interfacial polymerization techniques.

Owing to high energy efficiency and superior efficacy, membrane-based desalination processes have gained widespread implementation in a wide variety of water treatment applications. Tremendous research efforts on new membrane materials have been made to improve the separation performance of the state-of-the-art thin-film composite (TFC) membranes, particularly polyamide TFC membranes, hoping to overcome the permeability-selectivity trade-off relations. Currently, many nanomaterials such as zeolites, metal-organic frameworks (MOFs), graphene oxide (GO), and carbon nanotubes (CNTs) have been explored to enhance the separation performance of existing polymeric membranes, but it has been argued that the positive transformation of nanomaterials-embedded TFC membranes hold promising potential to realize the sustainable development of current desalination membranes. Here we have tried to discuss some misconceptions and challenging items delaying industrial-scale implementation of nanomaterialsembedded desalination membranes.