정삼투법을 이용한 해수담수화는 역삼투 공정에 비해 에너지 절감이 가능하여 해수담수화 차세대 기술로 주목받 고 있다. 막을 기반으로 하는 수처리 분야에서 분리 성능을 향상시키고 새로운 기능을 부여하기 위해, 고분자 매트릭스에 필 러인 나노물질을 삽입하는 박막 나노복합체 분리막(thin film nanocomposite, TFN) 개발에 대한 연구가 요구되고 있다. 본 연구에서는 딥 코팅(dip coating) 방법을 기반으로 한 다층박막적층법(Layer-by-layer, LBL)을 이용하여 산화그래핀(graphene oxide, GO)의 나노 적층구조를 제어하여, 정삼투 공정에서의 높은 안정성 및 높은 수투과도 및 염 제거, 낮은 염 역확산을 갖는 그래핀 나노복합체 분리막을 개발하고자 하였다. 정삼투 공정의 성능 향상을 위한 산화그래핀의 환원 반응시간과 LBL 딥 코팅 적층 수의 최적화를 통해, 수투과도 2.51 LMH/bar, 물분자 선택성 8.3 L/g, 염 제거율 99.5%를 갖는 나노복합체 분리막 을 개발하였다. 이는 상용화된 CTA FO 분리막보다 수투과도는 10배, 물분자 선택성은 4배 높게 향상되었으며, 염 제거율은 비슷한 수준으로 나타났다.

가압형 정삼투(pressure-assisted forward osmosis, PAFO) 공정은 기존의 정삼투(forward osmosis, FO) 공정의 단 점인 낮은 수투과도 및 유도용질의 역확산을 극복하여 전체 공정 효율을 향상시킨다. 하지만 가압에 의한 추가적인 수리학적 압력의 작용은 파울링을 가속화 시킨다는 단점이 있다. 본 연구는 PAFO의 간헐적 운전방법인 간헐적 가압형 정삼투 (Intermittent pressure-assisted forward osmosis, I-PAFO)의 파울링 저감 가능성을 평가하기 위해 수행되었다. 비교를 위해 FO 및 PAFO를 동시에 운전하여, 세 가지 운전에서의 파울링 거동을 관찰하였다. 파울링 실험을 위한 오염물질로 콜로이드 실리 카 입자를 사용하였고, 분리막 및 입자의 정전기적 상호작용 에너지 변화가 파울링 거동에 미치는 영향도 확인하였다. 실험 결과, I-PAFO 운전에서, 용액 pH 변화에 관계없이 가압구간, 압력완화 구간에서 각각 PAFO, FO보다 높은 수투과도를 유지 하였다. 파울링 실험 후, PAFO에 비해 I-PAFO운전에서 더 적은 수투과도 감소가 관찰되었고, 이로 인해 물리세정 후 향상된 수투과도 회복률 또한 관찰되었다.

최근 정삼투(FO) 공정의 성능향상을 위해 유입수에 낮은 수압을 가하는 가압형 정삼투(PAFO) 공정이 관심을 받 고 있다. Structure parameter는 FO 및 PAFO 공정 운전시 유도용질의 확산 저항성(Solute resistivity)을 결정하며, 이는 Solution-diffusion model (S-D model)을 통한 수투과 및 염투과 성능 예측을 지배하는 인자 중에 하나이다. 본 연구는 S-D model을 이용하여 가압형 정삼투시 유입수 측에 가해지는 압력에 따른 Structure parameter 변화 양상을 예측하고자 하였다.

본 연구는 해수 온도(10-26°C)와 TDS (30,000, 35,000, 40,000, 45,000 mg/L) 별 최적의 스플릿 파샬 비율을 탐구하기 위한 연구로써, 역삼투 공정 생산수의 수질 기준(TDS : 150 mg/L 이하, 붕소 농도 : 1 mg/L 이하)을 충족하는 범위 내에서 최저 에너지 소비량을 나타내는 스플릿 파샬 비율 조건을 탐구하였다. 역삼투막 제조사에서 제공하는 3가지 역삼투 시뮬레이션 프로그램(DOW ROSA, TORAY CSMPRO5, LG Q+)을 이용하여 각 프로그램에서 나타내는 최적비율을 비교조사하였다.

재래식 해수담수화 수평적 압력용기 설계는 후단에 있는 역삼투막에는 농축수에 의해 수질악화 및 생산수저감 등이 동반된다. 이를 해결하기 위해 본 연구에서는 개념적인 중앙 주입식 압력용기가 생산수 단가에 미치는 영향과 역삼투 공정 설계 시 주요 인자들이 성능에 미치는 영향을 조사를 위해 상업화된 역삼 투 프로그램인 ROSA를 이용하여 분석하였다. 그 결과 중앙 주입식 압력용기를 이용할 경우 총괄적인 회수율과 SEC 측면에서 성능이 저하하지만, 막 모듈 당 생산되는 생산수량이 증가하는 것으로 나타났다. 또한 생산수의 수질개선은 2단 설계의 용량 감소로 인하여 건설비 저감으로 연계되는 것으로 조사되었다. 본 연구는 국토교통부 플랜트연구사업의 연구비지원(과제번호 16IFIP-B089908-03)에 의해 수행되었습니다.

고분자막이 가진 수투과능 한계와 비가역적 막오염에 의한 효율 저하는 막기반 수처리공정의 추가적인 경쟁력 확보를 위해 해결해야 하는 문제이다. 본 연구에서는 초고속 물투과 특성과 뛰어난 선택성을 지닌 Graphene oxide (GO)막 에 뛰어난 항균성을 가진 은나노(nAg)가 코팅된 막을 제작, 평가하였다. GO막 은 막오염 저감에 효과적일 수 있는 높은 친수성과 음표면전하와 같은 특성과 막오염에 취약할 수 있는 높은 비표면적과 뛰어난 흡착능력과 같은 특성을 동 시에 가진다. 따라서, 논란의 부분이 있는 GO막의 막오염에 대한 저항성의 확실한 향상을 위해 nAg를 적용하였다.

정삼투막 성능 예측에는 Solution-diffusion model이 지배적으로 활용되어 왔으나, 기존 연구에서 수압과 삼투압이 동시에 작용하는 가압형 정삼투 공정에 대한 예측정확도가 감소하며, 이를 위해 수압이 투과성능에 미치는 영향을 convection과 diffusion을 동시에 고려해야한다는 연구결과가 보고되었다. 본 연구에서는 CTA-ES 및 PA-TFC 정삼투막을 이용하였으며, 활성층 측에는 NaCl 용액을, 지지층 측에는 증류수를 주입하고, 활성층 측에 삼투압과 동일한 수압을 가하여 농도변화에 따른 수투과도 및 염투과도의 변화양상을 평가하였다.

최근 물 부족 문제가 대두되면서 막기반 해수담수화 기술이 해결책으로 주목 받고 있다. 공정 기술에서 에너지 소모 저감이 핵심으로 고려되고 있는 가운데, 고분자 막기반 해수담수화 공정의 에너지 소모량이 더 이상 줄어들지 않는 정체 현상을 보이면서, 성능 향상 및 에너지 소모량을 줄이기 위한 막개발이 핵심 으로 고려되고 있다. 최근 신소재를 이용한 막개발이 활발한 가운데, 원자수준 의 두께 및 물리/화학적 안정성, 높은 강도 등을 장점으로 하는 그래핀 (Graphene) 막 개발 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 물질이동 기작을 밝히기 위해 물 및 유기 용매가 그래핀 막에서 가지는 투과 성능을 온도 및 습도 조건을 달리하는 조건에서 측정하고, 이를 바탕으로 그래핀 막의 투과 성능 및 기작에 대해 평가하고자 하였다.