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.

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.

반도체 제조공정 중 포토리소그래피는 반도체 제조 중 핵심 기술이며 웨이퍼위에 나노급의 패턴을 제조하는 공정이다. 웨이퍼상의 패턴이 나노급으로 작아지면서 더욱 정밀한 공정을 위하여 photo-resist 용액의 정제 기술이 매우 중요하다. photo-resist 용액 내 soft particle은 포토리소그래피 공정 중 불량을 유발하는데, 현재 개발되어진 멤브레인은 soft particle 제거 성능이 낮다. 따라서 photo-resist 용액 내 soft particle을 제거하기 위하여 PE 지지체 위에 Nylon 고분자를 함침하여 soft particle 정제 특성을 살펴보았다. 또한 팔라듐 나노입자를 합성하여 투과 특성실험에 사용하였다.

정삼투 공정에 유용한 유도용질로서 n-nitrilotris(methylene) phosphonic acid (NTPA) 염을 합성하였다. NTPA에 첨가하는 KOH의 함량을 변화시켜 NTPA-4K, NTPA-5K, NTPA-6K 세 종류의 유도용질을 합성하고 1H-NMR, 13C-NMR을 통하여 확인하였다. 유도용질의 물성을 확인하기 위해 삼투압, 점도, 수투과도, 역염 투과도를 측정하였다. 정삼투 공정에서는 증류수를 유입용액으로 사용하고 0.5 M의 유도용액으로 실험한 결과 각각 수투과도는 35.8, 38.8, 42.2 LMH를 나타내고 5.4, 6.9, 7.4 gMH의 역염 투과도를 나타내었다. 이는 기존의 NaCl 유도용액보다 높은 수투과도와 훨씬 낮은 역염 투과도를 확인 하였다. 정삼투 공정 후 묽어진 유도용질의 회수를 위해 나노여과 방식으로 상용막을 사용하여 제거율을 측정한 결과 90% 이상의 높은 성능을 확인하였다.

폴리에틸렌이민(분자량 800)에 다가이온을 갖는 정삼투용 새로운 유도용질을 합성하고 특성을 분석하였다. 폴리 에틸렌이민과 메틸 아크릴레이트의 중화반응으로 중간체를 합성하고, KOH로 가수분해하여 수용성의 카복실산 금속염 형태의 폴리에틸렌이민을 합성하였다. NMR, 점도, 삼투압을 측정하여 유도용질의 특성을 평가하였다. 그 염이 유도용질로서 사 용할 수 있는지의 여부를 정삼투 실험을 통하여 알아보았다. 유도용질로서 수투과도와 역염 투과도를 측정하여 NaCl과 비교 하였다. 정삼투와 나노여과의 혼성공정을 통하여 유도용질의 회수가능성을 보였다.

물 부족 현상의 해결책으로 저에너지 해수담수화가 가능한 정삼투 공정에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 정삼투 공정은 가압 조건이 필요하지 않으므로 에너지 비용을 저감할 수 있다는 장점이 있다. 이에 사용되는 유도 용질은 높은 삼투압을 나타내어 높은 수투과를 발생시키고, 염의 역확산은 낮아야한다. 또한 유도용액 후처리 공정에서 저렴한 비용으로 쉬운분리가 가능해야한다. 최근에는 고분자 전해질을 이용한 유도용질, 온도감응성 고분자를 이용한 유도용질, 나노재료를 이용한 나노파티클 유도용질의 연구가 진행되었으나 상용화에는 이르지 못하고 있다. 본 연구에서는 높은 수투과량, 낮은 염의 역확산을 나타내고 나노여과로 쉽게 회수 가능한 카복시화된 폴리에틸렌이민 유도용질을 합성하고 정삼투 공정에서의 성능평가 및 다른 유도용액과 비교실험을 수행하였다.

해수담수화의 성장과 함께 붕소 제거를 위해서 많은 연구가 진행되고 있다. 흡착제, 이온교환수지 등 많은 방법으로 붕소가 제거되고 있는데, 그 중에서 분리막을 이용하여 제거하는 기술은 높은 선택성과 효율로 인해 빠른 성장을 보이고 있는 기술 중에 하나이다. 붕소 제거는 여러 분리막 중에서 역삼투막이 많이 사용되는데, m-phenylenediamine (MPD)와 trimesoyl chloride (TMC)를 이용한 역삼투막 제조가 현재 가장 많이 사용되는 기술이다. MPD와 TMC를 이용하여 Polysulfone 지지체 위에 polyamide 활성층을 제조하는데, 이를 통해 높은 수투과량과 염제거율을 얻을 수 있다. 본 연구에서는 polyamide 활성층에 표면개질을 이용하여 염제거율 및 보론 제거율을 증가시킬 것이다.

포토리소그래피는 웨이퍼 위에 선폭을 나노급으로 줄인 패턴을 제조하는 반도체 제조 공정의 핵심 기술이며 선폭을 줄이고 불량을 줄이기 위하여 photo-resist 용액 제조 및 정제 기술이 중요하다. 특히 photo-resist solution 내에 함유되어 있는 soft particle의 정제가 매우 중요하다. 현재 개발되어 있는 멤브레인 필터는 soft particle 정제 성능이 상당히 미흡한 수준이다. 나일론이나 폴리에틸렌 위에 아라미드 고분자를 함침하여 soft particle 정제 특성을 살펴보았다. 또한 팔라듐 나노입자를 합성하여 투과 특성에 사용하였다.

해수담수화의 빠른 증가와 함께 붕소 제거에 대한 중요성이 상승하고 있다. 본 연구는 표면개질 시 친수성 화합물을 이용하여 수투과량을 최대한 막고 붕소 제거율을 높이기 위한 연구를 진행하였다. 첫째로, Control polyamide 역삼투막을 얻기 위해 M-phenylenediamine (MPD)와 trimesoyl chloride (TMC)를 Polysulfone 한외여과막에 계면중합을 시켜 polyamide 활성층을 제조하였다. 다음으로, Control polyamide 역삼투막에 표면개질을 진행시켜 D-gluconic acid (DGCA)와 D-gluconic acid sodium salt (DGCA-Na)를 glutaraldehyde (GA)와 hydrochloric acid (HCl)을 이용하여 합성시켰다. 합성된 역삼투막의 표면 분석을 위해 XPS 분석을 진행하였으며, DGCA 및 DGCA-Na 화합물과의 반응이 되었음을 확인하였다. 또한, morphology 측정을 위해 FE-SEM과 AFM 분석을 진행하였으며, polyamide 활성층 형성 및 표면 거칠기를 확인할 수 있었다. 수투과량의 경우, 표면개질을 진행한 역삼투막은 10 GFD 수준이거나 그 이하의 값을 가졌다. 하지만, DGCA 및 DGCA-Na 화합물과 표면개질을 진행한 역삼투막의 붕소 제거율은 94.38, 94.64%로, Control polyamide 역삼투막보다 각각 12.03, 12.29 %p만큼 큰 값을 가지는 것을 확인할 수 있었다.

물 부족 현상의 해결책으로 저에너지 해수담수화가 가능한 정삼투 공정에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 정삼투 공정은 가압 조건이 필요하지 않으므로 에너지 비용을 저감할 수 있다는 장점이 있다. 이에 사용되는 유도 용질은 높은 삼투압을 나타내어 높은 수투과를 발생시키고, 염의 역확산은 낮아야한다. 또한 유도용액 후처리 공정에서 저렴한 비용으로 쉬운분리가 가능해야한다. 최근에는 고분자 전해질을 이용한 유도용질, 온도감응성 고분자를 이용한 유도용질, 나노재료를 이용한 나노파티클 유도용질의 연구가 진행되었다. 본 연구에서 는 디치오 카복시화된 유도용질을 합성하고 정삼투 공정에서의 성능평가 및 다른 유도용액과 비교실험을 수행하였다.

유가금속 및 희소금속의 수요가 많아짐에 따라 제련공정에서 발생하는 황산 용액 내의 유가금속 및 희소금속을 회수하여 사용하는 방향의 연구가 진행되고 있다. 이에 황산용액 내의 희소금속 및 유가금속을 분리하기 위해서는 내산성이 뛰어난 나노분리막이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 우수한 내산성을 가진 방향족 폴리아미드 나노여과막을 제조하였으며 제조된 분리막의 나노여과 특성과 내산성 및 내열성을 평가하였다.

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.

수용액과 유기용액에 방향족 단량체를 사용하여 계면중합을 통하여 폴리아미드 나노여과막을 제조하고 황산내구성, 내열성 실제 제련액 투과물성을 평가하였다. 수용액에 지방족 디아민을 사용한 나노여과막에 비해서 방향족 디아민을 사용한 경우에 내산성이 매우 우수하였다. 방향족 단량체를 사용한 경우에는 1 가 이온 제거율 낮추기 위하여 첨가제 사용하였다. 내열성은 실제 제련액의 경우는 2가 이상의 이온에 대해서는 회수가 가능하였고 1가 이온 및 황산의 경우 에는 투과수로 빠져 나오는 것을 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.

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.

습식제련 공정은 대부분 황화광석을 원료로 하기 때문에 제련 과정 중 황산 농도 2～15 wt%의 불순물을 함유한 폐 황산이 발생하게 된다. 발생하는 폐 황 산에는 다양한 희소금속들이 포함되어 있으나, 현재 공정수에서 희소금속 처리 기술부족으로 중화되어 폐기되고 있다. 이 과정에서 막분리 공정을 적용할 경우 희소금속을 친환경적이면서 효율적으로 회수할 수 있다. 본 연구에서는 폴리아 미드 계면중합을 위하여 다공성 지지막 위에 방향족 아민모노머와 트리메조일 클로라이드를 사용하여 산에 안정한 폴리아미드 나노여과막을 제조하였고, 제조 된 막의 투과분리 성능에 대하여 살펴보았다. 그리고 제조된 분리막이 내산성을 가지는지 평가하기 위하여 15 wt%의 황산용액에 침지하여 일별 투과수량 및 이온제거율을 측정하였다.

물 부족 현상을 해결하기 위하여 저에너지 해수담수화가 가능한 정삼투 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 정삼투 시스템의 경우 가압 조건이 필 요하지 않으므로 에너지 비용을 저감할 수 있고, 막 오염 및 파쇄 현상이 역삼투 시스템에 비해 발생하지 않는다는 장점이 있다. 이에 사용되는 유도 용질의 경우 높은 친수성을 가져야 하며, 농도 대비 높은 삼투압을 보여야 한다. 또한 유도용액 후처리 공정에서의 분리가 용이하여야 한다. 최근에는 탄소 양자점 유 도용질, 고분자 전해질을 이용한 유도용질, 온도감응성 고분자를 이용한 유도용 질의 연구가 진행되었다. 본 연구에서는 물에 대한 용해도가 큰 다가 카복실산계 유도용질을 합성하고 정삼투 공정에서의 성능평가 및 다른 유도용액과 비교 실험을 수행하였다.