본 연구에서는 실험실 규모의 혈액투석 실험 장치를 구성하고 polysulfone (PS) 중공사막과 polyethylene terephthalate (PET) 소재의 모노 및 멀티 스페이서 얀(spacer yarn)을 적용한 5 종류의 소형 혈액투석 모듈을 제작하여 스페이서의 존재가 혈액투석 모듈에 미치는 영향을 확인하였다. 수투과도 측정 결과에서 스페이서가 없는 모듈의 flux가 가장 높은 것으 로 확인되었으나, 이는 스페이서를 적용한 모듈의 막표면적이 감소한 원인으로 분석된다. 반면, 요소(urea) 제거 실험에서는 스페이서 적용 여부와 종류에 따른 성능 차이가 뚜렷하게 나타났으며, 스페이서가 내부 유동 균일화에 기여함으로써 확산 저 항을 감소시키는 효과가 확인되었다. 특히 모노 스페이서를 10 wt% 적용한 모듈은 낮은 막표면적에도 불구하고 혈액투석 실 험 3 h 경과 시점에서 약 67.99%의 요소 제거율을 기록하여, 스페이서를 적용하지 않은 모듈(62.75%) 대비 약 5.24% 높은 요소 제거 효율을 나타냈다.

본 연구에서는 α-Al2O3 중공사 지지체 위에 γ-Al2O3, SiO2 산화막 및 Pd 금속막을 각각 증착하여 수소 분리막을 제작하고, 암모니아 열분해 반응 후 생성되는 혼합기체(H2, N2, NH3)에 대한 투과 성능을 비교⋅분석하였다. scanning electron microscope과 atomic force microscope 분석 결과, 산화막 코팅을 통해 표면 조도가 크게 개선되어 Pd 무전해도금 시 결 함 억제에 기여할 수 있음이 확인되었다. 기체투과실험은 450°C, 0.5~2.0 barg 조건에서 수행되었으며, 산화막 기반 분리막은 기공 투과 메커니즘에 의해 최대 수소 순도가 82%에 머무른 반면 금속막 기반 분리막은 용해–확산 기반의 bulk diffusion 메 커니즘을 통해 97% 이상 순도의 수소를 안정적으로 분리하였다. 특히 Pd/α 중공사막은 2 barg에서 15 mL/min 이상의 수소 flux와 1900 이상의 H2/NH3 seperation factor을 기록하며 산화물 기반 분리막보다 월등한 성능을 보였다. 결론적으로 산화물 막은 단독 분리 성능은 제한적이지만 Pd 증착을 위한 전처리 및 중간층으로서 유효함이 확인되었으며, Pd 중공사막은 고온 수소 정제 공정에 가장 적합한 선택지임을 입증하였다.

활성슬러지 생물반응기 내 핵심 미생물군은 하수처리장에서 미생물 군집이 수행하는 생태학적 역할을 이해하는 데 중요한 기반이 된다. 본 연구에서는 이러한 핵심 미생물군의 생태학적 중요성을 규명하기 위해, 한국과 중국에 위치한 6개의 실규모 하수처리장에서 채취한 총 39개의 시료를 대상으로 고효율 염기서열 분석 기반의 미생물 군집 분석을 수행하였다. 분석 결과, 각각의 하수처리장에서 관찰된 미생물 군집 변동성은 하수처리장 간의 변동성보다 낮은 패치 동역학이 관찰되었다. 이 결과는 핵심 미생물군이 공간적 스케일보다는 시간적 스케일에서 정의될 수 있음을 보여준다. 또한, 미생물의 기능적 동역학을 비교한 결과, 하수처리장 전반에 걸쳐 통계적으로 유사한 기능적 대사경로가 관찰되었으며, 이는 활성슬러지 생물반응기 내 미생물 군집이 분류학적으로 상이하더라도 유사한 기능을 수행하고 있음을 시사한다. 종합적으로, 본 연구는 하수처리장 미생물 군집의 기능적 중복성에 대한 통찰력을 제공한다.

본 실험에서는 실험실 규모의 혈액투석 장치를 구성하고 국내 의료기기 제조업체에서 제작한 혈액투석기의 특성을 확인하였다. 혈액투석기 제조에 사용된 혈액투석막은 일반적으로 약 0.01 μm에서 0.2 μm의 기공을 갖는 Polyethersulfone (PES) 소재의 중공사막을 사용하였으며 중공사막의 외경은 약 270 μm, 내경은 약 200 μm이다. 혈액투석기의 하우징은 polycarbonate 소재를 사용하였으며 약 9,600개에서 12,000개의 중공사막을 탑재시켜 제작하였다. 탑재된 혈액투석막의 개수에 따라 각기 다른 막 표면적을 가지는 3종류의 혈액투석기를 사용하여 각 혈액투석기의 구조적강도와 수투과특성, 그리고 주요 요독물질 중 하나인 urea (요소)의 제거 실험을 진행하였다. 제거된 urea의 농도는 총유기탄소(total organic carbon, TOC) 분 석을 이용하여 분석하였으며 가장 높은 1.8 m2의 막 표면적을 가지는 혈액투석막의 urea 제거 성능은 약 1시간 만에 98.3% 를 달성하였다.

이 실험에서는 α-Al2O3 지지체 위에 진공 코팅(vacuum coating)과 딥 코팅(dip-coating) 기법을 사용하여 GO/γ -Al2O3 중간층을 형성하였고, 무전해도금 방식을 통해 Pd-Ag 수소 분리막을 제작하였다. Pd와 Ag는 각각 무전해도금을 통해 지지체 표면에 증착되었으며, 합금화를 위해 도금 과정 중 H2 분위기 하에서 500°C에서 18 h 동안 열처리를 진행하였다. 제 조된 분리막의 표면과 단면은 SEM을 통해 분석되었으며, Pd-Ag 분리막의 두께는 1.88 μm, GO/γ-Al2O3 중간층을 가진 Pd-Ag 분리막의 두께는 1.07 μm로 측정되었다. EDS 분석을 통해 Pd-77%, Ag-23%의 조성으로 합금이 형성된 것을 확인하 였다. 기체투과 실험은 H2 단일가스와 H2/N2 혼합가스를 이용하여 수행되었다. H2 단일가스 투과실험에서 450°C, 4 bar 조건 하에서 Pd 분리막의 최대 H2 플럭스는 0.53 mol/m²·s로, Pd-Ag 분리막의 경우 0.76 mol/m²·s로 측정되었다. H2/N2 혼합가스 실험에서 측정된 분리막의 separation factor는 450°C, 4 bar 조건에서 Pd 분리막이 2626, Pd-Ag 분리막이 13808로 나타났다.