본 연구에서는 염색⋅염료 산업의 폐수 처리 및 재활용 공정에 분리막을 적용하고자 실란 커플링제를 이용하여 상용화된 나노복합막을 표면 개질하였다. 실란 커플링제는 말단 관능기가 다른 octyltrimethoxysilane (OcTMS)와 (3-aminopropyl) trimethoxysilane (APTMS)을 사용하였으며, 표면 개질을 통해 염료 분리 및 내오염성을 향상시키고자 하였다. XPS, FE-SEM, EDX 분석을 통하여 막 표면의 화학 구조 변화 및 실란 적층을 확인하였고, AFM 분석을 통해 개질막의 표면 모폴로지를 확인하였다. Zeta potential을 통해 실란 개질 막이 상용막 대비 표면 전하가 중성으로 변하는 것을 확인하였다. 그 결과, OcTMS와 APTMS로 개질한 막의 내오염성은 NE70에 비해 약 2배 이상 향상되었다. 또한, 실란으로 표면 개질한 나노복합막은 음이온 염료(Orange II) 용액에서 약 90% 이상, 양이온 염료(Safranin-O) 용액에서 약 98% 이상의 염료 제거율을 나타내어 양이온 염료 용액 처리에 적합한 것을 확인하였다.

염색공정으로부터 배출되는 염료⋅염색 폐수를 효과적으로 제거하고 재활용하기 위해 막분리법을 적용하고자 하였고, 본 연구에서는 상용화된 나노복합막 표면을 실란 커플링제로 개질하여 분리막 성능을 향상시키고자 하였다. NaCl, MgSO4를 사용하여 개질한 막의 성능 평가를 진행하였고, 그 결과 상용막에 비해 투과도와 제거율이 향상되었음을 확인할 수 있었다. 또한 염색, 염료 폐수의 분리 특성을 확인하고자 인공염색 폐수를 적용하였고, UV 흡광도 측정을 통해 99% 이상의 제거 성능을 확인할 수 있었다. 제조된 분리막의 표면 특성은 AFM, XPS, FE-SEM, FT-IR, Contact angle 등을 이용하여 분석하였다.

제련 산업의 공정수(15wt% 폐산용액)에는 다양한 희소 및 유가금속이 함유되어 있지만, 회수 처리기술 부족으로 폐기되고 있다. 이에 나노분리막을 적용하여 폐산용액에 잔존하는 금속들을 경제적으로 분리하고자 한다. 본 연구에서는 폐산에 적용 가능한 내산, 내열성을 가지는 나노분리막을 PSf 지지막 위에 수용액상으로 aliphatic amine과 유기상으로 trimesoyl chloride, diisocyanate계를 계면중합하여 제조하였다. 제조막의 2가 이온 플럭스는 15 GFD, 98%의 제거율, 1가 이온은 20% 이하의 제거율을 나타내었다. 내산성 평가는 황산 용액에 일별 노출한 후 투과평가를 진행하였으며, 그 결과 4주 이상 초기 성능을 유지하였다. 내산성 특성은 FTIR, XPS, FE-SEM등의 분석을 통해 확인하였다.

메탄은 중요한 온실가스 중의 하나이며, 바이오가스의 주 성분이다. 이러한 바이오가스로부터 메탄의 몰분율 농도 를 0.95 이상으로 회수하기 위하여 폴리설폰 중공사 분리막 모듈을 3단으로 연결하여 회수율을 99% 이상으로 얻을 수 있도 록 공정을 설계하고 전산 모사하였다. 수치 해석 시 이산화탄소 투과도와 선택도를 이산화탄소의 부분증기압 함수로 나타내어 전산 모사를 수행하여 정확도를 높이고자 하였다. 공급 기체 압력, 공급 기체 내 메탄 농도, 그리고 분리막 모듈 내 분리막 면적이 클수록, 생성물 내 메탄 몰분율 농도가 증가함을 알 수 있었다. 그러나 생성물 내 메탄 몰분율 농도를 0.95 이상, 동시 에 메탄 회수율을 99% 이상 얻기 위해서는 분리막 모듈의 분리막 면적을 적절히 선택하여야 하며, 선정된 분리막 모듈을 다단 공정으로 구성함에도 불구하고 공급 기체 압력, 공급 기체 유속, 그리고 공급 기체 메탄 농도를 제한적 범위 내에서 조절 하여야 함을 알 수 있었다.