본 연구에서는 capacitive deionization(CDI) 공정에 사용되는 셀을 디자인하여 염 제거 성능비교 연구를 수행하였다. 디자인한 셀의 데드존을 알아보기 위하여 computational fluid dynamics(CFD)로 분석하였다. CFD분석은 15, 25, 35ml/min 의 유속에서 진행하였으며, 같은 유속에서의 CDI 결과와 비교하였다. hexagon flow channel 1(HFC1), hexagon flow channel 2(HFC2)의 경우 15ml/min의 유 속에서 88-124%효율을, 25ml/min 에서는 49-50%의 염 제거 효율을 나타내었다. 35ml/min의 유속에서는 HFC1과 HFC2를 foursquare flow channel (FFC)와 비교해보았을 때 차이가 없었다.

본 연구에서는 소수성 다공성 막의 투과 성능을 향상시키기 위하여 친수성 고분자를 염석법으로 코팅하였다. 코팅된 소수성 막의 코팅유무는 접촉각과 SEM을 이용하여 확인하였다. 막의 내구성을 향상시키기 위하여 Glutaric aldehyde(GA)를 이용하여 코팅용액과 함께 가교하였다. 가장 좋은 친수성 고분자로는 poly(styrere-sulfonic acid-co-maleic acid) (PSSA_MA)이었으며, 이를 이 용하여 코팅하였을 때 투과도 측면에서 80% 향상된 결과를 나타내었다. 또한 가장 좋은 코팅 조건은 코팅용액의 농도 150-300ppm, 이온세기는 0.15, 코팅시 간은 20분으로 도출되었다.

본 연구에서는 불균질 양/음이온교환막을 제조하기 위하여 Polyvinylidene Fluoride (PVDF)와 상용 양이온수지(Purolite사의 C100MR/5035) 와 음이온수지 (Purolite사의 A430MR/100) 를 사용하여 불균질 양/음 이온교환 용액을 제조하였다. 제조한 용액은 캐스팅법으로 제막하여 특성을 평가하였다. 지지체인 PVDF의 양에 대한 양/음이온교환수지의 함량을 달리하여 불균질 이온교환막을 제조하였다. 제조한 이온교환막의 특성을 알아보기 위하여 FT-IR, 이온교환용량, 함수율, 인장강도 등을 측정하였다.

본 연구에서는 수용성 고분자인 Polyvinylalcohol (PVA)를 이용하여 4급암모늄기를 도입한 음이온교환고분자와 술폰기가 도입된 양이온교환고분자를 합성하였다. 합성한 이온교환고분자는 FT-IR, 함수율, 이온교환용량 등의 특성평가를 실시하였으며, 탄소전극에 캐스팅법으로 이온교환고분자 용액을 코팅하여 전극을 제조하였다. 제조한 탄소전극은 정육각형 형태의 유로를 가지는 셀을 이용하여 염 제거 효율을 비교하였다. 탈염 실험은 유속 15, 25, 35 ml/min에서 진행 하였으며 흡⋅탈착 시간 및 전압을 변화시켜가며 실시하였다. 또한 공급액의 농 도 및 종류를 달리하여 실험하였다.

폴리설폰막 위에 친수성 고분자를 Layer-by-Layer법으로 코팅하여 복합막을 제조하였다. FE-SEM 분석을 통하여 복합막 표면과 기공 내 코팅층을 확인하였다. 또한 100 ppm NaCl 용액에 대한 복합막의 투과성능 평가를 실시하였다. 복합 막 제조를 위한 코팅 고분자는 PVSA, PEI, PAA, PSSA, PSSA_MA를 사용하였다. 폴리설폰막 표면에 8,000 ppm PAA (이 온세기 0.35) 수용액을 3분 동안 코팅한 뒤 10,000 ppm PEI 수용액을 4분 동안 코팅하였다. 그 결과 PAA-PEI 복합막의 투과 도는 101 LMH, 제거율은 66.7%로 가장 좋은 투과성능을 나타내었다. PAA-PEI 복합막의 투과성능은 도레이케미칼의 NE 4040-70 (투과도 = 30 LMH, 염 배제율 = 40~70%) 제품과 유사한 성능을 보여주는 우수한 투과 특성을 나타내었다.

다공성 지지체인 Polyvinylidene flouride(PVDF) 중공사막에 가압법을 이용하여 수용성 고분자인 Poly(styrene sulfonic acid) (PSSA)와 Polyethyleneimine (PEI)으로 강제 파울링 유도시켜 나노여과막을 제조하였다. 가압법과 담금법의 차이 및 코팅용액의 농도, 코팅시간, 가교제의 영향에 대하여 알아보기 위하여 NaCl 100 ppm 에서 투과도와 제거율을 측정하였다. 측정결과 PSSA 2%에 이온세기 0.3으로 2분 코팅한 다음 PEI 3wt%에 이온세기 0.1으로 1분 코팅한 경우가 투과도 118 LMH, 제거율 79.1%로 가장 좋은 결과를 나타내었다.

다공성 PE (polyethylene) 정밀여과막 지지체 위에 이온교환고분자 물질을 염석법 및 가압법(phase separated and pressurization, PSP)으로 코팅하여 저압용 나노여과막을 제조하였다. 제조한 나노여과막의 코팅유무는 SEM 사진을 통하여 확인하였으며 코팅물질, 코팅시간, 이온세기에 따라 NaCl 100 ppm에서 투과도와 배제율을 측정하였다. PEI와 PSSA_MA의 농도를 동일하게 10,000 ppm으로 하고, 3 atm의 코팅압력을 주어 코팅한 결과, PEI의 투과도는 91.2 LMH, 제거율은 64.6% 이었으며 PSSA_MA의 투과도는 122.7 LMH, 제거율은 38.1%의 결과를 얻을 수 있었다. 본 연구로부터 염석법과 가압법을 통해 복합막 제조가 가능하다는 결론을 얻을 수 있었다.

다공성 지지체인 Polyvinylidene fluoride (PVDF) 중공사막에 염석법을 기반으로 하여 Polyethyleneimine (PEI)와 Polyvinylsulfonic acid (PVSA)를 가압법(phase separated and pressurization, PSP)으로 코팅시켜 다층막을 제조하였다. 이에 열처리 온도, 코팅농도, 유입수 농도, 가교시간 및 가교제 농도에 대하여 NaCl 100 ppm을 공급액으로 하여 4 atm에서 투과 도와 제거율을 알아보고자 하였다. 가장 좋은 결과로는 PEI 20,000 ppm과 PVSA 1,000 ppm, PEI 15%에 말산 2% 수용액으 로 가압코팅 후 열처리하였을 때 투과도 24.3 LMH, 제거율 82.1%의 결과를 얻을 수 있었다.

물/알코올 계의 투과증발 실험을 수행하기 위해 친수성 고분자인 Poly(vinyl alcohol) (PVA)에 가교제인 Sulfosuccinic acid (SSA)와 이온교환능력을 부여하기 위하여 첨가한 Poly(4-styrene sulfonic acid-co-maleic acid) (PSSA_MA)로 막을 제조하였다. 공급원액으로는 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올과 물을 각각 90 : 10 비율로 혼합하여 사용하였다. PVA10/SSA9/PSSA_MA90의 막 조건에서의 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올의 투과도는 각각 202.6, 47.8, 20.2 g/m2hr이었으며 메탄올 혼합액에서의 선택도가 가장 우수하게 나타났다. 또한 PVA10/SSA11/PSSA_MA80의 막 조건에서의 선택도는 각각 34.2, 291, 991로서 이소프로필알코올 혼합액에서 가장 좋은 결과를 나타내었다.

물/알코올 계의 투과증발 실험을 진행하기 위해 친수성 고분자인 Poly(vinyl alcohol)(PVA)에 가교제인 Sulfosuccinic acid(SSA)와 이온교환능력을 부여하기 위하여 첨가한 Poly(4-styrene sulfonic acid-co-maleic acid)(PSSA_MA)로 막을 제조하였다. 공급액으로는 Ethanol, Iso propyl alcohol(IPA), Methanol과 물을 각각 90:10 비율로 혼합하여 사용하였다. 투과증발실험은 60℃에서 진행되었으며 실험결과 SSA의 함량이 적을수록, PSSA_MA함량이 높을수록 투과도는 증가하는 경향을 보였다. 또한 IPA, Ethanol, Methanol 순으로 높은 투과도를 나타내었으며 선택도는 그 반대의 경향을 나타내었다.

수용성 고분자인 poly(vinyl alcohol) (PVA)에 가교제인 sulfosuccinic acid (SSA)를 첨가하여 가교반응을 통해 물에 용해되지 않는 막을 제조하였으며, 이온교환능력을 부여하기 위해 poly(4-styrene sulfonic acid-co-maleic acid) (PSSA_MA)를 PVA 질량대비 70, 80, 90 wt%로 달리 첨가하여 막을 제조하였다. 제조한 막의 특성을 알아보기 위해 FT-IR, 함수율, 이온교환용량, 이온전도도, 메탄올 투과도를 측정하였다. 함수율과 이온교환용량, 이온전도도는 PSSA_MA 함량이 증가할수록 증가하는 경향을 나타내었으며 메탄올 투과도는 감소하는 경향을 나타내었다. 특성평가 결과 본 실험 막의 최적 조성은 PVA10/SSA9/ PSSA_MA80으로 도출되었다