Polyacrylonitrile (PAN) 기질고분자를 용매인 dimethylformamide (DMF)에 녹인 후 전기방사법을 이용하여 polyacrylonitrile nanofibers membrane (PAM)을 제조하였으며, 정밀여과(microfiltration) 적용을 위해, 제조된 PAM 샘플들의 layer 수를 변화시켜, 기공크기를 조절하였다. 또한, 순수투과도(water-flux) 향상을 위해 poly (ethylene glycol) methyl ether methacrylate와 azobisisobutylronitrile (AIBN)을 이용하여 자유 라디칼 중합(free radical polymerization)을 통해 합성된 AN‐ PEGMA 공중합체를 PAN과 3:1의 비율로 혼합한 후 위와 같은 방법으로 다공성 막(PAM/APM)을 제조하였으며, FT-IR과 E.D.S 분석을 통해 PAM 샘플과 비교⋅분석하였다. Scanning Electron Microscope (SEM) 분석과 기공크기, 기공도 실험을 통해 균일한 직경(400∼600 nm)과 균일한 기공특성(0.5∼0.4 μm)을 가진 다공성 막이 제조되었음을 확인할 수 있었다. 순수 투과도 측정을 통해 정밀여과용 막으로의 활용가능성을 조사하였으며, AN‐PEGMA 공중합체가 도입된 PAM/APM의 경우 상 용막인 polyvinylidenefluoride (PVdF)에 비해 순수투과도가 상대적으로 높은 값을 나타내었다. 위의 결과로부터 전기방사법으로 제조된 PAN 나노섬유막들은 정밀여과용 막으로서 충분한 활용가능성이 있다고 판단된다.

유기물과 질소를 동시에 제거하기 위하여 연속회분식으로 운전한 MBR (membrane bioreactor)시스템에서 미생물농도와 슬러지 부하량이 막오염과 미생물 활성에 미치는 영향을 살펴보았다. 막오염은 MLSS (mixed liquor suspended solid) 농도 증가에 따라 조금씩 증가하는 경향을 보였고, 그 효과는 비포기 조건보다 포기 조건에는 좀더 두드러지게 나타났다. MLSS 농도는 막오염에 직접적인 커다란 영향을 주지는 않으나, 지나치게 높은 MLSS에서 유도되는 낮은 슬러지 부하에서는 막오염이 크게 증가하는 현상이 발견되었고, 이러한 조건에서는 포기에 의한 막 세척 효과도 크게 줄어들었다. 미생물의 개별 활성도는 슬러지 부하가 감소할수록 지속적으로 감소하는 경향을 나타내었다 반응조 전체 활성도 또한 17,000 mg/L 이상의 높은 MLSS로부터 유도되는 낮은 슬러지 부하율에서는 높은 미생물 농도에도 불구하고 오히려 감소했는데 이는 기질 부족으로 인한 경쟁으로 활성도가 떨어지고, 용액의 점성 증가로 인해 산소 전달율이 저하되었기 때문이다.

본 연구에서는 복합막의 제조공법으로 가장 광범위하게 쓰이는 계면중합법을 이용하여 나노복합막을 제조하였다. Monomer의 농도 및 조성, curing 조건, 후처리 조건과 같은 복합막 제조조건과, 운전압력, 공급액의 농도와 같은 운전인자에 의한 막성능 변화를 조사하였고, 계면중합 과정중에 첨가제를 사용하여 막의 유효면적을 확대하여 투과유속을 증가시키고자 하였다. Monomer의 농도가 증가함에 따라 배제능은 일정하였지만 투과유속이 감소하였고, curing 온도가 증가함에 따라서는 오히려 안정적인 박막층의 형성이 저해되어서 배제능과 투과유속이 모두 감소하였고, curing 시간에 따른 막성능의 변화는 나타나지 않았다. Test solution의 농도가 올라감에 따라서 투과유속과 배제능 모두 감소하였으며, 운전압력이 증가함에 따라서는 배제능과 투과유속 모두 향상하는 경향을 보였다. 계면중합과정중에 사용하는 아민단량체(amine monomer) 중 방향족 다이아민(aromatic amine)인 MPD의 함량을 높임에 따라서 배제능은 증가하였지만 투과유속은 현저하게 떨어졌다. 첨가제의 농도에 따른 표면 거칠기 증가 경향은 MPD가 포함된 amine 조성일 때가 더 높았지만 투과유속은 piperazine만 단독으로 사용하였을 때보다 떨어졌다.

본 연구에서는 관형 상용막(ultrafiltration (UF), nanofiltration(NF)을 이용하여 우유를 농축하고 농축 성분의 변화를 알아보았다. 친수성막(sulfonated polysulfone (SPSf), polyacrylonitrile(PAN), cellulose acetate(CA)) 의 경우에는 투과유의 투과속도 감소가 완만하고 소수성막의 경우에는 투과속도 감소가 심하였다. UF 농축이 경우 전고형분, 단백질,지방 미네랄은 농축에 따라 증가하고 탄수화물은 감소하였다. NF 농축의 경우 UF와 같은 경향을 보였지만 탄수화물의 감소경향이 훨씬 적었다.

본 연구에서는 pellet 상태의 polyetherimide (PEI)를 carbon tetrachloride(CCl4)와 1 ,2-dichloro-ethane (DCE) 의 부피비 5:1 하에서 PEI를 불균일한 상태로 유지시키고, chlorosulfonic acid (CSA)를 이용하여 PEI의 표면을 sulfonation 시킴으로써 , 음이온성을 띠며 친수성이 향상된 sulfonated polyetherimide (SPEI)를 제조하였다. 불균일한 상태가 유지되면서 가장 적합한 sulfonation 반응조건은 PEI: CSA 의 1 : 1 mole ratio, 온도 10℃, 3 시간이었다. 이온교환용량이 0.2~1.2meq/g을 갖는 SPEI를 합성할 수 있었고, FT-IR 측정을 통하여 sulfonic acid peak가 1020cm-1 와 1170cm-1부근에서 관찰되었다. 분자량 분포는 sulfonation을 시킴으로써 좀 더 넓게 나타났고, 접촉각 측정을 통하여 친수성이 향상되었음을 확인하였다.

Sulfonated Polyetherimide 막은 pore 형성을 위한 polyvinylpyrrolidone 과 저비점 용매 dichloromethane을 첨가하여 투과성능을 최적할 수 있었다. SPEL 막의 친수성은 단백질등의 투과시 모든 pH 범위에서 막 오염을 효과적으로 억제할 수 있으며, 도입된 sulfonic acid group의 음이온성으로 인하여 동일한 전하의 용질을 쉽게 분리할 수 있었다.

국내 정수장.수도전.간이상수도등 2000여 곳의 수질을 환경부가 검사한 결과, 지역별로 세균.무기 이온등 몇몇 항목에서 환경기준을 초과한 것이 밝혀졌다. 이중에서 문제가 되고 있는 질산성 질소.암모니아성 질소.불소.염소등의 농도를 임의로 조작한 후, 시중에 유통되고 있는 가정용 정수기 모듈로 정수처리시켰을 때의 효과와 지역별로 문제시되는 항목들을 효과적으로 제거하기 위한 적당한 분리막을 선정하고자 측정 검토하였다. 정수처리하여 얻은 투과수를 일정 온도 하에서 보관하고, 일정 시간마다 세균수를 측정하여 세균수와 온도 및 시간과의 관계를 측정 조사함으로써 막 사용을 좀 더 효율적으로 할 수 있게끔 검토하였다.

Fouling을 줄이기 위한 한외여과용 친수성 막을 제조하기 위해서 chlorosulfonic acid(CSA)를 사용하여 이온교환용량이 다른 여러 종류의 sulfonated polyethersulfone(SPES)을 불균일계에서 제조하고 특성조사를 하였다. CSA농도, 반응온도, 반응시간 등의 반응조건에 따른 반응도와 분해정도를 알아본 결과 10℃ 이상의 온도와 0.05 mol 이상의 CSA 농도에서 효과적으로 반응이 일어나지만 고분자 주쇄의 분해가 심하게 일어나는 경향을 나타내었다. 술폰산기의 치환여부는 FTIR과 1H-NMR로 확인할 수 있었다. 불균일계에서 개질된 SPES 한외여과막의 단백질에 의한 fouling 감소효과를 알아보기 위해 같은 투과성능을 갖는 막을 비용매인 DCM과 pore 형성제 PVP를 첨가제로 사용하여 막을 제조하였다. 이온교환용량이 증가함에 따라 투과속도는 감소하고 배제율은 상당히 증가되었다. 이런 결과는 SEM에 의해서도 확인할 수 있었다. Finger 구조가 사라지면서 top layer의 두께도 증가하였다. 비용매인 DCM에 의해서 치밀한 막을, pore 형성제인 PVP에 의해서 다공성 막을 제조할 수 있었다. 이온교환 용량이 높을수록 친수성이 증가하여 fouling을 감소시킬 수 있었다.

Polystyrene(PS)과 poly(sodium 4-styrene sulfonate)(PSS)를 이용하여 양이온 교환분리막을 제조하였다. PS 분리막은 divinylbenzene(DVB)의 양에 의하여 가교도를 조절하였으며, 이때 casting 용액 내의 PSS 농도를 변화하여 그 구조를 관찰하였다. PS-DVB RO 분리막이 PSS의 첨가에 의하여 MF 용도로 활용될 수 있음을 보여 주었으며, PSS의 sulfonate group으로 인하여 투과수의 증가를 보여주었다. DVB 5%, PSS 3%의 casting 용액으로부터 최적의 MF 구조를 갖는 분리막이 제조되었다.

본 연구는 소수성 고분자재료인 PSf와 양이온성화된 AMPS막을 제조하여 이의 투과특성에 관하여 조사하였다. AMPS분리막은 소수성인 PSf막에 비하여 fouling이 감소하였다. 특히, AMPS막은 양이온성을 띠고 있어 염기성 염료, 단백질, 아미노산과 같이 막표면과 동일한 전하를 가지고 있는 용질을 효과적으로 분리할 수 있다.

양이온성의 quaternary ammonium polysulfone인 AMPS는 2단계 과정을 통하여 제조하였다. 먼저, 폴리술폰을 chloromethyl methyl ether와 촉매로 ZnO를 사용하여 chloromethylation반응으로 CMPS를 제조하는 단계와 준비된 CMPS에 triethylamine을 반응시켜 quaternary ammonium기를 도입시키는 amination 단계로 이루어 진다.

본 연구는 소수성 물질인 PSf의 친수화 및 친수화된 SPSf의 분리막을 제조하여 이의 투과특성과 fouling억제에 대한 친수화의 효과에 관하여 조사하였다. PSf의 친수화는 CSA와 황산을 이용하였으며, 이온교환량은 친수화제의 농도, 반응시간, 반응온도가 증가할수록 증가하는 경향을 보였다. SPSf의 분리막은 이온교환량이 증가할수록, 투과유속은 감소하고 용질배재율은 증가하였다. 막의 fouling억제 정도의 척도인 MFI를 측정한 결과 친수화된 SPSf의 분리막은 PSf의 분리막의 1/4정도의 값을 나타내었다.

셀룰로오스 아세테이트(CA) 소재로 역삼투막을 제조하여 각종 제막조건에 의한 막성능에 미치는 영향인자를 조사하였다. 제막 용액조성으로 CA, formamide, acetone과 2-methoxyethanol을 사용하여 평판형 막을 만들고, 투과유속 및 배제율을 측정하였다. 특성 측정 인자로서 고분자 농도, 증발시간, 열처리 온도 및 처리 시간, 조작압력, 공급액의 농도 등을 변화시켜 막에 대한 영향을 연구하였다. 또한 제조된 막을 사용하여 역삼투 모델식에 적용하여 각각의 파라메타를 계산하였다.