산성비의 한 가지 원인으로 알려진 이산화황(SO2 수식 이미지)을 포함한 대기 오염물질인 연도 기체의 배출 허용 기준이 엄격해지고 있다. 배연 탈황 기술의 효율을 획기적으로 높일 수 있는 분리막 접촉기의 개발에 필요한 기초 설계 자료를 제공하고자 평판형 분리막 접촉기 실험 장치를 설계 및 설치하여 이산화황 투과 특성 평가를 수행하였다. 평판형 분리막 접촉기를 이용한 이산화황의 제거에 미치는 흡수제 농도와 공급 기체 내의 이산화황 농도의 영향, 공급 기체 유량 및 분리막 재질에 따른 영향을 확인하고자 하였다. 흡수제 농도가 증가할수록 이산화황 제거 효율이 증가하였으며, 이산화황 농도가 증가할수록 제거 효율이 감소하였다. 또한 공급 기체 유량이 증가할수록 제거 효율이 감소하였으며 분리막 재질은 제거 효율에 큰 영향을 끼치지 않음을 확인할 수 있었다.

휘발성 유기화합물로서 3가 염소탄화수소인 트리클로로메탄, 트리클로로에탄, 트리클로로에틸렌을 MFI 구조인 소수성 제올라이트 ZSM-5 분리막으로 투과증발을 이용하여 물과의 이성분계 혼합물로부터 선택적으로 분리하고자 하였다. 직경 9.5 mm 다공성 스테인리스 스틸 튜브의 내부 표면에 수열합성법으로 ZSM-5 제올라이트 결정을 성장시켜 박막을 만들어 분리막으로 이용하였으며, 합성된 ZSM-5 제올라이트 분리막으로 공급되는 3가 염소화합물의 농도 및 실험 온도에 따른 분리 특성을 고찰하였다. 3가 염소화합물의 수용액상 농도를 0.0001 몰분율부터 0.001 몰분율로 변화하면서, 또한 실험 온도를 25에서 45℃로 바꾸면서 투과증발 실험을 수행한 결과 트리클로로메탄/물 이성분계에 대하여 약 16~66의 선택도를 얻었으며, 트리클로로에탄/물 이성분계에 대하여 3.3~4.6의 선택도와 트리클로로에틸렌/물 이성분계에 대하여 1.4~8의 선택도를 관찰할 수 있었다.

[ α ]-알루미나 튜브 지지체의 내부에 1Si : 1Na : 4Na : 6H2O의 비율로 제조한 합성 용액을 사용하여 수열합성법으로 NaA 제올라이트 분리막을 제조하였다. 합성된 제올라이트 분리막을 이용하여 iso-propyl alcohol (IPA)/물 혼합물의 조성비와 조업 온도 변화에 따른 선택도와 투과도의 변화를 알아보기 위한 투과증발 실험을 수행하였다. 총투과도는 공급 측 IPA의 농도가 증가함에 따라 감소하였고, 온도가 상승함에 따라 증가하는 경향을 보였다. 총투과도는 60℃에서 공급물의 IPA농도가 0.6 몰분율일 때 4.0×103g/m2;hr로 가장 높은 값을 보였다. 선택도는 IPA의 몰비가 0.8까지 증가하는 경향을 보였고 0.9 이상에서 감소하는 경향을 나타내었다 선택도는 60℃, 0.8 몰분율에서 1.8×107의 값으로 최고치를 나타내었다. NaA 제올라이트 분리막을 이용한 투과증발은 기존의 증류공정과 비교 시 훨씬 우수한 선택적 물 분리 성능을 나타내었다.

투과 증발은 막을 근거로 한 에너지 절약형 분리공정으로서 전통적인 증류 분리공정과 비교하여 높은 선택도를 나타내기 때문에 액상 혼합물 분리에 대체 공정으로서 주목받고 있다. 투과 증발에 이용되는 분리막으로서 제올라이트 분리막은 고분자 분리막보다 열적, 기계적, 화학적 안정성이 우수하며 특히 silicalite-1 분리막은 큰 소수성을 나타내기 때문에 유기화합물을 수용액으로부터 효과적으로 분리할 수 있다. 본 연구에서는 silicalite-1 분리막을 이용한 투과 증발 실험을 통하여 케톤계 휘발성 유기화합물을 분리하였다. 아세톤과 MEK의 공급 농도가 증가함에 따라 아세톤과 MEK의 투과 플럭스는 증가하였으며 선택도는 감소함을 관찰할 수 있었다.

분리막 접촉기를 통한 이산화탄소의 흡수거동 예측을 위한 공정모사를 위해 시스템의 흡수제로 탄산칼륨 수용액을 선정하였고, 시스템에서의 이산화탄소와 관련된 가역반응을 고려하였으며, 사용된 반응속도상수, 평형상수, 용해도 그리고 확산계수는 탄산이온의 농도와 온도의 함수로 사용하였다. 또한 분리막 접촉기 공정모사를 위한 조작 조건으로 중공사막의 기공상태는 비젖음성 조건을 선택하였으며, 이러한 조작조건하에서 이산화탄소 분리거동을 다양한 공정변수 즉, 흡수제의 농도와 유속, 혼합기체의 압력변화에 대해 고찰하였다. 흡수제의 농도가 증가함에 따라 촉진수송에 의한 이산화탄소의 흡수거동을 확인할 수 있었고, 흡수제의 유속 증가에 따라 이산화탄소의 흡수속도가 점차 증가함을 확인할 수 있었으며, 분리막 접촉기에서 혼합기체의 압력변화가 흡수속도에 미치는 영향 및 흡수제의 재사용에 따른 흡수속도를 확인할 수 있었다. 이러한 공정모사를 통해 분리막 접촉기의 구성 및 조작에 필요한 각각의 인자들이 흡수속도에 미치는 영향과 예측, 이를 통한 적절한 조작조건의 도출 가능성을 확인할 수 있었다

다양한 수질 오염원 중 페놀과 같은 유기화합물은 배출조건이 비정상적인 경우 기존의 처리방법으로 제거하거나 파괴하기 어렵다. 수용액으로부터 페놀을 분리하기 위한 최근의 연구들은 활성탄에 의한 흡착, 용매 추출 등에 의해 수행되어져 왔으며, 물-기름 유화에 기초를 둔 액막법이 기존의 기술들을 대체하기 위한 방법으로 시험되어져 왔다. 본 연구에서는 tri-n-butyl phosphate(TBP)와 액상 고분자를 지지액막의 액막용액으로 선정하여 수용액상의 페놀을 분리하였다. 공급측 페놀 농도를 변화시키고 다양한 액막용액을 사용하여 이들이 페놀분리에 미치는 효과를 연구하였다. TBP를 운반체로 사용한 경우의 실험결과들은 용매추출에서 주로 사용되고 있는 methyl isobutyl ketone(MIBK)보다 높은 물질전달속도를 보여주었으며, 선택한 액상고분자 중 polypropylene glycol 4000(PPG-4000), polybutylene glycol 500(PBG 500)의 경우 MIBK와 유사하거나 조금 높은 값을 나타내었다.