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.

본 연구는 역삼투막의 물리-화학적 표면 개질을 통하여 친수성 증가에 따른 내오염성 및 내염소성을 향상하고자 하였다. 자외선조사로 상용막 표면을 활성화한 후 실란 커플링제를 sol-gel법으로 개질하여 염소에 대한 민감도를 낮춰 폴리 아마이드 활성층을 보호하여 내염소성을 향상시켰다. 또한, 에폭사이드의 개수가 다른 PGPE, SPE 두 종류의 에폭시로 코팅 후 에폭사이드의 개환반응으로 내오염성을 향상시켰으며, 표면 개질 조건은 접촉각과 FT-IR, XPS 분석을 통해 최적화하였다. 실란-에폭시 개질막의 오염성 평가 결과 투과도 감소율이 상용막보다 약 1.5배 감소하였고, 내염소성 평가 결과 20,000 ppm × hr에서도 염제거율이 90% 이상 유지되었다.

제련 산업 공정에서 방출되는 폐산 용액에는 다양한 유가 및 희소 금속을 함유하고 있으며 나노 분리막을 적용하여 폐산에 잔존하는 금속들을 경제적으로 분리, 회수하고자 한다. 본 연구에서는 15 wt% 폐산 용액에 적용 가능한 나노분리막을 제조하고자 하였으며, 다공성 PSf 지지막 위에 수용액상으로 다양한 aliphatic amine과 유기상으로 trimesoyl chloride (TMC), diisocyanate계를 계면중합하여 제조하였다. 분리막의 투과 평가는 75 psi 압력 하에서 cross-flow 방식으로 진행하였으며 내산성 평가는 15 wt% 황산 용액에 일별 노출한 후 투과 평가를 진행하였다. 제조막의 특성은 FTIR, XPS, FE-SEM 분석을 통해 확인하였다.

폴리사카이드 기반 나노파이버는 신체 독성이 없고 수분 흡수성이 우수하다. 폴리사카이드 소재를 나노파이버로 적층시키면 표면적의 증가로 인하여 혈액흡습량이 증가하고 피부 알러지를 최소화 할 수 있으며 공기 투과성이 증가하여 상처 치료 소재로 적합하다. 폴리사카이드 나노파이버의 약한 물리적 성질을 보완하기 위하여 흡습성과 기계적 성질이 우수한 폴리아마이드 계열의 나노파이버를 지지층으로 사용하여 국소 상처 치료용 혈액지혈 패치를 개발하였다.

습식제련 공정 침출액은 다양한 유가금속 및 희소금속을 함유하고 있지만, 회수기술 부족으로 중화, 치환, 흡착을 통해 폐기되고 있다. 폐산 용액에 존재하는 금속들을 경제적으로 회수하기 위해 막분리 공정 개발의 필요성이 강조되고 있으며, 본 연구에서는 내산/내열성이 우수한 나노복합막을 제조하고자 하였다. 나노복합막은 polysulfone(PSf) 위에 지방족 아민과 아실클로라이드(acyl chloride) 를 계면중합하여 제조하였다. 내산성 평가는 15 wt% 황산 용액에 일별 노출한 후 75psi 압력 하에서 cross-flow 방식으로 투과수량 및 이온 제거율을 측정하 였다. 내열성 평가는 운전 온도 60°C에서 투과평가를 진행하였다. 제조막의 특 성은 FTIR, XPS, FE-SEM 등의 분석 통해 확인하였다.

전기⋅전자산업이 급격하게 발전함에 따라 유가금속 및 희소금속의 수요가 급증하고 있다. 유가금속들은 주로 제련산업 공정에서 다량 방출되며, 회수기술 부족으로 중화, 치환, 흡착을 통해 폐기되어 큰 비용으로 경제적이지 못하다. 이에 분리막을 통한 유가금속회수 소재개발의 필요성이 강조되고 있다. 유가금속이 포함된 습식제련 공정 침출액(15% 황산 용액, 온도 60°C)은 다량의 다가이온과 1가이온을 포함하고 있기 때문에 이온별 분리가 가능해야 하며, 특히 구리와 같은 2가 유가금속 분리성능이 우수해야 한다. 또한, 지속적인 분리/농축을 위해 산에 대한 안정성이 중요하다. 따라서 본 연구를 통해 2가 금속 배제율 98%, 유량 33GFD 성능을 1개월 이상 유지하는 나노분리막 제조 연구 개발을 수행하고 있다.

제련 산업 공정에서 다량 방출되는 폐산 용액에는 다양한 유가 및 희소 금속을 함유하고 있으며 분리 및 회수 기술 부족으로 중화법을 통해 폐기되고 있다. 이에 본 연구에서는 폐산에 존재하는 금속들을 경제적으로 회수하기 위해 막분리 공정을 적용하고자 내산성 나노분리막을 제조하였다. 나노분리막은 다공성 PSf 지지막 위에 amine과 trimesoyl chloride (TMC)를 계면중합하여 제조하였다. 분리막의 투과 평가는 75psi 압력 하에서 cross-flow 방식으로 진행하였으며 내산성 평가는 15 wt% 황산 용액에 일별 노출한 후 투과 평가를 진행하였다. 제조막의 특성은 FTIR, XPS, FE-SEM의 분석 통해 확인하였다.

내열성이 우수한 polystyrene(PS)를 혈액투석용 분리막으로 사용하기 위해 생체적합성이 우수한 고분자를 블랜딩하여 나노파이버 혈액투석막을 제조하였다. 제조된 PS nanofiber mambrane은 직경(fiber meter), 표면특성, 기공크기 분석을 통해 혈액투석용 분리막으로 최적화하였다. PS nanofiber membrane을 음이온 및 친수성 고분자 용액으로 화학적 개질하여 혈액투석막의 효율을 향상시키고자 하였다. 개질 용액의 음이온기는 혈액 속 단백질 흡착을 저지시켜 내오염성을 향상시켰으며 친수성기는 혈액 속 과잉수분 및 염분을 제거하였다.

Hemodialysis membrane was prepared with polyamide6 via electrospinning technology for portable or wearable hemodialysis machine. Polyamide6 polymer solution was formed nanofiber membrane with fiber diameter of 72 ㎚, pore size 140 ㎚. Polyamide6 nanofiber membrane was chemically modified to enhance hemodialysis performance. Modified polyamide6 membrane showed an excellent hemodialysis performance and antifouling resistance against protein supplements by the esterification and crosslinking reaction.

매립지에서 발생되는 바이오 가스를 정제하여 고순도 메탄을 얻음으로써 높은 열량을 갖는 가스로 전환 시킬 수 있다. 이를 자동차 연료나 도시가스로 활용할 경우 경제적 효과가 매우 클 것으로 예상된다. 본 연구에서는 다양한 조건 의 공급기체 변화와 그에 따른 공정조건의 변화를 통해 최종 메탄농도 95%와 회수율 95%를 만족하는 3단 중공사막 모듈 재순환 공정에 대하여 메탄과 이산 화탄소 혼합기체 투과실험으로 얻은 메탄 분압의 함수로 나타낸 투과도를 이용하여 메탄농도 75%∼80%, 공급유량 30 L/min∼100 L/min, 공급압력 5 atm∼15 atm, 막면적 0.85 m2∼3.42 m2 으로 변화시켜 전산모사를 수행하였으며, 이러한 조건 변화들에 따른 메탄순도와 회수율의 변화를 전산모사 하고자 하였다.

유가 및 희소 금속을 함유한 폐황산은 제련 산업 공정에서 다량 방출되고 있으며 처리기술 부족으로 중화법을 통해 폐기되고 있다. 본 연구에서는 폐황산에 존재하는 금속들을 경제적으로 회수하기 위해 막분리 공정을 적용하고자 내산성 나노분리막을 제조하였다. 나노분리막은 다공성 지지막 에 aliphatic amine과 trimesoyl chloride (TMC)를 계면 중합하여 제조하였다. 제조한 분리막의 초기 유량 및 제거율은 25 GFD, 95 %의 결과를 나타냈으며, 내산성은 20일 동안 유지 하였다. 또한, FTIR, XPS, FE-SEM의 분석 통해 제조된 막의 특성을 확인하였다.

본 연구에서는 제련 공정에서 발생하는 희소금속을 함유한 폐산용액을 효율 적/경제적으로 회수하기 위해 부식 억제 특성을 가진 지방족 아민(Aliphatic Amine)를 첨가제로 사용하여 내산성이 향상된 복합 NF 분리막을 제조하고자 한다. 지방족 아민를 첨가한 내산성 NF 분리막은 다공성 지지막 위에 polyamide 계면중합법을 이용하여 제조하였고 제조한 내산성 NF 분리막은 15 wt% 황산에 노출한 후, 75psi 압력의 cross-flow 방식으로 내산성 투과실험을 진행한 결과를 flux와 rejection을 통해 확인하였다. 또한 XPS, FE-SEM, ATR-FTIR 등을 통해 제조된 막의 특성을 분석하였다.

PVDF(Polyvinylidene fluoride)는 물리⋅화학적 물성이 우수하지만 극소수성을 띠어 유기물에 의한 오염이 쉽다. 따라서 본 연구에서는 친수성기를 가진 기능성 말단기가 부착된 탄소나노튜브 (MWCNT)를 첨가하여 PVDF막의 친수성 증가를 통하여 수투과도 및 내오염성을 향상시키고자 하였다. 초음파를 통하여 MWCNT를 분산시킨 후 상전이 공정으로 분리막을 제조하였으며, 말단기의 종류 및 농도차이에 따른 성능 변화를 확인해 보았다. 그 결과, PVDF-ODA MWCNT막이 PVDF막 보다 수투과도가 2배 이상 향상되었으며, 내오염성도 우수 하였다. 제조된 분리막의 특성은 SEM, FT-IR, XRD를 이용하여 분석하였다.

In this study investigated a facile method to prepare modified hydrophilic polypropylene-grafted-maleic anhydride/polyamide 6 (PP-grafted-MAH/PA6), poly(methyl methacrylate) (PMMA) substrate and polyvinyl alcohol-chitosan (PVA-Chitosan) nanofiber membranes for selective urea and excess water flux under various conditions. Fiber diameters and pore sizes were controlled via electrodeposition spinning. The prepared membranes were applied to blood-dialysis membrane, such and a high water and urea flux of 150-250 mg/g membranes were found under the defined optimum conditions. Smaller fiber diameter with a mesopore density increased the efficiency of urea and water flux in blood. In the as-prepared smart membranes showed high flux capacity and selectivity, and promising demonstration.

메탄을 순도 95% 이상으로 분리, 회수하기 위하여 메탄에 대한 분리특성이 우수한 폴리설폰 중공사 분리막 모듈 을 2단으로 연결하고 재순환 흐름을 이용하여 회수율을 90% 이상으로 유지할 수 있도록 공정을 설계하였다. 이렇게 설계된 2단 공정을 통한 메탄 분리 거동 특성을 이론적으로 예측하기 위하여 Compaq Visual Fortran 6.6 소프트웨어를 이용하여 수 치 해석하였다. 개발한 프로그램을 사용하여 수치 해석을 수행한 결과 공정 변수에 따라 최종 메탄의 농도 변화에 미치는 영향을 고찰할 수 있었다. 공급 기체 압력과 분리막 길이와 공급측 메탄 농도 증가, 유량이 감소함에 따라 최종 생산물 내 메탄 농도 증가를 관찰할 수 있었으며, 메탄의 회수율은 감소함을 알 수 있었다.

생체적합성과 흡습 특성이 있는 polyamide6 (PA6)를 혈액투석용 분리막으로 사용하기 위해 16 wt% PA6 고분자 용액을 전기방사하여 제조하였다. 제조된 PA6 nanofiber membrane은 직경(fiber diameter), 표면특성, 기공의 크기 분석을 통해 혈액투석용 분리막으로 최적화하였다. PA6 nanofiber membrane는 제 올라이트가 첨가된 친수성 고분자 용액으로 개질하여 혈액 속 노폐물인 creatinine 흡착 제거용 분리막으로 사용하고, creatine의 흡착효과는 UV-visible 분석으로 확인하였다.

본 연구에서는 역삼투막의 내오염성을 향상시키기 위해 실란 커플링제로 표 면 개질하여 steric hinderance를 일으키고 에폭시 코팅으로 친수성을 향상시키고자 하였다. 상용 역삼투막을 UV로 식각하여 표면을 활성화한 후 말단기가 다 른 실란 커플링제를 sol-gel 공법으로 표면 개질하고 에폭시를 이용하여 코팅하였다. 그 결과, 친수성 및 내오염성이 향상된 것을 확인하였고, FT-IR, SEM, XPS 를 통해 막의 특성을 분석하였다.

본 연구에서는 분리막 공정의 가장 큰 단점인 파울링을 저감시키기 위해 상용 나노막 표면을 실란 화합물로 개질하여 내오염성 및 내염소성이 향상된 복 합막을 제조하고자 하였다. 각기 다른 말단 관능기를 포함한 실란 커플링제로 (3-Mercaptopropyl)trimethoxysilane (MPTES), Octyltrimethoxysilane (OcTES), (3-Aminopropyl)trimethoxysilane (APTMS)을 사용해 표면을 개질하였다. 실란을 표면에 그래프팅 시킨 결과 막 표면의 친수화 증가로 인한 개질막의 투과 수량 향상과 내오염성 및 내염소성에 미치는 영향을 확인할 수 있었다. 또한 AFM, XPS, FT-IR을 통해 제조된 막의 특성을 분석하였다.

폴리설폰 분리막을 이용한 바이오 메탄 가스 농축 특성을 수치 해석적 방법으로 분석하였다. Compaq Visual Fortran 6.6 소프트웨어를 사용하여 분리막 모듈 2단 공정을 수치 해석하였다. 전산 모사 결과 다음과 같은 결과들을 얻을 수 있었다. 공급측 압력이 높고 분리막 면적이 넓고 공급 유량이 적고 공급 기체 내 메탄 몰분율이 낮을수록 메탄의 순도는 높아지고 회수율은 감소함을 알 수 있었다. 주어진 전형적인 메탄 공급 농도 0.5 몰분율 조건에서는 2단 공정으로는 메탄 순도 95%와 메탄 회수율 95%를 얻기 어려우므로 이와같은 목적을 충족시키기 위해서는 3단 공정으로 구성하거나 공급 기체 내의 메탄 순도를 어느 수준 높일 필요가 있을 것으로 판단된다.

매립지에서 발생되는 바이오 가스를 정제하여 고순도 메탄을 얻음으로써 높은 열량을 갖는 가스로 전환 시킬 수 있다. 이를 자동차 연료나 도시가스로 활용할 경우 경제적 효과가 매우 클 것으로 예상된다. 본 연구에서는 다양한 조건의 공급기체 변화와 그에 따른 공정조건의 변화를 통해 최종 메탄농도 95%와 회수율 95%를 만족하는 3단 중공사막 모듈 재순환 공정에 대하여 메탄과 이산화탄소 혼합기체 투과실험으로 얻은 메탄 분압의 함수로 나타낸 투과도를 이용하여 메탄농도 75%∼80%, 공급유량 30 L/min∼100 L/min, 공급압력 5 atm∼15 atm, 막면적 0.85 m²∼3.42 m²으로 변화시켜 전산모사를 수행하였으며, 이러한 조건 변화들에 따른 메탄순도와 회수율의 변화를 전산모사 하고자 하였다.