Electro-coagulation process has been gained an attention recently because it could overcome the membrane fouling problems in MBR(Membrane bio-reactor). Effect of the key operational parameters in electro-coagulation, current density(ρ i) and contact time(t) on membrane fouling reduction was investigated in this study. A kinetic model for ρi and t required to reduce the membrane fouling was suggested under different MLSS(mixed liquor suspended solids) concentration. Total 48 batch type experiments of electro-coagulations under different sets of current densities(2.5, 6, 12 and 24 A/m2), contact times(0, 2, 6 and 12 hr) and MLSS concentration(4500, 6500 and 8500mg/L) were carried out. After each electro-coagulation under different conditions, a series of membrane filtration was performed to get information on how much of membrane fouling was reduced. The membrane fouling decreased as the ρi and t increased but as MLSS decreased. Total fouling resistances, Rt (=Rc+Rf) were calculated and compared to those of the controls (Ro), which were obtained from the experiments without electro-coagulation. A kinetic approach for the fouling reduction rate (Rt/Ro) was carried out and three equations under different MLSS concentration were suggested: i) pi0.39t = 3.5 (MLSS=4500 mg/L), ii) pi0.46t = 7.0 (MLSS=6500 mg/L), iii) pi0.74t = 10.5 (MLSS=8500 mg/L). These equations state that the product of ρi and t needed to reduce the fouling in certain amounts (in this study, 10% of fouling reduction) is always constant.

본 연구는 분리막 성능 저하로 기능을 상실한 역삼투막의 힐링을 통한 복원의 가능성을 알아보고자 하는 데에 목적이 있다. 손상된 막은 양이온고분자인 poly(styrene sulfonic acid) sodium salt (PSSA)와 음이온고분자인 polyethyleneimine (PEI)를 염석법을 이용하여 이중으로 코팅했으며 또한 소재의 순서를 바꿔 코팅을 수행했다. 그리고 농도, 시간, 이온세기 등 에 따라 코팅된 역삼투막의 투과도와 배제율을 측정하여 손상된 막으로부터 복원된 정도를 알아보았다. 또한 역삼투 평막에서 복원이 우수한 조건을 가정용 정수기 모듈에 적용하여 손상된 역삼투막 모듈에 또한 대하여 복원 가능성을 알아보았다. 이로부터 PEI 30,000 ppm (IS = 0.1)/PSSA 20,000 ppm (IS = 0.7) 코팅 조건에서 역삼투막 모듈에 적용했을 때 염 배제율은 69%에서 86% (손상 전 모듈의 경우 90%)까지 복원되었다.

In this paper, the shape adjustment algorithm of the spoked wheel cable structures with retractable membrane system is studied. The initial tension of the membrane or cable is necessary to form the structure and its value is determined by the design shape. However, due to internal and external environmental influences, its shape may be different from the initial designed shape. In the case of the cable structures covered in this study, tension adjustment is necessary to maintain the designed shape because it influences the tension of the cable depending on the state of the retractable membrane. Therefore, we proposed an adjustment algorithm of an initial shape based on the force method. The effectiveness and validity of the methodology were examined through the applicable cable structures. The results of the shape adjustment analysis of the symmetric spoked wheel cable model were reliable and accurate results were obtained.

BSA 용액의 전량 한외여과에서 막모듈의 중력에 대한 경사각(0~180°) 변화에 따라 유발된 자연대류 불안정 흐름 (natural convection instability flow; NCIF)의 막오염 제어 효과를 플럭스 증가 정도로 측정하고 막힘여과 모델로 해석하였다. 막모듈의 경사각이 0°에서 180°로 커질수록 NCIF 유발이 증가하여 막오염 제어 효과가 커져 플럭스가 증가하였다. NCIF의 유발이 가장 큰 경사각 180°에서의 플럭스 값을 NCIF의 유발이 없는 0°에서의 값과 비교한 결과, 2시간의 단기간 운전에서는 플럭스 향상성이 5배, 20시간의 장기간 운전에서는 17배까지 증가하였다. 막힘여과 모델을 적용하여 NCIF의 유발에 따른 플럭스 증가 효과를 해석한 결과, 운전시간 15분 이내에서는 중간막힘 모델 그 이후에는 케이크여과 모델로 해석하는 것이 타당하였다. 막모듈 경사각 180°에서 유발된 NCIF는 15분 이내의 운전 초기에는 중간막힘 오염을 67%까지 감소시키고, 그 이후의 운전 시간에서는 케이크층 오염을 99.9%까지 감소시켰다. 따라서 막모듈에 유발된 NCIF의 주된 막오염 제어 기작은 케이크층 형성을 억제시키는 것이었다.

Cobalt tetraphenylporphyrin-benzylimidazole (CoTpp-BIm)을 산소 운반체로 이용하여 polyethersulfone (PES)와의 혼합물을 기반으로 하는 혼합 구조의 평판형 분리막의 기체 분리 성능을 조사하였다. CoTpp-BIm이 혼합된 PES막은 손가락 구조와 스폰지형 구조가 혼합된 비대칭 구조를 가졌고, 상부표면은 치밀한 형태를 보였다. 기체분리 성능 실험은 94%의 N2 기체에 6%의 O2가 혼합된 기체를 사용하여 평가하였다. 산소 및 질소 투과율은 △P가 15~228 cmHg 범위에서 실험하였고, PES막의 투과면은 진공수준으로 유지되었다. CoTpp-BIm이 혼합된 PES막의 산소 투과율은 공급 압력이 감소함에 따라 증가 하였다. 공급 압력이 15 cmHg일 때 산소 투과율(Po2)는 6676 Barrer이었고, O2/N2 선택도(α)는 6.1, 촉진인자(F)는 2.39까지 증가하였다. 이를 바탕으로 PES막에 CoTpp-BIm을 첨가하면 산소분리 특성이 향상되는 것을 확인하였다.

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.

Capacitive deionization (CDI) process is an emerging process for water desalination. Recently, there has been a major development of architectures in CDI cells using carbon flow electrodes with membrane, called flow-electrode capacitive deionization (FCDI). In FCDI, the advantage is continuous desalination due to the carbon flow electrodes. Numerous research groups dedicated to develop the FCDI process, however, a clear pre-treatment of carbon flow electrodes was not suggested. Study herein, present a clear understanding of effects of pre-treatment of activated carbon based on sonication in the carbon flow electrodes for the basics results with respect to adsorption performance.

본 연구에서는 하수처리유출수의 유기물 성상을 제어하기 위해 서로 다른 흡착제를 적용하여 역삼투막의 막오염 경향성을 관찰하였다. 실험실 규모에서 역삼투막 운전결과, 다중벽탄소나노튜브 (5%), 팽창흑연 (21%), 하수처리유출수(25%), 활성탄 (26%) 순서로 초기대비 투과수량이 감소하였다. 형성된 막오염 물질의 FEEM 분석결과, 활성탄의 경우 팽창흑연, 다중벽탄소나노튜브, 하수처리 유출수에 상대적으로 높은 미생물유래물질에 의한 막오염이 존재하였다. 더 나아가, 분자량 분석 결과를 통해 고분자 미생물유래물질(>15K Da)의 영향이 큰 것을 확인하였다. 결과적으로, 하수재이용공정에서 고분자 미생물유래물질이 역삼투막 효율저하의 주요한 역할을 하며, 이를 저감시키기 위한 방안마련이 필요하다고 판단되었다.

본 연구는 막 결합형 축전식 탈염공정에서의 이온교환막의 두께와 탈착간의 관계를 규명하기 위하여 진행하였다. APSf/SPEEK 양, 음이온교환고분자를 합성하여 시판되는 탄소전극에 직접 캐스팅하여 이온교환막이 결합된 탄소전극을 제조하였다. 양, 음이온교환고분자를 캐스팅 하지 않은 것, 1회 캐스팅, 2회 캐스팅한 것으로 탈착시험을 하였다. 탈착 조건은 –0.1, -0.3, -0.5, -1.0 V로 하였으며 100 mg/L의 NaCl 수용액을 공급액으로 하여 완전 흡착을 한 다음 증류수로 공급액을 변경하여 완전탈착이 될 때 까지 관찰 하였다. 이온교환막의 두께가 두꺼워질수록 완전탈착까지 걸리는 시간이 증가하였고 높은 전위의 탈착 전압에서는 막의 두께가 탈착에 그다지 큰 영향을 끼치지 않는 것을 확인하였다.

본 연구에서는 차아염소산 나트륨에 노출시켜 손상된 RO membrane을 PSSA/PEI 용액으로 코팅하여 투과성능을 회복시키는 연구를 진행하였다. 코팅에 사용된 고분자로는 PEI(Polyethyleneimine) 와 PSSA(Polystyrene sulfonic acid)을 사용하였으며, 막은 3,450ppm의 차아염소산에 용액에 노출시켜 손상시켰다. PSSA와 PEI의 농도, 코팅시간, 이온세기를 달리하여 NaCl 100 ppm에서 투과성능을 비교하였다. 코팅을 통한 막의 투과성능을 비교하였을 때 ,제거율이 약 15%정도의 회복률을 보였다. 또한 SEM 분석을 통해 차아염소산에 손상 전과 후 그리고 코팅된 막의 표면을 관찰하였다.

분리막 공정의 효율적인 운전을 위해서는 막오염 원인물질의 파악과 전처리 단계에서의 제어가 필요하며, 막해체를 통한 막오염 물질의 특성 분석은 막오염 원인물질에 대한 정보를 제공한다. 본 연구에서는 1.7 m3/day 규모의 파일럿 나노여과막을 약 60일 동안 운전 후 해체하여 막오염 특성을 평가하였다. 막오염 물질의 대부분(69.7±1.5wt.%)은 미생물에서 유래한 저분자(< 0.5 K Da) 유기물질로 밝혀졌다. 무기 막오염 물질은 알루미늄이 대부분(60% 이상)을 차지하였으며, 이는 정수처리 공정에서 응집제로 사용되는 잔류 폴리염화알루미늄의 영향으로 판단된다. 그러므로 나노여과막 장기운전을 위해서는, 미생물에 의한 막오염 저감 방안과 잔류 응집제를 제거하기 위한 전처리 방안이 마련돼야 한다.

Although thin-film nanocomposite membranes (TFNs) have paved the way to develop high-performance reverse osmosis (RO) membranes, scale-up production of TFNs is still challenging issue. Herein, we introduced a novel preparation method for TFNs using spray-assisted nanofiller pre-deposition (Spray method) to circumvent the limitations in conventional method. The precise control of nanofiller (ZIF-8) loading was possible by simply varying the spraying ZIF-8 concentration. Most importantly, TFNs prepared by both Spray and conventional method showed similar RO performances, while Spray method only requires ~100 times minimized amount of ZIF-8 with an unprecedentedly short deposition time (< 1 min) ever reported. Our results revealed that Spray method would be promising for the scale-up of TFNs in terms of cost, time, and controllability.

하⋅폐수처리 MBR 공정을 운영함에 있어서 특정 오염물에 따른 멤브레인 회복률 저하를 자주 경험하게 되며, 이에 따른 화학세정 시 막오염 물질 제거에 필요한 약품선택에 많은 어려움을 겪는다. 본 연구의 목적은 하폐수 성상의 MBR 처리 시 발생할 수 있는 Ca 막오염에 대해서 다양한 세정약품 적용을 통한 멤브레인의 회복률 증대 방안을 찾고자 하는 것에 있다. 본 연구는 K 폐수처리시설에서 1년간 운영한 (주)에코니티의 분리막을 샘플링하여 투과도 측정 및 막표면 분석 후 막오염 물질을 우선적으로 확인하였으며, 이에 따른 각종 화학약품의 적용실험을 통하여 최적약품 도출 및 적용성을 평가하고자 하였다.

막증발 (Membrane Distillation, MD) 기술은 역삼투 해수담수화 공정에서 발생하는 농축수의 처리 문제를 해결하고 공정 회수율을 증가시킬 수 있는 차세대 담수화 기술로 부각되고 있다. 하지만 MD 공정의 효율적 운영을 위해서는, 막의 오염 (Fouling) 및 젖음 (Wetting) 현상을 해결하여야 한다. 이 현상들은, 해수 속에 존재하는 성분, 막의 종류 등을 포함한 여러 가지 운영 조건 등에 따라 다를 수 있다. 따라서 본 연구에서는 막오염과 막젖음 현상이 어떻게 발생하는지 살펴보기 위해, MD 공정 운영 조건을 변화시키며 막투수도 및 여과저항, 처리수 전도도 등을 측정하고, SEM-EDX, LEP (Liquid Entry Pressure) 등을 이용하여 막을 분석하였다.

Chlor-alkali (CA) membranes as key materials to generate chlorine gas and sodium hydroxide are composed of sulfonic acid layer (S-layer) and carboxylic acid layer (C-layer) to provide fast sodium ion transport and slow hydroxide ion diffusion, respectively. Aciplex F, a representative CA membrane is made in a double layer form via thermal adhesion of both layers after each single layer film is independently fabricated. Unfortunately, the membrane fabrication induces delamination particularly in their interface as a result of hydroxide ion diffusion occurring during CA operation, leading to rapid increase in electrochemical overpotential. In this study, selective chemical conversion technique was developed to solve the delamination issue. Their effectiveness was proved by applying the same concept to a wide range of PFSA membrane.

본 실험에서는 대청호에서 발생한 남조류를 대상으로 SiC(Silicon carbide) 평막의 최적 운전조건을 도출하고자 하였다. 이를 위해 원수 농도에 따른 투과플럭스, 응집제 주입 조건, Air scrubbing 조건, 역세척(Backwashing) 유량 및 시간, 여과 및 역세척 시간, 응집제 종류 및 주입 농도 등에 대해 안정적으로 운전이 가능한 최적 조건을 도출하였다. 특히, 저농도의 응집제 주입에도 음전하를 띄는 조류 입자들과 전기적으로 중화를 일으켜서 생성된 미세 플럭들이 SiC 평막의 막표면에서 투수성을 증가시킨 것으로 사료된다. 이를 통해 도출된 설계인자로 제작한 Pilot Plant를 조류 제거시 적용하고자 한다. 본 연구는 환경부의 “환경정책기반공공기술개발사업”으로 지원받은 과제입니다.

고체 알칼리 연료전지에서는 작동 시 물이 생성되어 water flooding 현상이 나타나는 산화극과 반대로 물이 소진되어 water drying 현상이 나타나는 환원 극과의 water balance 가 매우 중요하다. 이번 연구에서는 기존의 상용막(Fuma tech)을 사용하여 막의 양면에 solvent assisted lithography를 통해 서로 엇갈린 라인 패턴을 형성하였다. 양면 패터닝을 통해 오믹저항의 감소와 함께 water back-diffusion을 향상시켰으며, 넓어진 계면에 의해 산화극의 mass transport를 향상시킬 수 있었다. 또한, 환원극에서는 넓어진 계면에 의해 촉매의 활용률이 증가하였고 이러한 복합적인 효과를 통해, 1.0 Wcm-2 라는 고성능을 얻을 수 있었다.

A membrane contactor technique is proposed to selectively remove the SO2 gas from the ship exhaust gas. Membrane contactor system operates with two independent streams of liquid and gaseous phase, with a large contact area between the streams, resulting in high mass transfer coefficient values. In this study, hydrophobic polypropylene substrate was used to greatly minimize the wetting of the membranes. The performance of three absorbents -distilled water, NaOH, and Na2SO3 aqueous solution- was investigated in terms of SO2 removal efficiency within a specific range of different parameters (gas flow rate, absorbent molarities, liquid flow rate, L/G ratio). Finally, optimum operating parameters for a high SO2 removal efficiency were suggested; and the overall mass transfer coefficient and HTU values were examined.

Graphene oxide (GO), consisting of numerous oxygen functional groups and 2-D graphene sheet, has drawn intensive attention as a promising membrane material due to its molecular-sieving nanochannel and ease of scale up. However, GO membranes have generally showed a low gas permeability stemming from the high tortuosity of laminate structure. Herein, we prepared silica/GO hybrid membranes to overcome the low gas permeability of GO membrane by tuning its surface area and interlayer spacing. The size of silica nanoparticles grown on the GO nanosheets was successfully controlled by varying the concentration of silica precursor. In particular, the relationship between gas permeability of silica/GO hybrid membranes and the size of silica nanoparticles was investigated.

온실가스의 주범인 이산화탄소를 효과적으로 분리하기 위하여 이산화탄소와 친화성이 좋은 에틸렌글리콜 사슬이 도입된 폴리설폰 기반의 고분자와 아민이 기능화된 ZIF8 무기입자 (ZIF8-A) 를 복합화한 유무기 복합 기체분리막 (MMM)을 제조하였다. 제조된 분리막은 XRD, TGA, FT-IR, SEM 및 NMR 분석을 통해 분리막의 구조와 물성특성을 확인하였다. CO2/N2, CO2/CH4에 대한 가스 투과 특성을 조사하였고, 그 결과 ZIF8-A 구조 내 아민 함량 증가에 따라 이산화탄소에 대한 투과도 및 선택도가 증가하는 경향을 나타냈다. 이는 ZIF8-A 구조 아민기능기와 에칠렌글라이콜 사슬과의 입자와의 계면저항성이 낮은 것에 기인한 것으로 판단하였다.