본 연구에서는 Montmorillonitrile(MMt)계 무기물을 이용하여 SPAES고분자에 첨가한 후 제조된 용액을 이용하여 복합막을 제조하였으며 특성평가가 진행되었다. 순수한 MMt의 경우 고분자에 첨가되었을 경우 측유의 실리케이트층 구조로 인해 메탄올 투과도는 감소하나 이온전도도가 감소되는 문제점을 가지고 있으므로 본 연구에서는 MMt를 유기화 시켜 최적화된 메탄올 투과도와 이온투과도를 가지는 무기물을 제조하고자 하였으며 최종적으로 제조된 분리막의 특성평가를 진행하였다.

고분자 전해질 막의 성능을 개선하고자 사용된 대표적인 무기물인 solid acid가 첨가된 복합막의 경우 고온에서 높은 열안정성을 나타내며 친수성이 강해지는 장점을 나타내지만 물에 녹는 단점을 가지고 있다. 그러므로 본 연구에서는 phosphotungstic acid(PWA)의 이온전도성을 증가시키며 물에 용해되는 성질을 제거하기 위하여 실리카 입자를 sol-gel법을 이용하여 술폰산기와 아민그룹을 도입시킨 입자를 제조한 후 sulfonated poly(arylene ether sulfone)(SPAES)고분자에 첨가하여 복합막을 제조하였으며 특성평가가 이루어졌다.

기체분리막의 성능을 향상시키기 위한 여러 개질 방법 중 가교는 사슬 간격과 사슬 내 외부의 유동성을 감소시켜 분리막의 선택도, 내화학성, 내가소성등을 증가시키는 장점을 지닌다. 본 연구에서는 선형의 지방족 가교제를 사용하여 폴리이미드 분리막의 기체 분리 성능을 향상시키고자 하였으며, 가교제의 알킬길이에 따른 영향 또한 알아보았다. 가교 여부는 이미드 그룹의 특성피크 증가와 이미드 그룹의 특성피크 감소를 통해 확인하였다. 기체분리특성은 CH4, N2, O2, CO2 단일 기체에 대해 측정하였으며 가교제 및 가교도에 관계없이 가교 후 기체의 확산 감소로 인해 네 기체 모두 투과도가 감소하였다. 반면 CO2/CH4, O2/N2 기체상의 선택도는 가교 전보다 향상된 결과를 나타내었다.

본 연구에서는 고투과성을 나타내는 6FDA 모노머와 다양한 종류의 아민 모노머를 이용하여 다양한 종류의 폴리이미드 소재를 합성하였으며 이를 이용하여 기체분리용 분리막을 제조하여 기체투과 특성을 분석하였다. 높은 기체투과도와 용해도를 나타내는 두종류의 아민을 사용하였으며 투과도를 증가시키기 위해 durene계 모노머를 사용하였다. 측정결과 대부분의 고분자 분리막들이 상용화된 폴리이미드계 소재보다 높은 산소투과도 및 선택도를 나타내어 잠재적이 가능성을 확인할 수 있었다.

분리막 생물반응기(MBR)는 전통적인 수처리 방법과 비교하여 안정적인 수질확보, 처리부지 감소, 높은 유기물 제거 등의 장점으로 인하여 매우 널리 사용되고 있다. 그러나 긴 고형물 체류시간과 높은 미생물 농도로 인하여 종종 인제거에 제한이 있다. 전통적으로 인을 제거하기 위해 화학적 침전 방법이 가장 널리 사용되고 있으나 이는 과량의 응집제 주입으로 인한 비용 문제 및 대량의 슬러지 발생의 한계점을 가지고 있다. 반면 흡착공정은 상대적으로 운전이 쉽고 간단하며 슬러지 발생량을 현저히 줄일 수 있는 방법이다. 따라서 본 연구에서는 입상 금속산화물 흡착제를 개발하고 이를 이용하여 MBR처리수 내의 인을 제거하는데 적용하고 성능을 평가하였다. 본 연구는 환경부의 연구비(과제번호 2013001390002)를 지원받아 진행되었습니다.

기존의 전기탈이온(EDI) 공정은 전기투석법과 이온교환수지법을 혼합한 공정이다. 모듈을 제조 하는데 있어 전기투석을 위한 양이온교환막과 음이온교환막이 있으며 그사이에 이온교환수지로 채워지는 형태이다. 이온교환수지의 균질한 크기 분포도 및 당량비 또한 장치의 성능을 결정하는 매우 중요한 인자이다. 이러한 점들을 바탕으로 현재 이온교환수지를 글라인딩하여 bipolar형태의 막으로 만든 electroadsorption-deionization(EAD) 공정 모듈이 생산되고 있다. 지금 생산되고 있는 모듈보다 성능을 더 높이기 위하여 이온교환능력을 가지며 바인더 역할을 할 수 있는 고무상의 고분자를 제조하였다.

수처리 분리막에서 poly(vinyl alcohol) (PVA)는 물질 고유의 친수성과 높은 화학적, 열적, 그리고 물리적 특성으로 인해 많이 사용되고 있다. 그러나 PVA를 이용한 막의 경우 제거율이 RO막에 미치지 못한다. Citric acid를 이용해 crosslinking을 시도하면 막에 charge가 부여되고, 이것은 막에서 donnan효과를 통해 rejection의 향상을 가져올 것이라 기대 된다. 본 연구에서는 poly(vinyl alcohol)-g-polyethylene oxide (PVA-g-PEO) copolymer를 citic acid를 이용해 crosslinking을 하여 복합막을 제조하였다. Crosslinking 정도와 charge density에 의한 막 특성의 변화와 그에 따른 투과도와 제거율에 대해 연구하였다.

본 연구에서는 고분자 분리막을 제조하여 다양한 분석기기를 통해 특성평가를 실시하였다. 먼저, 분리막의 표면개질 정도와 막의 fouling에 관한 정보를 얻을 수 있는 zeta potential과 전기영동이동도를 조사하여 표면에 전하를 측정하는 동적전위를 통해 전기적특성평가를 진행하였다. Time lag 장비를 통하여 특정 기체에 대한 분리막의 diffusivity와 solubility를 측정하였으며, 분리막의 기공 크기에 따른 분리와 이온의 흡착작용 등으로 수투과를 실시하여 water purity를 증가시켰다. 그리고 수분투습도 측정기(WVTR)와 산소투과도 측정기(OTR)의 경우 각각 일정시간동안 막을 통과하는 수증기와 산소의 양을 측정하는 장비로 사용되었다. 또한 BET 비표면적 측정기를 이용하여 고분자 시료의 비표면적 및 기공 크기분포를 조사하였다.

제련공정 산업에서 발생하는 희소/유가 금속을 함유한 산 폐수는 금속의 산세정 과정에서 다량 방출된다. 주로 중화나 치환법, 이온교환법 등을 사용하였지만 큰 비용과 친환경적이지 못한 단점이 있다. 이에 본 연구에서는 제련 공정에서 발생하는 희소금속을 함유한 폐산용액을 막분리법을 적용하여 분리하기 위해 내산성이 향상된 thin-film composite NF membranes (TFC-NF)을 제조하고자 하였다. TFC-NF는 다공성 지지막 위에 polyamide 계면중합법을 이용하여 제조하였다. 제조 한 TFC-NF는 15 wt% 황산에 노출한 후, 75psi 압력의 cross-flow 방식으로 내산성 투과실험을 진행하였고 ATR-FTIR, XPS, FE-SEM 등을 통해 막의 특징을 분석하였다.

본 연구에서는 탄화수소계열 고분자인 sulfonated poly arylene ether sulfone(SPAES) 고분자를 이용하여 연료전지용 전해질막을 제조하였으며 메탄올 투과도를 최적화 하기 위하여 소수성 고분자인 polyethersulfone(PES), Polyvinylidene fluoride (PVdF) 를 소량 첨가하여 블렌드막을 제조하였다. 제조된 분리막은 연료전지용 전해질 막으로써 요구되는 물리적, 화학적 안정성, 이온전도도, 셀 테스트등의 기본 물성을 측정하여 잠재적인 적용 가능성을 테스트 해보았다 또한 분자동력학 시뮬레이션을 이용하여 소수성 고분자와 SPAES고분자의 혼화성 측정과, 이온 및 메탄올 분자의 투과도를 예측해 보았으며 이를 이용하여 실제 실험 결과와 비교 분석을 진행하였다.

고분자 분리막을 이용한 기체 분리는 기체의 막에 대한 투과도 차이를 이용하여 분리하는 하나의 새로운 공정 방법이다. 기체 분리용 고분자 소재로는 폴리술폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리카보네이트, 폴리이미드 등의 방향족 고분자들이 주로 사용되었다. 현재 이중에서도 유리상 고분자인 폴리이미드의 경우 높은 온도에서 기계적 강도가 매우 좋으며, 그 외에도 내화학성, 높은 기체 선택성을 보이는 뛰어난 소재로 많은 응용 분야에서 매우 활발하게 연구되고 있다. 본 연구에서는 기체 분리에 대해 여러 가지 장점을 가지고 있는 폴리이미드계 고분자 중 애경유화(주)에서 합성된 폴리이미드 고분자를 이용하여 상전이법에 의해 전구체 중공사막을 제조하였다. 최종적으로 제조된 기체 분리막에 대한 기체 투과 특성을 알아보고자 한다.

물 부족 국가인 우리나라는 수처리 분야에서 전반적으로 지속적인 발전을 하고 있으며, 특히 정수처리의 제반 환경은 끊임없이 변화 및 개선되고 있다. 막여과 고도정수처리공정은 지금까지 개발된 어떠한 정수처리공정보다도 수질의 신뢰성이 높고, 자동화운전의 가능, 부지면적과 화학약품을 줄일 수 있어 21C형 환경 친화적인 공정으로 각광을 받고 있다. 본 시설은 일일 2.5만톤 생산수량으로 2010년 9월부터 시운전을 실시하여 운영조건별(생산수량별, 에너지 최소화, 약품 사용량 절감 등) 최적화 및 운영평가를 수행하고 있다. 설계 및 시공 및 운영기술에 이르기까지 순수 국산 기술을 이용해 엔지니어링 기술을 확보하고 있으며 본 연구에서는 그간 장기운영 자료를 분석 및 평가하고자 한다.

가스 생산용 해양플랜트 설비의 경우 폭발의 위험에 노출되어 있으며, 폭발사고는 구조물의 안전성에 치명적인 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 이러한 폭발사고에 의한 피해를 최소화하기 위해서는, 폭발하중에 의한 구조부재의 동적응답 특성을 명확히 파악할 필요가 있다. 폭발하중의 경우 매우 짧은 시간 동안에 구조물에 가격되었다가 소멸되기 때문에 구조부재의 고유주기 및 폭발하중의 지속시간을 고려한 동적응답 평가가 필수적으로 요구된다. 일반적으로 가스 폭발하중의 경우, 부 압력단계가 전체 하중 이력에서 상당 부분 존재하며, 본 연구에서는 이러한 부 압력단계의 형상에 따라 총 하중 지속시간을 결정하는 하중 모델을 제안하였다. 방화벽은 폭발사고 시 장비 및 인명 피해를 방지하고자 FPSO 탑사이드 모듈 사이에 배치되는 구조부재이므로 폭발하중에 의한 응답이력 특성 분석이 반드시 필요하다. 때문에 무 감쇠 단 자유도 모델에 가스 폭발하중을 적용하여 변위응답 특성을 분석하였으며, 평판으로 구성된 방화벽의 FE 모델을 이용한 하중 지속시간과 구조부재들의 고유주기를 고려한 응답 특성을 분석하였다. LS-DYNA를 이용한 선형/비선형 구조해석 분석결과, 부 압력단계의 지속시간이 구조물의 동적응답에 큰 영향을 주는 것을 보였다.

가스 생산용 해양플랜트 설비에서 발생할 수 있는 폭발사고의 경우, 구조 시스템의 기하학적 특성이나, 바람, 가스 누출율 등과 같은 환경적 조건에 의해 피해 규모의 범위가 상당하다. 따라서 폭발파에 의한 구조 부재의 응답을 분석하기 위해서는 이러한 조건들을 고려한 가스폭발 수치해석 과정이 반드시 필요하다. 본 연구에서는 FPSO 탑사이드의 형상 및 장비 배치와 같은 세부적인 부분까지 고려하여 폭발해석을 수행하였으며, 이를 바탕으로 획득한 하중 이력들의 특성을 분석하였다. 또한 다양한 형태로 나타나는 폭발하중 이력들 중 구조물 손상에 직접적으로 영향을 미칠 수 있는 최대 압력과 지속시간들을 고려하여 유한요소해석 시 하중조건으로 적용한 후, 부재의 응답특성에 관한 분석을 수행하였다. 유한요소해석 모델은 실제 구조물에 적용이 가능하고, 복잡한 형상을 이상화한 단 자유도 및 다 자유도 모델을 사용하였다. 정 압력 및 부 압력단계의 최대 압력이 증가함에 따라 구조 부재의 최대 응답이 증가하였고, 부 압단계에서 하중 지속시간이 증가함에 따라 구조물의 최대 변위가 증가는 경향을 보였다.

평면내 곡선교량은 편심하중뿐만 아니라 자중만으로도 비틀림하중을 받게 되고, 이는 지점부 부반력 발생의 원인이 된다. 본 논문에서는 경간장 48.8m를 가지는 단경간 곡선강박스 거더교량에 대해 내부곡률각도를 0.49∼1.35rad으로 조정하면서 곡률효과에 따라 지점에서 발생하는 수직반력을 분석하였다. 부반력 발생가능성을 고려하여 반력 크기 및 방향을 예측하기 위해 곡선교량 상부구조를 각 독립된 요소로 분리하여 반력산정식을 해석적으로 개발하였다. 콘크리트 바닥판 및 강재 하부플랜지는 각각 면의 차원을 가지는 기학학적 환형섹터로, 수평면내에서 폭이 좁게 투영되어 나타나는 상부플랜지 및 복부판은 선의 차원을 가지는 기하학적 호로 가정되었다. 제안된 반력산정식의 형식은 비교적 단순하고 그 예측값은 유한요소해석으로 얻은 값과 비교하였을 때 오차가 1% 수준으로 잘 일치하였다.