본 연구는 (주)퓨어엔비텍에서 제조한 multi-bore 형태의 중공사 막을 이용하여 오염된 원수의 투과 후 오염된 막의 재사용을 위해 화학적 세정효율에 대해 파악하고자 하였으며 이를 위해 제조된 중공사 막의 재료는 내화학성이 좋은 PSf (polysulfone) 소재를 사용하였다. 실험은 소혈청 알부민(BSA)을 이용한 내오염성 평가 및 염기성 용액인 차아염소산나트륨 (NaOCl), 산성 용액인 구연산(citric acid)을 이용해 장기 함침하여 내화학성 평가를 진행하였다. 시간에 따른 수투과도와 인장강도를 측정하여 분리막의 기계적 강도와 성능의 감소에 대한 결과를 관찰하였다. 이후 소혈청 알부민으로 오염된 막의 화학적 용액에 따른 역세척 후 회복효율을 파악하였다. PSf 중공사 막은 뛰어난 내화학성을 가졌으며 화학적세척결과 차아염소 산나트륨의 효율이 높음을 확인하였다.

본 연구에서는 정삼투 중공사막 모듈에서 중공사막의 가닥을 비틀어 배치하였을 때의 효과를 알아보기 위해 CFD 전산 유체 역학 프로그램을 통해 5개의 다른 각도로 비틀린 중공사막 모듈을 설계하고 시뮬레이션하여 비틀리지 않은 모듈과 비교하였다. 실험 결과, 중공사막이 비틀렸을 때, 모듈 내부의 유도 용액의 농도가 비틀리지 않을 때에 비해 고르게 분포하였 다. 모듈 입구의 압력은 중공사막의 비틀림과 관계없이 일정한 값을 보였지만 출구의 압력은 중공사막이 비틀린 정도가 커질 수록 증가하는 추세를 보였다. 출구의 압력이 높아짐에 따라 막 내부의 유체 속도가 감소하고 모듈 체류 시간이 증가하여 막 사이의 물질 교환이 원활하게 이루어질 것으로 예측된다. 이는 결과적으로 막이 비틀려 있을 때의 모듈 플럭스가 투과 수량 이 차지하는 비율이 그렇지 않을 때에 비해 2배 증가하였다.

본 연구에서는 다공성 Polyacrylonitrile (PAN) 중공사막을 지지체막으로 하여 Poly styrene sulfonic acid (PSSA) 와 polyethyleneimine (PEI)을 이용하여 layer-by-layer법으로 선택층을 형성시켰다. 코팅용액에 Mg염을 첨가하여 염석법(salting out method)을 이용하였다. 코팅용액의 이온세기, 고분자 농도, 코팅시간 등을 달리하여 나노여과막을 제조하였으며 NaCl, MgCl2, CaSO4 100 mg/L를 공급액으로 하여 2 atm의 구동 압력에서 투과도와 염 배제율을 평가하였다. PSSA 20,000 ppm, 코팅시간 3분, 이온세기 1.0, PEI 30,000 ppm, 코팅시간 1분, 이온세기 0.1의 조건으로 코팅한 막이 가장 우수한 성능을 보여 주었다. 100 ppm의 NaCl, MgCl2, CaSO4 공급액에서 각각 20.4, 19.4, 18.7 LMH의 투과도와 67, 90, 66.6%의 염 배제율을 나타내었다.

본 연구에서는 한외여과 polysulfone (PSf) 중공사막에 첨가제를 섞는 방법을 통해 친수성 증가에 따른 분리막 특성 및 성능을 향상하고자 하였다. 15 nm 크기의 fumed silica (FS)를 0.1, 0.3, 0.5 wt%로 방사 용액에 분산시켜 혼합 매트릭스 분리막을 제조하였다. 단면 및 표면상태를 확인하기 위해 SEM 분석을 진행하였으며, FS가 함유될수록 중공사막의 평균 기공 반경이 4 nm 이상 증가하는 것을 확인하였다. 또한, 분리막의 친수성 분석을 위해 접촉각 측정을 진행하였으며, FS 함유로 분리막의 친수성이 높아진 것을 확인하였다. 수투과도의 경우 FS가 섞인 분리막은 91~96 LMH 수준을 보였으며 PSf 분리막보다 5~11%의 증가율을 보였다. 내오염성 평가에서도 친수도가 상승한 FS 혼합 중공사막 표면에 소수성을 띄는 BSA가 흡착되지 못하여 상대 유량 감소율이 PSf 단일막 보다 낮아졌음을 확인하였다.

중공사 MD 모듈은 DCMD(Direct Contact Membrane Distillation) 방식으로 운전하는 경우 효율저하가 발생하는 이유로 주로 VMD(Vacuum Membrane Distillation) 방식으로 운전되었다. DCMD의 경우 고장을 줄일 수 있으며, 진공 펌프와 TVC 등을 필요로 하지 않아 경제적으로 열효율을 높일 수 있다면 선호되는 방식이다. 열효율을 향상시키기 위한 기초적인 방법으로 멀티모듈의 다양한 배열을 고려하기 위한 모듈 분석을 선행하였다. 이전연구를 통해 개발한 중공사막을 이용하여 모듈을 CFD 분석을 하여 운전방식(내외압, 병류 및 향류)에 따라 온도 및 유량조건별로 분석하였다. 이후 최적 운전방식을 기반으로 열교환효율에 적합한 모듈 배치를 모의하였다. 본 연구는 국토교통부 플랜트연구개발사업의 연구비지원(과제번호 18IFIPC146666-01)에 의해 수행되었습니다.

기체분리막을 이용한 바이오가스 및 천연가스 등의 CH4 고질화 공정은 타 공정에 비해 경제적이라는 장점이 있지만 필수적으로 CH4 손실이 발생하는 단점이 있다. 이는 CO2에 의한 가소화현상으로 CH4의 투과도가 증가하기 때문이다. 이러한 현상을 개선하고자 CO2 가소화에 대한 영향이 적은 Cellulose계열의 고분자를 이용하여 고선택도 멤브레인을 제막하였으며, 이를 이용하여 CH4 고질화를 위한 연구를 하였다. CO2, CH4, N2, O2 등 단일가스를 이용하여 CA기반의 8종의 고선택도 중공사막에 선택도와 투과도를 측정하였다. CO2/CH4 혼합가스 분리 테스트를 수행하였다.

Recently developed crosslinked TR (XTR) membranes as an advanced TR material exhibit high permeability and high selectivity stemming from higher rigidity due to a simultaneous and synergetic reaction of crosslinking and thermal rearrangement. The precursor crosslinkable co-HPI precursor can be dissolved in a wide range of commercial solvents indicative of an excellent processibility. Herein, a systematic spinning process, using a newly designed crosslinkable co-HPI precursor to fabricate defect-free XTR-PBOI hollow fiber membranes with inner skin layer will be discussed based on the phase inversion kinetics of nonsolvent-induced phase separation (NIPS) method.

유기용매 나노여과(OSN, organic solvent nanofiltration) 분리막은 폴리이마이드(PI)나 폴리벤질이미디아졸(PBI)과 같은 특수 고분자의 개발, 상업화가 이루어지고 강한 유기용매에 견딜 수 있도록 가교를 통해 분리막의 내구성이 급격하게 향상되면서 저분자량의 합성, 정제 및 농축을 필요로하는 의약, 바이오, 식품산업에 획기적이고 효율적인 분리막 공정으로 주목 받고 있다. 하지만 여전히 고가의 고분자, 가교를 위한 복잡한 프로세스, 다량의 강한 용매 폐수 발생등 상업화를 이루는데 여러 가지 문제점들이 산재하고 있다. 본 연구는 기존 제막 방식에서 벗어나 무독성의 용제를 사용하여 단일공정으로 유기용매 나노여과 분리막을 제막하고 그 특성을 연구하였다.

본 연구에서는 polyvinylidene fluoride (PVDF) 중공사막을 지지체로 한 저압용 나노복합막을 제조하였다. Poly styrene sulfonic acid (PSSA)와 polyethyleneimine (PEI)을 layer-by-layer 및 염석 효과 방식으로 지지체막에 코팅하였다. 막의 투과도와 염 배제율 성능을 알아보고자 NaCl, MgCl2, CaSO4 100 mg/L수용액을 1 L/min의 유량으로, 2 bar의 압력을 상온에서 가해주었다. 20,000 ppm의 PSSA (이온세기 1.0)용액에 3분, 30,000 ppm (이온세기 0.1)용액에 1분 코팅한 막이 가장 우수하였다. 투과도와 염 배제율은 NaCl 공급액에서는 38.5 LMH, 57.1%, MgCl2는 37.9 LMH, 90.2%, CaSO4는 32.4 LMH, 54.6%로 각각 측정되었다.

Forward osmosis (FO) process has been attracting attention for its potential applications such as industrial wastewater treatment, wastewater reclamation and seawater desalination. Particularly, in terms of fouling reversibility and operating energy consumption, the FO process is assumed to be preferable to the reverse osmosis (RO) process. Despite these advantages, there is a difficulty in the empirical step due to the lack of separation and recovery techniques of the draw solution. Therefore, rather than using FO alone, recent developments of the FO process have adapted a hybrid system without draw solution separation/recovery systems, such as the FO-RO osmotic dilution system. In this study, we investigated the performance of the hollow fiber FO module according to various operating conditions. The change of permeate flow rate according to the flow rates of the draw and feed solutions in the process operation is a factor that increases the permeate flow rate, one of the performance factors in the positive osmosis process. Our results reveal that flow rates of draw and feed solutions affect the membrane performance, such as the water flux and the reverse solute flux. Moreover, use of hydraulic pressure on the feed side was shown to yield slightly higher flux than the case without applied pressure. Thus, optimizing the operating conditions is important in the hollow fiber FO system.

1970년대 중반 석유 파동 이후 대체 에너지 개발에 대한 관심이 커지면서 그 중에서 혐기성 공정에서 발생하는 바이오가스 생산과 활용 기술 개발에 대한 연구가 진행되고 있다. 바이오 가스의 주성분은 50-70%CH4/30-40%CO2으로 이루어져 있고 이 때 메탄을 > 95% 순도로 농축하면 도시가스와 자동차 연료로 사용이 가능하다. 바이오가스의 정제기술로 막 분리법은 낮은 에너지 소모량, 이동성 및 쉬운 작동성 등의 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 바이오가스를 95% 이상의 메탄으로 농축하기 위해 폴리설폰 중공사막과 다단 분리막 공정을 이용하였다. 분리막 공정에서 압력, 온도, 막면적 등 다양한 공정 변수에서 95% 이상의 메탄 순도를 얻기 위한 연구를 진행하였다.

철강 산업에서 발생하는 COG 부생가스에는 수소가 메탄, 질소, 황화수소, 분진 등과 함께 100만 톤 정도가 다성분의 혼합가스로 포함되어 있으나 경제적인 수소 분리기술이 부족하여 주로 저부가가치의 발전용으로 사용되고 있다. 본 연구에서는 COG 부생가스내 수소를 회수할 수 있는 비대칭 구조의 폴리이미드 중공사막의 제조를 연구하였다. 이를 위해 지환족 다이안하이드를 사용한 유기용매에 대한 용해성이 높은 폴리이미드 소재를 합성하여 수소, 메탄, 질소, 산소 등의 기체투과특성을 확인하였고 그 중 가장 수소 선택성이 높은 DOCDA-ODA를 이용하여 용해성 폴리이미드를 합성하였다. 확보된 폴리이미드를 이용해 건습식 방사법에 의한 중공사막을 제조하였다.

To remove SO2 from flue gas, a thin film nanocomposite (TFN) hollow fiber membrane was decorated with Nafion/TiO2 nanoparticles. Morphological and structural analyses of the TFN membranes were performed using FTIR, SEM, EDX, TEM, and AFM. The gas permeation experiments were performed with pure gases and a mixed gas within a pressure range of 1-3 bar and feed gas flow rate of 0.03-0.15 L/min. The obtained experimental results suggest that the addition of Nf/TiO2 nanoparticles improved the membrane performance by introducing sulfonate and hydroxyl functional groups to the membrane, and thus increased SO2 permeability and selectivity. The SO2 permeability was found to be 411-1671 GPU, while the ideal selectivities achieved for SO2/N2 and SO2/CO2 were 2928 and 72, respectively. Overall, an SO2 removal efficiency of 93% was achieved by using the Nf/TiO2 incorporated TFN membrane.

친수성을 띄는 silica 나노입자(7, 11, 15 nm)를 0.1, 0.2, 0.3 wt%의 비율로 고분자(Polysulfone)에 섞은 후, 상전이 공정에 의하여 중공사막을 제조하였다. 용매로는 N-Methyl-2-pyrrolidone (NMP)을 사용하였다. 또한 중공사막 제조 시내부 응고제는 NMP/증류수(1:1) 혼합용액을 사용하였으며 외부 응고제로는 증류수를 사용하였다. 본 연구는 Silica 나노입자의 크기 및 함량이 분리막 구조에 미치는 영향과 그에 따른 특성을 살펴보았다.

정삼투막(Forward osomosis, FO) 공정은 차세대 해수담수화 기술 중 하나이 다. FO 공정은 운영에너지나 막오염의 장점에도 불구하고 유도용액의 분리회수 등의 문제로 실증화 단계에 어려움이 있다. 따라서 현재 FO 공정에 대해서는 FO를 단독으로 사용하기보다 RO 전단에 FO 공정을 두어 이용하는 hybrid 시스 템으로 이용하려는 연구가 많이 진행되고 있다. 본 연구는 유도용액의 분리회수 가 필요하지 않은 FO-RO 공정에서의 성능 지표 중 하나인 투과유량을 늘리기 위해 공정 운전 조건 중 유도용액의 유량변화에 따른 성능을 평가하였다.