화학적 안정성이 양호하고, 제막조건이 온화한 재료인 poly(vinylidene fluoride) (PVDF)를 주재료로 사용하여 용매, 첨가제, 혼합고분자 및 제막조건의 변화에 따른 고강도 친수성 정밀여파(microfiltration, MF) 중공사 분리막의 실험에 의해 고찰하였다. 제조된 MF 중공사막의 막성능은 평균 공경 0.3 μm, 인장강도 42kgf/㎠, 순수 투과유량은 600 LMH을 얻었다. 제막과정에서 다양한 첨가제의 막성능을 검토한 결과는 순수투과유량과 제거율에 상당한 영향을 미치고 있음을 알 수 있었다. MF막의 친수성을 개선하기 위해 소수성 PVDF와 상호 용해성 이 좋은 친수성 poly(methyl methacrylate) (PMMA)를 혼합하여 투과성능과 제거율을 개선한 우수한 친수성 MF막을 제조할 수 있었다.

본 연구에서는 폴리이서설폰(polyethersulfone, PES) 중공사 막을 이용하여 6대 온실가스에 속하는 육불화황(SF6)을 질소 중에서 분리하고자 하였다. 제막 조건에 따른 막의 구조와 성능변화를 관찰하기 위하여 다른 비용매(아세톤, 에탄올)와 에어갭(air-gap) 그리고 실리콘 코팅을 통하여 성능변화를 관찰하였으며, 전자주사현미경(scanning electron microscope)을 통하여 구조 변화를 관찰하였다. N2, SF6 단일기체 투과실험에서 제조된 막의 표면 실리콘 코팅을 통하여 최고 7.64의 선택도를 나타내어 3.4배 향상된 결과를 나타내었다.

콘크리트 교량의 합리적인 내진설계는 지진이 발생할 때 연성파괴메커니즘이 유도될 수 있도록 적절하게 교각 연성도를 확보하는 것이다. 현행 기준에서는 이를 위해 휨모멘트의 설계지진력을 산정할 때 응답수정계수를 도입하고 있으며, 연성도 확보를 위한 횡방향철근량을 규정하고 있다. 그러나, 이러한 내진규정은 일반적으로 단면이 크게 설계되는 우리나라에서는 횡방향철근이 과다하게 산정되는 비합리적이었다. 이를 개선하기 위해 소요연성도에 기반한 새로운 내진설계법이 제안되었으나 거동특성과 횡방향철근의 유효구속력이 다른 중공단면에 적용하기 위해서는 향후 많은 검증과 보완이 필요하다. 이에 본 연구에서는 축방향철근의 겹침이음과 횡방향철근량을 변수로 한 중공단면기둥을 제작하여 준정적 재하실험을 수행하였으며 다양하게 내진거동특성을 분석하고 내진성능을 확인하였다. 본 연구 결과는 향후 중공단면교각의 연성도(성능)기반 내진설계를 위한 기초자료로 제공될 수 있다.

동일 운전 조건에서 폴리이서술폰 중공사 분리막을 이용하여 혼합 기체로부터 이산화탄소 분리 실험과 수치해석으로 얻어진 결과를 비교하였다. 순수한 기체의 투과도로부터 구한 이상 선택도를 활용한 예측값과 실험값이 많은 차이 가 있음을 확인할 수 있었다. 그러나 이산화탄소 투과도와 선택도를 혼합 기체 분리 실험 결과로부터 구한 후 공급 이산화탄소 몰 분율, 공급 압력과 투과측 압력의 함수로서 투과도와 선택도를 얻을 경우 수치해석 예측값과 실험값이 잘 일치하는 것을 확인하였다.

배기가스로부터 폴리이서술폰 분리막을 이용하여 이산화탄소 분리 특성을 수치해석 방법으로 분석하였다. 공급 기체와 투과 기체가 서로 다른 방향으로 흐르는 향류 흐름 시스템에 대한 분리막 공정 지배 방정식을 유한 차분법으로 전개하였으며 Compaq Visual Fortran 6.6 소프트웨어를 이용 공정 모사하였다. 개발된 프로그램을 사용하여 수치해석을 수행한 결과 이산화탄소 투과특성에 영향을 주는 가장 중요한 인자로는 이산화탄소 투과 구동력과 체류시간임을 알 수 있었다. 동일한 조건에서 향류 흐름 공정모사에 의한 투과 측 이산화탄소 농도와 투과량은 병류 흐름 공정모사 결과보다 소폭 증가함을 확인하였다.

이산화탄소에 대한 가소화 안정성 및 이산화탄소/질소의 분리특성이 탁월한 폴리이서술폰(PES)중공사 분리막에 의한 이산화탄소 분리특성을 수치해석으로 알아보고자 하였다. 공정변수에 따른 이산화탄소 분리 거동을 예측하기 위하여 공급 기체와 투과기체가 같은 방향으로 흐르는 병류 흐름에 대한 분리막 공정 지배 방정식을 5차 Runge-Kutta-Verner 방법을 사용하여 Compaq Visual Fortran 6.6 소프트웨어를 이용 공정모사 프로그램을 개발하였다. 개발된 프로그램을 사용하여 수치해석을 수행한 결과, 이산화탄소 투과특성에 영향을 주는 가장 중요한 인자로서 공급 이산화탄소 분압, 투과측과 분리막 내부의 압력비 그리고 공급 기체가 분리막 내부에 머무르는 체류 시간임을 알 수 있었다.

본 연구는 LNG를 연료로 하는 화력발전소의 보일러를 대상으로 여기에서 배출되는 8~15% 내외의 이산화탄소 배가스 1,000 Nm3/일로부터 이산화탄소를 회수율 90%, 농도 99%로 회수하기 위한 다단 막분리 공정을 설계 및 제작하기 위한 선행연구결과이다. 본 연구실에서 이산화탄소에 대한 가소화안정성 및 이산화탄소/질소의 분리특성이 탁월한 폴리이서술폰(PES)소재를 대상으로 비대칭구조의 중공사형 분리막 및 모듈이 개발되었다[1].. 개발된 중공사막을 대상으로 모듈의 투과현상을 전산모사 하였으며 이를 이용하여 막분리 공정의 최종 회수조건에 적합하게 하기 위해 재순환공정이 가능한 4단 막분리 공정을 전산모사 하였다. 설계된 다단계 막분리 공정의 타당성을 입증하기 위해 개발된 중공사막모듈을 대상으로 설계된 운전 압력(공급측의 압력 및 투과측의 압력)과 공급 농도의 변화에 따른 막분리 공정의 투과량 및 농도를 조사하였다. 얻어진 결과를 공정모사를 통하여 계산된 결과를 비교한 결과 운전조건에 따른 유량, 순도, 막 면적 등에서 이론치와 실험치가 매우 잘 일치함을 확인할 수 있었다.

유용하고 중요한 의료기기인 폐 보조 장치(LAD)의 혈액 접촉 표면과 인공 폐 막에 사용하기 위한 혈액 적합성 생체 재료를 개발하기 위해 폴리프로필렌 중공사 막의 표면 개질을 수행하였다. 재료의 혈액적합성은 항응고 처리된 혈액을 사용하였고 플라스마 응고 형성, 혈소판 접착 및 플라스마 응고 활성화, 그들의 표면 혈전 형성을 평가하여 결정하였다. 실험 결과는 실리콘 코팅 중공사들에 부착한 혈소판 수가 우수한 혈액 적합성을 나타내는 폴리프로필렌에 부착한 혈소판 수보다도 상당히 더 낮았음이 확인되었다. 또한, 상대적으로 플라스마 표면 처리한 폴리프로필렌 중공사 막이 혈액 적합성 평가에서 보체 활성화 억제를 보였음이 확인되었다.

생체 폐를 대신해서 임시적으로 제공하는 폐 보조 장치(LAD)의 사용은 기계 환기술의 단순화와 체외순환 막형 인공폐의 기능을 결합하여 급성호흡부전 환자에 적합하다. 본 연구에서의 주 관심은 폐 보조 장치에서의 막 진동 효율에 있었으며 정량적인 실험 측정은 혈액 용혈에 대한 막 진동 의존을 확인하기 위하여 실행하였다. 또, 혈액 용혈은 막 진동이 이루어질 때 한계 용혈의 가진 주파수 대에서 결정하였다. 최대 기체 전달율을 보이는 675의 중공사 막으로 이루어져 있는 유형 5의 가진 주파수에서 최대 진폭의 발생 및 중공사에 진동의 전달에 의해 최대 산소 전달율이 일어났다. 이 주파수가 혈류량에 가동 가능했던 제 2 형태의 공진 주파수가 되어 높은 각 혈류량 비에서 25±5 헤르쯔까지 가진이 되었으며, 혈액 용혈은 25±5 헤르쯔의 가진 주파수에서 상대적으로 낮았다. 따라서 우리는 이 폐 보조 장치의 한계 용혈 주파수가 25±5 헤르쯔인 것으로 결정했다.

폴리이서설폰은 상용화된 엔지니어링 고분자 소재 중에서 이산화탄소/질소 및 이산화탄소/메탄의 분리 능력이 아주 우수하면서 이산화탄소에 대한 가소화에 대한 저항력이 아주 뛰어난 것으로 알려져 있다[1-4]. 본 연구에서는 연소 배가스내 이산화탄소의 분리/회수를 위하여 건-습식 상전이법에 의해 비대칭구조의 폴리이서설폰 중공사막을 제조하였다. 제막용액은 고비점이면서 폴리이서설폰의 용매인 NMP와 저 비점의 폴리이서설폰의 팽윤제인 acetone를 일정한 조성으로 함께 녹여서 제조하였다. 방사용액의 농도, NMP와 acetone의 비, 방사높이, 증발조건, 실리콘 코팅조건을 변화시키면서 중공사를 제조하였으며, 얻어진 중공사막의 이산화탄소와 질소에 대한 기체투과도와 선택도는 순수기체를 통하여 측정하였다. 최적의 PES 중공사막은 PES/Acetone/NMP = 30/35/35 wt% 방사용액과 실리콘의 코팅조건하에 제조된 것으로 폴리이서설폰 소재 자체의 고유선택도인 30~40의 CO2/N2 선택도를 보였으며 25~50 GPU의 이산화탄소 투과플럭스를 보였다. 이러한 선택도와 투과도로부터 계산된 중공사 외표면의 선택층의 두께는 0.1;μm였다. 제조된 폴리이서설폰중공사막이 향후 연소 배가스내 이산화탄소 분리/회수용 막분리 공정에 적용될 경우 우수한 결과를 보일 것으로 예측된다.

하전된 마이크로채널의 전기이중층에서 계면동전기 흐름에 의해 발생되는 흐름전위는 일반적 Helmholtz-Smoluchowski 관계식으로부터 중공사 멤브레인 기공의 제타전위를 결정하는데 적용된다. 흐름전위는 실제 운전상황이나 물리화학적 조건에서의 표면특성 및 기공과 입자간 상호작용에 대한 유용한 실시간 정보를 제공함이 알려져 있다. 무리화학적 인자들이 주공사에 의한 여과에 미치는 영향을 투과플럭스와 흐름전위의 동시적 모니터링으로 고찰하였다. 특히, 본 연구에서는 중공사의 위치에 따른 흐름전위를 측정함으로써 중공사 길이 방향과 멤부레인 오염 진행에 따라 달라지는 케이크층 효과를 규명하는 실험방법을 다루었다. 실험결과, 입자농도가 증가할수록 투과플럭스는 감소하나 흐름전위는 증가하였다. 입자농도가 증가하면서 케이크층 성장은 활발하지만 쌓인 하전 입자들의 표면전하 효과로 흐름전위는 증가한 것이다. 용액의 이온화 세기를 KCI 0.1 mM에서 10mM로 증가하면 투과플럭스와 흐름전위가 함께 감소하였다. 이는, 이온화 세기의 증가로 라텍스입자 주위의 Debye 길이 감소로 치밀한 케이크층이 형성되고, 전기이중층의 얇아진 확산층에 의한 이온흐름의 약화로 흐름전위는 감소한 것을 판단된다.

막오염을 줄이기 위해 고빈도 역충격 시스템을 적용한 새로운 분리막 모듈을 연구하였다. 폴리아크릴로니트릴(Polyacrilonitrile) 재질의 외경 1.4mm, 내경 0.9mm, 분획분자량 50,000인 한외여과막과 라텍스(latex)용액을 사용하여 실험하였다. 역충격을 중공사막에 적용했을 때 제안된 모델식에 의한 이론치와 실험치를 비교 분석하였고, 역충격을 적용했을 때와 하지 않았을 때의 경우를 비교하였다. 이론치를 계산하기 위해 비저항 계수(specific cake resistance), 케익성장시간상수(time constant for cake growth), 확산계수(diffusion coefficient), 그리고 4가지 오염모델의 속도상수를 구하였다. 고빈도의 역충격을 가한 모듈의 투과율은 역충격이 없을 때의 투과율보다 약 40∼120%가 증가하였고 모델을 이용한 예상값과 1∼14% 내의 오차 범위를 나타냈다. 최적 역충격 세기는 20∼40%의 범위에서 20%였고 최적 역충격 빈도수는 0.67∼3Hz 범위에서 2Hz로 나타났다.

The Microfiltration and Ultrafiltration were used to treat effluent of secondary municipal wastewater treatment system(Sequencing Batch Reactor). The cross-flow hollow fiber, UF 500,000(NMWC) and MF 0.65μ membrane were selected as suitable membrane. Short term and long term fouling effect were measured as a factor of flux decrease and the fouling removal effect of mixing air bubble in the penetrant was studied. The removal of anionic sulfactants before and after formation of micelle with several kinds of oil were checked. The test results show that removal of TOC was 70~80%, TN 28% and TP 16%. The decrease of flux due to fouling were 85%(UF) and 90%(MF) after running of 100hrs. The removal of anionic sulfactants were 60~70% notwithstanding micelle or not.

이산화탄소를 포함하는 기체혼합물의 분리를 위해 액체막을 기반으로 하여 관련된 많은 연구가 시도되어 왔다. 폐가스로부터 이산화탄소를 분리하기 위해 본 연구에서는, 흡수제(absorbent)가 흡수(absoption)모듈과 전공조작식 탈착(desorption)모듈간을 계속 순환하는, 보다 개선된 형식의 순환식 중공사 막흡수기(circulatory HFMA)를 새로이 구성하고 분리성능에 관한 기초적인 해석을 하였다. 기-액 물질전달 모델식에 수치해를 적용하여 중공사 막 내부에서의 액상에 대한 농도분포를 정량적으로 예측하였고, 순환하는 흡수제의 유속에 따른 투과플럭스와 선택도의 변화거동을 살펴보았다. CO2/N2 원료혼합기체와 흡수제로서 반응이 없는 순수(pure water)에 대해 계산을 수행하였다. 결과로 흡수제의 유량이 증가함에 따라 투과플럭스는 증가하는 반면에 종전 방식에 비해 졸은 값을 나타낸 선택도의 경우는 점차 감소하였다. 한편 투과플럭스는 진공조작변수인 탈착모듈에서의 기상압력(p4 )에 크게 좌우됨을 보았다. 기존의 평판형 막모듈과의 비교로부터 예상했던 바와 같이 본 연구에서의 중공사 막모듈이 우수한 투과율을 나타냄을 확인할 수 있었다. Circulatory HFMA의 실제 설계를 위한 기초해석이 본 연구가 갖는 의의이다.

바이오가스의 고질화 공정에서는 필수적으로 메탄의 손실이 발생하게 된다. 특히 기체분리막을 이용한 바이오가 고질화는 타 공정에 비해 경제적이라는 장점이 있지만 메탄 손실율이 높은 편이다. 메탄 손실율이 줄이기 위해서는 고선택도의 분리막 모듈이 요구된다. 분리막을 이용한 바이오가스 고질화 공정에서 메탄손실율이 높은 이유는 CO2에 의한 가소화(Plasticization)으로 CH4의 투과도가 증가하기 때문이다. Cellulose계열의 고분자는 CO2 가소화에 대한 영향이 적기 때문에 CA(Cellulose Acetate)를 사용하여 고선택도의 분리막 개발이 가능하다. 따라서, 투과도가 높은 막을 개발하기 위해 도프용액의 농도와 에어갭(Evaporation time)을 변화시키면서, CA의 두께와 기공을 조절하여, 고선택도의 CA 분리막을 제막하였다. 비용매 유도상 분리법(NIPS, nonsolvent induced phase separation)을 이용하여 제막하였다. 실험에 사용된 Eastman사의 CA를 더 이상 정제하지 않고 그대로 사용하였으며, 도프용액은 다성계로 중합체(polymer), 용매(solvent), 비용제(nonsolvent)를 혼합하여 분리막을 방사하였다. CA의 함량이 증가할수록 active layer 층이 두꺼워지므로 분리막의 선택도가 증가하는 경향을 보였다. 하지만, CA함량이 증가할수록 support layer의 다공층이 줄어들게 되고 active layer층이 두꺼워지므로 투과도도 함께 줄어들게 된다. CA 21wt%에서의 메탄의 투과도와 선택도는 1.3 GPU 및 33.0이였으며, CA 25wt%에서의 메탄 투과도와 선택도는 0.1 GPU 및 43.6으로 고선택도 분리막을 제막하였다.

This study examined the adsorption effect of aromatic pesticides by hollow fiber NF membrane on rejection and removal properties. Batch type adsorption test and hollow fiber NF membrane filtration were conducted with 5 different kinds of aromatic pesticides. 3 to 15 days were required to reach the equilibrium concentration and 0.3181∼0.8094 ㎍/㎠ were adsorbed to hollow fiber NF membrane. Since 5 hours of separation test were too short to keep steady state for permeate due to the repetition of sorption and desorption, longer times were required to evaluate the rejection performance of NF membrane. Sorption and desorption were confirmed by the separation test equipped with membrane and without membrane. Adsorption contribution of aromatic pesticides to hollow fiber membranes were shown to be ranged from 16.1% to 36.3% and indicated the difference considering sorption effect.

혐기성 소화시설에서 생산되는 바이오가스는 공정에 따라 조성비는 다르나 메탄과 이산화탄소가 거의 대부분을 차지하며 H2S등의 미량의기체가 혼합되어있다. 따라서 바이오가스를 재이용하기 위해서는 메탄가스를 제외한 다른 물질의 처리가 필요하며, 일반적으로 흡착법, 흡수법, 심냉법, 막분리법이 공정에 적용되고 있다. 그 중 막분리 공정은 scale up이 쉽고 상변화없이 기체를 분리할 수 있어 최근 활발한 연구와 실용화가 이루이지고 있다. 본 연구에서는 최근 바이오가스분야에서 주목받고 있는 멤브레인 공정을 이용하여 바이오가스를 고질화하고 불순물로 간주되던 이산화탄소를 고순도로 분리하여 재이용 하고자 하였다. 랩스케일로 제작된 중공사멤브레인 모듈을 사용하고, 압력, 온도, 유량을 조절하여 실험하였다. 투입가스로는 일반적인 바이오가스의 조성인 메탄:이산화탄소 6:4 조성비로 혼합 제조된 47 L 가스봄베를 이용하여 가스를 투입하였으며, 멤브레인 모듈을 2단, 3단으로 구성하여 각각의 조건에서 농도 95%이상의 이산화탄소와 99%이상의 메탄회수율에 도달하는 운전 조건을 찾았다. 실험결과 목표치에 도달하는 stage cut 값은 2단 모듈에서 total stage cut 0.14, 3단 모듈에서는 total stage cut 0.26일 때 각각 96.0%, 98.6%의 이산화탄소 농도와 99.1%, 99.6%의 메탄 회수율을 달성하였다.

This study was carried out to investigate the filtration characteristics of membrane modules according to hollow fiber dispersion for direct solid-liquid separation of activated sludge. 2 bundle, 4 bundle, and 10 bundle module used in this experiment according to hollow fiber dispersion was manufactured at laboratory and permeate flux and transmembrane pressure(TMP) of each module were observed under a suction pressure of 0.5㎏f/㎠. As the hollow fibers were dispersed, permeate flux was increased and TMP was decreased. Permeate flux and TMP of each module was 15.0 ℓ/㎡·h and 31.8 ㎝Hg for 2 bundle, 16.0 ℓ/㎡·h and 17.4 ㎝Hg for 4 bundle, and 20.4 ℓ/㎡·h and 13.8 ㎝Hg for 10 bundle. In conclusion, the membrane fouling is expected to be decrease by maintaining lower TMP with hollow fiber dispersion.