연구에서 Poly(ethylene-co-vinylalcohol) EVOH 중공사막은 열유도상분리(TIPS)법을 이용하여 제조하였다. 다양한 조건에서 제조된 모든 분리막에서 액-액 상분리에 의해 기공이 서로 연결되어 있는 스폰지 구조가 관찰되었다. 글리세롤과 PEG200은 TIPS 방법에서 희석제로 사용하였고, 냉각조에 글리세롤을 혼합한 냉매를 사용하여 중공사 외표면의 기공을 조절하였다. 또한 혼합냉매의 온도를 높여 큰 기공의 형성을 유도하였다. 본 연구에서는 고분자의 농도, 희석제, 냉각조의 영향에 따른 분리막의 구조, 투과도, 기계적 강도에 대해 실험을 통해 알아보고 상호관계에 대해 심도 있게 연구하였다.

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.

Carbon molecular sieve (CMS) membrane surpasses the upper-bound trade-off and plasticization phenomenon of polymer membrane. Recently, supported CMS membranes have been investigated to provide both high performance and mechanical strength. Herein, we have investigated the supported CMS hollow fiber membranes on low-cost alumina hollow fiber. To prepare the thin and uniform layers, the dip-coating parameters for intermediate and polymeric layers were varied in terms of the withdrawal rate and solution viscosity, respectively. Then, in order to confirm its feasibility in real industry, mixture gas was permeated through prepared CMS membranes. Moreover, the property of long-term stability was characterized in harsh conditions and further modified.

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.

천연가스, 산업공정, 화석연료의 연소과정과 같은 대규모 고정 배출원에서 발생하는 온실가스인 CO2를 포집하기 위한 기술 개발이 전 세계적으로 활발하게 수행되고 있다. 특히, 습식 흡수 법은 비교적 낮은 CO2분압에서도 높은 제거 효율을 달성할 수 있어 많은 개발이 이루어져온 포집 기술이다. 하지만 흡수제의 재생에 필요한 에너지가 과다한 문제가 있으며, 충분한 부지가 확보되어야하기 때문에 공정 상용화에는 큰 걸림돌이 있다. 이러한 문제를 극복하고 공정 효율을 개선 할 수 있는 접촉분리막 공정 기술이 최근 주목받고 있다. 본 연구에서는 접촉분리막과 화학적 습식 아민 흡수제를 이용한 이산화탄소 제거 특성을 분석하였다.

다양한 수처리 공정에서 적용되고 있는 분리막 기술의 효율을 높이기 위해서는 무엇보다 분리막 모듈에 대한 이해를 높이고 성능 향상을 위한 기술 개발이 필요하다. 여러 가지 형태의 분리막 가운데, 단위부피당 표면적이 크고 모듈화 및 대형화에 용이하여 수처리 및 기타 분리 공정에 활용되고 있는 중공사형 분리막 모듈에 대해 중점을 맞춰 연구를 수행하였다. 기존 수처리 공정 및 해수담수화 공정 특성에 따라 다른 중공사 분리막 모듈의 구조 및 내부 흐름에 대해 분석하고, 이를 바탕으로 모듈 구조 개선 및 공정 운전 조건 최적화등을 통해 중공사 분리막 모듈 성능 향상시키기 위한 방법을 다각적으로 모색하고자 한다.

일상생활에서 접할 수 있는 탄산음료는 전 세계적 상업 음료 시장의 매우 큰 부분을 차지한다. 기존에 이와 같은 탄산음료를 제조하는 방식은 보통 배치형의 기계적 공정 (McCann 탄산기, 제트 믹서 등)을 통해 이루어져 왔다. 하지만 이와 같은 기계적 교반을 동반한 탄산화 공정은 연속식 운전이 어려우며 물질전달 상의 한계점이 존재한다는 단점이 있다. 본 연구에서는 이런 단점을 탈피하여 기존의 배치형 탄산화 장치를 대체할 수 있는 초소형 연속식 탄산화 장치를 할로우 파이버 시스템을 통해 제안하고자 한다. 특히 이산화탄소 기체 버블이 발생하지 않으며 물로 이산화탄소를 직접 전달할 수 있는 이와 같은 시스템은 여러 산업 분야의 응용이 가능할 것으로 예상된다.

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.

Polyvinylidene fluoride (PVDF)의 중공사막 표면에 2번 딥코팅하여 layer-by-layer 방식으로 나노복합막을 제조하 였다. 1차 코팅에서 poly(vinylsulfonic acid)(PVSA)와 Poly(styrene sulfonic acid)(PSSA)의 농도, 이온세기(Ionic strength, IS) 등을 변화시키며 막을 제조하였으며, 2차 코팅 용액으로는 Poly(ethyleneimine) 10,000 ppm I.S = 0.3으로 고정하였다. 막의 특성평가를 위해 각각의 100 ppm NaCl, CaSO4, MgCl2, 그리고 25 ppm Methyl Orange (MO) 공급액에 대한 막의 투과도와 염배제율을 측정하였다. 코팅용액의 코팅 물질의 농도가 올라갈수록 염배제율이 상승하였으며, 본 실험 조건에서 PVSA보다 는 PSSA를 이용하여 제조한 중공사막이 염배제율이 높은 것을 확인하였다. 대표적으로 PSSA 30,000 ppm I.S = 1.0에서 중공사막을 제조하였을 때 25 ppm MO용액의 투과도 1.848 LMH, 염배제율 76.3%로 가장 높은 값을 나타내었다.

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.

본 실험에서는 폴리올레핀을 이용하여 중공사 형태의 분리막을 제조하였다. 권취속도를 달리하여 중공사막을 제조하였으며, 보어로는 질소를 사용하였다. 제조된 중공사는 만능재료시험기를 이용하여 응력과 변현율을 측정하였다. 그리고 시차주사열량계(DSC)를 이용하여 각각의 샘플의 결정화도를 측정하였고, 권취속도와 어닐링 효과에 따른 결정화도의 거동을 조사하였다. 냉연신과 열연신을 거친 중공사 분리막은 전계방출형주사현미경(FE-SEM)을 이용하여 단면, 표면의 모폴로지를 관찰하였다.

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.