본 연구는 호흡부전환자를 위한 진동형 혈관 내 폐 보조장치를 사용하여 산소전달효율을 향상시키기 위한 연구이다. 유량은 점프와 유량을 사용하여 조정하였다. 가진 장치는 압전 진동자, 함수 발생기와 전력 증폭기로 구성하였다. 기체의 유량은 120 cm 길이의 중공사를 통하여 6 L/min까지 하였으며 압전 진동자로 가진 하였다. PVDF 센서와 FRF를 사용하여 VIVLAD에서 발생하는 주파수를 검출하였다. 실험결과, 최대 진폭이 발생하고 중공사들에 진동이 전달되어 최대 산소전달속도가 발생함을 확인할 수 있었다. 이 최대 진폭은 다양한 유속과 각각의 모듈에서 35 Hz 영역에서 발생함을 확인할 수 있었다.

반응성 페놀수지 폐액을 처리하기 위해 중공사막 모듈을 이용한 투과증발 막 탈수공정을 연구하였다. 이 공정의 거동을 예측하기 위한 모사모델을 확립하였고 여기에 사용되는 중요 기본 파라메타들을 평판형 막을 사용하여 직접 구하여 사용함으로써 공정모사의 정확성을 얻을 수가 있었다. 이들을 모사치와 중공사 투과증발 막으로 부터 직접 측정한 각 투과특성들을 비교한 결과 서로 잘 일치함을 보여 본 모사모델의 타당성을 입증하였다. 사용된 중공사막은 중공사 안쪽에 활성층이 도포되어 있으며 공급액은 중공사 내부로 공급하였다. 공급액의 막내에서의 흐름속도에 따라 온도분포가 결정되며 이에 따라 막 투과특성이 달라짐을 모사결과로부터 얻을 수가 있었다. 공급액 온도증가는 막을 통한 탈수 투과 속도를 증가시킬 뿐 아니라 반응속도 증가로 인하여 물 생성속도도 증가시킴으로써 공급액 저장조 내의 수분 함량은 이들 상반된 공정들에 의해 결정이 됨을 보였다. 투과압력이 공급액 증기압보다 훨씬 작은 범위에서 증가할 경우 투과추진력인 공급액과 투과부의 투과물 활성도비 감소가 크지 않아 투과특성을 약간 저하시킨다. 그러나 투과압력이 공급액의 증기압에 접근할 경우 활성도비 감소가 현저하게 일어나 투과특성저하가 급격히 일어난다.

중공사막의 일단이 자유롭게 움직여 막 오염 현상을 줄일 수 있도록 고안된 침지형 프리엔드 중 공사막 모듈에 아주 짧은 주기로 역세를 실시하는 역충격을 적용하여 중공사막의 기초 오염 특성을 조사하였다. 본 연구에 사용된 막은 폴리설폰(PS, polysulfone)과 폴리아크릴로니트릴(PAN, polyacrylonitrile) 재질의 내경 0.7mm, 외경 1.3mm, 분획분자량 50,000인 한외 여과막을 사용하여 모듈을 제작 후 MLSS 10,000mg/L의 반응조를 침지하였다. PS 중공사막의 역충격 유무에 따른 투과율과 압력 변화를 측정하였다. 역충격을 가하지 않은 경우, 모듈의 투과율은 초기 3시간 동안 급격히 감소하였고 150시간 이후에 일정한 투과율을 나타내었다. 역충격을 가한 모듈의 투과율 감소율은 현저히 줄어들었다. PS과 PAN 재질 중공사막의 역충격에 대한 영향을 15kPa에서 비교한 결과 초기 투과율은 PS 막이 19lmh, PAN 막이 16lmh이었다. 그러나 PS 막은 급격한 막 오염으로 인하여 압력이 30kPa까지 상승하였고 PAN 막은 15kPa에서 거의 일정하게 유지되었다. 160시간 이후 역충격을 멈추었을 때 PAN 막의 투과율은 역충격이 있을 때보다 더욱 감소하였고 PS 막은 역충격을 주었을 경우와 비슷한 투과율을 나타내었다. PAN 막은 역충격으로 인하여 막의 오염이 지연되고 있는 상태에서 역충격의 영향이 없어지므로 막의 오염이 계속적으로 생기는 것이고, PS 막의 경우는 초기의 급격한 막의 오염 때문에 역충격으로 인한 막오염 지연효과가 적었다.

본 연구는 정수처리 공정에서 예상되는 오염물질에 대한 막의 투과성능과 오염현상을 알아보기 위하여 막의 깊이와 운전압력에 따른 압밀화 현상을 검토하였다. 막의 길이와 운전압력이 증가함에 따라 압밀화 현상도 증가하였다. MF막을 오염물질에서 고압(2.0 kg/cm2)과 저압(0.5 kg/cm2)으로 운전할 때, 고압 운전이 막힘현상(clogging)을 가속화 시켜 플럭스를 급격히 감소시키므로 저압 운전이 효과적이다. MF막을 Out-In방식으로 운전하였을 때, 막의 길이와 운전 압력에 관계없이 일정 시간 운전 후 비슷한 플럭스가 나타났다. 미생물 물질에 대한 막오염 현상을 파악하기 위해 중공사막을 강제 오염시킨 후 화학세정을 실시하였다. Biofouling된 막을 화학세정 하였을 때 산화능력이 우수한 H2O2와 NaOCl이 NaOH에 비해 살균능력과 탈착능력이 우수하다는 것을 알 수 있었다.

반도체 산업의 wafer 가공공정에서 발생하는 폐수를 재활용하고자 한외여과 공정을 이용한 막분리 공정의 도입 가능성을 검토하였다. Pilot 규모의 장치에 분획분자량이 각각 10,000, 20.000, 30,000인 한외여과막 모듈을 이용하여 투과유속 및 제거율 등을 측정하였다. 투과수의 성상은 SDI15, 탁도, 전기전도도, 실리콘 농도분석을 통해 공정수로 재이용이 가능함을 확인할 수 있었다. 투과유속 저하를 막기 위한 역세척 방법으로는 압축공기와 물은 sweeping 하는 방법이 가장 효과적이었고, 이때 투과유속의 회복율이 높게 나타났다. 분획분자량 30,000인 한외여과막에서 가장 높은 투과유속을 나타내었다. 또한 폐수의 평균 실리콘 입자 평균 함량은 3.8-5.6mg/ℓ이고, 투과수의 실리콘 입자 함량은 0.2μg/ℓ이하로 나타나 제거율은약 96%이상으로 나타났다.

국내 K-그룹 연구소에서 제조한 폴리설폰 중공사막의 산소/질소 혼합물에 대한 압력, stage , cut , 공급기체 혼합물의 조성에 따른 분리성능을 조사하였다. 본 실험의 압력범위와 온도 30℃에서의 이상분리인자 (O2/N2)는 5.7이었으며, 유입기체 혼합물의 21mole % 산소농도가 약 50 mole%로 농축되었다. 저압측과 고압측의 압력비는 산소농축에 미치는 영향이 적었으며 이상분리인자의 영향은 매우 컸다. 그러나, 이상분리인자가 증가함에 따라 이상분리인자의 영향은 둔화되었다. 따라서, 이상분리인자가 큰 신소재 개발과 더불어 공정변수의 최적화가 필요하다. 수학적 모델링에 의한 예측치와 실험치가 잘 맞았다.

폴리설폰 중공사막에 대한 산소와 질소의 투과도에 미치는 수분의 영향에 대한 실험을 수행하였다. 상대습도가 증가할수록 수분을 함유한 산소와 질소의 투과도는 감소하였따. 공급압력 3 kgf/cm2와 온도 30℃에서, 상대습도 100% 인 산소의 투과도는 건조산소의 투과도보다 20%만큼 감소하였으며, 질소는 14%만틈 감소하였다. 수분을 gkadmb한 산소의 투과도는 운전시간이 경과함에 따라 단조하게 감소하여 정상상태에 도달하였다. 그러나, 질소의 투과도는 일시적으로 증가하였다가 감소하여 정상상태에 도달하였다.

산소농축공기 제조용 폴리설폰 실관막에 대한 산소.질소의 수착 및 투과실험을 수행하였다. 폴리설폰 실관막에 대한 산소의 수착량이 질소의 수착량보다. 1.5배 ~2 배 높았다. 저압영역(약 3 kgf/cm2이하) 에서는 Henry-type 수착량 (CD)이 전체수착량의 약 15% 이었으며, Langmuir 수착이 약 85%이었다. 고압영역(약 3 kgF/cm2이상)에서는 Langmuir 수착은 거의 포화되어 일정한 값에 도달하였으며, Henry 용해에 의한 수착(CD = kD.p) 의 증가에 의하여 전체 수착량이 증가하였다. 산소와 질소의 수착은 dual-mode sorption 모델을 만족시켰다. 산소의 투과 활성화에너지(Ep)가 질소보다 컸고, 이상분리인자 (O2/N2)는 2~4를 나타내었으나 , 혼합물의 실제 분리인자는 1.7 ~2.2로 낮아졌다.

건습식방법에 의해 제조된 중공사는 1차적으로는 방사원액 및 내외부응고제의 조성과 양 그리고 방사높이 드의 방사조건에 의해 막의 전체적인 구조 및 투과성능이 영향을 받지만 제조된 중공사의 건조과정이나 용매처리, 열처리등에 의해서도 큰 영향을 받는다. 본 실험실에서는 건습식방사법에 의해 한외여과용 폴리설폰중공사막을 제조하여 후처리조건을 변화시켜가면서 그 중공사막의 투과특성을 조사하였다. 그 결과 건습식방사법에 의해 제조된 폴리설폰중공사는 건조시간이나 건조온도가 증가하면 막의 수축이 크게 일어나서 툭수헝이 크게 감소하고 역으로 용질배제율은 높아지며 한범 감소된 막의 투수성은 회복이 불가능하다. 따라서 중공사의 투과성능을 보존하기위해서는 100%글리세린으로 처리하여 막의 건조를 피해야한다는 사실과 20℃의 흐르는 water에서 수세하는 경우 단시간에 중공사의 잔여용매(NMP, DMAc)를 제거하기는 어려우며 이러한 잔여용매는 중공사막의 투과성능의 안정성 및 재연성을 크게 손상시키기 때문에 열수처리를 해주어야 한다는 것을 알았다. 100℃ 열수처리결과 단시간에 잔여용매의 제거가 가능하였으며 투과성능도 안정적으로 얻을 수 있었다.

바이오가스로부터 회수되는 이산화탄소는 산업용 또는 농업용으로 활용 가능함에도 불구하고, 많은 연구들이 메탄의 회수에만 초점을 맞추어 진행되고 있다. 따라서 본 연구에서는 바이오가스에서 이산화탄소 회수를 목적으로 다양한 조건에서 분리막 공정의 성능을 평가하였다. 우선, 압력과 온도를 변수로 실험을 진행하였으며, 본 연구에서 고질화된 이산화탄소를 회수하기 위한 최적조건으로 온도는 40℃, 압력은 7bar로 선정되었다. 분리막 공정으로 유입되는 합성 바이오가스의 이산화탄소와 메탄의 몰농도 비에 따른 분리성능을 조사하였으며, 유입가스의 이산화탄소 몰농도가 높을수록 고질화된 이산화탄소를 회수할 수 있었을 뿐만 아니라 메탄의 손실율도 감소되는 것을 확인 할 수 있었다. 다단 분리를 적용한 실험에서는 2단 보다 3단 분리를 적용할 경우, 회수되는 이산화탄소의 농도를 증가시키는 동시에 회수율을 증가시킬 수 있었다. 이를 통해, 회수되는 이산화탄소의 농도와 회수율간의 tradeoff 관계가 존재하더라도 다단분리를 통해 이를 개선할 수 있음과 분리막 공정으로 고질화된 이산화탄소 회수가 가능함을 확인하였다. 그러므로 본 분리막 공정은 바이오가스에서 이산화탄소를 회수하여 자원화하기 위한 공정으로 적합하다고 사료된다.

In this research, chemical vapor deposition equipment built in the semiconductor·CVD (Chemical Vapor Deposition)process was introduced. Through polysulfone hollow fiber membranes under similar conditions to those of the actualprocess, conditions such as flow and pressure were used to observe the influence in order to separate and collect the SF6and CF4 substances. Results showed that as the retentate flow rate of the discharge unit increased and the residence timeto penetrate the membrane decreased, the emission concentration increased. As the pressure of the discharge unit increasedand the exhaust flow decreased, when the retentate flow rate was 10L/min, CF4 was shown to have a density of 4,963ppm, and it was 4,028ppm for SF6 the gas mixture had a concentration effect of three to four ratio. In addition, throughthe separation factor of fluorinated gases that arise in the actual process, the collection and concentration of SF6 and CF4were possible each gas’s recovery rate was higher than 99%.