음식물 및 축산 폐기물 처리장 등 혐기성 공정에서 발생하는 바이오가스의 주성분은 메탄과 이산화탄소이다. 바이오 가스 내 메탄을 95%이상의 고순도로 농축할 경우 도시가스와 이송수단의 연료로 사용이 가능하며 온실가스 감축에도 큰 효과가 있어 신재생 에너지로써 큰 주목을 받고 있다. 바이오가스의 정제기술로는 흡착법, 흡수법, 막분리법 등이 있으며 이 중 막분리법은 낮은 에너지 소모량, 이동성 및 쉬운 작동성 등의 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 50-70% CH4/30-40% CO2의 바이오가스를 95%이상의 메탄으로 농축하기 위해 폴리설폰 중공사막과 다단 공정을 이용하였다. 순수기체 투과도와 혼합기체 투과성능을 알아보았고 특히 폴리설폰 분리막을 이용하여 다단 분리막 공정을 설계하여 분리 농축 실험을 실시하여 온도와 압력 등 다양한 운전 변수에 대한 연구를 진행하였다.

최근 대두된 난분해성 미량오염물질은 일반적인 수처리 공법으로는 제거가 잘 되지 않고 수 ng/L 단위로도 수중생태계와 인간에게 독성을 나타내므로 반드시 처리가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 CNT (Carbon nanotube)를 이용하여 중공사막을 제조한 후, 그것을 전극으로 사용하여 미량오염물질을 전기화학적으로 산화 제거하였다. SEM, BET, flux, conductivity 결과를 통해 전극의 특성을 분석하였다. BPA(bisphenol A), Sulfamethoxazole(SMX), N,N-Diethyl-metatoluamide(DEET) 3가지 물질을 제거 대상 미량오염물질로 선정하였고 CHM 산화극 내부로 오염물질이 포함된 물을 흘려 보내주었을 때 5분 만에 100%의 제거효율을 보였다.

세라믹 중공사형 분리막은 열적, 화학적 안정성, 내구성이 우수하며 packing density를 증가 시킬 수 있어 수처리용 분리막으로 적합하다. 중공사형 세라믹분리막은 보통 상전이법에 의해 제조하지만, 생산 속도 및 세라믹 함량 제한이라는 기술적 한계를 갖는다. 뿐만 아니라 세라믹 소재가 갖는 특성인 취성으로 인해 scale-up의 한계가 있는 것으로 보고되었으며 이를 해결하기 위해 고강도 세라믹 중공사형 분리막의 제조가 요구되는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 새로운 제막 방식인 상전이-압출 공정을 통해 생산속도를 높여 세라믹 분리막의 대량 생산에 적합할 것으로 사료되며, 제조 용액 내세라믹 분말의 함량 증가 및 소결 조건을 통해 고강도 세라믹 중공사형 분리막을 제조 할 수 있었다.

본 연구에서는 다공성 PAN(Polyacrylonitrile) 중공사 분리막을 지지체로 이용하여 계면중합반응을 통해 나노여과막을 제조하였다. 지지체로는 PAN을 사용하였으며 수용상으로는 피페라진으로 중공사 분리막 내부에 코팅한 후 유기상인 TMC와 반응하여 계면중합이 일어나도록 진행하였다. 지지체로 사용된 UF 중공사 분리막은 분획분자량 10,000, 30,000, 100,000Da를 각각 사용하였으며 피페라진(Piperazine) 농도를 0.1%, 02%, 0.3%, TMC(Trimesoyl Chloride)의 농도를 0.05%, 0.1%, 0.2%로 변화시켜 제조 하여 5bar에서의 수투과도(LMH)와 MgSO4 2000ppm, Na2SO4 2000ppm, NaCl 500ppm 수용액으로부터 염배제율(Rejection, %)을 확인하였다.

A salinity gradient power (SGP) system holds a great potential to generate continuous and clean electricity for 24 hours. Recently, incorporating with seawater reverse osmosis, SGP has been recognized as a alternative to solve the brine issue as well as energy saving. For commercialization, many scientists would sympathize that one of main hurdles is the limited performance of each membrane to extract the high power. In case of pressure retarded osmosis (PRO) closer to commercialization, the membrane must have the high water permeability and salt rejection. There are two type of modules; hollow fiber membranes and spiral type. Toray Chem. (Korea) already shows that 4th generation PRO module, but there is no still large size PRO hollow fiber modules. Therefore, this study presents 2 and 3 inch size of PRO hollow fiber membrane prepared by inside interfacial polymerization techniques.

매립지에서 발생되는 바이오 가스를 정제하여 고순도 메탄을 얻음으로써 높은 열량을 갖는 가스로 전환 시킬 수 있다. 이를 자동차 연료나 도시가스로 활용할 경우 경제적 효과가 매우 클 것으로 예상된다. 본 연구에서는 다양한 조건 의 공급기체 변화와 그에 따른 공정조건의 변화를 통해 최종 메탄농도 95%와 회수율 95%를 만족하는 3단 중공사막 모듈 재순환 공정에 대하여 메탄과 이산 화탄소 혼합기체 투과실험으로 얻은 메탄 분압의 함수로 나타낸 투과도를 이용하여 메탄농도 75%∼80%, 공급유량 30 L/min∼100 L/min, 공급압력 5 atm∼15 atm, 막면적 0.85 m2∼3.42 m2 으로 변화시켜 전산모사를 수행하였으며, 이러한 조건 변화들에 따른 메탄순도와 회수율의 변화를 전산모사 하고자 하였다.

Thermally rearranged polybenzoxazole (TR-PBO) membranes has a excellent gas separation properties due to its high fractional free volume and suitable cavity size.1) Furthermore, thermally rearranged poly(benzoxazole-co-imide) (TR-PBOI) materials show the improved mechanical strength and gas separation properties.2) In this study, TR-PBOI asymmetric hollow fiber membranes was fabricated via NIPS method. In detail, the influence of co-solvent system and polymeric additives with various molecular weight on gas separation performance was observed. For further performance optimization, dope & bore flow rate and coagulation temperature were controlled.3) The characterization on membranes was conducted by FE-SEM, pure and mixed gas permeation test with micro-GC system.

The hollow fiber membranes were prepared via hybrid process of the thermally induced phase separation(TIPS) and the non-solvent induced phase separation(NIPS). The spinning dope solution consisted of poly(vinylidene fluoride) (PVDF) / dibutyl phthalate (DBP) / 1-methyl-2-pyrrolidone (NMP), where DBP was used as a diluent and NMP as a solvent for PVDF. Various bore fluids were tested different ratio solvent/diluent mixture. Depending on the miscibility of dope solution and internal coagulant the samples underwent the different phase separation mechanisms and rates. Phase separation mechanism study for various combinations were performed to support the interpretation of the membrane structure. Membrane characterizations were performed such as water flux, porosity, pore size, and mechanical strength.

본 실험에서는 폴리프로필렌를 이용하여 중공사의 형태로 제조되었다. 권취속도를 달리하여 중공사막을 제조하였으며, 코어로는 질소를 사용하였다. 제조된 중공사는 만능재료시험기를 이용하여 응력과 변현율을 측정하였다. 그리고 시차 주사열량계(DSC)를 이용하여 각각의 샘플의 결정화도를 측정하였고, 권취속도와 어닐링 효과에 따른 결정화도의 거동을 조사하였다. 냉연신과 열연신을 거친 중 공사 분리막은 전계방출형주사현미경(FE-SEM)을 이용하여 단면, 표면의 모폴로지를 관찰 하였다.

본 연구에서는 높은 제거성능을 가지는 분리막 개발하기 위해, 상전이법을 이용하여 이중구조의 중공사형 한외여과막을 제조하였다. 방사조건에서 에어갭, 내부응고제를 조절하여 중공사를 제조하였다. 분리막의 단면과 표면 모폴로지는 전계방출형주사현미경(FE-SEM)을 이용하여 관찰 할 수 있었으며, 수투과도와 제 거성능 평가는 0.2cm2 의 테스트 모듈을 제작하여 각각 측정하였다. 50nm PS latex bead를 이용하여 분리막의 공칭공경을 측정하였다. 측정결과 50nm 이하의 공칭공경을 가지는 것을 확인 할 수 있었으며, 박테리아 제거성능은 우수한 것을 확인 하였다.

아민 흡수제를 이용한 흡수 공정은 CO2 포집 기술 중 가장 널리 알려진 공정이지만, 커다란 규모의 장치와 높은 재생에너지를 필요로 하는 문제점이 제기되고 있다. 따라서 기존 흡수 공정보다 높은 효율을 달성할 수 있는 접촉 분리막 공정 연구가 주목받고 있다. 특히, 본 연구에서는 화학적, 열적 안정성이 뛰어난 세라믹 소재의 중공사막을 적용하여 장기 안정성을 확보하였으며, 이를 모듈화 하여 실험실 규모의 CO2 흡수 성능을 평가하였다.

이산화탄소를 분리하기 위한 한 방법으로 고분자 기체 분리막을 이용한 기술이 발전하고 있다. 다양한 폴리머 멤브레인 재료 중에서도 폴리이미드(PI) 는 우 수한 열 및 기계적 특성, 좋은 화학적 안정성과 높은 가스 수송 특성을 가지고 있다. 하지만 고분자 분리막은 아직 낮은 투과, 선택성을 가지고 있기 때문에 이를 높이기 위해 많은 연구가 이루어지고 있다. 한편 고무상 고분자인 폴리에 틸렌글리콜 (PEG)은 이산화탄소에 대한 높은 친화성으로 우수한 이산화탄소 분리성능을 가지고 있다. 이에 본 연구에서는 높은 자유 체적을 가지는 durene group을 포함한 PI와 PEG를 공중합 시켜 높은 소재의 기체 투과성능을 확인하고 이 소재를 이용하여 중공사 제조 변수를 조절에 따른 기체 투과도를 확인 하였다.

지구 온난화 현상은 화석연료의 사용으로 발생하고 있으며 그에 따른 심각성은 더욱 커지고 있다. 따라서 온난화 현상을 일으키는 온실가스의 감축에 큰 관심이 모이고 있다. 바이오가스의 형태로 배출되는 메탄과 이산화탄소를 분리 정제하여 온실가스를 감축 하여 신재생 에너지로 사용하기 위한 노력이 진행되고 있다. 본 연구에서는 혐기성 소화조에서 발생되는 바이오가스 내 포함된 메탄의 농도를 95%이상으로 분리 농축하기 위한 연구를 진행하였다. 혐기성 소화조에서 발생되는 바이오 가스를 처리하기 위한 다단 분리막 공정을 설계하였고 막 면적 및 막 면적 비율에 따른 성능을 알아보았다.

수처리용 분리막 시스템의 경우, 생물막 형성됨에 따라 분리막의 효율성이 저해된다. 이러한 문제를 완화 시키고자 생물막 형성을 방해하는 정족수 감지 억제 기술이 연구 되고 있다. 본 연구에서는 미생물의 내생기작과 외생기작을 각각 적용하여 생물막 저감 효과를 한 줄로 구성된 중공사막 모듈과 다발형 모듈에서 비교하였다. 그 결과 한 줄로 구성된 모듈에서는 내생기작과 외생기작이 미생물 생성 억제 성능에 큰 차이가 없었지만, 다발형 모듈에서는 외생 기작이 더 효과적인 것으로 나타났다. 따라서 다발형 모듈로 구성된 실제 중공사 수처 리 시스템에서는 외생 기작을 가진 정족수 감지 억제 미생물을 사용하여 분리 막 표면에 생기는 생물막을 저감하는 것이 내생 기작을 가진 미생물을 적용하는 것 보다 효율적인 것으로 보여진다.

하수처리장 반송슬러지를 채취하여 안정시킨 후 중공사막 모듈을 침지시키고 운전시간에 따른 막간차압(TMP)를 막 오염의 정도로 측정하였다. 사용한 분리막은 공칭 세공크기 0.4㎛인 P사의 중공사막이며 유효 막면적이 약 0.01m2 되도록 실험실적으로 모듈을 제작하였다. 기존 MBR공정에서 사용하는 운전 및 휴지 (F/R)방식과 동시에 자체적으로 개발한 사인파형 투과유속 연속운전(Sinusoidal flux continuous operation; SFCO)방법을 적용하였다. 운전변수으로는 Aeration 을 0, 100, 300 및 500 cc/min으로 변화시키면서 각 조건에 대한 막 오염 정도를 측정하였다.

염석효과를 바탕으로 가압법과 상전이를 이용하여 복합막을 제조하였다. 수용 성을 띄는 고분자 폴리스티렌설폰산(poly(styrene sulfonic acid)과 폴리에틸렌이 민(polyethylene imine)을 사용하였으며, 질산마그네슘의 첨가로 생긴 고분자입 자들을 다공성 폴리비닐리덴플루오라이드 (polyvinylylidene –fluoride) 막 표면에 가압하는 방식으로 기공 내부로 들어가게 하여 막을 제조하였다. 제조된 막은 가정용 정수기에 대한 적용 가능성을 확인하고자 100ppm의 NaCl용액에 대해 4 bar하에서 배제율과 투과도를 측정하였다. PSSA 4 min, PEI 2 min 동안 코팅 한 2중층 복합막에 대해 배제율 81.7%, 투과도 148.3 LMH의 결과값을 얻을 수 있었다.

메탄을 순도 95% 이상으로 분리, 회수하기 위하여 메탄에 대한 분리특성이 우수한 폴리설폰 중공사 분리막 모듈 을 2단으로 연결하고 재순환 흐름을 이용하여 회수율을 90% 이상으로 유지할 수 있도록 공정을 설계하였다. 이렇게 설계된 2단 공정을 통한 메탄 분리 거동 특성을 이론적으로 예측하기 위하여 Compaq Visual Fortran 6.6 소프트웨어를 이용하여 수 치 해석하였다. 개발한 프로그램을 사용하여 수치 해석을 수행한 결과 공정 변수에 따라 최종 메탄의 농도 변화에 미치는 영향을 고찰할 수 있었다. 공급 기체 압력과 분리막 길이와 공급측 메탄 농도 증가, 유량이 감소함에 따라 최종 생산물 내 메탄 농도 증가를 관찰할 수 있었으며, 메탄의 회수율은 감소함을 알 수 있었다.

알루미나 분말이 분산된 고분자용액을 비용매 유도 상전이법으로 방사 및 소결하여 알루미나 중공사막을 제조하 였다. 용매-비용매의 상호작용 속도에 따른 중공사막 기공 구조 형성을 확인하고, 특성을 분석하기 위해 dimethylsulfoxide (DMSO), dimethylacetamide (DMAc), triethylphosphite (TEP) 용매를 사용하여 방사액을 제조하였으며, 고분자 바인더로는 polyethersulfone (PESf), 첨가제로는 polyvinylpyrrolidone (PVP)를 사용하였다. 알루미나 중공사막의 기공 구조 변화를 확인 하기 위해 SEM으로 중공사막 단면을 분석하였다. DMSO, DMAc 용매를 사용할 경우 지상 구조(finger-like structure)와 망상 구조(sponge-like structure)가 복합된 기공 구조가 나타났으며, TEP 용매를 사용할 경우 전체적으로 망상 구조를 가졌다. 기공 구조에 따른 중공사막의 특성을 확인하기 위해 기체투과도, 기공도 및 기계적 강도를 측정하였다. 망상 구조를 갖는 중공사막 은 높은 기체 투과특성을 보였으며 지상 구조가 증가할수록 기체투과도가 감소하였다. 반대로 기계적 강도는 지상 구조가 발 달할수록 증가하였다.

본 실험에서는 고분자의 농도, 첨가제의 종류 및 함량에 따라 도프 용액을 이용하여 분리막제조하였다. 분리막의 모폴로지는 전자주사현미경(SEM)을 통해 관찰 하였으며, 막의 모폴로지와 순수투과도의 관계를 확인할 수 있었다. 필터화 모듈을 제조하여 수투과도 및 바이러스, 박테리아 등과 같은 미생물 제거성능을 측정하였다. 제조된 중공사막의 단면은 sponge 형태로 표명으로 갈수록 치밀한 형태를 띄는 것을 확인하였으며, 수투과도는 50-70 ml/min으로 높은 값을 나타 내었으며, 필터화모듈의 경우 수투과도는 1.6 LPM의 높은 투수량을 나타내며, 박테리아와 바이러스의 제거성능은 log 6의 값의 높은 수치를 보였다.

본 연구에서는 정삼투분리막 적용을 위한 중공사막을 제조하는 것으로서, 염에 대한 안정성을 갖는 셀룰로오스 트리아세테이트(CTA)를 이용하여 제조하였다. 형태학적 구조를 갖기 위한 인자로는 첨가제와 공기 중의 노출시간(에어갭) 이 조절되었다. 제조된 분리막의 순수성능을 알아보기 위하여 염의 종류에 따른 정삼투(FO) 성능을 알아보았다. FO 테스트에서는 용액간 삼투압이 발생하도록 유도용액과 공급용액을 나누어 모듈로 공급하였다. 염의 종류, 용액의 농도, 용 액의 온도, 용액의 공급 방향에 따른 성능을 테스트 하였다.