물/알코올 계의 투과증발 실험을 수행하기 위해 친수성 고분자인 Poly(vinyl alcohol) (PVA)에 가교제인 Sulfosuccinic acid (SSA)와 이온교환능력을 부여하기 위하여 첨가한 Poly(4-styrene sulfonic acid-co-maleic acid) (PSSA_MA)로 막을 제조하였다. 공급원액으로는 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올과 물을 각각 90 : 10 비율로 혼합하여 사용하였다. PVA10/SSA9/PSSA_MA90의 막 조건에서의 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올의 투과도는 각각 202.6, 47.8, 20.2 g/m2hr이었으며 메탄올 혼합액에서의 선택도가 가장 우수하게 나타났다. 또한 PVA10/SSA11/PSSA_MA80의 막 조건에서의 선택도는 각각 34.2, 291, 991로서 이소프로필알코올 혼합액에서 가장 좋은 결과를 나타내었다.

물/알코올 계의 투과증발 실험을 진행하기 위해 친수성 고분자인 Poly(vinyl alcohol)(PVA)에 가교제인 Sulfosuccinic acid(SSA)와 이온교환능력을 부여하기 위하여 첨가한 Poly(4-styrene sulfonic acid-co-maleic acid)(PSSA_MA)로 막을 제조하였다. 공급액으로는 Ethanol, Iso propyl alcohol(IPA), Methanol과 물을 각각 90:10 비율로 혼합하여 사용하였다. 투과증발실험은 60℃에서 진행되었으며 실험결과 SSA의 함량이 적을수록, PSSA_MA함량이 높을수록 투과도는 증가하는 경향을 보였다. 또한 IPA, Ethanol, Methanol 순으로 높은 투과도를 나타내었으며 선택도는 그 반대의 경향을 나타내었다.

이온교환막이 결합된 축전식 탈염공정(Membrane capacitive deionization, MCDI)을 진행하기 위하여 양이온고분자로는 Sulfonated PPO(Poly(2,6-dimethyl-1.4-phenyl oxide)를 사용하였으며 음이온고분자로써 Aminated Polysulfone을 제조하여 전극 표면에 직접 코팅하여 사용하였다. 코팅여부는 SEM 사진을 통하여 확인하였으며, 성능을 알아보기 위하여 흡/탈착실험을 진행하였다. 유속(15, 25, 30 ml./min), 흡착시간(2, 3, 5, 7 min), 유입수의 농도(100, 200, 300, 500ppm)를 변화시켰는데 그 결과 유속은 느릴수록, 흡착시간은 길어질수록, 유입수의 농도가 낮을수록 염 제거 효율이 높게 나타났다.

이온교환막은 전기투석, 연료전지 외에도 수처리 공정에 있어 관심도가 매우 높다. 본 연구에서는 이온교환막에 사용되는 이온교환수지를 대신할 물질로써 입자를 제조하였다. 나노단위의 입자가 표면적을 증가시켜 기존의 이온교환수지보다 더 높은 이온교환능이 기대된다. 단분산된 나노크기의 입자를 제조하여 양이온은 -NH3+,-NR3+,-PR3+,-SR2+등의 관능기를 그리고 음이온은 -SO3-,-COO-,-PO3-,-C6H4O-등의 관능기를 도입함으로써 각각 양전하와 음전하로 높게 하전시킬 수 있다. 입자를 제조하고 이에 따른 제타전위를 측정하고 IEC, FT-SEM, TGA 및 FT-IR을 측정하여 특성을 파악하였다.

In this study, enhanced cation exchange capacity of polystyrene (PS) electrospun fibers by electron beam irradiation was investigated. PS spinning solutions were prepared by dissolving 25 wt% PS in 75 wt% mixed solvents (dimethylacetamide (DMAc)/tetrahydrofuran (THF)) at the ratio of 33/67% v/v with divinylbenzene (DVB; 0, 1, 2 phr)　as crosslink agent. The PS electrospun fibers were carried out at doses of 0 (control), 100 and 200 kGy. The ion exchange capacity (IEC) of PS electrospun fibers depend on the DVB concentration and irradiation dose. The PS electrospun fiber with DVB 1 phr at dose of 150 kGy showed the maximum IEC of 4.670 mmol/g.

In this study, cation and anion exchange process for performance evaluation was conducted. A pilot plant for the ultrpure water production was installed with the capacity of 25 m3/d. The various production rate and regeneration of ion exchange rate were tested to investigate the design parameters. The test resulst was applied to calculate the operating costs. Changing the flow rate of the ion exchange capacity of the reproduction reviewed the cation exchange process as opposed to the design value is 120 to 164% efficiency , whereas both anion exchange process is 82 to 124% efficiency, respectively. This results can be applied for more large scale plant if the scale up parameters are consdiered. The ion exchange capacity of the application in accordance with the design value characteristic upon application equipment is expected to be needed. In this study, the performance of cation and anion exchange resin process was evaluated with pilot plant(25m3/d). The ion exchange capacity along with space velocity and regeneration volume was evaluated. In results, the operation results was compared with design parameters.

다공성 전극표면에 이온교환고분자를 직접 casting하여 만들어진 복합탄소전극의 성능을 알아보기 위해서 NaCl 수용액을 이용하여 흡착시간, 공급액 농도, 유속, 탈착전압에 따라 흡/탈착실험을 진행하였다. 유입수가 100 mg/L일 때 동일 조건에서 흡착시간이 3분에서 5분으로 증가하면서 제거율이 3% 증가하였는데 이는 유입수의 셀 내부 잔류시간의 증가로 인 한 것으로 사료되며 또한 유속이 15 mL/min에서 23 mL/min 증가하면서 효율이 12% 정도 낮음을 보인 것은 유속이 상승하 면서 유입수의 셀 내부 잔류시간이 짧아지면서 나타나는 영향으로 사료된다. 유입수의 농도를 200 mg/L로 증가하였을 때 효 율은 100 mg/L보다 10~15% 정도 낮은 값을 보였는데, 이는 탈착구간에서 완전탈착이 되지 않아 나타나는 것으로 판단된다.

In order to prove that perchlorate-laden resins could be bio-regenerated through direct contact with anaerobic microorganisms, two bio-regeneration systems, internal and external, were tested. Anaerobic digestion was demonstrated to be very efficient in degrading perchlorate that had been adsorbed onto A520E resin. The internal bio-regeneration test showed that the fully exhausted resins recovered about 80% of the perchlorate-exchange capacity after 4 weeks of bio-treatment in the anaerobic digester. The bio-regeneration efficiency of the external system increased with the amount of flow passed through the column. Comparison of two perchlorate breakthrough curves obtained from column test, one with virgin resin and the other with bio-regenerated resin, proved that the bio-regenerated resin could be used repeatedly to treat perchlorate in spent or waste brine. The A520E resin was very stable in the anaerobic digester and its perchlorate-exchange capacity was barely changed during 26 weeks of incubation. The most significant contribution of this research is to develop the concept of direct bio-regeneration of exhausted resins by combining physicochemical ion-exchange and biological reduction technology, especially for the removal of perchlorate.

바나듐 흐름전지는 오랜 사이클 수명, 높은 에너지효율, 낮은 제조단가 그리고 친환경성으로 인하여 에너지저장장치의 한 부분이 될 것으로 기대되고 있다. 바나듐 흐름전지 시스템의 핵심 부품의 하나로서 이온교환막은 이온이 계속적으로 전달되는 동안 양극과 음극 전해질의 투과를 저해하는 물성이 요구된다. 그러나 Nafion과 같은 이온교환막은 넓은 시장성의 확보를 위한 목표성능의 달성을 위한 몇가지 과제들에 직면하고 있다. 그러므로 이러한 문제들을 해결하기 위하여 최근까지 개발된 여러가지 이온교환막에 대하여 Nafion과 비교하여 바나듐 흐름전지특성에 대하여 조사하였다.

기질 고분자인 sulfonated PEEK (sPEEK)와 가교제(cross-linking reagent) 4,4'-ethyldianiline (EdAn), 그래프트제(grafting reagent) 2-phenylethylamine (PEA)을 용매 dimethylacetamide (DMAc)에 녹여 용매증발법을 이용하여 제막하였다. 이민화 반응(imination)과 술폰화(sulfonation) 과정을 거쳐 최종 이온교환막인 cross-linked and grafted sPEEK (CG-sPEEK)막을 제조하였다. FT-IR 분석을 통해 술폰화 및 이민화 반응여부를 확인할 수 있었다. Proton conductivity와 water uptake, volume change를 측정하여 상용화된 Nafion115와 비교함으로써 이온교환막으로서의 활용가능성을 평가하였다. 제조된 CG-sPEEK막의 proton conductivity (0.17 S/cm) 값이 Nafion115 (0.10 S/cm) 보다 우수하게 나타나 이온교환막으로서의 적용가능성을 보여주었다. 다만 높은 water uptake (130%)는 CG-sPEEK의 치수안정성을 위해서 저감시킬 필요가 있다.

기존 고분자전해질연료전지(PEMFC)의 단점을 극복하기 위해 고체전해질 알카라인연료전지(SAMFC)가 근래에 많이 연구되고 있다. 본 논문에서는 술폰화 폴리벤지이미다졸(PBI) 유도체를 이용하여 SAMFC용 막을 제조하였다. 술폰화 폴리벤지이미다졸 유도체는 KOH에 의해 쉽게 도핑되고 도핑된 막은 높은 OH-의 전도도와 기계적 강도를 보였다. 특히 sPBI-co-PBI (술폰화 PBI : 비술폰화 PBI = 75 : 25)의 경우, 90℃ 100% 상대습도 하에서 2.98 × 10 -2 S/cm의 높은 OH-의 전도도를 보였다.

본 연구에서는 지하수 내 질산성 질소 이온을 제거하기 위해 전기투석 공정에 적용가능한 음이온교환 복합막을 제조하였다. 막의 제조를 위해 기본 단량체로 vinyl benzylchloride (VBC)와 styrene (ST), 가교제로 divinylbenzene (DVB), 그리고 개시제 α,α-azobis(isobutyronitrile) (AIBN)으로 이루어진 단량체 용액에 구조적으로 단단한 fabric을 함침한 후 열중합 가교시켜 복합막을 생성한 다음 trimethylamine (TMA)과 acetone을 이용해 음이온 교환기(-N+(CH3)3)를 함유하는 복합막을 제조하였다. 제조한 아민화 완료된 poly(VBC-ST-DVB)/fabric 복합막들의 특성을 알아보고자 막의 함수율, 이온교환 용량(IEC) 및 전기저항을 아스톰사의 상용화 음이온교환막(AMX)과 비교 조사하였다. 그 결과 제조된 막들은 아스톰사의 AMX보다 높은 IEC와 낮은 전기저항 특성을 나타냈다. 또한 제조된 음이온막을 전기투석장치에 설치하여 NaNO3, MgSO4, NaF (각각 100 mg/L) 등의 이온제거 실험을 60분 수행한 결과 NaNO3뿐만 아니라 MgSO4, NaF 이온 등도 1 mg/L 이하까지 잘 제거되었음을 확인할 수 있었으며, 전기투석 15분 전후로 하여 이온전도도값의 변화가 거의 없는 것으로 보아 전기투석 특성을 실험한 결과 전기투석 약 15분 이내에 이온이 제거되었음을 확인할 수 있었다.

본 연구의 목적은 중금속 흡착을 위한 방사선 그라프트 중합법에 의한 이온교환막의 성능 향상을 위한 것이다. 그라프트 체인의 이온교환기에 의해 체인이 막의 pore를 방해하여 투과유속이 크게 저하되는 문제를 해결하고자 그라프트 체인과 체인사이를 N-ethyleneglycoldimethacrylate계 가교제를 첨가하여 투과유속이 저하되는 문제를 해결하고자 했다. 이때 사용된 가교제는 길이가 서로 다른 ethylene glycol dimethacrylate (EDMA)와 diethylene glycol dimethacrylate (DDMA)를 사용하였다. GMA 막에 가교제가 첨가된 이온교환막에 술폰산기를 첨가한 막을 이용하여 중금속 이온(Pb2+) 흡착을 하였다. 술폰산기 밀도가 1.40 mmol/g인 EDMA막은 13.82 mg/g을 흡착하였고, 술폰산기 밀도가 2.14 mmol/g인 DDMA막은 17.37 mg/g의 흡착량을 보였다.

Recently, much interest on mesoporous carbon has been shown in their use for both hydrogen and methane storage and as an electrode material for electric double layer capacitors. The mesoporous active carbons by ion exchange were prepared and physical properties such as specific surface area and pore structure of active carbon were investigated using BET. In this study, active carbons with mesopore fraction of 60~90% were obtained. The Fe/Ca-exchanged active carbons showed a greater mesoporosity compared with Fe-exchanged carbons. The mean mesopore size in active carbons using Ca- and Fe-exchange was about 5.5~6.0nm and was approximately 1nm higher than that of the Fe-exchanged active carbon.

제올라이트 분리막 제조 시 제올라이트 골격 내에 존재하는 Na+ 양이온을 K+ 이온과 Ca2+ 이온으로 교환하여 보다 효율적인 물/에탄올 혼합물로부터 물의 분리를 도모하고자 하였다. NaA형 제올라이트 분리막을 각각의 0.5 M KCI CaCl2, 80℃ 수용액에서 4시간 동안 이온교환 하였다. Na+ 이온을 K+ 이온으로 교환한 결과, 이온 교환 전 총 투과플럭스는 900g/m2⋅hr∼2,500g/m2⋅hr이었으나 이온 교환 후 600g/m2⋅hr∼2,000g/m2⋅hr 정도로 낮아졌으며, 이온 교환 전 600∼2,200의 선택도를 나타내던 분리막의 선택도가 이온 교환 후에 850∼2,500까지 높아짐을 확인하였다 또한, Na+ 이온을 Ca2+ 이온으로 교환한 결과, 제올라이트 분리막의 전체 투과플럭스와 선택도 모두 이온 교환 전 후 유사한 결과 값이 나타남을 확인하였다. 따라서 친수성 제올라이트 분리막의 유효세공경을 제어하고 적절한 크기로 조절하여 유기물/물 혼합물 분리에 활용한다면 보다 효과적인 유기물의 선택적 분리가 가능할 것으로 판단된다.

열적, 기계적, 화학적 안정성이 우수한 제올라이트 분리막의 물/에탄올 선택도를 이온교환 실험을 통해 더욱 효과적으로 높이고자 하였다. KA형 제올라이트 분리막을 직접 합성하는 것은 용이하지 않으므로 NaA형 제올라이트 분리막을 합성한 후 이를 다시 이온교환 하여 KA형 제올라이트 분리막을 제조하였다. 공급되는 에탄올의 농도 변화 및 투과 증발실험 온도의 변화가 투과플럭스와 물 선택도에 미치는 영향을 고찰하였다. 이온교환 실험 후 전체 투과플럭스는 감소하였고 물 선택도는 증가함을 관찰할 수 있었다.

The ion exchangers supported on silica gel containing primary, secondary, or tertiary amine groups show a behaviour that is weakly acidic, while the quaternary salts are strongly acidic. These properties change according to the hydrophilicities of the modifier functional groups. Ammonium salt derivatives supported on silica gel were prepared from silica modified with 3-Aminopropyltriethoxysiliane and N-3-(Trimethoxysilyl)propylehtylene diamine. The preparation and the ion exchange properties of two systems were discussed. Two systems have different hydrophilicities and contain ammonium chloride derivatives of 3-amminopropyltriethoxysilane and N-3-(triehtoxysilyl)propyl ethylene diamine supported on silica gel, SA+/Cl- and SA+/Cl-, respectively. The high affinity to perchlorate ion presented by the SA+/Cl- through the equilibrium studies of ion exchange led us to its application as an ion selective electrode for the perchlorate ion. The determination of the perchlorate ion in the presence of other anions and in complexes is very difficult. Few analytical methods are available and most of them are indirect. Both materials showed potential use as an ion exchanger; they are thermically stable, achieve equilibrium rapidly in the presence of suitable exchanger ions, and are easily recovered.

음이온교환수지인 IRN-78및 IRN-77과의 혼합 수지를 액체 상태로 직접 분해 처리하기 위하여 Fenton 시약을 이용하였다. 개선된 분해방법의 특징은 수지를 먼저 건조시키고 용액을 수지에 완전히 흡수시킨 후 일정량의 를 첨가하여 분해반응을 유도하는 방법을 적용하였다. 촉매로서 및 IRN-77 수지의 분해시 사용한 를 각각 사용하여 각 이온교환수지의 단독 및 혼합수지의 분해에 필요한 적절한 촉매와 그의 농도 및 의 소요량을 측정하였다. IRN-78 수지에 대해 촉매를 사용한 경우, 초기 분해반응을 유도하기 위해 까지 가열이 필요하였으며, 반응유도시간은 촉매의 적정온도에서 약 20분 이내 개시되는 것으로 나타났다. 동 수지에 를 사용한 경우에는 가열 없이 즉시 분해반응이 진행되었으며 분해율도 수% 높게 나타났다. 결론적으로 IRN-78 및 IRN-77과의 혼합수지의 분해를 위한 최적 촉매는 로 나타났으며 가열하지 않고 상온에서 반응유도시간 없이 각 수지를 단독으로 분해한 경우보다 적은 양의 로 완전히 액상으로 분해시킬 수 있는 좋은 결과를 얻었다. 또한 이들 각각의 수지 및 혼합수지에 대한 적절한 촉매 및 적정 농도와 완전분해에 필요한 의 양을 제시하였다.

양이온교환수지인 IRN-77을 직접 분해 처리하기 위하여 Fonton시약을 적용하였으며, 분해반응의 특징으로써 반응의 효율 및 안전을 위해 수지를 먼저 건조시키고 용액을 수지에 완전히 흡수시킨 후 를 첨가하는 방법을 적용하였다. 수지 분해반응의 특성은 반응이 개시되기까지 반응유도시간이 필요하였으며, 반응유도시간은 의 농도가 낮을수록 또한 의 초기 첨가량이 적을수록 길었다. 단위량의 수지를 분해하는데 적절한 반응조건으로서 의 농도는 0.9 M 및 15% 의 용액의 첨가량은 수지량에 대해 6-7배 비율로 나타났으며, 반응유도시간을 포함하여 1.5시간 이내에 완전 분해가 가능하였다. 의 첨가방법은 반응 초기 및 반응개시 후로 나누어 첨가하므로서 의 분해효율 및 첨가량을 최소화하였다. 가열효과로서 분해반응 개시 전에 비교적 낮은 온도인 정도로 가열하면 반응유도시간이 5분 이내로 단축되었으며, 수지의 양을 5g 및 10g 으로 증가시킨 결과, 의 첨가비율을 9-10배 정도로 증가시키면 완전분해가 가능하였다.