제련 산업 공정에서 방출되는 폐산 용액에는 다양한 유가 및 희소 금속을 함유하고 있으며 나노 분리막을 적용하여 폐산에 잔존하는 금속들을 경제적으로 분리, 회수하고자 한다. 본 연구에서는 15 wt% 폐산 용액에 적용 가능한 나노분리막을 제조하고자 하였으며, 다공성 PSf 지지막 위에 수용액상으로 다양한 aliphatic amine과 유기상으로 trimesoyl chloride (TMC), diisocyanate계를 계면중합하여 제조하였다. 분리막의 투과 평가는 75 psi 압력 하에서 cross-flow 방식으로 진행하였으며 내산성 평가는 15 wt% 황산 용액에 일별 노출한 후 투과 평가를 진행하였다. 제조막의 특성은 FTIR, XPS, FE-SEM 분석을 통해 확인하였다.

본 연구에서는 상용화 된 piperazine 기반 NE70 및 m-phenylene diamine 기반 NE90 나노여과막을 15 wt% 황산 수용액 조건에서 산 노출 뒤의 표면 특성평가를 통해 분리막의 내산성 평가를 진행하고자 한다. 표면 특성 평가(SEM/FT-IR/ToF-SIMS 등)를 통해 piperazine 기반 분리막이 낮은 내산성을 가짐을 확인하였다. 이러한 특성을 이용하여, piperazine 기반 NE70 분리막을 황산에 후처리를 하게 될 경우 분리막 기공을 조절할 수 있음을 확인하였으며, 최적화된 후처리 조건에서 서로 다른 분자량을 가지는 erythromycin (Mw ~ 734 Da) 과 vancomycin (Mw ~ 1486 Da) 항생제를 농축시키는 공정에 응용하였다.

본 연구에서는 폴리아미드 층 내에 그래핀 옥사이드를 첨가시킴으로써 피페라진 기반 나노여과막의 내산성을 높이고자 하였다. 50% 황산 용액에 나노여과막을 침지시키며 주기적으로 MgSO4 염제거율을 확인한 결과, 그래핀 옥사이드 함유 나노여과막의 경우 95% 이상으로 염제거율을 유지한 기간이 대조군에 비해 4.7배로 길어졌다. 이에 반해, 산화 탄소 나노 튜브는 그래핀 옥사이드와 비슷한 화학적 특성을 가지고 있음에도 나노여과막에 첨가했을 때 내산성에 큰 효과를 나타내지 못하였다. 이에 그래핀 옥사이드의 화학적 성질에서 기인하는 폴리아미드 돌출 희생층이나 폴리아미드와의 수소결합보다 형태적 특성에서 기인하는 장벽 효과가 내산성 향상에 가장 주요한 역할을 했다고 여겨진다.

유가금속 및 희소금속의 수요가 많아짐에 따라 제련공정에서 발생하는 황산 용액 내의 유가금속 및 희소금속을 회수하여 사용하는 방향의 연구가 진행되고 있다. 이에 황산용액 내의 희소금속 및 유가금속을 분리하기 위해서는 내산성이 뛰어난 나노분리막이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 우수한 내산성을 가진 방향족 폴리아미드 나노여과막을 제조하였으며 제조된 분리막의 나노여과 특성과 내산성 및 내열성을 평가하였다.

수용액과 유기용액에 방향족 단량체를 사용하여 계면중합을 통하여 폴리아미드 나노여과막을 제조하고 황산내구성, 내열성 실제 제련액 투과물성을 평가하였다. 수용액에 지방족 디아민을 사용한 나노여과막에 비해서 방향족 디아민을 사용한 경우에 내산성이 매우 우수하였다. 방향족 단량체를 사용한 경우에는 1 가 이온 제거율 낮추기 위하여 첨가제 사용하였다. 내열성은 실제 제련액의 경우는 2가 이상의 이온에 대해서는 회수가 가능하였고 1가 이온 및 황산의 경우 에는 투과수로 빠져 나오는 것을 확인하였다.

Nanofiltration Membranes (NF) contain nanometer pores to selectively separate divalent ions and organic species from water. These membranes are most often made of polymeric thin films and are used in water softening applications to remove scale forming ions. NF membranes which can survive in harsh conditions such as acidic environments have drawn interests in the industry. Acid resistant nanofiltration membrane (ARM) was fabricated using interfacial polymerization reaction of a specially formulated monomers on a support layer. ARM showed durability in acidic environments. As compared to NE40, ARM showed little change in flux and divalent ion rejection after being exposed to 15% sulfuric acid solution for 30 days. The ARM showed stable performance in comparison to regular NF membranes, losing both flux and rejection.

제련 과정 중 발생하는 폐황산에는 다양한 희소금속들이 포함되어 있으나, 공정수에서 희소금속 회수가 처리기술 부족으로 중화되어 폐기되고 있는 실정이다. 일반적으로 습식제련공정에서의 모액(침출액)은 황산(10~15%) 용액 상태이며, 모액중의 유가금속 (Cu, Zn 등) 및 희소금속(In, Se, Re 등)은 보통 수 ppm에서 수 % 단위로 용해되어 있다. 희소금속은 첨단소재로서의 가치가 높고 수요가 급증하고 있으나 공정수에서 희소금속 처리 기술 부족으로 폐 황산 속 희소금속은 중화되어 폐기되고 있다. 희소금속 처리기술로서 분리막 공정을 희소금속 회수에 적용하면 효율적인 분리/농축을 가능하게 하여 경제적인 이점이 있다. 본 연구에서는 내산성이 뛰어난 방향족 모노머인 메타페닐렌디아민과 파라페닐렌디아민, 지방족 아민모노머인 피페라진와 블렌딩하여 계면중합을 실시하고 물성을 평가한다. 그리고 제조된 분리막의 내산성을 평가하기 위하여 15 wt% 황산용액에 침지한 후 투과성능을 측정하였다.

제련 산업 공정에서 다량 방출되는 폐산 용액에는 다양한 유가 및 희소 금속을 함유하고 있으며 분리 및 회수 기술 부족으로 중화법을 통해 폐기되고 있다. 이에 본 연구에서는 폐산에 존재하는 금속들을 경제적으로 회수하기 위해 막분리 공정을 적용하고자 내산성 나노분리막을 제조하였다. 나노분리막은 다공성 PSf 지지막 위에 amine과 trimesoyl chloride (TMC)를 계면중합하여 제조하였다. 분리막의 투과 평가는 75psi 압력 하에서 cross-flow 방식으로 진행하였으며 내산성 평가는 15 wt% 황산 용액에 일별 노출한 후 투과 평가를 진행하였다. 제조막의 특성은 FTIR, XPS, FE-SEM의 분석 통해 확인하였다.

유가 및 희소 금속을 함유한 폐황산은 제련 산업 공정에서 다량 방출되고 있으며 처리기술 부족으로 중화법을 통해 폐기되고 있다. 본 연구에서는 폐황산에 존재하는 금속들을 경제적으로 회수하기 위해 막분리 공정을 적용하고자 내산성 나노분리막을 제조하였다. 나노분리막은 다공성 지지막 에 aliphatic amine과 trimesoyl chloride (TMC)를 계면 중합하여 제조하였다. 제조한 분리막의 초기 유량 및 제거율은 25 GFD, 95 %의 결과를 나타냈으며, 내산성은 20일 동안 유지 하였다. 또한, FTIR, XPS, FE-SEM의 분석 통해 제조된 막의 특성을 확인하였다.

본 연구에서는 제련 공정에서 발생하는 희소금속을 함유한 폐산용액을 효율 적/경제적으로 회수하기 위해 부식 억제 특성을 가진 지방족 아민(Aliphatic Amine)를 첨가제로 사용하여 내산성이 향상된 복합 NF 분리막을 제조하고자 한다. 지방족 아민를 첨가한 내산성 NF 분리막은 다공성 지지막 위에 polyamide 계면중합법을 이용하여 제조하였고 제조한 내산성 NF 분리막은 15 wt% 황산에 노출한 후, 75psi 압력의 cross-flow 방식으로 내산성 투과실험을 진행한 결과를 flux와 rejection을 통해 확인하였다. 또한 XPS, FE-SEM, ATR-FTIR 등을 통해 제조된 막의 특성을 분석하였다.

습식 동 제련공정은 황화광석을 원료로 하며, 제련 공정 중 약 2~15%의 폐황산이 발생하게 된다. 이 황산용액에는 유가금속(Cu, Zn) 및 희소금속(In, Se, Re 등)은 보통 수 ppm에서 수 % 단위로 용해되어 있으며, 첨단소재로서의 희 소금속 및 유가금속의 용도 및 수요가 다양해짐에 따라 이를 회수하여 활용하는 방향으로 연구가 진행되고 있다. 막분리를 이용하여 희소금속을 분리할 시 효율적이며 친환경적인 장점이 있다. 본 연구에서는 폴리에틸렌이민, 피페라진, 트리메조일클로라이드 용액을 사용하여 다공성 지지막 위에 폴리아미드 계면중 합을 하였으며, 제조된 분리막의 투과 특성 및 15%의 황산용액에 대하여 내산성 특성을 살펴보았다.

본 연구에서는 제련 공정에서 발생되는 희소금속 및 유가금속 회수를 위하여 상용화 된 나노여과막인 NE40, 70, 90 (Toray Chemical Korea) 와 내산성 분리막인 NP030 (Nadir), Duracid (GE), NanoPro (AMS)를 선정 하였으며, 습식 제련 공정을 모사하기 위해 황산 15% 용액에 침지한 시간 (0 ~ 63일)에 따라 투과 특성을 평가하였다. 공급 용액으로는 대표적인 1가 이온으로 NaCl을, 2가 이온으로는 MgSO4를 2,000 ppm 사용하여, 황산 15% 용액에 63일 동안 노출하였을 때의 투과 성능 변화를 측정 하였다. 이러한 투과 특성 평가를 이용하여, 제련 공정에서 발생되는 희소금속 및 유가금속 회수를 위한 최적의 분리막을 선정 할 수 있었다.

습식제련 공정 중 발생하는 폐 황산에는 다양한 희소금속들이 포함되어 있으나, 현재 공정수에서 희소금속 처리 기술부족으로 중화되어 폐기되고 있다. 이 과정에서 막분리 공정을 적용할 경우 희소금속을 친환경적이면서 효율적으로 회수할 수 있다. 본 연구에서는 다공성 지지막 위에 polyamide 계면중합법을 이용하여 내산성이 우수한 폴리아미드/실록산 블렌딩 나노여과막을 제조하고, 제조된 막의 구조적 특성 및 투과분리 특성에 대하여 살펴보았다. 그리고 제조된 분리막을 15 wt%의 황산용액에 대하여 내산성능평가를 진행하였다.

유가 및 희소 금속을 함유한 폐황산은 제련산업 공정에서 다량 방출되고 있으며 처리기술 부족으로 중화법을 통해 폐기되고 있다. 이에 본 연구에서는 폐황산에 존재하는 금속들을 경제적으로 회수하기 위해 막 분리공정을 적용하고자 내산성 NF 분리막을 제조하였다. 지방족아민 모노머인 piperazine을 이용하여 제조한 막은 산에 취약한 polyamide 구조를 지니고 있어 내산성을 가지는 triazine polymer를 첨가하여 NF 분리막을 제조하였다. 제조한 분리막은 15 wt% 황산에 노출한 후, 75psi 압력의 cross-flow 방식으로 내산성 투과실험을 진행하였으며 내산성은 10일 동안 유지되었다. 또한, FTIR, XPS, FE-SEM의 분석 통해 제조된 막의 특성을 확인하였다.