무삼투압차 역삼투압(Δπ= 0)은 KAIST H. N. Chang 명예교수가 2013년 발명, 2014년 미국 특허 출원, 2018년 특 허 취득(US 9,950,297) 해수담수화기술. Chang 등의 RO 기술은 삼투압 조정조와 저압 역삼투압의 2 챔버로 구성. Chang 등은 소금물을 비롯한 모든 수용액은 물과 용질(소금)로 완전 분리 가능 주장. 삼투압차 조정조, 저압 역삼투압조 2 챔버로 구성됨. 고농도 용액의 삼투압은 1908년 미국화학회지 출간된 MIT G. N. Lewis식 이용. 두 번째 특허(US 10,953,3367)에서 RO가 10~12 bar 저 삼투압차 수행 가능 증명. 세 번째 특허(Korea 10-2322755, 해외 출원 중) Singularity ZERO 활용하면 기존 RO 에 비해 물은 50% 추가, 막 면적은 1/3, 이론에너지는 1/5, 동일 용량의 S-ZERO 기술은 기존 RO 건설비의 50~60%로 예측됨.

Water resources are the most important resources for all living things on the earth to grow and reproduce, and sustain agricultural, industrial, household, recreational and environmental activities. Since 97% of these water resources is a seawater, desalination is a practical choice of many water-poor countries. Currently MSF (multistage flash evaporation) and RO (reverse osmosis) that need 25 kWh and 4kWh per m3 of fresh water although thermal methods need 718kWh and pressure based-RO 1kWh. This work focuses on how to estimate highest osmotic pressure of many aqueous saturated solutions such as NaCl and fuel ethanol that reaches 343.07 bars of 26.47%, over 5000 bars, respectively. This work shows that Lewis equation (1908) fits within 10% of OLI pressure and the modified estimation of Chang (1983) within 1% accuracy.

돼지 난자의 체외배양 과정에서 배양액의 삼투압의 차이 및 glycine과 alanine 단독 또는 병행 첨 가가 단위발생 및 체세포 핵이식 난자의 배 발육에 미치는 영향을 검토하였다. 난자 의 체외성숙 에는 10% 돼지 난포액, cysteine, pyruvate, epidermal growth factor, kanamycin, insulin이 첨가된 TCM-199을 이용하였다. 체외성숙 42∼44시간 후 제1극체가 방출된 난자만을 선별하여 단위발생 및 체세포 핵이식 난자를 생산한 후 modified porcine zygote medium (mPZM)-3 배양액에서 7일간 배양하였다. 실험 설계에 따라 체외배양 7일 또는 체외배양 초기 48시간 동안 280 또는 320 mOsm의 삼투압에서 난자를 배양하였다. 실험1에서 체외배양 7일 동안 280 또는 320 mOsm의 배 양액 내 glycine 또는 alanine 첨가 효과를 검토한 결과 삼투압 차이에 따른 분할률 및 배반포 발달 률에는 차이를 보이지 않았으나 320 mOsm에서 배양된 난자 및 280 mOsm에 glycine을 첨가한 군 은 280 mOsm에서 배양된 난자에 비해 높은 배반포 세포수를 보였다 (36.5-38.0 vs. 31.1, P<0.05). 실험2에서는 체외배양 초기 48시간 동안 280 또는 320 mOsm의 삼투압에서 배양하였고, 그 후 280 mOsm 배양액으로 옮겨 5일간 추가로 배양하였다. 또한 체외배양액 내 4.1 mM glycine 첨가가 배 발육에 미치는 효과를 검토하였다. 단위발생 난자를 배양초기 48시간 동안 320 mOsm에서 glycine이 첨가된 배양액에서 배양한 군이 280 mOsm에서 배양한 군에 비해 유의적으로 높은 배반 포 발달율을 보였다(36.5-50.4% vs. 25.9-27.9%, P<0.05). 또한 배양 초기 48시간 동안 320 mOsm 배 양액에 glycine을 첨가하여 배양한 난자 (50.4%)가 다른 처리군의 난자(25.9-36.5%)에 비해 유의적 으로 높은 배반포 발달율을 보였다(P<0.05). 실험3에서는 실험2와 동일한 실험설계로 체세포 핵이 식으로 작성된 배반 포의 inner cell mass (ICM)와 trophectoderm (TE) 세포수를 조사하였다. 실험결과 초기 46시간 동안 glycine이 첨가된 320 mOsm 처리군에서 배양된 난자의 ICM 비율이(26.0%) 280 mOsm 삼투압에 glycine을 첨가한 군(17.8%)에 비해 유의적(P<0.05)으로 증가하였다. 본 연구결과 단위 생식 및 체세포 핵이식 난자의 체외배양에서 glycine의 첨가 및 체외 배양초기 48시간 동안 320 mOsm 삼투압 처리는 배 발육과 배반포 세포수를 증가시키는 것으로 확인되었다.

Ionic liquids (ILs) are potential drawing agents in forward osmosis (FO) due to their high ionicity, low vapor pressure and high solubility. A series of ILs were investigated as draw solutes for FO application and were compared with NaCl. Water (Jv )and reverse (Js) fluxes were evaluated using commercially available HTI-CTA membrane via FO and PRO modes. FO runs were conducted using 0.3M draw solution and DI water as feed. Results reveal that ILs like BMIM acetate, BMIM bromide and N4444 acetate were able to generate high Jv but with negligible Js. This demonstrates the potential of certain ILs as FO drawing agents. This research was supported by NRF through the Ministry of Science, ICT & Future Planning (No.2016R1A2B1009221) and through Basic Science Research Program of Ministry of Education(2009-0093816).

Recently, among the water treatment technologies, the forward osmosis (FO) system has been received much attention due to the advantages in energy consumption. However, the practical application of the FO system has been limited because of the remaining obstacles such as the absence of both adequate osmotic agent and efficient membrane. In this study, polymers having lower critical solution temperature (LCST) and upper critical solution temperature (UCST), one of the thermal responsive characteristics, are used as the osmotic agents. These materials could be recovered easily by heating them to above their LCST and to below their UCST, respectively. Finally, we believe that our results will provide insight into the synthesis of osmotic agents for water treatment applications.

정삼투막 성능 예측에는 Solution-diffusion model이 지배적으로 활용되어 왔으나, 기존 연구에서 수압과 삼투압이 동시에 작용하는 가압형 정삼투 공정에 대한 예측정확도가 감소하며, 이를 위해 수압이 투과성능에 미치는 영향을 convection과 diffusion을 동시에 고려해야한다는 연구결과가 보고되었다. 본 연구에서는 CTA-ES 및 PA-TFC 정삼투막을 이용하였으며, 활성층 측에는 NaCl 용액을, 지지층 측에는 증류수를 주입하고, 활성층 측에 삼투압과 동일한 수압을 가하여 농도변화에 따른 수투과도 및 염투과도의 변화양상을 평가하였다.

역삼투(RO) 해수담수화 공정에 필요한 많은 에너지를 절감하기 위해 최근에 다양한 연구개발이 추진 중이다. 그 중에서 농도차에 의해 발생하는 삼투현상을 이용한 정삼투(FO)와 압력지연삼투(PRO) 기술을 접목한 하이브리드 해수담수화 공정들이 대표적이다. 특히, PRO 기술은 해수담수화 플랜트에서 배출되는 농축수와 하수처리수를 PRO 시스템의 유도용액과 원수로 각각 활용하여 두 용액의 염도차에 의해 발생되는 에너지를 회수함으로써, 기존 역삼투 해수담수화 공정 대비 25% 이상의 에너지 절감이 가능하며, 해수담수화 플랜트의 고농도 농축수를 희석 방류함으로써 해양생태계 파괴 방지 및 농축수 처리비용 절감 등의 효과를 기대할 수 있다.

Osmolarity of culture media is one of the most important factors affecting in vitro development. This study was conducted to investigate the DNA methylation status of Pre-1 and satellite sequence in pig nuclear transfer (pNT) embryos produced under different osmolarity culture conditions. Control group of pNT embryos was cultured in PZM-3 for six days. Other two treatment groups of pNT embryos were cultured in modified PZM-3 with 138 mM NaCl or 0.05M sucrose (mPZM-3, 320 mOsmol) for two days, and then cultured in PZM-3 (270 mOsmol) for four days. Previous our studies have reported that pNT embryos cultured in both hypertonic media showed significantly higher blastocyst formation rate than that of control. The DNA methylation status of the satellite sequences in blastocyst was characterized using bisulfite-sequencing technology. The satellite region had a similar methylation pattern of in vivo blastocyst among two culture groups excepting the control group. Each level of methylation is that the satellite DNA moderately methylated (43.10% of PZM-3; 56.12% of NaCl; 55.06% of sucrose; 60.00% of in vivo embryos). As a result of the sequence of PRE-1, CpG methylation pattern was similar to three groups, including in vivo group. In case of the satellite DNA region, the osmolarity conditions were affected CpG DNA methylation status while PRE-1 sequence was not affected CpG DNA methylation in pNT blastocyst stage. These results indicate that the modification of osmolarity in a culture media may influence to spatially change of DNA methylation of repetitive sequence for pNT embryo development.

본 연구는 배양액의 종류에 따른 돼지 난자의 성숙 및 단위발생란의 배반포 형성율을 검토하였으며, 배양액의 삼투압과 발달 시기에 따른 배양액의 삼투압 변화가 돼지 단위발생란의 발달에 미치는 영향을 검토하였다. 실험 1에서 난포란을 NCSU-23 mWM 및 mKRB에 각각 성숙배양한 결과 성숙률은 62.1~71.3%로 배양액에 따른 차이가 없었다. 실험 2에서는 각각의 배양액으로 성숙된 난자를 활성화 처리 후 동일한 배양액으로 6일간 배양하여 발달율을 검토한 결과, 배반포 발육율은 NCSU-23에 배양 시 22.9%로 타 그룹(0~0.6%)보다 유의적으로 높게 나타났다(P<0.05). 실험 3에서는 단위발생란을 NaCl 안에 의해 256, 280 및 300 mOsmol(mOsm)로 조정한 NCSU-23에 6일간 배양한 결과, 배반포 발육율은 11.0~14.4%로 실험군 간에 유의적인 차이는 없었으나 삼투압이 낮을수록 난자의 fragment 비율이 높게 나타났다(P<0.05). 실험 4에서는 단위발생란을 삼투압이 조정된 세 종류의 NCSU-23에 48시간 배양한 후 삼투압이 높거나 낮은 NCSU-23으로 옮겨 4일간 추가 배양한 결과 배반포 형성율은 배양 48시간 후에 배양액의 삼투압을 낮춰 주었을 때(21.0%)가 높여 주었을 때 (11.8%) 보다 유의적으로 높게 나타났다(P<0.05).본 실험의 결과는 돼지 단위발생란의 발육이 배양액의 종류 및 삼투압에 의해 영향을 받으며, 배양액의 삼투압은 돼지 단위발생란의 발육 단계별로 영향을 주어, 초기에는 높은 삼투압의 배양액에서 배양하고 일정 시간 후 낮은 삼투압의 배양액으로 배양함으로써 발육이 증진될 수 있음을 시사한다.

멤브레인 여과 실험에서 얻어진 데이터 처리에 간단한 수치해석을 적용하여 삼투압(osmotic pressure) 과 구배확산계수(gradient diffusion coefficient)를 도출하는 새로운 방법론을 제시하였다. 삼투압과 구배확산계수는 이론 및 실험적으로 쉽게 구할 수 없는 물리적 특성치로서 멤브레인 여과의 특성 규명에 중요하다. 모델 라텍스 콜로이드의 여과시간에 따른 투과플럭스(permeate flux) 값과 이에 대한 수치적분과 수치미분 데이터로부터 분산된 입자농도의 함수인 삼투압 관계식을 구했다. 이로부터 계산된 열역학적 계수(thermodynamic coefficient)는 입자농도가 증가할수록 감소하는 거동을 보였고, 여기에 기존에 제시되어 있는 수력학적 계수(hydrodynamic coefficient)를 도입하여 구배확산계수를 산출하였다. 아울러, 본 연구에서 계산된 입자농도에 따른 구배확산계수의 결과와 동일한 멤브레인과 라텍스 콜로이드의 여과에 대해서 기존에 통계역학적 시뮬레이션으로 예측한 결과를 비교하였다.

본 연구에서 상업용 폴리설폰 한외여과 중공사막을 지지체로 사용하여 저압 정수용 역삼투압막 제조시 막표면에서 feed의 큰 전단응력에 견딜 수 있도록 도포층과 지지층의 결합력을 증가시키는 전처리 방법을 확립하였다. 확립한 전처리 공정에서 지지막과 친화력이 좋으면서 도포층을 이루는 반응물과 반응성이 있는 글루탈알데히드와 촉매역할을 하는 염산 혼합 수용액으로 지지막을 전처리하면 이들 글루탈알데히드는 지지막 표면 및 기공 벽에 균일하게 분포되어 이후 표면중합법에 의해 형성된 도포층을 이루는 일부 반응물과 화학적으로 결합 되어 지지체와 도포층간에 강한 결합력을 제공한다. 전처리공정 없이 제조한 중공사 역삼투압막은 투과 후 5시간 이내에 feed의 큰 전단응력에 의해 도포층의 분리 파괴가 일어났으나 본 연구에서 확립한 방법으로 전처리하여 제조한 중공사막은 장시간 사용에도 우수한 막성능이 지속되었다.

이온성 고분자에 비이온성 고분자를 섞어 이온 함량을 조절함으로써 다양한 전하량을 갖는 이온성 막을 제조하였다. 비이온성 고분자로는 폴리비닐알콜, 음이온성 고분자로는 알긴산 나트륨, 양이온성 고분자로는 키토산을 사용하였으며, 이들 이온성 고분자막을 사용하여 여러 전해질 수용액에 대한 투과 및 분리특성을 관찰하였다. 막 내부에 이온성 고분자 함량이 많을수록 친수성 특성을 보였으며, 순수투과 및 용액투과 속도가 증가함을 관찰할 수 있었고, 또한 투과속도는 막의 팽윤 거동에 의해 결정됨을 확인할 수 있었다. 용질 배제율의 경우는 막과 투과용질간의 정전기적 인력, 즉 Donnan exclusion에 의해 결정이 되며, 정전기적 인력이 비슷한 경우는 분자체 효과에 의해 분리됨이 관찰되었다.

This study was conducted to enhance the efficiency of embryo transfer and embryos produced in vitro according to select good quality blastocyst among in vivo or in vitro produced embryos. After middle blastocys(MB) and late blastocyst(LB) stages embryos that developed in vitro for 7∼8 days were treated hypertonic solution(380 mOsm or 600 mOsm) and the rate of development to hatched blastocyst(HB) was examined. The results obtained were summarized as follows: The proportion of embryos developed to HB was higher than that of control regardless of hypertonic solution treatment. However, it was related to culture time in hypertonic solution The propotrion of embryos developed to HB of morphologically recovered embryos in 380 nOsm solution ws higher than that of morphologically shrinked embryos. However, treatment time was not significantly different the rates of HB development. Especially, the proportion of embryos developed to HB of morphologically recovered embryos of the 30-min-treated group was significantly higher than that of control (p<0.05). The results suggest that hypertonic solution treatment should enhance the efficiency for criterion of transferable blastocyst quality.

알루미늄 전착공정중 도료정제장치에서 발생하는 도료계 폐수(CODMn 1,500~2,000 ppm)를 역삼투압을 이용하여 농축수는 전착조로 보내 재사용하고 반면 투과수는 세정수로 사용할 목적으로 시스템을 설계하여 현장 설치하였다. 역삼투압시스템은 폴리아미드 재질의 나권형 모듈(직경 102 mmtimes 길이 1,016 mm)3개를 직렬로 연결하고 시스템회복율 30%, 운전압력 11.5 kg/cm2, 그리고 실온에서 3일 주기로 발생하는 폐수량 20 m3을 회분식조업으로 처리하였다. 원폐수를 42시간 연속가동하여 5배까지 농축하는 실험기간중 거의 일정한 투과 flux 390 l/m2-hr을 유지하였고 그 투과수질이 CODMn 300 ppm으로 나타났다. 이는 도료정제장치의 잔존 도료성분을 회수하기 위해 사용되는 순수대신 세정수로 사용하기에 적합하였다. 그리고, CODMn 제거율은 83pm5%이었으며, 각 용제성 분별 제거율은 feed 농도의 증가에 따라 감소하였는데 5배 농축시 ethyl cellusolve, butyl cellusolve 그리고 n-butanol은 각각 79, 87 그리고 70%로 나타났다.