본 연구에서는 하수처리수를 원수로 사용하여 직접 접촉식 막증발법을 적용하여 원수 온도와 원수 유량 변화에 따 른 하수처리수의 COD, TN, TP, TOC의 제거율 변화와 여과플럭스의 변화를 측정하였다. 또한 하수처리수에 의한 분리막의 오염 가역성을 평가하기 위해 1차 증류수만을 사용하여 물리세정을 수행한 후 플럭스의 회복률을 측정하였다. 실험결과 원수 의 온도 및 유량에 관계없이 원수가 3배 농축될 때까지 여과를 진행하였음에도 불구하고 하수처리수의 주요 오염물질인 COD, TN, TP, TOC에 대한 제거율이 92% 이상으로 높게 나타났다. 또한 비교적 낮은 온도인 50°C와 60°C에서 원수의 유량에 따라 최소 13.8 LMH에서 20.3 LMH로 높은 여과플럭스를 나타냈다. 그리고 높은 농축계수까지 여과 실험을 진행했음에도 불구하 고 낮은 여과플럭스의 감소를 나타냈으며 1차 증류수를 이용한 짧은 시간 동안의 물리세정만으로 최소 90% 이상의 높은 여과 플럭스 회복율을 나타냈다. 따라서 하수처리수 재이용을 위한 공정으로 막증발법의 적용이 충분히 가능할 것으로 판단된다.

Isopropyl alcohol (IPA)/물의 투과증발 분리특성을 알아보기 위해 상용화된 Polyetherimide (PEI) 중공사막에 Poly(dimethyl siloxane) (PDMS)로 코팅한 복합막 모듈을 이용하여 파일롯 테스트를 실시하였다. 공급액으로는 물과 IPA를 각각 85 : 15로 혼합하여 사용하였다. 실험 결과로 25°C에서 투과도 0.52 kg/m2h, IPA 농도 68.5%로 높은 수치를, 55°C에서 투과도 1.368 kg/m2h, IPA 농도 61.2%로 높은 투과도를 얻을 수 있었다. 테스트를 진행한 복합막 모듈의 내구성을 알아보기 위하여 약 100일간 반응온도를 50°C로 설정하여 장기테스트를 진행하였고 그 결과 약 1.03~1.15 kg/m2h의 투과도와 61.8~62.5%의 IPA 농도로 초기 측정량과 큰 차이가 없음을 나타내었다.

1-부탄올/물의 투과증발 분리특성을 알아보기 위해 (주)에어레인사에서 개발한 PEI 중공사막에 PDMS로 코팅한 복합막 모듈을 이용하여 랩테스트와 파일럿테스트를 실시하였다. 공급액으로는 물과 1-부탄올을 각각 99 : 1로 혼합하여 사용하였다. 실험 결과로 30°C에서 투과도 132.7 g/m2hr, 선택도 23.4로 높은 선택도를, 50°C에서 투과도 505.1 g/m2hr, 선택도 5.1로 높은 투과도를 얻을 수 있었으며 일본의 나가셉사에서 개발한 지지체가 없는 PDMS 막 모듈과 비교했을 때 (주)에어레인사에서 개발한 복합막 모듈이 약 10~20 g/m2hr의 높은 투과도를 나타내었다. 테스트를 진행한 복합막 모듈의 내구성을 알아보기 위하여 약 35일간의 장기테스트를 진행하였고 그 결과 약 510~520 g/m2hr의 투과도와 20~25의 선택도로 초기 측정량과 큰 차이가 없음을 나타내었다.

본 연구에서는 P E I 중공사막 표면에 고무상 고분자인 PDMS를 코팅한 모듈을 이용해 물-Butanol 혼합액의 분리특성을 향상시키는데 중점을 두었다. 먼저 A사에서 개발한 막 면적 890㎠ 모듈을 실험실 테스트 규모로 온도를 변화시키면서 농도 1wt.%의 1-Butanol - Water 혼합액에 대하여 투과증발 실험을 실시하였다. 반응온도 30℃에서 투과도는 58.6g/㎡hr을 나타내었고, 선택도는 9.2%를 나타내었다. 반응온도 40℃에서 투과도는 109.5g/㎡hr을 나타내었고, 선택도는 5.6%를 나타내었다. 반응온도 50℃에서 투과도는 206.9g/㎡hr을 나타내었고, 선택도는 3.0%를 나타내었다. 같은 방법으로 A사에서 개발한 막 면적 1㎡의 모듈을 파일롯 테스트에 적용하여 실험하여 본 결과 비슷한 경향을 보였다.

In this study, we applied a membrane distillation process to investigate a feasibility of treating a wastewater with high concentration of organic matters including nitrogen and phosphorus. The laboratory scale experiment was performed by using a hydrophobic PVDF membrane with the pore size of 0.22 μm and porosity of 75%. The installation was direct contact type where the temperature difference between a feed and permeate side was controlled to have a range from 20 to 60°C. We observed a flux variation and a concentration changes of COD, PO4 3-－P, NH4 + -N and conductivity of feed side as well as permeate side with various temperature differences (20 to 60°C), cross flow velocities (0.09 to 0.27 m/s) through the module, and pH (6.6 to 12.0) of the feed that has the initial concentration of COD about 1,000 mg/L, total nitrogen 390 mg/L, total phosphorus 10 mg/L, conductivity of 7,000 μs/cm. The results showed that the average flux was ranged from 4 to 40 L/m2/hr which was almost similar with the flux of NaCl and deionized water used as a feed solution. The lowest flux was obtained at the operating condition with the temperature difference of 20°C and cross flow velocity of 0.09 m/s while the highest one was measured with 60°C and 0.27 m/s. Above 99% of COD and PO4 3- -P in the feed could be rejected regardless of an operating condition. However, the removal rate of ammonium nitrogen was varied from 64 to 99% depending on the pH of feed solution.

Poly (vinylidene fluoride) (PVDF)ㆍpoly (acrylonitrile) (PAN) 중공사막에 친수성 고분자인 poly (vinyl alcohol) (PVA)과 가교제인 poly (acrylic acid) (PAA)을 코팅하여 복합막을 제조하였다. 제조된 막의 투과특성평가를 위해 90 wt% 물- 에탄올 혼합액에 대한 투과증발실험을 수행하였으며, 반응온도, PAA용액의 농도, 공급액의 온도변화에 따른 투과도 및 선택도를 측정하였다. 일반적으로 반응온도, PAA용액의 농도가 증가할수록 투과도는 낮아지고 선택도는 증가하는 경향을 보였으며, 공급액의 온도가 증가할수록 투과도는 증가하고 선택도는 낮아지는 경향을 보였다. 대표적으로 PVDF중공사 막은 투과도는 PAA 3 wt%, 반응온도 60°C, 공급액 온도 70°C에서 502 g/m 2 hr, 선택도는 PAA 11 wt%, 반응온도 100°C, 공급액 온도 50°C일 때, 218의 결과를 얻을 수 있었다.

Poly(vinyl alcohol) (PVA)에 대하여 가교제로써 glutaraldehyde (GA), maleic anhydride (MA)를 이용하여 제조한 코팅용액을 알칼리로 가수분해 시킨 poly acrylonitrile (PAN) 중공사 막표면에 코팅하여 막을 제조하였다. 제조된 막의 투과 특성평가를 위해서 물/에탄올 혼합액에 대한 투과증발 실험을 수행하였다. 60°C의 90 wt%의 물/에탄올 혼합액에 대하여 반응온도 및 가교제의 농도변화에 따른 투과도 및 선택도를 측정하였다. 일반적으로 반응온도, 가교제 농도가 증가할 경우 투과 도는 낮아지고, 선택도는 증가하는 경향을 보여주었다. 가교제로 GA의 대표적 결과는 반응온도 120°C, GA 11 wt%로 투과 도는 165 g/m 2 hr 선택도는 81이고, MA는 반응온도 120°C, MA 11 wt%로 투과도는 174 g/m 2 hr 선택도는 73의 결과를 얻을 수 있었다.

PDMS 단일 막을 이용한 투과증발공정을 통해 이소프로필알코올(Isopropyl alcohol, IPA)―물계에 대한 분리특성 을 알아보았다. RTV-655 주재와 가교제의 비율을 9:1과 10:1로 달리하고 반응온도를 40, 60, 80°C로 변화하여 경화시켰다. 이렇게 제조된 막을 이용하여 특성평가를 위해 물/IPA 혼합액에 대한 투과증발 실험을 수행하였다. 공급액의 조성은 85 wt% IPA 수용액을 사용하였으며, 온도는 25, 35, 45, 55°C로 변화시켰다. 공급액의 변화와 반응온도의 조건변화에 따른 투과도 및 IPA 농축농도를 측정하였는데, 투과도는 9:1 비율, 공급액 온도 55°C일 때 148 ⋅, 선택도는 10:1 비율, 공급액 온도 55°C일 때 17%로 가장 높은 값을 얻을 수 있었다.

지지체인 Polyacrylonitrile (PAN) 중공사에 Poly (vinyl alcohol) (PVA)과 가교제인 Glutaraldehyde (GA)를 코팅하 여 막을 제조하였으며, 특성평가를 위해 물/Isopropyl alcohol (IPA) 혼합액에 대한 투과증발 실험을 수행하였다. 코팅용액의 조성변화와 반응온도의 조건변화에 따른 투과도 및 선택도를 측정하였고, 공급액의 조성은 85 wt% IPA 수용액을 사용하였으며, 온도는 30, 50, 70, 90℃로 변화시켰다. 투과도는 PVA 3.5 wt%, 공급액 온도가 90℃일 때 1,870 g/m 2 ⋅hr, 선택도는 PVA 7 wt% 공급액 온도가 30℃일 때 804로 가장 높은 값을 얻을 수 있었다.

본 연구는 PVDF/PDMS 복합막을 제조하여 부탄올을 농축을 위한 투과증발특성에 대해 알아보았다. 또한 복합막의 제조 방법에 따른 투과특성을 알아보기 위해 지지층의 PVDF 농도변화와 활성층의 경화조건에 따라 투과증발 최적막을 선정하였다. 이 막을 사용하여 공급액의 농도, 온도 및 순환 유속을 변화시켜 부탄올의 투과특성에 미치는 영향에 대해 알아보았다. 그 결과 공급액의 농도, 온도, 순환 유속이 증가할 경우 부탄올의 플럭스와 투과 농도가 증가함을 확인하였으며 상용막인 GKSS사의 PVDF/POMS 복합막과 비교한 결과 부탄올 투과 플럭스, 투과 농도, 선택도 등 모두 높은 값을 나타내었다.

부탄올을 투과증발 공정으로 분리하기 위하여 복합공정에 의하여 투과증발막을 제조하였다. 상업용 poly(dime-thylsiloxane) (PDMS) 막을 plasma 처리시키거나, polysulfone, poly(ether imide) 막을 지지체로 사용하여 plasma 처리 및 PDMS 코팅의 복합공정을 적용하였다. 헥산계열과 실란계열 유기 화합물을 사용하여 PDMS막을 plasma 처리하였을 경우 막 표면의 소수성을 증가시켜서 부탄을 선택도가 12.56까지 향상되었다. 반면에 투과량은 막 표면의 소수성 증대와 free volume의 변화로 인해 1.15 kg/m 2 ⋅hr까지 감소되어 선택도와 반대의 성향을 나타내었다. 막의 소수성이 증가함에 따라 접촉각과 상대적 sorption 비가 증가하였고, 부탄을 선택도도 향상되었다. PDMS 코팅 용액에서 prepolymer의 함량이 높을수록 부탄올 선택도가 증가하였다. PDMS 코팅과 plasma 처리 공정의 순서에 따른 영향을 조사하였다. 부탄올과 노르말 헥산으로 plasma 처리할 경우 plasma처리, PDMS 코팅 순으로 제조된 막의 분리 성능이 우수하였고 hexamethyldisilane과 hex-amethyldisilazane을 사용한 경우에는 역순으로 제조된 막의 분리 성능이 더 우수한 것으로 나타났다.

본 연구는 공정모사를 통해서 막모듈 배열 및 연결과 막모듈 내에서 공급 잔류액의 온도 변화가 투과증발 공정에 끼치는 영향을 관찰하였으며 이를 위해서 기본 막모듈이 직렬 혹은 병렬로 연결되어 있는 모듈들의 조합을 통한 투과탈수공정을 예측할 수 있는 모델식들을 확립하였다. 에탄올/물 혼합물을 모델 혼합물로 사용하였고 모델식들에 포함되어 있는 투과 파라메타들을 직접 실험에 의해 구하여 사용함으로써 모사의 현실성을 높였다. 모사를 통해서 모듈의 배열방식, 모듈 단의 갯수와 단사이의 공급액의 재가열등의 중요성을 검토하였다.

Ba(Ti,Sn)O3 thin films, for use as dielectrics for MLCCs, were grown from Sn doped BaTiO3 sourcesby e-beam evaporation. The crystalline phase, microstructure, dielectric and electrical properties of films wereinvestigated as a function of the (Ti＋Sn)/Ba ratio. When BaTiO3 sources doped with 20~50mol% of Sn wereevaporated, BaSnO3films were grown due to the higher vapor pressure of Ba and Sn than of Ti. However, itwas possible to grow the Ba(Ti,Sn)O3 thin films with ≤15mol% of Sn by co-evaporation of BTS and Ti metalsources. The (Ti＋Sn)/Ba and Sn/Ti ratio affected the microstructure and surface roughness of films and thedielectric constant increased with increasing Sn content. The dielectric constant and dissipation factor ofBa(Ti,Sn)O3 thin films with ≤15mol% of Sn showed the range of 120 to 160 and 2.5~5.5% at 1KHz,respectively. The leakage current density of films was order of the 10−9~10−8A/cm2 at 300KV/cm. The researchresults showed that it was feasible to grow the Ba(Ti,Sn)O3 thin films as dielectrics for MLCCs by an e-beamevaporation technique.

본 연구는 poly(vinyl alcohol) (PVA)와 가교제 poly(styrene sulfonic acid-co-maleic acid) (PSSA_MA)을 이용하여 제조된 막에 tetraethylorthosilicate (TEOS)를 도입하여 물-에탄올 계에 대한 투과증발 실험을 다양한 가교온도별(120~140℃), 조업온도별(25~70℃)로 수행하였다. TEOS의 함량은 PVA 대비 3, 5, 7 wt%를 사용하였으며, 원액의 조성은 무게비로 물 10, 20, 30 및 50%에 대하여 조사하였다. 물 에탄올 = 10 : 90 조성, 조업온도 50℃에서 선택도 1730과 투과도 16.3g/m2·hr를 PVA/7 wt% PSSA_MA/5 wt% TEOS 막이 보여 주었다.

수질오염을 일으키는 휘발성 유기 화합물(Volatile Organic Compounds; VOCs)의 대표적인 종류의 하나인 저농도의 톨루엔이 함유된 수용액을 소수성 폴리이미드공중합체막을 이용한 투과증발법으로 분리하였다. 이를 위해 폴리실록산디아민(SIDA)과 과불소알킬기를 가진 방향족 디아민(PFDAB)의 비율에 따른 폴리이미드 공중합체 막을 제조하였다. 막제조에 사용된 SIDA/PFDAB 비에 따른 선택투과특성의 변화를 살펴보았다. 얻어진 투과특성을 용해확산이론으로 해석하기 위해 톨루엔 수용액의 수착특성을 조사하였으며 이를 토대로 확산도 특성을 조사하였다. 그 결과 실록산 고분자에 대한 톨루엔의 친화도의 증가로 SIDA의 함량이 많을수록 막 내의 톨루엔에 대한 용해도 및 톨루엔/물의 수착선택도가 커졌으며, 자유부피가 큰 실록산의 함량증가로 인해 톨루엔의 확산계수, 확산선택도가 증가하는 것을 확인하였다. 이러한 결과로 SIDA의 함량이 증가함에 따라 톨루엔에 대한 투과도는 0.005 kg/m2h에서 0.049 kg/m2h로 증가하고, 톨루엔/물의 투과선택도는 9에서 6380로 증가함을 관찰하였다.

본 연구는 불소계 폴리실록산이미드 공중합체 막을 이용하여 휘발성 유기 화합물(Volatile Organic Compounds; VOCs)의 일종인 dichloromethane(DCM)을 물로부터 투과증발 분리하는 것을 목적으로 한다. 유연한 사슬을 갖는 diamine-terminated polydimethylsiloxane(SIDA)과 경직된 구조를 갖는 불소계 방향족 디아민 단량체(2-(perfluorohexyl)ethyl-3,5-diaminobenzene PFDAB)과 4,4'-(hexafluoroisopropylidene)diphthalic anhydride(6FDA)를 이용하여 일련의 소수성 불소계 폴리실록산이미드 공중합체 막을 제조하여 다이아민의 구성성분에 따른 분리능의 변화를 상온에서 관찰하였다. 공중합체 막 내의 다이아민 성분 중 SIDA의 함량은 0, 25, 50, 75, 100 mol%로 조절되었으며, 원액의 조성은 DCM 0.05 wt%를 사용하였다. 소수성이 높고 자유부피가 큰 SIDA의 함량이 증가함에 따라 소수성 용매인 DCM의 수착도 및 수착선택도가 증가하는 경향을 나타내었으며, 확산계수 및 확산선택도 또한 증가하여 궁극적으로는 투과플럭스와 투과선택도가 증가하는 것을 확인할 수 있었다.

본 연구는 투과증발법을 이용하여 수용액 중 미량의 목련 향 성분을 농축하는 방법으로, PVDF/PDMS 복합막을 제조하여 지지막의 구조와 활성층의 두께에 따른 분리능의 변화를 살펴보았다. PVDF 지지막은 제막조건인 응고액의 온도가 감소하고 고분자 농도가 증가함에 따라 지지층에서의 표면공극률과 기공의 직경이 감소함을 순수투과실험을 통해서 간접적으로 확인하였고, 복합막에 대한 지지막 구조의 영향을 투과 mechanism식에 적용하여 해석하였다. 또한 PDMS의 두께가 증가됨에 따라 선택도가 증가하는 결과를 통해서, 활성층에서의 물질전달을 Fick's law에 의하여 설명하는데 제한이 있음을 알 수 있었다.

본 연구는 에스텔화 막반응공정에 의한 2,2,2-trifluoroethyl metacrylate (TFEMA)의 생산을 위한 선행연구로, 가교된 poly(vinyl alcohol)막을 이용하여 TFEA (2,2,2-trifluoroethanol)/water과 MA (methacrylic acid)/water 혼합용액을 대상으로 투과증발특성을 연구하였다. 산 저항성을 가진 가교된 PVA막은 PVA와 EGDE를 같이 녹인 수용액을 Teflon plate 위에 캐스팅한 후 140℃에서 열 가교시킴으로써 제조하였다. 제조된 막의 특성을 알아보기 위해 FT-IR과 팽윤도 측정을 실시하였다. TFEA/water 혼합용액에 대한 투과증발실험은 가교제인 EGDE농도와 운전온도를 변화시켜가면서 실시하였으며, MA/water 혼합용액에 대한 투과증발실험은 최적화된 PVA막을 가지고 실시하였다. 투과증발실험결과로부터 제조된 막은 TFEA와 MA의 에스테르화 반응온도인 80℃ 이상에서 96%의 TFEA 및 MA 수용액에 대해 각각 100, 900 이상의 매우 높은 물에 대한 선택도와 0.1, 0.3;kg/m2h의 투과도를 얻을 수 있었다.

Trifluoroethyl methacrylate (TFEMA)는 발수발유용 특수도료나 광섬유의 외관에 중요하게 쓰여지는 코팅제에 쓰여지는 산업적으로 중요한 단량체로, 주로 산촉매 하에 trifluoro ethanol (TFEA)와 methacrylic acid (MA)의 에스테르화 반응에 의해 제조된다. 이러한 TFEMA의 제조에 투과증발막의 적용가능성을 알아보기 위한 선행연구로서, 상용화된 폴리비닐알콜계 투과증발막(GFT Membrane Pervap^circledR1005)을 대상으로 반응물의 하나인 trifluoroethanol (TFEA)을 대상으로 온도와 농도의 변화에 따른 투과증발실험을 실시하였다. 투과증발실험 결과 TFEA 농도가 90에서 99 wt%로 높아질수록 투과용액 내의 물의 감소에 기인한 전체투과량은 감소하였다. TFEA/물 선택도는 95 wt% TFEA 농도까지는 높아지는 경향을 보였지만 97 wt%부터 감소하여 99 wt%에서는 급격히 감소하였다. 운전온도가 상승함에 따라 투과도의 증가와 더불어, 선택도도 증가하는 경향을 보였다. 적용된 TFEA 농도와 운전온도의 범위에서 GFT막은 물에 대한 우수한 투과도와 선택성을 보였다. 이러한 TFEA/물 혼합용액에 대한 높은 탈수성능은 GFT 투과증발막이 TFEMA의 에스테르화 막반응기에 적용될 수 있음을 확인시켜 주었다.

본 연구는 에스텔화 막반응공정에 의한 2,2,2-trifluoroethyl metacrylate (TFEMA)의 생산을 위한 선행연구로, 가교된 poly(vinyl alcohol) 복합막을 이용하여 TFEA (2,2,2-trifluoroethanol)/water 혼합용액을 대상으로 투과증발 특성을 연구하였다 복합막은 다공성 polyethersulfone (PES) 지지체 위에 PVA와 glutaraldehyde (GA)를 같이 녹인 수용액을 코팅한 후 산 촉매 하에서 열가교시킴으로써 제조하였다. SEM (scanning electron microscopy)을 통하여 선택층의 두께는 2-3 μm로 확인되었고, 제조한 PVA 코팅층의 수평윤도는 가교제의 농도가 증가함에 따라 감소하는 경향을 보였다. 투과증발 실험결과 가교제의 농도가 증가할수록, 투과도는 감소하고 TFEA/water의 선택도는 증가하는 경향을 보였다. 그리고 85-95wt%의 TFEA 혼합용액의 전범위에서 운전온도가 증가할수록 투과도는 증가하였지만, 선택도는 90 wt% TFEA 농도 이하에서는 감소하는 경향을 보인 반면, 95 wt%에서는 증가하는 흥미로운 경향을 보였다. 0.1 moi GA로 가교된 PVA 복합막은 운전온도 80℃, 90 wt% TFEA 농도에서 1.5 kg/m2hr의 매우 높은 투과도와 320의 선택도를 보였으며, 따라서 TFEA의 에스텔화 막반응공정에 적용 가능성을 보여주었다.