Amine functionalized polysulfone (PSf) based ultrafiltration (UF) membranes were prepared by non-solvent induction phase separation method (NIPS) with reactive PSf (matrix) and polyehtyleneimine (PEI) (additive), where PEI was reacted in dope solution to give surface modified PSf-UF membrane. Unreacted PEI might be worked as a forming agent during NIPS, however it was not much affected to the pore structures. Obtained membranes showed enhanced hydrophilic property on the membrane, which increased the water flux without loss of the rejection rate of PEO (100 K).

식물 및 동물성 단백질 유래 펩타이드 형태의 단백질 가수 분해물들은 항산화, 고혈압 완화, 면역조절, 진통완화 및 항균작용 등 생리활성이 있는 것으로 알려져 왔다. 본 연구는 연산오계란 단백질 가수 분해물을 Ultrafiltration를 이용하여 HDS(분획되지 않은 가수 분해물), 1 kDa, 5 kDa, 10 kDa, 50 kDa로 분획된 기능성 펩타이드의 DPPH radical scavenging activity, superoxide anion radical scavenging activity, hydroxyl radical scavenging activity 및 Fe2+ chelation ability을 평가하였다. 그 결 과 DPPH radical scavenging activity 최대값은 1 kDa(70.83 %), hydroxyl radical scavenging activity 최대값은 5 kDa (47.01 %), superoxide anion radical scavenging activity 최대값은 5 kDa(40.57 %), Fe2+ chelation ability 최대값은 5 kDa(29.87 %)로 나타났다. Ultrafiltration를 이용하여 fractionation된 단백질 가수 분해물의 항산화 저해 능력 IC50 평가하였다. 그 결과 HDS의 최대값은 superoxide anion radical scavenging activity(IC50, 5.42 mg/ml)이고, 1 kDa의 최대값은 Fe2+ chelation ability(IC50, 1.67 mg/ml)이고, 5 kDa의 최대값은 Fe2+ chelation ability(IC50, 2.09 mg/ml)이고, 10 kDa의 최대값은 Fe2+ chelation ability(IC50, 2.61 mg/ml)이고, 50 kDa의 최대값은 Fe2+ chelation ability(IC50, 4.53 mg/ml)이 다. 그러므로 본 연구 결과를 바탕으로 5 kDa를 이용하여 오계란 단백질에서 분획한 펩타이드는 항산 화 기능성 식품소재로서 활용할 가치가 높을 것으로 기대한다.

본 연구에서는 한외여과 막을 사용하여 대장균 단독, 대장균 및 Bacillus subtil is 균을 혼합액을 대상으로 제거 효과를 고찰하였으며, 아울러 kaolin, CaCO3 및 urea와 같은 탁도 유발 성분들과 대장균 단독, 대장균 및 Bacillus subtilis 균과의 혼합액에서의 상호작용을 검토하고자 pH 변화, 탁도 제거 효율, urea, kaolin, Ca CO3 제거 효율, 대장균 군 및 Bacillus subtilis 균의 제거 효과를 고찰하였다.

뛰어난 물성을 가진 poly (vinylidene fluoride) (PVDF)는 정밀여과 (MF)와 한 외여과 (UF) 분리막의 소재로써 많이 연구되고 있다. 기공의 크기를 조절하는 것은 분리막을 제조하는데 있어 중요한 요소이다. 본 연구에서는 매우 간단한 방법으로 분리막의 기공 크기를 조절하는 새로운 방법을 제시하고자 한다. PVDF 한외여과 분리막의 기공 크기는 유리판 위에 150 ㎛의 두께로 주조된 PVDF 도프 용액이 응고조 (증류수)속으로 들어가는 속도를 통해 조절되었다. 이 때 PVDF 한외여과 분리막의 기공 크기는 응고조에 들어가는 PVDF 도프 용액의 속도가 감소될수록 증가하는 경향을 보였다.

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 확인 할 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/min 으로 높은 값을 나타내었으며, 필터화모듈의 경우 수투과도는 1.6 LPM의 높은 투수량을 나타내며, 박테리아와 바이러스의 제거성능은 log 6 의 값의 높은 수치를 보였다.

전량여과(dead-end filtration)를 사용하여 계란 난백용액으로부터 라이소자임 효소의 분리정제에 대한 연구를 수 행하였다. 전량여과 시 사용된 한외여과 막의 분획분자량과 난백용액의 pH 변화에 따른 라이소자임의 난백에 존재하는 다른 종류의 단백질인 오발부민과 콘알부민에 대한 막을 통한 투과선택도(permselectivity)를 측정하여 투과선택도가 가장 큰 값을 나타내는 전량여과의 최적 운전조건을 결정하였다. 이 결과 난백용액으로 라이소자임을 효과적으로 투과 분리시키기 위한 최 적 운전조건은 한외여과 막의 분획분자량 30 kDa, 난백용액의 pH 11이었다. 최적 운전조건에서 난백 내 총 단백질에 대한 라이소자임의 투과선택도가 약 83의 가장 큰 값을 나타내었다.

본 연구에서는 높은 제거성능을 가지는 분리막 개발하기 위해, 상전황법을 이용하여 중공사 형태의 한외여과막을 제조하였다. 방사조건에서 고분자 농도, 에어갭, 내부응고제를 조절하여 중공사를 제조하였다. 분리막의 단면과 표면 모폴로지는 전계방출형주사현미경(FE-SEM)을 이용하여 관찰 할 수 있었으며, 수투과도와 제거성능 평가는 0.2cm2 의 테스트 모듈을 제작하여 각각 측정하였다. 50nm와 30nm PS latex bead를 이용하여 분리막의 공칭공경을 측정하였다. 측정결과 30nm 이하의 공칭공경을 가지는 것을 확인 할 수 있었으며, 미생물 제거성능은 log 6 이상의 높은 값을 나태내는 것을 확인하였다.

막분리 공정의 응용범위와 시장규모가 증가함에 따라 효과적인 물질분리를 위해 다양한 분리공정이 이용되고 있다. 이중 정수처리공정에서 수질의 안전성, 자동화 등의 장점 때문에 분리막에 대한 관심이 증가되고 있으며, 정수처리에 사용되는 대부분의 분리막은 강한 내구성, 장수명성 등이 요구되어, 이를 위하여 막오염 저항성이 크게 요구된다. 일반적으로 셀룰로오스 계열은 친수성이 강하며 막오염 저항성이 우수하고 정밀여과막이나 한외여과막 소재로 사용된다. 본 연구에서는 고분자량을 갖는 친수성 소재인 아세틸화된 메틸 셀룰로오스를 사용하여 한외중공사막을 다양한 조건에서 제조하고 제조된 막의 구조적 특성 및 투과분리 특성에 대하여 살펴보았다.

최근 정수 수질 고도화 및 시설 운영 효율화를 위해 분리막 정수처리시설 도입이 활발히 진행되고 있지만 여과효율을 감소시키는 막오염은 분리막 기술 도입에 중요한 문제점 중에 하나이다. 막오염을 제어하기 위해 분리막 세정과정이 처리공정에 적용된다. 본 연구에서는 6년 이상 운전된 막여과 정수처리 공정에서 세정 후 PVDF재질의 한외여과 분리막의 특성 변화를 분석 하였다. 장기사용에도 불구하고 PVDF 막의 물리적 강도 및 연신율에는 거의 변화가 없었으며, 화학세정 후 분리막 표면에 잔류하는 물질은 대부분 소수성의 휴믹산 계열의 유기물로 나타났다. 장시간의 세정으로 인한 막 표면 구조의 변화는 관찰되지 않았으나 사용전막 대비 평균 막 표면 공극 크기가 증가하고 표면 공극율이 감소하는 현상이 확인되었다.

고도정수처리를 위한 관형 탄소 한외여과 및 PP구의 혼성 수처리 공정에서 질소 역세척 시 막오염에 의한 저항(Rf) 및 투과선속(J), 총여과부피(VT) 등을 활용하여 휴믹산의 영향을 고찰하였다. 사용한 막은 프랑스 Tech-Sep사에서 제조하였으며 탄소 지지층에 산화지르코늄으로 코팅한 것이다. 실험에 사용한 모사용액은 유기물 중 상당부분을 차지하는 휴믹산과 점토 무기물과 같은 미세 무기입자인 카올린을 순수에 첨가하여 제조하였다. 휴믹산의 농도가 증가함에 따라 급격한 막오염으로 인해 Rf가 증가하는 경향을 보였고, 투과선속 J는 감소하는 결과를 나타냈다. 유기물질 처리효율은 증가하는 추세를 보였으며, 탁도 처리효율은 98%로 일정한 경향을 나타냈다.

Polyethersulfone, polysulfone, polyacrylonitrile and cellulose acetate were recently developed to make a membrane for medical application. The membrane made of hydrophobic polymer showed good mechanical properties, however, it caused hydrophobic interaction which results in a disadvantage of short replacement cycle due to the biofouling on the membrane surface. On the other hand, the membrane made of a hydrophilic polymer showed a high swelling ratio, which absorbs a large amount of water and eventually results in a low mechanical strength. In this study, anti-fouling ultrafiltration membranes were prepared using syndiotactic poly(vinyl alcohol) (PVA) via a phase inversion technique and a surface saponification. The biofouling and the permeability of membranes were investigated by controlling the tacticity of PVA.

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 확인 할 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/min 으로 높은 값을 나타내었으며, 필터화모듈의 경우 수투과도는 1.6 LPM의 높은 투수량을 나타내며, 박테리아와 바이러스의 제거성능은 log 6 의 값의 높은 수치를 보였다.

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 제거성능 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 log 6 이상의 높은 값을 나태내는 것을 확인하였다.

Two fractions (permeate and retentate) from fiber free Aloe vera gel were prepared using an ultra-filtration (UF) system with a tubular ceramic membrane (MWCO of 50 kDa), and their dilute solution properties were investigated. The intrinsic viscosities of fiber free Aloe vera gel and the retentate and permeate fractions that were prepared by ultra-filtration were 18.48, 37.74, and 2.01 dL/g, respectively. UF aloe retentate as a polysaccharide rich fraction exhibited polyelectrolyte behavior showing a sharp decrease of intrinsic viscosity by the addition of NaCl. However, as its NaCl concentration increasing to 1 M, its intrinsic viscosity slightly increased due to conformational change caused by the high concentration of NaCl. On the one hand, the intrinsic viscosities of the dilute UF-retentate solution were exponentially decreased with increasing temperature, and the temperature dependency of its intrinsic viscosity showed a sharp discontinuity at 30oC instead of a linear Arrhenius behaviour, indicating a variation of flow mechanism or network rearrangement of a molecular chain. The chain stiffness of polysaccharide rich fraction at bellow and above 0.5 M of NaCl addition was 0.048 and 0.515, respectively, showing different stiffenings and significant conformational change. The coil overlap parameter and critical concentration of UF-retentate were 3.0 and 0.08 g/dL, respectively.

본 실험에서는 한외여과법(막 분획분자량: 50 kDa, 100 kDa)을 이용하여 미강단백질 농축물을 제조함에 있어서 한외여과의 공정변수(압력, 시간, 부피농축비) 변화에 따른 농축물의 이화학적 조성 및 투과플럭스의 변화를 조사하였다. 이화학적 조성 변화에 있어서 미강 단백질 농축물은 탈지미강과 비교하여 단백질 함량은 약 4배 증가하였으며, 반면 회분 및 피틴산 함량은 다소 감소한 것으로 나타났다. 한외여과 공정에 있어서 공정압력이 증가할수록 투과플럭스는 거의 직선적으로 증가하였고, 공정시간이 증가하고 단백질 농축이 진행됨에 따라 농도분극 현상에 의해 투과플럭스는 감소하였다. 또한, 막의 분획분자량이 클수록 투과플럭스는 상대적으로 높았으며, 분획분자량 100 kDa, 공정압력 2 kgf/cm2에서 최대의 투과플럭스(32 L/m2·h)를 나타내었다. 농축물 중의 단백질 함량은 부피농축비(VCR)가 증가할수록, 막의 분획분자량이 작을수록 높았다. 미강 단백질 추출물을 부피농축비 8(VCR : 8)로 농축할 경우(공정 압력 2.0 kgf/cm2) 한외여과막의 분획분자량이 2배 증가하였을 때(50 kDa→100 kDa) 공정시간은 40% 감소하였으며, 평균 투과플럭스는 약 2배 정도 증가하였다.

Two fractions (permeate and retentate) from fiber-free Aloe vera gel were separated using ultra-filtration (UF) system with tubular ceramic membrane (MWCO of 50 kDa), and their molecular properties were investigated. The retentate of UF Aloe gel was a polysaccharide-rich fraction containing about 2.3-fold higher polysaccharide content than fiber-free gel. The FT-IR and 1H NMR spectra of this fraction showed the characteristic patterns of β-binding polysaccharide and a higher degree of acetylation indicating a higher level of bioactive polysaccharide content. The molecular weight and polydispersity of polysaccharide fraction from GPC (gel permeation chromatography) were determined to be 36.8-43.9 kDa and 1.24, respectively, indicating a kind of undispersed polysaccharide. From the SEM observation, the surface structure of polysaccharide fraction had a gel cluster-like structure with a convoluted rough surface. The molecular conformation by Congo red assay exhibited a property of helix structure confirming the existence of a higher-ordered structure as a biological activity conformation.

탄소섬유 한외여과막 및 광촉매 혼성 수처리를 위해 관형 여과막 외부와 원통형 막 모듈 내부 사이 공간에 광촉매를 충전하였다. 광촉매는 PP (polypropylene) 구에 이산화티타늄 분말을 플라즈마 화학증착 공정으로 코팅한 것이다. 휴믹산과 카올린 모사용액을 대상으로 막오염을 최소화하기 위해 10분 주기로 10초 동안 물 역세척을 시행하였다. 기존 결과와 동일하게 휴믹산을 10 mg/L부터 2 mg/L로 변화시킴에 따라, 막오염에 의한 저항 (Rf)이 감소하여 2 mg/L에서 최대 총여과부피 (VT)를 얻었다. 탁도와 휴믹산의 처리효율은 각각 97.1%와 74.2% 이상으로 휴믹산 농도의 영향을 받지 않았다. 그러나 기존 결과에서는 휴믹산의 농도가 증가할수록 휴믹산의 처리효율이 다소 증가하는 경향을 나타냈다.

탄소 한외여과막 및 광촉매 혼성 수처리를 위해 관형 여과막 외부와 원통형 막 모듈 내부 사이 공간에 광촉매를 충전하였다. 광촉매는 PP (polypropylene) 구에 이산화티타늄 분말을 플라즈마 화학증착 공정으로 코팅한 것이다. 휴믹산과 카올린 모사용액을 대상으로 막오염을 최소화하기 위해 10분 주기로 10초 동안 물 역세척을 시행하였다. 기존 결과와 동일하게 휴믹산을 10 mg/L부터 2 mg/L로 변화시킴에 따라, 막오염에 의한 저항(Rf)이 감소하여 2 mg/L에서 최대 총여과부피 (VT)를 얻었다. 탁도와 휴믹산의 처리효율은 각각 98.9%와 88.7% 이상이었다. UF 및 UF + TiO2, UF + TiO2 + UV 공정의 처리 분율 결과, 광촉매 흡착과 광산화에 의해 탁도는 거의 처리되지 않았으나, 광촉매 흡착 및 광산화에 의한 휴믹산 처리 분율은 각각 2.5%, 12.3%이었다. 기존 결과와 비교하면, 분리막의 재질과 기공의 크기에 따라 광촉매 흡착과 광산화에 의한 휴믹산의 처리 분율이 다르게 나타났다. 공정이 단순화될수록 180분 운전 후 막오염 저항(Rf,180)은 증가하였고, 최종 투과선속(J180)은 소폭 감소하였다.

실리카 콜로이드 용액의 정유량 한외여과에서 중력 방향에 대한 막모듈의 위치(경사각) 변화에 따라 발생되는 자연대류 불안정 흐름의 막오염 저감효과를 차압의 변화 정도를 측정하여 규명하였다. 막표면에 케이크 층을 형성함으로서 막오염을 발생시키는 나노 사이즈의 실리카 입자(평균 크기 = 7, 12, 22, 50 nm 및 78 nm)가 함유된 5가지 종류의 콜로이드 용액을 사용하여 중력 방향에 대한 막모듈의 위치(경사각 = 0˚~180˚)에 따른 차압의 변화를 교반이 없는 dead-end 정유량 한외여과 실험을 통해 측정하였다. 상대적으로 크기가 작은 실리카 입자(7, 12 nm 및 22 nm)가 함유된 콜로이드 용액의 정유량 한외여과에서 막모듈 경사각을 30˚ 이상으로 유지하면 막모듈에 자연대류 불안정 흐름이 발생되어 막오염 형성을 크게 억제시켜 차압의 증가가 거의 나타나지 않았다. 이 자연대류 불안정 흐름의 발생은 막표면에 형성된 실리카 케이크층의 벌크용액으로의 역이동(back transport)을 유발시킴으로서 차압의 증가를 억제시키는 막성능 개선 효과를 나타내었다. 그러나 상대적으로 크기가 큰 실리카 입자(50 및 78 nm)가 함유된 콜로이드 용액의 정유량 한외여과에서는 자연대류 불안정 흐름 발생의 효과가 거의 없었다. 임계 플럭스 측정 결과 실리카 입자의 크기가 작을수록 그리고 막모듈 경사각이 클수록 막모듈에의 자연대류 불안정 흐름의 발생 강도가 커져 막오염 형성이 억제되었으며, 이로 인해 임계 플럭스가 증가하였다.

정수처리용 세라믹 한외여과 및 광촉매의 혼성공정에서 주기적 질소 역세척 시 휴믹산 농도의 영향을 알아보고, 막오염에 의한 저항(Rf) 및 투과선속(J), 총여과부피(VT) 측면에서 물 역세척의 기존 결과와 비교 고찰하였다. 휴믹산 농도가 낮아질수록 Rf는 급격히 감소하고 J는 증가하여, 휴믹산 농도 2 mg/L에서 VT는 가장 높았다. 휴믹산 농도가 2에서 10 mg/L로 높아졌을 때, 180분 운전 후 막오염 저항(Rf,180)은 물 역세척 시 Rf,180값보다 0.8배 더 증가하였다. 따라서 물 역세척보다 질소 역세척 시 막오염이 휴믹산 농도의 영향을 더 크게 받는다는 것을 알 수 있었다. 탁도 처리효율은 휴믹산 농도와 무관하게 거의 일정하였으나, 휴믹산 처리효율은 휴믹산 2 mg/L에서 최대였다. 이것은 질소 역세척 시 휴믹산 2 mg/L에서 광촉매 구의 흡착과 광산화로 휴믹산이 가장 효과적으로 제거되지만, 4 mg/L에서는 광촉매 구만으로 역부족인 것으로 판단된다. 휴믹산 6 mg/L 이상에서는 막표면의 두꺼운 케이크 층과 심화된 내부 막오염으로, 휴믹산이 한외여과막에 의해 효과적으로 제거된 것이다.