본 연구에서는 시판되는 역삼투법(reverse osmosis)용 UF평막을 이용하여 -NH기를 가지고 있는 piperazine (PIP)과 -COCl기를 가지고 있는 trimesoyl chloride (TMC)의 계면중합을 통해 나노복합막을 제조하였다. UF평막을 PIP수용액에 침지시킨 후 TMC를 녹인 hexane 용액에 침지시켜 계면중합반응을 진행하였고, 별도의 건조과정 없이 초순수에 세척하여 나노복합막을 제조하였다. PIP와 TMC의 농도, 침지 시간, 친수화 유무, 공급액의 종류 등을 달리하여 제조한 나노복합막의 투과도 및 염 배제율을 측정하였다.

Development of forward osmosis (FO) membranes with high salt selectivity is a essential issue to realize the FO technology. To improve salt selectivity of the FO membrane, a polyamide thin film composite FO membrane was fabricated by the interfacial polymerization method using aromatic hydrocarbon organic solvents on polyacrylonitrile (PAN) supports. The aromatic hydrocarbon organic solvent accelerated amine diffusion rate toward the organic phase and the subsequent reaction, which can improve membrane performance by fabricating a thin and highly dense basal PA layer. As a result, the prepared FO membrane showed ~1.7 times higher flux and ~4.5 times higher salt selectivity compared to HTI-CTA commercial membrane with 1.0 M NaCl draw solution and DI water feed solution in FO mode.

계면중합법은 혼합되지 않은 두 용액에 용해되어 있는 반응성 단량체들이 계면에서 중합되는 기술로 다양한 분야 에 응용되고 있다. 이 중, 수처리 분리막의 경우 m-phenylene diamine과 Trimesoyl chloride를 반응물로 사용하고 있다. 분리 막의 성능은 다양한 중합 성능에 의해 영향을 받고 있으며, 본 연구에서는 유기 용액의 퍼짐 속도가 어떻게 분리막 표면 및 구조에 영향을 주는지를 주사전자현미경을 통해 고찰하였다. 퍼짐 속도는 7.6과 25 mm/sec로 조절하였으며, 유기상 용액은 1~3방울까지 조절하였다. 관찰된 결과는 퍼짐 속도가 7.6 mm/sec에서는 한 방울 떨어트릴 경우, 25 mm/sec에서는 두 방울 떨어트릴 경우 폴리아마이드 막에 균열을 발견할 수 없었다. 반면 나머지 경우에 모두 균열이 발생하였다. 따라서, 초기 유기 용액의 퍼짐 속도는 폴리아마이드 분리막의 성능에 영향을 줄 것으로 관찰되었다.

본 연구에서는 Polyvinylidene Fluoride(PVDF)와 Polyacrylonitrile(PAN)의 중공 사막 표면에 계면중합하여 복합막을 제조하였다. 지지체 중공사 막은 기존에 상 용화된 제품을 사용하였고, Poly(4-styrene sulfonic acid)(PSSA)와 Polyetherimide 의 농도변화, 이온세기의 변화, 코팅시간의 변화에 따라 막을 제조하였다. 제조한 막의 특성평가를 위해 NaCl, MgCl2, CaSO4 100ppm의 공급액을 이용하여 일정 가동압력과 공급유량에서 막의 투과도와 배제율을 측정하였다.

본 연구에서는 다공성 PAN(Polyacrylonitrile) 중공사 분리막을 지지체로 이용하여 계면중합반응을 통해 나노여과막을 제조하였다. 지지체로는 PAN을 사용하였으며 수용상으로는 피페라진으로 중공사 분리막 내부에 코팅한 후 유기상인 TMC와 반응하여 계면중합이 일어나도록 진행하였다. 지지체로 사용된 UF 중공사 분리막은 분획분자량 10,000, 30,000, 100,000Da를 각각 사용하였으며 피페라진(Piperazine) 농도를 0.1%, 02%, 0.3%, TMC(Trimesoyl Chloride)의 농도를 0.05%, 0.1%, 0.2%로 변화시켜 제조 하여 5bar에서의 수투과도(LMH)와 MgSO4 2000ppm, Na2SO4 2000ppm, NaCl 500ppm 수용액으로부터 염배제율(Rejection, %)을 확인하였다.

Thin-film composite (TFC) membrane is currently the most widely used membrane structure for reverse osmosis (RO) process. Most commercial membrane for RO consisted of porous support layer and dense polyamide permselective layer, yet the polyamide layer has a very rough surface morphology and considerable thickness, and these features are intrinsic properties of current RO membrane fabrication process. In this study, we present the new membrane fabrication, named layered interfacial polymerization (LIP). LIP could control the roughness and thickness of permselective layer without complicated process or significant membrane performance loss, and the performance itself was comparable to conventional IP membrane. Moreover, the fabricated membrane has a remarkable antifouling ability possibly due to the unique smooth morphology.

We report on a new fabrication method of polyamide thin film composite RO membranes, so called support-free interfacial polymerization (SFIP). In SFIP method, the PA layer is first formed at the interface without a porous support, and then adhered onto a support unlike conventional IP where the PA layer is in-situ formed directly on a support. We control the surface chemistry of a PAN support by adjusting hydrolysis to maximize adhesion of the PA layer with the support. The SFIP-assembled membrane showed higher performance and unique surface morphology compared to conventional IP-assembled one. It allows facile characterization of the PA layer and PA-support interface together with well-defining each component. Therefore, SFIP provide an promising material platform for the fabrication of RO membranes and fundament study.

Poly (vinylidene fluoride) (PVDF)의 소수성 중공사막 표면에 계면중합하여 복합막을 제조하였다. Piperazine (PIP)과 trimesoyl chloride (TMC)의 농도변화, polyethylene glycol (PEG)의 함량변화에 따라 막을 제조하였으며, 막의 특성평가를 위해 100 ppm의 NaCl, CaSO₄, MgCl₂ 용액과 NaCl과 CaSO₄를 혼합하여 제조한 300 ppm의 공급액에 대한 막의 투과도와 배제율을 알아보고자 하였다. TMC를 사용하여 계면중합하였을 때 막의 투과도와 배제율이 가장 높게 나타났으며, 0.1~1 wt%로 TMC 농도를 변화시켜 가며 실험을 수행한 결과 0.1 wt%일 때 NaCl 100 ppm에 대해 투과도 48.3 LMH (L/m²·hr)와 배제율 59%로 가장 높은 값을 나타내었다. 또한, 투과도를 향상시키기 위해 annealing처리와 piperazine에 PEG를 첨가하여 실험을 수행하였다. 실험결과 처리하지 않은 막에 비해 투과도는 전체적으로 향상되는 모습을 나타냈지만배제율이 감소하는 경향을 나타내었다.

수용상 MPD(m-phenylene diamine)와 유기상 TMC(trimesoyl chloride)를 사용하여 역삼투 복합막의 활성층 고분자인 aromatic polyamide 제조를 행하고 그 성능을 고찰하였다. 또한 polysulfone 다공성 지지막 위에 박막을 회분, 연속식으로 계면중합 제조한 후, 제조변수에 따른 역삼투 성능을 비교하였다. 회분식으로 복합막을 제조한 결과 유기상 용매의 종류, 단량체의 농도와 함침시간, 열처리 온도, 중화제, 알코올 후처리, 산 후처리 등에 의해 다양한 성능을 나타내었다. 이때, 투과량 향상에는 알코올 후처리 효과가, 또 선택도의 향상에는 단량체의 농도와 함침시간이 변수이었다. 최적조건에서 연속식 공정으로 막모듈을 제조하여 NaCl 5,000 ppm, 25kgf/cm2에서 상용막과 비교할때, 투과량은 33% 증가하고 배제율은 5% 감소하였다.