Membrane distillation (MD) is a thermally driven desalination process with a hydrophobic membrane. MD process has been known to have a lower fouling potential compared to other pressure-based membrane desalination process (NF, RO). However, membrane fouling also occurs in MD process. In this study, the membrane fouling was observed in MD process according to the pre-treatment processes. The filtration and precipitation processes were applied as the pre-treatment to prevent the membrane fouling. The pore sizes of roughing filters were 0.4, 5, 10, 30, and 60 ㎛. The concentration of the coagulant was 1.2 mg/L as FeCl3. The membrane fouling on MD membrane was successfully removed with both pre-treatment processes.

기후변화에 따른 영향으로 전 세계적으로 물부족 문제는 지속적으로 증가할 것으로 예상된다. 이러한 물부족 문제를 해결하기 위하여 다양한 대체수자원 확보기술이 개발되고 있으며, 그 중에 해수담수화 기술이 가장 활발하게 도입되고 있다. 최근 새로운 개념의 해수담수화 기술이 검토되고 있으며, 그 중 막증발법(Membrane distillation, MD) 기술이 활발하게 연구되고 있다. 국토교통부 국가연구개발사업으로 진행 중인 “Global MVP 연구단”에서는 세계 최대 규모인 400 m³/일 규모의 복합탈염 플랜트를 구축하고 있으며, 국산 중공사 막증발 모듈을 이용하여 새로운 개념의 복합탈염 설계기술과 구축기술을 확보하고자 현재 다양한 연구를 진행 중에 있다.

열유도상분리법(TIPS) 및 연신의 복합공정으로 막증류(Membrane distillation, MD)용의 소수성 및 다공성 PVDF 중공사 분리막을 제조하였다. 제조된 분리막을 막증류 공정에 적용하여 처리수량을 극대화하기 위한 방안으로 모듈의 형태와 운전조건 및 병렬 연결 시 배관의 크기 영향을 확인하고자 하였다. 진공 막증류 모듈의 최적화 실험에서는 모듈 내 분리막의 충진율과 길이가 증가할수록 플럭스는 감소하며, 진공포트의 위치는 모듈을 수직으로 연결하였을 때 원수의 inlet 방향에 위 치할수록 플럭스 측면에서 가장 유리한 것으로 확인되었다. 모듈의 헤더배관의 크기선정에서는 중공사막의 내경면적과 헤더 배관의 내경면적이 동일할 경우 최대 플럭스를 나타냄을 확인할 수 있었으며, 모듈 내 선속도가 높을수록 높은 플럭스를 나타내지만 모듈에 작용하는 압력 역시 비례하여 증가하기 때문에 최적 선속도를 찾는 것이 필요하다.

고분자 분리막의 분자동역학 연구에서는 구성 원자 개수가 많고 투과 거동 계산시 긴 시간을 필요로 하기 때문에 적절한 고분자 주쇄의 길이를 선택하는 것이 매우 중요하다. 본 연구에서는 이러한 고분자 주쇄 길이와 투과 거동 간의 상관 관계가 실제 분자동역학에서 어떻게 나타나는지 조사를 하고자 하였다. 널리 알려진 상용 고분자 Kapton® 폴리이미드 구조 를 이용하여 분자동역학을 수행하였고 기체 투과 거동을 분석하였다. 고분자 주쇄의 움직임은 그 길이와 큰 연관성이 없었으 며, 일반적인 인식과 달리 짧은 주쇄 길이를 갖고 있다고 해서 더 활발하게 움직이는 것은 아니라는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 고분자 주쇄의 말단기는 상대적으로 움직이기 쉬울 것이라는 예상과 달리, 말단에 위치하지 않은 경우라도 말단기에 위치한 원자보다 더 높은 움직임을 보이는 경우도 많았다. 최종적으로 기체 분자의 투과 성능에서도 고분자 주쇄의 길이 및 말 단기에 따른 영향은 관찰되지 않았다. 이는 기체 투과 전산모사에서 많이 언급되는 말단기 효과를 실제 전산모사에 적용할 경우, 각각의 모델 특성에 따라 제한적으로 적용을 하고 이에 대한 검증 과정을 반드시 수행하여야 한다는 것을 의미한다.

가소제는 딱딱한 특성을 지닌 플라스틱에 유연성 및 탄성을 주어 제품으로서의 부드러운 특성을 갖출 수 있도록 첨가되는 물질로서, 주로 고분자 물질에 첨가되어 유연성을 부여함으로써 가공성을 개선하 고, 내한성, 내휘발성, 전기적 특성을 강화할 목적으로 이용되고 있다. 대부분의 가소제는 비활성 액체로서 용매의 기능과 유사한 역할을 하지만 분자량이 크고 휘발성이 없다. 또한, 석유화학제품에 용해되어 있는 경우, 다른 화합물과의 중첩효과(matrix effect)에 의해 가소제만을 분리하여 정성 및 정량분석하기에 어려움이 있다. 본 연구에서는 석유화학제품에서 검출될 수 있는 가소제의 대표적 성분인 DOA와 DOP에 대해 MD-GC/MS를 활용하여 정성 및 정량분석을 실시하여 최적의 가소제 분석 방법을 개발하고자 하였다.

연료전지용 전해질막의 성능에 있어서 가장 중요한 요소는 수소이온이 전해질막 내부에 형성된 수화채널을 따라 서 얼마나 빨리 전달될 수 있느냐이다. 여기에는 수화채널의 모폴로지 및 수소이온의 확산도 등이 매우 중요한 요소가 되는 데, 이를 규명하기 위하여 다양한 분자동역학 전산모사 연구가 진행되고 있다. 분자동역학 계산에 있어서 각 원자의 움직임 및 상호작용을 미리 변수화 시켜 놓은 force-field는 필수 요소 중 하나로서, 본 연구에서는 이러한 force-field의 종류가 전해 질막 전산모사에 미치는 영향을 분석하기 위하여, 다양한 force-field를 이용하여 연료전지용 전해질막의 수소이온 확산도를 계산하였다. 이 과정에서 non-bonding interaction을 결정하는 전하 값이 수화채널 모폴로지 형성에 매우 중요한 역할을 한다 는 것이 밝혀졌으며, COMPASS force-field가 가장 정확한 수소이온 확산도 값을 얻음으로써 연료전지용 전해질막의 전산모 사에 있어서 가장 적절한 force-field일 것으로 판단된다. 이러한 force-field의 적절한 선정은 최종 분자 구조 뿐만 아니라 수 소이온 확산도에도 큰 영향을 주는 것을 알 수 있었으며, 연료전지용 전해질막 전산모사 수행 시에는 이러한 부분을 충분히 감안하여 force-field를 선택하여야 할 것이다.

The problem of disposal of brine due to increased MD/RO desalination plant has recently become a big social issue. The chlor-alkali process through electrolysis of brine has been studied as a method to overcome this problem. In order to increase the electrolysis efficiency, a pretreatment process for removal of hard substances must be preceded. In this study, we investigated the mechanism of removal of hardness through chemical precipitation. As a result, Ca was greatly influenced by addition of Na2CO3, and Mg was strongly influenced by pH. Also, the addition of NaOH and Na2CO3 enabled simultaneous removal of Ca and Mg, and showed a removal efficiency of 99.9% or more. Finally, the residual concentrations of Ca and Mg in the brine after the reaction were 0.14 and 0.13 mg/L, respectively. Saturation index was calculated using Visual MINTEQ 3.1, and solid phase analysis of the precipitate was performed by FE-SEM and PXRD analysis. It was confirmed that precipitate formed by the formation of calcite and brucite.