제지공정 폐수 내에 포함된 리그닌을 재사용하기 위해 같이 포함되어있는 금속이온을 줄여야한다. 본 연구에서는 세라믹 분리막을 이용하여 제지공정 폐수 내의 금속이온을 제거하는 연구를 진행하였다. 분리막은 DMAc 용매에 PESf 고분자를 용해시킨 뒤 α-Alumina 분말을 넣고 PVP 분산제를 첨가하여 평판형 분리막을 제조하였다. FE-SEM으로 분리막의 단면과 표면을 관찰하고 CFP (Capillary Flow Porometer)장치를 통해 기공크기를 측정하였다. 분리막을 이용 한 금속이온제거 실험을 한 뒤 실험 전, 후의 폐수를 ICP-MS분석을 통해 금속 이온량을 측정하였다.

전기⋅전자산업이 급격하게 발전함에 따라 유가금속 및 희소금속의 수요가 급증하고 있다. 유가금속들은 주로 제련산업 공정에서 다량 방출되며, 회수기술 부족으로 중화, 치환, 흡착을 통해 폐기되어 큰 비용으로 경제적이지 못하다. 이에 분리막을 통한 유가금속회수 소재개발의 필요성이 강조되고 있다. 유가금속이 포함된 습식제련 공정 침출액(15% 황산 용액, 온도 60°C)은 다량의 다가이온과 1가이온을 포함하고 있기 때문에 이온별 분리가 가능해야 하며, 특히 구리와 같은 2가 유가금속 분리성능이 우수해야 한다. 또한, 지속적인 분리/농축을 위해 산에 대한 안정성이 중요하다. 따라서 본 연구를 통해 2가 금속 배제율 98%, 유량 33GFD 성능을 1개월 이상 유지하는 나노분리막 제조 연구 개발을 수행하고 있다.

연구에서는 펄프공정으로부터 배출되는 리그닌 추출물 내의 금속이온분리를 위한 연구를 진행하였다. α- Alumina 분말에 DMAc (N,N-dimethylacetamide) 용매와 PESf (Polyethersulfone) 고분자를 혼합하고 PVP (Polyvinylpyrrolidone) 분산제를 첨가하여 슬립 캐스팅 방법으로 분리막을 제조하였다. 분리막은 CFP (Capillary Flow Porometer) 장치 를 통해 기공크기를 측정하고 FE-SEM (Field Emission Scanning Electron Microscope) 장치를 이용하여 실제 분리막 표면과 단면을 관찰하였다. 플럭스는 분리 실험장치를 이용하여 시간당 여과된 무게를 측정하여 계산하였다. 기공크기측정은 0 psi에 서 30 psi까지 서서히 증가하는 승압조건에서 진행하였다. 분리막의 기공크기는 0.4 μm 크기를 가지며 플럭스는 분리막의 파 울링에 의해 초기 플럭스 값인 6.36 kg⋅m-2⋅h-1에서 1.98 kg⋅m-2⋅h-1으로 감소하여 3시간 이후부터 일정해지는 것을 확인 하였다. 투과 실험 후 막 오염물질은 간단한 세척을 통해 제거 가능하였다. 분리실험을 통해 초기 리그닌 추출물 내에 포함되 어 있던 Na은 69%만큼 줄었고, Fe은 87%, K은 95%, Ca은 93%, Mg은 96%만큼 제거됨을 보였다

Novel processable sulfur copolymer (poly(S-r-CEA)) was synthesized via facile inverse vulcanization of elemental sulfur with 2-carboxyethyl acrylate (CEA). This polysulfide was electrospun producing sulfur-rich nanofiber and tested for heavy metal sequestration. Adsorption experiments show very high and efficient Hg2+ adsorption. This work extends the novelty of inverse vulcanization chemistry by developing method for preparation of material based on inverse vulcanized polysulfide. Consequently, a new and cheap yet effective material was prepared for heavy metal sequestration from contaminated water. This work was supported by Basic Science Research Program through the National Research Foundation of Korea (NRF) funded by the Ministry of Science, ICT and Future Planning (2015R1A2A1A15055407) and by the Ministry of Education (No. 2009-0093816).

본 발표에서는, 팔라듐계 수소분리막의 구성과 원리, 응용분야, 국내외 연구기관별 연구현황 및 한국에너지기술연구원에서 진행한 연구결과를 소개한다. 다공성지지체의 표면에 치밀질 팔라듐계 합금을 코팅하여, 수소를 선택적으로 분리할 수 있는 분리막의 특성, 모듈구성, 이를 이용한 CCS 공정에 적용예를 통하여 설명한다. 구체적인 내용으로, 1. 분리막 제조부분에서는, 평판형 다공성 니켈지지체 표면에 컬럼형태의 세라믹을 일차적으로 코팅하고, 이의 표면에 팔라듐을 코팅해서 치밀화는 공정을 설명한다. 2. 모듈 부분에서는, 모듈형태에 따른 수소플럭스와 회수율에 미치는 영향을 설명한다. 3. 개발한 분리막/모듈을 이용한 응용공정 소개를 통하여 이의 활용성 및 향후 연구방향을 제시한다.

본 연구에서는 제련 공정에서 발생되는 희소금속 및 유가금속 회수를 위한 나노여과막으로 도레이 케미칼에서 생산되는 NE40, 70, 90을 선정하였으며, 습식 제련 공정을 모사하기 위해 황산 15% 용액에 침지하여 시간에 따라 표면 특성을 분석하였다. 황산 노출 전/후의 표면 특성 분석을 위해, 주사전자현미경(SEM), 원자간력현미경 (AFM), 감쇠전반사-푸리에변환 적외선분광기 (ATR-FTIR), 광전자분광기 (XPS)를 이용하여 분석하였다. 이를 바탕으로 Piperazine 기반의 NE40, 70의 분리막이 m-Phenylenediamine (MPD) 기반의 NE90 분리막과 비교하여 산에 대한 영향이 많음을 알 수 있었으며, 내산성을 가지는 분리막을 위해 MPD 기반의 분리막이 유리함을 보여주었다.

분리막 생물반응기(MBR)는 전통적인 수처리 방법과 비교하여 안정적인 수질확보, 처리부지 감소, 높은 유기물 제거 등의 장점으로 인하여 매우 널리 사용되고 있다. 그러나 긴 고형물 체류시간과 높은 미생물 농도로 인하여 종종 인제거에 제한이 있다. 전통적으로 인을 제거하기 위해 화학적 침전 방법이 가장 널리 사용되고 있으나 이는 과량의 응집제 주입으로 인한 비용 문제 및 대량의 슬러지 발생의 한계점을 가지고 있다. 반면 흡착공정은 상대적으로 운전이 쉽고 간단하며 슬러지 발생량을 현저히 줄일 수 있는 방법이다. 따라서 본 연구에서는 입상 금속산화물 흡착제를 개발하고 이를 이용하여 MBR처리수 내의 인을 제거하는데 적용하고 성능을 평가하였다. 본 연구는 환경부의 연구비(과제번호 2013001390002)를 지원받아 진행되었습니다.

단일막이 가지는 저유량 한계성과 복합막이 가지는 용질 역확산 현상을 완화하기 위한 방법으로 지지층 내 금속 착물이 균일하게 정착된 PSF 고분자 지지층을 제조하였다. 부직포의 두께와 밀도를 조절하였으며 지지층 제조법 최적화 이후 Fe(II)-chelate 착물을 포함하는 정삼투 분리막을 제조하였다. 지지층 제조방법에 있어 고분자의 부직포 함침 속도 조절이 정삼투 분리막 지지층의 구조결정에 가장 중요한 역할을 함을 볼 수 있었다. 고분자의 상 전이 과정에 있어서 금속 착물과 같은 극성물질의 존재가 용매 -비용매 치환 속도에 영향을 주어 지지층 구조 조절을 유도하였으며 그 결과, 용질 역확산이 약 0.07 - 0.11 GMH의 값을 가지는 높은 제거효율의 FO막을 제조할 수 있었다.

The main objective of this research is to study feasibility for applying metal membrane to remove particles from air scouring membrane backwash water. Also, the research was conducted to investigate the influence of polyamine coagulation on floc growth in membrane backwash water as pretreatment for removal particles. From the results of experiments for evaluating the influence of polyamine coagulation on floc growth, it was investigated that particles in the rage of 2~50 μm grew up to 30~5,000 μm. In addition, all six metal membranes showed lower removal efficiency, which was 0.87~13.89%, in the case of no polyamine coagulant. On the other hand, in the case of injecting polyamine coagulant, those did extremely high efficiency in 56~92%. From the SEM(Scanning Electron Microscope) images of filtered wiremesh and metal foam membrane, sieve effects were predominant for liquid solid separation in wiremesh and adsorption and diffusion capture effects were predominant in metal foam membrane.

TiCoxFe1-x(x=0.50~1.00)계 합금을 제조하고, 합금의 특성을 X-ray diffractometer (XRD), pressure composition temperature (PCT)곡선, scanning electron microscopy (SEM)에 의해 조사하였고, TiCoxFe1-x(x=0.50~1.00)-stainless steel (SS) 복합막에 대해 H2-N2 혼합기체분리실험을 하였다. X-선 회절분석에 의하면 TiCoxFe1-x(x=0.50~1.00)계 합금의 결정구조는 TiCo와 같은 입방정구조이었다. TiCoxFe1-x(x=0.50~1.00)계 합금은 120°C에서 hysteresis현상을 나타내었고, 합금 중 Fe의 양이 증가함에 따라 x=0.90~1.00과 0.50~0.55 범위에서는 hysteresis가 증가하였고, x=0.55~0.90 범위에서는 감소하였다. 가장 작은 hysteresis를 나타낸 합금은 TiCo0.55Fe0.45이었다. 120°C에서 TiCoxFe1-x(x=0.50~1.00)-SS 복합막의 수소투과압력의 최저값은 TiCo0.55Fe0.45에서 2.5 atm을 나타내었고, 최대값은 TiCo0.90Fe0.10에서 10 atm을 나타내었다. TiCoxFe1-x(x=0.50~.00)-SS 복합막에 의하여 120°C에서 H2-N2 혼합기체를 분리하는 경우, 가장 우수한 복합막은 고압부의 수소투과압력이 2.5 atm으로 가장 낮고, hysteresis가 가장 작은 TiCo0.55Fe0.45-SS 복합막이었다.

본 연구는 거대고리 금속 이온 착화합물과 유도체를 이용하여 미세 다공성 구조를 가지는 분리막의 제조에 관한 것이다. 고분자와 금속이온 리간드 착물 시스템을 이용함으로써 기존의 방법들에 비해 상 전이 과정을 보다 정교하게 제어할 수 있었다. 금속염, cyclohexanedione dioxime, hydroxyphenylboronic acid와의 축합 반응을 통하여 금속 clathrochelate 착물을 얻을 수 있었다. PES, PVP, BE와 금속 clathrochelate 착물을 DMF에 녹인 후 비용매 유도 상 전이법을 통하여 유무기 혼성 고분자막을 제조하였다. 제조된 분리막의 구조는 FE-SEM과 microflow permporometer로 조사하였다. p-Hydroxyphenyl group 을 가지는 Fe(II) clathrochelate 착물의 첨가는 분리막의 구조에 있어 기공 크기 분산도를 좁혀주고, 표면의 기공 밀도를 높여 주었으며 최대 기공 크기를 감소시킴을 볼 수 있었다.

니켈입자와 고분자를 함유한 니켈슬러리를 상전환법을 이용하여 중공사 형태로 성형한 후, 소결법을 이용하여 1,150℃ 환원조건에서 소결하여 금속 필터를 제조하였고 니켈 입자를 표면에 함침한 후, 800℃ 환원조건에서 소결하여 금속 정밀여과막을 제조하였다. 소결조건에 따른 금속 중공사 필터와 정밀여과막의 기공크기, 강도를 살펴보았다. 금속 중공사 정밀여과막은 산, 염기 및 염소에 대한 저항성이 뛰어났으며 역세척에 의한 투수량 회복률이 우수하였다.

본 연구는 압연공정을 이용하여 금속망 만을 사용하여 금속막을 제조하는 과정과 금속망과 금속분말을 사용하여 금속막을 제조하는 과정에 대해 연구했다. 금속망 압연과정에서 선택된 금속망은 각각 10%, 20% 그리고 30%의 감소율로 압연했다. 이 압연공정은 망 wire의 지름을 변화시키거나 망의 단면적의 감소를 통해 망의 공경 크기를 감소시킨다. 압연된 금속망의 여과율은 압연시키지 않은 금속망의 여과율과 거의 동일한 여과율을 보였으며 금속막의 공경크기 분포 또한 더 균일했다. 금속망 위에 금속분말 층을 제조하는데 있어 분말 접합제로서 PVA를 사용하였으며 1시간 동안 100℃에서 금속분말 층을 건조시키고 진공에서 3시간 동안 1000℃에서 소결시키는 방법이 높은 공경 밀도와 균열이 없는 금속망 위에 금속분말 층을 형성하는 최적 조건이었다. 소결 전 30%감소율을 가지는 금속망에 대해 금속분말 층 형성에 압연공정을 적용할 경우 여과율이 약 0.7 μm인 금속막이 성공적으로 제조되었다.

The electrochemical properties of novel metal powders were investigated for the electrode materias of polymer electrolyte memebrane electrolysis. Two types of Pt black and powder electrodes were hot-pressed on the polymer electrolyte membrane to form membrane electrode assembly. The galvanodynamic polarization methode was used to characterize the electrochemical properties of both electrodes. From the experimental results, we concluded that the powder electrode exhibits better electrochemical performance than Pt black as cathode material for the electrolysis.

합성 하수 및 실제 하수를 이용한 금속 막의 정밀 여과 공정에서 분리 막의 전체 저항의 증가는 입자의 막 표면 축적에 의한 케이크 층의 저항 (Rc)에 가장 큰 영향을 받았다. 막 오염 저감을 위한 방법으로 오존 가스를 이용한 간헐적 역세정은 공기에 의한 경우보다 막 오염 저감에 훨씬 더 효과적인 것으로 나타났다. 운전 인자에 대한 영향으로 동일한 오존 주입량에서는 주입시간을 길게 하기보다는 주입 가스 유량을 크게 할수록 더 높은 막 투과 유속의 회복을 보였다. 여과시간이 길수록 오존가스를 이용한 막 오염 저감효과가 감소하는 것으로 나타나 부착층 및 막 내부에서 파울링 물질에 의한 비가역적인 막 오염이 발생하기 전에 막 세정을 실시하는 것이 바람직한 것으로 판단된다.

ZnSo4ㆍ7H2O에 의한 모델폐수에서 Zn 농도 및 pH를 변화하여 역삼투 실험하였고, Zn용액의 pH에 따라 아연의 제거율은 상당히 변화하였고, pH 3.0~11.5 범위에서 실험한 바 pH 8.3일 때가 아연제거율은 99.9% 이상, 투과 속도는 1.49 × 10-3cm/sec로 가장 큰 값을 보였다. 아연모델폐수에 Cyanide를 아연농도와 동량으로 첨가하였을 때, 아연은 99%, Cyanide는 93% 정도 제거가 가능하였다. 또한 첨가제로 음이온계면활성제 등을 첨가하여 실험한 결과, Membrane에서의 투과속도가 0.76 × 10-3cm/sec로 현저히 감소하였다.

Polluting gases emitted from industrial sites take compound forms consisting of gaseous and particulate phases. Localization of PTFE membrane filters has thus been initiated to remove particulate materials and mercury, which is a heavy and hazardous metallic element. More specifically, a PTFE membrane filter was fabricated by thermal laminating technology to vary porosity on the filter surface for removal of particulate materials thereon. Optimized equi-biaxial stretching ratio control enables minimization of large-size pore formation with an average pore size of 0.58 μm and improved air permeability of 8.03 cm3/cm2/sec. Various adsorbents were tested for removal of mercury vapor by surface treatment of the PTFE membrane filter. The filter’s surface was further altered using functional amine group compounds: one composed of silane coupling agent (APTMS) was found suitable as a mercury adsorbent. When ACF with a large surface area was used as support material, mercury removal efficiency increased threefold to 0.162 mg/g-ACF. Furthermore, the developed PTFE membrane filter was tested in its capacity of differential pressure and filtering efficiency using a pilot scale particulate removal unit. Stable and consistent differential pressure was maintained during long-term operation and less frequent periods of filter shutdown due to pores filling with 99.96% of particulate removal efficiency, which was more than satisfactory filtration efficiency.

감마선이 조사된 세포막 모델에서 K+ 와 Na+의 선택적 전달특성을 연구하였다. 이 실험에 사용된 세포막 모델은 Na+슬폰화 폴리스티렌-디비닐벤젠(polystyrene-divinylbenzene) 혼성 중합막을 사용하였다. 이온의 초기플럭스는 H+이온 농도의 증가와 함께 증가하였다. 이 실험의 조건을 pH 0.5-3, 온도 15-65℃로 하여 첫 번째 조사되지 않은 막의 K+와 K+/Na+의 선택도는 약 1.06 - 1.13이고 두 번째 조사된 막의 K+와 K+/Na+의 선택도는 약 0에 가깝다. 조사된 막의 pH의 추진력은 조사되지 않은 막보다 약 4-5배 정도 유의성 있게 증가하였다. 세포막모델에서 K+ 와 Na+의 선택적 전달특성이 비정상적이기 때문에 세포장해가 세포에서 발현된다.

New two macrocyclic compounds using as carriers of liquid emulsion menbrame, have been synthesized. These reuslts provide evidance for the usefulness of the theory in designing the systems. The efficiency of selective transport for heavy metal ions have been discussed from the membrane systems that make use of SCN^- I^- , CN^- and Cl^- ion as co-anions in source phase and make use of S_2O_3^2- and P_2O_7^4- ion as receiving phase, respectively. The transport, rate of M(Ⅱ) was highest when a maximum amount of the M(Ⅱ) in the source phase was present as Cd(SCN)_2([SCN^-]=0.40M, Hg(SCN)_2([SCN^-]=0.40M) and Pb(CN)_2([CN^-]=0.40M). The Cd(Ⅱ) and Pb(Ⅱ) over each competitive cations were well transprted with 0.3M-S_2O_3^2- and 0.3M-P20_7^4 , respectively in the receiving phase. Results of this study indicate that two criteria must be met in order to have effective macrocycle-mediated transport in these emulsion system. First one must effective extraction of the M^n+ into the toluene systems. The effectiveness of this extraction is the greatest if logK for M^n+-macrocycle interaction is large and if the macrocycle is very insoluble in the aqueous phase. Second, the ratio of the logK values for M^n+-receiving phase (S_2O_3^2- or P_2O_7^4-) to M^n+-macrocycle (L_1 or L_2) interaction must be large enough to ensure quantitative stripping of M^n+(Cd^2+, Hg^2+ or Pb^2+) at the toluene receiving phase interface. L_1(3.5-benzo-10,13,18,21-tetraoxa-1,7,diazabicyclo(8,5,5) eicosan) forms a stable Cd^2+ and Pb^2+ complexes and L_1 is very insoluble in water and its Cd2^+ and Pb^2+ complex is considerably less stable than Cd^2+-(S_2O_3)_2^2- and Pb^2+-P_2O_7^4- complexe is On the other hand, the stability of the Hg^2+-L_1 complex exceed that of the Hg^2+-(S_2O_3)_2^2- and Hg^2+-P_2O_7^4- , and the distribution coefficient of L_2(5,8,15,18,23,26-hexaoxa-1,12- diazabicyclo-(10,8,8) octacosane) is much smaller than that of L_1. Therefore, the partitioning of L_2 is favored by the aqueous receiving phase, and little heavy metal ions transport is seen despite the large logK for Hg^2+-L_1 and M^n+(Cd^2+, Pb^2+ and Hg^2+)-L_2 interactions.