알코올의 탈수를 위하여 에너지 다소비 공정인 증류 공정을 투과증발 막 공정으로 대체하려는 연구가 많이 진행 되어져 왔다. 대표적인 투과증발 막인 PDMS 분리막에 대한 시간의존적 분리 거동은 분리 메카니즘의 이해에 매우 중요하다. 따라서 본 연구에서는 50 wt% 에탄올-물 혼합용액에 대하여 50°C에서 막면적 1194 cm2인 PDMS/PSF 분리막 모듈의 시간의 존적인 투과증발 분리 거동을 고찰하였다. 총 유속과 에탄올/물 분리계수는 투과증발 시간이 증가함에 따라서 초기에 증가하 다가 다시 감소하였다. 초기 분리성능의 증가는 건조한 PDMS 분리막에 에탄올이 용해되는데 시간이 걸리기 때문이며, 후기 분리성능의 감소는 주입 탱크의 에탄올 농도가 시간에 따라서 감소하기 때문에 나타나는 현상이었다. 따라서 본 연구로부터 PDMS 분리막을 통한 에탄올의 투과는 용해-확산 메카니즘에 의해 발생된다는 것이 재확인되었다.

본 연구는 (주)퓨어엔비텍에서 제조한 multi-bore 형태의 중공사 막을 이용하여 오염된 원수의 투과 후 오염된 막의 재사용을 위해 화학적 세정효율에 대해 파악하고자 하였으며 이를 위해 제조된 중공사 막의 재료는 내화학성이 좋은 PSf (polysulfone) 소재를 사용하였다. 실험은 소혈청 알부민(BSA)을 이용한 내오염성 평가 및 염기성 용액인 차아염소산나트륨 (NaOCl), 산성 용액인 구연산(citric acid)을 이용해 장기 함침하여 내화학성 평가를 진행하였다. 시간에 따른 수투과도와 인장강도를 측정하여 분리막의 기계적 강도와 성능의 감소에 대한 결과를 관찰하였다. 이후 소혈청 알부민으로 오염된 막의 화학적 용액에 따른 역세척 후 회복효율을 파악하였다. PSf 중공사 막은 뛰어난 내화학성을 가졌으며 화학적세척결과 차아염소 산나트륨의 효율이 높음을 확인하였다.

In this study, a MWCNT(multi-wall carbon nanotube) was added to polysulfone(PSf) support layer to improve flux of TFC(thin film composite) RO(reverse osmosis) membrane. Two different kinds of MWCNT were used. Surfaces of some MWCNTs were modified hydrophilically through acid treatment, while those of other MWCNTs were modified through heat treatment to maintain their hydrophobicity. MWCNT/PSf support layer was prepared by adding PSf to the NMP mixed solvent containing 0.1 wt% MWCNTs using a phase inversion method. The surface porosity of the MWCNT/PSf support increased by 42~46% while its surface pore size being maintained. The TFC RO membrane made of MWCNT/PSf support layer showed a 20% flux increase while its salt rejection characteristics is sustained. In addition, the MWCNT/PSf support layer has better mechanical stability than the PSf support layer, there resulting in an increased resistance of flux reduction due to physical pressure.

본 연구에서는 매우 벌키한 그룹인 플루오렌기를 도입하고 CO2와 친화력이 좋은 현상을 이용해 선택도와 투과도를 높일 수 있는 PEG기와의 공중합반응을 통해 위 두 인자들을 조절하였다. FT-IR을 통해 PEG의 특성 피크 (2950 cm− 1,1110cm−1)가 잘 나타나 있는 것을 확인하였다. PSf-PEG 분리막이 유리전이온 도를 하나만 가지는 것을 확인하였으며 분자량이 6000인 PEG가 10 mol%가 포함 된 PSf-PEG 분리막에서만 60 °C 부근에서 용융점이 나타난 것을 확인할 수 있었다. PSf-PEG 분리막의 이산화탄소 기체투과도는 PEG 함량에 반비례하여 감소하였지만 이산화탄소 선택도는 증가하는 경향을 보였다. 같은 함량에서 PEG 의 분자량이 증가할수록 이산화탄소의 투과도 또한 증가하는 경향을 확인 할 수 있었다.

Thin-film composite membranes (TFCs) have dominated desalination markets for recent decades, but a higher water permeance is still necessary to reduce the energy consumption. Although most researches have focused on the ultrathin active layer of TFCs, the supports should also be considered to further enhance the membrane performances. In this study, TFCs were fabricated on PSf supports containing carbon nanotubes (CNT) by interfacial polymerization. CNT/PSf supports show rougher and more porous surface morphologies than those of bare PSf supports. Because of such surface characteristics, CNT/PSf supports were favorable to increase the roughness and surface area of TFCs. Consequently, TFCs prepared on CNT/PSf nanocomposite supports showed a 41% enhanced water permeance without losing its salt rejection compared to the bare TFCs.

고분자 정밀여과 멤브레인을 이용한 분리공정은 입자나 콜로이드와 같은 특정 크기 이상의 불순물을 용액 상에서 정제하는데 있어 가장 유용한 방법으로 광범위한 분야에서 적용되고 있다. PSF 고분자 정밀여과막의 내부 구조 개선을 위하여 술폰화된 PSF 고분자 (PSS)를 사용하여 정밀여과막을 제막하였다. PSF와 PSS를 혼용해서 고분자 제막이 가능한 농도 영역을 찾았으며 다양한 농도 범위에서 VIPS 공정 조건이 이루어지도록 고분자 용액의 표면층이 충분한 시간동안 공기와 접촉할 수 있는 조건하에서 생성되어진 멤브레인의 단면 구조 및 투과 성능 변화에 관한 조사를 실시하였다. 내부 단면 구조의 비대칭성을 향상시킬 수 있었으며 기계적 강도와 유량이 향상된 정밀여과막을 제조할 수 있었다.

설폰화된 Polyetheretherketone 양이온교환막과 TMA 함량에 따라 1:1부터 3:1까지 아민화된 Polysulfone 음이온교환막을 이용하여 바이폴라막을 제조하였다. HCl, NaOH, NaCl을 일정 유량 및 정전류의 조건하에서 순환시키면서 산과 염기의 농도변화를 측정하였다. HCl의 경우 7.1g/L에서 17.3g/L, NaOH는 7.7g/L에서 20.4g/L로 2∼3배 정도 농도가 증가하는 것을 보였다. 아민함량의 증가에 따라 산과 염기의 농도는 증가하는 경향을 나타냈지만, 정전류에 따른 전압은 2:1음이온교환막이 가장 안정된 수치를 나타냈다. 또한, 막의 저항을 줄이기 위해 양이온교환막 표면을 촉매처리하여 실험한 결과, 보다 감소한 전압 값을 관찰할 수 있었다.

이온교환막이 결합된 축전식 탈염공정(Membrane capacitive deionization, MCDI)을 진행하기 위하여 양이온고분자로는 Sulfonated PPO(Poly(2,6-dimethyl-1.4-phenyl oxide)를 사용하였으며 음이온고분자로써 Aminated Polysulfone을 제조하여 전극 표면에 직접 코팅하여 사용하였다. 코팅여부는 SEM 사진을 통하여 확인하였으며, 성능을 알아보기 위하여 흡/탈착실험을 진행하였다. 유속(15, 25, 30 ml./min), 흡착시간(2, 3, 5, 7 min), 유입수의 농도(100, 200, 300, 500ppm)를 변화시켰는데 그 결과 유속은 느릴수록, 흡착시간은 길어질수록, 유입수의 농도가 낮을수록 염 제거 효율이 높게 나타났다.

바이폴라막을 제조하기 위하여 sulfonated Poly(ether ether ketone)과 aminated polysulfone을 double casting 하고, 막의 내구성 향상을 위해 2시간 동안 표면불소화 처리를 하였다. 각각의 이온교환고분자 막은 FT-IR, 함수율, IEC, 이온전도도 등의 특성평가를 진행하였으며 제조된 막으로 차아염소산발생 실험을 진행하였다. 그 결과 Trimethylamine함량과 전류밀도가 차염발생량에 영향을 주는 것으로 나타났으며, 아민 함량과 전류밀도가 높아짐에 따라 차염발생량이 증가하였다.

침지법 상전이 공정 방법으로 polysulfone (PSF) 분리막을 제조하였다. PSF/NMP/PVP/phosphoric acid의 캐스팅 용액과 물 침전조를 이용하여 분리막을 제조하였다. 증기 유도 상전이법과 비용매 유도 상전이법을 연속하여 적용함으로서 캐스팅 용액에 첨가된 인산의 영향이 분리막의 구조 및 투과량에 미치는 영향을 살펴보았다. 미량의 인산의 첨가로도 평균 기공의 크기, 공극률, 수투과량의 증가를 볼 수 있었다. 또한 분리막의 구조가 치밀한 스펀지 형태의 구조에서 비대칭성이 향상된 구조로 변화함을 확인할 수 있었다. PSF/NMP/PVP/phosphoric acid/BE를 함유한 캐스팅 용액을 준비한 후 동일한 조건으로 증기 유도 상전이법과 비용매 유도 상전이법을 연속하여 적용하여 분리막을 제조하였다. BE의 첨가는 평균 기공의 크기를 거의 0.1 mum 정도 향상시키는 효과를 가져왔으며 수 투과 유량 또한 10~12L/cm2·min·bar 향상시키는 결과를 나타내었다.

바나듐 레독스-흐름 전지 (V-RFB)용 격막으로 사용하기 위해 폴리설폰(psf)에 폴리페닐렌설파이드설폰(PPSS)을 블록 공중합 시킨 폴리머와 여기에 TPA (tungstophosphoric acid)를 첨가하여 양이온교환막을 제작하였다. 제작한 막은 1M H2SO4용액을 사용하여 막 저항을 평가하였다. 제작한 Psf-PPSS와 Psf-TPA-PPSS 양이온교환막의 막 저항은 약 0.94Ω·㎠를 나타냈다. 제작한 양이온교환막과 Nafion117을 격막으로 사용하여 V-RFB의 전기화학적 특성을 평가하였다. 4 A의 전류에서 측정한 V-RFB의 충 방전 셀 저항은 막의 종류에 따라 Nafion117 < Psf-TPA-PPSS < Psf-PPSS 의 순서로 값이 낮았다. 막을 5가 바나듐 수용액에 침적하여 침적시간 변화에 따른 V-RFB의 총 방전 셀 저항을 측정함으로써 내구성을 평가하였다. 내구성은 제작한 Psf-PPSS 막이 가장 우수하였으며, Nafion117막과 제작한 Psf-TPA-PPSS막이 서로 동등하였다.

상전환 공정을 이용하여 무기 fluor인 cerium activated yttrium silicate (CAYS)가 함침재로 존재하는 폴리설폰 고분자막을 제조하였다. CAYS가 포함된 제막용액을 물 또는 이소프로파놀의 비용매 욕조에 침지시켜 고형화시켰을 때, 막에 함침되는 CAYS는 침지용 비용매에 따라 뚜렷하게 다른 함침 특성을 나타냄으로써, 제막용액의 고형화 경로를 추적할 수 있는 역할을 하였다. 물욕조에 침지되어 고형화된 막에서 무기물인 CAYS가 고분자 구조에 달라붙은 형상을 보여준 반면, 이소프로파놀에 침지되어 형성된 막에서는 셀 같은 기공 부분에 모여있는 것이 확인되었다. 이러한 현상은 제막용액의 침지 과정에서 무기함침재들이 액체-액체 상분리에 형성된 고분자 희박지역으로 집중되었음을 확인시켜 주었다.

PSf/D2EHPA/CNT beads were prepared by immobilizing di-(2-ethylhexyl)-phosphoric acid (D2EHPA) and carbon nanotubes (CNT) on polysulfone (PSf) and used to remove Cu(II) from aqueous solutions. Optimum pH was in the range of 4 to 6. The removal kinetic of Cu(II) by the prepared PSf/D2EHPA/CNT beads was mainly governed by internal diffusion, and the diffusion coefficient of Cu(II) by PSf/D2EHPA/CNT beads was found to be 2.19×10-4∼2.64×10-4 cm2/s. The Langmuir isotherm model predicted the experimented data well. The maximum removal capacity of Cu(II) obtained from this isotherm was 7.32 mg/g. Calculated thermodynamic parameters such as ΔGo, ΔHo and ΔSo showed that the adsorption of Cu(II) ions onto PSf/D2EHPA/CNT beads was feasible, spontaneous and endothermic at 293–323 K.