본 논문에서는 ~1.5 μm의 기공 크기를 가지는 고투과도 알파 알루미나 지지체 위에 도포된 서스펜션의 증발유도 자기조립 현상을 이용하여 중간층을 형성하는 새로운 코팅 방식을 소개한다. 새로운 코팅 방법으로 만들어진 중간층은 일반 적으로 사용되는 담지법으로 코팅된 중간층과 비교하여 표면거칠기와 불균일도가 낮아 코팅에 적합하였다. 복합막 지지체로 서의 평가를 위해 제조된 지지체는 감마 알루미나 복합막 제조에 사용되었다. 메조 기공을 가지는 감마 알루미나 복합막은 반복코팅 없이도 매크로 기공 크기의 결함이 존재하지 않았으며 일반적으로 널리 사용되는 100~200 nm의 기공 크기를 가지 는 지지체로부터 만들어진 같은 두께의 복합막과 비교하여 2.3배 이상의 높은 질소투과도를 보였다.

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.

폴리벤즈이미다졸(PBI)는 현재 상용 고분자들 중에서 가장 내열성이 좋은 이종고리화합물이다. 우수한 기계적, 화학적 물성 때문에 해당 고분자는 나노공학, 전기공학, 광학, 재료공학과 같은 분야 외에도 쓰임새가 다양하다. 본 연구는 폴리벤즈이미다졸 지지체를 제조하기 위하여 전기방사를 이용하였다. PBI 방사 용액의 용매로서 DMAc를 사용하였고, LiCl은 안정제로써 사용하였다. 또한 다양한 전기방사의 조건을 변화시킴에 따라 나타나는 모폴로지를 관찰하고자 하였다. 또한, DBX를 이용한 가교반응을 통하여 보다 화학적으로 강화된 필름을 제조하였다. 나노 섬유의 화학 구조와 성분은 FT-IR와 DSC를 통해 확인하였다. 전기방사 섬유의 모폴로지는 SEM을 통해 확인하였다.

In pressure retarded osmosis (PRO) process, thin film composite (TFC) type membranes which can withstand high operating pressure are required. In this study, glass fibers (GF) are used as additive for mechanical strength enhancement of the support layer of TFC membranes. The support layers were fabricated by a phase inversion method by using the casting solution of blended GF (two different size of milled GF) with polyethersulfone (PES). The fabricated support layers were characterized by FE-SEM, FT-IR, contact angle goniometer, and universal testing machine. Lab-scale ultrafiltration experiment was carried out to measure their performance. As a result, the support layer with milled GF showed higher mechanical strength and water flux than the pure PES support layer, and the support layer with smaller size GF showed higher performance.

본 연구에서는 PAN과 폴리설폰의 두 지지체와 PEBAX 1657, 2533 두 선택층을 형성하였고, 지지체의 투과저항으로 인한 복합 막의 기체 투과도와 선택도의 차이를 확인하였다. 투과선택도를 향상시키기 위하여 PEG를 첨가하여 20에서 50 wt% 범위에서 농도를 달리하여 막을 제조한 후 CO2, N2 기체 투과성능을 측정하였다. 투과 성능이 가장 우수한 복합막의 물성 평가로써, PEBAX 복합평막의 미세구조를 관찰하였고, PEG 함량의 증가로 인한 Polyether 유리전이온도의 변화를 확인하였다. PEG 첨가제에 의한 PEBAX 복합평막은 에틸렌옥사이드 그룹으로 이루어진 PEG가 이산화탄소에 친화성을 가지고 있어서, PEG가 증가함에 따라 이산화탄소의 투과도를 향상시킬 수 있었다.

Membrane distillation (MD) is a hydrid membrane process using the temperature difference as a driving force. In order to enhance the performance (flux) of the MD process, various membrane structures (asymmetric or bi-composite) and materials (PP, PVDF or PTFE) have been suggested. In this study, the support layer of the commercial PTFE/PP bi-composite membrane is modifed by forming the macro punctures in it. The size and location of macro punctures were varied according to the designed support layer porosities (50, 60, 70 and 80 %). The modified membrane test was conducted by using the DCMD configuration. The flux of a modified membranewas enhanced up to 27 % compared with that of pristine membrane when the size of the macro puncture and overall porosity of the support layer were larger than 20 mm2 and 60 %, respectively.

정삼투 분리막 용도에 적합한 폴리아미드 복합막의 제조에 있어 지지층의 극성 및 공극률이 폴리아미드 구조 및 정삼투 분리막 투과 성능에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 클레쏘킬레이트 금속착물(0.1-0.5중량%)이 함유된 폴리술폰(18중 량%) 용액을 상전이 공정을 통하여 지지층을 제조하였다. 제조된 지지층 상에 방향족 폴리아미드 활성층을 제막하였다. 다공 성 PSF 지지층 제조를 위하여 상대적으로 낮은 폴리술폰(12중량%) 용액을 이용한 지지층을 폴리에스터 필름상에서 제조한 후 필름을 제거하고 제조된 지지층 상에 방향족 폴리아미드 활성층을 제막하였다. 제막된 시편 중 폴리술폰(18중량%)/금속착 물(0.5중량%)로 만들어진 FO막은 유량 9.99 LMH, reverse salt flux 0.77 GMH로 HTI의 상용막(10.97 LMH, 2.2 GMH)과 비교해도 거의 비슷한 유량값과 향상된 RSF 값을 얻을 수 있었다. 캐스팅 용액의 금속착물의 첨가로 활성층 두께가 줄어들 었으나 제거효율은 향상되는 결과를 얻을 수 있었다.

본 연구에서는 silicalite-1 제올라이트 분리막 합성 시에 종결정 코팅용액 pH 변화가 제올라이트 분리층 미세구조에 미치는 영항을 고찰하였다. 75 nm 크기로 합성된 종결정은 에탄올에 분산된 후 침지코팅법으로 지지체 표면에 코팅되었으며 분산용액의 pH는 2.2, 7.0, 9.3으로 조절되었다. pH가 7인 경우, 균일하고 두께가 3~4 μm인 silicalite-1 제올라이트 분리층이 형성되었고 분리층 결정입 크기는 100 nm로 미세하였다. 반면, pH가 2.2와 9.3인 경우, 분리층 두께가 얇고 불완전하였으며 분리층 결정입 크기도 약 1 μm로 조대하였다. pH 7에서 완전한 제올라이트 분리층이 형성된 것은 침지코팅 중에 지지체와 종 결정이 서로 다른 부호의 전하를 가져 정전기적 인력이 작용하여 균일하고 조밀하며 두껍고 다층의 종결정 코팅층이 형성되었 기 때문이었다. 반면에 pH가 2.2와 9.3인 경우, 침지코팅 중에 지지체와 종결정이 서로 같은 부호의 전하를 가져 정전기적 반 발력이 작용하기 때문에 불완전한 덮힘에 의하여 불완전한 분리층이 형성된다고 판단되었다. 결론적으로, 종결정 코팅용액의 pH가 silicalite-1 제올라이트 분리층의 두께, 결정립 크기 등 미세구조를 결정하는 중요한 인자임을 확인할 수 있었다.

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.

본 연구에서는 기공의 크기가 큰 다공성 지지체를 3~4 μm, 150 nm의 크기를 갖는 α-알루미나 입자를 물과 실 리카-지르코니아 용액에 각각 분산시키는 방법으로 표면 개질을 하였다. 3~4 μm 크기의 알루미나 입자가 분산된 용액을 이 용하여 금속 지지체 및 알루미나 지지체에 코팅하였을 때, 코팅횟수가 증가할수록 지지체의 표면의 큰 기공이 감소하였고, 여 기에 150 nm 크기의 알루미나 입자가 분산된 용액으로 추가 코팅을 하면 작은 크기의 알루미나 입자가 기공 사이사이에 들 어가면서 지지체를 좀 더 매끄럽게 개질하는 역할을 하는 것을 확인하였다. 특히 실리카-지르코니아 용액을 분산매로 하여 표면 개질을 한 경우, 알루미나 입자가 실리카-지르코니아 층에 촘촘하게 박힌 모양으로 고정이 되어 지지체 개질에 효과적 임을 확인하였다. 이러한 방법으로 제조된 실리카-지르코니아 분리막의 기체투과도는 상온에서 각각 1.8 - 8.4 × 10-4 mol⋅m-2 ⋅s-1⋅Pa-1, 3.3 - 5.0 × 10-5 mol⋅m-2⋅s-1⋅Pa-1이며 수소/질소 선택도는 Knudsen 분포를 보였다. 표면 개질된 지지체에 다양 한 분리층을 형성하는 방법으로 무기 분리막 응용에 이용할 수 있을 것으로 예상된다.

본 연구에서는 종결정 코팅층이 NaA 제올라이트 분리막 형성에 미치는 영향에 대하여 고찰하였다. NaA 제올라이트 분리막은 평균입경 100 nm 종결정을 다공성 α-알루미나 표면에 진공여과 코팅하고 100˚C에서 24시간 수열처리하여 합성되었다. 이때 지지체 표면에 분포된 종결정 양을 조절한 후 형성된 NaA 제올라이트 분리층의 두께와 결정입 크기 등 미세구조에 미치는 영향에 대하여 고찰하였다. 종결정 코팅 양은 지지체를 통과한 종결정 수용액의 여과 양을 조절하여 제어하였다. 종결정을 단일층으로 코팅한 후 합성하였을 경우, 코팅 양이 증가함에 따라 분리층 단면에서의 두께와 균일도는 증가하였으며, 표면에서의 결정입 크기는 감소하면서 균일도는 증가하였다. 반면, 종결정을 다층으로 코팅한 후 합성하였을 경우, 균일한 분리층을 형성하였지만 단일층으로 코팅된 경우에 비하여 불균일하였으며 두꺼운 분리층이 형성되었다. 균일하고 초박형의 결함이 없는 제올라이트 분리층을 형성하기 위해서는 종결정을 균일하고 단일층으로 코팅하여야 함을 알 수 있었다. 본 연구로부터 종결정의 코팅 상태가 이차성장에 의한 NaA 제올라이트 분리층의 미세구조를 결정하는 중요한 인자임을 확인할 수 있었다.

대공간 구조형식을 갖는 단층 래티스 돔은 역학성, 가능성, 심미성 등을 갖는 구조물로서 그 용도가 점점 확대되고 있다. 단층 래티스 돔의 골조 격자 패턴은 무수히 존재하며, 그 대표적인 패턴에는 삼각형, 사각형, 육각형, 라멜라형, 리브형 등이 있다. 대공간 구조물의 경우, 일반구조물과 달리 재래적인 공법으로 지붕 골조를 시공할 경우 많은 가설재가 소요됨으로 시공비 증가가 예상된다. 따라서 대공간 구조물의 지붕 골조 설치는 특수 Erection 공법에 의하는 것이 일반적이며, 그 중 지상에서 지붕골조를 설치 후 jack-up 서포트에 의해 골조를 인양하는 Step-Up 공법을 적용할 경우 공기와 공비의 대폭적인 절감이 예상된다. 따라서 본 논문의 목적은 Step-Up 공법에 의해 단층라멜라 돔의 지붕골조를 시공할 경우, 인양 중 가설 서포트 개수와 위치에 따른 좌굴특성을 검토하는 것이다. 연구 결과 서포트 개수 및 위치에 따른 단층라멜라 돔의 다양한 좌굴 특성에 관한 실무자를 위한 기초적인 자료를 얻을 수 있었다.

본 연구에서 상업용 폴리설폰 한외여과 중공사막을 지지체로 사용하여 저압 정수용 역삼투압막 제조시 막표면에서 feed의 큰 전단응력에 견딜 수 있도록 도포층과 지지층의 결합력을 증가시키는 전처리 방법을 확립하였다. 확립한 전처리 공정에서 지지막과 친화력이 좋으면서 도포층을 이루는 반응물과 반응성이 있는 글루탈알데히드와 촉매역할을 하는 염산 혼합 수용액으로 지지막을 전처리하면 이들 글루탈알데히드는 지지막 표면 및 기공 벽에 균일하게 분포되어 이후 표면중합법에 의해 형성된 도포층을 이루는 일부 반응물과 화학적으로 결합 되어 지지체와 도포층간에 강한 결합력을 제공한다. 전처리공정 없이 제조한 중공사 역삼투압막은 투과 후 5시간 이내에 feed의 큰 전단응력에 의해 도포층의 분리 파괴가 일어났으나 본 연구에서 확립한 방법으로 전처리하여 제조한 중공사막은 장시간 사용에도 우수한 막성능이 지속되었다.