연속식 전기탈이온(continuous electrodeionization, CEDI)은 고순도수(high purity water, HPW)를 제조하기 위한 핵심적인 수처리 기술이다. 본 연구에서는 CEDI 성능 향상을 위해 이온교환수지 층의 구성과 이온교환막의 특성이 미치는 영향을 고찰하였다. 먼저, 다양한 이온교환수지 층 구성(mixed-bed, layered-bed, separated-bed)을 비교한 결과, mixed-bed 구 조가 가장 높은 염 제거율과 낮은 에너지 소비를 나타내었다. 이어서 이온교환수지 조성의 영향을 평가하기 위해 chromatography 수지와 gel 수지의 부피비율(C:G) 및 음이온/양이온 수지 비율(A:C)을 조절한 실험을 수행하였다. 그 결과, C:G = 25:75 및 A:C = 5:5 조건에서 가장 우수한 탈염 성능을 나타냈으며, 이는 적절한 공극 구조와 이온교환기 함량 간 균형을 통 해 물 분해 반응 및 이온 전달이 최적화된 결과로 해석된다. 또한, 두 종류의 상용 불균질 이온교환막(Lanxess 막과 금화정수 막)을 비교한 결과, 금화정수 막이 Lanxess 막보다 더 높은 이온전도도, 이온교환용량, 투과선택성을 나타내었고, 이에 따라 더 높은 탈염 효율과 낮은 에너지 소비를 나타내었다. 본 연구의 결과는 고효율 CEDI 시스템 설계를 위한 이온교환수지 층 조성 및 멤브레인 특성의 최적화 방향을 보여준다.

Multivalent ions in natural aqueous solutions—such as seawater, brackish water, and freshwater—can negatively affect the performance of ion exchange membranes (IEMs) used in electrochemical energy and environmental devices. In this study, a pore-filling cation exchange membrane (CEM) permeable to multivalent ions was fabricated to minimize performance degradation caused by such ions. To achieve this, multilayer pore-filling CEMs were prepared by performing two impregnation processes using monomer electrolyte solutions of different compositions (varying deionized water content and monomerto- crosslinker ratios). As a result, a highly crosslinked electrolyte polymer formed on the internal side of the CEM, while a low-crosslinked polymer formed on the external side. Due to the presence of the low-crosslinked outer polymer layer, the multilayer pore-filling CEM exhibited a smaller increase in resistance caused by Mg2+ ions. Furthermore, based on the correlation between permselectivity and resistance measured in a 0.45 M NaCl + 0.05 M MgCl2 solution, which simulated the Mg2+ concentration in seawater, an optimal structure of multilayer pore-filling CEM was identified, and it exhibited a minimized increase in resistance and a permselectivity of over 90 %.

Magnetic nanoparticles in nanofluid have a unique ability in that they can be influenced by an external magnetic field, making them a promising heat-exchanging fluid to meet the demands of highly efficient thermal systems. The parametric impact of the magnetic field (static and time-varying) on the heat exchanging rate of Fe3O4 nanoparticles and water-based ferrofluid was investigated in this study. The experimental setup for generating a variable frequency magnetic field and analyzing the thermal behavior of ferrofluid is presented. Temperature data was obtained as heat is transferred from heated water to the ferrofluid used as a coolant. An enhancement of the heat transfer of the magnetic nanofluid was observed when varying the magnetic field frequency, through experimental analysis. The concentration of Fe3O4 nanoparticles in the ferrofluid was varied (0.5 wt%, 1 wt%)to study the impact of nanoparticle loading on heat transfer. An alternative approach for controlling the heat exchange rate in thermal systems is proposed, utilizing the magnetic tunability of the ferrofluid.

본 연구에서는 Na2SO4 폐수 처리를 위한 바이폴라막 전기투석(bipolar membrane electrodialysis, BPED)에 적용하 기 위한 sulfonated poly(phenylence oxide) (SPPO) 기반 강화 양이온교환막(cation-exchange membrane, CEM)을 제조하고 그 성능을 평가하였다. 특히, 다양한 open area, opening size, 두께를 가지는 직조형 지지체를 사용하여, 지지체가 강화막의 물리 적 및 전기화학적 특성에 미치는 영향을 분석하였다. 실험 결과, open area와 opening size가 증가할수록 이오노머의 충진율 이 증가하고 이온 전도 경로가 개선되어 막의 전기적 저항이 감소하고 함수율은 증가하는 경향성을 나타내었다. 한편, OH- 이온은 함수율이 높은 조건에서 막을 통해 더 쉽게 투과하였으며, SO4 2‒ 이온은 지지체의 특성과는 상관없이 전반적으로 낮 은 투과도를 나타내었다. 또한 제조막의 특성과 산/알칼리 조건에서의 내화학성을 종합적으로 고려한 결과, polypropylene (PP)이 가장 적합한 보강재 소재로 판단되었으며, 이를 활용하여 제조한 강화막은 상용막 대비 우수한 인장강도와 구조적 안 정성을 나타내었다. 개발된 강화 CEM을 BPED에 적용한 결과, 상용막 대비 막을 통한 SO4 2‒ 누출이 현저히 억제되어 산/염 기 순도, 전류 효율, 및 에너지 효율이 향상됨을 확인할 수 있었다.

바이오의약품 시장이 성장함에 따라 분리정제공정의 연구를 통해 비용 절감을 위한 연구가 활발히 진행되고 있 다. 본 연구에서는 새로운 정용여과 장치를 개발하여 바이오의약품 제조 공정에서의 완충액 교환 성능 평가를 수행하였다. 해 당 방법은 가변 부피 정용여과의 방식을 사용하였으며 전량여과 방식을 사용하였다. 이를 통하여, 완충액 사용량을 약 55% 감소시킬 수 있었다. 또한 역흐름을 통해 막의 파울링을 제어하여 초기 유량의 70%를 복구하며 유량의 감소를 완화할 수 있 었으며 교반을 통해 공정시간을 약 52.8% 단축시킬 수 있었다. 또한 새로운 정용여과 장치를 사용하여 연속공정으로의 전환 을 제안한다. 공정의 체류량을 감소시킬 수 있으며, 이는 초소형화 공정을 가능하게 한다. 초소형화 공정을 통해 적은 용량을 사용하여 다양한 조건에서의 신속한 공정 설계를 가능하게 한다. 하지만 고농도에서의 추가 실험을 통해 상업용 공정에서의 사용 가능 여부에 대한 증명이 필요하다.

이 연구에서는 환노출이 기업의 투자비효율성과 갖는 관계를 확인한다. 표본 기간은 2007년부터 2022년까지 16년 동안이며, 분석 대상 기업은 한국의 유가증권시장과 코스닥시장에 상장된 비금융업종 기업이다. 분석결과, 환노출이 존재하는 기업에서 과대투자와 과소투자를 포함한 비효율적인 투자가 감소하여 투자효율성 이 향상된다. 이러한 결과는 환노출이 존재하는 것으로 확인되는 경우 경영자는 기회주의적 행동을 하기보다는, 위 험을 인지하고 기업 성과를 극대화할 수 있는 투자 결정을 내리기 때문인 것으로 판단된다. 환노출이 외부 감시 메커니즘으로 작용하여 투자비효율성을 감소시킨다는 분석결과는 환노출 추정 모형과 환노출과 투자비효율성 간 의 관계 추정모형 선택과 무관하게 일관성 있게 나타나는 결과이다. 그러나 글로벌 금융위기 동안에는 환노출과 투 자비효율성 간에 유의적인 관계를 확인할 수 없다. 이는 글로벌 금융위기가 초래한 환노출의 직접적인 영향인 환 위험의 증가로 인한 불확실성의 확대와 경영자와 외부이해관계자 간의 정보비대칭 확대로 인한 경영자의 비효율적 인 투자 선택 가능성 증가 효과가, 환노출의 간접적인 영향인 시장의 규율효과에 의한 비효율적 투자 감소효과를 상쇄시키기 때문인 것으로 판단된다. 이 연구는 환노출이 기업 투자비효율성에 미치는 영향을 경영자와 외부 감시 메커니즘의 관계 관점에서 분석함 으로써 환노출이 기업에 미치는 영향에 대한 연구 영역을 확장시키고 있다는 측면에서 학술적 의의를 갖는다.