폴리벤즈이미다졸(PBI) 기반의 막은 내구성이 우수한 네트워크 구조를 가지는 구조재료로서의 우수한 강성과 더 불어서 고온에서의 우수한 내열성, 우수한 기계적 및 인장 특성, 높은 유리전이온도(Tg), 물이 없는 무수 환경에서의 이온 전 도성능, 산화와 화학적 내구성으로 지난 20년 동안 다양한 용도의 대중적인 막 재료로 다양한 문헌에서 보고되어 왔다. 이온 전도성 PBI 기반 막은 고온용 양이온 교환막 연료 전지(HT-PEMFC)에서 광범위하게 사용되어왔다. 또한 PBI 기반 막은 독 특한 특성으로 인해 기체분리막 및 유기용매나노여과(OSN) 막 개발에서 광범위하게 사용되어왔다. 이번 리뷰에서는 고온용 연료전지, 기체분리 및 OSN 적용을 위한 다양한 유형의 PBI 기반 막의 최근 연구동향 및 적용가능성에 대해 설명하고자 한다.

본 연구에서는 유기용매용 나노여과막 (Organic Solvent Nanofiltration, OSN)의 유기용매 투과 및 분리성능을 분 석하였다. 비극성용매에 적합한 Puramem (PM) 시리즈 분리막의 소재를 분석한 후 다양한 유기용매 분위기에서의 투과성능 을 데드엔드셀로 측정하였다. PM 시리즈 분리막은 극성용매 대비 비극성용매에서 더 높은 투과도를 보였으며, 용질의 종류 및 분자량에 따라 매우 독특한 배제성능을 보이는 것을 확인하였다. 이는 기존 수처리에 적용되는 Solution-diffusion 투과모 델이 OSN 투과모델에는 적합하지 않다는 것을 알 수 있으며, solvent-solute-membrane 간의 상관관계를 더 정확하게 반영할 수 있는 새로운 인자가 필요하다는 결론을 낼 수 있다.

분리막 공정의 효율적인 운전을 위해서는 막오염 원인물질의 파악과 전처리 단계에서의 제어가 필요하며, 막해체를 통한 막오염 물질의 특성 분석은 막오염 원인물질에 대한 정보를 제공한다. 본 연구에서는 1.7 m3/day 규모의 파일럿 나노여과막을 약 60일 동안 운전 후 해체하여 막오염 특성을 평가하였다. 막오염 물질의 대부분(69.7±1.5wt.%)은 미생물에서 유래한 저분자(< 0.5 K Da) 유기물질로 밝혀졌다. 무기 막오염 물질은 알루미늄이 대부분(60% 이상)을 차지하였으며, 이는 정수처리 공정에서 응집제로 사용되는 잔류 폴리염화알루미늄의 영향으로 판단된다. 그러므로 나노여과막 장기운전을 위해서는, 미생물에 의한 막오염 저감 방안과 잔류 응집제를 제거하기 위한 전처리 방안이 마련돼야 한다.

Facing the decommissioning era of nuclear facility, it is necessary to develop technology for treating wastewater containing nuclides. Among variety of nuclides, Cs/Sr/Co are the major nuclides considering quantity and radioactivity. In this presentation, we report the performance of nanofiltration and reverse osmosis membranes for nuclides separation. Reverse osmosis membranes have quite effective for the separation of Cs, Sr, and Co. Rejection is above 93% for single component and even higher for mixed nuclides separation, > 98%. This study indicates that polymeric membranes can be potential candidate for nuclides separation.

본 연구에서는 piperazine 기반 상용화 된 NE70 분리막 표면 성분인 아마이드기가, 산 가수분해 이후 생성된다고 알려져 있는 카르복실과 아민기에 대한 분석을 하고자 한다. 실험 방법으로 15 w/v% 황산 수용액 조건에서 7일간 노출 전/후의 NE70 분리막을 ToF-SIMS 기기를 이용하여 카르복실산과 아민기를 포함하는, Molecular weight이 120 미만인 이차이온들을 비교하였다. 또한, 상대적으로 내산성이 있는 m-phenylene diamine 기반 상용화 된 NE90 분리막을 15 w/v% 황산 수용액 조건에서 63일간 노출 전/후 샘플을 비교군으로 두어 NE70 분리막에서 발생 되는 peak intensity 차이는 산 가수분해로 인해 발생한 것임을 추가로 확인 하였다.