This study was conducted to simulate the lifetime of the membrane by analyzing the performance of the membrane degraded by chlorine. Chlorine exposure under several conditions caused the degradation of the membrane, resulting in the absence of any salts and an extreme increase in permeability. When the n value was calculated and compared through CnT analysis and CTn analysis, the p values were all less than 0.005, but CTn analysis, which had a higher R2 value, was adopted to simulate the membrane lifetime. Power coefficients take on values higher than 1, indicating that the exposure time to chlorine has a greater influence on membrane deterioration than the chlorine exposure concentration at 20℃ and 30℃. In particular, the process should be operated at less than 0.5 ppm at 30°C, and the chlorine exposure time of 1 cycle should be set to within 15 hours. In addition, the sensitivity to chlorine increased by 10.5 to 12.2 times when the chlorine exposure temperature increased by 10°C through the correlation between the chlorine exposure cycle and membrane lifetime. The membrane lifetime investigated in this study is only an estimated value, entirely because of chlorine membrane deterioration, excluding raw water characteristics and the type of detergent. Accordingly, it is considered that the membrane lifetime simulation can be applied by comparing the membrane performance with the actual process based on the filtration performance of membrane deterioration by chlorine.

본 연구는 폴리케톤(PK) 지지체를 이용한 유기용매 역삼투(OSRO) 분리막 제조를 목적으로 하였다. 비용매 유도 상분리 방법(NIPS)을 통해 PK 지지체를 제작하였고, PK 지지체 위에 polyamide layer를 계면 중합하여 thin-film composite (TFC) 형태로 OSRO 분리막을 완성하였다. 이후 OSRO 분리막의 표면과 단면 구조 및 표면의 화학적 구조를 분석하였고 수 투과도와 염 제거율은 각각 약 1.28 LMH/bar와 99.0%의 결과를 얻었다. 또한 OSRO 분리막의 polyamide layer는 유기용매 침지 1일 동안 매우 안정적이었고, 단일 유기용매 투과도 경향성은 유기용매 나노여과(OSN) 분리막의 투과도 모델과 일치하 였다. OSRO 분리막의 MWCO는 MeOH 상에서 240 g/mol이었다. OSRO 분리막의 MeOH-toluene 혼합용액에 대한 투과도 와 separation factor는 상용 OSN 분리막보다 각각 200%와 60%의 높은 결과를 얻었다.

본 연구에서는 고투과성 및 높은 염 제거율을 가지는 역삼투막의 성능향상을 위하여 다양한 첨가제 및 계면중합 시 경화 온도 및 시간에 따른 특성평가에 대한 연구가 수행되었다. 첨가제가 없는 막과 첨가제를 첨가한 막의 모폴로지는 모 두 “ridge-and-valley” 구조를 나타내어, 폴리아미드 층이 다공성 지지층 표면에 성공적으로 중합되었음을 확인하였다. 또한 2-Ethyl-1,3-hexanediol (EHD) 첨가함으로써 향상된 친수성과 수투과율 가졌으며, 이는 접촉각 측정을 통해서 확인되었다. 최 종적으로 97.78%와 98.7%의 NaCl 및 MgSO4 제거율과 3.31 L/(m2⋅h⋅bar)의 높은 수투과율을 가진 고투과성 계면중합막을 제조하였다.

폴리에틸렌 글라이콜 다이아크릴레이트 (polyethylene glycol diacrylate, PEGDA) 하이드로젤을 정삼투 (forward osmosis, FO) 분리막의 지지체로 사용하여 고성능의 FO 분리막을 제조하였다. 친수성의 PEGDA를 자외선 조사를 통한 중합 과 그에 따른 상분리를 이용하여 다공성으로 구조화하였고, 매우 높은 친수성을 가진 하이드로젤 지지체를 얻을 수 있었다. 제조된 친수성 PEGDA 지지체 위에 높은 수투과도와 염 선택도를 확보하기 위해서 일반적인 계면중합 방식이 아닌 톨루엔 을 유기 용매로 사용한 계면중합 방식(TIP)으로 선택층을 도입하였다. 제조된 PEGDA 지지체 기반 분리막은 1.0 M NaCl 유 도 용액과 증류수 유입수를 통한 FO 성능 측정에서 상용 HTI 분리막들에 비해서 매우 높은 수투과도와 낮은 염 선택도를 나 타내었다. 본 연구를 통해, 기존의 소수성 지지체를 추가적으로 개질하는 방식이 아닌 새로운 물질과 제조방식을 사용한 FO 지지체의 가능성을 제시하고자 한다.

The production process of ultra-pure water (UPW) involves dozens of unit processes such as reverse osmosis (RO), pretreatments, membrane degasifier, and several ion exchange processes. Recently, continuous electrodeionization (CEDI) has replaced the 2-bed and 3-tower (2B3T) ion exchange process. As a result, the majority of wastewater in UPW production now comes from the RO concentrate. The important of RO in UPW production is to produce high-quality water with a low ion concentration (around 1 mg/L) for CEDI feed water. Minimizing RO concentrate is essential to reduce the wastewater produced in the UPW production process. This can be achieved by maximizing the recovery of the RO system. However, increasing the recovery is limited by the water quality of the RO permeate. To ensure high-quality permeate water, the RO system is designed with a two-pass configuration. The recovery of each pass in the RO system is limited (e.g., < 85%) due to the expected increase in permeate water concentration at higher RO feed water concentrations. Interestingly, tests using 4-inch RO modules with low concentration feed water (≤ 35 mg/L as NaCl) revealed that the permeate concentration remains almost constant regardless of the feed water concentration. This implies that the recovery of the first RO pass can be increased as long as the average feed/concentrate concentration of the second RO pass is less than 35 mg/L. According to this design criterion for the RO system, the recovery of the first and second RO pass, with a feed water concentration of 250 mg/L as NaCl, can be increased up to 94.8% and 96.0%, respectively. Compared to the conventional RO system design (e.g., 70% and 80% for the first and second RO pass) for UPW production, this maximum recovery design reduces the volume of RO feed and concentrate by up to 38.4% and 89.2%, respectively.