파울링은 멤브레인 성질의 효과를 저해한다는 점에서 큰 문제다. 멤브레인의 표면적인 특성에 파울링의 영향이 감소하는 문제를 해결하기 위해 다양하고 기발한 멤브레인의 패턴화가 제시되었다. 패턴화된 멤브레인의 진행 과정과 멤브레인의 파울링 효과의 분리 과정을 이 글을 통해 짚어보려 한다. 패턴화된 멤브레인의 효과를 최대한 활용하는 다양한 분리 과정을 분석해야 하는데 바로 나노여과, 역삼투, 미세여과, 한외여과, 투과증발이다. 이러한 분리 과정들을 사용하면 파울링 효과를 줄이는데 큰 효과가 있다는 점이 증명되었다. 또한, 패턴화된 멤브레인에 이로운 요소도 더해진다. 각각의 패턴화된 멤 브레인과 분리 과정들은 플럭스, 염 제거율, 친수성 등에 대한 임계값을 구하는데 주목할 만한 결과가 나왔지만, 아직 파악되지 않은 부분을 확인할 필요도 있다. 본 총설에서는 분리공정을 위한 패턴화된 멤브레인의 효과에 대해 논의할 것이다.

고체 알칼리 연료전지에서는 작동 시 물이 생성되어 water flooding 현상이 나타나는 산화극과 반대로 물이 소진되어 water drying 현상이 나타나는 환원 극과의 water balance 가 매우 중요하다. 이번 연구에서는 기존의 상용막(Fuma tech)을 사용하여 막의 양면에 solvent assisted lithography를 통해 서로 엇갈린 라인 패턴을 형성하였다. 양면 패터닝을 통해 오믹저항의 감소와 함께 water back-diffusion을 향상시켰으며, 넓어진 계면에 의해 산화극의 mass transport를 향상시킬 수 있었다. 또한, 환원극에서는 넓어진 계면에 의해 촉매의 활용률이 증가하였고 이러한 복합적인 효과를 통해, 1.0 Wcm-2 라는 고성능을 얻을 수 있었다.

막여과 수처리 공정에서 막오염은 플럭스 감소나 막간차압 증가를 야기하는 중요한 문제로 남아있다. 막오염을 저감하는 여러 가지 방법 중, 막의 표면에 패턴을 입혀 그 패턴의 형상에 따라 유체의 이동을 변화시킴으로써 막오염을 저감시키는 방법이 연구되어 왔다. 특히 45° 회전된 피라미드 패턴은 피라미드 패턴에 비해 막오염 저감 효과가 크다는 연구결과가 있었다. 본 연구에서는 비용매상분리법과 소프트리소그래피(soft-lithograhy)를 이용하여 막의 표면에 45° 회전된 피라미드 패턴을 입히고, 크기가 다른 입자를 포함한 원수를 여과하면서 막오염 저감 효과를 비교해 보았다.

수처리용 분리막 여과 공정에서 막오염의 문제는 여전히 해결해야 할 난제이다. 막오염 현상을 제어하기 위한 방안으로 막표면에 패턴을 도입하는 방법이 연구되어 왔다. 분리막의 패턴은, 막표면에서의 유체 흐름에 변화를 일으켜 오염물이 쌓이지 않게 하거나 쌓인 오염물이 일부 떨어져 나가는 효과를 주는 것 으로 보고된 바 있다. 본 연구에서는 수처리용 패턴 분리막을 제조하고, 패턴의 막오염 방지 효과를 평가하고자 하였다. 이를 위하여 CFD 기법을 이용하여 유 체 흐름을 시뮬레이션으로 분석하고, 시뮬레이션 결과와 실제 실험 결과를 비교 분석하기 위해 구형의 모델 입자로 막여과 실험을 수행하였다. 다양한 크기의 모델 입자를 이용함으로써 오염물의 크기에 따른 패턴의 막오염 방지 효과를 분석해 보고자 하였다.

수처리 분야에서 분리막은 MBR(membranebioreactor), RO(reverse osmosis), NF (nanofiltration) 등의 공정에서 활발히 사용되고 있다. 그러나 분리막을 이용한 공정에서 가장 큰 문제점 중에 하나인 막오염 현상은 여전히 풀어야 할 문제로 남아있다. 본 연구에서는 막오염 현상을 완화시키기 위해 분리막의 표면에 다양한 모양의 패턴을 도입하였다. 이후 제조한 패턴형 분리막을 이용하여 교차형흐름 반응조에서 미생물의 부착 정도를 평가 해본 결과 패턴형 분리막에서 확연한 막오염 저감 효과를 확인하였다. 또한 패턴형 분리막에서의 막오염 저감메커니즘을 CFD를 이용해 해석해보았다.