본 연구는 전기투석과 용매추출을 융합한 희유금속 회수 공정에서 분리막과 음이온교환막의 개질을 통해 유기상 과 수상에 대한 분리막의 낮은 젖음성 및 AEM을 통한 수소이온 투과로 인한 금속이온의 회수 효율 감소를 개선하였다. 구체 적으로, 분리막 표면 중 한면은 polydopamine (PDA) 통한 친수성 개질, 다른 면은 SiO2 또는 graphene oxide를 통한 친유성 개질을 함으로써 분리막의 젖음성을 개선하였다. 또한, 음이온교환막의 표면을 polyethyleneimine, PDA, poly(vinylidene fluoride) 등을 이용, 개질해 수분 흡수(Water uptake) 감소 및 기공구조 변화를 통해 수소이온 수송을 억제해 수소이온 투과를 억 제할 수 있다. 개질된 막 표면 형상과 화학적 특성 및 조성은 주사전자현미경과 푸리에변환 적외선 분광법을 통해 확인되었 고, 이를 구리 이온 회수 시스템에 적용해 향상된 추출 및 탈거 효율과 수소이온 수송 억제능을 확인하였다.

전기⋅전자산업이 급격하게 발전함에 따라 유가금속 및 희소금속의 수요가 급증하고 있다. 유가금속들은 주로 제련산업 공정에서 다량 방출되며, 회수기술 부족으로 중화, 치환, 흡착을 통해 폐기되어 큰 비용으로 경제적이지 못하다. 이에 분리막을 통한 유가금속회수 소재개발의 필요성이 강조되고 있다. 유가금속이 포함된 습식제련 공정 침출액(15% 황산 용액, 온도 60°C)은 다량의 다가이온과 1가이온을 포함하고 있기 때문에 이온별 분리가 가능해야 하며, 특히 구리와 같은 2가 유가금속 분리성능이 우수해야 한다. 또한, 지속적인 분리/농축을 위해 산에 대한 안정성이 중요하다. 따라서 본 연구를 통해 2가 금속 배제율 98%, 유량 33GFD 성능을 1개월 이상 유지하는 나노분리막 제조 연구 개발을 수행하고 있다.

본 연구에서는 제련 공정에서 발생되는 희소금속 및 유가금속 회수를 위하여 상용화 된 나노여과막인 NE40, 70, 90 (Toray Chemical Korea) 와 내산성 분리막인 NP030 (Nadir), Duracid (GE), NanoPro (AMS)를 선정 하였으며, 습식 제련 공정을 모사하기 위해 황산 15% 용액에 침지한 시간 (0 ~ 63일)에 따라 투과 특성을 평가하였다. 공급 용액으로는 대표적인 1가 이온으로 NaCl을, 2가 이온으로는 MgSO4를 2,000 ppm 사용하여, 황산 15% 용액에 63일 동안 노출하였을 때의 투과 성능 변화를 측정 하였다. 이러한 투과 특성 평가를 이용하여, 제련 공정에서 발생되는 희소금속 및 유가금속 회수를 위한 최적의 분리막을 선정 할 수 있었다.

본 연구에서는 제련 공정에서 발생되는 희소금속 및 유가금속 회수를 위한 나노여과막으로 도레이 케미칼에서 생산되는 NE40, 70, 90을 선정하였으며, 습식 제련 공정을 모사하기 위해 황산 15% 용액에 침지하여 시간에 따라 표면 특성을 분석하였다. 황산 노출 전/후의 표면 특성 분석을 위해, 주사전자현미경(SEM), 원자간력현미경 (AFM), 감쇠전반사-푸리에변환 적외선분광기 (ATR-FTIR), 광전자분광기 (XPS)를 이용하여 분석하였다. 이를 바탕으로 Piperazine 기반의 NE40, 70의 분리막이 m-Phenylenediamine (MPD) 기반의 NE90 분리막과 비교하여 산에 대한 영향이 많음을 알 수 있었으며, 내산성을 가지는 분리막을 위해 MPD 기반의 분리막이 유리함을 보여주었다.