해수담수화의 빠른 증가와 함께 붕소 제거에 대한 중요성이 상승하고 있다. 본 연구는 표면개질 시 친수성 화합물을 이용하여 수투과량을 최대한 막고 붕소 제거율을 높이기 위한 연구를 진행하였다. 첫째로, Control polyamide 역삼투막을 얻기 위해 M-phenylenediamine (MPD)와 trimesoyl chloride (TMC)를 Polysulfone 한외여과막에 계면중합을 시켜 polyamide 활성층을 제조하였다. 다음으로, Control polyamide 역삼투막에 표면개질을 진행시켜 D-gluconic acid (DGCA)와 D-gluconic acid sodium salt (DGCA-Na)를 glutaraldehyde (GA)와 hydrochloric acid (HCl)을 이용하여 합성시켰다. 합성된 역삼투막의 표면 분석을 위해 XPS 분석을 진행하였으며, DGCA 및 DGCA-Na 화합물과의 반응이 되었음을 확인하였다. 또한, morphology 측정을 위해 FE-SEM과 AFM 분석을 진행하였으며, polyamide 활성층 형성 및 표면 거칠기를 확인할 수 있었다. 수투과량의 경우, 표면개질을 진행한 역삼투막은 10 GFD 수준이거나 그 이하의 값을 가졌다. 하지만, DGCA 및 DGCA-Na 화합물과 표면개질을 진행한 역삼투막의 붕소 제거율은 94.38, 94.64%로, Control polyamide 역삼투막보다 각각 12.03, 12.29 %p만큼 큰 값을 가지는 것을 확인할 수 있었다.

고분자 재질의 압력 구동 기반 분리막을 이용하여 담수를 얻기 위한 공정은 에너지 효율이 높은 방법으로 알려져 있다. 하지만, 분리막 운전 중에 투과성능을 떨어트리는 막 오염 문제가 발생 하기에, 막 오염을 제어하는 것은 분리막 공정의 에너지 효율을 높이는 데 필수적이다. 막 오염은 일반적으로 분리막 표면과 막 오염 물질과의 상호 작용으로 발생하며, 분 리막 표면을 개질하는 방법은 막 오염을 방지하여 높은 투과 특성을 지속적으로 유지하게 할 수 있는 좋은 방법 중 하나이다. 본 논문에서는 압력 구동 기반 분리막인 미세여과, 한외여과, 나노여과 및 역삼투용 분리막의 표면을 개질할 수 있는 방법을 정리하였다. 구체적인 개질 방법으로는 개질 물질의 흡착 및 코팅 방법인 물리적 방법과 가교제 이용, 자유 라디칼 중합 (FRP), 원자 이동 라디칼 중합(ATRP), 플라즈마 및 자외선 조사 기반 중합인 화학적 방법으로 나누어 정리하였다. 본 총설에서는 최근 논문상에 보고되고 있는 물리화학적 표면 개질 방법을 소개하고, 막 오염 저항성을 높일 수 있는 분리막 제조를 위한 연구방향을 제시하고자 한다.

Amine functionalized polysulfone (PSf) based ultrafiltration (UF) membranes were prepared by non-solvent induction phase separation method (NIPS) with reactive PSf (matrix) and polyehtyleneimine (PEI) (additive), where PEI was reacted in dope solution to give surface modified PSf-UF membrane. Unreacted PEI might be worked as a forming agent during NIPS, however it was not much affected to the pore structures. Obtained membranes showed enhanced hydrophilic property on the membrane, which increased the water flux without loss of the rejection rate of PEO (100 K).

본 연구에서는 PVDF 분리막의 표면의 소수성을 향상시키기 위해 소수성 SiO2 나노 입자를 표면에 고정시키고, 표면에서 나노 입자가 막증류법에 미치는 영향을 확인하고자 한다. 소수성 나노 입자를 부착하는 물리적인 방법으로서 dip-coating 방법을 이용하였다. 나아가 물리적인 방법이 가지는 문제점인 약한 부착력을 해결하기 위해, 표면에 화학적으로 고정시키기 위한 방법으로 PVDF 표면에 OH기를 생성시켜 SiO2 입자의 OH기와의 탈수 반응을 이용하여 고정시켜준다. 이후 SiO2의 소수성 개질을 통해 막 표면의 소수성을 높여 주어 실험을 진행하였다. 앞선 두 가지 부착 방법을 통해 소수성 나노 입자가 PVDF 표면에 부착함에 따른 영향과 부착 방법에 따른 영향을 확인하였다.

Multiwall carbon nanotubes (MWCNT) with two different (L/D) aspect ratios (7±2 μm/140±30 nm and 0.5–2 μm/8–15 nm) were surface treated using nitric acid (HNO3) and polyethyleneimine (PEI) prior to their deposition on carbon fibers (CF). Before the hierarchical reinforcement with CF-MWCNT, the CFs were treated with 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, a coupling agent (Z6040) and with poly(amidoamine) (PAMAM) a dendrimer containing an ethylenediamine core and amine surface groups. The MWCNT were deposited on the CF using two methods, by electrostatic attraction and by chemical reactions. The changes in the CF surface morphology after the MWCNT deposition were analyzed using SEM, which revealed a higher density and uniform coverage for the PAMAM-treated CF and the short MWCNTs. The interfacial adhesion of the composite materials was evaluated using the single fiber fragmentation technique. The results indicated an improvement in the interfacial shear strength with the addition of the short-MWCNTs treated with acid solutions and grafted onto the surface of the CF fiber using electrostatic attraction.

백색을 띄고 물리적·화학적으로 안정한 지르코니아는 열전도도가 낮고 강도와 인성, 내식성이 우수하여 단열재, 내화물과 같은 고온 재료와 각종 산업용 구조세라믹스에 사용되고 있다. 이러한 지르 코니아를 낮은 경도 및 굴절률 등과 같은 단점을 가진 고분자 코팅제에 도입하게 되면 화학적, 전기적, 광학적인 특성이 향상된다. 이와 같이 유기 소재에 무기 소재를 혼합하여 사용하는 유-무기 하이브리드 코팅을 목적으로 본 연구에서는 지르코니아 표면에 trimethylchlorosilane(TMCS)과 hexamethyldisilazane(HMDZ)을 사용하여 실릴화반응을 통한 -CH3기를 도입하여 소수성을 나노지르코 니아 표면에 도입하였다. 소수화된 지르코니아 표면에서의 TMCS와 HMDZ에 의해 도입된 Si-CH3의 존재는 FT-IR ATR spectroscopy를 통해 확인하였고, silicon 원소의 존재를 FE-SEM/EDS와 ICP-AES 를 통해 확인하였다. 또한, 개질 전후의 지르코니아를 아크릴레이트 단량체에 분산하여 침강속도를 확인 하여 분산성이 향상되는 것을 확인하였다. 지르코니아 입자의 크기 및 분포는 입도 분석기를 통해 확인 하였으며, BET 분석을 통해 개질 반응 전후의 비표면적은 18 m2/g 정도로 큰 변화가 없었다.

본 연구에서는 친수성을 가지고 있으며 외부 온도에 따라 형태를 변하는 특성을 가지는 N-isopropylacrylamide (NIPAM)를 이용하여 상용화 된 정삼투막인 HTI 분리막에 표면 개질을 하고 그에따른 표면 및 투과 특성 변화를 고찰 하고자 한다. 표면 개질을 확인 하는 방법으로 푸리에 변환 적외선 분광기 (FT-IR) 및 광전자분광기 (XPS)를 이용하였으며, 이러한 표면 개질이 정삼투 공정에 미치는 영향을 알아보기 위하여 표면의 친수성을 측정 할 수 있는 접촉각 측정 및 수투과도/Reverse salt flux와 같은 투과 특성 평가를 이용 하였다. 위와 같은 표면 및 투과 특성 평가를 바탕으로 성공적으로 표면 개질을 되었음을 증명 할 수 있었다.

마이크로지르코니아는 높은 내약품성, 높은 전기저항성 등의 우수한 열적 기계적 성질을 가지 므로 다양한 분야에 사용되어 진다. 또한 지르코니아 표면을 친수화시키면, 물에 대한 분산성이 우수하 여 분산이 용이할 뿐만 아니라 대부분의 오염물질은 소수성을 띄기 때문에 오염물질에 대한 저항성을 높일 수도 있다. 본 연구에서는 지르코니아 표면에 γ-aminopropyltrimethoxysilane (APS)을 사용하여 서로 다른 pH 조건에서의 가수분해와 축합반응을 통한 친수성기의 도입과 물에 대한 분산성을 조사하 고 γ-ureidopropyltrimethoxysilane (UPS)을 사용한 결과와도 비교하였다.친수화로 개질된 마이크로지르코니아에의 지르코니아 표면의 수산기와 가수분해된 실란의 수산기와의 공유결합의 존재는 FT-IR ATR spectroscopy 및 ninhydrin 반응을 통해 확인하였다. 그러나, SEM/EDS의 결과로는 지르코니아 표면에 도입된 Si의 존재는 확인할 수 없었다. 또한, 입도 분석 결과 마이크로지르코니아는 개질 반응 중 일부 입자의 파쇄 및 aggregation이 일어남을 알 수 있었다. APS 로 개질한 경우 pH가 중성일 때 수분산성이 향상되었으나, 0.5~2% 농도의 UPS로 개질된 경우는 모든 경우 수분산성이 향상되며 분산안정성도 우수하였다.

현재까지 상당한 기술적인 진보가 있어왔지만, 연구개발의 커다란 기술적 어려움으로 꼽히는 것은 오염물질의 비가역적인 흡착에 의한 분리막 오염과 이로 인한 시스템 성능 저하이다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로 redox 반 응을 이용한 표면개질을 통해 분리막의 표면을 산화/환원 반응을 통해 개질하는 것으로서, 고분자 분리막의 탄소를 바탕으로 음이온 및 양이온을 가진 작용 기를 순차적으로 중합하여 오염물질과 분리막의 전기적 반발력을 향상시켜 분리막의 표면 오염을 저감하는 것이다. 본 연구에서는 양이온, 음이온성 오염물 질을 동시에 제거할 수 있는 표면개질 방법을 개발하고자 redox 반응을 이용한 접목중합을 통해 고분자 분리막의 표면을 개질하는 연구를 수행하였다.

본 연구에서는 역삼투막의 내오염성을 향상시키기 위해 실란 커플링제로 표 면 개질하여 steric hinderance를 일으키고 에폭시 코팅으로 친수성을 향상시키고자 하였다. 상용 역삼투막을 UV로 식각하여 표면을 활성화한 후 말단기가 다 른 실란 커플링제를 sol-gel 공법으로 표면 개질하고 에폭시를 이용하여 코팅하였다. 그 결과, 친수성 및 내오염성이 향상된 것을 확인하였고, FT-IR, SEM, XPS 를 통해 막의 특성을 분석하였다.

이 연구의 목적은 폴리머의 물리적 혼합 또는 화학적 합성 방법을 통해 막증류 법에 사용되는 막의 소수성을 변화시킴으로써 막증류법의 수투과도 변화를 측정 하고자 한다. 막의 소수성을 향상시키기 위해, 물리적 혼합 방법으로 PTFE 을 섞어 준비하였고, 화학적 결합 방법으로는 Styrene, pentafluorostyrene 등을 ATRP 방법을 통해 합성하여 막을 준비하고, 그에 따른 화학적 구조를 FT-IR로 확인하였다. 두 방법을 통해 준비된 중공사 막을 MD에 적용하였을 때 순수 막과 비교하여 소수성 및 성능의 향상 여부를 확인하였다.

Ceramic membrane technology has been remarkably progressed for water treatment. The advantages were founded on the intrinsic properties of ceramics. Membrane fouling is regarded as a serious obstacles which deteriorate the stable purification process. The surface modification of ceramic membranes would be necessary to relieve the severe membrane fouling and to improve filtration efficiency. We aimed to develop a unique ceramic membrane with resistance to fouling. The ceramic membranes are subjected to chemical modification, and the surface charge effects were extensively investigated.

수처리용 MF 막의 소재로 널리 쓰이는 PVDF는 높은 소수성으로 인해 막 오염현상 등의 문제점을 발생시킨다. 본 연구에서는 이러한 현상을 해결하기 위해 PVDF 중공사막 표면과 기공 내부에 defluorination을 시켜 hydroxyl기를 형성하고 epoxy, aldehyde functional PEG를 grafting하여 기공 내부와 막 표면의 친수화를 달성하고자한다. 이를 통해 막 오염현상을 감소시킴은 물론 수투과도 향상 또한 기대할 수 있다. PVDF 중공사 표면에 grafting된 functional PEG를 확인하고, 개질된 막의 친수화 정도와 anti-fouling 특성을 평가하고자 한다.

본 연구는 역삼투막의 막오염을 해결하기 위하여 실란-에폭시 층을 형성시킨 다층 표면개질법을 이용하여 역삼투막의 내오염성을 향상시키고자 하였다. Sol-gel법을 이용하여 Octyltrimethoxysilane (OcTES)을 막 표면에 가교를 통해 고분자화 하였으며 n = 8인 OcTES의 알킬기가 자발적인 self-assembly를 통하여 막 표면에 가지구조를 형성시켰다. 그 위에 ethylene glycol diglycidyl ether (EGDE)의 ether기를 ring-opening을 통해 막 표면에 친수성을 부여하여 역삼투막의 내오염성을 향상시키고자 하였다. FE-TEM, AFM을 이용하여 막의 단면 및 표면구조 분석을 하였고 막 표면의 ridge and valley 구조와 OcTES, EGDE의 다층 표면개질로 인한 bridge 구조를 확인하였으며, 거칠기의 증가를 통해 막 표면의 가지가 잘 형성되었음을 확인하였다. XPS를 통하여 막 표면의 화학구조에 대한 관찰과 표면개질이 잘 이루어졌음을 확인하였으며, contact angle 분석을 통해 표면개질막의 표면에 친수성이 부여되었음을 확인하였다. EGDE 표면개질 조건 최적화를 진행한 결과 EGDE 농도는 0.5 wt%, ring-opening 온도는 70°C가 가장 적합하였고, 내오염성 실험 결과 및 막오염지수(MFI)는 SUL-H10, PA-OcTES1.0, PA-OcTES1.0-EGDE0.5이 68.7, 60.4, 5.4 (10E-8 hr/mL2)로 나타나 다층 표면 개질막의 내오염성이 매우 향상되었음을 확인할 수 있었다.

화학기상증착법(CVD)을 이용하여 Cu-foil 위에 합성된 대면적의 단층 그래핀(Graphene)을 폴리머 탄성융합체 PDMS(Polydimethylsiloxane)를 이용하여 건식으로 전사하는 기술을 연구하였다. 이 때, UV/O3처리를 통해 목표 기판(target substrate)의 표면 개질을 변화시켜 그래핀의 손상이 최소화되로록 그래핀을 전사하였다. 이 과정을 반복 실행하여 그래핀을 다층(1∼4 layers)으로 SiO2/Si기판 위에 적층하였으며, 전사된 다층 그래핀의 품질평가를 위하여 광투과율과 면저항의 변화를 측정하였다.

수처리용 MF 막의 소재로 널리 쓰이는 PVDF는 높은 소수성으로 인해 막 오염현상 등의 문제점을 발생시킨다. 본 연구에서는 이러한 현상을 해결하기 위해 PVDF 중공사막 표면과 기공 내부에 defluorination을 시켜 hydroxyl기를 형성하고 epoxy, aldehyde functional PEG를 grafting하여 기공 내부와 막 표면의 친수화를 달성하고자한다. 이를 통해 막 오염현상을 감소시킴은 물론 수투과도 향상 또한 기대할 수 있다. PVDF 중공사 표면에 grafting된 functional PEG를 확인하고, 개질된 막의 친수화 정도와 장기운전 성능을 평가하고자 한다.

Surface modified carbon felts were utilized as an electrode for the removal of inorganic ions from seawater. The surfaces of the carbon felts were chemically modified by alkaline and acidic solutions, respectively. The potassium hydroxide (KOH) modified carbon felt exhibited high Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface areas and large pore volume, and oxygencontaining functional groups were increased during KOH chemical modification. However, the BET surface area significantly decreased by nitric acid (HNO3) chemical modification due to severe chemical dissolution of the pore structure. The capability of electrosorption by an electrical double-layer and the efficiency of capacitive deionization (CDI) thus showed the greatest enhancement by chemical KOH modification due to the appropriate increase of carboxyl and hydroxyl functional groups and the enlargement of the specific surface area.

연구에서는 제조된 유무기 나노복합막의 치수안정성, 수소이온 전도능력 및 전기화학성능을 향상시키기 위하여 실리카 나노입자를 선정하였다. 이를 위하여, 소수성 실리카(Aerosil® 812, Degussa)와 친수성 실리카(Aerosil® 380, Degussa)를 각각 술폰화 폴리아릴렌 에테르 술폰(SPAES) 고분자 매트릭스에 도입하였다. 이들 실리카 입자들은 비이온성 분산제인(Pluronics® L64)을 사용함으로써 SPAES 매트릭스에 고르게 분산시킬 수 있었다. 실리카 함량은 최종 제조된 고분자의 미세 구조 및 특성에 중요한 영향을 미치게 된다. 따라서, 본 연구에서는 과량의 실리카가 도입된 나노 복합막의 특성을연구하기 위하여, 실리카의 함량을 5 wt%까지 증가시켰다. 이를 통하여 소수성 실리카가 포함된 나노복합막이 실리카가 도입되지 않은 SPAES막에 비하여, 더 낮은 수소이온 전도도에도 불구하고, 29% 더 높은 전기화학 성능을 나타내는 것을 관찰하였으며, 이는 같은 소수성을 가지고 있는 촉매층과의 접합성 향상에 따른 것으로 나타났다. 이외의 나머지 복합막들 또한실리카가 도입되지 않은 SPAES막에 비하여 높은 성능을 나타냈다.

비이온계면활성제 가운데 솔비톨계 계면활성제인 Span을 이용해 수열합성법으로 수산화마그네슘을 합성하였다. 수산화마그네슘 합성의 전구체는 염화마그네슘과 수산화나트륨을 사용하였다. 비이온 계면활성제는 안정제와 분산제 그리고 표면 개질제로 적용하였다. 비이온 계면활성제를 첨가하였을 경우 수산화마그네슘 입자는 좀 더 작고 균일한 크기와 좋은 분산성을 나타내었으며, 소수성 성질을 나타내었다. 합성된 입자의 특성은 PSA, SEM, EDS, XRD 그리고 FT-IR을 통해 확인하였다. 기기 분석을 통해 개질 전과 후의 수산화마그네슘의 소수성, 분산성 특성을 비교하였다. 또한 실험조건에 따라 수산화마그네슘 입자의 표면 개질 특성 변화를 확인하였다.

This paper describes the surface modification effect of a Ti substrate for improved dispersibility of the cat-alytic metal. Etching of a pure titanium substrate was conducted in 50% H₂SO₄, 50˚C for 1h-12h to observe the sur-face roughness as a function of the etching time. At 1h, the grain boundaries were obvious and the crystal grains weredistinguishable. The grain surface showed micro-porosities owing to the formation of micro-pits less than 1 µm in diam-eter. The depths of the grain boundary and micro-pits appear to increase with etching time. After synthesizing the cat-alytic metal and growing the carbon nano tube (CNT) on Ti substrate with varying surface roughness, the distributiontrends of the catalytic metal and grown CNT on Ti substrate are discussed from a micro-structural perspective.