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막증발법 (MD, Membrane distillation)은 유입수와 처리수 간 온도 차에 의해 발생하는 증기압 차이로 순수를 얻는 공정이다. 막증발법은 기존 해수담수화 공정인 MSF (Multistage flath), ...

막증발법 (MD, Membrane distillation)은 유입수와 처리수 간 온도 차에 의해 발생하는 증기압 차이로 순수를 얻는 공정이다. 막증발법은 기존 해수담수화 공정인 MSF (Multistage flath), MED (Multi-effect desalination), RO (Reverse osmosis)와 비교해 무방류 (ZLD, Zero liquid discharge) 기술로써, 친환경적인 공정으로 주목받고 있다. 하지만 막증발법은 물 플럭스 (Water flux) 와 막젖음 (Membrane wetting) 간 상충관계로, 분리막 특성 최적화가 어렵다는 문제가 있다. 예를 들어 분리막 공극 크기가 클수록, 물 플럭스는 커지지만 막젖음 저항이 약해질 수 있다.
따라서 본 연구는 막증발법 분리막의 특성 분석에 대한 새로운 방법론을 제시하였다. 비용매 유도 상분리법으로, 첨가제 조성, PVDF 농도, 에탄올 조성을 변화시켜 총 7종류의 PVDF (Polyvinylidene Fluoride) 분리막을 서로 다른 조건에서 제조하였다. 그리고 물 플럭스, 염제거율, 접촉각(CA, Contact angle), 액체 유입 압력(LEP, Liquid entry prssure) 및 기공 크기를 측정하였다. 그리고 심층 분석을 위해 물-수증기 투과도 (Bw, Water vapor permeability), 염 누출율 (Lw, Salt leakage ratio) 및 섬유 반지름 (Rf, Fiber radius)을 계산하였다. S7 (PVDF 16wt.% + LiCl 3wt.% + water (70%) + EtOH (30%)) 분리막이 물 플럭스 13.87 kg/m2h, 염 제거율 99.93% 로 막증발법에서 최적 성능을 보였고, Bw는 19.74 × 10-8 s/m, Lw 는 0.0045, Rf 는 1.503 μm 을 보였다. 본 논문의 결과로 제시한 분리막 특성은 효율적인 막증발법 성능을 가지는 분리막 개발을 위한 지침이 될 수 있을 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The optimization of the properties for membrane distillation (MD) membranes is challenging due to the trade-off between water productivity and wetting tendency. Herein, this study presents a novel methodology to examine the properties of MD membranes. Seven polyvinylidene fluoride (PVDF) membranes w...

The optimization of the properties for membrane distillation (MD) membranes is challenging due to the trade-off between water productivity and wetting tendency. Herein, this study presents a novel methodology to examine the properties of MD membranes. Seven polyvinylidene fluoride (PVDF) membranes were synthesized under different conditions by the phase inversion method and characterized to measure flux, rejection, contact angle (CA), liquid entry pressure (LEP), and pore sizes. Then, water vapor permeability (Bw), salt leakage ratio (Lw), and fiber radius (Rf) were calculated for the in-depth analysis. Based on these results, the properties of an efficient MD membrane were suggested as a guideline for the membrane development.

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