본 연구에서는 오염 물질 제거 다공성 멤브레인을 양송이 버섯으로부터 키틴질 고분자를 추출한 후, 간단한 필터 과정을 통한 방법으로 제작하였다. 버섯 키틴 멤브레인의 다공성 기공 구조는 동결-해동 (Freeze thaw, FT) 과정을 통해 형성되었다. 멤브레인의 기공 구조는 동결-해동 과정의 횟수에 따라 쉽게 조절이 가능한데, 적용된 횟수가 증가함에 따라 버섯 키틴 멤브레인의 기공도가 증가하고 직경이 큰 기공이 형성되었다. 다공성 버섯 키틴 멤브레인은 다양한 오염 물질 (기름 및 ...
본 연구에서는 오염 물질 제거 다공성 멤브레인을 양송이 버섯으로부터 키틴질 고분자를 추출한 후, 간단한 필터 과정을 통한 방법으로 제작하였다. 버섯 키틴 멤브레인의 다공성 기공 구조는 동결-해동 (Freeze thaw, FT) 과정을 통해 형성되었다. 멤브레인의 기공 구조는 동결-해동 과정의 횟수에 따라 쉽게 조절이 가능한데, 적용된 횟수가 증가함에 따라 버섯 키틴 멤브레인의 기공도가 증가하고 직경이 큰 기공이 형성되었다. 다공성 버섯 키틴 멤브레인은 다양한 오염 물질 (기름 및 미세 입자)를 효과적으로 분리했다. 특히, 다양한 기름 종류와 다른 에멀전 농도에서도 높은 제거율과 멤브레인 투과 속도를 보이며 뛰어난 유수 분리 성능을 보여주었다. 또한, 버섯 키틴 멤브레인은 좋은 내구성을 가져 반복 분리 실험에서 높은 제거율 (>88%)과 투과 속도 (>58500 L·m−2·h−1·bar−1)를 유지하며 뛰어난 재사용 효율을 보였다. X-ray CT 촬영 후 GeoDict를 활용하여 재구성한 버섯 키틴 멤브레인의 3D 모델 시뮬레이션 이미지를 통해 오염 물질 제거 분리 원리를 분석하였다. 이를 통해 오염물 입자가 동결-해동을 통해 형성된 멤브레인 내부의 기공을 거쳐 걸러지는 과정을 파악하고, 버섯 키틴 멤브레인의 특성과 연결지어 오염 물질 제거 매커니즘에 대한 고찰을 제시하였다. 생분해 실험 결과, 버섯 키틴 멤브레인은 생분해가 이루어지지 않는 상용 멤브레인 (cellulose acetate, nylon, PTFE)과 달리 약 한달 이후 거의 생분해 되는 것을 확인하였다. 마지막으로, 버섯 키틴 멤브레인에 편면 왁스 코팅을 하여 멤브레인 성능을 향상시키면서, 능동적으로 오염물 제거가 가능한 필터 멤브레인으로서의 적용 가능성도 알아보았다. 본 연구에서 간단하고 지속가능한 방법으로 제작한 다공성 버섯 키틴 멤브레인은 적용 가능 분야가 다양하여 기능성 섬유 소재 연구에 활용 가치가 높을 것으로 기대된다.
본 연구에서는 오염 물질 제거 다공성 멤브레인을 양송이 버섯으로부터 키틴질 고분자를 추출한 후, 간단한 필터 과정을 통한 방법으로 제작하였다. 버섯 키틴 멤브레인의 다공성 기공 구조는 동결-해동 (Freeze thaw, FT) 과정을 통해 형성되었다. 멤브레인의 기공 구조는 동결-해동 과정의 횟수에 따라 쉽게 조절이 가능한데, 적용된 횟수가 증가함에 따라 버섯 키틴 멤브레인의 기공도가 증가하고 직경이 큰 기공이 형성되었다. 다공성 버섯 키틴 멤브레인은 다양한 오염 물질 (기름 및 미세 입자)를 효과적으로 분리했다. 특히, 다양한 기름 종류와 다른 에멀전 농도에서도 높은 제거율과 멤브레인 투과 속도를 보이며 뛰어난 유수 분리 성능을 보여주었다. 또한, 버섯 키틴 멤브레인은 좋은 내구성을 가져 반복 분리 실험에서 높은 제거율 (>88%)과 투과 속도 (>58500 L·m−2·h−1·bar−1)를 유지하며 뛰어난 재사용 효율을 보였다. X-ray CT 촬영 후 GeoDict를 활용하여 재구성한 버섯 키틴 멤브레인의 3D 모델 시뮬레이션 이미지를 통해 오염 물질 제거 분리 원리를 분석하였다. 이를 통해 오염물 입자가 동결-해동을 통해 형성된 멤브레인 내부의 기공을 거쳐 걸러지는 과정을 파악하고, 버섯 키틴 멤브레인의 특성과 연결지어 오염 물질 제거 매커니즘에 대한 고찰을 제시하였다. 생분해 실험 결과, 버섯 키틴 멤브레인은 생분해가 이루어지지 않는 상용 멤브레인 (cellulose acetate, nylon, PTFE)과 달리 약 한달 이후 거의 생분해 되는 것을 확인하였다. 마지막으로, 버섯 키틴 멤브레인에 편면 왁스 코팅을 하여 멤브레인 성능을 향상시키면서, 능동적으로 오염물 제거가 가능한 필터 멤브레인으로서의 적용 가능성도 알아보았다. 본 연구에서 간단하고 지속가능한 방법으로 제작한 다공성 버섯 키틴 멤브레인은 적용 가능 분야가 다양하여 기능성 섬유 소재 연구에 활용 가치가 높을 것으로 기대된다.
In this study, a porous separation membrane was fabricated from the chitin polymer extracted from common mushrooms using a simple filtration process. The freeze-thaw (FT) process was utilized to create a porous structure of the mushroom chitin membrane. By controlling the number of freeze-thaw cycle...
In this study, a porous separation membrane was fabricated from the chitin polymer extracted from common mushrooms using a simple filtration process. The freeze-thaw (FT) process was utilized to create a porous structure of the mushroom chitin membrane. By controlling the number of freeze-thaw cycles, the pore structure of the mushroom chitin membrane could be easily adjusted. With an increase in the number of cycles, the porosity of the mushroom chitin membrane increased, resulting in the formation of larger pores. Consequently, the mushroom chitin membrane demonstrated excellent capability in separating various pollutants, such as oil and particulate contaminants. Especially, the mushroom chitin membrane displayed high rejection and flux across various oil types and emulsion concentrations. This demonstrates its outstanding performance in oil/water separation. Furthermore, the mushroom chitin membrane demonstrated excellent durability, maintaining high rejection (>88%) and flux (>58500 L·m−2 ·h−1 ·bar−1) over repeated separation experiments, highlighting its excellent reusability. Through X-ray CT imaging and 3D model simulation using GeoDict, the separation mechanism of pollutant removal was analyzed. In the biodegradation experiments, the mushroom chitin membrane showed nearly complete degradation after about a month, unlike the commercial membranes (cellulose acetate, nylon, PTFE), which did not undergo any significant degradation. Finally, a one-sided wax coating was applied to the mushroom chitin membranes to improve the membrane performance through surface modification. Wax coating improved the membrane's separation performance and showed its potential application as an active pollutant removal membrane. The porous mushroom chitin membrane, fabricated using a simple and sustainable method, can be used as a functional textile material.
In this study, a porous separation membrane was fabricated from the chitin polymer extracted from common mushrooms using a simple filtration process. The freeze-thaw (FT) process was utilized to create a porous structure of the mushroom chitin membrane. By controlling the number of freeze-thaw cycles, the pore structure of the mushroom chitin membrane could be easily adjusted. With an increase in the number of cycles, the porosity of the mushroom chitin membrane increased, resulting in the formation of larger pores. Consequently, the mushroom chitin membrane demonstrated excellent capability in separating various pollutants, such as oil and particulate contaminants. Especially, the mushroom chitin membrane displayed high rejection and flux across various oil types and emulsion concentrations. This demonstrates its outstanding performance in oil/water separation. Furthermore, the mushroom chitin membrane demonstrated excellent durability, maintaining high rejection (>88%) and flux (>58500 L·m−2 ·h−1 ·bar−1) over repeated separation experiments, highlighting its excellent reusability. Through X-ray CT imaging and 3D model simulation using GeoDict, the separation mechanism of pollutant removal was analyzed. In the biodegradation experiments, the mushroom chitin membrane showed nearly complete degradation after about a month, unlike the commercial membranes (cellulose acetate, nylon, PTFE), which did not undergo any significant degradation. Finally, a one-sided wax coating was applied to the mushroom chitin membranes to improve the membrane performance through surface modification. Wax coating improved the membrane's separation performance and showed its potential application as an active pollutant removal membrane. The porous mushroom chitin membrane, fabricated using a simple and sustainable method, can be used as a functional textile material.
주제어
#재사용 멤브레인 유수 분리 3D 시뮬레이션 생물 소재 기반 다공성 멤브레인 생분해 필터 왁스 편면 코팅 porous membrane reusable membrane oil/water separation 3D simulation bio-derived polymers biodegradable filter wax coating
학위논문 정보
저자
오정민
학위수여기관
연세대학교 일반대학원
학위구분
국내석사
학과
의류환경학과
지도교수
박예원
발행연도
2024
총페이지
x, 72 p.
키워드
재사용 멤브레인 유수 분리 3D 시뮬레이션 생물 소재 기반 다공성 멤브레인 생분해 필터 왁스 편면 코팅 porous membrane reusable membrane oil/water separation 3D simulation bio-derived polymers biodegradable filter wax coating
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