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문제 정의
- 있다. 본 연구는 N-halamine의 전구체 물질로 대표적인 m-aramid를 poly(vinyl alcohol)(PVA) 와함께 무독성의 용매 (i.e. Ionic liquid)에 용해시킨용액을 이용하여 멤브레인을 제조한 후 Oxidative chlorine [Cl*]을 부착시켜 수인성 박테리아에 대해 뛰어난 살균성을 갖는 식수 정제용 항균 멤브레인을 제조하는 것을 목적으로 한다.
제안 방법
- m-Aramid 멤브레인의 Chlorination 여부를 확인하기 위해, Fourier Transform Infrared # (FT-IR) (Spectrum 100, Perkin-Elmer Co.„ USA)를사용하였으며, Attenuated Total Reflection (ATR) 장치를 장착하여 분광분석을 실시하였다.
- m-Aramid 멤브레인의 수인성박테리아에 대한 항균 성능을 알아보기 위해 수인성박테리아 중 Gramnegative 박테리아인 대장균이 존재하는 물을 m- aramid 멤브레인으로 정수한 후 일반세균(Totcolony counts) 및 총대장균군(Total coliforms)분석을 실시하였다.
- , Japan)을 사용하여 제조된 멤브레인의 표면을 관찰하였다. 관찰 이전에 시료를 백금으로 코팅하였고, SEM(Scanning electron microscopy) 촬영 시 15kV의 가속 전압 하에서 관찰하였다.
- 또한 염소화된 멤브레인으로 정수 후 수질 내에 염소부산물 생성여부를 확인하기 위하여 잔류염소량을 측정하였다. 일반세균 및 잔류염소량은 먹는 물 수질공정시험법에 따라 분석하였고, 대장균군 수는 환경부제정 수질오염공정시험법에 준하여 분석하였다(4)
- 수인성 박테리아에 대해 뛰어난 살균성을 갖는 식수 정제용 항균 멤브레인을 개발하기 위하여 다양한 블렌드 비 (ratio)로 제조된 m-Aramid/PVA 블렌드 용액을 이용하여 필름을 제조한 후 PVA를제거함으로써 얻어진 m-aramid 멤브레인의 특성 및 항균 성능을 평가한 결과 다음과 같은 결론을 도출할 수 있었다.
- 제조된 멤브레인의 특성 평가를 통해 필터로서의 적합성을 확인하고자 기공분포, 평균 기공 크기 및 액체투과도를 관찰하였다.
- 조건별로 제조된 m-aramid 멤브레인의 기공은 SEM 을 통하여 그 형상을 관찰하였다.
- 주사전자현미경 (S-4100, Hitachi Co., Japan)을 사용하여 제조된 멤브레인의 표면을 관찰하였다. 관찰 이전에 시료를 백금으로 코팅하였고, SEM(Scanning electron microscopy) 촬영 시 15kV의 가속 전압 하에서 관찰하였다.
- 증류수(lOOtnL)에 KI(Potassium Iodide) 0.1 %를첨가한 후 pH를 4로 맞추기 위해 acetic acid ImL를 첨가하였다. 제조된 용액에 염소화된 시료를 침지시려 12시간동안 방치한 후 1%의 starch solution 을 첨가하고 sodium thiosulfate solution(0.
대상 데이터
- Chlorination에 사용되는 sodium hypochlorite(NaOCl) 용액은 시중에서 판매되고 있는 것(4% NaOQ solution) 을 증류수에 15%로 희석 시킨 후 사용하였다. NaOQ 용액을 pH를 7로 조정하여 앞서 제조된 m-aramid 멤브레인을 60분간 침지 시킨 후 결합되지 않은 염소를 제거하기 위해 다량의 증류수로 수세 하여 45 ℃ 에서 2시간동안 건조시켰다.
- m-Aramid/PVA 블렌드 용액에 사용된 PVA는 중합도(이가 4, 000내지 4, 300이며 검화도는 99.9% 이상인 것을 사용하였다. *Aranrid는 Yantai Spandex Co.
- (#)의 제품을 사용하였다. m-Aramid/PVA 블렌드 용액제조의 용매로는 Fluka의 Ionic liquid (1 -buty 1-3 -methyl-imidazoliumchloride)를 사용하였다. Ionic liquid와 m-aramid는 Ionic liquid/m-Aramid (100/10, w/w)의 비로 그리고, PVA는 m-aramid 무게의 5%에서 25%까지 다양한 농도로 혼합하여 110℃의 온도에서 균일한 용액이 될 때까지 12시간 이상 교반시켰다.
이론/모형
- 또한 염소화된 멤브레인으로 정수 후 수질 내에 염소부산물 생성여부를 확인하기 위하여 잔류염소량을 측정하였다. 일반세균 및 잔류염소량은 먹는 물 수질공정시험법에 따라 분석하였고, 대장균군 수는 환경부제정 수질오염공정시험법에 준하여 분석하였다(4)
- 제조된 m-aramid 멤브레인의 조건별 평균기공크7] (Mean pore size), 기공분포(Pore size distribution), 액체투과도(Liquid permeability)를 살펴보기 위하여 PMI capillary flow porometer(Porous materials, Inc., USA)를 사용하였다. 멤브레인의 투과수로는 증류수를 사용하였다.
성능/효과
- 7에 나타내었다. 아무 처리도 하지 않은 m-aramid 멤브레인과 염소화시킨 ffl-aramid 멤브레인의 적외선 분광분석 스펙트럼을 비교한 결과 untreated zn-aramid의 C=O 밴드가 1652cm"에서 chlorination 후에 1661cm"로 이동된 것을 확인하였다. 염소화된 후에는 C=O 밴드가 더 높은 파장으로 옮겨가는 것은 선행된 연구에서 증명된바 있어”), 이를 근거로 멤브레인에 염소가 부착되었음을 확인할 수 있었다.
- 1. SEM 측정 결과, m-Aramid/PVA 블렌드 용액 내에 PVA양이 증가할수록 표면의 기공크기가 커지고 단위면적당 공극의 비율이 높아짐을 확인하였다.
- 2. m-Aramid 멤브레인의 기공분포측정 결과, 블렌드 용액내의 PVA첨가량이 증가할수록 기공분포가 더 넓게 형성되는 것을 확인하였으며, 평균 기공 크기도 증가하였다. 뿐만 아니라 PVA양이 증가할수록 액체투과도 또한 증가하는 것을 확인 호였다.
- 3. FT-IR 측정 결과, 염소화 후 m-aramid 멤브레인 C=O 밴드가 1652cm』에서 1661cm'로 이동된 것을 근거로 멤브레인 표면에 염소가 부착되었음을 확인하였다.
- 4. 제조된 m-aramid 멤브레인을 chlorination 후 [C1*]% 측정을 한 결과, ffl-Aramid/PVA(100/15, w/w) 의조건에서 가장 높은 [C1*]%를 나타내었다.
- 8에는 zn-aramid 멤브레인 제조시 적용된 m- Aramid/PVA의 비율에 따른 chlorination후 [C1*]농도를 나타내었다. m-Aramid/PVA 블렌드 용액 내에 PVA 첨가량이 증가할수록 [Cl*]농도가 증가하는 것으로 보아 멤브레인 내의 기공수가 많아짐에 따른 표면적 증가에 의한 것으로 추측할 수 있었다. 그러나 PVA가 20%이상 첨가되었을 경우 전반적인 기공의 크기가 적정선 이상으로 커져 오히려 전체적인 표면적이 감소하였음을 추측할 수 있었다.
- m-Aramid/PVA 용액내의 PVA양이 증가할수록 제조된 m-aramid 멤브레인의 평균기공크기 또한 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
- 수 있었다. 또한 염소부산물 생성여부를 확인하기 위해 측정한 유리잔류염소가 검출되지않는 것으로 보아 식수정제용 멤브레인으로 사용하기에 적합한 특성을 가지고 있음을 확인하였다.
- 05-2 Microns 사이에 80%이상이 존재하였다. 또한, PVA의 양이 m-aramid 양의 15%인 용액으로 제조된 멤브레인은 기공이 0.03-1 Microns사이에 약 30%가 존재하고 8~16 Microns사이에도 30%이상이 존재하는 것으로 나타났다. 즉, m-Aramid/PVA 용액에서 PVA의 양이 증가함에 따라 PVA 제거후 m-aramid 멤브레인의 기공분포가 더 넓게 형성 된다는 것을 알 수 있었다.
- m-Aramid 멤브레인의 기공분포측정 결과, 블렌드 용액내의 PVA첨가량이 증가할수록 기공분포가 더 넓게 형성되는 것을 확인하였으며, 평균 기공 크기도 증가하였다. 뿐만 아니라 PVA양이 증가할수록 액체투과도 또한 증가하는 것을 확인 호였다.
- 4 는 농도별 m-Aramid/PVA 블렌드 용액을 이용해 필름 제조 후 PVA를 제거한 멤브레인의 SEM 이미지이다. 용액 내에 PVA의 양이 증가할수록 표면에 기공의 크기가 커지고 단위면적당 공극의 비율이 높아짐을 확인할 수 있다.
- 그러나 PVA가 20%이상 첨가되었을 경우 전반적인 기공의 크기가 적정선 이상으로 커져 오히려 전체적인 표면적이 감소하였음을 추측할 수 있었다. 이러한 결과를 토대로, m-aramid 멤브레인이 가장 우수한 항균성을 갖는 최적의 조건은 m-Aramid/PVA (100/15, w/w)임을 확인하였다.
- 일반세균 93 CFU/mL, 대장균 700 MPN/mL를 함유하고 있는 물을 염소화된 m-aramid 멤브레인으로 정수 후 일반세균과 대장균이 모두 멸균되었음을 확인할 수 있었다. 또한 염소부산물 생성여부를 확인하기 위해 측정한 유리잔류염소가 검출되지않는 것으로 보아 식수정제용 멤브레인으로 사용하기에 적합한 특성을 가지고 있음을 확인하였다.
- 즉, m-Aramid/PVA 블렌드 용액 내에 PVA의 비율이 증가하면 멤브레인의 평균 기공크기가 커지게 되고, 그에 따라 작은 압력에도 더 높은 액체 투과도를 나타냄을 확인하였다.
- 03-1 Microns사이에 약 30%가 존재하고 8~16 Microns사이에도 30%이상이 존재하는 것으로 나타났다. 즉, m-Aramid/PVA 용액에서 PVA의 양이 증가함에 따라 PVA 제거후 m-aramid 멤브레인의 기공분포가 더 넓게 형성 된다는 것을 알 수 있었다.
- 5는 조건별 멤브레인의 기공분포를 살펴본 것이다. 첨가된 PVA의 양이 m.aramid의 5%인 용액으로 제조된 멤브레인은 약 70%의 기공이 0.03~ 0.2 Microns사이에서 주로 형성되어있는 것을 확인할 수 있었다. PVA의 양이 m-aramid양의 10%인 용액으로 제조된 멤브레인은 0.
- 후 수질분석을 한 결과, 모든 일반세균 및 박테리아가 멸균되는 것을 확인하였으며, 이로써 제조된 m-aramid 멤브레인이 우수한 항균성을 가지고 있음을 검증하였다.
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