[논문]PDMS 막을 이용한 물과 이소프로판올 혼합액의 투과증발 분리특성

김지선; 이충섭; 조은혜; 임지원

PDMS 막을 이용한 물과 이소프로판올 혼합액의 투과증발 분리특성
Pervaporation Separation of Isopropyl Alcohol-water Mixtures Using Poly (dimethyl siloxane) Membrane 원문보기

멤브레인 = Membrane Journal, v.23 no.3, 2013년, pp.245 - 250

김지선 (한남대학교 대덕밸리캠퍼스 화학공학과) , 이충섭 ((주)에어레인) , 조은혜 (한남대학교 대덕밸리캠퍼스 화학공학과) , 임지원 (한남대학교 대덕밸리캠퍼스 화학공학과)

초록
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PDMS 단일 막을 이용한 투과증발공정을 통해 이소프로필알코올(Isopropyl alcohol, IPA)-물계에 대한 분리특성을 알아보았다. RTV-655 주재와 가교제의 비율을 9:1과 10:1로 달리하고 반응온도를 40, 60, $80^{\circ}C$로 변화하여 경화시켰다. 이렇게 제조된 막을 이용하여 특성평가를 위해 물/IPA 혼합액에 대한 투과증발 실험을 수행하였다. 공급액의 조성은 85 wt% IPA 수용액을 사용하였으며, 온도는 25, 35, 45, $55^{\circ}C$로 변화시켰다. 공급액의 변화와 반응온도의 조건변화에 따른 투과도 및 IPA 농축농도를 측정하였는데, 투과도는 9:1 비율, 공급액 온도 $55^{\circ}C$일 때 $148g/m^2{\cdot}hr$, 선택도는 10:1 비율, 공급액 온도 $55^{\circ}C$일 때 17%로 가장 높은 값을 얻을 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the pervaporation separation characteristics were investigated for the iso-propyl alcohol (IPA)-water system using PDMS dense membranes. The ratio, 9:1 and 10:1, of the basic material based on RTV-655 and crosslinking agent were used to prepare dense membranes at the reaction temperatures, 40, 60, and $80^{\circ}C$. And these resulting membranes were characterized by pervaporation technique in terms of permeabilities and separation factors for the feed composition of IPA 85 wt% at the operating temperatures, 25, 35, 45, and $55^{\circ}C$. Typical results of permeabilities $148g/m^2{\cdot}hr$ at $55^{\circ}C$ for 9:1 membrane and the selectivity 17 at $55^{\circ}C$ for 10:1 membrane were obtained, respectively.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이에 본 연구에서는 IPA 수용액으로부터 IPA를 선택적으로 분리할 수 있는 PDMS 고분자막을 제조하여 투과증발 실험을 수행하였다. 이번 투과증발 실험을 통해 주재, 경화제의 혼합비율과 반응온도, 공급액 온도변화에 따른 투과도와 IPA 선택도를 알아보았다.

제안 방법

2) 제조한 PDMS 막을 가지고 공급액의 온도를 변화시켜가며 투과특성을 알아보았다. 공급액의 온도가 증가할수록 투과도와 선택도 모두 선형적으로 증가하는 경향을 나타내었고, 주재와 경화제 비율이 10:1보다는 9:1에서 투과도와 선택도 모두 뛰어난 것으로 확인되었다.
PDMS 막은 주재와 경화제를 10:1. 9:1 비율로 혼합하여 n-hexane에 용해시켜 준비한 후 수평하게 유지된 glass petri dish에 붓고 상온에서 24시간 건조하였다. 건조된 막을 40, 60, 80°C 진공오븐에서 8시간 동안 가교하였다.
9:1 비율로 혼합하여 n-hexane에 용해시켜 준비한 후 수평하게 유지된 glass petri dish에 붓고 상온에서 24시간 건조하였다. 건조된 막을 40, 60, 80°C 진공오븐에서 8시간 동안 가교하였다. 가교 반응은 백금촉매하에 활성 수소 원자와 vinyl group의 추가적인 반응에 의해 일어난다.

대상 데이터

본 연구에서 막의 제조를 위해 사용한 고분자는 PDMS(RTV-655 Silicone Elastomer, MOMENTIVE)를 사용하였다. 그 밖에 사용된 시약으로 n-hexane (JUNSEI,96%)를 전처리 없이 사용하였다.
투과증발의 공급액 제조를 위하여 사용한 IPA (Isopropyl alcohol)은 OCI Company Ltd의 시약을 정제 없이 사용하였으며, 초순 수는 Younglin Pure Water System(Seoul, Korea)으로 생산 사용하였다.

성능/효과

1) 반응온도가 올라감에 따라 경화제에 들어있는 폴리실록산계 고분자와 가교제가 더욱 더 결합하여 더욱 더 치밀한 활성층을 만들어내기 때문에 투과도와 선택도 모두 증가하는 현상을 보였다.
2) 제조한 PDMS 막을 가지고 공급액의 온도를 변화시켜가며 투과특성을 알아보았다. 공급액의 온도가 증가할수록 투과도와 선택도 모두 선형적으로 증가하는 경향을 나타내었고, 주재와 경화제 비율이 10:1보다는 9:1에서 투과도와 선택도 모두 뛰어난 것으로 확인되었다. 혼합비 9:1, 반응온도 60°C, 공급액 온도 55℃일 때 투과도와 IPA 선택도는 각각 116g/m²·hr, 17 이었다.
공급액의 온도가 증가할수록 투과도와 선택도 모두 선형적으로 증가하는 경향을 나타내었고, 주재와 경화제 비율이 10:1보다는 9:1에서 투과도와 선택도 모두 뛰어난 것으로 확인되었다. 혼합비 9:1, 반응온도 60°C, 공급액 온도 55℃일 때 투과도와 IPA 선택도는 각각 116g/m²·hr, 17 이었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	막 분리법의 특징은 무엇인가?	막 분리법은 다른 공정들에 비해 역사가 길지 않지만 경제성이나 효율성 측면에서 발전 가능성이 무궁무진하여 상당한 관심을 끌고 있다. 또한 막의 화학적 특성과 구조적특성을 변화시킴으로써 고분자의 변형을 꾀하는 연구 또한 진행되고 있다[1-3].
	투과증발공정의 특징은 무엇인가?	다양한 분리공정법 중에서도 투과증발은 분리하고자 하는 대상의 물질을 각 성분에 대해 비 다공성 선택투과막을 이용하면서 투과 측에서는 감압에 따른 증기 상으로의 전환과 응축을 통해 한 성분을 액상의 혼합물에서 분리하는 공정이다[4]. 이 공정은 공비점을 형성하는 혼합액에서 유기 수용액으로부터 탈수 및 유기물 제거 공정과 유기-유기 혼합액의 분리공정 형태로 이용혼합액의 분리에 적합하다. 따라서 에너지 효율적인 면에서 현재 많은 연구가 이루어지고 있다[5-9].
	분리공정법 중 하나인 투과증발공정은 어떻게 이루어지는가?	다양한 분리공정법 중에서도 투과증발은 분리하고자 하는 대상의 물질을 각 성분에 대해 비 다공성 선택투과막을 이용하면서 투과 측에서는 감압에 따른 증기 상으로의 전환과 응축을 통해 한 성분을 액상의 혼합물에서 분리하는 공정이다[4]. 이 공정은 공비점을 형성하는 혼합액에서 유기 수용액으로부터 탈수 및 유기물 제거 공정과 유기-유기 혼합액의 분리공정 형태로 이용혼합액의 분리에 적합하다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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