Polyacrylonitrile (PAN) 기질고분자를 용매인 dimethylformamide (DMF)에 녹인 후 전기방사법을 이용하여 polyacrylonitrile nanofibers membrane (PAM)을 제조하였으며, 정밀여과(microfiltration) 적용을 위해, 제조된 PAM 샘플들의 layer 수를 변화시켜, 기공크기를 조절하였다. 또한, 순수투과도(water-flux) 향상을 위해 poly (ethylene glycol) methyl ether methacrylate와 azobisisobutylronitrile (AIBN)을 이용하여 자유 라디칼중합(free radical polymerization)을 통해 합성된 AN-PEGMA 공중합체를 PAN과 3:1의 비율로 혼합한 후 위와 같은 방법으로 다공성 막(PAM/APM)을 제조하였으며, FT-IR과 E.D.S 분석을 통해 PAM 샘플과 비교 분석하였다. Scanning Electron Microscope (SEM) 분석과 기공크기, 기공도 실험을 통해 균일한 직경(400~600 nm)과 균일한 기공특성(0.5~0.4 ${\mu}m$)을 가진 다공성 막이 제조되었음을 확인할 수 있었다. 순수투과도 측정을 통해 정밀여과용 막으로의 활용가능성을 조사하였으며, AN-PEGMA 공중합체가 도입된 PAM/APM의 경우 상용막인 polyvinylidenefluoride (PVdF)에 비해 순수투과도가 상대적으로 높은 값을 나타내었다. 위의 결과로부터 전기방사법으로 제조된 PAN 나노섬유막들은 정밀여과용 막으로서 충분한 활용가능성이 있다고 판단된다.
Polyacrylonitrile (PAN) 기질고분자를 용매인 dimethylformamide (DMF)에 녹인 후 전기방사법을 이용하여 polyacrylonitrile nanofibers membrane (PAM)을 제조하였으며, 정밀여과(microfiltration) 적용을 위해, 제조된 PAM 샘플들의 layer 수를 변화시켜, 기공크기를 조절하였다. 또한, 순수투과도(water-flux) 향상을 위해 poly (ethylene glycol) methyl ether methacrylate와 azobisisobutylronitrile (AIBN)을 이용하여 자유 라디칼 중합(free radical polymerization)을 통해 합성된 AN-PEGMA 공중합체를 PAN과 3:1의 비율로 혼합한 후 위와 같은 방법으로 다공성 막(PAM/APM)을 제조하였으며, FT-IR과 E.D.S 분석을 통해 PAM 샘플과 비교 분석하였다. Scanning Electron Microscope (SEM) 분석과 기공크기, 기공도 실험을 통해 균일한 직경(400~600 nm)과 균일한 기공특성(0.5~0.4 ${\mu}m$)을 가진 다공성 막이 제조되었음을 확인할 수 있었다. 순수투과도 측정을 통해 정밀여과용 막으로의 활용가능성을 조사하였으며, AN-PEGMA 공중합체가 도입된 PAM/APM의 경우 상용막인 polyvinylidenefluoride (PVdF)에 비해 순수투과도가 상대적으로 높은 값을 나타내었다. 위의 결과로부터 전기방사법으로 제조된 PAN 나노섬유막들은 정밀여과용 막으로서 충분한 활용가능성이 있다고 판단된다.
Polyancrylonitrile nanofiber membrane (PAM) was prepared by using the electrospinning method with a solution of polyacrylonitrile (PAN) in DMF. The pore-diameter of PAMs and the number of PAM's layer were controlled for the microfiltration (MF) application. In addition, in order to improve the water...
Polyancrylonitrile nanofiber membrane (PAM) was prepared by using the electrospinning method with a solution of polyacrylonitrile (PAN) in DMF. The pore-diameter of PAMs and the number of PAM's layer were controlled for the microfiltration (MF) application. In addition, in order to improve the water-flux, AN-PEGMA copolymers have been synthesized via free radical polymerization with poly (ethylene glycol) methyl ether methacrylate and azobisisobutylronitrile (AIBN), and then PAN/AN-PEGMA nanofiber membranes (PAM/APM) were prepared by electrospinning with a mixture of PAN (9 wt%) and AN-PEGMA (3 wt%) in DMF (88 wt%). The prepared membranes were investigated with FT-IR and E.D.S. It was confirmed through scanning electron microscope (SEM), porometer, and porosity analysis that the porous membrane with a uniform diameter (400~600 nm) and a uniform pore characteristics (0.5~0.4 ${\mu}m$) was prepared. For the MF application, water-flux measurements were investigated and then the result was shown that the water permeability value of PAM/APMs introduced AN-PEGMA copolymers was relatively higher than that of the PVdF commercial membrane. From these results, PAN nanofiber membranes prepared by electrospinning could be utilized as a MF membrane.
Polyancrylonitrile nanofiber membrane (PAM) was prepared by using the electrospinning method with a solution of polyacrylonitrile (PAN) in DMF. The pore-diameter of PAMs and the number of PAM's layer were controlled for the microfiltration (MF) application. In addition, in order to improve the water-flux, AN-PEGMA copolymers have been synthesized via free radical polymerization with poly (ethylene glycol) methyl ether methacrylate and azobisisobutylronitrile (AIBN), and then PAN/AN-PEGMA nanofiber membranes (PAM/APM) were prepared by electrospinning with a mixture of PAN (9 wt%) and AN-PEGMA (3 wt%) in DMF (88 wt%). The prepared membranes were investigated with FT-IR and E.D.S. It was confirmed through scanning electron microscope (SEM), porometer, and porosity analysis that the porous membrane with a uniform diameter (400~600 nm) and a uniform pore characteristics (0.5~0.4 ${\mu}m$) was prepared. For the MF application, water-flux measurements were investigated and then the result was shown that the water permeability value of PAM/APMs introduced AN-PEGMA copolymers was relatively higher than that of the PVdF commercial membrane. From these results, PAN nanofiber membranes prepared by electrospinning could be utilized as a MF membrane.
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문제 정의
본 연구에서는 기계적·화학적 안정성을 가지고 있는 PAN을 이용하여 전기방사함으로써, 나노섬유 형태의 다공성막을 제조하고, 친수성 물질의 도입과 기공크기를 조절하여 정밀여과용 막으로서 활용가능성을 조사하였다.
제안 방법
따라서 MF용 막으로 활용하기 위해서는 이런 기공의 크기를 적절히 조절해줄 필요가 있다. 본 연구에서는 기계적물성의 향상과 기공의 크기를 조절하기 위해 각 샘플들을 다양한 층으로 겹친 후 후처리 공정을 실시하여 최종적으로 PAM을 제조하였으며, 친수성 향상을 위해 AN-PEGMA공중합 체가 도입된 PAM/APM의 경우도 위와 같은 방법에 따라 제조하였다.
본 연구에서는 유기물질들의 의한 막의 fouling 현상을 줄이고 수투과도 향상을 위해 친수성 고분자인 PAN 과 AN-PEGMA 공중합체를 도입하여 다공성막을 제조하였다. 전기방사법을 이용하여 제조된 샘플들을 후처리 공정을 통해 기공크기를 조절하였으며, MF용 막으로 활용하기 위해 막 성능 평가를 실시하였다.
대상 데이터
Polyacrylonitile nanofiber membrane (PAM) 제조를 위해 사용된 기질 고분자 PAN (MW: 100,000)은 Aldrich사에서, 용매인 DMF는 국내 DAEJUNG CHEMICALS에서 각각 구매하여 사용하였다. AN-PEGMA 공중합체를 제조하기 위해 acrylonitrile, poly(ethylene glycol) methyl ether methacrylate (PEGMA, Mn: ∼ 475 g/mol) 그리고 라디칼 개시제(initiator)로 AIBN을 사용하였으며, SigmaAldrich사로부터 구매하였다. 용매인 DMF의 경우 대성화학으로부터 구입하여 사용하였다.
Polyacrylonitile nanofiber membrane (PAM) 제조를 위해 사용된 기질 고분자 PAN (MW: 100,000)은 Aldrich사에서, 용매인 DMF는 국내 DAEJUNG CHEMICALS에서 각각 구매하여 사용하였다. AN-PEGMA 공중합체를 제조하기 위해 acrylonitrile, poly(ethylene glycol) methyl ether methacrylate (PEGMA, Mn: ∼ 475 g/mol) 그리고 라디칼 개시제(initiator)로 AIBN을 사용하였으며, SigmaAldrich사로부터 구매하였다.
AN-PEGMA 공중합체를 제조하기 위해 acrylonitrile, poly(ethylene glycol) methyl ether methacrylate (PEGMA, Mn: ∼ 475 g/mol) 그리고 라디칼 개시제(initiator)로 AIBN을 사용하였으며, SigmaAldrich사로부터 구매하였다. 용매인 DMF의 경우 대성화학으로부터 구입하여 사용하였다. 자유 라디칼 중합에 의해 제조된 AN-PEGMA (Mn: 475 g/mol) 공중합체의 경우 서울대학교 바이오시스템·소재학부로부터 공급받아 사용하였으며, 모든 시약들은 구입 후 별도의 정제 없이 사용하였다.
용매인 DMF의 경우 대성화학으로부터 구입하여 사용하였다. 자유 라디칼 중합에 의해 제조된 AN-PEGMA (Mn: 475 g/mol) 공중합체의 경우 서울대학교 바이오시스템·소재학부로부터 공급받아 사용하였으며, 모든 시약들은 구입 후 별도의 정제 없이 사용하였다.
데이터처리
기공특성을 분석하기 위하여 Porometer (POROLUX 1000, IB-FT GmbH)를 이용하여 평균 기공크기를 측정 하였다. 기공크기 분석에 사용된 용액으로는 16.
전기방사법과 후처리 공정으로 통해 제조된 PAM과 PAM/APM 샘플들의 구조를 Fourier Transform Infrared Spectroscopy (JASCO, FT/IR-620), Energy Dispersive x-ray Spectroscopy (E.D.S, Hitachi, S-480)를 통해 비교·분석하였다. SEM (Hitachi S-480) 분석을 통해 제조된 막들의 표면의 형태를 상용막인 PVdF (Millipore) 막과 비교·분석하였다.
본 연구에서는 유기물질들의 의한 막의 fouling 현상을 줄이고 수투과도 향상을 위해 친수성 고분자인 PAN 과 AN-PEGMA 공중합체를 도입하여 다공성막을 제조하였다. 전기방사법을 이용하여 제조된 샘플들을 후처리 공정을 통해 기공크기를 조절하였으며, MF용 막으로 활용하기 위해 막 성능 평가를 실시하였다. 그 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
이론/모형
PAN 나노섬유 web은 PAN 파우더를 DMF에 24 h, 상온에서 교반과정을 통해 완전히 녹인 후 전기방사법을 이용하여 제조하였다. 전기방사용액의 조성비를 Table 1에 나타내었다.
성능/효과
1) 전기방사법을 이용해 제조된 PAN 나노섬유 막(PAM)과 PAN/AN-PEGMA 나노섬유 막 (PAM/APM)을 FT-IR과 E.D.S 분석을 실시하였으며, PAM/APM에서 PAM 과 구분되어지는 carbonyl group (-C = O)의 peak (1,725 cm-1)와 O peak이 관찰되어 AN-PEGMA 공중합체가 도입되었음을 확인하였다.
2) SEM 분석을 통해 400∼600 nm 직경을 가진 다공성막이 제조되었음을 확인하였으며, 기공크기와 기공도 분석 결과(0.4 μm, 48%)를 상용막과 비교함으로써, MF 적용에 적합한 막이 제조되었음을 확인하였다.
3) 수투과도 실험에서, AN-PEGMA가 도입된 막(PAM/ APM)이 PAM 막에 비해 약 100% 향상되는 것을 확인하였다. 이는 친수성그룹의 존재가 수투과도 향상에 이점이 있다는 것을 확인 할 수 있는 결과이다.
이는 친수성그룹의 존재가 수투과도 향상에 이점이 있다는 것을 확인 할 수 있는 결과이다. 또한, 상용막인 PVdF 막과 비교하였을 때, 비교적 높은 압력 조건(0.2 bar)에서 flux가 향상되는 것을 확인하였다. 위 결과로부터 제조된 막이 MF용 막으로 활용가능할 것으로 판단된다.
후속연구
2 bar)에서 flux가 향상되는 것을 확인하였다. 위 결과로부터 제조된 막이 MF용 막으로 활용가능할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
막을 분류하는 방법 중 산업분야에서 가장 광범하게 사용하고 있는 것은 무엇인가?
이중에 서도 0.05∼10 μm 크기의 다공을 가지고 있으며 현탁액이나 에멀젼의 농축에 적합한 정밀여과는 기존의 여과 방법과 가장 밀접한 막분리 공정으로서, 의약, 발효 산업을 비롯한 각종 산업분야에서 가장 광범위하게 사용되고 있다[7-9].
막을 분류하는 방법은 무엇이 있는가?
막을 분류하는 방법으로, 분리 성능에 따라 정밀여과막(mcirofiltration), 한외여과막(ultrafiltration), 나노막(nanofiltration), 삼투압막(reversosmosis)이 있다[6]. 이중에 서도 0.
다공성막을 제조하는 대표적인 방법은 무엇인가?
다공성막을 제조하는 대표적인 방법으로는 상전환법 (phase inversion)이 있으며, 현재 상업적으로 사용되는 정밀여과 및 한외여과막을 제조하는 공정에 이용되고 있다. 최근에는 전기방사법을 이용하여 나노섬유를 제조한 후 이를 막에 활용하는 연구가 진행되고 있다.
참고문헌 (17)
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