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구리이온을 함유한 PCB 폐에칭액의 Cross-flow 나노여과
Cross-flow Nanofiltration of PCB Etching Waste Solution Containing Copper Ion 원문보기

Korean chemical engineering research = 화학공학, v.52 no.2, 2014년, pp.272 - 277  

박혜리 (충북대학교 공업화학과) ,  남상원 (충북대학교 공업화학과) ,  염경호 (충북대학교 공업화학과)

초록
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본 연구는 인쇄회로기판(PCB) 제조 시 에칭공정에서 발생되는 구리이온($Cu^{+2}$)을 고농도로 함유한 황산 폐에칭액을 NF 막분리법을 사용하여 에칭액 회수와 구리이온 처리를 효율적으로 수행하기 위한 NF 막여과 공정의 운전조건을 설정하기 위한 기본 자료를 확보하는데 있다. 이를 위해 미국 Koch사의 SelRO MPS-34 4040 NF 막을 대상으로 구리이온을 고농도(5~30 g/L)로 함유한 모의 황산 폐에칭액의 cross-flow 나노여과 실험을 수행하여 투과 플럭스와 구리이온의 총괄 배제도를 측정하였다. 이 결과 투과 플럭스는 황산 폐에칭액 내 구리이온의 농도가 증가할수록, 황산 폐에칭액의 pH가 낮을수록 작아졌으며, 그 값은 최소 $4.5L/m^2{\cdot}h$에서 최대 $23L/m^2{\cdot}h$이었다. 황산 폐에칭액 내 구리이온의 총 배제도는 구리이온의 농도가 클수록, 용액의 pH가 낮을수록 그리고 폐에칭액의 순환유량이 작을수록 낮아졌으며, 황산 폐에칭액의 pH가 1 이상인 상태에서 70% 이상의 구리이온 배제가 가능하였다. NF 막을 12개월 동안 황산용액 내에 보관하여도 투과 플러스 와 구리이온 배제도의 유의한 변화가 없어 SelRO MPS-34 막모듈을 강산 조건에서 1년이상 막모듈의 교체 없이 산성 폐에칭액 처리에의 사용이 가능하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study the nanofiltration (NF) membrane treatment of a sulfuric acid waste solutions containing copper ion ($Cu^{+2}$) discharging from the etching processes of the printed circuit board (PCB) manufacturing industry has been studied for the recycling of acid etching solution. SelRO...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 전자 및 반도체 산업의 각종 에칭공정에서 발생되는 중금속을 함유한 산성 폐에칭액의 처리에 NF 막분리법을 적용하여 에칭액 회수와 중금속 제거에의 활용 가능성을 검토하였다. 이를 위해 앞서의 연구[14]에서 산성 폐에칭액의 처리에 가장 적합한 것으로 보고된 Koch Co.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
산 폐에칭 액의 재활용 처리에 활용되는 전기투석법의 특징은? 산 폐에칭 액의 재활용 처리에 전기투석(electro-dialysis; ED)법의 적용도 고려해 볼 수도 있다. 도금폐수의 처리에 활용되고 있는 ED법은 이온교 환막을 사용한 중금속 제거기술로서 화학약품의 추가 없이 양이온 (중금속)과 음이온(산)의 막을 통한 확산과정으로 산회수가 가능하기 때문에 전자 및 반도체 산업 폐에칭액의 재활용 기술로서 주목되어 왔다[3,4]. 그러나 ED에 사용되는 이온교환막은 세공이 없는 막으로서 원리상 확산에 의한 양이온과 음이온의 교환을 통해 분리가 이루 어지므로 처리속도가 낮아 대량의 산 폐에칭액을 처리하는데 문제가 있다.
응집침전법이란? 중금속을 함유한 산폐수 처리법으로는 응집제를 투여하여 중금속을 응집시켜 침전시키는 응집침전법과 산폐수 내에 활성탄 또는 이온교 환수지 등의 흡착제를 투여하거나 산폐수를 흡착탑에 통과시켜 중금 속을 제거하는 흡착법이 대표적이다[1,2]. 그러나 응집침전법과 흡착 법을 전자 및 반도체 산업에서 배출되는 산 폐에칭액의 재활용 처리에 적용시킬 경우, 응집제와 흡착제의 강산에의 용해로 인해 유발되는 2차 오염으로 에칭액으로의 재활용이 곤란할 수 있다.
응집침전법과 흡착 법이 전자 및 반도체 산업에서 배출되는 산 폐에칭액의 재활용 처리에 적용시킬 경우 어떠한 문제가 발생하는가? 중금속을 함유한 산폐수 처리법으로는 응집제를 투여하여 중금속을 응집시켜 침전시키는 응집침전법과 산폐수 내에 활성탄 또는 이온교 환수지 등의 흡착제를 투여하거나 산폐수를 흡착탑에 통과시켜 중금 속을 제거하는 흡착법이 대표적이다[1,2]. 그러나 응집침전법과 흡착 법을 전자 및 반도체 산업에서 배출되는 산 폐에칭액의 재활용 처리에 적용시킬 경우, 응집제와 흡착제의 강산에의 용해로 인해 유발되는 2차 오염으로 에칭액으로의 재활용이 곤란할 수 있다. 산 폐에칭 액의 재활용 처리에 전기투석(electro-dialysis; ED)법의 적용도 고려해 볼 수도 있다.
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참고문헌 (15)

  1. Patterson, J. W., "Industrial Waste Reduction," Environ. Sci. Technol., 23, 1032(1989). 

  2. Meunier, N., Laroulandie, J., Blais, J. F. and Tyagi, R. D., "Cocoa Shells for Heavy Metal Removal from Acidic Solutions," Bioresour. Technol., 90, 255(2003). 

  3. Wisniewski, J. and Suder, S., "Water Recovery from Etching Effluents for the Purpose of Rinsing Stainless Steel," Desalination, 101, 245(1995). 

  4. Mohammadi, T., Razmi, A. and Sadrzadeh, M., "Effect of Operating Parameters on $Pb^{+2}$ Separation from Wastewater Using Electrodialysis,"Desalinatrion, 167, 379(2004). 

  5. Hwang, S. T., "Fundamentals of Membrane Transport," Korean J. Chem. Eng., 28(1), 1(2011). 

  6. Mulder, M., Basic Principles of Membrane Technology, 2nd Ed., Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, The Netherlands(1996). 

  7. Baker, R. W., Membrane Technology and Applications, 2nd Ed., John Wiley & Sons, New York, NY(2004). 

  8. Childress, A. E. and Elimelech, M., "Effect of Solution Chemistry on the Surface Charge of Polymeric Reverse Osmosis and Nanofiltration Membranes," J. Membr. Sci., 199, 253(1996). 

  9. Yaroshcuk, A. E., "Rejection Mechanisms of NF Membranes," Membrane Technol., 100, 9(1998). 

  10. Tanninen, J., Platt, S., Weis, A. and Nystrom, M., "Long-term Acid Resistance and Selectivity of NF Membranes in Very Acidic Conditions," J. Membr. Sci., 240, 11(2004). 

  11. Kang, S. H., Lee, E. G. and Chang, Y. K., "A Study on the Characteristics of Ion Separation by Nanofiltration," Korean Chem. Eng. Res.(HWAHAK KONGHAK), 37(5), 713(1999). 

  12. Al-Zoubi, H and Omar, W., "Rejection of Salt Mixture from High Saline by Nanofiltration Membranes," Korean J. Chem. Eng., 26(3), 799(2009). 

  13. Choi, C. M., Choi, Y. H., Lee, J. H., Kim, H. J., Kim, N. J., Park, B. J., Joo, Y. K., Kang, J. S. and Paik, Y. K. "A Study on the Fouling of Ultrafiltration Membranes Used in the Treatment of an Acidic Solution in a Circular Cross-flow Filtration Bench," Membrane J., 19(3), 252(2009). 

  14. Shin, H. S., Jin, C. D. and Youm, K. H., "Recycling of Acid Etching Waste Solution Containing Heavy Metals by Nanofiltration(I): Evaluation of Acid Stability of Commercial Nanofiltration Membranes," Membrane J., 19(4), 317(2009). 

  15. Tanninen, J., Manttari, M. and Nystrom, M., "Nanofiltration of Concentrated Acidic Copper Sulphate Solutions," Desalination, 189, 92(2006). 

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