[국내논문]염석법에 의한 저압용 역삼투막 제조 및 NF로의 적용 Composite Membrane Preparation for Low Pressure Using Salting-Out Method and Its Application to Nanofiltration Process원문보기
다공성 PE (polyethylene) 정밀여과막 지지체 위에 이온교환고분자 물질을 염석법 및 가압법(phase separated and pressurization, PSP)으로 코팅하여 저압용 나노여과막을 제조하였다. 제조한 나노여과막의 코팅유무는 SEM 사진을 통하여 확인하였으며 코팅물질, 코팅시간, 이온세기에 따라 NaCl 100 ppm에서 투과도와 배제율을 측정하였다. PEI와 PSSA_MA의 농도를 동일하게 10,000 ppm으로 하고, 3 atm의 코팅압력을 주어 코팅한 결과, PEI의 투과도는 91.2 LMH, 제거율은 64.6% 이었으며 PSSA_MA의 투과도는 122.7 LMH, 제거율은 38.1%의 결과를 얻을 수 있었다. 본 연구로부터 염석법과 가압법을 통해 복합막 제조가 가능하다는 결론을 얻을 수 있었다.
다공성 PE (polyethylene) 정밀여과막 지지체 위에 이온교환고분자 물질을 염석법 및 가압법(phase separated and pressurization, PSP)으로 코팅하여 저압용 나노여과막을 제조하였다. 제조한 나노여과막의 코팅유무는 SEM 사진을 통하여 확인하였으며 코팅물질, 코팅시간, 이온세기에 따라 NaCl 100 ppm에서 투과도와 배제율을 측정하였다. PEI와 PSSA_MA의 농도를 동일하게 10,000 ppm으로 하고, 3 atm의 코팅압력을 주어 코팅한 결과, PEI의 투과도는 91.2 LMH, 제거율은 64.6% 이었으며 PSSA_MA의 투과도는 122.7 LMH, 제거율은 38.1%의 결과를 얻을 수 있었다. 본 연구로부터 염석법과 가압법을 통해 복합막 제조가 가능하다는 결론을 얻을 수 있었다.
Nanofiltration composite membranes were prepared through the ion exchange polymers coating onto the porous microfiltration polyethylene (PE) membrane surfaces the salting-out and phase separated and pressurization (PSP) methods. The existence of coating on the surfaces was confirmed by the scanning ...
Nanofiltration composite membranes were prepared through the ion exchange polymers coating onto the porous microfiltration polyethylene (PE) membrane surfaces the salting-out and phase separated and pressurization (PSP) methods. The existence of coating on the surfaces was confirmed by the scanning electronic microscopy. The resulting membranes were characterized under the various conditions, such as the coating material, coating time, ionic strength etc., in terms of flux and rejection for NaCl 100 ppm solution. Under the same coating conditions of 10,000 ppm coating solution concentration and 3 atm coating pressure for both the coating materials of PEI and PSSA_MA, the flux 91.2 LMH and rejection 64.6% were obtained for PEI whereas 122.7 LMH and 38.1% were observed for PSSA_MA. From this study, it may be concluded that the composite membrane preparation is possible.
Nanofiltration composite membranes were prepared through the ion exchange polymers coating onto the porous microfiltration polyethylene (PE) membrane surfaces the salting-out and phase separated and pressurization (PSP) methods. The existence of coating on the surfaces was confirmed by the scanning electronic microscopy. The resulting membranes were characterized under the various conditions, such as the coating material, coating time, ionic strength etc., in terms of flux and rejection for NaCl 100 ppm solution. Under the same coating conditions of 10,000 ppm coating solution concentration and 3 atm coating pressure for both the coating materials of PEI and PSSA_MA, the flux 91.2 LMH and rejection 64.6% were obtained for PEI whereas 122.7 LMH and 38.1% were observed for PSSA_MA. From this study, it may be concluded that the composite membrane preparation is possible.
본 연구에서는 다공성 MF 막인 polyethylene (PE)막에 수용성고분자를 염석법 및 가압법으로 코팅하여 저압용 역삼투막을 제조하였다. 또한 이를 나노여과막으로 활용할 수 있는지 확인하고자 하였으며 제조한 나노여과막은 가압법을 통하여 우수한 투과도와 제거율을 목표로 하고 있다. 아울러, 같은 지지체 위에 음이온고분자와 양이온고분자의 코팅을 통하여 이온교환 고분자에 따른 NaCl 100 ppm에서의 투과도와 제거율을 알아보고자 하였다.
또한 이를 나노여과막으로 활용할 수 있는지 확인하고자 하였으며 제조한 나노여과막은 가압법을 통하여 우수한 투과도와 제거율을 목표로 하고 있다. 아울러, 같은 지지체 위에 음이온고분자와 양이온고분자의 코팅을 통하여 이온교환 고분자에 따른 NaCl 100 ppm에서의 투과도와 제거율을 알아보고자 하였다.
제안 방법
본 연구에서는 다공성 MF 막인 polyethylene (PE)막에 수용성고분자를 염석법 및 가압법으로 코팅하여 저압용 역삼투막을 제조하였다. 또한 이를 나노여과막으로 활용할 수 있는지 확인하고자 하였으며 제조한 나노여과막은 가압법을 통하여 우수한 투과도와 제거율을 목표로 하고 있다.
본 연구는 PE (polyethylene)막에 가압법으로 이온교환고분자를 코팅하여 NF 막을 제조하였다. 제조한 막의 투과성능평가를 위하여 코팅물질의 변화, 코팅용액의 농도 변화, 코팅시간의 변화, 이온세기의 변화 등을 달리하여 NaCl 100 ppm 수용액에 대한 투과도 및 배제율을 알아보고자 하였다.
대상 데이터
실험에 사용한 지지체는 평균기공크기 0.2 µm, 공극률 50%의 polyethylene (PE, Bexel) 평막을 사용하였다. 양이온고분자로는 polyethyleneimine (PEI, Mw 750,000)를 사용하였으며, 음이온고분자로는 poly(4-styrene-sulfonic acid-co-maleic acid) (PSSA_MA, Mw20,000)을 Aldrich 로부터 구입하여 사용하였다.
성능/효과
1) PE 막에 같은 농도 조건으로 PEI와 PSSA_MA를 코팅하였다. 이에 SEM을 통하여 코팅의 유무를 알 수있었으며, 특히 PSSA_MA보다는 PEI가 같은 농도에서 코팅이 더 잘 된 것을 확인할 수 있었다.
2) 코팅시간이 증가함에 따라 투과도는 감소하였고 제거율은 증가하는 경향을 나타내었다. 이는 코팅시간이 길어질수록 용액 내의 고분자와 이온세기를 주기 위하여 첨가한 염과의 반응으로 인하여 더 많은 고분자가 표면에 코팅되기 때문인 것으로 사료된다.
4) 이온세기가 증가함에 따라 투과도는 감소하고 제거율은 증가하는 경향을 나타내었다. 이는 양이온과 음이온 사이의 인력이 더욱 약해지게 되어 용질간의 인력 감소가 일어나서 화합물의 해리가 촉진되기 때문인 것으로 사료된다.
5) 결과적으로 염석법과 가압법을 이용하여 복합막 제조가 가능하다는 것을 알 수 있었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
역삼투막은 어디에 사용되는가?
해수담수화 및 수처리 산업에 사용되는 막은 역삼투막(reverse osmosis membrane)과 나노여과막(nanofiltration membrane)이 있다[1-3]. 이 중, 나노여과막은 역삼투막에 비해 낮은 압력 하에서 구동이 가능하며 에너지 소모가 적어 경제성 또한 갖추고 있기 때문에 다양한 분야에서 사용되고 있다[4-6].
이온교환고분자를 포함한 수처리 분리막은 어떤 방법으로 만들어지는가?
이보다 효과적인 코팅 효과를 얻기 위해 layer-by-layer에 염석법(salting-out)을 도입하였으며, 수용성인 이온 교환고분자를 석출시켜 가압법으로 코팅하는 방법이 연구되었다[13-16]. 이온교환고분자를 포함한 수처리 분리막은 종래의 연구기술에 비해 우수한 투과도 및 제거율을 가지게 된다.
나노여과막의 장점은?
해수담수화 및 수처리 산업에 사용되는 막은 역삼투막(reverse osmosis membrane)과 나노여과막(nanofiltration membrane)이 있다[1-3]. 이 중, 나노여과막은 역삼투막에 비해 낮은 압력 하에서 구동이 가능하며 에너지 소모가 적어 경제성 또한 갖추고 있기 때문에 다양한 분야에서 사용되고 있다[4-6]. 최근에는 정밀여과막(microfiltration membrane, MF)을 지지체로 사용하여 표면에 코팅하여 나노여과막 또는 역삼투막을 제조하는 연구가 진행되었다[7].
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