[논문]망간-철 산화물을 이용한 PVdF 나노섬유복합막의 제조 및 비소 제거 특성 평가

윤재한; 장원기; 박예지; 이정훈; 변홍식

doi:10.14579/membrane_journal.2016.26.2.116

망간-철 산화물을 이용한 PVdF 나노섬유복합막의 제조 및 비소 제거 특성 평가
Preparation of PVdF Composite Nanofiber Membrane by Using Manganese-Iron Oxide and Characterization of its Arsenic Removal 원문보기

멤브레인 = Membrane Journal, v.26 no.2, 2016년, pp.116 - 125

윤재한 (계명대학교 화학공학과) , 장원기 (계명대학교 화학공학과) , 박예지 (계명대학교 화학공학과) , 이정훈 (계명대학교 화학공학과) , 변홍식 (계명대학교 화학공학과)

초록
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본 연구에서는 비소(arsenic, As) 제거 특성을 가진 망간-철 산화물(manganese-iron oxide, MF)을 제조하고, 이를 poly vinylidene fluoride (PVdF)와 복합화를 진행하여 As(III)와 As(V)를 동시에 제거가 가능한 수처리용 나노섬유복합막(polymer nanofiber membrane with Mn-Fe, PMF) 제조에 관한 기초 연구를 진행하였다. Transmission electron microscope(TEM) 분석을 통해 MF 소재의 형상 및 구조를 확인하였으며, PMF 복합막의 수처리용 분리막으로의 활용가능성을 조사하기 위하여 기계적 강도, 기공크기, 접촉각 및 수투과도 분석을 진행하였다. 측정결과로부터 망간과 철 비율이 같은 PMF11 복합막의 기계적 강도가 가장 높은 결과값($232.7kgf/cm^2$)을 나타낸 것을 확인할 수 있었다. 또한, MF 소재의 도입에 따라 기공 크기가 점차 줄어드는 경향성을 확인할 수 있었으며, 특히, 철 산화물의 조성비가 증가할수록 기공크기가 감소하는 경향성을 보여주었다. 수투과도 측정결과 MF 소재의 도입에 따라 PVdF 나노섬유막에 비해 약 10~60% 이상 향상되는 결과를 나타내었다. 제조된 MF 소재 및 PMF 복합막의 비소 제거 특성평가를 통해 As(III)와 (V)의 동시 제거 가능하며, 특히, MF01 샘플의 경우 As(III)와 (V)에 각각 93, 68%의 가장 높은 흡착제거율을 나타내었다. 따라서 본 연구에서는 제조된 MF소재 및 PMF 복합막을 통해 수처리용 분리막의 기능성 향상을 위한 기초연구 자료로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study described a synthesis of MF having a arsenic removal characteristics and the fundamental research was performed about the simultaneous removal system of both As(III) and As(V) ions with the composite nanofiber membrane (PMF) based on PVdF and MF materials for the water-treatment application. From the TEM analysis, the shape and structure of MF materials was investigated. The mechanical strength, pore-size, contact angle and water-flux analysis for the PMF was performed to investigate the possibility of utilizing as a water treatment membrane. From these results, the PMF11 showed the highest value of mechanical strength ($232.7kgf/cm^2$) and the pore-diameter of composite membrane was reduced by introducing the MF materials. In particular, their pore diameter decreased with an increase of iron oxide composition ratio. The water flux value of PMF was improved about 10 to 60% compared with that of neat PVdF nanofiber membranes. From the arsenic removal characterization of prepared MF materials and PMF, it was shown the simultaneous removal characteristics of both As(III) and (V) ions, and the MF01, in particular, showed the highest adsorption-removal rate of 93% As(III) and 68% As(V), respectively. From these results, prepared MF materials and PMF have shown a great potential to be utilized for the fundamental study to improve the functionality of water treatment membrane.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서, 본 연구에서는 비소의 흡착제거 특성을 가진 망간-철 산화물(manganese-iron oxide, MF)을 제조하고, 이를 PVdF 고분자 소재와 복합화를 진행하여 As(III)와 As(V)를 동시에 제거가 가능한 수처리용 나노섬유복합막(polymer nanofiber membrane with Mn-Fe, PMF)의제조에 대한 기초 연구를 진행하였다.
본 연구에서는 흡착을 통한 비소제거 특성을 가진 망간-철 산화물(MF)을 제조하고, 이를 PVdF 고분자 소재와 복합화를 진행하여 As(III)와 As(V)를 동시에 제거가 가능한 수처리용 분리막 제조를 위한 기초 연구를 진행하였다. 먼저, 다양한 조성비로 합성된 MF 소재를 용매인 DMF에 첨가하여 분산과정을 진행한 후, PVdF와 poor solvent인 아세톤을 첨가하여 방사용액을 제조하였다.

제안 방법

MF 소재가 도입된 나노섬유 복합막(PMF)은 전기방사법을 이용하여 제조하였다. 10 mL 바이얼(vial) 병에 막대 사발을 이용해 분쇄한 MF (0.085 g) 소재를 용매인 DMF (2.8445 g)에 넣은 후, 초음파분쇄기를 이용하여 10분간 분산과정을 진행하였다. 분산된 용액에 기질 고분자인 PVdF (0.
준비된 용액은 5 mL 주사기에 넣어 1시간 방치하여 기포를 완전히 제거 후 사용하였다. KDS100 (KD Scientific INC.)을 이용해 방사용액의 주입속도를 조절하였고, PCS 60K02VIT (CHUNGPA EMT co., Ltd)를사용하여 방사전압을 조절하였다. 본 연구에 적용된 전기방사 조건을 Table 2에 나타내었다.
MF 소재 도입에 따른 PMF 복합막의 기계적 물성 변화 분석하기 위해 UTM-2020 만능인장시험기(MYUNGJITECH, TENSO)를 이용하여 인장강도와 연신율을 측정하였다. 측정은 ASTM D882를 참고하여 100 × 20 mm로 시편을 제작하였으며, 측정속도는 500 mm/min로 진행되었다.
MF 소재 첨가에 따른 인장강도 변화를 알아보기 위해 기계적 특성 분석을 진행하였으며, 그 결과를 Table 3에 나타내었다.
PMF의 표면구조는 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM, JEOL,JSM-5410)을 이용해 분석하였으며, 5 mm × 5 mm 크기의 시편을 전처리장비(sputter coater, cressington,108)에 넣어 45초간 Au 코팅 후 분석을 진행하였다.
교반과정이 완료된 망간-철 혼합물의 온도를 80°C로 유지하였으며, 80°C로 가열된 NaOH 수용액(8 M)을 망간-철 혼합물의 pH가 10.5가 될 때까지 서서히 첨가하였다.
기공특성을 분석하기 위해 porometer (POROLUX1000, IB-FT GmbH)를 이용하여 최대, 평균, 최소 기공 크기를 측정하였다. 이때 시편의 지름은 25 mm이며, wetdown/dry down 방식으로 측정하였다.
다양한 조성비로 합성된 MF소재의 도입에 따른 PMF 복합 분리막의 표면의 친수화 변화를 확인하기 위해 접촉각 측정을 진행하였으며, 측정 결과를 Fig. 4에 나타내었다.
따라서, 본 연구에서는 기계적 물성을 향상시키기 위해 여러장의 나노섬유를 겹친 후 60°C에서 6,000 psi 압력으로 5초간 후처리 공정을 진행하여 최종적으로 PMF를 제조하였다.
합성된 MF 소재는 TEM 분석을 통해 구조와 형태를 확인하였다. 또한, 제조된 PMF 복합막의 수처리용 분리막으로의 활용가능성을 조사하기 위하여 기계적 강도, 기공크기, 접촉각, 수투과도 분석을 진행하였다. 위 결과로부터 망간-철 산화물의 조성비가 1 : 1로 합성된 MF11 소재가 도입된 PMF11 복합막의 기계적 강도가 가장 높은 결과값(232.
본 연구에서는 흡착을 통한 비소제거 특성을 가진 망간-철 산화물(MF)을 제조하고, 이를 PVdF 고분자 소재와 복합화를 진행하여 As(III)와 As(V)를 동시에 제거가 가능한 수처리용 분리막 제조를 위한 기초 연구를 진행하였다. 먼저, 다양한 조성비로 합성된 MF 소재를 용매인 DMF에 첨가하여 분산과정을 진행한 후, PVdF와 poor solvent인 아세톤을 첨가하여 방사용액을 제조하였다. 제조된 방사용액을 전기방사법을 이용하여 나노섬유 형태로 제조하였으며, 이를 후처리 공정을 통해 기계적 강도와 기공크기를 조절하여 최종적으로 망간철 산화물이 도입된 PVdF 나노섬유 복합막(PMF)을 제조하였다.
본 연구에서 제조된 MF 소재와 PMF 복합막의 흡착으로 인한 비소제거 특성을 확인하기 100 ppb로 제조된 비소용액에 MF소재와 PMF 복합막을 각각 첨가하여 흡착제거율 분석을 진행하였으며, 그 결과를 Figs. 6과 7에 나타내었다.
본 연구에서 합성된 MF 소재의 첨가량에 따른 PMF의 표면의 친수도 변화를 확인하기 위하여 접촉각 측정기(contact angle analyzer, PHOENI × 300)를 이용하여 측정하였다.
분산된 용액에 기질 고분자인 PVdF (0.85 g)와 아세톤(1.2195 g)을 첨가하여, 50°C에서 24시간 동안 교반하여 방사용액을 제조하였다.
5 mg/mL) 10분간 초음파분쇄법(초음파세정기, MUJIGAE, SD-D300H)을 이용하여 분산과정을 진행하였다. 분산된 용액은 1 mL 주사기에 채취하여TEM grid에 2-3방울 떨어뜨린 후 적외선을 이용하여 완전건조 후 측정하였다[13]. PMF의 표면구조는 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM, JEOL,JSM-5410)을 이용해 분석하였으며, 5 mm × 5 mm 크기의 시편을 전처리장비(sputter coater, cressington,108)에 넣어 45초간 Au 코팅 후 분석을 진행하였다.
최종적으로, 70°C 오븐에 24시간 동안 건조과정을 진행하여 파우더 형태의 망간-철 산화물을 제조하였다[8,12]. 이때 MF의 조성비는 Mn:Fe 대비 1 : 0, 0 : 1, 1 : 1, 1 : 3의 몰랄비율로 각각 제조하였으며, Table 1에 각각의 조성비를 나타내었다.
전기방사법으로 제조된 나노섬유 분리막의 표면의 구조를 확인하기 위하여 SEM 분석을 진행하였으며, 그 결과를 Fig. 3에 나타내었다. 위 결과로부터, PVdF 나노섬유가 비교적 균일한 형태로 제조되었음을 확인할 수 있었으며, 이때, 섬유의 직경은 600 nm (500~1,200 nm) 크기로 측정되어졌다.
제조된 MF 소재의 표면구조는 투과전자현미경(scanning transmission electron microscope, STEM, Hitachi, HD-2300)을 이용하여 분석하였다. MF 소재를 에탄올에 넣은 후(0.
먼저, 다양한 조성비로 합성된 MF 소재를 용매인 DMF에 첨가하여 분산과정을 진행한 후, PVdF와 poor solvent인 아세톤을 첨가하여 방사용액을 제조하였다. 제조된 방사용액을 전기방사법을 이용하여 나노섬유 형태로 제조하였으며, 이를 후처리 공정을 통해 기계적 강도와 기공크기를 조절하여 최종적으로 망간철 산화물이 도입된 PVdF 나노섬유 복합막(PMF)을 제조하였다.
최종적으로, 70°C 오븐에 24시간 동안 건조과정을 진행하여 파우더 형태의 망간-철 산화물을 제조하였다[8,12].
측정압력은 질소 봄베를 이용하여 0.1과 0.3 bar로 하였으며, cell의 내부는 막 표면에 생성된 기포를 제거하기 위해 mag netic stirrer를 이용하여 200∼300 rpm으로 회전시키면서 실험을 진행하였다.
합성된 MF 소재는 TEM 분석을 통해 구조와 형태를 확인하였다. 또한, 제조된 PMF 복합막의 수처리용 분리막으로의 활용가능성을 조사하기 위하여 기계적 강도, 기공크기, 접촉각, 수투과도 분석을 진행하였다.
합성된 MF 소재의 형상 및 구조를 확인하기 위하여 TEM 분석을 진행하였으며, 그 결과를 Fig. 2에 나타내었다. 망간 산화물로 구성된 MF10 소재의 경우 70~180 nm 크기의 팔면체(nano-octahedron) 모양을 나타내었다(Fig.

대상 데이터

MF합성에는 Iron(III) chloride hexahydrate (FeCl3⋅6H2O, 97.0%, SAMCHUNChemical)와 Manganese(II) sulfate monohydrate (MnSO4⋅H2O, 98.0%, DAEJUNG Chemical)를 사용하였으며,Sodium Hydroxide (NaOH, 93.0%, DUKSAN Chemical)의 경우 8 M로 제조한 후 사용하였다.
망간-철 나노섬유복합막(polymer nanofiber membrane with Mn-Fe, PMF)을 제조하기 위해 다음과 같은 재료를 사용하였다. 기질 고분자인 poly vinylidene fluoride (PVdF, kynal #761)와 용매 N,N-Dimethyl For mamide (DMF, 99.0%, DUKSAN Chemicals)를 사용하여 나노섬유를 제조하였다. MF합성에는 Iron(III) chloride hexahydrate (FeCl₃⋅6H₂O, 97.
망간-철 나노섬유복합막(polymer nanofiber membrane with Mn-Fe, PMF)을 제조하기 위해 다음과 같은 재료를 사용하였다. 기질 고분자인 poly vinylidene fluoride (PVdF, kynal #761)와 용매 N,N-Dimethyl For mamide (DMF, 99.
본 연구에서 사용된 나노필러(nanofiller) 소재인 망간-철 산화물(MF)은 다음과 같은 방법을 이용하여 제조하였다. 먼저 둥근 반응 플라스크에 증류수 100 mL를 넣은 후, FeCl₃⋅6H₂O 2.
비소제거실험을 위해 Sigma-aldrich에서 arsenic(V) (As(V), 1001mg/l ± 3 mg/l, standard for ICP)와 arsenic(III) (As(III),1000 mg/l ± 3 mg/l, standard for ICP)를 구입한 후 각각 100 ppb로 제조하여 사용하였으며, 모든 시약은 별도의 정제과정 없이 사용하였다.
아세톤(Acetone, 99,5%, DAEJUNG Chmical)과 증류수(distilled water,D.I. water)를 사용하여 세척과정을 진행하였으며, 이때 증류수는 Millpore사의 Ultra-pure water system (Milli-Qplus, ~18 MΩ⋅cm)를 이용해 제조하였다.
제조된 MF 소재와 PMF 복합막의 흡착 제거율 특성 분석에는 100 ppb 농도로 제조된 As(III)와 As(V) 용액을 이용하여 실험을 진행하였다. MF 0.
측정은 ASTM D882를 참고하여 100 × 20 mm로 시편을 제작하였으며, 측정속도는 500 mm/min로 진행되었다.

데이터처리

본 연구에서 합성된 MF 소재의 첨가량에 따른 PMF의 표면의 친수도 변화를 확인하기 위하여 접촉각 측정기(contact angle analyzer, PHOENI × 300)를 이용하여 측정하였다. 각 시편에 증류수를 떨어뜨린 후 시편과 증류수 계면의 접촉각을 분석하였으며, 3차례 이상 반복 측정하여 평균값을 결과값으로 나타내었다.

이론/모형

MF 소재가 도입된 나노섬유 복합막(PMF)은 전기방사법을 이용하여 제조하였다. 10 mL 바이얼(vial) 병에 막대 사발을 이용해 분쇄한 MF (0.
제조된 MF 소재의 표면구조는 투과전자현미경(scanning transmission electron microscope, STEM, Hitachi, HD-2300)을 이용하여 분석하였다. MF 소재를 에탄올에 넣은 후(0.5 mg/mL) 10분간 초음파분쇄법(초음파세정기, MUJIGAE, SD-D300H)을 이용하여 분산과정을 진행하였다. 분산된 용액은 1 mL 주사기에 채취하여TEM grid에 2-3방울 떨어뜨린 후 적외선을 이용하여 완전건조 후 측정하였다[13].

성능/효과

MF 소재가 도입된 PMF 복합막의 경우 PVdF 나노섬유에 비해 결정성 입자들이 섬유 내⋅외부에 도입되어 있다는 것을 확인할 수 있었다.
2 Mpa)의 높은 기계적 강도 확보하고 있다는 것을 확인할 수 있었다. MF10 소재가 도입된 PMF10 샘플의 경우 인장강도가 PVdF 나노섬유 대비 약 80% 이상 향상된 것(187.7 kgf/cm², 18.4 Mpa)을 확인할 수 있었으며, 망간 및 철 산화물이 1 : 1로 복합화된 MF11 소재가 도입된 PMF11 샘플의 경우 약 120% 이상 (232.7 kgf/cm², 22.8 Mpa) 향상된 인장강도 결과값을 보여주었다. 이는 나노섬유 제조 중 고분자가 액상에서 고체상으로 상변이 되는 과정에서 첨가된 MF 소재가 결정핵(seed crystal) 역할을 담당하여 결정성의 증가와 시료에 가해진 응력이 고분자와 무기물에 분산되어 인장강도가 증가한 것으로 판단된다[15].
5% 감소된 결과를 나타내었다. MF소재의 첨가에 따라 기공크기가 감소하는 경향성을 확인할 수 있으며, 이는 나노섬유 사이에 형성된 기공을 도입된 MF 소재가 일정부분 막음로써, 전체적으로 기공크기가 감소되는 효과가 나타난 것으로 예상된다. 기공도 측정결과 PVdF가 62%의 결과를 보였고, MF가 포함된 막의 경우 철 산화물이 첨가된 PMF01이 51%로 가장 낮은 기공도로 측정되었으며, 망간 산화물로 이루어진 PMF10은 79%로 가장 큰 기공 도로 측정되었다.
PVdF 나노섬유막의 경우 86°로 측정되었으며, MF 소재가 도입된 PMF 복합막의 경우 82~86°로 기존PVdF 나노섬유막과 유사하게 측정되었다.
따라서, 철산화물의 경우 높은 표면적으로 인해 상대적으로 반응성이 증가하게 되어 이러한 결과가 나타난 것으로 판단된다. PVdF 나노섬유막의 경우 비소 흡착제거 성능을 나타내지 않았으며, MF 소재가 도입된 PMF 복합막의 경우 MF 소재의 특성과 유사하게 PMF01 복합막의 흡착제거율(As(III) : 29.3%, As(V) : 1%)이 가장 높게 측정되었다. 그러나 MF 소재 대비 약 30% 수준의 낮은 결과값을 보여준 것을 확인할 수 있으며, 이는 복합막에 도입된 MF 소재의 함량이 실험값이 0.
3%, As(V) : 1%)이 가장 높게 측정되었다. 그러나 MF 소재 대비 약 30% 수준의 낮은 결과값을 보여준 것을 확인할 수 있으며, 이는 복합막에 도입된 MF 소재의 함량이 실험값이 0.05 g 보다 적으며, 섬유 표면 내부에 존재함으로써, 흡착점이 감소된 결과로 판단된다. 그러나 전기방사 용액의 조성비 변화와 공정의 최적화를 통해 이를 보완한다면 흡착을 통한비소제거 성능을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.
MF소재의 첨가에 따라 기공크기가 감소하는 경향성을 확인할 수 있으며, 이는 나노섬유 사이에 형성된 기공을 도입된 MF 소재가 일정부분 막음로써, 전체적으로 기공크기가 감소되는 효과가 나타난 것으로 예상된다. 기공도 측정결과 PVdF가 62%의 결과를 보였고, MF가 포함된 막의 경우 철 산화물이 첨가된 PMF01이 51%로 가장 낮은 기공도로 측정되었으며, 망간 산화물로 이루어진 PMF10은 79%로 가장 큰 기공 도로 측정되었다. 이는 PMF10 보다 PMF01이 비교적 큰 크기(100 nm)로 인해 큰 기공이 형성되면서 기공도가 증가한 것으로 판단되며, 비교적 작은 크기(20 nm)의 철 산화물로 인해 미세기공이 형성되지만 막의 구조가 조밀해 지면서 기공도의 감소로 이어진 것으로 판단된다.
2 µm 얇은 막 두께를 가지고 있어 PVdF보다 수 투과도가 다소 증가한 것으로 판단된다. 또, PMF13의 경우 PMF11과 기공크기는 유사하나 기공도의 증가로 수투과도가 증가한 것을 확인할 수 있었다.
7 kgf/cm²)을 나타낸 것을 확인할 수 있었다. 또한, MF 소재의 도입에 따라 기공크기가 점차 줄어드는 경향성을 확인할 수 있었으며, 특히, 철산화물의 조성비가 증가할수록 기공크기가 감소하는 경향성을 보여주었다. 수투과도 측정결과로부터, MF 소재의 도입에 따라 수투과도 값이 PVdF 나노섬유막에 비해 약 10~60% 이상 향상되는 결과를 나타내었다.
235 µm의 결과값을 나타내었다. 또한, 망간 및 철 산화물이 복합화된 PMF11과 PMF13 복합막의 경우 각각 4, 8.5% 감소된 결과를 나타내었다. MF소재의 첨가에 따라 기공크기가 감소하는 경향성을 확인할 수 있으며, 이는 나노섬유 사이에 형성된 기공을 도입된 MF 소재가 일정부분 막음로써, 전체적으로 기공크기가 감소되는 효과가 나타난 것으로 예상된다.
2 Mpa) 값을 나타내었다. 또한, 비교적 철 산화물의 함량이 높은 MF13 소재가 도입된 PMF13 샘플의 경우에도 약 50% 이상 감소된51.5 kgf/cm²(5.05 Mpa)의 결과값을 나타내었다. 이는 망간 산화물에 결합되지 않은 철 산화물의 증가로 인해 결정성이 감소하고, 고분자와 고분자사이의 결합력을 감소시켜 인장강도가 낮게 측정된 것으로 판단된다[15].
4%)을 나타낸 것을 확인할 수 있으며, 이는 문헌에서 조사된 바와 같이 망간산화물의 As(III) 제거성능을 확인할 수 있는 결과이다[1]. 또한, 철 산화물로 구성된 MF01소재의 경우 As(III)와 (V)에 각각 93, 68%의 가장 높은 흡착제거율을 나타낸 것을 확인할 수 있었다. 망간 산화물에 비해 철 산화물은 비교적 작은 입자크기로 구성되어 있어 높은 표면적을 가지게 된다.
또한, MF 소재의 도입에 따라 기공크기가 점차 줄어드는 경향성을 확인할 수 있었으며, 특히, 철산화물의 조성비가 증가할수록 기공크기가 감소하는 경향성을 보여주었다. 수투과도 측정결과로부터, MF 소재의 도입에 따라 수투과도 값이 PVdF 나노섬유막에 비해 약 10~60% 이상 향상되는 결과를 나타내었다. 그러나, MF01 소재가 도입된 PMF01 복합막의 경우 약 60% 감소된 수투과도 값을 나타낸 것을 확인할 수 있었다.
또한, 제조된 PMF 복합막의 수처리용 분리막으로의 활용가능성을 조사하기 위하여 기계적 강도, 기공크기, 접촉각, 수투과도 분석을 진행하였다. 위 결과로부터 망간-철 산화물의 조성비가 1 : 1로 합성된 MF11 소재가 도입된 PMF11 복합막의 기계적 강도가 가장 높은 결과값(232.7 kgf/cm²)을 나타낸 것을 확인할 수 있었다. 또한, MF 소재의 도입에 따라 기공크기가 점차 줄어드는 경향성을 확인할 수 있었으며, 특히, 철산화물의 조성비가 증가할수록 기공크기가 감소하는 경향성을 보여주었다.
3에 나타내었다. 위 결과로부터, PVdF 나노섬유가 비교적 균일한 형태로 제조되었음을 확인할 수 있었으며, 이때, 섬유의 직경은 600 nm (500~1,200 nm) 크기로 측정되어졌다. MF 소재가 도입된 PMF 복합막의 경우 PVdF 나노섬유에 비해 결정성 입자들이 섬유 내⋅외부에 도입되어 있다는 것을 확인할 수 있었다.
제조된 MF 소재 및 PMF 복합막의 비소 제거 특성평가를 통해 As(III)와 (V)를 동시에 흡착제거가 가능하다는 것을 확인하였다. 특히, MF01 샘플의 경우 As(III)와 (V)에 각각 93, 68%의 가장 높은 흡착제거율을 나타낸 것을 확인하였다.
그러나 이를 뒷받침하기 위해서는 X선 회절 분석 등 다양한 보완실험이 필요하다고 사료된다. 철 산화물로 구성된 MF01 소재의 경우 20 nm 이하의 무정형 구조를 가진철 산화물이 응집된 형태로 존재하는 것을 확인할 수 있었으며(Fig. 2b), 망간 및 철 산화물이 1 : 1이 합성된 MF11 소재의 경우 팔면체 형태인 망간 산화물 위에 무정형 철 산화물이 복합화되어 있는 것을 확인할 수 있었다(Fig. 2c).
측정 결과로부터, 망간-철 산화물로 구성된 MF 소재의 경우 As(III)와 (V) 모두에 흡착제거 특성을 나타낸 것을 확인할 수 있었다. 특히, 망간 산화물로 구성된 MF10 소재의 경우 As(III)에 탁월한 흡착제거 성능(87.
후처리 공정을 통해 제조된 PVdF 나노섬유 분리막의 경우 104 kgf/cm²(10.2 Mpa)의 높은 기계적 강도 확보하고 있다는 것을 확인할 수 있었다. MF10 소재가 도입된 PMF10 샘플의 경우 인장강도가 PVdF 나노섬유 대비 약 80% 이상 향상된 것(187.

후속연구

05 g 보다 적으며, 섬유 표면 내부에 존재함으로써, 흡착점이 감소된 결과로 판단된다. 그러나 전기방사 용액의 조성비 변화와 공정의 최적화를 통해 이를 보완한다면 흡착을 통한비소제거 성능을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.
특히, MF01 샘플의 경우 As(III)와 (V)에 각각 93, 68%의 가장 높은 흡착제거율을 나타낸 것을 확인하였다. 그러나, PMF 샘플의 경우 MF 소재대비 약 30% 수준의 낮은 결과값을 나타내었으며, 이는 전기방사 용액의 조성비 변화와 공정의 최적화를 통해 비소흡착제거 성능을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다. 따라서, 본 연구에서는 제조된 MF소재 및PMF 복합막은 수처리용 기능성 향상을 위한 기초연구자료로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
그러나, PMF 샘플의 경우 MF 소재대비 약 30% 수준의 낮은 결과값을 나타내었으며, 이는 전기방사 용액의 조성비 변화와 공정의 최적화를 통해 비소흡착제거 성능을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다. 따라서, 본 연구에서는 제조된 MF소재 및PMF 복합막은 수처리용 기능성 향상을 위한 기초연구자료로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
그러나, 이러한 분리막의 경우 운전비용이 높은 단점을 가진다[1,9]. 따라서, 비교적 운전비용이 낮은 정밀여과(microfiltration) 혹은 한외여과(ultrafiltration) 단계에서 비소 제거 성능을 가진 분리막 개발에 대한 연구가 지속적으로 증가할 것으로 예상된다.
본 연구에서 제조된 나노섬유막의 기공크기 분포는 0.235~0.385 µm를 가지고 있어, 정밀여과용 막으로 충분히 활용 가능할 것으로 판단된다.

질의응답

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	비소로 오염된 지하수의 문제점은?	비소(arsenic, As)로 인한 수질오염은 대만, 인도, 방글라데시 등 아시아 지역뿐만 아니라 북⋅남미, 유럽까지 전 세계에 걸쳐 지속적으로 발견되고 있다[1,2]. 비소로 오염된 지하수를 음용수로 사용할 경우 간, 콩팥 등에 암 발병 가능성이 증가하는 것으로 보고되고 있다[3,4]. 특히, 방글라데시에서는 약 3천 5백만 명이 비소 농도 50 ppb 이상으로 오염된 음용수에 노출되어 있으며, 10 ppb 이상의 오염된 음용수에는 약 5천 7백만 명이 노출되어 있다고 보고되고 있다[2].
	비소는 어떤형태로 존재하는가?	비소는 주변 자연조건에 따라 +5, +3, 0, -3의 4가지 산화상태로 존재하며, 그중 자연환경에는 주로 As(III)와 As(V) 형태로 분포되어 있다. 산소가 풍부한 환경에서 As(V)가 상대적으로 많이 분포되어 있으며, 그 이외의 환경에서는 대부분 As(III)로 분포되어 있다[2].
	비소 제거 기술에는 어떤 것들이 있는가?	비소 제거 기술은 오염지역의 지하수 수질과 비소의 농도에 따라 다르게 적용된다[2]. 일반적인 비소제거 기술은 침전, 멤브레인, 이온교환, 흡착 처리기술 등으로 분류된다[1]. 침전처리기술의 경우 대규모 처리시설에서 적합하며[6], 소규모 처리시설에는 멤브레인, 이온교환, 흡착기술이 적합하다[2].

참고문헌 (18)

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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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