본 연구에서는 폴리에틸렌글리콜-카르복실산과 에틸셀룰로스 사이의 에스테르화 반응을 통해 에틸셀룰로스-폴리에틸렌글리콜 가지형 고분자를 합성하고 이를 정삼투 수처리 공정을 위한 복합막의 지지체 소재로 사용하고자 하였다. 합성한 에틸셀룰로스-폴리에틸렌글리콜은 핵자기공명 분광법 및 푸리에 변환적외선 분광법을 통해 그 구조를 확인하였다. 비용매 유도 상분리법을 통해 에틸셀룰로스-폴리에틸렌글리콜 소재를 이용한 지지체를 형성하여 이를 에티셀룰로스 지지체와 비교해 보았을 때, 폴리에틸렌글리콜 작용기의 도입으로 인하여 친수성이 증가한 것을 확인하였다. 지지체 위에 계면중합을 통해 폴리아미드 활성층이 추가된 복합막을 형성하였고, 염화나트륨 용액을 유도 용액으로 사용하여 cross-flow 방식의 정삼투 수처리 장치에서의 성능을 비교하였다. 2M 농도의 염화나트륨 수용액을 유도 용액으로 사용하였을 때, 6.6 LMH의 수투과도를 보이는 에틸셀룰로스 지지체를 사용한 복합막에 비해, 에틸셀룰로스-폴리에틸렌글리콜 지지체를 사용한 복합막은 15.7 LMH의 증가된 수투과도를 보여주었으며, 이는 지지체의 증가된 친수성에서 기인한 것이다. 이러한 결과는 에틸셀룰로스-폴리에틸렌글리콜 지지체를 이용한 복합막의 막구조 파라미터가 감소한 것에서도 설명할 수 있으며, 지지체 소재의 친수성 증가가 정삼투 공정에 최적화된 복합막 지지체 구조를 형성할 수 있음을 시사한다.
본 연구에서는 폴리에틸렌글리콜-카르복실산과 에틸셀룰로스 사이의 에스테르화 반응을 통해 에틸셀룰로스-폴리에틸렌글리콜 가지형 고분자를 합성하고 이를 정삼투 수처리 공정을 위한 복합막의 지지체 소재로 사용하고자 하였다. 합성한 에틸셀룰로스-폴리에틸렌글리콜은 핵자기공명 분광법 및 푸리에 변환 적외선 분광법을 통해 그 구조를 확인하였다. 비용매 유도 상분리법을 통해 에틸셀룰로스-폴리에틸렌글리콜 소재를 이용한 지지체를 형성하여 이를 에티셀룰로스 지지체와 비교해 보았을 때, 폴리에틸렌글리콜 작용기의 도입으로 인하여 친수성이 증가한 것을 확인하였다. 지지체 위에 계면중합을 통해 폴리아미드 활성층이 추가된 복합막을 형성하였고, 염화나트륨 용액을 유도 용액으로 사용하여 cross-flow 방식의 정삼투 수처리 장치에서의 성능을 비교하였다. 2M 농도의 염화나트륨 수용액을 유도 용액으로 사용하였을 때, 6.6 LMH의 수투과도를 보이는 에틸셀룰로스 지지체를 사용한 복합막에 비해, 에틸셀룰로스-폴리에틸렌글리콜 지지체를 사용한 복합막은 15.7 LMH의 증가된 수투과도를 보여주었으며, 이는 지지체의 증가된 친수성에서 기인한 것이다. 이러한 결과는 에틸셀룰로스-폴리에틸렌글리콜 지지체를 이용한 복합막의 막구조 파라미터가 감소한 것에서도 설명할 수 있으며, 지지체 소재의 친수성 증가가 정삼투 공정에 최적화된 복합막 지지체 구조를 형성할 수 있음을 시사한다.
Ethyl cellulose-g-poly(ethylene glycol) (EP) was synthesized by esterification of carboxylic acid functionalized methoxy polyethylene glycol (MPEG-COOH) with ethyl cellulose (EC) in order to develop a hydrophilic substrate for thin-film composite (TFC) membrane in a forward osmosis (FO) system. A po...
Ethyl cellulose-g-poly(ethylene glycol) (EP) was synthesized by esterification of carboxylic acid functionalized methoxy polyethylene glycol (MPEG-COOH) with ethyl cellulose (EC) in order to develop a hydrophilic substrate for thin-film composite (TFC) membrane in a forward osmosis (FO) system. A porous EP substrate, fabricated by a non-solvent induced phase separation method, was found to be more hydrophilic than the EC substrate due to the presence of polyethylene glycol (PEG) side chains in the EP. Since the EP substrate exhibits smaller water contact angles and higher porosity, the structural parameter (S) of TFC-EP is smaller than that of TFC-EC, indicating that internal concentration polarization (ICP) within porous substrates can occur less when TFC-EP is used as a membrane. For example, the water flux value of the TFC-EP is 15.7 LMH, whereas the water flux value of the TFC-EC is only 6.6 LMH. Therefore, we strongly believe that the TFC-EP could be a promising candidate with good FO performances.
Ethyl cellulose-g-poly(ethylene glycol) (EP) was synthesized by esterification of carboxylic acid functionalized methoxy polyethylene glycol (MPEG-COOH) with ethyl cellulose (EC) in order to develop a hydrophilic substrate for thin-film composite (TFC) membrane in a forward osmosis (FO) system. A porous EP substrate, fabricated by a non-solvent induced phase separation method, was found to be more hydrophilic than the EC substrate due to the presence of polyethylene glycol (PEG) side chains in the EP. Since the EP substrate exhibits smaller water contact angles and higher porosity, the structural parameter (S) of TFC-EP is smaller than that of TFC-EC, indicating that internal concentration polarization (ICP) within porous substrates can occur less when TFC-EP is used as a membrane. For example, the water flux value of the TFC-EP is 15.7 LMH, whereas the water flux value of the TFC-EC is only 6.6 LMH. Therefore, we strongly believe that the TFC-EP could be a promising candidate with good FO performances.
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문제 정의
TFC-EC 및 TFC-EP의 수투과도를 염투과도의 역수와 함께 도시하여 이를 상용화된 HTI 사의 cellulose triacetate (CTA) 막과 비교하고자 하였다. 이상적인 정삼투 분리막은 높은 수투과도와 낮은 염투과도를 보여야 하므로, 수투과도를 염투과도의 역수와 함께 도시하였을 때 해당 도표의 오른쪽 위에 그 값이 있을수록 이상적인 분리막에 가까움을 의미한다[28].
본 논문에서는 에틸셀룰로스의 친수성을 향상시키기 위하여, 에틸셀룰로스에 친수성고분자인 폴리에틸렌글리콜을 도입시킨 가지형 고분자를 합성하고 이를 지지체용 소재로 이용하였다.
본 연구에서는 에틸셀룰로스(EC)에 폴리에틸렌글리콜 작용기가 도입된 가지형 고분자인 에틸셀룰로스-폴리에틸렌글리콜(ethylcellulose-g-poly (ethylene glycol), EP)을 합성하고 이를 정삼투 복합막을 위한 지지체로 활용하고자 하였다. 개질 전 EC와 비교했을 때, 폴리에틸렌글리콜 작용기가 도입된 EP는 증가된 친수성으로 인하여 지지체 상태에서 물에 대한 낮은 접촉각 및 높은 순수 수투과도를 보였다.
비용매 유도상분리법을 통해 지지체를 형성한 후, 계면중합을 통하여 복합막을 구성하여 이의 정삼투 특성을 조사하였다. 특히 농도분극에 따른 정삼투 특성의 영향을 조사하기 위하여, 형성한 복합막들의 막구조 파라미터를 측정하여 이를 비교하고자 하였다.
제안 방법
EC 및 EP 지지체에 대한 공극률의 경우 건조된 시료와 물에 침지된 시료의 무게 차이를 이용하여 계산하였다. 물에 침지시킨 시료의 무게(m1, g)을 측정한 후 16시간 이상 동결건조 시킨 시료의 무게(m2, g)을 측정하였다.
EC 및 EP 다공성 지지체는 비용매 유도 상분리법(nonsolvent-inducedphase separation, NIPS) 방법을 통해 제조되었다. EC 용액(20 wt% EC,64 wt% DMAc, 16 wt% THF) 및 EP 용액(10 wt% EP, 75 wt% NMP,15 wt% PEG300)을 제조한 뒤 1시간동안 초음파 분쇄기에서 기포를 제거한다. 이후 유리판에 부착한 PET 부직포 위에 캐스팅 나이프를 이용하여 100 μm 두께로 용액을 도포한 후 즉시 섭씨 25도의 증류수 수조에 침지시켜 지지체 형성을 유도한다.
EC 지지체와 EP 지지체 위에 MPD와 TMC의 계면중합을 통한 폴리아미드 층의 형성을 통하여 복합막을 제조하였다. EC 지지체와 EP 지지체를 이용하여 제조된 복합막을 각각 TFC-EC와 TFC-EP로 명명하였다.
EC 지지체와 EP 지지체 위에 MPD와 TMC의 계면중합을 통한 폴리아미드 층의 형성을 통하여 복합막을 제조하였다. EC 지지체와 EP 지지체를 이용하여 제조된 복합막을 각각 TFC-EC와 TFC-EP로 명명하였다. Fig.
비용매 유도 상분리법을 통해 EC와 EP 다공성 지지체를 형성하였다. EP의 친수성 증대로 인한 효과를 검증하기 위하여, EC 지지체는 대조군으로 제작되었다. 친수성의 차이로 인하여, EC와 EP의 용매에 대한 용해도가 상이하였으므로, DMAc, NMP 및 TFC 용매의 비율을 조절하여 각 고분자에 대해 최적화된 용액을 제조하여 이들을 제막에 사용하였다.
적외선 분광분석기(attenuated total reflection-infrared spectrometer, ATR-IR, Nicolet 6700 spectrophotometer, Thermo Scientific), X-선광전자 분석기(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS, PHI-1600,Kratos Analytical) 및 원자간력 현미경(Atomic force microscopy, AFM, SPA-400, Seiko Instrument)을 이용하여 막의 화학 구조가 분석되었다. XPS 분광기의 경우 0~1100 eV에 걸쳐 측정되었으며, 탄소, 산소, 질소 원소에 대한 분석을 진행하였다. AFM의 경우 두드림 모드에서 측정되었다.
모든 수처리막은 ALFS 모드(활성층이 유입 용액을 보고 있는 방향) 및 AL-DS 모드(활성층이 유도 용액을 보고 있는 방향) 두 가지 배향으로 측정되었다. 각 모드에서, 유도 용액의 무게 변화를 실시간으로 기록하여 수투과도(Jw)를 측정하였다. 또한, 유입 용액의 전도도를 지속적으로 기록하여 유도 용액에서 유입 용액으로의 역 방향 염 투과도(Js)를 계산하였다.
각 모드에서, 유도 용액의 무게 변화를 실시간으로 기록하여 수투과도(Jw)를 측정하였다. 또한, 유입 용액의 전도도를 지속적으로 기록하여 유도 용액에서 유입 용액으로의 역 방향 염 투과도(Js)를 계산하였다. 유도 혹은 유입 용액의 농도를 지속적으로 변화시켜가며 수투과도를 계산하였을 때, 수처리막에 대한 고유 이동 파라미터인 수투과율(A), 염투과율(B) 및 막구조 파라미터(S)는 아래의 식 (4) 및 식 (5)를 통해 계산되었다[21].
수조를 통하여 유입 및 유도 용액은 섭씨 25도로 유지되었다. 모든 수처리막은 ALFS 모드(활성층이 유입 용액을 보고 있는 방향) 및 AL-DS 모드(활성층이 유도 용액을 보고 있는 방향) 두 가지 배향으로 측정되었다. 각 모드에서, 유도 용액의 무게 변화를 실시간으로 기록하여 수투과도(Jw)를 측정하였다.
EC 및 EP 지지체에 대한 공극률의 경우 건조된 시료와 물에 침지된 시료의 무게 차이를 이용하여 계산하였다. 물에 침지시킨 시료의 무게(m1, g)을 측정한 후 16시간 이상 동결건조 시킨 시료의 무게(m2, g)을 측정하였다. 공극률(ε)는 아래 식 (1)을 통해 계산된다.
비용매 유도 상분리법을 통해 EC와 EP 다공성 지지체를 형성하였다. EP의 친수성 증대로 인한 효과를 검증하기 위하여, EC 지지체는 대조군으로 제작되었다.
본 논문에서는 에틸셀룰로스의 친수성을 향상시키기 위하여, 에틸셀룰로스에 친수성고분자인 폴리에틸렌글리콜을 도입시킨 가지형 고분자를 합성하고 이를 지지체용 소재로 이용하였다. 비용매 유도상분리법을 통해 지지체를 형성한 후, 계면중합을 통하여 복합막을 구성하여 이의 정삼투 특성을 조사하였다. 특히 농도분극에 따른 정삼투 특성의 영향을 조사하기 위하여, 형성한 복합막들의 막구조 파라미터를 측정하여 이를 비교하고자 하였다.
광학현미경(ECLIPSE E6600 POL, NIKON) 또한 수처리막 분석에 사용되었다. 적외선 분광분석기(attenuated total reflection-infrared spectrometer, ATR-IR, Nicolet 6700 spectrophotometer, Thermo Scientific), X-선광전자 분석기(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS, PHI-1600,Kratos Analytical) 및 원자간력 현미경(Atomic force microscopy, AFM, SPA-400, Seiko Instrument)을 이용하여 막의 화학 구조가 분석되었다. XPS 분광기의 경우 0~1100 eV에 걸쳐 측정되었으며, 탄소, 산소, 질소 원소에 대한 분석을 진행하였다.
접촉각의 경우 공기 방울을 증류수에 침지된 막에 접촉시켜 측각기(KrüssDAS10)로 측각하였으며, 3개 이상의 시료에 대해 각각 5번 이상의 측각을 통해 그 평균값을 이용하였다.
지지체의 구조적 고유 특성을 확인해보기 위하여 물에 대한 접촉각, 공극률 및 순수 수투과도를 측정하여 Table 3에 도시하였다. 지지체의 수중에서의 친수성을 비교해보기 위하여 captive air bubble 방식을 이용하여 물에 함침시킨 지지체에 공기 방울을 접촉시켜 측각을 시행하였다. 측정 결과, EC 지지체의 경우 79.
EP의 친수성 증대로 인한 효과를 검증하기 위하여, EC 지지체는 대조군으로 제작되었다. 친수성의 차이로 인하여, EC와 EP의 용매에 대한 용해도가 상이하였으므로, DMAc, NMP 및 TFC 용매의 비율을 조절하여 각 고분자에 대해 최적화된 용액을 제조하여 이들을 제막에 사용하였다. Fig.
형성된 수처리막의 표면 및 단면구조는 전계 방출형 주사전자현미경(JEOL JSM-6700F)을 통해 10 kV accelerating voltage 하에서 분석되었다. 주사전자현미경 분석 전, 시료는 동결건조한 뒤 이온 스파터(JEOL JFC-1100E) 를 통해 백금으로 코팅되었다.
형성된 지지체에 대한 접촉각, 공극률, 밀도 및 순수 수투과도 분석을 통해 지지체의 친수성 및 구조적 차이점을 확인하였다. 접촉각의 경우 공기 방울을 증류수에 침지된 막에 접촉시켜 측각기(KrüssDAS10)로 측각하였으며, 3개 이상의 시료에 대해 각각 5번 이상의 측각을 통해 그 평균값을 이용하였다.
대상 데이터
5%) 및 테트라부틸암모늄 브롬화물(TBAB, 98%)은 준세이화학에서 구매하였다. 4-디메틸아미노피리딘(DMAP, 99%)는 Alfa-Aesar 사에서 구입하였다. 폴리에스터 부직포(PET, Grade A3249)는 Alstrom 사에서 구입하였으며, 지지체를 형성하는데 있어 지지물질로 사용하였다.
N-메틸-2-피로리돈(NMP, 99%), N,N'-디메틸아세트아미드(DMAc, 99.5%) 및 테트라부틸암모늄 브롬화물(TBAB, 98%)은 준세이화학에서 구매하였다.
주사전자현미경 분석 전, 시료는 동결건조한 뒤 이온 스파터(JEOL JFC-1100E) 를 통해 백금으로 코팅되었다. 광학현미경(ECLIPSE E6600 POL, NIKON) 또한 수처리막 분석에 사용되었다. 적외선 분광분석기(attenuated total reflection-infrared spectrometer, ATR-IR, Nicolet 6700 spectrophotometer, Thermo Scientific), X-선광전자 분석기(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS, PHI-1600,Kratos Analytical) 및 원자간력 현미경(Atomic force microscopy, AFM, SPA-400, Seiko Instrument)을 이용하여 막의 화학 구조가 분석되었다.
본 연구에 사용된 에틸셀룰로스(EC, 치환도=2.4), 폴리에틸렌글리콜 모노메틸이써(MPEG, Mn=350), 폴리에틸렌글리콜(PEG, Mw=300), N,N'-디사이클로헥실카르보디이미드(DCC, 99%), 석신산 무수물(99%), m-페닐렌디아민(MPD, 99%) 및 트리메조일트리염화물(TMC, 98%)은 Sigma-Aldrich 사에서 구매하여 추가 정제 없이 사용하였다.
4), 폴리에틸렌글리콜 모노메틸이써(MPEG, Mn=350), 폴리에틸렌글리콜(PEG, Mw=300), N,N'-디사이클로헥실카르보디이미드(DCC, 99%), 석신산 무수물(99%), m-페닐렌디아민(MPD, 99%) 및 트리메조일트리염화물(TMC, 98%)은 Sigma-Aldrich 사에서 구매하여 추가 정제 없이 사용하였다. 염화나트륨(NaCl, 99%)과 노르말-헥산(99%)은 대정화금에서 구입하여 사용하였다. 테트라하이드로퓨란(THF, 99%)은 대정화금에서 구매하였으며, 나트륨/벤조페논을 이용하여 질소분위기에서 8시간 이상 환류시킨 후 증류하여 사용하였다.
염화나트륨(NaCl, 99%)과 노르말-헥산(99%)은 대정화금에서 구입하여 사용하였다. 테트라하이드로퓨란(THF, 99%)은 대정화금에서 구매하였으며, 나트륨/벤조페논을 이용하여 질소분위기에서 8시간 이상 환류시킨 후 증류하여 사용하였다. N-메틸-2-피로리돈(NMP, 99%), N,N'-디메틸아세트아미드(DMAc, 99.
EC 및 EP 다공성 지지체는 비용매 유도 상분리법(nonsolvent-inducedphase separation, NIPS) 방법을 통해 제조되었다. EC 용액(20 wt% EC,64 wt% DMAc, 16 wt% THF) 및 EP 용액(10 wt% EP, 75 wt% NMP,15 wt% PEG300)을 제조한 뒤 1시간동안 초음파 분쇄기에서 기포를 제거한다.
복합막에 대한 수처리 특성은 lab-scale로 제작된 cross-flow방식의 정삼투 셀을 통하여 측정되었다. 해당 셀의 구조는 Fig.
지지체의 순수 수투과도(pure water permeability, PWP, Lm-2h-1bar-1)은 dead-end 방식의 여과 셀 (CF042, Sterlitech Corp., Kent, WA)를 이용하여 1bar 압력 하에서의 수투과도로 측정되었다. 이때 유효 막 면적은 1.
성능/효과
5에 나타내었다. C1s 스펙트럼 분석결과, EP는 288.7 eV 부근에서 O=C-O 에 해당하는 새로운 시그널을 보였으며, EC에서 관찰되던 288.4 eV 부근의 C-OH 시그널은 사라지는것이 확인되었다. Table 2에서 X-선 광전자 분석을 바탕으로 한 각 지지체의 원소 구성 비율이 도시되어 있는데, EP 지지체에 존재하는 산소원자의 비율이 EC 지지체에 비해 더 높다는 것을 알 수 있다.
4에 전계 방출 주사 전자 현미경을 이용하여 각 지지체의 표면을 분석한 결과가 나타나 있다. EC와 EP지지체는 모두 평탄한 표면 구조를 보였으며, 약 10,000 배의 배율에서도 기공이 관찰되지 않았다. 광학 현미경을 통하여 단면 구조를 관찰하였을 때, 두 지지체는 모두 127 μm의 비슷한 두께를 보였다.
이는 AL-FS 모드의 경우 지지층이 유도 용액을 향하게 되면서 내부 농도 분극 현상이 발생하게 되어 유효 삼투압 기울기가 낮아지기 때문이다[25]. TFC-EC의 경우 내부 농도 분극 현상이 더욱 심하게 발생하므로, AL-DS 모드에 비해 더욱 높은 수투과도의 감소를 보였다.
본 연구에서는 에틸셀룰로스(EC)에 폴리에틸렌글리콜 작용기가 도입된 가지형 고분자인 에틸셀룰로스-폴리에틸렌글리콜(ethylcellulose-g-poly (ethylene glycol), EP)을 합성하고 이를 정삼투 복합막을 위한 지지체로 활용하고자 하였다. 개질 전 EC와 비교했을 때, 폴리에틸렌글리콜 작용기가 도입된 EP는 증가된 친수성으로 인하여 지지체 상태에서 물에 대한 낮은 접촉각 및 높은 순수 수투과도를 보였다. 이러한 경향은 복합막 형성 후에도 이어져, EP 지지체로 이루어진 복합막(TFC-EP)은 정삼투 실험에서 EC 지지체로 이루어진 복합막(TFC-EC)에 비해 높은 수투과도를 보였다.
26 ppm에 새로운 시그널이 관찰되는 것을 통해 증명되었다. 구조 상으로 예측한 수소 핵자기 공명 스펙트럼 시그널들의 적분비와 실제 스펙트럼에서 계산한 적분비가 일치하는 것을 통하여 MPEG-COOH가 성공적으로 합성되었다는 사실을 확인하였다.
이러한 상충 관계는 정삼투 공정에서 흔히 관찰되는 것으로, 정삼투 분리막이 완벽한 차단막이 아니기에 발생하는 현상이다[25]. 또한 막배향에 따라서도 정삼투 성능에서 차이를 보였는데, 활성층이 유도용액을 향햐는 AL-DS 모드의 경우 활성층이 유입 용액을 향하는 AL-FS 모드에 비해 높은 수투과도를 나타내었다. 이는 AL-FS 모드의 경우 지지층이 유도 용액을 향하게 되면서 내부 농도 분극 현상이 발생하게 되어 유효 삼투압 기울기가 낮아지기 때문이다[25].
이러한 결과는 유도 용액의 농도가 증가함에 따라 더욱 두드러졌다. 상용화된 막과 비교했을 때, TFC-EP는 비슷한 수투과도 범위에서 더욱 낮은 염투과도를 보였으며, 이는 TFC-EP가 정삼투공정에 적용 될 수 있는 가능성을 보여준다.
5몰, 1몰, 2몰 염화나트륨 용액으로 변화시키면서 측정한 TFC-EC와 TFC-EP의 수투과도 및 염투과도를 배향에 따라 보여준다. 유도 용액의 농도가 올라가면 두 용액간 삼투압 차가 커지기 때문에 수투과도가 증가하였지만, 유도 용액에서 유입 용액으로의 염투과도 또한 증가하는 결과를 나타내었다. 이러한 상충 관계는 정삼투 공정에서 흔히 관찰되는 것으로, 정삼투 분리막이 완벽한 차단막이 아니기에 발생하는 현상이다[25].
10에서, TFC-EP는 CTA 막에 비해 보다 도표의 오른쪽 위를 향하고 있으며, 특히 비슷한 수투과도 값에서 더욱 낮은 염투과도 값을 보이는 것을 확인하였다. 이러한 결과를 고려할 때, TFC-EP의 경우 TFC-EC 뿐만 아니라 현재 상용화된 막에 비해 높은 정삼투 성능을 보이는 것을 보여준다.
7에 도시하였다. 측정 결과 TFC-EC와 TFC-EP의 낙차는 각각 79.3 nm 및 80.5 nm로 확인되었다. 이러한 결과들을 고려해 볼때, 두 복합막에서 활성층은 흡사한 표면 구조를 가지는 것으로 여겨진다.
측정 결과, EC 지지체의 경우 79.3o의 접촉각을 보였으며, EP 지지체는 47.9°의 값을 나타내었다.
또한 낮은 막구조 파라미터 값은 정삼투 분리막의 구조가 내부 농도 분극(internal concentration polarization: ICP) 현상을 최소화시켜 수투과도의 감소를 막을 수 있음을 시사한다. 측정 결과, TFC-EP 의 수투과율은 TFC-EC 보다 높았지만, 염투과율 또한 높았으며, 이는 다른 연구 결과에서도 흔히 관찰되는 현상으로 TFC-EP 지지체의 증가된 친수성과 공극률에 기인하는 것으로 예측된다[24]. TFC-EP의 막구조 파라미터는 TFC-EC에 비해 현저히 낮았는데, 이는 TFC-EP를 정삼투 분리막으로 사용했을 경우, 내부 농도 분극에 의한 수투과도 감소가 적기 때문에 TFC-EP가 정삼투 분리막으로서 적절하다는 사실을 입증한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
내부농도분극이란?
정삼투공정은다양한 장점들에도 불구하고 최적화된 유도 용질 및 수처리 분리막의 부재로 인하여 아직 상용화 단계에 접어들지 못하고 있다. 유입 용액에서 염을 걸러내는 활성층과 활성층을 지지하는 역할을 하는 지지층으로 이루어진 정삼투 복합막 구조에서, 활성층이 유입 용액을 향하고 있을 때, 다공성 지지층 내부에서의 유도 용질의 농도가 막 외부의 유도 용액에서의 유도 용질의 농도보다 낮아지는 현상이 일어나게 된다. 이는 다공성 지지층 내부에서 유도 용질의 확산이 용이하지 않기 때문에 일어나는 현상으로, 이러한 현상을 내부농도분극(internal concentration polarization: ICP) 라고 부른다.
막분리 공정을 이용한 수처리 기술에는 어떤 것들이 있는가?
수처리 공정 중에서 막분리 기술은 에너지 효율 및 비용 측면을 고려해보았을 때 가장 효과적인 방법으로 인식되고 있다. 막분리 공정을 이용한 수처리 기술에는 정밀여과, 한외여과, 나노여과, 역삼투 및 정삼투 공정이 있다. 정삼투 공정의 경우 여타 수처리 공정들과는 달리 압력을 구동력으로 사용하지 않고, 반투막을 경계로 한 두 용액의 삼투압 차이를 구동력으로 사용한다.
정삼투공정이 상용화단계에 접어들지 못하고 있는 이유는?
정삼투공정은다양한 장점들에도 불구하고 최적화된 유도 용질 및 수처리 분리막의 부재로 인하여 아직 상용화 단계에 접어들지 못하고 있다. 유입 용액에서 염을 걸러내는 활성층과 활성층을 지지하는 역할을 하는 지지층으로 이루어진 정삼투 복합막 구조에서, 활성층이 유입 용액을 향하고 있을 때, 다공성 지지층 내부에서의 유도 용질의 농도가 막 외부의 유도 용액에서의 유도 용질의 농도보다 낮아지는 현상이 일어나게 된다.
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