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정삼투 분리막 공정 적용을 위한 n-nitrilotris(methylene) Phosphonic Acid Potassium Salt 유도용질의 합성
Synthesis of n-nitrilotris(methylene) Phosphonic Acid Potassium Salt as a Draw Solute in Forward Osmosis Process 원문보기

멤브레인 = Membrane Journal, v.28 no.5, 2018년, pp.368 - 377  

이혜진 (한국화학연구원 그린화학소재연구본부 분리막연구센터) ,  최진일 (한국화학연구원 기술사업화본부 중소기업지원센터) ,  권세이 (한국화학연구원 그린화학소재연구본부 분리막연구센터) ,  김인철 (한국화학연구원 그린화학소재연구본부 분리막연구센터)

초록
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정삼투 공정에 유용한 유도용질로서 n-nitrilotris(methylene) phosphonic acid (NTPA) 염을 합성하였다. NTPA에 첨가하는 KOH의 함량을 변화시켜 NTPA-4K, NTPA-5K, NTPA-6K 세 종류의 유도용질을 합성하고 $^1H$-NMR, $^{13}C$-NMR을 통하여 확인하였다. 유도용질의 물성을 확인하기 위해 삼투압, 점도, 수투과도, 역염 투과도를 측정하였다. 정삼투 공정에서는 증류수를 유입용액으로 사용하고 0.5 M의 유도용액으로 실험한 결과 각각 수투과도는 35.8, 38.8, 42.2 LMH를 나타내고 5.4, 6.9, 7.4 gMH의 역염 투과도를 나타내었다. 이는 기존의 NaCl 유도용액보다 높은 수투과도와 훨씬 낮은 역염 투과도를 확인하였다. 정삼투 공정 후 묽어진 유도용질의 회수를 위해 나노여과 방식으로 상용막을 사용하여 제거율을 측정한 결과 90% 이상의 높은 성능을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The n-nitrilotris(methylene) phosphonic acid (NTPA) potassium salt was synthesized as a draw solute for forward osmosis. NTPA-4K, NTPA-5K and NTPA-6K were synthesized by varying the content of KOH added to NTPA and confirmed by $^1H$-NMR and $^{13}C$-NMR. The osmotic pressure, ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 적절한 분자량, pH, 높은 삼투압으로 우수한 수투과도를 나타내고 역염 투과도는 낮으면서 회수가 용이한 유도용질을 개발하기 위해 다가 유기산염 형태의 화합물을 합성하였다. Nitrilotris(methylene) phosphonic acid (NTPA)를 수산화칼륨으로 중화하여 NTPA의 칼륨염인 NTPA-4K, NTPA-5K 그리고 NTPA-6K를 합성하고 유도용질로서의 성능 평가를 위해 삼투압, 수투과도, 역염 투과도 등을 평가하고 유도 용질의 회수 공정으로 나노여과를 사용하였다.

가설 설정

  • 유도용질이 충족시켜야 하는 기준은: 1) 높은 삼투압으로 높은 수투과도, 낮은 역염 투과도를 나타내어야 한다. 2) RO보다 저렴하고 쉬운 공정으로 희석된 유도용질의 회수가 이루어져야 한다. 3) 친수성을 띄며 물과 우수한 상호작용, 정삼투막과의 호환을 유지하여야 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
정삼투 공정에서 무기물 염 유도용질이 가진 특성은 무엇인가? NaCl, MgCl2 같은 무기물 염 유도용질은 정삼투 공정에서 높은 수투과도를 나타내지만 역염 투과도가 매우 높고, 안정적인 공정 구동을 위한 유도용액의 보충과 회수에서 많은 비용을 초래한다[31,32]. 열분해성 염은 높은 삼투압과 산업폐기물에 의한 쉬운 회수 방법으로 잠재력이 있다고 판단된다.
유압 구동막 공정은 어떤 과정이 포함되는가? 수질 정화, 물의 재생 및 담수화 분야에서 유압 구동막 공정이 광범위하게 사용된다. 이러한 공정에는 정밀여과, 한외여과, 나노여과, 역삼투가 포함된다[1]. 역삼투는 가장 광범위하게 사용되는 담수화 기술이지만, 종래의 역삼투 담수화 기술은 많은 에너지를 필요로 하여 많은 비용이 발생한다[2].
정삼투의 성능 향상을 위해 유도용질이 충족시켜야하는 기준은 무엇인가? 정삼투의 성능은 주로 삼투압이 발생하는 유도용질의 성능에 의존한다. 유도용질이 충족시켜야 하는 기준은:1) 높은 삼투압으로 높은 수투과도, 낮은 역염 투과도를 나타내어야 한다.2) RO보다 저렴하고 쉬운 공정으로 희석된 유도용질의 회수가 이루어져야 한다.3) 친수성을 띄며 물과 우수한 상호작용, 정삼투막과의 호환을 유지하여야 한다.4) 특히 최종 생산물이 식수인 경우, 무독성을 나타내어야 한다. 5) 중성 부근의 pH와 같은 본질적인 특성을 띠고6) 기술 상용화 촉진을 위한 저렴한 비용으로 경제성을 확보하여야 한다. 강력하고 시장성 있는 정삼투 기술을 위한 가장 큰 과제는 위의 요구 사항을 충족시키는 유도용질의 개발이다[3,19,22].
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참고문헌 (42)

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