[논문]탄소나노튜브가 첨가된 폴리술폰 지지체가 폴리아미드 역삼투막의 성능에 미치는 영향

민충식; 김승현

doi:10.11001/jksww.2020.34.2.127

탄소나노튜브가 첨가된 폴리술폰 지지체가 폴리아미드 역삼투막의 성능에 미치는 영향
Effect of MWCNTs/PSf support layer on the performance of polyamide reverse osmosis membrane 원문보기

上下水道學會誌 = Journal of Korean Society of Water and Wastewater, v.34 no.2, 2020년, pp.127 - 137

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, a MWCNT(multi-wall carbon nanotube) was added to polysulfone(PSf) support layer to improve flux of TFC(thin film composite) RO(reverse osmosis) membrane. Two different kinds of MWCNT were used. Surfaces of some MWCNTs were modified hydrophilically through acid treatment, while those of other MWCNTs were modified through heat treatment to maintain their hydrophobicity. MWCNT/PSf support layer was prepared by adding PSf to the NMP mixed solvent containing 0.1 wt% MWCNTs using a phase inversion method. The surface porosity of the MWCNT/PSf support increased by 42~46% while its surface pore size being maintained. The TFC RO membrane made of MWCNT/PSf support layer showed a 20% flux increase while its salt rejection characteristics is sustained. In addition, the MWCNT/PSf support layer has better mechanical stability than the PSf support layer, there resulting in an increased resistance of flux reduction due to physical pressure.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

따라서, 본 연구에서는 TFC RO막의 성능을 향상시키기 위하여 탄소나노튜브를 첨가제로 사용하였다. 탄소나노튜브의 정제 방법에 따라 산처리 방법으로 정제하여 친수화된 탄소나노튜브와 열처리 방법으로 정제하여 소수성인 탄소나노튜브를 폴리술폰 지지체에 첨가하여 MWCNTs/PSf 지지체를 제조하였으며, 탄소나노튜브의 첨가로 인한 지지체의 특성을 분석하고 이를 이용하여 제조한 TFC RO막의 성능을 평가하였다.

가설 설정

4. UV-vis absorption spectra of different solution (a) MWCNTs dispersed in NMP, (b) MWCNTs dispersed in water.

제안 방법

1~5 bar의 압력조건에서 전자저울(EK-6100i, A&D, Republic of Korea)을 이용하여 처리수의 무게를 측정하여 순수투과 플럭스를 계산하였다.
산처리 및 열처리 방법으로 정제 및 개질된 탄소나노튜브의 모폴로지는 TEM(transmission electron microscopy, JEM-2100, JEOL Japan)을 사용하여 확인하였다. FTIR(fourier transform infrared spectroscopy, FTIR-460 plus,JASCO, Japan)를 이용하여 탄소나노튜브의 작용기 측정에 사용하였다. 탄소나노튜브의 비표면적은 BET(brunauer-emmet-teller, Autosorb-1, Quantachrome Instrument, USA)를 사용하여 측정하였다.
MWCNTs/PSf 지지체를 이용하여 제조한 TFC RO막의 성능평가는 Fig. 1(b)의 cross flow 여과 장치를 사용하여 플럭스와 염 배제율을 측정하였다. 이 장치의 유효 막 면적은 22.
5 cm²이었다. MWCNTs/PSf 지지체의 성능을 평가하였다. 순수투과 플럭스는 공급 수는 증류수를 사용하였으며, 온도는 25℃를 유지하였다.
MWCNTs/PSf 지지체의 성능평가는 순수투과 플럭스와 제거율을 측정하였으며 Fig. 1 (a)의 stainless steel로 제작한 dead-end 여과 장치를 사용하였다. 이 장치의 유효 막 면적은 14.
지지체의 두께는 PET 부직포를 제거 후 PSf 지지체만 hand-held thickness gauge(Absolute 547-401, Mitutoyo, Japan)을 사용하여 측정하였으며, 최소 3곳 이상을 측정하였다. MWCNTs/PSf 지지체의 열중량 분석은 TGA(Thermogravimetric-Differential Thermal Analyzer, TG-DTA 24, SETARAM, France)를 이용하여 측정하였다.
TFC RO막은 MPD와 TMC를 사용하여 계면 중합하였으며, 폴리술폰 지지체에 1 wt% MPD 용액을 5분간 함침 후, air knife(10AK, Sungwonpnc, Republic of Korea)를 사용하여 지지체 표면의 잔류 MPD 용액을 제거하였다. 이후 0.
공급수는 NaCl 2,000 mg/ℓ(3.7 mS/cm)를의 사용하였으며, 온도는 25℃±2, 운전압력은 15.5 bar, 순환 유량은 0.7 ℓ/min에서 평가하였다.
, 2017). 따라서, 자외선 가시 분광계를 사용하여 탄소나노튜브 용액의 분산도를 평가하였다(Ansman et al., 2010). 열처리된 MWCNTs와 산처리된 MWCNTs를 증류수와 NMP 2가지 용액에 (MWCNTs1 g/solvent 100 g) 1시간 동안 초음파로 분산시킨 뒤 흡광도를 측정하였다.
본 연구에서는 폴리술폰 지지체에 탄소나노튜브를 첨가하여 투과 성능이 향상된 TFC RO막을 제조하였다. 탄소나노튜브가 첨가된 지지체는 탄소나노튜브의 개질 유˙무와 관계없이 기공 크기는 유지하면서 전체 공극율이 증가하였으며 특히, 표면 공극율은 폴리술폰 지지체와 비교하여 42~46% 증가하였다.
산처리 및 열처리 방법으로 정제 및 개질된 탄소나노튜브의 모폴로지는 TEM(transmission electron microscopy, JEM-2100, JEOL Japan)을 사용하여 확인하였다. FTIR(fourier transform infrared spectroscopy, FTIR-460 plus,JASCO, Japan)를 이용하여 탄소나노튜브의 작용기 측정에 사용하였다.
산처리 방법을 이용하여 MWCNTs를 정제 및 표면 개질을 하기 위하여 질산과 황산 용액을 부피비율 1:3으로 제조하였다. MWCNTs 100 mg을 혼합산 용액 500 ml에 첨가 후 약 1시간 동안 초음파(Power Sonic 520, Hwashin, Republic of Korea)를 통하여 분산시켰다.
분산된 탄소나노튜브 용액을 60℃의 항온수조에서 24시간 동안 환류 냉각시켰다. 산처리된 MWCNT를 Anodisc 필터(Anodisc 47, Whatman, Germany)로 여과 후 pH가 중성이 될 때까지 증류수로 세척하였으며, 이후 건조기에서 24시간 동안 건조하여 MWCNTs표면을 개질하고 정제하였다.
상변화 방법을 사용하여 폴리술폰 지지체를 제조하였으며, 82 wt% NMP 용액에 산처리 및 열처리된MWCNTs를 첨가 후 3시간 동안 초음파로 분산시켰다. 탄소나노튜브가 분산된 NMP 용액에 폴리술폰 18wt%를 첨가 후 가열 교반기(Thermofisher, USA)를 이용하여 24시간 동안 50℃, 100 rpm에서 교반하면서 용해시켜 dope 용액을 제조하였다.
, 2010). 열처리된 MWCNTs와 산처리된 MWCNTs를 증류수와 NMP 2가지 용액에 (MWCNTs1 g/solvent 100 g) 1시간 동안 초음파로 분산시킨 뒤 흡광도를 측정하였다. 2가지 용매 모두 270 nm에서 최대 흡광도 peak를 나타내었다.
1~5 bar의 압력조건에서 전자저울(EK-6100i, A&D, Republic of Korea)을 이용하여 처리수의 무게를 측정하여 순수투과 플럭스를 계산하였다. 지지체의 MWCO는 PEG(35kDa), PVP(55kDa), PEO(100kDa) 1,000 mg/ℓ 수용액을 제조하여 사용하였으며, 5 bar의 압력조건에서 여과된 처리수를 TOC analyzer(TOC-5000A, Shimadzu, Japan)를 이용하여 농도를 측정하였다.
제조된 PSf 지지체와 MWCNTs/PSf 지지체의 인장강도는 universal testing machine(AGS-J-500N, Shimadzu, Japan)을 사용하였다. 지지체의 두께는 PET 부직포를 제거 후 PSf 지지체만 hand-held thickness gauge(Absolute 547-401, Mitutoyo, Japan)을 사용하여 측정하였으며, 최소 3곳 이상을 측정하였다. MWCNTs/PSf 지지체의 열중량 분석은 TGA(Thermogravimetric-Differential Thermal Analyzer, TG-DTA 24, SETARAM, France)를 이용하여 측정하였다.
, 2004). 지지체의 열적 거동 측정은 MWCNTs가 첨가된 지지체와 첨가되지 않은 폴리술폰 지지체를 질소가스로 퍼징하면서 10℃/min으로 800℃까지 가열하였다. 지지체는 약 500℃에서 분해되기 시작하였으며, MWCNTs가 첨가된 지지체의 경우 800℃까지 가열 후 잔류무게가 폴리술폰 지지체보다 약 7% 정도 높았다.
지지체의 전체 공극율 측정은 PET 부직포를 제거한 PSf 지지체를 증류수에서 24시간 동안 함침 후 wet membrane의 무게를 측정하고, 지지체를 다시 오븐에서 24시간 동안 건조 후 dry membrane의 무게를 측정하였다.
따라서, 본 연구에서는 TFC RO막의 성능을 향상시키기 위하여 탄소나노튜브를 첨가제로 사용하였다. 탄소나노튜브의 정제 방법에 따라 산처리 방법으로 정제하여 친수화된 탄소나노튜브와 열처리 방법으로 정제하여 소수성인 탄소나노튜브를 폴리술폰 지지체에 첨가하여 MWCNTs/PSf 지지체를 제조하였으며, 탄소나노튜브의 첨가로 인한 지지체의 특성을 분석하고 이를 이용하여 제조한 TFC RO막의 성능을 평가하였다.
폴리에스터 부직포 위에 dope 용액을 붇고 casting knife(YBA-5, Yoshimutsu, Japan)를 이용하여 100 μm의 두께로 캐스팅하였다.

대상 데이터

폴리술폰 지지체의 MWCO 측정에는 PEG(Polyethylene glycol, Mw;35kDa Sigma-Aldrich, USA), PVP(Polyvinylpyrrolidone, Mw;55kDa Sigma-Aldrich, USA), PEO(Polyethylne oxide, Mw;100kDa Sigma-Aldrich, USA) 3종류를 사용하였다. TFC RO막의 염 배제율은 sodium chloride(Junsei, Japan)를 사용하였다.
폴리아미드 활성층 제조는 MPD(m-pheneylene diamine, Sigma-Aldrich, USA)와 TMC(1,3,5-benzene tricarboxylic aicd chloride, Sigma-aldrich, USA)를 사용하였다. TMC를 용해하기 위해 유기용매인 n-hexane(98%, Daejung, Republic of Korea)을 사용하였다. 실험에 사용된 MWCNTs (Multi-wall Carbon-nanotube, HANOS CM-95, Hanwha Nanotech, Republic of Korea)의 제원은 ID 4~7 nm, OD10~20 nm, 길이는 10~50 μm이었다.
다공성 지지체 제조는 폴리술폰(Polysulfone, Udel P-3500, Solvay, Belgium) 고분자를 사용하였으며, 고분자를 용해하기 위해 사용된 용매는 NMP(Daejung, Republic of Korea)를 사용하였다. 보강재는 폴리에스터(MKF-85, Miki Tokushu Paper, Japan)를 사용하였다.
다공성 지지체 제조는 폴리술폰(Polysulfone, Udel P-3500, Solvay, Belgium) 고분자를 사용하였으며, 고분자를 용해하기 위해 사용된 용매는 NMP(Daejung, Republic of Korea)를 사용하였다. 보강재는 폴리에스터(MKF-85, Miki Tokushu Paper, Japan)를 사용하였다.
실험에 사용된 MWCNTs (Multi-wall Carbon-nanotube, HANOS CM-95, Hanwha Nanotech, Republic of Korea)의 제원은 ID 4~7 nm, OD10~20 nm, 길이는 10~50 μm이었다.
폴리술폰 지지체와 TFC RO막의 모폴로지는 FE-SEM(field-emission scanning electron microscopy, JSM-700F, JEOL, Japan)을 이용 하였으며, 접촉각은 sessile drop 방법으로 contact angle instrument(Pheonix 300, SEO,Republic of Korea)를 사용하여 측정하였다. 제조된 PSf 지지체와 MWCNTs/PSf 지지체의 인장강도는 universal testing machine(AGS-J-500N, Shimadzu, Japan)을 사용하였다. 지지체의 두께는 PET 부직포를 제거 후 PSf 지지체만 hand-held thickness gauge(Absolute 547-401, Mitutoyo, Japan)을 사용하여 측정하였으며, 최소 3곳 이상을 측정하였다.
산처리 방법에는 질산(Daejung, Republic of Korea)과 황산(Daejung, Republic of Korea)을 사용하였다. 폴리술폰 지지체의 MWCO 측정에는 PEG(Polyethylene glycol, Mw;35kDa Sigma-Aldrich, USA), PVP(Polyvinylpyrrolidone, Mw;55kDa Sigma-Aldrich, USA), PEO(Polyethylne oxide, Mw;100kDa Sigma-Aldrich, USA) 3종류를 사용하였다. TFC RO막의 염 배제율은 sodium chloride(Junsei, Japan)를 사용하였다.
폴리아미드 활성층 제조는 MPD(m-pheneylene diamine, Sigma-Aldrich, USA)와 TMC(1,3,5-benzene tricarboxylic aicd chloride, Sigma-aldrich, USA)를 사용하였다. TMC를 용해하기 위해 유기용매인 n-hexane(98%, Daejung, Republic of Korea)을 사용하였다.

데이터처리

지지체의 표면의 공극 크기 및 공극율 측정은 SEM image를 ImageJ 1.52a 소프트웨어(National Institute of Health, USA, https://imagej.nih.gov/ij/)를 사용하여 분석하였다. 이러한 방법은 지지체의 표면형태 분석에 많이 사용되고 있다 (Lee et al.

이론/모형

실험에 사용된 MWCNTs (Multi-wall Carbon-nanotube, HANOS CM-95, Hanwha Nanotech, Republic of Korea)의 제원은 ID 4~7 nm, OD10~20 nm, 길이는 10~50 μm이었다. 산처리 방법에는 질산(Daejung, Republic of Korea)과 황산(Daejung, Republic of Korea)을 사용하였다. 폴리술폰 지지체의 MWCO 측정에는 PEG(Polyethylene glycol, Mw;35kDa Sigma-Aldrich, USA), PVP(Polyvinylpyrrolidone, Mw;55kDa Sigma-Aldrich, USA), PEO(Polyethylne oxide, Mw;100kDa Sigma-Aldrich, USA) 3종류를 사용하였다.
탄소나노튜브의 비표면적은 BET(brunauer-emmet-teller, Autosorb-1, Quantachrome Instrument, USA)를 사용하여 측정하였다. 탄소나노튜브의 분산도는 UV-vis spectrophotometer(Optizen POP, Mecasys, Republic of Korea)를 사용하여 평가하였다.
FTIR(fourier transform infrared spectroscopy, FTIR-460 plus,JASCO, Japan)를 이용하여 탄소나노튜브의 작용기 측정에 사용하였다. 탄소나노튜브의 비표면적은 BET(brunauer-emmet-teller, Autosorb-1, Quantachrome Instrument, USA)를 사용하여 측정하였다. 탄소나노튜브의 분산도는 UV-vis spectrophotometer(Optizen POP, Mecasys, Republic of Korea)를 사용하여 평가하였다.
폴리술폰 지지체와 TFC RO막의 모폴로지는 FE-SEM(field-emission scanning electron microscopy, JSM-700F, JEOL, Japan)을 이용 하였으며, 접촉각은 sessile drop 방법으로 contact angle instrument(Pheonix 300, SEO,Republic of Korea)를 사용하여 측정하였다. 제조된 PSf 지지체와 MWCNTs/PSf 지지체의 인장강도는 universal testing machine(AGS-J-500N, Shimadzu, Japan)을 사용하였다.

성능/효과

반면, Fig. 4(b)와 같이 증류수에서는 carboxylic 및 hyroxyl 그룹과 같은 친수성 작용기가 생성된 산처리 MWCNTs는 분산이 잘 되었으나, 친수성 작용기가 없는 열처리 MWCNTs는 탄소나노튜브가 재응집되어 분산성이 낮은 것을 확인할 수 있었다. 그러나, 폴리술폰 지지체는 유기용매인 NMP를 사용하여 제조하므로 탄소나노튜브의 개질 유·무와 관계없이 탄소나노튜브가 안정적으로 분산되어 결함이 없는 지지체를 제조할 수 있을 것으로 판단된다.
그러나 Fig. 2(b), (c)와 같이 열처리와 산처리를 할 경우 MWCNTs가 산화되어 말단 부분이 개방되었으며, 탄소나노튜브의 내경은 10 nm 이하의 직경을 갖는 것을 확인할 수 있었다. 탄소나노튜브의 말단이 개방되어 비표면적을 측정한 BET 결과에서 pristine MWCNTs의 경우 243 m²/g이었으나, 열처리 MWCNTs는 398 m²/g, 산처리 MWCNTs는 436 m²/g으로 열처리 탄소나노튜브는 1.
탄소나노튜브가 첨가된 지지체는 탄소나노튜브의 개질 유˙무와 관계없이 기공 크기는 유지하면서 전체 공극율이 증가하였으며 특히, 표면 공극율은 폴리술폰 지지체와 비교하여 42~46% 증가하였다. RO막의 성능평가는 NaCl 2,000 mg/L, 15.5 bar에서 실시하였으며, 탄소나노튜브 개질 유˙무와 관계없이 탄소나노튜브가 첨가된 지지체는 염 배제율은 유지하면서 플럭스는 약 20% 증가하였다. 이러한 결과는 지지체의 친수성에 대한 영향보다 표면 다공성이 TFC막의 투과 성능에 더 많은 영향을 미치는 것을 보여준다.
Table 1의 dope 용액의 점도 측정결과에서 폴리술폰 용액은 1,044 mPa˙s, 탄소나노튜브가 첨가된 HWMCNTs/PSf 용액은 1,213 mPa˙s, AWMCNTs/PSf 용액은 1,189 mPa˙s 로 탄소나노튜브가 첨가된 용액은 점도가 약 13~16% 증가하였다.
Table 2의 전체 공극율 측정결과에서 폴리술폰 지지체의 전제 공극율은 54.8%이었으나, 탄소나노튜브가 첨가된 HMWCNTs/PSf 지지체는 68.3%, AMWCNTs/PSf 지지체는 66.9%로 폴리술폰 지지체보다 전체 공극율은 22~24% 증가하였다. 일반적으로, 고분자 dope 용액의 농도가 증가함에 따라 분리막의 전체 공극율은 감소하는 것으로 보고된바 있다 (Yakavalangi et al.
Table 2의 표면 공극 크기를 측정한 결과에 의하면 폴리술폰 지지체의 공극 크기는 20.1 nm, HMWCNTs/PSf 지지체는 20.4 nm, AMWCNTs/PSf 지지체는 20.2 nm로 폴리슬폰 지지체와 탄소나노튜브가 첨가된 MWCNTs/PSf 지지체와 큰 차이는 없었다. 그러나, 표면 공극율 측정 결과에서는 폴리술폰 지지체는 3.
이는 탄소나노튜브의 소수성으로 인하여 지지체의 접촉각이 일부 증가한 것으로 판단된다(Shah and Murthy, 2013). 그러나, 산처리 방법으로 정제한 MWCNTs를 첨가한 지지체는 폴리술폰 지지체보다 분리막의 접촉각이 66.6˚에서 51.3˚로 감소하였다. 이는 탄소나노튜브의 친수성 작용기로 인해 지지체의 친수성이 증가한 것으로 판단된다 (Son et al.
2 nm로 폴리슬폰 지지체와 탄소나노튜브가 첨가된 MWCNTs/PSf 지지체와 큰 차이는 없었다. 그러나, 표면 공극율 측정 결과에서는 폴리술폰 지지체는 3.04%, HMWCNTs/PSf 지지체는 4.46%, AMWCNTs/PSf 지지체는 4.33%로 탄소나노튜브가 첨가된 지지체는 폴리술폰 지지체보다 약 42~46%의 더 많은 표면 다공성을 가지고 있는 것을 확인할 수 있었다. 탄소나노튜브가 첨가된 MWCNTs/PSf 지지체의 표면 다공성이 증가한 것은 탄소나노튜브와 폴리술폰 고분자간의 비호환성에 기인한 것으로 판단된다 (Lee et al.
, 2010). 따라서, 탄소나노튜브가 첨가된 지지체는 폴리술폰 지지체보다 기계적 안정성이 증가하여 물리적인 압력에 의한 저항성이 증가할 것으로 판단된다.
이러한 결과는 지지체의 친수성에 대한 영향보다 표면 다공성이 TFC막의 투과 성능에 더 많은 영향을 미치는 것을 보여준다. 또한, 탄소나노튜브가 첨가된 지지체는 폴리술폰 지지체보다 기계적 안정성이 약 28% 증가였으며, 이로 인해 탄소나노튜브가 첨가된 지지체는 운전 초기 물리적인 압력에 의해 발생되는 지지체의 기계적 변형에 대한 저항성이 증가하였음을 확인하였다. 따라서, 탄소나노튜브가 첨가된 폴리술폰 지지체의 성능을 최적화한다면 TFC막의 한계를 극복할 수 있을 것으로 기대된다.
, 2017). 본 연구에서의 탄소나노튜브 첨가량은 0.1 wt%로, 문헌에서 보고된 공극율이 감소 되는 시점인 0.3~0.5 wt% 보다 적게 첨가되어 공극율이 증가한 것으로 판단된다 (Khalid et al., 2015;Sianipar et al., 2015). 따라서, 고분자 dope 용액 제조 시 적정량의 탄소나노튜브를 첨가하는 것이 중요할 것으로 판단된다.
탄소나노튜브가 첨가된 HMWCNTs/PSf 지지체는 109 LMH, AMWCNTs/PSf 지지체는 114 LMH로 폴리술폰 지지체보다 플럭스가 33~39% 증가하였다. 산처리 MWCNTs를 첨가하여 지지체의 친수성이 증가한 AMWCNT/PSf 지지체는 열처리 MWCNTs를 첨가한 HMWCNTs/PSf 지지체보다 약 4%의 플럭스가 증가하였다. 이는 지지체의 친수성보다 표면 다공성이 플럭스의 증가에 더 많은 영향을 미치는 것으로 판단된다.
60 LMH/bar로 폴리술폰 지지체보다 플럭스는 20~21% 증가하였다. 이러한 결과는 TFC RO막에서도 지지체의 친수성보다는 지지체의 표면 다공성이 더 많을 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었다.
5 bar에서 실시하였으며, 탄소나노튜브 개질 유˙무와 관계없이 탄소나노튜브가 첨가된 지지체는 염 배제율은 유지하면서 플럭스는 약 20% 증가하였다. 이러한 결과는 지지체의 친수성에 대한 영향보다 표면 다공성이 TFC막의 투과 성능에 더 많은 영향을 미치는 것을 보여준다. 또한, 탄소나노튜브가 첨가된 지지체는 폴리술폰 지지체보다 기계적 안정성이 약 28% 증가였으며, 이로 인해 탄소나노튜브가 첨가된 지지체는 운전 초기 물리적인 압력에 의해 발생되는 지지체의 기계적 변형에 대한 저항성이 증가하였음을 확인하였다.
지지체는 약 500℃에서 분해되기 시작하였으며, MWCNTs가 첨가된 지지체의 경우 800℃까지 가열 후 잔류무게가 폴리술폰 지지체보다 약 7% 정도 높았다. 이러한 결과는, MWCNTs/PSf 지지체에 첨가된 탄소나노튜브의 열적 안정성이 높아 분해되지 않고, 잔류하는 것으로 판단된다.
5에 제시하였다. 지지체는 다공성의 finger-like 형태를 나타내었으며, active layer인 폴리아미드 층은 ridge and valley의 표면형태로 폴리술폰 지지체와 MWCNTs/PSf 지지체에 따른 뚜렷한 차이는 없었다.
지지체의 열적 거동 측정은 MWCNTs가 첨가된 지지체와 첨가되지 않은 폴리술폰 지지체를 질소가스로 퍼징하면서 10℃/min으로 800℃까지 가열하였다. 지지체는 약 500℃에서 분해되기 시작하였으며, MWCNTs가 첨가된 지지체의 경우 800℃까지 가열 후 잔류무게가 폴리술폰 지지체보다 약 7% 정도 높았다. 이러한 결과는, MWCNTs/PSf 지지체에 첨가된 탄소나노튜브의 열적 안정성이 높아 분해되지 않고, 잔류하는 것으로 판단된다.
1 bar 압력에서 폴리술폰 지지체의 플럭스는 82 LMH로 측정되었다. 탄소나노튜브가 첨가된 HMWCNTs/PSf 지지체는 109 LMH, AMWCNTs/PSf 지지체는 114 LMH로 폴리술폰 지지체보다 플럭스가 33~39% 증가하였다. 산처리 MWCNTs를 첨가하여 지지체의 친수성이 증가한 AMWCNT/PSf 지지체는 열처리 MWCNTs를 첨가한 HMWCNTs/PSf 지지체보다 약 4%의 플럭스가 증가하였다.
본 연구에서는 폴리술폰 지지체에 탄소나노튜브를 첨가하여 투과 성능이 향상된 TFC RO막을 제조하였다. 탄소나노튜브가 첨가된 지지체는 탄소나노튜브의 개질 유˙무와 관계없이 기공 크기는 유지하면서 전체 공극율이 증가하였으며 특히, 표면 공극율은 폴리술폰 지지체와 비교하여 42~46% 증가하였다. RO막의 성능평가는 NaCl 2,000 mg/L, 15.
2(b), (c)와 같이 열처리와 산처리를 할 경우 MWCNTs가 산화되어 말단 부분이 개방되었으며, 탄소나노튜브의 내경은 10 nm 이하의 직경을 갖는 것을 확인할 수 있었다. 탄소나노튜브의 말단이 개방되어 비표면적을 측정한 BET 결과에서 pristine MWCNTs의 경우 243 m²/g이었으나, 열처리 MWCNTs는 398 m²/g, 산처리 MWCNTs는 436 m²/g으로 열처리 탄소나노튜브는 1.63배, 산처리 탄소나노튜브는 1.79배 증가하였다.

후속연구

또한, 탄소나노튜브가 첨가된 지지체는 폴리술폰 지지체보다 기계적 안정성이 약 28% 증가였으며, 이로 인해 탄소나노튜브가 첨가된 지지체는 운전 초기 물리적인 압력에 의해 발생되는 지지체의 기계적 변형에 대한 저항성이 증가하였음을 확인하였다. 따라서, 탄소나노튜브가 첨가된 폴리술폰 지지체의 성능을 최적화한다면 TFC막의 한계를 극복할 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 정삼투(FO)와 압력지연삼투(PRO) 공정에도 적용이 가능할 것으로 기대된다.
따라서, 탄소나노튜브가 첨가된 폴리술폰 지지체의 성능을 최적화한다면 TFC막의 한계를 극복할 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 정삼투(FO)와 압력지연삼투(PRO) 공정에도 적용이 가능할 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	NIPS 방법의 장단점은?	, 2009). NIPS 방법은 분리막의 형태와 기계적 특성을 제어하는데 유용한 방법이지만, 높은 표면 다공성을 얻는 것은 어렵다 (Guilen et al., 2011).
	역삼투 공정이란?	지난 수십 년간 인구 증가와 수질오염으로 인하여 담수의 수요는 지속적으로 증가하고 있으며, 역삼투 공정(reverse osmosis; RO)은 기수 및 해수로부터 안전한 음용수를 제공하기 위한 효율적인 담수화 기술로 각광받고 있다 (Zarrabi et al., 2016).
	TFC RO막의 구성은?	일반적으로 TFC RO막은 3개의 층으로 구성되어 있다. 바닥층은 부직포 지지체, 중간층은 폴리술폰 또는 폴리 에테르 설폰의 다공성 지지체이며, 최상층은 방향족 폴리아미드 필름으로 구성되어 있다(Geise et al., 2010).

참고문헌 (36)

Aghajani, M., Wang, M., Cox, L.M., Killgore, J.P., Greenberg, A.R. and Ding, Y. (2018). Influence of support-layer deformation on the intrinsic resistance of thin film composite membranes, J. Membr. Sci., 567, 49-57.

상세보기
Ausman, K.D., Piner, R, Louie, O. and Ruodff, R.S. (2010). Organic solvent dispersions of single-walled carbon nanotubes: Toward solutions of pristine nanotubes, J. Phys. Chem. Part B, 104, 8911-9815.
Bui, N.N. and McCutcheon, J.R. (2013). Hydrophilic Nanofibers as New Supports for Thin film Composite Membranes for Engineered Osmosis, Environ. Sci. Technol., 47(3), 1761-1769.

상세보기
Cheng, M.M., Huang, L.J., Wang, Y.X., Zhao, Y.C., Tang, J.G., Wang, Y., Zhang, Y., Hedayati, M., Kipper, M.J. and Wickramasinghe, S.R. (2019). Synthesis of graphene oxide/polyacrylamide composite membranes for organic dyes/water separation in water purification, J. Mater. Sci., 54(1), 252-264.

상세보기
Daramola, M.O., Hlanyane, P., Sadare, O.O., Oluwasina, O.O. and Iyuke, S.E. (2017). Performance of carbon nanotube/polysulfone(CNT/Psf) composite membranes during Oil-Water Mixture separation: Effect of CNT dispersion method, Membr., 7, 14.

상세보기
Geise, G.M.., Lee, H.S., Miller, D.J., Freeman, B.D., Mcgrath, J.E. and Paul, D.R. (2010). Water purification by membranes: the role of polymer science, J. Polym. Sci. Part B, 48, 1685-1718.

상세보기
Ghosh, A.K. and Hoek, E.M.V. (2009). Impacts of support membrane structure and chemistry on polyamide-polysulfone interfacial compostie membranes, J. Membr. Sci., 336, 140-148.

상세보기
Guillen, G.R., Pan, Y.J., Li, M.H. and Hoek, E.M.V. (2011). Preparation and characterization of membranes formed by nonsolvent induced phase separation: a review, Ind. Eng. Chem. Res., 50, 3798-3817.

상세보기
Ham, H.T., Choi, Y.S. and Chung, I.J. (2005). An explanation of dispersion states of single-walled carbon nanotubes in solvents and aqueous surfactant solutions using solubility parameters, J. Colloid. Interf. Sci., 286(1), 216-223.

상세보기
Ismail, A.F., Padaki, M., Hilal, N., Matsuura, T. and Lau, W.J (2015). Thin film composite membrane-Recent development and future potential, desalination, 356, 140-148.

상세보기
Jones, E., Qadir, M., Van Vliet, M.T.H., Smakhtin, V. and Kang, S.M. (2019). The satate of desalination and brine production: A global outlook, Sci. Total. Environ., 657, 1343-1356.

상세보기
Khalid, A., Al-Juhni, A.A., Al-Hamouz, O.C., Laoui, T., Khan, Z. and Atieh, M.A. (2015). Preparation and properties of nanocomposite polysulfone/multi-walled carbon nanotubes membranes for desalination, Desalination, 367, 134-144.

상세보기
Khoshrou, S., Moghbeli, M.R. and Ghasemi, E. (2016). Polysulfone/carbon nanotubes asymmetric Nanocomposite membrane: Effect of Nanobues surface modification on morphology and water permeability, IRAN. J. Chem. Eng., 12(4), 69-83.
Kim, H.J. Choi, K.Y., Baek, Y.B., Kim, D.G., Shim, J.M., Yoon, J.Y. and Lee, J.C. (2014). High-performance reverse osmosis CNT/polyamide nanocomposite membrane by controlled interfacial interactions, ACS Appl. Mater. Interface, 6, 2819-2829.

상세보기
Kim, S.W., Kim, T.H., Kim, Y.S., Choi., H.S., Lim, H.J., Yang, S.J. and Park, C.R. (2012). Surface modifications for the effective dispersion of carbon nanotubes in solvents and polymers, CARBON, 50, 3-33.

상세보기
Lee, K.P., Armot, T.C. and Mattia, D. (2011). A review of reverse osmosis membrane materials for desalination-development to date and future potential, J. Membr. Sci., 377, 1-22.

상세보기
Lee, T.H., Lee, M.Y., Lee, H.D., Roh, J.S., Kim, H.W. and Park, H.B. (2017). Highly porous carbon nanotube/polysulfone nanocomposite supports for high-flux polyamide reverse osmosis membranes, J. Membr. Sci., 539, 441-450.

상세보기
Pendergast, M.T.M., Nyaard, J.M., Ghosh, A.K. and Hoek, E.M.V. (2010). Using nanocomposite materials technology to understand and control reverse osmosis membrane compaction, Desalination., 261, 255-263.

상세보기
Qasim, M., Badrelzaman, M., Darwish, N.N., Darwish, N.A. and Hilal, N. (2019). Reverse osmosis desalination: A state-of-the-art review, Desalination, 459, 59-104.

상세보기
Ramon, G.Z., Wong, M.C.Y. and Hoek, E.M.V. (2012). Transport through composite membrane part 1: is there an optimal support membrane?, J. Membr. Sci., 415, 298-305.

상세보기
Shah, P. and Murthy, C.N. (2013). Studies on the porosity control of MWCNT/polysulfone composite membrane and its effect on metal removal, J. Membr. Sci., 437(15), 90-98.

상세보기
Sianipar, M., Kim, S.H., Khoiruddin., Iskandar, F. and Wenten, I.G. (2017). Funtionalized carbon nantube (CNT) membrane: progress and challenges, RSC. Adv, 7, 51175-51198.

상세보기
Sianipar, M., Kim, S.H., Min, C.S., Tigin, L.D. and Shon, H.K. (2015). Potential and performance of a polydopamine-coated multiwalled carbon nanotube/polysulfone nanocomposite membrane for ultrafiltration application, J. Ind. Eng. Chem., 34, 364-373.
Smolders, C.A., Reuvers, A.J., Boom, R.M. and Wienk, I.M. (1992). Microstructures in phase-inversion membrane. Part 1. Formation of macrovoids, J. Membr. Sci., 73, 259-275.

상세보기
Son, M., Choi, H.G., Liu, L., Celik, E., Park, H.S. and Choi, H.C. (2015). Efficacy of carbon nanotube positioning in the polyethersulfone support layer on the performance of thin-film composite membrane for desalination, Chem. Eng. J., 266, 376-384.

상세보기
Sung, J.H., Kim, H.S, Jin, H.J., Choi, H.J. and Chin, I.J. (2004). Nanofibrous membranes prepared by Multiwalled Carbon Nanotube/Poly(methyl methacrylate) Composites, Macromol., 37, 9899-9902.

상세보기
Vivekchand, S.R.C., Jayakanth, R., Govindaraj, A. and Rao, C.N.R. (2005). The problem of purifying single-walled carbon nanotubes, Small, 10, 920-232.
Wei, J., Qiu, C., Tang, C.Y., Wang, R. and Fane, A.G. (2011). Synthesis and characterization of flat-sheet thin film composite forward osmosis membrane, J. Membr. Sci., 372(1-2), 292-302.

상세보기
Wijmans, J.G. and Hao. P.J. (2015). Influence of the porous support on diffusion in composite membranes, J. Membr. Sci., 494, 78-85.

상세보기
Wu, G., Gan, S., Cui, L. and Xu, Y. (2008). Preparation and charcterization of PES/TiO2 composite membranes, Appl. Surf. Sci., 254(21), 7080-7086.

상세보기
Yakavalangi, M.E., Rimaz, S. and Vatanpour, V. (2017). Effect of surface properties of polysulfone support on the performance of thin film composite polyamide reverse osmosis membranes, J. Appl. Polym. Sci., 134, 44444.
Yan, H., Jian, X.M., Pan, G., Zhang, Y., Shi, Y., G,M. and Liu, Y. (2015). The porous structure of the fully-aromatic polyamide film in reverse osmosis membranes, J. Membr. Sci., 475, 504-510.

상세보기
Yin, J. and Deng, B. (2015). Polymer-matrix nanocomposite mebranes for water treatment, J. Membr. Sci., 479, 256-275.

상세보기
Yin, J., Zhu, G. and Deng, B. (2013). Multi-walled carbon nanotubes (MWNTs)/Polysulfone (PSU) mixed matrix hollow fiber membranes for enhanced water treatment, J. Membr. Sci., 437, 237-248.

상세보기
Zarrabi, H., Yekavalangi, M.E., Vatanpour, V., Shockravi, A. and Safarpour, M (2016). Improvement in desalination performance of thin film nanocomposite nanofiltration membrane using amine-functionalized multiwalled carbon nanotube, Desalination, 394, 83-90.

상세보기
Zhang, L., Shi, G.Z., Qiu, S., Cheng, L.H. and Chen, H.L. (2011). Preparation of high-flux thin film nanocomposite reverse osmosis membranes by incorporating functionalized multi-walled carbon nanotubes, Desalin. Water Treat., 34, 19-24.

상세보기

저자의 다른 논문 :

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증