[논문]Vinyl기를 가진 silane coupling agent로 표면개질한 역삼투막의 내염소 특성

김진현; 신동호; 김노원; 이용택

Vinyl기를 가진 silane coupling agent로 표면개질한 역삼투막의 내염소 특성
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김진현 (경희대학교 환경 응용화학대학 화학공학 및 신소재공학) , 신동호 (경희대학교 환경 응용화학대학 화학공학 및 신소재공학) , 김노원 (동의대학교 환경공학과) , 이용택 (경희대학교 환경 응용화학대학 화학공학 및 신소재공학)

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문제 정의

본 연구에서는 기존 상용막의 염 제거율과 투과플럭스를 측정한 결과와 표면 개질한 막의 성능이 어떻게 달라지는지 알아보았다. 상용막은 Hydranautics사의 SWC-1을 사용하였다.
이러한 점을 극복하기 위하여 본 연구실에서는 불소기, 알킬기 등을 가진 실란 커플링제를 사용, 막의 소수성을 증가시켜 내염소성의 향상에 대해 연구하였다. 이 연구의 일환으로 본 연구에서는 소수성인 vinyl기를 함유한 silane coupling agent를 사용하여 sol-gel법으로 상용화된 역삼투막의 표면을 개질하였다.

가설 설정

1. Curve fitting of Si2p3/2, O1s spectrum of VTES: (a) VTES_Si bond, (b) VTES_C bond.

제안 방법

이 연구의 일환으로 본 연구에서는 소수성인 vinyl기를 함유한 silane coupling agent를 사용하여 sol-gel법으로 상용화된 역삼투막의 표면을 개질하였다. vinyl 기로 치환시켰을 경우 이중 결합 구조에 의해 소수성이 증가하므로 내염소성이 증대할 것으로 판단되어, 이를 역삼투막의 내염소성 향상과 염 제거율 성능 변화로 살펴보았다.
개질한 막은 FE-SEM, AFM, XPS으로 표면 분석을 하였고, 소수성을 확인하기 위해 contact angle 의 결과를 비교하였다. 물성평가에서는 NaCl 35, 000 ppm과 NaOCl 2, 000 ppm의 혼합 수용액을 제조하여 시간의 변화에 따른 내염소성, 투과플럭스와 염제거율로 개질 전보다 후의 막 성능이 어떻게 향상이 되었는지 분석하였다.
사용, 막의 소수성을 증가시켜 내염소성의 향상에 대해 연구하였다. 이 연구의 일환으로 본 연구에서는 소수성인 vinyl기를 함유한 silane coupling agent를 사용하여 sol-gel법으로 상용화된 역삼투막의 표면을 개질하였다. vinyl 기로 치환시켰을 경우 이중 결합 구조에 의해 소수성이 증가하므로 내염소성이 증대할 것으로 판단되어, 이를 역삼투막의 내염소성 향상과 염 제거율 성능 변화로 살펴보았다.

대상 데이터

막의 성능이 어떻게 달라지는지 알아보았다. 상용막은 Hydranautics사의 SWC-1을 사용하였다. 표면 개질에는 vinyl기를 가지고 있고 탄소수가 다른 vinyltriethoxy- silane(VTES)과 vinltrimethoxysilane(VTMS)의 2가지 silane coupling agent를 사용하였다.
상용막은 Hydranautics사의 SWC-1을 사용하였다. 표면 개질에는 vinyl기를 가지고 있고 탄소수가 다른 vinyltriethoxy- silane(VTES)과 vinltrimethoxysilane(VTMS)의 2가지 silane coupling agent를 사용하였다. 막 표면에 작용기를 부여하기 위해 K2&O₅ 와 K2S2O₈ 로 처리한 후 준비한 coupling agent를 이용하여 sol-gel 법으로 코팅하였다.

데이터처리

막 표면에 작용기를 부여하기 위해 K2&O₅ 와 K2S2O₈ 로 처리한 후 준비한 coupling agent를 이용하여 sol-gel 법으로 코팅하였다. 개질한 막은 FE-SEM, AFM, XPS으로 표면 분석을 하였고, 소수성을 확인하기 위해 contact angle 의 결과를 비교하였다. 물성평가에서는 NaCl 35, 000 ppm과 NaOCl 2, 000 ppm의 혼합 수용액을 제조하여 시간의 변화에 따른 내염소성, 투과플럭스와 염제거율로 개질 전보다 후의 막 성능이 어떻게 향상이 되었는지 분석하였다.

이론/모형

표면 개질에는 vinyl기를 가지고 있고 탄소수가 다른 vinyltriethoxy- silane(VTES)과 vinltrimethoxysilane(VTMS)의 2가지 silane coupling agent를 사용하였다. 막 표면에 작용기를 부여하기 위해 K2&O₅ 와 K2S2O₈ 로 처리한 후 준비한 coupling agent를 이용하여 sol-gel 법으로 코팅하였다. 개질한 막은 FE-SEM, AFM, XPS으로 표면 분석을 하였고, 소수성을 확인하기 위해 contact angle 의 결과를 비교하였다.

성능/효과

이러한 결과로 vinyl기가 sol-gel법에 의해 화학적으로 치환되었다는 것을 알 수 있었다. FE-SEM으로 분석한 결과 표면은 코팅 전보다 표면의 거칠기가 증가하고, VTES로 치환된 막에는 nodular structure가 더 많아진 것을 볼 수 있다. AFM측정을 통해서는 거칠기의 증가를 확인할 수 있었다.
성능이 향상되었음을 알 수 있었다. Fig 3의 결과로 VTES와 OcTES를 비교했을 때 VTES를 사용하여 개질한 막이염 제거율 면에서 2〜4% 증가됨을 알 수 있다.
이는 치환된 실란 커플링제의 비닐기의 소수성에 의해 polyamide의 free radical 반응이 차단되어 polyamide의 염소에 의한 분해를 막아주기 때문이다. VTES는 VTMS보다 제거율 면에서 1〜3% 정도 향상되었다.
내염소성에 대해서는 비슷한 거동을 보이지만 염 제거율에서는 비닐기로 치환된 막의 성능이 향상되었음을 알 수 있었다. Fig 3의 결과로 VTES와 OcTES를 비교했을 때 VTES를 사용하여 개질한 막이염 제거율 면에서 2〜4% 증가됨을 알 수 있다.

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