초록 ▼

본 연구를 통하여 수중 이취미를 유발하는 대표적인 미량유기오염물질인 2-methylisoborneal (2-MIB)과 geosmin polyethersulfone (PES) 나노분리막 여과 배제율의 거동을 관찰하고 2-MIB와 geosmin의 배제율에 영향을 미치는 물리화학적인 요소를 분석하여 수중 이취미를 유발 시키는 미량유기물질의 나노여과 배제율 기작에 관한 기초적인 이해를 확립하였다. 배제율 기작 중 단순한 체거름 기작 이외 관여할 수 있는 다른 배제율 기작을 관찰하기 위해 2-MIB (168.3 Dalton)와 geosmin

본 연구를 통하여 수중 이취미를 유발하는 대표적인 미량유기오염물질인 2-methylisoborneal (2-MIB)과 geosmin polyethersulfone (PES) 나노분리막 여과 배제율의 거동을 관찰하고 2-MIB와 geosmin의 배제율에 영향을 미치는 물리화학적인 요소를 분석하여 수중 이취미를 유발 시키는 미량유기물질의 나노여과 배제율 기작에 관한 기초적인 이해를 확립하였다. 배제율 기작 중 단순한 체거름 기작 이외 관여할 수 있는 다른 배제율 기작을 관찰하기 위해 2-MIB (168.3 Dalton)와 geosmin(182.3 Dalton)의 분자량보다 상대적으로 큰 Loose한 상용화 PES 나노 분리막(분획분자량=400 Dalton)을 적용하여 전량여과 실험을 실시하였다. 실험결과, 분자량이 상대적으로 큰 geosmin의 배제율이 2-MIB의 배제율 보다 항상 높게 나타났으나 각 각의 배제율은 용액의 화학적 조성에 따라 큰 차이를 보일 수 있음을 확인 할 수 있었다. 중성과 염기성 용액의 pH에서 실험을 실시 한 결과, 용액의 pH가 증가할 수 록 2-MIB와 geosmin의 배제율이 모두 약 50 % 증가하는 경향을 나타내었으며 이는 높은 pH가 분리막과 미량유기물질 사이에 정전기적 반발력을 증가시켜 배제율을 증가시킨 것으로 판단된다. 또한 수중 자연유기물질의 존재 하에서 2-MIB와 geosmin의 배제율은 모두 증가하였으며 자연유기물질이 배제율에 미치는 영향은 높은 pH에서 더욱 두드러지게 관찰되었다. 이와 같은 현상은 먼저 수중 자연유기물질이 높은 pH에서 선형구조로 변하면서 2-MIB와 geosmin과 함께 착물을 형성하여 분리막에 체거름 기작으로 분리되었을 경우와 여과 도중 자연유기물질이 분리막 표면에 쌓이면서 분리막 표면의 전하를 변화시켜 정전기적 반발력으로 배제율을 증가시켰을 수 있다. 그러나 본 연구에서는 자연유기물질과 미량유기물질의 혼합용액을 사용하여 실험을 실시하였으므로 후자의 가능성은 상대적으로 낮을 것으로 사료된다. 소수성인 2-MIB와 geosmin의 소수성 PES 분리막 사이 소수성 상호작용이 배제율에 미치는 영향을 관찰하기 위해 친수성인 TiO₂ 나노입자를 제조하고 이를 분리막 표면에 코팅시켜 분리막 표면을 친수화 시킨후 전량여과 실험을 실시하였다. 실험결과, 분리막을 친수화 시켰을 경우 2-MIB와 geosmin의 배제율은 증가폭이 약 60%로 급격히 증가함을 알 수 있었고 이와 같은 현상은 상대적으로 낮은 pH에서 더욱 두드러지게 나타났다. 이와는 반대로 2-MIB와 geosmin과 유사한 분자량을 지닌 친수성 글루코오스를 이용하여 여과실험을 실시한 결과 분리막 표면의 친수화는 친수화 물질의 배제율을 오히려 감소시켰다. 따라서, 수중 소수성 미량유기물질의 소수성 분리막 여과 시 분리막과의 흡착, 수소결합 등 소수성 상호작용은 배제율에 영향을 미치는 중요한 기작임을 알 수 있었다. TiO₂를 이용한 소수성 분리막의 친수화 효과를 비교하기 위해 나노입자가 표면 코팅된 PES 분리막과 나노입자가 PES 분리막 내부에 첨가된 분리막을 비교하였다. 그 결과, TiO₂나노 입자의 친수화가 배제율에 미치는 영향은 나노입자가 분리막에 표면 코팅된 경우가 분리막 내부에 첨가된 경우보다 더욱 효과적임을 알 수 있었다. 또한 TiO₂ 나노입자로 표면코팅된 분리막의 경우TiO₂ 농도를 0.3에서 0.7 wt%로 증가시켰을 때 더 이상의 배제율 증가는 관찰되지 않았으며 분리막의 친수화 효과가 배제율에 미치는 영향에는 최적의 TiO₂ 농도가 존재할 수 있음을 확인할 수 있었다. 마지막으로 소수성 물질의 배제율 향상에 큰 영향을 미칠 수 있는 분리막의 친수화를 위해 TiO₂나노입자를 대체할 수 있는 ZnO 나노입자를 제조하였으며 분리막의 친수성화와 분리막의 특성분석을 실시하고 분석하였다. 분석결과, ZnO 나노입자는 고분자 분리막의 친수화를 위해 적용되는 무기나노입자 중 널리 사용되어온 TiO₂의 나노입자를 향후 대체할 수 있는 분리막 첨가제 친수화 물질이 될 수 있음을 실험적으로 확인 할 수 있었다.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목차 ... 3
• I. 연구결과 요약문 ... 4
• II. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 5
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 6
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 7
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 7
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 7
• III. 연구성과 ... 9