초록 ▼

개발 목적 및 필요성
납석 기반 하수처리용 분리막 제조 기술은 기존의 침전, 흡착 방식으로 제거가 어렵거나 비효율적인 오염물질을 막 분리 방식으로 제거하는 고도 수처리 기술임. 국내 매장량이 풍부하고 저가의 납석을 이용한 분리막 제조 기술에 대한 수요는 상당하나, 국내 분리막 제조 및 평가 기술의 부재로 실용화에 어려움을 겪고 있어 현재 관련 기술 개발이 시급한 상황임.

연구개발 결과
본 연구 과제는 국내산 납석을 기반으로 한 하수처리용 분리막 제조기술을 개발하는 것으로서, 분리막이 실제 산업 현장에 적용시

개발 목적 및 필요성
납석 기반 하수처리용 분리막 제조 기술은 기존의 침전, 흡착 방식으로 제거가 어렵거나 비효율적인 오염물질을 막 분리 방식으로 제거하는 고도 수처리 기술임. 국내 매장량이 풍부하고 저가의 납석을 이용한 분리막 제조 기술에 대한 수요는 상당하나, 국내 분리막 제조 및 평가 기술의 부재로 실용화에 어려움을 겪고 있어 현재 관련 기술 개발이 시급한 상황임.

연구개발 결과
본 연구 과제는 국내산 납석을 기반으로 한 하수처리용 분리막 제조기술을 개발하는 것으로서, 분리막이 실제 산업 현장에 적용시 정밀한 기공 제어와 높은 투과율을 가지게 하는 것이 매우 중요함. 이를 위하여 연구 분야를 ①납석 분리막의 제조 및 특성 평가 분야, ② 납석-규조토 복합재 분리막의 제조 및 특성 평가, ③ 납석-규조토 복합재 분리막의 알루미나 코팅 및 특성 평가, ④ (주)아이비머티리얼즈 제공 납석 분리막의 및 특성 평가 의 4가지로 구분하여 연구가 추진되었음.

① 납석 분리막의 제조 및 특성 평가
국내산 납석 100%를 이용하여 분리막을 제조 한후, 기공 크기, 미세 구조, 통기도, 강도 등의 기본 특성을 평가하였음. 국내산 납석 100%를 이용하여 1200 ℃ ~ 1400 ℃ 에서 소결 제조된 분리막의 강도는 약 10 ~ 60 MPa 를 나타내었으며, 최대 기공 크기는 0.50 ㎛ 이하, 기체 투과율은 약 1L/min/cm² 수준을 유지하고 있음. 평균 기공 크기와 최대 기공 크기, 통기도 모두 과제 요구 수준을 달성하였으나, 통기도 측면에서의 개선이 필요하여 납석에 기공 형성제로 규조토를 첨가하여 복합재 분리막을 제조하는 평가를 실시함.

② 납석-규조토 복합재 분리막의 제조 및 특성 평가
납석에 규조토를 25% 혼합하여 1200 ℃ 에서 소결하여 납석-규조토 복합재 분리막을 제조하였음. 규조토의 혼합으로 인해 기체 투과율은 약 2 L/min/cm²수준으로 증가되었음. 납석-규조토 복합재 분리막의 수투과율은 순수일때와 ISO 12103-1 A3 test dust (평균 입도 1 ㎛ 의 표준 입자) 때 모두, 100 LMH이상을 유지하여, 과제 목표 수준을 달성함. 또한, Rejection rate 측면에서도 A3 test dust 의 입자 크기 별로 모두 99.9 % 이상의 Rejection rate 를 보이고 있으므로, 1 ㎛ 이상의 오염 물질을 걸러낼 수 있다는 것을 실험적으로 확인함.

③ 납석-규조토 복합재 분리막의 알루미나 코팅 및 특성 평가
납석-규조토 복합재 분리막의 응용 분야를 확대하기 위하여, 기공 크기를 보다 감소시킬 필요가 있음. 따라서, 납석-규조토 복합재 분리막의 표면에 알루미나 코팅을 하여 0.1 ㎛ 수준으로 감소시키는 연구를 수행함. 딥코팅 공정을 통하여 알루미나 코팅 층의 두께를 20 ㎛ ~ 40 ㎛ 로 제어하고, 수투과율을 200 LMH 이상으로 유지하였음.

④ (주)아이비머티리얼즈 제공 납석 분리막의 및 특성 평가
재료연구소와 (주)아이비머티리얼즈와의 시너지 효과를 창출하기 위한 긴밀한 상호 Feed-back을 위하여, (주)아이비머티리얼즈가 제조한 납석 분리막에 알루미나 코팅 및 특성 평가를 실시하여 그 결과와 및 향후 개선 방안을 공유하였음. 그로 인해, 재료연구소가 최적화한 납석 분리막 제조 공정 조건을(주)아이비머티리얼즈의 납석 분리막 제조 시, 적용하였음.

공정·제품 사진 및 도면
알루미나 코팅 한, 납석 규조토 복합재 지지체의 단면 주사전자현미경(SEM)사진 (좌), 알루미나 코팅 한, 납석 규조토 복합재 지지체의 알루미나 코팅 두께 별 수투과율 변화 양상과 및 알루미나 코팅 한 알루미나 지지체의 알루미나 코팅 두께 별 수투과율 변화 양상의 비교 그래프 (우)

성능사양 및 기술개발 수준
본 연구 과제에서 개발되는 납석 기반 하수처리용 분리막은 하수처리 분야에서 실제 응용되는 것을 목표로 하며, 평균 기공 크기는 0.1 ㎛ 내외이며, 수투과율은 200 LMH 이상을 가질 것을 목표로 함. 국내에 매장량이 풍부한 납석 및 천연 소재를 활용하여 평관형으로 제조할 수 있는 실증 기술을 개발함.

활용계획
한국기계연구원 부설 재료연구소에서 개발된 기술을 바탕으로, (주) 한국분체에서 공급가능한 고품질이며 저가의 납석 원재료를 사용하여, (주)아이비머티 리얼즈의 세라믹 분리막 양산 기술을 적용한다면, 분리막 시장에서 선진사 대비 보다 높은 부가가치를 창출할 것으로 판단됨. 또한, 일본으로의 납석 헐값 수출을 지양하고, 일본에서의 고가의 세라믹 분리막의 수입 또한 억제하여 대일 무역 수지 개선에 일조할 것으로 판단됨.

( 출처 : 요약서 4p )

Abstract ▼

Ⅳ. Results
① Fabrication and characterizations of pyrophyllite membranes
Pyrophyllite-based support layers were prepared from domestic pyrophyllite, and were characterized membrane properties such as the average pore size, microstructure, permeability, and strength. The pyrophyllite-based supp

Ⅳ. Results
① Fabrication and characterizations of pyrophyllite membranes
Pyrophyllite-based support layers were prepared from domestic pyrophyllite, and were characterized membrane properties such as the average pore size, microstructure, permeability, and strength. The pyrophyllite-based support layers were sintered at 1200 ℃ ~ 1400 ℃

② Fabrication and characterizations of pyrophyllite-diatomite composite membranes
Pyrophyllite-based support layers were prepared from domestic pyrophyllite and 25 wt. % of diatomite, sintered at 1200 ℃, and characterized. With the addition of diatomite, the air permeability was increased to 2 L/min/cm². The water permeability (pure water or ISO 12103-1 A3 test dust) of pyrophyllite-diatomite composite support layers maintained above 100 LMH, which satisfied the goal of this project. Also, the rejection rate was measured above 99.9 %, which confirmed that the pyrophyllite-diatomite composite support layers could filter the foulants(above 1 ㎛) experimentally.

③ Fabrication and characterizations of alumina-coated pyrophyllite-diatomite composite membranes
To broaden the potential application area of pyrophyllite-diatomite composite support layers, the average pore size should be reduced. Therefore, the average pore size was reduced to approximately 0.1 ㎛ by depositing an alumina coating layer. The thickness of alumina coating layer was controlled from 20 ㎛ to 40 ㎛ by dip-coating process, and the water permeability was maintained above 200 LMH.

④ Characterizations of IB Materials fabricated pyrophyllite membranes.
To get a synergy effect with IB Materials and KIMS by co-working, the specimens which were prepared from IB Materials were characterized by KIMS.
And the results were shared with each other for solving problems. Therefore, the optimized processing conditions were applied to IB Materials when fabricating pyrophyllite-based membranes.

( 출처 : SUMMARY 11p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 요 약 서 ... 4
• 요 약 문 ... 7
• SUMMARY ... 10
• 목차 ... 13
• 표목차 ... 14
• 그림목차 ... 15
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 19
• 1-1. 연구개발 목적 ... 21
• 1-2. 연구개발의 필요성 ... 21
• 1-3. 연구개발 범위 ... 25
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 27
• 2-1. 해외 기술개발 현황 ... 29
• 2-2. 국내 기술개발 현황 ... 33
• 3. 연구수행내용 및 결과 ... 35
• 3-1. 연구개발내용(범위) 및 최종목표 ... 37
• 3-2. 연구개발 결과 및 토의 ... 37
• 3-3. 연구개발 결과 요약 ... 60
• 4. 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 62
• 4-1. 목표달성도 ... 64
• 4-2. 관련분야 기여도 ... 65
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 66
• 5-1. 연구개발 결과의 활용 방안 ... 68
• 5-2. 사업화 계획 및 효과 ... 68
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 72
• 6-1. 해외과학기술정보 수집 결과 ... 74
• 7. 연구개발결과의 보안등급 ... 76
• 7-1. 보안 등급 ... 78
• 8. NTIS에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 80
• 9. 연구개발과제 수행에 따른 연구실등의 안전조치 이행실적 ... 84
• 9-1. 연구실 안전점검 ... 86
• 9-2. 점검결과 조치 ... 86
• 10. 연구개발과제의 대표적 연구실적 ... 88
• 10-1. SCI 급 논문 ... 90
• 11. 기타사항 ... 92
• 12. 참고문헌 ... 96
• 끝페이지 ... 100