초록 ▼

본 연구과제에서는 좌측 도표와 같이 2013년부터 2016년까지 3단계에 걸쳐 해수담수 및 폐수재활용을 위한 정삼투 플랫폼을 구현하고자 듀도 용질 및 멤브레인에 대한 원전 소재 개발에 주력하였다. 기존 역삼투 기술의 성공적인 시장 진입에도 불구하고, 고압 운전 조건에 필요한 부가 설비의 설치·운영비용은 해당 분야의 최대 단점으로 지적되고 있었다. 정삼투 공정의 경우 가압방식이 아닌 유입 용액과 유도 용액간 삼투압차에 의한 물의 확산을 통해 폐수·해수와 같은 처리가 필요한 유입용액으로부터 순수한 물을 용이하게 얻어내고, 유도용질 회수

본 연구과제에서는 좌측 도표와 같이 2013년부터 2016년까지 3단계에 걸쳐 해수담수 및 폐수재활용을 위한 정삼투 플랫폼을 구현하고자 듀도 용질 및 멤브레인에 대한 원전 소재 개발에 주력하였다. 기존 역삼투 기술의 성공적인 시장 진입에도 불구하고, 고압 운전 조건에 필요한 부가 설비의 설치·운영비용은 해당 분야의 최대 단점으로 지적되고 있었다. 정삼투 공정의 경우 가압방식이 아닌 유입 용액과 유도 용액간 삼투압차에 의한 물의 확산을 통해 폐수·해수와 같은 처리가 필요한 유입용액으로부터 순수한 물을 용이하게 얻어내고, 유도용질 회수공정을 통해 깨끗한 물을 분리해내어 사용할 수 있기 때문에 현재 상용화된 수처리 기술의 여러 단점들을 극복할 수 있는 가능성을 보인다. 그럼에도 불구하고 연구과제 시작 시점 당시 보편화 및 상용화에 어려움을 겪고 있었는데, 이는 정삼투 시스템에 요구되는 물성을 만족시킬 수 있는 유도 용질 및 멤브레인의 개발이 이루어지지 않은 상태였기 때문이다.
해당 과제의 결과로 개발한 고분자 공중합체를 이용한 이온성·이온감응성 유도 용질의 경우 가열·저압 여과 공정을 통해 수용액 상에서 높은 효율을 보이며 분리되는 것을 확인할 수 있었으며(최대수투과도 7.45 LMH, 회수율 99%), 특히 2차년도 연구갸발 진행의 결과로 얻어진 고분자 유도 용질(최대수투과도 24.27 LMH)의 경우 열처리 이후 상층액을 따라내는 방법으로 유도 용액 처이에 소모되는 에너지 비용을 획기적으로 감소시킬 수 있었을 뿐 아니라 99% 이상의 유도 용질 회수율을 달성하였다. 이러한 결과는 해당 연구개발의 결과로 얻어진 유도 용질이 플랜트에서의 대량 생산뿐 아니라 특수 상황에서의 담수 생산 또한 가능하다는 점을 시사한다.
멤브레인 소재의 경우 기존에 사용되어오지 않던 셀룰로오스 계열 소재의 개질을 통하여 친수성을 증가시킴으로써 정삼투 소재로서의 가능성을 탐색하고 그 물성을 평가하였다. 친수성을 향상시킨 소재 개발을 통해 형성된 멤브레인은 정삼투 시스템에서의 내부농도분극 현상을 획기적으로 절감시키면서 향상된 정삼투 성능을 나타내었다. 또한, 다양한 작용기를 도입할 수 있는 폴리술폰계 유도체를 합성하여 작용기의 구조적 특성에 따른 정삼투 멤브레인의 특성 관계를 규명하였다. 이러한 연구를 통하여 친수성 작용기를 정삼투 복합막 지지체에 도입했을 뿐 아니라 양이온성·양쪽이온성 작용기를 함께 부여하여 이온성에 따른 정삼투 성능 관계를 규명하였다.
이러한 원천 소재 기술 개발의 결과로 얻어진 2가지의 유도 용질과 2가지의 멤브레인 소재를 조합하여 최적의 정삼투 플랫폼을 자체 구성하고자 하였으며, 3차년도 연구 결과 개발한 유도 용질에 대하여 정삼투 성능을 평가하였을 때 상용화된 정삼투 멤브레인(최대 7.58 LMH)에 비해 본 연구과제에서 구현한 정삼투 멤브레인(최대 11.92 LMH)을 사용했을 경우 향상된 정삼투 성능을 나타내었다. 이는 정삼투 시스템 기술 개발 단계에서 각 구성 요소들에 대한 소재적 변화가 시스템 전체의 비약적 향상을 우도할 수 있음을 의미한다. 특히 정삼투 멤브레인 소재 및 유도 용질의 다양화가 이루어져 있지 않았던 연구 배경을 고려해보았을 때, 본 연구 과제를통해 다양한 멤브레인 소재의 구고적 특성에 따른 성능 관계를 규명할 수 있었고, 유도 용질에 관련된 기술을 선도적으로 확보할 수 있었다.
본 연구 과제를 통해 개발한 소재 물질 및 이를 적용한 정삼투 시스템에 관련된 원천 기술은 특허(국내 3건 출원, PCT 충원 예정)로 출원되었을 뿐만 아니라, 학계에 보고되어(국내 SCI 1건, 국내非SCI 2건, 국외SCI 1건, 국내학술대회 발표 5건, 국제학술발표 1건) 연구 교류를 통한 기술 개발에 박차를 가하고 있다. 특히 본 연구과제의 시작 아전의 정삼투 기술의 개발 동향은 소재 기술에 대한 개발보다는 기존 역삼트 기술에서 시스템적 최적화가 주로 이루어져 왔으며, 본 연구 과제를 통하여 국내에서의 정삼투 플랫폼의 구현 가능성을 향상시켰을 뿐만 아니라 소재 기술을 확도함으로써 정삼투 기술의 주도적 위치에 자리 잡으 수 있었다.
(출처: 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 3
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 4
• 1. 연구과제의 개요 ... 4
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 4
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 4
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 7
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 7
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 7
• Ⅲ. 연구성과 ... 8
• 끝페이지 ... 11