초록 ▼

연구개요
초순수를 생산하기 위한 기존 역삼투법(reverse osmosis, RO)-전기탈이온법(electrodeionization, EDI) 복합공정은 고압 운전, 유입수 농도에 따른 성능 감소 등의 단점이 있음
본 연구에서는 이를 보완할 수 있는 경제적이고 친환경적인 막증류법(membrane distillation, MD)을 기반으로 EDI를 적용한 초순수 생산 복합공정의 개발 및 공정 최적화를 수행하고, MD-CDI(capacitive deionization) 복합공정과의 성능비교를 수행하고자 함

연구

연구개요
초순수를 생산하기 위한 기존 역삼투법(reverse osmosis, RO)-전기탈이온법(electrodeionization, EDI) 복합공정은 고압 운전, 유입수 농도에 따른 성능 감소 등의 단점이 있음
본 연구에서는 이를 보완할 수 있는 경제적이고 친환경적인 막증류법(membrane distillation, MD)을 기반으로 EDI를 적용한 초순수 생산 복합공정의 개발 및 공정 최적화를 수행하고, MD-CDI(capacitive deionization) 복합공정과의 성능비교를 수행하고자 함

연구 목표대비 연구결과
중공사막 MD 해석 모델 개발
■ 기 발표된 해외학술지의 논문을 바탕으로 중공사막 MD의 1D 해석 모델을 Fortran 프로그램을 활용하여 개발을 수행함
■ 총 3가지 방식(DCMD, AGMD 및 VMD)의 모델 개발을 수행함
■ 모듈의 길이 방향에 따른 온도, 압력, 유속 분포와 담수생산량을 예측 할 수 있는 해석모델을 개발함
■ 기 발표된 논문의 결과와 해석 모델의 결과를 비교 및 검증을 수행하여 오차범위 10% 이내로 일치하는 것을 확인함
전식탈염기술(capacitive deionization, CDI) 해석 모델 개발
■ 정전압(Constant volatage, CV) 또는 정전류(Constant Current, CC)를 인가하는 방식과 CV와 CC 방식을 융합한 hybrid CV-CC 방식 수치해석 모델을 개발함
■ CDI 시스템 내 유량, 농도, 전압, 전류, 전극의 사양 등을 고려하여 생산수의 농도 및 농축수의 농도를 예측이 가능함
CDI를 이용한 초순수 생산 실험
■ MD 공정의 처리수를 유입수로 사용하여, 유입수 채널의 크기, 유입수의 유량에 따른 CDI 모듈의 성능 평가를 진행함
■ 본 실험에서 수행한 실험에서 생산수의 최저 전도도는 0.747 uS/cm으로 초순수 생산을 하기에는 부족함
EDI를 이용한 초순수 생산 실험
■ 막증류 공정의 처리수를 유입수로 사용하여 축전식 탈염 모듈의 성능 평가을 위해서 실험장치를 제작함
EDI 해석 모델 개발
■ EDI 모듈은 농축실(concentration compartment, CC), 희석실(dilute compartment, DC), 양이온 교환막(cation-exchange membrane,CM) 및 음이온교환막(anion-exchange membrane, AM)으로 구성됨
■ 이온교환막표면에서 물분해 현상이 나타남
■ 기 발표된 논문을 이용하여 수치해석 모델 개발을 진행함

연구개발결과의 중요성
■ 초순수는 원자의 결합측정 연구 및 유전공학 연구 등의 기초과학 분야뿐만 아니라, 반도체, 화학, 의학을 비롯한 첨단산업에 이르기까지 광범위하게 핵심적인 재료로 사용됨
■ 초순수 생산은 고도의 설계 및 운영 기술이 요구되며, 관련 기술은 전 세계적으로 일본, 미국 등의 일부 기업체가 독점하고 있으며, 국내 시장도 해외 기업체가 약 70%를 차지하고 있음
■ 본 연구과제를 통해 초순수 생산 기술의 국산화에 기여를 할 것으로 예상하며, 초순수를 사용하는 기업의 제조원가 절감에 큰 역할을 할 것으로 기대됨
■ 단위공정인 MD 및 EDI 기술은 초순수 생산뿐만 아니라, 해수담수화 및 상하수도 처리 등의 다양한 수처리 분야에 적용할 수 있을 것으로 판단됨
■ 해석모델의 개발로 다양한 조건으로 담수생산량을 예측하거나 시스템의 최적화를 수행할 수 있음

(출처 : 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• 1.1 연구의 목표 ... 5
• 1.2 연구의 필요성 ... 5
• 1.3 연구 내용 ... 6
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 7
• 2.1 중공사막 MD 해석 모델 개발 ... 7
• 2.2 축전식탈염기술(capacitive deionization, CDI) 해석 모델 개발 ... 7
• 2.3 CDI를 이용한 초순수 생산 실험 ... 8
• 2.4 EDI를 이용한 초순수 생산 실험 ... 9
• 2.5 EDI 해석 모델 개발 ... 9
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 10
• 4. 참고문헌 ... 11
• 5. 연구성과 ... 12
• 끝페이지 ... 12