초록 ▼

□ 연구개요
막증류공정은 비휘발성 물질에 대해 이론적으로 100% 제거가 가능한 공정이며 운전 시 물리적인 압력을 필요로 하지 않는 공정으로 미래지향적인 공정 중 하나이다. 하지만 막젖음의 문제로 안정적 운전이 어렵고 이를 해결하기 위해 분리막의 소수성을 높이는 다양한 연구가 진행되고 있다. 대부분의 연구는 나노입자 또는 불소화합물을 사용하고 있으면 이는 환경에 악영향을 줄 수 있다. 특히 불소화합물은 자연상 분해가 거의 되지 않아 법적으로 사용을 규제하는 곳도 있다. 본 연구는 불소화합물 대신 PVDF와 PDMS를 사용하여

□ 연구개요
막증류공정은 비휘발성 물질에 대해 이론적으로 100% 제거가 가능한 공정이며 운전 시 물리적인 압력을 필요로 하지 않는 공정으로 미래지향적인 공정 중 하나이다. 하지만 막젖음의 문제로 안정적 운전이 어렵고 이를 해결하기 위해 분리막의 소수성을 높이는 다양한 연구가 진행되고 있다. 대부분의 연구는 나노입자 또는 불소화합물을 사용하고 있으면 이는 환경에 악영향을 줄 수 있다. 특히 불소화합물은 자연상 분해가 거의 되지 않아 법적으로 사용을 규제하는 곳도 있다. 본 연구는 불소화합물 대신 PVDF와 PDMS를 사용하여 전기방사 및 분사용 폴리머 용액을 만들고 여기에 바이오차를 주입함으로써 높은 소수성의 분리막을 제조하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
■ 하수슬러지에 의한 항생제 흡착 평가
- 생물학적 처리공정에 다양한 형태의 미량오염물질이 유입되고 상당부분은 활성슬러지에 흡착되어 제거되어 처리수에는 거의 발견되지 않는다는 보고가 많이 있다. 이와 관련하여 대표적이며 비교적 안정적인 항생제(cefotaxime)를 이용하여 활성슬러지에 대한 흡착특성을 확인하였다. 이를 위해 서로 다른 농도의 활성슬러지 농도에서 시간에 따른 항생제의 흡착제거 특성을 확인하였고 이를 등옵흡착식을 이용하여 해석하였다.
■ 바이오차를 이용한 초소수성 전기방사막 개발 및 적용
- 활성슬러지를 이용하여 바이오차를 만들고 이를 PVDF-HFP 폴리머 용액에 주입 후 전기방사하여 분리막을 제조하였다. 바이오차를 주입한 경우 접촉각이 10% 이상 상승하였지만, 주입농도가 증가에 따른 소수성의 증가 효과는 크지 않았다. 또한, 바이오차를 만든 후 입자의 크기를 조절하는데 어려움이 있었다. 본 연구에서는 볼밀을 이용하여 파쇄후 유기용매에서 교반 후 침전성이 낮은 바이오차를 회수하여 전기 방사가 가능하였다.
■ 바이오차 및 전기분사를 이용한 초소수성 분리막 코팅 개발 및 적용
- 낮은 농도의 PVDF와 PDMS폴리머를 섞은 후 전기방사를 하면 PDMS 폴리머가 분포한 표면이 우둘투둘한 폴리머 구가 형성되고 이것은 분리막의 소수성을 높이는데 효과적이다. 여기에 바이오차와 같은 나노/마이크로 입자를 주입하였을 경우 분리막의 소수성을 높이는데 효과적일 것으로 예상하였으나 전기방사시 바이오차의 침전 및 응결 문제로 오히려 소수성이 낮아졌다. 하지만, 분리막의 바이오차는 막증류공정에서 원수의 존재하는 항생제의 일부를 흡착함으로써 막증류공정의 처리효율을 보완하는 효과를 가졌다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
■ 바이오차는 다양한 분야에서 연구되고 있으며 수처리분야에서는 흡착을 통한 특정 물질제어 관련 연구가 많이 보고되고 있다. 하지만, 전기방사에 대한 적용연구는 거의 알려진 바가 없다. 전기방사에 바이오차 적용의 경우 입자컨트롤 및 분산의 문제가 가장 큰 것으로 판단되며 본연구에서는 사용기술인 볼밀과 침전을 이용한 입자 배제를 통하여 가능하게 했다. 이는 전기방사/분사 연구에서 다양한 바이오차의 적용을 이끌 것으로 판단된다.
■ 전기분사를 이용한 경우 기존 분리막에 소수성 바이오차 층을 만들 수 있기 때문에 분리막에 의한 분리와 흡착에 의한 제거공정이 동시에 가능하며 다양한 물질에 대한 제거하는데 활용할 수 있다.
■ 전기방사 및 분사는 폴리머 파이버 및 구의 형성과정에서 습도의 영향을 크게 받는다. 본 연구진의 경우도 여름철과 겨울철 큰 습도 차이로 인하여 동일한 조건임에도 불구하고 분리막의 형태가 달라지는 것을 확인하였다. 지속적인 연구를 통하여 완결성 높은 바이오차 전기방사막을 만들기 위한 연구를 진행하려고 하면 항생제이 외의 다양한 미량오염물질에 대한 제거효율을 평가할 예정이다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 연구개발의 목적 및 필요성 ... 4
• 나. 연구개발의 목표 및 내용 ... 6
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 8
• 가. Biochar를 이용한 흡착 ... 8
• 나. Biochar를 이용한 전기방사 ... 11
• 다. Biochar를 이용한 전기분사 ... 14
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 17
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 17
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 17
• 3) 목표 달성 수준 ... 17
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 18
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 18
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 18
• 6. 참고문헌 ... 19
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 20
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 21
• 끝페이지 ... 27