초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
■ 전체 내용
- TFC-MXene과 TFC-Silicene FO 분리막 제조; 친수성 Mxene 나노시트 소재를 polydopamine-MXene으로 개질하여 Psf support위에 interlayer로서 결합시킨 후에 제조한 Psf-polydopamine-MXene으로 제조된 균일한 MXene 층위에 TMC와 MPD로 반응시켜서 매우 얇은 thinner polyamide layer를 제조한 최종 thin-film composite membrane (신규성 Psf-polydopamine-MX

□ 연구개발 목표 및 내용
■ 전체 내용
- TFC-MXene과 TFC-Silicene FO 분리막 제조; 친수성 Mxene 나노시트 소재를 polydopamine-MXene으로 개질하여 Psf support위에 interlayer로서 결합시킨 후에 제조한 Psf-polydopamine-MXene으로 제조된 균일한 MXene 층위에 TMC와 MPD로 반응시켜서 매우 얇은 thinner polyamide layer를 제조한 최종 thin-film composite membrane (신규성 Psf-polydopamine-MXene–Polyamide TFC membrane)을 제조해서 수투과도(Jv)와 역염투과도(Js)를 향상시킨다. MXene-polydopamine 제조는 Ti3AlC2 MAX phase powder 로부터 HF 와 LiCl로 화학적 박리로 제조된 MXene nanosheet와 dopamine hydrochloride과 반응하여 제조하며, 스핀코팅방법으로 다공성 Psf 지지체 분리막위에 MXene-polydopamine을 interlayer로 코팅한다. 또한, 친수성 2-D Silicene 나노시트 소재를 다공성 Psf support에 함침시킨 신규성 TFC-Silicene FO membrane(Psf-Silicene–Polyamide TFC membrane)을 제조해서 수투과도(Jv)와 역염투과도(Js)를 향상시킨다. Hydroxyl functionalized silicene 제조는 calcium silicide powder로 부터 acetonitrile 용매에서 I2, EtOH, N2 조건 하에 제조한다.
- 분리막 특성 조사; 제조된 나노소재의 특성은 SEM, TEM, XRD, BET 분석기로 조사하며, TFC 분리막은 SEM, AFM, FTIR로 분석한다. 분리막의 물리적성질은 기계적 강도, 친수성, 기공크기, 기공분포 등을 조사한다.
-FO 분리막 성능 조사; FO, PRO mode 운전 시 Water flux(Jv), water permeability coefficient(A), solute permeability coefficient(B), membrane structural parameter(S), Salt rejection(R), reverse solute flux(Js), Js/Jv, 최적 운전조건 등을 평가한다.

□ 연구개발 목표 및 내용
■ 최종 목표
본 연구에서는 해수담수화 공정에 사용되는 높은 수투과도(Jv)와 낮은 역용질투과도(Js), 낮은 Js/Jv 등의 우수한 성능의 정삼투 TFC 분리막을 개발하고자 한다. 해수담수화 공정에 사용되는 TFC 정삼투 분리막은 박막층 polyamide와 다공성 지지체 layer 로 구성되어 있으므로. 첫째,지지체 다공성 Psf분리막에 친수성이며, 2-D 나노시트 Silicene을 함침시킨 TFC-Silicene 정삼투 분리막을 개발하고 특성 및 성능을 시험 결정한다. 둘째, Psf 지지체와 Polyamide layer 사이에 친수성이며, 2-D 나노시트 Mxene을 interlayer로 제조한 TFC-MXene 정삼투 분리막을 개발하고, 특성 및 성능을 시험 결정한다.
■ 전체 내용
- TFC-Silicene과 TFC-MXeneFO 분리막 제조; 친수성 2-D Silicene 나노시트 소재를 다공성 Psf support에 함침시킨 신규성 TFC-Silicene FO membrane(Psf-Silicene–Polyamide TFC membrane)을 제조해서 수투과도(Jv)와 역염투과도(Js)를 측정하였다. Hydroxyl functionalized silicene 제조는 calcium silicide powder로 부터 acetonitrile 용매에서 I2, EtOH, N2 조건 하에 제조하였다. 친수성 Mxene 나노시트 소재를 polydopamine-MXene으로 개질하여 Psf support위에 interlayer로서 결합시킨 후에 제조한 Psf-polydopamine-MXene으로 제조된 균일한 MXene 층위에 TMC와 MPD로 반응시켜서 매우 얇은 thinner polyamide layer를 제조한 최종 thin-film composite membrane(신규성 Psf-polydopamine-MXene–Polyamide TFC membrane)을 제조해서 수투과도(Jv)와 역염투과도(Js)를 측정하였다. MXene-polydopamine 제조는 Ti3AlC2 MAX phase powder로부터 HF 와 LiCl로 화학적 박리로 제조된 MXene nanosheet와 dopamine hydrochloride과 반응하여 제조하며, 스핀코팅방법으로 다공성 Psf 지지체 분리막위에 MXene-polydopamine을 interlayer로 코팅하였다.
- 분리막 특성 조사; 실리신 합량이 다른 SN Psf support membrane위에 PA layer를 결합시킨 TFC-SN-Psf 복합분리막의 특성 조사를 SEM, TEM, XRD, BET 분석기로 실시하였다. Psf 지지체 분리막에 실리신 합침시 0.25 wt% (SN0.25) 합량시 Psf 분리막의 친수성이 제일 높았으며, 물 투과성능은 PWP=490Lm^-2h^-1bar^-1로써 제일 높았다. 설폰화된 Mxene(Ti₃C₂T_x) Interlayer로 구성된 CA-10 Dop/SMX-PA FO 복합 분리막 제조 및 특성은 SEM 이미지로 CA support surface, CA support surface with Dopamine/SMX interlayer, TFC FO membranes with PA layer 분리막 각각의 표면과 단면적 사진을 볼수 있으며, CA support와 PA layer 사이에 Dopamine/SMX interlayer 층이 성공적으로 제조됨을 보여주었다.
-FO 분리막 성능 조사; TFC-SN0.25 분리막은 제일 우수한 성능 즉 highest water permeability coefficient A, lowest structural parameter S, highest FO J_v values를 나타내었다. TFC-SN 0.25 분리막은 제일 우수한 수투과도 J_v, 우수한 분리막 선택도 (i.e. lowest B/A ratio 과 J_s/J_v values)를 나타내었다. TFC-SN0.25 FO 분리막을 CaCO₃-filled TFC (TFC21), GO-filled (GOT0.25), SiO₂@MWCNT-filled TFC (MT-75) FO membranes 분리막과 비교시 분리막 성능이 더 우수하게 평가되었으며, TFC-SN0.25 분리막을 재사용시 수투과도는 24.9–26.6 Lm^-2h^-1 사이로 안정적으로 운전 되었다. Mxene 나노소재가 interlayer 로 CA support 위에 함침이 되고 PA top layer 로 구성이 된 CA-10 Dop/SMX-PA FO 복합 분리막은 중간에 interlayer 가 없는 CA-PA 분리막보다 분리막 성능이 매우 우수하였으며, 설폰화된 Mxene 나노소재 함침 효과가 매우 크게 나타났다. 다른 분리막과 비교하여 수투과도 증가, 유도용질 역투과도 감소 등의 좋은 효과를 보았다.

□ 연구개발성과
- 본 연구과제에서는 정삼투공정에서 신규 복합분리막으로서 높은 수투과도(Jv)와 낮은 역용 질투과도(Js), 낮은 Js/Jv 등의 우수한 성능의 정삼투 TFC 분리막 개발 및 원천기술을 개발하였다.
- 해수담수화 및 하폐수 처리기술 공정에 개발된 신규 복합분리막의 적용 가능성
- 미래기술인 정삼투 해수담수화 분리막 시스템에 적용
- 해수담수화 플랜트 정삼투법에 사용되는 신규 복합분리막이 포함된 정삼투 분리막 개발 연구 결과는 수질관련 국내외 유명학회지에 게재 및 관련 특허 취득
- 수처리 분야 전문연구인력 양성에 기여

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
- 해수담수화 및 하폐수 처리기술에 개발된 신규 분리막 적용
- 미래기술인 정삼투 해수담수화 분리막 시스템에 적용
- 해수담수화 플랜트 정삼투법에 사용되는 신규 정삼투 분리막 개발 연구 결과는 수질관련 국내외 유명학회지에 게재
- 수처리 분야 전문연구인력 양성에 기여
- 해수담수화 기술 관련 특허 취득

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요약문 ... 2
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• 1-1) 연구개발과제의 필요성 ... 5
• 1-2) 연구개발과제의 최종 목표 ... 5
• 1-3) 연구개발과제의 연구범위 내용 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 2-1) 정삼투분리막시스템에서 실리신나노소재가 psf support 에 포함된 Psf(SN;실리신)-PA TFC-FO 분리막 개발 ... 6
• 2-2) 설폰화된 Mxene(Ti3C2Tx) Interlayer 로 구성된 CA-10 Dop/SMX-PA FO TFC membrane 제조 및 성능 ... 10
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 12
• 1) 연구수행 결과 ... 12
• 2) 목표달성수준 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 13
• 5. 연구개발성과 및 활용 계획 ... 14
• 1) 연구성과 ... 14
• 2) 연구성과 활용계획 ... 14
• 6. 참고문헌 ... 15
• 끝페이지 ... 15