알루미나 현탁액에 의해 오염된 정밀여과막의 역세척 거동

남석태,한명진 한국막학회 2009 멤브레인 Vol.19 No.1

Al2O3 현탁액의 폴리에틸렌 정밀여과에 있어 역세척이 막오염에 미치는 영향에 대하여 분석하였다. 현탁액의 투과저항은 역세척을 한 경우가 역세척을 하지 않은 경우보다 작았으나 투과저항 증가율은 역세척을 하지 않은 때보다도 더 컸다. 막오염 형태는 역세척을 한 경우나 하지 않은 경우 운전초기에는 케익오염이 지배적이었으며, 이어 세공막힘오염이 나타났고, 정상상태에 도달하면 투과유속은 다시 케익여과 오염에 의해 지배받는 것으로 나타났다. 한편, 세척공정에 앞선 막은 운전초기에 세공막힘오염이 케익오염에 앞서 일어났다. 총오염에 대한 케익여과 오염의 비율은 역세척에 관계없이 역세척 전에 비하여 증가하였다. 세공크기가 0.24 μm인 막의 투과저항은 세공이 0.34 μm인 막에 비해 더 컸으나, 막오염 형태는 세공의 크기가 0.34 μm인 막에 비해 케익오염이 작았다. 총오염에 대한 성분오염의 비율은 역세척을 한 경우에는 세공막힘이 약 7.8%, 케익오염 약 92.2%이었고, 역세척을 하지 않은 경우에는 세공막힘은 9.6% 그리고 케익오염이 90.4%이었다. Effect of backflushing on the membrane fouling for polyethylene capillary membranes was examined by measuring the flux of Al2O3 colloidal suspensions through the cross flow microfiltration. In the comparison of with and without the application of backflushing, the hydraulic resistance to permeate flow of the suspension was less with backfluslng, but the Increasing rate in permeate resistance was higher. Regardless of backflushing, the cake filtration was dominant at the initial period of filtration with backflushing, being followed by the pore blocking. And at steady state, the fouling mechanism is almost governed by the cake filtration model. On the contrary, the pore blocking preceded the cake filtration in the initial stage of the original membrane before backflushing. And irrespective of backflushing, the ratio of cake filtration to total fouling increased, compared with that fur before backflushing. For the membrane with 0.24 μm pore size, the permeate resistance was higher than that of 0.34 μm pore size membrane. but the ratio of cake filtration was smaller than that of large pore membrane. In comparing the ratio of each fouling component to the total fouling for the case with backflushing pore blocking was 7.8% and cake filtration was 92.2%. for the case without backflushing, total fouling was composed of 9.6% pore blocking and 90.4% cake filtration.

정밀여과 모세관 막을 이용한 벤토나이트 콜로이드 현탁액의 투과유속 감소특성

남석태,한명진 한국막학회 2005 멤브레인 Vol.15 No.1

폴리에틸렌 정밀여과 모세관막을 이용한 벤토나이트 콜로이드 현탁액의 투과유속 감소특성을 검토하였다. 운전시간이 경과하면서 투과유속이 감소되는 원인은 막표면 위에서 케익층의 성장과 입자들에 의한 세공막힘 때문이었으며, 운전시간이 경과하여 정상상태에 도달하면 투과유속은 케익여과 모델에 의해 지배받는다. 운전압력이 높은 경우의 투과유속 감소는 세공막힘과 케익층이 치밀해졌기 때문이다. 운전압력이 증가함에 따라 J/J₁는 감소하였으며, 0.5 kg/sub f//㎠일 때의 45%, 2.0 kg/sub f//㎠일 때 38%로 감소하였다. 운전압력 0.5 kg/sub f//㎠에서 총 막오염에 대한 성분오염의 비율은 표준세공막힘 14.6%, 완전세공막힘 23.4% 그리고 케익여과 62.0% 이었다. 순환흐름속도의 증가로 인해 투과유속은 증가하였고, 그 효과는 운전압력이 1.0 kg/sub f//㎠일 때가 운전압력 2.0 kg/sub f//㎠ 경우보다 컸다. 세공크기가 0.34 ㎛인 막의 투과유속은 세공의 크기가 0.24 ㎛인 막보다 컸으며, 용액의 농도에 따른 투과유속은 농도가 낮은 용액이 컸다. 세공크기가 0.34 ㎛인 막의 막오염 형태는 유사하지만 농도가 200 ppm인 용액의 경우 1000 ppm인 용액에 비하여 상대적으로 미약한 세공막힘 현상을 보였다. Permeate flux decline in a microfiltration was analyzed by measuring the permeability of bentonite colloidal solution through polyethylene capillary membranes. The flux decline with time was due to the growth of cake layer on the membrane surface and to the pore blocking by particles. As the time approaches to steady state, the permeate flux is almost controlled by the cake filtration model. Faster flux decline at high trans-membrane pressure was attributed to the formation of denser packed cake layer and pore blocking. The ratio of permeate flux to the initial permeate flux, J/J₁, decreased with increasing the trans-membrane pressure, from 45% for 0.5 kg/sub f//㎠ to 38% for 2.0 kg/sub f//㎠. In comparing the ratio of each fouling component to the total fouling for the 0.5 kg/sub f//㎠ TMP condition, complete blocking was 23.4%, standard blocking was about 14.6% and cake filtration was 62.0%, respectively. Permeate flux through the membrane increases with cross flow velocity, and the effect of the variation of velocity is more significant at 1.0 kg/sub f//㎠ rather than at 2.0 kg/sub f//㎠ of the operation pressure. Permeate flux for the membrane having the average pore diameter of 0.34 ㎛ was higher than that for the membrane of 0.24 ㎛ pore size, with the higher flux with the low concentration of feed. On the operation using the membrane of 0.34 ㎛ pore, the pore blocking in the low concentration of 200 ppm is negligible relative to the pore blocking in the 1000 ppm feed.

연구발표초록 ( 분리기술 (Ⅴ) ) : 수면전개법에 의한 고분자 브랜드의 박막화와 기체투과특성

남석태,조대철,최성부,김병식 ( S . T . Nam,D . C . Cho,S . B . Choi,B . S . Kim ) 한국화학공학회 1990 추계학술발표회 Vol.- No.-

Al2O3 콜로이드용액의 폴리에틸렌 정밀여과막 분리특성

남석태,한명진 한국공업화학회 2001 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2001 No.1

N/A

콜로이드 현탁액에 의한 정밀여과 모세관 막의 오염특성

남석태,한명진 한국화학공학회 2007 화학공학의이론과응용 Vol.10 No.2

정밀여과막 분리공정은 폐수로부터 미립자의 분리능력은 우수하나 막오염으로 인한 투과유속의 감소가 심하다는 단점이 있다. 본 연구는 폴리에틸렌 정밀여과 모세관 막을 사용하여 현탁액의 투과유속 감소와 이에 다른 막 오염에 대하여 검토하였다. 투과유속의 감소는 막표면에 케익층의 성장과 입자들에 의한 표준 및 완전세공막힘 때문이었으며, 막오염은 이들 세 가지 오염형태가 함께 발생한다. 콜로이드 현탁액의 투과특성은 농도가 높을수록 투과유속의 감소가 컸으며, 초기 투과유속의 감소가 급격하였다. 그리고 현탁액의 농도증가에 따른 투과유속의 감소는 미립자의 크기가 작을 경우가 클 때 보다 컸다. 또한 운전압력에 따른 투과유속의 감소도 운전압력이 높은 경우가 보다 심하게 나타났다. 운전시간에 따른 막저항의 변화를 살펴본 결과 막오염의 형태는 운전초기에 케익층에 의한 영향과 뒤이은 세공막힘의 혼합형태를 나타냈다. 그러나 정상상태에 도달하면 케익오염이 지배적이였으며, 간헐적으로 세공막힘에 의한 오염도 나타났다. 총 막오염에 대한 성분오염의 비율은 입자크기가 1.0 ㎛인 Al2O3 현탁액에서는 표준세공막힘 8%, 완전세공막힘 12% 그리고 케익여과 80% 였으며, 0.6 ㎛ Al2O3 현탁액에서는 표준 및 완전세공막힘 4% 그리고 케익여과 96% 였다. 세공의 크기가 큰 막의 투과저항이 세공의 크기가 작은 막보다 작고 서서히 증가하였다. 총 오염에 대한 세공막힘의 영향은 세공이 큰 막에서 큰 결과를 보였다.

무기 콜로이드 현탁액의 십자류 정밀여과에 의한 투과유속의 감소거동

남석태,한명진 한국막학회 2005 멤브레인 Vol.15 No.4

정밀여과 모세관 막을 이용한 무기 콜로이드 현탁액의 투과유속 감소특성을 검토하였다. 무기 현탁입자의 종류에 따른 투과거동은 알루미나 현탁액의 투과유속이 벤토나이트 현탁액보다 평균 2배정도 컸으며, 운전시간 경과에 따른 투과유속의 감소도 알루미나 현탁액이 벤토나이트 현탁액에 비하여 전체적으로 서서히 감소하는 경향을 보였다. 운전 시간 10분까지의 투과유속 감소율을 나타내는 초기투과유속 감소율은 벤토나이트 현탁액이 알루미나 현탁액보다 더 컸다. 막 투과유속 감소는 케익오염과 세공막힘오염에 기인하며, 막오염 형태에 있어 벤토나이트 현탁액의 세공막힘오염이 알루미나 현탁액 보다 현저히 크게 나타났다. 운전압력 1.0;kgf/cm2에서 총 막오염에 대한 성분오염의 비율은 알루미나 현탁액의 경우 완전세공막힘 9.35%, 표준세공막힘 6.82%, 케익여과 83.832%이었다. 순환흐름속도의 증가로 인해 투과유속은 증가하였고, 알루미나 현탁액은 6.5%, 벤토나이트 현탁액은 13.5% 증가하였다. 세공크기가 0.34;μm인 막의 투과유속은 세공의 크기가 0.24;μm인 막보다 컸으며, 세공크기의 증가에 따른 투과유속은 알루미나 현탁액이 1.61배, 벤토나이트 현탁액이 1.76배 증가하였다. The permeate flux decline on microfiltration capillary membrane operation was investigated with inorganic colloidal solutions. The permeate flux of the alumina solution is two times higher in average than that of the bentonite solution. The flux decline with increase in operation time was less in the alumina solution than in the bentonite solution. The rate of initial flux decline until 10 min was higher on the bentonite solution over the alumina solution. The decline in permeate flux was due to both the cake formation and the pore blocking. The latter effect was higher in the operation of the bentonite solution. In comparing the ratio of each fouling component to the total fouling fur the 1.0;kgf/cm2 TMP condition, complete blocking was 9.35%, standard blocking was about 6.82% and cake filtration was 83.83%, respectively. With the increase in cross flow velocity, the permeate flux increased by 6.0% for the alumina solution and by 14.0 for the bentonite solution. With the increase in average pore size fromm 0.24;μm;to;0.34;μm, the permeate flux increases 1.61 times for the alumina solution and 1.76 times far the bentonite solution.

한외여과에 있어서 막오염에 의한 Si 입자 함유 반도체 세정폐수의 투과유속 감소특성

남석태,전재홍,이석기,최호상 한국폐기물자원순환학회 2000 한국폐기물자원순환학회지 Vol.17 No.1

Si 입자를 함유한 반도체 세정폐수의 한외여과 특성 [II] -Polyolefin 관형막에 의한 투과분리-

남석태,여호택,전재홍,이석기,최호상 한국막학회 1999 멤브레인 Vol.9 No.1

본 연구에서는 Si 미립자를 함유한 반도체 세정폐수의 관형막을 이용한 한외여과특성을 검토하였다. 관형막의 시간변화에 따른 투과유속의 감소현상은 막표면에 형성된 케익층의 증가 및 기공막힘에 기인하며, cross flow는 케익여과에 의한 막오염 형태를 보였으나 dead-end flow는 기공막힘과 케익여과에 의한 혼합형태를 보였다. Cross Flow의 케익저항의 크기는 3.16$\times$$10^{12}$ ~4.34$\times$$10^{12}$ $m^{-1}$ 였고, dead-end flow 는 6.6 $\times$$10^{12}$ ~12.19$\times$$10^{12}$ $m^{-1}$였다. 운전초기의 흐름형태에 따른 투과유속은 cross flow 가 dead-end flow 의 약 7 배였다. Cross flow 투과유속은 약 42 $\ell$/$m^2$ hr, 용질배제율은 약 96 % 였으며, 분리막공정을 거친 투과수 중의 Si 입자의 평균크기는 20nm였다. Permeation behavior of the semiconductor rinsing wastewater contammg Si particles was examined by ultrafiltration using the polyolefin tubular membrane. Flux decline with time was due to the growth of Si cake deposited on the membrane surface and the pore plugging by Si particles. Cake filtration from the cross flow application is compared to the combination of pore blocking and cake filtration from the dead-end application. The cake resistance is 3.16 x $10^{12}$ -4.34 X $\times$$10^{12}$ $m^{-1}$ for the cross flow and 6.6 x $\times$$10^{12}$ -12.19 X $\times$$10^{12}$ $\times$$m^{-1}$for the dead-end flow, respectively. At the initial stage of operation, permeation flux of cross flow type was 1.7 time higher than that of the dead end flow type. Permeation flux of cross flow was about 42 e 1m2 hr and the rejection rate of Si particles was about 96 %. The average particle size of Si particle in the permeate was 20 nm.

PVC/PS 혼합 수면 전개 적층막의 기체투과 특성

남석태,최호상,김병식 한국막학회 1993 멤브레인 Vol.3 No.3

수면전개 혼합적층막의 기체투과계수는 PS의 혼합비율이 증가함에 따라, 분리계수는 PVC의 환합비율이 증가함에 따라 증가하였다. 기체투과기구는 PS의 혼합비율이 감소함에 따라 Poiseuile-Knudsen 모델에서 solution-diffusion모델로 전이하였다. 한편 혼합박막의 구조는 공기면측에 소수성의 PS가, 수면측에는 친수성인 PVC가 배향된 직렬혼합구조였으며, 기체투과거동은 series model을 따랐다 In PVC/PS pelyblend laminated membranes, perrneabilities were increased as increasing the blend ratio of PS and selectivities were increased with increasing the blend ratio of PVC. The gas permeation mechanism was shifted from the combination of Poiseuille and Knudsen flow model to the solution-diffusion model as decreasing the PS blend ratio. The structure of polyblend laminated membranes showed series model, where PS rich phase was formed at air side and PVC rich phase was at water side. The model of permeation in the polyblend laminated membranes also showed series model structure.

Polymer/18-Crown-6)복합박막 제조용액의 수면전개 특성

남석태,최호상,최성부,김병식 한국막학회 1996 멤브레인 Vol.6 No.4

금속이온 분리를 위한 운반체 지지형 (고분자/운반체) 복합막을 수면전개법에 의하여 제조하였다. 이들 막의 형상은 전개용액의 물성에 의하여 영향을 받는다. (고분자/18-crown-6) 복합용액의 표면장력은 18-crown-6의 농도가 증가함에 따라 감소하는 경향을 나타내며, 고분자에 따른 용액의 표면장력은 PVC>PS>CA 순서로 감소하였다. 점도는 18-crown-6의 농도가 증가함에 따라 PVC계와 PS계 용액은 큰 변화가 없으나 CA계 용액은 감소하는 경향을 나타내었다. 18-crown-6 환형고리분자는 고분자쇄 사이에서 전기적인 완충역할을 하여 고분자쇄간의 분자간력을 약화시켜줌으로써 복합 용액의 전개성을 증가시켰다. 복합박막의 표면형상은 단일박막보다 균일하였으며, 18-crown-6가 증가함에 따라 전후면은 모두 균일한 구조극 나타내었다. The (polymer/carrier) composite membranes for separating the metallic ion have been prepared by the water cast-method. The morphology of these membranes was affected by the physical properties of the spreading solution. The surface tension of the (polymer/18-crown-6) composite solution was decreased with increasing the concentration of 18-crown-6 compound and the surface tension of polymer solution decreased the following order PVC>PS>CA. The viscosity of CA solution decreased with increasing the contents of the 18-crown-6 compound, but PVC and PS solutions showed no significance changes according as the concentration of 18-crown-6 compound. In the composite solutions, the spreading ability was improved by' the cyclic 18-crown-6 molecules which acted as an electric buffer and diminished the intermolecular force between the polymer chains. The (polymer/18-crown-6) composite membrane was more uniform than that of the mono polymer membrane on the coagulation state of polymer, and the top and bottom sides of membrane showed also the more smooth structure according as the concentration increment of 18-crown-6 molecule.