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독립적 유기단량체 적층방식으로 제조된 선택층을 이용한 정삼투 분리막
권순범 ( Soon-bum Kwon ),정성필 ( Seong Pil Jeong ),이석헌 ( Seockheon Lee ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-
현재 대표적인 정삼투 (Foward osmosis, FO)공정 적용 분리막은 폴리아마이드 (Polyamide, PA) 박막 복합체 (Thin film composite, TFC)형태이다. 정삼투 공정에 적용되는 PA-TFC 분리막은 지지층 내부에서 수투과유속을 저해하는 내부 농도분극 현상이 발생하는데, 이 현상을 최소화하기 위해서 친수성 및 다공성의 지지층을 이용한 분리막 제조가 주목 받고 있다. 하지만 가장 상용화된 선택층 제막 방법인 계면중합법은 in-situ 형태로 지지층에 영향에 영향을 받는다. 특히, 친수성 및 다공성의 지지층에서 폴리아마이드 층이 불균일하게 제조되기 때문에 새로운 선택층 제조 방법을 제시하고자 한다. 제시하는 방법은 일반적으로 지지층 위에서 선택층을 제조하는 방법이 아닌, PA 선택층과 지지층을 따로 제조한 후 결합하는 방법이다. 이 기법은 각 층이 독립적으로 제조 된 후 결합되기 때문에 지지층의 영향을 전혀 받지 않고 균일하고 밀도가 높으며 얇은 선택층을 제조 할 수 있을 뿐만 아니라 높은 지지층의 선택도로, 다양한 결합을 통해 적용하고자 하는 공정에 알맞은 분리막을 제조할 수 있는 가능성을 가지고 있다. 제조 방법으로 전 처리된 유리기판 위에 유기 단량체 적층을 10cycle로 고정하여 선택층을 제조하였으며, 폴리아크릴로나이트릴 (Polyacrylonitrile, PAN)의 농도 (8, 12, 16 wt%)에 전 처리를 하여, 공극율과 공극 사이즈를 다양화한 친수성 지지층을 제조하였다. 제조된 두 층은 결합하여 TFC 분리막을 제조하였으며, 이후 정삼투 공정 테스트를 진행하였다. 동일한 공정 조건에서 가장 높은 성능을 나타낸 분리막은 mLbL_8wt% PAN 분리막으로서, 상용화된 분리막인 HTI사 CTA 분리막 및 계면 중합 방법으로 제조된 분리막과 비교 시 염투과유속 (Reverse salt flux, J<sub>s</sub>)은 비슷하지만 수투과유속 (Water flux, J<sub>w</sub>)에서 약 4 - 4. 5배 정도가 높음을 보였다. 또한, mLbL_8wt% PAN 분리막을 통하여 정삼투 공정의 변화 (FO & PRO mode)를 진행하였을 때, 두 공정의 수투과유속 차이가 크지 않음에 따라 지지층의 공극률 변화에 따른 ICP 현상이 현저히 감소하는 것을 직접적으로 확인하였다. 결과를 정리하자면, 첫 번째, 새로운 제막 기법을 통하여 지지층의 영향을 받지 않기 때문에 결함이 적고, 선택성이 높은 조밀한 구조의 선택층을 제조함. 두 번째, 선택층 제조상에 영향을 미치지 않기 때문에 ICP 최소화에 초점을 둔 친수성·다공성 지지층을 사용함. 이 두 가지 장점을 통해 정삼투 공정에 더 적합한 분리막을 제조할 수 있는 새로운 방법으로 제시한다.