나일론 4와 이의 블렌드 막을 이용한 에탄올 - 물 혼합물의 투과 증발분리

임지원,로버트황 ( Ji Won Rhim,Robert Y . M . Huang ) 한국공업화학회 1993 공업화학 Vol.4 No.4

생물공학에의 투과중발공정의 응용은 성장 중에 있다. 2단계 투과중발공정이 에탄올 발효의 분리공정에 적용되어질 수 있다. 본 논문에서는 물-에탄올의 조성이 50 : 50wt.%가 되는 두번째 투과분리공정을 나일론 4와 폴리비닐알코올 및 폴리아크릴산을 포함하는 나일론 4블렌드 막을 이용하여 조사하였다. 나일론 4막은 25, 30, 35℃에서 에탄올의 조성 변화에 따라 실험이 수행되어졌다. 나일론 4막은 물-에탄올 조성이 50 : 50wt.%에 대해 선택도 4.18 그리고 투과도 0.69㎏/m^2hr을 얻은 반면에 5Mrad의 감마선에 의해 가교된 나일론 4-PVA 블렌드 막은 선택도 10.56, 투과도 0.55㎏/m^2hr을 얻었다. 또한 나일론 4 막은 물-에탄올 혼합물의 공비점에서 호모폴리머 중 27.8의 높은 선택도를 얻을 수 있었다. The application of the pervaporation process in biotechnology is rapidly growing. A two stage pervaporation process can be applied to the downstream processing of ethanol fermentation. In this paper, the second stage process in which the water-ethanol composition was 50:50 wt.% was investigated in more detail by using Nylon 4 and its blended membranes containing poly(vinyl alcohol) (PVA) and poly(acrylic acid) (PAA). Nylon 4 membranes were tested for compositions at 25, 30, and 35℃. Nylon 4 membranes had a separation factor of 4.18 with a permeability of 0.69 ㎏/m^2hr at water-ethanol composition of 50:50 wt.%, while nylon 4-PVA blended membranes crosslinked by 5 Mrad gammaray irradiation showed a higher separation factor of 10.56 with permeability 0.55 ㎏/m^2hr at the same composition. Nylon 4 also showed a high separation factor 27.8 at the ethanol-water azeotropic composition among the homopolymer membranes.

실리콘 막을 이용한 페놀 - 물 혼합물의 투과 증발 분리

임지원,손민영,이규호 ( Ji Won Rhim,Min Young Sohn,Kew Ho Lee ) 한국공업화학회 1994 공업화학 Vol.5 No.5

페놀-물 혼합 용액에 대하여 Type 1과 Type 2의 실리콘 막을 이용하여 30, 40, 50℃에서 투과 증발 분리 실험을 수행하였다. 이때 공급 원액의 페놀 농도는 500ppm부터 5wt% 이었다. 실험 결과, Type 2막이 Type 1막보다 분리 능력이 더 효율적이었다. 공급원액의 농도가 5wt%와 500ppm일 때, Type 2막을 이용하여 투과액의 페놀 농도가 각각 70wt%, 11wt%의 양호한 결과를 얻었다. The pervaporation separation experiments of phenol-water mixtures were carried out by using Type 1 (PDMS : crosslinking agent=1 : 0.25) and Type 2 (PDMS : crosslinking agent=1 : 0.35) silicone rubber membranes at 30, 40 and 50℃. The phenol concentrations in the feed to be separated were 500ppm to 5wt%. Type 2 membranes were more efficient than Type 1 membranes for the separation of phenol-water mixtures. The phenol concentration of 70wt% was obtained for 5wt% of phenol concentration in the feed at 30℃ and 11wt% phenol concentration observed for 500ppm of phenol concentration in the feed at 30℃ by using Type 2 membranes.

초저압용 나노중공사 복합막의 제조

임지원(Ji Won Rhim) 한국고분자학회 2020 폴리머 Vol.44 No.5

폴리설폰 한외여과 중공사막 표면에 염석법을 이용하여 폴리비닐아민(poly(vinyl amine), PVAm)을 코팅시간, 이온세기, 건조온도, 가교농도 등을 변경하여 나노여과 중공사 복합막(NF hollow fiber composite membranes)을 제조하였으며 이를 염화나트륨(NaCl) 100 ppm과 황산칼슘(CaSO₄) 100 ppm 용액에 대하여 투과도와 배제율을 측정였다. 모든 조건에서 염화나트륨보다 황산칼슘의 배제율이 더 컸는데 이는 크기 및 도난 배제효과에 기인한 것으로 생각된다. 반면에, 투과도에서는 오히려 황산칼슘의 경우가 염화나트륨의 경우보다 높았는데 이는 아미노기(-NH₂)로인한 막의 팽윤으로 인하여 분자크기가 큰 2가 이온이 자유로이 투과할 수 있는 통로를 제공하는 것으로 사료된다. 대표적으로 이온세기 0.2, 가교제농도 0.7%, 코팅시간 30초, 건조온도 및 시간 80℃, 20분 조건에서 염화나트륨에 대하여 투과도 22 LMH(L/m²/hr)와 배제율 74% 그리고 황산칼슘에 대하여 투과도 29 LMH와 배제율 92%를 각각 나타내었다. Nanofiltration hollow fiber composite membranes were prepared through the salting-out method by coating poly(vinyl amine) (PVAm) onto polysulfone hollow fiber membrane surface while varying the conditions of coating time, ionic strength, drying temperature, and crosslinking concentration. The resulting membranes were measured in terms of flux and rejection for NaCl 100 ppm and CaSO₄ 100 ppm aqueous solutions. The rejection of CaSO₄ for all prepared membranes was higher than that of NaCl due to the size and donnan exclusion effects. On the other hand, the flux for CaSO₄ was higher than for NaCl since it is considered the swelling by -NH₂ in PVAm provides free passage of divalent ions, CaSO₄. Typically, 22 LMH flux and 74% rejection for NaCl and the 29 LMH flux and 92% rejection, respectively, were obtained for the NF membrane prepared at the conditions of ionic strength at 0.2, crosslinking concentration of 0.7%, coating time of 30 s, drying temperature at 80℃ and drying time of 20 min.

축전식 탈염공정에서 탄소전극에 코팅된 이온교환 고분자의 두께와 탈착전위가 탈착 성능에 미치는 영향

임지원(Ji Won Rhim) 한국고분자학회 2020 폴리머 Vol.44 No.5

탄소전극 위에 코팅된 이온교환막 층의 두께와 인가되는 역전위에 의해 막 결합형 축전식 탈염공정에서 탈착공정에 어떠한 영향을 끼치는지 조사하였다. 이온교환막은 양이온교환 고분자로서 폴리(이서 이서 케톤)(poly(ether ether ketone), PEEK)을, 음이온교환 고분자로서 폴리설폰(polysulfone, PSf)을 사용하였다. 이온교환막의 코팅은 1회 및 2회를 실시하였으며 역전위는 -0.3, -0.5, -1.0 V가 사용되었다. 코팅되지 않은 전극에서 역전위가 클수록 배출수 농도가 0이 되는 시간이 길었는데 이는 전극의 기공 내에서 탈착하지 못하고 흡착되어 있던 염분자들이 높은 전위에서 탈착되는 것에 기인한다고 사료된다. 코팅의 두께가 클수록 탈착 시 배출수 농도가 높아 2회 코팅 시 약 420 mg/L의 농도값을 보여주었다. 탈착전위가 클수록 배출수 농도가 0으로 떨어지는 시간이 짧아지므로 탈착공정에서의 탈착전위는 큰 것이 유리함을 알 수 있었다. The effects of the thickness of the ion exchange polymers onto the carbon electrodes and the reverse potential applied on the desorption process in the membrane capacitive deionization process were investigated. Poly(ether ether ketone) (PEEK) was used as the cation exchange polymer while polysulfone (PSf) was used as the anion exchange polymer. The single and double coatings of the ion exchange polymers were carried out and the reverse potentials of -0.3, -0.5, -1.0 V were used. As the reverse potential was larger for the pristine carbon electrode, it took for a longer time to reach the 0 of the effluent concentration. The high effluent concentration of ca. 420 mg/L for the double coated electrode was shown. In the desorption process, the larger reverse potential was favorable since the time to the 0 effluent concentration took shorter as the reverse potential increased.

역삼투막 표면의 양이온 교환 고분자 코팅에 의한 파울링 감소 연구

임지원(Ji Won Rhim),박찬종(Chan Jong Park),김성표(Sung Pyo Kim),정성일(Seong Ihl Cheong) 한국고분자학회 2012 폴리머 Vol.36 No.6

본 연구에서는 폴리아미드 역삼투 복합막 표면에 양이온교환 고분자인 poly(styrene sulfonic acid)(PSSA)를 코팅한 후 모델 오염물질인 bovine serum albumin(BSA), humic acid(HA), sodium alginate(SA)에 대하여 파울링 개 선 효과가 있는지를 알아보고자 하였다. PSSA가 코팅된 폴리아미드 복합막의 표면에 대한 접촉각을 확인한 결과 78o에서 58o로 낮아져 표면이 친수화된 것을 확인하였다. 모델 오염물질로서 BSA, HA, SA 등이 100 ppm 용해된 공급원액을 2, 4, 8 atm 조건에서 PSSA 코팅된 막과 코팅되지 않은 막에 대하여 파울링 실험을 수행한 결과 압력 이 증가함에 모든 오염물질에 대해서 파울링은 심화되었다. 파울링은 BSA>SA>HA의 순으로 일어났으며 PSSA가 코팅된 막에 대해 파울링 개선효과는 HA>SA>BSA의 순으로 나타났다. 이는 막표면의 PSSA가 지니는 설폰산과 오염물질의 작용기간의 상호작용으로 인한 결과이며, 이는 SEM으로 관찰한 사진과도 같은 경향을 보여주었다. 결 론적으로 PSSA가 코팅된 역삼투막은 파울링 개선효과가 있었으며 HA의 경우에서 가장 두드러졌다. The cation exchange polymer, poly(styrene sulfonic acid) (PSSA), was coated onto polyamide (PA) thin film composite reverse osmosis (RO) membranes. Then these membranes were investigated for the model foulants, bovine serum albumin (BSA), humic acid (HA), and sodium alginate (SA) to check whether there are some improvement. The contact angle of PSSA coated PA RO membrane showed 58o from 78o, the value of PA RO membrane, which confirmed successful hydrophilization. As the operating pressure increased (2, 4, 8 atm for BSA, HA and SA 100 ppm in feed solution), the fouling phenomena was worse for both none- and PSSA-coated membranes. The fouling increased in the order of BSA>SA>HA due to the interactions between sulfonic acid in PSSA and functional groups of foulants. On the other hand more significant fouling reduction was observed in the order of HA>SA>BSA. The photographs of scanning electron microscopy showed the same trend. As a result, there was the improvement of fouling phenomena for the PSSA coated RO membranes, distinctly in the case of HA.

막 결합형 축전식 탈염공정을 이용한 수용액 중 방사성 이온의 제거 연구

윤원섭(Won Seob Yun),임지원(Ji Won Rhim) 한국고분자학회 2017 폴리머 Vol.41 No.4

본 연구에서는 이온교환막의 소재로서 술폰기가 함유된 폴리이서이서케톤(SPEEK)과 아민기가 함유된 폴리설폰(APSf)을 합성하였다. 합성한 이온교환고분자는 탄소전극에 코팅하여 복합 탄소전극을 제조하였으며 방사성 이온이 포함된 CsNO₃과 Sr(NO₃)₂ 수용액에 대하여 축전식 탈염 기술에서의 적용성을 평가하고자 하였다. 운전조건으로는 흡착 시간 및 전압, 탈착 전압, 공급액의 농도 및 유속에 대하여 제염 효율을 평가하였다. 15 mL/min의 유속에서 1가 이온이 포함된 CsNO₃ 20 mg/L을 공급액으로 하며 1.5 V로 3분간 흡착시키고, -0.1 V로 1분 탈착시켰을 때 98.5%의 제염 효율을 보였다. 동일한 조건에서 2가 이온이 포함된 Sr(NO3)2 20 mg/L 공급액의 경우 94%의 제염 효율을 나타내었다. In this study, sulfonated poly(ether ether ketone) and aminated polysulfone as ion exchange materials were synthesized. The composite carbon electrodes coated with ion exchange polymers onto carbon electrodes were prepared and then the applicability of the membrane capacitive deionization (MCDI) was evaluated for the solution containing CsNO₃ and Sr(NO₃)₂ of radioactive ions in water. The absorption time and voltages, desorption time and voltages, feed concentration and flow rate as the operating conditions were investigated in terms of the decontamination efficiency. The decontamination efficiency, 98.5%, was obtained for the feed concentration, CsNO₃ 20 mg/L containing monovalent ion at 1.5 V and 3 min for adsorption voltage and time, and -0.1 V and 1 min for desorption voltage and time. At the same operating conditions, the decontamination efficiency, 94.8%, was achieved for Sr(NO₃)₂ 20 mg/L solution as the bivalent ion.

흡착전압과 코팅된 이온교환막 두께가 막 결합형 축전식 탈염공정에서 흡착성능에 미치는 영향

윤원섭(Won Seob Yun),임솔빈(Sol Bin Lim),임지원(Ji Won Rhim) 한국고분자학회 2018 폴리머 Vol.42 No.6

탄소 전극 위에 코팅된 이온교환막 층의 두께가 막 결합형 축전식 탈염 공정에서 흡착성능에 어떠한 영향을 끼치는지 최대흡착에 걸리는 시간과 탈착 시 배출수 농도에 관하여 연구하였다. 이온교환막의 두께는 8 wt% 이온교환고분자 용액의 코팅횟수를 1, 2, 3회로 달리하였을 때, 이온교환막의 두께가 증가됨에 따라 막을 통과하는 이온들의 움직임이 원활하지 않아 탄소전극에 충분히 흡착되지 못하여 배출수 농도의 최소점이 높아졌다. 최대 흡착 시까지 걸리는 시간이 1회 코팅에서 80분, 그리고 2, 3회 코팅에서 각각 174분, 242분으로 증가되었다. 코팅 두께에 따른 최대 흡착 시까지 걸리는 시간이 선형으로 나타났다. The effects of the thickness of the ion exchange layers on carbon electrodes have been studied on the adsorption performance through the operating time to the maximum adsorption and effluent concentrations at the desorption in the membrane capacitive deionized processes. The thicknesses of the ion exchange layers were adjusted with the number of times from 1, 2, and 3 times using 8 wt% of ion exchange polymer solutions. As the thickness of the ion exchange layers on carbon electrodes increased, the minimum concentrations of the effluents increased since the adsorption was not satisfactorily carried out due to the limited movements of ions in feed within the coating layers. The times to the maximum adsorptions were 80 min for one time coating and 174 and 242 min for two, three times coatings, respectively. It was interesting that the linear relationship was found between the thickness of the coating layers and the times to the maximum adsorption.

함산소불소화법을 통한 다공성 폴리에틸렌막의 파울링현상 감소연구

강수연,임지원,정성일,Kang, Su Yeon,Rhim, Ji Won,Cheong, Seong Ihl 한국막학회 2014 멤브레인 Vol.24 No.6

소수성의 폴리에틸렌 다공성막 표면에 오염물질이 흡착됨으로써 발생되는 파울링 현상으로 인한 투과도 감소 문제를 해결하고자 함산소불소화법을 이용하여 막 표면을 친수화 하였다. 함산소불소화 처리 후 접촉각은 $93^{\circ}$에서 $50^{\circ}$까지 감소하였고, 수투과량은 60% 이상 증가하였다. 또한, 모델오염물질 Albumin (form bovine serum, BSA), Humic acid sodium salt (HA), Alginic acid sodium salt (SA) 100 ppm의 수용액을 이용하여 투과도 평가 실험을 수행한 결과 막이 친수화 됨에 따라 오염물질이 흡착되는 정도가 감소하여 투과도가 향상된 것을 확인할 수 있었으며, 특히 SA에 대해서는 파울링 개선효과가 크게 나타나 처리하지 않은 PE막에 비해 투과도가 두 배 이상 향상된 값을 나타내었다. To overcome the flux reduction due to the fouling by adsorption of foulants onto the porous hydrophobic polyethylene membrane surface, the oxyflorination was introduced to hydrophilize the hydrophobic membranes. After the hydrophilization through oxyfluorination, the contact angle decreased from $93^{\circ}$ to $50^{\circ}$ while the water flux increased to 60%. It was considered that for the model foulants dissolved in water, such as albumin (form bovine serum, BSA), humic acid sodium salt (HA), and alginic acid sodium salt (SA), the flux was enhanced since the adsorbed foulants decreased by the oxyfluorination. Particularly, it was obtained that the water flux was over twice more than the untreated polyethylene membrane in case of SA foulant.

아민화된 폴리이서이미드 막을 이용한 이산화탄소의 촉진수송분리

권세환,임지원,Kwon, Se Hwan,Rhim, Ji Won 한국막학회 2015 멤브레인 Vol.25 No.3

아민화된 폴리이서이미드(polyetherimide (PEI))막을 실험실에서 합성하여 아민화별로 제조된 막을 이용하여 이산화탄소, 질소, 메탄, 산소, 이산화황의 기체투과도와 확산도 및 용해도를 Time-lag법으로 상온에서 측정하였다. 일반적으로 아민기의 주사슬에 반응되는 아민화율이 증가할수록 분자사이의 공간이 좁아지기 때문에 투과도가 전체적으로 감소했지만, 이산화황은 산 성질의 이산화황과 염기 성질의 아민기의 결합으로 인하여 증가하였다. 건기체에 대한 확산도 및 용해도는 아민화율이 증가할수록 이산화황을 제외한 모든 기체에서 감소하였고 또한 용해도 역시 감소하였다. 그러나 이산화황의 경우 아민화율이 증가하면서 용해도가 증가하게 되어 확산도 또한 증가한 것으로 사료된다. 이산화탄소/질소의 경우 선택도는 아민화율이 3일 경우 60을 나타내었다. 습기체의 경우 상대습도가 100일 때 투과도가 70 barrer을 나타내었고 질소에 대한 선택도는 약 18 정도를 보여주었다. Aminated polyetherimide membrane synthesized in the laboratory according to amine ratio was used for measurement of gas permeability, diffusivity, and solubility about carbon dioxide, nitrogen, methane, oxygen, and sulfur dioxide with Time-lag method at room temperature. Generally, gas permeability is totally decreased because the more amination rate reacted to the main chain of amine groups, the more intermolecular space became narrow. However, gas permeability of sulfur dioxide was increased due to combination of sulfur dioxide and amine groups have acid and base properties respectively. Diffusivity and solubility of dry gas are totally decreased excluding sulfur dioxide as increasing amination rate. In case of sulfur dioxide, however, diffusivity as well as solubility was increased as increasing amination rate. Selectivity of carbon dioxide/nitrogen showed 60 when amination rate was 3. In case of humid gas, gas permeability of carbon dioxide was 70 barrer when relative humidity showed 100, and selectivity with nitrogen approximately showed 18.

실리카 화합물을 함유한 PVA/PAM 전해질 막의 제조 및 특성과 직접메탄을 연료전지로의 응용

윤석원(Seok Won Yoon),김대훈(Dae Hoon Kim),이병성(Byung Seong Lee),이보성(Bo Sung Lee),문고영(Go Young Moon),변홍식(Hong Sik Byun),임지원(Ji Won Rhim) 한국고분자학회 2010 폴리머 Vol.34 No.1