독립적 유기단량체 적층방식으로 제조된 선택층을 이용한 정삼투 분리막 = Forward osmosis membrane using the independently fabricated mLbL selective layer

국문 초록 (Abstract)

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_s)은 비슷하지만 수투과유속 (Water flux, J_w)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.