SEBS계 고분자 합성 및 제조된 이온 교환막 특성 평가를 통한 전기흡착탈이온 모듈에 대한 적용

임광섭,손태양,고태호,우창화,남상용 한국공업화학회 2019 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2019 No.0

현재 수자원 오염에 따라 직접적으로 느낄 수 있는 부분인 식수, 생활용수 부족 문제 해결을 위해 현재는 해수담수화 공정이 꾸준하게 연구되고 있다. 해수담수화 공정은 해수를 담수화 시켜서 수자원을 확보할 수 있는 기술이며, 그 중에서도 전기흡착탈이온(EAD) 공정은 많은 연구가 진행되고 있다. 전기흡착탈이온 공정은 수중에 녹아있는 무기물들이 대부분 이온화되어 있는 성질을 이용하여 이온교환을 통해 담수화를 진행하는 방법으로 이온 교환막을 이용한 전기투석법과 이온 교환 수지를 이용한 이온 교환 수지법이 혼합된 공정이다. 전기흡착탈이온 공정은 두 가지의 공정이 혼합되어 있는 방법이기에 각각의 공정보다 더 나은 효율을 나타낼 수 있지만, 이온 교환 수지의 분포에 따라 성능이 변할 수 있고 모듈이 커질 수 있는 단점을 갖고 있다. 본 연구는 현재 상용화된 이온 교환 공정에 사용되고 있는 모듈의 성능 향상을 위해 기존보다 이온교환용량이 더 향상된 고분자를 합성하고 기존의 이온 교환 수지보다 더 작고 균질한 이온 교환 능력을 가진 나노 입자 사이즈의 이온 교환 수지를 이용하여 이온 교환막을 제조하였다.

Poly(sytrene-ethylene-butylene-styrene)계 고분자 양/음이온교환 흡착 소재 및 분리막 제조와 접기흡착탈이온 공정을 위한 특성평가

손태양,우승문,고태호,남상용 한국공업화학회 2018 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2018 No.0

해수를 담수화하는 공정에는 많은 연구가 진행되었고, 그 중에서 양/음이온교환막을 이용한 전기투석법과 양/음이온교환수지를 이용한 이온교환수지법이 있다. 이 두 가지 공정을 혼합을 하여 이온교환을 보다 효과적으로 하기위해 이온교환매개체로 이온교환수지법을 전기투석법에 혼합하여 전기흡착탈이온 공정을 사용할 수 있다. 하지만, 양/음이온교환막 사이에 이온교환수지 때문에 모듈이 굉장히 사이즈가 커지는 단점이 있다. 뿐만 아니라 모듈의 성능을 결정하는 아주 중요한 인자로 모듈에 포함되는 이온교환수지의 균질한 크기 분포도, 당량 비가 있다. 그리하여 이러한 문제점들을 해결하기위하여, 본 연구는 현재 상품화된 이온교환공정 모듈보다 높은 성능을 가진 모듈을 제조하기 위함으로 이온교환용량을 향상시켜 이온교환능력이 우수한 고분자와 이온교환수지가 아닌 더 작고 균질한 이온교환능력을 지닌 이온교환나노입자를 제조하여, 이온교환막을 제조하였고, 이의 다양한 전기화학적 특성평가를 진행하였다.

수처리용 이온교환섬유 성능평가 장치 개발 및 성능평가 연구

여인설,박찬규 한국공업화학회 2016 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2016 No.1

최근 이온교환을 이용한 수처리 연구 및 개발이 활발하게 진행되고 있다. 이온교환이란 용액 중의 다양한 이온들과 불용성 수지 사이에서 같은 하전을 가진 이온들의 가역적인 교환을 말하며, 이러한 이온교환현상을 나타내는 물질들의 총칭을 이온교환체라 한다. 상에 따라 수지 혹은 섬유형태로 제작되며, 이온교환수지가 갖고 있는 작은 비표면적과 낮은 흡착능, 적은 흡착용량, 설비면적이 증가 등의 단점을 보완하기 위해 이온 기능기들이 함유된 이온교환섬유에 대한 관심이 고조되고 있다. 이는 수지에 비하여 흡착능력이 매우 뛰어나고 비표면적이 2-5배 이상 크며, 재생성이 우수한 장점을 갖고 있으며, 수처리 뿐만 아니라 대기 필터 산업에도 주목받고 있는 실정이다. 따라서 다양한 이온교환섬유 제품의 상용화를 위해 인증을 위한 성능시험평가를 수행할 수 있는 최적의 성능시험평가 장치의 개발 및 연구가 필요하다. 본 연구에서는 시험평가 규격에 기반하여 이온교환섬유의 성능시험 및 수처리용 여재로서의 성능특성을 평가하기 위한 장치를 개발하였고, 이를 이용하여 양이온, 음이온 교환섬유의 수중 오염물질 제거 성능 실험을 실시하였다.

도심 산지형 공원 능선부 식생유형에 따른 공기이온 평가 - 충주시 탄금대 공원을 대상으로 -

김정호,이상훈,윤용한 한국환경생태학회 2019 한국환경생태학회지 Vol.33 No.5

도심 산지형 공원 내 식생유형별 요인이 공기이온에 미치는 영향력을 파악하고자 충주시 탄금대 공원을 대상으로 수행하였다. 측정지점은 능선부 내 수종, 흉고직경, 울폐도, 층위구조에 따라 설정하였으며, 기상요소와 공기이온을 측정하였다. 공기이온 측정결과, 양이온 발생량은 평균 610.90±50.27ea/㎤, 음이온 발생량은 평균 723.58±64.25ea/㎤, 이온지수는 1.19±0.10 이였다. 식생유형에 따른 분석결과는 다음과 같다. 첫째, 공기이온은 수종, 흉고직경, 층위구조에 따라 차이가 발생하였으며, 통계적으로 유의한 것으로 분석되었다. 둘째, 이온지수와 식생유형과의 관계에서 수종, 흉고직경, 울폐도, 층위구조 모두에서 정의 상관관계로 분석되었으며, 양이온의 경우 수종, 흉고직경, 울폐도와 부의 상관관계, 음이온의 경우 수종, 흉고직경, 울폐도, 층위구조에서 정의 상관관계로 분석되었다. 셋째, 능선부 내 이온지수의 영향요인은 기상요인과 식생유형을 비교한 결과 식생유형의 상관계수가 더 높았으며, 세부적으로는 수종 > 층위구조 > 울폐도 > 흉고직경의 순이었다. 본 연구에서는 능선부를 대상으로 공기이온을 평가한 한계점이 존재한다. 이에 향후 공기이온에 대한 연구에서 지형구조, 식생유형을 모두 고려한 분석이 이루어져야할 것이며, 계절에 따른 변화·비교연구가 필요할 것으로 판단되었다. This study analyzed the influence of the environmental factor of each vegetation type in an urban, mountainous park (Tangeumdae Park in Chungju) on air ion. The measuring points were divided according to the tree species, diameter at breast height, crown density, and layered structure, and the meteorological factors and the air ion were measured. The results of the measurement showed the average generation of positive ions of 610.90±50.27 ea/㎤, the average generation of negative ions of 723.58±64.25ea/㎤, and the air ion index of 1.19±0.10. The results of the analysis, according to the vegetation type, are as follows. Firstly, the air ion varied according to the species, the chest diameter at breast height, and the layered structure, and was analyzed to be statistically significant. Secondly, the air ion and the vegetation type showed a positive correlation with the species, diameter at breast height, crown density, and layered structure. The cation showed a negative correlation with the species, diameter at breast height, and the crown density, and the anion showed a positive correlation with the species, the diameter at breast height, crown density, and layered structure. Thirdly, the ion index in ridges had a higher correlation with the vegetation type than the meteorological factors. In detail, the correlation was higher in the species > layered structure > crown density > diameter at breast height. This study had the limitation of evaluating air ions in the ridge. Therefore, future studies on air ion should consider both terrain structure and vegetation type and analyze the seasonal changes and comparison.

전기흡착탈이온 공정 적용을 위한 더 향상된 이온 교환 성능을 갖는 SEBS계 고분자 이온 교환막 제조 및 특성 평가

고태호,손태양,남상용 한국공업화학회 2019 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2019 No.1

해수담수화 공정은 수자원 부족 문제를 해결할 수 있는 기술로써 많은 연구가 지속되고 있다. 초기 해수담수화 공정은 증발법으로 열에너지가 필요한 단점이 있다. 이를 보완하기 위해 해수에 이온화되어 존재하는 무기물들의 성질을 이용하여 이온 교환을 통해 담수화 시키는 이온 교환막을 이용한 담수 공정이 주목을 받게 되었다. 전기흡착탈이온(EAD) 공정은 이온 교환막을 사용한 전기 투석법과 이온 교환 수지를 이용한 이온 교환 수지법을 혼용한 공정이다. 두 공정이 혼용되어 더 좋은 효율을 나타낼 수 있는 반면, 모듈 안에 이온 교환막과 이온 교환 수지가 같이 들어가기 때문에 모듈 사이즈가 커지는 단점이 있다. 또한, 이온 교환 수지의 성능에 따라서 모듈의 성능이 변하기 때문에 이온 교환 수지의 성능이 요구된다. 본 연구는 이온 교환 공정에서 사용될 수 있는 모듈의 이온 교환 성능 향상을 위해 이온 교환 용량이 향상된 고분자를 합성하였다. 또한, 기존보다 더 작고 균질한 이온 교환 능력을 가진 나노입자 사이즈의 이온 교환 수지를 제조하였고 고분자와 함께 이온 교환막을 제조하였다. 이 후 제조한 이온 교환막의 특성 평가를 진행하였다.

A Review on the Application of Ionic Liquids for the Radioactive Waste Processing

Byung Heung Park 한국방사성폐기물학회 2014 방사성폐기물학회지 Vol.12 No.1

이온성 액체 기술에서의 학문적 연구들은 원자력 산업으로 확대되어 왔으며 많은 연구자들에 의해 방사성 물질의 처리에 이온성 액체의 활용이 연구되어 왔다. 다수의 연구들에 의해 사용후핵연료에 포함되어 있는 금속 원소들의 분광학적, 전기화학적 거동에 대한 흥미로운 결과들이 보고되었다. TBP(tri-butyl phosphate)를 용해시킨 이온성 액체에서 측정되고 관찰된 금속 이온들의 물성들은 전통적인 수용성 공정에 대한 대안 기술 개발을 유발시켰다. 한편, 수용성 및 비수용성 공정에서의 활용을 위해 이온성 액체에서 금속 이온의 전기화학적 전착이 연구되었다. 본 연구에서는 이온성 액체 연구에서 주목할 만한 내용들을 분류하고 정리하여 핵연료주기에서 이온성 액체의 활용에 대해 고찰하였다.

하수고도처리의 탈인 흡착공정을 위한 인산이온 선택성 흡착제 개발

나춘기,박가연,송재준 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2018 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2018 No.-

최근 환경기준이 강화되면서 하수 처리공정에서 생물학적 처리와 탈인시설을 조합한 하이브리드형 고도처리 공정이 빠르게 도입되고 있다. 현재 도입되고 있는 탈인시설은 대부분 응집제 투여를 바탕으로 하는 화학적 처리공정으로 비교적 처리공정과 유지관리가 간단하여 처리효율의 신뢰도가 높은 장점이 있는 반면에 화학약품 비용과 발생된 슬러지의 처분비용 등이 매우 높다는 단점이 있다. 이에 반해 하이브리드형 고도처리시스템을 구축하는데 있어 가장 단순하고 안정적인 단위공정의 하나로 알려진 흡착법은 이온성 물질의 동시제거가 가능하면서도 기후 및 농도에 관계없이 처리효율이 비교적 일정하고, 부생독성물질을 생성시킬 위험성이 없다는 장점을 가지고 있다. 그럼에도 불구하고 흡착법이 하수처리의 탈인공정으로 널리 활용되지 못하는 이유는 인산이온만을 선택적으로 흡착할 수 있는 흡착제가 없기 때문이다. 최근 저자들은 하수처리수를 이용한 컬럼실험을 통해 강염기성은 물론 약염기성 음이온교환수지 모두 하수 중에 다량 함유되어 있는 황산이온의 방해로 인산이온을 거의 흡착하지 못함을 확인하였다. 즉, 고정층 컬럼 실험을 통해 얻은 인산이온의 흡착량은 인산이온만 있을 경우 134 mg/g인데 반해 실폐수의 경우 Cl과 SO₄이온의 흡착경쟁 때문에 10.4 mg/g으로 감소하여 실폐수 적용이 불가능하였다. 본 연구는 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 방안으로 금속이온을 중심으로 하는 배위결합을 통해 인산이온을 선택적으로 흡착할 수 있는 흡착제를 개발하는데 목표를 두고 있다. 인산이온의 배위결합에서 루이스 산역할을 할 수 있는 금속이온으로 Al³⁺, Fe³⁺, La³⁺, Y³⁺, Sn³⁺ 및 Ti³⁺를 선택하고 각각의 수산화물 또는 하이드로스 산화물의 인산이온 흡착능을 비교하여 보았다. 배위결합 중심 금속으로 선정된 금속화합물의인산이온 흡착량은 수산화물의 경우 La(OH)₃>Y(OH)₃>Fe(OH)₃>Al(OH)₃ 순으로 높았고, 하이드로스 메탈의 경우 SnO>TiO 순으로 높았다. 한편, Fe³⁺의 경우 β-FeOOH로 가공할 경우 Fe(OH)₃에 비해 인산이온의 흡착량이 3배 이상 증가하였다. 이상의 결과로 미루어 인산이온의 배위결합을 위한 루이스 산으로 La³⁺가 가장 우수한 성능을 보였으며, Fe³⁺의 경우 FeOOH 형태로 가공했을 때 높은 선택성을 보였다. 우선적으로 란탄수산화물(La(OH)₃)에 대한 흡착성능을 흡착경쟁, pH 영향 및 흡착등온의 관점에서 평가하였다. 그 결과 란탄수산화물은 공존하는 Cl-이온이나 SO₄ ^2-이온의 함량에 관계없이 일정한 인산흡착량을 보여 이들 이온들과의 흡착경쟁이 없음을 알 수 있었다. 란탄수산화물의 인산 흡착능은 대체로 산성영역에서 높았으며 pH가 증가할수록 감소하는 경향을 보였다. 란탄수산화물의 인산 최대 흡착량을 확인하기 위해 인산(PO₄ ^3-)초기농도 0.2-2.0 mmol/L, 흡착제 투여량 0.1, 0.5, 1.0 g/L 조건에 흡착등온실험을 실한 결과 Langmuir 최대 흡착량이 147-335 mg/g으로 추산되었다.

금속이온 주입기에서의 Co 이온의 인출 특성 연구

이화련,홍인석,티투안,조용섭,Lee, Hwa-Ryun,Hong, In-Seok,Trinh, Tu Anh,Cho, Yong-Sub 한국진공학회 2009 Applied Science and Convergence Technology Vol.18 No.3

양성자기반공학기술개발사업단에서는 설치된 금속이온주입기를 이용하여 금속이온의 인출 시험 중에 있으며 120keV의 금속 이온주입이 가능하다. 현재 코발트 이온 주입의 타당성 확인을 위한 특성시험을 수행하고 있다. 이온원에 알루미나 도가니를 설치하여 분말 코발트 염화물을 고온($648^{\circ}C$) 가열에 의한 증기화로 인하여 플라즈마 방전이 되도록 하였다. 아크전압 120V, EHC 출력 250W에서 코발트 이온을 인출하기 위한 플라즈마를 발생하고 유지할 수 있었다. 코발트 이온 빔 전류는 플라즈마 내 아크전류에 의존하였으며 0.18A일 때 최대 빔전류 $100{\mu}A$를 얻을 수 있었다. 질량분리전자석에 의해서 $Co^+$와 $CoCl^+$, $Cl^+$ 이온의 첨두 빔 전류 비율을 확인하였고 전체 이온 대비 $Co^+$ 이온의 비율이 70% 수준을 유지함을 알 수 있었다. $Co^+$ 이온을 알루미늄 시료에 빔전류 $10{\mu}A$, 90분 동안 이온주입 하여 RBS(Rutherford Backscattering Spectrometry)분석법으로 $1.74{\times}10^{17}#/cm^2$의 이온량을 확인하였다. Proton Engineering Frontier Project (PEFP) has supplied the metal ions to users by using an installed metal ion implanter of 120 keV. At present a feasibility study is being performed for a cobalt ion implantation. For a cobalt ion extraction we studied to sustain the high temperature($648^{\circ}C$) for metal ions vaporization from a cobalt chloride powder by using an alumina crucible in the ion source. The temperature condition of the crucible was satisfied with the plasma generation at the arc current of 120V and EHC power of 250W. The extracted beam current of $Co^+$ ions was dependent on the arc current in the plasma. The maximum beam current was $100{\mu}A$ at 0.18A of the arc current. The 3 peak currents of the extracted ions such as $Co^+$, $CoCl^+$ and $Cl^+$ were obtained by adjusting a mass analyzing magnet and the $Co^+$ ion beam peak current fraction as around 70% in the sum of the peak currents. The fluence of the implanted cobalt ions at the $10{\mu}A$ of the beam current and 90 minutes of the implantation time into an aluminum sample as measured around $1.74{\times}10^{17}#/cm^2$ by a quantitative analysis method of RBS (Rutherford Backscattering Spectrometry).

IC-MS/MS를 이용한 수중의 과염소산이온 분석방법 최적화 및 한강수계내 분포조사

김현희(Hyun Hee Kim),한인섭(Ihn Sup Han),정관조(Gwan Jo Jeong),박현(Hyeon Park),한선희(Sun Hee Han),조완선(Wan Seon Cho) 大韓環境工學會 2010 대한환경공학회지 Vol.32 No.4

과염소산이온의 분석을 위해 전기전도도 검출기(CD; conductivity detector)를 연결한 이온크로마토그래피(IC; ion chromatography) 방법이 지금까지 가장 널리 사용되어 왔다. 그러나 이 방법은 시료의 조성에 영향을 받을 수 있고, 정량한계를 낮추는데 한계가 있다. 따라서, 본 연구에서는 미량의 과염소산이온 분석을 위해 이온크로마토그래피 질량분석법 (IC-MS/MS; ion chromatography mass spectrometry)을 제시하였다. IC-MS/MS를 이용한 과염소산이온의 분석방법을 적용한 결과 평균회수율 104.4±5.7%, 상대표준편차 1.9±1.3%를 얻었으며, 검출한계(MDL; method detection limit)는 0.0207±0.0099㎍/L를 얻을 수 있었다. IC-MS/MS를 한강수계 지류천과 본류에 적용시킨 결과, 최소 <0.1㎍/L에서 최고 18.30㎍/L 범위로 나타났다. 서울시 6개 아리수정수센터의 취수원수와 정수에서는 과염소산이온이 0.18~0.34㎍/L의 농도로 존재하는 것으로 나타났다. Ion chromatography (IC) coupled with conductivity detector (CD) is a common system for the determination of perchlorate in water samples. Although the IC method with CD has been widely used for the determination of trace level perchlorate ion in water, sensitivity decreases dramatically as the complexity of the matrices increases. Here we proposed the application of ion chromatography coupled with mass spectrometry (IC-MS/MS) to significantly improve selectivity of perchlorate. The mean recovery of the method was 104.4±5.7% and the relative standard deviation (RSD%) was 1.9±1.3%. The calculated method detection limit (MDL) was 0.0207±0.0099㎍/L. The concentrations of perchlorate were minimum <0.1㎍/L and maximum 18.3㎍/L in source water (Namhan, Bukhan and Han River). Hongreung showed higher concentrations (1st-14.3㎍/L, 2nd-18.3㎍/L) than the other places. And the concentrations of perchlorate were 0.18~0.34㎍/L in the samples taken from the six water treatment plants and six intake stations in Seoul.

올레핀 가교형 음이온 교환 멤브레인의 개발 및 전기화학적 특성

양지해,최성호 한국공업화학회 2019 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2019 No.1

최근 에너지 수요가 급증함에 따라 전기에너지를 저장할 수 있는 에너지 저장 장치가 세계적으로 주목받고 있다. 에너지 저장 시스템의 효율을 결정하는 것은 에너지 저장 장치의 구성요소 중 하나인 이온교환 멤브레인이다. 레독스 흐름전지와 연료전지에 활용되는 이온교환 멤브레인은 우수한 이온전도도와 물리적 화학적 안정성이 요구된다. 높은 물리적 안정성을 확보하기 위하여 가교구조를 갖는 멤브레인을 제조하나 이 구조는 이온 수송을 방해하여 낮은 이온전도도를 나타내는 것으로 보고되어 왔다. 따라서, 본 연구는 이온 교환 그룹이 포함된 친수성 작용기를 가교 결합을 통해 하나의 사슬로 고정시킴으로써 이온채널을 강화하고 높은 이온전도도를 가지도록 하였다. 구체적으로 poly(arylene ether ketone)을 주쇄로 합성후 측쇄의 이온교환 그룹 사이를 라디칼 중합으로 가교 시켜 이온채널을 형성하였다. 제조한 이온교환 멤브레인은 IEC, 이온전도도, 팽윤율, 물흡착량을 측정하였다.