투과성능에서 지지층의 역할을 개량적으로 분석하기 위한 Polyamide-양극산화 알루미늄 옥사이드 정삼투막의 활용

국문 초록 (Abstract)

정삼투 공정은 기존의 수 처리 기술들에 비해 낮은 에너지 소모율을 보이기 때문에 차세대 수 처리 기술로 주목 받고 있다. 그러나 정삼투 공정에 사용되는 정삼투막의 개발은 막 내부 농도 분극 현상에 의해 투과수량 확보가 어려운 상황이다. 막 내부 농도 분극 현상의 원인이 되는 정삼투막 지지층의 염 확산에 대한 저항은 지지층의 구조적 특성에 영향을 받는다. 일반적으로 얇은 두께, 높은 공극률, 그리고 기공의 모양이 직선에 가까울수록 낮은 저항을 갖는 이상적인 지지층이 된다고 여겨진다. 본 연구에서는, 이러한 조건에 부합하는 양극산화 알루미늄 옥사이드를 최초로 지지층으로 적용하는데 성공하였다. 제조 방법으로는 이미 잘 형성된 polyamide 선택층을 상업용 정삼투막으로부터 옮겨오는 방법 (Thin film transfer process)을 사용하였다. 또한 선택층과 지지층 계면의 접착력을 향상시키기 위해 지지층을 polydopamine으로 코팅하였다. 그 결과, 크게 향상된 투과수량을 보였고 이는 지지층의 저항이 낮아졌기 때문에 막 내 농도 분극 현상이 완화되었기 때문이라 볼 수 있다. 비록 소재와 방법의 실용적 가치는 제한적이지만, 기존 고분자 지지층에 비해 양극 산화 알루미늄 옥사이드의 두께나 공극률을 조절 할 수 있어 앞으로, 지지층 구조와 정삼투막 성능간의 관계를 보다 개량적인 측면에서 볼 수 있는 새로운 길이 열릴 것으로 기대 된다.

목차 (Table of Contents)

• 초록 I
• List of Figures V
• List of Tables X
• 제 1장 서 론 1
• 1.1. 정삼투 공정 1
• 1.2. 박막 복합 막 (Thin Film Composite membrane, TFC membrane) 4
• 1.3. 농도 분극 현상 (Concentration Polarization, CP) 9
• 1.4. 염의 확산에 대한 지지층의 저항 13
• 1.5. 양극산화 알루미늄 옥사이드 (Anodized Aluminum Oxide, AAO) 17
• 1.6. 연구 목적 19
• 제 2장 연구 방법 21
• 2.1. Thin film transfer process를 이용한 polyamide 박막과 양극산화 알루미나 필터를 이용한 TFC 정삼투막 제조 21
• 2.2. Polydopamine을 이용한 양극산화 알루미나 필터 코팅 24
• 2.3. 하이브리드 정삼투막 평가 25
• 2.4. 양극산화 알루미나 필터 지지층의 저항값 분석 29
• 제 3장 결과 및 고찰 31
• 3.1. 하이브리드 막의 특성 31
• 3.1.1. 적외선 분광 광도계를 통한 polyamide 선택층 조사 31
• 3.1.2. 전자주사 현미경을 이용한 하이브리드 정삼투막 조사 31
• 3.2 하이브리드 정삼투막 평가 36
• 3.2.1. Polysulfone과 양극산화 알루미나 필터 지지층의 저항 비교 36
• 3.2.2. Polydopamine이 코팅 된 지지층을 사용한 하이브리드 막 평가 42
• 제 4장 결 론 47
• 참고 문헌 49
• Abstract 53