아세틸화된 메틸 셀룰로오스를 이용한 정삼투막 제조 및 새로운 유도용액 적용에 관한 연구
A study on fabrication of acetylated methyl cellulose forward osmosis membrane and application of new draw solution
- 주제(키워드) 도움말 forward osmosis , acetylated methyl cellulose , draw solution , interfacial polymerization
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 이희우
- 발행년도 2013
- 학위수여년월 2013. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 도움말 일반대학원 화공생명공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000052601
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록/요약 도움말
오늘날 물 부족 심화와 복지에 대한 관심증대로 인한 음용수 확보를 위하여 정수공정에서의 분리막 적용이 확대되고 있다. 막분리 공정의 응용범위가 증가함에 따라 분리막에 대한 관심 역시 증대되었으며 이는 낮은 에너지 비용으로도 생산이 가능한 정삼투 공정에 대한 관심을 이끌었다. 따라서 본 연구의 목적은 환경 분야와 신재생 에너지 분야에 응용이 가능한 정삼투 공정에 적합한 분리막을 제조하고 새로운 유도용액을 찾아 공정에 적용시키는데 있다. Cellulose acetate계 고분자 물질은 친수성을 지닌 물질로 막오염 저항성이 우수하여 분리막 재료로 널리 사용되고 있으나, 약한 강도가 문제점이 되고 있다. 본 연구에서는 methyl cellulose의 아세틸화를 통해 고강도의 친수성 고분자인 acetylated methyl cellulose(AMC)를 합성하여 정삼투 분리막을 제조하였다. 적절한 AMC의 농도와 지지층 두께를 통하여 수투과량을 유지시킬 수 있었으며, 친수성 소재인 AMC는 내부 농도 분극 현상의 심화를 막아주었다. m-phenylenediamine(MPD)와 trimesoylchloride(TMC)로 이루어진 계면중합을 통해 형성된 활성층에 polyvinylalcohol(PVA) 코팅을 통하여 AMC/PA/PVA 정삼투 분리막을 제조하였다. 이는 상용화된 HTI 사의 CTA 분리막과 비교해 보았을 때, 비슷하거나 높은 수투과량과 뛰어난 역확산 방지 성능을 보여주었다. 또한 높은 해리도로 인해 높은 삼투압을 유발시킬 수 있고 가지형 구조와 일반적 유도용질보다 큰 분자량으로 정삼투 공정에서 역확산 방지에 탁월하다고 생각되어진 polyethyleneimine(PEI) 용액을 유도용액으로 적용시켜 보았다. 비슷한 구조를 통하여 ethylenediaminetetraacetic acid(EDTA) 와 citric acid trisodium salt(TSC) 용액 역시 정삼투 공정에 적용시켜 보았다. 이들은 기존의 유도용액과 비교해 비슷한 수투과량을 보여주었으며 AMC/PA/PVA 분리막에서 뿐만 아니라 상용화된 CTA 분리막에서도 탁월한 역확산 방지 성능을 보여주었다. 이 유도용액은 해수담수화에도 적용이 가능할 것으로 예상되어 지며, NF 분리막 등을 통하여 회수 가능성도 보여주었다.
more초록/요약 도움말
Recently, water shortage and attention for welfare lead to concern of water purification. to solve these problems, membrane separation is widely applied. as the application of membrane separation processes are increased, th interest in the membrane processes is also growing. this causes interest of membrane and forward osmosis(FO) process, which consumes low energy. as a result, this study is focused on the fabrication of forward osmosis membrane and application of new draw solution. Cellulose acetate(CA) polymer has excellent hydrophillicity that is very important in minimizing fouling. but this polymer has a problem of low mechanical strength. in order to achieve better mechanical properties and high hydrophilicity, forward osmosis membrane is fabricated acetylated methyl cellulose(AMC) polymer. acetylated methyl cellulose is chosen as the support material for thin film composite FO membrane because of its high molecular weight and hydrophilicity. high hydrophilic support layer decreases the internal concentration polarization and hence increases the membrane performance. the thin film composite AMC/PA/PVA FO membrane having thin active layer of polyamide and PVA cross-linked showed good flux and superior low back-diffusion than commercial membrane. In order to application of new draw solution for FO process, polyelectrolyte polyethyleneimine(PEI), ethylenediaminetetraacetic acid(EDTA) and citric acid trisodium salt(TSC) having branched structure are used to prepare a draw solution. FO process would be much attractive if there is no draw solute back-diffusion and the recovery of draw solutes is easy and economic. structure configuration of theses draw solutes leads to high osmotic pressure and low back-diffusion. these draw solutes have application possibility of desalination and recovery system. the overall performance demonstrates that theses materials are promising as draw solutes in FO processes.
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