Abstract
The hydorgen ions in PVA/SSA membranes were substituted with monovalent metal ions, $Li^{+}$, $Na^{+}$, $K^{+}$, divalent metal ion forms, $Mg^{2+}$, $Ca^{2+}$, $Ba^{2+}$, trivalent metal ion forms, $Al^{+}$. The effect of exchange with metal ions was investigated through the swelling measurement and pervaporative experiments for water-ethanol and water-methanol mixtures at various operating conditions. In addition, ESCA analysis was carried out to study the substitution of the metal ions in membranes. The swelling ratio decerased in the sequence of $Li^{+}$, $Na^{+}$, $K^{+}$ and this might be due to the 'salting-out` effect while the swelling ratios for divalnet and trivalent ion-substituted membranes were affected by the combined effect of salting-out, electrostatic crosslinking and extent of metal ion substitution. For the pervaporation performance, PVA/SSA-$H^{+}$membrane showed the lowest flux and highest separation factor for all aqueous ethanol solutions. The typical results of the flux, 59 g/$m^{2}$hr and the separation factor, 44 were obtained at $50^{\circ}C$ for 90% ethanol aqueous mixture. For water-methanol solutions, the PVA/SSA membranes substituted with monovalent PVA/SSA membranes substituted with divalent and tribalent metal ions, both `salting-out` and electrostatic effects affected the pervaporative results.
PVA/SSA-$H^{+}$으로 제조된 막은 1가 이온 $Li^{+}$, $Na^{+}$, $K^{+}$, 2가 이온 $Mg^{2+}$, $Ca^{2+}$, $Ba^{2+}$, 3가 이온 $Al^{+}$로 치환되었다. 각 금속이온이 치환된 막의 금속이온의 효과를 알아보기 위하여 물-에탄올 및 물-메탄올 혼합용액에 대하여 팽윤도 및 투과증발 실험을 수행하였다. 또한 이들의 치환정도를 알아보기 위해 부분적으로 ESCA 실험을 통하여 알아보았다. 물-에탄올 및 물-메탄올 혼합용액에 대한 팽윤도는 $Li^{+}$> $Na^{+}$>$K^{+}$의 순으로 감소하였는데 이는 금속이온의 `salting-out'효과에 기인하는 것으로 사료되었으며, 2가 및 3가이온의 경우의 팽윤도 결과는 `salting-out' 효과뿐만 아니라 electrostatic 가교 및 금속이온의 반응성에 의해 좌우되는 것으로 사료되었다. 투과증발실험을 통한 투과도면에서는 물-에탄올 용액에 대해 PVA/SSA-$Na^{+}$막에서 최소치를 보였다가 PVA/SSA-$K^{+}$막에서 다시 증가하는 결과를 얻은 반면에 선택도는 반대의 경향을 얻었다. 대표적 분리 결과는 $50^{\circ}C$에서 90%에탄올 수용액에 대하여 투과도는 59 g/$m^{2}$hr, 선택도는 44의 값을 얻었다. 물-메탄올 용액에 대해서는 1가이온의 경우 에탄올 용액과 같은 경향의 결과를 얻었으나 2가 및 3가 이온의 경우 팽윤도 실험 결과와 마찬가지로 `salting-out' 효과 그리고 electrostatic 가교 등에 의해 영향을 받는다고 할 수 있다.
