Membrane Journal (멤브레인)

The Membrane Society of Korea (한국막학회)
권호 표지

Pervaporation Separation of Trace Toluene from Water Using Hydrophobic Copolyimide Membranes

소수성 폴리이미드공중합체 막에 의한 저농도 톨루엔함유 수용액의 투과증발분리

  • Kim, Jeong-Hoon (Environment & Energy Research Center, Sustainable Chemical Technologies, Korea Research Institute of Chemical Technology) ;
  • Chang, Bong-Jun (Environment & Energy Research Center, Sustainable Chemical Technologies, Korea Research Institute of Chemical Technology) ;
  • Lee, Soo-Bok (Biorefinery Research Center, Sustainable Chemical Technologies, Korea Research Institute of Chemical Technology)
  • 김정훈 (한국화학연구원 신화학연구단 환경에너지연구센터) ;
  • 장봉준 (한국화학연구원 신화학연구단 환경에너지연구센터) ;
  • 이수복 (한국화학연구원 신화학연구단 바이오리파이너리연구센터)
  • Published : 2007.12.30
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

Pervaporation separation of toluene from water were studied using hydrophobic copolyimide membranes. The copolyimide membranes were prepared from 4,4'-(hexafluoroisopropylidene)diphthalic anhydride (6FDA) and two diamines (polysiloxane diamine (SIDA)/2-(perfluorohexyl) ethyl-3,5-diaminobenzene (PFDAB)). The pervaporation properties for toluene/water were investigated in terms of mol ratio of SIDA/PFDAB in polyimide membranes. Sorption- and diffusion-related properties were measured to analyze the permeation properties in solution-diffusion theory, It was found that as the SIDA content in the membranes increased, sorption of toluene and sorption selectivity of toluene/water increased due to high affinity of siloxane moiety toward toluene. Diffusion coefficient of toluene and diffusion selectivity of toluene/water also increased with SIDA content due to high free volume of siloxane moiety. As the results, the permeation flux and pervaporation selectivity increased markedly from 0.005 $kg/m^2h$ to 049 $kg/m^2h$ and from 9 to 6380, respectively.

수질오염을 일으키는 휘발성 유기 화합물(Volatile Organic Compounds; VOCs)의 대표적인 종류의 하나인 저농도의 톨루엔이 함유된 수용액을 소수성 폴리이미드공중합체막을 이용한 투과증발법으로 분리하였다. 이를 위해 폴리실록산디아민(SIDA)과 과불소알킬기를 가진 방향족 디아민(PFDAB)의 비율에 따른 폴리이미드 공중합체 막을 제조하였다. 막제조에 사용된 SIDA/PFDAB 비에 따른 선택투과특성의 변화를 살펴보았다. 얻어진 투과특성을 용해확산이론으로 해석하기 위해 톨루엔 수용액의 수착특성을 조사하였으며 이를 토대로 확산도 특성을 조사하였다. 그 결과 실록산 고분자에 대한 톨루엔의 친화도의 증가로 SIDA의 함량이 많을수록 막 내의 톨루엔에 대한 용해도 및 톨루엔/물의 수착선택도가 커졌으며, 자유부피가 큰 실록산의 함량증가로 인해 톨루엔의 확산계수, 확산선택도가 증가하는 것을 확인하였다. 이러한 결과로 SIDA의 함량이 증가함에 따라 톨루엔에 대한 투과도는 0.005 $kg/m^2h$에서 0.049 $kg/m^2h$로 증가하고, 톨루엔/물의 투과선택도는 9에서 6380로 증가함을 관찰하였다.

Keywords

References

  1. H. L. Fleming, 'Consider membrane pervaporation', Chem. Eng. Prog., 88, 46 (1992)
  2. J. L. Humphrey, 'Separation processes: playing a critical role', Chem. Eng. Prog., 91, 31 (1995)
  3. 이용택, 심은영, 안효성, 'ZSM-5 제올라이트 분리막에 의한 3가 염소화합물의 투과증발 분리', 멤브레인, 16, 159 (2006)
  4. T. Uragami, H. Yamada, and T. Miyata, 'Removal of dilute volatile organic compounds in water through graft copolymer membranes consisting of poly(alkylmethacrylate) and poly(dimethylsiloxane) by pervaporation and their membrane morphology', J. Membr. Sci., 187, 255 (2001) https://doi.org/10.1016/S0376-7388(01)00355-6
  5. M. Peng, L. M. Vane, and S. X. Liu, 'Recent advances in VOCs removal from water by pervaporation', J. Hazard. Mater., B98, 69 (2003)
  6. 임지원, 남상용, 김영진, 천세원, 'PU/PDMS 막을 이용한 증기투과공정에 의한 물로부터 휘발성 유기화합물 제거', 멤브레인, 14, 157 (2004)
  7. M. Bennett, B. J. Brisdon, R. England, and R. W. Field, 'Performance of PDMS and organofunctionalised PDMS membranes for the pervaporative recovery of organics from aqueous streams', J. Membr. Sci., 137, 63 (1997) https://doi.org/10.1016/S0376-7388(97)00183-X
  8. B. J. Chang, Y. H. Chang, D. K. Kim, J. H. Kim, and S. B. Lee, 'New copolyimide membranes for the pervaporation of trichloroethylene from water', J. Membr. Sci., 248, 99 (2005) https://doi.org/10.1016/j.memsci.2004.10.002
  9. A. Heintz, H. Funke, and R. N. Lichtenthaler, Chapter 6, Sorption and diffusion in pervaporation membranes and R. Y. M. Huang, J. W. Rhim, Separation characteristics of pervaporation membrane separation process, Chapter 2, in: R. Y. M. Huang, (Ed.), Pervaporation membrane separation processes, Elsevier, Amsterdam, pp. 111-180 (1990)
  10. K. Okamoto, A. Butsuen, S. Tsuru, S. Nishioka, K. Tanaka, H. Kita, and S. Asakawa, 'Pervaporation of water-ethanol mixtures through polydimethylsiloxane block-copolymer membranes', Polym, J., 19, 747 (1987) https://doi.org/10.1295/polymj.19.747
  11. J. Schauer, P. Sysel, V. Marousek, Z. Pientka, J. Pokorny, and M. Bleha, 'Pervaporation and gas separation membranes made from polyimide/polydimethylsiloxane block copolymer', J. Appl. Polym. Sci., 61, 1333 (1996) https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-4628(19960822)61:8<1333::AID-APP13>3.0.CO;2-#