기존의 일반적인 에탄올 제조법으로는 1) ethylene의 가수분해, 2)전분이나 당분의 발효, 3)acetylene으로부터 얻은 acetaldehyde의 환원반응이 있다. 기존의 화석연로에 의존하지 않고 에탄올을 생성하는 방법은 발효에 의한 방법이다. 발효에 의해 생성되는 에탄올의 농도는 batch식 발효에서 13-14%, 고정화 발효방법에서 5-10%정도이다. 이를 고순도의 에탄올로 농축하기 위한 방법으로는 증류법, 투과증발법, 역삼투법등이 있으며 증류를 이용하여 농축하는 경우에는 상당히 큰 열에너지를 필요로 한다.

폐수처리장치등의 발효조와 매립지등에서 발생하는 biogas는 CO$_2$와 CH$_4$를 주성분으로 하여 $H_2S$, 할로겐화합물, 방향족화합물 등을 포함하고 있으므로 이들 성분들로 인한 환경오염의 방지와 함께, $CH_4$를 가스터빈에 의하여 전력을 생산하거나 천연가스에 상당하는 경제성있는 에너지원으로 변환시키기 위하여 분리, 정제 공정이 필요하다. 본 연구에서는 biogas의 주성분을 이루는 CO$_2$와 CH$_4$를 상용 Cellulose Acetate 막을 이용하여 분리함에 있어서 분리효과에 대한 두 기체와 막 사이의 상호영향을 알아보고자 하였다.

역삼투막에 이용되고 있는 고분자물질은 셀루로오스 아세테이트(CA)를 비롯하여 방향족 폴리아마이드가 주로 이용되고 있으며, 최근에는 폴리설펀막의 지지층 위에 계면중합법을 응용한 복합막이 주류를 이루고 있다. 여기서는 가장 많이 이용되고 있는 셀루로오스아세테이트를 이용한 역삼투 투과 특성에 관하여 연구하였다.

The Cassette system is a newly developed member of the range of Membrane Filtration Systems, designed for the ultrafiltration or microfiltraion of large volumes of fluid with main application emphasis being on water filtration.

In this paper we will first give a short overview of the more recent developments in MF, UF and RO. This is followed by a closer look on newer technologies applied in environmental problems. The applications looked an are the recovery of organic components from solvent laden gas streams and the separation of organic volatiles from aqueous waste waters via pervaporation. Technical solutions, the advantages and disadvantages of the processes and, where possible, cost estimations will be presented.

무기물질로 제조된 분리막은 대부분의 유기고분자 분리막에 비하여 열에 강하고, 구조의 안정성이 있으며, 유독 물질 및 미생물등에 영향을 덜받는다는 장점이 있어 폐수 처리, 식품 가공 및 생물 공학적 분리 목적으로 많은 연구가 진행되어 왔다. 최근 재료기술의 발달로 양질의 세라믹 분리막이 제조 가능하게 되었으며 다공성 alumina, zirconia, glass 분리막은 현재 4 nm - 5$\mu$m의 기공 범위로 상용화 되어 있다.

현재 이용되는 막들은 대부분 유기계 혹은 고분자계로 열적인 안정성이 적고 내약품성이 낮다. 그래서 본 실험에서는 내열, 내약품성이 우수한 무기기와 유기기를 조합하여 복합막을 제조하려 시도하였다. 이때 유-무기 복합상의 반응은 졸-겔 법을 이용하였는데 이 졸-겔 법이란 출발물질인 금속알콕사이드를 용액상에서 가수분해하여 졸을 얻고 축합반응을 통해 겔을 형성하여 무기고분자를 제조하거나 소결하여 필름, 분말, 섬유상, 괴상 등의 다양한 형태로 산화물을 제조하는 공정이다. 이는 분자적 차원에서 혼합하여 반응하므로 산화물간의 반응보다 반응성의 입장에서 훨씬 유리하며 또한 용액상에서 저온반응 하므로 기존에는 유기-무기기를 조합하는데 존재하는 문제를 해결 할 수 있다.

화학반응이 주로 고온에서 일어나기 때문에 polymer membrane의 화학반응에의 적용은 거의 없었으며, 연구의 대부분은 열적 안정성이 좋은 inorganic membrane reactor에 대하여 이루어져 왔다. 산 및 산화환원 촉매로써의 12-텅스토인산은 반응물의 종류에 따라 특이한 흡착 특성을 보이며, 헤테로폴리산만이 지니는 특징적인 surface, bulk 특성 때문에 바능물의 종류에 따라 반응은 촉매의 surface and/or bulk에서 일어난다. 무기 축합산인 12-텅스토인산이 지니는 또 하나의 특징은 물, 알콜, ether 같이 산소를 포함하는 organic solvent에 매우 잘 녹는다는 사실이다.

Functionalized organic polymers have been used as supports for heterogenized homogeneous catalytic process[1]. Sprcific advantages of using these resins as support reagents have been reviewed[2-4]. These include:

분리막법이 기체 분리에 응용된후 에너지 소비의 절감, 열안정성 등과 같은 장점들로 인해 수소회수 및 $H_2/CO_2$의 비율조정, $CH_4/CO_2$ 분리, $O_2/N_2$의 분리 등에 이용되고 있다. 이러한 분리막의 특성은 투과도와 선택투과도에 의해 결정되어지는데, 이들은 서로 상반된 경향을 나타낸다. 즉 투과도가 높으면 선택투과도는 낮아지고, 선택투과도가 높으면 투과도는 감소하게 된다. 그러나 이러한 두가지 특성 모두를 높이기 위한 연구가 활발히 진행되고 있는데, 그 연구방향은 새로운 고분자의 합성 및 고분자의 개질, 복합재료의 개발, 액정, 촉진수송법 등으로 나눠질 수 있다. 이중 촉진수송이란 특정한 기체와 가역적 친화력 혹은 흡착력을 갖는 운반체를 액체 혹은 고체막에 분산시켜 원하는 특정 기체만을 선택적으로 수송하는 것을 말한다.

화학공업에서 물질의 합성과 분리는 매우 중요한 공정이다. 특히 혼합물의 분리는 중요한 역할을 하고 있고, 그 분리 방법에 대한 연구도 광범위하게 진행되고 있다. 이와 같은 물질의 분리는 최근에 이르러 에너지의 절약과 분리의 고효율화가 요구되면서 여러 분야에서 많은 관심의 대상이 되고 있다.

만성대사 질환인 당뇨병 치료제로서 인슐린은 가장 널리 상용되는 약가운데 한가지 이다. 그러나 인슐린은 생물학적 반감기가 매우 짧아서 효과적으로 투여하기가 매우 어려워 현재까지 주사를 이용하여 투여하고 있으며 이에 따른 환자의 고통, 주사에 따른 불편함 및 과량의 인슐린이 투여 될 경우에 생기는 저혈당증등 여러가지 부작용을 수반하게 된다.

투과 증발법에 의한 유기 성분을 포함하는 물의 농축은 일반적으로 water-selective와 organic-selective인 2개의 투과 증발 장치를 연결하여 사용되어지며 이때 organic permeate는 재순환되고 그리고 organic retentate는 회수되어지며, water retentate는 다른 곳에 사용된다. 본 논문에서는 이중 두번째 단계인 water- selective 막을 이용한 투과 증발 분리에 대해 조사하였다.

알루미나 분리막이 세라믹 분리막의 연구개발 초기단계부터 많은 사람들에 의해 연구되어온 반면, TiO$_2$ 및 ZrO$_2$ 분리막에 관한 연구는 상대적으로 관심이 적었고 따라서 그 내화학성및 투과특성의 우수함이 밝혀진 것도 최근의 일이다. TiO$_2$ 및 ZrO$_2$ UF 분리막의 제조방법으로는 $Al_2O_3$ 의 경우와 마찬가지로 대부분 졸-겔 공정이 이용되고 있다.