유화제의 물리화학적인 성질을 이용하여 O/W와 W/O에멀젼을 제조하는 방법(예:PIT method, D-phase method)은 이제까지 많은 연구가 진행되어 왔으며, colloid mill, homogenizer, ultrasonic emulsifier와 같은 유화장치도 지속적으로 개발 및 개선되고 있다. 하지만 이들 방법은 공정의 정확한 조절이 어려우며, 제조된 에멀젼의 입자크기 분포가 다분산적(polydispersed)이라는 단점을 가지고 있다. 이를 극복하기 위한 방법으로 1980년대 중반에 일본에서 처음으로 개발된 막유화법이 있다. 이 기술은 pouous glass membrane 가운데 기공크기(pore size)가 균일한 SPG(Shirasu Porous Glass)막을 사용하여 균일한 입자분포를 가지는 에멀젼을 제조하는 것이다. 한편 막유화에 사용되는 막이 갖추어야 할 조건은 다음과 같다.

Active transport is one of the essential function of biological membrane transport systems, in which substrates are transported from lower to higher concentration side against their concentration gradient. In this article, we describe photo- and pH-induced active transport models by designing the functional carriers based on the affinity-switching strategy.

무기막은 고분자막에 비해 기계적, 열화학적 안정성이 매우 크기 때문에 다양한 분야에 응용이 가능하다. 따라서, 이러한 무기막의 장점을 이용한 분리 공정의 개발 및 분리 성능이 탁월한 새로운 형태의 무기막을 개발하려는 노력이 활발히 이루어지고 있다. 현재까지는 주로 액상분리, 농축 공정 등에 활용이 되어왔으나, 최근 들어서는 기체 분리 또는 반응 등의 분야에 이용하기 위한 다양한 형태의 막 제조와 이들을 이용한 공정개발에대한 연구가 많이 이루어지고 있다. 특히, 고분자막의 활용이 불가능한 200$\circ$C 이상의 고온조건에서 이루어지는 기체분리 또는 촉매반응 등의 분야에 무기막을 이용하려는 연구가 활발하다. 본 연구에서는 상압화학증착법을 이용하여 다공성 유리관 위에 타이타니아, 실리카, 알루미나 등의 복합박막을 제조하고, 제조변수가 분리막의 특성에 미치는 영향에 대해 살펴보았다.

Separation with synthetic membrane have become increasingly important processes in many fields. In the most application of membrane process, polymer membrane is used. the main advantage of polymers as a material for membrane preparation is the relative simplicity of this film formation which enables one to obtain rather high permeability rates. However, polymeric membranes have several limitations, such as high temperature instability, swelling and decomposition in organic solvent, et. al.. These limitations can be overcome by inorganic membrane. At the present time, commercially available inorganic membranes have pore diameters ranging 5nm to 50mm, and the predominant flow regime in such membrane is Knudsen diffusion. Since the Knudsen permeability is directly proportional to the molecular velocity, gases can be separated due to their molecular masses. However, this separation mechanism is only of important for light gases such as H2 and He. Other separation mechanisms like surface diffusion, active diffusion can play an important role only with very small pore diameters(2nm) and give rise to large permselectivities. Therefore, preparation of inorganic membrane with nano-sized pore have been attracting more and more attention.

한외여과를 비롯한 막분리 기술은 의약 및 식품산업 등의 화학공학분야, 각종 제조업에서의 배수처리 및 물질회수 등에 널리 이용되는 실용기술로서 앞으로 활용이 기대되고 있다. 최근에 막분리 기술은 상.하수 및 배수 등의 수처리 분야에 있어서도 이용되고 있으며, 역침투에 의한 해수담수화, 정밀여과에 의한 탁질제거 등의 상수처리, 한외여과와 역침투에 의한 초순수제조, 한외여과와 RO등에 의한 잡용수도의 정화처리, 한외여과와 정밀여과를 고액분리장치로서 분뇨 및 하수처리 등과 같은 처리에 광범위하게 이용되고 있다. 또한 한외여과 등으로 유용미생물을 고농도로 유지하여 특정물질의 제거와 유용물질 등을 회수하는 Process도 개발되고 있다. 본 논문에서는 일본에 있어서 분리막을 도입한 배수처리 및 분뇨처리의 기술개발과 혐기성소화의 기능향상에 관한 연구의 현황에 관하여 소개하고, 분리막에 관한 한.일의 연구자간의 정보교환이 되었으면 한다.

Although the transport of small molecules through polymer membranes has been extensively studied for a long time, understanding of the transport mechanism is still far from satisfactory. This in turn makes difflcult the search for new membrane materials with the desired transport characteristics. Therefore it is of the utmost interest to study the correlations between a polymer's structure and morphology and its transport properties. Generally, polyurethanes serve as excellent polymer materials for such studies since their physical and chemical properties can be widely and systematically modified by varying the length, composition and chemical structure of the hard and soft segments. In this paper liquid crystalline polyurethanes are presented as new membrane materials for liquld separation and their transport properties with respect to molecular and supermolecular-structure are discussed.

The diffusional behavior of many non-solvents in glassy or semicrystalline polymers cannot be adequately described by a concentration-dependent form of Fick's law, especially when mass transfer is coupled with structural changes. Many mathematical models have been devised to interprete non-Fickian diffusion dominated by relaxation kinetics. In formulation of non-Fickian diffusion mathematics, therefore, the most important factor to consider is how relaxation effects can influence the governing constitutive equation and boundary conditions. That is, relaxation parameters can be accommodated by variable boundary conditions or a modified continuity equation, or both, depending on specific systems and conditions (Frish, 1980). Accoring to Astarita and Nicolais (1983), the model equations can be broadly categorized as continuous or discontinuous. Continuous model equations encompass phenomena where the structural change takes place gradually over the whole volume of the polymer sample (Crank, 1953; Long and Richman, 1961; Berens and Hopfenberg, 1978). On the other hand, discontinuous model equations deal with the phenomena where the morphological change appears to be abrupt (Li, 1984). Four mathematical models with different relaxation parameters were applied to fit the anomalous sorption data observed in fluoropolymers (PVDF, ECTFE). The fitted result for PVDF-benzene sorption data is shown in Fig. 1.

폴리술폰을 이용한 분리막의 제조에 있어서 용매 및 조성의 변화에 따른 상도의 작성은 매우 큰 정보를 제공한다. 즉 상도를 통해서 상분리 현상을 예측할 수 있게 되어서 막의 미세구조를 조절할 수 있게 되고, 막의 미세구조를 조절함으로써 투과 분리 특성을 향상시킬 수 있게 된다. 본 실험에서 사용된 고분자는 폴리술폰(Udel P-3500)이며, 용매로는 NMP와 THF를 사용하였다. 실험적으로 흐림점을 측정하여 binodal line을 얻었으며 문헌값, 계산값, 실험값 등을 통한 interaction parameter 값들로 부터 binodal line과 spinodal line을 구하여 실험값과 비교 하였다.

우수한 산소선택 투과막 소재를 얻기 위하여 높은 산소투과계수를 보이는 짧은 실록산 사슬과 금속이온과 착체를 형성할 것으로 기대되는 피리딘 고리를 번갈아 가지는 폴리 아조메틴을 합성하여 얻어진 막의 산소투과성을 검토했다. 또 같은 방법으로 합성한 폴리아미드의 한소투과특성과의 비교도 시도하였다.

기존에 membrane의 소재로 사용되어 왔던 Polyethersulfone은 막 제조 특성이 우수하고 여러 가지 환경에 대한 저항성이 뛰어나서 많이 이용되어 왔지만 소수성을 띠므로 농도분극과 fouling등 많은 문제점을 안고 있다. 이런 문제점을 극복하기 위하여 친수성의 도입, 물리적, 화학적 세척등 여러 가지 방법을 사용하고 있고 본 연구에서는 hydrophobic Polyethersulfone에 hydrophilic Sulfonate group(-SO$_3$H)을 도입하여 이와같은 문제를 극복하고자 했다. 본 연구에서 사용한 sulfonating agent로는 Chlorosulfonic acid (in CCl$_4$)를 사용하였다.

고분자 분미막을 이용한 분리기술은 기존의 분리기술에 비하여 에너지의 절약과 높은 분리효율 등의 장점이 있어 거의 모든 산업에 이용되고 있다. 분리막의 용도가 다양화됨에 따라서 내열성, 내약품성, 내유기용매성을 갖는 막소재의 개발이 필요하게 되었다. polyimide(PI)게의 고분자는 물리, 화학적 성능이 우수하고 내열성과 내유기용매성 등이 우수한 열가소성수지로서 film, sheet, tubular형으로 만들 수 있어 한외여과막이나 역삼투막, 기체분리막 등에 이용되고 있다. 그러나 투과속도를 높디고, fouling을 줄이기 위해서는 화학적 개질을 통해 친수성을 높이는 방법이 필요하다. 본 실험에서는 내열성과 내유기용매성이 우수한 polyetherimide계 고분자를 chlorosulfonic acid(CSA)를 이용하여 술폰화시킴으로써, 극성기의 도입에 의해 친수성이 향상된 sulfonated polyetherimide(SPEI)를 합성하였다.

역삼투막을 통한 물질전달에 대해서는 많은 모델식이 제안되어 왔으며, 이들을 통해 막의 특성을 규정하여 왔다. 역삼투막을 통한 물질전달에는 많은 변수가 있으며, 이들 가운데 일부는 정량적으로 측정할 수 없는 부분이 포함되어 있으며, 기존의 방법은 이들을 실험을 통해 정해지는 막이나 공정에 의존하는 특성값으로 고려하였다. 본 연구논문은 이와 같은 막특성값으로 간주되어온 분배계수의 고찰을 토대로 막분리 과정에서 일어나는 물질전달현상을 막물질의 특성과 연계하여 설명하고 이로부터 막분리에 유리한 막물질형태의 제안을 목적으로 하고 있다.

막분리 공정의 공업적인 이용을 위해서는 막을 특정 용기에 적재한 모듈의 형태가 요구되는데 모듈의 형태에 따라 평판형(plate and frame), 나권형(spiral wound), 관형(tubular), 중공사형(hollow fiber)모듈 등이 있다. 이 중에서 관형 시스템은 내경이 12.5~25 mm, 길이 0.6~6.4 m에 이르는 비교적 큰 open channel로 되어 있으며 공급액 유로가 일반적으로 커서 전처리를 행하지 않고도 fouling이 적으며, 또한 막 표면의 세정이 약품에 의한 것 이외에 스폰지 볼 등에 의한 물리적 세정도 가능하므로 응용 범위가 넓다는 것이 특징이다. 한외여과 공정의 가장 큰 문제점은 농도분극 및 fouling 현상에 의한 플럭스 감소이다. 농도분극 현상은 경계층에서 용질의 대류,확산적인 전달에 기인하여 막 표면으로 갈수록 진해지는 용액층의 형성을 의미한다. 이 현상은 가역적인 과정으로서 감압함으로 원상태로 회복이 가능하며 조작 압력에서 정상상태가 되면 막투과 플럭스는 일정한 값을 유지한다.

산업발달과 도시인구의 집중현상은 물 수요의 급격한 증가를 초래하였고 날로 심각해지는 수질오염 및 수자원의 고갈이라는 어려움에 직면하고 있다. 이러한 요인으로 최근, 폐수 및 하수의 재이용기술 특히, 그 중에서도 막분리공정을 이용한 재 이용에 관심이 집중되고 있으며, 그 적용 또한 확산되고 있다. 특히, 막분리기술 중에서도 한외여과막이나 역삼투막을 이용한 공정이 큰 관심의 대상이 되고 있다. 막분리공정을 이용한 폐수 및 하수의 재이용에 대한 관심은 양호한 처리수질, 장치의 Compact 성, Scale-up의 용이성, 오염된 수자원의 재이용과 효융성이 우수하며, 현재는 경제성 등 몇가지의 문제점을 가지고 있으나, 그에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며 그 적용 또한 매년 증가하고 있는 추세이다. 본 연구에서는 폐수 및 하수 재이용시스템개발을 목적으로 사내에서 발생되는 금속표면처리폐수 및 도금폐수 그리고 호텔오수에 대해서 재이용가능성을 조사하기 위한 연구를 진행하였다. 연구의 목적달성을 위해 UF 및 RO Module를 장착한 Pilot Plant를 개발하여 연구를 진행하였으며, 이를 통하여 최적 폐수 재이용시스템의 개발, 유지관리, 현장적용을 최종 목표로 하였다.

무기막을 기체 분리 및 분리막 반응기에 적용하려면 특정 기체에 대한 선택도 뿐만 아니라 절대 투과 속도 또한 높아야 한다. 박막 담지 무기막은 다공성 지지체를 사용하여 그위 또는 그 기공 내에 선택적 투과성을 지니는 막을 합성한 형태로서, 되도록 얇은 선택적 투과막을 지지체에 제조함으로써 투과도를 향상시킬 수 있다. 고온에서 수소에 투과성이 있는 실리카막의 경우 기공의 크기기 4nm 정도인 다공성 유리를 지지체로 하여 화학증착법으로 제조하는 연구가 많이 수행되어 왔으며 400$\circ$ 이상의 온도에서 막을 통한 수소의 투과도는 0.1 cm$^3$[STP]/min-atm-cm$^2$ 수준이었다. 본 연구에서는 실리카 담지 무기막의 수소 투과성 향상을 위하여 기공의 크기가 다공성 유리보다 큰 다공성 알루미나를 지지체로 사용하였으며, 이 지지체의 기공 내부에 솔-젤 및 화학증착법에 의하여 실리카 막을 합성하고 고온에서의 기체 투과 특성을 살펴보았다.

최근의 산업발달로 고품위, 고순도의 제품을 얻기 위한 분리 공정 분야의 중요성이 대두되는 가운데 경우에 따라서는 지금가지 보편적으로 이용해 오던 증류, 추출 등의 공정들보다 더욱 효과적이고 경제적인 방법인 막분리 기술이 지속적으로 발전을 거듭해 오고 있다. 막분리 분야에서는 무기막 분야보다는 주로 고분자 분리막이 공업적으로 더 많이 응용되어 왔으나, 조업 조건상 때로는 사용에 제한을 받는 경우도 있다. 무기막의 발전은 고분자막을 사용할 수 없었던 조업 분야에 막분리 기술을 확대시켜 나갈 수 있는 계기를 마련할 수도 있다. 이에 본 연구에서는 시판되는 막의 결손 부분을 선택적인 방법으로 caulking하는 방법을 시도하였고, caulking전후의 기체와 액체의 투과도와 PEG/water 혼합물의 rejecting test를 비교해서 caulking의 효율성 여부를 판단하였다.

Heterophase polymer system has been attractive for a potential applicability to gas separation membrane material. It has been known that there is a trade-off between gas permeability and its selectivity in common polymers. Therefore, the heterophase polymer can be an alternative for a gas separation membrane material because its transport properties can be readily controlled by blending of two different polymers. The transport properties of immiscible polymer blends strongly depend upon the intrinsic transport properties of corresponding polymers. Another important factor to determine the transport properties is their morphology: volume fraction, size and shape of dispersed phase. Although the effect of the volume fraction of the dispersed phase on the transport properties has been widely investigated, the size and shape effects have been paid attention very much. In an immiscible polymer blend of two polymers, its morphology is primarily controlled by its volume fraction of dispersed phase. Therefore, the effect of the size of the dispersed phase can be hardly seen. Therefore, a block copolymer has been commonly employed to control their morphology when each block is miscible with one or the other phase. In this work, gas transport properties will be measured by varying the morphology of the heterophase polymer membrane. The transport properties will be interpreted in terms of their morphology. The effect of the volume fraction of the PI phase and, in particular, its size effect will be investigated experimentally and theoretically.

공기로 붜 산소와 질소의 분리, C$_1$-화학공정중의 부산물 가스분리등은 많은 에너지를 필요로 하는 화학공정이다. 이런 에너지 집약적 분리공정에서는 에너지효율을 높이기 위하여 막분리공정의 적용을 고려할 수 있다. 막분리에 적용되는 기체분리막은 분리의 원리에 따라 (a)knudsen flow separation, (b)Molecular sieving separation, (c) Solution-diffusion separation 등으로 나눠진다. 이중 molecular sieving membrane (공경: <7${\AA}$)은 solution-diffusion막보다 높은 투과도와 선택도를 갖기 때문에 최근에 들어 높은 관심을 받고 있다. 그러나 장기성능저하, fouling제거, 제조방법상의 문제점에 대한 해결이 요구되고 있다. 본 연구에서는 폴리이미드를 열분해법을 이용하여 탄화시켜 탄소분자체막을 제조하였고 막제조시에 발생하는 기계적 강도약화를 해결하기 위한 고찰을 행하였다.

기체 막분리 공정은 상업적으로 많은 개발의 여지를 가지고 있지만 RO, UF, MF 등과 같은 수처리분야 정도로 공정의 개발 및 실제 응용분야는 매우 미약한 형편이다. 이와 같은 현실에서 최근 청정 에너지로 각광을 받고 있으며 화학공정의 주원료로 잠재적인 수요를 가지고 있는 수소 기체와 지구 온난화 물질 중 가장 대표적인 물질로 주목받고 있는 이산화탄소의 분리를 목적으로 공정 개발의 타당성 연구를 전산모사를 통해서 수행하였다. 본 전산모사의 목적은 공정 형태별 최적의 공정조건 선정을 위한 타당성 연구를 목적으로 하고 있다.

Polyanion-polycation complexes had been known for a long time on an empirical basis fromthe mutual precipitation of proteins, before Kossel at the end of the previous century recognized the electrostatic nature of the interaction between oppositely charged polyions. The formation of polyelectmlyte complexes is essentially a result of the electrostatic nature of the interaction between oppositely charged polyions. This interaction in the macroscopic homogeneous system the phase transition by polysalt precipitation as well as the chemical and physical structure of polyelectrolyte complex membranes have been intensively investigated from the themodynamical and kinetical point of view.

Chitin, which is obtained mainly from the cuticle of a marine crustacean, has recently aroused great interest in its industrial and biomedical applications. Chitosan, deacetylated form of chitin, appears to be more useful for biomedical application and dehydration of aqueous solutions than chitin, since it has both hydroxyl and amino groups that can be modified easily. Amino groups on chitosan reacts with dialdehyde to form a Schiff base and then crosslinked, and can be easily neutralized with sulfuric acid and metal ions. Polyfunctional metal ions can form a metal-polyelectrolyte complexes with chitosan. Membranes used in modules so far working in industrial pervaporation plants are generally of composite type. This composite membrane was prepared by coating a porous polysulfone ultrafiltration membrane support of definite structure with a thin, dense layer of permselective chitosan. To apply industrial scale pervaporation process for dehydration of aqueous ethanol and isopropanol, chitosan composite membranes were prepared and tested at various conditions.

투과증발법은 상부에 액체공급액이 반투과막과 접촉하고 있고 하부에 진공에 가까운 낮은 압력을 걸어줌으로써 투과물이 수증기로 제거되는 막공정의 하나이다. 막을 통한 분리는 혼합물의 각 성분이 막내에서 다른 용해도와 확산도를 가지고 있기 때문에 발생한다. 이 공정의 지배적인 전달 메카니즘은 용해-확산 모델을 기초로 하고 있기 때문에 전형적으로 투과증발막은 대개 미세다공성 지지체에 얇은 선택성을 가진 재료를 입힌 복합막을 사용한다. 본 연구의 목적은 선택성을 가진 상부층막이 키토산인 복합막에서 지지체 구조의 영향을 살펴보고 키토산 복합막에 대한 물-에탄올 분리에 대해 최적의 모델을 찾는 것이다. 투과증발막소재로서의 키토산은 친수성기를 가지고 있으므로 물과 알코올의 분리에서 물만을 선택적으로 흡수하여 투과시키는 우수한 성능을 지니고 있으나 더욱 효과적인 막성능을 발휘하기 위해서는 지지체의 역할 및 막성능에 영향을 끼치는 여러 가지 인자들을 고려해서 막을 설계하는 것이 필요하다. 여기서는 상부층의 막두께, 지지체의 특성, 피드 농도 등을 변화시켜 가장 적당한 모델을 예측하였다.