Effect of Current Density and pH of Electrolyte on Anion-Exchange Membrane Fouling

Current density is an important operating parameter in the ion-exchange membrane process. We observed the effects of fouling of a Neosepta AMX anion-exchange membrane(Tokuyama Soda, Japan) in 0.02 M NaCl solution containing 100 mg/L sodium humate. Membrane fouling was analyzed by measuring the change in the electrical resistance in the under- and over-limiting current density regions. The experimental results found that membrane fouling was negligible at under-limiting current densities, but was increased significantly when an over-limiting current was supplied. After the fouling experiments, the current-voltage curves for the fouled membranes were measured. From the curves, we observed increased electric resistance and reduced limiting current density(LCD), caused by the accumulation of humic acid on the membrane surface. Furthermore, membrane fouling increased as the acidity of the electrolyte solution containing humic acid increased. This occurred because the fouling of an anion-exchange membrane is affected more by the physicochemical properties of the humic substance than by the surface charge of the humate.

전류밀도와 전해질의 pH가 음이온교환막의 막 오염에 미치는 영향

이온교환막 공정의 중요한 운전인자인 전류밀도와 전해질의 pH가 막 오염에 미치는 영향을 연구하였다. 휴믹산 100 mg/L를 포함하고 있는 NaCl 용액에서 Neosepta AMX (Tokuyama Soda, Japan) 음이온교환막의 막 오염 현상을 관찰하였다. 한계전류밀도(LCD) 전 후 영역의 전류를 공급하면서 이온교환막의 전기저항 변화를 측정하여 막 오염 현상을 분석하였다. 실험결과 LCD 이하에서는 전류밀도의 변화가 막 오염에 큰 영향을 미치지 않았다. 그러나 LCD 이상의 전류밀도에서는 막 오염이 심각하게 진행되는 것으로 나타났다. 실험 후 휴믹산에 오염된 막에 대한 전류전압 곡선에서도 LCD 이상에서 실험한 경우에 막 오염으로 전기저항이 증가하고 LCD가 감소한 것을 알 수 있었다. 또한 휴믹산이 포함된 전해질 용액의 pH를 산성 조건으로 조정한 후 실험한 결과 pH가 감소할수록 막 오염이 증가하는 것으로 나타났다. 이 결과로부터 막 오염이 휴믹산의 표면 전하에 의한 것보다 물리화학적 성질에 더 큰 영향을 받는다는 것을 알 수 있었다.