Recycling of Acidic Etching Waste Solution Containing Heavy Metals by Nanofiltration (I): Evaluation of Acid Stability of Commercial Nanofiltration Membranes

In this study the nanofiltration (NF) membrane treatment of a nitric acid waste solutions containing $Pb^{+2}$ heavy metal ion discharging from the etching processes of an electronics and semiconductors industry has been studied for the purpose of recycling of nitric acid etching solutions. Three kinds of NF membranes (General Electric Co. Duraslick NF-4040 membrane, Dow Co. Filmtec LP-4040 membrane and Koch Co. SelRO MPS-34 4040 membrane) were tested for their separation efficiency (total rejection) of $Pb^{+2}$ ion and membrane stability in nitric acid solution. NF experiments were carried out with a dead-end membrane filtration laboratory system. The membrane permeate flux was increased with the increasing storage time in nitric acid solution and lowering pH of acid solution because of the enhancing of NF membrane damage by nitric acid. The membrane stability in nitric acid solution was more superior in the order of Filmtec LP-4040 < Duraslick NF-4040 < SelRO MPS-34 4040 membrane. The total rejection of Pb+2 ion was decreased with the increasing storage time in nitric acid solution and lowering the pH of acid solution. The total rejection of $Pb^{+2}$ ion after 4 months NF treatment was decreased from 95% initial value to 20% in the case of Duraslick NF-4040 membrane, from 85% initial value to 65% in the case of SelRO MPS-34 4040 membrane and from 90% initial value to 10% in the case of Filmtec LP-4040 membrane. These results showed that SelRO MPS-34 4040 NF membrane was more suitable for the treatment of an acidic etching waste solutions containing heavy metal ions.

나노여과에 의한 중금속 함유 산성 폐에칭액의 재생(I): 상용 나노여과 막의 산 안정성 평가

본 연구는 전자 및 반도체 산업의 각종 에칭공정에서 발생되는 중금속 함유 산성 폐에칭액을 NF 막분리법을 이용하여 에칭액 회수와 중금속 처리를 효율적으로 수행하기 위한 NF 막공정의 운전조건을 설정하기 위한 기본 자료를 확보하는데 있다. 이를 위해 3가지 종류의 상용 NF 막(General Electric Co. Duraslick NF-4040 막, Dow Co. Filmtec LP-4040 막 및 Koch Co. SelRO MPS-34 4040 막)을 대상으로 $Pb^{+2}$ 중금속을 함유한 모의 질산 폐에칭액의 회분식(dead-end) 막여과 실험을 수행하여 폐에칭액의 투과 플럭스와 $Pb^{+2}$ 중금속 이온의 총괄 배제도를 측정하여 폐에칭액 처리에 우수한 NF 막을 선정하였다. 실험결과 질산용액에의 막 보관기간이 길수록, 질산용액의 pH가 낮을수록 산에 의한 막의 손상이 심해졌으며, 질산에 의한 막의 손상은 SelRO MPS-34 4040 < Duraslick NF-4040 < Filmtec LP-4040 막의 순서로 심하게 일어났다. 또한 질산용액에의 막 보관기간이 길수록, 질산용액의 pH가 낮을수록 $Pb^{+2}$ 이온의 배제도가 낮아졌으며, 배제도 값은 Duraslick NF-4040 막의 경우에는 95% 수준의 초기 배제도 값에서 질산용액에의 4달 보관 후에는 20% 수준으로, SelRO MPS-34 4040 막의 경우에는 초기 85% 수준에서 4달 후 65% 수준으로, Filmtec LP-4040 막의 경우에는 초기 90% 수준에서 4달 후 10% 이하 수준으로까지 감소하였다. 3종류의 상용 NF 막 중 내산성 용도로 개발된 SelRO MPS-34 4040 막이 중금속 함유 산성 폐에칭액의 재생에 가장 적합하였다.