Preparation of Crosslinked Polyvinylbenzylchloride Anion Exchange Composite Membranes using Fabric Substrates and Their Electrodialysis Application for Ion Removal

A series of anion exchange composite membranes were prepared and characterized for electrodialysis processes used in the removal of nitrate nitrogen and ions in groundwater. The membranes were prepared as follows; first, fabric substrates were fully impregnated with monomer mixtures of vinylbenzylchloride (VBC), divinylbenzene (DVB), Styrene (ST) and $\alpha,\alpha$-Azobis(isobutyronitrile) (AIBN). Second, they were thermally polymerized to yield crosslinked poly (VBCST- DVB)/fabric composite membranes. Finally, the membranes were treated with trimethylamine (TMA) / acetone to give $-N^+(CH_3)_3^-$-containing poly(VBC-ST-DVB)/fabric membranes. The basic membrane properties such as ion exchange capacity (IEC), electric resistance and water content of the resulting membranes were measured as a function of VBC/DVB and TMA/Acetone content. As a result, the composite membranes showed lower electric resistance and higher IEC than commercial anion exchange membranes (AMX, Astom). Electrodialysis tests using the prepared membranes were carried out for the removal of various ions such as $NaNO_3$, $MgSO_4$ and NaF for 60 minutes. The results showed that the ions were removed below 1 mg/L within about 15 minutes which indicates that the anion exchange membranes prepared here could be applied to the electrodialysis process. as can be seen in the following that the ion conductivity values were almost no change after 15 minutes electrodialysis.

천지지체를 사용한 가교화된 폴리비닐벤질클로라이드 음이온교환 복합막의 제조와 전기투석을 이용한 이온 제거 특성연구

본 연구에서는 지하수 내 질산성 질소 이온을 제거하기 위해 전기투석 공정에 적용가능한 음이온교환 복합막을 제조하였다. 막의 제조를 위해 기본 단량체로 vinyl benzylchloride (VBC)와 styrene (ST), 가교제로 divinylbenzene (DVB), 그리고 개시제 $\alpha,\alpha$-azobis(isobutyronitrile) (AIBN)으로 이루어진 단량체 용액에 구조적으로 단단한 fabric을 함침한 후 열중합 가교시켜 복합막을 생성한 다음 trimethylamine (TMA)과 acetone을 이용해 음이온 교환기($-N^+(CH_3)_3$)를 함유하는 복합막을 제조하였다. 제조한 아민화 완료된 poly(VBC-ST-DVB)/fabric 복합막들의 특성을 알아보고자 막의 함수율, 이온교환 용량(IEC) 및 전기저항을 아스톰사의 상용화 음이온교환막(AMX)과 비교 조사하였다. 그 결과 제조된 막들은 아스톰사의 AMX보다 높은 IEC와 낮은 전기저항 특성을 나타냈다. 또한 제조된 음이온막을 전기투석장치에 설치하여 $NaNO_3$, $MgSO_4$, NaF (각각 100 mg/L) 등의 이온제거 실험을 60분 수행한 결과 $NaNO_3$뿐만 아니라 $MgSO_4$, NaF 이온 등도 1 mg/L 이하까지 잘 제거되었음을 확인할 수 있었으며, 전기투석 15분 전후로 하여 이온전도도값의 변화가 거의 없는 것으로 보아 전기투석 특성을 실험한 결과 전기투석 약 15분 이내에 이온이 제거되었음을 확인할 수 있었다.