알루미나 분말이 분산된 고분자용액을 비용매 유도 상전이법으로 방사 및 소결하여 알루미나 중공사막을 제조하였다. 용매-비용매의 상호작용 속도에 따른 중공사막 기공 구조 형성을 확인하고, 특성을 분석하기 위해 dimethylsulfoxide (DMSO), dimethylacetamide (DMAc), triethylphosphite (TEP) 용매를 사용하여 방사액을 제조하였으며, 고분자 바인더로는 polyethersulfone (PESf), 첨가제로는 polyvinylpyrrolidone (PVP)를 사용하였다. 알루미나 중공사막의 기공 구조 변화를 확인하기 위해 SEM으로 중공사막 단면을 분석하였다. DMSO, DMAc 용매를 사용할 경우 지상 구조(finger-like structure)와 망상 구조(sponge-like structure)가 복합된 기공 구조가 나타났으며, TEP 용매를 사용할 경우 전체적으로 망상 구조를 가졌다. 기공 구조에 따른 중공사막의 특성을 확인하기 위해 기체투과도, 기공도 및 기계적 강도를 측정하였다. 망상 구조를 갖는 중공사막은 높은 기체 투과특성을 보였으며 지상 구조가 증가할수록 기체투과도가 감소하였다. 반대로 기계적 강도는 지상 구조가 발달할수록 증가하였다.
본 연구에서는 정삼투 중공사막 모듈에서 중공사막의 가닥을 비틀어 배치하였을 때의 효과를 알아보기 위해 CFD전산 유체 역학 프로그램을 통해 5개의 다른 각도로 비틀린 중공사막 모듈을 설계하고 시뮬레이션하여 비틀리지 않은 모듈과 비교하였다. 실험 결과, 중공사막이 비틀렸을 때, 모듈 내부의 유도 용액의 농도가 비틀리지 않을 때에 비해 고르게 분포하였다. 모듈 입구의 압력은 중공사막의 비틀림과 관계없이 일정한 값을 보였지만 출구의 압력은 중공사막이 비틀린 정도가 커질수록 증가하는 추세를 보였다. 출구의 압력이 높아짐에 따라 막 내부의 유체 속도가 감소하고 모듈 체류 시간이 증가하여 막사이의 물질 교환이 원활하게 이루어질 것으로 예측된다. 이는 결과적으로 막이 비틀려 있을 때의 모듈 플럭스가 투과 수량이 차지하는 비율이 그렇지 않을 때에 비해 2배 증가하였다.
1. 서론 : 적절한 이산화탄소의 분리는 지구온난화의 가속현상을 늦출 수 있을 뿐만 아니라 각종 탄화수소가스의 원료로 분리 정제된 이산화탄소를 재이용할 수 있으므로 경제적으로 매우 중요하다. 이산화탄소 분리에 사용되던 기존 공정들의 단점을 보완할 수 있는 대체방안으로 최근에 개발되기 시작한 것이 소수성의 다공성 고분자 분리막(hydrophobic porous ploymeric membrane) 방법인데, 이는 모듈의 유효 막 표면적이 상대적으로 크고 기체와 액체의 흐름을 독립적으로 제어할 수 있으므로 범람 등의 현상이 없으나 막 자체의 저항이 비교적 큰 단점을 가지고 있다. Qi와 Cussler는 이러한 특성을 가지는 중공사막 모듈에서의 기-액 흐름에 대한 물질전달 상관관계식을 얻었으며[1], Karoor 등은 여러 가지 중공사막 모듈을 사용하여 순수물과 diethanolamine(DEA) 등의 흡수제에 대한 이산화탄소의 물질전달 거동을 수치모델과 실험을 통하여 고찰하였다[3]. 또한 중공사막 접촉기의 실제적 응용에 대하여 Matsumoto 등은 화력발전소에서 발생하는 연소가스 내의 이산화탄소 흠수에 대한 연구를 수행하였다[4]. 본 연구에서는 중공사막 접촉장치를 사용하여 흡수제를 순수물과 탄산칼륨($K_2CO_3$)을 사용했을 경우의 이산화탄소의 분리 거동을 수치모델과 실험을 통하여 고찰하였다. 수치모델의 경우 이전까지의 연구가 반응이 없는 경우나 반응식을 간략화시킨 경우에 한정되었는데 비하여, 반으이 있는 경우 각각의 반응물질들의 거동을 고려한 반응식을 유도하여 해를 구하고자 하녔다.
제주지역 양조산업의 산업화 기술 개발의 일환으로 제주지역의 대표적인 전통 좁쌀 약주 제품에 대하여 유통 과정 중에 발생하는 침전 형성을 방지하는 기술을 개발하기 위하여 여과 공정 개선에 관한 연구를 실시하고 개선 방안을 제시하였다. 각종 공극 크기의 유리 막 여과지와 중공사막 카트리지 여과 연구 결과, 이 좁쌀 약주 제품에서 대부분이 침전 형성 가능한 입자들은 1.2$\mu\textrm{m}$여과 매질 공극 크기에 의한 여과에 의하여 제거 되여 보통의 소비에 문제가 되는 침전은 잘 않되는 것으로 조사되었다. 현재 제품 제조 현장에서 사용되고 있는 l$\mu\textrm{m}$ 공극 크기 원통형 정밀 여과기인 경우 이론적으로는 합당하나 여과 매질에 대한 산업 인 공극 크기에 대한 오차 한계인 $\pm$20-30% 때문에 일부제품에서 침전 발생하는 것으로 분석되었다. 또한 4$^{\circ}C$와 실온을 48시간씩 반복하면서 3개월간 저장 중 유리 막 여과지인 경우는 0.7$\mu\textrm{m}$ 공극크기의 여과에서도 세밀한 관찰에 의하여 침전형성이 관찰되었으나 중공사막인 경우에는 0.45$\mu\textrm{m}$에서도 전연 침전형성이 관찰되지 않았다. 따라서 완벽한 침전 형성 방지를 위해서는 최종 여과공정에 중공사막 여과 시스템 도입이 효과적이며, 설계 기준은 0.45$\mu\textrm{m}$ 공극과 내경 1mm정도의 중공사막을 유효 여과 면적 1$m^2$정도를 가지도록 하는 중공사막 여과 시스템인 경우 여과 능력은 약400ι/hr로 계산되었다.
황사현상은 세계적 규모의 사막화진행과 무관치 않는 지구환경의 중요한 한 부분이다. UNEP의 현황조사에 의하면 세계의 육지면적의 약1/4, 즉 건조지대의 약 70%에 해당하는 약36억ha가 사막화하여 세계인구의 약1/6이 직접 영향을 받는 것으로 추정하고 있다. 사막화의 피해가 세계의 각대륙에서 나타나고 있지만 특히 아프리카대륙, 다음이 아시아의 황폐화가 현저하다. (중략)
사막은 일조량이 많고, 세계적으로 넓은 규모를 가지고 있어 대규모 태양광 발전소 건설에 주목받고 있지만, 태양광 모듈 표면에 쌓이는 모래먼지로 인하여 발전효율 저하가 발생되고 있는 실정이다. 이에 태양광 모듈 표면의 모래먼지를 제거할 수 있는 태양광 모듈 크리닝 시스템을 개발 하였다. 본 논문에서는 사막 환경을 고려하여 물을 필요로 하지 않는 압축공기 및 회전하는 브러쉬로 모듈 표면을 세척하는 Solar Module Cleaning System을 제안한다.
상전이 공정에 의해 제조된 기체분리용 중공사막은 1차적으로 방사원액의 조성과 내.외부응고제의 조성, 중공사 방사조건 그리고 후처리 과정에 의해서 전체적인 구조가 결정되어진다. 특히 기체 분리에 이용되는 Nonprous Membrane의 경우 Dense Skin의 Thickness와 Pinhole의 유무에 따라 투과성과 선택성에 커다란 영향을 미친다. 따라서 최근에는 Dense Skin의 초박막화와 Pinhole이 없는 비대칭막 제조등 폭넓은 연구가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 CO$_2$ Gas 분리용 Polyetherimide 중공사막을 제조하여, 중공사막 제조조건과 후처리 조건에 따른 $CO_2/N_2$ Gas의 분리계수를 측정하였다.
다공성 고분자 분리막을 제조하는 방법으로 기존의 용매교환법을 대신하여 내용매성, 내약품성 및 내열성이 매우 뛰어난 고분자를 소재로하여 다공성 고분자막을 만드는 열유도 상분리법(Thermally Induced Phase Separation, TIPS)이 개발되었다. TIPS공정에서는 주로 고분자/희석제 system의 열역학적인 불안정성에 의하여 polymer-rich phase와 polymer-lean phase로 상이 분리되는 liquid-liquid phase separation과 결정성 고분자의 결정화에 의한 solid-liquid phase separation을 주로 상분리 mechanism으로 사용하고 있다. 따라서 위에 언급된 TIPS 이론에 근거한 melt spinning 공정에 의하여 PP 중공사막을 제조하였는데 wet spinning 공정에 의한 용매 교환법에 비해 비교적 공정이 단순하고 다공도를 조건하기가 용이하며 구조 및 성능면에서도 높은 재현성을 가지고 있다. 또한 우수한 소재임에도 불구하고 절절한 용매의 부재로 용매교환법에서 사용할 수 없었던 폴리올레핀계, 나일론계, 방향족출합계 고분자를 사용할 수 있게 되어 소재의 폭이 넓어졌다는데에 가장 큰 장점이 있다. 본 연구에서는 PP중공사막을 제조하기 위하여 먼저 용융 방사장치를 제작하였고 melt spinning 공정에 의해 막을 제조하는데 적합한 방사조건들을 확립한 후 결정된 방사조건에 의해 얻어진 PP 중공사막의 구조 및 성능에 영향을 미치는 인자들에 관하여 조사하였다.
봄철에 우리나라에 날아오는 황사는 발원지가 중국 고비 사막, 황하강 상류 및 타클라마칸 사막으로 알려져 있다. 그리고 최근에는 해마다 중국에서 여의도의 6배 정도의 면적이 사막화되어 피해가 심화되고 있고, 바람의 방향도 다양하여 피해 대상국도 대한민국과 일본과 같은 극동아시아 뿐만 아니라 중앙아시아까지도 확대되고 있다. 이 때문에 UN에서는 주변국들의 협조로 사막의 산림녹화 등에 힘쓰고 있으나 커다란 효과를 나타내지 못하고 있는 실정이다. (중략)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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