A permeation apparatus has been devdoped which could make the on-line measurements of both flux and permeate composition. Pervaporative experiment of a single component, i.e. water was performed by using poly(vinyl alcohol) membrane crosslinked with glutaraldehyde to confirm the validity of the apparatus. In the experiment, steady-state permeation was obtained in 15 minutes and the measurement could be completed within 20 minutes. A comparison of the on-line measurement was made with the fluxes measured simultaneously by the conventional method in which the permeates were collected by liquid nitrogen. The on-line measurement by the apparatus showed an excellent agreement with the conventional measurement within a difference of $\pm$2%. From the flux data with operating time, 3 kinds of diffusion coefficients of water $D_{slope}, D_{1/2}$, and $D_t$ were determined, which were also coincident with values in a literature. It was confirmed that accurate measurements of fluxes could be obtained from the apparatus.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.28
no.2
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pp.197-206
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2006
This study evaluated the effect of ultrasonic irradiation on improving the flux and cleaning efficiency in membrane process which is widely applied for the treatment of landfill leachate. The experiments on improvement of membrane flux according to the types of membranes(hallowfiber microfiltration, MF and tubular ultrafiltration, UF) were performed with changing frequency($40{\sim}120$ kHz), intensity ($200{\sim}500$ W) and irradiation time of ultrasound as well us operation pressure($0.1{\sim}2.3kg/cm^2$). Membrane was fouled for the first 50 min with primary treated leachate and then the change in flux according to ultrasonic irradiation period was observed for 70 min. Parameters influenced to the recovery ratio corresponding the net flux on pure water and to the enhancement ratio applied after ultrasonic irradiation on the flux were analyzed. In same condition, the flux was improved in proportion to ultrasonic intensity while the improvement of flux was inversely proportional to ultrasonic frequency. The cleaning effect of membrane was delayed and reduced when operation pressure of membrane was high. The recovery ratio and enhancement ratio for $0.1{\mu}m$ MF membrane were 10% and 500%, respectively while those were maximized at $75{\sim}98%\;and\;40{\sim}50%$ for UF membrane for 10,000 and 100,000 MWCO, respectively. In conclusion, it was confirmed that ultrasonic cleaning using mechanical vibration is alternative to water or chemical cleaning for improving membrane flux.
It is known that a key limiting factor to the use of ultrafiltration membranes is that of membrane fouling, which has been a major cause of permeate flux reduction. In this work, the effects of several factors (operating time, protein concentration, temperature and pH, etc.) influencing permeate flux during ultrafiltration of gelatin, casein and bovine serum albumin using a hollow fiber membrane(M. W. 10,000 cut off) reactor have been examined. The permeate flux of gelatin solution was maintained almost constant during the operation up to 6 hours, but those of casein and albumin solutions were decreased to 50% and 43% of initial value after an operation time of 60min. The permeate flux with increasing concentration and temperature of protein solutions increased, but the permeate flux showed a minimum value near the isoelectric point of proteins. The permeate fluxes of protein solution were enhanced by a temperature increase and pH control. Also, it is proposed that fouling can be decreased by the pretreatment of insoluble proteins with enzymes.
Ceramic membranes are prepared by using molding method of the glass materials, ceramic-silicone composite membranes are synthesized with immersing silicone compound of sodiumate, $S_3$-Al, S3and we investigated the properties of gas permeation. Ceramic membranes and ceramic-sodiumate membranes that has been prepared were identified as porous structure and ceramic-$S_3$-Al membranes and ceramic-$S_3$ membranes were showed with dense structure by immersion of silicone compounds. Gas permeation properties through the ceramic membranes and ceramic-sodiumate membranes decreased with increasing temperature and linearly increased with increasing pressure, ceramic-$S_3$-Al membranes and ceramic-$S_3$ membranes increased with increasing temperature and pressure effect was low. Permeation rate was found out high value with ceramic membranes and in order of ceramic-sodiumate membranes, ceramic-$S_3$-Al membranes and ceramic-$S_3$ membranes, but selectivity reversed in the order. Gas permeation mechanism through the ceramic membranes and ceramics-sodiumate composite membrane decreased with increasing temperature, suggesting an Knudsen diffusion mechanism, but ceramic-$S_3$-Al composite membranes and ceramic-$S_3$ composite membranes showed an activated diffusion by which gas permeation rates through the membranes increased with an increase in temperature.
In the process of pervaporation separation for aqueous ethanol solution through cellulose tai-acetate(CTA) membrane, the modelling on the solution-diffusion permeation mechanism was built up on the basis of sorption and permeation experimental results. Also its function type and parameter were examined. The composition of sorption equilibrium in three component system(Ethanol/Water/CTA) were compared with the calculated value by Flory-Huggins' equation using the pure component sorption data. In order to apply the thermodynamic equilibrium relationship between the membrane free composition in the membrane and the equilibrium composition in the liquid phase, the apparent activity this system, however, the results were not satisfied. Diffusion equations were expressed with the concentration gradient considering permeate alone, and a concentration-dependent diffusion coefficient which includes a parameter was used. And this model was fitted with the measured permeation rates. If the permeation rate and the amount of sorption of one component were much larger than those of the other, the bulk flow term could not be negligible. The flux and selectivity were increased with increasing temperature, and with decreasing downstream pressure.
For the treatment of reactive phenolic resin waste, a simulation model of pervaporative dehydration process has been developed through hollow fiber membrane module. Some of basic parameters were determined directly from dehydration of the waste liquid through a flat sheet membrane to get realistic values. The simulation model was verified by comparing the simulated values with experimental data obtained from hollow fiber membrane module. Hollow fiber membranes with active layer coated on inside fiber were used, and feed flew through inside hollow fiber. Feed flow rate affected membrane performances and reaction by providing a corresponding temperature distribution of feed along with fiber length. Feed temperature is also a crucial factor to determine dehydration and reaction behavior by two competing ways; increasing temperature increases permeation rate as well as water formation rate. Once the permeate pressure is well below the saturated vapor pressure of feed, permeate pressure had a slightly negative effect on permeation performance by slightly reducing driving force. As the pressure approached the vapor pressure of feed, dehydration performances declined considerably due to the activity ratio of feed and permeate.
The effects of interactions between permeant molecules or permeant and membrane material have been investigated on the permeation behavior of permeants in pervaporation of water/alcohol mix¬tures. A poly(vinyl alcohol) (PVA) membrane crosslinked with glutaraldehyde was employed in this study. A homologous series of alcohols in aqueous solution were used as feed. The pervaporation experiments were carried out with feed having 70-97 wt.% of alcohol contents and at various feed temperatures. In a high alcohol content above 92 wt.%, the permeation rate was increased in the order of interaction strength between alcohol and water in feed. However, in a low alcohol content below 90 wt.%, the tendency of the permeation rate was found to be opposite. These observations were discussed in terms of changes in interaction between permeant/permeant or permeant/membrane in varying feed composition and feed temperature.
Pervaporation-facilitated esterification with slow reaction regime was characterized by using a practical model based on non-perfect separation through membrane. A non-perfect separation in which the membrane is not perfectly permselective to water was applied to the model. Thus, membrane selectivity and membrane capability to remove water were included in the simulation model to explain how they influence the membrane-facilitated reaction process and improve the reactor performance. It was shown by simulation that in the reaction systems with non-perfect separation, reaction completion can hardly be achievable when any reactant at initial molar ratio=1 or the less abundant reactant at initial molar ratio>1 permeates through membrane, and the permeation of ester accelerates the forward reaction md increase reaction conversion at any instant through removal of product species like water. The volume change causes concentrating both reactants and products that affect the reaction with time in opposite ways; reactant-concentrating effect is dominant during the initial stage of reaction, increasing the reaction rate, and then concentrating product influences more reaction by decreasing the reaction rate.
Pervaporation experiments of ternary ethanol/isopropanol/water mixtures were performed using poly(dimethyl siloxane)(PDMS) membrane at $45^{\circ}C$ and the mutual effects of ethanol and isopropanol on the permeation characteristics were studied. Compared to the case of the binary aqueous ethanol or isopropanol solutions, the existence of ethanol or isopropanol in the ternary mixtures resulted in the depression of each other's permeation rate. The depression effect of ethanol on the isopropanol permeation was more considerable than the depression effect of isopropanol on the ethanol permeation. These decreases in the permeation rate were thought to be due to the larger interactions between permeants than the plasticizing effects of ethanol or isopropanol on the polymer membrane. The strong interactions between permeants reduced the driving forces for both ethanol and isopropanol permeation in the ternary mixtures.
Proceedings of the Membrane Society of Korea Conference
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1993.10a
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pp.56-57
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1993
고분자 막을 통한 투과증발에서의 전달기구는 액체 혼합액의 막으로의 용해, 막을 통한 확산, 막 하부에서의 증발을 거쳐 분리가 일어난다고 알려져 있다. 이때 투과증발의 선택도는 수착선택도와 확산선택도의 곱으로 표현 될 수 있다(1). 물의 선택적 분리의 관점에서 친수성 고분자 막을 이용하는 경우, 선택도는 대부분 수착선택도에 기인하며, 우수한 투과속도와 함께 집중적인 연구의 대상이 되었으나 가소화 현상이 심하게 일어나는 단점이 있다. 한편 소수성 고분자 막을 이용하는 경우의 투과 증발 선택도는 대부분 확산선택도에 기인하며, 가소화 현상은 억제되나 투과속도가 낮은 단점이 있다. 그러나 소수성 고분자 막을 이용하는 경우에도 물에 대해 높은 선택도를 달성 할 수 있는데, 예를 들어 polystyrene(PS)으로 만들어진 고분자 막 및 fluoroalkylacrylatemethylstyrene copolymer로 만들어진 고분자 막은 물-에탄올 공급액으로 부터 물에 대한 높은 선택성을 보여주고 있다(2,3). 그러므로 막분리층의 두께를 가능한 한 얇게 하면 분리에 유효한 막이 될 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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