Membrane separation is extensively used for water/wastewater treatment because of its efficiency separation processes. However, particles in the feed water can deposit and accumulate on the membrane surface to created cake layer. As a consequence, the selectivity of the membrane and flux through the membrane are decreased, which is called fouling/blocking phenomenon. In order to solve fouling problem, we developed a novel membrane named Carbon Whisker Membrane (CWM) which contains vapor-grown carbon fibers/whiskers on the surface of the membrane and a layer of carbon film coated on the ceramic substrate. We firstly employed polymethyl methacrylate (PMMA) as a testing material to investigate the fouling mechanism. The results suggested that Carbon Whiskers on the surface of the membrane can prevent the directly contact between the membrane body and particles so that the fouling/blocking could not occurred easily compared to the membrane without carbon whiskers. We also researched the relationship with the diameter, density of carbon whisker on the membrane surface and total flux of solutions. Finally, we will be able to control the diameter and density of carbon whiskers on the membrane and existence of carbon whiskers on the membrane, it is important factor, might be prevent fouling/blocking in the water treatment.
Immediate use of activated carbon incorporated polysulfone membrane application for dye separation was reported in this work. Dimethylformamide (DMF) was used as the solvent for the membrane preparation. The membrane thus prepared were characterized in terms of surface morphology, ATR-FTIR, AFM, experimental results as membrane performance. The resultant nanofiltration (NF) membranes were tested with Congo red dye concentration 200 mg/L. The water permeability was found to be considerably higher than that reported in literature. Experimental results show that the real rejection of the Congo red is 99.57% over the transmembrane pressure 100 psi using 30% activated carbon incorporated membrane. Prepared NF membranes shows the corresponding permeates fluxes were $40Lm^{-2}h^{-1}$ to $82Lm^{-2}h^{-1}$ with different activated carbon percentage incorporated in polysulfone membrane. The present study demonstrated that dye rejection enhanced NF may be a feasible method for the dye wastewater treatment. The overall observations thus indicated that toxic residual dyes can be appreciably separated from the membrane technology, provided that the accompanying polymeric membrane, activated carbon as binding agents and the process parameter levels are astutely selected.
Carbon materials obtained from organic polymers are usually amorphous structure. The structure of carbon materials is not nearly as well defined as that of zeolite. Carbon are amorphous materials with comparatively wide pore size distribution as compared to the crystalline zeolites with monodisperse ultramicropore and micropore dimensions. (omitted)
흡착과 막을 융합시킨 분리기술은 수처리와 같은 환경 분야에서 많은 응용이 기대된다. 이 융합기술에 막분리 공정에서 문제가 되는 막 fouling을 억제시키기 위해 막표면에 카본휘스커를 성장시킨 기능성 카본막을 개발하였다. 본 연구에서는 기능성 카본막의 제조 Mechanism을 밝히기 위해, 각각의 혼합비율인 폴리머라텍스로 전처리를 하고 CVD(Chemical Vapor Deposing)법에 따라 막을 제조하였다. 이 막을 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope(SEM)), CHN분석기(Elemental Analyzer), X-선회절법(X-Ray Diffraction(XRD))으로 분석하였다. 그 결과 3번막(PVdC(PolyVinyl di-Chloride):PVC(Polyvinly Chloride)=4.5:55)의 경우가 카본휘스커의 직경과 밀도가 높았다. 이것은 폴리머라텍스의 수소함유량에 따라 카본휘스커의 직경과 밀도를 조절하는 것이 가능할 것으로 보인다.
In this study, effect of activated carbon size on flux and fouling of membrane was investigated on activated carbon and membrane hybrid system. The activated carbon was prepared with crushing and screening. The activated carbon was named by A100, B100, A200, B200, A325 and B325 due to size of activated carbon. The permeability for A100, B100, A200 and B200 showed no significant difference. However, the permeability for A325 and B325 was decreased rapidly and was lowed due to increase the concentration of NOM. Main resistance for A100, B100, A200 and B200 was identified as irreversible fouling. However main resistance for A325 and B325 was identified as reversible fouling. The smaller activated carbon adsorbs NOM faster than bigger particles, which can show high permeability at early stage of the operation and then showed faster decrease of permeability at end of the operation.
Bovine Carbonic anhydrase (BCA) was immobilized on a submicro-porous membrane through covalent immobilization. The immobilization was conducted on the porous membrane surface with the treatment of polyethyleneimine, glutaraldehyde, and the anhydrase, in sequence. The immobilization was confirmed using X-ray photon spectrometer. The pH values of carbon-dioxide saturated solution with buffer were monitored with respect to time to calculate the catalytic activities of hydration of carbon-dioxide for free and immobilized CA. The catalytic rate constant values for free CA, immobilized CA on polystyrene nanoparticles, and immobilized CA on a porous cellulose acetate membrane were 0.79, 0.67, and 0.56 $s^{-1}$, respectively. Reusability was studied up to 10 cycles of $CO_2$ sequestration. The activity for the CA immobilized on the membrane was kept to 95% after 10 cycles, and comparable to the CA on the nanoparticles. The stabilities for heat and storage were also investigated for the three cases. The results suggested that the CA immobilized the membrane had the least loss rate of the activity compared to the others. From this study, the porous membrane was feasible as a carrier for the CA immobilization in hydration and sequestration of carbon-dioxide.
전도성 활성탄소와 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF)를 이용하여 제조된 탄소막을 이용하여 폐수의 Total dissolved Solid (TDS)를 제거할 수 있는 탄소막 시스템을 제조하였다. 100 ppm의 NaCl, $Na_2SO_4,\;MgCl_2,\;MgSO_4$수용액을 이용하여 탄소막의 기본 특성을 알아보았으며, (주)경인양행의 실제폐수인 염료폐수로부터 TDS를 제거하는 실험을 위하여 가로 ${\times}$ 세로가 각각 20cm인 탄소막 240장으로 구성된 Pilot 규모의 탄소막 시스템을 구성하였다. 원폐수를 초순수로 적절히 희석하여 제조된 6가지의 TDS (941, 2050, 2810, 3830, 4960, 6030 ppm)를 지닌 실제폐수를 이용하여 제조된 Pilot규모의 탄소막 시스템의 TDS 제거성능을 알아보았으며, 여러 운전조건에 따른 탄소막 시스템의 분리특성을 알아보았다.
이산화탄소에 대한 가소화 안정성 및 이산화탄소/질소의 분리특성이 탁월한 폴리이서술폰(PES)중공사 분리막에 의한 이산화탄소 분리특성을 수치해석으로 알아보고자 하였다. 공정변수에 따른 이산화탄소 분리 거동을 예측하기 위하여 공급 기체와 투과기체가 같은 방향으로 흐르는 병류 흐름에 대한 분리막 공정 지배 방정식을 5차 Runge-Kutta-Verner 방법을 사용하여 Compaq Visual Fortran 6.6 소프트웨어를 이용 공정모사 프로그램을 개발하였다. 개발된 프로그램을 사용하여 수치해석을 수행한 결과, 이산화탄소 투과특성에 영향을 주는 가장 중요한 인자로서 공급 이산화탄소 분압, 투과측과 분리막 내부의 압력비 그리고 공급 기체가 분리막 내부에 머무르는 체류 시간임을 알 수 있었다.
This paper reports fabrication and characterization of a pressure sensor using a pitch-based carbon fiber. Pitch-based carbon fibers have been shown to exhibit the piezoresistive effect, in which the electric resistance of the carbon fiber changes under mechanical deformation. The main structure of pressure sensors was built by performing backside etching on a SOI wafer and creating a suspended square membrane on the front side. An AC electric field which causes dielectrophoresis was used for the alignment and deposition of a carbon fiber across the microscale gap between two electrodes on the membrane. The fabricated pressure sensors were tested by applying static pressure to the membrane and measuring the resistance change of the carbon fiber. The resistance change of carbon fibers clearly shows linear response to the applied pressure and the calculated sensitivities of pressure sensors are $0.25{\sim}0.35 and 61.8 ${\Omega}/k{\Omega}{\cdot}bar$ for thicker and thinner membrane, respectively. All these observations demonstrated the possibilities of carbon fiber-based pressure sensors.
나노 소재는 표면적이 매우 크고 크기나 기공이 균일하여 분리막에서 물질 전달통로나 특수한 기능성을 갖게 하는 소재로 이용이 가능하다. 그중에서도, 그래핀, 그래핀 옥사이드 및 탄소나노튜브와 같은 나노탄소 구조체에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 일차원 구조를 갖는 탄소나노튜브의 경우 우수한 열적, 화학적 및 기계적 성질을 가지고 있으나, 기존 연구에서는 주로 고분자와 혼합하여 기계적 물성을 강화하는 복합소재로서 사용됐으며, 응용분야의 한계를 가지고 있었다. 본 연구에서는 폴리 에틸렌 글리콜 다이아크릴레이트(PEGDA) 고분자 내에 개질된 탄소나노튜브를 혼합하여, 기체 분리막에서의 투과도 및 선택도의 변화를 관찰하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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