Moon, Deok-Soo;Kim, Kwang Soo;Gi, Ho;Choi, Mi Yeon;Jung, Hyun Ji;Kim, Hyun Ju
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.16
no.4
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pp.227-238
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2013
The purpose of this study is to develop a process technology to produce high hardness drinking water which meet drinking water standard, remaining useful minerals like magnesium and calcium in the seawater desalination process while removing the sulfate ions and chloride ions. Seawater have been separated the concentrated seawater and desalted seawater by passing on Reverse Osmosis membrane (RO). Using Nano-filtration membrane (NF), We were prepared primary mineral concentrated water that sodium chloride were not removed. By the operation of electro-dialysis (ED) having ion exchange membrane, we were prepared concentrated mineral water (Mineral enriched desalted water) which the sodium chloride is removed. We have produced the high hardness water to meet the drinking water quality standards by diluting the mineral enriched desalted water with deionized water by RO. Reverse osmosis membranes (RO) can separate dissolved material and freshwater from seawater (deep seawater). The desalination water throughout the second reverse osmosis membrane was completely removed dissolved substances, which dissolved components was removed more than 99.9%, its the hardness concentration was 1 mg/L or less and its chloride concentration was 2.3 mg/L. Since the nano-filtration membrane pore size is $10^{-9}$ m, 50% of magnesium ions and calcium ions can not pass through the nano-filtration membrane, while more than 95% of sodium ions and chloride ions can pass through NF membrane. Nano-filtration membrane could be separated salt components like sodium ion and chloride ions and hardness ingredients like magnesium ions and calcium ions, but their separation was not perfect. Electric dialysis membrane system can be separated single charged ions (like sodium and chloride ions) and double charged ions (like magnesium and calcium ions) depending on its electrical conductivity. Above electrical conductivity 20mS/cm, hardness components (like magnesium and calcium ions) did not removed, on the other hand salt ingredients like sodium and chloride ions was removed continuously. Thus, we were able to concentrate hardness components (like magnesium and calcium ions) using nano-filtration membrane, also could be separated salts ingredients from the hardness concentration water using electrical dialysis membrane system. Finally, we were able to produce a highly concentrated mineral water removed chloride ions, which hardness concentration was 12,600 mg/L and chloride concentration was 2,446 mg/L. By diluting 10 times these high mineral water with secondary RO (Reverse Osmosis) desalination water, we could produce high mineral water suitable for drinking water standards, which chloride concentration was 244 mg/L at the same time hardness concentration 1,260 mg/L. Using the linked process with reverse osmosis (RO)/nano filteration (NF)/electric dialysis (ED), it could be concentrated hardness components like magnesium ions and calcium ions while at the same time removing salt ingredients like chloride ions and sodium ion without heating seawater. Thus, using only membrane as RO, NF and ED without heating seawater, it was possible to produce drinking water containing high hardness suitable for drinking water standard while reducing the energy required to evaporation.
As the demand for fossil fuels continues to increase worldwide, carbon dioxide (CO2) concentration in the air has increased over the centuries. The way to reduce CO2 emissions to the atmosphere, carbon capture and sequestration (CCS) technology have been developed that can be applied to power plants and factories, which are primary emission sources. According to the climate change mitigation policy, direct air capture (DAC) in air, referred to as "negative emission" technology, has a low CO2 concentration of 0.04%, so it is focused on adsorbent research, unlike conventional CCS technology. In the DAC field, chemical adsorbents using CO2 absorption, solid absorbents, amine-functionalized materials, and ion exchange resins have been studied. Since the absorbent-based technology requires a high-temperature heat treatment process according to the absorbent regeneration, the membrane-based CO2 capture system has a great potential Membrane-based system is also expected for indoor CO2 ventilation systems and immediate CO2 supply to smart farming systems. CO2 capture efficiency should be improved through efficient process design and material performance improvement.
In this study, silane-crosslinked organic/inorganic composite membranes were prepared by simultaneous irradiation grafting of binary monomer mixtures (styrene and 3-(trimethoxysilyl)propyl methacrylate (TMSPM)) with various compositions onto a poly(ethylene-alt-tetraethylene) (ETFE) film and followed by sol-gel processing and sulfonation to provide a silane-crosslinked structure and a proton conducting ability, respectively. The Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and thermo gravimetric analysis (TGA) were utilized to confirm the crosslinking of ETFE-g-PS/PTMSPM films. The prepared membranes with similar ion exchange capacity but a different TMSPM content were selected and their membrane properties were compared. The ETFE-g-PSSA/PTMSPM membranes were characterized by water uptake, dimensional stability, and proton conductivity after sulfonation. The membrane electrode assemblies (MEA) of the prepared membranes were fabricated and their single cell performances were measured.
The adsorption behavior of $Pb^{2+}$ was compared between calcium alginate beads and capsules, which have different structures of alginate-gel core beads and liquid core alginate-membrane capsules, respectively. In terms of adsorption kinetics and isotherms, adsorption characteristics depending on pH and hardening time were compared for both adsorbents and also released calcium ion during the adsorption process was monitored. The adsorption of $Pb^{2+}$ on both adsorbents was caused by surface complexation and ion exchange mechanisms, both of which have similar effects on adsorption process regardless of the amount of adsorbed $Pb^{2+}$. The dependence of $Pb^{2+}$ adsorption upon pH was also similar for both adsorbents indicating the existence of similar functional groups on the surface of adsorbents. However, a different $Pb^{2+}$ adsorption behavior was observed considering the adsorption kinetics. The adsorption kinetic of $Pb^{2+}$ on alginate beads was slower than on alginate capsules and the maximum adsorption loading ($Q_{max}$) onto alginate beads was also less than onto alginate capsules by 49%. This drawback of alginate beads compared to capsules were ascribed to a diffusion limitation due to solid gel-core structure of alginate beads.
Kim, Jong-Hak;Seo, Jin-Ah;Roh, Dong-Kyu;Park, Jung-Tae;Koh, Joo-Hwan;Makea, Sanjeev
Membrane Journal
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v.18
no.3
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pp.234-240
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2008
This work demonstrates the preparation of proton conducting crosslinked polymer electrolyte membranes by blending polystrene-b-poly(hydroxyethyl acrylate) (PS-b-PHEA) and poly(vinyl alcohol) (PVA) at 1 : 1 wt ratio. The PHEA block of the diblock copolymer was crosslinked with PVA using sulfosuccinic acid (SA) via the esterification reaction between -OH of membrane and -COOH of SA, as confirmed by FT-IR spectroscopy. Ion exchange capacity (IEC) continuously increased from 0.14 to 0.91 meq/g with increasing concentrations of SA, due to the increasing portion of charged groups in the membrane. In contrast, the water uptake increased up to 20.0 wt% of SA concentration above which it decreased monotonically. The membrane also exhibited a maximum proton conductivity of 0.024 S/cm at 20.0 wt% of SA concentration. The maximum behavior of water uptake and proton conductivity is considered to be due to competitive effect between the increase of ionic sites and the crosslinking reaction according to the SA concentration.
Partially fluorinated poly(arylene ether sulfone) block ionomer membranes with different branch degree for fuel cell applications were investigated. A sulfonable monomer, a non-sulfonable monomer and a trifunctional branching agent were synthesized and the sulfonable monomer was oligomerized to obtain block structures. The oligomer was then further polymerized with the non-sulfonable monomer and the branching agent. The mole ratio of oligomer : non-sulfonable monomer was fixed at 4:6 and the content of the branching agent was varied from 0 to 2 mol% (BBC-40Bx). Post-sulfonation of BBC-40Bx was carried out using chlorosulfonic acid (CSA) (SBBC-40Bx). All the synthesized compounds were characterized by $^1H$-NMR, $^{19}F$-NMR and FT-IR. It was confirmed that the ion exchange capacity (IEC), water uptake and ion conductivity of SBBC-40Bx increased with the increment of branching agent content.
Park, Jae-Wan;Chang, Bong-Jun;Kim, Jeong-Hoon;Lee, Yong-Taek
Polymer(Korea)
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v.34
no.2
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pp.137-143
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2010
A series of partially fluorinated, sulfonated poly(biphenylene-co-sulfone)ether containing perfluorocyclobutane(PFCB) groups were prepared for fuel cell applications through three synthetic steps: synthesis of trifluorovinylether-terminated monomers, thermal cycloaddition and post-sulfonation. Two kinds of trifluorovinylether-terminated monomers were synthesized and statistically copolymerized via thermal cycloaddition to obtain a series of polymers containing 20-60 mol% of biphenyl units(PBS-X). The post-sulfonation of PBS-X was carried out using chlorosulfonic acid(CSA) to obtain copolymers with various sulfonation levels(SPBS-X). All the synthesized compounds, monomers and polymers were characterized by $^1H$-NMR, $^{19}F$-NMR and FT-IR. It was confirmed that the ion exchange capacity(IEC), water uptake and ion conductivity of SPBS-X increased with the increment of sulfonated biphenyl units. Particularly, SPBS-60 showed higher ion conductivity compared to Nafion$^{(R)}$-115 at 25~80 $^{\circ}C$.
To treat effectively EDIR (electrodeposition ion removal) wastewater in terms of CO$_{Mn}$ 1,500~2,000 ppm generated from aluminum painting process, a RO (reverse osmosis) process was designed and installed to recover and reuse the concentrated solvent sent back to the electrocodeposition tank while the permeate reused as rinse water. A RO system in which three polyamide-spiral wound modules ($102\Phi \times 1,016L$ mm) connnected in series had been running to treat 20 m$^3$ in waste volume in 3 days batch operation at the condition of system recovery of 30 %, applied pressure 11.5 $kg_f/cm^2$ and room temperature. During 42 hours continuous operation leading to 5-fold decrease in waste volume, nearly constant permeation flux of 390 l/m$^2$-hr was maintained and the permeate with average CO$_{Mn}$, 300 ppm was obtained which could be used for washing the remaining paint solution in ion-exchange tower instead of demineralized water. Also COD$_{Mn}$ rejection as a function of running time was observed to be in the range of 78~87 % and the observed solvent rejections for ethyl cellusolve, buthyl cellusolve and n-butanol were 79 %, 87 % and 70 %, respectively.
The corrosion behaviors of 316L stainless steel were investigated in simulated anodic and cathodic environments for proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) by using electrochemical measurement techniques. Interfacial contact resistance(ICR) between the stainless steel and gas diffusion layer(GDL) was also measured. The possibility of 316L was evaluated as a substitute material for the graphite bipolar plate of PEMFC. The value of ICR decreased with an increase in compaction stress(20 N/$cm^2$~220 N/$cm^2$) showing the higher values than the required value in PEMFC condition. Although 316L was spontaneously passivated in simulated cathodic environment, its passive state was unstable in simulated anodic environment. Potentiostatic and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) measurement results showed that the corrosion resistance in cathodic condition was higher and more stable than that in anodic condition. Field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), and inductively coupled plasma(ICP) were used to analyze the surface morphology and the metal ion concentration in electrolytes.
Sulfonated poly(ether ether ketone) (SPEEK) was blended with poly(ether sulfone) (PES) at various compositions. To investigate the possibility of using the blend membranes as polymer electrolyte membranes for direct methanol fuel cell, the blend membranes were characterized in terms of methanol permeability, proton conductivity, ion exchange capacity, and water content. Both proton conductivity and methanol permeability of SPEEK were relatively high. As the amount of PES increased, methanol permeability decreased more rapidly compared to proton conductivity. The experimental results indicated that the blend membrane with 40 wt% PES was the best choice in terms of the ratio of proton conductivity to methanol permeability.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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