본 연구는 불소계 폴리실록산이미드 공중합체 막을 이용하여 휘발성 유기 화합물(Volatile Organic Compounds; VOCs)의 일종인 dichloromethane(DCM)을 물로부터 투과증발 분리하는 것을 목적으로 한다. 유연한 사슬을 갖는 diamine-terminated polydimethylsiloxane(SIDA)과 경직된 구조를 갖는 불소계 방향족 디아민 단량체(2-(perfluorohexyl)ethyl-3,5-diaminobenzene PFDAB)과 4,4'-(hexafluoroisopropylidene)diphthalic anhydride(6FDA)를 이용하여 일련의 소수성 불소계 폴리실록산이미드 공중합체 막을 제조하여 다이아민의 구성성분에 따른 분리능의 변화를 상온에서 관찰하였다. 공중합체 막 내의 다이아민 성분 중 SIDA의 함량은 0, 25, 50, 75, 100 mol%로 조절되었으며, 원액의 조성은 DCM 0.05 wt%를 사용하였다. 소수성이 높고 자유부피가 큰 SIDA의 함량이 증가함에 따라 소수성 용매인 DCM의 수착도 및 수착선택도가 증가하는 경향을 나타내었으며, 확산계수 및 확산선택도 또한 증가하여 궁극적으로는 투과플럭스와 투과선택도가 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
Mixed matrix membranes (MMMs) of poly (vinyl alcohol) (PVA) containing certain amounts of H-${\beta}$ zeolite for pervaporation were manufactured by using a solution casting protocol. These zeolite-embedded membranes were then characterized with scanning electron microscope (SEM), X-ray diffraction (XRD) and swelling tests. The membrane separation performance has been examined by means of isopropanol (IPA) dewatering from its highly concentrated aqueous solutions via response surface methodology (RSM). The results have demonstrated that the influences of feed IPA composition (85-95 wt.%), feed temperature ($50-70^{\circ}C$), zeolite loading (15-25 wt.%) and their interactive influences are all statistically significant on both pervaporation flux ($398-1228g/m^2{\cdot}h$) and water/isopropanol separation factor (617-2001). The quadratic models based on the RSM analysis have performed excellently to correlate experimental data with very high determination coefficients and very low relative standard deviations. The optimal pervaporation predictions given by using the RSM models demonstrate a total flux of $953g/m^2{\cdot}h$ and separation factor of 1458, and are excellently verified by experimental results. As reflected by these results, PVA MMMs embedded with hydrophilic $H-{\beta}$ zeolite entities have performed considerably better than its pure counterpart and indicated great potential for isopropanol dehydration applications.
Acetic acid can be removed from wastewater by esterification in a membrane reactor. Pervaporation membrane reactor (PVMR) is an alternative process to conventional separation processes. It is an environmentally friendly process. The main advantages of the PVMR are simultaneous water removal and production of an ester economically. In this study, the synthetic wastewater has been used. Esterification reaction of acetic acid with isopropanol has been studied in the presence of tungstosilicic acid hydrate as a catalyst in a batch reactor and in a PVMR. The effects of important operating parameters such as reaction temperature, initial molar ratio of isopropanol to acetic acid and catalyst concentration has been examined. Removal of acetic acid (conversion of acetic acid) was obtained as 85% using a PVMR by removal of water from the reaction mixture.
역삼투 및 투과 증발막 분리공정이 nylon 4 blended 막을 사용하여 물-에탄올 계에 대하여 실험적으로 비교되어졌다. 위 두 공저의 이론적 비교를 다루었던 전 논문과 마찬가지로 투과 증발 공정의 분리 효율이 역삼투 공저의 경우 보다 더 좋음을 알 수 있었다. 그러나 투과도 데이타는 막의 결함들로 인하여 엉뚱한 결과를 보였다.
Classical membrane processes like microfiltration (MF), ultrafiltration (UF) and reverse osmosis (RO) are being applied in the last years more frequently in environmental and effluent process problems. Newer technologies and developments like pervaporation (PV) and gas sepaxation (GS) recently found commercial applications in the treatment of waste waters and gas streams. The incentive here is either the clean-up from organic components to comply with federal emission regulations or the recovery of the organics for economical reasons. Processes still in their development stage are combinations of chemical reactions with membrane processes to separate and treat $SO_x$ and $NO_x$ laden waste gas streams in the clean-up of stack-gases. In this paper we will first give a short overview of the more recent developments in MF, UF and RO. This is followed by a closer look on newer technologies applied in environmental problems. The applications looked at are the recovery of organic components from solvent laden gas streams and the separation of organic volatiles from aqueous waste waters via pervaporation. Technical solutions, the advantages and disadvantages of the processes and. where possible, cost estimations will be presented.
In general, membrane technology in Japan has remarkably developed in these 20 years. Especially, ones treating water is now in high level and seems to be matured. Water shortage of last summer was a new stimulus for promoting membrane research works. The researches are now extending to more precise separation of, for example, isomer and proteins. In such cases, not only polymeric materials but also ceramic or carbon ones are attempted. Concerning pervaporation (PV), water permselective membranes (GFT) are in practical use, PV research works are now concentrating on separation of new targeting substances. Here, I'd like to introduce, first of all, the outline of membrane technology in Japan (not limited to PV), and then of PV research works.
Kim, Sang-Gyun;Lee, Yoon-Gyu;Jonggeon Jegal;Lee, Kew-Ho
한국막학회:학술대회논문집
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한국막학회 2003년도 The 4th Korea-Italy Workshop
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pp.91-94
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2003
In this work, the physicochemical properties for permeant molecules and polyion complex membrane prepared by complexation between SA and chitosan were determined by using molecular modeling methods, and the permeation behaviors of water and alcohol molecules through the PIC membrane have been investigated. In the case of penetrant molecule, the experimental results showed that the prepared membrane was excellent pervaporation performance result in most solution, and the selectivity and permeability of the membrane were dependent on the molecular size, the polarity and the hydrophilic surface of permeant organics. However, the separation behavior of methanol aqueous solution exhibited other permeation tendency with other feed solutions and contradictory result. That is, the membrane were preferentially permeable to methanol over water despite water molecule has stronger polarity and small molecular size than methanol molecule. In this study, the results were discussed from the viewpoint of chemical and physical properties between permeant molecules and membrane in the diffusion state.
유기물 탈수 공정에 적용되는 투과증발 시스템을 설계하기 위한 투과증발 시스템 모사기가 개발되었다. 모사기는 시스템 모델링 및 수치 해석 알고리즘과 관련된 simulation engine과 모사기를 Windows 환경에서 쉽게 사용할 수 있도록 한 Graphical User Interface(GUI)로 구성되었다. 모사기 구조 및 사용 방법 등을 실규모 에탄올 탈수 공정 모사를 통하여 구체적으로 설명하였으며, 모사 결과를 실제 에탄올 탈수 Pilot test에 의한 실험 결과와 비교함으로써 모사기 성능이 우수함을 입증하였다.
현재 국내에서 생산되는 에탄올은 원료나 연료용으로 사용되는 합성알콜과 주류의 원료로 사용되는 발효알콜이 대부분을 차지하고 있다. 그러나 휘발유 첨가제, 연료용 알콜의 수요가 늘어날 경우 발효공정을 이용한 에탄올 연료의 사용이 늘어날 전망이며 특히 기존의 휘발유 첨가제 중 옥탄가 향상을 위한 MTBE 대신 에탄올, ETBE의 사용이 환경적인 측면이나 경제적으로 유리하다. 연로나 첨가제로서 에탄올을 사용하기 위해서는 기존의 95%의 순도를 갖는 일반에탄ㅇ올 대신에 99.5wt%이상의 고순도 에탄올을 생산하여야 하며 에탄올 농축공정 중의 하나인 Pervaporation은 국내에서 1-2년 전부터 연구가 활발히 진행되고 있으나 현재 국내에서 진행되고 있는 Pervaporation Test는 대부분 합성알콜을 이용하여 수행되었다. 이 실험에서는 주정공장에서 제조한 주정과 조주정을 이용, 현장 Pilot Test를 통해 PV System의 성능 검증, 에탄올 내 Trace 물질파악 및 필요 막면적을 이용하여 합성알콜과의 Performance비교를 수행하였다.
Results from experiments and mathematical modeling were compared for pervaporative butanol fermentation. The developed model includes expressions to predict characteristics of butanol fermentation, such as, microbial growth, solvent (butanol, acetone, and ethanol) formation and organic acid (acetate and butyrate) production. Butanol diffusivity was 1.15${\times}$10(sup)-7 ㎡/hr at 1.5 L/min-tubing of air flow rate using a pervaporative module. The model correlated well with experimental results (cell growth, glucose consumption and concentrations of solvents and organic acids) for batch fermentation with and without pervaporation. Larger surface area and thinner module tubing resulted in an increased glucose consumption and a decreased residual butanol concentration. Optimum membrane area and thickness were 0.34 ㎡ and 120 $\mu\textrm{m}$, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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