다공성 분리막은 입자성 물질을 제거하는데 산업적으로 다양하게 응용되고 있다. 기존 다공성 분리막 제작 방법과 다르게, 용액퍼짐 상분리법은 매우 간단하게 기공을 형성할 수 있다. 먼저 지지층으로 메쉬 위에 물을 적신 후, 물과 혼합되지 않은 용매에 폴리설폰 용액을 흘려준다. 이때 물과 혼합되지 않은 용매는 쉽게 기화되어 폴리설폰은 얇은 막으로 만들어지게 된다. 기공을 형성하기 위해 폴리설폰 용액에 물과 혼합할 수 있는 물질을 넣게 되면, 넣어주는 농도 비율에 따라 기공크기를 조절할 수 있게 된다. 막의 두께는 쉽게 용액의 농도로 조절이 된다. 다공성 분리막은 메쉬의 형성을 그대로 유지하고 있어 3차원 구조체를 형성하는데 매우 유용하다. 본 연구에서 제시된 용액 퍼짐 상분리법은 매우 낮은 생산단가와 쉬운 공정조절에 의해 기존 분리막에 비해 높은 가격경쟁력을 가질 수 있는 특징을 보이고 있다.
유류 및 중금속 오염 토양으로부터 분리한 토착 미생물인 Bacillus sp, B1 사균(dead biomass)과 polysulfone + DMF(N,N-dimethylformamide) 용액을 혼합하여 제조한 비드(지름 2mm 이하)형 미생물 담체를 이용하여 중급속 오염 지하수를 정화하는 배치실험을 실시하였으며, 담체에 흡착된 중금속의 특성과 구조를 분석하여 미생물 담체에 의한 중금속 제거 기작을 규명하였다. 담체 내 Bacillus sp. B1 사균 비율을 달리하여 제조한 담체들을 이용하여 오염수로부터 납 제거효율을 규명함으로써 미생물 담체 제조에 사용되는 최적의 사균 농도(%)를 결정하였으며, 오염수에 대하여 첨가하는 미생물 담체의 농도변화에 따른 중금속 제거효율을 규명하는 실험을 실시하여 최적의 중금속 제거효율을 가지는 오염수 내 담체 첨가량(농도; g/L)을 결정하였다. 담체 내 사균 농도가 0%(유기중합체로만 형성)와 1%인 경우 제조된 담체의 납 제거효율이 3% 미만으로 polysulfone + DMF 만으로 이루어진 담체는 중금속 제거효과가 거의 없으며, 담체 내 미생물 기질 부분에 의해 대부분의 중금속이 제거되는 것으로 나타났다. 실험 결과 미생물 담체 비용과 제거효율을 고려하면 사균 5%를 혼합하여 제조한 미생물 담체를 2g/50mL 농도로 오염수에 주입하는 것이 가장 효과적인 것으로 밝혀졌다. 담체와 오염수의 반응(흡착)시간에 따른 납과 구리의 제거 반응 실험 결과 두 시간 이내에 평형상태에 도달하여, 현장에서 다량의 중금속 오염 지하수를 짧은 시간(수 시간 이내)에 처리할 수 있을 것으로 판단되었다. 미생물 담체의 중금속 제거효율은 넓은 pH 범위에서 높게 나타났으며, 특히 pH 2-3인 경우 제거효율이 최대로 나타나 pH가 낮은 침출수, 산성폐수의 중금속 처리에도 효과가 있는 것으로 밝혀졌다. 오염수의 중금속(Pb, Cu, Cd) 초기 농도변화에 따른 미생물 담체의 제거율 실험 결과 납, 구리, 카드뮴의 경우 10mg/L 이하의 농도를 가지는 오염수에서 80% 이상의 제거 효율을 나타내어, 대부분의 국내 오염 지하수의 중금속 농도가 이보다 낮은 것을 감안할 때 본 실험에서 사용된 조건을 적용하여 미생물 담체를 이용하는 경우 다량의 중금속 오염 지하수를 효과적으로 제거할 수 있을 것으로 판단되었다. 미생물 담체를 이용한 납 제거 배치 실험 전/후 미생물 담체(bead)의 내/외부 구조를 SEM/EDS 및 TEM으로 분석한 결과 담체 내/외부 모두 다양한 크기의 다공질로 형성되어 있었으며, 외부 표면뿐 아니라 내부 면까지 납이 다량 흡착되어있는 것으로 나타나 본 실험에서 제조한 미생물 담체가 외부 표면 흡착에만 제한되었던 기존의 polysulfone 담체보다 중금속 제거 능력이 뛰어난 것으로 밝혀졌다. 미생물 담체에 형성된 납의 구조를 분석한 결과 담체의 주된 중금속 제거기작은 담체 내/외부 표면(특히 사균 기질과 polysulfone 물질 경계부)에 의한 다양한 형태의 흡착이었다.
This paper was to investigate the preparation of polysulfone(PS), polyethersulfone(PES) and polyphenylsulfone(PPS) membrane. The thermal property of PPS was higher than that of others. From the result of SEM, the concentration of polymer was found to have a significant effect on the structure of membrane, and the structure of membrane made of PES is found to have regular micell form of asymmetry. Permeability and selectivity for oxygen and nitrogen gas in the air were analyzed by GC. Permeabilities of the membrane made of PES for oxygen and nitrogen in air, 1.5 and $0.7(x10^9[cm^3(STP)cm/cm^2seccmHg]) $, respectively was higher than that of others. and Selectivity of the membrane made of PPS for oxygen to nitrogen gas in air was 2.9.
Ariono, Danu;Aryanti, Putu T.P.;Wardani, Anita K.;Wenten, I.G.
Membrane and Water Treatment
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제9권5호
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pp.353-361
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2018
Fouling characteristics of humic substances on tight ultrafiltration (UF) membrane have been investigated. The tight UF membrane was prepared by blending polysulfone (PSf) in N.N-dimethylacetamide (DMAc) with 25%wt of Polyethylene glycol (PEG400) and 4%wt of acetone. Fouling characteristic of the modified PSf membrane was observed during peat water filtration in different trans-membrane pressure (TMP). It was found that the acetone modified membrane provided 13% increase in TMP during five hours of peat water filtration, where a stable flux was reached within 150 minutes. Meanwhile, the increase of TMP from 10 psig to 30 psig resulted in a fouling resistance enhancement of 60%. Furthermore, based on the fouling analysis, fouling mechanism at the first phase of filtration was attributed to intermediate blocking while the second phase was cake formation.
The study was undertaken to investigate the effects of ZnCl$_2$ in polysulfone(PSf)/N-methylpyrrolidone(NMP) on the structure and performance of its membrane. The effects of additives on the performances of membranes have been studied. It has been shown that some low molecular weight additives in polysulfone(PSf) casting solutions have effects on the performances of membranes cast from these solutions. It had been reported that ZnCl$_2$, as the additives-in PSf casting solution, decreases water permeability and increases the rejection rate of its membrane.
The main objective of this experimental investigation was $CH_4$ recovery from biogas generated in municipal and wastewater treatment plant. The polysulfone hollow fiber membrane was prepared in order to investigate the permeation properties of $CH_4$ and $CO_2$. Permeability of $CO_2$ in Polysulfone membrane was 11-fold higher than of $CH_4$ gas. A membrane pilot plant for upgrading biogas was constructed and operated at a municipal wastewater treatment plant. The raw biogas contained 66 ~ 68 Vol % $CH_4$, the balance being mainly $CO_2$. The effect of the operating pressure of feed and permeate side and feed flowrate on $CH_4$ recovery concentration and efficiency were investigated with double stage membrane pilot plant. The $CH_4$ concentration in the retentate stream was raised in these tests to 93 Vol % $CH_4$.
Increase in the hydrophilicity (HPCT) of polysulfone (PS) membrane and subsequently decrease in fouling can be achieved by surface modification of PS based membranes. Therefore, in this work, ultrafiltration membranes with increased HPCT were prepared using the enantiomeric tartaric acid (D-TA) and racemic tartaric acid (DL-TA). Phase inversion technique was used for the preparation of polyethylene glycol and TA blended PS membrane. Morphological analysis of the fabricated membranes was done by scanning electron microscope and atomic force microscopy. Bovine serum albumin (BSA) solution was taken for finding the permeation and rejection behavior of prepared membranes. Maximum BSA rejection was increased by 70.5% for the modified membrane.
Miscibility of polysulfone (PSf) with various hydrophilic copolymers was explored. Among these blends, PSf gives homogeneous mixtures with poly(1-vinylpyrrolidone-co-styrene) copolymers [P(VP-S)] when these copolymers contained VP from 68 to 88 wt%. Microporous membranes for the ultrafiltration process were prepared from PSf blends with P(VP-S) copolymers. The membranes prepared from the PSf/(VP-S) blends exhibited higher water flux than the membranes prepared from PSf irrespective of the VP content. The solute rejection examined with the membranes fabricated from the miscible blends was similar to that of PSf membrane. However, the solute rejection examined with the membranes fabricated from the immiscible blends was lower than that of PSf membranes.
The surface of polysulfone membranes has been modified using the fluorine chemicals, ITFE (2-iodo-1,1,1-trifluoro-ethane F.W.=209.94) and PFPI (1H,1H-pentafluoro-n-propyl iodide F.W.=259.95), and PFI (1H,1H,2H,2H-perfluorohexyl iodide, F.W.=373.99) based on Friedel-Crafts reaction mechanism with varying reaction temperatures, reaction time, and catalysis types. The resulting membranes were characterized through mainly the contact angle measurement and pure water permeability. The smaller reactant shows the larger contact angles. FeBr$_3$ catalyst is more effective than AlCl$_3$. Typically, the PS film treated with ITFE at $25^{\circ}C$ under FeBr$_3$ catalyst showed the contact angle 78.5$^{\circ}C$ which indicated 10% over the value of unreacted PS films. More than 50% of pure water flux 8.0 g/$m^2$hr, reduced at reaction time 10 min relative to the original flux, 3.49 g/$m^2$hr.
A hollow-fiber type polysulfone UF membrane was surface-coated with hydroxyethylmethacrylate (HEMA). The effect of various coating parameters on permeation flux, such as concentration ratio of AIBN/HEMA, solvent(water or methanol), and UV irradiation time, was investigated. The water permeation flux of oil-emulsion increased with concentration ratio of AIBN/HEMA, and increased with UV irradiation time. The flux of the membrane coated in solution using methanol as a solvent was greater than that of the membrane coated in solution using water as a solvent. The flux of both the coated and the uncoated membrane declined with the operation. The flux decline means that the membrane fouling by oil-emulsion occurs. However, the fouling of the coated membrane was much less than that of the uncoated membrane.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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