• 멤브레인
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• 제34권2호
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• pp.87-95
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• 2024

최근 연구는 역삼투압(RO), 나노여과(NF) 및 전기투석(ED)과 같은 막 공정에서 고급 용량성 탈이온화(CDI) 및 막 변형(MCDI)을 포함하는 광범위한 담수화 및 수처리 방법을 탐구합니다. 비교 분석은 저염도 시나리오에서 ED의 비용 효율성을 보여주는 반면 하이브리드 시스템(NF-MCDI, RO-NF-MCDI)은 향상된 염 제거 및 에너지 효율성을 보여줍니다. 새로운 이온 분리 방법(NF-CDI, NF-FCDI)은 향상된 효율성과 에너지 절감을 제공합니다. 이러한 연구는 또한 다양한 산업에 특정한 복잡한 폐수를 처리하는 데 있어 이러한 방법의 효율성을 강조합니다. 환경 영향 평가는 시스템 선택의 지속 가능성의 필요성을 강조합니다. 또한 마이크로 제작된 센서를 멤브레인에 통합하면 실시간 모니터링이 가능하여 기술 개발이 진전됩니다. 이러한 연구는 새로운 담수화 및 수처리 기술의 다양성과 가능성을 강조합니다. 이는 효율성 향상, 에너지 사용 최소화, 산업별 문제 해결 및 기존 방법 한계를 능가하는 혁신을 위한 귀중한 통찰력을 제공합니다. 다양한 응용 분야에서 효율성 향상, 환경 영향 최소화 및 적응성 보장에 초점을 맞춘 지속적인 발전으로 지속 가능한 수처리의 미래는 밝습니다.

• 폴리머
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• 제36권5호
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• pp.564-572
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• 2012

본 연구에서는 막축전식 탈염(membrane capacitive deionization, MCDI) 공정용 음이온교환막의 제조를 위하여 vinylbenzyl chloride-co-ethyl methacrylate-co-styrene(VBC-EMA-St) 공중합체를 합성하였으며, 아민화 반응과 열처리를 통하여 음이온교환막을 제조하였다. 구조확인을 위하여 FTIR 분석을 하였고, GPC와 TGA를 통하여 합성한 고분자의 분자량과 분자분포, 열안정성을 분석하였으며, 함수율 및 이온교환용량을 측정하였다. 또한 LCR meter로 전기저항을 측정하고, MCDI 공정에 적용하기 위하여 제조한 음이온교환막을 충방전 시험 측정하였다. 이온교환용량, 함수율, 전기저항, 분자량은 각각 1.69 meq/g, 23.7%, 1.61 ${\Omega}{\cdot}cm$, $3.4{\times}10^4$ g/mol이었으며, CDI 충방전 시험 결과 상용화막인 AMX보다 우수한 성능을 나타내었다.

• 전기화학회지
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• 제16권3호
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• pp.123-128
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• 2013

유기물 첨가에 따른 CDI 모듈셀의 N, P 제거 특성을 위해 2000 ppm $NH_3$, $H_3PO_4$에 methanol, ethanol, iso-propanol, methoxy ethanol, glucose을 1, 2, 3 vol.%를 첨가해 용량 및 이온의 흡 탈착능을 관찰하였다. $NH_3$에서는 탄소수가 증가할수록 용량은 감소하는 경향을 나타내었으며, 용량은 methanol 3 vol.% 첨가 될 때 유기탄소 간섭 전보다 흡착은 16.4%, 탈착은 30.4%의 질소 제거율 증가를 나타내었다. $H_3PO_4$에서는 iso-propanol 2 vol.% 첨가 시에 유기탄소 간섭 전보다 흡착은 63%, 탈착은 54.7% 인산염의 제거율 증가를 확인하였다. 따라서 본 연구에서는 폐수 내의 유기물을 제거하지 않고 N, P 제거 효과와 운영비용을 감소할 수 있는 결과를 나타내었다.

• 한국전산유체공학회지
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• 제15권1호
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• pp.31-36
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• 2010

In the present study, computations for flow fields inside the CDI unit cells with electrodes and spacers have been made to evaluate their performance. Three types of unit cells that include a planar type, a serpentine channel type, and a spiral wound type were considered and their flow characteristics were compared. From the computational results, it is found that the serpentine channel type has a large flow resistance and can not guarantee the outflow flux for industrial applications. On the other hand, the planar type can sustain a large enough outflow flux but it's efficiency is low for the electrode-use because of the non-uniform velocity distribution inside the cell and dead zones in every corner. Finally, The spiral wound type has not only a large outflow flux as much as the planar type has, but also a high efficiency for the electrode-use because of uniform velocity distribution. From this comparison, we can expect that the spiral wound type of CDI unit cell would have a high performance deionization capability.

• 공업화학
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• 제23권5호
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• pp.474-479
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• 2012

막결합 축전식 탈염(MCDI) 기술을 이용하여 $Na^{+}$와 $Ca^{2+}$ 이온이 혼합된 용액에서 $Ca^{2+}$ 이온의 선택적 제거 가능성을 연구하였다. 양이온교환막인 CMX막에 대한 $Ca^{2+}$ 이온의 선택성을 확인하기 위해 흡착평형 실험을 실시하였다. 그리고 MCDI 셀을 이용해 혼합용액(5 meq/L NaCl + 2 meq/L $CaCl_{2}$)에 대한 탈염실험을 수행하였다. 흡착평형 실험결과 용액과 CMX막에서 $Ca^{2+}$ 이온의 당량분율은 각각 28.6, 87.2%를 보여 CMX막이 $Ca^{2+}$ 이온에 대해 높은 선택성을 갖는 것을 확인하였다. MCDI 셀에 일정한 전류를 인가하면서 셀 전위가 1.0 V에 도달할 때까지 탈염실험을 실시하였다. 그 결과 흡착된 이온의 총량은 인가한 전류밀도에 큰 영향을 받지 않고 일정하였다. 그러나 흡착된 이온 중 $Ca^{2+}$ 이온의 비율은 전류밀도에 반비례하였으며 200, 300, 500, $700\;A/m^{2}$의 전류밀도에서 각각 81.4, 78.4, 77.0, 74.5%로 나타났다. 이러한 결과는 낮은 전류밀도에서 CMX막에 흡착된 $Ca^{2+}$ 이온의 비율이 높았기 때문인 것으로 판단된다.

• 멤브레인
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• 제27권1호
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• pp.84-91
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• 2017

본 연구에서는 막 결합형 축전식 탈염공정에 적용하기 위하여 고분자 지지체 polyvinylidene fluoride (PVDF)에 상용화된 양이온 및 음이온교환수지를 배합하여 불균질 이온교환막을 제조하였다. PVDF와 이온교환수지의 배합비율을 1 : 1, 1.4 : 1, 2 : 1, 3 : 1로 달리하였으며 SEM, 함수율, 이온교환용량, 메탄올 투과도, 이온전도도를 측정하여 물리화학적 특성을 평가하였다. 특성평가 결과 모든 특성을 고려하였을 때 2 : 1의 배합비율이 가장 우수한 값을 나타내었다. 2 : 1의 배합비율로 제조한 불균질 양이온교환막의 함수율은 34%, 이온교환용량은 1.54 meq/g, 이온전도도는 0.019 S/cm, 메탄올 투과도는 $2.28{\times}10^{-7}{\sim}8.86{\times}10^{-7}cm^2/s$의 값을 나타내었으며 불균질 음이온교환막에서는 각 각 37%, 2.18 meq/g, 0.034 S/cm, $1.46{\times}10^{-7}{\sim}8.66{\times}10^{-7}cm^2/s$의 값을 나타내었다.

• 멤브레인
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• 제25권5호
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• pp.406-414
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• 2015

본 연구에서는 막 축전식 탈이온 공정에 적용하기 위해 온도와 시간을 달리하여 술폰화 Poly(VDF-co-hexafluoropropylene) copolymers (PVDF-co-HFP)을 합성 후 캐스팅법에 의해 양이온교환막이 제조되었다. 술폰화 PVDF (SPVDF)는 Fourier-transform infrared (FT-IR), $^1H$ Nuclear magnetic resonance ($^1H$ NMR)를 통해 구조확인을 하였고, X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS)를 통해 화학조성에 대한 정량적 분석을 하였다. 막 성능은 함수율 및 이온교환용량과 전기저항을 측정하였고. $60^{\circ}C$에서 7시간 술폰화한 SPVDF 멤브레인이 이온교환용량 0.89 meq/g, 함수율 21.5%, 전기저항 $3.70{\Omega}{\cdot}cm^2$로 가장 우수하였다. 수중 이온제거 특성을 막 축전식 탈이온 방법(MCDI)으로 전압(0.9~1.5 V), 유속(10~40 mL/min)을 변수로 SPVDF의 탈염 특성을 확인하여 MCDI 공정에 적용가능 여부를 평가하였다. MCDI 충방전 시험 결과 최대 탈염제거율은 62.5%이었다.

• 멤브레인
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• 제29권5호
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• pp.276-283
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• 2019

본 논문에서는 축전식 탈염 공정에서 파울링 현상의 확인과 파울링의 제거공정 조건을 확립하는 연구를 진행하였다. 공급액에 첨가된 파울링 유발 물질인 Humic acid sodium salt (HA)의 농도는 5, 10, 15 mg/L이었다. 주어진 일반의 흡/탈착 조건에서 파울링의 발생은 시간이 지남에 따라 흡착과 탈착 농도의 증가로 확인할 수 있었다. 파울링 현상을 제거하기 위해 흡착 및 탈착에서의 전압과 시간을 변경하였다. 이로부터 흡착 조건 1.2 V/5 min, 탈착 조건 -3 V/2 min에서 파울링 제거를 확인하였다.

• 공업화학
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• 제21권6호
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• pp.621-626
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• 2010

음이온 교환막은 전기투석뿐만 아니라 역전기투석에 의한 전기생산과 축전 탈이온에 의한 정수 분야에 이용될 수 있다. 본 연구에서는 폴리비닐알콜 수용액 상에서 (vinylbenzyl)trimethylammonium chloride와 2-hydroxyethyl methacrylate를 중합한 후 글루타르산과의 에스테르화 반응, 그리고 글루타르알데히드와 가교반응을 통해서 음이온 교환막을 제조하였다. 실험 변수에 따라 음이온 교환막을 제조하고 이온교환막의 전기화학적 물성을 조사하였다. 중합반응에서 음이온 교환성 단량체 비율에 따라 이온교환량과 저항 값이 변하였으며, 에스테르화 반응에서는 글루타르산의 함량의 증가에 따라 함수율과 전도도가 감소하였다. 형성된 필름과 알데히드의 가교반응 시간 변화는 함수율, 전기저항, 이동수 값들에 영향을 미쳤다. 끝으로 제조된 이온 교환막의 chronopotentiometry와 한계전류밀도도 측정하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제56권3호
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• pp.361-369
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• 2018

A manufacturing method has been devised to prepare novel heterogeneous cation exchange membranes by mixing ethylene vinyl acetate (EVA) copolymers with a commercial cation exchange resin. Optimum material characteristics, mixture ratios and manufacturing conditions have been worked out for achieving favorable membrane performance. Ion exchange capacity, electrical resistance, water uptake, swelling ratio and tensile strength properties were measured. SEM analysis was used to monitor morphology. Effects of vinyl acetate (VA) content, melt index (MI) and ion exchange resin content on properties of heterogeneous cation exchange membranes have been discussed. An application test was carried out by mounting a selected membrane in a membrane capacitive deionization (MCDI) system to investigate its desalination capability. 0.92 meq/g of ion exchange capacity, $8.7{\Omega}.cm^2$ of electrical resistance, $40kgf/cm^2$ of tensile strength, 19% of swelling ratio, 42% of water uptake, and 56.4% salt removal rate were achieved at best. VA content plays a leading role on the extent of physical properties and performance; however, MI is important for having uniform distribution of resin grains and achieving better ionic conductivity. Overall, manufacturing cost has been suppressed to 5-10% of that of homogeneous ion exchange membranes.