• 한국재료학회지
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• 제33권2호
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• pp.71-76
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• 2023

The electroconvection generated on the surface of an ion exchange membrane (IEM) is closely related to the electrical/chemical characteristics or topology of the IEM. In particular, when non-conductive regions are mixed on the surface of the IEM, it can have a great influence on the transfer of ions and the formation of nonlinear electroconvective vortices, so more theoretical and experimental studies are necessary. Here, we present a novel method for creating microscale non-conductive patterns on the IEM surface by laser ablation, and successfully visualize microscale vortices on the surface modified IEM. Microscale (~300 ㎛) patterns were fabricated by applying UV nanosecond laser processing to the non-conductive film, and were transferred to the surface of the IEM. In addition, UV nanosecond laser process parameters were investigated for obvious micro-pattern production, and operating conditions were optimized, such as minimizing the heat-affected zone. Through this study, we found that non-conductive patterns on the IEM surface could affect the generation and growth of electroconvective vortices. The experimental results provided in our study are expected to be a good reference for research related to the surface modification of IEMs, and are expected to be helpful for new engineering applications of electroconvective vortices using a non-conductive patterned IEM.

• 멤브레인
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• 제32권4호
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• pp.209-217
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• 2022

이온교환막(IEM)은 다양한 종류의 단가이온과 다가이온을 분리하기 위해 사용되는 막의 한 종류로, 배터리, 연료전지, 염화물-알칼리 공정 등에 사용된다. 이온교환막을 통한 막분리는 전기 구동력을 기반으로 한 녹색 분리 방식이며, 해수 담수화와 수처리 분야에서 떠오르는 방식이다. 전기투석(ED)은 양이온과 음이온이 이온교환막을 따라 선택적으로 이동하는 기술이다. 음이온 교환막(AEM)은 전기투석의 중요한 구성 요소 중 하나이며, 공정 효율을 향상시키는 데 상당한 역할을 한다. 이온교환막에 가교결합을 도입하면 자유 부피의 감소로 인해 이온 선택 분리 성능이 향상된다. 역삼투(RO) 공정을 통한 해수 담수화 시 RO 농축수에 용해된 염이 다량 존재한다. 따라서 1가 양이온 선택막으로 구성된 전기투석 공정은 오염을 줄이고 막 플럭스를 개선한다. 이 검토는 전기투석, 음이온 교환막, 그리고 양이온 교환막의 세 부분으로 나뉜다.

• Membrane and Water Treatment
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• 제14권2호
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• pp.55-63
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• 2023

In this study, the influence of different IEMs (ion exchange membranes) to performance of the hypochlorite electrolysis unit with Cl₂ recovery stream was investigated. More specifically, Nafion 117-a representative cation exchange membrane (CEM)-and aminated polypheylene oxide (APPO)-an anion exchange membrane (AEM)-were installed in the hypochlorite electrolysis unit, and the performance and the energy efficiency of the units were evaluated and compared. Regardless of whether CEM (Nafion 117) or AEM (APPO) was installed, the rate of hypochlorite generation was increased (by up to 24.3% and 22.2% for Nafion 117 and APPO, respectively) compared with the unit without an IEM. On the other hand, the power efficiency and the optimum operation condition of hypochlorite production units seem to depend on the conductivity and stability of the installed IEM. As the result, between Nafion 117 and APPO, higher performance and efficiency were achieved with Nafion 117, due to excellent conductivity and stability of the membrane.

• 멤브레인
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• 제26권3호
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• pp.229-237
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• 2016

막결합 축전식 탈염에 적용하기 위하여 불균질 이온교환막을 제조하였다. 이온교환수지 분말과 LLDPE (linear low density polyethylene) 혼합물을 압착시켜 불균질 이온교환막을 제조하였다. 제조한 막의 막 특성 분석과 MCDI 탈염실험을 실시하였다. 이온교환수지의 함량이 증가할수록 막의 전기저항은 감소하였고 함수율은 증가하였다. 그러나 막의 이온선택성을 나타내는 이온 수송수는 상업용 균질 막과 유사한 성능을 나타냈다. MCDI 탈염실험 결과 탈염량은 불균질 막의 높은 전기저항으로 인해 균질 막을 이용한 셀의 탈염량의 90% 수준을 나타냈다. 불균질 이온교환막은 균질 막에 비해 탈염성능은 다소 감소하였지만 제조가 간편하고 가격이 저렴하여 MCDI에 적용이 가능할 것으로 판단되었다.

• 멤브레인
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• 제32권6호
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• pp.401-410
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• 2022

수산화리튬(LiOH)에 대한 수요는 현재의 대안들에 비해 환경에 대한 효율성과 안전성 때문에 매년 증가하고 있다. 리튬은 다른 염분과 염수 호수에서 발견될 수 있으며, 나중에 합성되어 다양한 용도로 LiOH를 생성한다. 리튬 이온을 분리 및 회수하기 위해 다양한 방법이 사용되며, 그 중 가장 일반적인 방법은 전기투석법(ED)이다. ED는 이온을 한쪽에서 다른 쪽으로 밀어내는 구동력으로서 그 층의 전위차에 작용하는 멤브레인 기반 분리 기술이다. ED의 이온교환막(IEM)은 유체역학적 부피에 따라 상이한 이온의 선택성이 달라지기 때문에 공정을 효율적으로 만든다. 본 총설에서는 리튬이온의 회수를 향상시키기 위한 ED와 IEM의 서로 다른 변화 전략이 논의된다.

• 멤브레인
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• 제33권5호
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• pp.257-268
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• 2023

막 축전식 탈염 공정(membrane capacitive deionization, MCDI)은 이온교환막을 다공성 전극과 함께 사용하여 탈염 효율을 향상시킬 수 있는 CDI 공정의 변형이다. 이온교환막은 MCDI의 성능에 큰 영향을 미치는 핵심 구성요소이다. 본 연구에서는 MCDI의 탈염 효율을 크게 향상시킬 수 있는 이온교환막의 최적 제조 인자를 도출하고자 하였다. 이를 위해 PE 다공성 필름의 세공에 단량체를 충진하고 in-situ 광중합을 진행하여 세공충진 이온교환막(pore-filled ion-exchange membranes, PFIEMs)을 제조하였다. 실험 결과, 제조된 PFIEMs은 다양한 탈염 및 에너지 변환 공정에 적용할 수 있는 수준의 우수한 전기화학적 특성을 나타내었다. 또한, MCDI 성능과 막 특성 인자와의 상관성 분석을 통해 막의 가교도를 제어하여 막의 전기적 저항이 충분히 낮은 범위에서 이온 선택 투과성을 최대화하는 것이 MCDI의 성능 향상을 위해 가장 바람직한 막제조 조건이라는 결론을 얻었다.

• Membrane and Water Treatment
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• 제3권1호
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• pp.63-76
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• 2012

Mother liquid discharged from a salt-manufacturing plant was electrodialyzed at 25 and $40^{\circ}C$ in a continuous process integrated with $SO_4{^{2-}}$ ion low-permeable anion-exchange membranes to remove $Na_2SO_4$ and recover NaCl in the mother liquid. Performance of electrodialysis was evaluated by measuring ion concentration in a concentrated solution, permselectivity coefficient of $SO_4{^{2-}}$ ions against $Cl^-$ ions, current efficiency, cell voltage, energy consumption to obtain one ton of NaCl and membrane pair characteristics. The permselectivity coefficient of $SO_4{^{2-}}$ ions against $Cl^-$ ions was low enough particularly at $40^{\circ}C$ and $SO_4{^{2-}}$ transport across anion-exchange membranes was prevented successfully. Applying the overall mass transport equation, $Cl^-$ ion and $SO_4{^{2-}}$ ion transport across anion-exchange membranes is evaluated. $SO_4{^{2-}}$ ion transport number is decreased due to the decrease of electro-migration of $SO_4{^{2-}}$ ions across the anion-exchange membranes. $SO_4{^{2-}}$ ion concentration in desalting cells becomes higher than that in concentration cells and $SO_4{^{2-}}$ ion diffusion is accelerated across the anion-exchange membranes from desalting cells toward concentrating cells.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제16권1호
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• pp.75-81
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• 1999

HF purification performance of an ion exchange membrane(IEM) was evaluated with 0.5% HF spiked with 10ppb of Fe, Ni and Cu nitrates. The result show that after less than five turnovers through an IEM, the metallic impurity concentration drops below 1ppb. The decrease rate can be fitted to a model assuming the experimental tanks to be continuously stirred tank reaction and that the metallic impurity concentration after the IEM is a function of the single-pass purification efficiency of the membrane, the concentration before purification and the metals desorbed form the IEM. The Concentration after purification was investigated up to a cumulative Fe loading of 300ppb in the 23 liter recirculated loop. It increases linearly vs. cumulative loading and can be explained by the Langmuir theory resulting in a purification efficiency at the equilibrium of close to 99.5% in this loading regime.

• 멤브레인
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• 제33권6호
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• pp.315-324
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• 2023

이온교환막은 전기막 공정의 성능을 결정하는 핵심 구성 요소이다. 본 총설에서는 다양한 전기막 공정에 적용되는 이온교환막의 성능을 탄소계 및 금속계 나노물질을 이용한 개질을 통해 향상시킨 최신 연구 동향을 살펴보았다. 나노물질들은 다양한 방법을 통해 이온교환막에 도입될 수 있다. 특히 탄소계 나노물질은 화학적 개질을 통해 추가적인 기능기를 도입함으로써 고분자 사슬과의 상호작용을 강화할 수 있다. 이를 통해 이온교환막의 이온전도도를 개선시킬 수 있을 뿐만 아니라 적층 구조를 통한 체거름 현상으로 이온 선택 투과성을 향상시킬 수 있다. 한편, 금속계 나노물질은 적층 구조 혹은 다공성 구조를 갖는 특성을 이용하여 이온교환막 내에서 목적 이온과 배제 이온 간의 수화 반경 차이를 이용한 체거름 특성을 통해 이온 선택 투과성을 향상시킬 수 있다. 또한, 사용한 바인더의 특성에 따라서는 나노물질-바인더 간의 상호작용을 통해 이온전도도도 향상시킬 수 있다. 본 총설로부터 탄소계 및 금속계 나노물질을 이용하여 이온교환막의 특성을 효과적으로 조절할 수 있으며, 따라서 이에 관한 연구가 전기막 공정의 성능을 크게 향상시키기 위해 중요함을 확인할 수 있다.

• 멤브레인
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• 제32권2호
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• pp.91-99
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• 2022

모든 인구 계층에 저렴한 비용으로 깨끗한 물의 수요를 충족시키는 것은 해결해야 할 세계적인 문제이다. 막 분리 공정을 통한 해수 및 기수의 탈염은 효율이 높고 확립된 방법이다. 그러나 막 분리 공정은 막 오염, 제거된 오염물의 처리, 그리고 자본집약적 공정이라는 본질적인 문제가 있다. 전기투석은 전위차가 구동력인 막 기반 분리 공정이다. 전기투석막의 장점은 뛰어난 효율과 저렴한 운영 비용이다. 전기투석공정에서 사용되는 이온교환막은 장기간 효율을 잃지 않기 위해 내화학성과 내열성, 그리고 기계적 안정성이 필요하다. 이 때, 전기투석막의 이온교환용량은 이온교환막의 전도도에 따라 크게 달라진다. 본 리뷰에서는 이온 전도도과 안정성을 향상시키기 위한 양이온 교환막과 음이온 교환막의 개조를 중점적으로 논의하였다.