• 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.

• 접착 및 계면
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• 제15권1호
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• pp.1-8
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• 2014

이온 교환막은 전기투석, 확산투석, Redox flow 전지, 연료전지 등 다양하고 넓은 분야에서 사용되고 있다. 초음파를 이용하여 만들어진 PVC 양이온 교환막을 시간을 변화시켜 가면서 술폰화 반응에 의해 제조하였다. 술폰화제로 황산을 사용하였으며, 술폰화 PVC 양이온 교환막의 기본구조와 특성을 FT-IR, EDX, Water uptake, 이온교환용량(IEC), 전기저항(ER), 전도도, 이온수송수 및 표면 morphology를 SEM 분석하였다. FT-IR 스펙트럼 분석결과 술폰화 PVC 양이온 교환막에 술폰산기가 도입되었음을 확인하였으며 멤브레인의 Water uptake, IEC, 전기 저항 및 ion transport number의 최대값은 각각 40.2%, 0.87 meq/g, $35.2{\Omega}{\cdot}cm^2$ 및 0.88이었다.

• 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.

• 공업화학전망
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• 제14권6호
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• pp.21-28
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• 2011

이온교환막을 이용한 전기적 탈염기술은 막모듈 내에 양이온교환막과 음이온교환막을 교대로 장착시키고 모듈의 양단 전극에 전압을 적용함으로써 물속에 용존되어 있는 양이온과 음이온들을 전기의 힘을 이용하여 선택적으로 투과시키는 원리를 기반으로 하는 청정공정 기술이다. 이온교환막 공정은 전통적으로 산/알칼리의 생산, 산업폐수의 중금속의 제거, 해수의 담수화, 반도체 산업의 초순수의 제조, 해수에서 식염의 제조, 발효산업의 유기산 및 아미노산의 회수 등 다양한 산업분야에서 응용되어 왔다. 최근에는 이러한 기존의 응용분야에서 벗어나 새롭게 응용분야가 넓어지고 있다. 이온교환막과 다공성 탄소전극을 결합한 막축전식 해수담수화기술, 해수와 담수의 염도차를 이용한 역전기투석식 해수발전 등의 새로운 선택분리기능 및 응용분야를 가진 이온교환막의 개발 및 공정에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 그러나 국내에서는 이온교환막이 아직 상용화되지 않고 있어 이온교환막을 이용한 응용연구가 활발하게 진행되지 못하고 있어 그 개발이 시급하다. 본 논문에서는 먼저 이온교환막을 이용한 전기투석식 탈염기술, 물분해 전기투석, 전기탈이온 공정에 관한 동향을 조사하였다. 아울러 미래의 이온교환막의 응용기술인 해수담수화기술로서 역삼투법과 경쟁하여 에너지를 낮게 소모할 것으로 예상되는 분리막을 이용한 막축전식 탈염기술과 무한한 신재생에너지원인 해수와 담수를 이용한 역전기투석 해수발전기술에 대해 기술의 원리들과 최근의 연구동향 등을 정리하였다.

• 상하수도학회지
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• 제35권1호
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• pp.39-52
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• 2021

The global water shortage is getting more attention by global climate change. And water demand rapidly increases due to industrialization and population growth. Desalination technology is being expected as an alternative water supply method. Desalination technology requires low energy or maintenance costs, making it a competible next generation technology, with examples such as forward osmosis (FO), membrane distillation (MD), capacitive deionization (CDI), and electrodialysis (ED) to compete with reverse osmosis (RO). In order to identify recent research trends in desalination technologies (FO, MD, RO, CDI, and ED) between 2000-2020, a bibliometric analysis was conducted in the current study. The number of published papers in desalination technology have increased in Desalination and Journal of Membrane Science mainly. Moreover, it was found that FO, MD, RO, CDI, and ED technologies have been applied in various research areas including electrochemical, food processing and carbon-based material synthesis. Recent research topics according to the desalination technologies were also identified.

• 멤브레인
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• 제33권4호
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• pp.181-190
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• 2023

폐수 처리는 담수 공급의 수요를 맞추고 동시에 환경 오염을 제어하기 위한 가장 중요한 기술 중 하나이다. 여러 종류의 증류법과 역삼투 공정과 같은 다양한 기술은 더 높은 에너지 투입을 필요로 한다. 축전식 탈염(CDI) 기술은 전력 소비가 매우 적어 슈퍼커패시터 원리에 기반한 대안으로 떠오르고 있다. 공정의 효율성을 향상시키기 위해 전극 재료를 개선하기 위한 연구가 계속되고 있다. 역전기투석은 가장 일반적으로 사용되는 담수화 기술 및 삼투압 발전기이다. 역전기투석의 효율을 향상시키기 위해 수행된 많은 연구 중, 맥신(MXene)은 이온교환막 및 2차원 나노유체 채널로서 역전기투석의 물리적 및 전기화학적 특성을 향상시킬 수 있는 유망한 방법으로 떠오르고 있다. 맥신은 단독 사용뿐만 아니라 다른 물질들이 맥신과 혼합되어 복합막의 성능을 더욱 향상시킨다. 전처리를 거치거나 Ti₃C₂T_x, 나피온 등을 포함한 이종구조를 가진 맥신은 각각 최대 담수화 성능 측정 결과를 통해 담수화 산업에서 유망한 재료로 맥신의 잠재력을 입증했다. 역전기투석을 통한 삼투압 발전 산업에서 이온교환막에서 비대칭 나노유체 이온 채널에 맥신을 사용함으로써 최대 삼투압 출력 밀도를 크게 향상시켰으며, 대부분 상용화 기준값인 5 Wm^-2를 넘었다. 일정 개수의 단위체를 연결함으로써 매개체의 도움 없이 전자기기에 직접적으로 전력을 공급할 수 있는 수준의 전압이 출력됐다. 본 리뷰에서는 맥신 복합막을 기반으로 한 전기투석 공정의 최근 연구들에 대해 설명한다.

• 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.