Recently membrane-based gas separation has attracted a lot of attention due to the growing demands on energy efficient separation processes. Current membrane-based gas separation is dominant by polymer membranes and limited mostly to non-condensable gases rather than condensable gases such as hydrocarbon isomers due to the limitation s of polymer materials. Metal-organic framework (MOF) materials, consisting of metal ions and organic ligands, have received a tremendous attention as membrane materials due to high surface area, controllable pore structure, and functionality. In this review, we provide a recent development of MOF membrane preparation methods and their gas separation applications.
Emulsion Liquid Membrane (ELM) is a prominent technique for the separation of heavy metal ions from wastewater due to the fast extraction and is a single-stage operation of stripping-extraction. The selection of the components (Surfactant and Carrier) of ELM is a very significant step for its preparation. In the ELM technique, the primary water- in-oil (W/O) emulsion is emulsified in water to produce water-in-oil-in-water (W/O/W) emulsion. The water in oil emulsion was prepared by mixing the membrane phase and internal phase. To prepare the membrane phase, the extractant D2EHPA (di-2-ethylhexylphosphoric acid) was used as a mobile carrier, Span-80 as a surfactant, and Paraffin as a diluent. Moreover, the internal (receiving) phase was prepared by dissolving sulphuric acid in water. Di-(2- ethylhexyl) phosphoric acid such as surfactant concentration, carrier concentration, sulphuric acid concentration in the receiving (internal) phase, agitation time (emulsion phase and feed phase), the volume ratio of the membrane phase to the receiving phase, the volume ratio of the external feed phase to the primary water-in-oil emulsion and pH of feed were studied on the percentage extraction of metal ions at 20℃. The results show that it is possible to remove 78% for As(V), 98% for Cd(II), and 99% for Pb(II). Emulsion Liquid Membrane (ELM) is a well-known technique for separating heavy metal ions from wastewater due to the fast extraction and is a single-stage operation of stripping-extraction. The selection of ELM components (Surfactant and Carrier) is a very significant step in its preparation. In the ELM technique, the primary water-in-oil (W/O) emulsion is emulsified to produce water-in-oil-in-water (W/O/W) emulsion. The water in the oil emulsion was prepared by mixing the membrane and internal phases. The extractant D2EHPA (di-2-ethylhexylphosphoric acid) was used as a mobile carrier, Span-80 as a surfactant, and Paraffin as a diluent. Moreover, the internal (receiving) phase was prepared by dissolving sulphuric acid in water. Di-(2-ethylhexyl) phosphoric acid such as surfactant concentration, carrier concentration, sulphuric acid concentration in the receiving (internal) phase, agitation time (emulsion phase and feed phase), the volume ratio of the membrane phase to the receiving phase, the volume ratio of the external feed phase to the primary water-in-oil emulsion and pH of feed were studied on the percentage extraction of metal ions at 20℃. The results show that it is possible to remove 78% for As(V), 98% for Cd(II), and 99% for Pb(II).
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.32
no.8
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pp.617-623
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2008
The membrane filter adhered with nanostructured porous layer was made by heat treatment after deposition of nanoparticle-agglomerates sintered in aerosol phase onto a conventional micron-fibrous metal filter as a substrate filter. The Sintered-Nanoparticle-Agglomerates-coated NanoStructured porous layer Membrane Filter (SNA-NSMF), whose the filtration performance was improved compared with the conventional metal membrane filters, was developed by adhesion of nanoparticle-agglomerates of dendrite structure sintered onto the micron-fibrous metal filter. The size of nanoparticle-agglomerates of dendrite structure decreased with increasing the sintering temperature because nanoparticle-agglomerates shrank. When shrinking nanoparticle-agglomerates were deposited and treated with heat onto the conventional micron-fibrous metal filter, pore size of nanostructured porous layer decreased. Therefore, pressure drops of SNA-NSMFs increased from 0.3 to 0.516 kPa and filtration efficiencies remarkably increased from 95.612 to 99.9993%.
The diffusion coefficients of ions in the reverse transport system using the carrier mediated membrane were estimated from the diffusional membrane permeabilities and the ion activity in membrane system. In the aqueous alkali metal ions-membrane system diffusional flux of alkali metal ions driven by coupled proton was analyzed. The aqueous phase I contained NaOH solution and the aqueous phase II also contained NaCl and HCl mixed solution. The concentration of Na ions of both phases were $10^{0},\;10^{-1},\;10^{-2},\;5{\times}10^{-1}\;and\;5{\times}10^{-2}\;mol{\cdot}dm^{-3}$ and the concentration of HCI in aqueous phase II was always kept at $1{\times}10^{-1}\;mol{\cdot}dm^{-3}$. Moreover, the carrier concentration in liquid membrane was $10^{-2}\;mol{\cdot}dm^{-3}$. The results indicated that the diffusion coefficients depend strongly on the concentration of both phases electrolyte solution equilibriated with the membrane. The points were interpreted in terms of the energy barrier theory. Furthermore, eliminating the potential terms from the membrane equation was derived.
Kim, Do-Hyeong;Choi, Young-Eun;Park, Jin-Soo;Kang, Moon-Sung
Membrane Journal
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v.27
no.2
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pp.129-137
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2017
In this study, we have developed cation-exchange membranes (CEMs) which can efficiently separate heavy-metal ions among the cations contained in a water system. Sulfonated polyetheretherketone (SPEEK) was used as a base polymer and a powdered chelating resin with strong binding ability to heavy-metal ions was added into it. In order to optimize the performance of the CEM, the content of chelating resin powder and the ion exchange capacity of SPEEK have been controlled. As a result, it was confirmed that the removal efficiency of heavy metal ion was improved by more than 20% by applying the CEM to membrane capacitive deionization (MCDI).
Zhuang, XueLong;Shin, Min Chang;Jeong, Byeong Jun;Lee, Seung Hwan;Park, Jung Hoon
Korean Chemical Engineering Research
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v.59
no.2
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pp.174-179
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2021
Recently, hybrid coal research is underway to upgrade low-grade coal. The hybrid coal is made by mixing low-grade coal with bioliquids such as molasses, sugar cane, and lignin. In the case of lignin used here, a large amount of lignin is included in the wastewater of the papermaking process, and thus, research on hybrid coal production using the same is attracting attention. However, since a large amount of metal ions are contained in the lignin wastewater from the papermaking process, substances that corrode the generator are generated during combustion, and the amount of fly ash is increased. To solve this problem, it is essential to remove metal ions in the lignin wastewater. In this study, metal ions were removed by ion exchange with a alumina hollow fiber membrane coated with K-Phillipsite (K-PHI) zeolite. The alumina hollow fiber membrane used as the support was prepared by the nonsolvent induced phase separation (NIPS) method, and K-PHI seeds were prepared by hydrothermal synthesis. The prepared K-PHI seed was seeded on the surface of the support and coated by secondary growth hydrothermal synthesis. The characteristic of prepared coating membrane was analyzed by Scanning Electron Microscope (SEM), X-Ray Diffraction (XRD), Energy Dispersive Spectroscopy (EDX), and the concentration of metal ions before and after ion exchange was measured by Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometer (ICP-OES). The extraction amount of K+ is 86 mg/kg, and the extraction amount of Na+ is 54.9 mg/kg. Therefore, K-PHI zeolite membrane has the potential to remove potassium and sodium ions from the solution and can be used in acidic lignin wastewater.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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1997.03a
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pp.183-187
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1997
A membrane element is regarded as more preferable rather than other elements in the sense of its computing efficiency and the merit with respect to contact treatment. However, it cannot consider the bending effect during the deformation. Moreover, due to the characteristics of rolling process, sheet metal has anisotropy with respect to the direction in the plane. To take the bending effect into account, a modified membrane element was introduced and improved to consider planar anisotropic characteristics with the aid of Hill's quadratic criterion.
Kim, Chang-Hee;Kang, Kyung-Soo;Park, Chu-Sik;Hwang, Gab-Jin;Bae, Ki-Kwang
Proceedings of the Korean Powder Metallurgy Institute Conference
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2006.09b
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pp.1227-1228
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2006
The electrochemical properties of novel metal powders were investigated for the electrode materias of polymer electrolyte memebrane electrolysis. Two types of Pt black and $IrO_2$ powder electrodes were hot-pressed on the polymer electrolyte membrane to form membrane electrode assembly. The galvanodynamic polarization methode was used to characterize the electrochemical properties of both electrodes. From the experimental results, we concluded that the $IrO_2$ powder electrode exhibits better electrochemical performance than Pt black as cathode material for the electrolysis.
Proceedings of the Membrane Society of Korea Conference
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2003.07a
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pp.25-28
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2003
Low cost composite metallic membranes for the hydrogen separation and production have been prepared by using thin Pd-Ag foils reinforced by metallic (stainless steel and nickel) structures. Especially, “supported membranes” have been obtained by a diffusion welding procedure in which Pd-Ag thin foils have been joined with perforated metals (nickel) and expanded metals (stainless steel): in these membranes the thin palladium foil assures both the high hydrogen permeability and the perm-selectivity while the metallic support provides the mechanical strength. A second studied method of producing "laminated membranes" consists of coating non-noble metal sheets with very thin palladium layers by diffusion welding and cold-rolling. Palladium thin coatings over these metals reduce the activation energy of the hydrogen adsorption process and make them permeable to the hydrogen. In this case, the dense non-noble metal has been used as a support structure of the thin Pd-Ag layers coated over its surfaces: a proper thickness of the metal assures the mechanical strength, the absence of defects (cracks, micro-holes) and the complete hydrogen selectivity of the membrane. membrane.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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