리튬 이온 배터리(LIB) 수요는 화석 연료에 대한 부담을 줄이기 위해 전 세계적으로 매년 증가하고 있다. LIB는 전기 자동차, 고정식 저장 시스템 및 기타 다양한 응용 분야에 사용된다. 리튬은 해수, 염수, 염호에서 구할 수 있으며 환경 친화적이고 저렴한 방법으로 추출하면 리튬 채굴의 부담을 크게 줄일 수 있다. 주로 나노여과(NF)와 같은 막 분리 공정은 용액에서 리튬 금속을 분리하는 효과적인 방법이다. 전기투석 및 전기 분해는 리튬 분리에 사용되는 다른 분리 공정이다. 역삼투압(RO) 공정은 이미 해수 담수화를 위한 잘 정립된 방법이다. 따라서, 리튬 금속을 목적으로 사용되는 개질된 RO 분리막은 용액속에 존재하는 다른 금속 원소의 간섭에 의한 문제를 해결할 수 있는 좋은 대안 방법이다. 적합한 NF 막을 찾거나 개발하여 리튬을 선택적으로 제거하는 것은 도전적일 수 있지만 흥미로운 연구 영역이다. 이 총설에서는 나노여과, 전기투석, 전기분해 및 기타 공정을 이용한 리튬 회수에 대해 자세히 설명한다.
Hassan, Abdul Rahman;Rozali, Sabariah;Safari, Nurul Hannan Mohd;Besar, Badrul Haswan
Environmental Engineering Research
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제23권3호
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pp.316-322
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2018
In this study, the effects of polymer concentration and additive in the formation of asymmetric nanofiltration (NF) membrane were evaluated. The membrane fabrication was carried out via dry/wet phase inversion technique. A new formulation of dope solution with polymer concentration ranging between 17 wt% to 21 wt% and the present of additive was developed. The results show that the permeate flux gradually decreases as polymer concentration increased, until $2.5969L/m^2h$ and increased the rejection up to 98.7%. Addition of additive, polyethylene glycol 600 increased dyes rejection up to 99.8% and decreased the permeate flux to $3.6501L/m^2h$. This indicates that the addition of polyethylene glycol additive led towards better membrane performance. The morphological characteristics of NF membrane were analysed using a Scanning Electron Microscopy.
The fouling of Nanofiltration membrane (NF) was examined using wastewater containing reactive black dye RB5 of 1500 Pt/Co color concentrations with 16890 mg/l TDS collected from El-alamia Company for Dying and Weaving in Egypt. The NF-unit was operated at constant pressure of 10 bars, temperature of 25℃, and flowrate of 420 L/min. SEM, EDX, and FTIR were used for fouling characterization. Using the ROIFA-4 program, the total inorganic fouling load was 1.07 mM/kg present as 49.3% Carbonates, 10.1% Sulfates, 37.2% Silicates, 37.2% Phosphates, and 0.93% Iron oxides. The permeate flux, recovery, salt rejection and mass transfer coefficients of the dye molecules were reduced significantly after fouling. The results clearly demonstrate that the fouling had detrimental effect on membrane performance in dye removal, as indicated by a sharp decrease in permeate flux and dye recovery 68%. The dye mass transfer coefficient was dropped dramatically by 34%, and the salt permeability increased by 14%. In this study, all the properties of the membrane used and the fouling that caused its poor condition are identified. Another study was conducted to regeneration fouled membrane again by chemical methods in another article (Abdel-Fatah et al. 2017).
A series of bench-scale membrane filtration experiments were performed to systematically investigate the removal mechanisms of reverse osmosis (RO) and nanofiltration (NF) membranes for BTEX (benzene, toluene, ethylene, xylene), trichloroethylene (TCE) and tetrachloroethylene (PCE). The molecular weight of these organic compounds ranged from 78 to 166 dalton. The rejection of organic compounds by RO/NF membranes varied significantly from 59.6 to 99.2% depending on solute and membrane types. Specifically, experimental results demonstrated that the removal efficiency of RO/NF membranes increased as solute molecular characteristics such as W/L (molecular width/length) ${\times}$$M_W$ (molecular weight) and octanol-water partition coefficient increased. This observation suggested that the rejection of small organic compounds by RO/NF membranes was determined by the combined effect of physical (molecular size and shape) and chemical (hydrophobicity) properties.
Membrane processes are capable of removing much materials from water. The removal or rejection characteristics of a membrane is usually depend upon the nominal pore size or MWCO(molecular weight cut off). A membrane with a smaller nominal pore size or MWCO should be capable of removing smaller contaminants from water. A series of experiments was performed to investigate the separation characteristics of membrane processes which consisted of microfiltration(MF) and nanofiltration(NF). To evaluate removal efficiencies of some pollutants such as the consumption of $KMnO_4$, THMFP, NH3-N, Fe, Mn, and pesticides, source water sampled from the Kum river was treated by the those membrane processes. Also, the results of experiments were compared with those of conventional water treatment processes. By two types of the membrane process, total removal efficiency of $KMnO_4$ consumed, THMEP, and $NH_3-N$ were 91.0%, 84.3%, and 85.5%, respectively and those processes were efficient in pesticides removal as well. Most of the effluents satisfied the Korean standard of drinking water quality continuously in the experimental periods. However, NF was needed for producing the safe drinking water in case of treating the raw water contaminated with Mn since removal efficiency of MF was not high enough. On the basis of the experimental results, it was suggested that NF could be applied to remove not only $NH_3-N$ but THMFP even without pre-chlorination.
Oliveira, Elizabeth E.M.;Barbosa, Celina C.R.;Afonso, Julio C.
Membrane and Water Treatment
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제3권4호
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pp.231-242
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2012
The performance of a nanofiltration membrane for treatment of a low-level radioactive liquid waste was investigated through static and dynamic tests. The liquid waste ("carbonated water") was obtained during conversion of $UF_6$ to $UO_2$. In the static tests membrane samples were immersed in the waste for 24, 48 or 72 h. The transport properties of the samples (hydraulic permeability, permeate flow, selectivity) were evaluated before and after immersion in the waste. In the dynamic tests the waste was permeated in a permeation flow front system under 0.5 MPa, to determine the selectivity of NF membranes to uranium. The surface layer of the membrane was characterized by zeta potential, field emission microscopy, atomic force spectroscopy and infrared spectroscopy. The static test showed that the pore size distribution of the selective layer was altered, but the membrane surface charge was not significantly changed. 99% of uranium was rejected after the dynamic tests.
This study examined the adsorption effect of aromatic pesticides by hollow fiber NF membrane on rejection and removal properties. Batch type adsorption test and hollow fiber NF membrane filtration were conducted with 5 different kinds of aromatic pesticides. 3 to 15 days were required to reach the equilibrium concentration and $0.3181{\sim}0.8094{\mu}g/cm^2$ were adsorbed to hollow fiber NF membrane. Since 5 hours of separation test were too short to keep steady state for permeate due to the repetition of sorption and desorption, longer times were required to evaluate the rejection performance of NF membrane. Sorption and desorption were confirmed by the separation test equipped with membrane and without membrane. Adsorption contribution of aromatic pesticides to hollow fiber membranes were shown to be ranged from 16.1% to 36.3% and indicated the difference considering sorption effect.
This work focuses on the application of nanofiltration (NF) to the concentration of a pharmaceutical product, Clavulanate ($CA^-$), from clarified fermentation broths, which show a complex composition with six main identified ions ($K^+$, $Cl^-$, ${NH_4}^+$, $H_2{PO_4}^-$, ${SO_4}^{2-}$ and $CA^-$), glucose and glycerol. The solutes transport through the NF membrane pores was investigated using the SEDE (Steric, Electric and Dielectric Exclusion) model. This model was applied to predict the rejection rates of the initial feed solution and the final concentrated solution (10-fold concentrated solution). The best results were achieved with a single fitted parameter, ${\varepsilon}_p$ (the dielectric constant of the solution inside pores) and considering that the membrane selectivity is governed by steric, electric (Donnan) and Born dielectric exclusion mechanisms. While the predicted intrinsic rejections of solutions comprising up to six ions and uncharged solutes were in good agreement with the experimental values, the deviations were much larger for the 10-fold concentrated solution.
Algal problem in drinking water treatment is being gradually increased by causing deterioration of water supplies therefore, especially taste and odor compounds such as geosmin and 2-MIB occur mainly aesthetic problem by its unpleasant effects resulting in the subsequent onset of complaints from drinking water consumer. Recently, geosmin and 2-MIB are detected frequently at abnormally high concentration level. However, conventional water treatment without advanced water treatment processes such as adsorption and oxidation process, cannot remove these two compounds efficiently. Moreover, it is known that the advanced treatment processes i.e. adsorption and oxidation have also several limits to the removal of geosmin and 2-MIB. Therefore, the purpose of this study was not only to evaluate full scale nanofiltration membrane system with $300m^3/day$ of permeate capacity and 90% of recovery on the removal of geosmin and 2-MIB in spiked natural raw water sources at high feed concentration with a range of approximately 500 to 2,500 ng/L, but also to observe rejection property of the compounds within multi stage NF membrane system. Rejection rate of geosmin and 2-MIB by NF membrane process was 96% that is 4% of passage regardless of the feed water concentration which indicates NF membrane system with an operational values suggested in this research can be employed in drinking water treatment plant to control geosmin and 2-MIB of high concentration. But, according to results of regression analysis in this study it is recommended that feed water concentration of geosmin and 2-MIB would not exceed 220 and 300 ng/L respectively which is not to be perceived in drinking tap water. Also it suggests that the removal rate might be depended on an operating conditions such as feed water characteristics and membrane flux. When each stage of NF membrane system was evaluated relatively higher removal rate was observed at the conditions that is lower flux, higher DOC and TDS, i.e., $2^{nd}$ stage NF membrane systems, possibly due to an interaction mechanisms between compounds and cake layer on the membrane surfaces.
The impacts of membrane degradation due to chlorine attack on the rejection of inorganic salts and trace organic contaminants by nanofiltration (NF) and reverse osmosis (RO) membranes were investigated in this study. The rejection of trace contaminants was examined at environmentally relevant concentrations. Changes in the membrane surface morphology were observed as a result of chlorine exposure. A small increase in rejection was consistently observed with all four membranes selected in this study after being exposed to a low concentration of hypochlorite (100 ppm). In contrast, a higher concentration of hypochlorite (i.e., 2000 ppm) could be detrimental to the membrane separation capacity. Membranes with severe chlorine impact showed a considerable decrease in rejection over filtration time, possibly due to rearrangement of the polyamide chains under the influence of chlorine degradation and filtration pressure. The reported results indicate that loose NF membranes are more sensitive to chlorine exposure than RO membranes. The impact of hypochlorite exposure (both positive and negative) on rejection is dependent on the strength of the hypochlorite solution and is more significant for the neutral carbamazepine compound than the negatively charged sulfamethoxazole.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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