The air gap membrane distillation (AGMD) process was applied for water desalination. The main objective of the present work was to study the heat and mass transfer mechanism of the process. The experiments were performed on a flat sheet module using aqueous NaCl solutions as a feed. The membrane employed was hydrophobic PTFE of pore size 0.22 ${\mu}m$. A mathematical model is proposed to evaluate the membrane mass transfer coefficient, thermal boundary layers' heat transfer coefficients, membrane / liquid interface temperatures and the temperature polarization coefficients. The mass transfer model was validated by the experimentally and fitted well with the combined Knudsen and molecular diffusion mechanism. The mass transfer coefficient increased with an increase in feed bulk temperature. The experimental parameters such as, feed temperature, 313 to 333 K, feed velocity, 0.8 to 1.8 m/s (turbulent flow region) were analyzed. The permeation fluxes increased with feed temperature and velocity. The effect of feed bulk temperature on the boundary layers' heat transfer coefficients was shown and fairly discussed. The temperature polarization coefficient increased with feed velocity and decreased with temperature. The values obtained were 0.56 to 0.82, indicating the effective heat transfer of the system. The fouling was observed during the 90 h experimental run in the application of natural ground water and seawater. The time dependent fouling resistance can be added in the total transport resistance.
An experimental study on the removal of VOCs gas using a biomembrane reactor were carried out at various inlet gas concentration, specific loading rate, retention time and gas flow rate of volume. The variations of efficiency and various parameters, which are relevant to gas removal, with mixing of soluble gas and without have been discussed. More than 95% of the toluene and methanol present in the feed was successfully removed in each study. The elimination of methanol with mixture of soluble compound of about 300 mg/h corresponds to a portion of 21% if there is a feed stream of 1400 mg/h. On the contrary the maximum efficiency of about 72% of toluene was reached. This is to be rated as a treatment of sorption that the limiting factor of the dismantling speed could be represented by this difficult degradable component. Nevertheless the elimination capacities for this reactor for toluene were on a very high level. For substances which show a very high solubility in silicon rubber an advantage of a bio membrane is clearly shown. Therefore a similarly good result is expected for n-hexane, because of its relatively good permeability which was distinguished during permeation experiments.
Akali-resistant porous glass was prepared by phase separation in Na2O-B2O3-SiO2 system containing ZrO2 and MgO. ZrO2 was added for alkali-resistance and MgO for anti-cracking during leaching. Optimal content of ZrO2 for alkali-resistance was 7wt% and devitrification by heat treatment resulted from further addition. Pore size and pore volume were decreased and specific surface area was increased with ZrO2 addition due to depression in phase separation. Addition of 3mol% MgO to mother glass containing 7wt% ZrO2 was effective for anti-crack during leaching. In this case, with phase separation at 55$0^{\circ}C$ and 5$25^{\circ}C$ for 20 hrs. crack-free porous glasses could be prepared. The relation between pore size r and heat treatment time t at 55$0^{\circ}C$ was D=25.58+18.16t. According to measurement of gas permeability, the mechanism of gas permeation was Knudsen flow. N2 and He permeability of porous glass which was prepared by heat treatment at 55$0^{\circ}C$ for 20 hrs. were 0.843$\times$10-7mol/$m^2$.s.Pa and 2.161$\times$10-7mol/$m^2$.s.Pa respectively.
Hong Seong Uk;Kim Hyun Seon;Choi Won Seok;Kim Jeong Heon
Membrane Journal
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v.15
no.2
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pp.141-146
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2005
In this study, carbon composites were prepared using carbon graphite, thermoset resin, and carbon black. Oxygen permeability was measured using the continuous flow gas permeation analyzer as a function of composition and processing conditions. The experimental results showed that the oxygen permeability increased as the carbon black content increased, whereas the oxygen permeability decreased as the pressing time increased. The oxygen permeability was not affected by the processing pressure.
Proceedings of the Membrane Society of Korea Conference
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1994.04a
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pp.51-52
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1994
High permeability, selectivity and stability are the basic properties also required for membrane gas separations. The $CO_2$ separation by liquid membranes has been developed as a new technique to improve the permeability and selectivity of polymeric membranes. Sirkar et al.(1) have atlempted the hollow-fiber contained liquid membrane technique under four different operational modes, and permeation models have been proposed for all modes. Compared to a conventional liquid membrane, the diffusional resistance decreased by the work of Teramoto et al.(2), who referred to a moving liquid membrane. Recently, Shelekhin and Beckman (3) considered the possibility of combining absorption and membrane separation processes in one integrated system called a membrane absorber. Their analysis could be predicted effectively the performance of flat sheet membrane, however, there are restrictions for considering a flow effect. The gas absorption rate is determined by both an interfacial area and a mass transfer coefficient. It can be easily understood that although the mass transfer coefficients in hollow fiber modules are smaller than in conventional contactors, the substantial increase of the interfacial area can result in a more efficient absorber (4). In order to predict a performance in the general system of hollow-fiber membrane absorber, a gas-liquid mass transfor should be investigated inevitably. The influence of liquid velocity on both a mass transfer and a performance will be described, and then compared with experimental results. A present study is attempted to provide the fundamentals for understanding aspects of promising a hollow-fiber membrane absorber.
Total resistance of membrane in a micro-filtration system using a metal membrane was mainly attributed to the permeate resistance of cake layer($R_c$), which was formed by deposited particles from the physico-chemical interactions of solids on membrane surface. Intermittent back ozonation was highly effective than the air backwashing for fouling reduction. As far the operational effect, under same ozone injection, the increase of gas flow-rate was more favorable than the increase of injection time far the recovery of permeation flux. As the filtration time was longer, the effect of flux recovery by intermittent back-ozonation decreased. Therefore, it is preferable to operate membrane cleaning before the foulant is consolidated on membrane surface.
Proceedings of the Membrane Society of Korea Conference
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1999.07a
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pp.115-115
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1999
In this work a new process was developed for the sulfonation of the chemicallly stable engineering polymer polyethersulfone as membrane materials for electrodialysis or a flow battery applications. Commercially available polyethersulfone polymer was partially sulfonated using a CSA sulfonating agent in a dichloromethane solvent, which sulfonated polyethersulfone with various sulfonation levels have been prepared. Sulfonated polyethersulfone (SPES) membranes with different ion capacities were prepared for the purpose of identifying cation exchange membrane properties, in an attempt to find a low cost replacement for Nafion, which most of the perfluorinated membranes, known to exhibit a prolonged service life, are expensive and difficult to process. The following features were determined: the degree of sulfonation, water uptake, thermal analysis, and electrochemical properties such as ion exchange capacities, resistivity, selectivity of ion permeation. The surface of the cation exchange membranes, decomposed with the H202-treatment, were observed by using scanning electron microscope. The area resistivities of SPES mebranes in 5N-NaOH decreased from $2,150{\;}{\Omega}-cm2$ to less than $15{\Omega}-cm2$ as the ion exchange capacity (IEC) increased from 0.62 to 1.73 millieequivlants per dry gram(meq/dg).eq/dg).
The porous silica membrane was prepared from Si(${OC}_2H_5)_4-H_2O$ system by sol-gel method. To investigate the characteristics of gels and porous silica membrane, we examined gels and porous silica membrane using TG-DTA, X-ray diffractometer, IR spectrophotometer, BET, SEM and TEM. The optimum mole ratio of Si(OC$_2$H$_{5}$)$_4$ : $H_2O$$C_2$H$_{5}$OH for porous silica membrane was 1 : 4.5 : 4. The porous silica membrane was obtained by heat treatment of the gel above 700 $^{\circ}C$. The specific surface area of sintered gel was 3.8 $m^2$/g to 902.3 $m^2$/g at 100 $^{\circ}C$ to 1100 $^{\circ}C$ The pore size of sintered gel was in the range 20 $\AA$~ 50$\AA$. The particle size of sintered gel was 15 nm to 30 nm at 30$0^{\circ}C$ to 700$^{\circ}C$. The performance of the porous silica membrane was investigated for the separation of $H_2$/$N_2$ gas mixture. Gas separation through porous silica membrane depends upon Knudsen flow and surface flow. The veal separation factor($\alpha$) of $H_2$/$N_2$ was 5.17 at 155.15 cmHg and $25^{\circ}C$. The real separation factor($\alpha$), head separation factor($\beta$), and tail separation factor( $\bar{B}$) increased as the pressure of permeation cell Increased.sed.
Park, Hyun-Hee;Jo, Hang-Dae;Kim, In-Won;Lee, Hyung-Keun
Korean Chemical Engineering Research
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v.46
no.3
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pp.521-528
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2008
The micro-porous asymmetric PVDF hollow fiber membranes for gas-liquid contactor were prepared by the dry-jet wet phase inversion process and the characteristics of hollow fiber membranes were evaluated by the gas permeation method and scanning electron microscope. The chemical absorbent for removal of $SO_2$ gas was sodium hydroxide at bench scale hollow fiber membrane contactor. The experiments were performed in a counter-current mode of operation with gas in the shell side and liquid in the fiber lumen of the module to examine the effect of various operating variables such as concentration of absorbent, gas flow rate, L/G ratio and concentration of inlet $SO_2$ gas on the $SO_2$ removal efficiency using PVDF hollow fiber membrane contactor. Membrane mass transfer coefficient($k_m$) was calculated by mathematical modeling. The volumetric overall mass transfer coefficient increased with increasing the concentration of absorbent and L/G ratio. The increase of the absorbent concentration and L/G ratio not only provides more sufficient alkalinity but also decreases liquid phase resistance. The volumetric overall mass transfer coefficient increased with increasing gas flow rate due to decreasing the gas phase resistance.
Four membranes were used to separate Chlorella sp. from their culture medium in cross-flow microfiltration (MF) experiments: cellulose acetate (CA), cellulose nitrate (CN), polypropylene (PP) and polyvinylidenefluoride (PVDF). It was found that the hydrophilic CA and CN membranes with a pore size of 1.2 ${\mu}m$ exhibited the best performances among all the membranes in terms of permeation flux. The hydrophobicity of each membrane material was determined by measuring the angle between the water (liquid) and membrane (solid). Contact angle measurements showed that deionized (DI) water had almost adsorbed onto the surfaces of the CA and CN membranes, which gave $0.00^{\circ}$ contact angle values. The PP and PVDF membranes were more hydrophobic, giving contact angle values of $95.97^{\circ}$ and $126.63^{\circ}$, respectively. Although the pure water flux increased with increasing pore diameter (0.8 < 1.2 < 3.0 ${\mu}m$) in hydrophilic CA and CN membranes, the best performance in term of filtration rate for filtering a microalgae suspension was attained by membranes with a pore size of 1.2 ${\mu}m$. The fouled membrane pore sizes and pore blocking were inspected using a scanning electron microscope (SEM). MF with large pore diameters was more sensitive to fouling that contributed to intermediate blocking, where the size of the membrane pores is almost equivalent to that of cells.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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