Appl. Chem. Eng., Vol. 25, No. 3, June 2014, 274-280 http://dx.doi.org/10.14478/ace.2014.1026 Original article 폴리설폰중공사막구조에대한조용매 γ-butyrolactone 첨가영향 윤석복 이용택 충남대학교화학공학과 (2014 년 3 월 19 일접수, 2014 년 4 월 3 일심사, 2014 년 4 월 4 일채택 ) Effect of Addition of Cosolvent γ-butyrolactone on Morphology of Polysulfone Hollow Fiber Membranes Sukbok Yun and Yongtaek Lee 1) Department of Chemical Engineering, Chungnam National University, Daejeon 305-764, Korea (Received March 19, 2014; Revised April 3, 2014; Accepted April 4, 2014) 비용매유도상전이 (nonsolvent induced phase separation, NIPS) 방법을이용하여 PSf (polysulfone) 중공사분리막을제조하였다. PSf/DMAc (N,N-dimethylacetamide) 로이루어진고분자용액에조용매로 GBL (γ-butyrolactone) 을첨가하였으며, 물을응고용액으로이용하여중공사분리막을제조하였다. 제조된분리막은전자주사현미경을이용하여그구조를분석하였으며그결과 GBL 의농도가증가함에따라밀집구조의분리활성층과스폰지형상의지지층으로구성된이중구조형태의비대칭다공성의구조를나타내었다. 또한, 조용매 GBL 은고분자용액의용해도상수를변화시켜열역학적상분리촉진역할을할수있음을알수있었다. 고분자용액내의조용매 GBL 의존재유무와 GBL 의농도, 첨가제의농도그리고내부응고제의종류에따라중공사분리막의구조뿐만아니라순수투과도및분리특성에도매우큰영향을미치는것을확인하였다. 내부응고제로 보다 P 를사용하였을경우 0.05 µm PSL (polystyrene latex) bead 를이용하여배제특성을측정한결과 5% 정도로소폭감소한반면순수투과플럭스는최대 130 배이상증가하는효과를나타내었다. Polysulfone (PSf) hollow fiber membranes were prepared via the nonsolvent induced phase separation technique. The cosolvent of γ-butyrolactone (GBL) was added to the polymer solution containing a mixture of PSf and N,N-dimethylacetamide (DMAc). Water was utilized as a precipitation nonsolvent. The morphology of prepared membranes was investigated using a field emission scanning electron microscopy. The fabricated membrane showed a typical asymmetric structure such as the dense layer on the porous support layer by the addition of GBL to the polymer solution. As the concentration of GBL increased, the asymmetric porous structure was shown to be more intensified. It was thought that the added GBL played a role of enhancing the liquid-liquid phase separation of the polymer solution, since the cosolvent of GBL might change the thermodynamic solubility parameter of the doping solution. Permeation properties through the prepared hollow fiber membranes were characterized by measuring the pure water flux and the solute rejection using 0.05 µm polystyrene latex (PSL) beads. Experimental results revealed that the use of P as the internal coagulant enhanced the pure water flux up to 130 times compared to the use of while the rejection of the PSL beads decreased only 5%. Keywords: membrane, hollow fiber, water flux, polysulfone, γ-butyrolactone 1. 서론 산업화와도시화에따라수질악화, 환경규제강화및생활수준향상에따른고품질, 편리성, 고효율성의요구와세계인구의증가로물사용량이증가됨에따라환경친화적인수처리기술의필요성및중요성이증가하고있다 [1]. Corresponding Author: Chungnam National University, Department of Chemical Engineering, 99 Daehak-ro Yuseong-gu, Daejeon 305-764, Korea Tel: +82-42-821-5686 e-mail: ytlee@cnu.ac.kr pissn: 1225-0112 eissn: 1228-4505 @ 2014 The Korean Society of Industrial and Engineering Chemistry. All rights reserved. 고분자막여과공정은압력과전위차등을구동력으로하는물리적방법으로분리과정중화학반응이나상전이를수반하지않고, 우수한선택성및풍부한투과수량을구현할수있어친환경적인수처리방법으로고부가가치용수의생산에있어점점비중이커지고있다 [2,3]. 한편, 고분자막여과과정중막에가해지는물리적힘또는산업폐수에포함된유기용매나고온폐수등의열악한조건에서고분자막이손상되어원래의기능을상실하게되는경우가많다. 따라서고분자막여과공정에서사용되는막의특성으로높은투과성과선택성및화학적, 물리적내구성이뛰어난고분자막의제조가필수적이다. 또한, 고분자막여과공정에서막의효율을극대하기위해서단위면적당효율이높은중공사형태의막개발및적용에대해많은논의가이루어지고있다. 274
폴리설폰중공사막구조에대한조용매 γ-butyrolactone 첨가영향 275 Figure 1. Chemical structure of polysulfone. 고분자막을제조하는방법은막재료와사용되는공정에따라다양한방법으로제조되며, 가장보편적으로사용되는막제조법으로는비용매유도상전이법 (nonsolvent induced phase separation) 이이용되고있다 [4,5]. 비용매유도상전이법을이용하여제조되는막의구조는상전이가진행되는과정에서고분자용액의열역학적안정성변화및상전이속도에의해다양한구조를형성하게하는공정이다. 이공정에서시작점은고분자용액제조에있어서상분리가전제된열역학적으로안정된고분자용액을제조하는것으로고분자소재를적절한용매로용해시켜균일한용액을제조하는것이다. 고분자용액을필름또는, 중공사형태로성형한후비용매 (nonsolvent) 에침지시키면용매와비용매의상호확산에의한고분자용액의조성이변하게된다. 이때액-액상분리를포함한고분자의고형화 (solidification) 현상이일어나게되면서용매와비용매가차지하고있던부분의일부분이기공으로되어막의형상을이루게된다 [6,7]. 비용매유도상분리공정에사용되는고분자는 polysulfone (PSf), polyethersulfone (PES), polyvinylidene fluoride (PVDF) 와같은고분자자체기계적강도와내화학성이우수한고분자들을주로사용된다. 고분자용매로는 N,N-dimethylformamide (DMF), N,N-dimethylacetamide (DMAc), N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) 과같은수소결합이없는극성용매가유용하다. 침지용응고조비용매로는물, 알코올과같은수소결합을포함하는비용매가사용되며, 고분자, 용매, 비용매의농도에따라막의구조가결정되는중요한인자가된다 [8]. 일반적으로용매와비용매의상호확산이빠르고비용매가고분자와열역학적으로친화력이낮아상분리현상이빠르게진행될경우막의내부에큰기공구조 (finger-like structure) 생성이가능하여정밀여과또는한외여과막제조에적합하고, 상분리현상이지연될경우치밀한표면층과함께막의내표면에균일한미세기공구조 (sponge-like structure) 생성으로기체분리와같은치밀기공을갖는막제조에적합하다 [7,8]. 상전이과정중용매-비용매치환속도는고분자, 용매, 비용매각각의특성에의해결정되어지나미세한농도변화에따른속도제어가어려운이유로여러가지속도및특성을조절하는다양한연구가진행되고있다. 그방법으로는고분자용액내에고분자및용매와친화력이우수하면서도화학적특성에서작은차이를가져올수있는첨가제를적용하는방법으로고분자용액내유기 / 무기첨가제를도입하여막제조에대한연구가수행되어왔다. 일반적으로물에잘용해되는유기 / 무기첨가제는기공형성제로작용하여제막과정중고분자용액으로부터녹아나와용질배제율 (rejection) 을낮추고순수플럭스를증가시키는반면에무기염이첨가될경우고분자체인의상호엉킴에의해상분리가저해되어막표면에상대적으로작은기공을형성하고이로인해투과량은줄어들게되고배재율은증가하게된다 [9-13]. 특히 PSf를이용한고분자막제조에서 PSf 및침지용비용매인물과열역학적친화력을지니는 polyvinylpyrrolidone (PVP), polyethylene glycol (P) 등친수성고분자를고분자용액에첨가하여막을제조하는연구가많이이루어졌다 [14]. 한편, PSf과열역학적으로친화력을나타내는저분자형조용매 (cosolvent) 을사용하여 PSf 상전환막의제조에대한연구를수행한경우는상대적으로많지않은것으로판단된다. 이는물을 침지용비용매로사용했을경우 PSf과침지용물에모두친화력을지니는조용매를상대적으로찾기어려움때문으로분석된다. PSf고분자는기계적강도가우수하며 ph적용범위가넓고, 극성비양자성용매 (polar aprotic solvent) 를제외하면용매안전성이우수한특징을소지하여정밀여과 (microfiltration, MF) 또는한외여과 (ultrafiltration, UF) 를위한공정에직접사용되거나역삼투압 (revers osmosis, RO) 및나노여과 (nanofiltration, NF) 막의지지층 (support) 등다양하게사용되고있다. 또한, 상전이공정조건에따라기공크기및분포조절이용이하여고분자막재료로많이선택되는고분자재료이다 [15,16]. PSf 중공사막의구조및투과성능을조절하기위해공기층 (air gap) 의길이 [17], 고분자농도, 응고조온도 [18], 고분자용액방사속도 [19] 등과같은방사조건에대한연구가다양하게이루어져왔다. 본연구에서는비용매유도상전이법을이용하여 PSf고분자중공사막을제조함에있어서, 고분자용액에첨가된저분자형조용매 (cosolvent) 의조성변화에따른막의구조변화및투과특성을분석하고자하였으며, PSf과 DMAc로구성된고분자용액에친화력을지닌조용매인 GBL 를첨가시켜고분자용액의물리화학적특성을변화시키고제조된고분자용액을비용매인물에침지시켜상전이를유도하여중공사막을제조하였다. 제막된분리막의특성으로서그구조뿐만아니라순수투과도와용질배제율을체계적으로조사하고자하였다. 2. 실험 2.1. 재료본연구에서사용한고분자는 Solvay의 PSf (Polysulfone, Udel) 을구입하여 100 오븐에서 24 h 이상건조하여수분을제거한후사용하였다. 구입한 PSf의외형은입자형태로서평균분자량은 79,000 으로유리전이온도 (Tg) 는 185 이며비중은 1.24이였다. Figure 1에서본연구에서사용된고분자의구조를나타내었다. 조용매로사용한 GBL (γ-butyrolactone) 과배제용액으로사용된 0.05 µm 크기의 PSL (polystyrene latex) beads는 Sigma Aldrich에서구입하여사용하였으며, 고분자용액을제조하기위한용매로사용한 DMAc, 내부응고제로사용한 와 P (Mn = 200) 는대정화금에서구입하여전처리없이사용하였다. 2.2. PSf 중공사막제조 PSf 중공사분리막의제조는 Figure 2에서볼수있듯이고분자와용매그리고조용매를일정한농도로혼합하여균일한고분자용액을준비하는것으로시작된다. 본연구에서는고분자용맥에조용매 GBL을용매 DMAc 첨가량의 0 50% 비율을조절, 조용매 GBL첨가에따른막구조변화를확인하고자하였다. 25 로제어된스테인레스강 (stainless steel) 반응기에 Table 1에서와같은조성을갖는일정량의 PSf과용매 DMAc와조용매 GBL을넣고 12 h 이상충분히교반혼합하여균일한 PSf고분자용액을제조하였다. 교반과정에서발생한기포의제거를위하여반응기내부를 6 h 이상감압하여용액내기포를제거한후사용하였다. 먼저고분자용액과내부응고제가담겨있는각각의반응용기에 3 kg f /cm 2, 1 kg f /cm 2 로가압하였다. 맥동이없는각각의기어펌프를이용하여고분자용액과내부응고제는 7.84 g/min, 5.3 g/min으로공급하였다. 본연구에서는내경과외경이각각 900 µm와 1300 µm 노즐을사용하여중공사막을제조하였다. 외부응고제로서물을사용하였으며, 응고액온도를 30 로제어하였다. 노즐을통하여배출된고분자용액과내부응고제는 3 cm의공기층 Appl. Chem. Eng., Vol. 25, No. 3, 2014
276 윤석복 이용택 Table 1. The Composition of Dope Solution and Inner Solution Composition of dope solution No. PSf wt% wt% DMAc / GBL ratio Inner solution 1 75 / 0 100 / 0 2 P 200 3 67.5 / 7.5 90 / 10 4 P 200 25 5 52.5 / 22.5 70 / 30 6 P 200 7 37.5 / 37.5 50 / 50 8 P 200 electron microscopy, FE-SEM, JEOL, EDS, JSM7001F) 을이용하여단면, 내표면및외표면의구조를관찰하였다. FE-SEM 분석에사용된중공사막시료는충분히건조시킨후액체질소에담근상태에서절단하였으며, 플라즈마탄소코팅 (carbon coating) 전처리후구조를관찰하였다. 2.4. 순수투과및배제율특성평가 Figure 2. Preparation procedure of polysulfone hollow fiber membrane. (air-gap) 을통과한후외부응고제가있는응고조에공급되어상전이가진행된다. 내부응고제에따른막내부표면의구조변화를알아보기위해 와 P 200을사용하였으며, 반응기내부온도는 25 로유지하였다. 제조된중공사막은세정조를통과한다음권취기를통해수집되었다. 권취기보빈속도는연신효과를제거하기위해방사속도와권취속도를동일하게유지하였다. 후처리공정으로서일정한길이로 PSf 중공사막을절단한다음 80 의물속에서 3 h 동안열처리한다음세정수를이용하여 24 h 동안세척하여중공사내부에존재할수있는잔존용매를완전히제거하고 60 건조오븐에서 24 h 동안완전히건조한다음사용하였다. 2.4.1. 중공사투과테스트용모듈제작본연구에서사용된중공사막투과용모듈제작과정은다음과같다. 길이와외경이각각 100 mm와 12 mm인아크릴튜브를투과용모듈외부본체로사용하였으며, 본체튜브한쪽에만밸브를연결하였다. 3 5개의막을적당한크기로절단한다음막한쪽끝을이액형에폭시를이용하여중공사내부를막은상태에서준비된모듈에연결된밸브부분과중공사내부가막힌부분이같은방향이되도록넣은후밸브가연결되어있지않은부분을에폭시용기에수직으로세워고정하였다. 그다음이액형에폭시를일정량용기에주입하여경화시켰다. 에폭시가완전히경화되면중공사막이막히지않도록절단하였으며, 투과측정장치는압력조절장치를이용하여조업압력을조절할수있도록설계되었다. 배제율측정모듈역시동일한방법으로제작하였다. 2.4.2. 순수투과및배제실험장치및실험본실험에서사용된순수투과및배제실험장치는 Figure 4에나타내었다. 순수투과및배제실험을하기위해제작된중공사투과테스트모듈은모듈내부기체에의한오차를없애기위해모듈내부에순수를가득채운후순수투과장치와연결하였다. 중공사막투과용모듈로유입되는순수의유량과압력을일정하게유지하기위하여압력조절장치를이용하여순수용기의압력을 1 kg f /cm 2 로맞춰유지하였으며, 순수용기와중공사투과테스트용모듈사이의압력은볼밸브를이용하여개폐하였다. 실험실온도는 25 로조절되는항온조건에서 dead-end 흐름을이용하였고, 샘플당 3개의모듈을이용하여측정후평균값으로결과를나타내었다. 결과는식 (1) 을이용하여계산하였다. 2.3. 분리막구조완전히건조된중공사막은주사전자현미경 (field emission scanning Permeate volume ( V ) Water flux ( J ) Membrane effective area ( A) Time( t ) (1) 공업화학, 제 25 권제 3 호, 2014
폴리설폰중공사막구조에대한조용매 γ-butyrolactone 첨가영향 277 1. N 2 Gas 2. Regulator 3. Inner Coagulation Tank 4. Dope Solution Tank 5. Inner Coagulation Gear Pump 6. Dope Solution Gear pump 7. Nozzle 8. 1 st Coagulation Bath 9. Irrigation Bath 10. Take-up Unit Figure 3. Schematic diagram of experimental setup of hollow fiber membrane manufacturing process. 1. N 2 Gas 2. Pressure Gage 3. Regulator 4. Water Tank 5. 3Way Valve 6. Hollow fiber Membrane Mini Module 7. Beaker 8. Bypass Line Figure 4. Schematic diagram of permeation test apparatus. 이때, J 는물의투과도 (L/m 2 h) 를나타내며, V 는투과된물의부피 (L), A 는유효막면적 (m 2 ), t 는시간 (h) 을나타낸다. 배제율측정은평균지름이 0.05 µm 크기인 PSL beads 를사용하였 으며, PSL beads 의형상은구형으로분획분자량으로주로사용되는 P, dextran 보다분자량분포범위가넓지않기때문에막배제테스 트에서보다정확한결과값을제시할수있을것으로판단되어배제실험에적용하였다 [20]. 0.05 µm크기의 PSL beads를 3차증류수에일정농도로용해하여사용하였으며, PSL bead가충분히공급되어흐르도록교차흐름 (cross-flow) 으로투과실험과동일하게측정하였다. 이때교차흐름으로우회 (bypass) 되는용액의양은분리막을투과하는양의약 1.5배가되도록밸브를이용하여제어하였다. 3. 결과및고찰 3.1. GBL 첨가에따른영향비용매유도상전환방법을이용한중공사막제조에있어고분자용액에첨가되는첨가제의열역학적특성을분석함으로써상전환공정에서의상분리특성을예측할수있다. 고분자용액의구성분자들 의용해도상수 (solubility parameter) 를통해기본적인열역학적친화력를살펴보면, 첨가제로사용된조용매 GBL의용해도상수는 26.3 (J/cm 3 ) 1/2 이며, 주용매 DMAc는 22.8 (J/cm 3 ) 1/2 을지니고있다. 이는일반적인 PSf 고분자제막용비용매인물 47.9 (J/cm 3 ) 1/2 와현격한차이를보인다. 22.5 (J/cm 3 ) 1/2 의용해도상수값을지니는 PSf의값과비교할때상대적으로큰차이를보이지만, 실제로 PSf과 GBL을혼합하였을경우 PSf이용해되지않고고분자부풀림현상이일어난다 [21]. 따라서고분자용액에첨가된 GBL은주용매로서의역할보다는 PSf에대해비교적작은용해도감소를초래할것으로예상되며, 고분자용액의조성에서 50% 이상차지하였을때에도혼합용액이투명성을보이면서균일성을유지하였다. 비용매첨가에따른고분자막구조에대한연구를수행함에있어물과같이열역학적친화력지표인용해상수차이값이매우큰첨가제의구조형상의변화를측정하기에는적합하지않다. 이는용해도상수값이 PSf과큰차이로인하여물의첨가시 PSf의구조변화가매우크기때문이며, 따라서 GBL과같이 PSf과열역학적친화력차이가크지않은첨가제를사용함으로써첨가제에의한미세변화를측정할수있을것으로예측된다. Figure 5와 Figure 6에고분자용액에첨가된 GBL의농도에따라제조된중공사막의단면구조를나타내었다. 10 wt% GBL 첨가만으로도손가락구조의거대기공을억제할수있었으며, GBL의농도가 30 wt% 일때에는조밀한스폰지구조의단면을보였다. GBL의농도가 50% 일때에는 GBL농도가 30% 일때보다큰기공을갖는스폰지구조의단면을나타내었다. 이는 GBL 농도가증가함에따라내부 / 외부응고제에대한상전환이빠르게진행되어고분자희박영역의핵들이충분한시간을두고성장하지못하고고형화에이르렀기때문이라고설명할수있다 [22]. 중공사막외표면은 Figure 6와같이 GBL 농도가증가함에따라기공크기가커질뿐만아니라기공들의수도증가함을알수있었다. 이는액-액상분리에의해제조된중공사막제조시 GBL-물간의상호작용으로인한 DMAc-물간의교환속도감소로설명할수있다. 즉, GBL 첨가가 DMAc 분자들의용액외부로의확산을방해하는것으로예상되며, 그결과막내부에잔류하는농축된 GBL, DMAc 분자들이상대적으로기공형성및크기증가에기여한것으로판단된다. 3.2. 내부응고제에의한영향비용매상전이법을이용한중공사막제조에있어서내부 / 외부응고액은막응고와구조에큰영향을미친다 [23]. 고분자용액이노즐을통해방사되어내부응고제와접촉하는순간중공사내부는상전이가시작되며, 이때내부응고제와고분자용액의열역학적 / 동력학적물리화학적성질의차이에따라중공사막의내면에다양한구조가형성된다. 이과정을거친중공사막은공기층을통과하게되는데이때내부응고제는고분자용액내부로확산해나간다. 한편, 공기층을통과한중공사막은외부응고제와접촉하게되는데이때에는막외부에서도상전이가시작된다. 이과정을종합해보면고분자용액이외부응고제와접촉하기전내부응고제가일부막내부로침투하여고분자용액을어느정도고형화시키느냐에따라표면층및막구조가결정된다. 내부응고제로고분자용액과열역학적으로친화력에차이가큰물과같은비용매를사용하게되면중공사막내부를급격히응고시켜중공사막내표면에분리활성층을생기게하며, 고분자용액과열역학적친화력이뛰어난 DMAc와같은용매를사용할경우중공사가공기층을통과할때내부응고제가중공사의외벽까지침투하여막을응고시키면서외부응고제와접촉하게되어중공사막외표면에분리활성층이생기게된다. 본연구에서사용된내부응고제는 와 P 200을사용하였고, Appl. Chem. Eng., Vol. 25, No. 3, 2014
윤석복 이용택 278 GBL Concentration 0% 10% 30% 50% cross-section out surface Figure 5. Effect of GBL concentration on hollow fiber membrane morphology. inner coagulation solution =. GBL Concentration 0% 10% 30% 50% cross-section out surface Figure 6. Effect of GBL concentration on hollow fiber membrane morphology. inner coagulation solution = P 200. 용해도 상수는 각각 33.0 (J/cm3)1/2과 25.0 (J/cm3)1/2이다. 서로 다른 용 해도 상수값을 갖는 두 종류의 내부응고제를 사용하여 제조한 중공사 분리막의 구조를 Figure 7에 나타내었다. Figure 7에서 보는 바와 같이 내부응고제로 를 사용했을 때보다 열역학적 친화력이 좋은 P 200을 사용하였을 때 고분자용액에 포함되어 있는 조용매 GBL 농도 에 상관없이 기공도가 높은 구조를 형성함을 보였다. 이는 고분자용 액과 열역학적 친화력이 좋은 P 200이 제막 과정 중 공기층 구간 에서 고분자용액으로 빠르게 침투하여 고분자용액의 상전환 시간을 지연시켜 주었음을 의미한다. 또한, 응고제로 사용된 와 P 200 의 경우 분자량이 증가함에 따라 확산속도가 감소하게 되는데 고분자 공업화학, 제 25 권 제 3 호, 2014 용액과 열역학적 친화력의 차이가 물리학적 확산 속도보다 더 크게 작용한 것으로 설명할 수 있다[24]. 3.3. 순수투과 특성 및 배제 특성의 영향 순수투과플럭스를 Figure 8에 나타내었다. GBL 첨가 농도 및 내부응 고제의 종류에 따라 제조된 중공사 막의 순수투과플럭스 및 배제 특성 을 살펴보면, 내부응고제로 를 사용하였을 때 GBL의 농도가 0 wt% 에서 50 wt%로 증가함에 따라 순수투과플럭스가 1 LMH에서 5.7 LMH 로 증가하였으며, 내부응고제로 P 200을 사용하였을 때에는 386 LMH에서 772 LMH로 증가하였다. 이는 GBL 첨가에 따라 중공사 막
폴리설폰중공사막구조에대한조용매 γ-butyrolactone 첨가영향 279 1000 P 200 Figure 7. Effect of inner coagulants on inner surfaces of hollow fiber membrane. Pure water flux (Lm 2 hr) 800 600 400 200 P200 외표면기공크기및기공도가증가함에따른영향으로설명할수있다. 특히중공사막제조시내부응고제의종류에따라순수투과플럭스가크게증가하였으며, 내부응고제로 P 200을사용했을때최대 772 LMH 에서 을사용하였을때최대 5.7 LMH 로순수투과플럭스가최대 130 배이상증가하였음을보였다. 이는 P 200이 보다고분자용액과열역학적친화력이뛰어나중공사막내부에비교적큰기공을형성하고분포도를증가시키는구조를형성하였기때문에순수투과시분리막내의순수투과저항이줄었기때문이라고설명할수있다. PSL bead를사용한배제특성측정결과를 Figure 9에나타내었다. 테스트한중공사막의배제율을살펴보면, 내부응고제로 를사용하였을때 GBL의농도가 0 wt% 에서 50 wt% 로증가함에따라서배제특성이 99.9% 에서 98.2% 로감소하였으며, 내부응고제 P 200 을사용하였을때 GBL의농도가 0 wt% 에서 50 wt% 로증가함에따라서배제특성이 98.4% 에서 90.1% 로감소함을확인하였다. GBL의농도, 내부응고제의종류에따라순수투과플럭스의큰변화폭에비해배제특성은매우적은변화하는것으로확인하였다. 이는고분자용액및내부응고제의종류에상관없이외부응고제로물을사용하였기때문에중공사막외표면에분리활성층형성되었고, 일정한크기의기공이형성되어 PSL bead를배제하였기때문이라설명할수있다. 4. 결론 본연구에서는용매유도상전이법을이용하여 PSf 고분자중공사막을제조함에있어서손가락구조의거대기공형성을제어하기위하여조용매로 GBL을사용하였다. GBL의농도에따른중공사막의구조변화와내부응고제의변화에따른중공사막내표면의변화에기인한순수투과플럭스와배제특성을실험적으로관찰하였으며, 다음과같은결론을도출할수있었다. 조용매 GBL농도가증가함에따라 PSf 중공사막은손가락구조에서치밀한스폰지구조로변화함을확인하였으며, 중공사막외표면의기공크기와기공의수가증가함을확인할수있었다. 내부응고제로사용된, P200과고분자용액의열역학적친화력에따라중공사막내부에다른구조를형성하였으며, 특히내부응고제로 P200을사용하였을경우 를사용한경우와비교시중공사막내표면에스폰지형태의다공성의더큰기공구조를형성하였다. 조용매 GBL의농도변화와내부응고제의종류에따라제조된중공사분리막의구조가변화되며그영향으로순수투과플럭스도영향을받아변화됨을확인할수있었다. 배제특성은중공사분리막제조시사용된조용매 GBL과내부응고제, P 200에따라소폭변화를하였으며, 고분자용액과열역 0 0 10 20 30 40 50 60 GBL Concentration (%) Figure 8. Effect of GBL concentration on pure water flux. Operating pressure = 1kg f /cm 2. Rejection rate (%) 100 80 60 40 20 P 200 0 0 10 20 30 40 50 60 GBL Concentration (%) Figure 9. Effect of GBL concentration to rejection of PSL bead. Operating pressure = 1kg f /cm 2. 학적친화력차이가큰외부응고제로서사용된물이배제특성에더크게영향을끼치는것으로확인할수있었다. References 1. M. C. Porter, Handbook of industrial membrane technology, Noyes Publications, 61-110, Park Ridge, New Jersey, USA (1990). 2. D. H. Lee, L. H. Kim, and K. Y. Chung, Wastewater Recycling from Electroless Printed Circuit Board Planting Process Using Membranes, Membrane Journal, 13, 9-19 (2003). 3. D. B. Mosqueda-Jimenez, R. M. Narbaitz, T. Matsuura, G. Chowdhure, and G. P. Santerre, Influence of processing conditions on the properties of ultrafiltration membranes, J. Membr. Sci., 231, 209-224 (2004). 4. F. W. Altena and C. A. Smolder, Calculation of liquid-liquid phase separation in a ternary system of a polymer in a mixture of a solvent and a nonsolvent, Macromolecules, 15, 1491-1497 (1982). Appl. Chem. Eng., Vol. 25, No. 3, 2014
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