Pervaporation Separation of Ethanol-Water Mixtures Using Nylon 4 and Its Blended Membranes

나일론 4와 이의 블렌드 막을 이용한 에탄올-물 혼합물의 투과 증발분리

The application of the pervaporation process in biotechnology is rapidly growing. A two stage pervaporation process can be applied to the downstream processing of ethanol fermentation. In this paper, the second stage process in which the water-ethanol composition was 50:50 wt.% was investigated in more detail by using Nylon 4 and its blended membranes containing poly(vinyl alcohol) (PVA) and poly(acrylic acid) (PAA). Nylon 4 membranes were tested for compositions at 25, 30, and $35^{\circ}C$. Nylon 4 membranes had a separation factor of 4.18 with a permeability of $0.69kg/m^2hr$ at water-ethanol composition of 50:50 wt.%, while nylon 4-PVA blended membranes crosslinked by 5 Mrad gamma-ray irradiation showed a higher separation factor of 10.56 with permeability $0.55kg/m^2hr$ at the same composition. Nylon 4 also showed a high separation factor 27.8 at the ethanol-water azeotropic composition among the homopolymer membranes.

생물공학에의 투과증발공정의 응용은 성장 중에 있다. 2단계 투과증발공정이 에탄올 발효의 분리공정에 적용되어질 수 있다. 본 논문에서는 물-에탄올의 조성이 50:50wt.%가 되는 두번째 투과분리공정을 나일론 4와 폴리비닐알코올 및 폴리아크릴산을 포함하는 나일론 4블렌드 막을 이용하여 조사하였다. 나일론 4막은 25, 30, $35^{\circ}C$에서 에탄올의 조성 변화에 따라 실험이 수행되어졌다. 나일론 4막은 물-에탄올 조성이 50 : 50wt.%에 대해 선택도 4.18 그리고 투과도 $0.69kg/m^2hr$을 얻은 반면에 5Mrad의 감마선에 의해 가교된 나일론 4-PVA 블렌드 막은 선택도 10.56, 투과도 $0.55kg/m^2hr$을 얻었다. 또한 나일론 4 막은 물-에탄올 혼합물의 공비점에서 호모폴리머 중 27.8의 높은 선택도를 얻을 수 있었다.