Abstract
The asymmetric hybrid membranes of polyethersulfone (PES) and $ZrO_2$ nanoparticles were prepared via new one-step procedure combining simultaneously the phase-inversion method and the sol-gel technique. The optimum contents of $Zr(PrO)_4\;and\;HNO_3$ catalyst were determined by the adsorption experiments of phosphate anion onto the resulting hybrid membranes. The maximum adsorption of phosphate anion is obtained at the conditions of 0.15 mL $Zr(PrO)_4$ addition per 1 mL PES and 30 mL $HNO_3$ addition per 1 mL $Zr(PrO)_4$. Variation of morphology, performance and incorporated $ZrO_2$ amount of the resulting hybrid membranes were discussed and determined using SEM, pure water flux, TGA, ICP, XRD and contact angle measurements. Increasing $Zr(PrO)_4$ addition into casting solution, pure water flux is increased and $ZrO_2$ amount in the hybrid membrane is maximized at the conditions 0.15 mL $Zr(PrO)_4$ addition per 1 mL PES. The prephosphatation of PES-$ZrO_2$ hybrid membrane was studied to modify the surface characteristics of membrane. Ultrafiltration of bovine serum albumin (BSA) solution was performed in a dead-end cell using both a bare (non-phosphated) and a phosphated hybrid membrane. It is revealed that both the permeate flux and BSA rejection were increased as about 40% by prephosphatation of hybrid membrane. These results may be explained on the basis of the increase of membrane hydrophilicity, which was determined from contact angle measurements.
상변환과 졸-겔 반응을 동시에 행하는 새로운 제막법으로 나노크기의 $ZrO_2$ 입자가 함유된 비대칭형 PES-$ZrO_2$ 복합 막을 제조하였다. PES-$ZrO_2$ 복합 막 제조의 최적 제막 조건을 복합 막에의 인 흡착실험을 수행하여 인 흡착량이 최대가 되는 조건으로서 결정하였는바, 최적 제막 조건은 캐스팅 용액에 1 mL의 PES 당 0.15 mL의 $Zr(PrO)_4$ 첨가 및 비용매 1 L에 1 mL $Zr(PrO)_4$ 당 30 mL의 $HNO_3$ 촉매를 첨가했을 때 이었다. 복합 막의 단면 구조, 막성능 및 $ZrO_2$ 입자 함유량 변화를 SEM, 순수투과량, TGA, ICP, XRD 및 접촉각 측정을 통해 결정하였는바, 캐스팅 용액에의 $Zr(PrO)_4$ 첨가량이 증가할수록 순수 투과량이 증가하며, $ZrO_2$ 입자 함유량은 1 mL의 PES 당 0.15 mL의 $Zr(PrO)_4$ 첨가했을 때 최대가 되었다. 복합 막의 표면 특성을 친수성으로 개선하기 위하여 인산처리를 하였으며, 인산처리 전후(前後)의 두 종류 PES-$ZrO_2$ 복합 막을 대상으로 한 BSA 용액의 dead-end 한외여과 실험을 수행하여 막오염 형성의 억제 정도를 평가한 결과 인산처리 시킨 복합 막의 경우 투과량과 BSA 배제도 모두 약 40% 정도 증가하였는데 이는 복합 막을 인산처리 시킴으로서 막특성이 친수화 되었기 때문이다.