Lee, Seung Hwan;Kim, Min Kwang;Jeong, Byeong Jun;Zhuang, Xuelong;Park, Jung Hoon
Membrane Journal
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v.30
no.4
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pp.269-275
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2020
In this study, CO2 separation experiment was performed on a CH4/CO2 mixed gas using a ceramic hollow fiber membrane contactor (HFMC). In order to fabricate high-performance HFMC, experiments were conducted to manufacture high-permeability hollow fiber membranes, and the prepared hollow fiber membranes were evaluated through N2 gas permeation experiments. HFMC for CH4/CO2 mixed gas separation was manufactured using the manufactured high-permeability hollow fiber membrane. In the experiment, mixed gas of CH4/CO2 (34.5% CO2, CH4 balance) and monoetanolamine (MEA) was used, and the effect of CO2 removal efficiency on the flow rate of the absorbent was evaluated. The CO2 removal efficiency increased as the liquid flow rate increased, and the CO2 absorption flux also increased with the liquid flow rate.
Aminated polyetherimide membrane synthesized in the laboratory according to amine ratio was used for measurement of gas permeability, diffusivity, and solubility about carbon dioxide, nitrogen, methane, oxygen, and sulfur dioxide with Time-lag method at room temperature. Generally, gas permeability is totally decreased because the more amination rate reacted to the main chain of amine groups, the more intermolecular space became narrow. However, gas permeability of sulfur dioxide was increased due to combination of sulfur dioxide and amine groups have acid and base properties respectively. Diffusivity and solubility of dry gas are totally decreased excluding sulfur dioxide as increasing amination rate. In case of sulfur dioxide, however, diffusivity as well as solubility was increased as increasing amination rate. Selectivity of carbon dioxide/nitrogen showed 60 when amination rate was 3. In case of humid gas, gas permeability of carbon dioxide was 70 barrer when relative humidity showed 100, and selectivity with nitrogen approximately showed 18.
The amorphous and porous borosilicate without any cracks was obtained under the following condition : 0.01~ 0.10 mole ratio of trimethylborate (TMB)/ tetraethylorthosilicate (TEOS) and the temperature of $700{\sim}800^{\circ}C$. According to the BET and SEM measurements, borosilicate heat-treated in between 700 and $800^{\circ}C$ showed the surface area of $251.12{\sim}355.62m^2/g$, the pore diameter of 3.5~4.9 nm, and the particle size of 30~60 nm. According to the TGA measurements, the thermal stability of poly[1-(trimethylsilyl)propyne](PTMSP) membrane was enhanced by inserting borosilicate. SEM observation showed that the size of dispersed borosilicate in the composite membrane was $1{\mu}m$. The results showed that the permeability of $H_2$ and $N_2$ increased and the selectivity of $H_2/N_2$ decreased upon the addition of borosilicate into PTMSP membranes. Addition of borosilicate may possibly increase the free volume, cavity and porosity of membranes indicating that permeation occurred by molecular sieving, surface and Knudsen diffusion rather than solution diffusion of gases.
Pressurized membrane module systems, including hollow fiber type of Microfiltration (MF) and Ultrafiltration (UF) membranes are being increasingly used in drinking water treatment due to their high removal efficiency of pathogen. However, when fibers are damaged in pressurized membrane system, the pathogen will be able to penetrate the membrane. Therefore, it is essential to guarantee the regulatory requirements for water quality by an effective on-line or off-line condition integrity monitoring methods. Recently, pressure decay test (PDT) which is one of membrane integrity tests has been reflected to drinking water treatment plants using pressurized membrane module. In this paper, three different method were used to perform PDT and three different sensitivity values were analyzed through experiments. Three types of direct integrity test methods were applied to pressure feed side, filtrate side and bidirectional pressure decay test. The results of these experiments show that the sensitivity was increasing when the volume of pressurized gas was decreasing. The sensitivity is inversely proportional to the gas volume. Furthermore, it is desirable to increase pressure difference between feed side and permeate side in order to achieve higher sensitivity in the PDT by membrane damage.
For several years lots of attempts have been made to establish the liquid membrane-based techniques for separations of gas mixtures especially containing carbon dioxide. A more effective system to separate $CO_{2}$ from flue gases, a circulatory hollow-fiber membrane absorber(HFMA) consisting of absorption and desorption modules with vacuum mode, has been considered in this study. Gas-liquid mass transfer has been modeled on a membrane module with non-wetted hollow-fibers in the laminar flow regime. The influence of an absorbent flow rate on the separation performance of the circulatory HFMA can be predicted quantitatively by obtaining the $CO_{2}$ concentration profile in a tube side. The system of $CO_{2}/N_{2}$ binary gas mixture has been studied using pure water as an(inert) absorbent. As the absorbent flow rate is increased, the permeation flux(i.e., defined as permeation rate/membrane contact area) also increases. The enhanced selectivity compared to the previous results, on the other hand, shows the decreasing behavior. It has been found obviously that the permeation flux depends on the variations of pressure in gas phase of desorption module. From an accurate comparison with the results of conventional flat sheet membrane module, the advantageous permeability of this circulatory HFMA can be clearly ascertained as expected. Our efforts to the theoretical model will provide the basic analysis on the circulatory HFMA technique for a better design and process.
The air injection nozzle tube was inserted inside of the tubular membrane module to reduce membrane fouling and improve the permeate flux. The average pore size of membrane was $0.1\;{\mu}m$ and the yeast was used as a foulant. All of permeate experiments were started without air injection for the module equipped with the nozzle tube, then carried out continuously with air injection. Finally, the nozzle tube was removed from the module and the permeate was measured without air injection. The measured permeate fluxes were compared to examine the effect of air injection. The fluxes for air injection were consistently maintained or increased. The fluxes of no-air injection with the nozzle tube were greater than those of the empty tubular module. As operating pressure decreased to 0.4 bar, the flux enhancement of air injection based on no-nozzle case increased to 21%. Flux enhancements of air injection were above 30% as the gas/liquid two-phase flow was changed from the stratified-smooth to the intermittent pattern due to increase of gas flowrate.
The PDMS-chitosan composite membranes were prepared by addition of 0.02~0.60 wt% chitosan to PDMS. In order to investigate the characteristics of these membranes, we used the analytical methods such as SEM and TGA. Gas permeation experiments was performed in $30^{\circ}C$, $4kg/cm^2$, the permeability and selectivity of $H_2$ and $N_2$ according to content change in composite membrane were investigated. The permeability of $H_2$ and $N_2$ for the PDMS-chitosan composite membranes increased when 0~0.20 wt% chitosan was added, and then decreased at higher wt% as chitosan content increased. The selectivity ($H_2/N_2$) of PDMS-chitosan composite membranes decreased when 0~0.20 wt% chitosan was added, and then increased as chitosan content increased. In the case of PDMS-chitosan in which chitosan was inserted to PDMS, thermal stability of PDMS was enhanced. Based on SEM observation, as the chitosan content within PDMS increased, the surface of the composite membranes became coarse and began to form holes.
Proceedings of the Membrane Society of Korea Conference
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2004.05b
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pp.89-93
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2004
이산화탄소는 메탄, 오존, 산화질소, CFC등의 온실기체 중 약 50%를 차지하는 물질로서 이산화탄소 발생의 저감과 함께 회수 기술의 개발을 통한 배출량 억제는 환경적 측면에서 대단히 중요한 것으로 간주되고 있다. 따라서 각종 산업분야에서 발생하는 다양한 성분을 가진 다성분계 배가스내에 존재하는 10%내외의 이산화탄소만을 분리정제 농축하여 메탄, 메탄을 등의 다른 화학물질의 제조의 원료, 신에너지원, 고부가가치의 신제품 등으로 전환하는 연구가 활발히 진행 중이다.(중략)
Seo, Yeonhee;Lee, Seungmin;Park, Sungeun;Jung, Woojin;Kim, Jeonghoon;Lee, Yongtaek
Membrane Journal
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v.24
no.3
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pp.223-230
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2014
A numerical analysis was performed for concentration of methane from the biogas using a polysulfone hollow fiber membrane permeator. Governing equations were derived for the countercurrent flow and numerically solved by using the Compaq Visual Fortran 6.6 software. When the methane mole fraction of feed was 0.5, the mole fraction of retentate increased from 0.5 to 0.8; the normalized retentate flow rate to the feed flow rate decreased from 1.0 to 0.57 at the given typical operating condition as the feed gas flowed from the inlet to the outlet of the membrane. As the methane mole fraction of feed was changed to 0.9, the methane mole fraction of retentate became 0.93 and the normalized retentate flow rate was changed to 0.91. When the pressure ratio of the permeate to the feed was varied from 0.33 to 0.17, there was a little difference in the methane mole fraction of retentate for the low stage cut of 0.1, whereas there was an significant increment for the high stage cut of 0.3. The retentate methane mole fraction remained relatively high despite the change of a stage cut as the area of the membrane increased from $1.14m^2$ to $2.57m^2$.
Kim, Sang Jin;Jung, Jung Pyu;Kim, Dong Jun;Kim, Jong Hak
Membrane Journal
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v.25
no.5
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pp.398-405
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2015
Facilitated transport is considered to be a possible solution to simultaneously improve permeability and selectivity, which is challenging in normal polymeric membranes based on solution-diffusion transport only. We investigated the effect of adding mesoporous $TiO_2$ ($m-TiO_2$) upon the separation performance of facilitated olefin transport membranes comprising poly(vinyl pyrrolidone), Ag nanoparticles, and 7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane as the polymer matrix, olefin carrier, and electron acceptor, respectively. In particular, $m-TiO_2$ was prepared by means of a facile, mass-producible method using poly(vinyl chloride)-g-poly(oxyethylene methacrylate) graft copolymer as the template. The crystal phase of $m-TiO_2$ consisted of an anatase/rutile mixture, of crystallite size approximately 16 nm as determined by X-ray diffraction. The introduction of $m-TiO_2$ increased the membrane diffusivity, thereby increasing the mixed-gas permeance from 1.6 to 16.0 GPU ($1GPU=10^{-6}cm^3$(STP)/($s{\times}cm^2{\times}cmHg$), and slightly decreased the propylene/propane selectivity from 45 to 37. However, both the mixed-gas permeance and selectivity of the membrane containing $m-TiO_2$ rapidly decreased over time, whereas the membrane without $m-TiO_2$ had more stable long-term performance. This difference might be attributed to specific chemical interactions between $TiO_2$ and Ag nanoparticles, causing Ag to lose activity as an olefin carrier.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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