질산이온 선택성 탄소전극(NSCE, nitrate-selective carbon electrode)에서 전원공급 방식에 따른 이온들의 흡착특성을 분석하였다. 질산이온에 선택성이 높은 음이온수지 분말을 탄소전극에 코팅하여 NSCE를 제조하였다. 질산과 염소이온의 혼합용액에 대해 정전압(CV, constant voltage)과 정전류(CC, constant current) 모드에서 축전식 탈염(CDI, capacitive deionization)을 실시하였다. 이온들의 총 흡착량은 CV 모드로 운전한 경우 CC 모드에 비해 약 15% 증가하였다. 혼합용액에서 질산이온의 비율은 26%로 낮았지만 흡착된 질산이온의 몰비율은 최대 58%로 나타나 NSCE가 질산이온을 선택적으로 제거하는데 효과적임을 확인하였다. CC 모드에서 운전한 경우 흡착된 질산이온의 몰비율은 흡착기간 동안 55~58%로 일정하였다. 반면 CV 모드에서는 30~58%로 큰 차이를 보였다. 이를 통해 셀에 공급되는 전류가 질산이온의 선택적 제거율을 결정하는데 중요한 인자임을 알 수 있었다.
이온 선택성 미소전극과 전위계를 이용하여 생물막내 이온 농도 측정을 위한 신호 계측 시스템을 구성하였다. 제작된 신호 계측 시스템의 성능과 적용성을 평가하기 위하여 보정곡선의 기울기, 검출한계, 시간경과에 따른 응답신호의 변화, 전위차 선택계수를 조사하였다. 보정곡선의 기울기는 목적이온 농도에 밀접한 비례관계를 나타내었다. 신호 계측 시스템은 $10{\mu}M$ 이하의 낮은 검출한계를 가졌으며, 실험에 사용된 방해이온에 민감하지 않았다. 본 연구에서 제작된 전위계는 상용되는 전위계와의 성능을 비교하였을 때 보정곡선 기울기, 검출한계, 응답시간에서 비슷한 경향을 나타내었다. 본 연구에서 제작된 신호 계측 시스템은 생물막내 이온농토 측정 연구를 위한 경제적이며 신뢰성 있는 시스템으로 사용될 수 있을 것이다.
이온교환은 액체상 이온과 고체상 이온간의 화학반응이며 연수 및 탈염공정, 특정물질의 제거 및 회수, 토양을 통한 이온성 물질의 이동에서 널리 이용되고 있다. 이온 선택도는 원자가가 높을수록, 수화반경이 작을수록 증가한다. 본 연구는 평형 이온교환에서 결정된 이온 선택도가 칼럼 이온교환에 적용되는 가를 조사하였다. 음이온 교환수지에 대한 이온 선택도 순서는 OH/sup -/ < F/sup -/ < HCO/sup -/ < Cl/sup -/ < Br/sup -/ ≤ NO₃/sup -/ < SO₄/sup 2-/ 이였으며, 음이온 칼럼교환에서도 동일하였다. 또한 바탕 양이온의 전하가 낮을수록 이온교환이 빠르게 진행됨을 알 수 있었다.
Nonactin을 이온운반체로 사용한 암모늄선택성 전극막 위에 urease를 고정시킨 형태의 요소센서는 혈액 중 여러가지 이온으로부터 방해작용을 받을 수 있다. 이 방해작용은고정화된 효소반응보다는 암모늄선택성 전극막 자체의 부적합한 선택성의 기인한 것이며 본 연구에서는 혈액 중의 요소를 측정할 경우 이들 방해이온에 의해 발생된 오차를 보정하고자 하였다. 이를 위해 혈액 속에 각 방해이온의 정상 평균농도를 포함하고 있는 용액을 검정용액으로 사용하여 이들 방해이온으로부터의 오차를 감소시키고자 하였다. 또한 칼륨이온선택성 전극을 부가적으로 사용하여 요소전극의 측정치를 보정하여 오차를 최소화하고자 하였다. 이와 같은 방법들에 의해 보정된 측정치의 오차는 보정하지 않았을 경우에 비해 현저히 감소함을 알 수 있었다.
시판되고 있는 강염기성 $Cl^{-}$형의 음이온 교환수지를 사용하여 회분식 질산성 질소 제거 실험을 행하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 수지의 종류에 따라 제거특성은 달랐다. 수지의 량이 많을수록, 계의 온도가 톡을 수록 질산성 질소이 제거효율은 높아졌다. 원수의 농도는 낮을수로그 원수의 공급유속은 느릴수록 질산성 질소의 제거효율이 좋았다. 음이온에 디한 겔형 이온교환수지인 SA 10A의 선택성은 ${SO_4}^{2-}>{No_3}^->NO_{2-}>{HCO_3}^-$로써 이온가 수가 높은 이온일수록 선택성이 증가하고 은 이온가인 경우에는 원자번호가 클수록 그리고 수화반경이 작을수록 선택성이 증가하였다. 증가하였다.
1. 서론 : Nanofiltration(NF)은 분자량이 200-1000인 유기물과 음이온 및 다가 이온등을 일가 이온으로부터 선택적으로 분리함으로써 유기물의 농축과 이온의 선택적인 분리를 동시에 행할 수 있는 분리 공정이며, 순수의 제조, 과일과 야채주스의 농축, 저알콜 맥주와 와인의 제조, 낙농 산업에서 유제품의 농축, 섬유공업에서 염료와 이온의 분리 및 제지공업의 폐수 처리 등에 응용되고 있다. NF용 막재료로는 셀룰로오스 계열의 고분자나 폴리아미드, 폴리술폰, PAN등이 연구되어 왔으며 최근에는 친수성이 좋고 가교를 하지 않고도 이온 결합에 의하여 강도를 유지할 수 있다는 아이오노머의 성질을 이용하여 아이오너마를 Nanofiltration용 막재료로 이용하려는 연구가 이루어지고 있다.[1-3] 그러나 아이오노머의 미세구조와 유기물의 분리특성간의 관계에 관한 연구는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 분리막의 성형성을 향상시키고자 알킬메타크릴레이트가 도입된 아이오너머를 합성하고 알킬기의 길이나 이온의 함량 등 고분자의 구조에 따른 아이오노머막의 분리특성을 연구하여 아이오노머막의 NF용막으로서의 응용가능성을 살펴보았다.
본 연구는 현장에서 신속히 토양양분을 측정하기에 적합한 집적형 미세 이온선택성 전극을 토양화학성 분석에 이용하기 위하여, 이에 적합한 침출액의 종류와 양과 같은 분석방법을 개발 하는 데에 목적을 두었다. 대상 토양화학성들은 교환성 양이온들($K^+$, $Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$, $Na^+$)과 무기태 질소들($NH_4{^+}$, $NO_3{^-}$) 이었으며, 분석법 개발의 목표는 다 성분 동시침출액 종 선발에 있었다. 침출액 자체에 존재하는 화학종들은 이온간 방해작용으로 이온선택성 전극의 분석능에 영향을 미친다. 순수 용액 내에서는 0.01M HCl 과 1M LiCl 이 모든 분석대상 화학종과 그들의 존재 농도범위($10^{-1}M{\sim}10^{-4}M$)에 대하여 가장 Nernst 이론값에 근접하였다. 그러나 실제 토양 침출용액에서 1M LiCl은 고농도(1M)의 $Li^{+}$ 존재로 말미암아 분석대상 화학성분의 선택성이 현저히 낮아짐을 알 수 있었다. 반면에, 0.1M HCl로 침출하여 10배 희석 측정하거나 또는 0.01M HCl로 직접 침출하여 측정하는 것은 표준분석 방법과 고도의 유의성이 있는 상관관계를 보이므로 최적 분석 방법으로 밝혀졌다. 토양에 대하여 집적형 이온선택성 미세 전극을 사용한 분석치와 표준분석법 분석치의 사이의 회귀상관에서는 $K^+$, $Na^+$, $Ca^{2+}$, $NO_3{^-}$가 매우 우수한 회귀상관 관계를 보였다. 그러나 $NH_4{^+}$이온은 $K^+$이온과 혼재할 때 $K^+$이온의 간섭으로 매우 낮은 선택성을 나타내었다. 또한, $Mg^{2+}$이온은 현재까지 이온선택성 막을 위한 최적의 Ionophore(이온투과 담체)가 개발되어 있지 않아 분석의 어려움이 있었다.
고리 2호기 선택성 이온교환시스템(SIES)은 운영 과정에서 본 설비에 유입되는 방사성 폐액에 함유된 부유물질과 기름 성분들에 의해 선택성 이온교환설비의 활성탄과 이온교환수지가 쉽게 오염되어 이온 형태의 방사성 핵종과 부식성 입자성 방사성 핵종인 Ag-110m의 제거가 불가능한 문제점이 대두되었다. 본 연구에서는 SIES로 유입되는 수질을 개선하기 위한 실험을 수행하여 설계 기초 자료를 확보하였고, SIES 전처리 설비의 정밀여과분리막과 나노분리막에 대한 각각의 모듈 설계를 수행하였다.
물에 용해되어 있는 금속이온의 분리를 위한 선택성이 있는 분리 막의 개발은 환경오염이 날로 심각해지고 있는 오늘날에 환경오염의 개선, 에너지절약, 자원의 재활용 등 문제를 해결함에 있어서 아주 중요한 작용을 하게 될 것이다. 물에 용해되어 있는 금속이온을 선택적으로 분리하기 위해 일반적으로 캐리어(carrier)를 함유한 Carrier-Facilitated Transport Membrane (CFM)을 이용하게 되는데, 이 방면에 대한 연구는 주로 유기 상에 용해되어 있는 캐리어를 microporous한 필름에 지지하게 하는 방식으로 만들어진 Supported Liquid Membrane (SLM) 혹은 Elusion Liquid Membrance (ELM)의 개발에 대한 팽대한 연구가 이루어 졌다(1). (중략)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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