• 대한토목학회논문집
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• 제42권3호
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• pp.351-357
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• 2022

본 연구에서는 하수재이용과 해수담수화를 동시에 진행할 수 있는 규모 1,000 m³/d의 FO-RO 융합공정과 동일한 규모의 기존 SWRO 공정의 탄소배출량을 계산하여 비교 분석하였다. FO-RO 융합공정은 FO 공정을 도입하여 RO 공정 원수를 희석시킬 수 있기 때문에 RO 공정의 요구 압력이 감소되고 이는 곧 에너지소비량 감소로 이어진다. 에너지소비량에 따른 탄소배출량은 FO-RO 융합공정이 SWRO 공정보다 -0.73 kgCO₂(coal로 전력생산 시) 낮으며, FO 공정 추가 건설로 인해 발생되는 탄소배출량은 +0.16 kgCO₂로 계산되어 FO-RO 융합공정의 총 탄소 배출량이 더 낮은 것으로 나타났다. 하지만, Coal나 oil과 같은 화석연료로 전력을 생산하지 않고, 전력생산 시 탄소배출량이 적은 nuclear나 solar 등으로 사용하면 FO-RO 융합공정의 총 탄소배출량이 SWRO 공정보다 더 높은 것으로 나타났다. 즉, 탄소배출량 관점에서는 전력생산 시 필요 재료(예: coal, oil, nuclear, solar 등)에 따라 친환경적인 공정 판단 여부가 결정되므로 FO-RO 융합공정 도입 필요성을 좌우하는 핵심 요소라고 할 수 있다.

• 멤브레인
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• 제29권2호
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• pp.111-121
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• 2019

정삼투 공정에 유용한 유도용질로서 diethyl malonate를 사용한 citrate 계열의 유기 화합물을 합성하였다. 최종적으로 얻은 potassium pentane-1,3,3,5-tetracarboxylate는 $^1H-NMR$과 $^{13}C-NMR$을 통하여 확인하였다. 유도용질의 물성을 확인하기 위해 삼투압, 용해도, 수투과도, 역염 투과도를 측정하였다. 합성한 유도용액을 사용하여 정삼투 공정을 진행한 결과, 동일한 citrate 계열인 trisodium citrate 및 tripotassium citrate보다 높은 수투과량을 나타내었으며 염의 역확산 정도는 NaCl에 비하여 매우 낮은 값을 나타내었다. 합성된 유도용질의 삼투압은 NaCl보다 약 25% 낮았으나 물에 대한 용해도는 NaCl의 8.8배인 317 g/100 g water의 값을 나타내었다. 정삼투 종료 후 유도용질의 회수를 위해 상용화된 나노여과막을 사용하였고, 낮은 압력에서 효율적으로 회수가 가능하였다.

• 멤브레인
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• 제28권5호
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• pp.368-377
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• 2018

정삼투 공정에 유용한 유도용질로서 n-nitrilotris(methylene) phosphonic acid (NTPA) 염을 합성하였다. NTPA에 첨가하는 KOH의 함량을 변화시켜 NTPA-4K, NTPA-5K, NTPA-6K 세 종류의 유도용질을 합성하고 $^1H$-NMR, $^{13}C$-NMR을 통하여 확인하였다. 유도용질의 물성을 확인하기 위해 삼투압, 점도, 수투과도, 역염 투과도를 측정하였다. 정삼투 공정에서는 증류수를 유입용액으로 사용하고 0.5 M의 유도용액으로 실험한 결과 각각 수투과도는 35.8, 38.8, 42.2 LMH를 나타내고 5.4, 6.9, 7.4 gMH의 역염 투과도를 나타내었다. 이는 기존의 NaCl 유도용액보다 높은 수투과도와 훨씬 낮은 역염 투과도를 확인하였다. 정삼투 공정 후 묽어진 유도용질의 회수를 위해 나노여과 방식으로 상용막을 사용하여 제거율을 측정한 결과 90% 이상의 높은 성능을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제39권3호
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• pp.279-284
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• 2015

전 세계적으로 셰일가스와 같은 비전통 석유자원이 널리 개발되고 있다. 이에 따라 셰일가스 채굴과정에서 발생하는 폐수의 적절한 처리가 중요해지고 있다. 그러나, 폐수 내의 오일 및 유기 물질, 유해성 화학물질, 무기 이온과 같은 물질이 고농도로 함유하고 있기 때문에 기존 처리 방법으로 많은 어려움을 격고 있다. 본 연구에서는 셰일가스 폐수에 대한 새로운 처리방법으로 정삼투 공정 및 막증발법에서의 가능성을 연구하였다. 실험실 규모의 정삼투 및 막증발법 장치를 제작하여 실험을 실시하였다. 그 결과, 합성 폐수를 처리하는데, 정삼투 공정에서 적용 가능하다고 판단되었다. 유도용액으로 5M의 염화나트륨수용액을 사용하였고, 낮은 범위의 폐수(66,000mg/L TDS)에서 약 $6L/m^2-hr$의 플럭스를 나타냈다. 그럼에도 불구하고, 높은 범위의 폐수(261,000mg/L TDS)에서 막증발법으로 처리하는 것이 더 효과적이었다.

• 폴리머
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• 제38권5호
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• pp.626-631
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• 2014

물을 정수하기 위해서는 그에 상응하는 막대한 양의 에너지가 소모되고, 이 때 소모되는 에너지는 환경오염을 야기할 수 있다. 이러한 문제 때문에 정수 공정 중에 상대적으로 낮은 에너지를 요구하는 정삼투 방법이 많은 관심을 받아왔다. 그러나 정삼투 방법은 오염수로부터 물을 끌어오기 위해서 높은 삼투압을 발생시킬 수 있는 유도용질이 필요하다는 점 때문에 어려움이 있었고 본 연구에서는 poly(N-isopropylacrylamide)(PNIPAM)이라는 온도 감응성 고분자 하이드로젤을 기본으로 하는 양쪽성 이온 물질과의 공중합체와 interpenetrating polymer network(IPN) 구조를 가지는 하이드로젤을 제작하고 이를 정삼투막에 부착시켜 성공적으로 유도용질 역할을 수행함을 확인하였다. 공중합체의 경우 팽윤비가 급격히 증가한 것을 확인할 수 있었으나, 그 만큼의 온도감응성이 떨어지는 모습을 보였고 IPN 구조의 경우는 온도감응성과 팽윤비 값이 PNIPAM 젤에 약간 못 미쳤다. 여기에 팽윤비 값과 삼투압의 관계를 확인하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제52권3호
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• pp.328-334
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• 2014

정삼투막 공정을 이용한 소금 및 수크로오스 용액의 처리에서 농도분극현상이 투과유속에 미치는 영향을 검토하였다. 정삼투 공정에서 투과 유속감소는 주로 분리막 표면에서의 농도분극에 기인하며, 분리막의 지지층에서 발생한 내부농도분극에 의한 투과유속 감속이 활성층에서 발생한 외부농도분극에 의한 것 보다 더 컸다. 순수 투과유속은 삼투압이 증가함에 따라 비선형적으로 증가하였다. NaCl 용액의 활성층 배향(DS-AL)에서의 수 투과계수는 $1.8081{\times}10^{-7}m/s{\cdot}atm$, 지지층 배향(DS-SL)의 경우 $1.0957{\times}10^{-7}m/s{\cdot}atm$ 이었으며, 이로부터 산출된 막저항은 각각 $5.5306{\times}10^6s{\cdot}atm/m$, $9.1266{\times}10^6s{\cdot}atm/m$ 이었다. 수크로오스 용액의 경우 활성층 배향(DS-AL)에서의 투과유속이 지지층 배향(DS-SAL)에서의 투과유속보다 1.33~1.90배 크게 나타났다. 삼투압(${\pi}$)에 대한 투과유속(J)의 변화는 전자의 경우 $J=-0.0177+0.4506{\pi}-0.0032{\pi}^2$, 후자의 경우 $J=0.0948+0.3292{\pi}-0.0037{\pi}^2$으로 표현될 수 있었다.

• 멤브레인
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• 제28권4호
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• pp.286-295
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• 2018

폴리에틸렌이민(분자량 800)에 다가이온을 갖는 정삼투용 새로운 유도용질을 합성하고 특성을 분석하였다. 폴리에틸렌이민과 메틸 아크릴레이트의 중화반응으로 중간체를 합성하고, KOH로 가수분해하여 수용성의 카복실산 금속염 형태의 폴리에틸렌이민을 합성하였다. NMR, 점도, 삼투압을 측정하여 유도용질의 특성을 평가하였다. 그 염이 유도용질로서 사용할 수 있는지의 여부를 정삼투 실험을 통하여 알아보았다. 유도용질로서 수투과도와 역염 투과도를 측정하여 NaCl과 비교하였다. 정삼투와 나노여과의 혼성공정을 통하여 유도용질의 회수가능성을 보였다.

• 한국방사성폐기물학회:학술대회논문집
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• 한국방사성폐기물학회 2015년도 추계학술논문요약집
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• pp.295-296
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• 2015

• 멤브레인
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• 제26권4호
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• pp.273-280
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• 2016

가압형 정삼투(pressure-assisted forward osmosis, PAFO) 공정은 기존의 정삼투(forward osmosis, FO) 공정의 단점인 낮은 수투과도 및 유도용질의 역확산을 극복하여 전체 공정 효율을 향상시킨다. 하지만 가압에 의한 추가적인 수리학적 압력의 작용은 파울링을 가속화 시킨다는 단점이 있다. 본 연구는 PAFO의 간헐적 운전방법인 간헐적 가압형 정삼투(Intermittent pressure-assisted forward osmosis, I-PAFO)의 파울링 저감 가능성을 평가하기 위해 수행되었다. 비교를 위해 FO 및 PAFO를 동시에 운전하여, 세 가지 운전에서의 파울링 거동을 관찰하였다. 파울링 실험을 위한 오염물질로 콜로이드 실리카 입자를 사용하였고, 분리막 및 입자의 정전기적 상호작용 에너지 변화가 파울링 거동에 미치는 영향도 확인하였다. 실험결과, I-PAFO 운전에서, 용액 pH 변화에 관계없이 가압구간, 압력완화 구간에서 각각 PAFO, FO보다 높은 수투과도를 유지하였다. 파울링 실험 후, PAFO에 비해 I-PAFO운전에서 더 적은 수투과도 감소가 관찰되었고, 이로 인해 물리세정 후 향상된 수투과도 회복률 또한 관찰되었다.

• 상하수도학회지
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• 제30권6호
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• pp.737-744
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• 2016

The investigation of effects on fouling propensity with various viscosity of feed solutions would be better understanding for forward osmosis (FO) performance since the fouling propensity was directly influenced with solution viscosity. Therefore, this study was focused on the FO fouling with model foultants (humic acid, alginate) by altering solution viscosity with change of ionic strength (I.S) and $Ca^{2+}$ concentrations. In the comparison between humic acid and alginate, as expected, the alginate generally caused more severe fouling (almost 35.8 % of flux reduction) based on the solution characteristics (high viscosity) and fouling patterns (coil and gel layer). However, interesting point to note is that the fouling propensity of alginate was more severe even though it was applied with low viscosity of feed conditions (I.S = 20 mM, $Ca^{2+}=1mM$). This might be due to that crossed linked gel layer of alginate on the FO membrane surface could be best formed in the condition of $Ca^{2+}$ presence and higher I.S, and that is more dominant to fouling propensity than the low viscosity of feed solutions.