Pervaporation process using membrane is newly emerging energy saying and cost effect process instead of distillation process. Especially, in pertrochemical industry, pervaporation process is a strong candidate to substitute the conventional energy consuming processes because that petrochemical industry has much energy consuming separation processes, many azeotrope mixtures to separate and needs to compact space to install new process units. Aromatic/aliphatic separation including benzene/cyclohexane mixture, olefin/paraffin separation, xylene isomer separation, reactive monomer recovery and sulfur compound removal from gasoline have been inversitigated for the application of pervaporation membrane process by many researchers and are under commercializing.
합성고분자막을 이용하여 액체혼합물을 분리하는 공정은 오래전부터 알려져 왔다. 바다물로부터 역삼투법이나 전기투석법을 이용하여 탈염하는 공정이라든지 한외여과 또는 정밀여과법을 이용하여 초순수를 제조하는 공정등은 현재 대단한 기술적, 상업적 의미를 갖으며 산업적으로 발전하고 있다. 더욱 최근에는 합성고분자막이 여러 기체혼합물 분리에 응용되고 있다. 예를 들면 석유화학 폐가스나 암모니아 공장에서 수소의 회수나 공기중의 산소나 질소의 부화등은 막이 아주 유용한 도구로 사용되어 온 두가지 중요한 분야이다. 고분자막이 특정한 물질분리에 맞도록 고안될수 있게 된 이래로 재래식 방법으로는 곤란한 분리문제들이 막공정에 의해 다루어질수 있게 되었다. 이같은 문제중 하나가 폐수중 유기용제등 유기물의 제거이다. 특히 할로겐화 유기물, 살충제, 농약등 오래전부터 독극물로 알려져온 물질들을 폐수로 부터 제저하는데 많은 노력이 경주되어 왔다. 이러한 연구에도 한외여과법이나 역삼투법등의 막분리공정이 응용되어 보고된 바 있다.
Proceedings of the Membrane Society of Korea Conference
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1996.03a
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pp.69-90
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1996
In the chemical industry, in the pharmaceutical industry, and in a number of other industries separation processes are necessary to separate and purify products and raw materials [1,2]. Separation processes are also widely used in other applications such as in recycling valuable materials from waste streams. Unit operations for separation processes can be classified in phase separation techniques and component separation techniques based on the nature of the feed mixtures to be separated. The former techniques are used for the separation of heterogeneous mixtures, in which the feed is already present in two or more separated phases on a micro-scale. The latter are suitable for the separation of homogeneous mixtures such as gaseous mixtures and mixtures of completely miscible liquids. tn these cases the separation into individual components is generally achieved by utilizing the differences in physico-chemical properties of components, and is much more difficult compared to phase separation techniques. Separation processes such as distillation, evaporation, liquid-liquid extraction, and crystallization belong to this class.
Membranes were prepared by incorporating Na-Y zeolite particles into poly(vinyl alcohol) (PVA) cross-linked with poly(acrylic acid) (PAA). The membrane was characterized by FT-IR spectroscopy, contact angle measurement, swelling test, SEM analysis, and XRD analysis. The pervaporation separation of water/acetic acid mixtures was carried out using prepared membranes. From the results, it was shown that the hydrophilic property of prepared membrane increased with increase of zeolite contents and the PVA/PAA membrane with zeolite addition showed higher permeation flux than that of without zeolite membrane. The PVA/PAA membrane containing 8 wt% zeolite showed the highest permeation flux and separation in the feed solution containing 10 wt% acetic acid.
Pervaporation membrane for butanol separation was prepared by hybrid process. Plasma treatment of commercial poly(dimethylsiloxane) (PDMS) membrane was attempted and combination of plasma treatment and PDMS solution coating on polysulfone, poly(ether imide) supports were also performed. Plasma treatment of PDMS membrane with hexane and silane group compounds was performed to increase the hydrophobicity of the surface, which enhanced the separation factor upto 12.5 at the expense of flux decrease down to $1.15kg/m^2{\cdot}hr$. Contact angle and relative sorption ratio were also related with hydrophobicity of the memrbane. Increase of PDMS prepolymer composition resulted in dense structure of coating layer with better separation factor. Effects of sequence of PDMS coating vs. plasma treatment were examined. It was found that plasma treatment with butanol and n-hexane plasma followed by PDMS coating showed better performance and vice versa for plasma treatment with hexamethyldisilane and hexamethyldisilazane.
Pervaporation membranes were fabricated by low temperature plasma treatment the concentrate butanol solution from fermentation process. Effects of power, reaction time, and monomer flow rate were examined to optimize the (W!FM)t value as 4.0389 x 109 J . min/kg. Various organic compounds were tested in plasma treatment. Contact angle and relative sorption ratio were examined in terms of membrane performance. With the increase of contact angle and relative sorption ratio separation factor was enhanced from 0.186 to 3.525. and butanol flux increased from 0.042 to 0.567 kglm2. hr. Hydrophobicity of the membrane increased the affinity with butanoL Heat of mixing for monomer with butanol was examined, but failed to find the trend, because plasma polymerization of monomer produced the new compounds much different from monomers.
수송용 바이오연료로써 바이오디젤의 보급 활성화에 따른 원료인 식물성 기름의 가격 상승 및 수급 불안정성 문제를 해결하고자 그동안 활용되지 않았던 폐유지를 바이오디젤 생산 원료로 사용하여 바이오디젤 생산 단가를 낮추고 원료의 수급 안정성도 확보하려는 시도가 이루어지고 있다. 폐유지의 경우 대부분 유리지방산 함량이 높아 염기 촉매를 적용하는 방법으로는 비누의 생성으로 전환이 힘들며 산 촉매를 적용하여 유리지방산을 에스테르화하는 공정을 필요로 한다. 에스테르화 반응에서는 반응 부산물로 물이 생성되며, 생성된 물은 바이오디젤 생산 반응을 저해하고 역반응을 유도하며 촉매의 활성을 감소시킨다. 본 연구에서는 고유리지방산 함량 오일의 에스테르화 반응에서 수분의 영향을 검토하였다. 산 촉매로 액상 촉매인 황산과 고체 산 촉매인 Amberlyst-15를 사용하였다. 초기 수분 함량이 0, 1, 2, 5, 10, 20%로 증가하였을 때, 지방산 메틸 에스테르 함량이 크게 감소하였으며, 1%의 수분 함량에서도 반응이 크게 저해받는 것으로 나타났다. 따라서 고유리지방산 함량 오일의 에스테르화 반응에서 수분에 의한 저해가 중요한 변수라는 것을 알 수 있다. Amberlyst-15는 황산보다 수분의 영향에 의해 지방산 메틸 에스테르 함량이 빠르게 감소하였다. 이는 다공성의 Amberlyst-15에서 생성된 물이 반응물질들이 active site에 접근하는 것을 방해하였기 때문인 것으로 생각된다. 황산을 사용하였을 경우에는 오일 대 메탄올 몰비를 1:3에서 1:6으로 증가시킴으로써 정반응 속도가 증가하여 수분에 대한 영향이 감소하는 현상이 나타났다. 에스테르화 반응 종료 12시간 후에 바이오디젤과 메탄올 내에 수분 함량을 분석한 결과 12%의 수분이 바이오디젤 층에 존재하며 88%의 수분은 메탄올 층에 존재하였다. 반응 중에 생성된 수분을 제거하기 위해, 에스테르화 반응 30분 후에 물을 포함하는 메탄올과 촉매 층을 새 메탄올과 촉매로 교환하는 2단계 반응을 수행함으로써 지방산 메틸 에스테르 함량을 향상시킬 수 있었다. 반응 초기에는 황산이 Amberlyst-15보다 높은 활성을 보였지만, 시간이 지날수록 두 촉매 사이의 에스테르화 성능 차이는 감소하였다. 따라서 2단계 에스테르화 반응이 수분의 저해작용을 줄이는 한 가지 대안으로 제안될 수 있다. 또한 에스테르화 반응에서 물의 저해 작용을 줄이기 위해 앞으로 투과증발막의 적용 또는 물에 저해작용을 받지 않는 구조의 촉매 사용을 검토할 필요가 있다.
Han, In Ki;Oh, Boo Keum;Lee, Young Moo;Noh, Si Tae
Applied Chemistry for Engineering
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v.3
no.4
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pp.595-604
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1992
Carbonate-type polyurethane resins containing anionic moieties were systhesized from NCO-terminated prepolymer method. Membranes were manufactured from the polymer solution and the separation of aqueous ethanol solution was investigated. To enhance the property of urethane resin, carbonate-type polyol(PTMCG) was used. ${\alpha}^{\prime},{\alpha}^{{\prime}{\prime}}$-dimethylolpropionic acid was used as a chain extender to increase the hydrophilicily of the urethane membrane. The ionization of the pendent carboxylic groups in urethane resin was carried out using trimthylamine. To confirm the formation of anionic groups in urethane resin, IR spectra of model compounds were compared with those of urethane resins. It was confirmed that the concentration of hard segment and hydrogen bond contributed to the property of the concentration of hard segment and hydrogen bond contributed to the property of urethane resin in which the mole ratio of chain extender and polyol was from 3:1 to urethane resin in which the mole ratio of chain extender and polyol was from 3:1 to 5:1. The carbonate-type polyurethane containing pendent carboxylic grop(PU) had Tg of around-$25^{\circ}C$ and Tm, $45^{\circ}C$ measured by DSC. Transition temperatures of one containing pendent anionic group(APU) prepared from the ionization of PU shifted to $8{\sim}10^{\circ}C$ lower temperature region than those of PU. Pervaporation membrane was prepared through the casting method. N, N-dimethylformamide (DMF) were used as a solvent and hexamethylene diisocyanate(HMDl) as a crosslinking agent. Swelling degree increased with ethanol concentration in mixure and the control of the swelling degree of the membrane could be achieved by crossliking. The results of pervaporation were as follows : separation factor, 2.3~9.8 ; flux, $27{\sim}79.5g/m^2hr$. Pervaporation separation capacity could be enhanced by reducing the molecular weight of polyol from 2,000 to 1,000.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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