The air gap membrane distillation (AGMD) process was applied for water desalination. The main objective of the present work was to study the heat and mass transfer mechanism of the process. The experiments were performed on a flat sheet module using aqueous NaCl solutions as a feed. The membrane employed was hydrophobic PTFE of pore size 0.22 ${\mu}m$. A mathematical model is proposed to evaluate the membrane mass transfer coefficient, thermal boundary layers' heat transfer coefficients, membrane / liquid interface temperatures and the temperature polarization coefficients. The mass transfer model was validated by the experimentally and fitted well with the combined Knudsen and molecular diffusion mechanism. The mass transfer coefficient increased with an increase in feed bulk temperature. The experimental parameters such as, feed temperature, 313 to 333 K, feed velocity, 0.8 to 1.8 m/s (turbulent flow region) were analyzed. The permeation fluxes increased with feed temperature and velocity. The effect of feed bulk temperature on the boundary layers' heat transfer coefficients was shown and fairly discussed. The temperature polarization coefficient increased with feed velocity and decreased with temperature. The values obtained were 0.56 to 0.82, indicating the effective heat transfer of the system. The fouling was observed during the 90 h experimental run in the application of natural ground water and seawater. The time dependent fouling resistance can be added in the total transport resistance.
The novelty of this study resides in the fabrication of stoichiometric and stress-reduced $Si_3N_4/SiO_2/Si_3N_4$ triple-layer membrane sieves. The membrane sieves were designed to be very flat and thin, mechanically stress-reduced, and stable in their electrical and chemical properties. All insulating materials are deposited stoichiometrically by a low-pressure chemical vapor deposition system. The membranes with a thickness of 0.4 ${\mu}m$ have pores with a diameter of about 1 ${\mu}m$. The device is fabricated on a 6" silicon wafer with the semiconductor processes. We utilized the membrane sieves for plasma separations from human whole blood. To enhance the separation ability of blood plasma, an agarose gel matrix was attached to the membrane sieves. We could separate about 1 ${\mu}L$ of blood plasma from 5 ${\mu}L$ of human whole blood. Our device can be used in the cell-based biosensors or analysis systems in analytical chemistry.
Min Yeong Ko;Min Chang Shin;Xuelong Zhuang;Jae Yeon Hwang;Sung Woo Han;Si Eun Kim;Jung Hoon Park
Membrane Journal
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v.34
no.2
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pp.146-153
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2024
In this experiment, a Ti-based flat hydrogen separation membrane was designed and manufactured. In order to find a Ti-based hydrogen separation membrane of a new composition, the correlation between the physical-chemical properties and hydrogen permeability of various alloys was investigated. Based on this, two types of new alloy films (Ti14.2Zr66.4Ni12.6Cu6.8 (70 ㎛), Ti17.3Zr62.7Ni20 (80 ㎛)) was designed and manufactured. The manufactured flat hydrogen separation membrane was tested for hydrogen permeation using mixed gas (H2, N2) and sweep gas (Ar) at 300~500℃ and 1~4 bar. The Ti14.2Zr66.4Ni12.6Cu6.8 alloy film has a maximum flux of 16.35 mL/cm2 min at 500℃ and 4 bar, and the Ti17.3Zr62.7Ni20 alloy film has a maximum flux of 10.28 mL/cm2 min at 450℃ and 4 bar.
A flat-type membrane bioreactor(FMBR ) for aerobic whole cell immobilization was developed and its performance for the citric acid production was investigated using Aspergillus niger (KCTC 1232). The reactor consisted of three layers. The top layer contained flowing air for oxygen supply, the middle layer had stationary cells, and the bottom layer had flowing aqueous nutrients. The initial pH of the culture medium played an important role in citric acid production and the lower initial pH of the culture medium resulted in a higher citric acid yield. Under air and pure oxygen aerations the volumetric productivity reached 0.20 and 0.40g/Lh. Furthermore, the productivity improved with the increase of the culture medium feed rate.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2003.10a
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pp.3-17
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2003
This paper deals with the problems and their possible solutions in the development of finite element for analysis of shell. Based on these solution schemes, a series of flat shell elements are established which show no signs of membrane locking and other defects even though the coarse meshes are used. In the element formulation, non-conforming displacement modes are extensively used for improvement of element behaviors. A number of numerical tests are performed to prove the validity of the solutions to the problems involved in establishing a series of high performance flat shell elements. The test results reveal among others that the high accuracy and fast convergence characteristics of the elements are obtainable by the use of various non-conforming modes and that the ‘Direct Modification Method’ is a very useful tool for non-conforming elements to pass the patch tests. Furthermore, hierarchical and higher order non-conforming modes are proved to be very efficient not only to make an element insensitive to the mesh distortion but also to remove the membrane locking. Some numerical examples are solved to demonstrate the validity and applicability of the presented elements to practical engineering shell problems.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2004.10a
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pp.855-859
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2004
We develop a new four-node flat shell element which is accurate, efficient, and suitable to be used on general purpose. The new element has a hybrid Trefftz element with drilling degrees of freedom as a membrane part. We define the two independent displacement field: the internal displacement field that satisfies governing equations in the domain a priori and the boundary displacement field that is usually used as a conventional finite element method. The hybrid Trefftz variational formulation connects these two displacement fields on the boundary of the domain. To add drilling degrees of freedom, we introduce the Allman's quadratic displacement field to the boundary displacement field. As a result, our flat shell element has 6 degrees of freedom per a node. We also use the well-known DKMQ plate bending element for the plate part of the proposed element. The DKMQ element satisfies Mindlin-Reissner‘s plate theory along the edge of the element and gives proper behavior regardless of the thickness. A series of numerical experiments shows that the performance of the new element such as accuracy, rate of convergence, robustness to mesh quality, and so on.
Proceedings of the Membrane Society of Korea Conference
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1999.07a
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pp.27-30
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1999
Poly(phenylene oxide)s were used to prepare flat, integrally skinned self-supporthed asymmetric membranes by dry-wet phase separption. The intrinsic ideal gas selectivity of poly- (2,6-dimethy-1,4-phenylene oxide) (PMPO) was retained in the membranes, and improved by a coating with silicone rubber. Polymers of the same class were coated of UF supports with a silicon rubber gutter layer, yielding composite membranes with high flux but lower selectivity. The effect of th glutaraldehyde cross-linking of sodium alginate (SA) membranes on the mobility of water and ethanol has been studied with pfg nmr. Crosslinking reduces water self-diffusion, and does not seem to be stable on the timescale of weeks.
Proceedings of the Korean Society of Soil and Groundwater Environment Conference
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2002.04a
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pp.243-245
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2002
Brackish water desalination using reverse osmosis(RO) membrane is more useful and economic than sea water to solve the shortage of fresh water supply because of its low total dissolved solid(TDS) contents. Silica and humic acid in brackish water make serious fouling problems and cause the decline of permeate flux and increase of operating pressure. In this study, the experiments for removal of silica and humic acid were conducted with calcite particles to prevent membrane fouling and investigated the effect of pH of feed water Adsorption of silica to calcite was higher at pH=7.5 than 9.5 and removal rate was increased according to increase of initial concentration of silica. The effect of pH on adsorption of humic acid was not significant but at low initial concentration the adsorption of humic acid was enhanced at pH 7.5. The result of this study expect to apply to brackish water desalination experiment of flat-sheet reverse osmosis membrane.
The CA reverse osmosis membranes were prepared and were studied the effects of parameters in membrane performance. The dope solutions were composed of polymer, formamide, acetone and 2-methoxyethanol. And it was prepared flat type membranes. The membranes were measured flux and rejection. The experimental factors such as polymer concentration, additive type, solvent evporation period, annealing temperture, and applied pressure were changed to investigate the effects of these on the membranes. And the transport parameters were also calculated at reverse osmosis medel for prepared membranes.
In this study, high porous PVdF flat sheet membranes were prepared to obtain reinforced membrane support for polymer electrolyte membrane fuel cell. Nano-size laponite was randomly dispersed in the membranes to improve mechanical property which lowered by the high porosity. The morphology and porosity of prepared PVdF/Laponite composite membranes were examined using the SEM analysis and the weight method and all membranes showed over 60% porosity. The membrane thermal stability depending on the laponite contents in the composite membranes was evaluated by membrane heat shrinkage at $105^{\circ}C$ and $135^{\circ}C$. MD and TD heat shrinkage of the PVdF composite membrane containing 5 wt% laponite was 2~3% and 2~3.5% at $135^{\circ}C$, respectively. The mechanical strength was enhanced after incorporating laponite particles and 30% increase in the modulus compared to pure PVdF membrane was obtained.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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