• 상하수도학회지
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• 제35권1호
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• pp.39-52
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• 2021

The global water shortage is getting more attention by global climate change. And water demand rapidly increases due to industrialization and population growth. Desalination technology is being expected as an alternative water supply method. Desalination technology requires low energy or maintenance costs, making it a competible next generation technology, with examples such as forward osmosis (FO), membrane distillation (MD), capacitive deionization (CDI), and electrodialysis (ED) to compete with reverse osmosis (RO). In order to identify recent research trends in desalination technologies (FO, MD, RO, CDI, and ED) between 2000-2020, a bibliometric analysis was conducted in the current study. The number of published papers in desalination technology have increased in Desalination and Journal of Membrane Science mainly. Moreover, it was found that FO, MD, RO, CDI, and ED technologies have been applied in various research areas including electrochemical, food processing and carbon-based material synthesis. Recent research topics according to the desalination technologies were also identified.

• 멤브레인
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• 제28권1호
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• pp.75-82
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• 2018

정삼투법을 이용한 해수담수화는 역삼투 공정에 비해 에너지 절감이 가능하여 해수담수화 차세대 기술로 주목받고 있다. 막을 기반으로 하는 수처리 분야에서 분리 성능을 향상시키고 새로운 기능을 부여하기 위해, 고분자 매트릭스에 필러인 나노물질을 삽입하는 박막 나노복합체 분리막(thin film nanocomposite, TFN) 개발에 대한 연구가 요구되고 있다. 본 연구에서는 딥 코팅(dip coating) 방법을 기반으로 한 다층박막적층법(Layer-by-layer, LBL)을 이용하여 산화그래핀(graphene oxide, GO)의 나노 적층구조를 제어하여, 정삼투 공정에서의 높은 안정성 및 높은 수투과도 및 염 제거, 낮은 염 역확산을 갖는 그래핀 나노복합체 분리막을 개발하고자 하였다. 정삼투 공정의 성능 향상을 위한 산화그래핀의 환원 반응시간과 LBL 딥코팅 적층 수의 최적화를 통해, 수투과도 2.51 LMH/bar, 물분자 선택성 8.3 L/g, 염 제거율 99.5%를 갖는 나노복합체 분리막을 개발하였다. 이는 상용화된 CTA FO 분리막보다 수투과도는 10배, 물분자 선택성은 4배 높게 향상되었으며, 염 제거율은 비슷한 수준으로 나타났다.

• 멤브레인
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• 제31권1호
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• pp.16-34
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• 2021

물 공급은 늘어나는 담수 수요와 다르게 줄어들고 있다. 담수의 수요를 충당하기 위해서 나노여과법은 가장 효율적이고 경제적인 방법이라고 할 수 있다. 해수담수화를 위한 나노여과법의 일반적인 방법으로는 나노여과 멤브레인을 이용한 역삼투압 방식이다. 하지만 기존의 멤브레인들은 주요 특성인 안정성, 경제성, 그리고 살균 및 방오특성이 부족하다. 기존의 나노여과 멤브레인을 향상시키기 위해서 친수성과 방오성이 높은 흑연 산화물이 가장 향상성이 높으며 널리 연구되고 있는 재료이다. 멤브레인 변형은 다른 레이어에 적용될 수 있다. 얇은 막으로 이루어진 멤브레인은 다른 세 레이어로 구성되어 있다, 표면의 폴리아미드 레이어, 기공 레이어, 그리고 전체적인 구조를 구성하는 지원 직물이다. 정삼투압 토한 에너지 효율적인 해수담수화 방식이지만 효율이 생물 오염 때문에 떨어진다. 산화그래핀 결합은 향균 기능을 향상할 수 있으며 멤브레인 표면에 바이오필름 생성을 억제할 수 있다. 압력지연삼투는 해수에서 청정에너지를 발전시키는 최고의 방법 중 하나이다. 멤브레인의 생물 오염은 합성 폴리머 멤브레인의 합성 레이어에 산화 그래핀을 합성하여 줄일 수 있다. 나노여과 멤브레인을 개량하는 여러 연구가 각자의 장단점을 가지고 이루어지고 있다. 이 보고서는 나노여과 멤브레인의 개량, 성질, 그리고 성능에 대해 논의한다.

• 상하수도학회지
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• 제30권4호
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• pp.441-447
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• 2016

Development of shale gas has drawn increasing attention since it is one of promising alternative energy resources. However, contamination of groundwater and surface water during the extraction of shale gas is becoming a serious environmental issues, which brings the needs to treat wastewater generated from hydraulic fracking. In this study, the feasibility of membrane distillation (MD) for the treatment of shale gas wastewater was investigated using a laboratory scale experimental setup. Flat-sheet MD membranes were used to treat produced water from a shale gas well in the United States. Different configurations such as direct contact MD (DCMD) and air gap MD (AGMD) were compared in terms of flux and fouling propensity. The foulants on the surface of the membranes were examined. The results suggest that MD can treat the shale gas produced water containing more than 200,000 mg/L of total dissolved solids, which is impossible by other technologies such as reverse osmosis (RO) and forward osmosis (FO). In this study, we investigated the possibility of processing and characterization of shale gas produce wastewater using membrane distillation. Laboratory scale membrane distillation experimental device was developed. It was compared the flat-sheet direct contact membrane distillation and flat-sheet air gap membrane distillation. AGMD flux in lower than the flux of DCMD, it was expected that the contamination caused by organic matters.

• Korean Journal of Chemical Engineering
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• 제35권11호
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• pp.2256-2268
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• 2018

Hydrophilic and hydrophobic polyethersulfone (PES)-zinc oxide (ZnO) sublayers were prepared by loading of ZnO nanoparticles into PES matrix. Both porosity and hydrophilicity of the hydrophilic sublayer were increased upon addition of hydrophilic ZnO, while these were decreased for the hydrophobic sublayer. In addition, the results demonstrated that the hydrophilic membrane exhibited smaller structural parameter (S value or S parameter or S), which is beneficial for improving pure water permeability and decreasing mass transfer resistance. In contrast, a higher S parameter was obtained for the hydrophobic membrane. With a 2 M NaCl as DS and DI water as FS, the pure water flux of hydrophilic TFN0.5 membrane was increased from $21.02L/m^2h$ to $30.06L/m^2h$ and decreased for hydrophobic TFN0.5 membrane to $14.98L/m^2h$, while the salt flux of hydrophilic membrane increased from $10.12g/m^2h$ to $17.31g/m^2h$ and decreased for hydrophobic TFN0.5 membrane to $3.12g/m^2h$. The increment in pure water permeability can be ascribed to reduction in S parameter, which resulted in reduced internal concentration polarization (ICP). The current study provides a feasible and low cost procedure to decrease the ICP in FO processes.

• 대한환경공학회지
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• 제38권5호
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• pp.255-268
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• 2016

기후변화는 현재 사용되고 있는 지표수 및 지하수 등의 담수자원 외에도 새로운 수자원을 확보해야할 필요성을 증가시켰다. 해수담수화 시장은 이러한 변화에 따라서 매년 급증하고 있는 상황이며, 이에 발맞추어 2007년 해수담수화 플랜트 사업단이 국내에서 출범하였다. 2014년에 종료된 해수담수화플랜트 사업단은 증발식 해수담수화 기술에 치우친 국내 기술을 역삼투방식 해수담수화 기술로 선회할 수 있도록 이끌었다. 현재 세계 최고의 역삼투방식 해수담수화 기술 에너지 효율성은 약 $3.5kWh/m^3$ 전후로 조사된다. 기장 플랜트의 수준은 $3.8{\sim}4.0kWh/m^3$ 수준으로 비록 세계 최고 수준에는 미치지 못하나, 선두권이라 하기에는 부족함이 없는 것으로 사료된다. 한편, 세계 역삼투방식 해수담수화 기술은 평준화 수준에 이른 것으로 사료되며, 에너지 저감을 위해 새로운 기술을 개발하고자 경쟁중이다. 미래 해수담수 시장에서 경쟁할 것으로 예상되는 기술로 정삼투공정, 막증발법 등이 있으며, 이를 위해 국내에서도 정역삼투 융합공정 개발, 막증발법 및 얍력지연삼투등의 기술개발을 진행중에 있다. 이를 통하여 국내 기술수준을 $2.5kWh/m^3$까지 낮출 것으로 기대된다.

• 대한기계학회논문집 C: 기술과 교육
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• 제1권1호
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• pp.75-81
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• 2013

셰일가스는 전 세계의 에너지 사용방식을 크게 변화시킬 만한 잠재력을 가지고 있다. 그러나 셰일가스 생산과정에서의 물의 사용과 폐수의 처리와 관련된 환경문제에 대한 관심이 증가하고 있다. 이 논문은 셰일가스 용수관리와 관련된 이슈를 제시하고 이러한 이슈를 해결하기 위한 기존 기술들에 대한 내용을 소개하고 있다. 또한 본 논문은 정삼투와 막증류와 같이 셰일가스 폐수처리를 위한 새로운 기술의 전망에 대해서도 다루고 있다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제39권6호
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• pp.513-518
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• 2015

농도차발전은 전 세계적으로 높은 잠재적 에너지량으로 인하여 최근 많은 주목을 받고 있다. 본 연구에서는 양이온과 음이온의 선택적 분리를 통하여 전기를 생성하는 역전기투석을 이용하여 다양한 농도 공급원의 조합으로부터 성능을 평가하였다. 역전기투석 장치의 분극곡선은 전류가 증가할 때 전압이 선형적으로 감소하였고, 최대출력밀도는 내부저항과 외부저항이 일치하는 부분에서 얻어졌다. 내부 유로두께가 감소하고 공급유량이 증가할 때 역전기투석 장치에서 생성되는 출력이 증가하는 것을 발견하였고, 공급유체의 펌핑에 의해 발생되는 출력 손실을 고려한 정미출력은 공급유량이 22.5mL/min 에서 최대값을 가졌다. 최종적으로 담수화 브라인, 해수, 강물, 폐수, 기수를 조합하여 역전기투석 장치의 성능을 평가하였고 정삼투 과정에서 발생하는 브라인과 강물을 이용할 때 $1.75W/m^2$ 으로 최대값을 얻었다.

• 대한환경공학회지
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• 제37권11호
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• pp.649-655
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• 2015

본 연구에서는 막 기반 수처리 기술의 핵심인 막 성능 및 특성을 혁신적으로 개선시키기 위한 새로운 형태의 막으로서 그래핀과 세라믹을 결합하는 세라믹 기반 그래핀 막(Ceramic-based graphene membrane (CbGM))을 만들고, 막에서 일어나는 물질 이동 특성을 파악하였다. 수투과 및 염 제거의 역할을 하는 활성층으로서 그래핀이 사용되었으며, 간단한 Filtration-assisted assembly (FAA) 방법을 도입하여 막을 합성하였다. 합성한 막의 표면 형태 및 특성 분석을 위해 주사전자 현미경 및 접촉각을 분석하였으며, 막 성능 및 특성 파악을 위해 3가지 용질(i.e., NaCl, $MgCl_2$, $Na_2SO_4$)을 회분식 정삼투 시스템에서 용질 이동을 측정하였다. 표면 형태 특성 분석과 물질 이동 결과를 통해, 그래핀 층의 두께 보다는, 활성층을 구성하는 그래핀 조각들 사이의 교합(Interlocking)이 막에 선택성 부여함에 있어서 가장 중요함을 확인하였다. 또한, 농도차를 구동력으로 하는 막 공정에 CbGM을 적용하였을 때, 수중의 음이온과 양이온의 최외각 전하비($Z^-/Z^+$)값이 증가할수록 용질 이동이 비례적으로 촉진되었으므로, CbGM의 표면이 양으로 하전되어 있으며, 이것이 전하된 물질의 이동에 매우 큰 영향을 끼친다는 것을 확인하였다.