• Membrane and Water Treatment
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• 제3권1호
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• pp.63-76
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• 2012

Mother liquid discharged from a salt-manufacturing plant was electrodialyzed at 25 and $40^{\circ}C$ in a continuous process integrated with $SO_4{^{2-}}$ ion low-permeable anion-exchange membranes to remove $Na_2SO_4$ and recover NaCl in the mother liquid. Performance of electrodialysis was evaluated by measuring ion concentration in a concentrated solution, permselectivity coefficient of $SO_4{^{2-}}$ ions against $Cl^-$ ions, current efficiency, cell voltage, energy consumption to obtain one ton of NaCl and membrane pair characteristics. The permselectivity coefficient of $SO_4{^{2-}}$ ions against $Cl^-$ ions was low enough particularly at $40^{\circ}C$ and $SO_4{^{2-}}$ transport across anion-exchange membranes was prevented successfully. Applying the overall mass transport equation, $Cl^-$ ion and $SO_4{^{2-}}$ ion transport across anion-exchange membranes is evaluated. $SO_4{^{2-}}$ ion transport number is decreased due to the decrease of electro-migration of $SO_4{^{2-}}$ ions across the anion-exchange membranes. $SO_4{^{2-}}$ ion concentration in desalting cells becomes higher than that in concentration cells and $SO_4{^{2-}}$ ion diffusion is accelerated across the anion-exchange membranes from desalting cells toward concentrating cells.

• 한국막학회:학술대회논문집
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• 한국막학회 1998년도 추계 총회 및 학술발표회
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• pp.75-78
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• 1998

1. Introduction : The clean technology using ion exchange membranes have drawn attention increasingly with advancement of the membrane synthesis. Ion exchange membranes have been used for diffusion dialysis, electrodialysis, electrodialytic water splitting and electrodeionization. Bipolar membranes(BPM), consisting of a cation exchange layer and an an_ion exchange layer, can convert a salt to an acid and a base without chemical addition. Using the bipolar membrane, a large quantity of industrial wastes containing salts can be reprocessed to generate acids and bases. Recent development of high performance bipolar membranes enables to further expand the potential use of electrodialysis in the chemical industry. The water-splitting mechanism in the bipolar membrane, however, is a controversial subject yet. In this study bipolar membranes were prepared using commercial ion exchange membranes and hydrophilic polymer as a binder to investigate the effects of the interface hydrophilicity on water-splitting efficiency. In addition, the water splitting mechanism by a metal catalyst was discussed.

• 전기화학회지
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• 제16권4호
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• pp.204-210
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• 2013

Thin pore-filled cation and anion-exchange membranes (PFCEM and PFAEMs, $t_m=25-30{\mu}m$) were prepared using a porous polymeric substrate for efficient all-vanadium redox flow battery (VRB). The electrochemical and charge-discharge performances of the membranes have been systematically investigated and compared with those of commercially available ion-exchange membranes. The pore-filled membranes were shown to have higher permselectivity as well as lower electrical resistances than those of the commercial membranes. In addition, the VRBs employing the pore-filled membranes exhibited the respectable charge-discharge performances, showing the energy efficiencies (EE) of 82.4% and 84.9% for the PFCEM and PFAEM, respectively (cf. EE = 87.2% for Nafion 1135). The results demonstrated that the pore-filled ion-exchange membranes could be successfully used in VRBs as an efficient separator by replacing expensive Nafion membrane.

• 멤브레인
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• 제13권2호
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• pp.118-124
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• 2003

막소재는 투과증발 막공정에서 메탄을 저항체로 잘 알려진 Poly(vinyl alcohol, PVA)과 술폰기가 있는 가교제 sulfo-succinic acid(SSA)를 PVA에 대해 17 wt.%로 고정시켜 제조하였다. 이에 이온교환능력을 향상시키기 위해 양이온교환기가 포함된 poly(acrylic acid, PAA)를 첨가하여 함량변화에 따라 메탄올투과도 (methanol permeability) 특성과 이온전도도(ion conductivity)를 측정하였으며, 기본적인 이온교환막의 특성인 함수율 (water content), 이온교환용량 (ion exchange capacity, IEC) 등을 측정하였다. PAA함량에 따른 메탄을 투과도와 이온전도도 결과는 SSA만을 사용했을 때 보다 전체적으로 감소하는 경향을 나타났는데 이는 PAA의 함량 증가를 통하여 가교도의 증가로 인한 자유부피감소가 카르복실기인 양이온교환기 도입 영향보다 더 크게 작용한 것으로 판단된다 이온전도도와 메탄올투과도의 결과로부터 'vehicle mechanism'이 본 실험에서 제조된 PVA/SSA/PAA막에서 더 우세한 영향을 미쳤을 것이라 사료된다.

• 멤브레인
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• 제30권2호
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• pp.79-96
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• 2020

환경오염과 화석연료의 문제로 인한 2차 에너지 변환 및 저장 장치의 개발이 활발하게 진행되고 있다. 이러한 에너지 변환장치들은 전기화학적 시스템을 기본으로 운영되고 있으며 이온교환막은 각 공정의 성능을 결정짓는 중요한 요소이다. 따라서 에너지 시스템의 효율 증대 및 성능 향상을 위해서는 적합한 물성을 갖는 이온교환막 개발이 필요하다. 이러한 이온교환막은 크게 양이온교환막, 음이온교환막, 바이폴라막으로 분류되고 있으며, 이들 막들은 화학적, 물리적, 형태학적 특성에 따라 다양한 용도을 갖고 있다. 본 총설에서는 이온교환막의 주요한 특징과 함께 이들의 제조 방법에 대해 기술했다. 이어서 이온교환막을 이용하여 최근 개발되고 있는 전기화학 시스템에 기반을 둔 역전기 투석, 레독스 흐름 전지, 수전해 공정에 대해서 소개하고, 각 에너지 공정에서 이온교환막이 갖는 역할과 조건에 대해서 설명하였다.

• 공업화학
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• 제26권1호
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• pp.1-16
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• 2015

본 리뷰에서는 에너지분야 응용을 위해 사용된 이온교환막을 이용한 분리막 공정에 대하여 정리하였다. 이온교환막은 기능, 균일상, 불균일상과 같은 형태, 사용된 고분자의 종류에 따라 구분되었으며, 양이온 및 음이온 교환막을 제조하기 위한 다양한 방법에 대하여 논문을 참조하여 정리하였다. 이온교환막을 제조하기 위한 최신 연구결과 동향이 보고되었으며, 본 리뷰에서는 분리막의 제조 및 발전되어온 내용과, 분리막을 미래지향적 기술에 사용하기 위한 잠재적 응용분야에 대하여 논의하였다.

• 멤브레인
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• 제26권6호
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• pp.432-448
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• 2016

최근 이온 교환 고분자 전해질 막을 활용한 고효율 에너지 전환 및 저장 장치에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 고분자 전해질 연료전지, 레독스 흐름전지 및 역전기투석 등 다양한 에너지 시스템에서 에너지 효율 향상을 위해 이온교환 전해질 막의 양/음이온의 선택적 수송 거동이 중요시되고 있다. 본 총설은 각각의 고효율 전해질 전지 시스템에 따라 요구되는 다양한 이온 교환막의 선택적 양/음이온 투과 거동의 한계점을 고찰하고, 한계를 극복하기 위한 다양한 구조의 고분자 이온 교환 복합막의 장점 및 단점을 정리하였다. 고분자 가교법 및 다공성 지지체 복합막 이외에 다양한 구조의 신규다공성 무기 나노입자를 유-무기 이온교환 복합막에 도입하는 시도가 이루어지고 있는 동시에, 이온 선택도 향상을 위한 다양한 형태의 표면 개질 방법이 개발되고 있으며, 이를 통해 이온 교환 복합막의 선택적 양/음이온 거동의 한계를 극복하는 전략을 제시하고 있다.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제14권4호
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• pp.303-310
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• 2023

Microbial fuel cells (MFCs) are a bioelectrochemical system where electrochemically active bacteria convert organic waste into electricity. Poly(vinyl alcohol) (PVA) and chitosan (CS) are polymers that have been studied as potential alternative ion exchange membranes to Nafion for many electrochemical systems. This study examined the optimal mixing ratio of PVA and chitosan CS in a PVA:CS composite membrane for MFC applications. PVA:CS composite membranes with 1:1, 2:1, and 3:1 ratios were synthesized and tested. The water uptake and ion exchange capacity, Fourier transform infrared spectra, and scanning electron microscopy images were analyzed to determine the physicochemical properties of PVA:CS membranes. The prepared membranes were applied to the ion exchange membrane of the MFC system, and their effects on the electrochemical performance were evaluated. These results showed that the composite membrane with a 3:1 (PVA:CS) ratio showed comparable performance to the commercialized Nafion membrane and produced more electricity than the other synthesized membranes. The PVA:CS membrane implemented MFCs produced a maximum power density of 0.026 mW cm^-2 from organic waste with stable performance. Therefore, it can be applied to a cost-effective MFC system.

• 전기화학회지
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• 제19권1호
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• pp.14-20
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• 2016

바나듐 레독스 흐름 전지는 서로 다른 산화수를 가지는 이온의 산화 환원 반응을 이용하여 전기에너지와 화학에너지를 상호 변환하여 충전 및 방전하는 원리의 에너지 변환 장치로, 구동 중요 요소로는 전극, 전해액, 이온교환막이 있다. 여기서 이온교환막은 산화 환원 반응의 수소이온의 전달 및 전해액을 분리하는 역할을 하며, 이상적인 특징으로는 높은 내산성, 낮은 저항과 높은 수소 전도도와 낮은 바나듐 이온의 투과성과 낮은 가격이다. 최근 이러한 목표에 도달하기 위해서 이온 교환막에 대한 활발한 개발이 이루어지고 있다. 개발된 이온교환막은 여러 물성 평가를 통해 적합막인지 판별하며, 그 평가 중 장기 내구성 평가는 막대한 시간이 걸린다. 이러한 단점을 보완하고자 본 연구에서는 평가 시간이 긴 낮은 전류밀도부터 평가 시간이 짧은 고 전류밀도에서 수행한 단기 실험(총 운전시간 87.5 시간)을 통하여 하나의 식을 만들어 그 수명을 예측하였으며, 실제 장기 내구성 평가(총 예상 운전시간 2,296 시간)를 진행하여 해당 식의 오차율이 5~6%로 적용 타당성을 확인하였다. 그 결과 본 식을 통하여 수명을 예측할 경우 96.2%의 시간을 단축시킬 수 있었다.

• 멤브레인
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• 제26권1호
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• pp.43-54
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• 2016

본 연구에서는 역전기투석 응용을 위해 엔지니어링 고분자 기반의 이오노머와 다공성 폴리에틸렌 지지체를 사용한 세공충진 이온교환막을 제조하고 이를 결합한 이오노머-세공충진 복합막을 제조하였다. 이온전도도가 높은 이오노머와 우수한 기계적 강도를 가진 세공충진막을 결합함으로써 상용 이온교환막(AMX/CMX, Astom Corp., Japan) 대비 동등 수준의 전기화학적 특성 및 응용에 적합한 물리적 안정성을 확보할 수 있었다. 제조된 이오노머-세공충진 복합막을 이용하여 역전기투석 성능을 평가한 결과 상용막 대비 음이온 교환막의 경우 86.4%, 양이온 교환막은 104.8% 수준의 우수한 발전성능을 나타내었다.