Polycarbonate(PC) membranes for oxygen enrichment from air were prepared by the wet phase inversion method. In order to improve oxygen separation performances of the PC membrane, the effect of the added ethanol(nonsolvent) and $CuCl_2$(metal salt) concentration in the casting solution on morphology, oxygen permeability ami $O_2/N_2$ separation factor of the membrane was studied. In addition, tensile strength and elongation at break of the membrane were investigated. An asymmetric membrane with a dense top layer and a porous sublayer was obtained. The thickness of the dense top layer decreased with increasing amount of nonsolvent additive. Compared with pure PC membrane without additive(metal salt), the oxygen permeability and $O_2/N_2$ separation factor of the $PC/CuCl_2$ membrane are significantly improved. The oxygen permeability and $O_2/N_2$ separation factor is $5.25{\times}10^{-9}cm^3(STP){\cdot}cm/cm^2{\cdot}sec{\cdot}cmHg$ and 4.5, respectively. This improvement might be due to good interaction between metal salt and oxygen.
본 연구에서는 소수성 PTFE (Polytetrafluoroethylene) 분리막의 산소동위원소 분리특성을 확인하기 위해 물의 온도에 따른 수증기의 막 투과특성을 Air Cap Membrane Distillation (AGMD)과 Vacuum Enhanced Membrane Distillation (VEMD) 방법을 이용하여 각각 측정하였다. 투과된 수증기는 트랩에서 수거하여 투과플럭스 (permeation flux)를 측정하였고$ H_2^{16}O$와 $H_2^{18}O$의 성분비는 다이오드 레이저 흡수분광법을 이용하여 측정하였다. 분리막을 투과한 수증기에서 무거운 산소동위원소의 성분비가 감소함을 확인하였고 분리계수는 실험 조건에 따라 1.004~1.01로 측정되었다. 또한 분리막의 기공에 있는 공기가 산소동위원소의 분리에 미치는 영향을 확인하였고 기공내 공기가 없을 때 동위원소 분리계수가 증가함을 관찰하였다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제38권10호
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pp.1347-1353
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2014
It's possible for a human to breathe under water, if dissolved oxygen is effectively used. Fish can stay under water using the gill which extracts dissolved oxygen from water. Water includes small amounts of oxygen, so a human needs larger amounts of water to acquire oxygen enough for underwater breathing. The exhalation gas from a human is another method to get higher amounts of oxygen under water. It mainly composes of oxygen, nitrogen and carbon dioxide. So, if only carbon dioxide is decreased, the exhalation gas has good characteristics for breathing of a human under water. In this paper, composition of the exhalation gas from a human was analyzed using GC. Based on these results, the synthesized gas was prepared and mixed into water which was used for experimental devices to analyze separation characteristics of dissolved gases from water. Experimental devices included a water pump, a hollow fiber membrane module and a vacuum pump. The effects of pressure and water flow on separation characteristics of synthesized gas were investigated. The compositions of gases separated from water using synthesized gas were investigated using GC. These results expect to be applied to the development of underwater breathing technology for a human.
폴리이미드 고분자막을 사용한 질소부하 장치를 설계하고, 이를 CA 저장에 활용하기 위한 기술적 기본 데이터를 제시하였다. 순수 산소 및 질소의 투과특성은 dual-mode sorption 모델로서 설명될 수 있었으며, 공기 중의 산소의 투과율은 공기 중에 존재하는 질소의 영향으로 순수 산소의 투과율에 비해 크게 감소하나, 공기 중의 질소의 투과율은 산소의 영향으로 순수 질소의 투과율에 비해 증가하였다. 수행한 압력 및 온도 범위 내에서 이상분리인자는 5에서 6 사이의 값을 나타내었으며, 공기의 분리인자는 이상분리인자보다 작은 값을 나타내었다. 산소의 투과활성화에너지가 질소의 투과 활성화에너지보다 커서 이상분리인자는 온도가 증가함에 따라 증가하였다. 제품회수율이 증가함에 따라 농축부의 질소농도는 급격히 감소하였으며, 이로부터 제품회수율은 CA 저장고에서 요구되는 질소농도를 얻기 위한 주요 조업인자임을 알 수 있었다. Polyimide 막 시스템을 이용한 CA 저장 공정의 가상적인 모형을 설정하고, 시스템의 조업시간에 따른 저장고의 질소농도를 예측할 수 있는 관계식을 제시하였다.
Electrical properties of $ZrO_2-TiO_2Yb_2O_3$mixed conductor (Ti-YbSZ) were investigated. This mixed conductor can be applied as a membrane for gas separation at high temperatures. The total conductivity decreased with increasing the $TiO_2$concentration. At high temperatures, the rate of the conductivity degradation became smaller than that at low temperatures. From the oxygen partial pressure dependence of the total conductivity of Ti-YbSZ, the electronic conductivity increased with increasing $TiO_2$concentration at low oxygen partial pressures and at high temperatures. Both 15 and 20 mol% $TiO_2$doped YbSZ showed high oxygen permeability. Mixed conductors, which has high $TiO_2$concentration in YbSZ, are promising materials for using as a membrane for gas separation at high temperatures.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제40권10호
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pp.916-921
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2016
It is possible for humans to breathe underwater using dissolved oxygen. However, unlike fish, humans need large amounts of oxygen to breathe underwater. Water generally contains small amounts of dissolved oxygen. To get enough dissolved oxygen from water, great volumes of it should be supplied into a separation device. If exhalation gases are used, the amounts of water supplied into the membrane can be decreased. However, the characteristics of exhalation gases after passage through the separation device need to be investigated. To reuse the exhalation gases, the concentration of carbon dioxide should be decreased. A compressor is needed to supply the exhalation gases because of the high pressure generated in the membrane inlet. However, compressors require a lot of power and are heavy, so it is not proper to get the portable separation device. A system without the compressor is needed. If the pressure of the position mixed from the exhalation is less than atmosphere, the compressor is not needed. In this thesis, characteristics of the gases which are mixed with exhalation gases and separated from water after passing the membrane are investigated. The compositions of carbon dioxide, oxygen, and nitrogen are measured with the gas chromatography. The effects of water and exhalation gas flow rates on characteristics of gases separated from water after the membrane are showed.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제40권9호
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pp.842-846
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2016
물속의 용존산소를 이용하면 물고기가 아가미를 이용하여 호흡하듯이 사람이 수중에서 호흡이 가능하지만, 물속에 포함된 용존산소의 양이 적기 때문에 필요한 산소량을 확보하는 문제가 해결되어야 한다. 우선 물의 유량을 증가시켜 분리되는 산소량을 증가하는 것이 가능하지만, 필요한 펌프와 멤브레인 그리고 주변기기의 용량 증가로 분리장치의 부피와 무게 그리고 소요비용도 함께 증가하게 된다. 이러한 문제를 효과적으로 해결하기 위해 많은 양의 산소를 포함하는 날숨의 특성을 이용하면 필요한 산소량을 효과적으로 확보할 수 있다. 일반적으로 날숨에 포함된 산소량은 공기보다 낮고, 이산화탄소 량은 공기보다 많은 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 용존기체 분리장치의 입력 단에 날숨을 혼합한 후, 용존기체 분리장치에서 산소를 포함하는 용존기체를 재분리하는 과정을 거치며, 이때, 입력단에 설치된 수중펌프의 동작으로 수압이 증가하므로, 이러한 수압을 갖는 물에 날숨을 혼합하기 위해서는 압축기가 요구되므로 분리장치의 무게와 부피 그리고 소비 전력이 증가하게 된다. 본 연구에서는 입력단의 압력을 감소시킴으로써 압축기를 사용하지 않고도 날숨을 물에 혼합하는 구조를 갖는 것이 특징이다. 실험을 통해 압축기를 사용하지 않고 날숨이 입력단의 물에 혼합되는 것이 가능함을 제시하였으며, 날숨이 입력단에 공급된 후 분리장치를 통해 분리된 기체의 분리특성을 제시하였다. 날숨을 사용함으로써 용존기체의 분리량이 크게 증가하였으며, 공급되는 날숨의 유량이 증가하면 분리되는 용존 기체의 양도 증가하였다.
Dense oxygen ionic conducting materials can be used for oxygen separation membranes at high temperatures. However, they show relatively low permeation flux because of their large resistances. To reduce resistances and improve the oxygen permeation flux, thin dense yttria-stabilized-zirconia (YSZ)/Pd composite dual-phase membranes were fabricated by a new approach that combines the reservoir method and chemical vapor deposition (CVD). A thin porous YSZ layer was coated on a porous alumina support by dip-coating the YSZ suspension. A continuous Pd phase was formed inside pores of the YSZ layer by the reservoir method. The residual pores of the YSZ/Pd layer were plugged with yttria/zirconia by CVD to ensure the gas tightness of the membranes. The oxygen permeation fluxes through these composite membrane were 2.0$\times$10$^{-8}$ mol/cm$^2$.s and 4.8$\times$10$^{-8}$ mol/cm$^2$.s at 105$0^{\circ}C$ when air and oxygen were used as the permeate gases, respectively. These oxygen permeation values are about 1 order of magnitude higher than those of pure YSZ membranes prepared under similar conditions.
A cellulose acetate membrane containing silver nitrate was prepared by gelatinizing in water at $2^{\circ}C$ after evaporating solvent from the casting solution on a glass plate. Permeation experiments for oxygen and nitrogen were conducted in the ranges of temperature, $5-40^{\circ}C$ and pressure difference, $1-5kg/cm^2$ in order to investigate the effects of temperature and pressure difference on permeation characteristics of the membrane. When the evaporation time was increased, the permeability of oxygen decreased but the separation factor of oxygen against nitrogen increased since a more dense layer was formed on the membrane surface. When the silver nitrate was added, the permeation flux was doubled and the separation factor was improved from 3.0 to 3.3. This implies that silver nitrate acts as an oxygen carrier in the membrane.
The feasibility of foam separation to remove protein in aquacultural recirculating water was investigated. From the results of batch foam separation on protein removal, superficial air velocity and initial protein concentration in bulk solution were found to be important operational factors In determining removal rates of protein. The protein removal rate by batch foam separation was proportionally increased with the superficial air velocity. Performance characteristics of continous foam separator were highly dependent upon the operating parameters of superficial air velocity, hydraulic retention time(HRT) and foam height. Removal effeciency of protein increases with increasing superficial air velocity and HRT, and independent on foam height. As DO concentration was increased with superficial air velocity, foam separator is also used for oxygen addition. It could be confinned that foam separator might offer better perspective for protein removal in aquacuitural recirculating water.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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