KR20140119566A - 폴리에틸렌이민염을 이용한 정삼투용 유도 용액 및 이의 용도 - Google Patents

폴리에틸렌이민염을 이용한 정삼투용 유도 용액 및 이의 용도 Download PDF

Info

Publication number
KR20140119566A
KR20140119566A KR1020130035415A KR20130035415A KR20140119566A KR 20140119566 A KR20140119566 A KR 20140119566A KR 1020130035415 A KR1020130035415 A KR 1020130035415A KR 20130035415 A KR20130035415 A KR 20130035415A KR 20140119566 A KR20140119566 A KR 20140119566A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
osmosis
solution
induction
membrane
solute
Prior art date
Application number
KR1020130035415A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102041413B1 (ko
Inventor
김인철
안수현
송두현
Original Assignee
한국화학연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국화학연구원 filed Critical 한국화학연구원
Priority to KR1020130035415A priority Critical patent/KR102041413B1/ko
Publication of KR20140119566A publication Critical patent/KR20140119566A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102041413B1 publication Critical patent/KR102041413B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/002—Forward osmosis or direct osmosis
    • B01D61/005—Osmotic agents; Draw solutions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • B01D61/10—Accessories; Auxiliary operations
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
    • C02F1/445—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis by forward osmosis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
    • B01D2311/02—Specific process operations before starting the membrane separation process

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

본 발명은 정삼투용 유도 용질로 폴리에틸렌이민(PEI)의 수평균 분자량이 4,000 이하인 폴리에틸렌이민(PEI) 염을 함유하는 것이 특징인 정삼투용 유도 용액을 제공한다. 또한, 본 발명은 정삼투용 유도 용질을 함유하는 정삼투용 유도 용액의 삼투압에 의해 정제된 유체(fluid)를 제조하는 방법에 있어서, 제1 멤브레인을 통해 원액(fluid source) 중 유체를 삼투압에 의해 정삼투용 유도 용액쪽으로 투과시키는 제1단계; 및 정삼투용 유도 용질이 통과하지 않는 제2 멤브레인을 통해, 제1 멤브레인을 투과한 유체를 투과시키는 제2단계를 포함하고, 상기 본 발명에 따른 정삼투용 유도 용액을 사용하는 것이 특징인 제조방법을 제공한다.
본 발명의 정삼투용 유도 용액은 고분자염인 폴리에틸렌이민염을 유도 용질로 이용함으로써 우수한 삼투압 및 유도 용질의 용이 회수가 가능하며, 이를 이용한 수처리 장치 및 수처리 방법은 유도 용질의 분리 및 회수에 에너지가 절감되고, 수처리 효과가 우수하다.

Description

폴리에틸렌이민염을 이용한 정삼투용 유도 용액 및 이의 용도{A Draw Solution for forward osmosis using salt of polyethyleneimine and use thereof}
본 발명은 폴리에틸렌이민염을 이용한 정삼투용 유도 용액 및 이의 용도에 관한 것이다.
정삼투(FO, Forward osmosis) 공정은 농도 차에 의해 발생하는 삼투압을 이용하는 기술이다. 물만 선택적으로 투과시키는 반투막을 사이에 두고 한쪽에는 저농도 염을 포함한 유입수를, 다른 한쪽에는 고농도 염을 포함하는 유도용액(Draw solution)을 적용하면 반투막 사이에 존재하는 염 농도 차이에 의해 삼투압이 발생하고 이러한 삼투압에 통해 저농도 염을 포함한 유입수 중 물이 고농도의 유도용액으로 이동하는 원리이다. 이때, 저농도 유입수의 물이 고농도의 유도용액 쪽으로 이동함으로써 유도용액의 염 농도가 점차 감소하고 반대로 저농도 유입수의 농도가 증가하는 현상을 동반하게 된다. 이러한 정삼투 공정은 열에 민감한 수용액을 농축하거나 막 오염이 심하게 일어나는 하·폐수 농축 공정에 적합하다. 이는 기존 역삼투 공정과는 달리 가압에 의한 세척이 가능하기 때문이다. 한편, 정삼투 공정에서 발생하는 문제점 중에는 유도 용액의 회수 및 재사용의 곤란성과 역확산 등이 있다. 따라서 정삼투 공정을 적용하는데 한계가 있다.
대표적으로, 종래 유도용액으로 사용되는 NaCl 용액의 경우에는 그 회수 및 분리가 어려워 해수와 담수가 만나는 지역에서 유도 용액의 회수 재활용 등이 필요하지 않은 공정이거나 열에 민감한 물질을 농축하는 것을 목적으로 하는 경우에 주로 사용된다.
유도 용액의 회수 및 재사용과 관련하여, 유도 용질(draw solute)로 (NH4)2CO3 또는 NH4HCO3를 각각 또는 함께 사용한다. (NH4)2CO3와 NH4HCO3는 약 60℃로 가열하면 암모니아와 이산화탄소 기체로 분해되어 쉽게 제거할 수 있으나 암모니아가 물에 대한 용해도가 뛰어나 회수된 물의 사용처에 따라서 회수된 물에 존재하는 암모니아를 제거해야 하는 문제가 있다. 따라서, 고온 감압 탈기 공정이 필요하다. 상기와 같이 탄산수소암모늄을 이용한 유도 용액은, 회수와 분리가 가능할지라도 분리 과정에서 가열 공정이 필요하고 물 증발에 따른 손실을 막기 어렵다. 따라서 이러한 특성은 정삼투 공정의 효율성을 낮추어 공정의 활용성을 저해하는 요인이 된다.
그 밖에 새롭게 제안된 유도 용액 물질로는 친수성 펩타이드 등을 부착한 나노 자성입자를 이용한 유도 용액이 있으며, 자기장을 걸어서 나노입자를 회수하려 하고 있으나 아직까지 구체적인 회수 보고가 없다.
또한 ionic liquid를 이용한 삼투압 유발은 가격이 너무 고가이고 적합한 회수가 용이하지 않다.
상기와 같이 정삼투 공정에서 유도 용액 고유의 특성과 농도에 따라 투과 성능 및 문제점의 유무가 좌우되므로 그 역할이 매우 중요하고, 이러한 유도 용액은 높은 용해도, 높은 삼투압, 낮은 용질 역확산, 용이 회수 및 독성이 없어야 하는 조건을 갖추어야한다.
본 발명의 목적은 유도 용액의 회수 및 재사용의 곤란성과 역확산과 같은 종래 정삼투 공정에서의 문제점을 해결하면서 삼투압이 우수한 정삼투용 유도 용질 및 정삼투용 유도 용액을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 양태는 정삼투용 유도 용질로 폴리에틸렌이민(PEI)의 수평균 분자량이 4,000 이하인 폴리에틸렌이민(PEI) 염을 함유하는 것이 특징인 정삼투용 유도 용액을 제공한다.
본 발명의 제2 양태는 폴리에틸렌이민(PEI)의 수평균 분자량이 500 내지 2,000인 폴리에틸렌이민(PEI) 염을 함유하는 것이 특징인 정삼투용 유도 용질을 제공한다.
본 발명의 제3 양태는 정삼투용 유도 용질을 함유하는 정삼투용 유도 용액의 삼투압에 의해, 정제된 유체(fluid)를 제조하는 방법에 있어서, 제1 멤브레인을 통해 원액(fluid source) 중 유체를 삼투압에 의해 정삼투용 유도 용액쪽으로 투과시키는 제1단계; 및 정삼투용 유도 용질이 통과되지 않는 제2 멤브레인을 통해, 제1 멤브레인을 투과한 유체를 투과시키는 제2단계를 포함하고, 상기 정삼투용 유도 용액은 본 발명에 따른 정삼투용 유도 용액인 것이 특징인 제조방법을 제공한다.
본 발명의 제4 양태는 정삼투용 유도 용질을 함유하는 정삼투용 유도 용액의 삼투압에 의해 원액(fluid source)으로부터 유체(fluid)를 정제하는 장치에 있어서, 본 발명에 따른 정삼투용 유도 용액; 및 상기 원액(fluid source)과 정삼투용 유도 용액을 구분하기 위한 제1 멤브레인을 포함하는 것이 특징인 정제 장치를 제공한다.
이하, 본 발명을 자세히 설명한다.
삼투압 [osmotic pressure]이란 용매는 통과시키나 용질은 통과시키지 않는 반투막을 고정시키고, 그 양쪽에 용액과 순용매를 따로 넣으면, 용매의 일정량이 용액 속으로 침투하여 평형에 이르는데, 이때 반투막의 양쪽에서 온도가 같지만, 압력에 차이가 생기는 압력차이다. 이와 같이 삼투압을 유발하는 물질을 유도 용질(draw solute)이라고 한다.
본 발명에서 수평균 분자량이란, 분자량 분포를 갖는 고분자 화합물의 성분 분자종의 분자량을 수 분율(數分率) 혹은 몰 분율로 평균하여 얻게 되는 평균 분자량으로, 보통 막 삼투압법으로 구할 수 있다.
본 발명은 폴리에틸렌이민(PEI)의 수평균 분자량이 4,000 이하인 폴리에틸렌이민(PEI) 염을 정삼투용 유도 용질로 사용하는 것이 특징이다. 상기 폴리에틸렌이민(PEI) 염은 폴리에틸렌이민(PEI)의 수평균 분자량이 500 내지 2,000인 것이 바람직하고, 800 내지 1,800인 것이 더욱 바람직하며, 800 내지 1,200인 것이 더욱 더 바람직하다.
통상 정삼투용 유도 용질을 함유하는 정삼투용 유도 용액의 삼투압에 의해 원액(fluid source)으로부터 물과 같은 유체(fluid)를 정제할 때, 유도 용질의 분자량이 클수록 상대적으로 삼투압은 작다. 그러나, 본 발명자들은 동일 농도(중량%)의 유도 용질로, 분자량이 큰 폴리에틸렌이민(PEI)의 염화물과 분자량이 작은 NaCl을 사용한 실험 결과를 통해, 폴리에틸렌이민(PEI) 염이 PEI가 4,000 이하의 적절한 분자량 범위 내에서 NaCl와 대등 또는 우수한 flux를 나타낼 수 있으며, NaCl과 달리 용질의 역확산(back diffusion)이 현저히 감소되는 것을 발견하였다(표 2 및 표 3).
또한, PEI의 분자량이 4,000 이하인 고분자 염을 유도 용질로 사용하면, 고분자의 분자량이 클수록 flux가 클 것으로 예상할 수 있으나, 본 발명자들은 실험을 통해, flux를 크게 하기 위해서는 적절한 분자량 범위가 있는 것을 발견하였다(표 4 참조). 즉, 막여과법 또는 원심분리법을 통해 고분자 유도 용질을 회수할 수 있는 한, 고분자의 분자량이 작을수록 flux 면에서 유리하다. 그리고, 역확산(back diffusion) 면에서도 적절한 분자량 범위가 있는 것을 발견하였다(표 4 참조).
본 발명에서, 상기 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine, PEI)염은 폴리에틸렌이민 중 1차, 2차 또는 3차 아민기가 이온화된 것이다.
상기 폴리에틸렌이민은 화학식 1로 표시될 수 있고, 폴리에틸렌이민 고분자 사슬은 선형(linear)(화학식 2), 가지형(branched)(화학식 3), 덴드리머형(dendrimer) (화학식 4)등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
[화학식 1]
Figure pat00001
[화학식 2]
Figure pat00002
[화학식 3]
Figure pat00003
[화학식 4]
Figure pat00004

본 발명에서, 상기 폴리에틸렌이민염은 산성용액으로부터 유도될 수 있으며, 구체적으로 폴리에틸렌이민 수용액에 산성용액을 첨가함으로써 유도될 수 있다. 폴리에틸렌이민 수용액은 pH가 높아 염기성을 나타내나, 상기 산성용액을 첨가하면 염이 생성됨과 동시에 pH는 점차 낮아진다.
본 발명의 폴리에틸렌이민염을 유도 용질로 포함하는 정삼투용 유도 용액은 상기 폴리에틸렌이민 수용액과 산성용액을 혼합하여 제공할 수 있다.
본 발명에서 사용하는 용어 "산성용액"은 pH가 7을 넘지 않는 산성을 띠는 용액을 의미하며, 상기 산성용액에는 염산, 황산, 아세트산 등이 포함될 수 있으나 바람직하기로 염산 또는 아세트산을 포함할 수 있다.
대표적으로 염산을 사용하였을 때, 본 발명의 폴리에틸렌이민염은 하기의 화학식 5과 같은 형태를 포함할 수 있다.
[화학식 5]
Figure pat00005

본 발명에서, 상기 유도 용액은 pH 4 내지 10인 것이 바람직하고, pH 5 내지 7인 것이 더욱 바람직하고, pH 6 전후가 가장 바람직하다(표 1). 상기 pH는 전술한 바와 같이 폴리에틸렌이민 수용액에 산성용액을 적정함으로써 달성할 수 있다.
본 발명에서, 상기 유도 용액 내 폴리에틸렌이민(PEI)염의 함유량은 5 내지 30 중량%일 수 있으며, 바람직하게는 5 내지 20중량%이다(표 2).
상기 유도 용질인 폴리에틸렌이민염은 분자량이 큰 고분자이므로 간단한 막 여과 또는 원심분리로도 회수가 용이하다.
한편, 본 발명에 따라 정삼투용 유도 용질을 함유하는 정삼투용 유도 용액의 삼투압에 의해, 정제된 유체(fluid)를 제조하는 방법은, 제1 멤브레인을 통해 원액(fluid source) 중 유체를 삼투압에 의해 정삼투용 유도 용액쪽으로 투과시키는 제1단계; 및 정삼투용 유도 용질이 통과되지 않는 제2 멤브레인을 통해, 제1 멤브레인을 투과한 유체를 투과시키는 제2단계를 포함한다. 상기 정삼투용 유도 용액은 전술한 본 발명에 따른 정삼투용 유도 용액이다. 이때, 제2단계는 생략될 수 있다.
한편, 본 발명에 따라 정삼투용 유도 용질을 함유하는 정삼투용 유도 용액의 삼투압에 의해 원액(fluid source)으로부터 유체(fluid)를 정제하는 장치는 본 발명에 따른 정삼투용 유도 용액; 및 상기 원액(fluid source)과 정삼투용 유도 용액을 구분하기 위한 제1 멤브레인을 구비한다.
상기 유체는 물 또는 음용수일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 정삼투용 유도 용액에 대한 설명은 전술한 바와 같다. 상기 정삼투용 유도 용액은 원하는 flux을 구현하기 위해, PEI 염의 분자량 뿐만아니라 농도, pH를 조절할 수 있다.
제1 멤브레인은 투과시키고자 하는 유체를 제외한 물질에 대하여 비투과성인 반투과성(semi-permeable) 정삼투용 분리막인 것이 바람직하며, 유체가 물인 경우수투과성인 반투과막인 것이 바람직하다.
제2 멤브레인은, 주로 제1 멤브레인을 투과한 유체를 투과시키면서 정삼투용 유도 용질은 통과되지 않도록 하는 것이다. 제2 멤브레인의 비제한적인 예로는 정밀여과막(MF: microfiltration membrane), 한외여과막(UF: ultra filtration memebrane) 또는 나노여과막(NF: nano filtration membrane) 등이 있으며, 바람직하기로 한외여과막(UF: ultra filtration memebrane) 또는 나노여과막(NF: nano filtration membrane)이 있다.
PEI 염 중 PEI 고분자는 (+)전하를 띠므로, 정전기력에 의해 PEI 고분자가 제2 멤브레인을 통과되지 않도록 제2 멤브레인은 (+) 전하를 띠는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 제2단계는 정삼투용 유도 용액으로부터 정삼투용 유도 용질을 제2 멤브레인을 통해 막 여과로 분리 및 회수하는 단계를 포함할 수 있다. 회수된 정삼투용 유도 용질을 정삼투용 유도 용액에 재투입하여 사용할 수 있다.
정삼투용 유도 용액으로부터 정삼투용 유도 용질 회수는, 정밀여과막(MF: microfiltration membrane), 한외여과막(UF: ultra filtration memebrane), 나노여과막(NF: nano filtration membrane)과 같은 멤브레인을 사용할 수도 있으나, 원심분리기를 통해서도 가능하다.
도 1은 본 발명의 일구체예에 따라 정삼투용 유도 용질을 함유하는 정삼투용 유도 용액의 삼투압에 의해 수처리하는 정제 장치를 도시한 것이고, 도 1을 참조하여 본 발명의 일구체예를 설명한다.
정삼투 정제 장치의 작동 메커니즘은, 정삼투 시스템(1)에서 처리 대상인 원액(fluid source) 중의 물을 삼투압을 이용하여 농도가 높은 정삼투용 유도 용액으로 제1 멤브레인(11)을 통과하여 이동시키고, 상기 원액 중의 물이 포함된 정삼투용 유도 용액을 회수 시스템(2)으로 이동시켜 유도 용질을 분리하여 제거한 나머지를 정제된 유체(fluid)로서 배출하여 얻을 수 있다. 상기 분리된 유도 용질은 처리 대상인 원액과 제1 멤브레인(11)을 사이에 두고 접한 정삼투용 유도 용액으로 재투입하여 재사용할 수 있다.
상기 회수 시스템(2)에서의 정삼투용 유도 용질의 분리 및 회수는 전술한 바와 같이 상기 유도 용질인 폴리에틸렌이민(PEI)염이 고분자로서 큰 입자 크기를 갖는다는 특징을 이용할 수 있다. 즉, 큰 입자크기를 갖기 때문에 이를 제2 멤브레인(21)을 통해 여과하여 용이하게 정제된 유체와 분리할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 크기의 폴리에틸렌이민염 고분자 입자에 대하여 한외여과막 또는 나노여과막으로 여과하여 분리할 수 있기 때문에, 이러한 회수 시스템(2)은 작동 에너지를 크게 절감시킴과 동시에 용이한 여과가 가능하다. 나아가 PEI 염 중 PEI 고분자는 (+)전하를 띠므로, 정전기력에 의해 PEI 고분자가 제2 멤브레인(21)을 통과되지 않도록 제2 멤브레인(21)은 (+) 전하를 띠는 것이 바람직할 수 있다.
상기 분리 및 회수된 유도 용질인 폴리에틸렌이민염을 다시 원액과 접하는 삼투 유도 용액에 첨가하여 재사용하는 것은 연결 수단(3)을 통해 달성할 수 있다.
상기 연결 수단(3)은 정삼투용 유도 용액의 일정 농도를 유지시키기 위해, 상기 분리 및 회수된 유도 용질이 흐를 수 있는 배관, 상기 배관상의 전기 전도도계 및 유량계 등이 포함될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 전기 전도도계 및 유량계를 통하여 분리 및 회수된 유도 용질의 기준치 농도 만족 여부 및 유량 등을 모니터링 할 수 있다.
상기 회수 시스템에 의해 유도 용질을 분리한 나머지를 정제된 유체로서 배출하는 수단(4)은 유도 용질이 분리되어 정수된 물을 정제된 유체로 배출하기 위하여, 정제된 유체가 배출될 수 있는 배관, 상기 배관 상에 설치된 전기 전도도계 및 유량계 등이 포함될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 전기 전도도계 및 유량계를 통하여 목적하는 바에 따라 불순물의 기준치 초과 여부 및 유량 등을 모니터링 할 수 있다.
또한, 상기 정삼투 시스템(1)에서 원액으로부터 용매인 유체가 제1 멤브레인(11)을 통과하여 정삼투용 유도 용액으로 이동하게 됨으로써, 용매인 유체가 제거된 원액이 농축되어 배출 원액으로 정삼투 시스템(1)으로부터 배출될 수 있다. 이를 통해 원액을 농축시킬 수도 있다.
상기 원액은 해수(sea water), 기수(brackish water), 지하수(ground water), 폐수 (waste water)등 일 수 있다. 예를 들면, 상기 정삼투 정제 장치를 사용하여 해수를 정수하여 정제된 유체인 음용수를 얻을 수 있다.
본 발명의 정삼투용 유도 용액은 고분자염인 폴리에틸렌이민염을 유도 용질로 이용함으로써 우수한 삼투압 및 유도 용질의 용이 회수가 가능하며, 이를 이용한 수처리 장치 및 수처리 방법은 유도 용질의 분리 및 회수에 에너지가 절감되고, 수처리 효과가 우수하다.
도 1은 본 발명에 따른 정삼투 정제 장치의 모식도이다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: 유도 용액의 제조 및 특성
폴리에틸렌이민(PEI, 시그마알드리치, 분자량 800) 5중량% 수용액에 염산용액을 이용하여 NH4Cl 형태의 염을 형성시키고, 염산용액 농도를 조절하여 pH를 13에서 pH 1까지 조절하여 정삼투용 유도 용액을 제조하였다.
상기 제조된 정삼투용 유도 용액의 투과능(Flux) 및 다양한 특성을 하기와 같은 방법으로 조사하였다.
정삼투용 반투막으로는 셀룰로스아세테이트 정삼투막(HTI사)을 사용하였고, 피드 용액(feed solution)으로 순수를 사용하였고, 유도 용액으로 상기 제조된 정삼투용 유도 용액을 사용하였다.
셀 내의 반투막을 사이에 두고 순수(전도도 1 ~ 3μS/cm)와 유도용액을 접촉시키고 순환펌프로 순환시키면서 유도용액의 중량 변화를 측정하여 투과능(투과유량, Flux)으로 하고 1시간 후 유도 용액의 유도 용질이 순수 쪽으로 넘어오는 양 (back diffusion)을 전도도계를 이용하여 측정하였다. 그 결과는 하기 표 1과 같다.
pH 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4
Flux
(L/m2hr)		 2.5 3.2 4.8 6.2 6.4 7.1 7.3 8.4 7.8 7.3
back diffusion
(μS/cm)		 14.6 5.9 3.2 1.8 3.0 5.3 4.6 12.6 36 207
유도용액전도도
(mS/cm)		 0.4 6.8 15.0 36.4 43.0 50.0 53.8 56.5 57.0 65.0
상기 표 1에서 나타난 바와 같이, 유도 용액의 pH가 6일때 가장 높은 투과능(Flux)을 보임을 확인할 수 있으며, 유도 용질의 역확산(back diffusion) 역시 크게 높지 않음을 확인하였고, 정삼투용 유도 용액으로 적합할 수 있음을 확인하였다.
실시예 2: 유도 용질의 농도에 따른 유도 용액의 특성
유도 용액의 pH는 6으로 고정하고 폴리에틸렌이민염의 농도를 5, 10, 20 중량%로 변화시키는 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 유도 용액을 제조하여 실험하였다. 그 결과는 하기 표 2와 같다.
PEI 염 농도
(중량%)		 5 10 20
Flux
(L/m2hr)		 8.4 11.8 19.7
back diffusion
(μS/cm)		 12.6 16.1 21.2
유도용액전도도
(mS/cm)		 56.5 100 141
상기 표 2에서 나타난 바와 같이 폴리에틸렌이민염의 농도가 20 중량%일 때 가장 높은 투과능(Flux)을 보임을 확인할 수 있으며, 이는 일반적으로 유도 용액의 농도가 높을수록 삼투압이 증가함에 따른 투과능(Flux)의 향상 경향을 그대로 따름을 확인하였다.
비교예 1: NaCl 농도에 따른 유도 용액의 특성
폴리에틸렌이민염 대신에 NaCl을 물에 5, 10, 20 중량%로 용해시켜 유도 용액을 제조하였다.
상기 제조된 유도 용액을 사용하는 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실험하였다. 그 결과는 하기 표 3과 같다.
NaCl 농도
(중량%)		 5 10 20
Flux
(L/m2hr)		 8.1 12.3 17.2
back diffusion
(μS/cm)		 122 163 280
상기 표 3에서 나타난 바와 같이 NaCl의 농도가 5중량% 및 20 중량%일 때는 실시예 2(표 2)보다 투과능이 낮을 뿐만아니라, NaCl는 PEI 염보다 역확산 (back diffusion) 수치가 10배를 상회하였다.
실시예 3: 유도 용질의 분자량에 따른 유도 용액의 특성
유도 용액의 pH는 6으로 고정하고 폴리에틸렌이민염의 농도를 5 중량%로 고정하였으며, 폴리에틸렌이민의 분자량을 800, 1,200, 1,800, 25,000으로 변화시키는 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 유도 용액을 제조하여 실험하였다. 그 결과는 하기 표 4와 같다.
PEI 분자량 800 1,200 1,800 25,000
Flux
(L/m2hr)		 8.4 7.2 5.8 2.5
back diffusion
(μS/cm)		 12.6 29.8 57.7 45.6
유도용액전도도
(mS/cm)		 56.5 53.2 50.3 48.0
상기 표 4에서 나타난 바와 같이 폴리에틸렌이민의 분자량이 5000이하에서는 폴리에틸렌이민의 분자량이 작을수록 투과능(Flux)이 증가함과 동시에 역확산(back diffusion)은 감소함을 알 수 있다.
실시예 4: 산성용액에 따른 유도 용액의 특성
폴리에틸렌이민의 분자량은 800, 농도는 5 중량%, pH는 6으로 고정하면서 산의 종류를 염산, 황산, 아세트산 등으로 변화시키는 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 유도 용액을 제조하여 실험하였다. 그 결과는 하기 표 5와 같다.
산 염산 황산 아세트산
Flux
(L/m2hr)		 8.4 3.1 7.9
back diffusion
(μS/cm)		 12.6 5.1 9.8
상기 표 5에서 나타난 바와 같이 폴리에틸렌이민염이 어떠한 산성용액으로 유도되었는지에 따라 투과능(Flux) 및 역확산(back diffusion)이 차이가 있음을 볼 수 있었다. 특히 황산에 비하여 염산과 아세트산의 경우가 유도 용액으로써 더 좋은 성능을 발휘할 수 있음을 확인하였다.
도면의 주요 부분에 대한 설명
1: 정삼투 시스템
2: 회수 시스템
3: 유도 용질 재투입 연결 수단
4: 정제된 유체 배출 수단
11: 제1 멤브레인
21: 제2 멤브레인

Claims (22)

  1. 정삼투용 유도 용질로 폴리에틸렌이민(PEI)의 수평균 분자량이 4,000 이하인 폴리에틸렌이민(PEI) 염을 함유하는 것이 특징인 정삼투용 유도 용액.
  2. 제1항에 있어서, 폴리에틸렌이민(PEI)의 수평균 분자량이 500 내지 2,000인 것이 특징인 정삼투용 유도 용액.
  3. 제1항에 있어서, 상기 폴리에틸렌이민(PEI)염은 산성용액으로부터 유도된 것이 특징인 정삼투용 유도 용액.
  4. 제3항에 있어서, 상기 산성용액은 염산 또는 아세트산을 포함하는 것이 특징인 정삼투용 유도 용액.
  5. 제1항에 있어서, 상기 유도 용액은 pH 4 내지 10인 정삼투용 유도 용액.
  6. 제1항에 있어서, 상기 유도 용액 중 폴리에틸렌이민(PEI)염의 함유량은 5 내지 30 중량%인 것이 특징인 정삼투용 유도 용액.
  7. 제1항에 있어서, 폴리에틸렌이민(PEI)의 수평균 분자량은 500 내지 2,000이고, 폴리에틸렌이민(PEI)염의 함유량은 5 내지 30 중량%이며, pH 5 내지 7인 것이 특징인 정삼투용 유도 용액.
  8. 폴리에틸렌이민(PEI)의 수평균 분자량이 500 내지 2,000인 폴리에틸렌이민(PEI) 염을 함유하는 것이 특징인 정삼투용 유도 용질.
  9. 정삼투용 유도 용질을 함유하는 정삼투용 유도 용액의 삼투압에 의해, 정제된 유체(fluid)를 제조하는 방법에 있어서,
    제1 멤브레인을 통해 원액(fluid source) 중 유체를 삼투압에 의해 정삼투용 유도 용액쪽으로 투과시키는 제1단계; 및
    정삼투용 유도 용질이 통과되지 않는 제2 멤브레인을 통해, 제1 멤브레인을 투과한 유체를 투과시키는 제2단계를 포함하고,
    상기 정삼투용 유도 용액은 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 정삼투용 유도 용액인 것이 특징인 제조방법.
  10. 제9항에 있어서, 제2단계는 정삼투용 유도 용액으로부터 정삼투용 유도 용질을 제2 멤브레인을 통해 막 여과로 분리 및 회수하는 단계를 포함하는 것이 특징인 제조방법.
  11. 제10항에 있어서, 제2단계에서 회수된 정삼투용 유도 용질을 정삼투용 유도 용액에 재투입하는 단계를 더 포함하는 것이 특징인 제조방법.
  12. 제9항에 있어서, 제2 멤브레인은 (+) 전하를 띠는 것이 특징인 제조방법.
  13. 제9항에 있어서, 제2 멤브레인은 한외여과막(UF: ultra filtration memebrane) 또는 나노여과막(NF: nano filtration membrane)인 것이 특징인 제조방법.
  14. 제9항에 있어서, 유체는 물 또는 음용수인 것이 특징인 제조방법.
  15. 정삼투용 유도 용질을 함유하는 정삼투용 유도 용액의 삼투압에 의해 정제된 유체(fluid)를 제조하는 방법에 있어서,
    멤브레인을 통해 원액(fluid source) 중 유체를 삼투압에 의해 정삼투용 유도 용액쪽으로 투과시키는 단계를 포함하고,
    상기 정삼투용 유도 용액은 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 정삼투용 유도 용액인 것이 특징인 제조방법.
  16. 제15항에 있어서, 정삼투용 유도 용액으로부터 정삼투용 유도 용질을 회수하는 단계를 더 포함하고, 상기 단계는 한외여과막(UF: ultra filtration memebrane) 또는 나노여과막(NF: nano filtration membrane)을 통해 수행되는 것이 특징인 제조방법.
  17. 정삼투용 유도 용질을 함유하는 정삼투용 유도 용액의 삼투압에 의해 원액(fluid source)으로부터 유체(fluid)를 정제하는 장치에 있어서,
    제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 정삼투용 유도 용액; 및
    상기 원액(fluid source)과 정삼투용 유도 용액을 구분하기 위한 제1 멤브레인을 포함하는 것이 특징인 정제 장치.
  18. 제17항에 있어서, 주로 정삼투용 유도 용질은 통과시키지 않으면서 유체는 통과시키는 제2 멤브레인을 더 포함하는 것이 특징인 정제 장치.
  19. 제18항에 있어서, 정삼투용 유도 용액으로부터 정삼투용 유도 용질을 제2 멤브레인을 통해 분리 및 회수되는 정삼투용 유도 용질을 정삼투용 유도 용액에 재투입시키는 수단을 더 포함하는 것이 특징인 정제 장치.
  20. 제18항에 있어서, 제2 멤브레인은 (+) 전하를 띠는 것이 특징인 정제 장치.
  21. 제18항에 있어서, 제2 멤브레인은 한외여과막 또는 나노여과막인 것이 특징인 정제 장치.
  22. 제17항에 있어서, 원액으로부터 용매인 유체를 제거하여 원액을 농축시키는데 사용되는 것이 특징인 정제 장치.
KR1020130035415A 2013-04-01 2013-04-01 폴리에틸렌이민염을 이용한 정삼투용 유도 용액 및 이의 용도 KR102041413B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130035415A KR102041413B1 (ko) 2013-04-01 2013-04-01 폴리에틸렌이민염을 이용한 정삼투용 유도 용액 및 이의 용도

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130035415A KR102041413B1 (ko) 2013-04-01 2013-04-01 폴리에틸렌이민염을 이용한 정삼투용 유도 용액 및 이의 용도

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140119566A true KR20140119566A (ko) 2014-10-10
KR102041413B1 KR102041413B1 (ko) 2019-11-06

Family

ID=51991840

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130035415A KR102041413B1 (ko) 2013-04-01 2013-04-01 폴리에틸렌이민염을 이용한 정삼투용 유도 용액 및 이의 용도

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102041413B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160125810A (ko) * 2015-04-22 2016-11-01 한국화학연구원 다가 카르복시산 염을 이용한 정삼투용 유도용액 및 이의 용도

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
초가지체 Polyethyleneimine(PEI)를 유도용액으로 한 고분자 정삼투 공정 연구, 이상현, KAIST, 2012* *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160125810A (ko) * 2015-04-22 2016-11-01 한국화학연구원 다가 카르복시산 염을 이용한 정삼투용 유도용액 및 이의 용도

Also Published As

Publication number Publication date
KR102041413B1 (ko) 2019-11-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Singh et al. Introduction to membrane processes for water treatment
EP2000197B1 (en) Rejection improver for nanofiltration membranes or reverse osmosis membranes, method for improving rejection, nanofiltration membranes or reverse osmosis membranes, and method and equipment for water treatment
WO2012077610A1 (ja) アルカリ金属分離回収方法およびアルカリ金属分離回収装置
US20070278151A1 (en) Method of improving performance of ultrafiltration or microfiltration membrane processes in backwash water treatment
KR101916557B1 (ko) 순수 제조 장치 및 순수 제조 방법
US20160040522A1 (en) Production of injection water by coupling direct-osmosis methods with other methods of filtration
EP2024066A1 (en) Method of improving performance of ultrafiltration or microfiltration membrane process in landfill leachate treatment
US20160159671A1 (en) Method and apparatus for treating water containing boron
AU2014235024B2 (en) Process for water treatment prior to reverse osmosis
WO2012093724A1 (ja) アルカリ金属分離回収方法およびアルカリ金属分離回収装置
KR102042043B1 (ko) 유기산 염을 이용한 정삼투용 유도 용액 및 이의 용도
WO2014129398A1 (ja) 逆浸透膜装置の運転方法、及び逆浸透膜装置
CN111072106A (zh) 水处理系统和水处理方法
WO2015151899A1 (ja) 低分子量有機物含有水の処理方法
WO2013005694A1 (ja) アルカリ金属分離回収方法およびアルカリ金属分離回収装置
KR101612219B1 (ko) 응집 - 세라믹 한외여과막을 이용한 수세수 처리 장치 및 방법
JP2008161818A (ja) 純水の製造方法及び装置
KR101550702B1 (ko) 높은 회수율로 정수 생산을 위한 막여과 정수 처리 시스템 및 방법
WO2016027302A1 (ja) 逆浸透膜装置及びその運転方法
JP2012200696A (ja) 脱塩方法および脱塩装置
US20160221846A1 (en) Process for water treatment prior to reverse osmosis
KR102041413B1 (ko) 폴리에틸렌이민염을 이용한 정삼투용 유도 용액 및 이의 용도
KR101709661B1 (ko) 시트르산 염을 이용한 정삼투용 유도 용액 및 이의 용도
KR101919448B1 (ko) 니트릴로트리스(메틸렌)포스폰산 염을 이용한 정삼투용 유도 용액 및 이의 용도
Binyam et al. Flux and rejection of monoethanolamine (MEA) in wastewater using membrane technology

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant