| 초록 |
1.분석자 서문 물 소비량의 증가와 담수원의 감소로 인해 안전한 물 공급을 위한 새로운 수처리 기술이 필요하게 되었다. 고분자 나노여과(NF)는 역삼투압보다 낮은 구동압력에서 수처리가 가능한 기술이다. NF막은 입자와 다가이온을 배제하지만, 1가이온은 물 분자와 함께 통과시킨다. 선택도, 투과능 및 오염과 같은 요소에 의해 그 적용이 제한된다. 고분자 분리막에 적절한 나노물질을 도입함으로써 생물 오염, 스케일, 투과유속 및 선택도 저하 및 막 손상과 같은 주요 문제들이 해결되어왔다. 최근의 연구에 따르면, 나노기공의 단일층 그래핀과 적층된 산화그래핀(GO)이 도입된 분리막은 1가이온을 배제할 수 있어 향후 나노여과 기반의 담수화를 위한 유망한 재료이다. GO는 내오염성이 있어 분리막 성능을 개선하는 데에 매우 유리하다. 그래핀 기반 나노여과의 메커니즘은 주로 전산 연구에 기초하여 보고되었다. 따라서 효율적인 그래핀 기반 담수화 방법을 개발하기 위해서는 많은 연구가 필요하다. 본 분석에서는 염 배제, 투과유속 및 내오염성 개선에 필수적인 그래핀 및 그 유도체의 다양한 특성을 검토하였다. 2. 목차 1. 서론 2. 나노물질의 역할 2.1. 무기성 나노물질 합성 분리막 2.2. 탄소 기반 나노물질 합성 분리막 3. 담수화 적용 그래핀 물질 3.1. 나노기공 그래핀을 통한 나노여과 3.2. GO 합성물에서 내부층 나노채널을 통한 나노여과 3.3. GO 첨가 고분자 분리막 3.4. 염료와 중금속 이온 제거를 위한 그래핀 기반 분리막 3.5. 수처리에 적용 그래핀과 파생물 3.6. 내오염제로서 GO의 장점 3.7. 담수화 그래핀 기반 물질의 도전 4. 분석자 결론 그래핀과 그 파생물은 상대적으로 가공이 용이하여 나노여과 및 담수화 응용 분야에서 관심의 대상이 되고 있다. 그래핀은 담수화를 위해 단일층 그래핀 나노기공의 체거름 효과를 이용하거나 다층 그래핀의 나노채널을 이용하는 2가지 방법으로 응용될 수 있다. 그래핀층 사이의 층간 거리, 소수성 및 극성 기능기와 물 분자와의 상호작용은 모두 투과유속에 영향을 미친다. 또한 기존 고분자 NF 분리막과 GO의 결합은 담수화 특성을 현저히 향상시킨다. GO는 분리막의 내구성을 향상시키고, 항균성이 있어 막오염을 효과적으로 저감할 수도 있다. 이러한 그래핀 기반 분리막의 장점을 활용하여 상업적으로 활용하기 위해서는 표면 및 공극 특성, 작용 메커니즘에 대한 이해가 선행되어야 한다. 또한 일반적으로 고압에서 운전되는 담수화 분리막의 요구 조건인 내압성이 확보되어야 한다. 수처리에 적용되는 분리막은 저에너지로 많은 양의 물을 생산해야 하며 요구 수질에 맞는 수준의 오염물질 배제능을 유지해야 한다. 아울러 인체 및 환경적으로도 안전해야 한다. 이러한 측면에서 그래핀 기반 분리막의 상용화를 위해서는 실제적인 적용에서 그 성능을 검증하기 위한 추가적인 연구가 필요하다. References 1. A. Anand, B. Unnikrishnan, J.Y. Mao, H.J. Lin, C.C. Huang, Graphene-based nanofiltration membranes for improving salt rejection, water flux and antifouling- A review, Desalination (2018), 429, 119-133. 2. C.L. Walsh, S. Blenkinsop, H.J. Fowler, A. Burton, R.J. Dawson, V. Glenis, L.J. Manning, G. Jahanshahi, C.G. Kilsby, Adaptation of water resource systems to an uncertain future, Hydrol. Earth Syst. Sci. (2016), 20, 1869 ndash;1884. 3. N. Gha?our, T.M. Missimer, G.L. Amy, Technical review and evaluation of the economics of water desalination: current and future challenges for better water supply sustainability, Desalination (2013), 309, 197 ndash;207. 4. D. Cohen-Tanugi, J.C. Grossman, Water permeability of nanoporous graphene at realistic pressures for reverse osmosis desalination, J. Chem. Phys. (2014), 141, 074704. 5. H. Li, W. Shi, H. Zhu, Y. Zhang, Q. Du, X. Qin, E?ects of zinc oxide nanospheres on the separation performance of hollow ?ber poly (piperazine-amide) composite nano?ltration membranes, Fibers Polym. (2016), 17, 836 ndash;846. 6. L. Qiu, X. Zhang, W. Yang, Y. Wang, G.P. Simon, D. Li, Controllable corrugation of chemically converted graphene sheets in water and potential application for nano?ltration, Chem. Commun. (2011), 47, 5810 ndash;5812. ※ 이 자료의 분석은 포스코건설의 김관엽님께서 수고해주셨습니다. |
