하·폐수 처리용 패턴형 PVDF 중공사 분리막의 제조

Abstract

분리막을 이용한 수처리 공정은 양질의 처리수를 확보 할 수 있는 장점 때문에, 이 분야에 대한 많은 연구가 진행 중에 있다. 그러나 기존의 상용화 된 중공사 분리막을 이용한 수처리 공정의 경우 표면에 입자가 침착됨에 따라 투수도가 감소하여 분리막의 수명이 단축되고, 공정의 운전에 많은 에너지가 필요하다는 문제가 존재한다. 따라서 본 연구에서는 중공사 분리막의 표면에 패턴을 도입한 패턴형 PVDF(polyvinylidene fluoride) 중공사 분리막을 제조하여, 중공사 분리막 표면의 패턴으로 인하여 비표면적을 증가시켜 기존의 패턴이 없는 중공사 분리막에 비해 추가적인 막의 설치 없이 높은 투수도를 얻을 수 있으며, 동시에 미생물 플럭이 막 표면 침착하는 것을 방지 하는 것을 목표로 하였다. 패턴형 PVDF중공사 분리막은 광학 리소그래피 방법으로 제조된 세가지 형태(프리즘, 피라미드, 엠보싱)의 마스터 패턴을 기반으로 하여 복제패턴을 만들고, 기존의 비용매유도 상전이 방법과 조합하여 개선된 중공사 분리막 제조 공정을 만들어 제조하였으며, 그 과정은 다음과 같다. 원통형의 스트로우 내부에 복제패턴을 말아 넣은 뒤, 중심에 다공성 지지체인 브레이드를 위치시킨다. 브레이드와 복제패턴 사이의 빈 공간을 PVDF 용액으로 채운 뒤, 브레이드의 한 쪽 끝을 클램프로 막는다. 브레이드의 수로를 통하여 비용매를 주입하여 비용매유도 상전이 과정을 유도하므로써 고분자를 고형화시켜 표면에 패턴이 도입된 중공사 분리막을 제조하였다. Polyvinylidene fluoride(PVDF)를 주재료로 사용하여 제막조건(PVDF 용액의 농도, 비용매 주입속도)의 변화에 따른 패턴형PVDF 중공사 분리막의 표면과 단면 구조를 관찰한 결과, 높은 농도의 PVDF 용액을 사용하여 빠른 속도로 비용매를 주입한 경우, 중공사막의 단면은 전체적으로 균일하게 분포한 거대기공을 가지며, 동시에 표면에 높은 충실도를 갖는 패턴이 형성된 중공사 분리막을 제조할 수 있었다. 제조된 PVDF 패턴형 중공사 분리막의 기공 크기는 0.2~0.6㎛ 범위에서 분포하였고, 순수 투과 유속은 패턴이 없는 중공사 분리막 보다 약 27% 증가한 값을 갖는 것으로 나타났다. 마지막으로 패턴형 PVDF 중공사 분리막을 분리막 생물반응기에 침지시켜 운전하였을 때, 패턴이 없는 중공사 분리막에 비해 막 오염 저감 효과를 갖는 것으로 나타났다.