수직배열 탄소나노튜브막의 수처리 성능 평가

Abstract

CNT (carbon nanotube,탄소나노튜브) 는 나노 크기의 그래핀 (graphene) 이 실린더 형태로 말려 있는 구조로, CNT 의 강도, 전도성, 빠른 물질 전달 등의 특성들을 이용하여 전자/정보 통신, 환경/에너지, 의약 등의 여러 분야에서 CNT 의 응용에 대한 관심을 지속적으로 받아오고 있다. 특히 최근에는, CNT 의 나노구조와 빠른 물질 전달 특성을 이용하여 수처리에 적용 가능성에 대해 주목 받고 있다. 본 연구에서는 수직배열 CNT 막의 수처리 특성을 평가하기 위해 4.87 nm 의 내경과, 6.8 × 1010 cm-2 의 밀도를 갖는 다중벽 CNT (MWNT) 로 구성된 수직배열 CNT 막 (vertically aligned carbon nanotubes membrane) 을 제조하였다. 수직배열 CNT 막의 수처리 평가는 상용 한외여과막과 구조 및 특성 분석, 투과 성능, 제거 성능, 막 오염 평가를 수행하였다. 제조된 수직배열 CNT 막은 한외여과막과 비교하여 비슷한 내경과 밀도 등 비슷한 구조를 가진 것으로 나타났다. 반면, 나노유체이론에 의해 CNT 의 높은 소수특성 때문에 채널에서 slip flow 가 일어나 비슷한 구조임에도 불구하고 수직배열 CNT 막이 한외여과막보다 2.3 배 이상의 빠른 투과성능을 보였다. 한편, 수직배열 CNT 막의 제거 성능은 한외여과막과 같이 정전기적 반발 효과 (electrostatic repulsion) 에 의한 제거보다 크기 배제 (size exclusion) 에 의한 제거 메커니즘을 갖는 것으로 나타났다. 또한 resistances in series model 실험을 통해 막 오염 원인을 분석한 결과 수직배열 CNT 막과 한외여과막 모두 비슷한 막 오염 특성을 보였다. 본 연구 결과로부터, 수직배열 CNT 막은 한외여과막과 비슷한 구조를 갖음에도 불구하고 매우 빠른 투과성능을 보였으며, 유사한 제거 성능과 막오염 특성을 보여 수처리막으로써의 가능성을 보였다.