[화학공학] 막분리 실험예비보고서

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2009.01.13 / 2019.12.24
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목차: 1. 개요
2. 장치의 구조 및 명칭
3. 장치의 설치 및 작동방법
4. 실험이론
5. 실험방법

본문내용: 1. 개요

막분리는 공정이 간단하고 상변화를 수반하지 않으므로 에너지 절약에도 기여할 수 있으며 고온 처리가 필요하지 않으므로 유기 용질 분리에 효과적이라는 장점을 가지기 때문에 기존의 분리 공정을 대체할 수 있는 큰 잠재력을 가진다.
역삼투 공정은 기본적으로 분자 크기에 따른 분리 조작이 아니므로 정밀여과나 한외여과에서와 같은 유기물의 침착현상이 적고 또한 상온에서 조작하므로 장치의 부식이나 스케일 문제가 상대적으로 적기 때문에 막의 수명도 같다.
역삼투 공정이 산업화에 사용되기 시작한 것은 1960년 이후 비대칭형 셀룰로오스 아세테이트(Cellulose Acetate)막을 Sourirajan와 Loeb이 개발한 이후이며 1970년대에 와서는 미국, 일본 등에서 새로운 막 및 모듈을 개발하여 본격적인 활용 단계로 들어섰다. 최근에 역삼투 공정은 막분리공정 중 가장 활발한 활동이 이루어지며 해수담수화, 공업용수처리, 폐수처리 및 식품, 약품공업 등에 성공적인 적용이 이루어지고 있다.
삼투현상이란 반투막을 사이에 두고 저농도의 용매가 고농도의 용액으로 이동하는 현상으로, 막 양측 용매의 화학포텐셜이 같아지게 되면 용매의 이동은 정지되고 수두차만큼의 삼투압차가 발생한다. 이때 고농도 용액측에 삼투압차 이상의 압력을 가하게 되면 삼투현상과는 반대로 고농도 용액측의 용매가 저농도의 용액측으로 역류하는데 이를 역삼투현상이라 한다.
역삼투현상을 이용하여 물질을 분리하는 역삼투공정은 막의 물리화학적 특성, 분리 대상물질의 물리화학적 특성, 그리고 압력차를 추진력으로 하는 세 가지 요소의 조합에 의해 행하여진다. 역삼투 공정의 장점으로는 연속 공정이 용이하며 물리적 조작이므로 장치가 간단하고 증류나 결정화처럼 상변화가 없기 때문에 상온에서 조작할 수 있는 점등이다. 이와같은 장점 때문에 1970년대 이후 해수담수화, 폐수처리, 유용물질회수, 식품농축 초순수제조, 및 의약품이나 생물학적 제품의 분리 등 이온 및 10Å이내의 용질분리에 성공적으로 산업화되었다.
막의 재질은 지지층 위에 분리 효과를 위한 분리층(활성층)으로 형성된 비대칭형 cellulose acetate나 aromatic polyamide를 위시하여 최근에는 용존염을 99%까지 제거시킬 수 있는 복합막이 개발되었다. 이 복합막은 지지층 위에 염 제거효과가 큰 고분자막을 형성시킨 것으로, 지지막은 큰 기계적 강도와 내화학약품성이 큰 polysulfone이 주로 사용되며, 분리층은 cellulose-tri-acetate, crosslinked polyether 등이 주로 사용된다.
역삼투막은 공경이 약 10Å내외이고, 세공이 거의 존재하지 않으므로, 일반적으로 비공정막이라고 할 수 있으며, 이는 유기고분자가 micelle을 형성하고 있는 micelle간의 간격을 통하여 물질투과가 행해진다.
역삼투법에서는 유기고분자의 dielectric계수가 낮기 때문에 용존염이 막에 잘 흡착되지 않을 뿐 아니라, 고압(800~1500psig)에서는 용매인 물이 유효압력차(∆P-∆π)에 비례하여 투과되고 용존염은 유효 압력차가 아닌 삼투압차에 비례하여 투과됨으로 물이 용존

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