그래핀 화합물을 적용한 수처리용 그래핀 분리막 제조 및 특성평가 = Preparation and characterization of Graphene composit membrane for water treatment
저자
발행사항
대구 : 계명대학교 대학원, 2014
학위논문사항
학위논문(석사)-- 계명대학교 대학원 : 화학공학과 공업화학 2014. 2
발행연도
2014
작성언어
한국어
주제어
발행국(도시)
대구
형태사항
ⅵ, 44 p. ; 26 cm
일반주기명
지도교수: 변홍식
소장기관
전 세계적으로 산업이 발달함에 따라 환경 오염 및 기후변화로 인하여 물 부족 현상이 심각해지고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 수처리 공정이 실행되고 있으며 특히 분리막 공정은 가장 각광 받고 있다. 수처리용 분리막의 경우 상·하수도, 산업용수, 담수용으로 적용범위가 넓으며 특히 산업폐수에서 발생하는 중금속을 제거하는 연구도 진행되고 있다. 수처리공정에 상업적으로 이용되고 있는 수처리용 분리막은 대부분 소수성을 띠고 있기 때문에 원수와 분리막의 소수성 상호작용(hydrophobic interaction)인해 분리막의 오염 현상(fouling)이 발생하고 이로 인해서 분리막의 수명이 줄어드는 문제가 발생하고 있다. 이 문제점을 해결하기 위해 분리막에 친수성을 부여하는 연구가 활발히 진행되고 있다.
꿈의 소재라 불리며 최근에 각광받고 있는 그래핀은 높은 전하 이동도, 전류밀도 특성을 가지고 있으며, 내화학성 및 열전도도가 뛰어나고, 화학적 기능화가 가능하여 이에 관련된 연구가 활발히 진행되고 있다. 그래핀에 카보닐 그룹(carbonyl group, -COH), 카복실 그룹(carboxyl group, -COOH), 하이드록실 그룹(hydroxyl group, -OH)과 같은 기능기들을 결합하여, 친수성 특성을 보이는 산화그래핀(graphene oxide, GO)를 합성할 수 있다. 뿐만 아니라 산화철과 같은 금속성 물질과도 합성이 용이하여 중금속 제거 효과가 있는 산화철 그래핀 화합물이 제조 할 수 있다.
본 연구는 전기방사법을 이용하여 소수성인 분리막을 친수성으로 개질하여 특성평가 하였으며, 전기방사법을 이용하여 중금속 제거에 효과가 있는 분리막을 제조, 평가하였다. 첫째, 소수성인 분리막을 친수성으로 개질하는 막의 제조 방법으로 우선 지지체인 PVdF(poly vinylidene fluoride) 나노섬유막을 전기방사법으로 제조한 후 PVdF 나노섬유 지지체 위에 각각 0.5mg/mL, 1mg/mL, 2mg/mL로 에탄올에 분산시킨 GO용액을 분사함으로써, 최종적으로 PVdF/GO 하이브리드 분리막(FG)을 제조하였다. 본 연구에서 사용된 GO(grapheme oxide) sheet는 Hummer’s 방법에 따라 제조되었으며, FG 분리막은 SEM, Raman, 접촉각, 기공특성분석장치(Porometer), 만능인장시험기(UTM)를 사용하여 조사하였고, 접촉각 측정 결과로부터 FG분리막의 표면이 친수성으로 개질되었음을 확인 할 수 있었다. 수투과도 분석은 제작된 셀(Dead-End Cell)을 이용하여 측정하였으며, 수투과도값이 향상된 것을 확인할 수 있었다.
둘째, 중금속 제거를 위한 분리막은 PVdF 고분자와 Fe3O4 - Reduced graphene oxide(M-rGO)분말을 혼합하여 전기방사법으로 PVdF/M-rGO 분리막(NMG)을 제조하였다. NMG막은 SEM, EDX, 기공특성분석장치(Porometer), 만능인장시험기(UTM)를 사용하여 분석하였으며, 수투과도 분석과 비소제거 실험은 제작된 셀(Desd-End Cell)을 이용하여 측정하였다. 분석결과 NMG 분리막의 기계적 물성이 향상되었으며 비소제거에도 효과가 나타났다.
따라서 본 연구에서 개발된 수처리용 분리막의 경우 정밀여과막으로 활용가능성을 보여주고 있으며, 전기방사법과 그래핀화합물 적용이라는 새로운 접근 방식으로써 상업적인 활용 가능성도 기대할 수 있다.
As a variety of industries have been rapidly growing worldwide causing environmental pollution problems and climate changes, drinking water shortage is became a serious problem. To solve this issue,various water treatment processes have been extensively studied. One of simplest methods is membrane-based filtration systems which can be very effective for the treatment of a wide range of water sources including sewage, industrial and commercial/residential fresh waste water. In particular, the removal of heavy metals from industrial waste water is highly attractive field of study. As the commercially available membrane filtration systems for water treatment mostly exhibit a hydrophobic property, these systems often cause hydrophobically induced fouling of the membrane which significantly reduces the life of the filtration systems. Therefore, a lot of researches focus on the modification of these hydrophobic membrane systems to resolve this.
Recently, grapheme-based materials have been spotlighted due to the various characteristics including high charge mobility, current density, excellent chemical resistance thermal conductivity, and easy chemical functionalization. Especially, the graphene oxide (GO) can be easily modified to possess hydrophilic characteristics by providing hydrophilic functional groups including carbonyl group (-COH), carboxyl group (-COOH), hydroxyl group (-OH). In addition, the GO can effectively remove heavy metal ions upon the modification with iron oxide.
This study focuses on the surface modification of electrospun nanofiber sheets to tune the polarity (i.e., hydrophobicity and hydrophilicity) and their applications as membrane filters to effectively remove heavy metals from water. First, the modification of hydrophobic GO on poly-vinylidene fluoride (PVdF) nanofiber membrane (FG) was achieved for microfiltration applications. Specifically, the PVdF substrate membrane was initially prepared by the electrospinning method. Varying amount (0.5 mg/mL, 1 mg/mL, 2 mg/mL) of GO sheets, which was prepared by the modified Hummer’s method, containing ethanolic solution was sprayed on the PVdF nanofiber to form the FG membrane. The FG was thoroughly examined by SEM, Raman, contact angle, porometer (pore structure analysis apparatus), and UTM (universal tensile machine). The results demonstrated the increased hydrophilcity and enhanced water-flux of the FG (measured by Dead-End Cell).
Second, the electrospinning of a mixture solution of PVdF polymer and Fe3O4-Reduced graphene oxide (M-rGO) powders was achieved to prepare PVdF / M-rGO membrane (NMG). The electrospun NMG membrane was characterized by SEM, EDX, Porometer, UTM as well. The NMG exhibited increased water permeability and improved overall mechanical properties as well as effective removal of arsenic.
As a whole, the water treatmenet membrane developed in this study has shown possible uitilization as a microfiltration membrane and also a new approach to prepare membrane by using of electrospinning and graphene based materials,possibly expecting a commocial application.
분석정보
서지정보 내보내기(Export)
닫기소장기관 정보
닫기권호소장정보
닫기오류접수
닫기오류 접수 확인
닫기음성서비스 신청
닫기음성서비스 신청 확인
닫기이용약관
닫기학술연구정보서비스 이용약관 (2017년 1월 1일 ~ 현재 적용)
학술연구정보서비스(이하 RISS)는 정보주체의 자유와 권리 보호를 위해 「개인정보 보호법」 및 관계 법령이 정한 바를 준수하여, 적법하게 개인정보를 처리하고 안전하게 관리하고 있습니다. 이에 「개인정보 보호법」 제30조에 따라 정보주체에게 개인정보 처리에 관한 절차 및 기준을 안내하고, 이와 관련한 고충을 신속하고 원활하게 처리할 수 있도록 하기 위하여 다음과 같이 개인정보 처리방침을 수립·공개합니다.
주요 개인정보 처리 표시(라벨링)
목 차
3년
또는 회원탈퇴시까지5년
(「전자상거래 등에서의 소비자보호에 관한3년
(「전자상거래 등에서의 소비자보호에 관한2년
이상(개인정보보호위원회 : 개인정보의 안전성 확보조치 기준)개인정보파일의 명칭 | 운영근거 / 처리목적 | 개인정보파일에 기록되는 개인정보의 항목 | 보유기간 | |
---|---|---|---|---|
학술연구정보서비스 이용자 가입정보 파일 | 한국교육학술정보원법 | 필수 | ID, 비밀번호, 성명, 생년월일, 신분(직업구분), 이메일, 소속분야, 웹진메일 수신동의 여부 | 3년 또는 탈퇴시 |
선택 | 소속기관명, 소속도서관명, 학과/부서명, 학번/직원번호, 휴대전화, 주소 |
구분 | 담당자 | 연락처 |
---|---|---|
KERIS 개인정보 보호책임자 | 정보보호본부 김태우 | - 이메일 : lsy@keris.or.kr - 전화번호 : 053-714-0439 - 팩스번호 : 053-714-0195 |
KERIS 개인정보 보호담당자 | 개인정보보호부 이상엽 | |
RISS 개인정보 보호책임자 | 대학학술본부 장금연 | - 이메일 : giltizen@keris.or.kr - 전화번호 : 053-714-0149 - 팩스번호 : 053-714-0194 |
RISS 개인정보 보호담당자 | 학술진흥부 길원진 |
자동로그아웃 안내
닫기인증오류 안내
닫기귀하께서는 휴면계정 전환 후 1년동안 회원정보 수집 및 이용에 대한
재동의를 하지 않으신 관계로 개인정보가 삭제되었습니다.
(참조 : RISS 이용약관 및 개인정보처리방침)
신규회원으로 가입하여 이용 부탁 드리며, 추가 문의는 고객센터로 연락 바랍니다.
- 기존 아이디 재사용 불가
휴면계정 안내
RISS는 [표준개인정보 보호지침]에 따라 2년을 주기로 개인정보 수집·이용에 관하여 (재)동의를 받고 있으며, (재)동의를 하지 않을 경우, 휴면계정으로 전환됩니다.
(※ 휴면계정은 원문이용 및 복사/대출 서비스를 이용할 수 없습니다.)
휴면계정으로 전환된 후 1년간 회원정보 수집·이용에 대한 재동의를 하지 않을 경우, RISS에서 자동탈퇴 및 개인정보가 삭제처리 됩니다.
고객센터 1599-3122
ARS번호+1번(회원가입 및 정보수정)