Layer-by-Layer 코팅법 기반 수처리막 제조 및 나노여과 분리막의 특성 평가 = Fabrication of Water Treatment Membranes via Layer-by-Layer Coating and Evaluation of Nanofiltration Performance

국문 초록 (Abstract)

전 세계적인 수자원 부족 문제를 해결하기 위해 폐유기용매를 분리⋅정제하여 재사용하는 유기용매 나노여과(organic solvent nanofiltration, OSN) 기술이 각광받고 있다. 본 연구에서는 간단하면서도 두께 제어가 용이한 layer-by-layer (LBL) 코팅법으로 수처리용 박막을 제조하고, 그 나노여과 성능을 종합적으로 평가하였다. 우선 19 wt% PAN 용액을non-solvent induced phase separation (NIPS)법으로 도포하여 지지체를 제작한 후, 키토산을 이용한 양이온 코팅층과PAA⋅GO 혼합용액을 포함한 세 가지 음이온 코팅층(PAA, GO, PAA-GO)을 순차적으로 도포하였다. 특히, 키토산/PAA 3층(PAN(CS/PAA)3) 코팅막은 순수투과도 9.25 LMH/bar, NaCl 및 MgSO4 제거율 각각 33.77% 및 78.43%, 콩고레드 및 메틸오렌지 제거율 95.5% 및 77.79%를 달성하였다. 이러한 결과는 LBL 코팅을 통해 막의 화학적⋅구조적 특성을 정밀하게 조절함으로써 높은 여과 효율과 선택성을 모두 확보할 수 있음을 보여주며, 향후 유기용매 나노여과 및수처리 분야에 적용 가능한 실용적 분리막 적용 가능성을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Global water scarcity has intensified interest in organic solvent nanofiltration (OSN) technologies that purify and recycle spent organic solvents. In this study, we fabricated thin-film membranes via a facile layer-by-layer (LBL) coating technique—renowned for its precise thickness control—and evaluated their nanofiltration performance. A polyacrylonitrile (PAN) support was prepared by non-solvent induced phase separation (NIPS) using a 19 wt% PAN solution. Sequential deposition of a chitosan cationic layer and three anionic layers [polyacrylic acid (PAA), graphene oxide (GO), and a PAA–GO blend] yielded a range of LBL membranes. Notably, the chitosan/PAA three-layer membrane (PAN(CS/PAA)3) achieved a pure water permeability of 9.25 LMH/bar, NaCl and MgSO4 rejection rates of 33.77% and 78.43%, and Congo red and methyl orange removal efficiencies of 95.5% and 77.79%, respectively. These results demonstrate that LBL coating enables fine-tuning of membrane chemistry and structure to achieve both high permeation and selectivity, confirming their practical applicability in OSN and water treatment.