멤브레인 결과레포트

소개글

멤브레인 결과레포트에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 목적
2. 이론
3. 실험 장치 및 방법
4. 실험 결과 및 과제
5. 토의 및 결론
6. 참고 문헌

본문내용

비싸다.
5. 토의 및 결론
5-1. 토의
이번실험의 목적은 반투과성의 성질을 이용하여 어떤 물질에서 성질이 다른 물질을 분리 혹은 전달하는 특수한 막인 멤브레인으로 투과수의 성분을 비교 분석하고 혼합가스 중에 산소 및 질소만을 멤브레인으로 분리하여 농도를 측정해 봄으로써 기체 및 액체를 membrane separation할 수 있다는 것이었다. 멤브레인은 반투과의 성질을 이용하여 어떤 물질을 성질이 다른 물질과 분리 혹은 전달하는 것으로 정의될 수 있으며, 단순하게 어떠한 크기 이상을 분리 혹은 전달하는 것 이외에도 전하반발력, 용해도, 확산률 등의 성질을 이용하여 분리 혹은 전달을 강화시키기도 한다. 이러한 분리를 위하여 필요한 추진력(driving force)에는 압력, 농도차, 온도차, 전자기장 등이 있다. 이번실험에서는 압력을 이용하여 멤브레인 분리를 도왔다. 응용분야로는 바닷물로부터 청정수를 만드는 공정 (분리), 피부에 부착하여 니코틴을 전달하여 금연을 돕는 약품 (전달), 흐름속에서 산소만을 감지하는 장비 (선택적 전달), 산소만 투과시키는 콘택트렌즈 등을 들 수 있다. 이상에서 알 수 있듯이, 멤브레인은 단순히 분리만을 의미하는 것이 아니라, 선택적 전달 및 상대적인 전달 모두를 의미한다.
첫 번째 실험에서는 멤브레인의 종류의 하나인 RO막을 이용하여 NaCl과 MgSO4을 이온으로 분리하고 전도도를 측정해 보는 실험을 하였다. RO막은 이온 및 분자크기가 10Å 이내인 용질을 분리하는 막분리공정으로, 1970년대 해수담수화 및 폐수처리에서 성공적으로 산업화되기 시작하였다. 막의 재질은 지지층 위에 분리효과를 위한 분리층(활성층)으로 형성된 비대칭형 celllose acetate나 aromatic polyamide를 위시하여 최근에는 용존염을 99%까지 제거시킬 수 있는 복합막이 개발되었다. 역삼투막은 공경이 약 10Å 내외이고, 세공이 거의 존재하지 않으므로 일반적으로 비공성막이라고 할 수 있으며, 이는 유기고분자가 micelle을 형성하고 있는 micelle 간의 간격을 통하여 물질투과가 행해진다. 역삼투법에서는 유기고분자의 dielectric 계수가 낮기 때문에 용존염이 이 막에 잘 흡착되지 않을 뿐 아니라, 고압(800-1500psig)에서는 용매인 물이 유효압력차가 아닌 삼투압차에 비례하여 투과되므로 물이 용존염에 비하여 상대적으로 잘 투과되기 때문에 분리효과가 상승된다. 역삼투는 분자크기에 따른 분리조작이 아니므로 정밀여과나 한외여과에서와 같은 유기물의 침착현상이 적으며, 결과적으로 막의 수명도 길어진다. 역삼투막은 용존염을 분리제거할 뿐 아니라 분자량이 적은 유기물 및 aromatic hydrocarbon 등의 분리조작에도 그 이용 가능성이 고조되고 있다. RO막을 이용해 얼마만큼의 액체 분리가 이루어 지는지는 스탠다드를 통해 전도도와 농도의 검량선을 그어보면 알 수 있다. 스탠다드의 농도는 100, 200, 300, 400, 500ppm 이었다. 검량선은 각 농도에 따라 전도도의 값을 가지고 그래프를 그려보면 비례 곡선이 나타난다. 액체의 막분리에 사용되는 기기는 다루기가 쉽지 않았다. 먼저 멤브레인을 차가운 냉장고에서 꺼내 크기에 맞게 잘라서 기기에 부착 시키고, 기기에 압력을 조절하고 NaCl수의 펌프를 가동시킨다. NaCl수가 계속해서 주기적으로 기기속으로 흘러 들어가면서 멤브레인을 통해 분리가 일어나 작은 비커로 분리액이 들어오게 된다. 분리된 물질은 잘 모아서 전도도를 측정하게 되는데 멤브레인을 통해 나오는 분리액은 오랜시간이 걸쳐 나오기 때문에 시간이 오래 걸렸다. MgSO4 또한 같은 방법으로 실험을 하였다. MgSO4를 사용하기전에 먼저 증류수로 세척을 해주는 것도 중요하다. 각 물질에 대해 전도도를 측정해 스탠다드와 비교를 한 결과 126.15ppm 410.89ppm이 나왔다. 이는 우리가 1000ppm으로 맞추어 용액을 넣어주었는데 전도도를 측정한 값이 다르게 나온 것은 멤브레인이 용액을 100% 분리하지는 못한다는 의미이다.
두 번째 실험으로는 기체 분리 막 장치를 이용해 공기 중의 기체를 분리하는 실험이다. 기체분리는 막에 대한 선택적인 가스투과원리에 의하여 진행된다. 즉 기체혼합물이 막 표면에 접촉하였을 때 기체성분은 막 속으로 용해, 확산하게 되는데 이때 각각의 기체성분의 용해도와 투과도는 막 물질에 대하여 서로 다르게 나타나게 된다. 예를 들면 헬륨, 수증기 등은 쉽게 투과하는 기체성분들이고 반면에 우리가 실험에 사용한 질소 또는 메탄 등은 매우 느리게 투과하는 기체성분들이다. 이것이 공기 중의 산소와 질소, 이산화탄소와 메탄 등을 막을 이용하여 분리할 수 있는 이유가 된다. 기체분리에 대한 추진력은 막 양단에 가해지는 특정기체성분에 대한 분압차이다. 특히 분리 막을 이용한 막분리 공정은 상(Phase)변화가 없고 에너지 소모가 적은 장점 때문에 여러 분야에서 광범위하게 응용되고 있다.
공기중의 O2와 N2의 농도를 측정해 보았더니 O2의 농도는 흘러주는 O2의 유량이 증가함에 따라 공기중의 O2의 농도도 증가함을 보이는 것을 알 수 있다. 하지만 N2는 O2와는 반대로 입자의 크기가 크기 때문에 확산하는 속도가 느리다. 하지만 여기서 N2의 유량을 증가시키면 입자가 큰 이유로 천천히 흘러 들어가야 하는데 빠른 속도로 흘려주었기 때문에 농도가 감소함을 보이는 것이다.
5-2. 결론
기체 분리막 장치를 이용하여 분리된 O2의 농도는 유량이 증가함에 따라 증가함을 보였고 N2의 유량이 증가함에 따라 N2의 농도는 감소함을 보였다. 역삼투를 이용하여 미지의 농도가 126.15ppm, 410.89ppm임을 알게 되었다.
7. 참고 문헌
1) UNIT OPERATIONS OF CHEMICAL ENGINEERING 7TH EDITION 고석문, 동화기술, 1991
- 745P 막구조
- 436P ,741P 막분리기술
2) Warren L. McCabe, Julian C. Smith, Peter Harriott `단위조작‘ McGrawHill 7th ed., 2005
- 759-768P, 873P, 875P

키워드

막분리,   분리정제,   멤브레인,   기체분리막,   액체분리막