국내 분리막 소식

(1)휴비스워터, '아쿠아텍 차이나 2018' 참가...해외시장 본격 공략

휴비스워터는 5월 31일부터 다음 달 2일까지 중국 상해에서 개최되는 '아쿠아텍 차이나 2018 (AQUATECH CHINA 2018)'에 참가한다고 30일 밝혔다.
아쿠아텍 차이나는 매년 개최되는 세계적인 물 산업 전시회다. 산업용 수처리 시스템 및 분리막(멤브레인), 가정용 정수기 등 수처리 분야에 관련된 전 세계 업체가 참여한다.

휴비스워터는 분리막과 모듈, 시스템까지 수처리의 전 사업을 영위하고 있는 국내 수처리 시스템 기업이다. 수처리 분야에서 50여년 동안 분리막 기술을 기반으로 정수, 순수제조, 폐수처리, 해수담수화용 수처리 시스템을 공급해 왔다. 지난 2014년 휴비스 자회사로 편입됐고, 최근 베트남 법인과 UAE 지사를 설립해 해외 시장 진출을 본격화하고 있다.

이번 전시회에서 휴비스워터는 자체 개발하여 세계적으로 인정받고 있는 초순수 생산 장치인 전기탈이온장치와 UF 분리막을 소개한다. 전기탈이온 장치는 약품 없이 직류 전원을 사용해 초순수를 만드는 장치로 발전소, 반도체 공정에 적용되어 초순수를 공급한다.
또 슈퍼섬유인 메타아라미드를 적용한 침지형 MBR 분리막과 한국수력원자력과 협업으로 개발하고 있는 폐이온교환수지 제염장치 등을 전시할 예정이다. 휴비스의 주주사인 삼양사와 휴비스의 중국 자회사인 사천휴비스와 함께 공동 부스를 차려 각 회사별 전문분야를 소개하고, 중국시장 판로 개척 등 협업을 통한 시너지를 창출한다는 계획이다.

휴비스워터 신인율 대표이사는 "이번 전시회 참가를 통해 중국 시장에 휴비스워터를 소개하고 우리가 갖고 있는 핵심 기술을 선보이는 계기로 삼겠다"며 "이번 전시회를 통해 중국뿐만 아니라 글로벌 기업과의 협업 기회를 적극적으로 모색할 계획"이라고 말했다.

[파이낸셜 뉴스 2018.05.30 ]
http://www.fnnews.com/news/201805301415136401

(2)바이오가스에서 고순도 C1 가스 분리, 정제하는 분리막 기술 개발

한국화학연구원 김정훈 박사팀이 개발한 ‘바이오가스나 천연가스로부터, 유용한 화학원료이자 신재생 연료인 C1가스를 분리 정제하는 4단 분리막 기술’이 관련 분야에서 국내 최초로 환경부 환경신기술 인증과 검증을 모두 획득했다.

화학연, 환경신기술 인?검증 국내 최초 획득

한국화학연구원(이하 화학연)이 바이오가스로부터 신재생 연료인 C1가스를 분리 정제하는 분리막 기술을 개발해 환경신기술 인증을 획득했다. 환경신기술 인?검증은 환경부가 환경기술에 대해 공인 평가기관의 평가를 거쳐 우수한 신기술로 지정함으로써 관련기술의 우수성을 보증하는 제도다. 인?검증을 획득하면 국내 지자체의 환경설비 입찰과정에서 높은 부가점을 받을 수 있다.

바이오가스는 음식물쓰레기, 하수슬러지, 축산분뇨, 매립지 등에서 발생하며 지구온난화의 요인으로 꼽힌다. 하지만 바이오가스에 들어있는 불순물(실록산, 황화수소, 암모니아, 수분 등)을 분리하고 메탄과 이산화탄소를 잘 정제하면 도시가스나 화학원료로 활용할 수 있는 자원이 된다.

천연가스에도 메탄 외에 이산화탄소, 질소, 헬륨, 황화수소, 수분, 수은 등의 불순물이 포함되어 있는데, 이들을 액화천연가스(LNG)와 파이프라인가스(PNG) 또는 화학원료로 활용하려면 이산화탄소 등의 불순물을 반드시 정제해야 한다.

적용하는 가스들 성분은 조금씩 다르지만 바이오가스, 천연가스, 철강부생가스의 분리 정제에 본 4단 분리막 기술이 유용하게 쓰인다.

이번 기술을 활용하면 바이오가스나 천연가스로부터 메탄을 회수율 98%, 순도 98%까지 생산할 수 있다. 고순도 메탄은 도시가스나 자동차 연료로 바로 활용할 수 있다. 또한 그동안 버려졌던 이산화탄소도 95%이상의 고순도로 95%이상 동시에 회수할 수 있다. 이산화탄소는 탄소자원화 기술을 거쳐 메탄올, 에탄올, 올레핀 등의 청정 연료 및 화학제품으로 활용될 수 있어 향후 온실가스 감축에 기여할 것으로 예상된다.

연구팀이 개발한 기술은 기존 경쟁기술인 흡수법, 흡착법과 비교했을 때, 플랜트 설치비가 저렴하고 운영이 간편하며 폐수가 발생되지 않아 환경친화적이다. 외부 온도에 영향을 잘 받지 않아 겨울철이나 여름철에도 운영이 쉽다.

본 공정에 채택된 분리막은 독일 및 프랑스, 일본 등의 경쟁 분리막 기술에 비해 가격이 낮으면서도 동급이상의 정제순도 및 회수율을 가지고 있다. 따라서 전체플랜트 설치 비용을 절반 이하로 낮출 수 있어 수입대체 및 수출 효과가 기대된다.

전세계 바이오가스 및 천연가스 정제 시장 규모는 6조원에 달한다. 이중 막분리에 의한 기체분리기술시장은 6,000억원이다. 국내의 경우 바이오가스 및 천연가스로부터 메탄과 이산화탄소를 모두 정제하면 연 1조원의 경제적 효과를 기대할 수 있다. 해외 바이오가스의 도시가스, 자동차연료, 탄소자원화를 위한 정제플랜트 시장 진출도 가능하다.

화학연 김정훈 박사는 “화학연과 참여업체들의 지속적 기술협력, 그리고 환경부의 꾸준한 과제지원을 통해 선진국 수준의 상업적 분리막 실증플랜트 기술을 개발할 수 있었다. 현재 관련 기업과 상업화를 추진 중이며, 앞으로 국내외 분리막 공정에 실질적으로 적용될 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

화학연 김성수 원장은 “바이오가스 및 천연가스로부터 탄소자원화 원료를 생산해내는 막분리 정제 기술은 그동안 일부 선진국만 보유하고 있었다. 이를 국내 독자 기술력으로 개발해 환경신기술로 검증 받았다는 점에서 의미가 크다. 향후 파리 신기후협약에 따라 2030년까지 감축해야 하는 온실가스 저감에도 기여할 것으로 기대된다”고 밝혔다.

화학연은 국내 특허를 등록하였으며 향후 바이오가스, 천연가스 정제 시장의 급격한 성장이 예상되는 미국 및 동남아(중국, 인도네시아, 말레이시아 등)에 해외 특허를 진행하고 있다. 또한 참여기업인 시노펙스, 한국종합기술, 에어레인 등과 기술이전 및 국내외 사업화를 추진하고 있다.

[인더스트리뉴스 2018.04.24 ]
http://www.industrynews.co.kr/news/articleView.html?idxno=23235

(3)고려대 연구팀, 제올라이트 분리막의 이산화탄소 분리성능 향상기술 개발

고려대학교는 최정규 교수팀이 제올라이트 소재로 한 분리막의 이산화탄소 분리 성능을 효과적으로 향상시킬 수 있는 기술을 개발했다고 14일 밝혔다.

제올라이트는 고유한 기공 구조를 갖는 무기 다공성 물질로, 높은 열과 화학물질에 안정성이 높아 분리막의 소재로 널리 사용되고 있다. 하지만 분리막이 형성될 때 생성되는 제올라이트 고유의 기공 크기보다 큰 결함들 때문에 분리 성능이 크게 떨어지고, 고성능의 분리막 제작에 어려움을 있었다.

최정규 교수팀은 간단하면서도 효율적인 방법으로 제올라이트 분리막 내에 존재하는 결함을 메우는 후처리 기술을 개발했다. 이 기술은 결함의 크기보다 작은 염료를 이용해 선택적으로 결함을 메우는 방법이다.
이를 이용하면 기본 방식보다 경제적이면서도 간단하게 분리막 내에 존재하는 결함을 메울 수 있고 분리막의 고유한 성능을 끌어낼 수 있는 게 최 교수의 설명이다.
최정규 교수는 "이러한 후처리 기술은 단순히 이번 연구에서 사용된 CHA(chabazite, 차바자이트) 종류의 제올라이트 분리막 뿐만 아니라 다른 형태의 제올라이트 분리막에도 적용 가능한 기술로 다공성 물질 기반의 분리막 분야에 기여할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

이번 연구 성과는 재료화학분야 국제학술지 케미스트리 오브 머터리얼즈(Chemistry of Materials, I.F: 9.45) 5월 7일자 온라인 판(논문명: Healing of microdefects in SSZ-13 membranes via filling with dye molecules and its effect on dry and wet CO2 separations)에 게재됐다.
[매일경제 2018.05.14 ]
http://news.mk.co.kr/newsRead.php?year=2018&no=305514

(4)GIST, 그래핀 나노섬유로 수처리 효율 높여 

기존比 수투과도 1.8배 ↑, 농도분극현상 ↓

국내 연구진이 그래핀을 활용해 수처리 효율을 크게 높였다.
GIST(광주과학기술원, 총장 문승현)는 김인수 지구환경공학부 교수팀과 윤명한신소재공학부 교수팀이 그래핀을 나노섬유의 형태로 제작해 지지층이 없어도 물리적 강도 확보가 가능한 초고투과성 수처리막을 개발했다고 지난 23일 밝혔다.
오랜 기간 삼투압 차에 의해 물을 여과하는 정삼투(Forward Osmosis) 공정에 대한 연구가 활발히 이뤄져왔다.
이러한 정삼투 공정에 쓰이는 수처리막의 삼투압 차가 감소되어 물의 이동이 감소하는 농도분극(Concentration Polarization) 현상을 악화시켜 수처리 효율을 감소시키는 주된 원인으로 지적돼왔다.
이러한 현상은 분리막의 물리적 강도를 확보하기 위한 다공성 재질의 막인 ‘지지층’의 물리적인 저항에 의해 발생한다. 특히 다공성 지지층 내부에서 발생하는 농도분극 현상은 수투과도 저하의 주된 원인이다.
이에 연구팀은 기존 정삼투 수처리막에서 지지층을 제거하고, 부직포 형태의 나노섬유를 적용하여 물리적 강도를 확보함과 동시에 농도분극현상을 현격하게 감소시켜 수처리 효율을 크게 개선했다.
또한, 본 연구에서 제작된 수처리막의 수투과도는 54.6 LMH로 현재 상용화된 수처리막(평균 30 LMH) 보다 1.8배 뛰어난 성능을 갖추고 있다.
농도분극 현상은 지지층의 공극률 (Porosity)과 굴곡도 (Tortuosity) 및 두께에 의해 결정이 된다. 연구팀은 지지층을 제거하여 위 물리적 인자들을 완벽하게 제거함과 동시에, 그래핀 나노섬유 사이를 PVDF(Polyvinylidene fluoride) 재질로 채워 수처리 막으로써의 기능을 확보할 수 있었다.
김인수 교수는 “이번 연구는 지지층이 없이 그래핀과 나노섬유를 이용해 물리적 강도를 확보하면서 수처리 효율을 급격하게 향상시켜, 수처리막 제작에 있어 돌파구를 마련한 첫 사례이며, 향후 수처리 시장에서 널리 적용되길 기대한다.”고 말했다.
한편, 본 연구는 국토교통부가 지원하는 플랜트 연구사업(해수담수화)의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 성과는 화학물리분야 국제학술지인 Journal of Materials Chemistry A(JMCA)에 4월4일에 온라인 게재됐고, 표지논문(Frontispiece)으로 선정됐다.
 [신소재경제 2018.05.25 ]
http://amenews.kr/news/view.php?idx=36583

(5)‘나노셀룰로오스’, 다양한 분야와 융복합 가능 소재로 주목

산림청 국립산림과학원(원장 이창재)은 지난 6일 순천향대학병원에서 나노 크기의 산림자원인 나노셀룰로오스 응용 분야의 확대를 위한 ‘2018년 제1차 나노셀룰로오스 조인트 심포지엄’을 개최했다고 밝혔다.
이번 심포지엄에는 국립산림과학원에서 주관하는 ‘나노셀룰로오스 이용 에너지 및 의공학용 첨단 신소재 연구’의 일환으로 참여하는 여섯 개 분야(임산, 전지, 의료, 광촉매, 제지, 수처리 분리막 분야)의 연구진들이 참석했다.
나노셀룰로오스는 나무의 주성분인 셀룰로오스를 나노(10억 분의 1미터) 크기로 분해한 고분자 물질이다. 강한 기계적 강도와 열 안정성이 있고 친환경적이며, 기존의 화학합성 소재와 비교해 가격 경쟁력이 우수하다.
심포지엄에서는 나노 크기의 산림 자원인 셀룰로오스를 리튬 이온 전지, 인체 치료제, 오염물질 광분해, 포장재, 수처리용 중금속 흡착재 등으로 활용하는 융?복합 기술이 발표됐다.
또한, 나노셀룰로오스의 화학적 처리와 나노 구조를 이용한 기존 소재들의 한계점을 극복하는 방안에 대한 논의가 이뤄졌다.
특히, 올해부터는 나노셀룰로오스를 이용한 수처리용 분리막 분야의 중금속 흡착 소재 개발 연구가 함께 진행될 예정이다.
시장 조사기간인 글로벌 워터 마켓(Global Water Market)의 보고에 따르면 2017년 세계 수처리 시장의 규모는 880조 원으로 연평균 3%의 성장률을 보이고 있다.
이러한 대규모 수처리 시장과 나노셀룰로오스의 융?복합 기술 개발은 나노셀룰로오스의 상업화 및 국내 임업의 활성화 측면에서도 도움이 될 것으로 예상된다.
국립산림과학원 목재화학연구과 이성숙 과장은 “나노셀룰로오스의 대량생산과 임업 활성화를 위해서는 소비시장이 큰 소재와의 융?복합을 추진하는 연구가 지속적으로 필요하다”라고 말했다.
[한국영농신문 2018.04.12 ]
http://www.youngnong.co.kr/news/articleView.html?idxno=8666

(6)포스텍, 1초 만에 기름만 걷어내는 첨단 방제막 개발

포스텍이 물?기름 혼합물을 고속으로 분리할 수 있는 기술을 개발했다. 해양 기름 오염 확산을 효과적으로 막고 산업 유폐수도 안전하게 처리 할 수 있는 길이 열렸다.

포스텍은 임근배 기계공학과 교수팀이 조성진 충남대학교 교수팀과 공동으로 수중 초발유성 셀룰로스로 나노섬유 멤브레인(막)을 제작, 물?기름을 고속으로 분리하는 기술을 개발했다고 15일 밝혔다.
연구팀은 강력한 내화학성과 친수성 및 수중 초발유성을 지닌 셀룰로스 재질을 사용해 물?기름 혼합물을 99% 이상 분리하는데 성공했다. 다공성 구조의 셀룰로스 나노 섬유 멤브레인(NFC)을 수중 전기방사식으로 제작, 중력만으로 물과 기름을 쉽게 분리할 수 있도록 했다.

실험 결과 30킬로파스칼(kPa)의 추가적인 기계 압력을 걸자 1분에 2000리터의 물기름을 분리할 수 있었다.
 [전자신문/etnews 2018.03.15 ]
http://www.etnews.com/20180315000240?

국외 분리막 소식

(1)고투과도와 높은 염제거율을 갖는 PVDF/magnetite 분리막 개발

최근 PVDF멤브레인에 magnetite 나노 입자를 결합시켜 소수성 표면을 유지하면서 멤브레인을 친수성으로 제조하여 향상된 flux와 높은 염제거율을 갖는 분리막이 보고되었다. 블렌드 멤브레인의 구조 및 물리 화학적 특성을 밝히기 위해 다양한 특성 분석을 한 결과, Energy dispersive spectrometry (EDS) 분석을 통해 막 매트릭스 내에서 NP가 균일하게 분포함을 보고하였으며, 또한 접촉각 값은 NP가 막 상층의 소수성을 손상시키지 않았음을 발표하였다. 혼합 멤브레인은 순수한 샘플과 비교하여 92 % 더 높은 수분흡수값을 나타내어 멤브레인의 높은 친수성을 나타냈으며, 혼합 분리막의 경우 염제거율은 유지되면서 친수성 서브 층으로 인해 더 높은 (약 36 %) DCMD 플럭스를 나타냄을 보고하였다. 

출처:
Desalination, 2018, 436, 69-80 (2018년 6월 15일)

(2)이중 pH 반응성을 보이는 스마트 멤브레인 개발

최근 폴리 (N, N'- 디메틸 아미노 -2- 에틸 메타 크릴 레이트) (PDMAEMA) 마이크로 겔을 액체 유도를 통해 poly (ether sulfone) 막에 혼합함으로써 새로운 이중 pH 반응성을 갖는 스마트 분리막이 보고되었다. 상분리 법으로 만들어진 멤브레인은 이중 pH 반응 특성을 나타내며, 이 멤브레인은 산성 환경에서 양성 pH- 반응 특성 및 기본 환경에서 음성 pH- 반응 특성 모두를 나타내었다. 양성 pH 반응 성능의 메커니즘은 멤브레인 내에 박혀있는 PDMAEMA 마이크로 겔의 pH 반응성 부피 변화으로부터 비롯되었으며, 음성 pH 반응성 성능은 pH 반응성 소수성 및 마이크로 겔의 강성으로부터 비롯되는 것으로 밝혀졌다. 결과적으로 이 분리막의 투과성은 처음에는 증가하고 주변 환경 pH 값이 증가하면 감소하는 것으로 보고되었다. 분리막의 이중 pH 반응 특성은 가역적이며 반복 가능하며, 개발된 이중 pH 반응성 멤브레인은 pH 반응성 스마트 멤브레인의 설계 및 개발을 위한 새로운 게이팅 모드를 제공하며, 이는 하수 처리, 센서, 약물의 방출 제어 등과 같은 무수한 분야에 적용 가능성이 매우 높은 것으로 기대되었다.

출처:
Journal of Membrane Science, 2018, 555, 20-29 (2018년 6월 1일)

(3)유성 폐수 처리를 위한 안티-파울링 분리막 개발

유성 폐수는 토양과 물에 대한 광범위한 오염원이며, 이에 대한 처리는 수생 생태계 보호에 매우 중요하다고 알려져있다. 멤브레인을 통한 여과는 오일 효율이 높고 처리가 쉽고 유지 보수 비용이 적기 때문에 유성 폐수를 제거하는데 매우 적합하다고 알려져있으나, 여과 중에 발생하는 멤브레인 파울링 (membrane fouling)은 심각한 플럭스 감소를 초래하고 실제 폐수 처리에서 멤브레인의 장기간의 작동을 방해하여 상업화의 걸림돌로 작용하였다. 이를 해결하기 위해 최근 유성 폐수 처리를 위한 안티-파울링 분리막이 많이 연구되었고 개발되었으며, 오랜 연구 끝에 표면 친수화, 양성 이온 폴리머 코팅, 광촉매 분해 등의 방법들이 개발 및 제안되었고, 새로운 대안으로 각광받고 있으며 이에 대한 종합보고서가 발표되었다.

출처:
Current Opinion in Colloid & Interface Science, 2018, 36, 90-109 (2018년 7월)

(4) 헬륨 및 수소 정제를 위한 다공성 그래핀 분리막 개발
 
다공성 그래핀 (PG)에 질소 치환 된 PG 단일 층으로 이루어진 분리막으로 설계된 3N-PG와 6N-PG는 Ne, Ar, N2, CO, CH4에 대한 He와 H2의 효과적인 분리성능을 나타내는 것으로 발표되었다. 실험 결과 PG 및 3N-PG가 적절한 공극 크기 및 He 및 H2 분리에 대해 비교적 높은 안정성을 나타냄을 보여 주었으며, PG 및 3N-PG 분리막은 넓은 온도 범위에서 Ne, Ar, N2, CO 및 CH4에 대해 탁월한 He, H2 선택도를 나타내는 것으로 발표되었다. 6N-PG 분리막은 특히 He와 H2의 탁월한 투과성을 보였는데, 이러한 분리성능의 이유는 가스와 3개의 PG 기반 멤브레인 사이의 약한 반 데르 발스 상호 작용에 의한 것으로 분석되었다. 이 연구로 인해 He 분리와 H2 정제를 위한 세 가지 PG 기반 멤브레인의 유용성이 증명 및 발표되었다.

출처 :
Applied Surface Science, 2018, 441, 631-638 (2018년 5월 31일)

(5)이산화탄소 분리용 MOF UiO-66를 활용한 6FDA-DAM 기반 혼합 매트릭스 분리막 개발
 
최근 입자 크기가 50nm보다 작은 UiO-66과 UiO-66-NH2 및 UiO-66-NH-COCH3의 두 가지 유도체를 합성하여 분리막에 첨가한 혼합 매트릭스 분리막이 보고되었다. UiO-66에서 유도된 2가지 유도체들은 10bar에서의 CO2 흡수가 원래 고체에 비해 각각 44 % 및 58 % 향상되었으며, 이 MOF 나노 입자는 고 투과성 중합체 6FDA-DAM에 첨가되어 5-24wt % 입자 로딩된 MMM으로 제조되었다. 6FDA-DAM에 20wt % UiO-66이 첨가된 이 분리막은 CO2/CH4 선택도는 유지되었으며, 6FDA-DAM분리막에 비해 CO2 투과도가 92 % 증가하는 것으로 발표되었다. 또한 UiO-66-NH2 및 UiO-66-NH-COCH3가 20wt % 첨가된 분리막들도 23% 및 27%의 CO2투과도가 향상되는 것으로 밝혀져서 많은 화제를 모았다.

출처 :
Journal of Membrane Science, 2018, 558, 64-77 (2018년 7월 15일)

(6)olefin/paraffin 분리를 위한 철 함유 탄소분자체 분리막 개발
 
최근 olefin/paraffin 분리를 위한 6FDA-DAM : DABA (3 : 2) 폴리이미드 전구체로부터 유도된 탄소분자체 (CMS) 고밀도 분리막이 제조 및 보고되었다. 고성능을 지닌 올레핀 선택성 CMS 멤브레인은 금속 함유 고분자 전구 물질의 열분해에 의해 만들어졌으며, Fe2+이 포함된 CMS 멤브레인은 순수한 CMS 멤브레인보다 C2H4/C2H6 분리에서는 19%, C3H6/C3H8 분리에서는 11% 높은   선택성을 나타냈다. Fe의 첨가는 C3H6/C2H6 선택성을 향상시키진 않았지만 Fe는 C2H4/C2H6, C3H6/C3H8의 선택도를 향상시키는 것으로 발표되었으며, 이 연구로 인해 Fe 첨가가 선택도의 증가로 이어지는 것으로 증명되었고 이로 인한 탄소분자체 분리막이 높은 관심을 받게되었다.

출처 :
Journal of Membrane Science, 2018, 548, 609-620 (2018년 2월 15일)

?