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[미국] ‘중공사막 미세 스케일 평행구조 교차 흐름 여과 시스템’ 연구논문 발표
2019년 01월 03일 (목) 09:24:05 워터저널 webmaster@waterjournal.co.kr

[미국] ‘중공사막 미세 스케일 평행구조 교차 흐름 여과 시스템’ 연구논문 발표

연구논문 「중공사막의 여과 성능 평가 및 최적화를 위한 마이크로 스케일 병렬 구조의 교차 흐름 여과 시스템」은 Elsevier journal Separation and Purification Technology에 게재될 예정이다.

초록(Abstract)

중공사막(Hollow-fiber, HF) 멤브레인은 컴팩트한 모듈 구성에서 사용 가능한 많은 양의 표면적으로 인해 다양한 분리 응용 분야에 이상적인 형식이다.  그러나, 전체 여과 성능에 대한 작동 매개 변수의 효과를 평가하기 위해 새로운 HF막 공정의 개발에 대한 지속적인 요구가 있다. 

이를 위해 다중 채널 연동 식 펌프와 소형 공급 장치 저장소를 사용하는 '차세대' 마이크로 스케일 HF 교차 흐름 여과 시스템을 개발하여 여러 여과 실험을 한 번에 실행할 수 있도록 했다. 

각 여과 모듈에 대해 작은 공급량 (∼100mL)과 짧은 HF 멤브레인 세그먼트 (∼10cm)를 필요로 하는 조합은 주어진 분리 공정에 대한 '설계공간'을 철저히 조사하는 데 이상적이다.

이 연구에서는 상용 폴리비닐 디플루오 라이드(polyvinyldifluoride, PVDF) 한외여과 HF 멤브레인을 사용하여 실행 시간, 용액 조건, 용질 유형 및 폴리도파민계(polydopamine-based) 방오제 표면 변형 전략의 효과를 평가하기 위해 총 84개의 별도 여과 실험에 사용했다. 

막 여과 성능 및 오염 경향은 용액 조성에 강하게 의존하고, 막 거부는 여과된 완충액 및 모델 오염물질에 상당히 의존한다고 주장된다. PVDF 멤브레인의 변형은 감쇠된 전반사 및 접촉각 특성화를 통해 먼저 확인된 다음 수분 투과도 및 용질 거부 성능 측면에서 변형 된 멤브레인의 여과 성능을 평가했다. 

도파민(dopamine) 농도, 산화제 농도 및 반응시간은 모두 분리 성능 및 막의 표면 특성에 영향을 미치는 중요한 요소라는 것이 밝혀졌다. 전반적으로 이 연구는 최소한의 양의 물질을 사용하는 병렬 실험을 용이하게 하기 때문에 HF 멤브레인의 다양한 측면을 연구 할 때 제시된 마이크로 스케일 병렬 구조 여과 시스템의 유용성을 입증한다.

[원문보기]

Microscale parallel-structured, cross-flow filtration system

The research article ‘Microscale parallel-structured, cross-flow filtration system for evaluation and optimization of the filtration performance of hollow-fiber membranes’ will be published in Elsevier journal Separation and Purification Technology.

Abstract
Hollow-fiber (HF) membranes are an ideal format for various separations applications due to the high amounts of surface area available in compact module configurations. However, there is an ongoing need in the development of new HF membrane processes to evaluate the effects of operating parameters on the overall filtration performance.

To this end, we present the development of a ‘next-generation’ microscale HF cross-flow filtration system that uses a multi-channel peristaltic pump and an array of miniaturized feed reservoirs to run multiple filtration experiments at once.

The combination of requiring small feed volumes (∼100 mL) and short HF membrane segments (∼10 cm) for each filtration module is ideal for conducting a thorough exploration of the ‘design space’ for a given separation process.

In this study, commercial polyvinyldifluoride (PVDF) ultrafiltration HF membranes were used in a total of 84 separate filtration experiments to evaluate the effects of run time, solution conditions, solute type, and a polydopamine-based antifouling surface modification strategy.

It is asserted that the membrane filtration performance and the fouling propensity strongly depend on the solution composition, and the membrane rejection depends significantly on the buffers and model foulants that are filtered.

The modification of the PVDF membrane was first verified via attenuated total reflection and contact angle characterization, then the filtration performance of the modified membranes was evaluated in terms of hydraulic permeability and solute rejection performance.

It was found that the dopamine concentration, oxidizer concentration and reaction time were all significant factors affecting the separation performance and surface properties of the membrane.

Overall, this study demonstrates the usefulness of the presented microscale parallel-structured filtration system in studying different aspects of HF membranes as it facilitates parallel experiments which use minimal amounts of material.

[출처 = 필터레이션-프로덕츠(https://www.filtration-products.com/microscale-parallel-structured-cross-flow-filtration-system/) / 2019년 1월 2일]

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