분리막 두께 조절에 의한 모데나이트 제올라이트 분리막의 투과증발 물 투과유속 증진 :Improvement of pervaporative water flux of mordenite zeolite membrane by controlling membrane thickness

윤병진

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자료유형: 학위논문

저자정보: 윤병진 (충남대학교, 忠南大學校 에너지科學技術大學院)

지도교수: 조철희

발행연도: 2020

저작권: 충남대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수12

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2020

분리막 두께 조절에 의한 모데나이트 제올라이트 분리막의 투과증발 물 투과유속 증진

윤병진 에너지과학기술학과 2020.01 학위논문

2019

분리막 두께 조절에 의한 모데나이트 제올라이트 분리막의 투과증발 물 투과유속 증진 연구

윤병진 , 김영무 , 이두형 외 1명 멤브레인 2019.01 학술저널

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본 연구에서는 종결정 크기, 농도, 코팅양, 수열용액의 숙성시간을 조절함으로써 분리층 두께가 제어된 모데나이트 제올라이트 분리막을 제조하였다. 분리층 두께가 투과증발 물 투과유속에 미치는 영향을 90 wt.% 에탄올 수용액에서 고찰 하였다. 유성 밀을 이용해 모데나이트 입자를 분쇄시켜 20~30 nm 크기의 종결정을 제조하였고, 진공여과코팅 중에 종결정 수용액의 농도와 코팅양을 조절하였다. 제조된 분리막은 분리층 두께가 얇을수록 더 높은 물 투과유속을 나타내었으며, 약 4 μm 두께를 갖는 분리막의 경우, 760의 높은 물/에탄올 선택도와 1.0 kg/m2h의 높은 물 투과유속을 나타내었다. 이는 20~30nm 크기를 갖는 나노크기의 종결정을 사용하여 4 μm 두께로 분리층을 얇게 만들었기 때문으로 판단된다. 따라서 본 연구로부터 종결정의 크기와 농도, 진공여과 코팅양, 수열용액의 숙성시간을 조절하는 것은 분리층의 두께를 효과적으로 조절할 수 있는 방법임을 알 수 있었다. 또한, 모데나이트 제올라이트 분리층의 두께를 얇게 하는 것이 분리막의 투과증발 물 투과유속을 증진시키는 중요한 방법임을 확인 하였다.

1. 서론 1
2. 이론적 배경 5
2.1. 제올라이트 5
2.1.1. 제올라이트의 정의 및 구조 5
2.1.2. 모데나이트 제올라이트의 구조 및 특성 9
2.2. 분리막 10
2.2.1. 분리막의 정의 및 막 분리 공정 10
2.2.2. 제올라이트 분리막 16
2.2.3. 모데나이트 제올라이트 분리막 18
2.3. 투과증발 20
2.3.1. 투과증발 막 분리의 정의 20
2.3.2. 투과증발 막 분리의 수송 메커니즘 23
2.3.3. 세라믹 막의 수송 모델 24
2.3.4. 투과증발 분리 공정 26
3. 실험 방법 29
3.1. α-알루미나 모세관 지지체 제조 29
3.2. 모데나이트 제올라이트 분체 합성 및 종결정 수용액 제조 31
3.3. 모데나이트 제올라이트 분리막 제조 34
3.3.1. 진공여과법에 의한 모데나이트 제올라이트 종결정 코팅 34
3.3.2. 모데나이트 제올라이트 분리막 합성 36
3.4. 특성 평가 39
3.4.1. 재료 특성 평가 39
3.4.2. 투과증발 실험 40
4. 결과 및 고찰 43
4.1. 모데나이트 분체 및 분쇄된 나노크기 모데나이트 종결정 43
4.2. 모데나이트 제올라이트 종결정 진공여과코팅 50
4.2.1. 종결정 농도에 따른 지지체 표면의 코팅층 50
4.2.2. 종결정 코팅양에 따른 지지체 표면의 코팅층 53
4.3. 모데나이트 제올라이트 분리막 형성 56
4.3.1. 나노크기 종결정의 코팅양에 의한 영향 56
4.3.2. 수열용액의 숙성시간에 의한 영향 61
4.3.3. 제조된 모데나이트 분리막의 X-선 회절무늬 63
4.4. 에탄올 탈수 투과증발 66
4.4.1. 제조된 모데나이트 분리막의 에탄올 탈수 투과증발 거동 66
4.4.2. 나노크기 종결정의 코팅양에 의한 투과증발 거동 68
4.4.3. 수열용액의 숙성시간에 의한 투과증발 거동 69
4.4.4. 분리층 두께와 투과증발 성능의 관계 70
5. 결론 77
참고문헌 79
Abstract 88

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