히로시마 대학(Hiroshima University)의 연구진은 해수의 탈염(脫鹽)을 향상시킬 수 있는 새로운 기술을 개발했다. 이 연구결과는 일부 국가에서 발생하는 신선한 물에 대한 증가하는 수요를 충족할 수 있을 것이다.

“신선한 물에 대한 글로벌 부족은 이번 세기에서 인류가 직면하고 있는 큰 어려움 중의 하나”라고 이 연구를 이끌었던 Toshinori Tsuru 교수가 말했다.

Tsuru 교수와 그의 연구진은 체의 역할을 하는 새로운 종류의 매우 얇은 멤브레인을 디자인했고, 이 멤브레인은 역삼투(reverse osmosis)라고 알려진 기술로 해수에서 소금을 분리해서 신선한 물을 생산할 수 있었다. 이 멤브레인은 실리콘으로 부분적으로 만들어졌고, 담수 플랜트 설비 속의 가혹한 조건을 견딜 수 있기 때문에 기존의 몇 가지 문제들을 극복할 수 있었다. 이 연구는 Journal of Membrane Science에 게재되었다.

이 새로운 하이브리드 멤브레인은 유연한 폴리머 나노여과 멤브레인 위에 증착된 매우 얇고 결함이 없는 유기실리카 분리 층으로 구성되었다. 이 하이브리드 멤브레인은 간단한 졸-겔(sol-gel), 스핀 코팅, 저온, 열처리 프로세스에 의해서 만들어졌다. 이것은 2000ppm의 NaCl 용액에 역삼투 탈염을 적용한 최초의 예이다. 멤브레인 제조를 위한 최적의 열처리 온도가 조사되었다. 이러한 하이브리드 멤브레인은 열삼투 프로세스에서 우수한 안정성과 재현성을 가지고 있고, 기존의 처리 기술(96%)과 경쟁할 수 있는 염 제거율을 가지고 있으며, 안정적이면서 높은 수준의 투수성(대략 1.2×10−12 m3 m−2 s−1 Pa−1)을 가졌다. 또한 이런 하이브리드 멤브레인은 25℃ ~ 60℃의 작동 온도에서 우수한 수열 안정성과 160시간 이상 동안 지속되는 안정적인 역삼투 성능을 가졌다.

분리 멤브레인의 한 가지 문제점은 “생물 부착(biofouling)”이다. 생물 부착은 생물막(biofilm)이 멤브레인 표면 위에 형성되는 것을 의미한다. 이것은 멤브레인을 통과하는 물의 양을 느리게 한다. 차아염소산나트륨(Sodium hypochlorite)은 이러한 생물막을 제거하는데 일반적으로 사용된다. 그러나 이런 염소는 멤브레인에 손상을 준다.

이 연구는 CREST(Core Research for Evolutional Science and Technology)로부터 자금을 지원받았다. 새로운 멤브레인은 강하기 때문에 염소에 저항할 수 있다. 또한 그들은 내열성을 가지는데, 이것은 80°C의 온도에서 탈염을 할 수 있게 한다.

“우리는 실리콘계 물질, 탄화수소, 화학 기상 증착을 사용해서 강한 멤브레인을 개발했다”고 Tsuru 교수가 말했다. “우리는 이 연구로 인해서 일본이 멤브레인 기술과 막-처리 시스템의 선두 국가 중 하나로서의 위치를 계속적으로 가질 수 있을 것이라고 기대하고 있다”고 그는 말했다.

ROBUST 멤브레인 프로젝트의 소개

ROBUST 멤브레인 프로젝트는 JST(Japan Science and Technology Agency)에서 자금이 지원된 유망한 연구 프로젝트 중의 하나이다. 이 프로젝트의 목적은 pH 혹은 고온과 염소를 포함하는 물 속에서 사용될 수 있는 ROBUST 역삼투/나노여과 멤브레인을 개발하는 것이다. 이 프로젝트는 다양한 종류의 수자원에서 ROBUST 멤브레인의 적용 가능성을 조사할 목적으로 진행되고 있다. 이 연구결과는 Journal of Membrane Science에 “Reverse osmosis performance of layered-hybrid membranes consisting of an organosilica separation layer on polymer supports”라는 제목으로 게재되었다.

그림. 새로운 하이브리드 멤브레인의 절단면 SEM 이미지.

[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2015년 12월 4일]

 

Researchers at Hiroshima University have developed a technology that improves the removal of salt from seawater, a breakthrough that may alleviate the increasing demand for fresh water in some countries.

"A global shortage of fresh water is a long-term challenge that mankind faces in this century," said the director of the ROBUST membrane project, Professor Toshinori Tsuru.

Professor Tsuru and his team have designed a new kind of ultra-thin layered membrane that acts as a sieve and separates salt from seawater to produce fresh water, a technique known as reverse osmosis. The membrane is partly made from silicon and overcomes several challenges of existing designs by tolerating the harsh conditions inside desalination plant equipment. The research has been published in the Journal of Membrane Science ("Reverse osmosis performance of layered-hybrid membranes consisting of an organosilica separation layer on polymer supports").

One practical problem of separation membranes is "biofouling", where biofilms form on the membrane surface. This slows the amount of water that can pass through the membrane. Sodium hypochlorite is commonly used to remove these biofilms; however, the chlorine can also damage the membrane.

Professor Tsuru, who is supported by CREST (Core Research for Evolutional Science and Technology) and is a member of the Center for Research on Environmentally Friendly Smart Materials at Hiroshima University's Institute of Engineering, said that the new membranes are more robust, which makes them resistant to chlorine. They are also heat resistant, meaning they can be used in desalination at a temperature of 80°C.

"We are developing ROBUST membranes using three materials: silicon-based, hydrocarbon, and chemical vapor deposition. First we have developed silicon-based ROBUST membranes," Professor Tsuru said.

"We expect Japan to continue to be one of the leading countries in membrane technologies and membrane-treatment systems," he said.

The ROBUST membrane project is one of the CREST programs for promising research projects funded by the Japan Science and Technology Agency (JST). The purpose of this project is to develop ROBUST reverse osmosis (RO)/nanofiltration (NF) membranes that can be used in water containing chloride at a wide range of pH and/or at high temperatures. The project aims to examine the applicability of the ROBUST membrane for various types of water resources.

 

[원문출처 : http://www.nanowerk.com/nanotechnology-news/newsid=41994.php]