막 분리(membrane seperation) 공정
1. 막 분리의 개념
기존의 물질 분리 방법 : 증류, 추출, 흡수, 흡착, 재결정
▼ 단점
- 다량의 에너지 소비
- 공간 이용의 비효율성
▼ 개선
고분자 분리막을 이용한 물질 분리
- 선택적 분리 가능
- 효율적인 물질 투과 능력
▼ 활용처
1) 식품, 화학, 환경, 의료 산업
2) 환경오염물질(공업 및 농업 폐수, 독성 산업폐기물)의 분리 제거
2. 막(membrane)의 개념
2개의 유체사이에 위치하면서
→ 여러 종류의 화학물질의 투과를 제어 (물질에 따라 막을 통한 이동속도가 다르다)
→ 두 유체의 농도가 다를 경우 혼합을 피해 농도차 유지 (비평형상태 지속)
3. 막(membrane)의 종류
1) 세공막(macroporous membrane)
① 구멍의 지름 0.1~10 ㎛
② 분자크기 매우 큰 거대분자나 colloid, 미세입자 등을 분리
③ 이온이나 물같은 용매는 쉽게 통과
2) 미세공막(microporous membrane)
① 구멍의 지름 50~500 Å
② 유기혼합물이나 Knudsen흐름에 의한 기체 등을 분리
3) 비공성막(non-porous membrane)
① 미세공 X → 분자 사이에 난 간격(약 10 Å)으로 투과
② 역삼투막, 고분자막, 금속막
4. 막(membrane)의 특성
1) 막의 분류
① 재료 물질
유기물, 고분자, ceramic, 금속
② 구조
균일성, 대칭성
③ 생산방법
상(phase)전환, sintering 늘리기, track etching
④ 형태
평판형(sheet), 실관형(hollow fiber)
⑤ 지지체의 유부
⑥ 소수성 및 친수성
⑦ 표면 전하
2) 막의 특성을 결정하는 요인
① 유지 효율 (retension efficiency)
② 침투성 (permeability)
③ 처리능력 (dirt handing capacity)
④ 화학적 저항성 (chemical resistance)
⑤ 온도 한계 (temperature limit)
⑥ 기계적 강도 (mechanical strength)
⑦ 청결도 (cleanliness)
5. 막 분리 공정(membrane)의 종류
1) 미세 여과
① 3 bar보다 낮은 압력에서 용질이나 colloid 상태의 미세한 고체입자(0.1~10㎛)를 제거
② 대칭형 세공구조로 cross flow 방식을 이용 → 막에 물질 축적 X
③ 음료수의 제균, 발효공정
2) 한외 여과 (ultrafilteration)
① 액체 중에 용해되거나 분산된 물질을 입자크기나 분자량크기별로 분리
② 10~500 Å 범위의 비대칭형 세공을 가지며
1㎚~0.1㎛ 정도의 당류, 단백질, 생체물질, 고분자 물질를 분리
③ 염삼투에 비하여 낮은 압력으로 운전되나 막의 오염이 심하다
④ 한외여과막의 제조 방법
- 용매교환법
- 상분리 유도법
- Track etching
⑤ 한외여과막의 종류
- 판틀형 (plate-frame type)
- 실관형 (hollow fiber type)
- 나권형 (sprial wound type)
- 관형 (tubular type)
⑥ 포도주 제조, 식초 양조, 젤라틴 농축, 단백질 분리 및 농축
3) 역삼투 (reverse osmosis)
① 용질의 농도가 낮은쪽에 삼투압보다 큰 압력을 가하여
용매의 이동을 용질의 농도가 낮은쪽으로 보내는 방법
② 삼투현상(osmosis) : 반투과성막을 사이에 두고 용매가 용질의 농도가
낮은쪽에서 높은쪽으로 통과하는 현상
③ 10~100 기압 정도의 압력구배를 이용하여 각종 염이나 유기물질을
분자수준으로 초미립 분리를 하는 공정
④ 연속공정이 용이하고 이온 및 10 Å 이내의 용질 분리 가능
⑤ 식품등의 농축(천연과즙의 농축, 염분 제거, 커피/차 추출물의 분리와 농축, 해수 담수화, 제균
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