새로운 막 여과 기술로 물 부족 문제 해결에 도움

이 멤브레인은 고급 수처리 시스템 및 기타 응용 분야에 사용될 수 있습니다.

인구 증가와 산업 발달로 인해 물 수요도 증가하여 물 부족 현상이 더욱 심각해지고 있습니다. 이를 위해서는 폐수, 해수, 기수 등 비전통적인 수자원의 사용이 필요합니다.

최근 몇 년 동안 멤브레인 기술은 높은 에너지 효율성, 작동 용이성 및 컴팩트한 디자인으로 인해 물 재사용 및 담수화를 위한 최고의 도구로 부상했습니다. 예를 들어 역삼투(RO)에 의한 담수화 및 막 반응기에 의한 폐수 처리와 같은 일부 기술은 이미 대규모 산업에 적용되고 있습니다.

광범위한 구현에도 불구하고 RO 시스템은 멤브레인 재료와 관련된 성능에 있어 오랫동안 한계를 경험해 왔습니다. 현재의 막은 또한 저분자량 중성 용질을 제대로 제거하지 못하고 수처리에 사용되는 산화제의 분해에 민감합니다.

이제 콜로라도 대학교 볼더(CU Boulder)의 연구원들은 전 세계의 물 부족 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있는 기포 기반의 새로운 막 정수 시스템을 개발했습니다.

일반적으로 멤브레인 필터는 압력을 이용해 물을 체로 통과시켜 원치 않는 입자와 오염물질로부터 물을 분리합니다. 새로운 멤브레인 시스템은 작은 기포층을 사용하여 물을 체로 걸러내는 대신 증류합니다. 연구자들에 따르면 이러한 변화로 인해 새로운 시스템은 일반적인 역삼투 시스템보다 투과성이 더 뛰어나고 원치 않는 불순물을 더 잘 제거할 수 있게 되었습니다.

현재의 최첨단 멤브레인은 투수성과 물-염분 선택성 사이에서 균형을 이루고 있으며, 투수성이 향상되면 염 제거율이 손실됩니다. 대조적으로, 연구팀은 기체-액체 상 변화에 의존하는 막이 공기층의 두께를 감소시킴으로써 물-염 선택성을 희생하지 않고 투과성을 증가시킬 수 있다는 것을 관찰했습니다.

개념 증명 테스트를 위해 팀은 제어된 소수성 코팅으로 변형된 다공성 양극 산화 알루미늄(AAO) 기판을 사용하여 공기 포집 막을 제작했습니다.

기체-액체 상 변화로 인해 분리가 발생하기 때문에 연구원들은 염화나트륨, 붕소, 요소 및 N-니트로소 디메틸아민을 포함한 용해된 용질이 거의 완전히 제거되는 것을 관찰했습니다. 200nm 이하 두께의 공기층으로 제작된 멤브레인은 염 제거율을 희생하지 않고도 상업용 멤브레인을 초과하는 투수성을 보여주었습니다. 또한 그들은 공기 포집막이 염소와 오존 산화제에 대한 노출을 견딜 수 있다는 것을 발견했습니다.

팀의 멤브레인 기술은 첨단 수처리 시스템 및 기타 응용 분야에 사용될 수 있습니다. Anthony Straub 조교수는 성명에서 “해수 담수화 및 폐수 재사용 노력과 관련하여 물을 매우 높은 수준으로 정화하는 데 활용될 수 있습니다.”라고 말했습니다. "우리는 우주 탐사 및 연구 임무 중에 물을 재활용하기 위해 이러한 멤브레인을 사용하기 위해 NASA와 지속적인 작업을 진행하고 있습니다."

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