The need for dissolved oxygen (DO) removal from water in food, power plant, semiconductor manufacture, pharmaceutical and biotechnology processes triggered the study on the hydrophobic superparamagnetic polymeric membrane. Taking an advantage of paramagnetic properties, the oxygen molecules are expected to have higher transport through magnetic membrane.
The thesis consists of two parts. First study was conducted in order to determine the effect of superparamagnetic particles addition to poly(vinylidene fluoride) (PVDF) flat sheet membrane morphologies and the effect of membrane magnetic property to DO removal process. The preparation of superparamagnetic PVDF membranes was done using two different methods: coating and incorporation of particles into polymer matrix. The results show that the addition of particles changes morphologies of membranes by increasing pore size and porosity. Additionally, the presence of magnetic field increases the oxygen mass transfer coefficient through the superparamagnetic membranes about 19% for superparamagnetic particle-incorporated membrane and 32% for superparamagnetic particle coated-membrane in average.
The second study was conducted to determine the relation between membrane operational conditions and DO removal process of superparamagnetic membrane as the contribution of magnetic field to oxygen mass transfer might be different depends on operational conditions. The superparamagnetic particle-coated poly(tetrafluoroethylene) (PTFE) hollow fibers module with total surface area of 208 cm2 was prepared and tested at different feed water flow rates, feed water salinity and vacuum pressures. Different from PVDF membrane, it has been demonstrated that the particles coating has no significant influence on PTFE hollow fibers pore size and porosity. The dissolved oxygen removal both from water and seawater through the superparamagnetic PTFE hollow fiber membrane increases under the external magnetic field of 100 Gauss. The optimum DO removal with magnetic PTFE hollow fiber membrane was found out to be at water flow rate of 12.5 cm3/s and vacuum pressure of 6.67 x 105 dyn/cm2.
본 학위 논문에서는 담수 및 염수의 용존 산소 제거를 위하여 초상자성 분리막이 연구되었다. 산소 기체분자는 상자성을 갖고 있기 때문에 초상자성 분리막을 이용하면 용존 산소의 선택적 제거가 가능하다. 본 학위논문은 2 가지의 내용으로 구성되어 있다. 첫번째는 자철석으로 개질된 PVDF 고분자 기반의 평판형 분리막의 제조 및 특성 평가에 대한 실험 결과이다. 자철석 입자의 첨가에 따른 평판형 분리막의 미세구조 및 성능 변화를 알아보기 위하여, 자철석 입자를 PVDF 분리막 표면에 직접 코팅하거나(MC), 자철석 입자를 PVDF 내에 침투시켜 혼합기질 분리막(MM)을 제조하였다. 자철석이 코팅 되거나 침투된 분리막의 경우 자철석으로 개질 되지 않은 PVDF 분리막에 비하여 상대적으로 높은 기공 크기 및 기공률을 가지고 있으며, 담수로 부터 용존 산소 제거 실험의 경우, MM 및 MC 분리막의 용존 산소 제거가 PVDF 대비 각각 19% 및 32% 증가 하였다.
두번째로는 작동 조건(물 유속/염도 및 진공도)에 따른 자철석이 코팅된 대면적 (208 cm2) PTFE 중공사 분리막의 용존 산소 제거 실험 결과이다. 초상자성 중공사 분리막 모듈의 경우 100 가우스의 외부 자기장을 인가하면 담수 및 염수의 용존 산소 분리도가 증가한다. 용존 산소 분리를 위한 PTFE 중공사 분리막 모듈의 최적 운전 조건은 물 유속 12.5 cm3/s, 진공 압력 6.67 x 105 dyn/cm2 이다.
