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Separation of lactic acid by using liquid emulsion membranes = 유화액막에 의한 유산의 분리
서명 / 저자 Separation of lactic acid by using liquid emulsion membranes = 유화액막에 의한 유산의 분리 / Young-Sun Mok.
저자명 Mok, Young-Sun ; 목영선
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 1994].
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초록정보

Liquid emulsion membranes(LEMs) were applied to the separation of lactic acid from an aqueous feed phase, and water transport into emulsion was investigated during the separation. Considering that as lactic acid is extracted osmotic pressure difference is varied, water transfer coefficient was evaluated. The water transfer coefficient becomes larger on using higher carrier concentration and initial feed concentration, which means that emulsion swelling can also be mediated by solute/carrier complexes although it is, in general, osmotically induced. It was observed that the separated solute concentration in the internal phase was lowered due to swelling during the operation. Nevertheless, lactic acid could be concentrated in the internal phase more than 6 times in specific conditions, indicating that as the volume ratio of external to internal phase is increased, still higher concentration in the internal phase can be obtained. The change in mean droplet size with swelling was measured at given intervals to understand the associated interfacial phenomenon. From this experiment, it was proved that the amount of swelling could not be quantitatively determined from the change of mean droplet size. A mathematical model was proposed to describe the behavior of liquid emulsion membranes(LEMs) accompanied by water transport (emulsion swelling). The proposed model is based upon the carrier-mediated facilitation of diffusion-stripping, and assumes acid-base reaction equilibrium to exist at each interface. Experimental results of the batch extraction of lactic acid were compared with computed results by using the model. It was found that the theory and model computations could predict fairly well the effects of parameter variations such as the stripping reagent concentration, the stirrer speed, the internal phase volume fraction, the treatment ratio and the emulsifier speed. As well, the proposed model can also predict the separated product concentration in the internal phase, so that the LEM process may be optimized to give the appropriate operating conditions. The appropriate operating conditions was given in view of separation and concentration of lactic acid by model computations and experiments. If both separation and concentration are desired, evidently emulsion swelling should be considered in conjunction with transport rate of lactic acid. The major disadvantages of swelling are dilution of the internal phase and emulsion breakage, thus the swelling control is great importance of increasing the efficiency of LEMs. The effects of various parameters such as membrane viscosity, cyclohexanone content and long-chain aliphatic alcohol content were investigated with respect to emulsion swelling and separation rate. If swelling is a function of surfactant concentration, the swelling increases with hydrophilic portion in surfactant. Therefore, a surfactant having a low HLB(hydrophilic lipophilic balance) value should be used to reduce the swelling as long as the emulsion is stable.

수용상으로부터 유산을 분리하기 위한 방법으로 유화 액막이 응용되었으며, 분리 중에 일어나는 물의 전달 현상이 연구되었다. 유산이 추출됨에 따라 삼투압이 변한다는 사실을 고려하여 물전달계수가 구하여졌다. 물전달계수는 운반체와 모액의 초기 농도가 높았을 때 큰 것으로 나타났는데, 이는 에멀젼의 팽윤 현상이 유산과 운반체로 이루어진 복합체에 의해서도 일어날 수 있다는 것을 의미한다. 내부상에 분리된 용질의 농도는 에멀젼의 팽윤으로 인해 낮아졌다. 그럼에도 불구하고, 모액의 유산은 특정 조건에서 6 배 이상으로 농축될수 있었는데, 모액과 내부상의 부피비가 증가되면 더 높은 배율로 농축될 수 있다. 에멀젼의 팽윤과 관련되어 일어나는 계면에서의 현상을 알아보기 위하여, 내부상 액적의 크기가 시간에 따라 측정되었다. 이 실험으로부터 에멀젼의 팽윤 정도가 내부상 액적의 크기 변화로부터 계산될 수 없음이 증명되었다. 물의 전달을 수반하는 유화 액막의 거동을 묘사하기 위하여, 수학적 모델이 제시 되었다. 제시된 모델은 운반체에 의해 전달이 촉진된다는데에 기초하며, 각 계면에서의 산/염기 반응 평형을 가정하였다. 회분계에서 이루어진 유산의 추출 실험 결과가 제시된 모델의 계산 값과 비교되었는데, 모델은 탈거제 농도, 교반 속도, 에멀전내의 내부상 부피 부피분율, 처리비, 에멀젼 제조기의 회전속도와 같은 변수들의 영향을 잘 예측하였다. 뿐만 아니라, 제시된 모델은 내부상에 분리된 용질의 농도 또한 예측할 수 있으므로, 유화 액막의 최적 조업 조건을 찾는데에 이용될 수있다. 유산의 분리및 농축이라는 관점에서 실험과 모델을 이용하여 적당한 조업 조건을 찾을 수 있다. 분리와 농축이 둘다 중요하다면, 에멀젼의 팽윤 정도가 유산의 전달속도와 함께 고려되어야 한다는 것은 분명한 사실이다. 에멀젼 팽윤의 주요한 단점은 내부상이 희석된다는 것과 막의 파괴 이다. 그러므로 유화 액막의 효율을 높이기 위해서는 에멀젼의 팽윤 정도가 줄어들어야 한다. 이러한 목적으로 시클로헥사논, 파라핀 오일, 긴사슬을 가진 지방족 알콜 등이 첨가제로 사용되었으며, 이들 첨가제가 에멀젼의 팽윤 정도에 미치는 영향이 조사 되었다. 에멀젼의 팽윤현상이 계면활성제 농도의 함수라면, 그것은 계면활성제가 가지고 있는 친유성기의 분율에 따라 증가 할 것이다. 그러므로, 팽윤 정도를 줄이기 위해서는 계면활성제로서 낮은 HLB 값(hydrophilic/lipophilic balance)을 가지는 것을 사용해야 한다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {DCHE 94028
형태사항 xi, 160 p. : 삽도 ; 26 cm
언어 영어
일반주기 Includes appendix
저자명의 한글표기 : 목영선
지도교수의 영문표기 : Jong-Deuk Kim
공동교수의 영문표기 : Won-Kook Lee
지도교수의 한글표기 : 김종득
공동교수의 한글표기 : 이원국
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 화학공학과,
서지주기 Reference : p. 134-146
주제 Emulsions.
Water vapor transport.
액막. --과학기술용어시소러스
락트산. --과학기술용어시소러스
유화. --과학기술용어시소러스
Liquid membranes.
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