산화그래핀을 적용한 수처리용 PAN 나노섬유 분리막 제조 및 물리적 특성 향상 :

이정훈

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자료유형: 학위논문

저자정보: 이정훈 (계명대학교, 계명대학교 대학원)

지도교수: 변홍식

발행연도: 2018

저작권: 계명대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수9

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2018

산화그래핀을 적용한 수처리용 PAN 나노섬유 분리막 제조 및 물리적 특성 향상

이정훈 화학공학과 2018.01 학위논문

2017

Graphene Oxide를 활용한 PAN 나노섬유 제조 및 물리적 특성 향상

이정훈 , 윤재한 , 변홍식 멤브레인 2017.01 학술저널

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본 연구에서는 poly(acrylonitrile) (PAN) 고분자 용액을 제조한 후 전기방사법을 이용하여, 나노섬유를 제조하였으며, 산화그래핀(GO)를 나노섬유에 적용하여 수처리용 분리막으로써의 활용 가능성에 대하여 조사를 실시하였다.
첫째, Hummers 법을 개선하여 GO를 제조하였으며, GO의 함량이 고분자 대비 1.0%, 2.0%, 3.0%, 4.0%가 첨가된 GOPAN 나노섬유로 제조하였다. 제조한 나노섬유를 광학이미지, SEM, FT-IR분석을 실시하였으며, 나노섬유에 첨가된 GO의 함량이 증가함에 의한 나노섬유 분리막의 기계적 강도 변화를 분석하였다. 수처리용 분리막으로 활용 가능성을 확인하기 위하여 기공도 분석, 수투과도 분석, 막 오염현상 분석 실험을 진행하였다.
둘째, 고분자 대비 GO의 함량을 증가하기 위하여 계면활성제인 CTAC을 첨가하여 GOCTAC (GC)를 제조하였으며, 제조한 GC를 고분자 대비 함량이 10.0 wt%, 20.0 wt%, 30.0 wt%, 40.0 wt%, 50.0 wt%가 첨가한 용액으로 제조한 뒤 전기방사법을 이용하여 GCPAN을 제조하였다. 제조한 GCPAN을 광학이미지, SEM, 접촉각 측정, FT-IR 분석을 실시하였으며, 제조한 GCPAN의 기계적 강도를 확인하기 위하여 인장강도 실험을 진행하였다. GO의 함량이 증가할수록 분리막 표면의 친수성이 증가하는 것을 접촉각 측정을 통하여 확인하였다. 첨가된 GO에 의해 PAN 나노섬유의 인장강도가 증가하는 것을 확인하였으며, CTAC을 첨가하여 제조한 GOCTAC(GC)의 경우 GO가 첨가된 나노섬유 보다 2배 높은 인장강도가 나타나는 것을 확인하였다. 또한 GC의 함량이 고분자 대비 30 wt%인 경우에도 나노섬유 분리막으로 제조됨을 확인하였으며, GCPAN을 환원하여 rGCPAN으로 제조할 경우 촉매성을 가진 나노섬유를 제조하여 다양한 분야에 활용이 가능할 것으로 판단된다.

#분리막 #산화그래핀

I. 서론 1
1.1. 연구 배경 및 목적 1
II. 이론적 배경 3
2.1. 수처리 3
2.1.1. 수처리 기술 3
2.1.1.1. 물리화학적 공정 4
2.1.1.2. 생물학적 공정 5
2.1.1.3. 막분리 공정 5
2.2. 분리막(Membrane) 5
2.2.1. 분리 공정에 따른 분리막 5
2.2.1.1. 정밀여과막(Microfiltration membrane, MF) 6
2.2.1.2. 한외여과막(Ultrafiltration membrane, UF) 7
2.2.1.3. 나노여과막(Nanofiltration membrane, NF) 7
2.2.1.4. 역삼투막(Reverse osmosis membrane, RO) 7
2.3. 산화그래핀(Graphene oxide, GO) 8
2.3.1. 배경 8
2.3.2. 구조 및 특성 8
2.3.3. 제조법 9
2.3.3.1. 기계적 박리법(Mechanical exfoliation) 9
2.3.3.2. 화학적 박리법(Chemical exfoliation) 9
2.3.3.3. 비산화 박리법(Nonoxidative exfoliation) 10
2.4. 전기방사(Electrospinning) 10
III. 실 험 11
3.1. 시약 및 재료 11
3.2. Graphene oxide (GO) 합성 11
3.3. GOCTAC (GC) 합성 12
3.4. 나노섬유 분리막 제조 13
3.4.1. GOPAN 나노섬유 분리막 제조 13
3.4.2. GCPAN 나노섬유 분리막 제조 14
3.5. 나노섬유 분리막의 구조 및 표면 분석 14
3.6. 나노섬유 분리막의 특성 분석 15
3.6.1. 나노섬유 분리막의 화학적 특성 분석 15
3.6.2. 나노섬유 분리막의 기계적 특성 분석 15
3.6.3. 나노섬유 분리막의 기공 특성 분석 15
3.7. 나노섬유 분리막의 수투과도 측정 17
3.8. 나노섬유 분리막의 BSA 제거율 측정 19
IV. 결 과 20
4.1. GOPAN 나노섬유 분리막의 구조 및 표면분석 20
4.2. GOPAN 나노섬유 분리막의 특성 분석 22
4.2.1. GOPAN 나노섬유 분리막의 구조 및 특성 분석 22
4.2.2. GOPAN 나노섬유 분리막의 기계적 특성 분석 23
4.2.3. GOPAN 나노섬유 분리막의 기공 특성 분석 25
4.3. GOPAN 나노섬유 분리막의 수투과도 측정 26
4.4. GOPAN 나노섬유 분리막의 BSA 제거율 측정 27
4.5. GCPAN 나노섬유 분리막의 구조 및 표면 분석 29
4.6. GCPAN 나노섬유 분리막의 특성 분석 32
4.6.1. GCPAN 나노섬유 분리막의 화학적 특성 분석 32
4.6.2. GCPAN 나노섬유 분리막의 기계적 특성 분석 33
4.6.3. GCPAN 나노섬유 분리막의 기공 특성 분석 34
V. 결 론 35
참고문헌 37
영문초록 43
국문초록 45

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