Poly(vinyl Alcohol) 용액의 한외여과 특성과 이론적 고찰

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본 연구의 목적은 수용성고분자 PVA의 한외여과 실험을 통해 한계투과량(limiting flux) 현상에 미치는 조업변수들의 효과들을 고찰하고, 또한 겔층모델(gel-layer model)의 한계성을 극복하기 위해 열전달 계수의 개념을 도입한 Amiar 모델식을 바탕으로 새로운 모델식을 제시하여 이의 적용 가능성을 살펴보았다. Polysulfone 재질의 평판막(MWCO=20,000)과 중공사형막(MWCO= 30,000)을 사용하여 막내선속도, 투과압력, 온도, PVA 농도 등의 변화에 따른 한외여과 특성을 살펴보았다. 실험결과를 통해 polysulfone 재질의 막을 통해 PVA의 한외여과 과정은 겔층형성에 따른 투과저항 메커니즘이 작용하는 것으로 나타났다. 반면에 중공사형막의 경우는 한계투과량 조건하에서 겔층모델에 의해 예측할 수 없는 upward 한계투과량 현상이 관측되었다. 점성도 보정인자(viscosity correction factor)가 포함된 새로운 모델식의 적용을 통해서 upward 한계투과량 현상을 예측하였으나 완전히 만족할만한 결과를 얻지 못했다. 그러나 이와 같은 모델식의 적용을 통해서 PVA의 한외여과 과정이 투과용액의 점성도와 매우 밀접한 관계를 가짐을 알 수 있었다.

기타언어초록

The operating parameters influencing on limiting flux was investigated in the ultrafiltration of PVA, and a new model, which is based on the Amiar model using the concept of heat transfer coefficient, was devised to overcome the limitation of gel-layer model. Using polysulfone plate-unit membrane (MWCO=20,000) and hollow-fiber membrane (MWCO= 30,000), ultrafiltration characteristics of PVA was examined with the variation of operating parameters such as cross flow velocity, transmembrane pressure, temperature, and PVA concentration. According to experimental results, the ultrafiltration of PVA through polysulfone membrane is mainly controlled by well-known phenomena of concentration polarization caused by gel-layer formation. On the contrary, in hollow fiber membrane was observed upward limiting flux which can not be explained by gel-layer model. New model was applied to predict the upward limiting flux behavior with partial satisfaction. The application of new model including viscosity correction factor, however, revealed that PVA ultrafiltration is closely related to the viscosity of permeating fluid.

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