막여과 기술 동향

막 여과 기술의 연구 및 개발에는 상당한 양의 자원이 할당됩니다. 그러나 연구 목표가 업계 요구 사항 해결과 얼마나 밀접하게 일치하는지 불분명합니다. Sepideh Jankhah, Ph.D, P.Eng. 이 분야의 역사, 발전, R&D 동향을 조사합니다.

2001년부터 매년 막 여과 기술의 연구 개발(R&D)에 상당한 양의 자원이 할당되었습니다. 그러나 연구 목표가 업계 요구 사항 해결과 얼마나 밀접하게 일치하는지 불분명합니다. 이 기사에서는 막 여과 기술 응용의 역사와 진화를 조사하고 동료 검토 문헌을 기반으로 이 분야의 R&D 동향을 조사합니다. 흥미롭게도, 선도적인 주체는 응용 분야에 따라 다르지만 연구와 산업의 요구가 비슷한 속도로 수렴되고 있는 것으로 보입니다.

막 여과 이력

막 여과 기술은 물 및 폐수 처리, 식품 및 음료 공정, 제약 및 의료 응용, 화학 처리, 기타 산업 분리 또는 정화 응용 등 다양한 산업 전반에 걸쳐 널리 활용됩니다. 막 분리의 역사는 격막을 통한 물의 투과를 설명하기 위해 삼투라는 단어가 처음 사용된 1700년대 초반으로 거슬러 올라갑니다.

여과 기술은 삼투에서 전기투석, 가스 여과 및 막 증류로 발전하여 수많은 산업 제품, 공정 및 응용 분야의 발명과 개선에 기여했습니다. 이제 막 여과는 과일 주스를 농축하고, 물과 폐수에서 오염 물질을 제거하고, 항생제 생산을 위한 세포를 수확하는 데 일반적으로 사용됩니다.

막 여과 기술은 기존 분리 기술(예: 응고 및 침전, 모래 여과, 용존 공기 부유 등)에 비해 몇 가지 장점이 있습니다. 이러한 장점에는 제품 품질 향상, 분리 용량 증가, 위험 요소 감소, 설치 공간 감소 및 일반적으로 화학 물질 사용량 감소 등이 포함됩니다.

멤브레인에 대한 전 세계 수요는 연간 8.5% 성장하여 2019년 263억 달러에 이를 것으로 예상됩니다.2 미국 시장만 연간 7.9% 성장하여 2018년 62억 달러에 이를 것으로 예상됩니다. 글로벌 물 부족, 점점 더 엄격해지는 멤브레인 지침으로 인해 성장이 더욱 강화될 수 있습니다. 식수 및 폐수 방류 품질, 막 생산 및 운영 비용 절감, 최근 막 기술 발전 등이 이에 해당합니다.

주요 멤브레인 용도

물 및 폐수 처리는 산업용 멤브레인 사용의 50% 이상을 차지하고, 식품 및 음료 공정(21%), 제약 및 의료 응용 분야(9%)가 그 뒤를 따릅니다. 향후 5년 동안 제약 및 의료 응용 분야가 가장 빠르게 성장하는 시장이 될 것으로 예상됩니다. 이러한 추세는 순도 표준을 높이고 이 기술에 대한 의료 응용을 확대함으로써 주도됩니다. 담수화를 포함한 수처리와 식음료 가공은 꾸준한 성장을 유지할 것으로 예상됩니다.3

R&D 데이터 추세는 2001년부터 2016년 사이에 출판된 동료 검토 저널 기사 수에서 파생되었으며 엔지니어링 빌리지 데이터베이스에서 마이닝된 주요 응용 분야별로 정렬되었습니다. 지난 10년 동안 관찰된 연구 응용 동향은 산업 응용과 밀접하게 일치합니다. 수자원 및 폐수 R&D가 40%를 차지하고, 식음료가 34%로 그 뒤를 따릅니다.

산업계에서는 가스 분리 공정 및 담수화 개발에 중점을 두고 있습니다. 한편, R&D는 기술의 경계를 넓히는 데 중점을 두었습니다. 막 증류, 정삼투, 투과증발, 전기투석, 그래핀 산화물, 물과 폐수를 위한 생체 모방 막과 같은 주제에 대한 연구를 수행하기 위해 추가 자원이 할당되었습니다.

이러한 기술의 사용은 성능 및 관련 운영/자본 비용 측면에서 기존 멤브레인 제품 및 프로세스를 최적화하는 것뿐만 아니라 새로운 멤브레인 제품 또는 프로세스의 개발에 중점을 두었습니다. 산업용 파이프라인에는 약간의 진전이 있지만 대부분은 아직 개발 초기 단계에 있으며 시장에 진출하기 전에 추가 연구가 필요합니다.