나노여과란 무엇입니까?

비교적 최근에 막 공정이 발전한 Ken Sutherland는 빠르게 확장되고 있는 나노여과 분야, 그 특성 및 응용 분야를 살펴봅니다.

나노여과의 배경

1960년대 초 고분자막 제조를 위한 상전환 공정 개발에 따른 여과 및 여과 관련 활동이 급증하면서 역삼투압, 한외여과, 그리고 최근에는 3가지 막 분리 공정이 확립되었습니다. 정밀여과. 이러한 공정은 약 0.01mm(10μm)의 표준 여과의 기존 절단점 한계에서 크기가 수 나노미터에 달하는 매우 미세한 별개의 고체까지 분리 스펙트럼을 사용하여 용액에서 큰 분자를 분리할 수 있게 했습니다. 실제 크기 범위는 소스마다 다소 다르지만 미세 여과는 개별 입자 또는 분자량 감소 측면에서 10μm에서 0.1μm까지의 범위를 포괄하는 반면, 한외 여과는 0.1μm에서 0.005μm(5nm)까지 포괄한다는 점에 일반적으로 동의합니다. - 용해된 물질의 경우 MWCO 수치가 300,000에서 약 300달톤까지 감소합니다. 물론 역삼투압은 매우 작은 염화나트륨 분자를 유지하도록 설계되었으며, 이는 물 외에는 아무것도 통과시키지 않음을 의미합니다.

이러한 의도된 크기 범위는 실제로 한외여과에 대한 범위의 하단(약 100~300달톤)에서 적용 범위에 공백을 남겼습니다. 막 개발은 1970년대와 1980년대에 매우 빠르게 진행되어 1980년대 말에 "나노여과"라는 이름이 부여된 "느슨한 RO" 막 공정으로 이어졌습니다.

이러한 의미에서 나노여과는 100~1000의 MWCO 값을 포괄하는 역삼투의 상단(분리 크기 측면에서)과 한외여과의 하단을 사용하는 막 분리 공정 범위에서 상당히 최근에 개발된 것입니다. 달튼. 이는 액체에 용해된 물질을 다루는 것이지, 액체에 부유하는 별개의 입자를 다루는 것이 아닙니다. 용질과 용매 사이의 분리는 막의 물리적 구멍(기공)을 통하지 않고 주로 높은 막횡단 압력에 의해 구동되는 막 물질 덩어리를 통한 용매 분자의 확산에 의해 발생합니다. 용질 분자 중 일부는 공정 설계자의 의도에 따라 또는 용질이 막 재료에서 유한한(매우 작지만) 확산 계수를 갖기 때문에 막을 통해 확산될 수도 있습니다.

나노여과와 역삼투의 주요 차이점은 후자가 1가 염(예: 염화나트륨)을 유지하는 반면, 나노여과에서는 이를 통과시킨 다음 황산나트륨과 같은 2가 염을 유지한다는 것입니다. Elsevier의 나노여과 – 원리 및 적용에 대한 서문에서 Robert Peterson은 역삼투압(특히 수처리 사업에서)을 식사의 메인 코스인 스테이크로 설명하는 반면, 나노여과는 "와인 메뉴와 같습니다... 창의성과 탐구."

이전 단락에서는 비교적 높은 막횡단 압력을 사용하여 막을 통해 수행되는 용해된 고형물을 제거하는 액상 분리인 나노여과라고 불리는 일반적으로 허용되는 공정의 기원과 특성을 설명했습니다. 그러나 대부분의 여과 사업의 발전은 액체 및 기체 여과 모두에서 점점 더 미세한 절단점에 대한 요구에 의해 주도되고 있으며, 이러한 요구는 이제 이에 상응하는 더 미세한 섬유를 사용하여 필터 매체를 제조함으로써 충족되고 있습니다. 점점 더 이러한 섬유는 직경이 1마이크로미터보다 훨씬 작아서 나노미터 단위로 측정되며 일반적으로 나노섬유로 알려지고 있습니다. 이는 더 거친 기질에 지지되는 나노섬유 웹과 함께 복합 필터 매체를 만드는 데 사용됩니다.

이러한 나노웹 매체로 달성할 수 있는 매우 미세한 여과는 훨씬 더 낮은 컷포인트까지 효과적인 미세여과인 분리 공정을 사용하는 것입니다. 멤브레인을 언급할 때 여전히 가장 일반적으로 생각되는 반투과성 플라스틱 시트와 형식이 매우 다르지만 이 재료는 멤브레인이라고도 합니다. 2007년 제10차 세계여과학회(World Filtration Congress)에서 총 250개의 개별 논문과 85개의 포스터 발표 중에서 나노여과를 다룬 논문이 12개, 필터 매체로서의 나노섬유에 관한 논문이 14개였다는 점은 주목할 만합니다.