설폰산기와 포스폰산기를 함께 포함한 세공충진 양이온 교환막의 제조 및 응용 (Fabrication and Application of Pore-filled Cation-exchange Membranes Containing both Sulfonic and Phosphonic Acid Groups)

서지정보

· 발행기관 : 한국막학회
· 수록지 정보 : 멤브레인 / 34권 / 5호 / 293 ~ 303페이지
· 저자명 : 강문성, 신민규, 이지현

초록

본 연구에서는 산 폐수에서 효율적인 산-금속이온 분리를 위한 전기투석 공정에 적용할 수 있는 1가 이온에 대한높은 선택성을 가진 양이온 교환막의 제조에 관한 연구를 수행하였다. 설폰산기를 가진 sodium 4-vinylbenzenesulfonate (NaSS), 포스폰산기를 가진 vinylphosphonic acid (VPA) 단량체 및 가교제를 비대칭 구조의 다공성 지지체에 충진하고in-situ 광중합을 통해 세공충진 양이온 교환막을 제조하였다. 제조된 세공충진 양이온 교환막은 상용막 대비 이온교환용량이다소 낮았으나 실제 응용에 적합한 수준의 전기적 저항 및 기계적 물성을 나타내었다. 다양한 NaSS:VPA 몰 비율로 제조된세공충진 양이온 교환막과 상용막(CSE, Astom, Japan)의 H+ /Fe2+ 혼합용액에서의 선택투과도를 측정한 결과 NaSS:VPA = 25:75 조건에서 가장 우수한 선택투과도를 확인하였으며 이는 상용막 대비 10 이상 높은 값이었다. 또한 최적 조건의 제조막을 이용한 H+ /Fe2+ 혼합용액의 전기투석 결과 상용막 대비 우수한 산-금속 이온 분리 성능을 확인할 수 있었다. 이온전도성이우수한 설폰산기와 금속이온에 대한 결합력이 강한 포스폰산을 함께 도입한 양이온 교환막은 Fe2+ 이외에도 산 폐액으로부터다양한 유가 금속이온을 분리하는 데 효과적일 것으로 기대된다.

영어초록

In this study, we studied the fabrication of a cation-exchange membrane (CEM) with high permselectivity for monovalent ions that can be applied to an electrodialysis (ED) process for efficient separation of acid-metal ions from acid wastewater. The pore-filled cation-exchange membranes (PFCEMs) were fabricated by filling a porous substrate with sodium 4-vinylbenzenesulfonate (NaSS) monomers having sulfonic acid groups and vinylphosphonic acid (VPA) monomers having phosphonic acid groups together with a crosslinker into an asymmetric structure and in-situ photopolymerization. The fabricated PFCEMs had a slightly lower ion-exchange capacity than that of a commercial membrane, but they exhibited electrical resistance and mechanical properties suitable for practical applications. The permselectivity of the PFCEMs fabricated with various NaSS:VPA molar ratios and a commercial membrane (CSE, Astom, Japan) in H+ /Fe2+ mixed solutions was measured. The best permselectivity was confirmed at the condition of NaSS:VPA = 25:75, which was more than 10 higher than that of the commercial membrane. In addition, the ED results of H+ /Fe2+ mixed solution using the optimally fabricated membrane showed excellent acid-metal ion separation performance compared to the commercial membrane. The CEM including both sulfonic acid groups with excellent ion conductivity and phosphonic acid groups with strong binding affinity for metal ions is expected to be effective in separating various valuable metal ions in addition to Fe2+ from acid waste solutions.

참고자료

· 없음