PVDF/PSF Hollow Fiber Membranes using N-TIPS for Membrane Distillation

Abstract

Poly(vinylidene fluoride) (PVDF) membranes are widely employed for water treatment. In this study, PVDF/PSF hollow fiber membranes were fabricated first with a fibrous morphology via phase inversion with extremely high pore connectivity. The surface pore size of PVDF/PSF hollow fiber membranes changed by using different coating solutions during the hollow fiber spinning process. Among the hollow fiber membranes fabricated in this study, the PVDF/PSF/Pluronic hollow fiber (PPP) with the surface pore size of ~ 0.078 m was selected as an optimal membrane for measuring MD performance. Before measuring the long-term durability of MD performance, the MD performance was calculated from the mass transfer model based on the temperature and concentration of the solution to confirm the operating conditions of the MD system. In actual MD test, the resulting PPP membrane showed a water flux of 4.10 LMH at 70 oC when a 3 M NaClaq was used as a feed solution that is pretty highly concentrated solution and was unfavorable for MD performance. During 225 hr continuous operation in MD system, the resulting average MD water flux was about 4.05 LMH and rejection of 99.8% at 70 oC using 3M NaClaq feed solution.|본 학위 논문에서는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)와 폴리술폰 (PSF)를 이용하여 중공사막을 제작하고 코팅 용매를 다변화시켜 중공사막 표면의 기공 크기를 조절하였다. 표면 기공 크기가 작은 중공사막을 막증류법 (Membrane Distillation) 실험을 진행했고, 높은 장기 안정성을 보여주었다. PVDF는 수처리 어플리케이션에 널리 사용되고 있는 물질이다. 본 연구에서는 상전이법을 바탕으로 PVDF와 PSF를 이용해 매우 높은 기공 연결도를 가지는 미세섬유 배향 중공사막이 제작되었다. 제작된 중공사막의 표면 기공 크기는 중공사막 방사 과정에서 서로 다른 코팅 용매를 사용함으로써 제어되었다. 표면 기공 크기가 작을수록 배제율 (rejection)과 막 젖음 저항성을 높일 수 있어 장기 사용에 적합하다. Pluronic 코팅 용매를 사용하였을 때 표면 기공 크기가 약 0.078 m인 중공사막을 얻을 수 있었고 기존 게재된 중공사막과 비교하여 높은 수투과도와 작은 표면 기공 크기를 보여주어 MD 실험 측정을 위한 최적의 막으로 선정되었다. MD 실험을 하기에 앞서 중공사막의 장기 안정성을 테스트하기 위한 operating 조건을 mass transfer modeling을 통해 MD 성능을 산출해냈고 실험 조건을 3 M 소금 수용액, 70 oC로 결정하였다. 실제 MD 실험 결과 PPP 중공사막은 70 oC, 3 M 소금 수용액이라는 매우 불리한 조건임에도 불구하고 4.10 LMH라는 성능을 보여주었다. 장기 안정성 테스트에서도 225 시간동안 4.05 LMH를 안정적으로 유지하였고, 99.8%라는 우수한 염 배제율을 보여주었으며 막의 내구성을 증명하는 결과를 얻었다.