정수용 세라믹 분리막의 국산화 기술개발 ■ 血

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血

Ap이iedChem】stry,

Vol.13,N’0.2.octobe「2009,277-280

정수용 세라믹 분리막의 국산화 기술개발 ■

쑈홰굿·킴신한·이성우

（주）세라컴 기술연구소

I』calizationof cel汪Imicmembl낑1lle

over clean water t"atnlent system l

Tae-Gu,KANG ·Shin-HanKJM ·SungWoo, LEE CERACOMB co.Ltd. R& D Center

AbstraCt

종래 분리정제 산업분야에 국한되어 오던 세라믹 분리막이 최근 에너지，자원산업분야 둥 관련산업으 로의 응용범위가 넓어지면서 연구자들의주목을 받고 있다．세라믹분리막 제조기술에 있어 소재가 차지하는 비중은 매우 크지만현재까지 세라믹 분리막소재의국산화 개발은 활발하지못하다．그러 나 초기 유기막 대비 경제성이 취약했던 무기막이 꾸준한 성능개선을 통해 유기막의 단점을 대체하고 무기막의 장점을 살려내어，소재의 국산화 개발을 통한 제품단가 저감이 가능해지면서，외산막에 밀려 사업화가 지진부진 했던 국내외 막 시장에 새로운 활력을 줄 수 있으리라 기대된다．

본 연구는 이러한 세라믹 분리막 국산화 개발품을 우선，엄격한 품질기준이 요구되는 정수 처리용 분 리막에 적용해 보고자 하였다．정수용 무기막 제조기술의 주요 관심사로서，막의 대면적화와 실제 현 장파일럿 운전을통한 내화학성평가에 초점을두고，1단계로막 제조기술에있어 핵심이되는 지지 체 제조 공정기술의 최적화 조건을 찾고자 하였다．

Ceramic membrane hnlited111fieldof separation no꺼’’adays,it15concerned tomany researchers

and purificaiionindustryuntilnow. But becatlseitsapplicatiuonfield15broaden in filedof energy and resources

membrane. But its localization

industryetc.Materialplacea isstagnated because ceramic

greatdealofweightinceramic

nlembrane 15 short of

econonlicalefficiencycompare toorgamc membrane. Kec이ㅠly,manulaCtunllgcuㅄul ceranlicmembral把can be reduced throughimprovement ofperformance which 15replaced of weak pointof organicmembrane and refreshedofg0od pointofceramic membrane.

In thispapers,we have concerned ofenlargedofgross areaof ceramicmelTlbraneand eudurance ot’ chemicalresistance.Therefore 戮’e investigateoPtim*lzingconditionof manufacturiflgskeletonsubstrateot’ ceramjc melnbrane throughitsapplicationinclean water treatm이Itpilotsystem.

1 . 서 론

세라믹 분리막은 우수한 열적안정성，기계적 강도，내화학성 및 공정운전시 넓은 조업압력 범위，막 오염시 오염물의 제거 처리 용이성 등 여러 장점 때문에 가혹한 환경조건하에서 분리정제가 요구되는 산업분야에 유용하게 이용될 수 있다．그러나 지금까지 높은 제조단 가，까다로운 제조공정 등의 이유로 대량생산이 용이하지 못했고 상업적 적용면에서 많은 제약을 받아 왔다．최근 연료전지，바이오매스 자원개발 등 신재생에너지 및 자원개발 산업 부문에서 요구하는 분리정제 요구특성이 세라믹 분리막이 갖는 여러 응용개발 가능성과 부

합되면서 연구자들의 관심을 받고 있다． 세라믹 분리막 제조기술에서 소재가 차지하는 비중

은 크지만 아직까지 국내에서 세라믹 분리막의 소재분야 국산화 기술개발은 활발하지 못하

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내구 · { l산한 · 이 성우

다．그러나 세라믹 분리막이 그동안의 꾸준한 물성개선과 성능향상을 통해 유기막이 갖는

단점을 대체하고 무기막 고유의 장점을 살려내면서 그 적용범위가 확대되고 있어 이의 국산 화 기술개발이 이루어진다면 그동안 외산막에 밀려 사업화가 지지부진 했던 국내외 막 시장

에 새로운 활력소가 되리라 기대된다．

본 연구는 정수처리 세라믹 분리막을 국산화 개발하여 이를 현장 파일럿 운전을 통한 엔지 니어링 데이터를 축적하고， 소재부문에서 1단계로 막 소재별 지지체의 특성을 조사하고자，

줄발원료의 조성，소성온도 등 제조 공정조건에 따른 기공특성 등의 물성을 조사하였다．(l)

2. 실 험

출발원료로 적절한 입도크기별로 용융형 티타니아， 미분티타니아를 사용하여 세라믹 분리막 의 지지체를 제조하였다． 압출시에 사용되는 유기물로， 결합제는 MC를（MC4OH, S사） , 가 소제로는 PVA (D사） , 윤활제로는 미네랄오일（K사） 을 사용하였다． 압출은 피스톤형 압출기 를 사용하여 튜브형（p3o, 300mm) 지지체를 압출하여 IOOmm 길이로 가공하여 소성을 실시하였다． 미분 티타니아의 첨가유무가 지지체의 소결성에 미치는 영향을 확인하기 위하 여 미분 티타니아가 첨가되지 않은 지지체 1과 미분 티타니아가 10% 첨가된 지지체 2를 제조하였다． 소성은 전기로를 이용하여 125O0C, 1300OC, 1410。 C 온도에서 각각 4시간 소 성 후 물성을 측정하였다． 소성한 지지체의 기공율은 아르키메데스법을 이용하여 측정하였 고 기공크기는 수은압입법을 이용하였다． 내화학성 평가는 우선 6N 알칼리 시험 용액에 대

해서만 실시하였으며 시험조건은 KS규격에준해 실시하였다 （2).

3. 결과 및 토론

출발원료로 조대분의 용융형 티타니아를 사용하여 기공률과 수축률을 조사하였다． 이때 미 분티타니아는 압출성과 소결성 보완을 목적으로 일부 첨가하여 소성시 제품의 물성변화를 확인하였다，사용한 출발원료 2종의 입도를 Fig.1에나타내었다． 압출품에 대한 소성온도 는 12500C, 1300。C, 14lOOC에서수행하였다．소성수축율은 소성온도가 증가함에 따라 증

가하는 것으로 나타났다． 용융형 원료를 사용함으로써 지지 체 제조시 발생되는 소성수축률 을 10% 이내로 제어할 수 있었으며， 첨가제로 미분 티타니아를 사용한 제품의 경우 미분

티타니아를 첨가하지 않은 지지체 l에비하여 모든 온도에서 수축률이 증가하고 기공률이

감소하는 경 향을 나타내 었다． 지지 체 1 과 2의 소성온도별 물성 을 Fig. 2에 나타내 었다．

Fig. 3은 1300, 14lOOC에서 소성한 지지체의 SEM 사진이다． 미분 티타니아의 첨가 유무

에 관계없이 13000C에서소성이 진행된 지지체의 경우에는 소성품에서 입자들의 Necking

이 보이지 않지만 1410。 C 소성 지지체의 경우에는 모두 Necking이 발생함을 확인할 수 있 었다． 소성품의 소성온도별 기공분포도를 Fig. 4에 나타내었다． 소성품의 기공크기와 기공

분포를 분석한 결과 미분 티타니아가 첨가되지 않은 지지체의 경우에는 소성온도 변화에 따 른 평균 기공크기의 변화가 없는 것으로 나타났으나 미분 티타니아를 10% 첨가한 지지체 의 경우에는 소성온도가 증가하면서 기공크기가 증가하는 경향을 나타내었다．이러한 현상 은 미분 티타니아가 첨가되지 않은 지지체의 경우，소성 증 입자성장이 없이 Necking 현상

이 일어났고 미분 티타니아를 첨가한 지지체의 경우에는 입장성장과 함께 Necking이 동시

에 일어났기 때문으로 판단된다．강도변화 데이터를 Fig.5에나타내었다． 시험소성품의 내 알카리성 평가는 KS규격（KSL 1607）에 준해 실시 （NaOH6N 수용액，24시간비등시험）하 였으며 만능재료시험기를 통해 내알칼리 전후의 강도변화를 비교하였다． 시험결과 130OOC

응용화학，제13권제2 호．2009

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1. . 1

정수용세라믹분리막의국산화기술개발 l ₂₇₉

소성품에서는 강도저하가 약 10％ 정도 발생하고， 1410℃ 소성품에서는 알칼리 시험 후 강 도 저하가 약 2％대로 크게 감소되는 결과를 보였다．

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입자크기．·야

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입자크가岫】

(a) (b)

Fig.1. Particlesize distributionof Startingmaterials :(a) Fused titania,(b)Fine titania

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Fig. 2. Porosity and shrinkage of porous supports as a functionof firingtemperature.

a) ^b녹

(c) (d)

Fig.3.SEM micrographof firedporous supports:(a)supportl(1300℃）, (b)supPortl(1410℃）, (c)support2(13OO℃）,(d)supportZ(1410℃）,

AppliedCherlllstry,Vol.13,N0.2,2009

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280 강태구·김신한·이성우

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Fig. 4. Pore size distributionof firedporous supports.

(a)supportl (1300, (b)support2.

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Fig.5.Strengthchange aftercorrosioninNaOH solution.

4. 결 론

출발원료 14．盼m 입자크기를 갖는 티타니아 소재를 압출성형 하여 1410℃에서 소성함으로

서 기공률 40% , 기공크기 3. 7〃 l끄 정도의 기공특성과 내알칼리성 시험 전후 강도 변화율이

3％이내인 세라믹 분리막 지지체를 제조할 수 있었다．

감사의 글

이 연구는 차세대핵심환경기술개발사업의 연구지원으로 수행되었기에 이에 감사드립니다．

참 고 문 헌

1.Yong Hong Wang, Xing Qin Liu,Yao Meng, "Preparationand Propertiesof Supported 100% TitaniaCeramic Membranes ", MateriaisResearch Bulletin43 (2008)

2.KS L 1607:2008,”파인세라믹스의 산 및 알칼리 부식 시험방법”

웅용화학，제13권제2호．2009