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contents_img  세라믹 멤브레인 (Ceramic Membrane)

 

 1. 세라믹 막이란?

  세라믹 멤브레인은 무기 막으로 고분자 막 또는 유무기복합 막보다 내열성, 내구성, 내화학성 등 성질이 우수하고 다른 막에 비해 에너지 소모가 적고 높은 분리 효율을 가지고 있으나, 균열없는 기공구조 제어가 어렵고 취성이 커 부서지기 쉽고 가격이 비싸다는 단점을 가지고 있다. 세라믹 막은 나노기공구조 제어를 정밀하게 제어하는 기술이 핵심이며 이로 인하여 MF / UF 막에 제한적으로 적용되고 있으며, NF(한외여과), RO(역삼투여과), 기체분리 공정에 사용되는 막의 경우, 미세구조 제어, 막의 표면특성 분석, 개질의 어려움 등의 여러 가지 기술적인 문제로 연구적인 단계에 머무르고 있는 실정이다

세라믹 막의 역사는 1940년대 미국의 Corning Glass Co. 에 의해 제조된 Vycor 타입의 다공성 유리와 미국정부에 의한 Mahatan Project에서 개발된 UO2 핵연료 제조를 위한 UF6 동위원소 기체분리용 분리막에 그 기원을 두고 있다. 1960년대 중반이후 Oak Ridge Lab.에서 액체분리용 세라믹막이 개발되어 1970년대의 세라믹막의 상업화에 기여를 하게 되었다. 이후 세라믹 막의 잠재적 응용성이 높이 평가되면서 이들에 대한 상업적인 활동과 연구개발이 활발히 이루어지기 시작한 것은 1980년대 이후의 일이다. 1980년대 이후의 세라믹막은 정밀여과 공정에 사용되기 시작했고, 그 동안 미국, 일본 및 유럽 등에서 막의 제조 및 응용기술에 대한 광범위한 연구가 진행되고 있으며 상업화의 선두에 서 있다.

 

 

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(여러형태의 세라믹 멤브레인)

 

2. 세라믹 막의 재질 및 구조

  세라믹 막의 소재로는 실리카, 알루미나, 티타니아, 지르코니아 및 제올라이트 등이 주로 연구되고 있다. 세라믹 막의 소재는 박막화에 의한 투과 속도 증대, 균열 없는 양질의 분리 층, 균일한 세공분포, 투과저항이 거의 없는 지지체, 내구성 및 화학적 내구성 등이 요구된다. 세라믹 막의 선택 투과 성능 구현을 위한 대표적인 나노 기공 구조제어 기법으로는 졸-겔법(Solgel), 기상 화학 증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD)이 있다.

 

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(탄화규소(Silicon Carbide) 세라믹 멤브레)

 

3. 세라믹 막의 적용분야

  세라믹 막은 상하수도 등 수처리분야 및 산 알카리의 회수, 식품․주류․주스 제조 등의 산업문야 등에서 사용되고 있으나 아직까지는 미미한 수준이다. 수처리용으로 일본에서는 2004년에 약 39,900㎥/d 규모의 정수장에 적용한 바 있으며, 우리나라의 경우에는 한국수자원공사 연초정수장에 약 30,000㎥/d 규모로 건설되고 있다.(2012년 준공 예정)

 

4. 향후 전망 

  세라믹 막은 내열성, 내구성, 산․염기 등 화학적 안정성, 고온 적용성, 고 투과율 등 많은 장점을 가지고 있으나, 비싼 멤브레인 가격으로 인한 초기 투자비 증가는 세라믹 막 대중화에는 많은 시간이 예상된다. 또한 나노 기공 구조제어의 한계로 인하여 MF/UF 막에 적용범위가 제한적일 것으로 여겨진다. 반면, 고온 고압조건에서 혹은 화학적 내성이 요구되는 조건에서의 막의 이용에는 확대가 기대된다.

   또한, 세라믹 막의 대중화를 위해서는 가격적인 면에서 다른 소재 막과 대비하여 현실성이 있어야 하며, 나노 기공제어가 가능하여 MF ~ RO 막까지 적용이 가능하여야 할 것이다. 또한, 막의 소재 개발, 부품 개발 및 엔지니어링 기술이 분야별로 유기적으로 연계될 수 있도록 많은 연구 개발이 이뤄져야 할 것이다.  

 

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