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ISSN : 1226-0088(Print)
ISSN : 2288-7253(Online)

Membrane Journal Vol.31 No.6 pp.434-442
DOI : https://doi.org/10.14579/MEMBRANE_JOURNAL.2021.31.6.434

Preparation and Anti-fouling Properties of PVDF Mixed Matrix Asymmetric Membranes Impregnated with β-cyclodextrin

Sung Ju Shin^*, Jong Sung Lee^**, Jeong Gil Lee^**, Kyung Ho Youm^*†

^*Department of Engineering Chemistry, Chungbuk National University, Cheongju 28644, Korea
^**Institute of Technology, Bonjwaters Co., Boeun 28923, Korea

^†Corresponding author(e-mail: khyoum@cbnu.ac.kr; http://orcid.org/0000-0002-1724-543X)

Received December 19, 2021 ; Review December 26, 2021 ; Accepted December 26, 2021

Abstract

Poly(vinylidene fluoride) (PVDF) membrane has a good membrane durability because of its high mechanical resistance, thermal and chemical stability. However, the strong hydrophobic property of PVDF membrane can induce a low water permeability and easy fouling by proteins and organic matters. In order to improve the anti-fouling properties of PVDF membrane, the PVDF mixed matrix asymmetric membranes impregnated with biofunctional material β-cyclodextrin (β-CD) in the membrane structure were prepared by phase inversion method. The membrane filtration experiments of pure water and BSA solution were performed using the PVDF/β-CD mixed matrix asymmetric membranes prepared according to the β-CD contents. The experiments showed that the introduction of β-CD into the PVDF polymer matrix contributed to increase in the hydrophilic property of the PVDF membranes, and this led to the reduction of contact angles and improvement of anti-fouling properties. The PVDF/β-CD membrane which was prepared using the dope solution with a 2 wt% β -CD content represented 64 L/m2⋅h of pure water flux, 95% of BSA rejection and maximum 80% of flux enhancements compared to flux results of the pristine PVDF membrane.

Key Words : β-cyclodextrin (β-CD) , mixed matrix membrane , PVDF , anti-fouling

β-사이클로덱스트린을 함침시킨 PVDF 혼합기질 비대칭막의 제조와 내오염성 평가

신 성 주^*, 이 종 성^**, 이 정 길^**, 염 경 호^*†

^*충북대학교 공과대학 공업화학과
^**본제이워터스(주) 기술연구소

초록

Poly(vinylidene fluoride) (PVDF) 막은 내구성 및 열적⋅화학적 안정성 등의 물성은 우수하나 소수성이 커서 수 투과도가 낮고 단백질 및 유기물에 의한 막오염이 쉽게 발생한다. 본 연구에서는 PVDF 막의 내오염성을 개선시키고자 바이 오 기능성 물질인 β-cyclodextrin (β-CD)을 PVDF 막 구조 내에 분산 함침시킨 PVDF/β-CD 혼합기질 비대칭막을 상변환 법을 통해 제조하고, β-CD 함침량에 따른 순수 투과 유속(PWF) 측정과 BSA 용액을 대상으로 한 막여과 실험을 수행하여 내오염성 특성을 평가하였다. 이 결과 PVDF 고분자 매질 내에 β-CD를 함침시키면 막의 친수성을 증가시켜 접촉각을 감소 시키고 이로 인해 내오염성을 향상시킬 수 있었다. β-CD 함침량이 2 wt%인 도프용액을 사용하여 제조된 PVDF/β-CD 혼합 기질 비대칭막의 PWF는 64 L/m2⋅h, BSA 배제도는 95%를 나타내었으며, β-CD를 첨가하지 않고 제조된 pristine PVDF 막 에 비해 투과 유속 향상성이 최대 80%에 달해 β-CD를 첨가시킴으로서 PVDF 막의 내오염성을 증가시킬 수 있었다.

키워드 :

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Funding:

1. 서 론

막분리법에서 분리막은 가장 핵심이 되는 요소이다. 현재 상용으로 시판되고 있는 분리막 대부분은 용질 분 리 및 투과 특성 측면에서는 실제 적용에서 요구하는 조건을 어느 정도 만족시키고 있으나, 분리막의 수명을 좌우하는 내구성과 내용제성 등의 물리화학적 안정성 과 내오염성 측면에서는 개선해야 할 문제들이 많다. 예를 들어, 분리막 소재로서 친수성이 큰 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate) 고분자를 사용하면 내오 염성은 우수하나 내구성과 내용제성에 문제가 있으며, 반면 소수성이 큰 폴리술폰(polysulfone, PSf), 폴리에테 르술폰(polyethersulfone, PES) 및 폴리비닐리덴 플루오 라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF) 등의 고분자를 사용하면 물리화학적 안정성은 우수하나 막오염 발생 이 크게 일어난다[1,2]. 특히 막오염은 용질이 분리막 기공의 일부 또는 전체를 차단시켜 분리막이 갖는 본래 의 배제도를 변화시키고 투과 유속(플럭스)의 급속한 감소를 초래하므로 주기적인 막오염 제거를 위한 막 세 정이 필요하며, 분리막 기공이 폐색되면 막모듈을 교체 하여야 한다[3]. 분리막의 물리화학적 안정성을 유지하 면서 동시에 용질 분리성능과 투과 특성 및 내오염성 개선을 위해 막 소재 고분자 내에 마이크로 또는 나노 크기의 TiO₂, 실리카, 제올라이트, 산화그래핀(graphene oxide, GO), 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT), 금 속유기골격체(metal-organic framework, MOF) 등의 물 질을 함침 분산시킨 혼합기질막(mixed matrix membrane) 에 대한 연구가 이루어지고 있다[4-11].

β -사이클로텍스트린(β -cyclodextrin; β -CD)은 전분 을 효소 반응시켜 제조되는 바이오 기능성 물질로서 Fig. 1에 나타낸 것과 같이 α -D-글루코피라노스(α -Dglucopyranose) 단위체 7개가 왕관 형상으로 연결된 환 형 말토올리고당(cyclic maltooligosaccharide)으로서, β -CD의 외부는 친수성이고 내부는 소수성이며, 6~6.5 Å 크기의 공동(cavity) 구조를 갖고 있다[12]. β -CD를 구성하는 α -D-글루코피라노스 단위체의 C2, C3, C6에 존재하는 친수성인 1차와 2차 수산기(-OH)는 β -CD의 외부로 향해 있고, C3, C5에 존재하는 소수성인 수소와 에테르(ether) 형태의 산소는 내부로 향해 있기 때문에 β -CD의 외부는 친수성이고 내부는 소수성을 갖는다.

최근 β -CD의 화학적․구조적 특이성(외부가 친수성으 로 분리막의 내오염성 개선 및 내부 공동의 수투과 통 로 제공)을 분리막 제조에 활용하고자 하는 연구들이 시도되고 있다. 이에 대한 대표적인 연구로서 Adams 등[13,14]은 β -CD에 폴리우레탄(polyurethane, PU)을 결합시킨 β -CDPU를 PSf 고분자에 함침시킨 PSf/β -CDPU 혼합기질 NF막을 상변환법으로 제조하여 수투 과도 및 Cd²⁺와 글루코스(glucose)의 배제도를 향상시 켰다. 또한 Yu 등[15]은 PVDF 다공막 표면에 β -CD를 공유결합시켜 친수성과 내오염성을 향상시킨 PVDF/β -CD 분리막 제조, Wu 등[16]은 PSf 다공막 표면에 계 면중합을 통해 β -CD가 함침된 폴리에스터(polyester) 박막층을 형성시켜 내오염성을 개선한 β -CD/polyester NF 복합막 제조, He 등[17]은 PVDF 중공사막 표면에 β -CD가 함침된 폴리아미드(polyamide) 박막을 계면중 합법으로 형성시켜 내오염성을 개선하여 투과 유속 회 수율(flux recovery)을 96.7% 증가시킨 β -CD/polyamide NF 중공사 복합막 제조에 대해 연구하였다.

본 연구에서는 내구성 및 열적⋅화학적 안정성 등의 물성은 우수하나 소수성이 커서 수투과도가 낮고 막오 염이 쉽게 발생하는 PVDF 막의 내오염성을 향상시키 고자 바이오 기능성 물질인 β -CD를 PVDF 막 소재 전 체에 함침 분산시킨 PVDF/β -CD 혼합기질 비대칭막을 상변환법을 통해 제조하고, β -CD 함침량에 따른 순수 투과 유속 측정과 소혈청 알부민(bovine serum albumin, BSA) 용액을 대상으로 내오염성 특성을 평가하였 다. 문헌조사 결과 β -CD를 PVDF 막 소재 전체에 분 산 함침시킨 매우 단순한 제조법을 사용하여 PVDF/β -CD 혼합기질 비대칭막을 제조한 본 연구는 국내외적 으로 처음 수행되었다.

2. 실 험

2.1. 실험재료

분리막 제조를 위한 기본 소재로는 PVDF 고분자 (Solef-1015 powder, M_W = 530,000 g/mol, Solvay Co., France)를 사용하였으며, PVDF의 양용매로는 N,N-디 메틸아세트아미드(N,N-dimethylacetamid, DMAc, 99% purity, Samchun Chemical Co., Korea)를 사용하였다. PVDF 비대칭막 제조 시 기공 형성제로서 폴리비닐피 로리돈(Polyvinylpyrrolidone, PVP, K-30, Samchun Chemical Co., Korea)을 사용하였으며, 제조된 막의 내 오염성을 향상시키기 위해 PVDF 도프용액에 바이오 기능성 물질인 β -CD(98% purity, Sigma Aldrich Co., USA)를 분산 함침시켰다. β -CD를 함침시키지 않고 제 조된 pristine PVDF 비대칭막과 PVDF/β -CD 혼합기질 비대칭막의 내오염성 비교 평가를 위해 초순수와 pH 6.5인 universal buffer에 1 g/L의 농도로 용해시킨 BSA (98% purity, M_W = 68,000 g/mol, Sigma Aldrich Co., USA) 단백질 용액을 사용하였다.

2.2. 실험장치

β -CD를 함침시키지 않고 제조된 pristine PVDF 비 대칭막과 PVDF/β -CD 혼합기질 비대칭막의 투과 특성 과 내오염성 평가를 위한 막여과 실험은 Fig. 2에 나타낸 전량여과(dead-end filtration) 실험 장치에서 수행하였다. 실험 장치는 용액 저장조, 막모듈(Model XFUF04701, Solvent-resistant stirred cell 47 mm, 유효 막 면적 15.2 cm², Millipore Co., USA) 및 투과액 측정부(전자저울 과 PC)로 구성되어 있다. 압축 질소를 사용하여 용액 저장조에 막여과의 구동압력을 가하면 초순수 또는 농 도 1 g/L인 BSA 단백질 용액이 저장조로부터 막모듈 로 이송되면서 막여과가 이루어진다. 이때 막투과량은 전자저울(Model FX-3000, AND Co., Japan)로 측정하 여 일정 시간 간격으로 PC에 저장되며, 이 결과로부터 막투과 유속을 계산하였다.

2.3. 실험방법

2.3.1. PVDF/β -CD 혼합기질 비대칭막의 제조

PVDF/β -CD 혼합기질 비대칭막 제조를 위한 예비 실험 단계로서 먼저 β -CD를 함침 시키지 않은 PVDF 비대칭막 제조를 위한 최적 도프용액 조성을 결정하였 다. PVDF 비대칭막은 비용매유도 상변환(NIPS)법에 의해 제조하였다. 도프용액 조성은 Table 1에 나타낸 것과 같이 PVDF 농도를 12 wt%로 일정하게 유지시킨 상태에서 기공 형성제인 PVP 농도를 0~2 wt% 범위로 변화시켰다. 먼저 PVDF 고분자의 양용매인 DMAc에 Table 1에 나타낸 조성비로 PVDF 고분자와 기공 형성 제인 PVP를 넣고 500 rpm에서 24시간 동안 교반시킨 후 탈기(degasing)하여 도프용액을 준비한다. 도프용액 을 깨끗한 유리판 위에 필름 어플리케이터(Lab-Q A300 Series, CK Trading Co. Korea)를 사용하여 약 450 μm 두께로 캐스팅시킨 후 25°C를 유지하고 있는 비용매인 순수 내에 20분 동안 침지시켜 상변환을 통해 PVDF 비대칭막을 제조하였다.

PVDF/β -CD 혼합기질 비대칭막 제조를 위한 도프용 액은 위의 예비 실험 단계에서 결정된 PVDF 비대칭막 제조를 위한 최적 도프용액 조성(Table 1의 M1, 기공 형성제인 PVP를 첨가하지 않은 PVDF 12 wt% + DMAC 88 wt%의 조성)을 기준(control) 조건으로 하 여, Table 2에 나타낸 것과 같이 β -CD의 함침량을 0 (pristine), 0.5, 1, 1.5, 2, 3 wt%로 변화시켜 제조하였 다. NIPS법에 의한 PVDF/β -CD 혼합기질 비대칭막의 제조 과정을 Fig 3에 나타내었다. DMAc 용매에 β -CD 를 Table 2의 조성비로 첨가한 뒤 1,500 rpm에서 30분 간 교반시켜 용해시킨다. 다음으로 β -CD가 용해된 DMAc에 PVDF 고분자를 넣고 500 rpm에서 24시간 동안 교반시킨 후 탈기하여 도프용액을 준비한다. 도프 용액을 유리판 위에 약 450 μm 두께로 캐스팅시킨 후 25℃ 를 유지하고 있는 비용매인 순수 내에 20분 동안 침지시켜 상변환을 통해 PVDF/β -CD 혼합기질 비대칭 막 제조를 완성하였다. 이렇게 제조된 막의 두께는 약 400~420 μm이었다.

2.3.2. PVDF/β -CD 혼합기질 비대칭막의 특성 평가

1) 막 투과 특성(PWF) 및 내오염성 평가

Fig 2에 나타낸 전량여과 실험장치를 사용하여 PVDF/β -CD 혼합기질 비대칭막의 순수 투과 유속(pure water flux, PWF) 측정 실험과 BSA 단백질 용액을 대 상으로 한 막여과 실험을 수행하여 내오염성을 평가하 였다. PWF 측정 실험은 β -CD의 함침량(0~3 wt%) 변 화에 따라 제조된 PVDF/β -CD 혼합기질 비대칭막을 전량여과 막모듈에 장착한 후, 순수를 사용하여 2 bar 의 구동 압력 하에서 약 2시간 동안 막을 압밀화 (compaction)시켜 투과량이 일정한 상태에 도달한 후 구동 압력을 1 bar로 낮추어 1시간동안 30초 간격으로 순수의 투과액량을 측정하고 그 평균값을 PWF 결과로 사용하였다. 내오염성은 1 g/L 농도의 BSA 단백질 용 액에 대해 구동 압력 1 bar에서 1시간 동안 막여과 실 험을 수행하여 2분 간격으로 투과 유속의 감소 정도를 측정하여 평가하였다. 또한 1시간 동안의 막여과 후 투 과된 액의 BSA 농도를 측정하여 BSA 배제도(rejection = 1 - C_p/C_b )를 계산하였다. 여기서, C_b는 공급액의 BSA 농도이며, C_p 투과액의 BSA 농도이다. 공급액과 투과액의 BSA 농도는 280 nm의 파장에서 UV/Vis 분 광광도계(Model V-730, Jasco Co., Japan)를 사용하여 측정하였다.

2) 막 구조 특성 평가

β -CD를 함침시키지 않은 pristine PVDF 비대칭막과 PVDF/β -CD 혼합기질 비대칭막의 표면 및 단면 구조 를 전계방사형 주사전자현미경(FE-SEM, Model Ultra Plus, Carl Zeiss NTS Co., Germany)을 사용하여 측정 하였다. SEM 측정 시 막을 실온에서 건조시킨 후 액체 질소 하에서 순간적으로 냉각시켜 절단하여 금속 스터 브 위에 올려놓은 후 금(gold)을 진공 증착시켜 막의 표 면과 단면의 SEM 이미지를 관찰하였다. 또한 접촉각 측정기(Contact angle meter, Model P-300 Touch, SEO Co., Korea)를 사용하여 β -CD의 함침량(0~3 wt%) 변 화에 따라 제조된 PVDF/β -CD 혼합기질 비대칭막의 접촉각을 측정하였다. 접촉각은 막 표면에 5 μL의 순수 를 적가하여 액적을 형성시킨 후 5초 이내에 측정하였 으며, 동일한 막에 대해 5회 반복 측정하고 그 평균값 을 접촉각 결과로 사용하였다.

3. 결과 및 고찰

3.1. Pristine PVDF 비대칭막의 도프용액 조성

PVDF 농도가 12 wt%로 일정한 상태에서 β -CD는 함침 시키지 않고 기공 형성제인 PVP를 0~2 wt% 농도 범위로 달리한 도프용액을 사용하여 제조된 pristine PVDF 비대칭막을 대상으로 막여과 실험을 수행하고, 그 결과인 도프용액 조성에 따른 PWF와 BSA 배제도 변화를 Fig 4에 나타내었다. 이 결과 기공 형성제인 PVP 첨가량이 0 wt%에서 2 wt%로 증가할수록 PWF 는 25 l/m².h (LMH)에서 130 LMH까지 약 5.2배 증 가하였으나, 반면 BSA 배제도는 68%에서 5%로 급격 히 감소하였다. 이는 여러 연구자들이 보고[18~20]한 것과 같이 도프용액에 첨가된 PVP의 양이 증가할수록 PVDF 막에 형성된 기공의 크기와 다공도가 증가하기 때문이다. 이 예비 실험 결과를 통해 PVDF/β -CD 혼합 기질 비대칭막 제조를 위한 기준(control) 도프용액 조 성으로는 BSA 배제도가 68%로 가장 높은 경우인 PVP 기공 형성제가 첨가되지 않은 PVDF 12 wt% + DMAC 88 wt%를 선정하였다.

3.2. PVDF/β -CD 혼합기질 비대칭막의 투과 특성

위의 예비 실험을 통해 결정된 기준(control) 도프용액 조성인 PVDF 농도를 12 wt%로 유지시킨 상태에서 β -CD의 함침량을 0 (pristine), 0.5, 1, 1.5, 2, 3 wt%로 변 화시킨 도프용액을 사용하여 제조된 PVDF/β -CD 혼합 기질 비대칭막에 대한 PWF와 BSA 배제도를 측정하여 Fig 5에 나타내었다. 이 결과 β -CD의 함침량이 0 wt% 에서 2 wt%까지 증가함에 따라 PWF는 0 wt%일 때 26 LMH에서 2 wt%일 때 64 LMH로 약 2.5배 증가하였으 며, BSA 배제도는 65%에서 95%로 증가하였다. β -CD 의 함침량이 증가하면 PWF가 증가하는 이유는 PVDF 막 구조 내에 β -CD가 갖는 친수성 수산기(-OH)와 수투 과 통로로 작용하는 β -CD의 공동이 증가하였기 때문이 며, 또한 β -CD의 함침량 증가에 따라 BSA의 배제도가 증가하는 것은 수투과 통로인 β -CD의 공동이 BSA의 배제에 관여하기 때문으로 사료된다. 그러나 β -CD의 함 침량이 2 wt%에서 3 wt%로 증가하면 오히려 PWF와 BSA 배제도가 감소하였다. Reuvers와 Smolder[22]는 고분 자-양용매로 이루어진 도프용액에 무기염 및 친수성 유 기물을 첨가시키면 도프용액의 열역학적 안정성이 감 소하게 되어 상변환 과정에서 침강속도가 빨라져 보다 다공성이 큰 막이 형성되는 것으로 보고하였으며, 본 연구에서 PVDF-DMAc 도프용액에 β -CD을 2 wt% 이 상으로 함침시키면 오히려 도프용액의 열역학적 불안 정성 증가로 인해 보다 다공성이 큰 막이 형성되기 때 문에 PWF와 BSA 배제도가 감소한 것으로 고찰된다. 따라서 PVDF/β -CD 비대칭막 제조를 위한 β -CD의 적 정 함침량으로 2 wt%를 선정하였다.

3.3. PVDF/β -CD 혼합기질 비대칭막의 구조 특성

PVDF 농도를 12 wt%로 유지시킨 상태에서 β -CD의 함침량을 0 (pristine), 1, 2 wt%로 변화시킨 도프용액을 사용하여 제조된 PVDF/β -CD 혼합기질 비대칭막의 표 면 및 단면 SEM 사진을 Fig. 6과 Fig. 7에 나타내었다. 이 결과 β -CD의 함침량이 증가할수록 단면에 finger- like 구조의 거대 기공이 더 크게 형성되고 막 표면 의 치밀도가 감소하였다. 이는 PVDF-DMAc 도프용액 에 친수성 유기물인 β -CD의 첨가량이 증가하면 열역 학적 안정성이 감소하게 되어 침강속도가 빨라져 finger- like의 거대 기공이 잘 형성되어 막의 치밀도가 감 소하기 때문이다[22].

β -CD의 함침량에 따른 PVDF/β -CD 혼합기질 비대 칭막 표면의 접촉각 변화를 Fig. 8에 나타내었다. 이 결 과 β -CD를 첨가하지 않은 pristine PVDF 막의 접촉각 은 문헌 값[20]과 유사한 82°를 나타내어 매우 높은 소 수성 특성을 나타내었으나, β -CD의 함침량이 증가함에 따라 점차 감소하여 β -CD의 함침량이 2 wt%일 때는 55°로 감소하였다. 이는 β -CD의 함침량이 증가할수록 막 구조 내에 친수성 수산기(-OH)의 도입으로 막의 친 수성이 증가하였기 때문으로서 Fig. 9에 나타낸 pristine PVDF 막과 β -CD의 함침량이 2 wt%인 PVDF/β -CD 혼합기질 막의 FT-IR 측정 결과에서 확인할 수 있다. Fig. 9에서 보면 β -CD가 첨가되지 않은 pristine PVDF 막에서는 3,200~3,600 cm^-1 부근에서의 친수성의-OH의 피크가 거의 나타나지 않았지만, β -CD의 함침량이 2 wt%인 PVDF/β -CD 혼합기질 막에서는 –OH의 피크가 크게 나타났다.

3.4. PVDF/β -CD 혼합기질 비대칭막의 내오염성

Pristine PVDF 막과 β -CD의 함침량이 2 wt%인 PVDF/β -CD 혼합기질 막을 대상으로 BSA 용액에 대 한 막여과 실험을 수행하고, 60분 동안의 막투과 유속 (flux) 변화를 Fig. 10에 나타내었으며, 각 조작시간에서 Pristine PVDF 막의 투과 유속 값에 대한 PVDF/β -CD 혼합기질 막의 투과 유속 값의 비인 투과 유속 향상성 (flux enhancement)를 Fig. 11에 나타내었다. 이 결과 β -CD의 함침량이 2 wt%인 PVDF/β -CD 혼합기질 막의 투과 유속 향상성은 조작 초기 10%에서 60분 후에는 약 80%에 이르렀으며, 이는 β -CD의 함침으로 인해 BSA에 의한 막오염이 감소하였기 때문이다.

4. 결 론

Poly(vinylidene fluoride) (PVDF) 막의 낮은 수투과 도와 내오염성을 향상시키기 위해 바이오 기능성 물질 인 β -cyclodextrin (β -CD)을 PVDF 막 구조 내에 분산 함침시킨 PVDF/β -CD 혼합기질 비대칭막을 상변환법 으로 제조하고, β -CD 함침량에 따른 순수 투과 유속 (PWF) 측정과 BSA 용액을 대상으로 한 막여과 실험을 수행하여 다음의 결론을 얻었다.

1) PVDF-DMAc 도프용액에 β -CD를 첨가시키면 수 산기(-OH) 도입으로 인해 막의 친수성을 증가시켜 β -CD를 첨가하지 않은 pristine PVDF 막의 접촉 각 82°가 β -CD의 함침량이 증가함에 따라 점차 감소하여 함침량이 2 wt%일 때 55°의 접촉각을 나타내었다.
2) PVDF-DMAc 도프용액에의 적정한 β -CD 함침량 은 2 wt%이었으며, 그 이상으로 β -CD를 첨가시 키면 오히려 도프용액의 열역학적 불안정성 증가 로 인해 보다 다공성이 큰 막이 형성되기 때문에 PWF와 BSA 배제도가 감소하였다.
3) β -CD 함침량이 2 wt%인 도프용액을 사용하여 제 조된 PVDF/β -CD 혼합기질 비대칭막의 PWF는 64 l/m².h (LMH), BSA 배제도는 95%를 나타내 었으며, β -CD를 첨가하지 않고 제조된 pristine PVDF 막에 비해 투과 유속 향상성이 최대 80%에 달해 β -CD를 첨가시킴으로서 PVDF 막의 내오염 성을 증가시킬 수 있었다.

감 사

본 논문은 2020년도 교육부와 한국연구재단의 재원 으로 지원을 받아 수행된 사회맞춤형 산학협력 선도대 학(LINC+) 육성사업의 연구결과입니다.

Figures

Fig. 1.

Structures of the β-cyclodextrin.

Fig. 2.

Experimental system for the dead-end membrane filtration.

Fig. 3.

Phase separation process for the preparation of PVDF/β -CD mixed matrix asymmetric membrane.

Fig. 4.

Pure water flux and BSA rejection of pristine PVDF asymmetric membranes prepared with different PVP contents in dope solution (ΔP = 1 bar, BSA conc. = 1 g/L).

Fig. 5.

Pure water flux and BSA rejection of PVDF/β-CD asymmetric membranes prepared with different β-CD contents in dope solution (ΔP = 1 bar, BSA conc. = 1 g/L).

Fig. 6.

SEM photographs for the surface of PVDF/β-CD asymmetric membranes prepared with different β-CD contents. (A) U1, (B) U3 and (C) U5 are sample # in Table 2 (scale bar = 2 μm)

Fig. 7.

SEM photographs for the cross-section of PVDF/β -CD asymmetric membranes prepared with different β-CD contents. (A) U1, (B) U3 and (C) U5 are sample # in Table 2 (scale bar = 20 μm)

Fig. 8.

Contact angle of PVDF/β-CD asymmetric membranes prepared with different β-CD contents in dope solution.

Fig. 9.

FT-IR spectra of (A) pristine PVDF membrane and (B) PVDF/β-CD membrane prepared with 2 wt% β-CD content.

Fig. 10.

Flux results of pristine PVDF membrane (U1) and PVDF/β-CD membrane (U5) prepared with 2 wt% β-CD content. U1 and U5 are sample # in Table 2 (ΔP = 1 bar, BSA conc. = 1 g/L)

Fig. 11.

Flux enhancements of PVDF/β-CD membrane prepared with 2 wt% β-CD content comparing to flux results of the pristine PVDF membrane. (ΔP = 1 bar, BSA conc. = 1 g/L)

Tables

Table 1.

Composition of Dope Solution for Preparation of Pristine PVDF Asymmetric Membrane with Different PVP Contents

Table 2.

Composition of Dope Solution for Preparation of PVDF/β -CD Mixed Matrix Asymmetric Membrane with Different β -CD Contents

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