분리정제 membrane (결과)

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분리정제 membrane (결과)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험목적
2. 이론
3. 실험과정
4. 실험결과 및 과제
5. 토의 및 결론
6. 참고문헌

본문내용

하였다. 이때 산소의 농도를 증가하는 것을 알수있다. 하지만 산소의 농도는 실제 산소를 분리하였을 때나 대기중의 산소보다 매우 낮은 결과임을 알수 있다. 산소의 농도가 증가는 기체의 유량을 증가시킬수록 증가하였다. 즉 기체의 유량이 증가하면서 질소의 분리가 잘 이루어 지지 않아서 산소의 농도가 증가하였다는 말이다. 산소와 질소의 막분리에서 사용된 막은 같은 막이다. 따라서 어떤 특정한 물질과의 상호인력이 클것이다. 즉 이 실험에서는 산소보다 질소와의 인력이 더 큰 막일 것이다. 산소와의 인력은 작으므로 산소를 분리하였을 때는 유량을 증가하여도 산소와의 인력이 작아서 막으로 산소를 잘 통과시켜서 산소의 유량이 증가한 것이고 질소의 경우에는 막과의 인력이 커서 유량을 증가시켰을때 인력이 작은 산소를 통과시키고 인력이 큰 질소를 막을 쉽게 통과하지 못해서 산소의 농도가 증가하였을 것이다. 따라서 질소를 더 효율적으로 분리하기 위해서는 막을 질소와의 인력이 낮은 막으로 교체하거나 유량을 낮은 상태로 분리를 하여야 한다. 하지만 실험을 할때에 산소는 0.1, 0.15, 0.2L/MIN의 유량으로 흘려주었으나, 질소는 1, 2, 3L/MIN으로 흘려주었다. 더 낮은 유량으로 흘려준 산소와 비교하였을 때 질소는 매우 낮은 산소양을 포함하고 있음을 알 수 있다. 따라서 분리가 크게 잘 이루어지지 않았다고는 하기 어렵다.
액체막 실험을 할 때에는 증류수에 담겨있던 막을 직접 반응기 크기에 맞게 잘라서 사용하였다. 막을 자를 때에 반응기의 크기보다 크면 반응기 속에 딱 맞게 들어가지 않아서 반응기의 뚜껑을 정확하게 닫을 수가 없어서 증류수가 셀 수도 있다. 반대로 막을 작게 자르면 반응기 속에서 막을 통과하지 않고 옆으로 세는 이온들이 있을 수 있기 때문에 주의해야 했다. 처음에 액체막 장치를 먼저 세척해주었다. 왜냐하면 이전에 사용하였을 때 남아있는 이온이 있을 수 있기 때문이다. 증류수를 펌프에 넣고 한번 막분리를 해주었다. 이때는 막을 넣지 않은 상태로 해주었다. 세척한 후에도 이온은 남아있을 수 있지만 그 오차는 무시하기로 했다. 막을 넣고 너트를 조여주었다. 이때는 뚜껑을 꼭 맞춰서 잘 조여주어야한다. 느슨하게 조여주면 옆으로 반응물들이 세어나오기 때문이다. 하지만 너무 세게 조여주면 압력이 걸려 분리가 느려질 수 있다. 실험을 위해서 시약을 만들어야 했는데 NaCl 시약은 NaCl 가루시약속에 포함된 이물질이 없었기 때문에 그대로 1g을 1L의 증류수속에 넣었다. 하지만 MgSO4시약은 물이 포함된 7수화물이였다. 따라서 오차를 줄이기 위해 계산이 필요했다. MgSO4. 7의 분자량은 246.5이고 7의 분자량이 126이므로 전체 분자량의 약50%를 차지했다. 따라서 MgSO4. 7을 1g이 아닌 2g을 넣어주어야 MgSO4가 1g이 들어가게 된다. 펌프에 넣기 충분한 양을 만들기 위해서 2L씩을 만들어서 실험하였다. 처음에 만들어놓은 1000ppm시약을 전도도측정기를 이용해서 전도도를 측정하였다. 또한 2배씩 희석하여 500ppm, 250ppm의 전도도를 측정하여 Standard를 찍었다. 0ppm은 증류수의 전도도를 이용하였다. 그후 반응기를 이용하여 각 시료를 막분리 하였다. 막분리된 시약을 받아 다시 전도도를 측정하고 Standard를 이용하여 만들 검량선을 이용하여 막분리된 시약의 농도를 계산할 수 있었다. 이때 NaCl의 농도가 412ppm이고 MgSO4.의 농도가 747ppm으로 NaCl의 농도가 더 낮았다. 즉 막과의 상호인력이 NaCl이 더 높은 것이다. 따라서 막을 잘 통과하지 못한 NaCl이 막에 남고 소량 통과한 양이 전도도로 나타난것이다. 그러나 액체막에서는 사용한 막의 기공에 크기에 따라 막분리 효율이 달라졌을 것이다. 이 실험에서 사용하기로 되었던 막은 NF와 RO였다. NF는 Nanofiltration은 RO와 UF의 처리범위의 중간범위인 Molecular weight가 수백에서 수천인 용매를 처리할 수 있다. 분획범위는 분자의 지름이 약 10A, 즉 1namometer에 상응한다. RO는 역삼투막은 지지층(두께50㎛)과 분리기능을 가지는 활성층(두께0.2㎛) 으로 구성되어 있으며 역삼투 현상을 이용하여 용매와 용질을 분리하는 막이다. 즉, RO가 NF보다 더 큰 용질을 분리하는데 이용된다. NaCl과 MgSO4의 이온의 크기를 비교해보면 어떤 막을 사용했는지 알 수 있을 것이다. 의 반지름은 0.095nm이고 의 반지름은 0.181nm이다. 또한 의 반지름은 0.065nm이고 의 반지름은 S의 반지름이 0.104nm, O의 반지름이 0.066nm이므로 다른 이온보다 훨씬 더 큰 것이라고 생각이 되어진다. 각 이온의 크기로 보면 의 크기가 가장 작지만 가 매우크므로 작은 막을 사용하면 가 통과하지 못해서 최소한 반이상의 효율이 나와야 한다. 그러나 실험결과 그렇치 않으므로 까지 모두 통과 가능한 기공이 큰 RO막일 가능성이 크다. 즉, 두 물질의 막분리효율의 차이는 기공의 크기가 아니라 막과의 친화도에 의한 결과이다. 만약 의 크기가 작았다면 NF막을 이용하여 와 는 잘 통과하지 못하게 하고 와 만을 통과시켜서 NaCl의 효율을 높게, MgSO4.의 효율을 낮게 할수도 있었을 것이다. NaCl은 효율이 이고, MgSO4.는 효율이 이다.
따라서 이 실험의 결론은 기체분리에서는 산소와의 친화도가 높은 막을 사용하여 산소분리가 질소분리보다 효율이 높았으며, 질소의 경우 유량이 증가할수록 산소농도가 증가하여 분리가 잘 되지 않았지만 산소의 경우 유량이 증가해도 산소의 농도는 증가하였으나 효율은 떨어짐을 알 수 있다. 액체분리에서는 RO막이며 NaCl과의 친화도가 높은 막을 사용하여 NaCl 의 분리효율58.8%이며, MgSO4.의 분리효율25.3%로 보다 더 높았음을 알 수 있다.
6. 참고문헌
막분리공학/지은상/도서출판 태양사/1990.7.15/3, 4, 57, 376~393
화학이 만드는 놀라운 기능재료/전파과학사/1994.6.15/손영일/98~105
막분리(기초)/한국막학회/자유아카데미/1996.11.1/1~11, 30~40, 291~345

키워드

분리정제,   막의 역사,   막분리