[미국] 듀폰, 연구 통해 새로운 RO 막 효율성 확인
연구원들, "여과막 밀도가 깨끗한 물 생산에 영향 미쳐"

듀폰 워터 솔루션(DuPont Water Solutions)의 기금을 통해, 연구원들은 최근 원자 규모에서도 물 여과막의 밀도가 RO 막으로 얼마나 깨끗한 물을 생산할 수 있는지에 큰 영향을 미칠 수 있다는 것을 발견했다. 이 연구는 밀도를 정밀하게 제어하면 멤브레인 효율을 30-40%까지 높일 수 있어 적은 에너지로 더 많은 물을 걸러낼 수 있으며, 잠재적으로 정수 및 담수화 과정을 지속 가능하고 생산적이며 저렴하게 할 수 있다는 것을 입증했다.

미국 국립과학재단과 함께 역삼투와 담수화막 제조의 선두주자인 듀폰 워터솔루션이 연구를 시작, 후원하고 있다.

기존의 지식은 더 큰 막 두께가 막을 통해 흐르는 물의 양을 줄인다는 것을 시사하는 반면, 듀폰 연구원들은 더 두꺼운 막이 더 잘 투과될 수 있다는 것을 발견했다. 듀폰은 적은 에너지를 사용하면서 깨끗한 물의 생산을 증가시키는 세포막의 능력을 향상시킬 수 있는 레버를 더 잘 이해하기 위해 연구를 시작했다.

듀폰 워터솔루션 외에도 펜스테이트, 오스틴 텍사스대, 아이오와주립대, 다우케미컬컴퍼니 등의 연구원들이 연구에 참여했으며, 최근 사이언스 1월 1일자에 물의 여과막 밀도가 미치는 영향에 대한 주요 연구결과를 발표했다. 이 기사는 또한 이 이슈의 표지로 부각되었다.

연구원들은 두께가 고밀도 나노스케일 영역, 즉 "데드존"을 피하는 것만큼 중요하지 않다는 것을 발견했다. 연구원들은 담수화 막이 밀도와 질량 분포에서 일관되지 않아 성능을 저해할 수 있다는 것을 알아냈다. 나노스케일에서의 균질화 밀도는 이전에 확인되지 않은 중요한 열쇠로 이 세포막들이 훨씬 적은 에너지를 사용하면서 얼마나 많은 깨끗한 물을 만들 수 있는지를 증가시킨다.

담수화막(Desalination membranes)은 소금과 다른 화학물질을 물에서 제거하는데, 이는 사회의 건강에 중요한 과정이며, 농업, 에너지 생산, 음주를 위해 수십억 갤런의 물을 청소한다. RO 막은 한쪽의 염분이 있는 사료용액에 압력을 가해 작용한다. 물이 통과하는 동안 미네랄은 사료에 남아 있다. 비록 비막 담수화 과정보다 더 효율적이긴 하지만, 이 과정은 여전히 수처리 공장에서 많은 양의 에너지를 소모하며, 막의 효율을 개선하면 그 부담을 줄일 수 있다.

연구를 이끈 펜 스테이트의 엔리케 고메즈 화학재료공학 교수는 "나노급에서 막 자체의 밀도 분포를 어떻게 조절하느냐가 물 생산 성능에 매우 중요하다는 것을 발견했다"고 말했다. UT 오스틴의 토목, 건축 및 환경 공학부의 매니시 쿠마르 부교수가 이 작품을 공동 주도했다.

연구팀은 원자 규모의 정밀 영상촬영과 화학조성을 밝히는 기법을 결합한 멀티모달 전자현미경을 활용해 담수화막의 밀도와 질량이 일치하지 않음을 확인했다. 연구원들은 약 1나노미터의 공간 분해능으로 고분자 필름의 밀도 변화를 3차원으로 매핑했다. DNA 가닥의 지름의 절반도 되지 않습니다.

연구팀은 펜스테이트 소재 특성화 연구소에서 전자현미경을 이용해 나노 크기의 막 구조를 3D로 재구성했다. 그들은 폴리머 구조를 기반으로 물을 얼마나 효율적으로 청소할 수 있는지를 예측하기 위해 물이 이 막을 통과하는 경로를 모델링했다. 텍사스 고급 컴퓨팅 센터는 이러한 시뮬레이션을 시각화하는 데 도움을 주었다.

연구팀은 담수화 과정과 관련된 화학적 상호작용뿐만 아니라 막의 구조를 계속 연구하고 있다.

[출처 = Watertechonline(https://www.watertechonline.com/industry/article/14197117/dupont-study-reveals-new-ro-membrane-efficiencies) / 2021년 2월 9일]