실리콘계 고분자막을 이용한 휘발성 유기화합물 분리에 관한 연구 백귀찬·김용욱·권창오·경희대학교 산학협력기술연구원·김천대학 환경관리과 A Study on the Separation of Volatile Organic Compounds using Silicone Polymeric Membrane by Pervaporation Gwi-Chan Paik·Yong-Wook Kim·Chang-Oh Kweon* Industrial Liaison Research Institute, Kyung Hee University, Suwon, 449-701, Korea *Department of Environment Management, Kim Cheon College, Kimcheon, 740-704, Korea In order to improve flux and durability of poly(1-trimethylsilyl-1-propyne) dense polymer membrane, poly(1-trimethylsilyl-1-propyne)-polyetherimide asymmetric composite membrane with polyetherimide support was prepared by phase inversion process and dip coating. poly(1-trimethylsilyl-1-propyne) dense polymer membrane was also made from solvent evaporation method. These membranes were evaluated in terms of the removal of volatile organic compounds such as perchloroethylene, trichloroethylene, chloroform, 1,1,1-trichloroethane from wastewater by pervaporation. The flux and selectivity of poly(1-trimethylsilyl-1-propyne) dense polymer membrane was in the range of 342.3 to 685.1 g/m2h and 139.4 to 1822.3, respectively. And pervaporation property of poly(1-trimethylsilyl-1-propyne)-polyetherimide asymmetric composite membrane was in the range of 475.8 to 890.4 g/m2h and 138.7 to 1819.8, respectively. Asymmetric composite membrane has remarkably greater flux than dense polymer membrane. However, the physical properties of dense membrane and composite membrane were not changed. Poly(1-trimethylsilyl-1-propyne) -polyetherimide asymmetric composite membrane showed the best performances among the silicone polymeric membranes, and has better durability and mechanical strength than dense polymer membrane. Asymmetric composite membrane should be a useful candidate for the removal of volatile organic compounds dissolved in wastewater. Key Words : Asymmetric composite membrane, Volatile Organic Compounds, Pervaporation, 1. 서 론 Trichloroethylene(TCE), perchloroethylene(PCE), chloroform, 1,1,1-trichloroethane 및 1,1,2- trichloroethane 등과 같은 휘발성 유기염소계 탄화수소화합물(VOC, volatile halogenated organic hydrocarbon compound)들은 가격이 저렴하고 용해력 및 세정력이 우수하며 인화성이 없기 때문에 반도체 공업, 전자 공업, 정밀화학공업, 그리고 기계, 금속, 섬유산업 등에 용제로 널리 사용되어, 다량 배출되고 있으며 또한 발암성 물질 등인 것으로 알려져 있으나 사용 후 처리에 있어서 이들 VOC들을 완전히 제거하지 못하고 있는 실정이다. 이들 VOC들은 수 ppm의 농도만으로도 지구의 수질환경과 인류의 생명을 위협하므로 완벽한 처리기술이 하루 빨리 개발되어져야 한다. 현재 사용되는 휘발성 유기 염소계 화합물을 제거하는 공정 중에서, ozonation법은 유독한 산화제를 사용하므로 완전 산화되지 못한 반응생성물 및 산화제에 의한 2차 처리가 필요하여 바람직하지 않다. 또한 유독한 산화제를 사용하지 않은 방법으로는 air-stripping법, carbon-absorption 법 등이 있는데, air-stripping법의 경우에는 단지 액상의 오염물질을 기상으로 방출시키는 것이고 carbon-absorption법은 농축된 해로운 고체물질이 남아서 처리에 문제점이 남는다. Robeson와 Langsam1)은 poly(1-trimethylsilyl-1-propyne)(PTMSP)막을 사용하여 수중의 chloroform과 TCE를 제거하는 실험을 수행한 결과 PTMSP로 부터의 유기물제거는 활성탄 흡착보다 더 쉽게 진행된다고 보고한 바 있다. 따라서 기존의 휘발성 유기 염소계 화합물 제거 방법과 비교할 때 경제성과 후처리 면에서 막분리를 이용한 투과증발공정이 다른 분리공정에 비해 뛰어난 경쟁력을 갖고 있다. 투과증발에 관한 초기 연구내용은 오랜 기간동안 한외여과법이나 역삼투법 등의 막분리 공정에 비하여 실험실적인 영역을 벗어나지 못하였으나 1970년대 초의 석유파동을 계기로 하여 높은 분리효율, 적은 에너지 소비량 등 투과증발 공정의 갖는 독특한 특징2) 때문에 이에 대한 관심이 다시 고조되기 시작하여 최근 많은 연구가 진행되고 있다. 분리막 공정은 분리 구동력(separation driving force)에 따라 압력차 공정(pressure driven process)과 농도차 공정(concentration driven process)이 있으나 이중에서 농도차 공정은 기체분리(gas<