통계기법과 비가압식 정삼투/압력지연삼투(FO/PRO) 실험을 통한 막 성능인자 평가 방법
- Alternative Title
- Methodology to evaluate forward osmosis/pressure retarded osmosis membrane characteristics by lab-scale experiments and a statistical approach
- Abstract
- The characteristic parameters of forward osmosis (FO) membranes and pressure retarded osmosis (PRO) membranes (water permeability, solute permeability and the resistance to salt diffusion within the support layer) were estimated by a single FO and PRO test respectively in order to avoid the pressurized reverse osmosis (RO) test, which may damage the tested membrane or misread the membrane characteristics. The typical FO membrane filtration test measures water flux and reverse solute flux in the active layer facing feed solution (AL-FS) mode experiment using deionized water as feed and sodium chloride as draw solute. The single PRO test measures water and reverse solute flux in the active layer facing draw solution (AL-DS) mode experiment as functions of the hydraulic pressure in the draw solution (DS) using sodium chloride solutions as feed and draw solutions. The simple statistical approach finds the most appropriate membrane characteristic parameters of the tested FO and PRO membrane to predict the experimental and using both internal concentration polarization (ICP) and external concentration polarization (ECP) models. Verifications using various experimental results in this work and other literatures reveal that the new developed characterization method determines more reliable FO and PRO membrane parameters than the characterization method based on the pressurized RO experiment to predict the experimental water flux and solute flux.
- Issued Date
- 2017
- Awarded Date
- 2017. 2
- Type
- Dissertation
- Publisher
- 부경대학교 대학원
- Affiliation
- 부경대학교 대학원
- Department
- 대학원 토목공학과
- Advisor
- 김수한
- Table Of Contents
- 1. 서론 1
1.1. 연구 배경 1
1.2. 연구의 기본 가설 설정 2
1.3. 연구 내용 3
2. 문헌연구 4
2.1. 삼투압(osmotic pressure) 이론 4
2.2. 삼투압 응용 공정 5
2.3. 정삼투(forward osmosis; FO) 6
2.3.1. FO 공정 원리 7
2.3.2. FO membrane 8
2.4. 압력지연삼투(pressure retarded osmosis; PRO) 10
2.4.1. PRO 공정 원리 11
2.4.2. PRO membrane 12
2.4.3. 전력밀도 13
2.5. 막 성능인자 14
2.6. 농도분극현상(concentration polarization; CP) 15
2.7. 통계 이론 16
2.7.1. 평균(mean value) 16
2.7.2. 표준편차(standard deviation; STD) 17
2.7.2. 평균 제곱근 오차(root mean square error; RMSE) 19
3. 재료 및 방법 20
3.1. RO 실험 20
3.2. FO 실험 21
3.3. 기존의 막 성능인자 도출 방법 23
3.3.1. 수투과도 및 염투과도 23
3.3.2. 염 확산 저항성(FO system의 농도분극모델) 25
3.4. 실험 데이터 수집 28
3.5. PRO system의 농도분극모델 29
3.6. FO막의 성능인자 결정 방법 33
3.7. PRO막의 성능인자 결정 방법 34
3.8. 막 성능인자 신뢰도 분석 방법 36
4. 연구 결과 37
4.1. FO막 성능인자 37
4.1.1. FO막 성능인자의 결정 37
4.1.2. FO막 성능인자를 이용한 실험값 예측 39
4.1.3. 문헌 데이터를 활용한 FO막 성능인자의 추가 분석 44
4.1.4. FO막 성능인자의 신뢰도 분석 47
4.2. PRO막 성능인자 49
4.2.1 PRO막 성능인자의 결정 49
4.2.2 PRO막 성능인자를 이용한 실험값 예측 50
4.2.3 PRO막 성능인자를 신뢰도 분석 53
5. 결론 58
5.1 연구 결과 요약 및 결론 58
5.2 향후 연구 방향 제안 59
참고문헌 61
감사의글 67
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