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멤브레인의 적용

멤브레인 기술은 수처리, 담수화, 가스 분리 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다. 한국에서 가장 익숙한 것은 우리가 사용하는 정수기 필터가 대부분 멤브레인 필터로 구성되어 있다. 수처리에서 멤브레인은 여과, 역삼투 및 물에서 불순물을 제거하는 다른 공정에 사용된다. 멤브레인은 또한 신장 기능 장애 환자의 혈액에서 노폐물을 제거하는 데 사용되는 투석과 같은 혼합물의 다른 구성 요소를 분리하는 데 사용될 수 있다.

멤브레인은 또한 식품 산업에서 식품을 농축하거나 명확하게 하기 위해 사용되는 초여과 및 미세여과와 같은 공정에 사용된다. 멤브레인 기술은 정제 및 분리 공정을 위해 제약 산업에서도 사용된다.

산업에서의 응용 외에도, 막은 의학 연구와 임상 실습에서 중요한 역할을 한다. 예를 들어, 인공막은 인공 신장과 같은 인공 장기의 발달에 사용된다. 멤브레인 기술은 약물 전달 시스템에서도 사용되며, 시간이 지남에 따라 약물의 방출을 제어하는 데 사용된다.

멤브레인 필터(membrane filter)는 입자와 분자를 유체로부터 크기와 모양에 따라 분리하는 다공성 물질이다. 막은 전형적으로 폴리아미드, 폴리설폰 또는 폴리에테르설폰과 같은 고분자 물질로 이루어져 있으며, 나노미터에서 마이크로미터 사이의 기공 크기를 갖는다. 기공의 크기는 막을 통과할 수 있는 입자의 크기를 결정하며, 더 작은 기공은 더 작은 입자만 통과할 수 있게 한다.

멤브레인 필터는 일반적으로 수처리, 의약품, 생명공학, 식음료, 환경 모니터링과 같은 다양한 응용 분야에서 사용된다. 그것들은 액체나 기체에서 입자, 박테리아, 바이러스를 제거하고, 다른 크기의 분자를 분리하고, 용액을 농축하거나 정화하는 데 사용된다.

멤브레인 여과는 식수에서 세균, 바이러스, 원생동물 등 유해한 오염물질을 제거하는 데 효과적이기 때문에 수처리에 인기가 높은 방법이다. 이 과정은 오염 물질을 가두고 깨끗한 물이 통과할 수 있도록 하는 막 필터를 통해 물을 통과시키는 것을 포함한다. 막 여과는 또한 음식과 음료 산업에서 와인, 맥주, 주스와 같은 액체로부터 박테리아와 효모와 같은 미생물을 제거하기 위해 사용된다.

막 필터는 기공 크기와 사용하는 분리 메커니즘의 유형에 따라 분류된다. 멤브레인 필터의 가장 일반적인 유형은 다음과 같습니다

미세 여과(MF)

MF 막은 0.1 ~ 10µm의 기공 크기를 가지며 유체에서 입자와 미생물을 제거하는 데 사용됩니다. 일반적으로 수처리, 식품 및 음료 가공, 제약 산업에 사용된다.

초여과 (UF)

UF 막은 0.001에서 0.1µm 사이의 기공 크기를 가지며 단백질, 바이러스, 콜로이드와 같은 더 큰 분자를 액체에서 제거하는 데 사용됩니다. 유청 단백질을 우유에서 분리하기 위해 유제품 산업에서, 단백질을 정제하기 위해 제약 산업에서 일반적으로 사용된다.

나노 여과(NF)

NF 막은 0.001 ~ 0.01µm의 기공 크기를 가지며 유체에서 다가 이온과 작은 유기 분자를 제거하는 데 사용됩니다. 칼슘과 마그네슘과 같은 경도 이온을 제거하기 위해 수처리에 일반적으로 사용된다.

역삼투압(RO)

RO 막은 0.0001 ~ 0.001µm 범위의 기공 크기를 가지며 액체에서 용해된 고형물과 염류를 제거하는 데 사용됩니다. 그것들은 해수로부터 신선한 물을 생산하기 위해 담수화 공장에서 일반적으로 사용된다.

멤브레인 필터는 위상 반전, 스트레치 및 트랙 에칭을 포함한 다양한 방법을 사용하여 제조될 수 있다. 상 반전은 가장 일반적으로 사용되는 방법이며, 폴리머 용액을 기판 위에 캐스팅한 후 응고 수조에 담그는 것을 포함한다. 응고 욕조는 고분자 용액을 상분리시켜 다공막을 형성한다. 스트레칭은 고분자 필름을 두 방향으로 당기는 것으로, 기공이 길어지고 작아지게 한다. 트랙 에칭은 고분자 필름에 고에너지 입자를 조사한 다음 조사된 부분을 화학적으로 에칭하여 다공성 막을 남기는 것을 포함한다.

막 필터의 성능은 막 재료, 기공 크기, 표면적 등 다양한 요인에 따라 달라진다. 막 재료의 선택은 여과되는 유체의 용도와 특성에 따라 달라진다. 예를 들어, 수용액으로는 친수성 막이 바람직하며, 유기 용매로는 소수성 막이 바람직하다. 막의 기공 크기는 분리되어야 하는 입자 또는 분자의 크기에 따라 선택되어야 한다.