멤브레인의 특징과 원리에 대한 모든것을 알아봅시다!

RO (멤브레인)의 특징과 원리

RO (멤브레인) 또는 역침투막은 불순물이 포함 된 액체에서 물 분자만을 걸러 취할 수있는 특수한 성질을 가지는 막을 뜻합니다. RO (멤브레인) 기술은 간단한 것처럼 보이지만 복잡한 삼투압의 원리를 이용하고 있습니다. 그 구조와 특징이란 도대체 무엇인지 살펴볼까합니다.

 

RO (멤브레인)은 불순물이 포함 된 해수 등의 액체에 압력을 가하는 것으로, 역 침투 막 통해 물만을 분리 할 수있는 기술입니다. 지금도 해수 담수화과 음료의 농축 등 다양한 용도에 응용되는 기술은 있지만, 앞으로는 우주선잉나 지구 이외의 행성에서의 수분의 확보 · 활용 등 우주 개발 분야에서도 활용될 것으로 예상됩니다.

RO(멤브레인)란?!

RO 멤브레인은, Reverse Osmosis Membrane, 즉 역침투막입니다. 

멤브레인은 막이란 뜻이죠! 그 존재는 18 세기의 과학자들에게 이미 알려져 있었지만, 오랫동안 중요시되지 않았고, 처음 상용화에 성공한 것은 20 세기 중반이었습니다. 당초의 개발 계획은 식용 물 부족 해소를위한 해수의 담수화를 목표로 한 것이었지만, 지금도 주요 용도로는 해수 담수화에서 사용되고 있습니다.  그외의 기타 용도는 상하수의 정수 처리, 주스 나 우유 등의 음료 농축 가정용 정수기, 약품의 농축 등 다양하게 존재합니다.

RO(멤브레인)의 원리

농도가 다른 2 종류의 액체를 침투 막 (또는 반투막)에서 사이에 두면, 침투압차에 의해 농도가 얇은 액체 중의 수분이 막을 통과하여 농도가 진한 액체쪽으로 자연스럽게 이동합니다 . 이 기능을 침투압이라고 하는데, 이 때 농도가 진한 액체 측에 침투압의 크기를 넘는 강도의 압력을 인위적으로 가하면 진한 액체 중의 수분을 얇은 액체 중으로 이동하는 것이 가능 해집니다. 이 현상을 '역침투압'이라고 하며, 이 때 사용하는 물 분자만을 투과시키지 않는 특수 필름이 역 침투 막, 즉 RO 멤브레인입니다.

그냥 한마디로 RO 멤브레인라고 해도 막의 종류에 따라 명칭이 바뀌는 것을 알고 계십니까. 예를 들어, 가정용 정수기 등에 사용되는 수돗물을 순수 화 막의 것을 TFC 막이라고합니다. 공정으로는 수돗물에 활성탄 필터를 사용하여 입자 염소 처리를 실시해, 승압 펌프에 의해 RO 멤브레인에 가압하여 순수한 물을 얻는 흐름입니다.

또한 RO는 가압 측의 농도가 상승함에 따라 점차 투명에 필요한 압력이 더해갑니다. 마지막으로 투과 할 수 없게되므로 가압 측의 모든 수분을 투과시킬 수는 없습니다. 같은 농도의 액체에서 순수를 꺼낼 경우에도 액체의 온도가 낮 으면 여과 효율이 낮아집니다. 이것은 저온에서 역삼 투에 필요한 압력이 증가하기 때문입니다.

따라서, 역삼 투 장치에서는 겨울철 저온의 액체를 사용하는 경우에도 효율을 유지할 수 있도록 최대 압력에 여유를 갖게 두거나 액체 가온 시설을 마련하고 있어야합니다. 참고로 막을 투과하지 않은 불순물이 막 모양으로 모여, 여과 효율이 떨어지는 경우도 적지 않습니다. 이것은 고농도 측 액체에 역 침투 막에 따라서 같은 흐름을 만드는 것으로, 막에 불순물의 퇴적을 막고 여과 효율을 유지할 수 있으므로 기법의 하나로 기억합시다.

RO가 통하지 않는 것

여과는 없앨 불순물의 크기에 따라 4 가지 단계가 있습니다.

우선 가장 거친 여과는 전분 입자와 적혈구, 효모를 없앨 거친 여과입니다.

다음으로, 효모, 세균, 인플루엔자 바이러스 등을 없앨 정밀 막 여과가 이어 담배 모자이크 바이러스와 폴리오 바이러스, 헤모글로빈, 시토크롬 C 등을 여과 할 수 한외 여과. 그리고 가장 정밀한 여과가 역삼투막입니다. 역삼투막은 이러한 모든 불순물뿐만 아니라, 이온 류까지도 통과 할 수 없기 때문에 사실상 물 분자 이외의 모든 것을 통해서 없습니다.

RO 멤브레인은 약 2 나노 미터 이하의 직경의 미세한 구멍이 열려 있습니다. 물 분자의 크기는 약 0.38 나노 미터이기 때문에 기본적으로이 구멍을 통과 할 수 있습니다. 그러나 역삼 투의 여과는 단순히 구멍의 직경 만의 문제가 아니라 더 복잡한 구조로되어 있습니다. 예를 들어 해수에서 담수를 얻는 해수 담수화 역삼 투에서는 해수 중의 나트륨 이온은 RO 멤브레인의 구멍을 통과 할 수 없지만, 나트륨 이온의 지름은 0.12 나노 미터 정도이며, RO 멤브레인의 구멍보다 작은입니다. 하지만 실제로는 수화에 의해 나트륨 이온에 물 분자가 배위하고 나트륨 이온의 크기가 실제보다 몇 배 정도 커진 것처럼 변화하기 때문에 RO 멤브레인의 구멍을 통과 할 수 수 없게되어 있습니다.

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