배터리 소재 : 분리막 feat. 분리막 활용 분야
전고체전지 시대에 분리막은 어떻게 될까?
전고체배터리 시스템에는 사용되지 않는 분리막, 그렇다면 다른 용도는 없나?
안녕하세요! WAB입니다.
오늘은 분리막의 활용 분야에 관해서 살펴보겠습니다.
이번 분리막 활용 분야에 관한 포스팅은 크게 3개로 이뤄질 예정입니다.
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자 그럼 오늘도 시작해 보겠습니다!
분리막의 활용 분야
분리막은 일반적으로 서로 다른 두 물질사이에 존재하는 선택기능을 가진 장애물(막)로서, 어떤 물질을 선택적으로 통과시키거나 배제하는 역할을 하는 소재입니다.
분리막의 응용범위는 크게 수처리 분야, 음료 분야, 의료 분야, 석유·환경·화학 분야, 에너지 분야 등으로 구분할 수 있습니다.
이번 포스팅에서는 각 분야별로 분리막 기술의 주요 응용 범위에 대해 전체적으로 설명하겠습니다.
수처리 분야
분리막 기술은 가정용 정수기나 연수기에서 음료 및 생활용 물을 정화하는 데 사용됩니다. 또한, 상하수 처리장에서 병원성 세균 등의 유해 물질을 처리하는 데에도 사용되고, 해수담수화 과정에서도 해수의 나트륨 등 염분을 제거하는 역할을 하기도 하죠.
- 용수처리 : 해수의 담수화, 반도체와 제약산업 등에 필요한 초순수 제조, 가정용 정수기, 고도정수처리시설 등에서 사용
- 폐수처리 : 생물 반응기를 통한 폐수처리, 중수도와 같은 폐수 재이용 시스템, 침출수 처리에 활용
헬스케어 분야
헬스케어 분야에서는 의약품의 정제, 수액, 주사제 등 다양한 제조 공정에서 분리막이 활용됩니다. 약물 전달 시스템과 진단 테스트, 피부 부착 금연 보조기, 콘택트렌즈 등에도 쓰입니다. 또한, 인공신장 등 인공 장기의 역할을 하는 혈액 투석 기구와 각종 의료처치용 제품에도 분리막 기술이 적용됩니다. (굉장히 고도의 기술이 필요한 분야에서도 사용되고 있네요.)
- 의료 분야 : 의료분야에서는 혈액투석, 혈액여과, 혈액투석 여과, 혈장분리, 혈장분획, 약물전달, 콘택트렌즈 등으로 활용되고 있음
- 대부분의 의료용 기기는 혈액정화를 위해 중공사막을 주로 사용하고 있으나, 용도에 따라서 처리가 곤란한 독성물질이 체내에 들어오거나 생체 본래 기능에 결함이 있을 경우 인공막을 사용하고 있음
- 분리, 투과, 흡착 등의 원리를 활용하여 대사계 인공장기로 사용하고 있으며, 대표적인 것이 대사 노폐물을 제거하기 위한 인공신장임. 특히, 막의 선택투과성, 분리기능을 이용한 대표적인 것으로서 인공신장인 혈액투석기, 막형 인공심폐기 등이 있음
- 혈액투석기, 혈액여과기, 혈액투석 여과기, 흡착혈액관류기, 혈장분리기, 혈장분획기, 막형 인공심폐기 등에 고분자 분리막이 사용됨
석유화학 분야
석유화학 산업에서는 화학공정에서 나오는 화학 약품이나 유기 용제의 정제와 기능성 소재 제조 공정에 분리막이 사용됩니다. 또한, 석유화학 공정에서 발생하는 가스의 분리, 바이오연료 분리, 고순도 가스 제조 등에서도 중요한 역할을 합니다.
- 석유·환경·화학 분야 : 석유 · 화학분야에서는 이산화탄소 · 수소분리 및 회수, 산소의 농축, 혼합물 분리 등 다양한 공정에서 활용되고 있음
- 석유화학분야에서는 기체분리로서 휘발성 유기할로겐화합물인 메틸렌클로라이드, 디클로로에틸렌, 트리클로로에틸렌, 디클로로프로판, 클로로디브로모에탄 등 자동차, 석유화학단지에서 배출되는 이러한 휘발성 유기화합물이 지하수·토양·대기 등의 환경오염 물질의 하나로 대두되고 있어 이를 제거, 회수하는 방법으로서 막분리법을 활용하고 있음
- 화합물이 함유된 가스를 분리막에 선택적으로 투과시켜 화합물을 흡착탑에 의해 흡수 혹은 회수하고, 화합물이 제거된 가스를 공기 중으로 방출되는 방식을 활용하고 있음
- 정밀화학분야에서는 물질의 3가지 형태인 고체, 액체, 기체를 고체/액체, 액체/액체, 기체/액체, 기체/기체 분리 등으로 최종 사용시점에서 필요한 방법으로 활용하고 있음
- 환경분야에서는 이온성 물질의 분리정제 공정에 다양하게 활용되고 있으며, 물의 연수화, 질산성 질소제거, 도금폐수에서 유가금속의 회수, 중금속 제거, 원자력 발전소의 1차 냉각계통에서 발생하는 방사성 물질제거, 정유폐액의 탈염, 정수처리, 중수도 및 고도정수처리 등에 활용됨
일상생활 분야
분리막 기술은 우리의 일상생활 속에서도 다양하게 활용되고 있는데, 식음료 산업에서는 와인, 맥주, 청량음료 등의 여과, 과즙의 농축공제, 조미료 탈색, 단백질의 농축정제 등에 사용됩니다. 또한, 섬유 산업에서는 우주탐사용 제품에서부터 개인용 의류, 등산용품 등 다양한 제품에 적용됩니다.
- 음료 분야 : 음료분야는 각종 음용수의 생산을 위해 농축, 살균, 분리 등 필수적인 생산공정으로서 활용되고 있음
- 농축분리의 경우 주류가공, 유가공, 음료생산 등의 제조과정에서 액체 여과에 적용되고 있으며, 고분자를 소재로 한 역삼투막이나 한외여과막이 주로 이용되고 있음
- 정제분리는 에너지 절약을 위해 기존의 정제분리법인 증류, 흡수, 건조, 기계적 분리법 등을 대신하여 막분리에 관심이 커짐. 특히, 선택적 투과성을 갖는 막을 이용함으로써 액상 혹은 기체상에서 유기 혹은 무기물 등을 압력 · 농도 · 전위차 등으로 분리, 정제, 농축함
- 식품분야에서는 아미노산 · 유기산의 분리 및 정제, 유가공품 생산 시 탈염, 식염제조, 유장(Cheese Whey)의 탈염, 당 정제공정상의 탈색 등 최종 제품의 생산 시 필요한 정제공정에 활용됨
에너지 분야
잘 아시다시피 에너지 분야에서는 2차 전지의 분리막으로서 중요한 역할을 합니다. 차세대 발전 시스템인 연료전지와 고분자, 세라믹 소재 멤브레인에도 사용되며, 원자력 등 발전 설비의 냉각수에 필요한 초순수 생산에도 필수적입니다. 또한, 역전기투석 발전에서 해수와 민물의 염분차이를 이용하여 삼투압에 의해 분리시킨 후 농도차의 힘에 의한 발전에도 적용됩니다.
전기 전자 분야
전기·전자 분야에서는 반도체와 디스플레이 제조 공정에서 분리막 기술이 활용됩니다. 특히, 초순수 제조와 클린룸 공정에 필요한 화학 약품의 정제 등에 사용되어 고도의 정밀성을 요구하는 전자제품 제조에 기여하고 있습니다.
다음 시간에는..
분리막 기술은 이처럼 다양한 산업 분야에서 필수적인 역할을 하며, 그 응용 범위는 계속해서 확대되고 있습니다. 앞으로도 분리막 기술의 발전은 우리의 삶을 더욱 편리하고 안전하게 만드는 데 큰 역할을 할 것입니다.
다음시간에는 분리막이 사용되고 있는 이온교환막 분야와 탄소포집용 분야에 대해 자세하게 살펴보도록 하겠습니다.
읽어주셔서 감사합니다.
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