1. Title & Journal
Title : Carbon nanotube: Possible candidate for forward osmosis
Journal : Separation and Purification Technology 75 (2010) 55-60

2. Background of author
Yu-xiang Jia and Meng Wang (corresponding author, professor)
- Key Laboratory of Marine Chemistry Theory and Technology, Ministry of Education, China 
- College of Chemistry and Chemical Engineering, Ocean University of China

3. Summary
 본 논문은 기존의 RO막과 결합한 형태의 CNT의 에너지 소모 및 환경 영향을 줄이기 위해 FO막과 결합한 CNT를 제안하고 있다. 
 (R, R) 크기의 arm-chair 타입 CNT를, R=6-11까지로 다양한 크기에 대해 AMBER 10.0을 이용하여 molecular dynamics simulation (MDS)을 수행하였다. 분자간 에너지/포텐셜은 particle mesh Ewald (PME) method에 따라 계산되었으며, time step은 2 fs, trajectory는 매 2  ps 마다 저장하였다. 
  시뮬레이션에 사용된 FO 시스템의 feed solution은 NaCl로 초기농도는 0.58 M의 해수이며, draw solution 역시 환경적 영향을 줄일 수 있고 draw solution 회수가 용이한 NaCl이 1.74 M으로 구성하였다. 

 결과를 통해 CNT(8,8)까지는 CNT크기가 증가함에 따라 water conductance가 증가하고, 이후에는 감소하는 경향을 볼 수 있다. 먼저, CNT 크기가 증가함에 따라 이를 통과하는 water chain수도 증가하게 되어, water conductance가 증가하게 된다. 하지만, CNT 크기가 증가함에 따라 내부의 viscosity도 증가하게 되는데, 이는 flux 저하를 유발한다. 
 Water conductance가 가장 큰 CNT(8,8)의 accumulated water flux를 통해, 일정 시간 (3 ns) 이후 flux가 osmotic pressure로 인해 다소 감소하는 경향을 보인다. 

 CNT(6,6)에서 CNT(9,9)까지 100% salt가 제거 된다. 이는 CNT 공극 크기로 인해 제거되는 현상이 아니라, Na+ 의 위치의 potential of mean force (PMF)의 변화에 의해 제거 된다. 
 CNT에서의 Na+의 trajectory는 CNT(11,11)경우 draw solution에서 feed solution으로 Na+가 이동하게 되는데, 이는 Na+ 농도구배, dragging effect, 그리고 free energy barrier에 의해 결정된다. 직경이 비슷한 CNT(10,10)에서는 보이지 않던 현상이 CNT(11,11)에서 보이는 것은, Water flux rate이 더 낮아 Na+가 다음과 같은 trajectory를 보인 것이다. 

 시뮬레이션 결과를 종합하여 볼 때, CNT(8,8)은 salt rejection과 water flux 측면에서 최적화 된 CNT 크기임을 알 수 있다. 

4. Originality & Application
  본 연구는 다양한 크기의CNT로 구성된 FO막에서, MDS를 통해 water conductance와 salt rejection을 구하고, 최적 CNT크기를 도출하였다. 
 연구결과를 바탕으로 실제로 염제거율 및 회수율이 높은 CNT-FO막 제조 및 사용 목적에 따라 다양한 크기의 CNT를 조합하여 이를 모사하거나 제조하는 데 사용할 수 있을 것으로 보인다. 또한, 파울링이나 C-C sp2결합을 고려한 시뮬레이션이 필요할 것으로 보인다. 
 
5. Reviewer contact : 김영미 (youngmikim@gist.ac.kr)