1. Title & Journal
Title : Designing Carbon Nanotube Membranes for Efficient Water Desalination
Journal : Journal of Physical Chemistry B, 2008, 112, 1427-1434

2. Background of author
Ben Corry / Associate Professor,
School of Biomedical, Biomolecular and Chemical Science, The University of Western Australia

3. Summary
 기후 변화로 인한 물 재분배의 문제로 인한 물 부족 문제를 해결하기 위한 방안으로, 현재 RO 해수담수화 방식이 널리 사용되고 있다. 하지만 에너지 비용은 해수담수화의 대용량화의 문제 중 하나로 남아있다.
 Carbon nanotubes (CNTs)는 그 catalysis, electronics, molecular sensing 등에 적용할 수 있는 독특한 역학적, 광학적, 전기적 특성때문에 그 관심이 집중되고 있다.  좁은 (6,6) CNTs를 통과할때 water conduction이 빨라지게 되는 특성을 가지고 있어,  반투막형태로 제조하여 해수담수화에 적용하여 사용할 수 있다.  본 연구는 osmotic or hydrostatic pressure에서 CNTs를 통과하는 water conductance를 밝히고, CNTs와 멤브레인의 결합을 통해  효과적인 해수담수화가 가능함을 말하고 있다.   
 
 다양한 크기의 CNTs에서의 물과 이온 전달 energy barrier를 측정하기 위해 Molecular dynamics simulation (MDS)를 수행하였다. armchair타입의 14 A (5,5), (6,6), (7,7), (8,8)과 28 A (6,6)의 CNTs에 대해 NAMD with CHARMM27로 electrostatic 값을 구하였다. 1ps 스텝으로 500 ns 동안 particle mash를 사용하였다. 
 다양한 크기의 CNT를 통과하는 water chain은 다음과 같다. (5,5)와 (6,6)은 single chain, (7,7)은 double, (8,8)은 quadruple 형태로 통과한다. (5,5)와 같이 좁은 튜브는, 물이 통과하기 어려워 일부 수소결합을 끊고 통과하게 된다. 
 
250mM NaCl 용액에다양한 크기의 CNT를 시뮬레이션 한 결과는 다음과 같다.
 물은 모든 크기의 CNT를 통과하였고, pore사이즈가 클 수록 conductance는 증가하였다. (6,6) long CNT의 conductance는 길이가 짧은 것과 큰 차이가 없는 것으로 보아, conductance는 튜브 길이와 독립적인 인자임을 알 수 있었다. 
 또한, Water conductance와 튜브 크기의 관계는 pore를 통과하는 water chain의 수와 비례한다는 것을 알 수 있었다. 
 
이를 해수담수화에 적용한 시뮬레이션도 수행하였다. 
(5,5), (6,6)과 같이 좁은 직경의 튜브는 100%, 가장 큰 직경의 튜브의 경우는 60% 정도의 염 제거율을 보였다. 이는 해수담수화 목적에 따라 CNT직경을 조절하여 사용할 수 있다는 사실을 보여준다. 

4. Originality & Application
  본 연구는 MDS를 통해, CNT크기에 따른 water conductance 및 이를 CNT 막으로 제조했을때의 salt rejection 및 flow rate를 시뮬레이션 해 보았다. 연구 결과를 통해, CNT 크기와 길이에 따른 water conductance의 크기를 알 수 있었고, 이를 통해 향후 해수담수화 CNT 막 시뮬레이션 및 제조에 적용할 수 있을 것으로 보인다. 다만 본 연구에서 고려하지 않은 멤브레인 파울링을 시뮬레이션에 반영하는 것도 좋은 연구가 될 것으로 보인다.  

5. Reviewer contact : 김영미 (youngmikim@gist.ac.kr)