1.     Title & Journal

Title: An ultrafast water transport forward osmosis membrane: porous graphene

Journal: Journal of Materials Chemistry

 

2.     Background of authors

Authors: Jing-Gang Gai, Xiao-Lei Gong, Wei-Wei Wang, Xin Zhang and Wu-Li Kang

Affiliation: State Key Laboratory of Polymer Materials Engineering, Polymer Research Institute of Sichuan University

 

3.     Summary

기존에 존재하는 FO막은 낮은 수투과율로 인해 FO공정에서 사용에 적합하지 않았다. 또한 ICP(Internal Concentration Polarization)은 장기간의 공정 운전에서 수투과율 감소로 이어지는 문제가 발생했다. 이에 이 연구에서는 질소(N) 혹은 불소(F)로 functional group이 첨가된 graphene(각각 GN, GF)을 이용하여 다양한 조건에서 분자동역학 시뮬레이션을 진행, 기존에 존재하는 FO막의 문제를 해결 가능한 graphene막을 제시하였다. 시뮬레이션 결과, 탄소(C) 하나로만 구성된 단일층 막을 이용하였기 때문에 ICP는 생기지 않았다. pore size의 증가에 따라 water flux의 경우 GF이 높은 water flux를, rejection ratio의 경우 GN이 높은 rejection ratio를 유지했다. 이는 GN과 물 분자, Na+의 강한 상호작용으로 인한 것이다. 온도가 높아질수록 water flux는 증가하지만 random motion의 증가로 인해 343K 이후에서는 오히려 water flux가 감소하는 경향이 있다. Water flux는 기존에 FO막으로 사용되던 CTA 막에 비해 10^4 배 정도 높게 나왔다. 단일층의 사용 때문에 지지층의 사용이 필요하지만 높은 수투과율로 인해 기존의 문제를 해결 가능할 것으로 보인다.

 

4.     Application to our lab research

분자동역학 시뮬레이션을 이용한 수처리 막 주변의 분자 등의 거동 분석이 RO시스템 이외에 FO시스템 등의 시스템에서 사용될 수 있다는 것을 보여주었다. 이는 다양한 수처리 분야에서의 분자동역학 시뮬레이션 적용 가능성을 보여주었다.

 

5.     Contact

SeungJi Lim (Integrated Ph.D. program)

Environmental Systems Engineering Lab.

Department of Environmental Science & Engineering

Gwangju Institute of Science and Technology

1 Oryong-dong Buk-gu Gwangju, 500-712, Korea

 

Phone : +82-10-7935-8845

E-mail : fblsj90@gist.ac.kr