1. Title & Journal
?    Title
Solute Coupled Diffusion in Osmotically Driven Membrane (ESNT, 2009)

?    Background of authors
? NATHAN T. HANCOCK
? 소속
Division of Environmental Science and Engineering, Colorado School of Mines
TZAHI Y. CATH 의 연구실에 박사과정 학생임. Hybrid FO - RO 연구중

2. Summary
본 논문은 FO 공정에서 여러 다른 운전 조건이 양방향 solute transport 에 미치는 영향에 대한 내용입니다. 대부분의 연구가 CP에 집중되어 있지만, 현재 고려되고 있지 않는 solute diffusion 역시 최적화 대상이 될 수 있다는 hypothesis에서 출발하고 있습니다. solution chemistry / membrane morphology / and hydrodynamic condition 에 따른 solvent-solute & solute-solute coupled transport 가 연구되었습니다.

Solute transport 는 각 solute 의 concentration differential에 비례합니다. (Fick’s law)
 

FO에서는 RO와 다르게 solute transport가 양방향(feed?DS; forward diffusion, DS?feed; reverse diffusion)으로 일어날 수 있습니다. Re-concentration cycle에서는 이러한 이동 현상이 문제가 될 수 있습니다. 그 이유는 water와 함께 멤브레인을 통해 확산되는(forward diffusion) 낮은 용해도의 solute 는 scale 등을 일으킬 수 있기 때문입니다. 또한 DS solute가 feed side로 확산되는 것도(reverse diffusion) 문제가 될 수 있습니다.

1)    농도에 따른 영향
Water flux와 reverse solute flux는 농도가 증가함에 따라 함께 증가하며 membrane 종류별로 solute 종류별로 그 정도가 다릅니다. Osmotic pressure를 같게 해주어도 solute 종류에 따라 reverse salt flux가 달라집니다. 

2)    Specific revere salt flux (de-ionized feed)
Bidirectional diffusion의 영향을 고려할 수 있는 indicator 입니다. 값이 클수록 멤브레인 선택성이 줄어들며 낮은 효율을 나타냅니다. Ammonium bicarbonate 값이 큰 것은 diffusivity 가 크기 때문이며 다른 physicochemical effect가 있는 것으로 예상됩니다. 

3)    Synthetic seawater 실험 결과
오른쪽 아래 그래프에서 알 수 있듯이 음전하를 띄고 있는 2가 음이온들은 1가 이온들보다 forward flux가 낮습니다. Size exclusion 과 electrostatic 이 중요한 역할을 함을 알 수 있습니다. 보론 이온의 flux가 다소 빠른 점이 주목할만합니다. 

4)    hydrodynamic condition
Specific reverse salt flux 는 아래 그래프에서와 같이 느린 feed flow에서 DS flow가 높을 때 크게 일어남을 알 수 있습니다. 

Solute는 높은 diffusivity 와 낮은 permeability를 갖는 것이 DS로써 좋다는 결론입니다. 

3. Originality & Creativity
FO에서의 solute transport라는 개념이 흥미로웠습니다. CP layer에서의 Back diffusion과는 다른 개념인 reverse solute diffusion 현상을 고려하여 DS 종류별로 실험을 통하여 그 정도를 측정한 점, specific reverse salt flux 개념을 도입한 점이 의미 있어 보입니다.

4. Further applications
모델링은 실험을 바탕으로 이뤄져야 하기 때문에 실험이 갖는 그 의미가 크다고 할 수 있습니다. 향후 실험계획을 짜면서 solute transport 같은 현상도 고려하여 실험결과를 해석하는 것이 필요해 보입니다. 그리고 멤브레인 시스템에서 일어나는 natural phenomena을 더욱 잘 이해하여 실험계획을 짤 때 좋은 방법이 나오도록 노력해야겠습니다. 
Reverse slat flux를 줄이기 위해 feed flow를 낮추면 전체적인 공정 성능이 떨어지

5. Reviewer contact: 이지정(leejj@gist.ac.kr)