DAILY PAPER REVIEW

0916_JMS_Sherwood correlation of NOM transport in NF

 

 

1. Title & Journal
? Title
Applicability of Sherwood correlations for natural organic matter (NOM) transport in nanofiltration (NF) membranes

? Corresponding authors
? Jaeweon Cho
? 소속: GIST

2. Summary

본 논문은 NF멤브레인에서 NOM 거동에 대한 Sherwood correlation의 적용 가능성을 검토한 내용입니다. 기존의 잘 알려진 Graetz-Leveque equation (아래 공식) 주로 ideal salt-RO 시스템에 적합한 것으로 non ideal NOM-NF 시스템에는 적용되지 않으므로 실험적으로 결정될 필요가 있습니다. 

1) Sherwood correlation

Sherwood correlation 의 한계점은 멤브레인을 impermeable & smooth wall 로 가정하는 점, 멤브레인 특성을 반영하지 않는 점, D가 solute의 특성만을 반영하는 점입니다. 본 논문에서는 flow와 channel configuration을 달리함으로써 constants a, b, c, d를 결정하였습니다. 

2) Combined film/thermodynamic model
Spiegler와 Kedem이 제안한 thermodynamic model 에서는 CP layer에서의 solute transport를 고려하지 않기 때문에 여기에 film model을 결합할 수 있습니다. 이를 통해 solvent flux(Jv), mass transfer coeff(k), solute diffusive permeability (Pm)을 고려함으로써 solute transport 을 해석할 수 있습니다. 

실험을 통해 Jv와 Robs 을 얻은 후에 nonlinear parameter estimation 방법을 이용하여 멤브레인 파라미터인 reflection coefficient (σ)와 solute diffusive permeability (Pm), mass transfer coefficient K을 추정할 수 있습니다. 염을 함유한 경우, 멤브레인 표면에서의 osmotic pressure build-up 은 Jv 와 Robs 에 영향을 미치므로 염을 제거하고 실험하는 것이 정확한 파라미터를 측정하기에 좋다고 합니다.

3) Pore Peclet number (Pe)
Pe가 1보다 크면 membrane pore 내에서 convection이 우세함을, 1보다 작으면 diffusion이 우세함을 알 수 있습니다. 

4) NOM diffusivity
Diffusion cell test 를 통해서 NOM의 diffusivity를 측정하였으며 D 값은 water chemistry에 따라 변하며 이는 Sherwood 값을 계산할 때 반영됩니다.

5) Results
실험결과 NF 멤브레인에서의 NOM 거동은 diffusion이 우세함을 알 수 있습니다. 실험을 통해 추정된 파라미터들을 통해 k와 Pm 은 hydrodynamic condition에 영향을 받으며, σ 는 변화가 없는 것으로 보아 intrinsic characteristic parameter인 것으로 보입니다. 
실험을 통해 구한 k와 D 값을 적용하여 Sherwood constant을 구할 수 있습니다. 또한 실험을 통해 구한 k값과 Sherwood correlation을 통해 구한 k값이 좋은 일치를 보여주는 것으로 확인되었습니다. 

3. Originality & Creativity
NF 멤브레인에서의 NOM 거동을 해석하기 위해 film model과 thermodynamic model을 결합한 점이 인상 깊었으며, 또한 해당 시스템에 적합한 Sherwood correlation을 새로이 정의한 점이 독창성 있어 보입니다.

4. Further applications
본 논문의 실험에서는 멤브레인 파라미터를 결정하기 위해 염을 제거한 원수를 사용하였기 때문에 해수담수화 공정에 적용하기 위해서는 해당 부분을 고려할 필요가 있어 보입니다. 
현재 FO 공정 역시 기존의 Sherwood correlation을 검증 없이 사용하고 있기 때문에 FO 멤브레인에 대해 다시 정의될 필요가 있으며, 본 논문의 방법이 적용 가능할지 검토해보면 좋을 것 같습니다.

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

첨부 (1)
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