Abstract
Poly(vinyl alcohol)(PVA)/sulfur-siccinic acid(SSA) membrane performances have been studied for the vapor permeation separation of methyl tort-butyl ether(MTBE)/methanol mixtures with varying operation temperatures, amount of cross-linking agents, and feed compositions. 1'here are two factors, the membrane network and the hydrogen bonding, in the swelling measurements of PVA/SSA membranes. These two factors act interdependently on the membrane swelling. The sulfuric acid group in SSA took an important role in the membrane performance. The cross-linking effect might be more dominant than the hydrogen bonding effect due to the sulfuric acid group at 7% SSA membrane. Hydrogen bonding effect was more important for 5% SSA membrane. In vapor permeation, density or concentration of methanol in vapor feed is lower than that of methanol in liquid feed, as a result, the hydrogen bonding portion between the solvent and the hydroxyl group in PVA is reduced in vapor permeation. In this case, the 7% SSA membrane shows the highest separation factor of 2187 with the flux of 4.84g/$m^2$hr for MTBE/methanol=80/20 mixtures at 3$0^{\circ}C$.
본 연구에서는 sulfur-succinic acid의 가교제를 이용한 가교된 폴리비닐알코올(poly(vinyl alcohol), PVA) 가교막을 이용하여 MTBE-methanol 혼합액에 대하여 조업온도, 가교제의 조성에 따른 증기투과 공정의 투과 특성을 조사 하였다. 팽윤 실험을 통해 PVA/SSA 가교막에 대하여 가교제 조성에 따른 막의 구조와 PVA의 하이드록실기(-OH), SSA의 설폰기(-$SO_3$H)와 용매와의 수소결합의 두 가지 인자가 상호 보완적으로 작용하고 있음을 알 수 있었다. 투과 특성에 있어 SSA의 설폰기가 중요한 인자로 작용하였다. 예를 들면 7% SSA 막에 대해서는 수소결합의 효과보다는 가교도의 효과가 투과 특성에 중요한 요인으로 작용하며 5% SSA에 대해서는 수소결합의 효과가 중요하게 작용하였다. 증기투과 공정에 있어 막과 직접 접촉하는 증기상이 액상에 비하여 methanol의 농도가 낮아 PVA의 하이드록실기와 methanol과의 수소결합 확률이 감소함에 따라 투과 특성에 영향을 미친다. 결과적으로 7% SSA 막에 대하여 MTBE/mthanol=80/20 혼합액에 대하여 공급액의 온도 3$0^{\circ}C$에서 선택도 2187, 투과도 4.84g/$m^2$hr를 보여 주었다.
