3D 프린팅 스페이서 기반 membrane distillation 스케일링 저감 및 분리 성능 제어 연구

3D-printed spacer design for scaling mitigation and performance control in membrane distillation

연구 내용

3D 프린팅 스페이서의 표면 거칠기와 채널 혼합을 설계해 membrane distillation의 스케일링과 열·농도 분극을 저감하고, 목적별 분리 성능을 안정화하는 연구

membrane distillation(MD)에서 스페이서는 유체 혼합, 열전달, 증기-액 상 경계 조건을 직접 좌우하므로 구조 설계를 통한 성능 제어가 핵심입니다. 연구실은 3D printed carbon nanotube(CNT) 스페이서의 거칠기 다중 스케일 구조를 적용해 스케일링의 초기 핵 생성과 결정 성장 거동을 정량적으로 규명합니다. OCT와 SEM 관찰 및 실험·이론 모델을 연계하여 CaSO4 계열 스케일 저감 메커니즘을 해석하고, 헬리컬 스트립 스페이서로 온도 분극을 완화하는 방향으로 확장했습니다. 또한 MXene 막 인터페이스를 활용해 photothermal-catalytic vapor splitting을 구현하며, 막 구조 특성에 따른 암모니아 선택도 변화까지 포함해 분리 성능을 조절합니다.

관련 프로젝트

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연구 흐름

초기 연구는 3D printed CNT 스페이서를 MD에 적용해 스케일링 억제 가능성과 지배 메커니즘을 실험·이론으로 분해하는 데 집중되었습니다. 이후 2023년에는 CNT 스페이서의 표면 거칠기 수준을 다중 스케일로 엔지니어링하고, 스페이서 기반 anti-scaling 성능을 정량적으로 비교하는 방향으로 심화되었습니다. 2024년에는 패턴 모듈·패턴 막과 스페이서를 함께 고려하며, 온도 분극과 혼합을 동시에 다루는 구조(헬리컬 스트립)를 통해 운전 조건에서의 열수지/농도 경계 영향을 제어했습니다. 2025년에는 MXene 막 인터페이스를 도입해 태양광 구동 vapor splitting을 포함한 공정 구성을 확장하고, 분리 대상에 대한 선택성 평가까지 수행하는 흐름으로 발전했습니다.

활용 가능성

활용 가능성은 알앤디써클 특화 AI 에이전트가 생성한 내용으로, 실제 연구 가능 여부는 연구실과의 논의가 필요합니다.

고염도 해수 농축 및 담수화 공정
스페이서 구조 기반 항스케일링 막 모듈
질소계 용질 분리 및 선택적 투과
태양열 구동 photothermal MD 모듈
증발-응축 열수지 최적화 장치
온도 분극 저감형 채널 혼합 구조
증기 분리용 기능성 막 인터페이스
막 성능 수명 예측을 위한 해석 모델
운전 조건 기반 스케일 억제 제어법
다중 스케일 거칠기 설계 가이드