리튬-함유 염수로부터 리튬 회수 멤브레인-기반 공정 및 시스템

TRL 4
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이 특허는 리튬이 들어 있는 염수에서 먼저 나노여과로 2가 이온을 줄인 뒤, 멤브레인 증류로 물을 빼면서 리튬을 짧은 시간에 농축·회수하는 공정과 시스템입니다. 태양광 증발처럼 기후와 넓은 면적에 크게 의존하는 방식보다 운전 시간을 줄이고, 막의 젖음과 성능 저하를 억제해 리튬 회수 효율을 높이도록 설계한 특허입니다.

특허 개요

본 특허는 리튬-함유 염수에서 2가 이온을 먼저 줄인 다음 리튬을 농축해 회수하는 멤브레인 기반 공정·시스템입니다. 전단의 나노여과에서 폴리아미드계 복합막을 이용해 2가 이온은 주로 제거하고 1가 이온은 상대적으로 통과시키며, 후단의 멤브레인 증류(특히 DCMD)에서 소수성 다공성 막을 통해 수분만 이동시켜 리튬 농축액을 형성합니다. 이 구성은 2가 이온에 따른 결정 석출과 막 젖음을 줄여 공정 안정성을 높이도록 설계되었습니다.

  • 핵심 기능

먼저 나노여과 모듈이 염수 내 2가 이온을 선택적으로 낮춰 전처리된 수용액을 만들고, 이어서 멤브레인 증류 모듈이 수분을 제거해 리튬 농축액을 형성합니다. 마지막으로 농축액에서 리튬을 회수하며, 전처리와 증류를 연계해 막 오염과 성능 저하를 줄이는 것이 핵심입니다.

  • 차별 강점

종래 염수 리튬 회수는 태양광 증발 중심이라 기후 의존성이 크고, 고농축까지 시간이 오래 걸리며, 칼슘·마그네슘 계열 침전과 젖음 문제로 운전 안정성이 떨어졌습니다. 본 특허는 멤브레인 증류 전단에 2가 이온 선택적 나노여과를 배치해 이러한 문제를 완화하고, 보다 짧은 기간에 리튬 농축을 가능하게 한 점이 차별점입니다.

  • 활용 범위

기술·연구 측면에서는 리튬 자원화, 염수 농축, 막분리 공정, 배터리 전구체 제조 관련 분야에 활용 가능하며, 염수 조성 제어와 막 전처리 최적화 연구로 확장할 수 있습니다. 사업 측면에서는 염호·지열수 등 리튬 함유 염수 처리, 리튬 농축액 생산, 탄산리튬 전환을 포함한 자원 회수 공정으로 확장할 수 있습니다.

연구 개발 단계

TRL 1
기초 원리
TRL 2
개념 정립
TRL 3
개념 검증
TRL 4
실험실 검증
TRL 5
유사 환경
TRL 6
시제품
TRL 7
실증
TRL 8
인증완료
TRL 9
사업화
TRL4상용 나노여과막과 랩스케일 멤브레인 증류 장치, 인공염수 운전으로 원리와 농축 가능성이 검증된 단계입니다.
현재 검증 내용

상용 NF막(NE40, NE70, NE90)을 스크리닝하고 랩스케일 DCMD 장치에서 인공 염수로 100~140시간 운전하며 전처리 유무에 따른 성능 차이를 확인했습니다. 다만 실제 염호 염수 환경에서의 파일럿 검증과 장기 수명 평가는 아직 필요합니다.

검증 환경

- 막 시료: 상용 NF막(NE40, NE70, NE90) 및 랩스케일 DCMD 장치
- 비교군: NF 미수행 MD, 태양광 증발

- 운전 조건: 인공 염수, NF 10bar·70mL/min, MD 공급면 50℃·투과면 20℃, 100~140시간

현재 성과

성능·효과
리튬 농축 및 회수 성능100ppm → 1,000~1,500ppm

전처리된 염수를 멤브레인 증류로 농축해 초기 리튬 농도 100ppm에서 1,000~1,500ppm 수준까지 농축 가능함을 제시했습니다. 이는 리튬 회수 전단에서 농축 효율을 높여 후단 전환 공정으로 연결하기 쉬운 형태입니다.

검증·신뢰
상용막 전처리와 DCMD 운전으로 검증140시간

상용 NF막을 스크리닝해 2가 이온 제거와 1가 이온 투과의 균형을 확인했고, 랩스케일 DCMD에서 인공 염수로 장시간 운전을 수행했습니다. NF 전처리 유무에 따라 결정 조성과 젖음 양상이 달라지는 점도 함께 확인했습니다.

차별성·독창성
태양광 증발·단독 MD 대비 공정 차별화

태양광 증발 중심 공정은 기후 의존성과 긴 처리 시간이 문제였고, 멤브레인 증류 단독은 2가 이온에 의한 결정 형성과 젖음으로 성능이 급격히 저하되었습니다. 본 특허는 전단 나노여과로 2가 이온을 줄여 후단 MD의 한계를 보완한 점이 핵심 차별성입니다.

상용화까지 남은 부분

1

실제 염호 염수의 높은 Mg/Li 비와 다양한 불순물 조건에서의 파일럿 검증

2

막 수명, 세정 주기, 장기 운전 안정성 데이터 확보

3

멤브레인 증류 열원 확보와 에너지 원단위 기반 경제성, 후단 탄산리튬 정제 연계 검증

기술 이전 형태·도입 과정

기술양도
전용실시권
통상실시권
공동 과제 수행
기술지도·자문

도입은 이렇게 진행됩니다.

1

검토 미팅

귀사 상황·데이터 구조 기준으로 적합성을 논의합니다. 자료 검토만으로 끝나도 됩니다.

2

PoC 공동 검증

연구팀 동행 하에 귀사 데이터 기준 재학습·성능을 확인합니다.

3

라이센싱 계약

PoC 결과를 기반으로 희망 형태(실시권·공동연구 등)를 협의합니다.

4

기술지도·후속

도입 초기 기술지도, 필요 시 후속 공동연구·정부과제 연계까지 진행합니다.

특허 정보

발명의 명칭(KR)

리튬-함유 염수로부터 리튬 회수 멤브레인-기반 공정 및 시스템

발명의 명칭(EN)

Membrane-based Processes and Systems for Recovering Lithium from Lithium-containing Brine Solution

출원번호

10-2019-0150905 (2019.01.01)

등록번호

10-2337382

발명자

이영무 (한양대학교 산학협력단), 박상현 (한양대학교 산학협력단), 문선주 (한양대학교 산학협력단)

출원인

한양대학교 산학협력단

문의

담당자박시우
이메일sw.park@rndcircle.io
연락처010-5585-1789