리튬 회수·가스 분리·고투과 막분리를 아우르는 멤브레인 공정 기술

이영무한양대학교

기술 개요

염수 자원화와 가스 분리, 수처리에서 분리 효율·내구성·운전 안정성을 높이는 멤브레인 기술입니다.

염수 자원화와 가스 분리, 수처리에서 **분리 효율·내구성·운전 안정성**을 높이는 멤브레인 기술입니다.

어떤 기술인가요?

본 기술은 액체나 기체 혼합물에서 원하는 성분만 더 안정적으로 분리·회수하도록 막 구조와 공정 조건을 함께 설계한 멤브레인 기술 포트폴리오입니다. 본 기술 포트폴리오는 리튬-함유 염수에서 2가 이온을 먼저 줄여 멤브레인 증류의 젖음과 결정 문제를 완화하고(특허 1), 가교구조와 열전환으로 얇은 유효선택층을 갖는 중공사 기체분리막을 구현하며(특허 2), 공기 유입단의 양압과 유출단의 음압을 함께 써서 질소·산소 농축가스의 유량과 순도를 높이고(특허 3), PVDF 기반 미세섬유 구조로 수투과도와 기계적 물성을 함께 개선하는(특허 4) 방향으로 구성됩니다. 즉, 막 소재, 막 공정, 가스 분리 운전을 함께 묶어 분리 성능과 상용화 적합성을 높이는 상위 기술군입니다.

어떤 문제를 해결하나요?

1. 염수 농축에서의 젖음과 결정 문제

기존 멤브레인 증류는 염수 속 2가 이온이 남아 있으면 칼슘계 결정이 생기고 막 포어로 액상이 침투해 성능이 급격히 떨어집니다. 본 기술은 전단 나노여과로 2가 이온을 먼저 줄인 뒤 멤브레인 증류로 연결해, 염수 농축과 리튬 회수를 안정적으로 이어가도록 구성합니다.

2. 기체분리막의 얇은 선택층과 강도 확보

기존 중공사 기체분리막은 선택층을 얇게 하면 취급성과 내구성이 떨어지고, 열처리를 세게 하면 수축이 커져 성능과 제작성이 함께 나빠지기 쉽습니다. 본 기술은 가교구조를 먼저 형성한 뒤 열전환하여 얇은 선택층과 기계적 강도를 동시에 확보하도록 설계합니다.

3. 소형 압축 조건에서의 가스 유량·순도 한계

일반적인 가스 분리 시스템은 충분한 유량과 높은 순도를 동시에 확보하려면 큰 압축 설비가 필요해 소형화와 저소음 운전에 불리합니다. 본 기술은 공기 유입단에 양압을 주고 유출단에 음압을 함께 인가하는 방식으로 압력차를 키워, 작은 압축 설비로도 분리 성능을 높이도록 합니다.

4. 수투과도와 강도의 동시 개선

기존 PVDF 멤브레인은 물이 잘 지나가면 강도가 약해지거나, 강도를 높이면 투과성이 낮아지는 상충 관계가 있었습니다. 본 기술은 미세섬유가 정렬된 상전이 구조를 형성해 기공 연결성을 높이고, 수투과도와 기계적 물성을 함께 개선합니다.

산업 별 활용 방안

1

리튬 자원화·염수 처리 기업·기관

염수 농축과 리튬 회수 현장에서는 불순물이 많고 스케일링이 생기기 쉬워 공정이 쉽게 불안정해집니다. 본 기술의 나노여과 전처리+멤브레인 증류 흐름을 적용하면 2가 이온을 먼저 줄인 뒤 리튬을 농축할 수 있어, 기존 염수 처리 라인에 분리 모듈로 결합하기 용이합니다. 별도 대형 공정 교체보다 전처리와 증류 구간을 단계적으로 붙이는 방식으로 도입할 수 있습니다.

2

가스분리막과 공기 분리 시스템을 운용하는 기업·기관

질소나 산소를 농축해 쓰는 설비는 유량과 순도를 함께 확보해야 하지만, 장비가 커지면 설치성과 소음이 불리해집니다. 본 기술의 양압·음압 동시 인가 방식과 중공사 분리막 조합을 적용하면 소형 압축 조건에서도 분리 효율을 높일 수 있습니다. 기존 분리 모듈을 유지한 채 압력 제어와 유로 구성을 보강하는 방식으로 결합할 수 있습니다.

3

수처리·막여과 장치를 운용하는 기업·기관

정수, 한외여과, 멤브레인 생물반응조 같은 현장은 물은 많이 통과시키면서도 막이 쉽게 막히지 않아야 합니다. 본 기술의 미세섬유 정렬 멤브레인은 기공 연결성을 높여 수투과도와 기계적 물성을 함께 개선하므로, 기존 막 시스템의 교체 후보로 검토할 수 있습니다. 평막이나 중공사 모듈 형태로 맞춰 기존 설비에 단계적으로 적용하는 방식이 적합합니다.

연구자 및 특허 소개

이영무

한양대학교 에너지공학과

문의

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