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[미국] 컬럼비아대 연구팀, TSSE 공정으로 해수담수화 성공
2019년 05월 10일 (금) 09:22:25 워터저널 webmaster@waterjournal.co.kr

[미국] 컬럼비아대 연구팀, TSSE 공정으로 해수담수화 성공

미국 콜롬비아(Columbia)대학의 토양환경공학 조교수인 응아이 인 입(Ngai Yin Yip)이 이끄는 Columbia Engineering팀은 온도변화 용매 추출법(Temperature Swing Solvent Extraction, TSSE)을 개발했다.

현재, 고농도 염수는 막(역삼투압) 또는 증발(증류)에 의해 탈염 처리된다. 그러나, 각 접근에는 한계가 있다. 역삼투압 방법은 소금물의 양과 역삼투 규모로 적용되는 압력 때문에 고염수염 브라인에 효과적이지 않다. 과염 염수는 너무 높은 가압을 필요로 한다. 염수를 증발시키는 증류 기술은 매우 에너지 집약적이다.

연구팀은 TSSE((Temperature Swing Solvent Extraction)가 염분 농도가 높은 염수를 최대 7배의 해수 농도까지 담수화 할 수 있다고 주장한다. 이는 해수담수화의 금본위 제 인 역삼투압보다 훨씬 좋으며 바닷물 염 농도의 약 두 배를 처리 할 수 있다.

응아이 인 입(Ngai Yin Yip) 조교수는 화학공정에서 광범위하게 사용되는 분리방법인 용매 추출(solvent extraction)을 연구하고 있다. 상대적으로 저렴하고 간단하고 효과적인 분리 기술은 정밀 유기화합물의 생산, 천연제품의 정제 및 유가 금속 착물의 추출을 포함하여 광범위한 산업에서 사용된다.

응아이 인 입(Ngai Yin Yip) 조교수는 이어 "용매 추출은 기존의 방법과 근본적으로 다른 좋은 탈염 방법이 될 수 있다고 생각했다. 증발상 변화에 기반하지 않고 멤브레인이 적기 때문이다.  "우리의 연구 결과에 따르면 TSSE는 효과적이고 효율적이며 확장성이 있으며 지속 가능하게 구동될 수 있는 파괴적인 기술이 될 수 있다"고 강조했다.

TSSE는 염분 공급 물에서 염분에 대한 물의 선택적 추출을 위해 온도 의존성 수용성을 갖는 저극성 용매를 사용한다. 그것은 막이 없기 때문에 물의 증발에 기반을 두지 않기 때문에 보다 전통적인 방법을 제한하는 기술적 제약을 피할 수 있다. 

중요한 것은 TSSE가 저렴하고 때로는 무료인 저온 열(<70℃)에 의해 구동된다는 것이다.  이 연구에서 TSSE는 해수담수화의 황금 표준인 역삼투압에 필적하는 소금의 98.4%를 제거했다. 연구결과는 또한 과염소산 염수의 높은 수분 회수율(>50%)을 보여 주었으며, 현재의 해수담수화 운영과 유사하다. 그러나 TSSE와는 달리 역삼투는 과량의 염수를 처리할 수는 없다.

응아이 인 입(Ngai Yin Yip) 조교수는 "우리는 TSSE가 물산업 분야에서 혁신적일 것이라고 생각한다. 그것은 염분이 많은 염수의 담수화를 위해 비용이 많이 드는 증류의 일반적인 관행을 대체할 수 있고, RO가 처리할 수 없는 더 높은 염분을 처리할 수 있다"라고 강조했다.

그는 이어 "이것은 물, 내륙 담수 농축액, 매립지 침출수 및 기타 중요성이 높은 다른 초목류의 처리에서 지속 가능성을 근본적으로 향상시킬 것이다. 우리는 이 염분에서 오염문제를 제거하고 우리 지구에 더 깨끗하고 더 유용한 물을 만들 수 있다"라고 덧붙였다.

이팀은 온라인저널인 『Environmental Science & Technology Letters』에 게재했다. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.estlett.9b00182

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미국 컬럼비아 대학 연구진들이 바닷물을 쉽게 마실 수 있는 물로 만드는 기술을 개발했다.

[원문보기]

Researchers report new desalination technique for hypersaline brines

A Columbia Engineering team led by Ngai Yin Yip, assistant professor of earth and environmental engineering, claims to have developed a radically different desalination approach hypersaline brines, called: temperature swing solvent extraction (TSSE)

Currently, says Yip, “hypersaline brines are desalinated either by membrane (reverse osmosis) or water evaporation (distillation). Each approach has limitations. Reverse osmosis methods are ineffective for high-saline brines because the pressures applied in reverse osmosis scale with the amount of salt: hypersaline brines require prohibitively high pressurizations. Distillation techniques, which evaporate the brine, are very energy-intensive”.

The Team claim TSSE can desalinate very high-salinity brines, up to seven times the concentration of seawater. This is a good deal more than reverse osmosis, the gold-standard for seawater desalination, and can handle approximately twice the seawater salt concentrations.

Yip has been working on solvent extraction, a separation method widely employed for chemical engineering processes. The relatively inexpensive, simple, and effective separation technique is used in a wide range of industries, including production of fine organic compounds, purification of natural products, and extraction of valuable metal complexes.

“I thought solvent extraction could be a good alternative desalination approach that is radically different from conventional methods because it is membrane-less and not based on evaporative phase-change,” Yip says. “Our results show that TSSE could be a disruptive technology?it’s effective, efficient, scalable, and can be sustainably powered.”

TSSE utilizes a low-polarity solvent with temperature-dependent water solubility for the selective extraction of water over salt from saline feeds. Because it is membrane-less and not based on evaporation of water, it can sidestep the technical constraints that limit the more traditional methods. Importantly, TSSE is powered by low-grade heat (< 70℃) that is inexpensive and sometimes even free. In the study, TSSE removed up to 98.4% of the salt, which is comparable to reverse osmosis, the gold standard for seawater desalination. The findings also demonstrated high water recovery (>50%) for the hypersaline brines, also comparable to current seawater desalination operations. But, unlike TSSE, reverse osmosis cannot handle hypersaline brines.

“We think TSSE will be transformational for the water industry. It can displace the prevailing practice of costly distillation for desalination of high-salinity brines and tackle higher salinities that RO cannot handle,” Yip adds. “This will radically improve the sustainability in the treatment of produced water, inland desalination concentrate, landfill leachate, and other hypersaline streams of emerging importance. We can eliminate the pollution problems from these brines and create cleaner, more useable water for our planet.”

The team have published a study in the online journal, Environmental Science & Technology Letters, which can be found at: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.estlett.9b00182

[출처 = 필터레이션-프로덕츠(https://www.filtration-products.com/researchers-report-new-desalination-technique-for-hypersaline-brines/) 2019년 5월 9일]

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