'멤브레인'이란? 멤브레인의 적용 분야 : '멤브레인 필터'와 '이온교환막'

 

 

 

 '멤브레인'이란?

 

 멤브레인은 얇은 장벽을 의미한다고 보면 된다. 그리고 멤브레인을 어떤 재료를 쓰고 형태를 만드느냐에 따라서 '멤브레인 필터'나 '이온 교환막'으로 사용될 수 있다.

 

 

 

 멤브레인 필터

 

 여과 장치의 일부로 수처리 분야에서 많이 사용되는 필터이다. 주로 셀룰로오스 아세테이트, PTFE 등과 같은 폴리머를 사용해 얇은 반투과성 막을 만든다.

 

 이때 만들어진 막의 두께와 기공의 크기에 따라 특정 입자 혹은 물질 등을 통과하거나 차단하게 만들 수 있다. 이 막 크기에 따라 정밀여과, 한외여과 등으로 불린다.

 

✔️적용 분야

 

 멤브레인 필터는 주로 불순물을 걸러내기 위해 사용되기 때문에 정수기나 공기청정기 안에 들어있다. 이외 적용되는 분야는 다음과 같다.

 

✅의료, 제약 및 생명공학 - 각종 약물 용액을 멸균하고 여과할 때 사용된다. *미생물과 기타 입자 물질 등을 제거한다.

 

✅환경 - 특정 입자나 미생물을 포착하여 얻어낸 물질들을 모아서 수질, 공기, 토양 샘플 등을 분석할 수 있다.

 

✅수처리 및 가스 - 폐수 처리장에서 주로 침전물, 기타 불순물 등을 제거하는 데 사용되며, 가스 역시 불순물 제거하는 데 사용된다.

 

✅식품 및 음료 - 의료, 제약과 마찬가지로 여러 불필요한 입자를 제거하는 데 사용된다.

 

 

 

 

 이온 교환막 

 

 화학적 처리를 통해 특정 이온만 선택적으로 통과할 수 있고, 다른 이온은 차단할 수 있는 막을 의미한다.

 

✔️적용 분야

 

✅전기 투석(Electrodialysis : ED) - 특정 이온만 통과할 수 있는 멤브레인을 만들고, 전하를 가하면 양이온은 특정 방향으로, 음이온은 반대 방향으로 밀어내게 된다. 따라서 한쪽은 특정 이온이 많고, 반대에는 이온이 적은 용액이 된다.

 

 전기 투석으로는 대표적으로 바닷물을 담수화할 때 쓰이는데, 한쪽에는 Na가 많고, 반대쪽에는 적어서 마실 수 있는 물을 만들곤 한다.

 

✅이온 선택형 전극(ISE) - 멤브레인에 특정 이온을 통과시켜 전위(*전압)가 변화하는 걸 관찰하며 이온의 농도를 측정한다. 

 

✅연료전지 - 수소 전지에서 사용되는 기술로 '양성자 교환막(Proton Exchange Membrane : PEM)'이 수소 이온을 선택적으로 통과시키고 다른 건 차단시킨다.

 

 수소 가스가 공급되면 수소 분자가 양성자와 전자로 분리된다. 이때 양성자 교환막인 PEM을 통해 양성자는 음극으로 전달되고, 전자는 외부 회로를 통해 흐르며 전기 에너지를 생성한다.

 

 즉, 멤브레인 필터는 기공 크기에 따라 입자를 크기별로 필터링하는 물리적인 방식에 가깝고, 이온 교환막은 화학적 처리를 통해 특정 이온만 선택적으로 통과할 수 있도록 하는 화학적 방식에 가깝다.