본 논문은 정삼투 공정에서 온도 감응성 이온성 액체의 유도용질로서의 적용가능성을 확인하는 것을 목적으로 하며, 이온성 액체를 구성하는 양이온 및 음이온의 종류뿐 아니라 이온의 미세구조를 다양하게 제어하여 분자 구조의 변화가 회수 온도와 정삼투 특성에 미치는 상관관계에 대하여 체계적으로 연구하였다.
첫째, tributylalkylphosphonium styrenesulfonate ([P444#][SS], # = 4, 6 및 8)와 tetrabutylammonium styrenesulfonate ([N₄₄₄₄][SS])를 합성하였다. 여기서 #은 tributylalkylphosphonium에서 alkyl group의 탄소 개수이다. 수용액 상태에서 [P₄₄₄₄][SS]와 [N₄₄₄₄][SS]는 하한임계용액온도 특성을 나타내었으며, 이는 희석된 유도용액으로부터 유도용질의 회수를 가능하게 하는 중요한 요소로 여겨진다. 수용액의 농도가 50 wt%일 때, [P₄₄₄₄][SS]와 [N₄₄₄₄][SS]의 하한임계용액온도는 약 33 ℃ 및 66 ℃로 각각 확인되었다. 증류수 공급수, active layer facing draw solution (AL-DS) 및 20 wt% 조건에서 [P₄₄₄₄][SS]의 투수량 및 역확산도는 약 8.51 LMH, 1.66 gMH로 각각 확인되었다.
둘째, tetrabutylphosphonium 양이온 ([P4444]+)을 기반으로 하는 이온성액체를 benzenesulfonate ([BS]-), benzenesulfonate (p-methylbenzenesulfonate ([MBS]-) 및 p-ethylbenzenesulfonate ([EBS-]) 음이온과 함께 합성하였다. 수용액의 농도가 20 wt%일 때, [P₄₄₄₄][MBS]와 [P₄₄₄₄][EBS]의 하한임계용액온도는 약 36 ℃와 25 ℃로 각각 확인되었다. 증류수 공급수 및 AL-DS 조건에서 [P₄₄₄₄][EBS]보다 높은 삼투압을 갖는 [P₄₄₄₄][MBS]의 투수량 및 역확산도는 약 7.36 LMH 및 5.98 gMH로 각각 확인되었다.
셋째, tributylalkylphosphonium 3-sulfopropyl methacrylate ([P444#][C₃S], # = 4, 6 및 8) 이온성액체를 합성하였다. #은 tributylalkylphosphonium에서 alkyl group의 탄소 개수이다. [P4446][C₃S]의 2.5, 5.0, 7.5 및 10.0 wt% 수용액 상태에서 하한임계용액온도는 각각 33, 26, 23 및 18 ℃로 확인되었다. AL-DS 조건에서 증류수, 2000 ppm NaCl 용액 및 10.0 wt% 오렌지 주스를 공급수로 사용할 때, 7.5 wt% [P4446][C₃S] 수용액의 투수량은 약 4.49, 3.87 및 1.55 LMH로 각각 확인되었다.
마지막으로, tributyl-4-vinylbenzylphosphonium alkanesulfonate ([TVBP][CnS], n = 4, 5, 6) 이온성액체를 합성하였다. 여기서 n은 alkanesulfonate에서 alkane의 탄소 개수이다. [TVBP][C5S]와 [TVBP][C6S]는 다양한 농도 범위에서 6 ℃에서 34 ℃ 범위의 하한임계용액온도를 나타내었다. AL-DS 조건에서 증류수, 2000 ppm NaCl 용액 및 20.0 wt% 오렌지 주스를 공급수로 사용할 때, 8 wt% [TVBP][C5S] 수용액의 투수량은 약 11.26, 8.01 및 6.76 LMH로 각각 확인되었다.
본 연구의 결과는 온도 감응 이온성액체의 경우 그 구조를 제어함에 따라 하한임계용액온도 및 삼투 특성을 조절하는 것이 가능함을 보여줌으로써 온도감응성 이온성 소재의 설계 및 합성에 대한 영감을 제공할 수 있으며, 이는 향후 유도용질로서의 적용 가능성을 보여준다.