폴리염화비닐 (PVC, Polyvinyl chloride)은 세 번째로 많이 생산되는 플라스틱으로 대량 사용으로 인해 많은 양의 PVC 폐기물이 생성된다. PVC 폐기물의 부적절한 처리는 환경에 파괴적인 영향을 미칠 수 있다. 따라서 PVC 폐기물 재활용은 현대 사회의 큰 과제 중 하나이다. 열분해 및 가스화와 같은 전통적인 재활용 방법은 고온 공정을 포함하며 유독한 다이옥신을 생성한다. 반면에, 용매 기반 재활용 방법은 낮은 온도에서 작용하여 다이옥신을 생성하지 않고도 PVC 폐기물을 가치 있는 물질로 변환하는 대안을 제공한다. 반응성 염료, 중금속 및 계면활성제는 다양한 산업 공정에서 사용되며 대량의 산업 폐수가 생성된다. 산업 폐수의 부적절한 처분은 수원을 오염시킬 우려가 있으며, 이는 수생 생물, 인간 및 생태계에 위험을 초래할 수 있다. 따라서, PVC 폐기물의 재활용 및 이온 오염물질의 효과적인 처분은 수생 생물과 인간 건강을 보호하고 생태학적 균형을 유지하는 데 필수적이다.폐기물을 재활용하는 개념을 바탕을 두고, PVC 폐기물을 효율적인 흡착제로 변환하여 물 속의 이온 오염물질을 제거하는 것은 플라스틱 및 물에 의한 오염을 새로운 개선책으로 사용될 수 있다. 본 연구에서는 저온에서의 용해-가교-습식방사/전기방사 공정을 통해 폴리에틸렌이민 (PEI, polyethylenimine) 가교결합 된 PVC 마이크로 섬유(PEI/PVC MFs) 및 PEI/PVC 나노 섬유 여과막 (PEI/PVC NFMs) 개발하였다. 개발된 흡착제는 이온 오염물질 제거 성능을 반응성 염료 (Reactive Yellow2 (RY2), Reactive black 5 (RB5) 및 Reactive Orange 16 (RO16)), 중금속 (비소, As(V)), 및 과불화 화합물 (PFAS, per- and polyfluoroalkyl substances)을 통해 평가하였다.제1장에서는 본 연구의 동기와 목표를 소개하고, 제2장에서는 기존 연구들의 문헌을 검토하였다. 제3장에서는 PEI와 PVC의 질량 비율 및 반응 시간이 PEI/PVC MF 제조에 미치는 영향을 조사하였다. PEI의 질량 비율이 증가함에 따라 PEI/PVC MF에 의한 염료의 흡착 용량도 증가함을 제시하였다. PEI와 PVC의 질량 비율이 같은 조건일 때, PEI와 PVC의 가교 시간이 증가함에 따라 PEI/PVC MF에 의해 흡착되는 염료의 양은 증가하다가 그 후 감소하는 경향을 보였다. RY2를 단일 염료 시스템에서 사용하여 PEI/PVC1.25 MF (PEI: PVC = 1.25:1.0에서 제조)의 흡착 성능을 평가하였다. RB5와 RO16을 단일 및 이중 염료 시스템에서 사용하여 PEI/PVC2.0 MF (PEI: PVC = 2.0:1.0에서 제조)의 흡착 메커니즘을 추정할 수 있다. pH에 따른 영향을 평가한 결과, PEI/PVC1.25 MF와 PEI/PVC2.0 MF 모두 광범위한 pH 범위 (pH 2-8)에서 염료를 효과적으로 제거할 수 있는 우수한 능력을 갖고 있음을 제시하였다. PEI/PVC1.25 MF에 의한 염료 흡착의 평형 시간은 단일 성분 시스템에서 약 600분이었고, PEI/PVC2.0 MF에 의한 염료 흡착의 평형 시간은 단일 및 이중 성분 시스템에서 60-180분 이내에 도달하였다. 그리고 PEI/PVC1.25 MF에 대한 RY2의 이론적 최대 염료 흡착량은 820.6 mg/g이다. PEI/PVC2.0 MF의 RB5와 RO16에 대한 최대 흡착 용량은 각각 단일 성분 시스템에서 1265.0 및 1171.5 mg/g, 이중 성분 시스템에서 932.3 및 473.4 mg/g이다. RY2에 대한 PEI/PVC1.25 MF의 흡착 과정은 자발적이었으며 흡열적인 반면, RB5와 RO16에 대한 PEI/PVC2.0 MF의 흡착 과정은 자발적이었으며 발열적으로 나타났다. 정전기적 상호작용과 수소 결합이 흡착 과정에 참여하는 주요 메커니즘으로 여겨진다. 공존 이온은 염료의 PEI/PVC MF 흡착에 억제 효과를 나타내며, 서로 다른 염료는 다양한 강도로 억제되었다. 또한, PEI/PVC MF는 물로부터 염료를 제거하는 과정에서 우수한 재생 및 재사용 성능을 제시하였다.제4장에서는 PEI와 PVC의 비율을 PVC를 기준으로 PEI의 양을 0.5 ~ 2.0까지 비율을 변화시켜 PEI/PVC NFMs 흡착제를 제조하였다. 제조된 PEI/PVC NFMs는 PEI와 PVC의 비율에 따라 PEI/PVC-0.5, PEI/PVC-1.0, PEI/PVC-1.5 및 PEI/PVC-2.0으로 명명하였다. RB5와 As(V)는 아조 염료 및 중금속의 흡착 성능을 평가하기 위해 대표로 선택하였다. PEI/PVC-0.5, PEI/PVC-1.0, PEI/PVC-1.5 및 PEI/PVC-2.0은 pH 2에서 8 범위 내에서 높은 RB5 흡착을 보여주었으며, As(V)에 대한 높은 흡착은 pH 5에서 관찰하였습니다. PEI/PVC-2.0에 의한 RB5 흡착은 초기 농도가 100 mg/L일 때 120분 내에 평형에 도달하였다. PEI/PVC-2.0에 의한 As(V) 흡착은 초기 농도가 각각 1, 10 및 100 mg/L일 때 10, 90 및 180분 내에 평형에 도달하였다. PEI/PVC-2.0은 RB5 및 As(V)에 대해 최대 이론적 용량이 각각 1015.9 및 115.8 mg/g (25 °C)인 가장 높은 흡착 용량을 보여주었다. PEI/PVC-2.0에 의한 RB5 및 As(V)의 흡착은 자발적이고 발열적이었다. PEI/PVC-2.0에 의한 RB5 흡착의 주요 메커니즘은 정전기적인 인력이며, As(V) 흡착의 주요 기작은 정전기적인 인력 및 기타 화학적 상호작용으로 보였으며 PEI/PVC-2.0은 30일간의 산/알칼리 내성 실험에서 안정성을 확인하였다. 경쟁 이온들이 As(V) 흡착에 미치는 영향은 SO42- > PO43- > CO32- ? NO3- 순으로 나타났다. PEI/PVC-2.0은 As(V) 및 RB5에 대해 5번의 재사용 주기 이후에도 80% 이상의 흡착 용량을 유지하는 우수한 재생 특성을 가지고 있다.제5장에서는 PEI/PVC NFM의 열적 안정성 및 기계적 특성과 함께 RY2의 분리 능력과 물로부터 PFAS의 흡착 능력을 분석하기 위해 열적 안정성 및 기계적 특성과 같은 다양한 기기를 사용하여 분석하였다. TGA 결과는 막이 150 °C 이하의 폐수 처리 과정에서 안정하게 유지될 수 있음을 보여주었다. PEI/PVC NFM의 평균 응력 및 변형률은 각각 7.64 ± 0.32 MPa와 934.14 ± 48.12%으로 나타났다. 물의 접촉 각도 및 제타 전위 분석은 PEI와의 크로스링크 후 막이 소수성에서 친수성으로 전환되었으며, pHIEP는 3.1에서 10.8로 증가하였다. 막의 순수한 수분 유속은 0.1 MPa에서 측정되었고 결과는 3013 ± 60 L/m2?h으로 빠른 투과속도를 보였다. RY2 여과 실험은 PEI/PVC NFM이 pH 4?9 및 0.1 MPa에서 10 ppm의 RY2에 대해 95% 이상의 제거 효율을 가지고 있음을 제시하였다. 흡착 연구는 PEI/PVC NFM이 단쇄 및 장쇄 PFAS에 대해 높은 흡착 용량을 가지고 있으며, 300분 이내에 흡착 평형을 형성한다는 것을 나타났다. PEI/PVC NFM의 재사용성은 세 차례의 흡착-탈착 반복 실험을 통해 확인하였다. 위와 같은 연구로 PEI/PVC NFM이 반응성 염료와 PFAS를 함유한 폐수를 효과적으로 정화할 수 있는 재사용 가능한 막임을 보여주었다.요약하자면, 이러한 연구들은 PVC를 용해-가교결합-습식/전기방사를 통해 매우 효율적인 흡착제 또는 여과막으로 제조할 수 있음을 제시하였다. 본 연구를 통해 개발된 소재는 수계에 존재하는 이온성 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있는 우수한 성능을 보여줌으로써 PVC 폐기물의 재활용을 위한 가능한 경로를 제시하였다.