KR100827248B1 - Multilayer polyelectrolyte membranes and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

A membrane manufactured by forming a polyelectrolyte layer on a porous supporting film is provided to separate the fluorine ion from the ion mixture, obtain good permeability, and sustain separation performance for a long time even under the long-term operating circumstances by manufacturing a membrane capable of separating a fluorine ion from an ion mixture, and a manufacturing method of the membrane is provided. A multilayer polyelectrolyte membrane comprises: a porous supporting film selected from a porous polymer film, a porous ceramic film, and a porous carbon film; and a polyelectrolyte coating layer formed by alternately laying up an anion polyelectrolyte solution and a cation polyelectrolyte solution to one or more layers on one or both faces of the porous supporting film in such a manner that the anion polyelectrolyte solution and the cation polyelectrolyte solution are laid up to a thickness of 10 to 100 nm, wherein the anion polyelectrolyte is prepared in the form of a solution having a pH of 1 to 12, a supporting salt concentration of 0.01 to 5 M, and a polyelectrolyte concentration of 0.0001 to 1 M by dissolving an anion polyelectrolyte and a supporting salt into a solvent, and the cation polyelectrolyte solution is prepared in the form of a solution having a pH of 1 to 12, a supporting salt concentration of 0.01 to 5 M, and a polyelectrolyte concentration of 0.0001 to 1 M by dissolving a cation polyelectrolyte and a supporting salt into a solvent. The anion polyelectrolyte is at least one selected from poly(styrene sulfonate), polyacrylic acid, poly(ethylene oxide), polyvinyl sulfate, poly(3-sulfopropyl methacrylate), poly(vinyl sulfonate), and poly(acrylamido-2-methyl-propanesulfonate). The cation polyelectrolyte is at least one selected from poly(dialyl dimethyl ammonium chloride), poly(aryl amine chloride), poly(ethlene imine), poly(acryl amide), and poly(vinyl amine). The supporting salt is at least one metal salt selected from NaCl, NaBr, NaF, MnCl2, CaCl2, KCl, NaI, LiCl, RbCl, CsCl, and HCl. Further, the porous ceramic film is one selected from a group consisting of a porous alumina film, a porous zirconia film, a porous silica film and a porous titania film.

Description

다층 고분자 전해질 분리막 및 이의 제조방법{Multilayer polyelectrolyte membranes and manufacturing method thereof}Multilayer polyelectrolyte membrane and manufacturing method thereof

본 발명은 다층 고분자 전해질 분리막(multilayer polyelectrolyte membrane)의 제조 방법 및 이로부터 제조된 투과성이 좋고 이온 혼합물로부터 불소 이온의 분리가 가능한 분리막에 관한 것이다. 보다 자세하게는 이온 혼합물로부터 불소 이온의 분리가 가능한 분리막을 제조하는데 있어서 고분자 전해질을 투과성이 좋고 기계적 강도가 우수한 다공성 지지막에 교대로 적층하여 분리막을 제조함으로써 이온 혼합물로부터 불소 이온을 분리할 뿐만 아니라 투과성이 좋고 장시간의 운전상황에서도 투과 성능을 오랫동안 지속하는 특성을 나타내는 분리막에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing a multilayer polyelectrolyte membrane, and a separator capable of separating fluorine ions from an ion mixture having good permeability prepared therefrom. More specifically, in preparing a separator capable of separating fluorine ions from the ionic mixture, the polymer electrolyte is alternately stacked on a porous support membrane having excellent permeability and mechanical strength, thereby preparing a separator to separate fluorine ions from the ionic mixture as well as permeability. The present invention relates to a separation membrane that exhibits a long lasting permeability even in a long operation condition.

불소는 지구상의 지각에서 흔히 볼 수 있는 원소로서 많은 광물과 암석에 불소화합물의 형태로 존재하고 있다. 그러나 2 mg/L 이상의 불소 이온이 함유된 물을 계속 마실 경우에는 뼈와 치아에 문제가 생기며 심지어는 DNA 구조도 변화되는 것으로 알려져 있다. 그럼에도 불구하고 미국의 경우에만 보더라도 이십만 명 이상의 사람들이 4 mg/L 이상의 농도를 가지는 불소 이온이 포함된 물을 마시는 것으로 알 려져 있다. 그러나 염소 이온과 같은 이온이 이온 교환 수지에 불소 이온보다 더 강하게 결합하기 때문에 이온 교환 수지를 이용해서 물 속에 있는 불소 이온을 제거하는 것은 효과적이지 못한 것으로 알려져 있다.Fluoride is a common element in the earth's crust, and is present in many minerals and rocks in the form of fluorine compounds. However, drinking water containing more than 2 mg / L of fluoride ions is known to cause bone and tooth problems and even alter DNA structure. Nevertheless, in the United States alone, more than 200,000 people drink water containing fluoride ions with concentrations above 4 mg / L. However, since ions such as chlorine ions bind more strongly to fluoride ions than ion exchange resins, it is known that ion exchange resins are not effective in removing fluoride ions in water.

따라서 물 속에 있는 불소 이온은 일반적으로 활성 알루미나와 같은 흡착제를 이용해서 제거되고 있다. 그러나 알루미나의 불소 이온 결합 능력이 낮아서 이를 개선하기 위한 많은 노력들이 있어 왔다. Blachman 등은 나트륨, 칼륨, 칼슘, 그리고 마그네슘과 같은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 산화물을 사용하여 활성 알루미나의 흡착능을 향상시키려고 하였다. (미국 특허 6,632,3268) 그 결과 기존의 활성 알루미나에 비해서 최대 25%까지 흡착능을 향상시킬 수 있었다. 한편, Lebeau 등은 석회를 사용하여 중화하는 방법으로 불소 이온을 제거하려 시도하였으나 잔존 불소 이온의 농도를 8 mg/L 이하로 낮추지는 못하였다.(미국 특허 6,436,297) McMullen 등은 마그네슘과 알칼리 수산화물을 이용하여 마그네슘 침전물을 형성하는 방법으로 불소 이온을 제거하고자 하였으나 1 mg/L의 낮은 농도에서 0.9 mg/L 이하의 농도로 낮추는 미미한 제거 능력을 보였다. (미국 특허 6,296,773) 한편, Cargnel 등은 두 개 이상의 알루미늄 화합물을 포함하고 있는 반응기를 사용하여서 불소 이온의 제거 능력을 증가시키려는 노력을 하기도 하였으며 (미국 특허 5,824,227) Krulik 등은 칼슘염을 포함하고 있는 탱크로 불소 이온을 포함하고 있는 물을 통과시켜서 반응을 시킨 후 다음 탱크에서는 불소 침전물을 제거하는 방법으로 불소 이온을 제거하고자 하였다. (미국 특허 6,645,385) Therefore, fluorine ions in water are generally removed using an adsorbent such as activated alumina. However, alumina has a low fluorine ion binding ability, and many efforts have been made to improve it. Blachman et al. Attempted to improve the adsorption capacity of activated alumina using oxides of alkali or alkaline earth metals such as sodium, potassium, calcium, and magnesium. (US Pat. No. 6,632,3268) As a result, it was possible to improve the adsorption capacity by up to 25% compared to conventional activated alumina. On the other hand, Lebeau et al. Attempted to remove fluoride ions by neutralizing with lime, but did not lower the concentration of residual fluorine ions below 8 mg / L (US Pat. No. 6,436,297). McMullen et al. In order to remove the fluoride ions by the method of forming a magnesium precipitate by using a low concentration of 1 mg / L to less than 0.9 mg / L concentration showed a slight removal ability. (US Pat. No. 6,296,773) Meanwhile, Cargnel et al. Have made efforts to increase the ability to remove fluorine ions using reactors containing two or more aluminum compounds (US Pat. No. 5,824,227). Krulik et al. In order to remove fluorine ions by passing water containing fluorine ions through the reaction and then removing fluorine deposits in the next tank. (U.S. Patent 6,645,385)

흡착량이 크지 못한 기존의 활성 알루미나 흡착법을 대체할 수 있는 분리공 정으로서 고려해 볼 수 있는 것이 분리막을 이용한 방법이다. 분리막 기술은 지난 수 십 년간 물 속의 부유 물질의 제거, 해수의 담수화, 염료의 제거, 아미노산의 분리 등의 분리 분야에서 괄목할 진전을 보여왔다. 분리막의 기공 크기에 따른 여러 종류의 분리막 중에서 나노여과막(nanofiltration membranes)은 2가 이온은 대부분 제거하고 1가 이온은 대부분 통과시킨다. 반면에 이보다 막의 기공 크기가 작은 역삼투막(reverse osmosis membranes)은 2가 이온뿐만 아니라 1가 이온도 통과시키지 않고 오직 물만 통과 시킨다. 따라서 역삼투막을 사용하면 불소 이온을 효과적으로 제거할 수 있다. 그러나 역삼투막은 투과량이 나노여과막에 비해서 매우 작으며 사용하는데 고압이 필요할 뿐만 아니라 모든 이온을 제거하기 때문에 미네랄을 다시 보충해 주어야 한다는 문제가 있다. The separation membrane can be considered as a separation process that can replace the existing activated alumina adsorption method, which does not have a large adsorption amount. Membrane technology has made significant progress in the past few decades in the field of separation of suspended solids in water, desalination of seawater, removal of dyes and separation of amino acids. Nanofiltration membranes remove most of divalent ions and pass most monovalent ions among various membranes depending on the pore size of the membrane. On the other hand, reverse osmosis membranes, which have smaller pore sizes, allow only water to pass through as well as divalent ions. Therefore, the use of reverse osmosis membrane can effectively remove fluorine ions. However, the reverse osmosis membrane has a problem that the amount of permeation is very small compared to the nanofiltration membrane and the minerals need to be replenished because not only high pressure is required but also all ions are removed.

따라서 이온 혼합물에서 불소 이온을 효과적으로 분리할 수 있으면서도 투과량이 좋고 운전 시 고압을 필요로 하지 않는 분리막의 개발이 절실히 요구고 있다.Therefore, there is an urgent need for the development of a separation membrane that can effectively separate fluorine ions from the ion mixture but does not require high pressure during operation.

앞에서 설명한 바와 같이 일반적인 역삼투막을 사용해서는 이온 크기와 전하가 비슷한 이온 혼합물을 효과적으로 분리하지 못하므로 불소 이온만을 선택적으로 분리하면서도 투과량이 좋고 운전 시 고압이 필요 없는 나노여과막의 사용이 필요하다. 그러나, 기존의 나노여과막은 2가 이온은 분리할 수 있으나 1가 이온은 그대로 통과시키므로 새로운 개념의 분리막의 제조가 필요하다. As described above, a general reverse osmosis membrane does not effectively separate ionic mixtures having similar ion sizes and charges. Therefore, it is necessary to use a nanofiltration membrane that selectively separates only fluorine ions but does not require high pressure during operation. However, conventional nanofiltration membranes can separate divalent ions, but pass monovalent ions as it is, and thus, a new concept of separation membrane is required.

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 이온 혼합물로부터 불소 이온을 분 리하는데 적용하기 위하여, 고분자 전해질을 다공성 지지막 위에 교대로 적층하여 복합 분리막을 제조하며, 따라서 불소 이온에 대한 선택성과 용액 플럭스가 높을 뿐만 아니라 장시간의 운전상황에서도 투과 성능을 지속하는 등 탁월한 특성을 나타내는 분리막을 제공하고자 한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a composite membrane by alternately stacking a polymer electrolyte on a porous support membrane to apply fluorine ions from an ionic mixture, thereby increasing the selectivity to fluorine ions and solution flux. In addition, the present invention aims to provide a separator that exhibits excellent characteristics such as sustaining permeation performance even in long-term operation.

즉, 본 발명에서는 고분자 전해질을 다공성 지지막 위에 교대로 적층함으로써 투과성이 좋고 이온 혼합물로부터 불소 이온을 분리하면서도 운전 시 고압이 필요하지 않는 분리막을 제조하고자 한다. That is, in the present invention, the polymer electrolyte is alternately stacked on the porous support membrane to prepare a separator having good permeability and high pressure during operation while separating fluorine ions from the ion mixture.

또한 본 발명에 의해 제조된 다층 고분자 전해질 분리막에서는 사용하는 고분자 전해질의 종류, 적층 조건, 그리고 적층 수를 적절히 변화시킴으로써 분리막의 기공 크기를 적절히 조절하여 이온 혼합물에서 불소 이온을 선택적으로 분리할 수 있는 분리막을 제공하고자 한다.In addition, in the multilayer polymer electrolyte membrane prepared according to the present invention, the pore size of the membrane is appropriately adjusted by appropriately changing the type of polymer electrolyte used, the lamination conditions, and the number of laminations, so that the fluorine ions can be selectively separated from the ion mixture. To provide.

본 발명은 다층 고분자 전해질 분리막(multilayer polyelectrolyte membrane)의 제조 방법 및 이로부터 제조된 투과성이 좋고 이온 혼합물로부터 불소 이온의 분리가 가능한 분리막에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 다공성 지지막; 및 상기 다공성 지지막의 한 면 또는 양면에 음이온 고분자 전해질용액과 양이온 고분자 전해질용액이 교대로 한층 이상 적층된 고분자 전해질층을 포함하여 불소이온을 선택적으로 분리하는 다층 고분자 전해질 분리막에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing a multilayer polyelectrolyte membrane, and a separator capable of separating fluorine ions from an ion mixture having good permeability prepared therefrom, and more specifically, a porous support membrane; And a polymer electrolyte layer in which one or more anionic polymer electrolyte solutions and a cationic polymer electrolyte solution are alternately stacked on one or both surfaces of the porous support membrane, to selectively separate fluorine ions.

이하 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명에서 제조한 분리막은 그 구조로 볼 때 불소 이외의 1가 음이온에 대해서 선택적 투과성을 나타내는 고분자 전해질 층과 이를 지지하는 다공성 지지막으로 구성되어 있다. 지지막은 투과성이 좋으며 충분한 기계적 강도를 유지할 수 있는 것이면 어떤 것이든지 사용 가능하다. 예를 들면 일반적인 다공성 고분자막이나 세라믹 막을 모두 사용 가능하며 지지막의 형상도 평판형, 튜브형, 실관형 등 어떤 것이든지 이용 가능하다. The separator prepared in the present invention is composed of a polymer electrolyte layer exhibiting selective permeability to monovalent anions other than fluorine and a porous support membrane supporting the separator. The support membrane can be used as long as it has good permeability and can maintain sufficient mechanical strength. For example, a general porous polymer membrane or a ceramic membrane can be used, and the shape of the support membrane can also be used in the form of a flat plate, a tube, or a tubular tube.

보다 구체적으로는 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene), 저밀도폴리에틸렌(low density polyethylene), 선형 저밀도 폴리에틸렌(linear low density polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 고결정성 폴리프로필렌 (high crystalline polypropylene), 폴리에틸렌-프로필렌 공중합체(polyethylene-propylene copolymer), 폴리에틸렌-부틸렌 공중합체(polyethylene-butylene copolymer), 폴리에틸렌-헥센 공중합체(polyethylene-hexene copolymer), 폴리에틸렌-옥텐 공중합체(polyethylene-octene copolymer), 폴리스티렌-부틸렌-스티렌 공중합체(polystyrene-butylene-styrene copolymer), 폴리스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 공중합체(polystyrene-ethylene-butylene-styrene copolymer), 폴리스티렌 (polystyrene), 폴리페닐렌 옥사이드(polyphenylene oxide), 폴리술폰 (polysulfone), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리에스테르(polyester), 폴리아미드(polyamide), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리비닐리덴 클로라이드(polyvinylidene chloride), 폴리비닐리덴플루오라이드 (polyvinylidene fluoride), 폴리실록산(polysiloxane), 폴리올레핀(polyolefin), 아이오노머(ionomer), 폴리메틸펜텐(polymethyl pentene), 하이드로제네이티드올리고사이클로펜타디엔(hydrogenated oligocyclopentadiene, HOCP)에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 공중합체 또는 유도체로 이루어진 군으로부터 1 종 이상 선택되는 다공성 고분자막 또는 다공성 알루미나막, 다공성 지르코니아막, 다공성 실리카막, 다공성 타이타니아막 등에서 선택되는 어느 하나 이상의 다공성 세라믹막 또는 다공성 탄소막을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.More specifically, high density polyethylene, low density polyethylene, linear low density polyethylene, polypropylene, high crystalline polypropylene, polyethylene-propylene air Polyethylene-propylene copolymer, Polyethylene-butylene copolymer, Polyethylene-hexene copolymer, Polyethylene-octene copolymer, Polystyrene-butylene- Styrene copolymer (polystyrene-butylene-styrene copolymer), polystyrene-ethylene-butylene-styrene copolymer (polystyrene), polystyrene, polyphenylene oxide, polysulfone ( polysulfone, polycarbonate, polyester, polyamide, poly Polyurethane, polyacrylate, polyvinylidene chloride, polyvinylidene fluoride, polysiloxane, polyolefin, ionomer, polymethylpentene (polymethyl pentene), hydrogenated oligocyclopentadiene (HOCP), at least one selected from the group consisting of one or more copolymers or derivatives thereof, porous polymer membrane or porous alumina membrane, porous zirconia membrane, One or more porous ceramic membranes or porous carbon membranes selected from porous silica membranes, porous titania membranes, and the like may be used, but is not limited thereto.

본 발명에서 상기 고분자 전해질 층은 음이온성 고분자 전해질과 양이온성 고분자 전해질로 구성되어 있다. 그런데 고분자 전해질 층에는 음이온성 고분자 전해질과 양이온성 고분자 전해질이 교대로 적층되어 있다. 불소 이온과 같은 음이온의 분리에 있어서는 마지막 층에 음이온성 고분자 전해질을 적층하는 것이 바람직하다.In the present invention, the polymer electrolyte layer is composed of an anionic polymer electrolyte and a cationic polymer electrolyte. However, anionic polymer electrolyte and cationic polymer electrolyte are alternately stacked on the polymer electrolyte layer. In the separation of anions such as fluorine ions, it is preferable to stack an anionic polymer electrolyte on the last layer.

바람직하게는 상기 음이온 고분자 전해질용액은 음이온 고분자 전해질과 보조염을 용매에 용해하여 pH가 1 ~ 12, 보조염의 농도가 0.01 ~ 5M, 고분자 전해질의 농도가 0.0001M ~ 1M인 용액으로 제조한 것이고, 상기 양이온 고분자 전해질용액은 양이온 고분자 전해질과 보조염을 용매에 용해하여 pH가 1 ~ 12, 보조염의 농도가 0.01 ~ 5M, 고분자 전해질의 농도가 0.0001M ~ 1M인 용액으로 제조한 것으로서, 본 발명에서 상기 음이온 고분자 전해질은 폴리(스티렌 설포네이트), 폴리(아크릴산), 폴리(에틸렌 옥사이드), 폴리(비닐 설페이트), 폴리(3-설포프로필 메타크릴레이트), 폴리(비닐 설포네이트), 폴리(아크릴아미도-2-메틸-프로파네설포네이 트)에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용하고, 상기 양이온 고분자 전해질은 폴리(디알릴디메틸암모늄클로라이드), 폴리(아릴 아민 클로라이드), 폴리(에틸렌 이민), 폴리(아크릴 아미드), 폴리(비닐 아민)에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용하는 것이 바람직하다. 그러나 이들에 제한되지 않고 고분자 전해질로는 교대로 적층이 가능한 모든 종류의 고분자 전해질이 사용 가능하다. 보다 바람직하게는 음이온 고분자 전해질로 폴리(스티렌 설포네이트)를 사용하는 것이 좋으며, 양이온 고분자 전해질은 폴리(디알릴디메틸암모늄클로라이드)를 사용하는 것이 좋다.Preferably, the anionic polymer electrolyte solution is prepared by dissolving an anionic polymer electrolyte and an auxiliary salt in a solvent with a pH of 1 to 12, an auxiliary salt of 0.01 to 5M, and a polymer electrolyte of 0.0001M to 1M. The cationic polymer electrolyte solution is prepared by dissolving a cationic polymer electrolyte and an auxiliary salt in a solvent, wherein the pH is 1 to 12, the concentration of the auxiliary salt is 0.01 to 5M, and the concentration of the polymer electrolyte is 0.0001M to 1M. The anionic polymer electrolyte is poly (styrene sulfonate), poly (acrylic acid), poly (ethylene oxide), poly (vinyl sulfate), poly (3-sulfopropyl methacrylate), poly (vinyl sulfonate), poly (acrylic) Amido-2-methyl-propanesulfonate), and the cationic polymer electrolyte is poly (diallyldimethylammonium chloride), poly (aryl Min chloride), poly (ethyleneimine), poly (acrylamide), it is preferable to use at least one selected from poly (vinylamine). However, the present invention is not limited thereto, and as the polymer electrolyte, any kind of polymer electrolyte that can be laminated alternately may be used. More preferably, it is preferable to use poly (styrene sulfonate) as the anionic polymer electrolyte, and it is preferable to use poly (diallyldimethylammonium chloride) as the cationic polymer electrolyte.

다층 고분자 전해질 분리막 제조에 있어서 사용할 수 있는 보조 염으로는 NaCl, NaBr, NaF, MnCl2, CaCl2, KCl, NaI, LiCl, RbCl, CsCl, HCl 등이 있다. 그러나 여기에서 예시한 염 이외에도 많은 종류의 염이 있으며 본 발명의 목적에 부합하는 보조 염은 여기에서 예시한 것들에 국한하는 것은 아니다. 또 본 발명의 분리막에는 단일염 뿐 아니라 1종 이상의 염들의 물리적 혼합물도 사용 가능하다.Auxiliary salts that can be used in the manufacture of the multilayer polymer electrolyte membrane include NaCl, NaBr, NaF, MnCl 2 , CaCl 2 , KCl, NaI, LiCl, RbCl, CsCl, HCl and the like. However, in addition to the salts exemplified herein, there are many types of salts and auxiliary salts consistent with the object of the present invention are not limited to those exemplified herein. In addition, the separation membrane of the present invention can be used not only a single salt but also a physical mixture of one or more salts.

본 발명에서 제조한 분리막에서 불소 이온을 선택적으로 분리하는데 실질적으로 영향을 미치는 것은 분리막의 전하와 기공 크기이며 투과량에 영향을 미치는 것은 고분자 전해질 층의 두께이다. 분리막의 기공 크기, 전하, 그리고 투과에 영향을 미치는 인자로는 고분자 전해질의 종류, 적층 용액의 pH, 고분자 전해질의 농도, 고분자 전해질 용액 내의 보조 염의 농도, 적층 시간, 그리고 적층 수 등이다. 이들 변수에 의해서 이온 혼합물 중에서 불소 이온을 선택적으로 투과 분리하는 특성이 결정된다. 즉 고분자 전해질의 종류, 적층 용액의 pH, 적층 용액 내의 염의 농도, 적층 시간(적층 두께), 그리고 적층 수 각각을 잘 선정해야만 선택성과 투과성이 높은 분리막을 얻을 수 있게 된다. Substantially affecting the selective separation of fluorine ions in the separator prepared in the present invention is the charge and pore size of the separator and the thickness of the polymer electrolyte layer affects the permeation amount. Factors affecting the pore size, charge, and permeation of the membrane are the type of polymer electrolyte, the pH of the stacking solution, the concentration of the polymer electrolyte, the concentration of the auxiliary salt in the polymer electrolyte solution, the stacking time, and the number of stacks. These variables determine the characteristic of selectively permeating fluorine ions in the ionic mixture. That is, the type of the polymer electrolyte, the pH of the lamination solution, the concentration of the salt in the lamination solution, the lamination time (lamination thickness), and the number of laminations must be carefully selected to obtain a separator having high selectivity and permeability.

본 발명에서는 바람직하게는 상기한 음이온 고분자 전해질과 양이온 고분자 전해질을 교대로 한층 이상 적층함과 동시에 적층된 전해질 층의 두께가 10 ~ 100nm인 경우 가장 우수한 불소 이온 배제율을 달성할 수 있음을 발견하였으며, 10nm 미만인 경우 다공성 알루미나막의 기공을 모두 덮기가 어렵고, 100nm를 초과하는 경우 투과 플럭스가 너무 낮아지므로 바람직하지 않다. 또한, 전해질 고분자 용액의 pH를 1 ~ 12 로 제조하며, 보조염의 농도를 0.01 ~ 5M 로 제조하는 것이 바람직하며, 고분자 전해질의 농도가 0.0001 ~ 1M으로 용액을 제조하는 것이 바람직하며, 상기 범위를 만족하는 경우에 불소이온의 배제율이 높은 것을 확인하였다.In the present invention, it has been found that the best fluorine ion rejection rate can be achieved when the anionic polymer electrolyte and the cationic polymer electrolyte are alternately stacked one or more layers at the same time and the thickness of the stacked electrolyte layers is 10 to 100 nm. In case of less than 10 nm, it is difficult to cover all the pores of the porous alumina membrane, and if it exceeds 100 nm, the permeate flux becomes too low, which is not preferable. In addition, the pH of the electrolyte polymer solution is prepared to 1 to 12, the concentration of the auxiliary salt is preferably prepared to 0.01 to 5M, the concentration of the polymer electrolyte is preferably prepared to the solution of 0.0001 ~ 1M, satisfies the above range In this case, it was confirmed that the exclusion rate of fluorine ions was high.

상기한 본 발명에 따른 다층 고분자 전해질 분리막은 분리하고자 하는 이온 혼합물에 대하여 불소 이온의 배제율이 60% 이상, 선택도가 2.5 이상, 용액의 플럭스가 2 (㎥/㎡-day) 이상인 불소 이온의 선택적 분리가 향상되는 효과가 있다.The multilayer polymer electrolyte membrane according to the present invention has a fluorine ion exclusion rate of at least 60%, a selectivity of at least 2.5, and a flux of solution of at least 2 (m 3 / m 2 -day) with respect to the ion mixture to be separated. Selective separation has the effect of improving.

상기 이온 혼합물은 1종 이상의 1가 음이온과 불소 이온을 포함하며, 상기 1가 음이온은 염소 이온, 요오드 이온, 질산 이온, 아질산 이온, 브롬 이온을 포함하는 것이 바람직하고, 상기 이온 혼합물은 1가 음이온 이외에도 2가 음이온을 포함하는 것도 가능하다.The ion mixture includes one or more monovalent anions and fluorine ions, the monovalent anions preferably include chlorine ions, iodine ions, nitrate ions, nitrite ions, bromine ions, and the ionic mixtures are monovalent anions. It is also possible to include a divalent anion.

이하는 본 발명에 따른 다층 고분자 전해질 분리막을 제조하는 방법에 대하여 설명하면,Hereinafter, a method of manufacturing a multilayer polymer electrolyte separator according to the present invention will be described.

a) 음이온 고분자 전해질 또는 양이온 고분자 전해질을 각각 보조염과 함께 용매에 용해하여 pH가 1 ~ 12, 보조염의 농도가 0.01 ~ 5M, 고분자 전해질의 농도가 0.0001M ~ 1M인 용액을 제조하는 단계;a) dissolving an anionic polyelectrolyte or cationic polyelectrolyte together with an auxiliary salt in a solvent to prepare a solution having a pH of 1 to 12, an auxiliary salt of 0.01 to 5M, and a polymer electrolyte of 0.0001M to 1M;

b) 다공성 지지막에 상기 제조된 음이온 고분자 전해질용액을 적층시켜 음이온 고분자 전해질층을 형성하는 단계;b) stacking the prepared anion polymer electrolyte solution on the porous support membrane to form an anion polymer electrolyte layer;

c) 상기 음이온 고분자 전해질층의 상부에 양이온 고분자 전해질용액을 적층시켜 양이온 고분자 전해질층을 형성하는 단계;c) forming a cationic polymer electrolyte layer by laminating a cationic polymer electrolyte solution on the anion polymer electrolyte layer;

d) 상기 양이온 고분자 전해질층의 상부에 다시 음이온 고분자 전해질용액을 적층시켜 최외각에 음이온 고분자 전해질층을 형성하는 단계;d) stacking an anionic polymer electrolyte solution on top of the cationic polymer electrolyte layer to form an anion polymer electrolyte layer at the outermost part;

를 포함하여 불소이온을 선택적으로 분리하는 다층 고분자 전해질 분리막을 제조할 수 있다.It may include a multi-layer polymer electrolyte separator to selectively separate the fluorine ions, including.

보다 바람직하게는 상기 b)단계 및 c)단계를 반복하여 고분자 전해질층의 두께가 10 ~ 100nm가 되도록 제조하는 것이 불소이온의 분리능이 향상되는 효과가 있다. More preferably, the steps b) and c) are repeated to prepare the polymer electrolyte layer so that the thickness of the polymer electrolyte layer is 10 to 100 nm, thereby improving the resolution of fluorine ions.

구체적으로 설명하면, 본 발명의 분리막은 먼저 음이온성 고분자 전해질과 양이온성 고분자 전해질을 각각 보조 염을 포함하는 액체 용매에 녹여 고분자 전해질 용액을 만들고 이 용액을 다공성 지지막 위에 교대로 적층하여 제조한다. 이때 각 전해질 층의 적층 사이에 물을 사용하여 적층되지 않은 과량의 고분자 전해질을 제거한다. 적층 과정에서 이용되는 액체 용매는 고분자 전해질을 용해할 수 있어야 하고 지지막에 손상을 주지 않는 것이면 어떤 것이던지 사용 가능하다. 만약 고분 자 전해질을 구성하는 고분자가 수용성이라면 물을 용매로 사용하면 된다. 고분자 전해질 용액에서 보조 염의 농도, 고분자 전해질 용액의 pH, 고분자 전해질 용액의 농도, 적층 시간, 적층 수는 고분자 전해질 층의 두께와 전하를 감안하여 결정한다. 지지막 위에 전해질 코팅 용액을 도포하는 방식은 이미 잘 알려진 바와 같이 여러 가지가 있으며 간편하게는 스핀(spin) 코팅 법 또는 딥(dip) 코팅 법과 같은 방식을 이용할 수 있다. 지지막 위에 형성한 고분자 전해질 층의 두께는 투과성을 증대시키기 위해 되도록 작게 하는 것이 바람직하다. 그러나 고분자 전해질 층의 두께가 너무 작으면 다공성 지지막의 기공을 다 막지 못하거나 운전 시 압력차에 의해 구멍이 생겨 선택성이 저하될 우려가 있다. 이렇게 제조한 분리막의 또 다른 특징은 불소 이온의 높은 배제율과 선택도이다. 여기서 배제율과 선택도는 수학식 1과 2와 같이 정의된다. Specifically, the membrane of the present invention is prepared by first dissolving an anionic polymer electrolyte and a cationic polymer electrolyte in a liquid solvent containing an auxiliary salt, and then stacking the solutions alternately on a porous support membrane. At this time, the excess polymer electrolyte that is not laminated is removed using water between the stacks of the respective electrolyte layers. The liquid solvent used in the lamination process should be capable of dissolving the polymer electrolyte and may be used as long as it does not damage the support membrane. If the polymer constituting the polymer electrolyte is water soluble, water may be used as a solvent. The concentration of the auxiliary salt in the polymer electrolyte solution, the pH of the polymer electrolyte solution, the concentration of the polymer electrolyte solution, the lamination time, and the number of laminations are determined in consideration of the thickness and charge of the polymer electrolyte layer. There are various ways to apply the electrolyte coating solution on the support membrane, as is well known, and simply, a method such as a spin coating method or a dip coating method may be used. It is preferable to make the thickness of the polymer electrolyte layer formed on the support membrane as small as possible in order to increase permeability. However, if the thickness of the polymer electrolyte layer is too small, the pores of the porous support membrane may not be blocked, or a hole may be generated due to a pressure difference during operation, which may reduce selectivity. Another characteristic of the membrane thus prepared is the high rejection rate and selectivity of fluorine ions. Here, the exclusion rate and selectivity are defined as in Equations 1 and 2.

배제율 = 1 - [투과물의 농도/공급물의 농도] x 100 (1)Exclusion rate = 1-[concentration / feed concentration] x 100 (1)

선택도 = [100 - 다른 음이온의 배제율]/[100 - 불소이온의 배제율] (2)Selectivity = [100-rejection rate of other anions] / [100-rejection rate of fluoride ions] (2)

불소 이온의 배제율은 불소 이온을 얼마나 잘 제거할 수 있는 지를 나타내는 값이며 선택도는 다른 음이온에 대비하여 불소 이온을 얼마나 선택적으로 분리할 수 있는지를 나타내는 값으로 1mM 혼합 용액을 이용하여 측정하였다. 따라서 불소이온의 배제율과 선택도가 클수록 분리 성능이 좋은 막이며 실제 적용하는데 유리하게 된다. 본 발명에서 제조한 분리막은 불소 이온의 배제율이 60% 이상, 보다 바 람직하게는 60 ~ 90%이며, 선택도가 2.5 이상, 보다 바람직하게는 2.5 ~ 5로 높은 특징을 가진다. 분리막에 있어서 선택도와 더불어 중요한 값은 용액의 플럭스이다. 본 발명에서 제조한 분리막은 용액의 플럭스가 2(㎥/㎡-day)이상, 보다 바람직하게는 2 ~ 5(㎥/㎡-day)로 높은 특징을 가진다. The exclusion rate of fluorine ions is a value indicating how well fluorine ions can be removed, and the selectivity is a value indicating how selectively fluorine ions can be separated from other anions and measured using a 1 mM mixed solution. Therefore, the greater the rejection rate and selectivity of fluorine ions, the better the separation performance and the better the practical application. Separation membrane prepared in the present invention has a high fluorine ion rejection rate of 60% or more, more preferably 60 to 90%, selectivity of 2.5 or more, more preferably 2.5 to 5. In addition to selectivity in membranes, an important value is the flux of the solution. The separator prepared in the present invention has a high flux of the solution of 2 (m 3 / m 2 -day) or more, more preferably 2 to 5 (m 3 / m 2 -day).

다음의 실시예들은 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위한 것이지 본 발명이 이에 국한하는 것은 아니다.The following examples are intended to illustrate the invention in more detail, but the invention is not limited thereto.

[실시예 1]Example 1

다공성 알루미나막 [0.02μm Whatman Anodisk 필터]을 홀더에 장착한 후, 0.5M NaCl을 포함하는 0.02M 폴리(스티렌 설포네이트)(분자량=70,000, Aldrich)(PSS) 용액(pH=5.5)을 부어 3분간 유지한 후, 물을 이용하여 1분간 세척하였다. 그 후, 0.5M NaCl을 포함하는 0.02M 폴리(디알릴디메틸 암모늄 클로라이드)(분자량=150,000, 20 wt% 수용액, Aldrich)(PDADMAC) 용액(pH=5.2)을 부어 3분간 유지한 후, 물을 이용하여 1분간 세척하였다. 다시 PSS 용액을 부어 3분간 유지하고, 물을 이용하여 1분간 세척하였다. 이러한 적층 과정을 PSS 용액은 모두 5번, PDADMAC 용액은 모두 4번 거쳐 마지막 적층 용액은 PSS 용액이 되도록 하였다. 이렇게 제조된 분리막은 일면에 두께가 약 30nm인 고분자 전해질 코팅층을 함유하고 있으며, 막의 면적은 1.5 ㎠ 이었다. A porous alumina membrane [0.02 μm Whatman Anodisk filter] was mounted in the holder, followed by pouring 0.02 M poly (styrene sulfonate) (molecular weight = 70,000, Aldrich) (PSS) solution (pH = 5.5) containing 0.5 M NaCl 3 After holding for 1 minute, the mixture was washed with water for 1 minute. Thereafter, 0.02M poly (diallyldimethyl ammonium chloride) containing 0.5M NaCl (molecular weight = 150,000, 20 wt% aqueous solution, Aldrich) (PDADMAC) solution (pH = 5.2) was poured and held for 3 minutes, and then water was Washed for 1 min. Again pour the PSS solution was maintained for 3 minutes, washed with water for 1 minute. The lamination process was performed five times for the PSS solution, four times for the PDADMAC solution, and a final solution for the PSS solution. The separator thus prepared contained a polymer electrolyte coating layer having a thickness of about 30 nm on one surface thereof, and the membrane area was 1.5 cm 2.

제조된 분리막을 사용하여 투과 실험을 실시하였다. 공급물은 1mM의 NaCl과 1mM의 NaF를 포함하고 있으며, 투과 실험은 실온에서 공급물 압력이 70 psig이고 투과물 압력이 0 psig의 조건에서 수행하였으며, 공급물의 유속은 18mL/min 이었다. 용액 플럭스를 계산하기 위하여 눈금 실린더를 사용하여 투과물의 부피 유량을 측정하였으며 투과물과 공급물의 농도는 이온 크로마토그라피 (Dionex 600)을 사용하여 측정하였다. 하기 표 1에는 분리막이 갖는 용액 플럭스와 선택도를 나타내었다. Permeation experiment was performed using the prepared membrane. The feed contained 1 mM NaCl and 1 mM NaF, permeation experiments were carried out at room temperature with feed pressure of 70 psig and permeate pressure of 0 psig, with a feed flow rate of 18 mL / min. The volume flow of the permeate was measured using a graduated cylinder to calculate the solution flux and the concentration of the permeate and feed was measured using ion chromatography (Dionex 600). Table 1 shows the solution flux and selectivity of the separator.

[표 1]TABLE 1

Figure 112007007821515-pat00001
Figure 112007007821515-pat00001

[실시예 2]Example 2

실시예 1에 설명한 방법을 사용하여 PSS와 PDADMAC의 복합막을 제조하였다. 단, 공급물은 1mM의 NaBr과 1mM의 NaF를 포함하고 있다. 하기 표 2에는 용액 플럭스와 배제율, 그리고 선택도를 나타내었다. Using the method described in Example 1, a composite film of PSS and PDADMAC was prepared. However, the feed contains 1 mM NaBr and 1 mM NaF. Table 2 shows the solution flux, rejection rate, and selectivity.

[표 2]TABLE 2

Figure 112007007821515-pat00002
Figure 112007007821515-pat00002

[실시예 3]Example 3

실시예 1에 설명한 방법을 사용하여 PSS와 PDADMAC의 복합막을 제조하였다. 단, 마지막 층의 적층에는 1.0M NaCl을 포함하는 0.02M 폴리(스티렌 설포네이트)(PSS) 용액을 사용하였다. 하기 표 3에는 용액 플럭스와 배제율, 그리고 선택도를 나타내었다. Using the method described in Example 1, a composite film of PSS and PDADMAC was prepared. However, 0.02M poly (styrene sulfonate) (PSS) solution containing 1.0M NaCl was used for lamination of the last layer. Table 3 shows the solution flux, rejection rate, and selectivity.

[표 3]TABLE 3

Figure 112007007821515-pat00003
Figure 112007007821515-pat00003

[실시예 4 ~ 6] [Examples 4 to 6]

실시예 4 ~ 6에서는 실시예 1에서 제조한 PSS와 PDADMAC의 나노 분리막에 대해 공급물 압력을 변화시켜가며 투과 실험을 실시하였다. 하기 표 4에는 용액 플럭스와 배제율, 그리고 선택도를 나타내었다. In Examples 4 to 6, permeation experiments were carried out while varying the feed pressure of the nano-membrane of the PSS and PDADMAC prepared in Example 1. Table 4 shows the solution flux, rejection rate, and selectivity.

[표 4]TABLE 4

Figure 112007007821515-pat00004
Figure 112007007821515-pat00004

[실시예 7 ~ 8] [Examples 7 to 8]

실시예 7 ~ 8에서는 실시예 1에서 제조한 PSS와 PDADMAC의 나노 분리막에 대해 공급물의 유속을 변화시켜가며 투과 실험을 실시하였다. 하기 표 5에는 용액 플럭스와 배제율, 그리고 선택도를 나타내었다. In Examples 7 to 8, permeation experiments were carried out while varying the flow rate of the feeds for the nano separators of the PSS and PDADMAC prepared in Example 1. Table 5 shows the solution flux, rejection rate, and selectivity.

[표 5]TABLE 5

Figure 112007007821515-pat00005
Figure 112007007821515-pat00005

상기 실시예에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 분리막은 이온 혼합물에 대하여 불소 이온의 배제율이 60% 이상, 선택도가 2.5 이상, 용액의 플럭스가 2 (㎥/㎡-day) 이상인 것을 알 수 있었다.As can be seen in the above embodiment, the separation membrane according to the present invention has a fluorine ion rejection rate of 60% or more, selectivity of 2.5 or more, and the flux of the solution is 2 (m 3 / m 2 -day) or more with respect to the ion mixture Could know.

본 발명에서는 고분자 전해질 용액을 다공성 지지막에 교대로 적층하여 분리막을 제조하였다. 제조된 분리막은 적절한 전하와 기공 크기를 가짐으로써 불소 이온의 배제율과 선택도가 높을 뿐만 아니라 용액의 플럭스도 높아서 실제 불소이온 분리 공정에 적용하기에 적합하다. In the present invention, a membrane was prepared by alternately stacking a polymer electrolyte solution on a porous support membrane. The prepared membrane has an appropriate charge and pore size, which not only has high exclusion rate and selectivity of fluorine ions, but also has high flux of solution, which is suitable for real fluorine ion separation process.

Claims (13)

다공성 고분자막, 다공성 세라믹막 또는 다공성 탄소막에서 선택되는 다공성 지지막; 과A porous support membrane selected from a porous polymer membrane, a porous ceramic membrane or a porous carbon membrane; and 상기 다공성 지지막의 한면 또는 양면에 음이온 고분자 전해질과 보조염을 용매에 용해하여 pH가 1 ~ 12, 보조염의 농도가 0.01 ~ 5M, 고분자 전해질의 농도가 0.0001M ~ 1M인 용액으로 제조한 음이온 고분자 전해질용액과, 양이온 고분자 전해질과 보조염을 용매에 용해하여 pH가 1 ~ 12, 보조염의 농도가 0.01 ~ 5M, 고분자 전해질의 농도가 0.0001M ~ 1M인 용액으로 제조한 양이온 고분자 전해질용액을 교대로 한층 이상 적층하여 일면의 두께가 10 ~ 100nm인 고분자 전해질 코팅층; 을 포함하며,Anionic polymer electrolyte and an anionic salt were dissolved in a solvent on one or both sides of the porous support membrane, and the anionic polymer electrolyte prepared as a solution having a pH of 1 to 12, an auxiliary salt of 0.01 to 5M, and a polymer electrolyte of 0.0001M to 1M. A solution, a cationic polymer electrolyte, and an auxiliary salt were dissolved in a solvent to alternately form a cationic polymer electrolyte solution prepared from a solution having a pH of 1 to 12, a concentration of the auxiliary salt of 0.01 to 5M, and a concentration of the polymer electrolyte of 0.0001M to 1M. A polymer electrolyte coating layer having a thickness of 10 to 100 nm by laminating above; Including; 상기 음이온 고분자 전해질은 폴리(스티렌 설포네이트), 폴리(아크릴산), 폴리(에틸렌 옥사이드), 폴리(비닐 설페이트), 폴리(3-설포프로필 메타크릴레이트), 폴리(비닐 설포네이트), 폴리(아크릴아미도-2-메틸-프로파네설포네이트)에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용하고, 상기 양이온 고분자 전해질은 폴리(디알릴디메틸암모늄클로라이드), 폴리(아릴 아민 클로라이드), 폴리(에틸렌 이민), 폴리(아크릴 아미드), 폴리(비닐 아민)에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용하고,The anionic polymer electrolyte is poly (styrene sulfonate), poly (acrylic acid), poly (ethylene oxide), poly (vinyl sulfate), poly (3-sulfopropyl methacrylate), poly (vinyl sulfonate), poly (acrylic) Amido-2-methyl-propanesulfonate), and the cationic polymer electrolyte is poly (diallyldimethylammonium chloride), poly (aryl amine chloride), poly (ethylene imine), poly (Acryl amide), any one or more selected from poly (vinyl amine) is used, 상기 보조염은 NaCl, NaBr, NaF, MnCl2, CaCl2, KCl, NaI, LiCl, RbCl, CsCl, HCl에서 선택되는 어느 하나 이상의 금속염을 사용하는 것을 특징으로 하는 불소이온을 선택적으로 분리하는 다층 고분자 전해질 분리막.The auxiliary salt is a multi-layered polymer that selectively separates fluorine ions, characterized by using any one or more metal salts selected from NaCl, NaBr, NaF, MnCl 2 , CaCl 2 , KCl, NaI, LiCl, RbCl, CsCl, HCl Electrolyte separator. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 다공성 고분자막은 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene), 저밀도폴리에틸렌(low density polyethylene), 선형 저밀도 폴리에틸렌(linear low density polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 고결정성 폴리프로필렌 (high crystalline polypropylene), 폴리에틸렌-프로필렌 공중합체(polyethylene-propylene copolymer), 폴리에틸렌-부틸렌 공중합체(polyethylene-butylene copolymer), 폴리에틸렌-헥센 공중합체(polyethylene-hexene copolymer), 폴리에틸렌-옥텐 공중합체(polyethylene-octene copolymer), 폴리스티렌-부틸렌-스티렌 공중합체(polystyrene-butylene-styrene copolymer), 폴리스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 공중합체(polystyrene-ethylene-butylene-styrene copolymer), 폴리스티렌 (polystyrene), 폴리페닐렌 옥사이드(polyphenylene oxide), 폴리술폰 (polysulfone), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리에스테르(polyester), 폴리아미드(polyamide), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리비닐리덴 클로라이드(polyvinylidene chloride), 폴리비닐리덴플루오라이드 (polyvinylidene fluoride), 폴리실록산(polysiloxane), 폴리올레핀(polyolefin), 아이오노머(ionomer), 폴리메틸펜텐(polymethyl pentene), 하이드로제네이티드올리고사이클로펜타디엔(hydrogenated oligocyclopentadiene, HOCP)에서 선택되는 어느 하나, 이들의 공중합체 또는 유도체에서 선택되는 어느 하나이고,The porous polymer membrane is a high density polyethylene, low density polyethylene, linear low density polyethylene, polypropylene, high crystalline polypropylene, polyethylene-propylene air Polyethylene-propylene copolymer, Polyethylene-butylene copolymer, Polyethylene-hexene copolymer, Polyethylene-octene copolymer, Polystyrene-butylene- Styrene copolymer (polystyrene-butylene-styrene copolymer), polystyrene-ethylene-butylene-styrene copolymer (polystyrene), polystyrene, polyphenylene oxide, polysulfone ( polysulfone, polycarbonate, polyester, polyamide, Polyurethane, polyacrylate, polyvinylidene chloride, polyvinylidene fluoride, polysiloxane, polyolefin, ionomer, polymethyl Any one selected from pentene (polymethyl pentene), hydrogenated oligocyclopentadiene (HOCP), copolymers or derivatives thereof, 상기 다공성 세라믹막은 다공성 알루미나막, 다공성 지르코니아막, 다공성 실리카막, 다공성 타이타니아막에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 다층 고분자 전해질 분리막.The porous ceramic membrane is a multilayer polymer electrolyte membrane, characterized in that any one selected from porous alumina membrane, porous zirconia membrane, porous silica membrane, porous titania membrane. 제 1항 또는 제 5항에서 선택되는 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 5, 상기 고분자 전해질층의 최외각층은 음이온 고분자 전해질용액이 적층되는 것을 특징으로 하는 다층 고분자 전해질 분리막.The outermost layer of the polymer electrolyte layer is a multilayer polymer electrolyte membrane, characterized in that the anionic polymer electrolyte solution is laminated. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 다층 고분자 전해질 분리막은 분리하고자 하는 이온 혼합물에 대하여 불소 이온의 배제율이 60% 이상, 선택도가 2.5 이상, 용액의 플럭스가 2 (㎥/㎡-day) 이상인 것을 특징으로 하는 다층 고분자 전해질 분리막. The multilayer polymer electrolyte separator has a fluorine ion exclusion rate of 60% or more, a selectivity of 2.5 or more, and a flux of a solution of 2 (m 3 / m 2 -day) or more with respect to the ion mixture to be separated. . 제 7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 이온 혼합물은 1종 이상의 1가 음이온과 불소 이온을 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 고분자 전해질 분리막.The ion mixture is a multilayer polymer electrolyte membrane, characterized in that it comprises one or more monovalent anions and fluorine ions. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 1가 음이온은 염소 이온, 요오드 이온, 질산 이온, 아질산 이온, 브롬 이온을 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 고분자 전해질 분리막.The monovalent anion is a multilayer polymer electrolyte membrane, characterized in that it comprises a chlorine ion, iodine ion, nitrate ion, nitrite ion, bromine ion. 제 9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 이온 혼합물은 1가 음이온 이외에도 2가 음이온을 포함하는 것을 특징 으로 하는 다층 고분자 전해질 분리막.The ion mixture is a multilayer polymer electrolyte membrane, characterized in that it comprises a divalent anion in addition to the monovalent anion. a) NaCl, NaBr, NaF, MnCl2, CaCl2, KCl, NaI, LiCl, RbCl, CsCl, HCl에서 선택되는 어느 하나 이상의 보조염과 폴리(스티렌 설포네이트), 폴리(아크릴릭 액시드), 폴리(에틸렌 옥사이드), 폴리(비닐 설페이트), 폴리(3-설포프로필 메타크릴레이트), 폴리(비닐 설포네이트), 폴리(아크릴아미도-2-메틸-프로파네설포네이트)에서 선택되는 어느 하나 이상의 음이온 고분자 전해질을 용매에 용해하여 pH가 1 ~ 12, 보조염의 농도가 0.01 ~ 5M, 고분자 전해질의 농도가 0.0001M ~ 1M인 음이온 고분자 전해질용액을 제조하는 단계;a) at least one auxiliary salt selected from NaCl, NaBr, NaF, MnCl 2 , CaCl 2 , KCl, NaI, LiCl, RbCl, CsCl, HCl and poly (styrene sulfonate), poly (acrylic acid), poly ( At least one anion selected from ethylene oxide), poly (vinyl sulfate), poly (3-sulfopropyl methacrylate), poly (vinyl sulfonate), poly (acrylamido-2-methyl-propanesulfonate) Dissolving a polymer electrolyte in a solvent to prepare an anionic polymer electrolyte solution having a pH of 1 to 12, an auxiliary salt of 0.01 to 5M, and a polymer electrolyte of 0.0001M to 1M; b) NaCl, NaBr, NaF, MnCl2, CaCl2, KCl, NaI, LiCl, RbCl, CsCl, HCl에서 선택되는 어느 하나 이상의 보조염과 폴리(디알릴디메틸암모늄클로라이드), 폴리(아릴 아민 클로라이드), 폴리(에틸렌 이민), 폴리(아크릴 아미드), 폴리(비닐 아민)에서 선택되는 어느 하나 이상의 양이온 고분자 전해질을 용매에 용해하여 pH가 1 ~ 12, 보조염의 농도가 0.01 ~ 5M, 고분자 전해질의 농도가 0.0001M ~ 1M인 양이온 고분자 전해질용액을 제조하는 단계;b) at least one auxiliary salt selected from NaCl, NaBr, NaF, MnCl 2 , CaCl 2 , KCl, NaI, LiCl, RbCl, CsCl, HCl and poly (diallyldimethylammonium chloride), poly (aryl amine chloride), One or more cationic polymer electrolytes selected from poly (ethylene imine), poly (acrylamide), and poly (vinyl amine) are dissolved in a solvent to have a pH of 1 to 12, an auxiliary salt of 0.01 to 5M, and a concentration of the polymer electrolyte. Preparing a cationic polymer electrolyte solution having 0.0001M to 1M; c) 다공성 고분자막, 다공성 세라믹막 또는 다공성 탄소막에서 선택되는 다공성 지지막에 상기 제조된 음이온 고분자 전해질용액과 양이온 고분자 전해질용액을 교대로 적층시키고, 최외층에는 음이온 고분자 전해질용액이 적층되도록 하여 일면의 두께가 10 ~ 100nm인 고분자 전해질 코팅층을 형성하는 단계;c) The anionic polymer electrolyte solution and the cationic polymer electrolyte solution are alternately laminated on the porous support membrane selected from the porous polymer membrane, the porous ceramic membrane or the porous carbon membrane, and the outermost layer is laminated so that the anionic polymer electrolyte solution is laminated. Forming a polymer electrolyte coating layer having a thickness of 10 to 100 nm; 를 포함하여 불소이온을 선택적으로 분리하는 다층 고분자 전해질 분리막의 제조방법.Method for producing a multilayer polymer electrolyte membrane for selectively separating fluorine ions, including. 제 11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 다공성 고분자막은 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene), 저밀도폴리에틸렌(low density polyethylene), 선형 저밀도 폴리에틸렌(linear low density polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 고결정성 폴리프로필렌 (high crystalline polypropylene), 폴리에틸렌-프로필렌 공중합체(polyethylene-propylene copolymer), 폴리에틸렌-부틸렌 공중합체(polyethylene-butylene copolymer), 폴리에틸렌-헥센 공중합체(polyethylene-hexene copolymer), 폴리에틸렌-옥텐 공중합체(polyethylene-octene copolymer), 폴리스티렌-부틸렌-스티렌 공중합체(polystyrene-butylene-styrene copolymer), 폴리스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 공중합체(polystyrene-ethylene-butylene-styrene copolymer), 폴리스티렌 (polystyrene), 폴리페닐렌 옥사이드(polyphenylene oxide), 폴리술폰 (polysulfone), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리에스테르(polyester), 폴리아미드(polyamide), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리비닐리덴 클로라이드(polyvinylidene chloride), 폴리비닐리덴플루오라이드 (polyvinylidene fluoride), 폴리실록산(polysiloxane), 폴리올레핀(polyolefin), 아이오노머(ionomer), 폴리메틸펜텐(polymethyl pentene), 하이드로제네이티드올리고사이클로펜타디엔(hydrogenated oligocyclopentadiene, HOCP)에서 선택되는 어느 하나, 이들의 공중합체 또는 유도체에서 선택되는 어느 하나이고,The porous polymer membrane is a high density polyethylene, low density polyethylene, linear low density polyethylene, polypropylene, high crystalline polypropylene, polyethylene-propylene air Polyethylene-propylene copolymer, Polyethylene-butylene copolymer, Polyethylene-hexene copolymer, Polyethylene-octene copolymer, Polystyrene-butylene- Styrene copolymer (polystyrene-butylene-styrene copolymer), polystyrene-ethylene-butylene-styrene copolymer (polystyrene), polystyrene, polyphenylene oxide, polysulfone ( polysulfone, polycarbonate, polyester, polyamide, Polyurethane, polyacrylate, polyvinylidene chloride, polyvinylidene fluoride, polysiloxane, polyolefin, ionomer, polymethyl Any one selected from pentene (polymethyl pentene), hydrogenated oligocyclopentadiene (HOCP), copolymers or derivatives thereof, 상기 다공성 세라믹막은 다공성 알루미나막, 다공성 지르코니아막, 다공성 실리카막, 다공성 타이타니아막에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 다층 고분자 전해질 분리막의 제조방법.The porous ceramic membrane is a method for producing a multilayer polymer electrolyte membrane, characterized in that any one selected from porous alumina membrane, porous zirconia membrane, porous silica membrane, porous titania membrane. 삭제delete
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