KR101105199B1 - 정수처리용 고유량 폴리아미드계 나노분리막 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 정수처리용 고유량의 폴리아미드계 나노분리막 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 폴리아미드계 나노분리막은 다공성 지지체 표면에, 메타-페닐렌디아민 및 피페라진함유 제1다관능성 아민수용액에 3급 폴리아민염 화합물 및 극성용매를 더 함유한 제2다관능성 아민수용액을 적용하여 과잉 용액을 제거한 후, 다관능성 산할로겐화합물 용액과 접촉 반응시켜 제조되며, 정수처리에 적합한 85∼95%의 염배제율과 기존의 분리막에 비해 낮은 구동 압력하에서 고유량의 특성을 확보한다. 따라서, 본 발명의 폴리아미드계 나노분리막을 수처리 공정에 적용하면, 미량유기물 및 이취미물질의 제거정도가 우수하여 공정 단축 및 공정운영상의 비용을 절감할 수 있으며, 나아가 본 발명의 폴리아미드계 나노분리막은 상기 정수처리 공정 이외에 폐수처리, 해수담수화 전처리, 식품제조 공정, 농축 공정분야에 폭넓게 적용할 수 있다.
정수처리, 폴리아미드, 나노분리막, 3급 폴리아민염 화합물, 극성용매
Description
본 발명은 정수처리용 고유량 폴리아미드계 나노분리막 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 분리막의 계면중합시 사용되는2종의 다관능성 아민수용액에3급 폴리아민염 화합물과 극성용매를 더 함유하여 높은 염배제율을 유지하면서 투과성능을 향상시키는 정수처리용 고유량의 폴리아미드계 나노분리막 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
전통적인 수처리막으로서, 역삼투막, 한외여과막, 정밀여과막 등을 들 수 있고, 최근에는 소요 에너지 대비 성능의 우수성으로 인해 나노분리막이 새로운 관심 분야로 대두되고 있다. 나노분리막은 나노여과(NANO FILTRATION)라는 개념에서 나왔으며, 나노분리막의 주된 분리대상은 용질의 크기가 나노미터(nm)의 크기를 가진 2가 이온, 또는 여러 종류의 단당류와 저분자량 유기물 등이라 할 수 있다.
이러한 나노분리막은 그 여과범위가 역삼투막과 한외여과막 경계에 존재하는 막으로서, 특히 오염도가 낮은 물로부터 미네랄을 제거하거나, 항생제 물질의 분리, 초 순수 제조 또는 중금속 세척 등에서 응용될 수 있다. 물론, 역삼투막도 이러한 물질을 분리할 수 있지만 나노미터급의 특정용질에 대해 선택적 분리능력은 나노분리막보다 떨어지고, 운전압력도 나노분리막보다 더 높아야 하기 때문에 에너지 소비가 나노분리막 공정에 비해 훨씬 큰 단점이 있다. 따라서, 상대적으로 낮은 압력에서 더 많은 양의 물질을 분리할 수 있는 나노분리막이 최근에 들어 많은 각광을 받고 있는 것은 자연스러운 현상이라 할 것이다.
나노여과(Nanofiltration)을 위한 폴리아미드 복합막의 제조방법에는 여러 가지가 있는데, 그 중에서, 캐도트는 피페라진과 TMC/IPC를 반응시켜 복합막을 제조하는 방법을 기술하고[미국특허 제 4,259,183호], 상기 특허를 기본으로 첨가제 및 후처리를 통해 물성을 개선시킨 다수의 특허들이 공지되어 있다. 그 일례로서, 미국특허 제4,765,897호, 제4,812,270호 및 제4,824,574호의 경우, 무기강산 및 염배제촉진제(Rejection enhancer)로 후처리를 실시하고 있고, 미국특허 제 6,280,853호에서는 옥사이드 물질로 막에 후처리 코팅하는 방법이 소개되어 있다.
또한, 미국특허 제4,769,148호, 제4,859,384호에서는 막 제조 시, 피페라진층에 양이온성 습윤제(Cationic wetting agent)를 첨가하여 유량 상승을 유도하는 기술을 제시하고 있다.
또한, 미국특허 제 4,619,767호 및 제 4,737,325호에서는 막을 제조함에 있어서, MPD와 TMC의 계면반응이 아닌 PVA/아미노 화합물과 TMC의 계면반응을 통해 복합막을 제조하여 나노 여과에 적용시킨 방법이 개시되어 있다.
미국특허 제4,950,404호에서는 수용액계에 극성의 비양성자성 용매(aprotic solvent)를 포함시켜 지지층의 유연성을 높임으로써, 투수성 높은 막의 제조방법을 개시하고 있다.
이외에도, 미국특허 제6,113,794호에서는 폴리아크릴로니트릴(Polyacrylonitrile, PAN)을 지지층으로 하여 친수성 폴리머를 코팅하는 나노분리막의 제조방법 등이 공개되어 있다. 그러나, 전술한 특허들에 의해 설계 또는 제조되는 나노분리막들은 공정상 효율 측면이나 에너지 측면에서 유리함에도 불구하고, 정수처리에 요구되는 85∼95%의 적정 염배제율 및 투수성을 충족하지 못하여, 실제 사용에는 그다지 선호되지 못한 실정이었다.
본 발명의 목적은 정수처리에 적합한 85∼95%의 염배제율을 유지하면서, 상대적으로 낮은 구동 압력 하에서 고유량을 투과시킬 있는 정수처리용 폴리아미드계 나노분리막을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 다공성 지지체 표면에, 메타-페닐렌디아민 및 피페라진함유 제1다관능성 아민수용액에 3급 폴리아민염 화합물 및 극성용매를 더 함유한 제2다관능성 아민수용액을 적용하여 과잉 용액을 제거한 후, 다관능성 산할로겐화합물 용액과 접촉 반응시키는 정수처리용 고유량의 폴리아미드계 나노분리막의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 다공성 지지체; 및 다공성 지지체 표면상에, 메타-페닐렌디아민 및 피페라진함유 제1다관능성 아민수용액에 3급 폴리아민염 화합물 및 극성용매가 더 함유된 제2다관능성 아민수용액과 다관능성 산할로겐화합물 유기용액이 계면중합되어 형성된 폴리아미드층;을 포함하는 정수처리용 폴리아미드계 나노분리막을 제공한다.
본 발명의 제1다관능성 아민수용액은 메타-페닐렌디아민 및 피페라진의 혼합함량이 1∼10중량% 함유된다. 이때, 제1다관능성 아민수용액에 메타-페닐렌디아민과 피페라진의 혼합비율은 99.99∼80중량% : 0.01∼20중량%인 것이다.
이에, 본 발명은 상기 제1다관능성 아민수용액에 대하여, 3급 폴리아민염 화합물이 0.01∼2중량% 함유되는 것이 특징이고, 상기에서 3급 폴리아민염 화합물은 강산 및 n개의 아민기를 가지는 3급 폴리아민이 1:n(n은 0.5∼2) 반응몰비의 반응으로부터 제조된 반응생성물이다.
또한, 본 발명은 상기 제1다관능성 아민수용액에 대하여, 극성용매 0.01∼1중량%가 함유된 제2다관능성 아민수용액을 이용함으로써, 나노분리막의 유량개선에 유리하다.
이때, 극성용매는 에틸렌글리콜 유도체, 프로필렌글리콜 유도체, 1,3-프로판디올 유도체, 술폭사이드 유도체, 술폰 유도체, 니트릴 유도체, 케톤 유도체 및 우레아 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은 미세다공성 지지체 표면에, 메타-페닐렌디아민 및 피페라진함유 제1다관능성 아민수용액에 3급 폴리아민염 화합물 및 극성용매를 더 함유한 제2다관능성 아민수용액을 적용하여 과잉 용액을 제거한 후, 다관능성 산할로겐화합물 용액과 접촉 반응시키는 정수처리용 고유량의 폴리아미드계 나노분리막의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 폴리아미드계 나노분리막의 제조방법은 메타-페닐렌디아민 및 피페라진의 혼합함량 1∼10중량%가 함유된 제1다관능성 아민수용액에, 3급 폴리아민염 화합물 0.01∼2중량% 및 극성용매 0.01∼1중량%를 더 함유한 제2다관능성 아민수용액을 사용하며, 상기 제2다관능성 아민수용액을 다공성 지지체 표면에 1∼60초간 침지 적용하여 제조한다.
본 발명에서 사용되는 3급 폴리아민염 화합물은 강산 및 n개의 아민기를 가지는 3 급 폴리아민간의 1:n(n은 0.5∼2) 의 반응몰비로부터 제조된 반응생성물이다.
또한, 본 발명에서 사용되는 극성용매는 에틸렌글리콜 유도체, 프로필렌글리콜 유도체, 1,3-프로판디올 유도체, 술폭사이드 유도체, 술폰 유도체, 니트릴 유도체, 케톤 유도체 및 우레아 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
본 발명에 따라, 정수처리에 적합한 85∼95%의 염배제율을 유지하면서, 상대적으로 낮은 구동 압력 하에서 고유량을 투과시킬 있는 정수처리용 폴리아미드계 나노분리막을 제공할 수 있다.
따라서, 본 발명의 정수처리용 폴리아미드계 나노분리막을 수처리 공정에 적용하면, 공정효율성을 높이고 공정운영상의 비용을 절감할 수 있고, 특히, 고도정수처리장에서 나노분리막을 적용함으로써, 미량유기물 및 이취미물질의 제거정도가 우수하여 공정을 단축할 수 있다.
또한, 본 발명은 분리막의 계면중합시 2종의 다관능성 아민에3급 폴리아민염 화합물과 극성용매를 더 함유하여 투과성능을 향상시키는 정수처리용 고유량의 폴리아미드계 나노분리막의 제조방법을 제공함에 따라, 정수처리 공정에 적용시 종래의 제품에 비해 상대적으로 낮은 압력에서 더 많은 유량을 얻을 수 있으므로 에너지 절감 효과가 있으며, 공정상의 효용성을 높이고 처리비용을 절감할 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.
본 발명은 다공성 지지체; 및
다공성 지지체 표면상에, 메타-페닐렌디아민 및 피페라진함유 제1다관능성 아민수용액에 3급 폴리아민염 화합물 및 극성용매가 더 함유된 제2다관능성 아민수용액과 다관능성 산할로겐화합물 유기용액이 계면중합되어 형성된 폴리아미드층;을 포함하는 정수처리용 폴리아미드계 나노분리막을 제공한다.
본 발명의 폴리아미드계 나노분리막은 계면중합시 2종의 다관능성 아민에3급 폴리아민염 화합물과 극성용매를 더 함유하여 투과성능을 향상시킴으로써, 정수처리에 적합한 85∼95%의 염배제율을 유지하면서, 상대적으로 낮은 구동 압력 하에서 고유량을 투과시킬 수 있다.
본 발명의 명세서에서는 메타-페닐렌디아민 및 피페라진을 함유한 통상 2종의 아민을 함유한 용액을 "제1다관능성 아민수용액"이라 하고, 상기에 3급 폴리아민염 화합물 및 극성용매가 더 함유된 용액을 "제2다관능성 아민수용액"으로 분류하여 설명하고자 한다.
일반적으로 폴리아미드계 나노분리막은 폴리아민과 폴리아민과 반응하는 물질간의 계면중합에 의해 제막되며, 이때, 폴리아민이라 함은 단량체 당 2∼3개 아민 관능기를 갖는 다관능성 1급 또는 2급 아민을 사용한다. 폴리아민의 일례로는 메타페닐렌디아민, 파라페닐렌디아민 및 치환체로 방향족 1급 디아민이 사용되며, 또 다른 일례로는 알리파틱 1급 디아민, 사이클로헥센디아민과 같은 사이클로알리파틱 1급 디아민, 피페라진과 같은 사이클로알리파틱 2급아민, 아로마틱 2급아민 등이 사용된다.
이에, 본 발명의 제1다관능성 아민수용액은 메타-페닐렌디아민(mphenylenediamine) 및 피페라진(piperazine)을 함유한 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 제1다관능성 아민수용액의 경우, 메타-페닐렌디아민과 피페라진간의 혼합비율은 99.99∼80중량% 대 0.01∼20중량%이고, 더욱 바람직하게는 메타-페닐렌디아민99.95∼90중량% 대 피페라진0.05∼10중량%로 이루어지며, 제1다관능성 아민수용액에 대하여, 메타-페닐렌디아민 및 피페라진의 혼합함량 1∼10중량%, 더욱 바람직하게는 1∼2중량%를 함유하는 것이다. 이때, 1중량% 미만이면, 코팅층 형성이 안정적이지 못하여 바람직하지 않고, 10중량%를 초과하면, 두꺼운 코팅층 형성으로 인한 투과유량이 감소하는 문제가 있다.
본 발명의 제2다관능성 아민수용액은 상기 제1다관능성 아민수용액에, 3급 폴리아민염 화합물 및 극성용매를 더 함유하는 것을 특징으로 한다.
더욱 구체적으로는 제1다관능성 아민수용액에 대하여, 3급 폴리아민염 화합물 0.01∼2중량%를 더 함유함으로써, 3급 폴리아민염 화합물은 폴리아미드 막의 기공을 형성하는 역할을 수행하여 유량을 향상시키고, 계면반응 중 생성된 산의 산받게(acid acceptor) 작용을 수행함으로써 계면반응을 촉진시켜 주는 역할을 한다. 이때, 상기 3급 폴리아민염 화합물의 함량이 0.01중량% 미만이면, 적절한 막기공을 형성하지 못하고, 2중량%를 초과하면, 급격한 유량 증가로 제거성능을 내지 못하는 문제가 있어 바람직하지 않다.
본 발명에서 사용되는 3급 폴리아민염 화합물은 강산과 3급 폴리아민간의 반응생성물로서, 강산과 n개의 아민기를 가지는 3급 폴리아민이 1:n(n은 0.5∼2) 의 반응 몰비로 반응하여 제조된 반응생성물이다.
이때, 강산은 아로마틱 술포닉 에시드, 알리파틱 술포닉 에시드, 시클로 알리파틱 술포닉 에시드, 트리플루오로아세틱 에시드, 니트릭 에시드, 히드로클로릭 에시드, 술포닉 에시드 또는 그들의 혼합물을 사용한다.
또한, 3급 폴리아민은 1,4-디아 자비시클로[2,2,2,]옥탄(DABCO), 1,8-디아자비시클로[5,4,0]운덱-7-엔(DBU), 1,5-디아자 비시클로[4,3,0]논-5-엔(DBN), 1,4-디메틸피페라진, 4-[2-(디메틸아미노)에틸]모포린, N,N,N',N',-테트라메틸에틸렌디아민, N,N,N',N',-테트라메틸-1,3-부탄디아민, N,N',N' ,-테트라메틸-1,4-부탄디아민(TMBD), N,N,N',N',-테트라메틸-1,3-프로판디아민, N,N,N',N',-테트라메틸-1,6-헥산디아민(TMHD), 1,1,3,3,-테트라메틸구아니딘(TMGU), N,N,N',N',-펜타메틸디에틸렌트리아민 또는 그들의 혼합물을 사용할 수 있다.
본 발명의 제2다관능성 아민수용액에 더 함유되는 다른 성분으로는, 제1다관능성 아민수용액에 대하여, 극성용매 0.01∼1중량%, 더욱 바람직하게는 0.05∼0.5중량%를 함유하는 것이다. 이때 극성용매의 함량이 0.01중량% 미만이면, 계면활성이 미약하여 바람직하지 않고, 1중량%를 초과하면, 제거성능이 낮아지는 어려움이 있다.
본 발명에서 사용되는 극성용매로는 에틸렌글리콜 유도체, 프로필렌글리콜 유도체, 1,3-프로판디올 유도체, 술폭사이드 유도체, 술폰 유도체, 니트릴 유도체, 케톤 유도체 및 우레아 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종이상의 혼합물을 사용하는 것이며, 에틸렌글리콜 유도체계 극성용매의 일례는 2-메톡시에탄올, 2-에톡시에탄올, 2-프로폭시에탄올, 2-부톡시에탄올, 디(에틸렌글리콜)-t-부틸메틸 에 테르, 디(에틸렌글리콜)헥실 에테르, (2-메톡시 에틸)에테르, (2-에톡시에틸)에테르 등이 있다. 또한, 1,3-프로판디올 유도체의 극성용매는 1,3-헵탄디올, 2-에틸-1,1-헥산디올, 1,3-헥산디올, 1,3-펜탄디올 등을 사용하는 것이다.
또한, 술폭사이드 유도체의 극성용매는 디메틸술폭사이드, 테트라메틸렌술폭사이드, 부틸 술폭사이드, 메틸페닐술폭사이드 등이 바람직하며, 술폰유도체로는 디메틸술폰, 테트라메틸렌 술폰, 부틸 술폰 등이 유용하다.
본 발명에서 사용되는 니트릴 유도체의 극성용매는 아세토니트릴과 프로피온니트릴로 이루어진 군에서 선택 사용하는 것이며, 우레아 유도체의 극성용매로는 1,3-디메틸-2-이미다졸리딘넌이 있으며, 케톤 유도체로는 아세톤, 2-부탄온, 2-헥산온, 3-헥산온, 3-펜탄온, 시클로헥산온, 시클로 펜탄온 등이 있다.
본 발명의 제2다관능성 아민수용액의 pH는 7∼10범위 이내로 조절하는 것이 바람직하며, 이때 pH는 염기성 물질을 넣어서 조절하거나, 아민수용액에 1개 이상의 아민기가 산받게(acid acceptor)로 작용할 수 있는 아민염을 포함하는 경우는 염기성 물질을 첨가할 필요는 없다.
본 발명은 다공성 지지체 표면에,
메타-페닐렌디아민 및 피페라진함유 제1다관능성 아민수용액에 3급 폴리아민염 화합물 및 극성용매를 더 함유한 제2다관능성 아민수용액을 적용하여 과잉 용액을 제거한 후, 다관능성 산할로겐화합물 용액과 접촉 반응시키는 정수처리용 고유량의 폴리아미드계 나노분리막의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 제조방법에서 사용되는 다공성 지지체는 지지층의 공경이 1∼500nm를 충족해야 하며, 폴리에스테르 부직포 상에 고분자 화합물 15∼20중량% 함유용액을 나이프 캐스팅하여 제조된 것이다. 이때, 고분자 화합물은 폴리술폰(Polysulfone), 폴리에테르술폰(Polyethersulfone), 폴리이미드(Polyimide), 폴리프로필렌(Polypropylene) 및 폴리비닐리덴플로라이드(Polyvinylidenefluoride)로 이루어진 군에서 선택되는 하나의 성분 15∼20중량%가 함유된 고분자용액을 캐스팅하여 제조된다.
이후, 본 발명의 제조방법은 상기 다공성 지지체 표면에 아민수용액을 적용하는 공정이며, 본 발명의 아민수용액은 메타-페닐렌디아민 및 피페라진함유 제1다관능성 아민수용액에 3급 폴리아민염 화합물 및 극성용매를 더 함유한 제2다관능성 아민수용액을 적용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제1 및 제2다관능성 아민수용액의 조성 및 그 함량은 나노분리막에 기술한 바와 동일하며, 특히, 3급 폴리아민염 화합물 및 극성용매를 더 함유함으로써, 나노분리막의 유량을 향상시킬 수 있다.
상기 제조된 제2다관능성 아민수용액을 다공성 지지체 표면에 적용하는 수단은 특별히 한정되지 않으나, 도포 또는 침지 방법이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 본 발명의 제2다관능성 아민수용액을 다공성 지지체 표면에 1∼60초간 침지하는 것이다.
이후, 본 발명의 제조방법은 다관능성 산할로겐화합물 용액을 접촉반응시켜 계면중합에 의한 폴리아미드계 나노분리막을 제조하는 것이다.
이때, 다관능성 산할로겐화합물 용액은 이소프탈로일클로라이드, 트리메조일클로라이드 및 테레프탈로일클로라이드로 이루어진 군에서 선택되는 일 성분 0.01∼1중량%가 지방족 탄화수소 용매에 용해된 것이다. 상기 지방족 탄화수소 용매가 탄소수 5∼12개인 n-알칸과 탄소수 8개인 포화 또는 불포화 탄화수소의 구조이성질체를 혼합 사용하거나 또는 탄소수 5∼7개의 고리탄화수소인 것이다.
이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의하여 상세히 설명한다.
하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
폴리에스테르 부직포 상에, 디메틸포름아미드와 폴리술폰 18중량%의 함유용액을 125±10㎛ 두께로 캐스트한 후, 30℃온도의 증류수욕에 즉시 침지하여 고형화시켜, 부직포 보강 폴리술폰 미세다공성 지지체를 제조하였다. 이후, 상기 부직포 보강 폴리술폰 미세다공성 지지체를 충분히 수세하여, 기질 중의 용매와 물을 치환한 후, 상온에서 건조하고 순수에 보관하였다. 이렇게 얻어진 폴리술폰 미소다공 지지체를 1.5중량%의 메타-페닐렌디아민(MPD), 0.1중량%의 피페라진(PIP), 0.8중량%의 N,N,N',N'-테트라메틸-1,6-헥사디아민(TMHD), 1중량%의 톨루엔술폰산(TSA) 및 극성용매인 0.2중량%의 2-에틸-1,3-헥산디올(EHD)을 함유한 다관능성 아민수용액에 20초간 침지 압착방법으로 표면의 물층을 제거하였다.
상기 지지체를 이소파용매(Isopar solvent)에 0.1중량% 트리메조일클로라이드(TMC) 가 용해된 유기용액에 1분간 침적한 후, 과잉의 유기용액을 제거하고, 1분간 공기 중에 건조하여 폴리아미드 분리막을 형성시켰다. 상기 방법으로 얻어진 분리막을 0.2중량% 소듐카보네이트 함유 염기수용액에 상온에서 2시간 침지시킨 후, 증류수로 수세하여 나노분리막을 제조하였다. 얻어진 나노분리막의 성능은 2,000ppm인 염화나트륨(NaCl) 수용액을 25℃, 75psi에서 측정하였으며, 그 결과 염배제율은 94.8%, 투과유속은 15.2gfd 였다.
<실시예 2∼9>
상기 실시예1에서 메타-페닐렌디아민(MPD)과 피페라진(PIP) 농도를 표 1에 제시된 바와 같이 변경하여 실시한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 나노분리막을 제조하였다.
<비교예 1∼8>
하기 표 1에 제시된 조성 및 그 함량에 따라 제조된 다관능성 아민수용액을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 나노분리막을 제조하였다.
<실험예 1>
상기 실시예 1∼9 및 비교예 1∼8에서 제조된 나노분리막에 대하여, 2,000ppm인 염화나트륨(NaCl) 수용액을 이용하고, 25℃, 75psi조건하에서 투과유속 및 염배제율 등의 막의 성능평가를 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다.
상기 표 1에서 보이는 바와 같이, 본 발명의 다관능성 아민수용액은 메타-페닐렌디아민에 적정 농도범위의 피페라진을 함유함으로써, 정수처리에 적합한 85∼95%의 염제거율을 충족하면서도, 투과유속이 향상된 결과를 확인하였다.
또한, 제1다관능성 아민수용액에 3급 폴리아민염 화합물 및 극성용매를 첨가하여 제조된 나노분리막은 3급 폴리아민염 화합물 및 극성용매를 첨가하지 않고 제조된 비교예의 나노분리막 대비 정수처리에 적합한 85∼95%의 염제거율을 충족하면서도, 우수한 투과유속 결과를 확인하였다.
따라서, 본 발명에 의해 제조된 나노분리막은 정수처리 공정에 적용시 종래의 제품 에 비해 상대적으로 낮은 압력(75psi이하)에서 동일 유량 또는 그 이상의 유량을 얻을 수 있음을 확인함으로써, 에너지 절감 효과가 있으며, 공정상의 효용성을 높이고 처리비용의 절감을 가져올 수 있다.
또한, 정수처리 공정 이외에 폐수처리, 해수담수화 전처리, 식품제조 공정, 농축 공정 등 폭넓은 용도에 적용할 수 있다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 분리막의 계면중합시 2종의 다관능성 아민에3급 폴리아민염 화합물과 극성용매를 더 함유하여 투과성능이 향상된 정수처리용 고유량의 폴리아미드계 나노분리막 및 그의 제조방법을 제공하였다.
이에, 본 발명의 정수처리용 고유량의 폴리아미드계 나노분리막을 정수처리 공정에 적용시 종래의 제품에 비해 상대적으로 낮은 압력에서 더 많은 유량을 얻을 수 있으므로 에너지 절감 효과가 있으며, 공정상의 효용성을 높이고 처리비용을 절감할 수 있다.
나아가, 고도정수처리장에서 본 발명의 나노분리막을 적용함으로써, 미량유기물 및 이취미물질의 제거정도가 우수하여 공정을 단축할 수 있다.
또한, 본 발명의 폴리아미드계 나노분리막은 종래의 복합막에 비하여 낮은 압력 하에서 고유량 특성을 가지므로, 종래 나노분리막이 적용되는 공업용수, 음용수, 식품제조 공정 분야에서 적용가능하며, 통상 고도산화처리 및 활성탄 공정을 대체하여 효과적인 공정운영을 할 수 있으며, 정수처리 공정 이외에 폐수처리, 해수담수화 전처리, 식품제조 공정, 농축 공정 등 폭넓은 용도에 적용할 수 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
Claims (15)
- 다공성 지지체; 및다공성 지지체 표면상에, 메타-페닐렌디아민 및 피페라진함유 제1다관능성 아민수용액에 3급 폴리아민염 화합물 및 극성용매가 더 함유된 제2다관능성 아민수용액과 다관능성 산할로겐화합물 유기용액이 계면중합되어 형성된 폴리아미드층;을 포함하되,상기 제1다관능성 아민수용액에서 메타-페닐렌디아민과 피페라진의 혼합비율이 99.99∼60중량% : 0.01∼40중량%이고,2,000ppm인 염화나트륨(NaCl) 수용액을 이용하고 25℃, 75psi이하의 압력조건 하에서 정수처리에 적합한 막 성능이 구현된 정수처리용 폴리아미드계 나노분리막.
- 제1항에 있어서, 상기 제1다관능성 아민수용액에 메타-페닐렌디아민 및 피페라진의 혼합물 함량이 1∼10중량%인 것을 특징으로 하는 상기 정수처리용 폴리아미드계 나노분리막.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 제1다관능성 아민수용액에 대하여, 3급 폴리아민염 화합물이 0.01∼2중량% 함유된 것을 특징으로 하는 상기 정수처리용 폴리아미드계 나노분리막.
- 제4항에 있어서, 상기 3급 폴리아민염 화합물이 강산 및 n개의 아민기를 가지는 3급 폴리아민이 1:n(n은 0.5∼2)의 반응몰비로 반응되어 제조된 반응생성물인 것을 특징으로 하는 상기 정수처리용 폴리아미드계 나노분리막.
- 제1항에 있어서, 상기 제1다관능성 아민수용액에 대하여, 극성용매가 0.01∼1중량% 함유된 것을 특징으로 하는 상기 정수처리용 폴리아미드계 나노분리막.
- 제6항에 있어서, 상기 극성용매가 에틸렌글리콜 유도체, 프로필렌글리콜 유도체, 1,3-프로판디올 유도체, 술폭사이드 유도체, 술폰 유도체, 니트릴 유도체, 케톤 유도체 및 우레아 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 상기 정수처리용 폴리아미드계 나노분리막.
- 다공성 지지체 표면에,메타-페닐렌디아민과 피페라진이 99.99∼60중량% : 0.01∼40중량%의 혼합비율로 함유된 제1다관능성 아민수용액에 상기 제1다관능성 아민수용액에 대하여, 3급 폴리아민염 화합물 0.01∼2중량% 및 극성용매 0.01∼1중량%를 더 함유한 제2다관능성 아민수용액을 적용하여 과잉 용액을 제거한 후, 다관능성 산할로겐화합물 용액과 접촉 반응시키는 제1항의 정수처리용 고유량의 폴리아미드계 나노분리막의 제조방법.
- 제8항에 있어서, 상기 제1다관능성 아민수용액에 메타-페닐렌디아민 및 피페라진의 혼합물 함량이 1∼10중량%가 함유된 것을 특징으로 하는 상기 정수처리용 고유량의 폴리아미드계 나노분리막의 제조방법.
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- 제8항에 있어서, 상기 3급 폴리아민염 화합물이 강산 및 n개의 아민기를 가지는 3급 폴리아민간의 1:n(n은 0.5∼2) 의 반응몰비로부터 제조된 반응생성물인 것을 특징으로 하는 상기 정수처리용 고유량의 폴리아미드계 나노분리막의 제조방법.
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- 제8항에 있어서, 상기 극성용매가 에틸렌글리콜 유도체, 프로필렌글리콜 유도체, 1,3-프로판디올 유도체, 술폭사이드 유도체, 술폰 유도체, 니트릴 유도체, 케톤 유도체 및 우레아 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 상기 정수처리용 고유량의 폴리아미드계 나노분리막의 제조방법.
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