KR101328524B1 - Draw solution using hydrophilic and ionic liguid in forward osmosis - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유도용액으로 친수성 이온성 액체를 이용한 정삼투 공정에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유도용액으로 친수성 이온성 액체를 사용하고 유입수를 공급하여 정삼투 공정을 수행하는 단계(단계 1); 상기 단계 1의 정삼투 공정 후 유도용액으로 친수성 이온성 액체에 유입된 물을 가압하에서 냉매와 혼합하여 냉매가 포함된 유도용액으로 친수성 이온성 액체층과 물층으로 상분리하는 단계(단계 2); 및 상기 단계 2에서 상분리된 물층을 추출한 후 역삼투 공정을 수행하여 순수한 물을 수득하는 단계(단계 3);를 포함하는 유도용액으로 친수성 이온성 액체를 이용한 정삼투 공정에 관한 것이다. The present invention relates to a forward osmosis process using a hydrophilic ionic liquid as an induction solution, and more particularly, using a hydrophilic ionic liquid as an induction solution and supplying an influent to perform an forward osmosis process (step 1); Mixing the water introduced into the hydrophilic ionic liquid with an induction solution under pressure after the forward osmosis process of step 1 and separating the phase into a hydrophilic ionic liquid layer and a water layer with an induction solution containing a refrigerant (step 2); And extracting the water phase separated in step 2, and then performing reverse osmosis to obtain pure water (step 3). It relates to a forward osmosis process using a hydrophilic ionic liquid as an induction solution.

Description

유도용액으로 친수성 이온성 액체를 이용한 정삼투 공정{Draw solution using hydrophilic and ionic liguid in forward osmosis}Raw solution using hydrophilic and ionic liguid in forward osmosis

본 발명은 유도용액으로 친수성 이온성 액체를 이용한 정삼투 공정에 관한 것이다.
The present invention relates to a forward osmosis process using a hydrophilic ionic liquid as an induction solution.

정삼투(FO, Forward osmosis) 공정은 농도 차에 의해 발생하는 삼투압을 이용하는 기술이다. 물만 선택적으로 투과시키는 반투막을 사이에 두고 한쪽에는 저농도 염을 포함한 유입수를, 다른 한쪽에는 고농도 염을 포함하는 유도용액(Draw solution)을 흘려주면 반투막 사이에 존재하는 염 농도 차이에 의해 삼투압이 발생하고 이러한 삼투압에 의해서 저농도의 물이 고농도의 유도용액으로 투과되는 원리이다. 이때, 저농도 유입수의 물이 고농도의 유도용액 쪽으로 이동함으로써 유도용액의 염 농도가 점차 감소하고 반대로 저농도 유입수의 농도가 증가하는 현상을 동반하게 된다. 이러한 정삼투 공정은 열에 민감한 수용액을 농축하거나 막 오염이 심하게 일어나는 하·페수 농축 공정에 적합하다. 이는 기존 역삼투 공정과는 달리 가압에 의한 세척이 가능하기 때문이다. 이러한 정삼투 공정에서 발생하는 문제점 중에 유도 용액의 회수 재사용과 역확산이다. Forward osmosis (FO) is a technology that uses osmotic pressure caused by concentration differences. Osmotic pressure is generated by the difference in the salt concentration between the semipermeable membranes when the influent containing low concentration salts is poured on one side and the draw solution containing the high concentration salts on the other side with a semipermeable membrane that selectively permeates only water. The osmotic pressure is a low concentration of water permeate into a high concentration of the induction solution. At this time, as the water of the low concentration influent water moves toward the high concentration induction solution, the salt concentration of the induction solution gradually decreases and the concentration of the low concentration influent water increases. This forward osmosis process is suitable for the concentration of heat sensitive aqueous wastewater or wastewater concentration process in which membrane contamination is severe. This is because it can be cleaned by pressurization unlike the conventional reverse osmosis process. Among the problems arising from the forward osmosis process is the recovery reuse and back diffusion of the induction solution.

종래 유도용액으로 사용되는 NaCl 용액의 경우에는 그 회수 및 분리가 어려워 해수와 담수가 만나는 지역에서 유도 용액의 회수 재활용 등이 필요하지 않은 공정이거나 상기에서 기술한 열에 민감한 물질을 농축하는 것을 목적으로 하는 경우에 주로 사용된다. 따라서 정삼투 공정을 적용하는데 한계가 있으므로, 역삼투 공정과 경쟁되는 기술로 정삼투 공정이 적용되는 곳에서는 일반적으로 유도용액으로 (NH4)2CO3 또는 NH4HCO3를 각각 또는 함께 사용한다. (NH4)2CO3와 NH4HCO3는 약 60℃로 가열하면 암모니아와 이산화탄소 기체로 분해되어 쉽게 제거할 수 있으나 암모니아가 물에 대한 용해도가 뛰어나 회수된 물의 사용처에 따라서 회수된 물에 존재하는 암모니아를 제거해야 하는 문제가 있다. 따라서 고온 감압 탈기 공정이 필요하다. 이러한 분리 방법은 물속에 존재하는 암모니아를 제거하는 공정이므로, 고운 감압 공정을 통해 이온 농도를 낮춘 후 역삼투공정(reverse osmosis, RO)를 다음 단계에 설치하여 원하는 품질의 물을 얻을 수 있다. 한편 NH4HCO3는 악취를 발생시키는 등의 조업의 어려움이 있다. 또한 NH4HCO3의 회수와 분리가 가능할지라도 분리 과정에서 가열 공정이 필요하고 물의 증발에 따른 손실을 막기 어렵다. 따라서 이러한 특성은 정삼투 공정의 효율성을 낮추어 공정의 활용성을 저해하는 요인이 된다. In the case of NaCl solution, which is used as a conventional induction solution, it is difficult to recover and separate the solution, and thus it is a process that does not require the recovery and recycling of the induction solution in an area where seawater and fresh water meet, or to concentrate the heat-sensitive material described above. Mainly used in the case. Therefore, there is a limit in applying the forward osmosis process, so in general, where (NH 4 ) 2 CO 3 or NH 4 HCO 3 is used as an induction solution, where the forward osmosis process is applied as a technology competing with the reverse osmosis process. . (NH 4 ) 2 CO 3 and NH 4 HCO 3 are decomposed into ammonia and carbon dioxide gas when heated to about 60 ℃ and can be easily removed, but ammonia is solubility in water that exists in recovered water depending on where it is used. There is a problem to remove ammonia. Therefore, a high temperature vacuum degassing process is required. Since the separation method removes ammonia present in the water, the ion concentration may be lowered through a fine decompression process, and reverse osmosis (RO) may be installed in the next step to obtain water having a desired quality. On the other hand, NH 4 HCO 3 is difficult to operate such as generating a bad smell. In addition, although recovery and separation of NH 4 HCO 3 is possible, a heating process is required in the separation process and it is difficult to prevent the loss due to evaporation of water. Therefore, these characteristics lower the efficiency of the forward osmosis process is a factor that hinders the utilization of the process.

또한 정삼투 공정에서 유도용액 고유의 특성과 농도에 따라 투과 성능이 좌우되므로, 전체 공정의 효율을 결정하게 된다. 기존 유도용액은 염 농도가 고농도여서 운전 시 온도 변화 등에 따른 결정 석출 등의 많은 문제점을 일으킬 수 있다.
In addition, since the permeation performance depends on the characteristics and concentration of the induction solution in the forward osmosis process, the efficiency of the overall process is determined. Existing induction solution has a high salt concentration can cause a number of problems, such as crystallization due to temperature changes during operation.

이에, 본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 극복하기 위해 고농도 유도용액을 이용하여 높은 삼투압을 가지면서도 유도용액의 회수 및 분리가 용이하며 분리 과정에서 에너지 소비량이 적고, 독성이 없으며, 막에 영향을 주지 않는 정삼투 공정의 효율을 높일 수 있는 정삼투 공정 및 이의 활용 기술을 개발하고, 본 발명을 완성하였다.
Accordingly, the present inventors have a high osmotic pressure to recover and separate the induction solution using a high concentration induction solution to overcome the above problems, and easy to recover and separate the induction solution, less energy consumption, no toxicity, does not affect the membrane To develop the forward osmosis process and its utilization technology that can increase the efficiency of the forward osmosis process, and completed the present invention.

본 발명의 목적은 유도용액으로 친수성 이온성 액체를 이용한 정삼투 공정을 제공하는 데 있다.
An object of the present invention is to provide a forward osmosis process using a hydrophilic ionic liquid as an induction solution.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 유도용액으로 친수성 이온성 액체를 사용하고 유입수를 공급하여 정삼투 공정을 수행하는 단계(단계 1); 상기 단계 1의 정삼투 공정 후 유도용액으로 친수성 이온성 액체에 유입된 물을 가압하에서 냉매와 혼합하여 냉매가 포함된 유도용액으로 친수성 이온성 액체층과 물층으로 상분리하는 단계(단계 2); 및 상기 단계 2에서 상분리된 물층을 추출한 후 역삼투 공정을 수행하여 순수한 물을 수득하는 단계(단계 3);를 포함하는 유도용액으로 친수성 이온성 액체를 이용한 정삼투 공정을 제공한다.
In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of using a hydrophilic ionic liquid as an induction solution and supplying influent to perform the forward osmosis process (step 1); Mixing the water introduced into the hydrophilic ionic liquid with an induction solution under pressure after the forward osmosis process of step 1 and separating the phase into a hydrophilic ionic liquid layer and a water layer with an induction solution containing a refrigerant (step 2); It provides a forward osmosis process using a hydrophilic ionic liquid as an induction solution comprising; and (3) extracting the water phase separated in step 2 and performing a reverse osmosis process to obtain pure water.

본 발명에 따르면, 농축 공정에 정삼투 공정을 이용함으로써 가열에 따른 문제점을 해결할 수 있고, 역삼투 공정의 경우 역세척이 불가능하나 정삼투 공정의 경우 역세척이 가능하다. According to the present invention, by using the forward osmosis process in the concentration process can solve the problems caused by heating, in the case of reverse osmosis process backwashing is impossible, but in the case of forward osmosis process backwashing is possible.

또한, 물에 대한 용해도가 뛰어나고 높은 삼투압을 갖는 친수성 이온성 액체를 유도용액으로 사용하여 정삼투 공정을 효율적으로 수행할 수 있고, 사용된 유도용액의 고농도 농축 회수가 용이하므로, 정밀화학 제품 농축, 폐수 농축, 해수담수화 등 여러 분야에 활용할 수 있다.
In addition, by using a hydrophilic ionic liquid having excellent solubility in water and a high osmotic pressure as an induction solution, the forward osmosis process can be efficiently performed, and a high concentration and recovery of the used induction solution can be easily concentrated. It can be used in various fields such as wastewater concentration and seawater desalination.

도 1은 본 발명에 따른 유도용액으로 친수성 이온성 액체를 이용한 정삼투 공정인 실시예 1에서 유입수가 유도용액으로 투과됨에 따라 증가하는 압력을 나타낸 그래프이고;
도 2는 본 발명에 따른 유도용액으로 친수성 이온성 액체를 이용한 정삼투 공정인 실시예 2에서 유입수가 유도용액으로 투과됨에 따라 증가하는 압력을 나타낸 그래프이고;
도 3은 본 발명에 따른 유도용액으로 친수성 이온성 액체를 이용한 정삼투 공정인 실시예 3에서 유입수가 유도용액으로 투과됨에 따라 증가하는 압력을 나타낸 그래프이고; 및
도 4는 본 발명에 따른 유도용액으로 친수성 이온성 액체를 이용한 정삼투 공정인 실시예 4에서 유입수가 유도용액으로 투과됨에 따라 증가하는 압력을 나타낸 그래프이다. 1 is a graph showing the pressure increases as the influent flows into the induction solution in Example 1, which is a forward osmosis process using a hydrophilic ionic liquid as the induction solution according to the present invention;
Figure 2 is a graph showing the pressure increases as the influent flows into the induction solution in Example 2 which is a forward osmosis process using a hydrophilic ionic liquid as the induction solution according to the present invention;
3 is a graph showing an increase in pressure as the influent flows into the induction solution in Example 3, which is a forward osmosis process using a hydrophilic ionic liquid as the induction solution according to the present invention; And
Figure 4 is a graph showing the pressure increases as the influent flows into the induction solution in Example 4, a forward osmosis process using a hydrophilic ionic liquid as the induction solution according to the present invention.

본 발명은 유도용액으로 친수성 이온성 액체를 사용하고 유입수를 공급하여 정삼투 공정을 수행하는 단계(단계 1);The present invention uses a hydrophilic ionic liquid as an induction solution and supplying influent water to perform the forward osmosis process (step 1);

상기 단계 1의 정삼투 공정 후 유입수로부터 유입된 물을 포함하는 유도용액으로 친수성 이온성 액체를 가압하에서 냉매와 혼합하여 냉매가 포함된 유도용액으로 친수성 이온성 액체층과 물층으로 상분리하는 단계(단계 2); 및Phase separation of the hydrophilic ionic liquid layer and the water layer with the induction solution containing the refrigerant by mixing the hydrophilic ionic liquid with the refrigerant under pressure with an induction solution containing water introduced from the inlet water after the forward osmosis process of step 1 2); And

상기 단계 2에서 상분리된 물층을 역삼투 공정을 수행하여 순수한 물을 수득하는 단계(단계 3);를 포함하는 유도용액으로 친수성 이온성 액체를 이용한 정삼투 공정을 제공한다.
It provides a forward osmosis process using a hydrophilic ionic liquid as an induction solution comprising a step (step 3) to obtain a pure water by performing a reverse osmosis process of the water phase separated in step 2.

이하, 본 발명에 따른 유도용액으로 친수성 이온성 액체를 이용한 정삼투 공정을 단계별로 상세히 설명한다.
Hereinafter, the step forward osmosis process using a hydrophilic ionic liquid as an induction solution according to the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 유도용액으로 친수성 이온성 액체를 이용한 정삼투 공정에 있어서, 단계 1은 유동용액으로 유도용액으로 친수성 이온성 액체를 사용하고 유입수를 공급하여 정삼투 공정을 수행하는 단계이다. In the forward osmosis process using the hydrophilic ionic liquid as the induction solution according to the present invention, step 1 is a step of performing the forward osmosis process by using a hydrophilic ionic liquid as the induction solution and supplying the influent.

본 발명에서 사용된 유도용액으로 친수성 이온성 액체를 물에 대한 용해 특성이 뛰어나며 거의 모든 농도 범위에서 물과 완전한 수용액을 형성할 수 있으며, 액상을 유지하는 온도범위가 매우 넓다. 상기와 같은 특성은 온도가 낮아지는 겨울철에도 사용할 수 있는 특성이 있다. 이때, 유도용액의 종류와 특성은 정삼투 공정의 효율과 밀접한 관련을 가지며, 재농축이 용이하고 용해도가 높은 것을 사용한다. 따라서, 본 발명에서는 유도용액으로 친수성 이온성 액체를 유도용액으로 사용하여 고효율로 정삼투 공정을 수행할 수 있다. As the induction solution used in the present invention, the hydrophilic ionic liquid has excellent solubility in water, and can form a complete aqueous solution with water in almost all concentration ranges, and has a very wide temperature range for maintaining a liquid phase. Such a property has a property that can be used even in winter when the temperature is lowered. In this case, the type and characteristics of the induction solution are closely related to the efficiency of the forward osmosis process, and easy to reconcentrate and have high solubility. Therefore, in the present invention, a hydrophilic ionic liquid may be used as the induction solution to perform the forward osmosis process with high efficiency.

상기 단계 1의 유도용액으로 친수성 이온성 액체는 단독 또는 수용액 상태로 사용함으로써, 농축하고자하는 유입수의 농도보다 높은 농도를 가짐으로써 농도차에 의해 정삼투 공정이 수행될 수 있으며, 정삼투 현상에 의해 저농도 유입수로부터 물이 유도 용액쪽으로 투과되어 유도 용액의 농도를 낮추게 된다. 이때, 상기 유도용액으로 친수성 이온성 액체로는 이미다졸리움계, 암모니움계, 콜린계, 포스포늄계, 설포늄계, 피리니듐계, 피라졸늄계 등을 사용할 수 있으며, 더욱 구체적으로 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움-테트라플로오로보레이트, 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움-클로라이드, 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움-아세테이트, 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움-브롬아이드, 1-에틸-3-메틸-이미다졸리움-테트라플로오로보레이트, 1-에틸-3-메틸-이미다졸리움-브롬아이드, 1-에틸-3-메틸-이미다졸리움-아세테이트, 1-에틸-3-메틸-이미다졸리움-에틸설포네이트, 1-에틸-3-메틸-이미다졸리움-트리플루오로메틸설포네이트 등을 사용할 수 있다.
By using the hydrophilic ionic liquid alone or in an aqueous solution as the induction solution of step 1, the forward osmosis process may be performed by the difference in concentration by having a concentration higher than that of the influent to be concentrated, and by the forward osmosis phenomenon. Water flows from the low concentration influent into the induction solution to lower the concentration of the induction solution. In this case, as the hydrophilic ionic liquid, imidazolium-based, ammonium-based, choline-based, phosphonium-based, sulfonium-based, pyridinium-based, pyrazolium-based, and the like may be used. More specifically, 1-butyl- 3-Methyl-imidazolium-tetrafluoroborate, 1-butyl-3-methyl-imidazolium-chloride, 1-butyl-3-methyl-imidazolium-acetate, 1-butyl-3-methyl-imi Dazolium-bromide, 1-ethyl-3-methyl-imidazolium-tetrafluoroborate, 1-ethyl-3-methyl-imidazolium-bromide, 1-ethyl-3-methyl-imidazolium- Acetate, 1-ethyl-3-methyl-imidazolium-ethylsulfonate, 1-ethyl-3-methyl-imidazolium-trifluoromethylsulfonate and the like can be used.

본 발명에 따른 유도용액으로 친수성 이온성 액체를 이용한 정삼투 공정에 있어서, 단계 2는 상기 단계 1의 정삼투 공정 후 유입수로부터 유입된 물을 포함하는 유도용액으로 친수성 이온성 액체를 냉매와 혼합하여 냉매가 포함된 유도용액으로 친수성 이온성 액체층과 물층으로 상분리하는 단계이다.In the forward osmosis process using a hydrophilic ionic liquid as an induction solution according to the present invention, step 2 is an induction solution containing water introduced from the influent after the forward osmosis process of step 1 by mixing a hydrophilic ionic liquid with a refrigerant Phase separation of the hydrophilic ionic liquid layer and the water layer using an induction solution containing a refrigerant.

삼투압 공정 후 유도용액으로 친수성 이온성 액체는 유입수로부터 유입된 물을 포함하여 수용액 형태로 얻어지며, 이는 냉매를 이용하여 유도용액으로 친수성 이온성 액체층과 물층으로 상분리할 수 있다. 이때, 상기 단계 2의 냉매는 CFC, HCFC 및 HFC로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으며, R22, R134 또는 이들의 혼합물도 사용할 수 있고, 상온에서 기체이고 쉽게 액화가 가능한 물질이다. After the osmotic process, the hydrophilic ionic liquid as an induction solution is obtained in the form of an aqueous solution including water introduced from the influent, which can be phase separated into a hydrophilic ionic liquid layer and a water layer as the induction solution using a refrigerant. At this time, the refrigerant of step 2 may be used one or two or more mixtures selected from the group consisting of CFC, HCFC and HFC, R22, R134 or a mixture thereof may also be used, gas at room temperature and easily liquefied Possible substance.

상기 유입수로부터 유입된 물을 포함하는 유도용액으로 친수성 이온성 액체와 냉매를 혼합하기 위해서는 냉매를 액화시키기 위해 10 기압 이하의 압력, 더욱 구체적으로 2 - 10 기압인 것이 바람직하고, 냉매를 혼합하여 냉매의 혼합량을 증가시킴으로써 냉매와 유도용액으로 친수성 이온성 액체의 혼합액; 및 물과 부생성 염의 혼합액;인 2상으로 분리함으로써 액-액 추출이 가능하다.
In order to mix the hydrophilic ionic liquid and the refrigerant with an induction solution containing water introduced from the inflow water, the pressure is preferably 10 atm or less, more specifically, 2 to 10 atm to liquefy the refrigerant. A mixture of a hydrophilic ionic liquid with a refrigerant and an induction solution by increasing the amount of the mixture; And a liquid mixture of water and by-product salt; liquid-liquid extraction is possible by separating into two phases.

본 발명에 따른 유도용액으로 친수성 이온성 액체를 이용한 정삼투 공정에 있어서, 단계 3은 상기 단계 2에서 상분리된 물층을 역삼투 공정을 수행하여 순수한 물을 수득하는 단계이다.In the forward osmosis process using a hydrophilic ionic liquid as the induction solution according to the present invention, step 3 is a step of obtaining pure water by performing a reverse osmosis process on the water layer separated in the step 2.

상기 단계 2에서 상분리된 물층은 역삼투 공정을 통해 순수한 물을 얻을 수 있고, 상기 단계 3의 상기 상분리된 물층은 감압처리하는 단계를 거친 후 역삼투 공정을 수행할 수 있다.
The phase separated water layer in step 2 may obtain pure water through a reverse osmosis process, and the phase separated water layer of step 3 may be subjected to a reverse osmosis process after undergoing a pressure reduction process.

또한, 본 발명에 따른 유도용액으로 친수성 이온성 액체를 이용한 정삼투 공정에 있어서, 상기 정삼투 공정은 상기 단계 2의 유도용액으로 친수성 이온성 액체층을 감압처리하여 냉매를 분리함으로써 유도용액으로 친수성 이온성 액체 및 냉매를 각각 수득하는 단계를 더 포함할 수 있다. In addition, in the forward osmosis process using a hydrophilic ionic liquid as the induction solution according to the present invention, the forward osmosis process is hydrophilic as an induction solution by separating the refrigerant by depressurizing the hydrophilic ionic liquid layer with the induction solution of step 2 The method may further include obtaining an ionic liquid and a refrigerant, respectively.

상기 단계 2에서 상분리된 유도용액으로 친수성 이온성 액체층에 포함되어 있는 냉매는 감압에 의해 탈기되고, 유도용액으로 친수성 이온성 액체는 역삼투 공정을 거쳐 순수한 유도용액으로 친수성 이온성 액체를 수득할 수 있고, 상기 수득된 유도용액으로 친수성 이온성 액체 및 냉매를 정삼투 공정에 재활용할 수 있다. 상기 감압은 압력을 1 기압으로 낮추어 주는 것만으로 쉽게 유도용액으로 친수성 이온성 액체와 냉매로 분리할 수 있으며, 분리된 냉매는 가압에 의해 액화시켜 상기에서 기술한 바와 같이 냉매로 재활용할 수 있다.
The refrigerant contained in the hydrophilic ionic liquid layer as the induction solution separated in step 2 is degassed by depressurization, and the hydrophilic ionic liquid as the induction solution is subjected to reverse osmosis to obtain a hydrophilic ionic liquid as a pure induction solution. The hydrophilic ionic liquid and the refrigerant may be recycled into the forward osmosis process with the obtained induction solution. The reduced pressure can be easily separated into a hydrophilic ionic liquid and a refrigerant as an induction solution only by lowering the pressure to 1 atm, and the separated refrigerant can be liquefied by pressurization and recycled into the refrigerant as described above.

또한, 본 발명은 유도용액으로 친수성 이온성 액체를 사용하고 유입수를 공급하여 정삼투 공정을 수행하는 단계(단계 1); 상기 단계 1의 정삼투 공정 후 유입수로부터 유입된 물을 포함하는 유도용액으로 친수성 이온성 액체를 가압하에서 냉매와 혼합하여 냉매가 포함된 유도용액으로 친수성 이온성 액체층과 물층으로 상분리하는 단계(단계 2); 및 상기 단계 2에서 상분리된 물층을 역삼투 공정을 수행하여 순수한 물을 수득하는 단계(단계 3);를 포함하는 유도용액으로 친수성 이온성 액체를 이용한 정삼투 공정을 포함하는 해수담수화 방법 및 친수성 이온성 액체를 이용한 정삼투 공정을 사용하는 해수담수화 장치를 제공한다. 이는, 상기 유입수로 해수를 사용하여 해수담수화를 수행할 수 있으며, 이를 수행하는 해수담수화 장치는 본 발명에 따른 유도용액으로 친수성 이온성 액체를 이용하여 정삼투 공정이 수행될 수 있다.
In addition, the present invention uses a hydrophilic ionic liquid as an induction solution and supplying the influent water to perform the forward osmosis process (step 1); Phase separation of the hydrophilic ionic liquid layer and the water layer with the induction solution containing the refrigerant by mixing the hydrophilic ionic liquid with the refrigerant under pressure with an induction solution containing water introduced from the inlet water after the forward osmosis process of step 1 2); And performing a reverse osmosis process on the water phase separated in step 2 to obtain pure water (step 3); seawater desalination method and hydrophilic ion including a forward osmosis process using a hydrophilic ionic liquid as an induction solution. Provided is a seawater desalination apparatus using an forward osmosis process using an aqueous liquid. This can be carried out seawater desalination using the seawater as the influent, the seawater desalination apparatus for performing this can be carried out using the forward osmosis process using a hydrophilic ionic liquid as the induction solution according to the present invention.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세히 설명한다. 단, 하기의 실시예는 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. It should be noted, however, that the following examples are illustrative of the invention and are not intended to limit the scope of the invention.

<실시예 1> &Lt; Example 1 >

정삼투 현상을 확인하기 위해 압력에 견디며 물과 유도용액으로 친수성 이온성 액체의 흐름을 관찰할 수 있도록 투명 폴리카보네이트(polycarbonate)를 사용하여 정압용 정삼투용 셀을 제작하였으며, 유도용액으로 친수성 이온성 액체의 사용을 줄이며 정삼투 현상을 관찰하기 위해 정압용 정삼투용 셀을 통해 실험을 수행하였다. 물의 투과에 의해서 유도용액 측에 압력이 발생되는 현상을 관찰함으로써 유입수의 유도 용액으로 투과되는 현상을 확인할 수 있으며, 반대로 셀로 나가는 유입수의 이온 농도를 측정함으로써 유도용액으로 친수성 이온성 액체의 역확산 정도를 확인할 수 있다.In order to confirm the forward osmosis phenomenon, a forward pressure osmosis cell was fabricated using transparent polycarbonate to observe the flow of hydrophilic ionic liquid with water and an induction solution, and hydrophilic ion as an induction solution. In order to reduce the use of sex liquid and observe the forward osmosis phenomenon, the experiment was carried out through the electrostatic forward osmosis cell. The phenomenon of permeation into the induction solution of the influent can be confirmed by observing a phenomenon in which the pressure is generated on the induction solution side due to the permeation of water. You can check.

유도용액으로 친수성 이온성 액체인 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움-테트라플루오로보레이트(BMImBF4) 5 질량%를 사용하고 18 ㎖의 유입수를 공급하여 정삼투 공정을 수행하였다. 상기 정삼투 공정 후 유입수로부터 유입된 물을 포함하는 유도용액으로 친수성 이온성 액체를 10 기압하에서 냉매인 R22와 혼합하여 상평형도의 2상 영역으로 조성을 조절하였으며, 냉매가 포함된 유도용액으로 친수성 이온성 액체층과 물층으로 상분리되었다. 상기 상분리된 물층을 1 기압의 압력으로 감압처리하고 역삼투 공정을 수행하여 순수한 물을 수득하였다. 또한, 추가적으로 상기 상분리된 냉매를 포함하는 유도용액으로 친수성 이온성 액체층은 1 기압의 압력에서 냉매인 R22를 기화시켜 순수한 유도용액으로 친수성 이온성 액체를 수득하였으며, 기화된 냉매를 수득하였다. 이때, 염소이온은 감지되지 않았다.
A forward osmosis process was performed by using 5 mass% of 1-butyl-3-methyl-imidazolium-tetrafluoroborate (BMImBF 4 ), a hydrophilic ionic liquid, and supplying 18 ml of influent. After the forward osmosis process, a hydrophilic ionic liquid was mixed with R22, a refrigerant under 10 atm, to adjust the composition into a two-phase region of phase equilibrium, and the hydrophilicity with the induction solution containing the refrigerant. Phase separated into ionic liquid layer and water layer. The phase separated water layer was depressurized to a pressure of 1 atm and subjected to reverse osmosis to obtain pure water. In addition, the hydrophilic ionic liquid layer additionally evaporated R22, which is a refrigerant at a pressure of 1 atm, to obtain a hydrophilic ionic liquid as a pure induction solution, thereby obtaining a vaporized refrigerant. At this time, no chlorine ion was detected.

<실시예 2><Example 2>

유도용액으로 친수성 이온성 액체인 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움-테트라플루오로보레이트(BMImBF4) 10 질량%로 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
Except for using the hydrophilic ionic liquid 1-butyl-3-methyl-imidazolium-tetrafluoroborate (BMImBF 4 ) 10% by mass, the same procedure as in Example 1 was carried out.

<실시예 3><Example 3>

유도용액으로 친수성 이온성 액체인 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움-테트라플루오로보레이트(BMImBF4) 15 질량%로 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
The same procedure as in Example 1 was carried out except that 15 wt% of 1-butyl-3-methyl-imidazolium-tetrafluoroborate (BMImBF 4 ) as a hydrophilic ionic liquid was used.

<실시예 4><Example 4>

유도용액으로 친수성 이온성 액체인 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움-테트라플루오로보레이트(BMImBF4) 99 질량%로 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
Except for using a hydrophilic ionic liquid 1-butyl-3-methyl-imidazolium-tetrafluoroborate (BMImBF 4 ) 99% by mass, the same procedure as in Example 1 was carried out.

<실험예 1> 유도용액으로 친수성 이온성 액체를 이용한 정삼투 공정에서의 압력 변화 분석Experimental Example 1 Analysis of Pressure Change in Forward Osmosis Process Using Hydrophilic Ionic Liquid as an Induction Solution

본 발명에 따른 유도용액으로 친수성 이온성 액체를 이용한 정삼투 공정에서 유입수가 유도용액으로 투과됨에 따라 증가하는 압력을 실시간을 측정하고, 그 결과를 도 1, 2, 3 및 4에 나타내었다. In the forward osmosis process using the hydrophilic ionic liquid as the induction solution according to the present invention, the pressure increasing as the inflow water is permeated into the induction solution is measured in real time, and the results are shown in FIGS. 1, 2, 3 and 4.

도 1, 2 및 3에 나타난 바와 같이, 200 분간 압력을 측정한 결과 정삼투 공정 수행시간이 150 분 경과하였을 때 압력은 정상상태에 도달하였으며, 발생한 압력은 실시예 1의 경우에는 5.85 bar였고, 실시예 2의 경우에는 10.73 bar였으며, 실시예 3의 경우에는 14.43 bar였다. As shown in Figures 1, 2 and 3, when the pressure was measured for 200 minutes, the pressure reached a steady state when the forward osmosis process execution time was 150 minutes, the pressure generated was 5.85 bar in Example 1, In Example 2 it was 10.73 bar, and in Example 3 it was 14.43 bar.

또한, 도 4에 나타난 바와 같이, 실시예 4의 경우에는 정삼투 공정 수행시간이 10 분 경과하였을 때부터 압력이 급격하게 상승하는 것을 알 수 있다.
In addition, as shown in Figure 4, in the case of Example 4, it can be seen that the pressure rises sharply from 10 minutes after the forward osmosis process execution time.

Claims (10)

유도용액으로 친수성 이온성 액체를 사용하고 유입수를 공급하여 정삼투 공정을 수행하는 단계(단계 1);
상기 단계 1의 정삼투 공정 후 유도용액으로 친수성 이온성 액체에 유입된 물을 가압하에서 냉매와 혼합하여 냉매가 포함된 유도용액으로 친수성 이온성 액체층과 물층으로 상분리하는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2에서 상분리된 물층을 추출한 후 역삼투 공정을 수행하여 순수한 물을 수득하는 단계(단계 3);를 포함하는 유도용액으로 친수성 이온성 액체를 이용한 정삼투 공정.
Using a hydrophilic ionic liquid as an induction solution and supplying inflow water to perform a forward osmosis process (step 1);
Mixing the water introduced into the hydrophilic ionic liquid with an induction solution under pressure after the forward osmosis process of step 1 and separating the phase into a hydrophilic ionic liquid layer and a water layer with an induction solution containing a refrigerant (step 2); And
Extracting the water phase separated in step 2 and performing a reverse osmosis process to obtain pure water (step 3); Forward osmosis process using a hydrophilic ionic liquid as an induction solution comprising a.
제1항에 있어서, 상기 단계 1의 유도용액으로 친수성 이온성 액체는 이미다졸리움계, 암모니움계, 콜린계, 포스포늄계, 설포늄계, 피리니듐계 및 피라졸늄계로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유도용액으로 친수성 이온성 액체를 이용한 정삼투 공정.
The method of claim 1, wherein the hydrophilic ionic liquid as the induction solution of step 1 is any one selected from the group consisting of imidazolium-based, ammonium-based, choline-based, phosphonium-based, sulfonium-based, pyridinium-based and pyrazolium-based Forward osmosis process using a hydrophilic ionic liquid as an induction solution.
제1항에 있어서, 상기 단계 1의 유도용액으로 친수성 이온성 액체는 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움-테트라플로오로보레이트, 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움-클로라이드, 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움-아세테이트, 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움-브롬아이드, 1-에틸-3-메틸-이미다졸리움-테트라플로오로보레이트, 1-에틸-3-메틸-이미다졸리움-브롬아이드, 1-에틸-3-메틸-이미다졸리움-아세테이트, 1-에틸-3-메틸-이미다졸리움-에틸설포네이트, 1-에틸-3-메틸-이미다졸리움-트리플루오로메틸설포네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유도용액으로 친수성 이온성 액체를 이용한 정삼투 공정.
The hydrophilic ionic liquid of claim 1, wherein the hydrophilic ionic liquid is 1-butyl-3-methyl-imidazolium-tetrafluoroborate, 1-butyl-3-methyl-imidazolium chloride, 1 -Butyl-3-methyl-imidazolium-acetate, 1-butyl-3-methyl-imidazolium-bromide, 1-ethyl-3-methyl-imidazolium-tetrafluoroborate, 1-ethyl-3 -Methyl-imidazolium-bromide, 1-ethyl-3-methyl-imidazolium-acetate, 1-ethyl-3-methyl-imidazolium-ethylsulfonate, 1-ethyl-3-methyl-imida The forward osmosis process using a hydrophilic ionic liquid as an induction solution, characterized in that any one selected from the group consisting of jolium-trifluoromethylsulfonate.
제1항에 있어서, 상기 단계 2의 냉매는 CFC, HCFC 및 HFC로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 유도용액으로 친수성 이온성 액체를 이용한 정삼투 공정.
The forward osmosis process using a hydrophilic ionic liquid as an induction solution according to claim 1, wherein the refrigerant in step 2 is one or a mixture of two or more selected from the group consisting of CFC, HCFC and HFC.
제1항에 있어서, 상기 단계 2의 가압은 2 - 10 기압인 것을 특징으로 하는 유도용액으로 친수성 이온성 액체를 이용한 정삼투 공정.
The forward osmosis process using a hydrophilic ionic liquid as an induction solution according to claim 1, wherein the pressurization of step 2 is 2 to 10 atm.
제1항에 있어서, 상기 단계 3의 상기 상분리된 물층은 감압처리하는 단계를 거친 것을 특징으로 하는 유도용액으로 친수성 이온성 액체를 이용한 정삼투 공정.
The forward osmosis process using a hydrophilic ionic liquid as an induction solution according to claim 1, wherein the phase separated water layer of step 3 is subjected to a reduced pressure treatment.
제1항에 있어서, 상기 정삼투 공정은 상기 단계 2의 유도용액으로 친수성 이온성 액체층을 감압처리하여 냉매를 분리함으로써 유도용액으로 친수성 이온성 액체 및 냉매를 각각 수득하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도용액으로 친수성 이온성 액체를 이용한 정삼투 공정.
The method of claim 1, wherein the forward osmosis process further comprises the step of obtaining a hydrophilic ionic liquid and a refrigerant as an induction solution by separating the refrigerant by depressurizing the hydrophilic ionic liquid layer with the induction solution of step 2. Forward osmosis process using a hydrophilic ionic liquid as an induction solution.
제7항에 있어서, 상기 수득된 유도용액으로 친수성 이온성 액체 및 냉매를 재활용하는 것을 특징으로 하는 유도용액으로 친수성 이온성 액체를 이용한 정삼투 공정.
8. The forward osmosis process using a hydrophilic ionic liquid as an induction solution according to claim 7, wherein the hydrophilic ionic liquid and the refrigerant are recycled as the obtained induction solution.
제1항의 정삼투 공정을 포함하는 해수담수화 방법.
Seawater desalination method comprising the forward osmosis process of claim 1.
제1항의 정삼투 공정을 사용하는 해수담수화 장치.

Seawater desalination apparatus using the forward osmosis process of claim 1.

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