KR101515446B1 - 멤브레인 복합체 이를 이용한 멤브레인 모듈 및 수처리 방법 - Google Patents

멤브레인 복합체 이를 이용한 멤브레인 모듈 및 수처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 멤브레인 복합체, 이를 이용한 멤브레인 모듈 및 수처리 방법에 관한 것으로, 삼투압 멤브레인층, 자극 감응성 하이드로젤층 및 섬유층을 포함하는 멤브레인 복합체는 유도용질을 사용하지 정수효율이 높일 수 있고, 이를 이용한 수처리 모듈 및 수처리 방법은 공정상의 에너지 효율을 높여 경제적인 효과를 높일 수 있으며, 특히 폐열을 활용할 경우 매우 높은 경제적 효과가 있다.

Description

멤브레인 복합체 이를 이용한 멤브레인 모듈 및 수처리 방법{Membrane complex and membrane module using the same, and method for water treatment}
본 발명은 멤브레인 복합체와 이를 이용한 멤브레인 모듈 및 수처리 방법에 관한 것으로, 삼투압 멤브레인층, 자극 감응성 하이드로젤층 및 섬유층을 적층한 멤브레인 복합체를 통해 유도용질이 필요 없고, 정제수의 역삼투 방향으로의 확산을 방지할 수 있으며, 에너지 소모량을 줄일 수 있는 멤브레인 복합체 이를 이용한 멤브레인 모듈 및 수처리 방법에 관한 것이다.
정삼투 멤브레인을 이용한 분리는 두 용액간의 농도 차에 의해 발생된 삼투압을 구동력으로 이용하여 멤브레인을 통해 낮은 농도의 용액이 높은 농도의 용액 쪽으로 이동함으로써 폐수를 정수하는 것이다.
이러한 정삼투 멤브레인은 바닷물, 공장폐수, 생활 폐수 등 각종 오수나 폐수를 정수하는데 사용되며, 정삼투 멤브레인을 이용한 정삼투 공정은 유도용액(draw solution)을 사용하여 삼투압의 원리를 그대로 이용하는 기술로, 사용되는 유도용액(draw solution)은 저분자 물질의 삼투압 유발 효과를 가진다.
종래의 정삼투 공정에서 사용되는 유도용액을 예로 들면, 탄산수소암모늄(ammonium bicarbonate), 이산화황(sulfur dioxide), 지방족 알콜(aliphatic alcohols), 황산알루미늄(aluminum sulfate), 글루코오스(glucose), 프록토오스(fructose), 질산칼륨(potassium nitrate) 등이 있으며, 그 중에서 탄산수소암모늄(ammonium bicarbonate) 유도 용액이 가장 널리 알려져 있다. 예를 들어, 대한민국 공개특허 제10-2012-0095293호에는 이와 관련한 기술이 제시되어 있다.
이러한 탄산수소암모늄은 정삼투 과정 이후에 60℃ 정도의 온도에서 암모니아와 이산화탄소로 분해되어 분리할 수 있다.
종래 유도용액을 사용할 경우, 예를 들어 탄산수소 암모늄의 경우에는 60℃ 이상 가열해야 기화되므로 높은 에너지 소모량이 요구되고, 암모니아의 완벽한 제거가 사실상 힘들기 때문에 암모니아 냄새로 인해 식수로 사용하는 것이 불가능하였다.
대한민국 공개특허 제10-2012-0095293호
본 발명의 목적은 유도용질이 필요 없는 멤브레인 복합체 및 이를 이용한 멤브레인 모듈을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 또 다른 목적은 상기 멤브레인 모듈을 이용한 수처리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 삼투압 멤브레인층, 자극 감응성 하이드로젤층 및 섬유층을 포함하는 멤브레인 복합체를 제공한다.
또한 본 발명의 바람직한 구현을 위한 형태로 상기 멤브레인 복합체는 삼투압 멤브레인층; 자극 감응성 하이드로젤층; 및 섬유층이 순차적으로 적층된 멤브레인 복합체를 제공한다.
본 발명은 폐수가 유입되도록 내부 공간을 가지며, 폐수를 배출하도록 배출구가 구비되는 하우징, 상기 하우징 내부에 본 발명에 따른 멤브레인 복합체, 상기 멤브레인 복합체에 내포된 자극 감응성 하이드로젤층의 수축 또는 팽윤 작용을 일으킬 수 있는 조절부 및 상기 멤브레인 복합체에 의해 필터링된 정제수를 배출하는 정제수 배출부를 포함하는 멤브레인 모듈을 제공한다.
더욱이, 본 발명에 따른 멤브레인 복합체의 삼투압 멤브레인층 상에 폐수를 위치시키고 정삼투 현상과 자극 감응성 하이드로젤층의 팽윤에 의해 폐수를 정수하는 단계; 섬유층 상에 온수 유로를 위치시키고, 온수 유로에 온수를 가해주어 자극 감응성 하이드로젤층을 수축시켜 정수된 물을 배출시키는 단계를 포함하는 정삼투 수처리 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 멤브레인 복합체와 이를 이용한 멤브레인 모듈은 정삼투 공정에 이용시 유도용질을 사용하지 않고도 멤브레인의 수투과성과 유량(분리효율)을 향상시키고, 처리된 정제수의 역삼투 방향으로 확산을 방지할 수 있으며, 회수공정시 높은 에너지를 필요하지 않아 경제적 효과가 높으며, 특히 폐열을 활용할 경우 매우 높은 경제적 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멤브레인 복합체의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멤브레인 복합체의 구동원리를 도시한 구조도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인 모듈의 단면도이다
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인 모듈을 사용한 침지형 수처리 장치의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 실시예와 비교예의 시간에 따른 정수량을 비교한 비교 그래프이다.
본 발명은 삼투압 멤브레인층, 자극 감응성 하이드로젤층 및 섬유층을 포함하는 멤브레인 복합체를 제공한다.
본 발명에서 사용되는 삼투압 멤브레인층은 수처리용으로 사용되는 멤브레인을 제한 없이 사용할 수 있으나, 그 중 정삼투(FO)용 멤브레인을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 정삼투(FO) 멤브레인의 종류로는 예를 들어 셀룰로스 아세테이트(Cellulose acetate), 셀룰로스 디아세테이트(Cellulose diacetate), 쿠프로판Cuprophan, 헤모판(Hemophan), 셀룰로스 트리아세테이트 등의 셀룰로스 계열; 폴리아크릴로나이트릴(Polyacrylonitrile), PAN-메틸 설포네이트(PAN-methyl sulfonate), 폴리설폰(Polysulfone), 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 폴리아미드(Polyamide), 폴리카보네이트(Polycarbonate), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE: Polytetrafluoroethylene), 설폰화 폴리설폰(Sulphonated polysulphone), 폴리에스테르설폰(polyethersulfone), 폴리아민(polyamine), 폴리스티렌설포네이트(poly styrene sulfonate), 폴리아크릴산 폴리아크릴산(poly acrylic acid), 폴리에틸렌옥사이드(poly ethylene oxide), 폴리비닐설파이드(poly vinyl sulfide), 폴리(3-술포프로필 페타크릴레이트)(poly(3-sulfopropyl methacrylate)), 폴리비닐설포네이트(poly vinyl sulfonate) 또는 폴리(아크릴아미드-2-메틸-프로판설포네이트)(poly(acrylamide-2-methyl-propanesulfonate) 등의 합성 고분자를 사용할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 자극 감응성 하이드로젤층은 온도, pH, 빛, 전기, 이온 등의 자극에 반응하여 그 팽윤 정도가 변하는 물질로, 그 종류를 특별히 제한하는 것은 아니나, 예를 들어, 폴리 N-이소프로필아크릴아미드(NIPAM:poly N-isopropylacrylamide), N,N-디메틸-N-메타크릴아미도 프로필암모니오프로판설퍼네이트 (N,N-dimethyl-N-methacrylamido propylammoniopropanesulfonate), 아크릴산(acrylic acid), 아크릴아미드(acrylamide), 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트(2-hydroxyethyl metacrylate), 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 비닐 피롤리디논(Vinyl pyrrolidinone), 비닐 피롤리돈(Vinyl pyrrolidone), 폴리비닐 알콜(polyvinyl alcohol), 소듐 폴리아크릴레이트(sodium polyacrylate), 폴리아크릴로니트릴(Polyacrylonitrile), PAN-메틸 설포네이트(PAN-methyl sulfonate), 폴리설폰(Polysulfone), 폴리카보네이트(Polycarbonate), 폴리에스테르(poly ester), 폴리 에틸렌 글리콜(poly ethylene glycol), 폴리 프로필렌 글리콜(poly propylene glycol), 폴리 비닐 알콜(poly vinyl alcohol), 셀룰로즈 디아세테이트(Cellulose diacetate), 쿠프로판(Cuprophan), 헤모판(Hemophan), 셀룰로스 트리아세테이트(cellulose triacetate), 셀룰로스 아세테이트(Cellulose acetate), 키토산(chitosan) 및 알지네이트(alginate)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상으로 얻어진 가교고분자나 이들의 혼합 또는 변성 하이드로젤을 사용할 수 있다.
또한, 자극 감응성 하이드로젤층은 접착성을 증가시키기 위해 극성 화학기를 가지는 모노머와 공중합하여 사용할 수 있다.
이때 극성 화학기로는 아민기, 설파이드기, 카르복실기, 에폭시기, 하이드록시기, 에스테르기 등을 사용할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 섬유층은 특별히 제한을 두는 것은 아니나, 물을 흡수하지 않는 친수성인 것이 바람직하다. 상기 물을 흡수하지 않는 친수성이란 물을 흡수하지 않은 채로 친수성 표면을 갖는 상태를 의미한다.
이러한 섬유층은 단섬유, 솜, 직물, 편물, 펠트, 부직포 또는 시트 형태일 수 있으며, 본 발명에서 섬유층을 구성하는 섬유는 폴리알킬렌계 고분자, 폴리설폰계 고분자, 폴리에스테르계 고분자, 폴리카보닐계 고분자, 폴리에테르설폰계 고분자, 셀룰로스아세테이트계 고분자, 폴리비닐리덴플루오라이드계 고분자, 셀룰로오즈계 고분자, 아크릴수지계 고분자, 나일론계 고분자, 에폭시계 고분자, 폴리아미드계 고분자, 폴리이미드계 고분자 및 폴리락트산계 고분자로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 이용하여 제조된 합성섬유, 유리섬유, 흑연섬유, 양모, 명주, 피혁, 모피, 견, 목면 및 마로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 이용하여 제조되거나, 목화 솜을 그대로 섬유층으로 이용할 수 있다.
본 발명에서 물을 흡수하지 않는 친수성의 섬유층은 물방울이 맺힐 수 있는 적절한 크기와 맺힌 물방울이 계속 자라지 못하고 표면에서 분리되어 흐를 수 있는 규격을 가져야 한다. 이러한 규격은 특별히 한정하는 것은 아니나, 섬유층을 구성하는 섬유는 직경이 1nm 내지 1m인 섬유를 사용할 수 있다.
또한, 섬유층의 두께는 1 ㎛ 내지 4cm인 것이 바람직하다. 이러한 섬유층의 두께는 상기 범위일 때 정제수의 흐름이 원활하며, 상기 범위를 벗어날 경우, 후술하는 멤브레인 모듈과 정삼투 수처리 방법의 적용이 어려워질 수 있다. 이는 자극 감응성 하이드로젤층의 수축 또는 팽윤 작용을 시킬 수 있도록 조절부를 통해 자극 감응성 하이드로젤층으로 자극을 가하게 되는데 이때 주어지는 자극을 방해하여 정수처리 효율을 감소시킬 수 있다.
본 발명에서는 본 발명에 따른 멤브레인 복합체를 이용한 멤브레인 모듈을 제공한다.
구체적으로, 본 발명에 따른 멤브레인 모듈은 폐수가 유입되는 폐수 유입구, 정제수가 배출되는 정제수 배출구, 멤브레인을 투과하지 못하는 성분을 포함하는 미처리 폐수가 배출되는 미처리 배출로가 구비된 하우징; 상기 하우징 내부에 위치하는 본 발명에 따른 멤브레인 복합체; 및 상기 멤브레인 복합체에 내포된 자극 감응성 하이드로젤의 수축 또는 팽윤 작용을 유도하는 조절부를 포함하여 구성된다.
상기 조절부는 광 조사기, pH 조절기, 온도 조절기, 이온 조절기, 전기 조절기 중 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다. 이러한 조절부는 광 조사, pH, 온도, 이온, 전기와 같은 자극 감응성 하이드로젤층의 수축 또는 팽윤 작용을 유도하는 조건을 조절하여 정삼투 공정을 원활하게 하기 위한 것으로, 멤브레인 모듈 내에 위치하여 자극 감응성 하이드로젤층의 수축 또는 팽윤 작용을 일으킬 수 있는 것이면 특별히 한정되지는 않는다.
이러한 조절부 중 온도 조절기를 예로 들면 멤브레인 복합체와 접하는 온수 유로를 구비하고 상기 온수 유로의 온/오프를 통해 자극 감응성 하이드로젤층의 수축 또는 팽윤 작용을 유도할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 본 발명에 따른 멤브레인 모듈을 이용하여 폐수를 처리하는 정삼투 수처리 방법을 제공한다.
구체적으로, 본 발명에 따른 멤브레인 복합체의 삼투압 멤브레인층 상에 폐수를 위치시키고 정삼투 현상과 자극 감응성 하이드로젤층의 팽윤에 의해 폐수를 정수하는 단계; 섬유층 상에 온수 유로를 위치시키고, 온수 유로에 온수를 가해주어 자극 감응성 하이드로젤층을 수축시켜 정수된 물을 배출시키는 단계를 포함한다.
이때, 온수 유로에 가해주는 온수의 온도는 45 내지 55℃일 수 있으며, 온수 유로에 가해주는 온수는 폐열을 이용할 수 있다.
상기 폐열은 산업적으로 발생 되는 폐열로 예를 들어, 열에너지를 가지는 발전소 폐수 공업용 폐수를 사용할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 멤브레인 복합체, 멤브레인 모듈 및 정삼투 수처리 방법을 보다 구체적으로 설명한다..
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멤브레인 복합체의 단면도를 보인 것이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멤브레인 복합체의 구동원리를 도시한 구조도이다.
도 1과 2를 참조하면, 본 발명에 따른 멤브레인 복합체(10)는 물의 연속적인 흐름이 순차적이고 연속적으로 유도될 수 있도록 삼투압 멤브레인층(1), 자극 감응성 하이드로젤층(2), 섬유층(3)이 순차적으로 적층된 구조를 포함한다.
이러한 본 발명에 따른 멤브레인 복합체(10)의 자극 감응성 하이드로젤층(2)은 특정한 자극이 반복적으로 가해지면 그에 따라 하이드로젤층이 수축과 팽윤을 반복하게 되는데, 자극 감응성 하이드로젤층(2)의 팽윤 작용을 통해 폐수는 삼투압 멤브레인층(1)을 통화하여 정화된 정제수를 생성하게 된다.
이렇게 정화된 정제수는 자극 감응성 하이드로젤층(2)의 수축 작용을 통해 하이드로젤층(2)에서 배출되어 회수될 수 있으며, 이때, 자극 감응성 하이드로젤층(2)의 수축 작용을 통해 배출된 정제수는 삼투압 멤브레인층(1)을 역으로 통과하는 역삼투 작용보다 섬유층(3)을 따라 이동하는 것이 보다 쉬워 섬유층(3) 쪽으로 이동하게 되고 이렇게 이동한 정제수는 섬유층과 박리되어 회수할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인 모듈의 단면도를 보인 것이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 멤브레인 모듈(100)은 폐수가 유입되는 폐수 유입구(6), 정제수가 배출되는 정제수 배출구(9), 멤브레인을 투과하지 못하는 성분을 포함하는 미처리 폐수가 배출되는 미처리 배출로(7)가 구비된 하우징(5); 상기 하우징(5) 내부에 위치하는 본 발명에 따른 멤브레인 복합체(10); 및 상기 멤브레인 복합체(10)에 내포된 자극 감응성 하이드로젤(2)층의 수축 또는 팽윤 작용을 유도하는 조절부(예를 들어, 온수유로(4))를 포함한다.
본 발명에서 사용될 수 있는 조절부는 멤브레인 모듈의 내부나 외부에 광 조사기, pH 조절기, 온도 조절기, 이온 조절기, 전기 조절기 중 선택된 어느 하나 이상의 조절부가 부설될 수 있다.
예를 들어, 광 조사기의 경우 멤브레임 복합체(10)의 일측에 자극 감응성 하이드로젤층(2)으로 광 조사가 가능 하도록 부설될 수 있고, 전기 조절기의 경우 자극 감응성 하이드로젤층(2)으로 직접 전기를 가하는 조절기가 부설될 수 있으며, 온도 조절기의 경우 멤브레인 모듈(100) 전체의 온도를 조절하거나, 정제수나 폐수의 온도를 조절하도록 하우징(5) 내부 또는 외부에 부설됨으로써 자극 감응성 하이드로젤층(2)의 수축 팽윤 작용을 일으킬 수 있다.
도 3에서는 조절부로 온도 조절기를 예시 하였으며 이러한 온수 조절기로 하우징(5) 내에 온수유로(4)를 구비하여 정제수의 온도를 변화시킴으로써 자극 감응성 하이드로젤층(2)의 수축 또는 팽윤 작용을 유도한다.
또한, 멤브레인 복합체를 통과한 정제수는 정제수 배출유로(8)를 통해 정제수 배출구(9)로 배출되게 된다. 이때, 정제수 배출유로(8)는 하우징(5) 내의 일측에 별도 형성될 수도 있고, 상기 멤브레인 복합체의 섬유층(3)과 하우징(5)의 외벽간에 공간이 형성되어, 이 공간에 정제가 흐를 수 있는 유로가 형성되어 이를 정제수 배출유로(8)로 활용할 수 도 있다
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멤브레인 모듈(100)을 사용한 침지형 수처리 장치(200)를 보인 것이다.
도 4를 참조하면, 폐수가 유입되도록 내부 공간을 가지는 하우징(5)과 상기 하우징(5)의 일측에 폐수를 유입시키는 폐수 유입구(6)와 타측에는 멤브레인을 투과하지 못하는 성분을 포함하는 미처리 폐수가 배출되는 미처리 배출로(7)가 구비되며, 하우징(5) 내부로 유입된 폐수에 침지되도록 멤브레인 모듈(100)이 상기 하우징(5)의 내부에 구비되고, 상기 멤브레인 모듈(100)은 본 발명에 따른 멤브레인 모듈(100)로 삼투압 멤브레인층(1), 자극 감응성 하이드로젤층(2), 섬유층(3)이 순차적으로 적층된 본 발명에 따른 멤브레인 복합체(10)의 섬유층(3)과 맞닿도록 정제수 배출유로(8) 및 정제수 배출구(9)를 구비하고, 상기 정제수 배출유로(8)와 접하도록 온수 유로(4)를 형성하여 온수를 주입하거나 제거 함으로써 자극 감응성 하이드로젤층의 수축 또는 팽윤 작용을 유도한다.
구체적으로, 본 발명에 따른 멤브레인 모듈(100)을 이용한 정삼투 수처리 방법은 본 발명에 따른 멤브레인 복합체(10)의 삼투압 멤브레인층(1) 상에 폐수를 위치시키고 정삼투 현상과 자극 감응성 하이드로젤층(2)의 팽윤에 의해 폐수를 정수하는 단계; 섬유층(3) 상에 온수 유로(4)를 위치시키고, 온수 유로(4)에 온수를 가해주어 자극 감응성 하이드로젤층(2)을 수축시켜 정수된 물을 배출시키는 단계를 통해 폐수를 정화할 수 있다.
이때, 상기 온수 유로는 밤과 낮의 온도 차나 공장에서 나오는 열을 함유한 폐수를 활용하여 쉽게 상온과 40 ℃ 이상의 온도를 번갈아 적용하면 다른 에너지 없이 정삼투 수처리가 가능하다. 상기 온수 유로에 가해주는 온수의 온도는 45 내지 55℃인 것이 경제적 효율 면에서 바람직하다.
본 발명에 따른 수처리 방법은 자극 감응성 하이드로젤층의 수축과 팽윤 작용을 통해 물을 지속적으로 펌핑시켜 정삼투 반응이 일어나고, 정수된 정제수가 삼투압 멤브레인층의 좁은 구멍보다 섬유층의 표면을 이동하도록 유도함으로써, 연속적으로 폐수를 처리할 수 있다.
또한 상기 침지형 수처리 장치(200)에 도시하지는 않았으나, 상기 멤브레인 모듈(100)을 지지하는 지지수단, 수처리 멤브레인(1)을 세척하는 세척수단을 포함할 수 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다. 단, 본 발명의 범위가 이들 실시예로만 한정되는 것은 아니다.
[비교예 1]
정삼투막의 물 정수 실험
직경이 76 mm인 정삼투막(셀룰로스 멤브레인: dialysis tubing cellulose membrane (올드리치사)) 플럭스(Flux) 측정 장치에 설치하고, 플럭스(Flux) 측정 장치의 윗 부분(정삼투막 상)에 물을 채우고, 온도 조절 장치를 사용하여 물의 온도를 5℃로 하여 12시간 동안 유지시킨 후, 물의 온도를 5 ℃로 냉각, 50 ℃로 승온 과정을 번갈아 진행하면서 정삼투막을 투과하는 물의 무게를 지속적으로 측정하여 도 5에 나타내었다.
[비교예 2]
Poly ( NIPAAm ) 하이드로젤이 부착된 정삼투막
유리판위에 직경 76 mm인 정삼투막(셀룰로스 멤브레인: dialysis tubing cellulose membrane (올드리치사))을 물에 적셔 펼치고, 그 위에 실리콘 고무틀(지름 8 cm, 높이 0.2 cm)을 올린 후, N-이소프로필아크릴아미드 (N-isopropylacrylamide, NIPAAm, 7.1×10-3 mol),　가교제인 N,N'-메틸렌비스아크릴아미드(N,N'-methylene-bisacrylamide, MBAAm, 9.5×10-5 mol), 개시제로 2-히드록시-1-[4-(2-히드록시에톡시)페닐]-2-메틸-1-프로파논(이가큐어(Irgacure) 2959: 1.9×10-4 mol)을 물 8.5 g에 용해시킨 뒤 진공 펌프에 연결하여 기포를 제거한 용액을 채우고 그 위에 유리판을 덮고 집게로 고정시켰다.
상기 용액을 UV 램프(Spectroline EN-180/FE, long wave lamp)에 노출시켜 광가교 시킨 후 유리판을 제거하고 반응하지 않은 단량체와 개시제를 물로 세척하여 정삼투막 상에 Poly(NIPAAm) 하이드로젤을 부착하여 자극 감응성 하이드로젤 층을 형성하였다.
이렇게 자극 감응성 하이드로젤층이 부착된 정삼투막을 플럭스(Flux) 측정 장치에 설치하고, 플럭스(Flux) 측정 장치의 윗 부분(정삼투막 상)에 물을 채우고, 물의 온도를 5℃로 하여 12시간 동안 유지시킨 후, 물의 온도를 50 ℃로 승온하는 과정 5 ℃로 냉각하는 과정을 번갈아 진행하면서 정삼투막을 투과하는 물의 무게를 지속적으로 측정하여 도 5에 나타내었다.
폴리에스테르 섬유를 이용해 제조된 솜(섬유층 두께 1cm)을 하이드로젤층의 표면 상에 올려 Poly(NIPAAm) 하이드로젤층의 광가교와 폴리에스테르 솜의 부착을 동시에 진행하는 것을 제외하고는 비교예 2와 동일한 방법으로 진행하여 측정 결과를 도 5에 나타내었다.
실시예 1에서 폴리에스테르 섬유 대신 목화 솜(섬유층 두께 1cm)을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 제조 및 측정하였으며, 그 측정 결과를 도 5에 나타내었다.
도 5에서 나타낸 바와 같이, 삼투압 멤브레인층과 자극 감응성 하이드로젤층, 섬유층이 순차적으로 적층된 멤브레인 복합체인 실시예 1과 실시예 2는 섬유층 없이 삼투압 멤브레인층과 자극 감응성 하이드로젤층이 순차적으로 적층된 비교예 2에 비하여 실시예 1의 경우 약 3배 실시예 2의 경우 약 2배의 정수량 차이가 나타났다.
반면, 삼투압 멤브레인층 만을 사용한 비교예 1의 경우 정수되는 정제수가 존재하지 않아 삼투압 멤브레인층 만으로는 정수가 되지 않는 것으로 나타났다.
따라서, 유도용질을 사용하지 않고도 본 발명에 따른 멤브레인 복합체는 정수효율이 높고, 상술한 멤브레인 모듈 및 수처리 방법을 통해 공정상의 에너지 효율을 높여 경제적인 효과를 높일 수 있으며, 특히 폐열을 활용할 경우 매우 높은 경제적 효과를 갖는 멤브레인 복합체 이를 이용한 멤브레인 모듈 및 수처리 방법을 제공할 수 있다.
10: 멤브레인 복합체
100: 멤브레인 모듈
200: 침지형 수처리 장치
1: 삼투압 멤브레인층 2: 자극 감응성 하이드로젤층
3: 섬유층 4: 온수유로
5: 하우징 6: 폐수 유입구
7: 미처리수 배출로 8: 정제수 배출유로
9: 정제수 배출구

Claims (13)

  1. 정삼투용 삼투압 멤브레인층;
    자극 감응성 하이드로젤층; 및
    섬유층이 순차적으로 적층된 판상 구조이고,
    상기 섬유층은 표면이 친수성인 멤브레인 복합체.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    자극 감응성 하이드로젤층은 온도, 빛, 전기 및 자성으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 감응성 하이드로젤인 멤브레인 복합체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 자극 감응성 하이드로젤층은 폴리 N-이소프로필아크릴아미드(NIPAM:poly N-isopropylacrylamide), N,N-디메틸-N-메타크릴아미도 프로필암모니오프로판설퍼네이트 (N,N-dimethyl-N-methacrylamido propylammoniopropanesulfonate), 아크릴산(acrylic acid), 아크릴아미드(acrylamide), 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트(2-hydroxyethyl metacrylate), 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 비닐 피롤리디논(Vinyl pyrrolidinone), 비닐 피롤리돈(Vinyl pyrrolidone), 폴리비닐 알콜(polyvinyl alcohol), 소듐 폴리아크릴레이트(sodium polyacrylate), 폴리아크릴로니트릴(Polyacrylonitrile), PAN-메틸 설포네이트(PAN-methyl sulfonate), 폴리설폰(Polysulfone), 폴리카보네이트(Polycarbonate), 폴리에스테르(poly ester), 폴리 에틸렌 글리콜(poly ethylene glycol), 폴리 프로필렌 글리콜(poly propylene glycol), 폴리 비닐 알콜(poly vinyl alcohol), 셀룰로즈 디아세테이트(Cellulose diacetate), 쿠프로판(Cuprophan), 헤모판(Hemophan), 셀룰로스 트리아세테이트(cellulose triacetate), 셀룰로스 아세테이트(Cellulose acetate), 키토산(chitosan) 및 알지네이트(alginate)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상으로부터 얻어진 가교 고분자나 이들의 혼합 또는 변성 하이드로젤인 멤브레인 복합체.
  5. 제 1항에 있어서,
    섬유층은 물을 흡수하지 않는 친수성인 멤브레인 복합체.
  6. 제 1항에 있어서,
    섬유층은 단섬유, 솜, 직물, 편물, 펠트, 부직포 또는 시트 형태인 멤브레인 복합체.
  7. 제 1항에 있어서,
    섬유층을 구성하는 섬유는 폴리알킬렌계 고분자, 폴리설폰계 고분자, 폴리에스테르계 고분자, 폴리카보닐계 고분자, 폴리에테르설폰계 고분자, 셀룰로스아세테이트계 고분자, 폴리비닐리덴플루오라이드계 고분자, 셀룰로오즈계 고분자, 아크릴수지계 고분자, 나일론계 고분자, 에폭시계 고분자, 폴리아미드계 고분자, 폴리이미드계 고분자 및 폴리락트산계 고분자로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 이용하여 제조된 합성섬유, 유리섬유, 흑연섬유, 양모, 명주, 피혁, 모피, 견, 목면 및 마로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상인 멤브레인 복합체.
  8. 삭제
  9. 폐수가 유입되는 폐수 유입구, 정제수가 배출되는 정제수 배출구, 멤브레인을 투과하지 못하는 성분을 포함하는 미처리 폐수가 배출되는 미처리 배출로가 구비된 하우징;
    상기 하우징 내부에 위치하는 제1항 및 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 멤브레인 복합체; 및
    상기 멤브레인 복합체에 내포된 자극 감응성 하이드로젤의 수축 또는 팽윤 작용을 유도하는 조절부를 포함하는 멤브레인 모듈.
  10. 제 9항에 있어서,
    조절부는 광 조사기, 자성 조절기, 온도 조절기, 전기 조절기 중 선택된 어느 하나 이상인 멤브레인 모듈.
  11. 제 10항에 있어서,
    온도 조절기는 멤브레인 복합체와 접하는 온수 유로를 구비하고 상기 온수 유로의 온/오프를 통해 자극 감응성 하이드로젤의 수축 또는 팽윤 작용을 유도하는 멤브레인 모듈.
  12. 제 1 항, 제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 멤브레인 복합체의 삼투압 멤브레인층 상에 폐수를 위치시키고 정삼투 현상과 자극 감응성 하이드로젤층의 팽윤에 의해 폐수를 정수하는 단계;
    멤브레인 복합체 근처에 온수 유로를 위치시키고, 온수 유로에 온수를 가해주어 자극 감응성 하이드로젤층을 수축시켜 정수된 물을 배출시키는 단계를 포함하는 정삼투 수처리 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    온수 유로에 가해주는 온수의 온도는 30 내지 70 ℃인 정삼투 수처리 방법.
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