KR101577500B1 - 고유량 정삼투막 집합체 및 이를 포함하는 정삼투모듈 - Google Patents

고유량 정삼투막 집합체 및 이를 포함하는 정삼투모듈 Download PDF

Info

Publication number
KR101577500B1
KR101577500B1 KR1020130103696A KR20130103696A KR101577500B1 KR 101577500 B1 KR101577500 B1 KR 101577500B1 KR 1020130103696 A KR1020130103696 A KR 1020130103696A KR 20130103696 A KR20130103696 A KR 20130103696A KR 101577500 B1 KR101577500 B1 KR 101577500B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
membrane
osmosis membrane
thickness
osmosis
spacers
Prior art date
Application number
KR1020130103696A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150025722A (ko
Inventor
김청희
이종화
Original Assignee
도레이케미칼 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 도레이케미칼 주식회사 filed Critical 도레이케미칼 주식회사
Priority to KR1020130103696A priority Critical patent/KR101577500B1/ko
Priority to PCT/KR2014/007893 priority patent/WO2015030448A1/ko
Priority to CN201480054973.1A priority patent/CN105848764B/zh
Priority to US14/915,398 priority patent/US10040031B2/en
Publication of KR20150025722A publication Critical patent/KR20150025722A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101577500B1 publication Critical patent/KR101577500B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
    • C02F1/445—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis by forward osmosis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/10—Spiral-wound membrane modules
    • B01D63/12—Spiral-wound membrane modules comprising multiple spiral-wound assemblies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/002—Forward osmosis or direct osmosis
    • B01D61/0021—Forward osmosis or direct osmosis comprising multiple forward osmosis steps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/002—Forward osmosis or direct osmosis
    • B01D61/0022—Apparatus therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/002—Forward osmosis or direct osmosis
    • B01D61/005—Osmotic agents; Draw solutions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/10—Spiral-wound membrane modules
    • B01D63/103—Details relating to membrane envelopes
    • B01D63/1031—Glue line or sealing patterns
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/10—Supported membranes; Membrane supports
    • B01D69/107—Organic support material
    • B01D69/1071—Woven, non-woven or net mesh
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/12—Composite membranes; Ultra-thin membranes
    • B01D69/1213—Laminated layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/12—Composite membranes; Ultra-thin membranes
    • B01D69/1216—Three or more layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/56—Polyamides, e.g. polyester-amides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/08—Flow guidance means within the module or the apparatus
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/14—Specific spacers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
    • B01D2325/04—Characteristic thickness
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
    • B01D2325/20—Specific permeability or cut-off range
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/08—Seawater, e.g. for desalination
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124—Water desalination
    • Y02A20/131—Reverse-osmosis

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

본 발명은 고유량 정삼투막 집합체 및 이를 이용한 정삼투모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 나권형으로 형성되어도 삼투작용이 원활히 이루어질 수 있도록 삼투막 내부에 유로를 더 많이 형성함으로써 삼투막 내부의 유량을 향상시키는 동시에 유체 흐름경로를 따라 균일한 플럭스를 조장할 수 있고 유로를 따라 난류를 촉진함에 따라 삼투막면에서의 유속을 크게 하여 정삼투막면에서의 농도분극을 최소화 할 수 있는 동시에 삼투막 내부에 별도의 유로를 형성함으로써 발생할 수 있는 접착된 서로 다른 삼투막의 분리를 최소화한 정삼투막 집합체 및 이를 이용하여 삼투작용이 원활하고 삼투압 구배를 형성할 수 있는 분리막의 유효면적을 극대화시킨 정삼투모듈에 관한 것이다.

Description

고유량 정삼투막 집합체 및 이를 포함하는 정삼투모듈{Forward osmosis membrane aggregates with high flow and Forward osmosis module comprising the same}
본 발명은 고유량 정삼투막 집합체 및 이를 포함하는 정삼투 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 나권형으로 형성되는 경우에도 삼투압 구배가 극대화될 수 있도록 하여 유량을 향상시킴과 동시에 삼투압 구배를 발생시키는 분리막 유효면적의 감소를 최소화한 고유량 정삼투막 집합체에 관한 것이다.
물은 투과시키지만 물에 용해되어 있는 용질(이온 및 분자)은 거의 투과시키지 않는 성질을 가진 반투과성 멤브레인을 고농도 용액과 저농도 용액 사이에 설치하면 저농도 용액의 용매가 고농도 용액으로 이동하여 농도평형을 이루려 하는 자연현상이 발생하며 이를 "삼투작용" 또는 "삼투현상"이라고 한다. 삼투현상은 1867년 독일의 화학자 M. 트라우베가 발견하였고, 삼투현상에 의해 발생하는 삼투압은 1877년 페퍼가 처음으로 측정하였다.
상기와 같은 삼투현상은 지구온난화에 의한 기후변화, 산업화에 따른 공업용수증가, 인구증가에 따른 물수요의 증가로 심각해진 물 부족을 해결할 수 있는 방법 중의 하나인 바닷물을 이용한 담수화 기술의 핵심이다.
그러나 현재까지의 해수 담수화 공정은 고도의 에너지 집약형공정으로 중동과 같은 물 부족 지역이 아니면 아직까지 경제적인 면에서 한계를 가지고 있다.
바닷물 속의 염을 제거하여 사용하기 위한 방법으로는 증발법과 역삼투법으로 크게 나눌 수 있다.
역삼투법 이용한 수처리 방법에 있어서, 염(NaCl)과 같은 용존 성분을 물과 분리하기 위해서는 용존 성분에 의해 유발되는 삼투압에 상응하는 압력을 원수에 가해야 한다. 예를 들어, 해수 내에 용존되어 있는 염의 농도는 30,000~45,000ppm이고 이로부터 유발되는 삼투압은 20~30기압 정도인데, 원수로부터 담수를 생산하기 위해서는 20~30 기압 이상의 압력을 원수에 가해야 하며, 해수로부터 1m의 담수를 생산하기 위해서 통상 6~10kW/m 의 에너지를 필요로 한다.
최근에는 역삼투 공정에 사용되는 에너지를 절감하기 위한 에너지 회수장치가 개발되어 적용되고 있으나, 이 경우에도 고압펌프의 모터를 구동하기 위해 약 3kW/m이상의 에너지가 필요하다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 최근 정삼투막(forward osmosis)을 이용한 수처리 공법이 대안으로 제시되고 있다.
상기 정삼투막 공법은 낮은 농도의 용액의 용매가 높은 농도의 용액 쪽으로 이동함으로써 막 분리를 하는 것으로서, 자연적인 삼투막 현상을 이용함으로 인해, 별도의 압력이 요구되지 않아 역삼투막 공법에 대비하여 매우 경제적이다. 따라서 최근 정삼투막 개발에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 역삼투(reverse osmosis)법과 반대의 개념인 정삼투법은 분리막 등이 역삼투법과는 구별되는 특징이 있다. 따라서 역삼투막이 정삼투막에 적용되기는 어렵다.
정삼투법은 막을 통해 원수에서 유도용액으로 물의 유입이 잘 되게 하고, 반대로 유도용질의 농도를 일정하게 유지시킴과 동시에 높은 삼투압을 유지시켜야 한다.
이를 위해 정삼투막은 삼투방향으로의 높은 수투과성을 가져야하고 역삼투 방향으로 유도용액의 용질이 확산되지 않게 설계하는 것이 가장 중요하다. 또한, 막 오염이 적은 정삼투막 제조가 선행되어야 한다.
정삼투막이 갖추어야 할 조건은 다음과 같다.
첫째, 내부 농도 분극(internal concentration polarization)을 최소화시켜 내오염성을 높이기 위해서는 정삼투막 내 지지층의 기공도는 높아야 하고, 기공의 굴곡도는 낮아야 한다. 둘째, 투과하는 물의 유량을 높이기 위하여, 정삼투막 두께는 최소화되어야 한다. 셋째, 물과의 투과 저항을 최소화하기 위해서는 친수성 소재를 사용한다. 넷째, 유도용액을 높은 농도로 유지하기 위하여, 높은 농도의 용액에서 낮은 농도의 용액으로 용질이 확산되지 않아야 한다.
한편, 상기와 같은 정삼투막을 개발하고 이용한다고 하여 삼투압 구배를 최대로 하여 해수에서의 담수 분리 등 목적하는 바를 달성할 수 있는 것은 아니다. 정삼투법을 위해서는 상기와 같은 정삼투막의 구비가 필수적으로 선행되어야 하지만, 그에 못지않게 상기 정삼투막 내부로 해수의 흐름이 원활할 수 있도록 하여 정삼투막 외부로 흐르는 유도용액과의 삼투압 구배가 잘 형성되도록 할 필요가 있다.
종래에는 정삼투막 내부로 해수의 흐름이 원활할 수 있도록 스페이서를 1개 포함시켜 유로를 형성하였는데 구체적으로 도 1은 종래의 정삼투막 집합체에 대한 사시도로써 정삼투막(1, 3) 사이에 스페이서(2)를 한 개 포함시키고 있다. 그러나 상기와 같이 스페이서를 1개 포함시킬 경우 삼투압구배를 최대로 형성시킬 수 있는 정삼투막 내부로의 원활한 해수 유입이 어려워 목적하는 유량을 수득하기 어려운 문제점이 있다.
또한 대한민국 특허출원 제2010-7023340호는 정삼투용 나선형 권취막 모듈을 개시하고 있는데 단순히 스페이서를 하나 이상 포함시킬 수 있다고 할 뿐 그 한계를 정하고 있지 않는 문제점이 있고, 스페이서를 하나 이상 포함시킴으로써 유체 흐름 경로의 목적하는 높이, 부피, 플럭스 또는 다른 변수를 얻을 수 있다고 할 뿐 그에 따른 효과가 구체적으로 기재되지 않고 있다.
그러나 스페이서는 상기 출원과 같이 그 한계 없이 정삼투막 내부에 복수개로 포함시킨다고 하여 목적하는 우수한 삼투압구배를 통한 유량의 증가로 직결되는 것은 아니다. 스페이서의 개수 및 개별 스페이서의 두께를 고려하지 않고 스페이서를 구성할 경우 한정된 정삼투모듈에 포함되는 삼투구배를 형성시킬 수 있는 정삼투 분리막의 면적에 영향을 미치게 되고 일정 스페이서의 두께를 초과할 경우 상기 정삼투 분리막의 면적을 감소시켜 오히려 삼투구배의 저하를 유발할 수 있는 문제점이 있다.
나아가 정삼투 분리막의 접착불량에 따른 유체적으로 격리되어야 할 정삼투 분리막 내부와 외부간의 유체이동이 발생할 수 있는 문제점이 있어 상기의 문제점을 해결함과 동시에 최대 유량을 수득할 수 있는 스페이서에 대한 구체적인 연구가 시급한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 첫 번째로 해결하려는 과제는 나권형으로 형성되어도 삼투작용이 원활히 이루어져 향상된 유량을 수득할 수 있는 동시에 정삼투 모듈로 제조시에 권취 용이성이 있고, 정삼투막 분리에 따른 삼투구배의 소멸을 방지할 수 있는 정삼투막 집합체를 제공하는 것이다.
본 발명이 두 번째로 해결하려는 과제는 본 발명에 따른 정삼투막 집합체를 이용하여 삼투구배를 극대화함으로써 향상된 유량을 수득할 수 있는 정삼투모듈을 제공하는 것이다.
상술한 첫 번째 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 제1 분리막; 제2 분리막; 및
제1 분리막과 제2 분리막 사이에 유로형성을 위한 복수개의 스페이서;를 포함하고, 상기 스페이서는 조건 (1)
Figure 112014111141660-pat00013
, 단, i는 개별 스페이서를 의미하며, j는 전체 스페이서 개수(j), d는 개별 스페이서의 두께(밀(mil))인 것을 만족하는 정삼투막 집합체를 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 제1 분리막, 제2 분리막 중 어느 하나 이상은 정삼투막일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 정삼투막은 2M NaCl수용액을 유도용액으로 하고 증류수를 원수로 하였을 때, 유량이 13gfd 이상, 염의 역 확산이 0.09(㎲/cm·min)이하일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 정삼투막은 지지체; 상기 지지체 상에 형성된 고분자 지지층; 및 상기 고분자 지지층 상에 형성된 폴리아미드계 활성층; 을 포함하는 정삼투막일 수 있다
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 지지체는 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 나일론 및 폴리에틸렌으로 이루어진 군에서 선택되는 합성섬유; 또는 셀룰로오스계 펄프를 포함하는 천연섬유;를 소재로하는 부직포 또는 제직된 직물일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 고분자 지지층은 폴리술폰계 고분자, 폴리아미드계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리에스테르계 고분자, 올레핀계 고분자, 폴리벤조이미다졸 고분자, 폴리비닐리덴플루오라이드 및 폴리아크릴로니트릴로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 제1 분리막 및 제2 분리막은 두께가 40 내지 150 μm 일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 스페이서는 트리코트 여과수로 및 메쉬시트 중 어느 하나 이상이 복수개로 포함될 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 스페이서는 하기의 조건 (2) 내지 (5)를 만족할 수 있다.
(2) 2 ≤ a+b ≤ 8이고, 단, a ≥ 0, b ≥ 0임
(3) 트리코트 여과수로를 포함하는 경우 5 ≤ x ≤ 20,
(4) 메쉬시트를 포함하는 경우 24 ≤ y ≤ 50
(5) 40 밀(mil) ≤ p + q ≤ 80 밀(mil)
여기서, 상기 a는 트리코트 여과수로의 개수, b는 메쉬시트 개수, x는 단일 트리코트 여과수로의 두께(밀(mil)), y는 단일 메쉬시트의 두께(밀(mil)). p는 총 트리코트 여과수로의 두께의 합, q는 총 메쉬시트 두께의 합을 의미한다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 스페이서는 조건 (6)은 60 밀(mil) ≤ p + q ≤ 80 밀(mil)을 만족할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 스페이서는 적어도 한 개 이상의 트리코트 여과수로를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 스페이서는 단일 두께가 9 밀(mil)인 트리코트 여과수로 2개와 두께가 46 밀(mil)인 메쉬시트 1개를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 메쉬시트는 공극률이 0.3 ~ 0.6%일 수 있다.
상술한 두 번째 과제를 해결하기 위해 본 발명은,
나권형으로 권취된 상기 첫 번째 과제해결 수단에 따른 복수개의 정삼투막 집합체를 포함하는 정삼투모듈을 제공한다.
본 발명의 고유량 정삼투막 집합체는 첫 번째, 본 발명에 따른 조건을 만족함으로써 나권형으로 형성되어도 삼투작용이 원활히 이루어질 수 있도록 삼투막 내부에 유로를 더 많이 형성함으로써 삼투막 내부의 유량을 향상시키는 동시에 유로를 따라 균일한 플럭스를 조장할 수 있다. 또한, 유로를 따라 난류를 촉진함에 따라 삼투막면에서의 유속을 향상시켜 삼투막면에서의 농도분극을 최소화할 수 있다. 나아가, 높은 염배제율을 달성할 수 있다.
둘째로, 본 발명에 따른 조건을 만족함으로써 삼투막 내부에 별도의 유로를 형성함으로써 발생할 수 있는 접착된 서로 다른 삼투막의 분리를 최소화할 수 있고, 정삼투모듈로 제조 시에 권취 용이성이 보장되고 비정상적 권취로 인한 삼투압 구배의 저하를 방지할 수 있다.
셋째로 본 발명에 따른 조건을 만족하는 유량이 향상된 정삼투막 집합체를 이용함에 따라 삼투작용이 원활하고 삼투작용 유효면적이 극대화된 정삼투모듈을 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 정삼투막 집합체의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 정삼투막 집합체에 대한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함되는 정삼투 분리막의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일구현예가 나권형으로 권취되어 포함된 케이스의 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일구현에에 따른 정삼투모듈에 대한 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 정삼투모듈의 단면도이다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참고하여 보다 상세하게 설명한다.
상술한 바와 같이 종래에는 정삼투막 내부로 해수의 흐름이 원활할 수 있도록 스페이서를 1개 포함시키고 있으나 스페이서를 1개 포함시킬 경우 삼투압구배를 최대로 형성시킬 수 있는 정삼투막 내부로의 원활한 해수 유입이 어려워 목적하는 유량을 수득하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 상기 스페에서를 단순히 유로의 증가를 위해 그 한계 없이 정삼투막 내부에 복수개로 포함시킨다고 하여 목적하는 우수한 삼투압구배를 통한 유량의 증가로 직결되는 것은 아니라는 문제점이 있었다.
나아가, 스페이서의 개수 및 개별 스페이서의 두께를 고려한 스페이서 총 두께는 한정된 정삼투모듈에 포함되는 삼투구배를 형성시킬 수 있는 정삼투 분리막의 면적에 영향을 미쳐 일정 스페이서의 두께를 초과할 경우 오히려 삼투구배의 저하를 유발할 수 있는 문제점이 있었다.
더 나아가 정삼투 분리막의 접착불량에 따른 유체적으로 격리되어야 할 정삼투 분리막 내부와 외부간의 유체이동이 생기는 문제점이 있었다.
이에 본 발명에서는 제1 분리막;, 제2 분리막; 및 제1 분리막과 제2 분리막 사이에 유로형성을 위한 복수개의 스페이서;를 포함하고, 상기 스페이서가 조건 (1)
Figure 112014111141660-pat00014
이고, 단, i는 개별 스페이서를 의미하며, j는 전체 스페이서 개수(j), d는 개별 스페이서의 두께(밀(mil))인 것을 만족하는 정삼투막 집합체를 제공함으로써 상술한 문제의 해결을 모색하였다.
이를 통해 나권형으로 형성되어도 삼투작용이 원활히 이루어질 수 있도록 삼투막 내부에 유로를 더 많이 형성함으로써 삼투막 내부의 유량을 향상시킴과 동시에 삼투막 내부에 별도의 유로를 형성함으로써 발생할 수 있는 접착된 서로 다른 삼투막의 분리를 최소화할 수 있고, 정삼투모듈로 제조 시에 권취의 용이성이 보장될 수 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 정삼투막 집합체에 대한 사시도로써 제1 분리막(11)과 제2 분리막(12) 사이에 복수개의 스페이서(51, 52, 53)를 포함한다.
상기 제2 분리막(12) 상부에 복수개의 스페이서(51, 52, 53) 및 제1 분리막이 순차적으로 적층되고 제1, 2 분리막(11, 12)과 각각의 스페이서(51, 52, 53) 가장자리가 접착되어 있다. 또한, 제1 분리막(11)과 제2 분리막(12)에 의한 스페이서(51, 52, 53)가 위치하는 내부공간은 분리막 외부와 격리되어 서로 다른 농도를 가진 두 용액사이에 삼투압을 발생시킬 수 있도록 다공성 투과수 유출관(도 4의 20)으로부터 용액이 유입되는 면을 제외한 나머지 3면이 접착되어 봉투형상을 갖는다.
구체적으로 도 2에서 제2 분리막(12)의 가장자리(a, b, c)를 따라 아교 또는 접착제를 통해 제1 분리막(11)과 제2 분리막(12)이 밀봉이 되고 다공성 투과수 유출관으로부터 정삼투막 집합체로 용액이 유입되는 부분에 해당되는 도 2의 d 부분은 밀봉되지 않은 봉투형상을 갖는다. 상기와 같이 봉투형상은 정삼투막 집합체 내부로 흐르는 용액과 정삼투막 집합체 외부로 흐르는 용액을 유체적으로 격리시키는 역할을 하며 이를 통해 분리막을 경계로 서로 다른 농도를 가진 두 용액 사이에 삼투압이 구배될 수 있다.
먼저, 상기 분리막(11, 12)에 대해 설명한다.
본 발명의 바람직한 일구현예에 포함되는 상기 분리막(11, 12)은 본 발명의 발명자에 의한 한국특허출원 제2012-0140804호 및 제2012-0140801호가 참조로 삽입될 수 있다.
본 발명의 상기 제1 분리막(11) 및 제2 분리막(12) 중 어느 하나 이상은 정삼투막일 수 있다.
상기 제1 분리막(11) 및 제2 분리막(12)은 동일하거나 상이할 수 있으며, 제1 분리막과 제2 분리막 중 적어도 하나 이상이 정삼투막일 수 있고 바람직하게는 모두 정삼투막일 수 있다.
바람직하게는 상기 정삼투막은 지지체;, 상기 지지체 상에 형성된 고분자 지지층; 및 상기 고분자 지지층 상에 형성된 폴리아미드계 활성층; 을 포함하는 정삼투막일 수 있다.
구체적으로 도 3은 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함되는 정삼투막의 단면도로써 정삼투막(100)은 지지체(103) 상에 고분자 지지층(102)이 형성되고, 상기 고분자 지지층(102) 상에 폴리아미드계 활성층(101)이 적층된 복합막일 수 있다.
먼저, 상기 지지체(103)는 막의 지지역할을 담당할 수 있고 지지체에 높은 친수성을 부여하여 물의 흐름을 원활하게 하는 역할을 할 수 있다. 상기 지지체(103)는섬유가 얽혀있어 종횡의 방향성이 없는 부직포 형상 또는 종횡의 방향성이 있도록 제직된 직물형상 일 수 있다. 바람직하게는 상기 지지체(103)로 사용될 수 있는 소재는 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 나일론 및 폴리에틸렌으로 이루어진 군에서 선택되는 합성섬유 또는 셀룰로오스계 펄프를 포함하는 천연섬유가 사용될 수 있다. 다만, 상기 지지체(103)의 소재는 상기의 기재에 한정되는 것은 아니다.
상기 지지체(103)가 부직포층인 경우 소재의 기공율 및 친수성도에 따라 막의 물성을 조절할 수 있다. 상기 부직포층은 평균기공이 1 내지 600㎛일 수 있으며, 바람직하게는 5 내지 300㎛를 만족할 때, 정삼투 분리막에 요구되는 물의 원활한 유입 및 수투과성을 높일 수 있다. 다만, 상기 기재에 제한되는 것은 아니다.
상기 지지체(103)는 두께가 20 내지 150㎛일 수 있으며, 만약 두께가 20㎛ 미만이면 전체 막의 강도와 지지역할에 미흡하고, 150㎛ 를 초과하면 유량 저하의 원인이 될 수 있다.
다음으로 지지체(103) 상에 형성된 고분자 지지층(102)에 대해 설명한다.
상기 고분자 지지층(102)은 다공성 구조로 인해 고유량을 확보하는 역할을 한다. 상기 고분자 지지층(102)은 기계적 강도를 고려하여 중량 평균 분자량이 50,000 내지 1,000,000범위인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 고분자 지지층(102)은 폴리술폰계 고분자, 폴리아미드계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리에스테르계 고분자, 올레핀계 고분자, 폴리벤조이미다졸 고분자, 폴리비닐리덴플루오라이드 또는 폴리아크릴로니트릴 등의 단독 또는 혼합 형태일 수 있으며, 폴리술폰계 고분자의 일례로는 폴리술폰, 폴리에테르술폰 또는 폴리알릴에테르술폰 등의 단독 또는 이들 중합체의 공중합체 또는 개질물 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 다만, 상기 기재에 한정되는 것은 아니다.
또한, 폴리아크릴로니트릴(PAN)과 친수성 관능기를 가지는 고분자가 공중합된 합성고분자를 사용할 수 있다. 이때, 상기 친수성 관능기를 가진 고분자는 폴리아크릴로니트릴과 상용성이 있는 고분자이어야 하며 하이드록시기, 술폰화기, 카르보닐기, 아세테이트기 및 에스테르기 중에서 선택되는 어느 하나의 관능기를 가지는 고분자일 수 있다. 합성고분자의 바람직한 일례로는 PAN-비닐아세테이트공중합체, PAN-아크릴릭에스테르 공중합체 등이 있을 수 있다.
상기 고분자 지지층(102)은 바람직하게는 두께가 30 내지 250㎛일 수 있으며, 만약 두께가 30㎛미만이면 기계적 강도 유지에 미흡 할 수 있고, 250㎛를 초과하면, 유량 저하의 원인이 될 수 있다. 다만, 상기 기재에 한정되는 것은 아니다.
상기 고분자 지지층(102)은 기공도가 30 내지 80%이며, 핑거 형태(finger-like) 매크로기공을 포함할 수 있다. 상기 매크로 기공이란, 기공의 평균 직경이 50 μm 보다 큰 기공을 의미한다.
상기 기공도가 30 내지 80%, 보다 더 바람직하게는 50 내지 80%를 만족하며, 기공의 굴곡도는 낮아짐에 따라 물의 원할한 유입을 가능하게 하며, 높은 투과유량을 구현할 수 있다. 상기 핑거 형태(finger-like) 매크로기공은 바람직하게는 장축 1 내지 200μm 및 단축 1 내지 50μm 일 수 있다.
다음으로 고분자 지지층(102) 상에 형성된 폴리아미드계 활성층(101)에 대해 설명한다.
상기 폴리아미드계 활성층(101)은 그 소재의 고유물성으로부터 내오염성 및 내화학성이 확보될 수 있으며, 상대적으로 조밀한 기공에 의해 염의 역 확산을 최소화할 수 있다. 상기 폴리아미드계 활성층(101)은 바람직하게는 두께가 0.1 내지 1.0 μm일 수 있다. 만일 두께가 0.1μm 미만일 경우 염 제거 능력이 저하되어 선택층으로서의 역할을 할 수 없고, 1.0μm을 초과할 경우 선택층의 두께가 지나치게 두꺼워서 유량이 저하되는 문제가 있을 수 있다.
구체적으로, 상기 폴리아미드계 활성층(101)의 형성은 상기 고분자층(102)을 다관능성 아민을 포함하는 수용액에 침지한 후 다관능성 산할로겐화합물을 포함하는 유기용액에 접촉시켜 폴리아미드계 활성층(101)을 형성할 수 있다.
더 구체적으로, 상기 다관능성 아민은 단량체 당 2~3개 아민 관능기를 갖는 물질로 1급 아민 또는 2급 아민을 포함하는 폴리아민일 수 있다. 이때, 다관능성 아민으로는 메타페닐렌디아민, 파라페닐렌디아민, 오르소페닐디아민 및 치환체로 방향족 1급 디아민이 사용될 수 있으며, 또 다른 예로 알리파틱 1급 디아민, 사이클로헥센디아민과 같은 사이클로알리파틱 1급 디아민, 피페라진과 같은 사이클로알리파틱 2급아민, 아로마틱 2급아민 등을 사용할 수 있다. 더욱 바람직하게는 상기 다관능성 아민 중 아로마틱 1급 디아민인 메타페닐렌디아민 또는 사이클로알리파틱 2급 디아민인 피페라진을 사용할 수 있다.
다관능성 아민 수용액은 주로 0.1~20 중량%의 농도로 사용될 수 있고, 보다 바람직하게는 0.5~8 중량% 폴리아민 수용액이 사용될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 메타페닐렌디아민이 0.1 내지 2중량% 함유된 수용액을 사용할 수 있다.
다관능성 아민 수용액의 pH는 7~10의 영역을 가지는 것이 바람직하며, 이때 pH는 염기성 물질을 넣어서 조절이 가능하지만, 다관능성 아민 수용액에 1개 이상의 아민기가 산 받게(acid acceptor)로 작용할 수 있는 아민염을 포함하는 경우는 염기성 물질을 첨가할 필요는 없다.
상기 아민염은 강산과 3급 폴리아민과의 반응물로, 여기서 3급 폴리아민은 n개의 3급 아민기를 가지고 있으며 강산과 반응 시 몰비로 1:1 이상 그리고 1:n이하로 반응할 수 있다.
상기 3급 폴리아민염은 폴리아미드막의 기공형성 역할을 수행함으로써, 유량을 향상시켜 주며, 계면반응 중 생성된 산의 산 받게(acid acceptor) 작용을 함으로써 계면반응을 촉진시켜 주는 역할을 할 수 있다.
상기 강산의 예로는 아로마틱 술포닉 에시드, 알리파틱 술포닉 에시드, 시클로 알리파틱 술포닉 에시드, 트리플루오로아세틱 에시드, 니트릭 에시드, 히드로클로릭 에시드, 술포닉 에시드와 그것들의 혼합물일 수 있으며, 사용되는 3급 폴리아민으로는 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',-펜타메틸디에틸렌트리아민과 이들의 혼합물일 수 있다.
상기의 다관능성 아민 수용액에 3급 폴리아민염 이외에도 1종 또는 2종 이상의 극성용매를 더욱 첨가하여 제조할 수 있는데, 극성 용매로는 에틸렌글리콜 유도체, 프로필렌글리콜 유도체, 1,3-프로판디올 유도체, 술폭사이드 유도체, 술폰 유도체, 니트릴 유도체, 케톤 유도체, 우레아 유도체 및 이들의 혼합물 등이 있으며, 이들 역시 생성된 막의 유량을 증가시키는 작용을 할 수 있다.
상기 에틸렌글리콜 유도체의 예로는 2-메톡시에탄올, 2-에톡시에탄올, 2-프로폭시에탄올, 2-부톡시에탄올, 디(에틸렌글리콜)-t-부틸메틸 에테르, 디(에틸렌글리콜)헥실 에테르, (2-메톡시 에틸)에테르, (2-에톡시에틸)에테르 등이 있으며, 1,3-프로판 디올의 예로는 1,3-헵탄디올, 2-에틸-1,1-헥산디올, 1,3-헥산디올, 1,3,-펜탄디올 등 일 수 있다.
상기 술폭사이드 유도체로는 디메틸술폭사이드, 테트라메틸렌술폭사이드, 부틸 술폭사이드, 그리고 메틸페닐술폭사이드 등이 유용하며, 술폰유도체로는 디메틸술폰, 테트라메틸렌 술폰, 부틸 술폰 등이 유용하다.
상기 니트릴 유도체는 아세토니트릴과 프로피온니트릴로 이루어진 그룹에서 선택하여 사용하는 것이 바람직하며, 우레아 유도체로는 1,3-디메틸-2-이미다졸리딘넌이 있으며, 케톤 유도체로는 아세톤, 2-부타논, 2-헥사논, 3-헥사논, 3-펜타논, 시클로헥사논, 시클로 펜타논 등 일 수 있다.
이러한 극성용매의 단독 또는 2 이상 혼합의 수용액에서의 총 함량은 0.01∼1중량%, 더욱 바람직하게는 0.05∼0.5중량% 범위일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일구현예에 포함된 폴리아미드계 활성층 형성 시, 1분 이상 12시간 이하의 시간 동안 다공성 지지체 상에 상기 다관능성 아민 함유수용액을 도포하거나, 다공성 지지체를 다관능성 아민 함유수용액에 침지하는 것이 바람직하며, 이때 1분 미만이면 지지체 상에 아민 수용액이 충분히 결합되지 않아 계면 중합이 불균일하게 일어날 수 있으며, 12시간을 초과하면 아민 수용액이 공기 중에 반응이 진행되어 물성이 현저하게 떨어지게 되어 바람직하지 않다.
또한, 본 발명의 폴리아미드층 형성 시 사용되는 상기 다관능성 아민과 반응하는 물질은 다관능성 산할로겐 화합물 즉, 다관능성 아실할라이드, 다관능성 설포닐할라이드, 다관능성 이소시아네이트 등이다. 바람직하게는 트리메조일클로라이드, 이소프탈로일클로라이드, 테레프탈로일클로라이드, 1,3,5-시클로헥산트리카보닐클로라이드 또는 1,2,3,4-시클로헥산테트라카보닐클로라이드 등의 단독 또는 혼합형태로 사용할 수 있다. 이때, 혼합형태 사용이 염 제거율 측면에서 가장 바람직하다. 상기 다관능성 산할로겐 화합물은 일반적으로 물과 섞이지 않는 유기용매에 0.005~5 중량%(더욱 바람직하게는 0.01~0.5 중량%)로 용해시켜 사용될 수 있다. 상기 유기용매는 계면중합 반응에 참가하지 않고 아실할라이드와 화학적 결합이 없어야 하며, 지지체에 손상을 입히지 않는 것으로, 바람직하게는 탄소수 5∼12개인 n-알칸과 탄소수 8개인 포화 또는 불포화 탄화 수소의 구조 이성질체를 혼합 사용하거나 또는 탄소수 5∼7개의 고리탄화수소를 사용할 수 있으며, 프레온류와 같은 할로게네이티드 하이드로카본 등을 사용할 수 있다.
이에 따라 본 발명의 바람직한 일구현예는 내오염성 및 내화학성이 확보된다. 막 오염성은 정삼투막 집합체의 성능을 저하시키는 인자로 막 오염에 의해 삼투압 구배가 저하되고 막을 통한 여과 플럭스의 감소로 이어질 수 있는 문제점이 있으나 본 발명은 막 내오염성으로 인해 종래의 여과 플러스 감소 문제점을 최소화할 수 있는 이점이 있다.
또한, 종래의 단일막 구조는 1가 이온의 염 제거가 가능은 하나, 제거율이 현저히 떨어지며 유량도 낮은 문제점이 있다. 또한 운영 가능한 pH 범위가 좁은 문제점이 있다 그러나 폴리아미드계 활성층을 구비하는 경우 1가 이온을 포함하여 높은 제거율을 가질 수 있고 높은 유량을 수득할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 바람직한 일구현예에 포함되는 정삼투막(100)은 2M NaCl수용액을 유도용액으로 하고 증류수를 원수로 하였을 때, 유량이 13gfd 이상, 염의 역확산이 0.09((㎲/cm)/cm2·min)이하일 수 있으며, 보다 더 바람직하게는 유량이 15.5gfd 이상, 염의 역 확산이 0.09((㎲/cm)/cm2·min)이하일 수 있다. 이에 따라 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함되는 정삼투 분리막은 유량이 13gfd 이상인바, 높은 수투과성을 가지며 염의 역확산이 0.09((㎲/cm)/cm2·min)이하인바, 높은 염제거율을 갖는 이점이 있다.
바람직하게는 상기 제1 분리막(11) 및 제2 분리막(12)은 두께가 40 내지 150 μm 일 수 있다. 만일 두께가 40 μm 미만일 경우 염 제거능력이 떨어질 수 있으며, 강도 면에서 취약할 수 있는 문제점이 있고, 150 μm 초과하는 경우 유량이 떨어지는 문제점이 있다.
상기 제1 분리막(11)과 제2 분리막(12)의 두께는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
다음으로 제1 분리막과 제2 분리막 사이에 형성된 상기 스페이서(51, 52, 53)에 대해 설명한다.
본 발명은 복수개의 스페이서(51, 52, 53)를 포함하며 이를 통해 제1 분리막(11)과 제2 분리막(12)에 의해 형성된 봉투형상의 분리막 내부에 유로의 형성을 크게 향상시킬 수 있다.
종래에는 스페이서가 단수로 포함됨에 따라 분리막 내에 유로 형성이 원활하지 않아 봉투형상의 분리막 내부로의 용액의 유입을 증가시킬 수 없는 문제점이 있었으나 복수개의 스페이서(51, 52, 53)를 포함시킴으로써 분리막 내 유로 생성 및 유로의 양을 증가시켜 분리막 내부로의 용액의 유입을 향상시키는 동시에 유로를 따라 균일한 여과 플럭스를 생성할 수 있게 하였다 또한, 유로를 따라 난류를 촉진함에 따라 분리막면에서의 유속을 향상시켜 삼투작용이 더 원활이 이루어질 수 있도록 하여 고유량의 담수를 수득할 수 있다.
그러나 상기 스페이서를 단순히 유로의 증가를 위해 그 한계 없이 정삼투막 내부에 복수개로 포함시킨다고 하여 목적하는 우수한 삼투압구배를 통한 유량의 증가로 직결되는 것은 아니라는 문제점이 있다. 또한, 스페이서의 개수 및 개별 스페이서의 두께를 고려하여 설계된 스페이서들의 총 두께는 한정된 정삼투모듈에 포함되는 삼투구배를 형성시킬 수 있는 정삼투 분리막의 면적에 영향을 미쳐 일정 스페이서의 두께를 초과할 경우 상기 정삼투 분리막의 면적을 감소시킴으로써 오히려 삼투구배가 형성되는 면적의 감소를 통한 수득 유량의 저하를 유발할 수 있는 문제점이 있었다.
이에 본 발명의 발명자들은 조건 (1)
Figure 112014111141660-pat00015
, 단, i는 개별 스페이서를 의미하며, j는 전체 스페이서 개수(j), d는 개별 스페이서의 두께(밀(mil))인 것을 만족하는 스페이서를 포함시킴으로써 상기와 같은 문제점을 해결하였다.
이를 통해 단일 정삼투막 집합체에서 감소되는 유효면적을 상쇄할 수 있을 만큼 정삼투막 집합체 내부로의 해수의 유입을 크게 향상시켜 삼투압 구배를 원활히 형성시킬 수 있다. 또한, 최대 유량을 수득할 수 있도록 한정된 외부케이스(도 4의 30)에 포함되는 정삼투막 집합체의 개수 및 정삼투막 집합체에 포함되는 분리막의 유효면적을 최대화시킬 수 있다. 나아가, 정삼투막 집합체의 분리막 분리에 따른 불량 및 삼투압 구배 발생 면적 저하에 따른 수득 유량감소의 문제점을 해결할 수 있다.
상기 스페이서는 구체적인 종류에 따라 유체흐름 경로 발생 정도나 삼투구배를 통한 유량의 증가정도 및 정삼투모듈로 제조 시에 권취공정의 용이성과 권취되는 양태에 따라 삼투작용에 미치는 영향이 각기 개별적이다. 이에 따라 바람직하게는 상기 스페이서는 트리코트 여과수로 및 메쉬시트 중 어느 하나 이상이 포함될 수 있다.
먼저, 트리코트 여과수로(51, 53)에 대해 설명한다.
상기 트리코트 여과수로는 정삼투막 내부에 구비됨으로써 유로 형성 및 부가적으로 염배제 기능을 가진다. 통상적으로 정삼투막에 구비되는 스페이서로 사용 가능한 트리코트인 경우 어느 것이나 사용할 수 있으며, 바람직하게는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리-4-메틸펜텐, 프로필렌-α올레핀과의 결정성 공중합체, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리아미드 및 폴리카보네이트로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 수지이거나 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지에 나일론 또는 폴리프로필렌이 공중합된 개질된 폴리에스테르(LMP: Low Melting Polyethylene Terephthalate)를 사용할 수 있다. 다만, 상기에 한정되는 것은 아니다.
다음으로 메쉬시트(52)에 대해 설명한다.
상기 메쉬시트(52)는 정 삼투 분리막에 구비됨으로써 유로 형성의 기능을 가진다. 통상적으로 정 삼투막에 구비되는 스페이서로 사용 가능한 메쉬시트일 경우 어느 것이나 사용할 수 있으며, 바람직하게는 폴리프로필렌 또는 폴리에스테르 소재의 메쉬시트일 수 있다. 다만, 상기 기재에 한정되는 것은 아니다.
바람직하게는 상기 메쉬시트(52)는 유로형성을 원활하게 하기 위해 공극률이 0.3 내지 0.6 %인 메쉬시트일 수 있다. 만일 공극률이 0.3 %미만인 경우 유체의 흐름이 원활하지 않아 유로형성이 어려워 삼투 현상을 방해하는 문제점이 있고, 0.6%를 초과하는 경우 기계적 강도 형성이 어려운 문제점이 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함되는 스페이서(51, 52, 53)는 하기의 조건 (2) 내지 (5)를 모두 만족할 수 있다.
(2) 2 ≤ a+b ≤ 8이고, 단, a ≥ 0, b ≥ 0임
(3) 트리코트 여과수로를 포함하는 경우 5 ≤ x ≤ 20,
(4) 메쉬시트를 포함하는 경우 24 ≤ y ≤ 50
40 밀(mil) ≤ p + q ≤ 80 밀(mil)
여기서, 상기 a는 트리코트 여과수로의 개수, b는 메쉬시트 개수, x는 단일 트리코트 여과수로의 두께(밀(mil)), y는 단일 메쉬시트의 두께(밀(mil)), p는 총 트리코트 여과수로의 두께의 합, q는 총 메쉬시트 두께의 합을 의미한다.
본 발명의 바람직한 일구현예는 상기 (2) 내지 (5) 조건을 모두 만족할 수 있으나, 다만 본 발명의 바람직한 다른 일구현예는 메쉬시트를 포함하지 않음으로써 (4) 조건이 적용되지 않을 수 있고, 본 발명의 바람직한 또 다른 일구현예는 트리코트 여과수로를 포함하지 않아 (3) 조건이 적용되지 않을 수 있다.
상기 (2) 내지 (5)의 조건을 만족함으로써 정삼투막 집합체로의 해수 유입을 크게 향상시켜 삼투압 구배 극대화 시킬 수 있고 정삼투막 집합체의 분리막 분리에 따른 불량발생 및 이로 인한 삼투압 구배 저하의 문제점을 해결할 수 있다.
먼저 본 발명의 바람직한 일구현예는 조건 (2) 2 ≤ a+b ≤ 8이고, 단, a ≥ 0, b ≥ 0 것을 만족할 수 있다. 상기 a는 복수개의 스페이서 중 트리코트 여과수로의 개수, b는 복수개의 스페이서 중 메쉬시트의 개수이다.
본 발명의 바람직한 일구현예에 포함되는 스페이서의 개수는 하기에 설명할 단일 트리코트 여과수로의 두께 및 단일 메쉬시트의 두께를 고려하여 상기의 개수를 만족할 수 있다. 만일 상기의 조건을 불만족하는 경우 총 스페이서의 두께가 두꺼워져 정삼투모듈에 포함되는 제1, 2 분리막의 면적이 감소되고 이로 인해 삼투구배가 발생할 수 있는 면적의 감소를 통한 수득되는 유량이 저하되는 문제점이 있을 수 있다.
다음으로 본 발명의 바람직한 일구현예는 조건 (3) 트리코트 여과수로를 포함하는 경우 5 ≤ x ≤ 20을 만족하는 정삼투막 집합체일 수 있다. 상기 (3) 조건은 트리코트 여과수로가 포함된 경우에만 적용되는 조건으로써, 상기 x는 스페이서로 포함되는 트리코트 여과수로의 두께(밀(mil))이다. 만일 상기 트리코트 여과수로(51, 53)의 두께가 5 밀(mil) 미만일 경우 충분한 강도가 보유되지 못하고 유로형성이 원활하지 못하는 문제점이 있을 수 있으며, 20 밀(mil)를 초과하는 경우 정삼투막 집합체에 포함할 수 있는 스페이서 개수가 줄어들 수 있고 분리막의 길이가 짧아져 유효막면적이 줄어들 수 있으며 따라서 유량이 낮아지는 문제점이 있을 수 있다.
상기 트리코트 여과수로가 복수개로 포함될 경우 각각의 트리코트 여과수로의 두께는 서로 동일 또는 상이할 수 있다.
다음으로 본 발명의 바람직한 일구현예는 조건 (4) 메쉬시트를 포함하는 경우 24 ≤ y ≤ 50 을 만족하는 정삼투막 집합체일 수 있다. 상기 (4) 조건은 메쉬시트가 포함된 경우에만 적용되는 조건으로써, 상기 y는 스페이서로 포함되는 메쉬시트의 두께(밀(mil))이다. 바람직하게는 두께가 28 내지 46 밀(mil)인 메쉬시트일 수 있다. 만일 메쉬시트의 두께가 24 밀(mil) 미만일 경우 유도용액의 유입 및 흐름을 방해하여 삼투현상이 원활이 일어나지 않아 수득되는 유량이 저하되는 문제점이 있을 수 있으며, 만일 50 밀(mil)를 초과할 경우 포함할 수 있는 스페이서 개수가 줄어들 수 있고 분리막의 길이가 짧아져 유효막면적이 줄어들 수 있으며 따라서 유량이 낮아질 수 있다. 또한, 모듈 가공상의 어려움이 발생하는 문제점이 있을 수 있다.
다음으로 본 발명의 바람직한 일구현예는 조건 (5) 40 밀(mil) ≤ p + q ≤ 80 밀(mil)을 만족하는 정삼투막 집합체일 수 있다. 상기 p는 총 트리코트 여과수로의 두께의 합, q는 총 메쉬시트 두께의 합을 의미한다.
상기의 조건을 만족함으로써 유로 향상을 통한 유량을 증가시키는 동시에 삼투작용이 일어날 수 있는 분리막의 유효면적 감소를 최소할 수 있다 또한, 정삼투막 집합체의 내구성을 유지시킬 수 있다. 유로를 향상시키기 위해 상기 범위를 초과하는 두께의 스페이서들을 포함시킬 경우 하기에 설명될 정삼투모듈에 포함되는 정삼투집합체에서의 분리막의 유효면적이 감소하는 문제점이 발생할 수 있고 이는 정삼투를 통해 수득되는 담수의 저하로 연결되는 문제점이 있다.
구체적으로 도 4는 본 발명의 바람직한 일구현예가 나권형으로 권취되어 포함된 외부케이스의 분해사시도로써 정삼투막 집합체가 외부케이스(30) 내 다공성 투과수 유출관(20)에 나권형으로 권취되어 포함된다. 상기와 같이 분리막의 유효면적이 감소되는 이유는 정삼투모듈이 포함되는 외부케이스(30)의 한정된 공간으로 인해 외부케이스(30) 내부 공간에 포함되는 분리막의 양은 제한을 받을 수밖에 없기 때문이다. 이에 따라 상기 두께범위를 초과하는 스페이서를 포함할 경우 상대적으로 포함되는 분리막은 줄어들어 삼투구배를 발생시키는 분리막의 유효면적이 줄어들 수 있다.
상기 분리막의 유효면적은 정삼투 모듈에 포함되는 다공성 투과수 유출관의 직경, 상기 다공성 투과수 유출관에서 정삼투막 집합체로 용액이 유입되는 방향으로의 정삼투막 집합체의 길이(도 2의 b면 길이), 외부케이스(30) 내부에 포함되는 정삼투막 집합체의 개수 등을 모두 고려하여 결정된다. 단순히 정삼투막 집합체 내부로의 용액 유입을 크게 하면서 동시에 분리막의 표면적을 넓힌다 하여 최대의 삼투구배 형성을 통한 최대 유량을 얻을 수 있는 것은 아니다. 예를 들어 스페이서를 두께를 80 밀(mil) 초과하여 포함시키면서 정삼투막 집합체의 길이(도 2의 b면 길이)를 길게 할 경우 정삼투막 집합체 내의 유로는 향상될 수 있고 단일 정삼투막 집합체의 표면적은 증가될 있으나 한정된 외부케이스 공간 안에 포함되는 정삼투막 집합체의 개수가 줄어들고 결과적으로 외부케이스 안에 포함되는 분리막의 표면적은 감소할 수 있다.
또한, 정삼투막 집합체의 길이(도 2의 b면 길이)를 길게 할 경우 다공성 투과수 유출관으로부터 정삼투막 집합체 내부로 유입되는 용액이 이동해야 할 유로의 길이가 길어져 오히려 삼투작용이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
나아가, 총 두께가 80 밀(mil)를 초과하는 스페이서들을 포함시킬 경우 이들을 감싸는 형상으로 서로 접착되어 있는 제1 분리막과 제2분리막이 떨어져 정삼투막 집합체의 불량을 유발할 수 있는 문제점이 있고 이는 분리막 내부에 흐르는 용액과 농도가 다른 상기 외부케이스 내부에 흐르는 용액이 분리막을 경계로 유체적으로 격리되지 못해 삼투구배 형성을 저하시키는 문제점이 있다.
더 나아가 본 발명의 바람직한 다른 일구현에는 정삼투막 집합체에 포함되는 스페이서들의 총 두께가 40 밀(mil) 이상을 만족함으로써 정삼투막 집합체 내부로 용액의 유입을 더욱 증가시킬 수 있고 이를 통해 향상된 유량을 수득할 수 있다.
상술한 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함되는 스페이서(51, 52, 53)는 상기 조건 (2) 내지 (5)를 모두 만족함으로써 정삼투막 집합체로의 해수 유입을 크게 향상시켜 삼투압 구배를 극대화 시킬 수 있고 이를 통해 수득되는 유량을 증가시킬 수 있으며 정삼투막 집합체의 분리막 분리에 따른 정삼투막 집합체의 불량발생, 정삼투막 집합체 내부에 흐르는 용액의 누수 및 이로 인한 삼투압 구배 저하의 문제점을 해결할 수 있다.
보다 바람직하게는 본 발명의 바람직한 또 다른 일구현예는 조건 (6) 60 밀(mil) ≤ p + q ≤ 80 밀(mil)을 만족하는 스페이서를 포함할 수 있다.
이를 통해 정삼투막 집합체 내부로 유입되는 해수의 유량이 더욱 향상될 수 있고 이를 통해 수득되는 유량이 더욱 증가될 수 있으며, 하기에 설명될 정삼투 모듈에 포함될 경우까지 고려하여 삼투작용을 위한 분리막 유효면적을 극대화할 수 있다. 또한, 분리막 유효면적의 증대는 삼투압 구배를 향상시켜 담수 수득을 극대화시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 일구현예는 적어도 한 개 이상의 트리코트 여과수로를 포함할 수 있다.
정삼투막 집합체 내부의 유로 형성은 포함되는 스페이서의 총 두께와 관련이 있으며 메쉬시트로만 구성할 경우 비슷한 총 두께를 가지는 트리코트 여과수로로 구성된 경우에 비해 단일 정삼투막 집합체의 유량은 향상될 수 있다.
그러나 메쉬시트는 트리코트 여과수로에 비해 신축성이 커서 메쉬시트만 포함된 정삼투막 집합체의 경우 트리코트 여과수로가 포함된 경우에 비해 일정한 기계적 강도를 보유하기 어렵다. 상기와 같은 메쉬시트의 높은 신축성은 정삼투모듈에 포함된 다공성 투과수 유출관에 권취하는 과정에서 주어지는 힘에 영향을 받아 제대로 권취되지 않는 문제점이 있다. 예를 들어 도 2에서 정삼투막 집합체의 b면을 손으로 잡아당기면서 다공성 투과수 유출관에 감는다고 가정할 때 b면 전체적으로 균등하게 힘을 가하지 않는다면 메쉬쉬트의 신축성으로 인해 다공성 투과수 유출관을 기준으로 틀어지게 감기거나 정삼투막 집합체가 서로 밀착되어 감기지 못할 수 있다.
상기와 같은 문제점은 삼투작용에 영향을 미쳐 향상된 유량 수득을 어렵게 하는 문제점이 있을 수 있고, 정삼투모듈의 제조공정에서 정삼투막 집합체의 권취 작업성을 저해하는 문제점이 있을 수 있다.
이에 따라 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 바람직한 일구현예는 트리코트 여과수로를 적어도 한 개 이상 포함함으로써 정삼투막 집합체에 일정한 기계적 강도를 보유케 하여 권취 작업성 향상 및 권취된 정삼투막 집합체의 분리막면이 서로 밀착되어 감겨 원활히 삼투구배를 형성할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일구현예는 상기 복수개의 스페이서로 단일 두께가 9 밀(mil)인 트리코트 여과수로 2개와 두께가 46 밀(mil)인 메쉬시트 1개를 포함할 수 있다. 이를 통해 정삼투 분리막의 분리가 발생됨이 없이 삼투구배를 극대화시킴으로써 향상된 유량이 수득될 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 또 다른 일구현예는 나권형으로 권취된 복수개의 본 발명에 따른 정삼투막 집합체를 포함한다.
구체적으로 도 4는 본 발명의 바람직한 일구현예가 나권형으로 권취되어 포함된 압력케이스의 분해사시도로써, 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 정삼투모듈에서 복수개의 정삼투막 집합체가 다공성 투과수 유출관(20)을 중심으로 나권형으로 권취되어 외부케이스(30) 내부에 위치할 수 있다.
상기 외부케이스(30)는 내부에 위치한 정삼투모듈을 수용가능토록 크기와 형상을 정할 수 있으며, 바람직하게는 복수개의 정삼투막 집합체가 나권형으로 권취되는 바 그 형상은 원기둥일 수 있다. 다만, 상기 기재에 한정되는 것은 아니다. 상기 외부케이스(30)의 재질은 통상적으로 정삼투방식에 사용되는 외부케이스 재질인 경우 제한 없이 사용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일구현에에 따른 정삼투모듈에 대한 분해사시도로써, 다공성 투과수 유출관(20)을 중심으로 복수개의 정삼투막 집합체(50)가 나권형으로 권취되어 포함된다.
상기 다공성 투과수 유출관(20)은 복수개의 홀(21)을 포함하고 있으며, 유출관(20)의 내부에 격벽(미도시)을 포함할 수 있고 이를 통해 다공성 투과수 유출관(20)의 통해 흐르는 유체가 상기 홀(21)을 통해 정삼투막 집합체(50)의 분리막(11, 12) 내부로 더 잘 유입되게 하는 역할을 담당할 수 있다. 구체적으로 도 5에서 농도가 서로 다른 두 용액 A, B 중 A용액은 상기 외부케이스(30) 내부 및 상기 정삼투막 집합체(50) 분리막(11, 12) 외부로 흐르게 되고, B용액은 다공성 투과수 유출관(20)에서 상기 홀(21)을 통해 정삼투막 집합체(50)의 분리막(11, 12) 내부로 흘러들어가게 된다. 이를 통해 정삼투막 집합체(50)의 분리막(11, 12) 내부와 외부에 서로 다른 농도를 가진 두 용액(A, B)가 위치하게 되고 이로써 삼투압 구배가 형성된다. 다만, 상기의 A, B 두 용액은 상술한 도 5에서와 같이 서로 같은 방향으로 주입될 수 있으나 이는 일예시로, 이와 다르게 목적에 따라 A, B 두 용액이 각기 다른 방향으로 주입될 수 있다.
상기 다공성 투과수 유출관(20)은 통상적으로 정삼투막에 사용되는 다공성 투과수 유출관의 경우 제한 없이 사용될 수 있다. 바람직하게는 그 직경은 4인치 내지 8인치일 수 있고, 길이는 30 내지 50 인치일 수 있다. 다만, 상기 기재에 한정되는 것은 아니며, 다공성 투과수 유출관(20)의 직경, 길이는 목적에 따라 달라질 수 있다.
상기 정삼투막 집합체(50)는 분리막(11, 12) 및 스페이서(51, 52, 53)를 포함하며, 상기 분리막(11, 12) 및 스페이서(51, 52, 53)에 대한 설명은 상술한 바와 동일한바 생략한다.
상기 정삼투막 집합체(50)는 다공성 투과수 유출관(20)을 중심으로 나권형으로 권취되는데 나권형으로 권취됨으로써 상기 외부케이스(30) 단위부피당 포함되는 정삼투막 집합체(50)의 분리막 표면적을 더 넓게 할 수 있으며 이에 따라 삼투작용이 가능한 유효면적이 증가되어 삼투압 구배가 잘 형성되는 이점이 있다.
바람직하게는 상기 복수개의 정삼투막 집합체(50) 사이에 메쉬시트(60)를 포함할 수 있다. 상기 메쉬시트는 서로 다른 정삼투막 집합체 사이를 흐르는 유체, 예를 들어 도 5의 A용액이 원활히 흐를 수 있는 유로를 형성케 할 수 있는 이점이 있다. 구체적으로 도 6은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 정삼투모듈의 단면에 대한 사시도이다. 상기 메쉬시트(60)가 정삼투막 집합체(50) 사이에 위치하여 포함될 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 구현예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명의 구현예를 한정하는 것이 아니며, 본 발명의 구현예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 구현예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
< 실시예 >
1. 정삼투막 집합체의 제조
지지체로 50 μm 두께인 부직포, 100 μm 두께인 고분자 지지층 및 200nm 폴리아미드계 활성층을 포함하는 총 두께가 약 150㎛ 정삼투막을 제1, 2 분리막으로 하고, 하기 표 1과 2의 조건으로 스페이서의 개수 및 두께를 달리하여 상기 제1, 2 분리막 사이에 포함시켜 다공성 투과수 유출관으로부터 용액이 투입되는 면을 제외한 제1, 제2 분리막의 가장자리를 접착제를 이용하여 접착하여 정삼투막 집합체를 제조하였다. 이때, 제1, 2 분리막 사이에 포함되는 스페이서의 적층순서는 표 1, 2의 스페이서 번호순으로 적층하였다.
2. 정삼투모듈의 제조
상기 제조된 정삼투막 집합체를 4인치, 8인치의 다공성 투과수 유출관에 표 1과 2의 개수만큼 나권형으로 권취하여 정삼투모듈을 제조하였다.
< 비교예 >
실시예와 동일하게 제조하되, 하기 표 2의 조건으로 스페이서의 개수 및 두께를 달리하여 정삼투막 집합체 및 정삼투모듈을 제조하였다.
< 실험예 1>
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 정 삼투막 집합체의 하기의 조건(1) 내지 (6)의 만족여부를 평가하였으며 만족하는 경우 ○, 만족하지 못하는 경우 × 및 조건이 적용되지 않아 평가에서 제외되는 경우 - 로 하여 표 1 및 표 2에 나타내었다.
(조건 1 내지 6)
(1)
Figure 112014111141660-pat00016
단, i는 개별 스페이서를 의미하며, j는 전체 스페이서 개수(j), d는 개별 스페이서의 두께(밀(mil))임.
(2) 2 ≤ a+b ≤ 8이고, 단, a ≥ 0, b ≥ 0임
(3) 트리코트 여과수로를 포함하는 경우 5 ≤ x ≤ 20
(4) 메쉬시트를 포함하는 경우 24 ≤ y ≤ 50
(5) 40 밀(mil) ≤ p + q ≤ 80 밀(mil)
(6) 60 밀(mil) ≤ p + q ≤ 80 밀(mil)
여기서, 상기 a는 트리코트 여과수로의 개수, b는 메쉬시트 개수, x는 단일 트리코트 여과수로의 두께(밀(mil)), y는 단일 메쉬시트의 두께(밀(mil)). p는 총 트리코트 여과수로의 두께의 합, q는 총 메쉬시트 두께의 합을 의미함.
< 실험예 2>
실시예 및 비교예에 의해 제조된 정삼투막 모듈의 다공성 투과수 유출관 내부로 유도용액이 이동하도록 하고, 정삼투막 집합체의 외부로 원수를 투입하여 삼투현상에 의해 낮은 염도에서 높은 염도로 물이 이동하도록 삼투압 구배를 형성시켰다. 이때, 시간에 따른 원수의 전후 무게를 측정하여 시간당 물의 양을 측정하여 표 1 및 표 2에 나타내었다.
구체적으로 하기 표 1 및 2에서, 스페이서의 총두께가 두꺼워질수록 대체적으로 유량이 증가하는 것으로 나타났으며(실시예 6, 8 및 비교예 4), 비슷한 스페이서 두께에서는 스페이서의 개수가 많을수록 유량이 많은 것을 확인할 수 있다.(실시예 1 및 2)
또한, 실시예 5 및 7을 통해 동일한 스페이서 개수와 비슷한 스페이서 총두께일 경우 메쉬로만 스페이서가 구성되는 경우가 유량이 더 많음을 확인할 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 조건 (5)만 만족하는 경우(실시예 5, 7)에 비해 조건(6)까지 만족하는 경우(실시예 6, 8)에서 더 높은 유량이 수득됨을 알 수 있다.
다만, 실시예 6 및 8을 통해 동일한 스페이서 개수를 포함하는 경우 스페이서의 총두께가 두껍다고 유량이 증가하는 것은 아니라는 것을 확인할 수 있다.
< 실험예 3>
실시예 및 비교예에 의해 제조된 정삼투막 모듈의 정삼투막 집합체 외부로 유도용액만 흘려주고 걸러져 나오는 물에서의 TDS를 측정하여, 하기의 식에 의해 염제거율을 계산하여 표 1 및 표 2에 나타내었다.
구체적으로 하기 표 1 및 2에서, 스페이서가 메쉬로만 구성된 경우에 비해(비교예 2) 트리코트 여과수로를 포함한 경우(실시예5) 염제거율이 높았으며, 트리코트 여과수로를 포함하는 경우에도 스페이서 총 두께가 얇은 경우(실시예 1, 비교예 1) 염제거율이 떨어질 수 있음을 확인할 수 있다.
< 실험예 4>
실시예 및 비교예에 의해 제조된 정삼투막 모듈에 포함된 정삼투막 집합체의 인렛프레셔(Inlet pressure)를 측정하기 위해 정삼투막 집합체의 외부로 흐르는 원수의 인렛프레셔는 1.1bar 수준으로 고정하였고, 정삼투막 집합체에서 다공성 투과수 유출관의 내부로 재유입되는 유도용액의 인렛프레셔를 측정하였다. 그 값을 표 1 및 표 2에 기재하였다.
구체적으로 하기 표 1및 2에서, 인렛프레셔는 측정된 수치가 낮을수록 저항이 적어 용액의 유입이 쉽게 일어나는 것을 의미하며 쉽게 유도용액이 주입됨으로써 삼투 현상을 보다 원활하게 일어나게 하여, 유량이 증가할수록 대체적으로 인렛프려셔의 수치는 낮아짐을 확인할 수 있다.
< 실험예 5>
상기 실험예 1을 수행한 정삼투막 집합체에 대해 분리막 접착 불량여부를 확인하기 위해 정삼투막 집합체에 물을 투입하여 외부로 물이 새는지를 조사하였고 물이 전혀 새지 않는 경우를 ×하고 물이 새는 경우 그 정도에 따라 △, ○로 하여 하기 표 1과 2에 기재하였다.
구체적으로 하기 표 1 및 2에서, 본 발명의 조건에서 총 스페이서의 두께범위를 초과하는 비교예 4의 경우 고유량을 수득할 수는 있으나, 분리막의 접착불량이 발생하는 문제점이 있었으며, 상기 수득된 유량에 분리막 간의 분리에 따른 원수의 분리막 내부로의 이동이 포함될 여지가 있어 순수하게 증가된 유량을 수득했다고 볼 수 없는 문제점이 있다.
< 실험예 6>
정삼투막 집합체에 대한 권취용이성 평가를 위해 상기 실시예 및 비교예를 통해 제조된 정삼투막 집합체를 길이 40인치, 직경 4인치 다공성 투과수 유출관에 정삼투모듈의 제조 시에 통상적으로 사용하는 방법을 통해 권취하되, 나권형으로 권취되는 정삼투막 집합체 간에 밀착정도 및 비대칭적으로 권취되는 정도를 종합적으로 상대 평가하여 정상적 권취의 경우를 ◎로 하고 비정상적 권취의 경우를 그 정도에 따라 ○, △, ×로 하여 하기 표 1과 2에 기재하였다.
구체적으로 하기 표 1 및 2에서, 스페이서에 메쉬만 포함하고 있는 경우(실시예 7, 11 및 비교예 2)가 메쉬에 트리코트 여과수로까지 포함하는 경우에 비해 메쉬 소재 자체의 신축성으로 인해 권취용이성이 저하되는 것을 알 수 있다.
Figure 112014111141660-pat00017
Figure 112014111141660-pat00018
11, 12 : 정삼투 분리막 50 : 스페이서

Claims (14)

  1. 제1 분리막;
    제2 분리막; 및
    제1 분리막과 제2 분리막 사이에 유로형성을 위한 복수개의 스페이서;를 포함하고, 상기 스페이서는 하기의 조건 (1)을 만족하는 정삼투막 집합체.
    (1)
    Figure 112014111141660-pat00019

    단 i는 개별 스페이서를 의미하며, j는 전체 스페이서 개수(j), d는 개별 스페이서의 두께(밀(mil))임.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 분리막, 제2 분리막 중 어느 하나 이상은 정삼투막인 것을 특징으로 하는 정삼투막 집합체.
  3. 제2항에 있어서, 상기 정삼투막은,
    지지체;
    상기 지지체 상에 형성된 고분자 지지층; 및
    상기 고분자 지지층 상에 형성된 폴리아미드층; 을 포함하는 정삼투막인 것을 특징으로 하는 정삼투막 집합체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 지지체는 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 나일론 및 폴리에틸렌으로 이루어진 군에서 선택되는 합성섬유; 또는 셀룰로오스계를 포함하는 천연섬유;를 소재로 한 부직포 또는 제직된 직물인 것을 특징으로 하는 정삼투막 집합체.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 고분지 지지층은 폴리술폰계 고분자, 폴리아미드계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리에스테르계 고분자, 올레핀계 고분자, 폴리벤조이미다졸 고분자, 폴리비닐리덴플루오라이드 및 폴리아크릴로니트릴로 구성되는 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 정삼투막 집합체.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 정삼투막은 2M NaCl수용액을 유도용액으로 하고 증류수를 원수로 하였을 때, 유량이 13gfd 이상, 염의 역 확산이 0.09(㎲/cm·min)이하인 것을 특징으로 하는 정삼투막 집합체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 분리막 및 제2 분리막은 두께가 40 내지 150 μm인 것을 특징으로 하는 정삼투막 집합체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서는 트리코트 여과수로 및 메쉬 시트 중 어느 하나 이상이 포함된 것을 특징으로 하는 정삼투막 집합체.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 스페이서는 하기의 조건 (2) 내지 (5)를 만족하는 것을 특징으로 하는 정삼투막 집합체로써,
    (2) 2 ≤ a+b ≤ 8이고, 단, a ≥ 0, b ≥ 0임
    (3) 트리코트 여과수로를 포함하는 경우 5 ≤ x ≤ 20,
    (4) 메쉬시트를 포함하는 경우 24 ≤ y ≤ 50
    (5) 40 밀(mil) ≤ p + q ≤ 80 밀(mil)
    여기서, 상기 a는 트리코트 여과수로의 개수, b는 메쉬시트 개수, x는 단일 트리코트 여과수로의 두께(밀(mil)), y는 단일 메쉬시트의 두께(밀(mil)). p는 총 트리코트 여과수로의 두께의 합, q는 총 메쉬시트 두께의 합을 의미한다.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 스페이서는 하기의 조건 (6)을 만족하는 것을 특징으로 하는 정삼투막 집합체.
    (6) 60 밀(mil) ≤ p + q ≤ 80 밀(mil)
  11. 제9항에 있어서,
    상기 스페이서는 적어도 한 개 이상의 트리코트 여과수로를 포함하는 것을 특징으로 하는 정삼투막 집합체.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 스페이서는 단일 두께가 9 밀(mil)인 트리코트 여과수로 2개와 두께가 46 밀(mil)인 메쉬시트 1개를 포함한 것을 특징으로 하는 정삼투막 집합체.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 메쉬시트는 공극률이 0.3 ~ 0.6%인 것을 특징으로 하는 정삼투막 집합체.
  14. 나권형으로 권취된 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 복수개의 정삼투막 집합체를 포함하는 정삼투모듈.
KR1020130103696A 2013-08-30 2013-08-30 고유량 정삼투막 집합체 및 이를 포함하는 정삼투모듈 KR101577500B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130103696A KR101577500B1 (ko) 2013-08-30 2013-08-30 고유량 정삼투막 집합체 및 이를 포함하는 정삼투모듈
PCT/KR2014/007893 WO2015030448A1 (ko) 2013-08-30 2014-08-25 고유량 정삼투막 집합체 및 이를 포함하는 정삼투모듈
CN201480054973.1A CN105848764B (zh) 2013-08-30 2014-08-25 高流量正渗透膜集合体及包含其的正渗透模块
US14/915,398 US10040031B2 (en) 2013-08-30 2014-08-25 High-flux forward osmosis membrane assembly, and forward osmosis module containing same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130103696A KR101577500B1 (ko) 2013-08-30 2013-08-30 고유량 정삼투막 집합체 및 이를 포함하는 정삼투모듈

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150025722A KR20150025722A (ko) 2015-03-11
KR101577500B1 true KR101577500B1 (ko) 2015-12-14

Family

ID=52586922

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130103696A KR101577500B1 (ko) 2013-08-30 2013-08-30 고유량 정삼투막 집합체 및 이를 포함하는 정삼투모듈

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10040031B2 (ko)
KR (1) KR101577500B1 (ko)
CN (1) CN105848764B (ko)
WO (1) WO2015030448A1 (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016153299A2 (ko) * 2015-03-24 2016-09-29 주식회사 아스트로마 유체 분리막을 포함하는 유체 분리 장치 및 유체 분리막 모듈
US10835870B2 (en) 2015-09-24 2020-11-17 Fluid Technology Solutions (Fts), Inc. Methods of manufacturing a multi-leaf membrane module and multi-leaf membrane modules
KR102485856B1 (ko) * 2016-03-31 2023-01-05 도레이첨단소재 주식회사 압력지연 삼투막 집합체 및 이를 포함하는 압력지연 삼투모듈
CN106422793A (zh) * 2016-10-08 2017-02-22 佛山市美的清湖净水设备有限公司 出水管和出水管卷膜工装
KR102162074B1 (ko) * 2019-10-15 2020-10-06 주식회사 코레드 침지형 관형 여과막 모듈
CN110950403B (zh) * 2019-12-19 2022-08-09 饶玉明 一种基于水体湍动防堵的石墨烯海水盐分去除装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR200193923Y1 (ko) 2000-03-22 2000-08-16 이은영 역삼투압 여과막장치의 스페이서

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3813334A (en) * 1973-04-09 1974-05-28 Desalination Systems Porous backing material for semipermeable membrane cartridges
US4277344A (en) * 1979-02-22 1981-07-07 Filmtec Corporation Interfacially synthesized reverse osmosis membrane
US4792401A (en) * 1988-06-03 1988-12-20 Koch Membrane Systems, Inc. Spiral wound membrane module and method of manufacture and use
US5275726A (en) 1992-07-29 1994-01-04 Exxon Research & Engineering Co. Spiral wound element for separation
KR100366107B1 (ko) 2000-03-22 2003-01-09 주식회사 알오환경시스템 역삼투압 여과막장치의 스페이서
ATE443565T1 (de) * 2002-06-21 2009-10-15 Ge Osmonics Inc Blasenschutz für spiralförmig gewickelte elemente
DE50305169D1 (de) 2003-02-07 2006-11-09 Rochem Ro Wasserbehandlung Gmbh Vorrichtung zum Filtern und Trennen von Strömungsmedien
ZA200705815B (en) * 2005-03-29 2008-10-29 Sg Grahamtek Technologies Sing Manufacture of membranes for desalination and filtration
CN102665882B (zh) * 2010-04-30 2016-02-03 熊津化学有限公司 用于海水脱盐的正渗透膜及其制备方法
KR101359955B1 (ko) 2011-06-29 2014-02-12 웅진케미칼 주식회사 유량이 개선된 정삼투 복합막의 제조방법 및 그로부터 제조된 정삼투 복합막
US20130098829A1 (en) * 2011-10-19 2013-04-25 General Electric Company Spiral wound membrane element and permeate carrier
US20140183134A1 (en) 2013-01-02 2014-07-03 Hydration Systems, Llc Forward osmosis and pressure retarded osmosis spacer

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR200193923Y1 (ko) 2000-03-22 2000-08-16 이은영 역삼투압 여과막장치의 스페이서

Also Published As

Publication number Publication date
US10040031B2 (en) 2018-08-07
WO2015030448A1 (ko) 2015-03-05
CN105848764A (zh) 2016-08-10
CN105848764B (zh) 2018-11-02
US20160220962A1 (en) 2016-08-04
KR20150025722A (ko) 2015-03-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101577500B1 (ko) 고유량 정삼투막 집합체 및 이를 포함하는 정삼투모듈
KR102430207B1 (ko) 스파이럴형 막 엘리먼트
KR102277619B1 (ko) 복합 반투막
US11065580B2 (en) Separation membrane element
CN106687201B (zh) 螺旋型膜元件
KR20140082532A (ko) 복합막 모듈의 제조방법
JP2017047417A (ja) 分離膜モジュール、分離膜エレメントおよびテレスコープ防止板
KR101258431B1 (ko) 고유량 정삼투 분리막 및 그 제조방법
KR102035951B1 (ko) 스파이럴형 막 엘리먼트
KR102485856B1 (ko) 압력지연 삼투막 집합체 및 이를 포함하는 압력지연 삼투모듈
KR20160080377A (ko) 중공사형 정삼투 분리막 및 이의 제조방법
KR101522463B1 (ko) 고유량 압력지연 삼투막 집합체 및 이를 포함하는 압력지연 삼투모듈
KR101526080B1 (ko) 압력지연 삼투막 지지체용 부직포 및 이를 포함하는 압력지연 삼투막
KR101791650B1 (ko) 접착력이 우수한 삼투막 집합체 및 이를 포함하는 나권형 삼투막 모듈
KR20170064425A (ko) 수처리 분리막의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 수처리 분리막 및 수처리 분리막을 포함하는 수처리 모듈
KR102129667B1 (ko) 내부 스페이서용 메쉬시트를 포함하는 수처리용 필터 집합체 및 이를 포함하는 수처리용 필터 모듈
KR101946983B1 (ko) 수처리 분리막의 제조방법, 이를 이용하여 제조된 수처리 분리막, 및 수처리 분리막을 포함하는 수처리 모듈
JP2014193460A (ja) 分離膜および分離膜エレメント
KR101525310B1 (ko) 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 투과수 유출관 및 이를 포함하는 정삼투 또는 압력지연삼투 모듈
KR20190032386A (ko) 분리막 엘리먼트
KR102227677B1 (ko) 정삼투막 및 이의 제조방법
KR20160076719A (ko) 압력지연 삼투막 지지체용 직물 및 이를 포함하는 압력지연 삼투막
KR20160081553A (ko) 중공사형 정삼투 분리막 및 이의 제조방법
KR20140073670A (ko) 정삼투막 및 그 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181205

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191209

Year of fee payment: 5