KR101672238B1 - Preparation of composite membrane for dicyclopentadiene purification - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디시클로펜타디엔 정제용 복합막 및 이의 제조방법에 관한 것이며, 상기 디사이클로펜타디엔 정제용 복합막은 다공성 지지체에 직접 분리층을 제막하지 않고 평균공극이 제어된 중간층을 도입하여 분리층의 제막 안정성을 높이고, 분리막 제막시 크랙이나 핀홀의 형성을 억제하여 디사이클로펜타디엔(DCPD)보다 작은 사이클로펜타디엔(CPD)에 대한 우수한 선택도 및 투과도를 제공하는 분리막을 제조하는 것이다. The present invention relates to a composite membrane for purification of dicyclopentadiene and a method for producing the same, wherein the composite membrane for dicyclopentadiene purification is prepared by introducing an intermediate layer whose average pore is controlled without forming a separation layer directly on the porous support, (CPD) which is lower than dicyclopentadiene (DCPD) by increasing the stability of the film formation and suppressing the formation of cracks and pinholes during the separation of the membrane.

Description

디사이클로펜타디엔 정제용 복합막 및 이의 제조방법{PREPARATION OF COMPOSITE MEMBRANE FOR DICYCLOPENTADIENE PURIFICATION}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a composite membrane for purification of dicyclopentadiene,

본 발명은 디사이클로펜타디엔 정제용 복합막 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a composite membrane for purification of dicyclopentadiene and a method for producing the same.

디사이클로펜타디엔(Dicyclopentadiene, DCPD)은 사이클로펜타디엔(Cyclopentadiene, CPD)의 이량체 화합물이다. DCPD와 CPD는 석유화학공장의 나프타 열분해로부터 얻어진 부산물로 생성되며 열분해의 부산물인 C5-유분에 10 내지 20 정도의 중량 비율로 포함되어 있다. DCPD와 CPD는 노보넨(Norbornene)의 유도체로서 산업용으로 사용 가능한 cyclic diene 화합물 중의 하나이며, 98.5 % 이상의 순도를 가지는 고순도 DCPD는 DCPD 계열의 석유수지, 에틸렌프로필렌디엔(EPDM, ethylene-propylene-diene) 엘라스토머 또는 반응 사출 성형(RIM, reaction injection molding) 소재를 비롯하여 다양한 정밀화학 소재의 원료로도 사용되는 기초 화합물로, 향후 C5-유분의 활용을 통한 CPD 및 DCPD를 이용한 고부가가치의 새로운 제품에 대한 연구의 필요성이 대두되고 있다. (특허문헌 001)Dicyclopentadiene (DCPD) is a dimeric compound of cyclopentadiene (CPD). DCPD and CPD are produced as byproducts from naphtha pyrolysis of petrochemical plants and are included in C 5 - oil, which is a byproduct of pyrolysis, in a weight ratio of about 10 to 20. DCPD and CPD are derivatives of norbornene which are one of the cyclic diene compounds which can be used industrially. High purity DCPD having a purity of 98.5% or more is a DCPD series petroleum resin, ethylene-propylene-diene (EPDM) It is a basic compound used as a raw material for various fine chemical materials including Elastomer or reaction injection molding (RIM) materials. It will be used for new high value added products using CPD and DCPD through the utilization of C 5 - The need for research is emerging. (Patent Document 001)

80 % 정도의 순도를 갖는 DCPD를 회수하는 방법으로는 순수한 DCPD는 CPD의 이량화 (dimerization) 후 생성물 중 저비점 혼합물을 톨루엔 존재하에서 증류 (distillation)에 의하여 제거함으로서 얻어질 수 있다(특허문헌 002). 그러나 이러한 방법으로 생산된 DCPD는 저비점의 혼합물만 분리가 되기 때문에 DCPD의 끓는점과 유사한 끓는점을 갖는 이소프렌(isoprene) 또는 피페릴렌 (piperylene)과 CPD의 코다이머(co-dimer)를 분리하기는 어려워 추가적인 정제 없이는 사용하기에는 제한적이며, 이 방법으로는 최대 85 % 순도의 DCPD 밖에 얻을 수 없다는 단점을 가진다. As a method of recovering DCPD having a purity of about 80%, pure DCPD can be obtained by dimerization of CPD and removing low boiling point mixture from the product by distillation in the presence of toluene (Patent Document 002) . However, since DCPD produced by this method has only a low boiling point mixture, it is difficult to separate isoprene or piperylene having a boiling point similar to the boiling point of DCPD and a co-dimer of CPD, It is limited to use without purification, and this method has the drawback that only DCPD of up to 85% purity can be obtained.

또한 CPD와 DCPD의 이량화-단량화 반응에서 DCPD가 CPD로 분해되는 속도는 170 ℃에서 36 %/hr로 보고되어 있으며, 상업적으로는 300 ℃이상에서 DCPD 혼합물을 열분해시키는 방법이 통상적으로 사용되고 있다. DCPD 열분해 과정에서 생성된 CPD는 DCPD와 다시 반응하여 CPD의 삼량체 혹은 사량체가 생성되거나 이소프렌 또는 피페릴렌과 반응하여 고분자 화합물을 형성하기도 하며, DCPD를 150 내지 160 ℃ 사이에서 수 시간동안 정체시키면 50 % 이상이 CPD 삼량체 이상으로 중합될 수 있다. 이렇게 생성된 고분자는 열분해과정에서 쉽게 분해되지 않으며 열분해 장치를 폐색시키는 문제를 일으킬 수 있다(특허문헌 003). Also, the rate at which DCPD is decomposed into CPD in the dimerization-mono-polymerization reaction of CPD and DCPD is reported to be 36% / hr at 170 ° C., and a method of thermally decomposing the DCPD mixture at 300 ° C. or higher is commonly used . The CPD generated in the DCPD pyrolysis reaction reacts with DCPD to generate a trimer or tetramer of CPD or a polymer compound by reacting with isoprene or piperylene. When the DCPD is stuck at 150 to 160 ° C for several hours, 50 % Can be polymerized with more than CPD trimer. The polymer thus produced is not readily decomposed in the pyrolysis process and can cause a problem of obstructing the pyrolysis device (Patent Document 003).

DCPD의 순도를 높이기 위한 방법으로 증류 후의 DCPD 모노머화 (monomerization)에 의하여 생산된 비교적 순수한 CPD를 다이머화하는 방법이 공지되어 있다. 이는 CPD의 부가반응 중 CPD와 이소프렌 또는 피페릴렌의 코다이머화 속도가 CPD의 다이머화 속도보다 상당히 느리기 때문에 DCPD의 순도를 99% 까지 높일 수 있다. 그러나 이러한 방법은 DCPD의 증기상 크랙킹시에 파이프 및 냉각기를 막는 많은 양의 코크스 물질이 생성되기 때문에 조작에 어려운 문제점이 있다(특허문헌 004). 이러한 코크스 물질의 생성을 막기 위해서는 CPD 및 DCPD가 고분자화 되지 않도록 보조유체를 넣는 후처리 과정 및 보조유체를 분리하는 과정이 추가로 필요하게 되어 많은 에너지를 소비하게 되는 문제점이 발생된다.As a method for increasing the purity of DCPD, a method of dimerizing relatively pure CPD produced by DCPD monomerization after distillation is known. This can increase the purity of DCPD up to 99% since the rate of CPD and isomerization of isoprene or piperylene during CPD addition reaction is significantly slower than the rate of diminution of CPD. However, this method has a problem in operation because it generates a large amount of coke material that blocks the pipe and the cooler in vapor phase cracking of DCPD (Patent Document 004). In order to prevent the formation of the coke material, a further process of inserting the auxiliary fluid into the CPD and DCPD to separate the auxiliary fluid into the CPD and the DCPD is required, thereby consuming a large amount of energy.

보조유체를 DCPD 혼합물을 공급하여 CPD로 열분해하는 방법은 특허문헌 005 및 특허문헌 006 등에 개시되었다. 이러한 보조유체를 사용하는 방법은 DCPD 혼합물에 포함되어 있는 고비점 화합물이 보조유체에 잔류하게 되어 보조유체의 성능이 저하되며 성능을 유지하기 위해서는 보조유체가 계속 공급이 되어야 한다는 단점을 가진다. 이러한 문제점을 해결하기 하여 C9+유분을 보조유체처럼 사용하여 코크스 생성을 방지하는 방법이 제안이 되었다(특허문헌 007).A method of pyrolyzing an auxiliary fluid into a CPD by supplying a DCPD mixture is disclosed in Patent Document 005 and Patent Document 006. The method of using such auxiliary fluid has the disadvantage that the high boiling point compound contained in the DCPD mixture is left in the auxiliary fluid and the performance of the auxiliary fluid deteriorates and the auxiliary fluid must be continuously supplied to maintain the performance. To solve this problem, a method of preventing the coke produced by using the C 9+ fraction, as auxiliary fluid was proposed (Patent Document 007).

상술한 방법 이외 통상적으로 DCPD를 정제하는 방법에 있어서 증류방법은 고가의 증류장치가 필요하다는 것 이외에도 에너지 소비가 많으며 목적물질인 DCPD의 회수율이 낮은 문제점을 가진다. 또한 비교적 높은 온도 (120 ℃ 이상)에서 운전되는 재비기(reboiler)에서 장시간 체류하는 동안 CPD 삼량체 등 고비점 물질이 생성되는 문제점도 가지고 있다. 재비기에서 CPD 삼량체가 생성되는 것을 막기 위한 방법으로 조업온도를 100 ℃이하로 낮추어야 하며 이에 따라 증류탑의 압력을 15 torr까지 낮추어야 하므로 장치의 크기가 커지고 운전이 매우 까다로우며, 보조유체를 이용시키는 경우에도 보조유체 회수용 증류탑이 추가로 더 필요하게 되므로 에너지 소비가 커지게 되는 단점을 가진다. In addition to the above-mentioned method, conventionally, in the method of purifying DCPD, the distillation method requires not only an expensive distillation device but also a problem of low energy consumption and low recovery of DCPD as a target material. Also, there is a problem that a high boiling point material such as a CPD trimer is generated during a long stay in a reboiler operated at a relatively high temperature (120 ° C or higher). In order to prevent the CPD trimer from being produced in the re-boiling process, the operating temperature should be lowered to 100 ° C. or lower. Accordingly, the pressure of the distillation column must be lowered to 15 torr, so that the size of the apparatus is increased and the operation is very difficult. It is necessary to provide additional auxiliary fluid recovery distillation column, which leads to an increase in energy consumption.

그러나 분리막을 이용한 공정은 분리 시에 상변화가 거의 수반되지 않으며, 에너지 소모가 기존의 증류법과 비교하여 확연히 적은 장점 때문에 화학공업의 분리 및 정제에 광범위하게 응용이 되고 있다(비특허문헌 001). 그 중에서도 석유화학공정은 분리공정에 있어서 에너지소비가 특히 많은 공정이기 때문에 에너지 소모가 적고, 쉽게 공정을 추가할 수 있으며, 설치장소가 간단하고 설치비가 저렴한 분리막 공정을 적용하기 위한 시도들이 계속되고 있다. 상술한 분리막 공정에 있어, CPD 혼합물을 CPD, 혹은 다른 이중결합 화합물을 제거하기 위한 방법으로 DCPD를 250 ℃에서 열분해를 하여 DCPD를 모노머화 한 후, CPD와 부타디엔, 이소프렌 등과 같은 저비점의 물질을 증류로 1차 분리를 하고, 83 내지 89 ℃, 7 내지 10 psia에서 60 내지 85 %의 중량비를 갖는 CPD를 이량화하여 96 %의 DCPD를 얻을 수 있는데 96 % DCPD 혼합물을 분리막 공정을 이용하여 2차 분리를 하여 98 % 이상의 고순도의 DCPD를 얻는 방법을 개시하고 있다(특허문헌 008). 상기의 방법은 polydimethylsiloxane (PDMS), polyvinyl alcohol (PVA) 및 polyester imide의 세 가지 고분자 분리막을 이용하여 고순도의 DCPD를 얻을 수 있으나 CPD 투과도가 10 g/m2*h 이하로 매우 낮은 문제점이 있다. (특허문헌 008)However, the process using a separation membrane has been widely applied to the separation and purification of the chemical industry due to the fact that the phase separation hardly accompanies the phase separation and the energy consumption is significantly smaller than that of the conventional distillation method (Non-Patent Document 001). In particular, petrochemical processes are energy-consuming processes in the separation process, so energy consumption is low, process can be easily added, and efforts are being made to apply separation membrane processes that are simple in location and low in installation cost . In the separation process described above, DCPD is pyrolyzed at 250 DEG C as a method for removing CPD or other double bond compounds to monomerize DCPD, and CPD and low boiling substances such as butadiene and isoprene are distilled And 96% of DCPD can be obtained by quantifying the CPD having a weight ratio of 60 to 85% at 83 to 89 ° C and 7 to 10 psia at a weight ratio of 83 to 89%. The 96% DCPD mixture is subjected to secondary And separating them to obtain DCPD of 98% or more in high purity (Patent Document 008). The above method can obtain high purity DCPD by using three polymer membranes such as polydimethylsiloxane (PDMS), polyvinyl alcohol (PVA) and polyester imide, but the CPD permeability is as low as 10 g / m 2 * h or less. (Patent Document 008)

이에, 본 발명자들은 고순도로 디사이클로펜타디엔(DCPD)을 정제하기 위해 기존 고분자 분리막보다 사이클로펜타디엔에 대한 높은 투과도 및 선택도를 갖는 복합막을 구상하고, 이를 이용하여 DCPD 이외의 물질을 제거함으로써 DCPD의 순도를 높이는 분리막의 효과를 확인하여 본 발명을 완성하였다.In order to purify dicyclopentadiene (DCPD) at a high purity, the present inventors designed a composite membrane having high permeability and selectivity for cyclopentadiene rather than conventional polymer membranes, and used a DCPD The present inventors have completed the present invention.

한국공개특허 제10-2002-0035816호Korean Patent Publication No. 10-2002-0035816 유럽등록특허 제2,334,633호European Patent No. 2,334,633 한국공개특허 제10-2010-0022724호Korean Patent Publication No. 10-2010-0022724 미국등록특허 제3,772,396호U.S. Patent No. 3,772,396 미국등록특허 제5,877,366호U.S. Patent No. 5,877,366 미국등록특허 제5,321,177호U.S. Patent No. 5,321,177 한국공개특허 제10-2004-0053649호Korean Patent Publication No. 10-2004-0053649 미국등록특허 제5,401,891호U.S. Patent No. 5,401,891

Desalination, Volume 235, Issues 13, 15 January 2009, Pages 199244 Desalination, Volume 235, Issues 13, 15 January 2009, Pages 199244

본 발명의 목적은 디사이클로펜타디엔 정제용 복합막 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디사이클로펜타디엔(DCPD)과 사이클로펜타디엔(CPD)의 혼합물로부터 사이클로펜타디엔에 대한 고선택도 및 고투과도를 가지는 복합막을 제조하고 이를 이용하여 DCPD 이외의 물질을 제거함으로써, DCPD의 순도를 높이는 분리막 제조방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a composite membrane for dicyclopentadiene purification and a method for producing the same, and more particularly to a high selectivity to cyclopentadiene from a mixture of dicyclopentadiene (DCPD) and cyclopentadiene (CPD) And a method of manufacturing a separator which increases the purity of DCPD by removing a material other than DCPD by using the composite membrane having high permeability.

본 발명은 알루미나 분말과 실리카-지르코니아 졸을 함유하는 코팅용액을 제조하고, 상기 코팅용액에 다공성 지지체를 침지한 후 1차 열처리하여 중간층을 형성하는 단계; 및 상기 중간층이 형성된 다공성 지지체를 실리콘 전구체 용액에 침지한 후 2차 열처리하여 분리층을 형성하는 단계; 를 포함하는 디사이클로펜타디엔 정제용 복합막의 제조방법을 제공한다.The present invention relates to a method for preparing a coating solution, which comprises preparing a coating solution containing alumina powder and silica-zirconia sol, immersing the porous support in the coating solution and then performing a first heat treatment to form an intermediate layer; And forming a separation layer by immersing the porous support having the intermediate layer in a silicon precursor solution and then subjecting the porous support to a secondary heat treatment; The present invention provides a method for producing a composite membrane for dicyclopentadiene purification.

본 발명의 일 실시예에 따른, 상기 중간층을 형성하는 단계는 평균 직경 1 내지 10 ㎛ 의 알루미나 분말을 함유하는 제1 코팅용액 및 평균 직경 50 내지 500 nm 의 알루미나 분말을 함유하는 제2 코팅용액을 순차적으로 코팅하여, 다공성 지지체의 평균 공극이 제어된 중간층을 형성하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step of forming the intermediate layer comprises a first coating solution containing an alumina powder having an average diameter of 1 to 10 mu m and a second coating solution containing an alumina powder having an average diameter of 50 to 500 nm May be sequentially coated to form an intermediate layer in which the average pore of the porous support is controlled.

본 발명의 일 실시예에 따른, 상기 중간층을 형성하는 단계는 제1 코팅용액을 이용하여 코팅하는 단계를 적어도 1회 이상 반복 수행한 후 제2 코팅용액을 이용하여 코팅하는 단계를 적어도 1회 이상 반복 수행하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step of forming the intermediate layer may include at least one or more repetitions of coating with the first coating solution, and then coating with the second coating solution at least once or more It can be done repeatedly.

본 발명의 일 실시예에 따른, 상기 실리카-지르코니아 졸은 평균 직경이 50 내지 300 nm인 실리카-지르코니아 입자를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the silica-zirconia sol may include silica-zirconia particles having an average diameter of 50 to 300 nm.

본 발명의 일 실시예에 따른, 상기 1차 열처리는 300 내지 800 ℃에서 수행되고, 상기 2차 열처리는 200 내지 500 ℃에서 수행되는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the first heat treatment may be performed at 300 to 800 ° C, and the second heat treatment may be performed at 200 to 500 ° C.

본 발명은 다공성 지지체; 상기 다공성 지지체 상부에 형성되며 알루미나 분말과 실리카-지르코니아를 함유하는 중간층; 및 상기 중간층 상부에 형성되며 실리카를 함유하는 분리층; 을 포함하는 디사이클로펜타디엔 정제용 복합막을 제공한다.The present invention relates to a porous support; An intermediate layer formed on the porous support and containing alumina powder and silica-zirconia; And a separation layer formed on the intermediate layer and containing silica; To provide a composite membrane for dicyclopentadiene purification.

본 발명의 일 실시예에 따른, 상기 복합막은 상기 다공성 지지체에서 상기 분리층으로 작아지는 공극 구배를 가지는 것 일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the composite membrane may have a porosity gradient that reduces from the porous support to the separation layer.

본 발명의 일 실시예에 따른, 상기 복합막의 기체 투과도는 10-7 내지 10-5 mol/m2*s*Pa일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the composite membrane may have a gas permeability of 10 -7 to 10 -5 mol / m 2 * s * Pa.

본 발명의 일 실시예에 따른, 상기 복합막의 사이클로펜타디엔에 대한 투과도는 100 내지 500 g/m2*h일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the permeability of the composite membrane to cyclopentadiene is 100 To 500 g / m 2 * h.

본 발명은 상기 복합막을 이용한 디사이클로펜타디엔의 정제방법을 제공한다.The present invention provides a method for purifying dicyclopentadiene using the composite membrane.

본 발명에 따른 디사이클로펜타디엔 정제용 복합막은 다공성 지지체에 직접 분리층을 제막하지 않고 평균 공극이 제어된 중간층을 도입하여 분리층의 제막 안정성을 높이고, 분리막 제막시 크랙이나 핀홀 형성을 억제함으로써, 사이클로펜타디엔에 대한 우수한 선택도 및 고투과도를 제공할 수 있다. The composite membrane for purification of dicyclopentadiene according to the present invention can improve the stability of the separation layer by introducing an intermediate layer having an average pore size controlled without forming the separation layer directly on the porous support, It is possible to provide excellent selectivity and high transmittance to cyclopentadiene.

본 발명에 따른 복합막은 사이클로펜타디엔에 대한 우수한 선택도 및 고투과도를 가져, 나프타 열분해로부터 얻어진 부산물로 생성된 열분해의 부산물인 C5-유분으로부터 디사이클로펜타디엔보다 작은 분자들을 제거함으로써, 디사이클로펜타디엔을 고순도로 수득할 수 있다.The composite membrane according to the present invention has excellent selectivity to cyclopentadiene and high permeability and removes molecules smaller than dicyclopentadiene from the C 5 fraction which is a by-product of pyrolysis resulting from naphtha pyrolysis, Pentadiene can be obtained in high purity.

도 1은 본 발명에 따른 DCPD 정제용 복합막의 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 DCPD 정제용 복합막의 제조방법의 순서도이다.
도 3은 비교예 1에서 단계별로 제막된 중간층의 전자 현미경(FE-SEM, Field Emission Scanning Electron Microscope)사진이다.
도 4는 실시예 1에서 단계별로 제막된 중간층의 전자 현미경(FE-SEM, Field Emission Scanning Electron Microscope)사진이다.
도 5는 실시예 1에서 제조된 복합막의 전자 현미경(FE-SEM, Field Emission Scanning Electron Microscope)사진이다.
도 6은 실시예 1에서 제조된 복합막 단면의 전자 현미경(FE-SEM, Field Emission Scanning Electron Microscope)사진(a) 및 EDS(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)로 성분을 분석한 결과이다.
도 7은 실시예 1 및 비교예 2에서 제조된 복합막을 이용한 투과도와 선택도의 결과이다.
1 is a schematic view of a composite membrane for DCPD purification according to the present invention.
2 is a flowchart of a method for producing a composite membrane for DCPD purification according to the present invention.
FIG. 3 is an electron microscope (FE-SEM, Field Emission Scanning Electron Microscope) photograph of the intermediate layer formed in each step in Comparative Example 1. FIG.
4 is an electron microscope (FE-SEM, Field Emission Scanning Electron Microscope) photograph of the intermediate layer formed in each step in Example 1. FIG.
5 is an electron microscope (FE-SEM, Field Emission Scanning Electron Microscope) photograph of the composite membrane produced in Example 1. Fig.
FIG. 6 is a graph showing the result of analyzing components of the composite membrane section prepared in Example 1 by an electron microscope (FE-SEM, Field Emission Scanning Electron Microscope) (a) and EDS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy).
7 shows the results of the permeability and selectivity of the composite membrane prepared in Example 1 and Comparative Example 2. Fig.

본 발명에 따른 디시클로펜타디엔 정제용 복합막 및 이의 제조방법에 대하여 이하 상술하나, 이때 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.The composite membrane for purification of dicyclopentadiene according to the present invention and the method for producing the composite membrane will be described in detail below. However, unless otherwise defined in the technical terms and scientific terms used herein, And a description of well-known functions and configurations that may unnecessarily obscure the gist of the present invention will be omitted in the following description.

본 발명은 알루미나 분말과 실리카-지르코니아 졸을 함유하는 코팅용액을 제조하고, 상기 코팅용액에 다공성 지지체를 침지한 후 1차 열처리하여 중간층을 형성하는 단계; 및 상기 중간층이 형성된 다공성 지지체를 실리콘 전구체 용액에 침지한 후 2차 열처리하여 분리층을 형성하는 단계; 를 포함하는 디사이클로펜타디엔 정제용 복합막의 제조방법을 제공한다.The present invention relates to a method for preparing a coating solution, which comprises preparing a coating solution containing alumina powder and silica-zirconia sol, immersing the porous support in the coating solution and then performing a first heat treatment to form an intermediate layer; And forming a separation layer by immersing the porous support having the intermediate layer in a silicon precursor solution and then subjecting the porous support to a secondary heat treatment; The present invention provides a method for producing a composite membrane for dicyclopentadiene purification.

본 발명에 따른 복합막의 경우, 상기 중간층을 형성하여 분리층의 제막시 크랙이나 핀홀의 형성을 억제할 수 있으며, 분리층의 평균 공극 크기를 정밀하게 제어할 수 있다. In the case of the composite membrane according to the present invention, it is possible to suppress the formation of cracks and pinholes when the separation layer is formed by forming the intermediate layer, and the average pore size of the separation layer can be precisely controlled.

본 발명에 따른 복합막은 실질적으로 크랙, 핀홀, 구명, 틈, 균열 등이 거의 없어, 그에 따라 균일하고 밀도가 높은 견고한 물성을 가질 수 있다. 또한 상기 복합막은 세라믹 소재의 다공성 무기 복합막일 수 있으며, 이는 기존의 고분자 분리막보다 내열성, 내구성 및 내화학성이 우수한 특성을 가질 수 있다. 이러한 세라믹 소재의 복합막은 막의 구조를 정밀하게 제어하는 것이 중요하다. 이에 본 발명에 따른 복합막은 중간층을 도입함으로써, 분리하고자 하는 분자의 크기에 따라 공극의 크기를 용이하게 조절할 수 있어, 목적하는 분자에 대한 투과도 및 선택도를 제어할 수 있다는 장점을 가진다.The composite membrane according to the present invention has substantially no cracks, pinholes, life span, cracks, cracks, and the like, so that it can have uniform physical properties and high densities. The composite membrane may be a porous inorganic composite membrane of a ceramic material, and it may have properties superior in heat resistance, durability, and chemical resistance to conventional polymer membranes. It is important to precisely control the structure of the composite membrane of such a ceramic material. Accordingly, the composite membrane according to the present invention has an advantage that the size of the pores can be easily controlled according to the size of the molecule to be separated by introducing the intermediate layer, and the permeability and selectivity to the desired molecule can be controlled.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 다공성 지지체는 지지체로서 사용하기에 적합한 것이라면 한정되는 것은 아니며, 임의의 형상 또는 기하구조일 수 있으며, 상기 형상은 관형 또는 판형일 수 있다. 이때, 상기 관형의 비한정적인 일예로는 직사각형, 정사각형 또는 원통형의 관형일 수 있으며, 바람직한 실시양태에서, 다공성 지지체는 원통형의 관형일 수 있다.The porous support according to an embodiment of the present invention is not limited as long as it is suitable for use as a support, and may be any shape or geometry, and the shape may be tubular or plate-like. In this case, the non-limiting example of the tubular shape may be a rectangular, square, or cylindrical tubular shape. In a preferred embodiment, the porous support may be a cylindrical tubular shape.

또한 상기 다공성 지지체는 세라믹스 또는 다공성 금속 물질일 수 있으며, 상기 세라믹스의 비한정적인 일예로는 멀라이트, 알루미나, 실리카, 티타니아, 지르코니아 또는 실리콘카바이드일 수 있으며, 상기 다공성 금속 물질의 비한정적인 일예로는 스테인레스 스틸, 소결된 니켈 또는 소결된 니켈과 철의 혼합물일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. The porous support may also be a ceramic or a porous metallic material, and non-limiting examples of the ceramic may be mullite, alumina, silica, titania, zirconia or silicon carbide, May be stainless steel, sintered nickel or a mixture of sintered nickel and iron, but is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에 따른, 상기 다공성 지지체의 구체적인 일예로는 반응 중 용매에 대한 용출이 일어나지 않는 측면에서 알파-알루미나(α-Al2O3) 또는 감마-알루미나(γ-Al2O3)가 바람직하다. 이때, 상기 알파-알루미나(α-Al2O3) 또는 감마-알루미나(γ-Al2O3)의 평균 기공 크기는 100 nm 내지 100 ㎛일 수 있으며, 바람직하게는 500 nm 내지 10 ㎛, 보다 바람직하게는 600 nm 내지 5 ㎛일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the porous support may include alpha-alumina (alpha -Al 2 O 3 ) or gamma-alumina (gamma -Al 2 O 3 ). The average pore size of the α-Al 2 O 3 or γ-Al 2 O 3 may be 100 nm to 100 μm, preferably 500 nm to 10 μm, Preferably from 600 nm to 5 탆.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 실리카-지르코니아 졸은 하기와 같은 방법으로 제조될 수 있으며, 이외 통상의 당업자가 인식할 수 있는 방법으로도 제조될 수 있음은 물론이다.In addition, the silica-zirconia sol according to an embodiment of the present invention may be manufactured by the following method, or may be manufactured by methods known to those skilled in the art.

상기 실리카-지르코니아 졸은 제1 실리콘 전구체를 (C1~C4)알코올에 용해한 후 산 촉매를 투입하여 1차 가수분해하여 실리카 졸을 제조하는 단계; 제1 지르코늄 전구체를 추가로 투입하여 2차 가수분해하는 단계; 및 가수분해 용액을 추가로 투입하여 3차 가수분해 후 응축하는 단계; 를 포함하는 제조방법으로 제조될 수 있으며, 제조된 실리카-지르코니아 입자는 건조단계를 수행하지 않고, 반응 후 다른 정제없이 반응 용액에 분산된 실리카-지르코니아 졸 상태로 사용될 수 있으며, 상술한 바와 같이 가수분해 단계를 세분화함으로써, 실리카-지르코니아 졸의 균일한 입도 분포, 응집력이 낮아 장기간 침전 형성 없이 안정한 상태로 유지 될 수 있다. 이때, 상기 실리카-지르코니아 졸은 전체 중량대비, 실리카-지르코니아 입자가 0.5 내지 5.0 중량% 로 수분산되어 있는 것 일 수 있다.The silica-zirconia sol may be prepared by dissolving a first silicon precursor in a (C1-C4) alcohol and then adding an acid catalyst to prepare a silica sol by primary hydrolysis; Adding a first zirconium precursor to perform secondary hydrolysis; And further adding a hydrolysis solution to perform tertiary hydrolysis and condensation; The silica-zirconia particles thus prepared may be used in the form of a silica-zirconia sol dispersed in a reaction solution without any further purification after the reaction without carrying out the drying step. As described above, By subdividing the decomposition step, the silica-zirconia sol has a uniform particle size distribution and low cohesive strength, and can be maintained in a stable state without formation of a long-term precipitation. In this case, the silica-zirconia sol may be dispersed in an amount of 0.5 to 5.0% by weight based on the total weight of the silica-zirconia particles.

상술한 실리카-지르코니아 졸의 제조방법에 있어, 상기 제1 실리콘 전구체 및 제1 지르코늄 전구체는 졸-겔반응을 수행할 수 있는 화합물이라면 제한되지는 않으나, 상기 제1 실리콘 전구체의 비한정적인 일예로는 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 테트라 프로폭시실란, 테트라 부톡시실란, 테트라이소프록폭시실란, 메톡시트리에톡시실란, 디메톡시디에톡시실란, 에톡시트리메톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 디메칠디에톡시실란, 디에틸디에톡시실란, 테트라메톡시메틸실란, 테트라메톡시에틸실란 또는 테트라에톡시메틸실란일 수 있으며, 상기 제1 지르코늄 전구체의 비한정적인 일예로는 지르코늄 아세틸아세토네이트(zirconium acetylacetonate), 지르코늄 아세테이트(zirconium acetate), 지르코늄 부톡사이드(zirconium butoxide) 또는 지르코늄 클로라이드(zirconium chloride)일 수 있다.In the above-described method for producing a silica-zirconia sol, the first silicon precursor and the first zirconium precursor are not limited as long as they are capable of performing a sol-gel reaction. However, as a non-limiting example of the first silicon precursor Includes tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane, tetrabutoxysilane, tetraisopropoxy silane, methoxytriethoxysilane, dimethoxydiethoxysilane, ethoxytrimethoxysilane, methyl tri But are not limited to, methoxysilane, methyltriethoxysilane, ethyltriethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, dimethyldethoxysilane, diethyldiethoxysilane, tetramethoxymethylsilane, tetramethoxyethylsilane or tetraethoxymethylsilane And non-limiting examples of the first zirconium precursor include zirconium acetylacetonate, zirconium acetate, But may be zirconium butoxide or zirconium chloride.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 실리카-지르코니아 졸의 제조방법에 있어, 상기 제1 실리콘 전구체와 제1 지르코늄 전구체 및 물의 몰비는Si:Zr=1:1일 때, (Si+Zr):H2O의 몰비는 1:10 내지 80, 바람직하게는 1:20 내지 60, 보다 바람직하게는 1:30 내지 50일 수 있으며, 이는 바람직한 실시예일 뿐이며 목적하는 실리카-지르코니아의 사이즈에 따라 적절하게 조절될 수 있음은 물론이다. 이때, 상기 비율로 조절된 실리카-지르코니아 졸은 50 내지 300 nm 범위의 실리카-지르코니아 입자를 포함한다. In the method for producing a silica-zirconia sol according to an embodiment of the present invention, when the molar ratio of the first silicon precursor to the first zirconium precursor and water is Si: Zr = 1: 1, (Si + Zr) 2 O may be from 1:10 to 80, preferably from 1:20 to 60, more preferably from 1:30 to 50, which is a preferred embodiment, and is suitably adjusted according to the size of the desired silica-zirconia Of course. At this time, the silica-zirconia sol adjusted to the above ratio includes silica-zirconia particles in the range of 50 to 300 nm.

상기 실리카-지르코니아는 상기 알루미나 분말과 함께 혼합되어 상기 다공성 지지체에 코팅됨으로써, 다공성 지지체의 기공 크기를 조절 할 수 있으며, 상술된 범위에서의 제1 실리콘 전구체와 제1 지르코늄 전구체의 비율에 의해 조절되는 실리카-지르코니아의 사이즈에 의해 중간층의 성능이 좌우 될 수 있다. 또한 상기 중간층은 내열성, 내식성 및 내산성이 우수하며, 복합막의 공극 크기를 정밀하게 제어할 수 있어 목적하는 분자의 투과도 및 선택도를 적절하게 조절 할 수 있다.The silica-zirconia may be mixed with the alumina powder and coated on the porous support to control the pore size of the porous support and controlled by the ratio of the first silicon precursor and the first zirconium precursor in the above- The performance of the intermediate layer may depend on the size of the silica-zirconia. Further, the intermediate layer is excellent in heat resistance, corrosion resistance and acid resistance, and can precisely control the pore size of the composite membrane, so that the permeability and selectivity of the desired molecule can be appropriately controlled.

또한 상기 중간층은 알루미나 분말과 실리카-지르코니아 수분산 용액의 1:10 내지 1:100의 비율로 혼합될 수 있으며, 바람직하게는 1:20 내지 1:100, 보다 바람직하게는 1:40 내지 1:60으로 혼합되어 코팅용액으로 제조될 수 있다. The intermediate layer may be mixed with the alumina powder and the silica-zirconia water dispersion solution at a ratio of 1:10 to 1: 100, preferably 1:20 to 1: 100, more preferably 1:40 to 1: 60 to prepare a coating solution.

이때, 상기 침지 시간은 제한되지는 않으나, 1 초 내지 10 분 동안 수행될 수 있으며, 바람직하게는 1 내지 60 초 일 수 있으며, 보다 바람직하게는 1 내지 20초 일 수 있다.At this time, the immersion time is not limited, but may be 1 second to 10 minutes, preferably 1 to 60 seconds, and more preferably 1 to 20 seconds.

본 발명의 일실시예에 따른 상기 디사이클로펜타디엔 정제용 복합막의 제조방법에 있어, 상기 중간층을 형성하는 단계는 평균 직경 1 내지 10 ㎛ 의 알루미나 분말을 함유하는 제1 코팅용액 및 평균 직경 50 내지 500 nm 의 알루미나 분말을 함유하는 제2 코팅용액을 순차적으로 코팅하여, 평균 공극을 제어할 수 있다.In the method for preparing a composite membrane for purification of dicyclopentadiene according to an embodiment of the present invention, the step of forming the intermediate layer includes a first coating solution containing alumina powder having an average diameter of 1 to 10 mu m, A second coating solution containing 500 nm of alumina powder may be sequentially coated to control the average pore size.

이때, 상기 제1 코팅용액에 함유된 알루미나 분말은 다공성 지지체의 평균 기공 크기보다 큰 것이 바람직하며, 제1 코팅용액 및 제2 코팅용액을 이용하여 중간층의 표면 공극의 평균 크기를 조절하고, 균일하면서 평탄한 표면 상태를 구현할 수 있다. In this case, the alumina powder contained in the first coating solution is preferably larger than the average pore size of the porous support, and the average size of the surface pores of the intermediate layer is adjusted using the first coating solution and the second coating solution, A flat surface state can be realized.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 중간층을 형성하는 단계는 상기 알루미나 분말과 실리카-지르코니아의 입자 사이즈에 따라 선형 또는 단계형의 공극 구배를 형성할 수 있으며, 이러한 공극 구배를 형성하기 위해 상기 제1 코팅용액을 이용하여 코팅하는 단계를 적어도 1회 이상 반복 수행한 후 제2 코팅용액을 이용하여 코팅하는 단계를 적어도 1회 이상 반복 수행하는 것 일 수 있다. 이는 상기 중간층의 표면 기공의 평균 크기를 조절하기 위한 것으로, 분리하고자 하는 분자의 크기에 따라 적절하게 변형될 수 있다.The step of forming the intermediate layer according to an embodiment of the present invention may form a linear or stepped void gradient depending on the particle size of the alumina powder and the silica-zirconia, The step of coating with the coating solution may be repeated at least once and then the step of coating with the second coating solution may be repeated at least once or more. This is for controlling the average size of the surface pores of the intermediate layer and can be appropriately modified according to the size of the molecule to be separated.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 분리층을 형성하는 단계는 상기 중간층이 형성된 다공성 지지체를 실리콘 전구체 용액에 침지하여 제조될 수 있다. 이때, 상기 분리층을 형성하는 실리콘 전구체의 비한정적인 일예로는 1,1,3,3-테트라메톡시-1,3-디메틸-1,3-디실라프로판(TMDMDP), 1,1,3,3-테트라메톡시-1-메틸-3-헥실-1,3-디실라프로판(TMMHDP), 1,1,3,3-테트라메톡시-1,3-디-n-헥실-1,3-디실라프로판(TMDHDP), 1,1,3,3-테트라메톡시-1-메틸-3-시클로헥실-1,3-디실라프로판(TMMCDP), 1,1,3,3-테트라메톡시-1,3-디시클로헥실-1,3-디실라프로판(TMDCDP), 1,1,8,8-테트라메톡시-1,8-디시클로헥실-1,8-디실라옥탄(TMDCDO), 1,1,3,3-테트라메톡시-1,3-디메틸디실록산(TMDMDS) 또는 1,1,3,3-테트라에톡시-1,3-디메틸디실록산(TEDMDS)일 수 있으며, 균일하고 매끄러운 코팅을 구현하기 위한 측면에서 1,1,3,3-테트라메톡시-1,3-디메틸디실록산(TMDMDS) 또는 1,1,3,3-테트라에톡시-1,3-디메틸디실록산(TEDMDS)일 수 있다.The forming of the separation layer according to an embodiment of the present invention may be performed by immersing the porous support having the intermediate layer formed thereon in a silicon precursor solution. At this time, as a non-limiting example of the silicon precursor forming the separation layer, 1,1,3,3-tetramethoxy-1,3-dimethyl-1,3-disilachpropane (TMDMDP) 3, 3-tetra-methoxy-1-methyl-3-hexyl-1,3-sila propane (TMMHDP), 1,1,3,3- tetra-methoxy-1,3-di - n - hexyl -1 , 3-disilapropane (TMDHDP), 1,1,3,3-tetramethoxy-1-methyl-3-cyclohexyl-1,3-disilafluoropropane (TMMCDP) Tetramethoxy-1,3-dicyclohexyl-1,3-disilafluoropropane (TMDCDP), 1,1,8,8-tetramethoxy-1,8-dicyclohexyl- (TMDCDO), 1,1,3,3-tetramethoxy-1,3-dimethyldisiloxane (TMDMDS) or 1,1,3,3-tetraethoxy-1,3-dimethyldisiloxane (TEDMDS) Tetramethoxy-1,3-dimethyldisiloxane (TMDMDS) or 1,1,3,3-tetraethoxy-1, 2, 3, 3-dimethyldisiloxane (TEDMDS).

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 중간층을 형성하는 단계에 있어, 상기 실리콘 중간체는 1 내지 5 중량%로 (C1~C4)알코올에 용해하여 사용하는 것이 바람직하다. In the step of forming the intermediate layer according to an embodiment of the present invention, the silicon intermediate is preferably used in an amount of 1 to 5% by weight in a (C1-C4) alcohol.

이때, 상기 침지 시간은 제한되지는 않으나, 1 초 내지 10 분 동안 수행될 수 있으며, 바람직하게는 1 내지 60 초 일 수 있으며, 보다 바람직하게는 1 내지 20초 일 수 있다.At this time, the immersion time is not limited, but may be 1 second to 10 minutes, preferably 1 to 60 seconds, and more preferably 1 to 20 seconds.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 열처리는 200 내지 800 ℃에서 수행될 수 있으며, 바람직하게 상기 1차 열처리는 300 내지 800 ℃ 및 상기 2차 열처리는 200 내지 500 ℃, 보다 바람직하게 상기 1차 열처리는400 내지 600 ℃ 및 상기 2차 열처리는 250 내지 450 ℃일 수 있다.Also, the heat treatment according to an embodiment of the present invention may be performed at 200 to 800 ° C, preferably 300 to 800 ° C for the first heat treatment and 200 to 500 ° C for the second heat treatment, The heat treatment may be 400 to 600 占 폚 and the second heat treatment may be 250 to 450 占 폚.

또한 상기 열처리의 시간은 제한되지는 않으나 10 분 내지 12 시간일 수 있으며, 바람직하게는 10 분 내지 6 시간, 보다 바람직하게는 30 분 내지 2시간일 수 있다.The time of the heat treatment is not limited, but may be 10 minutes to 12 hours, preferably 10 minutes to 6 hours, more preferably 30 minutes to 2 hours.

본 발명에 따른 복합막은 기공도가 크게 높지 않은 치밀한 조직을 가지는 것이 사이클로펜타디엔에 대한 고선택도 및 고투과도를 가지기 위한 측면에서 바람직하며, 이는 상기 2차 열처리에 의해 조절될 수 있다. 이때, 상기 2차 열처리 온도는 목적하는 분자에 대한 투과도 및 선택도를 고려하여 적절하게 조절 될 수 있으며, 복합막의 면적을 줄이고 투과 정제 시간을 단축함으로써, 경제성 면에서 효율적일 수 있도록 제조되는 것이 바람직하다. The composite membrane according to the present invention preferably has a dense structure having a high porosity in terms of high selectivity to cyclopentadiene and high permeability, which can be controlled by the secondary heat treatment. At this time, it is preferable that the secondary heat treatment temperature can be appropriately adjusted in consideration of the permeability and selectivity of the target molecule, and it is preferable to reduce the area of the composite membrane and shorten the permeation purification time, thereby being economically efficient .

이에 본 발명은 다공성 지지체; 상기 다공성 지지체 상부에 형성되며 알루미나 분말과 실리카-지르코니아를 함유하는 중간층; 및 상기 중간층 상부에 형성되며 실리카를 함유하는 분리층; 을 포함하고, 상기 다공성 지지체에서 상기 분리층으로 작아지는 공극 구배를 가지는 디사이클로펜타디엔 정제용 복합막을 제공한다.Accordingly, the present invention relates to a porous support; An intermediate layer formed on the porous support and containing alumina powder and silica-zirconia; And a separation layer formed on the intermediate layer and containing silica; Wherein the porous support has a pore gradient reduced to the separation layer.

상기 복합막은 다공성 지지체에 직접 분리층을 제막하지 않고 평균 공극이 제어된 중간층을 도입하여 분리층의 제막 안정성을 높이고, 분리층 제막시 크랙이나 핀홀의 형성을 억제함으로써, 디사이클로펜타디엔보다 작은 사이클로펜타디엔에 대한 고선택도 및 고투과도를 구현할 수 있으며, 내열성, 내구성 및 내화학성이 우수하여 기체 분리용으로 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대된다.In the composite membrane, the intermediate layer having an average pore control is introduced without forming the separation layer directly on the porous support, thereby improving the film forming stability of the separation layer and suppressing the formation of cracks and pinholes when the separation layer is formed, It is possible to realize high selectivity and high transmittance for pentadiene, and it is expected to be useful for gas separation because of excellent heat resistance, durability and chemical resistance.

상기 중간층은 상기 알루미나 분말과 실리카-지르코니아 입자 사이즈에 따라 선형 또는 단계형의 공극 구배를 형성할 수 있으며, 이러한 공극 구배는 다공성 지지체의 평균 공극률보다 10 내지 90 % 범위에서 작아지는 구배로 형성될 수있으며, 바람직하게는 30 내지 80 %, 보다 바람직하게는 50 내지 80 %의 범위로 조절될 수 있다.The intermediate layer may form a linear or stepwise void gradient depending on the alumina powder and the silica-zirconia particle size, and such void gradient may be formed in a gradient that is smaller than the average porosity of the porous support by 10 to 90% , Preferably 30 to 80%, more preferably 50 to 80%.

본 발명에 따른 상기 중간층은 상기 범위의 공극 구배를 구현하기 위하여, 평균 직경이 1 내지 10 ㎛ 의 알루미나 분말과 50 내지 300 nm 실리카-지르코니아를 함유하는 제1 코팅용액 및 평균 직경 50 내지 500 nm 의 알루미나 분말과 50 내지 300 nm 실리카-지르코니아를 함유하는 제2 코팅용액을 이용하여 순차적으로 코팅함으로써, 중간층의 평균 공극을 제어할 수 있다.The intermediate layer according to the present invention may be formed by mixing a first coating solution containing alumina powder having an average diameter of 1 to 10 mu m and silica-zirconia of 50 to 300 nm and a second coating solution containing an alumina powder having an average diameter of 50 to 500 nm The average pore size of the intermediate layer can be controlled by sequentially coating the alumina powder and the second coating solution containing 50 to 300 nm silica-zirconia.

상술된 제조방법으로 제조된 상기 복합막은 10-7 내지 10-5 mol/m2*s*Pa의 우수한 기체 투과도를 가질 수 있다. 상기 기체의 비한정적인 일예로는 H2, He, CH4, O2, N2 및 CO2에서 선택되는 1종의 단일기체 또는 2종 이상의 혼합기체일 수 있다.The composite membrane produced by the above-described production method can have an excellent gas permeability of 10 -7 to 10 -5 mol / m 2 * s * Pa. A non-limiting example of the gas may be a single gas selected from H 2 , He, CH 4 , O 2 , N 2, and CO 2 , or a mixture of two or more gases.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 복합막은 고함량의 DCPD를 포함하는 공급액에 대해, 1 내지 20 g/m2*h 범위의 낮은 디사이클로펜타디엔 투과도를 가질 수 있다.The composite membrane according to one embodiment of the present invention is characterized in that for a feed comprising a high content of DCPD, And a low dicyclopentadiene permeability in the range of 20 g / m 2 * h.

또한 상기 복합막은 사이클로펜타디엔에 대해 100 내지 500 g/m2*h의 고투과도 및 고선택도를 가질 수 있다.The composite membrane was also found to have a < RTI ID = 0.0 > 100 & To 500 g / m < 2 > * h and high selectivity.

상술한 물성으로 인해, 본 발명에 따른 복합막은 디사이클로펜타디엔을 빠른 시간 내에 정제할 수 있다는 장점을 가지며, 나프타 열분해로부터 얻어진 부산물로 생성된 열분해의 부산물인 C5-유분으로부터 디사이클로펜타디엔을 고순도로 정제할 수 있다.Due to the properties described above, the composite membrane according to the present invention has the advantage that dicyclopentadiene can be refined in a short period of time, and it is possible to obtain dicyclopentadiene from the C 5 -fluid, a by-product of pyrolysis produced as a byproduct obtained from naphtha pyrolysis It can be purified with high purity.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 복합막의 두께는 다공성 지지체 상부에 형성된 중간층 및 분리층을 포함하며, 0.1 내지 100 ㎛ 범위일 수 있다. 상기와 같은 복합막의 두께에 있어, 상기 다공성 지지체와 중간층의 비율은 300: 1 내지 100: 1의 범위일 수 있으며, 상기 중간층이 코팅된 다공성 지지체와 분리층의 비율은 200: 1 내지 100: 1의 범위에서 조절되어 복합막을 형성할 수 있다.The thickness of the composite membrane according to one embodiment of the present invention includes an intermediate layer and a separation layer formed on the porous support and may range from 0.1 to 100 mu m. In the thickness of the composite membrane, the ratio of the porous support to the intermediate layer may be in the range of 300: 1 to 100: 1, and the ratio of the porous support coated with the intermediate layer to the separation layer may range from 200: 1 to 100: Lt; / RTI > to form a composite membrane.

또한 본 발명은 상기 복합막을 이용한 디사이클로펜타디엔의 정제방법을 제공한다. 상기 디사이클로펜타디엔의 정제방법은 투과증발법에 의해 정제되는 것일 수 있다.The present invention also provides a method for purifying dicyclopentadiene using the composite membrane. The method of purifying the dicyclopentadiene may be one which is purified by a pervaporation method.

본 발명에 따른 상기 투과증발법은 막을 사이에 두고 한쪽은 분리하고자 하는 목적 물질을 함유한 혼합물을 반대쪽은 펌프나 진공으로 감압 건조하여 압력차 또는 온도차에 의해 목적 물질을 함유한 액체를 투과시킴으로써 감압된 반대쪽에서는 이들을 증발시켜, 혼합물로부터 목적 물질을 분리하는 방법이다. 이 방법은 액체분자가 선택적으로 막을 통해 확산해 나갈 때 상변화 현상이 일어나기 때문에 기액 평형이 아닌 분자 반응 동역학(molecular kinetics)에 의해 지배 받으므로 공비 혼합물 형성과는 무관하며, 에너지 소비는 단지 증발열만이 공급되고, 증류시 유독한 첨가물을 사용하지 않아도 되는 장점을 가진다.In the pervaporation method according to the present invention, a mixture containing a target substance to be separated on one side with a membrane therebetween is vacuum-dried on the other side by a pump or vacuum, and a liquid containing the target substance is permeated by a pressure difference or a temperature difference, And evaporates them on the opposite side to separate the target material from the mixture. This method is independent of azeotropic mixture formation because it is dominated by molecular kinetics, not gas-liquid equilibrium, because phase change occurs when liquid molecules selectively diffuse through the membrane. And there is no need to use toxic additives in the distillation.

상술한 방법으로 나프타 열분해로부터 얻어진 부산물로 생성되며 열분해의 부산물인 C5-유분으로부터 사이클로펜타디엔을 선택적으로 제거할 수 있으며, 상술한 정제방법은 95 내지 99.99 %으로 고순도의 디사이클로펜타디엔을 정제해 낼 수 있으며, 기존 고분자 분리막의 사용시보다 높은 순도의 정제가 가능하여, 보다 경제적인 방법일 수 있다.
The cyclopentadiene can be selectively removed from the C 5 -four oil, which is a by-product obtained from naphtha pyrolysis and is a by-product of pyrolysis, and the purification method described above can purify dicyclopentadiene with high purity from 95 to 99.99% And purification can be performed at a higher purity than that of conventional polymer membranes, which is a more economical method.

이하 구체적인 실시예를 들어 본 발명의 이종금속 복합체의 제조방법 및 이를 이용한 전극을 설명하나, 이는 본 발명의 특허청구범위의 권리범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
Hereinafter, a method of manufacturing a dissimilar metal composite of the present invention and an electrode using the same will be described with reference to specific examples, but the scope of the claims of the present invention is not limited thereto.

(제조예 1)(Production Example 1)

실리카-지르코니아 졸의 제조방법Process for producing silica-zirconia sol

500 mL의 2-neck 둥근 바닥 플라스크에 TEOS (Tetraethoxysilane) 1.0 g 를 에탄올 93.62 g에 용해하고, 에탄올 3.47 g, 물 8.02 g 및 염산 촉매 0.21 g가 혼합된 혼합용액을 TEOS가 들어있는 플라스크에 천천히 투입하여 70 ℃에서 1 시간동안 1차 가수분해하였다. 반응 플라스크에 지르코늄(IV) tert-부톡사이드 (Zr(OC4H9)4, ZrTB) 1.0 g을 에탄올 3.47 g에 용해하고, 물 8.02 g을 함께 투입하여 2차 가수분해 반응을 70 ℃에서 12 시간동안 수행하였다. 상기 2차 가수분해 반응 한 용액에 물 8.02 g을 추가 투입하고, 동일 온도에서 2 시간동안 3차 가수분해 반응을 수행하여 평균 입도값이 100 nm인 실리카-지르코니아 졸을 합성하였다. 반응 후 100 ℃로 가열하고 30 분 동안 반응 용액을 안정화하였다. 이를 증류장치로 이동하여 용매를 증류수로 치환하는 반응을 12 시간동안 진행하여 최종적으로 실리카-지르코니아 졸(1.0 wt% SiO2-ZrO2 sol in water)을 수득하였다.
1.0 g of TEOS (Tetraethoxysilane) is dissolved in 93.62 g of ethanol, and a mixed solution of 3.47 g of ethanol, 8.02 g of water and 0.21 g of a hydrochloric acid catalyst is slowly added to a flask containing TEOS, to a 500-mL 2-neck round bottom flask And subjected to primary hydrolysis at 70 DEG C for 1 hour. 1.0 g of zirconium (IV) tert -butoxide (Zr (OC 4 H 9 ) 4 , ZrTB) was dissolved in 3.47 g of ethanol and 8.02 g of water was added to the reaction flask to carry out the secondary hydrolysis reaction at 70 ° C Lt; / RTI > 8.02 g of water was further added to the solution subjected to the second hydrolysis reaction, and a tertiary hydrolysis reaction was carried out at the same temperature for 2 hours to synthesize a silica-zirconia sol having an average particle size of 100 nm. After the reaction, the reaction solution was stabilized by heating at 100 DEG C for 30 minutes. The reaction mixture was transferred to a distillation apparatus and the solvent was replaced with distilled water for 12 hours to finally obtain silica-zirconia sol (1.0 wt% SiO 2 -ZrO 2 sol in water).

(실시예 1)(Example 1)

3 ㎛ 알파-알루미나(α-Al2O3) 분말 2 g 을 상기 제조예 1에서 제조한 실리카-지르코니아 졸 98 g에 혼합하여 제1 코팅용액을 제조하였다. 상기 제1 코팅용액에 다공성 알파-알루미나 지지체(α-Al2O3, O.D: 10 mm, L: 50 mm)를 5 초 동안 침지한 후 550 ℃에서 열처리하였다. 동일한 방법으로 제1 코팅용액을 5 회 코팅을 실시하였다. 이후 150 nm 알파-알루미나(α-Al2O3) 분말 2 g 을 상기 제조예 1에서 제조한 실리카-지르코니아 졸 98 g에 혼합하여 제2 코팅용액을 제조하였다. 상기 제2 코팅용액이 코팅된 다공성 알파-알루미나 지지체를 5 초 동안 침지한 후 550 ℃에서 열처리하였다. 동일한 방법으로 제2 코팅용액을 5회 코팅을 실시하여 중간층을 형성하였다.2 g of 3 탆 α-Al 2 O 3 powder was mixed with 98 g of the silica-zirconia sol prepared in Preparation Example 1 to prepare a first coating solution. A porous alpha-alumina support (? -Al 2 O 3, OD: 10 mm, L: 50 mm) was immersed in the first coating solution for 5 seconds and then heat-treated at 550 ° C. The first coating solution was coated 5 times in the same manner. Then, 2 g of 150 nm alpha-alumina (? -Al 2 O 3 ) powder was mixed with 98 g of the silica-zirconia sol prepared in Preparation Example 1 to prepare a second coating solution. The porous alpha-alumina support coated with the second coating solution was immersed for 5 seconds and then heat-treated at 550 ° C. The second coating solution was coated five times in the same manner to form an intermediate layer.

상기 중간층이 형성된 다공성 알파-알루미나 지지체를 1.0 wt% TEDMDS solution(in EtOH)에 5 초 동안 침지한 후 450 ℃에서 열처리하였다. 동일한 방법으로 TEDMDS solution(in EtOH)을 10회 코팅을 실시하여 분리층을 형성하여, 디사이클로펜타디엔 정제용 복합막을 제조하였다. 상기 디사이클로펜타디엔 정제용 복합막의 모식과 복합막의 제조방법의 순서도를 도 1 및 도 2에 도시하였다.The porous α-alumina support having the intermediate layer was immersed in a 1.0 wt% TEDMDS solution (in EtOH) for 5 seconds, and then heat-treated at 450 ° C. A TEDMDS solution (in EtOH) was coated 10 times in the same manner to form a separation layer to prepare a composite membrane for purification of dicyclopentadiene. FIGS. 1 and 2 show flow diagrams of the composite membrane for dicyclopentadiene purification and the method for producing the composite membrane.

상기 실시예 1에서 제조된 디사이클로펜타디엔 정제용 복합막의 경우, 다공성 지지체(α-Al2O3, O.D: 10 mm, L: 50 mm)에 3 ㎛ 알파-알루미나(α-Al2O3) 분말과 실리카-지르코니아 졸을 포함하는 제1 코팅용액으로 코팅한 후 중간층의 FE-SEM을 관찰한 결과(도 4 (a)와 (b)), 다공성 알파-알루미나(α-Al2O3)의 표면 기공을 알파-알루미나(α-Al2O3) 분말과 실리카-지르코니아 입자가 고르게 메우고 있음을 확인할 수 있었으며, 150 nm 알파-알루미나(α-Al2O3) 분말과 실리카-지르코니아 졸을 포함하는 제2 코팅용액으로 코팅한 후 중간층의 FE-SEM을 관찰한 결과(도 4 (c)와 (d)), 큰 기공 사이에 150 nm 알파-알루미나(α-Al2O3) 분말과 실리카-지르코니아 입자가 매끄럽게 코팅하고 있으며 핀홀이나 크랙 없이 중간층이 형성되었음을 확인할 수 있었다.Alumina (α-Al 2 O 3 - 3 ㎛ alpha (50 mm α-Al 2 O 3, OD:: 10 mm, L) if the dicyclopentadiene purification composite membrane for prepared in Example 1, the porous support It was coated with a first coating solution comprising zirconia sol was observed by FE-SEM in the intermediate layer (Fig. 4 (a) and (b)), porous alpha-) powder and a silica-alumina (α-Al 2 O 3 ) of alpha surface pore-alumina (α-Al 2 O 3) powder and the silica-was confirmed that filling the zirconia particles evenly, 150 nm alpha-alumina (α-Al 2 O 3) powder and the silica-zirconia sol (FIG. 4 (c) and FIG. 4 (d)). As a result, a 150 nm α-Al 2 O 3 powder And silica-zirconia particles were smoothly coated and the intermediate layer was formed without pinholes or cracks.

또한 상기 중간층 상부에 형성된 분리층의 FE-SEM을 관찰한 결과(도 5 (a)와 (b)), 저배율에서도 큰 핀홀이나 크랙 없이 보다 치밀한 표면을 가지는 분리층이 형성되었음을 확인할 수 있었다. 5 (a) and (b)). As a result, it was confirmed that the separation layer having a more dense surface without pinholes or cracks was formed even at a low magnification.

상기 실시예 1에서 다공성 지지체 위에 형성된 디사이클로펜타디엔 정제용 복합막의 두께는 10 ㎛임을 확인할 수 있었으며, EDS(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)로 성분을 분석한 결과, Si, C 및 Zr의 원소가 확인되었으며, 이를 통해 다공성 지지체 위에 실리카 분리층이 잘 코팅되었음을 알 수 있었다(도 6 참조).
It was confirmed that the composite membrane for purification of dicyclopentadiene formed on the porous support in Example 1 had a thickness of 10 μm. As a result of analyzing the components by EDS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy), the elements of Si, C and Zr Confirming that the silica separating layer was well coated on the porous support (see FIG. 6).

(실시예 2)(Example 2)

상기 실시예 1에 있어, 상기 분리층을 형성하는 단계의 열처리 온도가 300 ℃인 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여, 디사이클로펜타디엔 정제용 복합막을 제조하였다.A composite membrane for purification of dicyclopentadiene was prepared in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment temperature in the step of forming the separation layer was 300 캜.

상기 실시예 2에서 제조된 디사이클로펜타디엔 정제용 복합막의 경우, 기체투과 실험 결과로 보아 핀홀이나 크랙 없이 중간층이 형성되었음을 확인할 수 있었다(도 7 참조).
In the case of the composite membrane for purification of dicyclopentadiene prepared in Example 2, it was confirmed from the gas permeation test result that the intermediate layer was formed without pinholes or cracks (see FIG. 7).

(비교예 1)(Comparative Example 1)

3 ㎛ 알파-알루미나(α-Al2O3) 분말 2.0 g 을 물 98 ml에 고르게 분산한 후 다공성 알파-알루미나 지지체(α-Al2O3, O.D: 10 mm, L: 50 mm)를 5 초 동안 침지한 후 550 ℃에서 열처리하였다. 동일한 방법으로 5회 코팅을 실시하였다. 이후 150 nm 알파-알루미나(α-Al2O3) 분말 2.0 g 을 물 98 ml에 고르게 분산한 후 상기 코팅된 다공성 알파-알루미나 지지체를 5 초 동안 침지한 후 550 ℃에서 열처리하였다. 동일한 방법으로 코팅을 5회 실시하였다.A porous alum-alumina support (? -Al 2 O 3, OD: 10 mm, L: 50 mm) was prepared by dissolving 2.0 g of 3 탆 α-Al 2 O 3 powder in 98 ml of water, Lt; RTI ID = 0.0 > 550 C. < / RTI > Five times coating was carried out in the same manner. Then, 2.0 g of 150 nm alpha-alumina (? -Al 2 O 3 ) powder was evenly dispersed in 98 ml of water, and the coated porous alpha-alumina support was immersed for 5 seconds and then heat-treated at 550 ° C. The coating was carried out 5 times in the same manner.

상기 중간층이 형성된 다공성 알파-알루미나 지지체를 1.0 wt% TEDMDS solution(in EtOH)에 5 초 동안 침지한 후 300 ℃에서 열처리하였다. 동일한 방법으로 TEDMDS solution(in EtOH)을 10회 코팅을 실시하여 분리층을 형성하여, 디사이클로펜타디엔 정제용 복합막을 제조하였다.
The porous alpha-alumina support having the intermediate layer was immersed in a 1.0 wt% TEDMDS solution (in EtOH) for 5 seconds and then heat-treated at 300 ° C. A TEDMDS solution (in EtOH) was coated 10 times in the same manner to form a separation layer to prepare a composite membrane for purification of dicyclopentadiene.

상기 비교예 1에서 제조된 디사이클로펜타디엔 정제용 복합막의 경우, 3 ㎛ 알파-알루미나(α-Al2O3) 분말을 코팅한 후 FE-SEM을 관찰한 결과(도 3 (a)와 (b)) 및 150 nm 알파-알루미나(α-Al2O3) 분말을 코팅한 후 FE-SEM을 관찰한 결과(도 3 (c)와 (d))에서는 알파-알루미나 분말이 다공성 알파-알루미나(α-Al2O3)의 표면 기공을 고르게 메우고 있음을 확인할 수 있었다. 그러나 추가로 상기 제조예 1에서 제조한 실리카-지르코니아 졸을 코팅하였을 경우(도 3 (e)와 (f)), 핀홀과 크랙이 존재하는 균일하지 못한 코팅상태를 형성함을 확인할 수 있었다. In the case of the composite membrane for purification of dicyclopentadiene prepared in Comparative Example 1, FE-SEM was observed after coating 3 탆 α-Al 2 O 3 powder (FIGS. 3 (a) and 3 b)) and 150 nm of alpha-alumina (α-Al 2 O 3) was coated with the powder was observed with FE-SEM (Fig. 3 (alpha in c) and (d)) - alumina powder is porous alpha-alumina (α-Al 2 O 3 ) surface evenly. However, when the silica-zirconia sol prepared in Preparation Example 1 was coated (FIGS. 3 (e) and 3 (f)), it was confirmed that an uneven coating state including pinholes and cracks was formed.

이는 다공성 알파-알루미나(α-Al2O3) 표면에 단순히 물리적으로 분산된 알루미나 입자가 실리카-지르코니아 졸에 재분산되는 과정에서 일부 코팅층이 소실되어 크랙을 형성한 것으로 예상할 수 있다.
This porous alpha-can be expected to have been a part of the coating layer disappears in the process of being re-dispersed zirconia sol to form a crack-alumina (α-Al 2 O 3) of alumina particles simply physically distributed on the surface of the silica.

상기 실시예 1 및 실시예 2에서 제조된 디사이클로펜타디엔 정제용 복합막을 이용하여 기체 투과도 및 선택도를 확인하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.The gas permeability and selectivity were confirmed using the composite membrane for purification of dicyclopentadiene prepared in Example 1 and Example 2, and the results are shown in Table 1 below.

Figure 112014107716999-pat00001
Figure 112014107716999-pat00001

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 2차 열처리 온도에 따라 기체 투과도 가 조절될 수 있음을 확인할 수 있었으며, 이는 열처리 온도가 450 ℃일 경우, TEDMDS의 메틸 유기 기능기가 일부 분해되어 복합막의 기공 크기에 영향을 주어 보다 높은 기체 투과도를 가질 수 있으며, 이러한 고투과도를 가지는 복합막을 이용함으로써, 보다 빠른 시간 내에 목적하는 물질을 제거할 수 있는 경제적인 정제방법을 제공할 수 있다.
As shown in Table 1, it was confirmed that the gas permeability can be controlled according to the second heat treatment temperature. When the heat treatment temperature is 450 ° C., the methyl organic functional group of TEDMDS is partially decomposed to affect the pore size of the composite membrane Can be used to provide a higher gas permeability. By using a composite membrane having such a high permeability, it is possible to provide an economical purification method capable of removing a target material in a shorter time.

또한 상기 실시예 1, 2 및 비교예 1에서 제조된 디사이클로펜타디엔 정제용 복합막을 이용하여 투과증발 시험을 실시하였으며, 그 결과를 하기 표 2 및 도 7에 나타내었다.The pervaporation test was carried out using the composite membrane for purification of dicyclopentadiene prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, and the results are shown in Table 2 and FIG.

Figure 112014107716999-pat00002
Figure 112014107716999-pat00002

그 결과, 표 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 및 2에 따른 복합막은 비교예 1의 복합막에 비해 보다 우수한 투과도를 가짐을 확인할 수 있었다. 이에 본 발명에 따른 복합막은 고투과도를 가짐으로써, 빠른 시간 내에 고순도의 디사이클로펜타디엔을 수득할 수 있는 경제적인 방법일 수 있다.As a result, as shown in Table 2, it was confirmed that the composite membrane according to Examples 1 and 2 had better permeability than the composite membrane according to Comparative Example 1. Therefore, the composite membrane according to the present invention can be an economical method of obtaining high purity dicyclopentadiene in a short time by having a high transmittance.

Claims (10)

알루미나 분말과 실리카-지르코니아 졸을 함유하는 코팅용액을 제조하고, 상기 코팅용액에 다공성 지지체를 침지한 후 1차 열처리하여 중간층을 형성하는 단계; 및
상기 중간층이 형성된 다공성 지지체를 실리콘 전구체 용액에 침지한 후 2차 열처리하여 분리층을 형성하는 단계; 를 포함하고, 상기 중간층을 형성하는 단계는 평균 직경 1 내지 10 ㎛ 의 알루미나 분말을 함유하는 제1 코팅용액에 다공성 지지체를 침지한 후 열처리하고, 이로부터 수득된 생성물을 평균 직경 50 내지 500 nm 의 알루미나 분말을 함유하는 제2 코팅용액에 침지한 후 열처리하여, 다공성 지지체의 평균 공극을 제어하는 디사이클로펜타디엔 정제용 복합막의 제조방법.
Preparing a coating solution containing alumina powder and silica-zirconia sol, immersing the porous support in the coating solution, and then performing a first heat treatment to form an intermediate layer; And
Forming a separation layer by immersing the porous support having the intermediate layer in a silicon precursor solution and subjecting the porous support to a secondary heat treatment; Wherein the step of forming the intermediate layer comprises dipping the porous support in a first coating solution containing alumina powder having an average diameter of 1 to 10 mu m and then subjecting the resulting product to heat treatment to obtain an intermediate layer having an average diameter of 50 to 500 nm Wherein the porous support is immersed in a second coating solution containing alumina powder and then heat-treated to control an average pore size of the porous support.
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 중간층을 형성하는 단계는 제1 코팅용액을 이용하여 코팅하는 단계를 적어도 1회 이상 반복 수행한 후 제2 코팅용액을 이용하여 코팅하는 단계를 적어도 1회 이상 반복 수행하는 것인 디사이클로펜타디엔 정제용 복합막의 제조방법.
The method according to claim 1,
The step of forming the intermediate layer may include repeating at least one or more times of coating with the first coating solution and then coating with the second coating solution at least once or more. The dicyclopentadiene A method for producing a composite membrane for purification.
제 3항에 있어서,
상기 실리카-지르코니아 졸은 평균 직경이 50 내지 300 nm인 실리카-지르코니아 입자를 포함하는 것인 디사이클로펜타디엔 정제용 복합막의 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the silica-zirconia sol comprises silica-zirconia particles having an average diameter of 50 to 300 nm.
제 1항에 있어서,
상기 1차 열처리는 300 내지 800 ℃에서 수행되고, 상기 2차 열처리는 200 내지 500 ℃에서 수행되는 것인 디사이클로펜타디엔 정제용 복합막의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the first heat treatment is performed at 300 to 800 캜 and the second heat treatment is performed at 200 to 500 캜.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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