KR101689440B1 - 건식 중공사막, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 수처리 모듈 - Google Patents

건식 중공사막, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 수처리 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 건식 중공사막, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 수처리 모듈에 관한 것으로, 본 발명에 따른 수처리 모듈은 정전기 전압이 3 kV 이하인 건식 중공사막을 사용함으로써, 잔류물질의 양을 최소화하여 건식 중공사막의 충진율을 증가시키고, 이에 따라 중공사막 모듈의 제조 시간이 단축되어 작업성 및 생산성이 향상되는 효과가 있다.

Description

건식 중공사막, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 수처리 모듈{Dry Hollow Fiber Membrane, Preparation Method Thereof and Water Treatment Module Comprising The Same}
본 발명은 건식 중공사막, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 수처리 모듈에 관한 것이다.
막분리 기술은 분리막의 세공크기와 막표면 전하에 따라 처리수중에 존재하는 처리대상물질을 거의 완벽하게 분리하여 제거할 수 있는 고도의 분리기술로서 수처리 분야에서 양질의 음용수 및 공업용수의 생산, 하폐수의 고도처리 및 재이용, 그리고 무방류 시스템 개발과 관련된 청정생산공정 등 그 응용범위가 점차 확대되어 가고 있으며 21세기에 주목받게 될 핵심기술의 하나로서 자리잡고 있다.
그러나 수처리막이 상업성을 갖기 위해선 무엇보다도 우수한 투수도와 강한 내구성을 가져야 하는데 그 이유는 투수도가 낮게되면 여과수 생산성에 문제가 되며 내구성이 약하게 되면 수처리막의 잦은 교체로 인해 경제성이 떨어지게 된다. 이에 종래의 수처리막은 다양한 첨가제 도입 혹은 표면개질을 통한 친수화에 의해 상기한 문제점을 회피, 개선하기 위해 노력해왔다. 그러나 일반적으로 많이 사용되는 친수성고분자인 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌글리콜과 같은 친수성 첨가제는 비록 친수성 향상에 의한 투수도를 증가시킬수는 있으나 제조 후 깨끗이 수세하지 않을 경우 분리막 내부에 잔류하여 내구성을 저하시키는 요인이 되었다.
또한, 기존의 건식 수처리막은 표면에 정전기가 발생하기 쉬워 작업 중 공기 중의 먼지 및 이물 부착으로 인해 작업성이 떨어져 모듈 제작 시 작업 시간이 지연되는 문제가 있었다. 또한, 정전기로 인해 분리막의 집적도가 떨어져 충진율을 극대화 할 수 없는 단점이 있었다. 따라서, 상기 기존의 내구성 저하 및 정전기 발생으로 인한 작업성 저하 및 충진율 저하를 해결하기 위한 개발이 요구되는 실정이다.
대한민국공개특허 제10-2013-0078824호
본 발명은 수투과도가 뛰어날 뿐만 정전기 발생이 적은 건식 중공사막, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 수처리 모듈을 제공하고자 한다.
본 발명의 하나의 실시예에 따른 건식 중공사막은,
외부 표면층과 내부 표면층을 갖는 중공 구조이며,
정전기 전압이 3 kV 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나의 실시예에 따른 건식 중공사막의 제조방법은,
중공사막을 방사하는 단계;
방사된 중공사막을 수세하는 단계;
수세된 중공사막을 건조하는 단계; 및
건조된 중공사막을 컨디셔닝하는 단계를 포함하고,
상기 컨디셔닝 단계는 15 내지 40 ℃ 범위의 온도 및 25 내지 45%의 습도 조건에서 수행하며,
제조된 중공사막의 칼 피셔(Karl Fischer) 법으로 측정된 수분율이 1 내지 3%인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나의 실시예에 따른 수처리 모듈은,
상기 건식 중공사막을 포함하는 중공사막 모듈;
상기 중공사막 모듈이 삽입되는 하우징;
하우징의 일측에 형성되며 처리수가 유입되는 유입구; 및
하우징의 일측에 형성되고 여과수가 배출되는 유출구를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수처리 모듈은 정전기 전압이 3 kV 이하인 건식 중공사막을 사용함으로써, 잔류물질의 양을 최소화하여 건식 중공사막의 충진율을 증가시키고, 이에 따라 중공사막 모듈의 제조 시간이 단축되어 작업성 및 생산성이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 비교예에 따른 수처리 모듈의 포팅부 사진이다.
본 발명에서 "건식 중공사막"이란 중공사막을 방사하여 수세, 건조 및 컨디셔닝 등의 제조 단계를 통해 제조된 중공사막을 의미한다. 즉, 수처리 모듈 내에 고정되어 수처리를 위해 사용되지 이전의 상태를 의미한다. 이때, "건식"이란, 단순히 수처리에 사용되기 이전의 중공사막의 상태를 의미하는 것일 뿐, 수처리에 사용된 후의 젖은 중공사막을 배제하는 의미로 사용되지 않는다.
본 발명에서 "수투과도"란, 단위 면적에 일정 압력을 가하여 통과된 초순수의 양을 측정한 값을 의미한다.
본 발명에서 "비대칭 구조"란, 중공사의 내부 표면층의 임의의 지점과 그에 대응되는 외부 표면층의 지점 사이의 중간점을 기준으로, 외부 표면층 방향과 내부 표면층 방향으로 각각 형성된 기공들의 평균 사이즈 변화값이 상이한 것을 의미한다.
본 발명에서 "중량부"란, 각 성분간의 중량 비율을 의미한다.
본 발명에서 "건식 중공사막의 길이방량"이란, 건식 중공사막의 장축방향을 의미하며, 예를 들어 건식 중공사막이 방사되는 축방향을 의미할 수 있다.
본 발명에서 "수직"이란, 수학적 의미에서 90°뿐만 아니라 실질적으로 90°에 가까운 경우도 포함하며, 본 발명에서는 45 °이상인 경우를 지칭할 수 있다.
본 발명은 건식 중공사막, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 수처리 모듈에 관한 것으로, 상기 건식 중공사막의 하나의 예로서,
외부 표면층과 내부 표면층을 갖는 중공 구조이며,
표면층의 정전기 전압이 3 kV 이하인 건식 중공사막을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 건식 중공사막은, 중공환 형상을 갖는 중공 구조의 필터로서 기공이 형성되어 있는 외부 표면층과 내부 표면층을 갖는다. 여기서, 상기 외부 표면층과 내부 표면층에 형성된 기공의 크기는 서로 상이할 수 있다. 구체적으로, 외부 표면층에서 내부 표면층으로 갈수록 기공 사이즈가 증가되는 비대칭 구조를 가질 수 있으며, 이러한 기공의 비대칭 구조를 가짐으로써, 높은 기계적 강도와 우수한 수투과도를 동시에 구현할 수 있다.
이때, 상기 건식 중공사막 표면층의 정전기 전압은 3 kV 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 건식 중공사막의 정전기 전압은 0.1 내지 3 kV, 0 내지 3 kV, 0 내지 2 kV 또는 0 내지 1 kV 범위일 수 있다. 상기 범위 내의 정전기 전압을 갖는 건식 중공사막은 공기 중의 먼지 및 이물의 부착을 최소화함으로써 잔류물질의 양을 최소화하여, 수처리 모듈 제작 시 건식 중공사막의 충진율을 증가시키고, 파단율을 감소시키며, 이에 따라 중공사막 모듈의 제조 시간이 단축되어 작업성 및 생산성이 향상될 수 있다.
상기 건식 중공사막은 칼 피셔(Karl Fischer) 법으로 측정된 수분율이 1 내지 3%일 수 있다. 구체적으로, 상기 Karl Fischer 법이란, 화학반응을 기초로 하여, 기체, 액체 또는 고체 시료 중의 수분함량만을 선택적으로 측정하는 방법으로, 피셔 적정 장치를 사용하여, 정전압 분극 전압 적정법에 의해 측정한 것이다. 예를 들면, Mitsubishi 사의 Moisture meter CA-06 장치를 이용하여 측정할 수 있다. 측정 방법의 하나의 예로서, 증류수를 10 ㎕에 대하여 정칭(精秤)하고, 상기 증류수를 제거하기 위해서 필요한 시약 적정량에 의해, 칼피셔 시약 1 ml 당의 수분량(mg)을 산출한다. 그런 다음, 측정 시료를 100 내지 200 mg의 범위로 정칭하여, 측정 플라스크 내에서 충분히 분산시킨다. 분산 후, 측정을 개시하여, 적정에 필요한 칼피셔 시약의 적정량(ml)을 적산하여 하기 수학식 1 및 2에 의해 수분량 및　수분율을 산출하고, 그　수분율로 칼피셔　수분율을 나타낸 것이다.
[수학식 1]
수분량(mg) = 시약 소비량(ml)×시약 역가(reagent titer)(mg/ml)
[수학식 2]
수분율(%) = [수분량(mg)/시료양(mg)]×100
이때, 상기 건식 중공사막의 수분율은 1 내지 3%, 1 내지 2.5% 또는 1 내지 2%일 수 있다. 건식 중공사막의 수분율을 상기 범위 내로 조절함으로써, 건식 중공사막의 정전기 발생을 방지할 수 있으며, 수처리 모듈 포팅(potting) 시, 포팅부의 기포 발생을 최소화하여 건식 중공사막의 파단율을 감소시키며, 중공사막 모듈의 제조 시간이 단축되어 작업성 및 생산성을 향상시킬 수 있다.
상기 건식 중공사막은, 초순수에 대한 수투과도가 1000 내지 5000 LMH일 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 건식 중공사막에 대하여, KS K 3100 조건에 따른 초순수의 수투과도를 측정하였을 때, 상기 건식 중공사막은 1000 내지 4500 LMH, 2000 내지 4000 LMH 또는 1000 내지 3000 LMH의 유량을 구현할 수 있다.
본 발명에 따른 건식 중공사막은, 매트릭스 수지로서, 폴리설폰(polysulfone), 폴리이서설폰(polyethersulfone) 및 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidene fluoride)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 건식 중공사막은 상기 매트릭스 수지를 사용함으로써, 내열성이 우수하고, 적용되는 pH 범위가 넓으며 용매에 대한 용해도가 우수하여 방사원액(dope)의 조액이 용이한 장점을 가진다.
상기 건식 중공사막의 제조방법은 특별히 제한되지는 않지만, 예를 들어, 매트릭스 수지를 포함하는 방사원액, 및 내부 응고액을 이중 노즐을 통해서 방사하는 방사 단계; 노즐에서 방사된 방사원액 및 내부 응고액이 에어갭을 통해 수지의 결정화 및 수증기와 상전환을 거치는 상전환 단계; 및 용매 및 기공형성 수지가 비용매와 상전환을 이루어 기공을 형성하는 기공형성 단계를 통해 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 건식 중공사막은 내구성 및 수투과도가 뛰어나므로, 정밀 여과용, 한외 여과용 또는 나노 여과용 수처리에 적합하게 활용 가능하며, 정수, 중수 및 하수 등의 산업용 수처리, 가정용 수처리 등의 분야에서 용이하게 사용될 수 있다.
또한, 본 발명은 앞서 설명한 건식 중공사막의 제조방법을 제공할 수 있다. 상기 건식 중공사막의 제조방법의 하나의 예로서,
중공사막을 방사하는 단계;
방사된 중공사막을 수세하는 단계;
수세된 중공사막을 건조하는 단계; 및
건조된 중공사막을 컨디셔닝하는 단계를 포함하고,
상기 컨디셔닝 단계는 15 내지 40 ℃ 범위의 온도 및 25 내지 45%의 습도 조건에서 수행하며,
제조된 중공사막의 칼 피셔(Karl Fischer) 법으로 측정된 수분율이 1 내지 3%인 건식 중공사막의 제조방법을 제공할 수 있다.
상기 방사된 중공사막을 수세하는 단계는,
건식 중공사막의 길이방향의 축이 지면과 이루는 각이 30°이하가 되도록 위치시킨 상태에서 세정수를 이용하여 수세하는 수평수세단계; 및
건식 중공사막의 길이방향의 축이 지면과 이루는 각이 45°이상이 되도록 위치시킨 상태에서 세정수를 이용하여 수세하는 수직수세단계를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 조건에서 수평수세단계, 수직수세단계, 상온건조단계, 고온건조단계 및 컨디셔닝단계를 거쳐 제조된 수처리 모듈은 건식 중공사막에 잔존하는 불순물이 최소화되며, 이에 따라 수처리를 원활하게 하고, 건식 중공사막의 파단을 방지하며, 건식 중공사막의 우수한 충진율을 구현할 수 있다.
예를 들어, 수평수세단계는 건식 중공사막의 길이방향의 축이 지면과 이루는 각이 30°이하가 되도록 위치시킨 상태에서 수행될 수 있는데, 상기 건식 중공사막의 길이방향의 축이 지면과 이루는 각은, 구체적으로 건식 중공사막의 길이방향의 축이 지면과 이루는 가장 작은 각일 수 있으며, 상기 가장 작은 각은 수평일 수 있다.
이때, 상기 '건식 중공사막의 길이방향의 축이 지면과 이루는 각'은 건식 중공사막 길이방향의 중심선에서의 접선이 지면과 이루는 각의 평균값을 의미한다.
상기 수평수세단계는, 50 내지 90 ℃ 또는 60 내지 80 ℃의 온도범위의 세정수로 9 내지 15 시간 동안 수세하는 단계를 포함할 수 있다. 수평수세단계에서 상기 범위의 고온의 세정수로 상기 범위의 시간 동안 수세할 경우, 건식 중공사막의 손상 없이 내표면 및 외표면에 존재하는 불순물을 쉽게 제거할 수 있다.
상기 수직수세단계에서 건식 중공사막의 길이방향의 축이 지면과 이루는 각 또한, 구체적으로 건식 중공사막의 길이방향의 축이 지면과 이루는 가장 작은 각일 수 있다. 따라서, 본 발명의 수직수세단계는 건식 중공사막의 길이방향의 축이 지면과 이루는 각이 45°이상이 되도록 위치시킨 상태에서 수세하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 수직수세단계는, 건식 중공사막의 길이방향 축으로 세정수가 공급되어 수세하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 건식 중공사막을 세정하는 세정수가 건식 중공사막의 길이방향으로 공급되어 수세할 경우, 건식 중공사막 내표면 및 외표면의 수세가 용이하여, 내표면 뿐만 아니라 외표면의 불순물도 효과적으로 제거가 가능하다.
이때, 세정수가 공급되어 수세하는 단계에서, 건식 중공사막의 길이방향 축으로 공급되는 세정수에 압력을 가하는 과정과 압력을 가하지 않는 과정을 반복 수행하는 것을 포함할 수 있다. 구체적으로 압력을 가하는 과정은 대기압보다 높은 압력을 가압하는 것을 포괄하는 의미이고, 예를 들어, 1.5 atm 이상 또는 1.5 내지 10 atm 범위의 압력을 가압하는 것일 수 있다. 또한, 압력을 가하지 않는 과정은 압력을 가하는 과정보다 상대적으로 낮은 압력이 가해지는 것, 혹은 가해지던 압력을 제거하는 것을 포괄하며, 예를 들어, 0.5 내지 2 atm 또는 1 atm 이하의 압력 조건 혹은, 진공상태를 포함할 수 있다. 상기 범위의 압력을 가하는 과정과 압력을 가하지 않는 과정을 반복 수행할 경우, 건식 중공사막 내표면 및 외표면에 강하게 붙어있는 불순물의 수세 및 제거가 더욱 용이하게 된다.
경우에 따라, 상기 수직수세단계는, 50 내지 90 ℃ 의 온도범위의 세정수로 수세하는 제1 수직수세단계; 및 15 내지 40 ℃ 의 온도범위의 세정수로 수세하는 제2 수직수세단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 수세단계는 1 내지 10 분 동안 수행하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 제2 수세단계는1 내지 20 분 동안 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
구체적으로, 제1 수직수세단계를 수행하는 온도범위는 50 내지 90℃ 또는 60 내지 80 ℃ 범위일 수 있다. 또한, 제2 수직수세단계를 수행하는 온도범위는 상온일 수 있으며, 구체적으로는 15 내지 40 ℃ 또는 20 내지 30 ℃ 범위일 수 있다. 상기 수세단계에서 온도차 조절을 건식 중공사막 내표면 및 외표면의 불순물을 효과적으로 제공하여, 투수도 및 내구성이 향상된 수처리 모듈을 제공할 수 있다.
상기 수평수세단계 및 수직수세단계는, 세정수와 함께 기포를 혼합하여 수세하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 기포(air bubble)는 수평수세단계 및 수직수세단계에서 세정수와 혼합되어 사용됨으로써, 건식 중공사막의 세정력을 높여 불순물 제거에 효과적으로 작용할 수 있다.
본 발명에 따른 수처리 모듈 제조 시, 상기 수평수세단계 및 수직수세단계를 수행함으로써, 건식 중공사막 표면에 잔존하는 친수성 고분자, 용매 및 용매에 포함된 유기물 등의 불순물을 효과적으로 제거할 수 있다.
또한, 상기 수세된 중공사막을 건조하는 단계는,
15 내지 40 ℃ 범위의 상온에서 건조하는 상온건조단계; 및
50 내지 90 ℃ 범위의 고온에서 건조하는 고온건조단계를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 상온건조단계를 수행하는 온도범위는 구체적으로 15 내지 40 ℃ 또는 20 내지 30 ℃ 범위일 수 있다. 상기 상온건조단계를 통해, 건식 중공사막에 남아있는 불순물이 물과 함께 탈리되어 떨어지게 할 수 있다.
상기 고온건조단계를 수행하는 온도범위는 구체적으로 50 내지 90 ℃ 또는 60 내지 80 ℃ 범위일 수 있다. 상기 고온건조단계를 통해, 건식 중공사막에 남아있는 수분을 완전히 건조시킬 수 있다.
상기 상온건조단계 및 고온건조단계를 거치면서, 건식 중공사막의 수분율을 1 내지 3%로 제어함으로써, 건식 중공사막의 정전기 발생을 방지할 수 있다. 이를 통해, 건식 중공사막 내표면 및 외표면의 불순물을 효과적으로 제거하여, 투수도 및 내구성이 향상된 수처리 모듈을 제공할 수 있다.
상기 저온건조단계 및 고온건조단계에서 건식 중공사막의 길이방향의 축이 지면과 이루는 각이 45°이상이 되도록 위치시킨 상태에서 건조할 경우, 꼬여있던 건식 중공사막이 곧게 펴질 수 있게 하여, 수처리 시에 건식 중공사막이 파단되는 것을 방지하고, 하우징 내의 공간을 확보하여 건식 중공사막 충진율을 효과적으로 높일 수 있다.
이렇게 건조된 수처리 모듈은 약 60 내지 80℃의 드라이 룸에서 보관될 수 있다.
또한, 컨디셔닝 단계는, 15 내지 40 ℃ 범위의 온도 및 25 내지 45%의 습도 조건에서 수행함으로써 건식 중공사막 표면층의 정전기 전압을 0 kV에 가깝게 제어할 수 있으며, 이를 통해, 건식 중공사막 충진율을 효과적으로 높일 수 있다.
또한, 본 발명은 앞서 설명한 건식 중공사막을 포함하는 수처리 모듈을 제공할 수 있다. 상기 수처리 모듈의 하나의 예로서,
건식 중공사막을 포함하는 중공사막 모듈;
상기 중공사막 모듈이 삽입되는 하우징;
하우징의 일측에 형성되며 처리수가 유입되는 유입구; 및
하우징의 일측에 형성되고 여과수가 배출되는 유출구를 포함하는 수처리 모듈을 제공할 수 있다.
예를 들어, 상기 중공사막 모듈은, 중공사막 모듈의 일단 또는 양단을 고정하는 포팅부를 포함하며; 하우징의 일측 또는 양측에 위치하고, 유입구 및 유출구 중 어느 하나 이상이 형성된 하우징 캡을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 하우징 캡은 유체 연결 파이프가 결착되는 파이프 결착부가 형성된 형태일 수 있다. 또한, 상기 유체 연결 파이프는, 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 수처리 대상수 공급 라인, 공기 주입 라인, 정제수 배출 라인 및 농축수 배출 라인 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 수처리 모듈은, 건식 중공사막의 충진율이 50% 이상일 수 있다. 예를 들어, 상기 건식 중공사막의 충진율은 50 내지 65%, 52 내지 60% 또는 53 내지 56%일 수 있다. 구체적으로, 상기 수처리 모듈은 건식 중공사막을 수직으로 위치한 후 수직방향으로 수세하는 단계를 거쳐 제조됨으로써, 중공사막이 얽히게 되는 현상을 방지하여, 하우징 내부의 공간을 최대한으로 확보할 수 있으며, 이에 따라 건식 중공사막의 충진율을 높일 수 있다.
또한, 상기 수처리 모듈은 100 LMH의 유량으로 12 시간 여과 후 건식 중공사막 파단 검사를 실시하였을 때, 파단율이 0.1 % 미만일 수 있다. 상기 파단 검사는 육안으로 실시할 수 있다. 구체적으로, 상기 건식 중공사막에 잔존하는 불순물을 낮게 유지함으로써, 파단율이 상기 범위를 유지하게되며, 이에 따라 불량율이 최소화된 수처리 모듈을 제공할 수 있다.
구체적으로, 수처리 모듈의 제조방법을 설명하면, 벽면에 다수의 구멍들을 갖는 원통형의 하우징 내부에 복수의 상기 수세, 건조 및 컨디셔닝 처리된 건식 중공사막들이 수용되는 구조로 중공사막 모듈을 형성할 수 있다. 그런 다음, 건식 중공사막들은 그 상하의 양 단부가 개구된 상태로　포팅재에 의해 하우징의 내부에 고정될 수 있다. 그런 다음, 상기 하우징의 양측에 각각 유입구 및 유출구를 포함하는 하우징 캡을 형성하여 수처리 모듈을 제조할 수 있다.
이때, 중공사막 모듈은 복수의 중공사막의 단부에 있어서, 건식 중공사막 상호의 틈새를 폴리우레탄 조성물에 의해 포팅한 후, 해당 조성물을 경화시켜 건식 중공사막 상호 간의 틈새를 봉지함으로써 포팅부를 형성할 수 있다.
상기 포팅부 형성 단계는 40% 이하의 습도 조건에서 수행할 수 있다. 구체적으로, 상기 습도 조건은 20 내지 40% 또는 30 내지 40%일 수 있다. 상기 범위 내의 습도 조건에서 포팅부를 형성함으로써, 포팅부의 기포 발생을 방지할 수 있으며, 이를 통해, 수처리 모듈의 내구성을 향상시켜 모듈의 수명을 연장할 수 있다.
예를 들어, 상기 건식 중공사막들 사이의 평균 거리는 0.01 내지 50 mm 로 하는 것이 바람직하나 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 건식 중공사막이 가능한 조밀하게 배열되도록 해야 하지만, 이를 만족시키기 위해 막간 간격을 0.01 mm 이하로 지나치게 좁히면 중공사막 사이로 원수 및 공기의 유동이 어렵기 때문에 막간 폐색이 유발되기 쉽다. 또한, 50mm 이상으로 막간 간격을 넓히면 모듈의 건식 중공사막의 충진율이 떨어져 수처리 능력이 저하된다.
상기 수처리 모듈은 하우징, 하우징 내에 배치되는 중공사막 모듈 및 상기 중공사막 모듈의 일단 또는 양단을 접착 및 고정하는　포팅부 이외에, 상기 하우징의 상하부에 구성되는 상부 콜렉터 및 하부콜렉터와, 상기 중공사막의 막표면에 축적되는 오염물질의 제거를 위한 에어산기장치 등을 더 포함할 수 있다. 하나의 예로서, 이러한 중공사막 모듈에서의 여과 처리 과정을 살펴 보면, 외압에 의하여 원수가 중공사막의 외부로부터 내부로 여과되고, 여과된 처리수는 중공사막의 내부를 따라 상부 또는 하부 콜렉터로 수집된 후, 후처리 공정으로 배출되는 여과작용이 이루어질 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 3: 중공사막 제조
1) 중공사막 방사
하기 표 1의 조성으로 매트릭스 수지를 포함하는 방사원액 및 내부 응고액을 각각 제조하여 중공사막을 방사하였다. 이때, 표 1의 PES, PVP, PEG, 비용매 및 DMAc에 대한 함량은 중량부를 기준으로 나타낸 것이다.
성분 함량
방사원액 폴리이서설폰(PES) 20
폴리비닐피롤리돈(PVP) 5
폴리에틸렌글리콜(PEG) 19
비용매 6 (물)
다이메틸아세트아마이드(DMAc) 50
PEG 분자량(MW) 600
점도(cpa) 24,000
내부 응고액 DMAc/물의 함량(중량부) 80/20
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 제조된 방사원액은 20,000 내지 24,000 cps 범위의 점도를 유지하고 있음을 확인하였다. 그 후, 제조된 방사원액 및 내부 응고액을 하기의 방사 조건 하에서 이중 노즐로 방사하여 중공사막을 제조하였다.
·방사원액의 방사온도: 25℃
·내부 응고액의 방사온도: 50℃
·응고조의 온도: 50℃
·응고 시간: 5 분
·방사 속도: 20 m/분
2) 수세, 건조 및 컨디셔닝 처리
상기 방사된 중공사막에 대하여 수세, 건조 및 컨디셔닝 처리하엿다. 이때, 수세, 건조 및 컨디셔닝 조건은 하기 표 2에 기재하였다.
실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2 비교예 3
수세 수평 70℃/12h 70℃/12h 70℃/12h 70℃/12h 70℃/12h
수직 70℃/5min
25℃/10min		 70℃/5min
25℃/10min		 70℃/5min
25℃/10min		 70℃/5min
25℃/10min		 70℃/5min
25℃/10min
건조 상온(25℃) ○ ○ ○ ○ ○
고온(70℃) ○ ○ ○ ○ ×
컨디셔닝 온도 25℃ 25℃ × 25℃ 25℃
습도 40% 30% × 50% 40%
시간 2h 2h × 2h 2h
실험예 : 물성 측정
상기 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 3에서 수세, 건조 및 컨디셔닝된 중공사막에 대하여 수분율 및 정전기 전압을 측정하였다. 측정 조건은 하기에 기재하였으며, 그 결과는 하기 표 3에 나타내었다.
또한, 상기 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 중공사막을 벽면에 다수의 구멍들을 갖는 원통형의 하우징 내부에 수용하여 중공사막 모듈을 형성하였다. 그런 다음, 중공사막들의 양 단부를 폴리우레탄을 이용하여　포팅하였다. 그런 다음, 상기 하우징의 양측에 각각 유입구 및 유출구를 포함하는 하우징 캡을 형성하여 수처리 모듈을 제조하였다.
그런 다음, 제조된 수처리 모듈에 대하여 중공사막 충진율 및 포팅부의 기포 발생 여부를 육안으로 확인하였으며, 그 결과는 하기 표 4에 나타내었다.
1) 수분율(%)
각각의 중공사막에 대하여 상기 설명한 바와 같이, 칼 피셔 법으로 하기 수학식 1 및 2을 이용하여 수분율을 계산하였다.
[수학식 1]
수분량(mg) = 시약 소비량(ml)×시약 역가(reagent titer)(mg/ml)
[수학식 2]
수분율(%) = [수분량(mg)/시료양(mg)]×100
2) 정전기 전압( kV )
각각의 중공사막에 대하여 정전 전위 측정 장치(Statiron-DZ3)를 이용하여 중공사막 표면층의 정전기 전압을 측정하였다.
실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2 비교예 3
수분율(%) 1.7 1.4 0.7 3.5 4.3
정전기 전압(kV) 0 0.2 3.1 0 0
실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2 비교예 3
충진율(%) 55 54 40 55 55
기포 발생 여부 × × × ○ ○
상기 표 3 및 4를 참조하면, 컨디셔닝 단계를 수행하지 않은 비교예 1은 수분율이 1% 이하로 정전기가 과다 발생하였고, 컨디셔닝 습도 조건을 45% 이상으로 수행한 비교예 2는 수분율이 3% 이상으로 포팅 시 기포가 발생한 것을 확인할 수 있었으며, 70℃의 온도 조건의 건조 단계를 수행하지 않은 비교예 3은 컨디셔닝 단계를 수행하였지만 수분율이 4% 이상으로 포팅 시 기포가 발생한 것을 확인할 수 있었다.
이와 비교하여, 본 발명에 따른 제조 방법으로 제조한 실시예 1 내지 2는 수분율이 1 내지 3%로 제어되었고, 이로 인해 정전기 전압이 0 내지 0.2 kV로 거의 발생하지 않아, 포팅 시 기포가 발생하지 않았으며, 최대 55%의 충진율을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
구체적으로, 상기 비교예 2에 따른 기포 발생 여부는, 하기 도 1을 통해 확인할 수 있다. 도 1을 보면, 비교예 2에 따른 수처리 모듈의 포팅부 사진으로, 다량의 기포가 발생한 것을 확인할 수 있었다.

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 중공사막을 방사하는 단계;
    방사된 중공사막을 수세하는 단계;
    수세된 중공사막을 건조하는 단계; 및
    건조된 중공사막을 컨디셔닝하는 단계를 포함하고,
    상기 수세된 중공사막을 건조하는 단계는, 수세된 중공사막의 길이방향의 축이 지면과 이루는 각이 45°이상이 되도록 위치시킨 상태에서,
    15 내지 40 ℃ 범위의 상온에서 건조하는 상온건조단계; 및
    50 내지 90 ℃ 범위의 고온에서 건조하는 고온건조단계를 포함하며,
    상기 컨디셔닝 단계는 15 내지 40 ℃ 범위의 온도 및 25 내지 45%의 습도 조건에서 수행하며,
    제조된 중공사막의 칼 피셔(Karl Fischer) 법으로 측정된 수분율이 1 내지 3%인 건식 중공사막의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    방사된 중공사막을 수세하는 단계는,
    건식 중공사막의 길이방향의 축이 지면과 이루는 각이 30°이하가 되도록 위치시킨 상태에서 세정수를 이용하여 수세하는 수평수세단계; 및
    건식 중공사막의 길이방향의 축이 지면과 이루는 각이 45°이상이 되도록 위치시킨 상태에서 세정수를 이용하여 수세하는 수직수세단계를 포함하는 건식 중공사막의 제조방법.
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  11. 삭제
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