KR101726402B1 - Oil-water separation structure, method for preparing the same, oil-water separator, and oil-water separation method using the oil-water separator - Google Patents

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Abstract

유수분리 구조체 및 그 제조방법, 상기 유수분리 구조체를 포함하는 유수분리 장치, 및 상기 유수분리 장치를 이용한 유수분리방법이 제공된다. 상기 유수분리 구조체는 적어도 일 표면에 나노 패턴을 형성하는 복수개의 돌출부를 포함하는 다공성 기재; 및 상기 돌출부 중 적어도 일부의 단부에 배치된 무기 입자;를 포함한다. 상기 유수분리 구조체는 친수성 내지 초친수성 표면 특성을 가짐으로써, 물과 기름 중 물은 선택적으로 통과시키고, 기름을 용이하게 분리하여 수거해 낼 수 있다. 상기 유수분리 구조체는 제조공정이 친환경적이고, 대면적화가 가능하다. 상기 유수분리 구조체를 포함하는 유수분리 장치는 반복 사용이 가능하여 추가적인 환경오염을 방지할 수 있다.There is provided an oil water separating structure and a method of manufacturing the same, a oil water separating apparatus including the oil water separating structure, and a method of separating oil water using the oil water separating apparatus. Wherein the oil water separating structure comprises a porous substrate including a plurality of protrusions that form a nano pattern on at least one surface thereof; And inorganic particles disposed on ends of at least a part of the projections. The oil-water separating structure has hydrophilic to superhydrophilic surface properties, so that water in water and oil can be selectively passed through and oil can be easily separated and collected. The oil water separating structure is eco-friendly and can be made large in area. The oil water separating apparatus including the oil water separating structure can be used repeatedly to prevent further environmental pollution.

Description

유수분리 구조체 및 그 제조방법, 유수분리 장치, 및 상기 유수분리 장치를 이용한 유수분리방법 {Oil-water separation structure, method for preparing the same, oil-water separator, and oil-water separation method using the oil-water separator}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an oil-water separation structure, a method for manufacturing the oil-water separation structure, a water-oil separator, and a method for separating oil from water using the oil- water separator}

표면에 나노 패턴 구조를 유수분리 구조체 및 그 제조방법, 상기 유수분리 구조체를 포함하는 유수분리 장치, 및 상기 유수분리 장치를 이용한 유수분리방법에 관한 것이다.The present invention relates to an oil-water separating structure for a nano-pattern structure on a surface thereof, a manufacturing method thereof, a water-oil separating apparatus including the water-oil separating structure, and an oil-water separating method using the oil-water separating apparatus.

기름이 유출된 강이나 바다에서 기름을 제거하는 기술은, 표면의 친수성과 소수성과 같은 표면에너지를 조절함으로써, 유출된 기름을 물에서부터 분리하여 제거하는 방법을 이용하고 있다. Techniques for removing oil from oil spills in rivers or oceans use a method of separating and removing spilled oil from water by controlling surface energy such as hydrophilicity and hydrophobicity of the surface.

기름과 물을 분리하는 기술(이하 유수분리 기술)은 크게 두 가지로 분류될 수 있다. 그 중 하나는 표면에너지가 낮은 초소수성이면서 초친유성의 필터를 이용하여 기름은 통과시키고 물은 거르는 방법이고, 또 다른 하나는 표면에너지가 높은 친수성 혹은 초친수성 필터를 이용하여 물은 통과시키고 필터 사이에 형성된 수막에 의해 기름은 통과시키지 않는 방법이다. 물과 기름으로부터 기름을 선택적으로 분리해 내어 수거하기 위해서는 후자의 기술이 적용된 필터를 이용하는 것이 용이하다. 이를 위해서 필터를 친수화 하는 기술이 필요하다. The technology for separating oil and water (hereinafter referred to as oil separation technology) can be roughly classified into two types. One of them is a method of passing oil and filtering water using a super-hydrophobic oil filter having a low surface energy, and the other is a method of passing water through a hydrophilic or super hydrophilic filter having a high surface energy, Which does not allow the oil to pass through. It is easy to use filters of the latter technique for selectively separating and collecting oil from water and oil. For this purpose, a technique for hydrophilizing the filter is required.

재료 표면에 친수성 내지 초친수성 표면을 형성시키는 방법으로는 습식 식각 (wet etching), UV 처리 또는 플라즈마/이온 처리 등이 이용될 수 있다. 특히, 표면의 거칠기를 증가시키고, 친수성 성질을 가진 재료를 이용하여 표면의 화학적 성질을 조절하면, 친수 또는 초친수 표면을 얻을 수 있다고 알려져 있다.As a method of forming a hydrophilic or superhydrophilic surface on the surface of a material, wet etching, UV treatment or plasma / ion treatment may be used. Particularly, it is known that a hydrophilic or super hydrophilic surface can be obtained by increasing the roughness of the surface and adjusting the chemical properties of the surface using a material having hydrophilic properties.

그러나, 다양한 소재 및 박막 표면에서 이러한 친수 특성을 구현하려는 시도가 이루어지고 있지만, 일반 물질의 표면에 형성된 친수성은 시간이 지남에 따라서 쉽게 사라지는 단점이 있다. 이는, 친수 표면의 표면에너지가 상대적으로 높아서, 표면에너지를 낮추기 위하여 공기 중의 물 분자 또는 탄화수소와 같은 미세 입자와 쉽게 결합하려는 경향을 가지게 되고, 이러한 결합이 이루어지면 표면에너지가 낮아지면서 친수성이 상실되기 때문이다. 종래에 알려져 있는 방법에 의한 대부분의 친수 또는 초친수 처리는 수 시간 또는 수 일 내에 효과가 상실되므로, 친수 또는 초친수 특성이 오랫동안 유지되도록 하는 연구가 다양하게 진행되고 있다. 또한, 친수 또는 초친수 표면을 제조함에 있어서 대면적화나 대량 생산 또한 요구된다. However, attempts have been made to realize such hydrophilic properties on various materials and thin film surfaces, but the hydrophilicity formed on the surface of general materials has a disadvantage that they disappear easily over time. This is because the surface energy of the hydrophilic surface is relatively high, so that it tends to easily bond with fine particles such as water molecules or hydrocarbons in the air in order to lower the surface energy. When such bonding is performed, the surface energy is lowered and hydrophilicity is lost Because. Most of the hydrophilic or super-hydrophilic treatments by the methods known in the art lose their effects within a few hours or several days, and therefore various studies have been made to maintain the hydrophilic or super-hydrophilic properties for a long time. In addition, large area and mass production are also required in producing a hydrophilic or super hydrophilic surface.

한편, 산업이 고도화됨에 따라 환경 문제가 크게 부각되고, 유수분리, 해수담수화와 같이 혼합물로부터 특정 물질을 분리 및/또는 제거하기 위한 소재에 대한 연구가 지속적으로 증가하고 있다. 또한, 최근 대두되고 있는 원유 유출사고 발생시 원유를 1차적으로 회수해야 하고 회수된 원유를 재사용할 수 있으며 회수 과정에서 발생하는 2차 환경 오염을 유발하지 않는 유수 분리 기법을 위한 많은 연구가 진행되고 있다.On the other hand, as the industry becomes more sophisticated, environmental problems become more significant, and researches on materials for separating and / or removing specific substances from a mixture such as oil separation and seawater desalination are continuously increasing. In addition, a lot of research is being conducted for the oil separation technique which can recover the crude oil firstly, recycle the recovered crude oil, and does not cause the secondary environmental pollution that occurs during the recovery process .

따라서, 제조공정이 친환경적이고, 내구성이 뛰어난 대면적의 유수분리 구조체에 대한 개발이 필요하다.Therefore, it is necessary to develop a large-scale water-oil separating structure that is environment-friendly and has excellent durability in the manufacturing process.

본 발명의 일 측면은 대면적화가 가능하고 내구성이 향상된 유수분리 구조체를 제공하는 것이다.One aspect of the present invention is to provide a water separation structure that can be made large in area and has improved durability.

본 발명의 다른 측면은 상기 유수분리 구조체를 포함하는 유수분리 장치를 제공하는 것이다.Another aspect of the present invention is to provide a water separation apparatus including the water separation structure.

본 발명의 또 다른 측면은 상기 유수분리 구조체의 제조방법을 제공하는 것이다.Another aspect of the present invention is to provide a method of manufacturing the oil water separating structure.

본 발명의 또 다른 측면은 상기 유수분리 장치를 이용한 유수분리방법을 제공하는 것이다. Another aspect of the present invention is to provide a water separation method using the water separation apparatus.

상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에서는, According to an aspect of the present invention,

적어도 일 표면에 나노 패턴을 형성하는 복수개의 돌출부를 포함하는 다공성 기재; 및A porous substrate comprising a plurality of protrusions that form a nanopattern on at least one surface; And

상기 돌출부 중 적어도 일부의 단부에 배치된 무기 입자;An inorganic particle disposed at an end of at least a part of the projecting portion;

를 포함하는 유수분리 구조체가 제공된다.Is provided.

일 실시예에 따르면, 상기 기재는 부직포, 직물, 또는 망 형태일 수 있다.According to one embodiment, the substrate may be non-woven, woven, or net-like.

일 실시예에 따르면, 상기 기재는 곡면 형상을 가지며, 상기 나노 패턴이 적어도 상기 곡면 형상의 오목한 면에 형성될 수 있다.According to one embodiment, the substrate has a curved shape, and the nanopattern may be formed on at least the concave surface of the curved shape.

일 실시예에 따르면, 상기 기재는 플라스틱, 섬유, 유리, 금속, 세라믹, 및 탄소계 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.According to one embodiment, the substrate may comprise at least one of plastic, fiber, glass, metal, ceramic, and carbon-based materials.

일 실시예에 따르면, 상기 돌출부는 나노 헤어(nano-hair), 나노 섬유(nan-fiber), 나노 필라(nano-pillar), 나노 로드(nano-rod) 또는 나노 와이어(nano-wire) 형태일 수 있다.According to one embodiment, the protrusion may be in the form of a nano-hair, a nan-fiber, a nano-pillar, a nano-rod or a nano-wire. .

일 실시예에 따르면, 상기 무기 입자는, Ti, Cu, Au, Ag, Cr, Pt, Fe, Al, Si, 이들의 합금, 및 이들의 산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 무기 입자는 TiO2를 포함할 수 있다.According to one embodiment, the inorganic particles may include at least one of Ti, Cu, Au, Ag, Cr, Pt, Fe, Al, Si, alloys thereof, and oxides thereof. For example, the inorganic particles may include TiO 2.

일 실시예에 따르면, 상기 유수분리 구조체는 공기중 물에 대한 접촉각이 20° 이하이고, 수중 기름에 대한 접촉각이 140° 이상일 수 있다.According to an embodiment, the oil-water separating structure may have a contact angle with respect to water in the air of 20 ° or less and a contact angle with respect to oil underwater of 140 ° or more.

본 발명의 다른 측면에서는, 상기 유수분리 구조체를 포함하는 유수분리 장치가 제공된다.In another aspect of the present invention, there is provided a water separation apparatus including the water separation structure.

일 실시예에 따르면, 상기 유수분리 장치는 상기 유수분리 구조체 및 이를 고정하는 지지 프레임을 포함하는 뜰채일 수 있다. 상기 뜰채는 물과 기름 중 물에서 기름만을 떠낼 수 있다. According to an embodiment, the water-oil separating apparatus may be a sinker including the oil water separating structure and a support frame for fixing the oil water separating structure. The honeycomb can only emit oil from water and oil.

일 실시예에 따르면, 상기 유수분리 구조체는 오일펜스에 적용될 수 있다.According to one embodiment, the oil water separating structure can be applied to an oil fence.

본 발명의 또 다른 측면에서는,In another aspect of the present invention,

다공성 기재를 준비하는 단계;Preparing a porous substrate;

금속 망 구조체를 상기 기재의 상방에 위치시키는 단계; 및Positioning a metal mesh structure above the substrate; And

상기 금속 망 구조체가 위치한 상기 기재를 플라즈마 처리하는 단계;Plasma processing the substrate on which the metal mesh structure is located;

를 포함하는 유수분리 구조체의 제조방법이 제공된다.Wherein the oil separating structure is formed by a method comprising the steps of:

일 실시예에 따르면, 상기 기재는 부직포, 직물, 또는 망 형태일 수 있다.According to one embodiment, the substrate may be non-woven, woven, or net-like.

일 실시예에 따르면, 상기 기재는 플라스틱, 섬유, 유리, 금속, 세라믹, 및 탄소계 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.According to one embodiment, the substrate may comprise at least one of plastic, fiber, glass, metal, ceramic, and carbon-based materials.

일 실시예에 따르면, 상기 상기 금속 망 구조체는 Ti, Cu, Au, Ag, Cr, Pt, Fe, Al, Si, 이들의 합금, 및 이들의 산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the metal mesh structure may include at least one of Ti, Cu, Au, Ag, Cr, Pt, Fe, Al, Si, alloys thereof, and oxides thereof.

일 실시예에 따르면, 상기 금속 망 구조체는 상기 기재의 상방에 20mm 이하의 간격을 두고 위치시킬 수 있다. According to one embodiment, the metal net structure may be positioned above the substrate with an interval of 20 mm or less.

일 실시예에 따르면, 상기 플라즈마 처리 단계는,According to one embodiment, the plasma processing step comprises:

플라즈마 처리를 통하여, 상기 금속 망 구조체로부터 발생된 금속 또는 금속 산화물 무기 입자를 상기 기재 표면에 증착하는 단계; 및Depositing metal or metal oxide inorganic particles generated from the metal mesh structure on the substrate surface through a plasma treatment; And

플라즈마 처리를 통하여, 상기 기재 표면에서 상기 금속 또는 금속 산화물 무기 입자가 증착된 부분 이외의 나머지 부분을 식각하는 단계;를 포함할 수 있다.And etching the remaining portion of the substrate other than the portion on which the metal or metal oxide inorganic particles are deposited through the plasma treatment.

상기 증착 단계 및 식각 단계는 동일한 플라즈마 처리 조건에서 동시에 수행될 수 있다.The deposition step and the etching step may be performed simultaneously under the same plasma processing conditions.

일 실시예에 따르면, 상기 플라즈마 처리는 O2, CF4, Ar, N2, 및 H2 중 선택된 1종 이상의 가스를 이용하여 행해질 수 있다.According to one embodiment, the plasma treatment may be performed using at least one gas selected from O 2 , CF 4 , Ar, N 2 , and H 2 .

일 실시예에 따르면, 상기 금속 망 구조체는 Ti를 포함하고, 상기 플라즈마 처리는 O2 가스를 이용하여 수행될 수 있다.According to one embodiment, the metal mesh structure includes Ti, and the plasma treatment may be performed using O 2 gas.

일 실시예에 따르면, 상기 플라즈마 처리는 -100V 내지 -1000V의 전압 범위에서, 1 내지 1000 mTorr의 압력에서 10초 내지 5시간 동안 수행될 수 있다. According to one embodiment, the plasma treatment may be carried out at a voltage of -100 V to -1000 V, at a pressure of 1 to 1000 mTorr for 10 seconds to 5 hours.

본 발명의 또 다른 측면에서는, 유수분리 장치를 이용하여, 물과 기름 중 물을 선택적으로 통과시키고 기름을 수거하는 단계를 포함하는 유수분리방법이 제공된다. In another aspect of the present invention, there is provided an oil-water separation method comprising selectively passing water in water and oil and collecting oil using a water-oil separator.

일 실시예에 따르면, 상기 유수분리 장치를 사용하기 전에, 상기 유수분리 장치를 물에 적시는 전처리 단계를 더 포함할 수 있다.According to one embodiment, before using the oil-water separating apparatus, the oil-water separating apparatus may further include a pretreatment step of wetting the oil-water separating apparatus with water.

일 실시예에 따르면, 상기 기름 수거 후, 상기 유수분리 장치를 UV 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to one embodiment, after the oil collection, the oil separation apparatus may further include UV treatment.

일 측면에 따른 상기 유수분리 구조체는 친수성 내지 초친수성 표면 특성을 가짐으로써, 물과 기름 중 물은 선택적으로 통과시키고, 기름을 용이하게 분리하여 수거해 낼 수 있다. 상기 유수분리 구조체는 제조공정이 친환경적이고, 대면적화가 가능하다. 상기 유수분리 구조체를 포함하는 유수분리 장치는 반복 사용이 가능하여 추가적인 환경오염을 방지할 수 있다. The oil water separating structure according to one aspect has hydrophilic to superhydrophilic surface properties so that water in water and oil can be selectively passed through and the oil can be easily separated and collected. The oil water separating structure is eco-friendly and can be made large in area. The oil water separating apparatus including the oil water separating structure can be used repeatedly to prevent further environmental pollution.

도 1은 일 실시예에 따른 유수분리 구조체의 단면 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 유수분리 구조체의 제조방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 유수분리 구조체의 제조방법을 단계적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 뜰채의 외관을 도시한 사시도이다.
도 5는 도 4의 뜰채의 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6은 실시예 1에서 산소 플라즈마 처리 시간에 따른 나노 패턴의 형성 과정을 단계별로 보여주는 주사전자현미경 (Scanning Electron Microscope, SEM) 사진이다.
도 7은 비교예 1 및 실시예 1에서 제조한 유수분리 구조체의 표면 성분을 광전자 분광기 (X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)를 이용하여 분석한 결과이다.
도 8a는 비교예 1 및 실시예 1에서 제조한 유수분리 구조체의 물에 대한 젖음성을 관찰한 비교 사진이다.
도 8b는 비교예 1 및 실시예 1에서 제조한 유수분리 구조체의 플라즈마 처리 시간에 따른 물에 대한 접촉각을 측정한 그래프이다.
도 9a는 비교예 1 및 실시예 1에서 제조한 유수분리 구조체의 공기중에서 기름에 대한 젖음성을 관찰한 비교 사진이다.
도 9b는 비교예 1 및 실시예 1에서 제조한 유수분리 구조체의 물 속에서 기름에 대한 젖음성을 관찰한 비교 사진이다.
도 9c는 비교예 1 및 실시예 1에서 제조한 유수분리 구조체의 플라즈마 처리 시간에 따른 기름에 대한 접촉각을 측정한 그래프이다.
도 10은 비교예 1에서 사용한 일반 부직포((a) 플라즈마 처리 전) 및 실시예 1에서 제조한 유수분리 구조체((b) 플라즈마 처리 후)를 이용한 뜰채의 유수분리 개념을 보여주는 도면이다.
도 11a는 비교예 1에서 사용한 일반 부직포((a) 플라즈마 처리 전)를 이용한 뜰채의 유수분리 효과를 보여주는 사진이다.
도 11b는 실시예 1에서 제조한 유수분리 구조체((b) 플라즈마 처리 후)를 이용한 뜰채의 유수분리 효과를 보여주는 사진이다.
1 is a schematic view showing a cross-sectional structure of a water separation structure according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic view for explaining a method of manufacturing a water separation structure according to an embodiment.
FIG. 3 is a view showing a stepwise production method of a water separation structure according to an embodiment.
FIG. 4 is a perspective view showing an appearance of an embossed pattern according to an embodiment of the present invention. FIG.
5 is a cross-sectional view schematically showing a cross section of the yard of Fig.
6 is a Scanning Electron Microscope (SEM) image showing a stepwise process of forming a nanopattern according to oxygen plasma treatment time in Example 1. FIG.
FIG. 7 shows the results of analysis of surface components of the water-oil separating structure prepared in Comparative Example 1 and Example 1 using an X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).
8A is a comparative photograph showing wettability of the oil-water separating structure manufactured in Comparative Example 1 and Example 1 with respect to water.
FIG. 8B is a graph showing contact angles of water with respect to water according to plasma treatment time of the oil-water separation structure manufactured in Comparative Example 1 and Example 1. FIG.
9A is a photograph showing wettability of oil-water separating structure manufactured in Comparative Example 1 and Example 1 with respect to oil in air.
9B is a comparative photograph showing wettability of oil-water separating structure manufactured in Comparative Example 1 and Example 1 with respect to oil in water.
FIG. 9c is a graph showing contact angles of oil-water separating structure manufactured in Comparative Example 1 and Example 1 with respect to oil according to plasma treatment time. FIG.
10 is a view showing the concept of oil-water separation using a general nonwoven fabric (before (a) plasma treatment) used in Comparative Example 1 and an oil water separation structure (after (b) plasma treatment) prepared in Example 1. Fig.
11A is a photograph showing the oil-water separating effect of the honeycomb using the general nonwoven fabric used in Comparative Example 1 (before (a) plasma treatment).
Fig. 11B is a photograph showing the oil separation effect of the honeycomb using the oil water separating structure manufactured in Example 1 ((b) after plasma treatment).

이하, 도면을 참조하여 일 구현예에 따른 유수분리 구조체 및 그 제조방법, 상기 유수분리 구조체를 포함하는 유수분리 장치, 및 상기 유수분리 장치를 이용한 유수분리방법에 대해 상세히 설명하고자 한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in detail with reference to the drawings, with reference to the accompanying drawings, in which: Fig. 1 is a perspective view of a water separation structure according to an embodiment of the present invention;

일 측면에 따른 유수분리 구조체는, According to one aspect of the present invention,

적어도 일 표면에 나노 패턴을 형성하는 복수개의 돌출부를 포함하는 다공성 기재; 및A porous substrate comprising a plurality of protrusions that form a nanopattern on at least one surface; And

상기 돌출부 중 적어도 일부의 단부에 배치된 무기 입자;를 포함한다.And inorganic particles disposed on ends of at least a part of the projections.

도 1은 일 실시예에 따른 유수분리 구조체의 단면 구조를 개략적으로 나타낸 것이다. 도 1에서 보는 바와 같이, 복수개의 나노 사이즈를 갖는 돌출부(4a)가 균일한 간격으로 반복되면서 기재(1) 표면의 전면에 걸쳐 균일한 나노 패턴을 형성할 수 있으며, 돌출부(4a)의 단부에는 무기 입자(3)가 배치된다.1 schematically shows a sectional structure of a water separation structure according to an embodiment. As shown in FIG. 1, protrusions 4a having a plurality of nano sizes are repeated at uniform intervals to form a uniform nano pattern over the entire surface of the base material 1, and at the end of the protrusion 4a The inorganic particles 3 are disposed.

상기 기재(1)는 평면 또는 곡면 형상을 가질 수 있다. 상기 기재(1)가 곡면 형상을 가지는 경우, 상기 나노 패턴이 적어도 상기 곡면 형상의 오목한 면에 형성될 수 있다. 상기 기재(1)가 곡면 형상을 가지는 경우, 물과 기름 중 물을 선택적으로 통과시키고 기름만을 수거하는데 있어서, 휘발성이 강한 기름을 곡면 안쪽으로 모아 주어 기름의 증발이 일어날 표면적을 감소시킬 수 있으므로, 기름의 수거 효율을 향상시킬 수 있다.The substrate 1 may have a flat or curved shape. When the base material 1 has a curved shape, the nanopattern may be formed on at least the concave surface of the curved shape. In the case where the substrate 1 has a curved surface shape, since the volatile oil is collected inside the curved surface to selectively pass the water in the water and the oil and collect only the oil, the surface area where the oil evaporates can be reduced, The collection efficiency of the oil can be improved.

상기 기재(1)는 크기에 제한을 받지 않으며, 예를 들어 면적이 100 cm2 이상일 수 있다. 상기 기재(1)는 예를 들어 10 cm X 10 cm 이상의 대면적을 가질 수 있다. 상기 기재(1)의 두께는 제한되지 않는다.The substrate 1 is not limited in size and may have an area of, for example, 100 cm 2 or more. The substrate 1 may have a large area of, for example, 10 cm X 10 cm or more. The thickness of the substrate 1 is not limited.

상기 기재(1)는 물이 통과할 수 있는 구멍을 가진 다공질 또는 망상 구조체라면 그 형태에 제한이 없다. 상기 기재(1)는 예를 들어, 부직포, 직포, 또는 망 형태일 수 있다. 상기 기재(1)가 섬유 재질인 경우, 부직포 형태인 것이 바람직할 수 있다. 상기 기재(1)가 일정 수준 이상의 강도를 갖는 재질인 경우, 망 형태나 직포 형태도 가능하다. 망 형태의 기재(1)는 예를 들어 10 내지 500 메쉬(mesh)의 그물망 형태일 수 있다. 상기 메쉬 범위에서 물은 빠져나가고, 기름만 선택적으로 걸러낼 수 있다. 그물망이 500메쉬를 초과하면 메쉬 크기가 과도하게 작아 물이 빠져나가는 속도가 현저히 떨어져 유수분리 효율에 문제가 생길 수 있고, 10메쉬 미만이면 메쉬 크기가 과도하게 커서 기름까지 빠져나갈 염려가 있다. The base material (1) is not limited in its shape as long as it is a porous or network structure having holes through which water can pass. The substrate 1 may be, for example, non-woven, woven, or net-like. When the base material 1 is a fiber material, it may be preferable that it is in the form of a nonwoven fabric. When the base material 1 is a material having a certain level of strength or more, it may be in a net form or a woven form. The net-like substrate 1 may be in the form of a mesh of, for example, 10 to 500 mesh. The water escapes in the mesh range, and only the oil can be filtered selectively. If the mesh is larger than 500 mesh, the mesh size is excessively small and the speed at which the water escapes may be significantly lowered, which may cause a problem in the efficiency of water separation. If the mesh size is too small, the mesh may be excessively large.

상기 기재(1)는 이를 이루는 소재로서, 플라스틱, 섬유, 유리, 금속, 세라믹, 및 탄소계 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The base material 1 may include at least one of plastic, fiber, glass, metal, ceramic, and carbon-based material.

상기 플라스틱은 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 이들의 공중합체, 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The plastic is not particularly limited and may include at least one of, for example, polypropylene, polyethylene terephthalate, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, copolymers thereof, and combinations thereof.

상기 섬유는 천연섬유, 인조섬유 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 천연섬유로는 예를 들어, 면, 마, 모, 견, 석면 섬유, 이들의 조합 등을 사용할 수 있다. 상기 인조섬유로는 예를 들어, i) 레이온, 모달, 텐셀, 리오셀, 폴리노직 등의 재생섬유; ii) 아세테이트, 트리아세테이트 등의 반합성섬유; iii) 나일론, 노멕스, 케블라 등의 폴리아미드계, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀계, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등의 폴리에스테르계, 아크릴, 폴리(메타)아크릴레이트계, 폴리비닐알콜(PVA), 폴리우레탄, 폴리염화비밀(PVC), 폴리염화비닐리덴(PVDC), 폴리스티렌 등의 합성섬유; 및 유리섬유 등의 무기섬유 등을 사용할 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다. The fibers may comprise natural fibers, artificial fibers or combinations thereof. As the natural fibers, for example, cotton, hemp, wool, asbestos fibers, combinations thereof, and the like can be used. The man-made fibers include, for example, i) regenerated fibers such as rayon, modal, tencel, lyocell and polynosic; ii) semi-synthetic fibers such as acetate and triacetate; iii) polyamides such as nylon, Nomex and Kevlar, polyolefins such as polyethylene and polypropylene, polyesters such as polyethylene terephthalate, acrylics, poly (meth) acrylates, polyvinyl alcohol (PVA) Synthetic fibers such as urethane, polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene chloride (PVDC), and polystyrene; And inorganic fibers such as glass fibers, but are not limited thereto.

상기 금속은 철(Fe), 알루미늄(Al), 스테인레스 강(stainless steel), 구리(Cu), 백금(Pt), 금(Au), 은 (Ag), 티타늄(Ti), 실리콘 (Si), 또는 이들의 합금일 수 있으며, 이들의 조합을 포함할 수 있다.The metal may be at least one selected from the group consisting of Fe, Al, stainless steel, Cu, Pt, Au, Ag, Ti, Or alloys thereof, or a combination of these.

상기 탄소계 물질은 흑연, 탄소 섬유, 다이아몬드, 그래핀, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The carbon-based material may include graphite, carbon fiber, diamond, graphene, or a combination thereof.

이러한 다공성 기재(1)의 적어도 일 표면에는 나노 패턴을 형성하는 복수개의 돌출부(4a)를 포함한다. 상기 돌출부(4a)는 직경이 1 내지 100nm 범위이고, 길이가 1 내지 10,000nm 범위이며, 종횡비가 1 내지 50 일 수 있다. 상기 돌출부는 나노 헤어(nano-hair), 나노 섬유(nan-fiber), 나노 필라(nano-pillar), 나노 로드(nano-rod) 또는 나노 와이어(nano-wire)와 같은 형태이며, 기재(1) 표면에 나노 패턴을 형성한다. 상기 나노 패턴은 후술할 제조 방법에 의하면, 대면적의 기재 표면에도 균일하게 형성될 수 있다.At least one surface of the porous substrate 1 includes a plurality of protrusions 4a that form a nanopattern. The protrusions 4a may have a diameter in the range of 1 to 100 nm, a length in the range of 1 to 10,000 nm, and an aspect ratio in the range of 1 to 50. The protrusion may be in the form of a nano-hair, a nan-fiber, a nano-pillar, a nano-rod or a nano-wire, ) To form a nanopattern on the surface. According to the manufacturing method described below, the nanopattern can be uniformly formed on the substrate surface of a large area.

상기 돌출부(4a)의 적어도 일부의 단부에는 무기 입자(3)가 배치된다. 상기 무기 입자(3)는 복수개가 뭉쳐져서 클러스터를 형성할 수 있다. 또한, 거의 대부분의 또는 모든 돌출부(4a) 단부에 무기 입자(3)가 배치될 수도 있지만, 후술하는 제조방법에서 플라즈마 처리에 의한 식각 공정에서 일부 무기 입자(3)가 깎여 떨어져 나갈 수 있으므로, 모든 돌출부(4a)의 단부에 무기 입자(3)가 배치되지 않을 수도 있다.An inorganic particle (3) is disposed at an end of at least a part of the projecting portion (4a). A plurality of the inorganic particles (3) can be clustered to form a cluster. In addition, the inorganic particles 3 may be disposed at the ends of almost all or all of the protruding portions 4a. However, in the manufacturing method described below, some inorganic particles 3 may be cut off in the etching process by the plasma treatment, The inorganic particles 3 may not be disposed at the end of the projecting portion 4a.

상기 무기 입자(3)는 유수분리 용도에 따라 적합한 표면 특성을 부여할 수 있는 금속 또는 금속 산화물을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 무기 입자(3)는 유수분리 구조체를 통하여 물은 통과하고 기름은 통과하지 않도록 친수성 내지 초친수성을 부여하는 금속 또는 금속 산화물을 포함할 수 있다. 상기 금속 또는 금속 산화물은 후술하는 제조과정에서 사용된 금속 망 구조체로부터 유래될 수 있다. 예를 들어, 상기 무기 입자는 Ti, Cu, Au, Ag, Cr, Pt, Fe, Al, Si, 이들의 합금, 이들의 산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 나노 패턴을 형성하는 돌출부(4a) 단부에 TiO2를 포함하는 무기 입자(3)가 배치된 경우, 상기 나노 패턴 자체가 가질 수 있는 친수성 표면 특성이 더욱 더 초친수성으로 개질시킬 수 있다.The inorganic particles (3) may contain a metal or a metal oxide capable of imparting suitable surface characteristics depending on the application for oil-water separation. According to one embodiment, the inorganic particles 3 may include a metal or a metal oxide that imparts hydrophilicity to superhydrophilic property so that water passes through the oil separation structure and oil does not pass therethrough. The metal or metal oxide may be derived from a metal mesh structure used in a manufacturing process described later. For example, the inorganic particles may include at least one of Ti, Cu, Au, Ag, Cr, Pt, Fe, Al, Si, alloys thereof and oxides thereof. According to one embodiment, when the inorganic particles 3 containing TiO 2 are disposed at the ends of the protrusions 4a forming the nanopatterns, the hydrophilic surface characteristics that the nanopatterns themselves can have are modified to be more hydrophilic .

상기 유수분리 구조체는 나노 패턴이 형성된 기재 표면에 친수성을 부여하는 무기 입자와의 화학결합에 의하여, 물에 대한 접촉각이 20° 이하의 초친수 표면 특성을 가질 수가 있다. The oil-water separating structure may have a superhydrophilic surface property with a contact angle to water of 20 DEG or less by chemical bonding with inorganic particles that impart hydrophilicity to the surface of the substrate having the nanopattern formed thereon.

이와 같은 초친수 표면을 갖는 유수분리 구조체는 표면 상태가 매우 높은 상태이며, 따라서 표면에너지가 낮은 기름에 대해서는 친유 특성을 가질 수 있다. 그러나, 물속에서는 기름이 상기 유수분리 구조체에 흡수되지 않고, 구형의 방울 형태를 유지하는 초소유성 (Superoleophobicity)를 나타낸다. 이에 따라, 상기 유수분리 구조체는 물속에서 예를 들어 140° 이상의 높은 수중 기름에 대한 접촉각을 가질 수 있다. Such an oil-water separating structure having a superhydrophilic surface has a very high surface state, and thus may have a lipophilic property with respect to oil having a low surface energy. However, in the water, the oil is not absorbed by the oil-water separating structure, but exhibits superoleophobicity which maintains a spherical droplet shape. Accordingly, the oil water separating structure may have a contact angle with respect to oil underwater which is higher than 140 DEG for example in water.

이하에서, 상기 유수분리 구조체의 제조방법에 관하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing the oil water separating structure will be described.

일 측면에 따른 유수분리 구조체의 제조방법은,According to an aspect of the present invention,

다공성 기재를 준비하는 단계;Preparing a porous substrate;

금속 망 구조체를 상기 기재의 상방에 위치시키는 단계; 및Positioning a metal mesh structure above the substrate; And

상기 금속 망 구조체가 위치한 상기 기재를 플라즈마 처리하는 단계;를 포함한다. And plasma treating the substrate on which the metal mesh structure is located.

상기 유수분리 구조체의 제조방법은 기재의 면적이나 단면 형태에 제한되지 않고, 특히 대면적에 걸쳐 나노 패턴이 균일하게 표면에 형성된 유수분리 구조체를 친환경적으로 비교적 간단하게 제조할 수 있다.The method for producing the oil water separating structure is not limited to the area of the substrate or the cross-sectional shape, and it is possible to produce a water separating structure in which nano patterns are uniformly formed on the surface over a large area, relatively easily and environmentally friendly.

도 2는 일 실시예에 따른 유수분리 구조체의 제조방법을 설명하기 위한 모식도이다.2 is a schematic view for explaining a method of manufacturing a water separation structure according to an embodiment.

도 3은 일 실시예에 따른 나노 복합 구조체의 제조방법을 단계별로 나타낸 도면이다.FIG. 3 is a view showing steps of a method of manufacturing a nanocomposite structure according to an embodiment.

도 2 및 도 3에서 보는 바와 같이, 기재(1) 상방에 금속 망 구조체(2)를 위치시키고, 플라즈마 처리를 실시한다. 상기 기재(1)의 종류 및 형태에 대해서는, 일 구현예에 따른 유수분리 구조체에 관하여 앞에서 설명한 바와 같으므로, 여기서는 구체적인 설명은 생략하기로 한다.As shown in Figs. 2 and 3, the metal mesh structure 2 is placed above the substrate 1, and a plasma treatment is performed. The type and form of the base material 1 are the same as those described above with respect to the oil water separating structure according to one embodiment, and a detailed description thereof will be omitted here.

상기 금속 망 구조체(2)는 유수분리 구조체의 표면에 코팅될 무기 입자(3)의 원료가 될 뿐만 아니라, 후술하는 플라즈마 처리시 금속 망 구조체로(2)로부터 발생된 금속 또는 금속 산화물의 무기 입자(3)를 기재(1) 표면 전체에 균일하게 증착시킬 수 있다. 상기 무기 입자(3)는 무기 입자(3)가 증착되지 않은 기재(1) 부분이 선택적으로 식각될 수 있도록 마스크 내지 저해제(inhibitor)로 작용함으로써, 기재(1) 표면의 선택적인 식각으로 나노 패턴이 형성될 수 있는 것이다. 상기 금속 망 구조체(2)의 사용은, 무기 입자(3)를 기재(1) 표면 전체에 균일하게 증착시킬 수 있도록 하기 때문에, 상기 유수분리 구조체의 대면적화를 가능하게 한다. The metal mesh structure 2 is not only a raw material for the inorganic particles 3 to be coated on the surface of the oil water separating structure but also an inorganic particle of the metal or metal oxide generated from the metal mesh structure 2 during the plasma treatment, (3) can be uniformly deposited on the entire surface of the substrate (1). The inorganic particles 3 function as a mask or an inhibitor so that the portion of the substrate 1 on which the inorganic particles 3 are not deposited can be selectively etched, Can be formed. The use of the metal net structure 2 makes it possible to uniformly deposit the inorganic particles 3 on the entire surface of the base material 1, thereby making it possible to make the oil water separating structure larger.

상기 금속 망 구조체(2)는 유수분리 용도에 따라 적합한 표면 특성을 부여할 수 있는 금속 또는 금속 산화물을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 금속 망 구조체(2)는 유수분리 구조체를 통하여 물은 통과하고 기름은 통과하지 않도록 친수성 내지 초친수성을 부여하는 금속 또는 금속 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 망 구조체(2)는 Ti, Cu, Au, Ag, Cr, Pt, Fe, Al, Si, 이들의 합금, 이들의 산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, Ti를 포함하는 금속 망 구조체(2)의 경우, TiO2 입자가 코팅된 나노 패턴을 형성하여, 상기 유수분리 구조체의 표면을 초친수로 개질시킬 수 있다. The metal net structure 2 may include a metal or a metal oxide capable of imparting suitable surface characteristics depending on the purpose of oil-water separation. According to one embodiment, the metal net structure 2 may include a metal or a metal oxide that imparts hydrophilicity to superhydrophilic property so that water passes through the oil separation structure and oil does not pass therethrough. For example, the metal mesh structure 2 may include at least one of Ti, Cu, Au, Ag, Cr, Pt, Fe, Al, Si, alloys thereof, and oxides thereof. According to one embodiment, in the case of the metal net structure 2 containing Ti, a nanopattern coated with TiO 2 particles may be formed to modify the surface of the oil water separating structure to superhydrophilic property.

상기 금속 망 구조체(2)는 이로부터 발생된 금속 또는 금속 산화물 무기 입자(3)가 기판(1) 전체에 걸쳐 균일하게 증착될 수 있도록 망 구조를 가진 것이라면 제한없이 사용될 수 있다. The metal mesh structure 2 can be used without limitation as long as it has a net structure such that metal or metal oxide inorganic particles 3 generated therefrom can be uniformly deposited over the entire substrate 1. [

예를 들어, 상기 금속 망 구조체(2)는 금속 와이어를 메쉬 형태로 직조한 금속 메쉬로 이루어질 수 있다. 상기 금속 망 구조체(2)를 이루는 금속 와이어의 직경, 및 간격 등은 특별히 제한되지는 않으며, 원하는 나노 패턴 구조에 따라 조절할 수 있다. 예를 들어 상기 금속 망 구조체(2)를 이루는 금속 와이어의 간격은 10㎛ 내지 500㎛ 범위일 수 있다.For example, the metal mesh structure 2 may be formed of a metal mesh woven in the form of a metal wire. The diameter, spacing and the like of the metal wire constituting the metal mesh structure 2 are not particularly limited and can be adjusted according to the desired nanopattern structure. For example, the interval of the metal wires constituting the metal net structure 2 may be in the range of 10 to 500 mu m.

상기 금속 망 구조체(2)의 크기는 나노 패턴을 형성하고자 하는 기재(1)의 크기에 부합하도록 선택할 수 있다.The size of the metal net structure 2 can be selected to match the size of the substrate 1 to be formed with the nanopattern.

상기 기재(1) 상에 상기 금속 망 구조체(2)를 위치시키는데 있어서, 상기 금속 망 구조체(2)는 기재(1) 상에 일정 간격을 두고 위치시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 기재(1)와 상기 금속 망 구조체(2)의 20 mm 이하일 수 있다. 상기 범위로 간격을 두는 경우에, 상기 금속 망 구조체로(2)로부터 발생된 금속 또는 금속 산화물의 무기 입자(3)가 금속 망 구조체(2)의 바로 아래의 기재 표면에도 떨어질 수 있으므로, 기재(1) 표면 전체에 균일하게 증착될 수 있다. 상기 금속 망 구조체로(2)가 기재(1)와 접하는 경우에는 금속 망 구조체(2)가 접촉한 기재(1) 부분은 플라즈마 처리에 의한 식각이 일어나지 않으므로, 나노 패턴이 형성되지 않은 부분이 증가할수록 유수분리 구조체는 유수분리 효율이 떨어지게 될 것이다. 따라서, 상기 금속 망 구조체(2)는 상기 기재(1) 표면에 접촉하지 않는 것이 바람직하다.In order to position the metal mesh structure 2 on the substrate 1, the metal mesh structure 2 may be positioned on the substrate 1 at a certain interval. For example, it may be 20 mm or less of the substrate 1 and the metal mesh structure 2. The inorganic particles 3 of metal or metal oxide generated from the metal net structure 2 may fall on the surface of the base just below the metal net structure 2, 1) can be uniformly deposited over the entire surface. When the metal net structure 2 is in contact with the substrate 1, the portion of the substrate 1 with which the metal net structure 2 is in contact is not etched by the plasma treatment, The greater the water separation structure, the lower the efficiency of water separation. Therefore, it is preferable that the metal net structure 2 does not contact the surface of the substrate 1. [

이어서, 상기 금속 망 구조체(2)가 위치한 상기 기재(1)를 플라즈마 처리한다. 플라즈마 처리에 의해 상기 기재(1)의 표면은 친수 내지 초친수 특성을 가질 수 있다. Then, the substrate 1 on which the metal mesh structure 2 is placed is plasma-treated. By the plasma treatment, the surface of the substrate 1 may have a hydrophilic property or a super hydrophilic property.

일 실시예에 따르면, 상기 플라즈마 처리 단계는, According to one embodiment, the plasma processing step comprises:

플라즈마 처리를 통하여, 상기 금속 망 구조체로부터 발생된 금속 또는 금속 산화물 입자를 상기 기재 표면에 증착하는 단계; 및 Depositing metal or metal oxide particles generated from the metal mesh structure on the surface of the substrate through a plasma treatment; And

플라즈마 처리를 통하여, 상기 기재 표면에서 상기 금속 또는 금속 산화물 입자가 증착된 부분 이외의 나머지 부분을 식각하는 단계;를 포함한다.And etching the remaining portion of the substrate surface other than the portion on which the metal or metal oxide particles are deposited through a plasma treatment.

도 3에서 보는 바와 같이, 플라즈마 처리를 하게 되면, 먼저 상기 금속 망 구조체(2)로부터 발생된 금속 또는 금속 산화물 무기 입자(3)가 떨어져 나와 기재(1) 표면에 증착된다. 상기 무기 입자(3)는 플라즈마 처리가 진행되는 동안 클러스터를 형성할 수 있다. As shown in FIG. 3, when the plasma treatment is performed, the metal or metal oxide inorganic particles 3 generated from the metal mesh structure 2 are first separated and deposited on the surface of the base material 1. The inorganic particles (3) can form a cluster during the plasma treatment.

상기 금속 또는 금속 산화물 무기 입자(3)가 증착된 기재(1)를 계속해서 플라즈마 처리하면, 상기 기재(1) 표면에서 상기 금속 또는 금속 산화물 무기 입자(2)가 증착되지 않은 부분이 선택적으로 식각되면서 기재(1) 표면에 나노 패턴 구조를 형성할 수 있다. When the substrate 1 on which the metal or metal oxide inorganic particles 3 are deposited is subsequently subjected to plasma treatment, portions where the metal or metal oxide inorganic particles 2 are not deposited on the surface of the substrate 1 are selectively etched A nanopattern structure can be formed on the surface of the substrate 1.

보다 구체적으로 설명하면, 기재(1) 표면 중 금속 또는 금속 산화물의 무기 입자(3)가 증착된 곳에는 이들이 플라즈마의 식각 작용에 대한 저해제로 작용하여 그곳에서는 식각되는 속도가 현저하게 느린 반면, 금속 또는 금속 산화물 무기 입자(3)가 증착되지 않은 기재(1) 표면은 플라즈마에 의해 식각이 이루어지므로 그곳에서는 식각 속도가 빠르게 되어, 결과적으로 기재(1) 표면에 나노 헤어(nano-hair), 나노 섬유(nan-fiber), 나노 필라(nano-pillar), 나노 로드(nano-rod) 또는 나노 와이어(nano-wire)와 같은 형태의 제1 돌출부(4a)로 이루어지는 나노 패턴을 형성할 수 있다. More specifically, where the metal or metal oxide inorganic particles 3 are deposited on the surface of the substrate 1, they act as inhibitors to the etching action of the plasma, where the etching rate is remarkably low, while the metal Or the surface of the substrate 1 on which the metal oxide inorganic particles 3 are not deposited is etched by the plasma so that the etching rate is increased there and as a result nano-hair, nano- It is possible to form a nano pattern composed of a first protrusion 4a in the form of a fiber, a nanofiber, a nano-pillar, a nano-rod or a nano-wire.

상기 금속 또는 금속 산화물 무기 입자(3)의 증착 단계와 기판(1)의 식각 단계는 동일한 플라즈마 처리 조건에서 동시에 수행될 수 있다. The step of depositing the metal or metal oxide inorganic particles 3 and the step of etching the substrate 1 may be performed simultaneously under the same plasma processing conditions.

도 3에서 보는 바와 같이, 플라즈마 처리에 의한 식각이 계속되는 동안 금속 망 구조체(2)를 제거하지 않고 기재(1) 상부에 계속 유지시킬 수 있다. 플라즈마 처리에 의한 식각이 진행되는 동안, 기재(1) 상에 증착된 금속 또는 금속 산화물 무기 입자(3) 또한 조금씩 스퍼터링에 의해 깎여나가기 때문에, 장시간 식각시 저해제 역할을 할 무기 입자(3)가 계속 공급될 필요가 있기 때문이다. 따라서, 금속 망 구조체(2)를 제거하지 않고 연속적으로 플라즈마 처리를 함으로써, 금속 또는 금속 산화물 무기 입자(3)를 계속해서 공급할 수 있고 클러스터를 유지할 수 있다.As shown in FIG. 3, the metal mesh structure 2 can be continuously held on the substrate 1 without being removed during the etching by the plasma treatment. The metal or metal oxide inorganic particles 3 deposited on the substrate 1 are also slightly scraped off by sputtering during the etching process by the plasma treatment so that the inorganic particles 3 which will act as inhibitors in the long- It needs to be supplied. Therefore, by continuing the plasma treatment without removing the metal mesh structure 2, the metal or metal oxide inorganic particles 3 can be continuously supplied and the cluster can be maintained.

상기 플라즈마 처리는 그 조건 및 처리 시간 등을 조절함으로써 다양한 형태의 나노 패턴 구조를 형성할 수 있다.The plasma treatment can form various types of nanopattern structures by adjusting the condition and the treatment time.

상기 플라즈마 처리는 O2, CF4, Ar, N2, 및 H2 중 선택된 1종 이상의 가스 존재하에 행해질 수 있다. 이중, O2 가스를 이용하는 경우, 플라즈마 처리에 의해 기재(1) 표면이 산소와 결합하여 지속성을 가지는 친수성 표면을 부여할 수 있다. 한편, 플라즈마 처리시 압력은, 예를 들어 1 내지 1000 mTorr 일 수 있으며, 더 높은 대기압도 가능할 수 있다. The plasma treatment may be performed in the presence of at least one gas selected from O 2 , CF 4 , Ar, N 2 , and H 2 . In the case of using O 2 gas, the surface of the substrate 1 can be bonded to oxygen by the plasma treatment to give a hydrophilic surface having persistence. On the other hand, the pressure during the plasma treatment may be, for example, 1 to 1000 mTorr, and higher atmospheric pressure may be possible.

상기 플라즈마 처리는 예를 들어, -100V 내지 -1000V의 전압 범위에서 행해질 수 있으며, 1 내지 1000 mTorr의 압력에서 10초 내지 5시간 동안 행해질 수 있다. 플라즈마 처리 시간이 길어질수록 기재 표면이 친수성(hydrophilic)에서 초친수성(superhydrophilic)으로 변할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 플라즈마 처리 시간이 길어지면, 기재 표면의 초친수성이 증가하면서 물에 대한 접촉각이 20° 이하, 10° 이하, 5° 이하, 또는 더 나아가 1° 이하까지도 감소할 수 있다. 여기서, 기재 표면의 순수에 대한 접촉각이 20° 이하는 친수로 정의하고, 접촉각이 10° 이하는 초친수로 정의된다. The plasma treatment may be performed, for example, in a voltage range of -100 V to -1000 V, and is performed at a pressure of 1 to 1000 mTorr for 10 seconds to 5 hours Lt; / RTI > As the plasma treatment time becomes longer, the surface of the substrate may change from hydrophilic to superhydrophilic. According to one embodiment, when the plasma treatment time is prolonged, the contact angle with respect to water may be reduced to 20 DEG or less, 10 DEG or less, 5 DEG or less, or even 1 DEG or less, while the superfluidity of the substrate surface is increased. Herein, the contact angle of the substrate surface with respect to pure water is defined as a hydrophilic value of 20 DEG or less, and the contact angle of 10 DEG or less is defined as a superhydrophilic value.

상기 유수분리 구조체의 제조방법은 친환경적이고, 대면적으로 표면 처리가 가능하여 유수분리 구조체의 대면적화를 실현시킬 수 있다. The manufacturing method of the oil water separating structure is eco-friendly and can be surface-treated in a large area, thereby realizing the large-sized oil water separating structure.

이와 같이 제조된 유수분리 구조체는 다양한 유수분리 장치에 적용될 수 있다.The oil water separating structure thus manufactured can be applied to various oil water separating apparatuses.

일 측면에 따른 유수분리 장치는 상술한 유수분리 구조체를 포함한다. 상기 유수분리 장치는 상기 유수분리 구조체를 이용하여, 유수분리에 적용될 수 있는 적절한 수단 또는 다양한 구조로 구현될 수 있다. The oil-water separating apparatus according to one aspect includes the oil-water separating structure described above. The oil-water separating apparatus may be implemented by any suitable means or various structures applicable to oil-water separation using the oil-water separating structure.

일 실시예에 따르면, 상기 유수분리 장치는 상기 유수분리 구조체를 지지하는 보강재를 더 포함할 수 있다. 상기 보강재는 상기 유수분리 구조체가 유수분리하는 과정에서 발생할 수 있는 기름이나 외부의 가해진 높은 압력에 의해 변형되지 않도록 이를 지지하는 역할을 한다. 상기 보강재는 금속 막대, 금속 메쉬, 고분자 막대, 고분자 메쉬 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 상기 보강재는 상기 유수분리 구조체에서 기름이 걸러지는 쪽의 반대면, 즉 물이 빠져나가는 면에 배치될 수 있다. 상기 유수분리 장치는 상기 보강재에 의해 구조적인 안정성을 향상시킬 수 있다. 상기 보강재 또한 상술한 플라즈마 처리를 통하여 적어도 일 표면에 복수개의 돌출부로 이루어진 나노 패턴을 형성시켜 사용할 수 있다.According to one embodiment, the oil water separating apparatus may further include a reinforcing member for supporting the oil water separating structure. The reinforcing material serves to support the oil water separating structure so that the oil water separating structure is not deformed by oil or high pressure externally applied during oil-water separation. The reinforcing material may be formed of at least one of a metal rod, a metal mesh, a polymer rod, and a polymer mesh. The stiffener may be disposed on the opposite surface of the oil water separating structure on which oil is drained, that is, on the surface from which the water escapes. The oil water separator can improve the structural stability by the reinforcing member. The reinforcing material may also be formed by forming a nano pattern having a plurality of protrusions on at least one surface through the plasma treatment.

일 실시예에 따르면, 상기 유수분리 구조체는 수면상에 존재하는 기름을 뜰 수 있는 뜰채에 적용될 수 있다. 상기 뜰채는 상기 유수분리 구조체 및 이를 지지할 수 있는 지지 프레임을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the oil-water separating structure can be applied to an oil pan that can float oil existing on the water surface. The honeycomb may include the oil-water separating structure and a support frame capable of supporting the oil-water separating structure.

도 4는 일 실시예에 따른 뜰채의 외관을 도시한 사시도이고, 도 5는 도 4의 뜰채의 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다. FIG. 4 is a perspective view showing an outer appearance of an embossed pattern according to an embodiment, and FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a cross section of the embossing pattern of FIG.

도 4 및 도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 뜰채는 유수분리 구조체(10) 및 이를 지지하는 지지 프레임(20)을 포함한다. 상기 유수분리 구조체(10)는 상기 지지 프레임(20)에 고정된다. 상기 유수분리 구조체(10)가 자체로 충분한 강성을 가지는 경우에는 추가적인 지지 프레임(20)이 없어도 된다. 상기 뜰채는 손잡이를 더 포함할 수 있다.4 and 5, the honeycomb according to an embodiment includes a water separation structure 10 and a support frame 20 for supporting the same. The oil water separating structure 10 is fixed to the support frame 20. If the oil water separating structure 10 itself has sufficient rigidity, the additional supporting frame 20 may not be required. The poppet may further include a handle.

지지 프레임(20)에 고정된 상기 유수분리 구조체(10)는 휘발성 기름의 수거 효율을 높이기 위하여, 상기 유수분리 구조체(10)는 전체적인 외부 형상이 곡면 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 유수분리 구조체(10)는 전체적인 외부 형상이 반구 형상을 가질 수 있다. 그러나, 상기 유수분리 구조체(10)의 형상에는 특별한 제한이 없으며, 예를 들어 상기 유수분리 구조체가 바닥이 평평한 원통 형상을 가질 수도 있고, 사각의 상자 형상을 가질 수도 있다. The oil water separating structure 10 fixed to the support frame 20 may have a curved shape as a whole in order to improve the collection efficiency of volatile oil. For example, the oil water separating structure 10 may have a hemispherical shape as a whole. However, the shape of the oil water separating structure 10 is not particularly limited. For example, the oil water separating structure may have a cylindrical shape having a flat bottom or a rectangular box shape.

도 5에서 보는 바와 같이, 상기 뜰채의 내면은 상술한 바와 같은 플라즈마 처리를 통하여 나노 패턴이 형성되며, 상기 뜰채의 유수분리 구조체에 형성되어 있는 구멍을 통하여 물만 빠져나가고 기름을 선택적으로 걸러낼 수 있다. As shown in FIG. 5, the inner surface of the honeycomb is formed with a nano pattern through the plasma treatment as described above, and only the water can be drained through the hole formed in the water separation structure of the honeycomb and the oil can be selectively filtered .

일 실시예에 따르면, 상기 유수분리 구조체는 오일펜스에 적용될 수 있다. 상기 유수분리 구조체를 이용한 오일펜스는 선박의 운항, 선박의 침몰사고, 육상에서의 유조차 사고, 정유시설, 유류저장고, 송유관, 주유소 등으로 인한 기름 유출시, 바다, 하천, 강물에 누출된 기름의 확산을 방지하여, 기름이 수면을 타고 해안까지 번지지 않도록 할 수 있다. According to one embodiment, the oil water separating structure can be applied to an oil fence. The oil fence using the oil-water separating structure is used to prevent the oil leakage from the sea, the river, and the river when oil spills due to ship operation, ship sinking accident, oil tank accident on the ground, refinery, oil storage, oil pipe, Prevent spreading, so that oil does not spread across the water to the shore.

또한, 상기 유수분리 구조체를 이용한 오일펜스는 기름 유출사고시 기름을 한곳에 가둬놓을 수 있도록 설치될 수 있다. 상기 오일펜스는 표면에 초친수 특성을 가지며, 물에 적신 후 형성된 수막은 초발유 특성을 가지기 때문에, 상기 오일펜스 안에 모인 기름을 다른 형태의 유수분리 장치를 이용하여 용이하게 수거할 수 있도록 도와줄 수 있다. Also, the oil fence using the oil water separating structure can be installed so that oil can be confined in one place in case of oil leakage. Since the oil fence has a super-hydrophilic property on the surface and the water film formed after wetting with water has a super-oil-releasing property, the oil collected in the oil fence can be easily collected using another type of oil separator .

일 측면에 따른 유수분리방법은 상술한 유수분리 장치를 이용하여, 물과 기름 중 물을 선택적으로 통과시키고 기름을 수거하는 단계를 포함한다. The oil-water separation method according to one aspect includes selectively passing water in water and oil and collecting oil using the oil-water separating apparatus described above.

상기 유수분리 구조체는 친수성 내지 초친수성을 나타냄에 따라, 상기 유수분리 장치는 높은 젖음성을 가지며, 물을 쉽게 통과시킨다. 따라서, 상기 유수분리 장치에 기름과 물이 혼합된 액체를 통과시키면 물은 상기 유수분리 구조체를 쉽게 통과하지만, 기름은 물에 대한 척력으로 인해 상기 유수분리 구조체를 통과하지 못하고, 유수분리 구조체 상부에 걸러지게 된다. As the oil water separating structure exhibits hydrophilic to super hydrophilic properties, the oil water separating device has high wettability and easily passes water. Therefore, when the liquid mixed with the oil and the water is passed through the oil-water separator, water easily passes through the oil-water separating structure, but the oil can not pass through the oil-water separating structure due to the repulsive force against water, .

일 실시예에 따르면, 유수분리를 시행함에 있어서, 상기 유수분리 장치를 사용하기 전에, 상기 유수분리 장치를 물에 적시는 전처리 단계를 더 포함할 수 있다. 물에 적시는 과정을 통하여, 상기 유수분리 구조체의 표면에 수막을 형성하여 그 위에 기름을 더 효율적으로 걸러낼 수 있다. According to one embodiment, in performing the water separation, the water separation apparatus may further include a pretreatment step of wetting the water separation apparatus with water before using the water separation apparatus. Through the wetting process, a water film can be formed on the surface of the oil water separating structure, and the oil can be more efficiently filtered thereon.

일 실시예에 따르면, 상기 기름 수거 후, 상기 유수분리 장치를 UV 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 UV 처리는 나노 패턴 상에 코팅된 무기 입자의 친수성을 더욱 향상시킬 수 있으며, 상기 UV 처리를 통하여 한번 이상 사용한 상기 유수분리 장치를 반복 사용할 수 있다.According to one embodiment, after the oil collection, the oil separation apparatus may further include UV treatment. The UV treatment can further improve the hydrophilicity of the inorganic particles coated on the nanopattern, and the oil-water separator used more than once through the UV treatment can be repeatedly used.

이하 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

하기 실시예 및 비교예에서 제조한 표면의 모폴로지 구조는 주사전자현미경(SEM, FEI, Nova NanoSEM 200, USA)으로 조사하였다. 물에 대한 접촉각(CA)은 접촉각 미터(Goniometer, Rame-Hart, USA)로 측정하였다. 정적 접촉각에 사용된 각 물방울의 부피는 8㎕이었다. 평균 CA 값은 동일 샘플에 대하여 5개의 상이한 위치에서 측정하여 얻었다.
The morphology of the surfaces prepared in the following examples and comparative examples was examined with a scanning electron microscope (SEM, FEI, Nova NanoSEM 200, USA). The contact angle (CA) for water was measured with a contact angle meter (Goniometer, Rame-Hart, USA). The volume of each droplet used at the static contact angle was 8 μl. The average CA values were obtained by measuring at five different locations for the same sample.

비교예Comparative Example 1 One

다공성 기재로서 직경이 160mm이고 두께가 1mm인 원형의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 부직포(제조사: SK Chemical)를 플라즈마 처리하지 않고 유수분리 구조체로 적용하였다.
A circular polyethylene terephthalate nonwoven fabric (manufacturer: SK Chemical) having a diameter of 160 mm and a thickness of 1 mm was applied as an oil-water separation structure without plasma treatment as a porous substrate.

실시예Example 1 One

다공성 기재로는 직경이 160mm이고 두께가 1mm인 원형의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 부직포(제조사: SK Chemical)를 사용하였다.As the porous base material, a circular polyethylene terephthalate nonwoven fabric (manufacturer: SK Chemical) having a diameter of 160 mm and a thickness of 1 mm was used.

금속 메쉬로는 Ti 메쉬 (Nilaco Co., Ltd, 직경: 160mm 인 원형, 와이어 간격: 320㎛, 와이어 직경: 180㎛)를 사용하였으며, 플라즈마 처리 장치로는 Radio-frequency generator (제조사 : Advanced Energy, 제품명 : RTX-600)를 사용하였다.As the metal mesh, a Ti mesh (Nilaco Co., Ltd., diameter: 160 mm, circularity, wire spacing: 320 μm, wire diameter: 180 μm) was used. The plasma processing apparatus was a radio frequency generator Product name: RTX-600) Respectively.

먼저, 플라즈마 처리 장치의 챔버 내 캐소드 위에 상기 기재를 놓았다. 상기 기재 위에 2mm의 간격을 두고 Ti 메쉬를 위치시켰으며, 메쉬를 고정하기 위해서 메쉬 테두리에 지지대를 쌓고 그 위에 메쉬를 올려놓음으로써 메쉬와 기재의 거리를 조절하였다. 그런 다음 -400V 의 전압, 50mTorr의 압력, O2 가스 10sccm의 조건으로 30분 동안 플라즈마 처리하여 유수분리 구조체를 제조하였다.
First, the substrate was placed on a cathode in a chamber of a plasma processing apparatus. The distance between the mesh and the substrate was adjusted by placing a Ti mesh at a distance of 2 mm on the substrate, placing a support on the mesh rim and placing a mesh thereon to fix the mesh. Then, plasma treatment was performed at a voltage of -400 V, a pressure of 50 mTorr, and an O 2 gas of 10 sccm for 30 minutes to prepare an oil water separating structure.

도 6은 상기 실시예 1에서 산소 플라즈마 처리 시간에 따른 나노 패턴의 형성과정을 단계별로 보여주는 SEM 사진이다. 도 4에서 보는 바와 같이, 부직포의 섬유 상부에 형성된 나노 패턴의 돌출부 높이는 플라즈마 처리 시간에 비례하며 10 nm 에서 1 mm 범위로 형성되어 가는 것을 알 수 있다.
FIG. 6 is a SEM photograph showing steps of forming a nanopattern according to oxygen plasma treatment time in the first embodiment. As shown in FIG. 4, the height of protrusions of the nano patterns formed on the fibers of the nonwoven fabric is proportional to the plasma treatment time and is formed in the range of 10 nm to 1 mm.

도 7은 비교예 1 및 실시예 1에서 제조한 유수분리 구조체의 표면 성분을 광전자 분광기 (X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)를 이용하여 분석한 결과이다. 도 7에서 보는 바와 같이, Ti 메쉬를 이용하여 산소 플라즈마 처리한 경우에는, 기재 표면에 TiO2 가 형성된 것을 확인할 수 있다. 반면에 플라즈마 처리를 하지 않은 경우, 기재 표면에서는 금속 원소에 대한 결과가 없음을 알 수 있다.
FIG. 7 shows the results of analysis of surface components of the water-oil separating structure prepared in Comparative Example 1 and Example 1 using an X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). As shown in FIG. 7, when oxygen plasma treatment is performed using a Ti mesh, it can be confirmed that TiO 2 is formed on the surface of the substrate. On the other hand, in the case where the plasma treatment is not carried out, it can be seen that there is no result on the metal surface on the substrate surface.

도 8a는 비교예 1 및 실시예 1에서 제조한 유수분리 구조체의 물에 대한 젖음성을 관찰한 비교 사진이고, 도 8b는 비교예 1 및 실시예 1에서 제조한 유수분리 구조체의 플라즈마 처리 시간에 따른 물에 대한 접촉각을 측정한 그래프이다.FIG. 8A is a photograph showing wettability of the oil-water separating structure manufactured in Comparative Examples 1 and 1 to water, and FIG. 8B is a graph showing the wettability of the oil-water separating structure prepared in Comparative Example 1 and Example 1 And a contact angle with respect to water.

도 8a 및 도 8b에서 보는 바와 같이, 플라즈마 처리 전의 다공성 기재의 경우 물에 대한 접촉각이 126°로 소수성을 가지므로 물이 기공 사이로 들어가지 못해 다공성 기재의 표면에만 존재하는 반면, 플라즈마 처리 후에는 다공성 기재의 표면에 친수성을 띄는 화학결합이 많아지기 때문에 물에 대한 접촉각이 0°로 물이 다공성 기재의 기공들 사이로 지나갈 수 있게 되어 물의 양이 충분한 경우 중력에 의해 다공성 기재 아래로 빠져나갈 수 있음을 알 수 있다.
As shown in FIGS. 8A and 8B, in the case of the porous substrate before the plasma treatment, since the contact angle to water is 126 DEG, the water can not enter the pores and is present only on the surface of the porous substrate, Since the hydrophilic chemical bonds on the surface of the substrate are increased, the contact angle with water is 0 °, allowing the water to pass between the pores of the porous substrate, so that if the amount of water is sufficient, Able to know.

도 9a는 비교예 1 및 실시예 1에서 제조한 유수분리 구조체의 공기중에서 기름에 대한 젖음성을 관찰한 비교 사진이고, 도 9b는 비교예 1 및 실시예 1에서 제조한 유수분리 구조체의 물 속에서 기름에 대한 젖음성을 관찰한 비교 사진이고, 도 9c는 비교예 1 및 실시예 1에서 제조한 유수분리 구조체의 플라즈마 처리 시간에 따른 기름에 대한 접촉각을 측정한 그래프이다. FIG. 9A is a photograph showing the wettability of the oil-water separating structure manufactured in Comparative Example 1 and Example 1 with respect to oil in air. FIG. 9B is a graph showing the wettability of oil in the water of the oil water separating structure manufactured in Comparative Example 1 and Example 1 FIG. 9c is a graph showing contact angles of the oil-water separating structure prepared in Comparative Example 1 and Example 1 with respect to oil according to the plasma treatment time. FIG.

도 9a에서 보는 바와 같이, 플라즈마 처리 전후 모두 공기 중에서는 기름을 잘 흡수함을 알 수 있다. 이는 산소 플라즈마에 의한 표면의 친수화는 표면에너지가 매우 높은 상태이며 따라서 표면에너지가 낮은 기름에 대해서도 더욱 친유 특성을 보이게 된다. 하지만 플라즈마 처리 후 물속에서는 기름이 흡수되지 않고 구형의 방울 형태를 유지하는 초소유성 (Superoleophobicity)을 보이는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 9A, it can be seen that the oil is well absorbed in the air both before and after the plasma treatment. This is because the hydrophilization of the surface by the oxygen plasma has a very high surface energy, and therefore, the oil has a more affinity with oil having low surface energy. However, it can be seen that superoleophobicity, which maintains spherical droplet shape, is not absorbed in the water after the plasma treatment.

도 9b에서 보는 바와 같이, 플라즈마 처리 전의 다공성 기재는 표면에 수막이 형성되지 않아 기름이 다공성 구조체와 접하여 40°의 접촉각을 이루었다. 반면, 플라즈마 처리된 다공성 기재는 친수성 향상에 따라 수막과 다공성 기재 사이의 결합력이 향상되어 다공성 기재 표면에 형성된 수막에 의해 기름이 다공성 기재에 직접 접촉하지 못하며 165°의 접촉각을 형성하는 초소유성을 보였다. 이러한 물속에서의 초소유성 현상은 아래에 표시된 고체/물/기름으로 구성된 3상계에 대한 수식을 통해 설명이 가능하다. [Cheng et al, ACS Applied Materials & Interfaces, 21 (2013), 11363-70]As shown in FIG. 9B, no porous membrane was formed on the surface of the porous substrate before the plasma treatment, and the oil contacted the porous structure to form a contact angle of 40 °. On the other hand, in the plasma-treated porous substrate, the bonding force between the water film and the porous substrate was improved due to the improvement of hydrophilicity, so that oil did not directly contact the porous substrate due to the water film formed on the surface of the porous substrate, . The submergence phenomenon in this water can be explained by the formula for the three-phase system consisting of the solid / water / oil shown below. [Cheng et al, ACS Applied Materials & Interfaces, 21 (2013), 11363-70)

Figure 112014033273614-pat00001
Figure 112014033273614-pat00001

θ w , θ o , θ ow : 공기중의 물, 공기중의 기름, 물속의 기름의 접촉각 θ w , θ o , θ ow : contact angle of water in air, oil in air, oil in water

γ ow , γ wa , γ oa : 기름/물, 물/공기, 기름/공기의 표면장력 ? ow ,? wa ,? oa : Surface tension of oil / water, water / air, oil / air

플라즈마 처리에 의해 다공성 기재 표면에 친수기가 형성되면 θ w 가 감소함에 따라 θ ow 는 증가하게 된다. 여기서, γ ow , γ wa , γ oa 는 모두 상수이며, θ o 의 경우 플라즈마 전후 동일한 0°이다.
When a hydrophilic group is formed on the surface of the porous substrate by the plasma treatment, as θ w decreases, θ ow Is increased. Here ,? Ow ,? Wa ,? Oa Are all constants, and θ o Lt; RTI ID = 0.0 > 0. ≪ / RTI >

도 10은 비교예 1에서 사용한 일반 부직포((a) 플라즈마 처리 전) 및 실시예 1에서 제조한 유수분리 구조체((b) 플라즈마 처리 후)를 이용한 뜰채의 유수분리 개념도 및 유수분리 효과를 보여주는 사진이다.Fig. 10 is a conceptual diagram of oil separation using a general nonwoven fabric (before (a) plasma treatment) used in Comparative Example 1 and an oil water separation structure (after (b) plasma treatment) prepared in Example 1 and a photograph to be.

도 10에서 보는 바와 같이, 플라즈마 처리되지 않은 비교예 1의 경우 곡면을 가진 다공성 기재의 표면이 소수성을 보이며 기공으로 물이 통과하지 못하여 다공성 기재 위에 물과 기름이 혼재하면서, 만일 일반적으로 바다에 유출되는 원유와 같이 기름이 물보다 비중이 작으며 물위에 떠 있게 되어 물과 기름으 동시에 곡면 안에 갖히게 되어 유수분리가 되지 않는다. 하지만 플라즈마 처리된 실시예 1의 다공성 기재는 표면에 초친수 특성을 가지는 나노 패턴이 형성되어 있고, 이를 이용하여 물과 기름을 함께 뜰 경우 비중이 높은 물이 우선적으로 친수성의 다공성 기재의 표면과 접하게 되고, 물과 기재 사이의 강한 결합으로 인해 수막 코팅을 형성함과 동시에 남는 물은 중력에 의해 아래로 빠지게 된다. 이후 기름이 수막이 형성된 다공성 기재의 표면과 접하게 되고 수막에 의한 반발로 기공 사이를 통과하지 못함에 따라 다공성 기재 위에 남게 되어 유수분리가 된다. 이러한 원리를 이용하여 물에 기름이 유출되었을 때 본 뜰채로 기름을 뜨게 되면 물을 뜰채의 채 사이로 빠져나가게 되고 기름은 남게 되어 떠진 기름을 다른 기름 용기에 담을 수 있다. 이렇게 분리된 기름은 그대로 재사용 가능할 수 있다.
As shown in FIG. 10, in the case of Comparative Example 1 in which plasma treatment was not performed, the surface of the porous substrate having a curved surface showed hydrophobicity and water could not pass through the pores, so that water and oil mixed on the porous substrate, The oil is smaller in specific gravity than water and floats on the water, so that water and oil are trapped in the curved surface at the same time, and the oil separation does not occur. However, in the case of the plasma-treated porous substrate of Example 1, nanopatterns having superhydrophilic characteristics were formed on the surface, and when water and oil were present together, water having a high specific gravity preferentially contacted with the surface of the hydrophilic porous substrate And due to the strong coupling between the water and the substrate, the water coating is formed and the remaining water falls downward by gravity. Thereafter, the oil comes into contact with the surface of the porous substrate on which the water film is formed, and is not allowed to pass between the pores due to the repulsion by the water film. Using this principle, when the oil is spilled out into the water, when the oil is floated, the water is drained through the sieve and the oil is left, so that the oil can be stored in another oil container. The oil thus separated can be reused as it is.

상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.While a great many have been described in the foregoing description, they should not be construed as limiting the scope of the invention, but rather as examples of embodiments. Accordingly, the scope of the present invention should not be limited by the illustrated embodiments but should be determined by the technical idea described in the claims.

Claims (36)

적어도 일 표면에 나노 패턴을 형성하는 복수개의 돌출부를 포함하는 다공성 기재; 및
상기 돌출부 중 적어도 일부의 끝단부에 배치되어 상기 다공성 기재에 초친수 표면 특성을 부여하는 무기 입자;를 포함하고,
상기 돌출부는 상기 다공성 기재의 표면이 식각되어 형성된 것이고,
상기 다공성 기재는 플라스틱, 섬유, 유리, 세라믹 및 탄소계 물질 중 적어도 하나를 포함하는 유수분리 구조체.
A porous substrate comprising a plurality of protrusions that form a nanopattern on at least one surface; And
And an inorganic particle disposed at an end portion of at least a part of the projecting portion to impart ultra hydrophilic surface characteristics to the porous substrate,
Wherein the projecting portion is formed by etching the surface of the porous substrate,
Wherein the porous substrate comprises at least one of plastic, fiber, glass, ceramic and carbon-based materials.
제1항에 있어서,
상기 돌출부는 나노 헤어(nano-hair), 나노 섬유(nan-fiber), 나노 필라(nano-pillar), 나노 로드(nano-rod) 또는 나노 와이어(nano-wire) 형태인 유수분리 구조체.
The method according to claim 1,
The protrusion may be in the form of a nano-hair, a nanofiber, a nano-pillar, a nano-rod or a nano-wire.
제1항에 있어서,
상기 돌출부는 직경이 1 내지 100nm 범위이고, 길이가 1 내지 10,000nm 범위이며, 종횡비가 1 내지 50 인 유수분리 구조체.
The method according to claim 1,
The protrusions having a diameter in the range of 1 to 100 nm, a length in the range of 1 to 10,000 nm, and an aspect ratio of 1 to 50.
제1항에 있어서,
상기 무기 입자는, Ti, Cu, Au, Ag, Cr, Pt, Fe, Al, Si, 이들의 합금, 및 이들의 산화물 중 적어도 하나를 포함하는 유수분리 구조체.
The method according to claim 1,
Wherein the inorganic particles comprise at least one of Ti, Cu, Au, Ag, Cr, Pt, Fe, Al, Si, alloys thereof, and oxides thereof.
제1항에 있어서,
상기 무기 입자는 TiO2를 포함하는 유수분리 구조체.
The method according to claim 1,
Water separation structure in which the inorganic particles comprise TiO 2.
제1항에 있어서,
상기 무기 입자는 클러스터를 형성하는 유수분리 구조체.
The method according to claim 1,
Wherein the inorganic particles form clusters.
제1항에 있어서,
상기 기재는 곡면 형상을 가지고, 상기 나노 패턴이 적어도 상기 곡면 형상의 오목한 면에 형성된 유수분리 구조체.
The method according to claim 1,
The base material has a curved surface shape, and the nanopattern is formed on at least the concave surface of the curved surface shape.
제1항에 있어서,
상기 기재는 부직포, 직물, 또는 망 형태인 유수분리 구조체.
The method according to claim 1,
The substrate is a nonwoven fabric, fabric, or net-like oil-water separation structure.
제1항에 있어서,
상기 기재는 10 내지 500 메쉬(mesh)의 그물망 형태인 유수분리 구조체.
The method according to claim 1,
Wherein said substrate is in the form of a mesh of 10 to 500 mesh.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 플라스틱은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리스타일렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 및 이들의 공중합체 중 적어도 하나를 포함하는 유수분리 구조체.
The method according to claim 1,
Wherein the plastic comprises at least one of polypropylene, polyethylene, polyethylene terephthalate, polystyrene, polymethyl methacrylate, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, and copolymers thereof.
제1항에 있어서,
상기 섬유는 천연섬유, 인조섬유 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하는 유수분리 구조체.
The method according to claim 1,
Wherein the fibers comprise at least one of natural fibers, man-made fibers, and combinations thereof.
제12항에 있어서,
상기 천연섬유는 면, 마, 모, 견, 및 석면 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 인조섬유는 레이온, 모달, 텐셀, 리오셀, 폴리노직, 아세테이트, 트리아세테이트, 폴리아미드계, 폴리올레핀계, 폴리에스테르계, 아크릴, 폴리(메타)아크릴레이트계, 폴리비닐알콜(PVA), 폴리우레탄, 폴리염화비밀(PVC), 폴리염화비닐리덴(PVDC), 폴리스티렌, 유리섬유, 및 이들의 공중합체 중 적어도 하나를 포함하는 유수분리 구조체.
13. The method of claim 12,
Wherein the natural fibers comprise at least one of cotton, hemp, wool, silk, and asbestos,
The synthetic fibers may be selected from the group consisting of rayon, modal, tencel, lyocell, polynosic, acetate, triacetate, polyamide, polyolefin, polyester, acrylic, poly (meth) acrylate, polyvinyl alcohol An oil-water separating structure comprising at least one of polyurethane, urethane, polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene chloride (PVDC), polystyrene, glass fibers, and copolymers thereof.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 탄소계 물질은 흑연, 탄소 섬유, 다이아몬드, 및 그래핀 중 적어도 하나를 포함하는 유수분리 구조체.
The method according to claim 1,
Wherein the carbonaceous material comprises at least one of graphite, carbon fiber, diamond, and graphene.
제1항에 있어서,
상기 유수분리 구조체는 공기중 물에 대한 접촉각이 20° 이하인 유수분리 구조체.
The method according to claim 1,
Wherein the oil water separating structure has an air contact angle with water of 20 DEG or less.
제1항에 있어서,
상기 유수분리 구조체는 수중 기름에 대한 접촉각이 140° 이상인 유수분리 구조체.
The method according to claim 1,
Wherein the oil water separating structure has a contact angle with respect to oil underwater of 140 ° or more.
제1항 내지 제9항, 제11항 내지 제13항, 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 유수분리 구조체를 포함하는 유수분리 장치.An oil water separator comprising the oil water separating structure according to any one of claims 1 to 9, 11 to 13, and 15 to 17. 제18항에 있어서,
상기 유수분리 구조체를 지지하는 보강재를 더 포함하는 유수분리 장치.
19. The method of claim 18,
And a reinforcing member for supporting the oil water separating structure.
제1항 내지 제9항, 제11항 내지 제13항, 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 유수분리 구조체를 포함하는 뜰채.An ingot comprising an oil separation structure according to any one of claims 1 to 9, 11 to 13, 15 to 17. 제20항에 있어서,
상기 유수분리 구조체를 고정하는 지지 프레임을 더 포함하는 뜰채.
21. The method of claim 20,
And a support frame for fixing the oil water separating structure.
제1항 내지 제9항, 제11항 내지 제13항, 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 유수분리 구조체를 포함하는 오일 펜스.An oil fence comprising an oil separation structure according to any one of claims 1 to 9, 11 to 13, 15 to 17. 다공성 기재를 준비하는 단계;
금속 망 구조체를 상기 기재의 상방에 위치시키는 단계; 및
상기 금속 망 구조체가 위치한 상기 기재를 플라즈마 처리하는 단계;
를 포함하고, 상기 플라즈마 처리 단계는,
플라즈마 처리를 통하여, 상기 금속 망 구조체로부터 발생된 금속 또는 금속 산화물 입자를 상기 기재 표면에 증착하는 단계; 및
플라즈마 처리를 통하여, 상기 기재 표면에서 상기 금속 또는 금속 산화물 입자가 증착된 부분 이외의 나머지 부분을 식각하는 단계;
를 포함하는 유수분리 구조체의 제조방법.
Preparing a porous substrate;
Positioning a metal mesh structure above the substrate; And
Plasma processing the substrate on which the metal mesh structure is located;
Wherein the plasma processing step comprises:
Depositing metal or metal oxide particles generated from the metal mesh structure on the surface of the substrate through a plasma treatment; And
Etching the remaining portion of the substrate surface other than the portion on which the metal or metal oxide particles are deposited through the plasma treatment;
Wherein the oil separation structure is formed by a method comprising the steps of:
제23항에 있어서,
상기 기재는 부직포, 직물, 또는 망 형태인 유수분리 구조체의 제조방법.
24. The method of claim 23,
Wherein the substrate is a nonwoven fabric, a woven fabric, or a net.
제23항에 있어서,
상기 기재는 플라스틱, 섬유, 유리, 금속, 세라믹, 및 탄소계 물질 중 적어도 하나를 포함하는 유수분리 구조체의 제조방법.
24. The method of claim 23,
Wherein the substrate comprises at least one of plastic, fiber, glass, metal, ceramic, and carbon-based material.
제23항에 있어서,
상기 금속 망 구조체는 상기 기재의 상방에 20mm 이하의 간격을 두고 위치시키는 유수분리 구조체의 제조방법.
24. The method of claim 23,
Wherein the metal net structure is positioned above the substrate with an interval of 20 mm or less.
제23항에 있어서,
상기 금속 망 구조체는 Ti, Cu, Au, Ag, Cr, Pt, Fe, Al, Si, 이들의 합금, 및 이들의 산화물 중 적어도 하나를 포함하는 유수분리 구조체의 제조방법.
24. The method of claim 23,
Wherein the metal network structure comprises at least one of Ti, Cu, Au, Ag, Cr, Pt, Fe, Al, Si, alloys thereof and oxides thereof.
제23항에 있어서,
상기 금속 망 구조체의 망 간격이 10㎛ 내지 500㎛ 범위인 유수분리 구조체의 제조방법.
24. The method of claim 23,
Wherein the mesh spacing of the metal mesh structure is in the range of 10 탆 to 500 탆.
삭제delete 제23항에 있어서,
상기 증착 단계 및 식각 단계는 동일한 플라즈마 처리 조건에서 동시에 수행되는 유수분리 구조체의 제조방법.
24. The method of claim 23,
Wherein the deposition step and the etching step are performed simultaneously under the same plasma processing conditions.
제23항에 있어서,
상기 플라즈마 처리는 O2, CF4, Ar, N2, 및 H2 중 선택된 1종 이상의 가스를 이용하여 행해지는 유수분리 구조체의 제조방법.
24. The method of claim 23,
Wherein the plasma treatment is performed using at least one gas selected from O 2 , CF 4 , Ar, N 2 , and H 2 .
제23항에 있어서,
상기 플라즈마 처리는 -100V 내지 -1000V의 전압 범위에서, 1 내지 1000 mTorr의 압력에서 10초 내지 5시간 동안 수행되는 유수분리 구조체의 제조방법.
24. The method of claim 23,
Wherein the plasma treatment is performed in a voltage range of -100 V to -1000 V for 10 seconds to 5 hours at a pressure of 1 to 1000 mTorr.
제23항에 있어서,
상기 금속 망 구조체는 Ti를 포함하고, 상기 플라즈마 처리는 O2 가스를 이용하는 유수분리 구조체의 제조방법.
24. The method of claim 23,
Wherein the metal mesh structure comprises Ti, and the plasma treatment uses O 2 gas.
제18항에 따른 유수분리 장치를 이용하여, 물과 기름 중 물을 선택적으로 통과시키고 기름을 수거하는 단계를 포함하는 유수분리방법.18. A method for oil-water separation comprising selectively passing water in water and oil and collecting oil using the oil water separating apparatus according to claim 18. 제34항에 있어서,
상기 유수분리 장치를 사용하기 전에, 상기 유수분리 장치를 물에 적시는 전처리 단계를 더 포함하는 유수분리방법.
35. The method of claim 34,
Further comprising a pretreatment step of wetting the oil water separating apparatus with water before using the oil water separating apparatus.
제34항에 있어서,
상기 기름 수거 후, 상기 유수분리 장치를 UV 처리하는 단계를 더 포함하는 유수분리 방법.
35. The method of claim 34,
Further comprising, after the oil collection, UV treatment of the oil separation apparatus.
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