KR101755197B1 - 가압식 중공사막 모듈 - Google Patents
가압식 중공사막 모듈 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101755197B1 KR101755197B1 KR1020110059992A KR20110059992A KR101755197B1 KR 101755197 B1 KR101755197 B1 KR 101755197B1 KR 1020110059992 A KR1020110059992 A KR 1020110059992A KR 20110059992 A KR20110059992 A KR 20110059992A KR 101755197 B1 KR101755197 B1 KR 101755197B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- hollow fiber
- fiber membrane
- knitted fabric
- filament
- resin
- Prior art date
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 156
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 title claims abstract description 115
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims abstract description 82
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 44
- 238000012856 packing Methods 0.000 claims abstract description 19
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 claims abstract description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 37
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 25
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 25
- 239000002952 polymeric resin Substances 0.000 claims description 23
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 claims description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 16
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims description 8
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 claims description 8
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims description 7
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 claims description 7
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims description 7
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 claims description 6
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims description 5
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 claims description 3
- 239000004695 Polyether sulfone Substances 0.000 claims description 3
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 claims description 3
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 claims description 3
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 3
- 239000009719 polyimide resin Substances 0.000 claims description 3
- 229920005672 polyolefin resin Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004962 Polyamide-imide Substances 0.000 claims description 2
- 229920002312 polyamide-imide Polymers 0.000 claims description 2
- 239000012466 permeate Substances 0.000 abstract description 7
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 21
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 11
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 10
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 8
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 7
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 7
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 7
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 6
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 6
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 6
- 238000000445 field-emission scanning electron microscopy Methods 0.000 description 6
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 6
- FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylacetamide Chemical compound CN(C)C(C)=O FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 150000002433 hydrophilic molecules Chemical class 0.000 description 5
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 5
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 description 5
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 description 5
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 5
- LZDKZFUFMNSQCJ-UHFFFAOYSA-N 1,2-diethoxyethane Chemical compound CCOCCOCC LZDKZFUFMNSQCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 4
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 4
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 4
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 230000001112 coagulating effect Effects 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N ethylene glycol Natural products OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 2
- GEWWCWZGHNIUBW-UHFFFAOYSA-N 1-(4-nitrophenyl)propan-2-one Chemical compound CC(=O)CC1=CC=C([N+]([O-])=O)C=C1 GEWWCWZGHNIUBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 4-Butyrolactone Chemical compound O=C1CCCO1 YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000005273 aeration Methods 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 1
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000008235 industrial water Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000009285 membrane fouling Methods 0.000 description 1
- 238000001471 micro-filtration Methods 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 229920003055 poly(ester-imide) Polymers 0.000 description 1
- 229920006122 polyamide resin Polymers 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920006149 polyester-amide block copolymer Polymers 0.000 description 1
- 238000004382 potting Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 1
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N tetrafluoromethane Chemical compound FC(F)(F)F TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002803 thermoplastic polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
- B01D63/02—Hollow fibre modules
- B01D63/021—Manufacturing thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
- B01D63/02—Hollow fibre modules
- B01D63/04—Hollow fibre modules comprising multiple hollow fibre assemblies
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
- B01D63/02—Hollow fibre modules
- B01D63/021—Manufacturing thereof
- B01D63/0231—Manufacturing thereof using supporting structures, e.g. filaments for weaving mats
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
- B01D63/02—Hollow fibre modules
- B01D63/027—Twinned or braided type modules
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/08—Hollow fibre membranes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/10—Supported membranes; Membrane supports
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/10—Supported membranes; Membrane supports
- B01D69/107—Organic support material
- B01D69/1071—Woven, non-woven or net mesh
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/12—Composite membranes; Ultra-thin membranes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/12—Composite membranes; Ultra-thin membranes
- B01D69/1213—Laminated layers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/06—Organic material
- B01D71/30—Polyalkenyl halides
- B01D71/32—Polyalkenyl halides containing fluorine atoms
- B01D71/34—Polyvinylidene fluoride
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/06—Organic material
- B01D71/40—Polymers of unsaturated acids or derivatives thereof, e.g. salts, amides, imides, nitriles, anhydrides, esters
- B01D71/42—Polymers of nitriles, e.g. polyacrylonitrile
- B01D71/421—Polyacrylonitrile
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/06—Organic material
- B01D71/48—Polyesters
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/06—Organic material
- B01D71/58—Other polymers having nitrogen in the main chain, with or without oxygen or carbon only
- B01D71/62—Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain
- B01D71/64—Polyimides; Polyamide-imides; Polyester-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/06—Organic material
- B01D71/58—Other polymers having nitrogen in the main chain, with or without oxygen or carbon only
- B01D71/62—Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain
- B01D71/64—Polyimides; Polyamide-imides; Polyester-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
- B01D71/641—Polyamide-imides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/06—Organic material
- B01D71/58—Other polymers having nitrogen in the main chain, with or without oxygen or carbon only
- B01D71/62—Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain
- B01D71/64—Polyimides; Polyamide-imides; Polyester-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
- B01D71/642—Polyester-imides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/06—Organic material
- B01D71/66—Polymers having sulfur in the main chain, with or without nitrogen, oxygen or carbon only
- B01D71/68—Polysulfones; Polyethersulfones
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
- B01D2313/23—Specific membrane protectors, e.g. sleeves or screens
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
- B01D2325/40—Fibre reinforced membranes
Abstract
패킹 밀도 및 투과 유량의 감소 없이 향상된 내구성을 갖는 가압식 중공사막 모듈이 개시된다. 본 발명의 가압식 중공사막 모듈은 복합 중공사막을 채용하되, 상기 복합 중공사막은 원사들(yarns)로 직조된 관형 편물(tubular braid) 및 상기 관형 편물의 외표면 상의 고분자 수지 필름(polymer film)을 포함하고, 상기 원사들 각각은 세섬도 필라멘트 및 중섬도 필라멘트를 포함하고, 상기 세섬도 필라멘트는 0.01 내지 0.4 데니어의 섬도를 갖는 제1 모노필라멘트들을 포함하고, 상기 중섬도 필라멘트는 0.4 초과 3 미만의 데니어의 섬도를 갖는 제2 모노필라멘트들을 포함하고, 상기 관형 편물의 외경에 대한 두께의 비율은 15 내지 35 %이다.
Description
본 발명은 가압식 중공사막 모듈에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 높은 투과 유량, 막 세정의 용이성 및 높은 내구성을 동시에 만족시키는 가압식 중공사막 모듈에 관한 것이다.
유체처리를 위한 분리 방법으로는 가열이나 상변화를 이용하는 분리 방법, 및 여과막을 이용하는 분리 방법 등이 있다. 여과막을 이용하는 분리 방법은 여과막의 세공 크기에 따라 원하는 수질을 안정적으로 얻을 수 있으므로 공정의 신뢰도를 높일 수 있다는 장점이 있고, 또한, 여과막을 이용하면 가열 등의 조작이 필요 없기 때문에 가열 등에 의해 영향을 받을 수 있는 미생물을 사용하는 분리 공정에 널리 이용될 수 있다는 장점이 있다.
여과막을 이용한 분리 방법 중 하나로는 중공사 형태의 막을 다발로 형성한 중공사막 모듈을 이용하는 방법이 있다. 전통적으로 중공사막 모듈은 무균수, 음용수, 초순수 제조 등 정밀 여과 분야에 널리 사용되어 왔으나, 최근에는 하/폐수처리, 정화조에서의 고액 분리, 산업폐수에서의 부유 물질(SS: Suspended Solid) 제거, 하천수의 여과, 공업용수의 여과, 및 수영장 물의 여과 등으로 그 응용 범위가 확대되고 있다.
중공사막 모듈은 구동방식에 따라 흡입식 모듈과 가압식 모듈로 분류될 수 있다.
흡입식 모듈은 처리하고자 하는 유체를 수용하고 있는 수조에 모듈을 침지시키고 중공사막 내부에 음압(negative pressure)을 가하여 유체만을 선택적으로 중공사막 내부(중공)로 투과시킴으로써 유체에 함유되어 있는 불순물 또는 슬러지 등의 오염물질을 분리하는 방식이다. 흡입식 모듈은 유체의 순환을 위한 설비를 요구하지 않아 시설비나 운전비의 절감을 가져올 수 있는 장점이 있는 반면, 단위시간에 얻을 수 있는 투과 유량이 제한적이라는 단점이 있다.
이에 반해, 처리하여야 할 유체를 중공사막의 외부로부터 내부로 가압 여과시키는 가압식 모듈의 경우에는 유체 순환을 위한 별도의 설비가 필요하기는 하지만 단위시간에 얻을 수 있는 투과 유량이 흡입식 모듈에 비해 상대적으로 많다는 장점이 있다.
가압식 모듈에서는 중공사막 다발이 소정 크기의 모듈 케이스 내에 포팅되어 있기 때문에 중공사막 다발의 패킹 밀도가 투과 유량 관점에서 중요하다. 패킹 밀도가 높을수록 모듈의 막 면적이 증가하기는 하지만 여과되어야 할 원수를 위한 공간이 줄어들고 막 오염이 더 쉽게 야기되는 문제도 발생한다. 또한, 막 오염을 억제하기 위하여 강한 산기 세정이 실시될 때 중공사막이 파손되는 문제도 발생할 수 있다.
따라서, 가압식 여과 모듈은 높은 투과 유량을 나타내야 할 뿐만 아니라 막 세정의 용이성 및 높은 내구성 등의 요구들도 동시에 만족시켜야 한다.
따라서, 본 발명은 위와 같은 관련 기술의 제한 및 단점들에 기인한 문제점들을 방지할 수 있는 가압식 중공사막 모듈에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면은 높은 투과 유량, 막 세정의 용이성 및 높은 내구성을 동시에 만족시키는 가압식 중공사막 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술될 것이고, 부분적으로는 그러한 기술로부터 자명할 것이다. 또는, 본 발명의 실시를 통해 본 발명의 또 다른 특징 및 이점들이 학습되어질 수 있을 것이다. 본 발명의 목적들 및 다른 이점들은 첨부된 도면은 물론이고 발명의 상세한 설명 및 특허청구범위에서 특정된 구조에 의해 실현되고 달성될 것이다.
본 발명의 일 측면으로서, 원수 유입구 및 여과수 배출구를 갖는 모듈 케이스; 상기 모듈 케이스 내에 위치하는 복합 중공사막 다발; 상기 복합 중공사막 다발의 일단이 포팅되어 있으며 상기 모듈 케이스 내면에 접착 고정되어 있는 제1 고정부; 및 상기 복합 중공사막 다발의 타단이 포팅되어 있으며 상기 모듈 케이스 내면에 접착 고정되어 있는 제2 고정부를 포함하되, 상기 복합 중공사막 다발을 구성하는 복합 중공사막들 각각은 원사들(yarns)로 직조된 관형 편물(tubular braid) 및 상기 관형 편물의 외표면 상의 고분자 수지 필름(polymer film)을 포함하고, 상기 원사들 각각은 세섬도 필라멘트 및 중섬도 필라멘트를 포함하고, 상기 세섬도 필라멘트는 0.01 내지 0.4 데니어의 섬도를 갖는 제1 모노필라멘트들을 포함하고, 상기 중섬도 필라멘트는 0.4 초과 3 미만의 데니어의 섬도를 갖는 제2 모노필라멘트들을 포함하고, 상기 관형 편물의 외경에 대한 두께의 비율은 15 내지 35 %인 가압식 중공사막 모듈이 제공된다.
위와 같은 일반적 서술 및 이하의 상세한 설명 모두는 본 발명을 예시하거나 설명하기 위한 것일 뿐으로서, 특허청구범위의 발명에 대한 더욱 자세한 설명을 제공하기 위한 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 의하면, 외경에 대한 두께의 비율이 15 내지 35 %인 관형 편물을 이용하여 복합 중공사막을 제조하고, 이 복합 중공사막을 이용하여 가압식 중공사막 모듈을 제조함으로써, 높은 투과 유량, 막 세정의 용이성 및 향상된 내구성을 갖는 가압식 중공사막 모듈이 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 효과들은 그와 관련된 기술적 구성과 함께 이하에서 자세히 기술될 것이다.
첨부된 도면은 본 발명의 이해를 돕고 본 명세서의 일부를 구성하기 위한 것으로서, 본 발명의 실시예들을 예시하며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가압식 중공사막 모듈의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 중공사막의 단면을 개략적으로 보여주는 SEM 사진이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가압식 중공사막 모듈의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 중공사막의 단면을 개략적으로 보여주는 SEM 사진이다.
본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 다양한 변경 및 변형이 가능하다는 점은 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 본 발명은 특허청구범위에 기재된 발명 및 그 균등물의 범위 내에 드는 변경 및 변형을 모두 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 가압식 중공사막 모듈의 일 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가압식 모듈의 단면도이다.
본 발명의 가압식 모듈(100)은 다수 개의 중공사막들(110)을 포함한다. 각 중공사막(110)은 안에 중공이 형성되어 있다. 여과 작업 중에 중공사막(110)의 외표면 측에서 내표면 측으로 여과수가 투과한다. 상기 다수개의 중공사막들(110)은 길이 방향으로 가지런히 배열된 다발 형태를 갖는다.
각 중공사막(110)의 상단부는 제1 고정부(120)에 의해 모듈 케이스(140) 내의 상측에 고정되어 있다. 각 중공사막(110)의 상단은 개방된 상태이다. 본 발명의 가압식 모듈(100)은 다수 개의 중공사막들(110)이 포팅되어 있는 제1 고정부(120)와 모듈 케이스(140)의 내면 사이에 실링제를 더 포함함으로써, 중공사막(110)을 투과하여 중공으로 유입되고 중공사막(110)의 개방된 상단을 통해 배출되는 여과수가 원수와 혼합되는 것을 방지할 수 있다.
상기 제1 고정부(120)는 열경화성 수지, 예를 들어 에폭시 수지, 우레탄 수지, 실리콘 고무 등으로 이루어질 수 있다. 선택적으로, 이들 열경화성 수지에 실리카, 카본 블랙, 불화 카본 등의 충전재를 혼입시킴으로써 제1 고정부(120)의 강도 향상 및 경화 수축 감소를 꾀할 수도 있다.
한편, 각 중공사막(110)의 하단은 상기 제1 고정부(120)와 동일한 또는 상이한 물질로 이루어진 제2 고정부(130)에 의해 모듈 케이스(140) 내의 하측에 고정되어 있다. 각 중공사막(110)의 하단은 상기 제2 포팅제(130) 내에 묻혀있기 때문에 유체가 상기 하단을 통해 각 중공사막(110)의 중공으로 유입될 수 없고 상기 중공으로부터 배출될 수도 없다.
여과 처리되어야 할 원수는 원수 유입구(141)를 통해 모듈 케이스(140) 내로 유입된다. 모듈 케이스(140) 내로 유입된 원수는 펌프에 의해 가압되어 그 중 일부가 중공사막(110)을 투과하여 중공사막(110)의 중공으로 유입된다. 중공사막(110)의 중공으로 유입된 여과수는 제1 고정부(120) 측의 개방된 말단을 빠져나와 모듈 케이스(140)의 여과수 배출구(142)를 통해 외부로 배출된다. 여과수가 빠져나감으로 인해 고형 성분의 오염물질의 농도가 높아진 원수(이하, "농축수"라 칭함)는 농축수 배출구(143)를 통해 외부로 배출된다.
여과 작업이 수행되는 동안 또는 여과 작업이 중지된 후에 중공사막(110)의 세정을 위한 공기가 공기 유입구(144)를 통해 모듈 케이스(140) 내부로 유입된다. 공기 유입구(144)를 통해 모듈 케이스(140) 내부로 유입된 공기가 중공사막(110)에 전달될 수 있도록, 상기 제2 고정부(130)에는 다수 개의 관통홀들(H)이 형성되어 있다.
선택적으로, 여과 처리되어야 할 원수와 중공사막(110)의 세정을 위한 공기가 하나의 유입구(144)를 통해 모듈 케이스(140) 내부로 유입되도록 할 수 있다. 이 경우, 여과 처리되어야 할 원수 및 산기 세정을 위한 공기 모두가 제2 고정부(130)에 형성된 다수 개의 관통홀들(H)을 통과한다.
한편, 여과 작업이 종료된 후에 모듈 케이스(140) 내에 있던 원수는 제2 고정부(130)에 형성된 다수 개의 관통홀들(H)을 통과하여 배수로(145)를 통해 모듈 케이스(140) 밖으로 배출된다.
이상에서 살펴본 가압식 모듈(100)의 경우, 모듈 케이스(140) 내에 존재하는 중공사막들(110)의 패킹 밀도가 지나치게 높으면 모듈(100) 내에서 막(110) 외의 공간, 즉 원수로 채워지는 공간이 너무 적어져 여과 효율이 감소하고 막(110)의 세정의 어려움으로 인해 막 오염의 위험이 증가한다는 문제점이 발생한다. 따라서, 가압식 모듈(100)의 중공사막 패킹 밀도는 여과 효율 및 세정의 용이성을 고려하여 적정 수준으로 설정되어야 한다.
중공사막 패킹 밀도가 일정 값으로 설정되었다고 가정할 경우, 가압식 모듈(100)의 투과 유량은 중공사막들(110)의 막 면적과 깊은 관련이 있다. 즉, 중공사막(110) 다발의 막 면적이 클수록 가압식 모듈의 투과 유량은 증가한다. 중공사막(110) 다발의 패킹 밀도가 일정한 상태에서 중공사막(110) 다발의 막 면적을 증가시키기 위해서는 외경(중공사막을 그 길이방향과 수직인 방향으로 잘랐을 때 단면의 외경)이 작은 중공사막을 사용함으로써 단위 공간 내의 중공사막들(110) 개수를 늘려야 한다.
위와 같은 이유로, 관형 편물 상에 고분자 수지가 코팅된 복합막 형태의 중공사막에 비해 작은 외경을 갖는 단일막 형태의 중공사막이 가압식 모듈의 제조에 사용되는 것이 유리할 수 있다. 그러나, 단일막은 상대적으로 취약한 내구성을 갖기 때문에 산기(aeration)에 의한 세정 작업시 쉽게 파손되는 문제점이 있다. 더욱 구체적으로 설명하면, 중공사막 다발의 패킹 밀도가 흡입식 모듈에 비해 상대적으로 높은 가압식 모듈은 막 오염에 특히 취약할 수 밖에 없다. 따라서, 가압식 모듈의 경우 여과 작업이 수행되는 중에 흡입식 모듈에 비해 더욱 강한 산기 세정이 실시될 필요가 있다. 복합막 형태의 중공사막에 비해 상대적으로 낮은 내구성을 갖는 단일막 형태의 중공사막을 이용할 경우 강한 산기 세정으로 인해 중공사막이 파손되는 문제점이 있다. 요약하면, 가압식 모듈에 있어서 여과 효율 및 투과 유량을 고려하여 단일막 형태의 중공사막을 채용할 경우 단일막의 약한 강도로 인한 모듈의 내구성 저하라는 문제점이 발생한다.
한편, 통상적인 복합 중공사막(composite hollow fiber membrane)은 관형편물(tubular braid)의 존재로 말미암아 단일막(single membrane)에 비해 더 큰 외경을 갖는다. 복합 중공사막의 큰 외경은 일정 패킹 밀도 조건 하에서 막 면적의 저하 및 이에 따른 유량(flux) 저하를 야기한다.
위와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 복합 중공사막의 외경을 기존보다 작게 함으로써 가압식 모듈의 중공사막 패팅 밀도를 높이는 제1 방안과, 단일막 자체의 내구성을 향상시키는 제2 방안이 고려될 수 있다.
여과막은 그 특성 상 막 자체에 다수의 미세 기공들을 갖기 때문에 단일막 형태를 유지하면서 그 내구성을 향상시키는 데에는 한계가 있다. 따라서, 본 발명은 투과 유량의 저하 없이 복합 중공사막의 외경을 기존보다 작게 만드는데 중점을 두었다. 이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합막 형태의 중공사막(110)을 더욱 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 중공사막의 단면을 개략적으로 보여준다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 중공사막은 보강재인 관형편물(111) 표면에 고분자 수지 필름(polymer film)(112)이 코팅된 복합 중공사막(110)이다.
일정 크기의 패킹 밀도를 갖는 가압식 모듈(100)에서 복합 중공사막(110) 다발의 막면적을 극대화하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 관형 편물(111)은 1.2 내지 1.7 mm의 외경을 갖는다. 관형편물(111)의 외경이 1.2 mm 미만일 경우에는 복합 중공사막(110)의 내경까지도 과도하게 작아져서 모듈(100)의 기존의 단일막 형태의 모듈에 비해 더 낮은 투과 유량을 야기하게 된다. 반대로, 관형편물(111)의 외경이 1.7 mm를 초과하게 되면 소정 패킹 밀도 하에서 복합 중공사막(110) 다발의 막면적을 유의미하게 증가시킬 수 없다.
본 발명의 명세서에서 사용되는 용어 '패킹 밀도'는 가압식 중공사막 모듈의 단면 중 복합 중공사막 다발이 차지하는 비율(%)로 정의된다. 가압식 모듈의 단면은 모듈 케이스 내의 공간의 단면을 의미한다. 모듈(100)의 제작 및 유지관리의 편의성 및 여과 효율을 고려할 때, 본 발명의 가압식 모듈(100) 내 복합 중공사막(110) 다발의 패킹 밀도는 50 내지 70 %일 수 있다. 패킹 밀도가 50% 미만이면 막 면적 감소로 인해 여과 효율이 떨어진다. 이에 반해, 패킹 밀도가 70%를 초과하면 여과되어야 할 원수를 위한 공간의 감소로 인한 여과 효율의 저하가 발생할 뿐만 아니라 막 오염이 심각해진다.
일정 패킹 밀도 하에서 복합 중공사막(110) 다발의 막면적을 증가시키기 위하여 관형편물(111)의 외경을 작게 하는 것도 중요하지만, 이에 못지않게 중요한 것이 관형편물(111)의 두께를 얇게 하는 것이다. 관형편물(111)의 외경이 작아지면서 그 내경도 역시 비례하여 작아질 경우 중공사막(110)의 투과 유량 증대를 기대할 수 없기 때문이다. 따라서, 본 발명에 의하면, 관형편물(111)의 외경에 대한 관형편물(111)의 두께 비율은 15 내지 35 %이다.
관형편물(111)의 외경에 대한 관형편물(111)의 두께 비율이 35%를 초과하면, 즉 관형편물(111)의 두께가 그 외경에 비해 지나치게 두꺼우면, 관형편물(111)의 내경이 작아져 복합 중공사막(110)의 중공을 따라 흐르는 여과수 흐름이 작아질 뿐만 아니라 복합 중공사막(110)의 두께도 증가로 인해 막을 투과하는 유체의 양 자체도 작아지는 문제점이 발생한다.
반대로, 관형편물(111)의 외경에 대한 관형편물(111)의 두께 비율이 15% 미만이면, 즉 관형편물(111)의 두께가 그 외경에 비해 지나치게 얇으면 관형편물(111)의 보강(reinforcement) 기능이 담보될 수 없게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 관형편물(111)은 1.2 내지 1.7 mm의 외경 및 0.3 내지 0.4 mm의 두께를 갖는다.
본 발명에서 관형편물(111)의 외경, 내경 및 두께는 다음과 같은 방법에 의해 측정된다.
관형편물(111)의 형태를 고정시키기 위하여 관형편물(111)의 외표면에 파라핀을 코팅한다. 관형편물(111)의 형태를 고정시킬 수 있는 것이라면 어떠한 물질도 상기 코팅 물질로 사용될 수 있는데, 예를 들어 파라핀 대신에 복합 중공사막의 제조를 위한 고분자 수지가 관형편물(111) 상에 코팅될 수도 있다. 이어서, FE-SEM 단면 절취용 마이크로톰(microtome)으로 파라핀이 코팅된 관형편물(111)을 임의의 지점에서 그 길이방향에 수직으로 잘라 단면 샘플을 얻은 후 FE-SEM으로 단면을 분석한다. 외경 및 내경 각각의 최장 길이와 최단 길이 사이의 편차가 20% 이내인 샘플 5개를 선택한다. 선택된 각 샘플의 외경은 최장 외경 및 최단 외경의 평균치로 결정되고, 내경은 최장 내경 및 최단 내경의 평균으로 결정된다. 5개 샘플들의 외경 및 내경을 각각 산술 평균함으로써 관형편물(111)의 외경 및 내경이 최종적으로 구해진다. 관형편물(111)의 두께(평균 두께를 의미함)는 외경과 내경의 차이이다.
이상에서 설명한 본 발명의 관형편물(111)을 제조하기 위하여, 세섬도 필라멘트(들) 및 중섬도 필라멘트(들)로 구성된 혼합사가 관형편물(111)의 제조를 위한 원사(yarn)로 사용된다.
본 발명의 명세서에서 사용되는 용어 '세섬도 필라멘트'는 0.01 내지 0.4 데니어(denier)의 섬도를 갖는 모노필라멘트들로 이루어진 필라멘트로 정의되고, 용어 '중섬도 필라멘트'는 0.4 초과 3 미만의 데니어의 섬도를 갖는 모노필라멘트들로 이루어진 필라멘트로 정의된다. 세섬도 필라멘트 및 중섬도 필라멘트 외에, 3 데니어 이상의 섬도를 갖는 모노필라멘트(들)로 이루어진 필라멘트는 일반적으로 '태섬도 필라멘트'로 분류된다.
본 발명의 원사를 구성하는 세섬도 필라멘트 각각은, 100 내지 300개의 모노필라멘트들을 포함하고 1 내지 120 데니어의 섬도를 갖는다. 세섬도 필라멘트는 폴리올레핀계 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 또는 나일론을 포함할 수 있다.
본 발명의 원사를 구성하는 중섬도 필라멘트 각각은, 30 내지 200개의 모노필라멘트들을 포함하고 12 내지 200 데니어의 섬도를 갖는다. 중섬도 필라멘트는 폴리올레핀계 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 또는 나일론을 포함할 수 있다.
본 발명의 관형편물(111)의 제조에 사용되는 원사는 1 내지 4개의 세섬도 필라멘트(들) 및 1 내지 4개의 중섬도 필라멘트(들)을 포함한다. 각 원사를 구성하는 세섬도 필라멘트 및 중섬도 필라멘트의 합은 3개 이상이며, 각 원사는 150 내지 600 데니어의 섬도를 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 8 내지 24 개의 원사들을 사용하여 관형편물(111)을 제조한다.
본 발명의 관형편물(111)은 0.01 내지 0.4 데니어의 섬도를 갖는 모노필라멘트들로 구성된 세섬도 필라멘트를 포함하기 때문에, 관형편물(111)과 고분자 수지 필름(112)의 접촉 면적이 그 만큼 크게 된다. 관형편물(111)과 고분자 수지 필름(112)의 큰 접촉 면적은 본 발명의 복합 중공사막(110)이 우수한 박리강도를 갖게 한다. 즉, 관형편물(111)에 코팅된 고분자 수지 필름(112)이 벗겨지는데 큰 힘이 필요하기 때문에, 본 발명의 복합 중공사막(110)은 강렬한 산기 세정에도 불구하고 관형편물(111)과 고분자 수지 필름(112)이 분리되지 않고 오랜 기간 유지될 수 있다.
한편, 관형편물(111)을 제조하는데 사용되는 원사가 세섬도 필라멘트만으로 구성될 경우 관형편물(111)의 박리강도 향상을 기대할 수는 있지만 관형편물(111)의 외경을 1.7 mm 이하로 제조할 수 없다는 문제점이 있다.
이를 해결하기 위하여, 세섬도 필라멘트와 태섬도 필라멘트를 혼사하여 원사를 제조하는 것이 고려될 수는 있으나, 세섬도 필라멘트와 태섬도 필라멘트는 그 각각을 구성하는 모노필라멘트들의 굵기 차이로 인하여 관형편물(111)의 두께 불균일도가 높아진다는 문제점이 있다. 관형편물(111)의 두께 불균일도가 높아지면 관형편물(111) 상의 고분자 수지 필름(112) 코팅이 분균일하게 되고, 결과적으로 고분자 수지 필름(112)의 두께가 얇은 곳에서 파손이 발생할 위험이 커진다.
따라서, 본 발명에 의하면, 세섬도 필라멘트와 중섬도 필라멘트를 혼사하여 원사를 제조하고 이 원사를 이용하여 관형편물(111)을 제조함으로써, 1.2 내지 1.7 mm의 외경을 갖고, 외경에 대한 두께의 비율이 15 내지 35%인 관형편물(111)이 제공될 수 있다.
이렇게 제조된 관형편물(111) 상에 폴리설폰 수지, 폴리에테르설폰 수지, 설폰화 폴리설폰 수지, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF) 수지 또는 폴리아크릴로니트릴(PAN) 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지 및 폴리에스테르이미드 수지 중 적어도 하나를 포함하는 고분자 수지 필름(112)을 코팅함으로써 1 내지 5 MPa의 우수한 박리강도를 갖는 복합 중공사막(110)이 제공될 수 있다.
상기 고분자 수지 필름(112)은 치밀한 구조의 스킨층과 스폰지 구조의 내층으로 구성될 수 있다. 상기 스킨층에는 공경이 0.01∼1㎛인 미세공들이 형성되어 있고, 상기 내층에는 공경이 10㎛ 이하, 더욱 바람직하기로는 공경이 5㎛ 이하인 미세공들이 형성되어 있다.
본 발명은 고분자 수지 필름(112)의 내층에 10㎛를 초과하는 결손부위, 다시말해 공경이 10㎛를 초과하는 미세공들이 존재하지 않는다. 내층에 10㎛를 초과하는 결손부위가 존재할 경우에는 여과신뢰도가 크게 감소될 수 있다. 스폰지 구조의 내층에 형성된 미세공의 공경들은 복합 중공사막(110)의 중심방향으로 갈수록 점진적으로 증대되는 것이 더욱 바람직하다.
고분자 수지 필름(112)의 두께는 0.2mm 이하이고, 고분자 수지 필름(112)이 관형편물(111) 내로 침투하는 거리는 관형편물(111) 두께의 30% 미만인 것이 기계적 강도 및 수투과 성능을 동시에 향상시키는데 바람직하다.
본 발명의 복합 중공사막(110)은 2중 관형노즐의 중앙부로 관형편물(111)을 통과시킴과 동시에 상기 노즐을 통해 고분자 수지 필름용 방사도프를 관형편물(111) 표면으로 유입시켜 이를 관형편물(111) 상에 코팅하고, 이것을 노즐 외부의 공기 중으로 토출시킨 후 응고액에서 응고시켜 복합 중공사막 구조를 형성하고, 수세 및 건조시키는 방법으로 제조될 수 있다.
관형편물(111) 표면에 고분자 수지 필름(112)을 일정한 두께로 균일하게 코팅하기 위해서는 관형편물(111)의 진행속도와 노즐 내로 유입되는 방사도프 양의 균형이 맞아야 하며, 이를 방사도프 공급속도(Q)와 관형 편물의 속도(υ)로 표현한 관계식은 다음과 같다.
[여기서 Q는 시간당 공급되는 방사도프의 양, ρ는 방사도프의 밀도, υ는 관형편물의 진행속도, D o 는 관형편물의 외경, T는 코팅되는 방사도프의 두께임.]
위의 식에서 알 수 있듯이, 고분자 수지 필름(112)의 두께는 방사도프의 공급량, 방사도프의 밀도, 관형편물(111)의 진행속도 등을 이용하여 조절될 수 있다.
고분자 수지 필름용 방사도프는 고분자 수지, 첨가제인 폴리비닐피롤리돈 및 친수성 화합물을 유기용매에 용해하여 제조한다. 상기 방사도프는 10~50 중량%의 고분자 수지, 1∼30 중량%의 첨가제(폴리비닐피롤리돈 및/또는 친수성 화합물), 및 20~89 중량%의 유기용매를 포함할 수 있다.
상기 고분자 수지로는 폴리설폰 수지, 폴리에테르설폰 수지, 설폰화 폴리설폰 수지, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF) 수지 또는 폴리아크릴로니트릴(PAN) 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지 및 폴리에스테르이미드 수지 중 적어도 하나가 사용될 수 있으며, 유기용매로는 디메틸아세트아미드, 디메틸포름아미드 또는 이들의 혼합액이 사용될 수 있다.
친수성 화합물로는 물 또는 글리콜류 화합물, 더욱 바람직하기로는 분자량 2,000 이하인 폴리에틸렌 글리콜을 사용한다. 친수성 화합물인 물 또는 글리콜류 화합물은 방사도프의 안정성을 저하시키는 역할을 하므로 고분자 수지 필름(112)에 스폰지형 구조가 발현될 가능성을 상대적으로 높게 한다.
즉, 방사도프의 안정성이 높을수록 막 내부에 결손부위(공경이 10㎛를 초과하는 미세공)가 형성되어 핑거형(Finger-like) 구조가 되기 쉬으므로, 첨가제로서 물 또는 글리콜류 화합물과 같은 친수성 화합물을 첨가함으로써 방사도프 안정성을 저하시킴과 동시에 막을 친수화 시켜 복합 중공사막(110)의 수투과도를 증가시킬 수 있다.
이하, 실시예 및 비교실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 살펴본다.
실시예 1
0.31 데니어의 섬도를 갖는 PET 모노필라멘트 200개로 이루어진 세섬도 필라멘트 2 개와 2 데니어의 섬도를 갖는 PET 모노필라멘트 72 개로 이루어진 중섬도 필라멘트 1 개를 합사하여 원사를 제조하였다. 이와 같은 원사 20 개를 사용하여 1.4 mm의 외경 및 0.4 mm의 두께를 갖는 관형편물을 제조하였다.
실시예 2
0.31 데니어의 섬도를 갖는 PET 모노필라멘트 100개로 이루어진 세섬도 필라멘트 2 개와 2 데니어의 섬도를 갖는 PET 모노필라멘트 36개로 이루어진 중섬도 필라멘트 1 개를 합사하여 원사를 제조하였다. 이와 같은 원사 20 개를 사용하여 1.2 mm의 외경 및 0.3 mm의 두께를 갖는 관형편물을 제조하였다.
비교실시예 1
0.31 데니어의 섬도를 갖는 PET 모노필라멘트 200 개로 이루어진 세섬도 필라멘트 6개를 합사하여 원사를 제조하였다. 이와 같은 원사 20 개를 사용하여 1.9 mm의 외경 및 0.6 mm의 두께를 갖는 관형편물을 제조하였다.
관형편물의 외경, 내경 및 두께 측정
실시예 1 및 2와 비교실시예 1에 의해 제조된 관형편물들의 외경, 내경 및 두께를 다음의 방법에 의해 각각 구하였다.
관형편물의 형태를 고정시키기 위하여 관형편물의 외표면에 파라핀을 코팅하였다. 이어서, FE-SEM 단면 절취용 마이크로톰(microtome)으로 파라핀이 코팅된 관형편물을 임의의 지점에서 그 길이방향에 수직으로 잘라 단면 샘플을 얻은 후 FE-SEM으로 단면을 분석하였다. 외경 및 내경 각각의 최장 길이와 최단 길이 사이의 편차가 20% 이내인 샘플 5개를 선택하였다. 선택된 각 샘플의 외경은 최장 외경 및 최단 외경의 평균치로 결정되었고, 내경은 최장 내경 및 최단 내경의 평균으로 결정되었다. 5개 샘플들의 외경 및 내경을 각각 산술 평균함으로써 관형편물(111)의 외경 및 내경이 최종적으로 구해졌다. 관형편물의 외경으로부터 내경을 뺌으로써 관형편물의 두께(평균 두께를 의미함)가 구해졌다.
실시예1 | 실시예2 | 비교실시예1 | |
관형편물의 외경 (mm) |
1.4 |
1.2 |
1.9 |
관형편물의 두께 (mm) |
0.4 |
0.3 |
0.6 |
실시예 3
폴리설폰 17중량%, 폴리비닐피롤리돈 9중량% 및 폴리에틸렌글리콜 10중량%를 64중량%의 디메틸포름아미드(유기용매)에 교반하면서 용해시켜 투명한 방사도프를 제조하였다. 이어서, 상기 방사도프를 직경이 2.38mmφ인 2중 관형노즐에 공급함과 동시에 실시예 1에 의해 제조된 관형편물을 상기 노즐 중앙부로 통과시켜 상기 관형편물 표면에 방사도프를 코팅한 다음, 이를 공기중으로 토출하였다. 이때 방사도프의 공급속도에 대한 관형편물의 진행속도 비(k)는 750g/㎡ 로 하였다. 방사도프가 코팅된 관형편물을 10cm의 에어갭을 통과시킨 후 35℃의 응고조를 통과시켜 응고처리하였다. 계속해서 이를 세정조에서 세정한 후 권취하여 복합 중공사막을 제조하였다. 관형편물에 코팅된 고분자 수지 필름은 0.1 mm의 두께를 가졌다.
실시예 4
실시예 1에 의해 제조된 관형편물 대신에 실시예 2에 의해 제조된 관형편물을 사용하였다는 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 복합 중공사막을 제조하였다.
비교실시예 2
실시예 1에 의해 제조된 관형편물 대신에 비교실시예 1에 의해 제조된 관형편물을 사용하였다는 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 복합 중공사막을 제조하였다.
비교실시예 3
35 중량%의 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 45 중량%의 γ-부티로락톤(γ-butyrolactone:GBL), 5 중량%의 디메틸아세트아미드(DMAc), 5 중량%의 폴리비닐피롤리돈(PVP), 및 10 중량%의 디에틸글리콜(DEG)을 혼합하여 약120℃에서 24시간 동안 교반하여 방사용액을 제조하였다. 이렇게 제조된 방사용액을 이중관으로 구성된 방사구금을 통해 토출하여 방사물을 얻었다. 상기 방사용액을 토출하는 공정시 상기 방사물의 중공 내부로 20중량%의 디메틸아세트아미드(dimethylacetamide: DMAc) 및 80중량%의 폴리에틸렌글리콜(Polyethyleneglycol: PEG)로 이루어진 혼합액을 토출하였다. 상기 방사물을 30 cm의 길이를 갖는 에어 갭을 통과시킨 후 응고조 내의 응고액에 침지시켰다. 상기 응고액은 80중량%의 γ-부티로락톤(γ-butyrolactone:GBL), 및 20중량%의 순수를 이용하여 형성하였고, 상기 응고액의 온도는 25℃로 유지하였다. 상기 응고조에서 응고되어 얻은 다공성 구조를 25℃ 순수로 세정하였고, 물 및 글리세린을 포함하는 80℃의 후 처리액을 이용하여 열수처리한 후 건조함으로써 단일막 형태의 중공사막을 얻었다.
실시예 3 및 4와 비교실시예 2 및 3에 의해 각각 제조된 중공사막들의 외경 및 인장강도를 다음의 방법들에 의해 각각 구하였고, 그 결과를 아래의 표 2에 나타내었다.
중공사막의 외경 측정
실시예 3 및 4와 비교실시예 2 및 3에 의해 각각 제조된 중공사막들의 외경을 다음의 방법에 의해 각각 구하였다.
FE-SEM 단면 절취용 마이크로톰(microtome)으로 복합 중공사막을 임의의 지점에서 그 길이방향에 수직으로 잘라 단면 샘플을 얻은 후 FE-SEM으로 단면을 분석하였다. 외경의 최장 길이와 최단 길이 사이의 편차가 20% 이내인 단면 샘플 5개를 선택하였다. 선택된 각 단면 샘플의 외경은 최장 외경 및 최단 외경의 평균치로 결정되었다. 5개 샘플들의 외경을 각각 산술 평균함으로써 복합 중공사막의 외경을 최종적으로 구하였다.
인장강도 측정
100mm의 막 길이를 갖는 중공사막 샘플을 준비한 후, 인스트롱(Instron) 4304를 이용하되, 1N 셀(cell)을 사용하고 상부 및 하부의 액션 그립(action grip)에 샘플을 고정한 후 크로스헤드 속도(crosshead speed)를 50.0 mm/min으로 하여 잡아당기는 방법으로 샘플의 인장강도를 측정하였다.
실시예3 | 실시예4 | 비교실시예 2 | 비교실시예 3 | |
중공사막의 외경 (mm) |
1.6 |
1.4 |
2.1 |
1.5 |
인장강도 (Kgf) | 25.1 | 24.9 | 25.4 | 0.8 |
Claims (8)
- 원수 유입구 및 여과수 배출구를 갖는 모듈 케이스;
상기 모듈 케이스 내에 위치하는 복합 중공사막 다발;
상기 복합 중공사막 다발의 일단이 포팅되어 있으며 상기 모듈 케이스 내면에 접착 고정되어 있는 제1 고정부; 및
상기 복합 중공사막 다발의 타단이 포팅되어 있으며 상기 모듈 케이스 내면에 접착 고정되어 있는 제2 고정부를 포함하되,
상기 복합 중공사막 다발을 구성하는 복합 중공사막들 각각은, 원사들(yarns)로 직조된 관형 편물(tubular braid) 및 상기 관형 편물의 외표면 상의 고분자 수지 필름(polymer film)을 포함하고,
상기 원사들 각각은 세섬도 필라멘트 및 중섬도 필라멘트를 포함하고,
상기 세섬도 필라멘트는 0.01 내지 0.4 데니어의 섬도를 갖는 제1 모노필라멘트들을 포함하고,
상기 중섬도 필라멘트는 0.4 초과 3 미만의 데니어의 섬도를 갖는 제2 모노필라멘트들을 포함하고,
상기 관형 편물의 외경에 대한 두께의 비율은 15 내지 35 %인 것을 특징으로 하는 가압식 중공사막 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 관형 편물은 1.2 내지 1.7 mm의 외경 및 0.3 내지 0.4 mm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 가압식 중공사막 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 복합 중공사막 다발의 패킹 밀도(packing density)는 50 내지 70 %인 것 - 여기서, 상기 패킹 밀도는 상기 가압식 중공사막 모듈의 단면 중 상기 복합 중공사막 다발이 차지하는 비율(%)임 - 을 특징으로 하는 가압식 중공사막 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 세섬도 필라멘트 및 중섬도 필라멘트는 폴리올레핀계 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트 또는 나일론을 포함하고,
상기 고분자 수지 필름은 폴리설폰 수지, 폴리에테르설폰 수지, 설폰화 폴리설폰 수지, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF) 수지 또는 폴리아크릴로니트릴(PAN) 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지 및 폴리에스테르이미드 수지 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 가압식 중공사막 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 세섬도 필라멘트는 100 내지 300개의 상기 제1 모노필라멘트들을 포함하고 1 내지 120 데니어의 섬도를 갖고,
상기 중섬도 필라멘트는 30 내지 200개의 상기 제2 모노필라멘트들을 포함하고 12 내지 200 데니어의 섬도를 갖는 것을 특징으로 하는 가압식 중공사막 모듈. - 제 5 항에 있어서,
상기 각 원사의 세섬도 필라멘트 개수는 1 내지 4 개이고,
상기 각 원사의 중섬도 필라멘트 개수는 1 내지 4 개이며,
상기 각 원사의 세섬도 필라멘트 및 중섬도 필라멘트의 합은 3 개 이상인 것을 특징으로 하는 가압식 중공사막 모듈. - 제 6 항에 있어서,
상기 각 원사는 150 내지 600 데니어의 섬도를 갖는 것을 특징하는 가압식 중공사막 모듈. - 제 5 항에 있어서,
상기 관형 편물은 8 내지 24 개의 원사들로 제조된 것을 특징으로 하는 가압식 중공사막 모듈.
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020110059992A KR101755197B1 (ko) | 2011-06-21 | 2011-06-21 | 가압식 중공사막 모듈 |
PCT/KR2012/004897 WO2012177058A2 (en) | 2011-06-21 | 2012-06-21 | Pressurized hollow fiber membrane module |
CN201280030983.2A CN103619449B (zh) | 2011-06-21 | 2012-06-21 | 加压中空纤维膜组件 |
US14/114,840 US9034189B2 (en) | 2011-06-21 | 2012-06-21 | Pressurized hollow fiber membrane module |
JP2014511309A JP5798680B2 (ja) | 2011-06-21 | 2012-06-21 | 加圧式中空糸膜モジュール |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020110059992A KR101755197B1 (ko) | 2011-06-21 | 2011-06-21 | 가압식 중공사막 모듈 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20120140329A KR20120140329A (ko) | 2012-12-31 |
KR101755197B1 true KR101755197B1 (ko) | 2017-07-07 |
Family
ID=47423087
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020110059992A KR101755197B1 (ko) | 2011-06-21 | 2011-06-21 | 가압식 중공사막 모듈 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9034189B2 (ko) |
JP (1) | JP5798680B2 (ko) |
KR (1) | KR101755197B1 (ko) |
CN (1) | CN103619449B (ko) |
WO (1) | WO2012177058A2 (ko) |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101885255B1 (ko) * | 2012-03-30 | 2018-08-03 | 코오롱인더스트리 주식회사 | 다공성 막 및 그 제조방법 |
US10781119B2 (en) * | 2013-02-22 | 2020-09-22 | Bl Technologies, Inc. | Membrane assembly for supporting a biofilm |
JP2015006653A (ja) * | 2013-05-30 | 2015-01-15 | 住友電気工業株式会社 | 濾過モジュール及び濾過装置 |
KR20160134798A (ko) | 2014-03-20 | 2016-11-23 | 제네럴 일렉트릭 컴퍼니 | 일차 처리에 의한 폐수 처리 및 mbr 또는 mabr-ifas 반응기 |
KR20160107865A (ko) | 2015-03-06 | 2016-09-19 | 코오롱인더스트리 주식회사 | 확장형 가압식 중공사막 모듈 및 이를 이용하여 제조된 여과장치 |
US20190022592A1 (en) * | 2017-07-18 | 2019-01-24 | Saudi Arabian Oil Company | Hollow fiber membrane module |
US20190233972A1 (en) | 2018-01-31 | 2019-08-01 | Saudi Arabian Oil Company | Producing Fibers Using Spinnerets |
US11406941B2 (en) | 2020-02-14 | 2022-08-09 | Saudi Arabian Oil Company | Thin film composite hollow fiber membranes fabrication systems |
US11331632B2 (en) | 2020-02-14 | 2022-05-17 | Saudi Arabian Oil Company | Thin film composite hollow fiber membranes fabrication systems |
US11253819B2 (en) | 2020-05-14 | 2022-02-22 | Saudi Arabian Oil Company | Production of thin film composite hollow fiber membranes |
CN112354366B (zh) * | 2020-11-17 | 2021-08-27 | 江苏泷膜环境科技有限公司 | 一种高通量复合反渗透膜及其制备方法 |
Family Cites Families (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0798061B2 (ja) | 1989-02-13 | 1995-10-25 | 株式会社クラレ | 血液処理装置 |
US5198110A (en) | 1990-07-02 | 1993-03-30 | Asahi Medical Co., Ltd. | Bundle of permselective hollow fibers and a fluid separator containing the same |
JP3080430B2 (ja) * | 1990-07-02 | 2000-08-28 | 旭メディカル株式会社 | 選択透過性中空繊維束及びそれを内蔵した流体分離装置 |
JPH09173729A (ja) * | 1995-12-28 | 1997-07-08 | Kanebo Ltd | 固液分離用濾材 |
US6354444B1 (en) * | 1997-07-01 | 2002-03-12 | Zenon Environmental Inc. | Hollow fiber membrane and braided tubular support therefor |
JP2001000970A (ja) * | 1999-06-18 | 2001-01-09 | Toyobo Co Ltd | 膜モジュールを利用した排水の高度処理方法 |
JP2009160582A (ja) * | 1999-07-13 | 2009-07-23 | Mitsuboshi Belting Ltd | 水処理器用フィルター |
CN1225305C (zh) * | 2003-09-08 | 2005-11-02 | 北京鼎创源膜技术开发有限公司 | 蜂房式罐装中空纤维膜分离设备 |
EP1954383B1 (en) * | 2005-11-29 | 2012-03-07 | Kolon Industries, Inc. | A braid-reinforced composite hollow fiber membrane |
TWI341746B (en) | 2005-11-29 | 2011-05-11 | Kolon Inc | Abraid-reinforced composite hollow fiber membrane |
KR100872304B1 (ko) | 2006-11-28 | 2008-12-05 | 주식회사 코오롱 | 편물로 보강된 복합 중공사막 |
KR20080074019A (ko) * | 2007-02-07 | 2008-08-12 | 주식회사 코오롱 | 관형 편물 및 그를 이용한 복합 중공사막 |
TWI377978B (en) * | 2008-05-21 | 2012-12-01 | Mitsubishi Rayon Co | Hollow porous film and manufacturing method thereof |
JP2009297642A (ja) * | 2008-06-12 | 2009-12-24 | Sepratek Inc | 中空糸内部投入用の中空糸膜 |
JP5446416B2 (ja) * | 2008-07-08 | 2014-03-19 | 住友電気工業株式会社 | 含油排水処理用の分離膜モジュール、含油排水処理方法および含油排水処理装置 |
KR101569529B1 (ko) * | 2009-02-12 | 2015-11-17 | 코오롱인더스트리 주식회사 | 중공사막 모듈 및 이를 포함한 여과 시스템 |
KR101050591B1 (ko) | 2009-11-20 | 2011-07-19 | 주식회사 효성 | 관형 편직물 및 이를 이용한 복합 중공사막 |
-
2011
- 2011-06-21 KR KR1020110059992A patent/KR101755197B1/ko active IP Right Grant
-
2012
- 2012-06-21 US US14/114,840 patent/US9034189B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2012-06-21 WO PCT/KR2012/004897 patent/WO2012177058A2/en active Application Filing
- 2012-06-21 JP JP2014511309A patent/JP5798680B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2012-06-21 CN CN201280030983.2A patent/CN103619449B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20120140329A (ko) | 2012-12-31 |
US20140076793A1 (en) | 2014-03-20 |
CN103619449B (zh) | 2015-12-02 |
WO2012177058A3 (en) | 2013-04-11 |
JP5798680B2 (ja) | 2015-10-21 |
JP2014514963A (ja) | 2014-06-26 |
WO2012177058A2 (en) | 2012-12-27 |
US9034189B2 (en) | 2015-05-19 |
CN103619449A (zh) | 2014-03-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101755197B1 (ko) | 가압식 중공사막 모듈 | |
US8201485B2 (en) | Tubular braid and composite hollow fiber membrane using the same | |
JP4050977B2 (ja) | 編物により補強された複合中空糸膜 | |
US9649602B2 (en) | Method of sewage treatment and sewage treatment apparatus | |
Turken et al. | Progress on reinforced braided hollow fiber membranes in separation technologies: A review | |
KR102031395B1 (ko) | 상용성 브레이드화 지지체 필라멘트를 갖는 복합 중공 섬유 막 | |
Moattari et al. | Reinforced hollow fiber membranes: A comprehensive review | |
KR101462939B1 (ko) | 친수성 폴리불화비닐리덴계 중공사 분리막 및 이의 제조방법 | |
JP2006088148A (ja) | 透水性に優れた中空糸膜 | |
US10413869B2 (en) | Composite hollow fiber membrane and manufacturing method thereof | |
CN113117535A (zh) | 同质连续纤维增强型中空纤维膜的制备方法及其制备的中空纤维膜 | |
WO2009125598A1 (ja) | ポリエーテルスルホン製の親水性ろ過膜、その製造方法及び製膜原液 | |
JP4556150B2 (ja) | 高分子多孔質膜 | |
CN114950152A (zh) | 一种纤维管增强型中空纤维膜及其制备方法 | |
WO1996035504A1 (fr) | Membrane fibre creuse a base de polymere de polysulfone et son procede de production | |
JPH09117643A (ja) | 中空糸膜モジュール | |
JPH11262640A (ja) | 中空糸膜モジュール | |
JP2008194647A (ja) | 中空糸膜 | |
KR100977397B1 (ko) | 환형편직물로 지지되는 대칭형 다공성 중공사막 및 그제조방법 | |
KR20170003038A (ko) | 복합 중공사막 및 그 제조방법 | |
WO2019172077A1 (ja) | 中空糸膜、及び中空糸膜の製造方法 | |
KR20160002359A (ko) | 복합 중공사막 및 그 제조방법 | |
JPH0549884A (ja) | ポリフエニレンスルフイドスルフオン中空糸膜およびその製造方法 | |
KR20140074752A (ko) | 폴리비닐덴플루오라이드(pvdf) 중공사막 | |
JP2012176409A (ja) | 高分子多孔質中空糸膜の製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |