KR101811199B1 - COMPOSITION FOR SiC SUPPORT LAYER AND SiC MEMBRANE HAVING AN Al2O3 COATING LAYER USING THE SAME AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME - Google Patents

COMPOSITION FOR SiC SUPPORT LAYER AND SiC MEMBRANE HAVING AN Al2O3 COATING LAYER USING THE SAME AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME Download PDF

Info

Publication number
KR101811199B1
KR101811199B1 KR1020160171644A KR20160171644A KR101811199B1 KR 101811199 B1 KR101811199 B1 KR 101811199B1 KR 1020160171644 A KR1020160171644 A KR 1020160171644A KR 20160171644 A KR20160171644 A KR 20160171644A KR 101811199 B1 KR101811199 B1 KR 101811199B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sic
support layer
composition
layer
glass frit
Prior art date
Application number
KR1020160171644A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김영욱
송인혁
김수창
염희종
Original Assignee
한국기계연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국기계연구원 filed Critical 한국기계연구원
Priority to KR1020160171644A priority Critical patent/KR101811199B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101811199B1 publication Critical patent/KR101811199B1/en

Links

Images

Classifications

    • 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
    • B01D71/02—Inorganic material
    • B01D71/024—Oxides
    • B01D71/027—Silicium oxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0039—Inorganic membrane manufacture
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis

Abstract

According to the present invention, a SiC support layer having excellent flexural strength can be manufactured from a composition for a SiC support layer, which comprises: SiC powder; and 10-25 wt% of glass frit having a low melting point. The composition for a SiC support layer comprises: SiC powder; glass frit inserted into the SiC powder; and an organic binder, wherein based on 100 wt% of the composition for a SiC support layer, 15-25 wt% of glass frit is included.

Description

SiC 지지층용 조성물 및 이를 이용한 Al2O3 코팅층을 포함하는 SiC 분리막 및 그 제조 방법{COMPOSITION FOR SiC SUPPORT LAYER AND SiC MEMBRANE HAVING AN Al2O3 COATING LAYER USING THE SAME AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a composition for a SiC support layer, a SiC separator including an Al2O3 coating layer using the composition, and a method for manufacturing the same. BACKGROUND ART [0002]

본 발명은 SiC 분리막의 제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 SiC 지지층용 조성물 및 이를 이용한 SiC 지지층에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a composition for a SiC support layer and a SiC support layer using the same.

또한, 본 발명은 SiC 지지층을 이용한 Al2O3 코팅층을 포함하는 SiC 분리막 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
The present invention also relates to a SiC separator including an Al 2 O 3 coating layer using a SiC support layer and a method of manufacturing the same.

수처리용 분리막은 최근 바이오테크놀로지, 바이오 의약 및 미생물 제거를 위한 식수 정화와 같은 다양한 분야에 적용되고 있다. Water treatment membranes have recently been applied to various fields such as biotechnology, biopharmaceuticals, and drinking water purification for microbial removal.

탄화규소(SiC)는 우수한 기계적 및 화학적 안정성, 고온 내식성, 높은 열전도성으로 인해 수처리용 분리막 분야에서 주로 사용되고 있다. 수처리 분야에 사용되는 SiC 막은 주로 부분 소결하거나 다공성 SiC 지지체 상에 고분자 전구체를 코팅하여 제조된다. Silicon carbide (SiC) is mainly used in the field of water treatment membranes due to its excellent mechanical and chemical stability, high temperature corrosion resistance and high thermal conductivity. The SiC film used in the water treatment field is mainly produced by partially sintering or coating a polymer precursor on a porous SiC support.

한편, SiC는 치밀화에 취약하여 1700℃ 이상의 온도에서 소결하는데, 높은 온도에 의해 고에너지가 필요하고, 제조 공정측면에서 비용이 상승하게 된다. On the other hand, SiC is susceptible to densification and is sintered at a temperature of 1700 DEG C or higher, which requires high energy due to high temperature, and costs increase in terms of manufacturing process.

분리막은 기공 크기에 따라 마이크로 여과, 미세 여과, 한외 여과, 나노 여과 등으로 구분되며, 분리막 내에 공극률이 증가할수록 분리막에 포함되는 지지층의 강도가 저하된다. 또한, 분리막을 장기간 사용함에 따라, 분리막의 표면 및 기공에 오염 물질이 부착되어 막 오염이 발생하고 기름 등과 같은 폐수를 제거하는 성능 또한 저하되는 문제점이 있다.The separation membrane is classified into microfiltration, microfiltration, ultrafiltration, and nanofiltration depending on the pore size. As the porosity increases in the separation membrane, the strength of the support layer included in the separation membrane decreases. Further, as the separation membrane is used for a long period of time, contaminants adhere to the surface and pores of the separation membrane to cause membrane contamination, and the performance of removing wastewater such as oil is also deteriorated.

따라서, SiC 분리막 제조 시 소결 온도를 낮추고, 분리막에 포함되는 지지층의 강도를 향상시킬 수 있는 SiC 분리막이 필요한 실정이다.Therefore, there is a need for a SiC separator which can lower the sintering temperature and improve the strength of the support layer included in the separation membrane during the production of the SiC separation membrane.

이와 관련된 선행 문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0073484호(2015.07.01. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 열확산도가 향상된 금속산화물-SiC 복합 분리막 및 그의 제조방법이 기재되어 있다.
A prior art related to this is Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2015-0073484 (published on Jul. 01, 2015), which discloses a metal oxide-SiC composite membrane having improved thermal diffusivity and a method for producing the same.

본 발명의 목적은 굴곡 강도가 우수한 SiC 지지층을 제조하기 위한, SiC 지지층용 조성물을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a composition for a SiC support layer for producing a SiC support layer excellent in bending strength.

본 발명의 다른 목적은 상기 SiC 지지층용 조성물을 이용한 SiC 분리막 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
Another object of the present invention is to provide a SiC separator using the composition for the SiC support layer and a method of manufacturing the same.

상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 SiC 지지층용 조성물은 SiC 파우더; 상기 SiC 파우더 사이에 결합되는 글래스 프릿(glass frit); 및 유기 바인더;를 포함하고, 상기 SiC 지지층용 조성물 100중량%에 대하여, 글래스 프릿 15~25중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a SiC support layer composition comprising: a SiC powder; A glass frit coupled between the SiC powder; And an organic binder, wherein the glass frit is contained in an amount of 15 to 25% by weight based on 100% by weight of the composition for the SiC support layer.

상기 글래스 프릿은 전체 100중량%에 대하여, SiO2 70~81중량% B2O3 9~12중량%, Al2O3 5~10중량% 및 Na2O 5~8중량%를 포함할 수 있다.The glass frit may comprise 70 to 81% by weight of SiO 2 , 9 to 12% by weight of B 2 O 3 , 5 to 10% by weight of Al 2 O 3 and 5 to 8% by weight of Na 2 O, based on 100% have.

상기 SiC 파우더의 평균 입경은 10~65㎛일 수 있다.
The average particle diameter of the SiC powder may be 10 to 65 mu m.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 SiC 분리막은 SiC 지지층용 조성물로부터 형성되는 SiC 지지층; 상기 SiC 지지층 상에 형성되는 SiC 중간층; 상기 SiC 중간층 상에 형성되는 SiC 멤브레인층; 및 상기 SiC 멤브레인층 상에 형성되는 Al2O3 코팅층;을 포함하고, 상기 SiC 지지층용 조성물은 SiC 파우더; 상기 SiC 파우더 사이에 결합되는 글래스 프릿(glass frit); 및 유기 바인더;를 포함하고, 상기 SiC 지지층용 조성물 100중량%에 대하여, 글래스 프릿 15~25중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a SiC separator comprising: a SiC support layer formed from a composition for a SiC support layer; An SiC intermediate layer formed on the SiC support layer; A SiC membrane layer formed on the SiC intermediate layer; And an Al 2 O 3 coating layer formed on the SiC membrane layer, wherein the composition for the SiC support layer comprises SiC powder; A glass frit coupled between the SiC powder; And an organic binder, wherein the glass frit is contained in an amount of 15 to 25% by weight based on 100% by weight of the composition for the SiC support layer.

상기 SiC 지지층은 평균 입경이 1~5㎛인 기공을 포함할 수 있다.The SiC support layer may include pores having an average particle diameter of 1 to 5 mu m.

상기 SiC 지지층의 굴곡 강도는 75~85MPa일 수 있다.
The flexural strength of the SiC support layer may be between 75 and 85 MPa.

상기 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 SiC 분리막의 제조 방법은 (a) SiC 파우더, 글래스 프릿(glass frit), 및 유기 바인더를 포함하는 SiC 지지층용 조성물을 형성하는 단계; (b) 상기 SiC 지지층용 조성물을 성형하여 성형체를 형성하는 단계; (c) 상기 성형체를 소결하여 SiC 지지층을 형성하는 단계; (d) 상기 SiC 지지층 상에 SiC 중간층용 조성물을 도포한 후, 소결하여 SiC 지지층 상에 SiC 중간층을 형성하는 단계; (e) 상기 SiC 중간층 상에 SiC 멤브레인층용 조성물을 도포한 후, 소결하여 SiC 중간층 상에 SiC 멤브레인층을 형성하는 단계; 및 (f) 상기 SiC 멤브레인층 상에 Al 전구체를 포함하는 코팅용 조성물을 도포한 후, 소결하여 SiC 멤브레인층 상에 Al2O3 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 SiC 지지층용 조성물 100중량%에 대하여, 글래스 프릿 15~25중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a SiC separation membrane, comprising: (a) forming a composition for a SiC support layer including SiC powder, glass frit, and an organic binder; (b) forming the molded body by molding the SiC support layer composition; (c) sintering the shaped body to form a SiC support layer; (d) applying a SiC intermediate layer composition on the SiC support layer and then sintering to form a SiC intermediate layer on the SiC support layer; (e) applying a composition for a SiC membrane layer on the SiC intermediate layer and then sintering to form a SiC membrane layer on the SiC intermediate layer; And (f) applying a coating composition comprising an Al precursor on the SiC membrane layer and then sintering to form an Al 2 O 3 coating layer on the SiC membrane layer, wherein the composition for the SiC support layer 100 And 15 to 25% by weight, based on the weight%, of glass frit.

상기 SiC 지지층은 평균 입경이 1~5㎛인 기공을 포함할 수 있다.The SiC support layer may include pores having an average particle diameter of 1 to 5 mu m.

상기 (a) 단계에서, 글래스 프릿은 전체 100중량%에 대하여, SiO2 70~81중량% B2O3 9~12중량%, Al2O3 5~10중량% 및 Na2O 5~8중량%를 포함할 수 있다.In step (a), the glass frit may contain 70 to 81 wt% of SiO 2 , 9 to 12 wt% of B 2 O 3 , 5 to 10 wt% of Al 2 O 3, and 5 to 10 wt% of Na 2 O 5 % ≪ / RTI > by weight.

상기 (a) 단계에서, SiC 지지층용 조성물에 포함되는 SiC 파우더의 평균 입경은 10~65㎛일 수 있다.In the step (a), the average particle diameter of the SiC powder contained in the composition for the SiC support layer may be 10 to 65 mu m.

상기 (b) 단계에서, 성형은 프레스 성형, 냉간 정수압 프레스 성형, 압출 성형 또는 분말 사출 성형으로 수행될 수 있다.In the step (b), the molding may be performed by press molding, cold isostatic pressing, extrusion molding or powder injection molding.

상기 (c) 단계 내지 (f) 단계에서, 소결은 공기 분위기에서, 800~1000℃에서 1~5시간 동안 수행될 수 있다.In the steps (c) to (f), the sintering may be performed at 800 to 1000 ° C for 1 to 5 hours in an air atmosphere.

상기 (d) 단계에서, SiC 중간층용 조성물은 SiC 파우더, 글래스 프릿(glass frit), 및 유기 바인더를 포함하되, SiC 중간층용 조성물에 포함되는 SiC 파우더의 평균 입경은 SiC 지지층용 조성물에 포함되는 SiC 파우더의 평균 입경 보다 작고, 상기 (e) 단계에서, SiC 멤브레인층용 조성물은 SiC 파우더, 글래스 프릿(glass frit), 및 유기 바인더를 포함하되, SiC 멤브레인층용 조성물에 포함되는 SiC 파우더의 평균 입경은 SiC 중간층용 조성물에 포함되는 SiC 파우더의 평균 입경 보다 작은 것일 수 있다.
In the step (d), the composition for the SiC interlayer includes SiC powder, glass frit, and an organic binder. The average particle diameter of the SiC powder contained in the composition for the SiC interlayer is preferably in the range Wherein the composition for the SiC membrane layer includes SiC powder, glass frit, and an organic binder, wherein the average particle diameter of the SiC powder contained in the composition for the SiC membrane layer is less than the average particle diameter of the SiC May be smaller than the average particle diameter of the SiC powder contained in the intermediate layer composition.

본 발명에 따른 SiC 지지층은 SiC 파우더 사이에 융점이 낮은 글래스 프릿(glass frit)이 결합됨에 따라, 1000℃ 이하의 온도에서 소결이 가능하고 고강도의 SiC 지지층을 제공할 수 있다. 특히, SiC 지지층용 조성물에 글래스 프릿이 15~25중량%가 포함됨에 따라, 굴곡 강도가 우수한 SiC 지지층을 제조할 수 있다.As the SiC support layer according to the present invention is combined with a glass frit having a low melting point between SiC powders, the SiC support layer can be sintered at a temperature of 1000 ° C or less and can provide a high strength SiC support layer. In particular, since the glass frit is contained in the composition for the SiC support layer in an amount of 15 to 25% by weight, a SiC support layer having excellent flexural strength can be produced.

아울러, SiC 지지층을 포함하고, 상기 SiC 지지층 상에 복수개의 SiC 층을 적층시킨 후 Al2O3 코팅층을 형성함으로써, 기름을 포함하는 용액에서 기름 제거성능이 우수한 폐수 처리용 SiC 분리막을 제조할 수 있다.
In addition, it is possible to manufacture a SiC separator for treating wastewater having excellent oil removing performance in a solution containing oil by forming an Al 2 O 3 coating layer including a SiC support layer and a plurality of SiC layers stacked on the SiC support layer have.

도 1은 본 발명에 따른 Al2O3 코팅층을 포함하는 SiC 분리막을 제조하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 기공의 평균 입경에 따른 SiC 지지층의 굴곡 강도를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 글래스 프릿 15중량%를 포함하는 SiC 지지층을 850℃에서 2시간 동안 소결한 후, XRD 패턴을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 글래스 프릿 10~25중량%를 포함하는 SC10 샘플의 미세조직 사진이다.
도 5는 본 발명의 글래스 프릿의 함량에 따른 SiC 지지층의 기공 입경을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 글래스 프릿 15중량%를 갖는 SiC 지지층의 미세조직 사진이다.
도 7은 본 발명의 글래스 프릿의 함량에 따른 SiC 지지층의 공극률을 보여주는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 글래스 프릿의 함량에 따른 SiC 지지층의 굴곡 강도를 보여주는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 공극률에 따른 SiC 지지층의 굴곡 강도를 보여주는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 압력에 따라, 글래스 프릿 15중량%를 포함하는 SiC 지지층의 공기 유량을 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 산 용액과 염기 용액에 노출한 시간에 따라, 글래스 프릿 15중량%를 포함하는 SiC 지지층의 굽힘 강도를 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명에 따른 SiC 지지층의 SEM(scanning electron micrograph) 사진이다.
도 13은 본 발명에 따른 Al2O3 코팅층이 형성된 SiC 분리막의 SEM 사진이다.
도 14는 본 발명에 따른 Al2O3 코팅층이 형성된 SiC 분리막에 대한 투과 플럭스(permeate flux)를 나타낸 그래프이다.1 is a flowchart showing a method of manufacturing a SiC separation membrane including an Al 2 O 3 coating layer according to the present invention.
2 is a graph showing the flexural strength of the SiC support layer according to the average particle diameter of the pores of the present invention.
3 is a graph showing an XRD pattern after sintering a SiC support layer containing 15% by weight of glass frit according to the present invention at 850 ° C for 2 hours.
4 is a microstructure photograph of an SC10 sample containing 10 to 25% by weight of glass frit according to the present invention.
5 is a graph showing the pore size of the SiC support layer according to the content of the glass frit of the present invention.
6 is a microstructure photograph of a SiC support layer having 15% by weight of glass frit according to the present invention.
7 is a graph showing the porosity of the SiC support layer according to the content of the glass frit of the present invention.
8 is a graph showing the flexural strength of the SiC support layer according to the content of the glass frit of the present invention.
9 is a graph showing the flexural strength of the SiC support layer according to the porosity of the present invention.
10 is a graph showing the air flow rate of a SiC support layer containing 15 wt% of glass frit according to the pressure of the present invention.
11 is a graph showing the bending strength of a SiC support layer containing 15 wt% of glass frit, according to the time of exposure to the acid solution and the base solution of the present invention.
12 is a SEM (scanning electron micrograph) photograph of a SiC support layer according to the present invention.
13 is a SEM photograph of a SiC separation membrane having an Al 2 O 3 coating layer according to the present invention.
FIG. 14 is a graph showing a permeate flux for a SiC separation membrane having an Al 2 O 3 coating layer according to the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 SiC 지지층용 조성물 및 이를 이용한 Al2O3 코팅층을 포함하는 SiC 분리막 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a composition for a SiC support layer according to a preferred embodiment of the present invention, a SiC separation layer including an Al 2 O 3 coating layer using the composition, and a method for manufacturing the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

SiC 지지층용 조성물Composition for SiC support layer

본 발명에 따른 SiC 지지층용 조성물은 SiC 파우더, 글래스 프릿(glass frit) 및 유기 바인더를 포함한다.The composition for a SiC support layer according to the present invention includes SiC powder, glass frit and an organic binder.

SiC 파우더는 SiC 지지층용 조성물 100중량%에 대하여, 55~80중량%가 포함될 수 있으며, SiC 파우더로는 예를 들어, α-SiC 등이 포함될 수 있다. SiC 파우더의 평균 입경은 도 2에서와 같이, 10~65㎛인 것이 바람직하며, 10~20㎛인 것이 보다 바람직하다. 10㎛ 미만인 경우, SiC 지지층에 포함된 기공의 평균 입경이 1㎛ 미만으로 너무 작아져서 유량(flux)이 지나치게 낮아질 수 있다. 반대로, 65㎛를 초과하는 경우, SiC 지지층에 포함된 기공의 평균 입경이 커지면서 SiC 지지층의 굴곡 강도가 저하되는 문제점이 있다.The SiC powder may include 55 to 80% by weight based on 100% by weight of the composition for the SiC support layer, and the SiC powder may include, for example,? -SiC. The average particle diameter of the SiC powder is preferably 10 to 65 占 퐉, more preferably 10 to 20 占 퐉, as shown in Fig. If the average particle diameter is less than 10 mu m, the average particle diameter of the pores contained in the SiC support layer becomes too small to be less than 1 mu m, and the flux may be excessively low. On the other hand, when the average particle diameter exceeds 65 mu m, the average grain size of the pores contained in the SiC support layer increases, and the bending strength of the SiC support layer decreases.

본 발명에서는 SiC 파우더끼리의 결합력을 향상시키기 위해, 결합제로 글래스 프릿이 사용된다. 글래스 프릿이 SiC 지지층용 조성물에 포함됨으로써, 본 발명의 SiC 지지층의 소결 온도를 1000℃ 이하로 낮출 수 있으며, 글래스 프릿의 함량에 따라 SiC 지지층의 굴곡 강도를 75MPa 이상으로 나타낼 수 있는 효과가 있다.
In the present invention, glass frit is used as a bonding agent in order to improve bonding force between SiC powders. By including glass frit in the composition for the SiC support layer, the sintering temperature of the SiC support layer of the present invention can be lowered to 1000 캜 or lower, and the bending strength of the SiC support layer can be represented by 75 MPa or higher according to the content of the glass frit.

SiC 지지층용 조성물 100중량%에 대하여, 글래스 프릿은 15~25중량% 포함되는 것이 바람직하다. 함량이 15중량% 미만인 경우 글래스 프릿의 함량이 적어, SiC 파우더끼리의 결합이 불충분해진다. 이 범위에서 글래스 프릿은 SiC 지지층에 형성된 기공을 부분적으로 채우고 결합되는 면적이 두꺼워지도록 유도한다. 이에 따라, 도 7에서와 같이 공극률이 37~47%를 나타내며, 공극률이 증가함에 따라, SiC 지지층의 굴곡 강도가 향상되는 효과가 있다.It is preferable that the glass frit is contained in an amount of 15 to 25% by weight based on 100% by weight of the composition for the SiC support layer. If the content is less than 15% by weight, the content of the glass frit is small and the bonding of the SiC powders becomes insufficient. In this range, the glass frit partially fills the pores formed in the SiC support layer and induces the bonded area to become thicker. Accordingly, as shown in FIG. 7, the porosity is 37 to 47%, and as the porosity increases, the flexural strength of the SiC support layer is improved.

상기 글래스 프릿은 전체 100중량%에 대하여, SiO2 70~81중량% B2O3 9~12중량%, Al2O3 5~10중량% 및 Na2O 5~8중량%를 포함할 수 있으며, 일반적인 유리에 포함되는 성분 중에서 앞서 제시한 성분을 제외한 다른 성분이 5중량% 이하로 더 포함될 수 있다.The glass frit may comprise 70 to 81% by weight of SiO 2 , 9 to 12% by weight of B 2 O 3 , 5 to 10% by weight of Al 2 O 3 and 5 to 8% by weight of Na 2 O, based on 100% And other components other than the above-mentioned components among the components included in general glass may be further contained in an amount of 5% by weight or less.

유기 바인더는 폴리비닐알콜, 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜, 메틸셀룰로오즈, 소듐알기네이트, 글리세린 및 폴리카복실레이트 중 1종 이상을 포함할 수 있다. SiC 지지층용 조성물의 점도 등을 고려하여, 이러한 유기 바인더는 SiC 지지층용 조성물 100중량%에 대하여, 5~20중량%가 포함될 수 있다. The organic binder may include at least one of polyvinyl alcohol, polyacrylate, polyethylene glycol, methylcellulose, sodium alginate, glycerin, and polycarboxylate. Considering the viscosity of the composition for the SiC support layer, the organic binder may contain 5 to 20% by weight based on 100% by weight of the composition for the SiC support layer.

또한, 유기 바인더에 세라믹 파우더가 더 포함될 수 있다. 세라믹 파우더는 유기 바인더 100중량%에 대하여, 5중량% 이하로 더 포함될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Further, ceramic powder may be further included in the organic binder. The ceramic powder may further include not more than 5% by weight based on 100% by weight of the organic binder, but is not limited thereto.

또한, 본 발명의 SiC 지지층 조성물은 분산성을 향상시키기 위해, 조성물 100중량%에 대하여, 분산제 0.01~1중량%가 더 포함될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
In addition, the SiC support layer composition of the present invention may further include 0.01 to 1% by weight of a dispersant based on 100% by weight of the composition to improve dispersibility, but is not limited thereto.

SiC 분리막SiC membrane

본 발명의 SiC 분리막은 SiC 지지층용 조성물로부터 형성되는 SiC 지지층을 포함한다. SiC 지지층용 조성물을 성형 및 소결하여 SiC 지지층을 제조할 수 있으며, 제조 방법은 후술하기로 한다.The SiC separator of the present invention comprises a SiC support layer formed from a composition for a SiC support layer. The SiC support layer can be manufactured by molding and sintering the composition for the SiC support layer, and the manufacturing method will be described later.

전술한 바와 같이, SiC 지지층용 조성물은 SiC 파우더끼리의 결합력을 향상시키기 위해, 융점이 낮은 글래스 프릿 15~25중량%를 포함함으로써, SiC 지지층의 소결 온도를 1000℃ 이하로 낮출 수 있으며, 글래스 프릿의 함량에 따라 SiC 지지층의 굴곡 강도를 75MPa 이상으로 나타낼 수 있는 효과가 있다. As described above, the composition for the SiC support layer contains 15 to 25% by weight of the glass frit having a low melting point in order to improve the bonding force between the SiC powders, so that the sintering temperature of the SiC support layer can be lowered to 1000 캜 or less, The flexural strength of the SiC support layer can be represented by 75 MPa or more.

또한, SiC 파우더의 평균 입경은 10~65㎛인 것이 바람직하고, 10~20㎛인 것이 보다 바람직하며, 이 범위에서 SiC 지지층의 굴곡 강도가 우수한 효과가 있다.The average particle diameter of the SiC powder is preferably 10 to 65 占 퐉, more preferably 10 to 20 占 퐉, and the bending strength of the SiC support layer is excellent in this range.

SiC 지지층에는 평균 입경이 1~5㎛인 기공을 포함하는데, 이 범위에서 SiC 지지층의 굴곡 강도(flexural strength)가 75~85MPa를 나타낸다. 도 2는 본 발명의 기공의 평균 입경에 따른 SiC 지지층의 굴곡 강도를 나타낸 그래프이며, 도 2를 참조하면, 기공의 평균 입경이 1~5㎛일 때, 굴곡 강도가 75~85MPa를 나타내는 것을 확인할 수 있다.
The SiC support layer contains pores having an average particle diameter of 1 to 5 占 퐉, and the flexural strength of the SiC support layer in this range is 75 to 85 MPa. FIG. 2 is a graph showing the bending strength of the SiC support layer according to the average particle diameter of the pores of the present invention. Referring to FIG. 2, it is confirmed that the bending strength is 75 to 85 MPa when the average particle diameter of the pores is 1 to 5 μm. .

상기 SiC 지지층 상에는 SiC 중간층이 형성되고, 상기 SiC 중간층 상에는 SiC 멤브레인층이 형성된다. SiC 중간층은 SIC 중간층용 조성물로부터 도포되어 형성되며, SiC 멤브레인층은 SiC 멤브레인층용 조성물로부터 도포되어 형성되는데, 이들은 제조 방법에서 후술하기로 한다.An SiC intermediate layer is formed on the SiC support layer, and a SiC membrane layer is formed on the SiC intermediate layer. The SiC intermediate layer is formed by applying from the composition for the SIC intermediate layer, and the SiC membrane layer is formed by applying from the composition for the SiC membrane layer, which will be described later in the manufacturing method.

SiC 지지층, SiC 중간층, SiC 멤브레인층은 조성물에 SiC 파우더, 글래스 프릿(glass frit) 및 유기 바인더가 포함되며 각각의 조성물에 포함되는 성분은 동일하지만, 함량이 상이하고, SiC 파우더의 평균 입경이 상이하다.The SiC support layer, the SiC intermediate layer, and the SiC membrane layer contain SiC powder, glass frit, and organic binder in the composition, and the composition of each composition is the same, but the content is different and the average particle diameter of the SiC powder is different Do.

예를 들어, SiC 중간층용 조성물은 평균 입경이 1~10㎛인 SiC 파우더 60~90중량%, 글래스 프릿 5~20중량%, 유기 바인더 5~20중량%를 포함할 수 있다. SiC 멤브레인층용 조성물은 평균 입경이 1㎛ 이하인 SiC 파우더 60~90중량%, 글래스 프릿 5~20중량%, 유기 바인더 5~20중량%를 포함할 수 있다.
For example, the composition for the SiC intermediate layer may include 60 to 90% by weight of SiC powder having an average particle diameter of 1 to 10 μm, 5 to 20% by weight of glass frit, and 5 to 20% by weight of an organic binder. The composition for the SiC membrane layer may contain 60 to 90% by weight of SiC powder having an average particle diameter of 1 m or less, 5 to 20% by weight of glass frit, and 5 to 20% by weight of an organic binder.

상기 SiC 멤브레인층 상에는 Al 전구체를 포함하는 코팅용 조성물을 도포하여 Al2O3 코팅층을 형성할 수 있다. 상기 코팅용 조성물은 예를 들어, Al 전구체 20~70중량%, 유기 용매 30~80중량%를 포함할 수 있다. An Al 2 O 3 coating layer may be formed by applying a coating composition containing an Al precursor on the SiC membrane layer. The coating composition may include, for example, 20 to 70% by weight of an Al precursor and 30 to 80% by weight of an organic solvent.

Al2O3 코팅층에 포함되는 기공의 평균 입경은 0.1㎛ 이하일 수 있다.
The average particle size of the pores contained in the Al 2 O 3 coating layer may be 0.1 탆 or less.

본 발명의 Al2O3 코팅층을 포함하는 SiC 분리막은 SiC 지지층에서 Al2O3 코팅층으로 갈수록 SiC 파우더의 평균 입경이 점점 작아지므로, 기공의 평균 입경도 점차 작아진다. 이에 따라, SIC 분리막은 기름을 포함하는 용액에서 기름 제거 성능이 우수하고, 굴곡 강도가 우수한 효과가 있다.
In the SiC separation membrane including the Al 2 O 3 coating layer of the present invention, the average particle diameter of the SiC powder gradually decreases from the SiC support layer to the Al 2 O 3 coating layer, so that the average particle diameter of the pores gradually decreases. Accordingly, the SIC separator has an excellent oil removing performance in a solution containing oil and has an excellent flexural strength.

SiC 분리막의 제조 방법Manufacturing method of SiC separator

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 SiC 분리막의 제조 방법은 SiC 지지층 형성 단계(S110), SiC 중간층 형성 단계(S120), SiC 멤브레인층 형성 단계(S130) 및 Al2O3 코팅층 형성 단계(S140)를 포함한다.
1, the manufacturing method of the SiC separation membrane according to the present invention is SiC base layer forming step (S110), SiC intermediate layer formation step (S120), SiC membrane layer formation step (S130), and Al 2 O 3 coating layer forming step (S140 ).

SiC 지지층 형성 단계(S110)SiC support layer forming step (S110)

먼저, SiC 파우더, 글래스 프릿(glass frit), 및 유기 바인더를 포함하는 SiC 지지층용 조성물을 형성한다. 조성물에 대한 사항은 전술한 바와 같다.First, a composition for a SiC support layer containing SiC powder, glass frit, and an organic binder is formed. The composition is as described above.

그 후, 상기 SiC 지지층용 조성물을 볼 밀링 및 성형하여 성형체를 형성한다. 볼 밀링은 브이 믹서, 볼 밀, 유성 밀 또는 어트리션 밀로 수행될 수 있으며, 성형은 프레스 성형, 냉간 정수압 프레스 성형, 압출 성형 또는 분말 사출 성형으로 수행될 수 있다.Thereafter, the composition for the SiC support layer is ball-milled and molded to form a formed body. The ball milling can be carried out with a V mixer, a ball mill, a planetary mill or an attrition mill, and the shaping can be performed by press forming, cold isostatic press forming, extrusion molding or powder injection molding.

예를 들어, 10~30시간 동안, 폴리프로필렌 자(polypropylene jar) 내부에서 SiC 지지층용 조성물을 볼 밀링하여 혼합한다. 다음으로, 혼합물을 건조시킨 후 10~60MPa의 압력 하에 성형체를 형성할 수 있다.
For example, for 10 to 30 hours, the composition for the SiC support layer is ball milled and mixed in a polypropylene jar. Next, after the mixture is dried, a molded article can be formed at a pressure of 10 to 60 MPa.

다음으로, 상기 성형체를 소결하여 평균 입경이 1~5㎛인 기공을 포함하는 SiC 지지층을 형성한다.Next, the formed body is sintered to form a SiC support layer including pores having an average particle diameter of 1 to 5 mu m.

소결은 800~1000℃에서 1~5시간 동안 수행되는 것이 바람직하며, 이때, 평균승온속도는 1~5℃/min일 수 있다. 소결 온도가 800℃ 미만인 경우, 글래스 프릿이 일부 용융되지 않고 프릿 상태로 존재할 수 있으며, SiC 파우더와 글래스 프릿 간의 결합이 불충분할 수 있다. 1000℃를 초과하는 경우, 글래스 프릿의 일부가 휘발되고, 글래스 프릿 내에 기포가 형성됨에 따라, SiC 지지층의 물성이 저하될 수 있다.
The sintering is preferably performed at 800 to 1000 ° C. for 1 to 5 hours, and the average temperature rising rate may be 1 to 5 ° C./min. If the sintering temperature is lower than 800 ° C, the glass frit may be present in a frit state without being partially melted, and the bonding between the SiC powder and the glass frit may be insufficient. When the temperature exceeds 1000 ° C, a part of the glass frit is volatilized and bubbles are formed in the glass frit, so that the physical properties of the SiC support layer may be deteriorated.

SiC 중간층 형성 단계(S120)SiC intermediate layer forming step (S120)

다음으로, 상기 SiC 지지층 상에 SiC 중간층용 조성물을 도포한 후, 소결하여 SiC 지지층 상에 SiC 중간층을 형성한다. SiC 중간층용 조성물은 평균 입경이 1~10㎛인 SiC 파우더 60~90중량%, 글래스 프릿 5~20중량%, 유기 바인더 5~20중량%를 포함할 수 있다. SiC 중간층용 조성물에 포함되는 SiC 파우더의 평균 입경은 SiC 지지층용 조성물에 포함되는 SiC 파우더의 평균 입경 보다 작은 것이 바람직하며, 기공의 입경에 의존하는 SiC 분리막의 강도를 보다 향상시킬 수 있다.Next, a SiC intermediate layer is coated on the SiC support layer and sintered to form a SiC intermediate layer on the SiC support layer. The composition for the SiC intermediate layer may include 60 to 90% by weight of SiC powder having an average particle diameter of 1 to 10 μm, 5 to 20% by weight of glass frit, and 5 to 20% by weight of an organic binder. The average particle diameter of the SiC powder contained in the composition for the SiC intermediate layer is preferably smaller than the average particle diameter of the SiC powder contained in the composition for the SiC support layer and the strength of the SiC separator depending on the particle diameter of the pores can be further improved.

도포는 유동코팅법, 스핀코팅법, 딥코팅법 또는 분사코팅법으로 수행될 수 있으며, 대략 80~350㎛ 두께로 SiC 중간층이 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The coating may be performed by a flow coating method, a spin coating method, a dip coating method or a spray coating method, and the SiC intermediate layer may be formed to a thickness of about 80 to 350 mu m, but is not limited thereto.

소결은 전술한 바와 같이, 공기 분위기에서 800~1000℃에서 1~5시간 동안 수행될 수 있다.
The sintering may be performed at 800 to 1000 ° C for 1 to 5 hours in an air atmosphere, as described above.

SiC 멤브레인층 형성 단계(S130)SiC membrane layer formation step (S130)

다음으로, 상기 SiC 중간층 상에 SiC 멤브레인층용 조성물을 도포한 후, 소결하여 SiC 중간층 상에 SiC 멤브레인층을 형성한다. SiC 멤브레인층용 조성물은 평균 입경이 1㎛ 이하인 SiC 파우더 60~90중량%, 글래스 프릿 5~20중량%, 유기 바인더 5~20중량%를 포함할 수 있다. SiC 멤브레인층용 조성물에 포함되는 SiC 파우더의 평균 입경은 SiC 중간층용 조성물에 포함되는 SiC 파우더의 평균 입경 보다 작은 것이 바람직하며, 기공의 입경에 의존하는 SiC 분리막의 강도를 보다 향상시킬 수 있다.Next, a composition for a SiC membrane layer is coated on the SiC intermediate layer and then sintered to form a SiC membrane layer on the SiC intermediate layer. The composition for the SiC membrane layer may contain 60 to 90% by weight of SiC powder having an average particle diameter of 1 m or less, 5 to 20% by weight of glass frit, and 5 to 20% by weight of an organic binder. The average particle diameter of the SiC powder contained in the composition for the SiC membrane layer is preferably smaller than the average particle diameter of the SiC powder contained in the composition for the SiC intermediate layer and the strength of the SiC separator depending on the particle size of the pores can be further improved.

도포는 전술한 바와 같이, 유동코팅법, 스핀코팅법, 딥코팅법 또는 분사코팅법으로 수행될 수 있으며, 대략 10~30㎛ 두께로 SiC 멤브레인층이 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The application may be performed by a flow coating method, a spin coating method, a dip coating method, or a spray coating method, as described above, and the SiC membrane layer may be formed to a thickness of about 10 to 30 탆, but is not limited thereto.

소결은 전술한 바와 같이, 800~1000℃에서 1~5시간 동안 수행될 수 있다.
The sintering may be carried out at 800 to 1000 ° C for 1 to 5 hours, as described above.

AlAl 22 OO 33 코팅층 형성 단계(S140) The coating layer forming step (S140)

다음으로, 상기 SiC 멤브레인층 상에 Al 전구체를 포함하는 코팅용 조성물을 도포한 후, 소결하여 SiC 멤브레인층 상에 Al2O3 코팅층을 형성한다.Next, a coating composition containing an Al precursor is applied on the SiC membrane layer and sintered to form an Al 2 O 3 coating layer on the SiC membrane layer.

Al 전구체는 알루미늄, 수산화알루미늄, 보헤마이트 및 알루미늄 이소프로퍼옥사이드 중에서 1종 이상을 포함할 수 있으며, 코팅용 조성물 100중량%에 대하여, Al 전구체 20~50중량%, 유기 용매 50~80중량%를 포함할 수 있다. The Al precursor may include at least one of aluminum, aluminum hydroxide, boehmite and aluminum isopropoxide, and may contain 20 to 50% by weight of an Al precursor and 50 to 80% by weight of an organic solvent based on 100% .

Al2O3 코팅층 형성 시, 소결은 800~1000℃에서 공기 분위기에서 1~5시간 동안 수행될 수 있다. 코팅 공정은 유기 용매에 Al 전구체가 용해된 용액을 이용하여, 1~5번 정도 반복할 수 있다.When the Al 2 O 3 coating layer is formed, the sintering can be performed at 800 to 1000 ° C for 1 to 5 hours in an air atmosphere. The coating process can be repeated about 1 to 5 times using a solution in which an Al precursor is dissolved in an organic solvent.

Al2O3 코팅층에 포함되는 기공의 평균 입경은 0.1㎛ 이하인 것이 바람직하며, 기공의 입경에 의존하는 SiC 분리막의 강도를 보다 향상시킬 수 있고, 기름을 포함하는 폐수에서 기름의 제거율을 향상시킬 수 있다.
It is preferable that the average particle diameter of the pores contained in the Al 2 O 3 coating layer is 0.1 탆 or less and the strength of the SiC separation membrane depending on the particle diameter of the pores can be further improved and the removal rate of oil in the wastewater containing oil can be improved have.

이와 같이, 본 발명의 제조 방법을 이용하여 제조된 SiC 분리막은 공극률이 25~50%이며, 특히, 공극률이 35~50% 범위에서 공극률이 증가함에 따라 SiC 지지층의 곡률 강도가 증가하는 특징이 있다.As described above, the SiC separation membrane manufactured using the manufacturing method of the present invention is characterized in that the porosity is 25 to 50%, and in particular, the curvature strength of the SiC support layer increases as the porosity increases in the porosity range of 35 to 50% .

본 발명에서는 SiC 파우더끼리의 결합력을 향상시키기 위해 글래스 프릿을 15~25중량% 포함하고, 평균 입경이 10~65㎛인 SiC 파우더, 평균 입경이 1~5㎛인 기공을 포함하는 SiC 지지층을 제조함으로써, 굴곡 강도가 우수한 효과를 나타낼 수 있다.
In the present invention, in order to improve the bonding force between SiC powders, a SiC support layer containing 15 to 25 wt% of glass frit, an SiC powder having an average particle diameter of 10 to 65 탆, and a pore having an average particle diameter of 1 to 5 탆 is manufactured Whereby an excellent effect of bending strength can be obtained.

이와 같이 SiC 지지층용 조성물 및 이를 이용한 Al2O3 코팅층을 포함하는 SiC 분리막 및 그 제조 방법에 대하여 그 구체적인 실시예를 살펴보면 다음과 같다.
The SiC separator including the composition for the SiC support layer and the Al 2 O 3 coating layer using the same, and the method of manufacturing the same will be described in detail as follows.

1. SiC 지지층의 제조 및 물성 결과1. Preparation and physical properties of SiC support layer

먼저, 상용화된 SiC 파우더(평균 입경이 10㎛, 23㎛, 35㎛, 65㎛)와 글래스 프릿(Korea ceramics Co.Ltd)을 마련하였다. 글래스 프릿은 SiO2 73.2중량% B2O3 10.6중량%, Al2O3 6.4중량%, Na2O 6.3중량% 및 CaO 3.5중량%을 포함한다.First, commercially available SiC powder (average particle diameters of 10 mu m, 23 mu m, 35 mu m, and 65 mu m) and glass frit (Korea ceramics Co.Ltd) were prepared. The glass frit contains 73.2 wt% of SiO 2 , 10.6 wt% of B 2 O 3 , 6.4 wt% of Al 2 O 3, 6.3 wt% of Na 2 O and 3.5 wt% of CaO.

글래스 프릿의 함량을 10중량%, 15중량%, 20중량%, 25중량%로 하고, 글래스 프릿, SiC 파우더와 유기 바인더(PEG와 PVA)의 총 함량을 100중량%으로 혼합하여 SiC 지지층용 조성물을 제조하였다. 상기 조성물을 볼 밀링한 후 40MPa 압력 하에서 성형하여 성형체를 형성하였다. 상기 성형체를 850℃에서 2시간 동안 소결하여 SiC 지지층을 제조하였다.
The total content of glass frit, SiC powder and organic binder (PEG and PVA) was adjusted to 10 wt%, 15 wt%, 20 wt%, and 25 wt%, respectively, so that the composition for the SiC support layer . The composition was ball-milled and molded under a pressure of 40 MPa to form a molded article. The formed body was sintered at 850 ° C for 2 hours to prepare a SiC support layer.

본 발명에서 SC10은 SiC 파우더의 평균 입경이 10㎛이고, SC23은 SiC 파우더의 평균 입경이 23㎛이고, SC35는 SiC 파우더의 평균 입경이 35㎛이고, SC65은 SiC 파우더의 평균 입경이 65㎛임을 나타낸다.
In the present invention, the average particle size of the SiC powder is 10 mu m, the average particle size of the SiC powder is 23 mu m, the average particle size of the SiC powder is 35 mu m, and the average particle size of the SiC powder is 65 mu m .

도 3은 글래스 프릿 15중량%를 포함하는 SiC 지지층을 850℃에서 2시간 동안 소결한 후, XRD 패턴을 나타낸 그래프이다. 글래스 프릿 10중량%, 20중량%, 25중량%를 포함하는 SiC 지지층의 XRD 패턴은 도 3의 패턴과 거의 동일한 결과를 보여주었다.3 is a graph showing an XRD pattern after sintering a SiC support layer containing 15% by weight of glass frit at 850 캜 for 2 hours. The XRD pattern of the SiC support layer containing 10 wt%, 20 wt%, and 25 wt% of glass frit showed almost the same result as the pattern of Fig.

글래스 프릿은 800~1000℃에서 소결된 후, 결정성이 없는 무정형을 띈다.Glass frit is amorphous with no crystallinity after sintering at 800-1000 ° C.

지지층은 α-SiC(6H)와 극히 소량의 SiO2(β- crystobalite)를 포함하며, SiO2 상은 소결 공정에서 SiC 파우더가 산화되어 형성된 것이다. SiC 파우더의 입경이 감소함에 따라, β- crystobalite의 피크 강도가 증가하는데, 이는 소결 온도에서 SiC 파우더의 입경이 감소함에 따라 SiC 파우더의 산화가 가속화되기 때문이다.The support layer contains α-SiC (6H) and a very small amount of SiO 2 (β-cristobalite), and the SiO 2 phase is formed by oxidation of the SiC powder in the sintering process. As the particle size of the SiC powder decreases, the peak intensity of the β-cristobalite increases because the oxidation of the SiC powder accelerates as the particle size of the SiC powder decreases at the sintering temperature.

도 4는 글래스 프릿 10~25중량%를 포함하는 SC10 샘플의 미세조직 사진이다. 도 4를 참조하면, (a)~(d) 모든 샘플에서 균일하게 형성된 기공 구조를 보여준다. 도 4의 (a)와 (d)를 비교해보면, 글래스 프릿의 함량이 증가할수록 기공을 부분적으로 채우면서 두꺼운 결합 면적을 형성하는 것을 확인할 수 있다.4 is a microstructure photograph of an SC10 sample containing 10 to 25% by weight of glass frit. Referring to FIG. 4, (a) to (d) show uniformly formed pore structures in all samples. 4 (a) and 4 (d), it can be seen that as the content of the glass frit increases, a thick bonding area is formed while partially filling the pores.

글래스 프릿의 결합상은 다음과 같은 과정을 가진다.The combined phase of the glass frit has the following procedure.

(1) 800~1000℃에서 소결되는 동안, 글래스 프릿이 용융되면서 점성을 가지는 글래스 상으로 변화한다. (2) 소결되는 동안 SiC가 산화되면서 crystobalite 상을 형성한다. 이는 도 3에서도 확인할 수 있다. (3) SiO2는 점성을 가지는 글래스 상에 일부 용해된다. (4) 상기 글래스 상은 기공을 일부 채우면서, SiC 파우더 사이에 강한 결합이 형성된다.
(1) During sintering at 800 to 1000 ° C, the glass frit melts and changes into a viscous glass phase. (2) SiC is oxidized during sintering to form a crystobalite phase. This can be confirmed also in FIG. (3) SiO 2 is partially dissolved on the glass having viscosity. (4) The glass phase forms a strong bond between the SiC powders while partially filling the pores.

도 5는 글래스 프릿의 함량이 증가함에 따라, SiC 지지층의 기공 입경이 증가하는 것을 나타내는 그래프이다. 도 5의 (a)는 글래스 프릿 10중량%, (b)는 글래스 프릿 15중량%, (c)는 글래스 프릿 20중량%, (d)는 글래스 프릿 25중량%를 포함하는 SC10 샘플이다. 도 5를 참조하면, 글래스 프릿의 함량에 따른 SC10 샘플의 기공 입경 분포도를 확인할 수 있는데, (a)와 (b)로부터 기공의 입경 분포도가 1개씩 나타나고, (c)와 (d)로부터 기공의 입경 분포도가 2개씩 나타나는 것을 확인할 수 있다.5 is a graph showing that as the content of the glass frit is increased, the pore size of the SiC support layer is increased. 5 (a) is an SC10 sample containing 10% by weight of glass frit, 15% by weight of glass frit, 20% by weight of glass frit and 25% by weight of glass frit. Referring to FIG. 5, the pore diameter distribution diagram of the SC10 sample according to the content of the glass frit can be confirmed. From the graphs (a) and (b) It can be confirmed that two particle size distribution diagrams appear.

SC10 샘플의 기공의 입경은 글래스 프릿의 함량이 증가함에 따라, 증가하는데, 10중량%, 15중량%, 20중량%, 25중량%일 때 기공의 평균 입경은 2.5㎛, 3.0㎛, 3.6㎛, 4.2㎛를 나타낸다. The average particle size of the pores in the SC10 sample was 2.5 .mu.m, 3.0 .mu.m, and 3.6 .mu.m when the content of the glass frit was 10% by weight, 15% by weight, 20% by weight and 25% by weight, Lt; / RTI >

따라서, 글래스 프릿의 함량이 20중량%, 25중량%인 경우, 글래스 프릿이 기공을 부분적으로 채우게 되고(도 4의 (c), (d)), 기공의 입경 분포도가 2개씩 나타나며(도 4의 (c), (d)), 기공의 평균 입경이 증가하게 된다.
Therefore, when the content of the glass frit is 20% by weight and 25% by weight, the glass frit partially fills the pores (Figs. 4C and 4D) (C) and (d)), the average particle diameter of the pores is increased.

도 6은 글래스 프릿 15중량%를 갖는 SiC 지지층의 미세조직 사진이다. 도 6을 참조하면, SiC 파우더의 입경이 증가함에 따라, 기공의 입경이 증가하는 것을 확인할 수 있는데, 이는 유리 프릿을 포함하는 SiC 지지층에서 파우더 입경이 증가함에 따라, SiC 파우더 사이에 형성되는 기공 크기도 증가하기 때문이다.6 is a microstructure photograph of a SiC support layer having 15% by weight of glass frit. Referring to FIG. 6, it can be seen that as the particle size of the SiC powder increases, the particle size of the pores increases. This is because as the particle size of the powder increases in the SiC support layer including the glass frit, Is also increasing.

글래스 프릿 15중량%를 갖는 SC10, SC23, SC35, SC65의 기공의 평균 입경은 각각 3.0㎛, 6.3㎛, 6.9㎛, 8.2㎛를 나타내며, 이때, 기공의 형태는 기공의 입경과는 무관하다. SC10, SC23, SC35 and SC65 having a glass frit content of 15% by weight each have an average particle diameter of 3.0 탆, 6.3 탆, 6.9 탆 and 8.2 탆, respectively. The pore shape is independent of the particle size of the pores.

이러한 결과는 SiC 파우더의 입경을 조절함으로써, 기공의 입경을 조절할 수 있고, 글래스 프릿의 함량을 조절함으로써, 결합 면적의 두께를 조절할 수 있음을 보여준다.
These results show that the particle size of the pores can be controlled by adjusting the particle size of the SiC powder, and the thickness of the bonding area can be controlled by controlling the content of the glass frit.

도 7은 글래스 프릿의 함량에 따른 SiC 지지층의 공극률을 보여주는 그래프이다. 입경이 10㎛인 SiC 파우더를 사용하였을 때, 공극률의 범위가 42.2~46.3%였으며, 입경이 65㎛인 SiC 파우더를 사용하였을 때, 공극률의 범위가 37.0~38.7%였다. 글래스 프릿 10중량%를 포함하는 SC10 샘플은 46.3%에서 가장 높은 공극률을 보여주는 반면, 글래스 프릿 25중량%를 포함하는 SC65 샘플은 37%에서 가장 낮은 공극률을 보여주었다. 이러한 공극률의 차이는 소결하기 전 미소 밀도(green density)의 차이와 소결하는 동안의 밀도 차이에 기인하는 것으로 보여진다. 7 is a graph showing the porosity of the SiC support layer according to the content of glass frit. When the SiC powder having a particle size of 10 탆 was used, the porosity ranged from 42.2 to 46.3%. When the SiC powder having a particle size of 65 탆 was used, the porosity ranged from 37.0 to 38.7%. SC10 samples containing 10 wt% glass frit showed the highest porosity at 46.3%, whereas SC65 samples containing 25 wt% glass frit showed the lowest porosity at 37%. The difference in porosity is believed to be due to the difference in green density before sintering and the difference in density during sintering.

일반적으로, SiC 파우더의 입경이 동일할 때, 유리 프릿의 함량이 증가함에 따라 공극률이 감소하는데, 이는 소결 공정 동안에 점성을 가진 글래스 상에 의한 치밀화가 일어나기 때문이다.Generally, when the particle size of the SiC powder is the same, the porosity decreases as the content of the glass frit increases, because densification by the viscous glass phase occurs during the sintering process.

이와 대조적으로, 글래스 프릿의 함량이 동일할 때, SiC 파우더의 입경이 감소함에 따라 공극률이 증가하는데, 이는 낮은 충전밀도(부피밀도) 때문이다.
In contrast, when the glass frit content is the same, the porosity increases as the particle size of the SiC powder decreases, which is due to the lower packing density (bulk density).

도 8은 글래스 프릿의 함량에 따른 SiC 지지층의 굴곡 강도를 보여주는 그래프이다. 모든 샘플에서 글래스 프릿의 함량이 10중량%에서 15중량%로 증가함에 따라, 굴곡 강도가 증가하였으며, SC23, SC35, SC65에 대해 글래스 프릿을 25중량%까지 증가했을 때에는 굴곡 강도가 감소하는 경향을 보였다.8 is a graph showing the flexural strength of the SiC support layer according to the content of the glass frit. The flexural strength increased as the glass frit content increased from 10 wt% to 15 wt% in all samples, and the flexural strength tended to decrease when the glass frit was increased to 25 wt% with respect to SC23, SC35, and SC65 It looked.

반면, SC10 샘플은 글래스 프릿을 25중량%까지 증가시켰을 때 굴곡 강도가 유지하는 경향을 보였다.
On the other hand, the SC10 sample showed a tendency to maintain the flexural strength when the glass frit was increased to 25 wt%.

도 9는 공극률에 따른 SiC 지지층의 굴곡 강도를 보여주는 그래프이다. 9 is a graph showing the flexural strength of the SiC support layer according to porosity.

도 9를 참조하면, (1) 공극률(porosity)이 증가함에 따라, SiC 지지층의 굴곡 강도가 증가하는데, 이때, SiC 지지층용 조성물에 글래스 프릿이 10중량%로 포함되는 경우(동그라미 안에 표시)는 예외이다. 일반적으로는 공극률이 증가함에 따라, SiC 지지층의 굴곡 강도가 감소하는 경향을 보이나, 본 발명에서는 공극률이 증가함에 따라 굴곡 강도가 증가하는 것을 확인할 수 있다.9, (1) As the porosity increases, the bending strength of the SiC support layer increases. At this time, when the glass frit is contained in the composition for the SiC support layer in an amount of 10% by weight Exceptions. Generally, as the porosity increases, the bending strength of the SiC support layer tends to decrease, but in the present invention, it can be seen that the bending strength increases as the porosity increases.

(2) SiC 파우더의 평균 입경이 10㎛인 SC10의 경우, SiC 파우더의 평균 입경이 65㎛인 SC65보다 굴곡 강도가 월등히 높은 것을 보여준다. 이러한 결과는 유리 프릿이 결합된 SiC 지지층의 굴곡 강도가 공극률의 범위가 37~46%인 공극률보다 기공의 평균 입경에 더 의존하는 것을 의미한다.(2) SC10 with SiC powder having an average particle diameter of 10 占 퐉 shows significantly higher flexural strength than SC65 with an average particle diameter of SiC powder of 65 占 퐉. These results indicate that the flexural strength of the glass frit bonded SiC support layer is more dependent on the average particle size of the pores than the porosity of the range of porosity of 37 to 46%.

(3) 글래스 프릿이 10중량%로 포함(동그라미 안에 표시)된 SiC 지지층의 굴곡 강도가 월등히 낮은 이유는 글래스 프릿이 소량 포함됨에 따라 SiC 파우더의 결합이 불충분해졌기 때문이다.(3) The reason why the flexural strength of the SiC support layer including glass frit as 10% by weight (indicated in the circles) is much lower is because the bonding of the SiC powder is insufficient as the glass frit is contained in a small amount.

글래스 프릿 15중량%를 포함하는 SiC 지지층의 기공의 평균 입경은 SC10에 대하여 3.0㎛, SC23에 대하여 6.3㎛, SC35에 대하여 7.9㎛, S65에 대하여 12.1㎛를 나타낸다. 또한, 글래스 프릿 15중량%를 포함하는 SC10, SC23, SC35, SC65에 대한 굴곡 강도와 공극률은 81MPa-45%, 75MPa-42%, 71MPa-41%, 65MPa-38%를 나타낸다. 즉, 글래스 프릿의 함량이 동일할 때, SiC 파우더의 입경이 증가함에 따라 기공의 입경이 증가하는 것을 알 수 있다. 반면, SiC 파우더의 입경이 증가함에 따라 공극률과 굴곡 강도가 모두 감소하였다.
The average particle diameter of the pores of the SiC support layer containing 15 wt% of glass frit is 3.0 mu m for SC10, 6.3 mu m for SC23, 7.9 mu m for SC35 and 12.1 mu m for S65. The flexural strength and porosity of SC10, SC23, SC35 and SC65 including 15 wt% of glass frit are 81 MPa-45%, 75 MPa-42%, 71 MPa-41% and 65 MPa-38%. That is, when the content of the glass frit is the same, the particle diameter of the pores increases as the particle size of the SiC powder increases. On the other hand, as the particle size of SiC powder increased, porosity and flexural strength decreased.

따라서, 본 발명의 실험 결과로부터 SiC 지지층의 굴곡 강도는 공극률 뿐만 아니라 기공의 입경에 의해 영향을 받는 것을 알 수 있으며, 공극률 37~46% 범위에서 공극률 보다는 기공의 입경에 더 의존하는 것을 알 수 있다.Therefore, it can be seen from the experimental results of the present invention that the bending strength of the SiC support layer is influenced not only by porosity but also by the particle size of the pores, and it is understood that the porosity is more dependent on the particle size of the pores than in the range of porosity of 37 to 46% .

이에 따라, SiC 파우더의 입경이 감소함에 따라, 글래스 프릿이 결합된 SiC 지지층의 굴곡 강도가 증가하는 것을 확인할 수 있다.
Thus, it can be seen that as the particle size of the SiC powder decreases, the bending strength of the SiC support layer to which the glass frit is bonded increases.

도 10은 압력에 따라, 글래스 프릿 15중량%를 포함하는 SiC 지지층의 공기 유량을 나타낸 그래프이다. 도 10을 참조하면, 글래스 프릿 15중량%를 포함하는 SC10, SC23, SC35, SC65 샘플의 비유량(specific flow rate)은 15psi 압력에서 각각 7.2 L/min/cm2, 13.4 L/min/cm2, 16.7 L/min/cm2, 34.0L/min/cm2을 나타낸다. SiC 지지층의 비유량은 SiC 파우더의 입경이 증가함에 따라, 증가하는 경향을 보인다.10 is a graph showing the air flow rate of a SiC support layer containing 15 wt% of glass frit, according to the pressure. 10, the specific flow rate of SC10, SC23, SC35 and SC65 samples containing 15 wt% glass frit was 7.2 L / min / cm 2 and 13.4 L / min / cm 2 at 15 psi pressure, shows a 16.7 L / min / cm 2, 34.0L / min / cm 2. The non-flow rate of the SiC support layer tends to increase as the particle size of the SiC powder increases.

SC10, SC23, SC35, SC65 샘플에 대한 공극률은 각각 45%, 42%, 42%, 38%를 나타내었다. 반대로, SC10, SC23, SC35, SC65 샘플에 대한 기공의 평균 입경은 각각 3.0㎛, 6.3㎛, 6.9㎛, 8.2㎛을 나타내었다.The porosity for SC10, SC23, SC35, and SC65 samples were 45%, 42%, 42%, and 38%, respectively. On the contrary, the average particle diameters of the pores of SC10, SC23, SC35 and SC65 samples were 3.0 탆, 6.3 탆, 6.9 탆 and 8.2 탆, respectively.

즉, SC65는 38%의 낮은 공극률을 가지며, 8.2㎛의 기공을 가진다. SC65는 S10보다 월등히 높은 비유량을 보여주었다. 이러한 결과는 38~45%의 공극률 범위에서 SiC 지지층의 비유량이 공극률보다 기공 입경에 더 의존하는 것을 의미한다.
That is, SC65 has a porosity of 38% and a pore size of 8.2 탆. The SC65 showed significantly higher flow rates than the S10. This result implies that the specific volume of the SiC support layer is more dependent on the pore size than the porosity in the porosity range of 38 to 45%.

도 11은 산 용액과 염기 용액에 노출한 시간에 따라, 글래스 프릿 15중량%를 포함하는 SiC 지지층의 굽힘 강도를 나타낸 그래프이다. 11 is a graph showing the bending strength of a SiC support layer containing 15 wt% of glass frit according to the time of exposure to the acid solution and the base solution.

일반적으로, 산 용액과 염기 용액에 SiC 지지층을 노출하는 경우, 굽힘 강도(flexural strength)가 감소하는 경향을 보인다. 그러나, 본 발명의 SiC 지지층의 굽힘 강도가 저하되는 정도가 천천히 유지됨을 보여준다. In general, when the SiC support layer is exposed to an acid solution and a base solution, the flexural strength tends to decrease. However, it is shown that the degree of decrease in bending strength of the SiC support layer of the present invention is maintained slowly.

SC10 샘플의 굽힘 강도는 63일 동안 pH3인 용액에 노출된 후, 80.5MPa에서 57.0MPa로 감소하였고, pH11인 용액에 노출된 후 80.5MPa에서 48.4MPa로 감소하였다.
The bending strength of the SC10 sample was reduced from 80.5 MPa to 57.0 MPa after exposure to the solution at pH 3 for 63 days and decreased from 80.5 MPa to 48.4 MPa after exposure to the solution at pH 11.

도 12는 SiC 지지층의 SEM(scanning electron micrograph) 사진이다. 도 12의 (a)는 글래스 프릿 15중량%를 포함하는 SC10의 샘플(SC10-15), (b)는 pH3인 용액에 63일 동안 노출된 SC10-15, (c)는 pH11인 용액에 63일 동안 노출된 SC10-15이다.12 is a SEM (scanning electron micrograph) photograph of the SiC support layer. 12 (a) shows a sample (SC10-15) of SC10 containing 15 wt% of glass frit, (b) shows SC10-15 exposed for 63 days to a solution of pH 3, SC10-15 exposed for one day.

도 12의 샘플 분석은 EDS를 이용하여 분석하였으며, 이에 대한 결과는 하기 표 1에 나타내었다.The sample analysis of FIG. 12 was analyzed using EDS, the results of which are shown in Table 1 below.

[표 1][Table 1]

Figure 112016123208760-pat00001
Figure 112016123208760-pat00001

도 12와 표 1을 참조하면, Na, K, Ca, Ba 원소는 산 용액과 염기 용액에 노출된 후 함량이 감소하는 경향을 보였다. 이러한 원소는 글래스 개질제의 역할을 하는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 12 and Table 1, the contents of Na, K, Ca, and Ba tended to decrease after exposure to an acid solution and a base solution. It can be seen that these elements act as glass modifiers.

또한, 산 용액과 염기 용액에 노출된 후, SC10-15-pH3 샘플과 SC10-15-pH11 샘플의 무게 손실은 각각 0.29중량%와 0.97중량%였다. 즉, pH11인 용액에서의 샘플의 무게 손실이 pH3인 용액에서의 샘플의 무게 손실보다 더 큰 것을 확인할 수 있다. Also, after exposure to the acid and base solutions, the weight loss of the SC10-15-pH3 sample and the SC10-15-pH11 sample were 0.29 wt% and 0.97 wt%, respectively. That is, it can be seen that the weight loss of the sample in the solution of pH 11 is larger than the weight loss of the sample in the solution of pH 3.

또한, EDS 결과는 SC10-15-pH11 샘플에서 Na, K, Ca, Ba의 손실이 더 많음을 보여준다. SC10-15 샘플에서 Na, K, Ca, Ba의 총 원자%는 1.45원자%로, SC10-15-pH3 샘플에 대해 0.78원자%로 감소하였고, SC10-15-pH11 샘플에 대해 0.64원자%로 감소하였다.In addition, the EDS results show that the loss of Na, K, Ca, and Ba is higher in the SC10-15-pH11 sample. The total atomic% of Na, K, Ca, and Ba in the SC10-15 sample was 1.45 atomic%, decreased to 0.78 atomic% for the SC10-15-pH3 sample and decreased to 0.64 atomic% for the SC10-15-pH11 sample Respectively.

따라서, 산 용액과 염기 용액에 노출된 후, SC10-15 샘플의 강도 저하가 각각 29%와 40%가 나타났으며, 이는 글래스 개질제의 부분적인 손실에 기인함을 알 수 있다.
Thus, after exposure to acid and base solutions, the strength drop of SC10-15 samples was 29% and 40%, respectively, which is due to the partial loss of the glass modifier.

2. Al2. Al 22 OO 33 코팅층을 포함하는 SiC 분리막의 제조 및 물성 결과 Preparation and Physical Properties of SiC Membrane Containing Coating Layer

Al2O3 코팅층을 포함하는 평균 입경이 10㎛인 SiC 파우더를 포함하는 SiC 분리막(SC10A)을 다음과 같이 제조하였다. Al 2 O 3 coating layer An SiC separation membrane (SC10A) containing SiC powder having an average particle diameter of 10 mu m was prepared as follows.

상기 제조된 SiC 지지층 상에 SiC 중간층용 조성물을 딥코팅법으로 도포한 후, 850℃에서 1시간 동안 소결하여 SiC 지지층 상에 SiC 중간층을 형성하였다. SiC 중간층용 조성물은 2㎛인 SiC 파우더 70중량%, 글래스 프릿 15중량%, 유기 바인더(PEG와 PVA) 15중량%를 포함한다.The SiC intermediate layer composition was coated on the prepared SiC support layer by dip coating method and then sintered at 850 ° C for 1 hour to form a SiC intermediate layer on the SiC support layer. The composition for the SiC intermediate layer contains 70% by weight of SiC powder of 2 탆, 15% by weight of glass frit, and 15% by weight of organic binder (PEG and PVA).

다음으로, 상기 SiC 중간층 상에 SiC 멤브레인층용 조성물을 딥코팅법으로 도포한 후, 850℃에서 1시간 동안 소결하여 SiC 중간층 상에 SiC 멤브레인층을 형성하였다. SiC 멤브레인층용 조성물은 평균 입경이 0.5㎛인 SiC 파우더 70중량%, 글래스 프릿 15중량%, 유기 바인더(PEG와 PVA) 15중량%를 포함한다. Next, a composition for a SiC membrane layer was applied on the SiC intermediate layer by dip coating and sintered at 850 ° C for 1 hour to form a SiC membrane layer on the SiC intermediate layer. The composition for the SiC membrane layer contains 70% by weight of SiC powder having an average particle diameter of 0.5 占 퐉, 15% by weight of glass frit, and 15% by weight of organic binders (PEG and PVA).

다음으로, 상기 SiC 멤브레인층 상에 Al(OCH(CH3)2)3이 용해된 에탄올을 딥코팅법으로 도포한 후, 800℃에서 1시간 동안 소결하였다. 이 과정을 3번 반복한 후, 850℃에서 1시간 동안 소결하여 SiC 멤브레인층 상에 Al2O3 코팅층을 형성하였다.
Next, ethanol in which Al (OCH (CH 3 ) 2 ) 3 was dissolved was coated on the SiC membrane layer by dip coating, and then sintered at 800 ° C for 1 hour. This process was repeated three times and then sintered at 850 ° C for 1 hour to form an Al 2 O 3 coating layer on the SiC membrane layer.

평균 입경이 15㎛인 SiC 파우더를 포함하는 SiC 분리막(SC15A)은 SiC 중간층에 평균 입경이 10㎛인 SiC 파우더를 포함하고, SiC 멤브레인층에 평균 입경이 2㎛인 SiC 파우더를 포함하는 점을 제외하고는 SC10A와 동일한 조건으로 제조하였다.
The SiC separation membrane (SC15A) including SiC powder having an average particle diameter of 15 mu m contained SiC powder having an average particle diameter of 10 mu m in the SiC intermediate layer and that the SiC membrane layer contained SiC powder having an average particle diameter of 2 mu m Were prepared under the same conditions as SC10A.

평균 입경이 23㎛인 SiC 파우더를 포함하는 SiC 분리막(SC23A)은 SiC 중간층에 평균 입경이 10㎛인 SiC 파우더를 포함하고, SiC 멤브레인층에 평균 입경이 2㎛인 SiC 파우더를 포함하는 점을 제외하고는 SC10A와 동일한 조건으로 제조하였다.
The SiC separation membrane (SC23A) including the SiC powder having an average particle diameter of 23 mu m contained SiC powder having an average particle diameter of 10 mu m in the SiC intermediate layer, except that the SiC membrane layer contained SiC powder having an average particle diameter of 2 mu m Were prepared under the same conditions as SC10A.

도 13은 Al2O3 코팅층이 형성된 SiC 분리막의 SEM 사진이다. 도 13을 참조하면, SC10A에 대한 SiC 중간층의 두께가 190㎛이고, SC15A에 대한 SiC 중간층의 두께가 200㎛이고, SC23A에 대한 SiC 중간층의 두께가 350㎛이다. 13 is an SEM photograph of a SiC separation membrane having an Al 2 O 3 coating layer formed thereon. Referring to FIG. 13, the thickness of the SiC intermediate layer with respect to SC10A is 190 占 퐉, the thickness of the SiC intermediate layer with respect to SC15A is 200 占 퐉, and the thickness of the SiC intermediate layer with respect to SC23A is 350 占 퐉.

이처럼, 층 두께에 대한 차이는 도 4에서와 같이, SiC 지지층에서 SiC 파우더의 입경이 커질수록 기공의 입경이 커지는 것에 기인한다. 또한, 조성물에 포함되는 SiC 파우더가 도포되어 코팅되는 동안, 입경이 큰 기공에 스며드는 것에 기인한다. 그 결과, SiC 지지층과 멤브레인층의 두께가 두꺼워지게 된다.As shown in FIG. 4, the difference in layer thickness is due to the fact that the larger the particle size of the SiC powder in the SiC support layer, the larger the particle size of the pores. Also, the SiC powder contained in the composition is caused to penetrate into large-pore pores while being coated and coated. As a result, the thickness of the SiC support layer and the membrane layer becomes thick.

한편, SiC 멤브레인층 두께는 SC10A에 대해, 20㎛이고, SC15A와 SC23A에 대해, 각각 25㎛임을 보여준다. 이는 SiC 지지층에 포함되는 기공의 입경이 커짐에 따라 SiC 중간층의 두께가 두꺼워지고, 이에 따라 SC15A와 SC23A의 SiC 멤브레인층이 두꺼워짐을 의미한다. Al2O3 코팅층의 두께는 1.5㎛ 이하를 나타내었다.On the other hand, the thickness of the SiC membrane layer is 20 mu m for SC10A and 25 mu m for SC15A and SC23A, respectively. This means that as the particle size of the pores contained in the SiC support layer increases, the thickness of the SiC intermediate layer becomes thicker, thereby thickening the SiC membrane layer of SC15A and SC23A. The thickness of the Al 2 O 3 coating layer was 1.5 μm or less.

도 13의 (a), (c), (e)는 SiC 중간층과 SiC 지지층 사이의 층간 박리 없이 균일한 계면을 보여준다. 또한, SiC 중간층과 SiC 멤브레인층, Al2O3 코팅층 사이에 층간 박리가 발생하지 않았다.13 (a), (c), and (e) show a uniform interface without delamination between the SiC interlayer and the SiC support layer. Further, no delamination occurred between the SiC intermediate layer, the SiC membrane layer and the Al 2 O 3 coating layer.

도 13의 (b), (d), (f)는 SiC 중간층의 큰 기공에 의한 오목한 표면을 제외하고는 층과 층 사이에서 크랙이 없음을 보여준다.Figures 13 (b), (d), and (f) show that there is no crack between the layer and the layer except for the concave surface due to the large pores of the SiC interlayer.

그러나, Al2O3 코팅층의 공극률은 SiC 파우더의 입경과 함께 약간 증가하였음을 보여준다. 이는 SiC 중간층과 SiC 멤브레인층, Al2O3 코팅층에 의한 SiC 분리막에서 큰 기공을 부분적으로 채우는데 충분하지 못한 것을 의미한다.
However, the porosity of the Al 2 O 3 coating layer shows a slight increase with the particle size of the SiC powder. This means that the SiC intermediate layer, the SiC membrane layer and the Al 2 O 3 coating layer are not sufficient to partially fill the large pores in the SiC membrane.

도 14는 Al2O3 코팅층이 형성된 SiC 분리막에 대한 투과 플럭스(permeate flux)를 나타낸 그래프이다. 초기 오일 농도가 600mg/L이고, 101kPa 압력 하의 조건에서 투과 플럭스를 측정하였다. 도 14에서 초기 40분 동안에는 유량이 급격히 감소하였고, 그 이후, 점진적으로 감소하는 경향을 보였다. 40분 동안 여과 후, 유량은 SC10에 대해, 대략 46% 감소하였고, SC15에 대해, 대략 69.5% 감소하였으며, SC23에 대해 71.5% 감소하였다. SiC 지지층의 큰 기공과 SiC 중간층의 두께가 유량의 급격한 감소를 유도한 것으로 보인다.
14 is a graph showing a permeate flux for a SiC separation membrane having an Al 2 O 3 coating layer formed thereon. The initial flux concentration was 600 mg / L and the permeate flux was measured under the pressure of 101 kPa. In FIG. 14, the flow rate rapidly decreased during the initial 40 minutes, and then gradually decreased. After filtration for 40 minutes, the flow rate was reduced by about 46% for SC10, about 69.5% for SC15, and 71.5% for SC23. The large pores of the SiC support layer and the thickness of the SiC intermediate layer seem to induce a sharp decrease in the flow rate.

따라서, Al2O3 코팅층이 형성된 SiC 분리막은 성형, 소결, 도포 등에 의한 방법을 이용하여 크랙 및 층간 박리 없이 제조되었음을 확인하였다.Therefore, it was confirmed that the SiC separator having the Al 2 O 3 coating layer was manufactured without cracking or delamination by using a method such as molding, sintering or coating.

특히, 글래스 프릿이 포함된 SiC 지지층은 SiC 파우더의 입경에 의존하면서, 공극률 41.9~44.6% 범위에서 굴곡 강도 75~85MPa를 나타내었다.In particular, the SiC support layer containing glass frit exhibited a flexural strength of 75 to 85 MPa in the porosity range of 41.9 to 44.6%, depending on the particle size of the SiC powder.

SiC 분리막 중 SC10A은 기름을 포함하는 용액에서 기름 제거율은 99.9%, SC23A의 기름 제거율은 78.7%를 나타내었다. 이러한 결과는 SiC 지지층에 포함되는 기공의 입경이 SiC 중간층과 멤브레인층, Al2O3 코팅층에 영향을 주는 것으로 보인다.Among the SiC membranes, SC10A showed an oil removal rate of 99.9% and an SC23A oil removal rate of 78.7% in a solution containing oil. These results suggest that the pore size of the SiC support layer affects the SiC interlayer, the membrane layer and the Al 2 O 3 coating layer.

아울러, 본 발명에서 SiC 지지층에서 Al2O3 코팅층으로 갈수록 SiC 파우더의 입경이 작아지며, 이에 따라, 기름 제거율, 굴곡 강도 등이 우수한 것을 알 수 있다.
In addition, in the present invention, the grain size of the SiC powder decreases from the SiC support layer toward the Al 2 O 3 coating layer, and thus the oil removal rate and flexural strength are superior.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It is to be understood that the invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

Claims (13)

SiC 지지층용 조성물에 있어서.
SiC 지지층용 조성물은
SiC 파우더; 상기 SiC 파우더 사이에 결합되는 글래스 프릿(glass frit); 및 유기 바인더;를 포함하고,
상기 SiC 지지층용 조성물 100중량%에 대하여, 글래스 프릿 15~25중량%를 포함하며,
상기 SiC 파우더의 평균 입경은 10~20㎛인 것을 특징으로 하는 SiC 지지층용 조성물.
In the composition for a SiC support layer.
The composition for the SiC support layer
SiC powder; A glass frit coupled between the SiC powder; And an organic binder,
And 15 to 25 wt% of glass frit based on 100 wt% of the composition for the SiC support layer,
Wherein the SiC powder has an average particle diameter of 10 to 20 占 퐉.
제1항에 있어서,
상기 글래스 프릿은 전체 100중량%에 대하여, SiO2 70~81중량% B2O3 9~12중량%, Al2O3 5~10중량% 및 Na2O 5~8중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 SiC 지지층용 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the glass frit comprises 70 to 81% by weight of SiO 2 , 9 to 12% by weight of B 2 O 3 , 5 to 10% by weight of Al 2 O 3 and 5 to 8% by weight of Na 2 O, based on 100% Wherein the SiC support layer is formed on the substrate.
삭제delete 제1항 또는 제2항의 SiC 지지층용 조성물로부터 형성되는 SiC 지지층;
상기 SiC 지지층 상에 형성되는 SiC 중간층;
상기 SiC 중간층 상에 형성되는 SiC 멤브레인층; 및
상기 SiC 멤브레인층 상에 형성되는 Al2O3 코팅층;을 포함하고,
상기 SiC 지지층의 굴곡 강도는 75~85MPa인 것을 특징으로 하는 SiC 분리막.
An SiC support layer formed from the composition for the SiC support layer of claim 1 or 2;
An SiC intermediate layer formed on the SiC support layer;
A SiC membrane layer formed on the SiC intermediate layer; And
And an Al 2 O 3 coating layer formed on the SiC membrane layer,
Wherein the SiC support layer has a flexural strength of 75 to 85 MPa.
제4항에 있어서,
상기 SiC 지지층은 평균 입경이 1~5㎛인 기공을 포함하는 것을 특징으로 하는 SiC 분리막.
5. The method of claim 4,
Wherein the SiC support layer comprises pores having an average particle diameter of 1 to 5 占 퐉.
삭제delete (a) SiC 파우더, 글래스 프릿(glass frit), 및 유기 바인더를 포함하는 SiC 지지층용 조성물을 형성하는 단계;
(b) 상기 SiC 지지층용 조성물을 성형하여 성형체를 형성하는 단계;
(c) 상기 성형체를 소결하여 SiC 지지층을 형성하는 단계;
(d) 상기 SiC 지지층 상에 SiC 중간층용 조성물을 도포한 후, 소결하여 SiC 지지층 상에 SiC 중간층을 형성하는 단계;
(e) 상기 SiC 중간층 상에 SiC 멤브레인층용 조성물을 도포한 후, 소결하여 SiC 중간층 상에 SiC 멤브레인층을 형성하는 단계; 및
(f) 상기 SiC 멤브레인층 상에 Al 전구체를 포함하는 코팅용 조성물을 도포한 후, 소결하여 SiC 멤브레인층 상에 Al2O3 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 SiC 지지층용 조성물 100중량%에 대하여, 글래스 프릿 15~25중량%를 포함하며,
상기 (a) 단계에서, SiC 지지층용 조성물에 포함되는 SiC 파우더의 평균 입경은 10~20㎛인 것을 특징으로 하는 SiC 분리막의 제조 방법.
(a) forming a composition for a SiC support layer comprising SiC powder, glass frit, and an organic binder;
(b) forming the molded body by molding the SiC support layer composition;
(c) sintering the shaped body to form a SiC support layer;
(d) applying a SiC intermediate layer composition on the SiC support layer and then sintering to form a SiC intermediate layer on the SiC support layer;
(e) applying a composition for a SiC membrane layer on the SiC intermediate layer and then sintering to form a SiC membrane layer on the SiC intermediate layer; And
(f) applying a coating composition comprising an Al precursor on the SiC membrane layer and sintering to form an Al 2 O 3 coating layer on the SiC membrane layer,
And 15 to 25 wt% of glass frit based on 100 wt% of the composition for the SiC support layer,
Wherein the average particle diameter of the SiC powder contained in the composition for the SiC support layer in the step (a) is 10 to 20 占 퐉.
제7항에 있어서,
상기 (c) 단계에서, SiC 지지층은 평균 입경이 1~5㎛인 기공을 포함하는 것을 특징으로 하는 SiC 분리막의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
In the step (c), the SiC support layer includes pores having an average particle diameter of 1 to 5 占 퐉.
제7항에 있어서,
상기 (a) 단계에서, 글래스 프릿은 전체 100중량%에 대하여, SiO2 70~81중량% B2O3 9~12중량%, Al2O3 5~10중량% 및 Na2O 5~8중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 SiC 분리막의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
In step (a), the glass frit may contain 70 to 81 wt% of SiO 2 , 9 to 12 wt% of B 2 O 3 , 5 to 10 wt% of Al 2 O 3, and 5 to 10 wt% of Na 2 O 5 By weight based on the total weight of the SiC separator.
삭제delete 제7항에 있어서,
상기 (b) 단계에서, 성형은 프레스 성형, 냉간 정수압 프레스 성형, 압출 성형 또는 분말 사출 성형으로 수행되는 것을 특징으로 하는 SiC 분리막의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the molding is performed by press molding, cold isostatic pressing, extrusion molding or powder injection molding in the step (b).
제7항에 있어서,
상기 (c) 단계 내지 (f) 단계에서,
소결은 공기 분위기에서, 800~1000℃에서 1~5시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 SiC 분리막의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
In the steps (c) to (f)
Wherein the sintering is performed in an air atmosphere at 800 to 1000 ° C for 1 to 5 hours.
제7항에 있어서,
상기 (d) 단계에서, SiC 중간층용 조성물은 SiC 파우더, 글래스 프릿(glass frit), 및 유기 바인더를 포함하되, SiC 중간층용 조성물에 포함되는 SiC 파우더의 평균 입경은 SiC 지지층용 조성물에 포함되는 SiC 파우더의 평균 입경 보다 작고,
상기 (e) 단계에서, SiC 멤브레인층용 조성물은 SiC 파우더, 글래스 프릿(glass frit), 및 유기 바인더를 포함하되, SiC 멤브레인층용 조성물에 포함되는 SiC 파우더의 평균 입경은 SiC 중간층용 조성물에 포함되는 SiC 파우더의 평균 입경 보다 작은 것을 특징으로 하는 SiC 분리막의 제조 방법.8. The method of claim 7,
In the step (d), the composition for the SiC interlayer includes SiC powder, glass frit, and an organic binder. The average particle diameter of the SiC powder contained in the composition for the SiC interlayer is preferably in the range Is smaller than the average particle diameter of the powder,
In the step (e), the composition for the SiC membrane layer includes SiC powder, glass frit, and an organic binder, wherein the average particle diameter of the SiC powder contained in the composition for the SiC membrane layer is in the range And the average particle size of the powder is smaller than the average particle size of the powder.
KR1020160171644A 2016-12-15 2016-12-15 COMPOSITION FOR SiC SUPPORT LAYER AND SiC MEMBRANE HAVING AN Al2O3 COATING LAYER USING THE SAME AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME KR101811199B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160171644A KR101811199B1 (en) 2016-12-15 2016-12-15 COMPOSITION FOR SiC SUPPORT LAYER AND SiC MEMBRANE HAVING AN Al2O3 COATING LAYER USING THE SAME AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160171644A KR101811199B1 (en) 2016-12-15 2016-12-15 COMPOSITION FOR SiC SUPPORT LAYER AND SiC MEMBRANE HAVING AN Al2O3 COATING LAYER USING THE SAME AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101811199B1 true KR101811199B1 (en) 2017-12-22

Family

ID=60936564

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160171644A KR101811199B1 (en) 2016-12-15 2016-12-15 COMPOSITION FOR SiC SUPPORT LAYER AND SiC MEMBRANE HAVING AN Al2O3 COATING LAYER USING THE SAME AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101811199B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108341671A (en) * 2018-01-26 2018-07-31 山东四海水处理设备有限公司 Multichannel silicon carbide ceramics membrane component and preparation method thereof
WO2021204337A1 (en) * 2020-04-06 2021-10-14 Liqtech International A/S A method of producing a ceramic filter and a ceramic filter membrane

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7115977B2 (en) * 2015-10-29 2022-08-09 テトラ ラバル ホールディングス アンド ファイナンス エス エイ Barrier films or sheets, laminated packaging materials containing such films or sheets, and packaging containers made therefrom

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7115977B2 (en) * 2015-10-29 2022-08-09 テトラ ラバル ホールディングス アンド ファイナンス エス エイ Barrier films or sheets, laminated packaging materials containing such films or sheets, and packaging containers made therefrom

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108341671A (en) * 2018-01-26 2018-07-31 山东四海水处理设备有限公司 Multichannel silicon carbide ceramics membrane component and preparation method thereof
WO2021204337A1 (en) * 2020-04-06 2021-10-14 Liqtech International A/S A method of producing a ceramic filter and a ceramic filter membrane

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7699903B2 (en) Porous ceramic body and method for production thereof
TWI388372B (en) Method for preparing a porous inorganic coating on a porous support using certain pore formers
US20160121272A1 (en) Inorganic membrane filter and methods thereof
CN108201794B (en) Ceramic separation membrane for water treatment using silicon carbide subjected to oxidation treatment and preparation method thereof
KR101493417B1 (en) Method for manufacturing porous ceramic membrane with controlled pore characteristics and porous ceramic membrane manufactured thereby
EP2918331B1 (en) Support for a ceramic filtration membrane
KR101811199B1 (en) COMPOSITION FOR SiC SUPPORT LAYER AND SiC MEMBRANE HAVING AN Al2O3 COATING LAYER USING THE SAME AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME
KR20170095330A (en) Filters comprising sic membranes incorporating nitrogen
Boudaira et al. Preparation and characterization of microfi ltration membranes and their supports using kaolin (DD2) and CaCO3
CA2312247C (en) Ceramic membrane
CN106588073B (en) Preparation process of novel laminated porous ceramic
JP6667614B2 (en) Porous support, method for manufacturing porous support, separation membrane structure, and method for manufacturing separation membrane structure
CN107567353B (en) Filter comprising oxygen-depleted SIC membrane
JP5082067B2 (en) Method for producing high-strength macroporous porous ceramic and porous body thereof
KR20140141738A (en) Method for manufacturing diatomite-based support used for water treatment filter and diatomite-based support manufactured thereby
KR20170095331A (en) Sic-nitride or sic-oxynitride composite membrane filters
CN107082641A (en) A kind of ceramic membrane materials component
Simão et al. Porous ceramic structures obtained from calcium carbonate as pore generating agent
JP2003220319A (en) Separation membrane module and manufacturing method thereof
JP3589559B2 (en) Ceramic porous film, ceramic porous body using the same, and methods for producing them
CN115180926B (en) Coal-based solid waste-alumina composite ceramic membrane and preparation method and application thereof
JPS6268510A (en) Method for preparing ceramics filter material
CN117320800A (en) Porous ceramic support, membrane, method and use thereof
Khalilia et al. Synthesis and Characterization of α-Alumina Membrane Support and Effects of Binders
CN117567141A (en) Multilayer cofired alumina ceramic flat plate support body and preparation method and application thereof

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant