KR101920004B1 - Patterned ion exchange membrane and Methode of Manufacturing the same - Google Patents

Patterned ion exchange membrane and Methode of Manufacturing the same Download PDF

Info

Publication number
KR101920004B1
KR101920004B1 KR1020170056882A KR20170056882A KR101920004B1 KR 101920004 B1 KR101920004 B1 KR 101920004B1 KR 1020170056882 A KR1020170056882 A KR 1020170056882A KR 20170056882 A KR20170056882 A KR 20170056882A KR 101920004 B1 KR101920004 B1 KR 101920004B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ion exchange
exchange membrane
channel
epoxy
height
Prior art date
Application number
KR1020170056882A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20180122820A (en
Inventor
김한기
최지연
양승철
정남조
황교식
김찬수
남주연
좌은진
Original Assignee
한국에너지기술연구원
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 한국에너지기술연구원 filed Critical 한국에너지기술연구원
Priority to KR1020170056882A priority Critical patent/KR101920004B1/en
Publication of KR20180122820A publication Critical patent/KR20180122820A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101920004B1 publication Critical patent/KR101920004B1/en

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/20—Manufacture of shaped structures of ion-exchange resins
    • C08J5/22—Films, membranes or diaphragms
    • C08J5/2206—Films, membranes or diaphragms based on organic and/or inorganic macromolecular compounds
    • C08J5/2218—Synthetic macromolecular compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M14/00—Electrochemical current or voltage generators not provided for in groups H01M6/00 - H01M12/00; Manufacture thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N11/00—Generators or motors not provided for elsewhere; Alleged perpetua mobilia obtained by electric or magnetic means

Abstract

본 발명은 이온 교환막; 및 이온 교환막 상에 유체 흐름을 안내하기 위한 채널을 포함하며, 채널은 이온 교환막과 동일한 재질로 형성되며, 채널의 높이방향을 따라 소정간격으로 떨어져 배열된 복수 개의 제1 부재; 인접하는 2개의 제1 부재를 연결하며, 제1 부재와 다른 재질로 형성된 제2 부재를 포함하는 패턴형 이온 교환막을 제공하고자 한다.The present invention relates to an ion exchange membrane; And a channel for guiding a fluid flow on the ion exchange membrane, wherein the channel is formed of the same material as the ion exchange membrane and includes a plurality of first members arranged at predetermined intervals along a height direction of the channel; To provide a patterned ion exchange membrane comprising two adjacent first members and a second member formed of a material different from that of the first member.

Description

패턴형 이온 교환막 및 이의 제조 방법{Patterned ion exchange membrane and Methode of Manufacturing the same}[0001] The present invention relates to a patterned ion exchange membrane and a method for manufacturing the same,

본 발명은 3D 프린팅 기술을 이용한 패턴형 이온 교환막 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a patterned ion exchange membrane using a 3D printing technique and a method of manufacturing the same.

전기투석 (Reverse-electrodialysis, RED) 장치는 용해되어 있는 이온이 갖는 농도차를 전기화학적 방법을 통해 전기에너지로 전환하는 장치로써 이러한 기술범주를 통틀어 농도차 발전이라고 한다. Reverse-electrodialysis (RED) devices are devices that convert the concentration difference of dissolved ions into electrical energy through an electrochemical method.

농도차발전 (salinity gradient power, SGP) 에는 RED 이외에도 압력지연삼투 (pressure retarded osmosis, PRO) 및 축전식 혼합 (capacitive mixing) 방식등이 존재하며, 이 중 RED는 이온의 농도차를 전기화학적 반응을 통해 직접 전기에너지로 전환하는 기술로써 열역학적 손실이 크지 않아 고효율 발전 시스템을 구성할 수 있다. In addition to RED, there are pressure retarded osmosis (PRO) and capacitive mixing methods in the salinity gradient power (SGP). Among them, RED is an electrochemical reaction This is a technology that converts directly into electrical energy through the use of a high-efficiency power generation system.

역전기투석(Reversed ElectroDialysis) 장치는 해수 및 담수의 유로를 형성하기 위하여 가스켓과 스페이서를 동시에 사용하는 것이 일반적이다.Reversed ElectroDialysis devices commonly use gaskets and spacers at the same time to form channels for seawater and fresh water.

이 중 가스켓은 실리콘, PTFE 등과 같은 물에 대한 화학적 저항성이 높은 재질을 사용하는 것이 일반적이며, 전기적 전도성이 매우 낮아야 한다.Among these gaskets, it is general to use a material having high chemical resistance to water such as silicon, PTFE, etc., and electrical conductivity should be very low.

통상적으로 수백 마이크로미터 이내의 필름을 가공하여 제작하며, 최근 논문(Vermaas 등)에서는 50 마이크로미터 내외의 가스켓 및 스페이서를 동시에 사용할 경우 역전기투석 장치의 내부저항이 감소되어 높은 출력을 얻을 수 있다는 것이 보고되었다.In recent articles (Vermaas et al.), It is known that when gaskets and spacers of about 50 micrometers are used at the same time, the internal resistance of the reverse electrodialyser is reduced and high output can be obtained .

스페이서는 통상적으로 메쉬 타입의 구조체를 사용하며, 재질은 PE(Polyethylene) 및 나일론(Nylon) 등과 같이 전기적 전도성이 낮은 폴리머 등이 사용된다. The spacer typically uses a mesh-type structure, and the material is a polymer having low electrical conductivity such as PE (polyethylene) and Nylon.

스페이서는 스페이서를 기준으로 양 옆에 배치되는 양이온 교환막 및 음이온 교환막이 서로 접하는 것을 방지하여 역전기투석 장치 내에서 전기적 쇼트가 일어나는 것을 방지하며, 스페이서로 인해 형성되는 양이온 교환막 및 음이온 교환막 사이의 공간으로 해수 또는 담수 등과 같은 장치 내 유입수가 흐를 수 있는 유로를 확보하는 역할을 한다.The spacer prevents the cation exchange membrane and the anion exchange membrane, which are disposed on both sides of the spacer, from contacting each other to prevent electrical short-circuiting in the reverse electrodialysis device, and a space between the cation exchange membrane and the anion exchange membrane And serves to secure a flow path through which inflow water can flow in the apparatus such as seawater or fresh water.

하지만, 치밀한 구조를 갖는 스페이서의 구조적 특성에 의해 쉐도우 이펙트(Shadow Effect, 이온교환막과 스페이서가 접하는 면적이 증가함에 따라 물과 이온교환막이 접하는 면적이 상대적으로 감소하는 현상) 등의 부정적 영향을 줄 수 있을 뿐 아니라, 스페이서에 의해 유동 흐름이 제한되어 역전기투석 장치의 높은 압력 손실을 야기한다.However, due to the structural characteristics of the spacer having a dense structure, a shadow effect (a phenomenon in which the contact area between the water and the ion exchange membrane is relatively decreased as the contact area between the ion exchange membrane and the spacer increases) But also restricts the flow flow by the spacer, resulting in a high pressure loss of the reverse electrodialyser.

스페이서에 의한 압력손실에 의해 유입수내에 존재하는 오염물질이 스페이서의 공극에 붙는 오염 현상이 발생하게 된다. 이러한 오염 현상은 역전기투석 장치의 장기적 운전 성능을 저하시킬 뿐만 아니라, 비가역적인 오염반응을 감소시키거나 방지 또는 회복하는데 많은 에너지를 소모하여 역전기투석 장치의 유지보수에 매우 심각한 문제를 일으킨다. The contamination of the voids of the spacer due to the contaminants existing in the inflow water due to the pressure loss due to the spacer occurs. Such contamination not only lowers the long-term operation performance of the reverse electrodialyser, but also consumes a lot of energy to reduce, prevent or recover irreversible pollution reactions, causing serious problems in the maintenance of the reverse electrodialyser.

역전기투석 장치에서 스페이서 사용시 압력 손실 등의 문제는 매우 중요하며, 특히 스페이서에 오염이 시작되면 압력 손실이 더욱 커지게 되어 펌프 등에서 에너지 소모가 증가하고, 결과적으로 시스템의 에너지 효율이 감소하게 된다. When the spacer is used in the reverse electrodialysis apparatus, the problem of pressure loss is very important. In particular, when the spacer starts to be contaminated, the pressure loss becomes larger, so that the energy consumption of the pump increases and consequently the energy efficiency of the system decreases.

이에 대한 해결 방안으로 유로를 확보할 수 있는 프로파일 (또는 패턴형) 멤브레인이 2010년 이후 보고되고 있으며, Post 등은 종래 특허 WO 2010/104381에 나타낸 바와 같이, 프로파일 이온교환막을 처음으로 보고하였다. As a solution to this problem, a profile (or patterned) membrane capable of securing a flow channel has been reported since 2010, and Post et al. First reported a profile ion exchange membrane as shown in the prior patent WO 2010/104381.

Vermaas 등 (2011) 은 논문에서 몰드를 제작 후 열로 이온교환막의 형태에 변형을 가하여 채널을 만든 후 이를 RED에 적용하였다. 채널 형성으로 압력 손실은 감소하였지만, 막의 특성이 감소하거나, 이온교환막 자체의 성능이 낮은 (두께가 두꺼운) 막을 선택하여야 하기 때문에 RED의 성능향상을 위한 바람직한 방법은 아니며, 대량 생산에 한계가 있다.In Vermaas et al. (2011), a mold was fabricated and a channel was fabricated by modifying the shape of the ion exchange membrane with heat and applied to the RED. Although the pressure loss is reduced due to the formation of the channel, it is not a preferable method for enhancing the performance of the RED because it is necessary to select a membrane having a low membrane property or a low performance (thick membrane) of the ion exchange membrane per se.

Guler 등 (2014) 은 기존 논문에서 마이크로 채널을 갖는 이온교환막을 제작하여 RED의 성능을 비교하였고, 도 1과 같이, 제작 과정에서 캐스팅 및 열 경화 등의 방식을 사용하였다. Guler et al. (2014) prepared an ion exchange membrane with microchannels and compared the performance of the RED in the existing paper. As shown in FIG. 1, casting and thermal curing were used in the manufacturing process.

이러한 방식은 이온교환막의 대량 생산에 있어서 경제성이 떨어지며, 높은 전기화학적 막 저항을 갖으며, 열경화 또는 열소성 변형 등의 과정을 거치면서 이온교환막의 화학적 내구성 및 안전성이 감소하는 문제점이 있다.This method has a problem in that the ion exchange membrane is inferior in economical efficiency in mass production of the ion exchange membrane, has a high electrochemical film resistance, and has a problem in that the chemical durability and safety of the ion exchange membrane are reduced through the processes such as thermosetting or thermoplastic deformation.

특히, 일반적으로 구현이 가능한 프린팅 형태의 구조물은 유체에 의한 전단응력에 의해 쉽게 구조적 탈락이 이루어질 가능성이 있어, 상기와 같이 몰딩 방식이나 열소성 변형 방식 등을 이용하여 이온교환막을 제작하였다.Particularly, in the case of a printing type structure that can be generally implemented, there is a possibility that the structural detachment can be easily caused by the shear stress due to the fluid. Thus, an ion exchange membrane is manufactured by using the molding method or thermoplastic deformation method as described above.

이러한 방식은, 수요자가 원하는 형태의 이온교환막으로 제작하기가 상대적으로 어려우며, 제작 시간이 상대적으로 오래 걸리는 단점이 있다. This method has a disadvantage in that it is relatively difficult to produce an ion exchange membrane of a desired form by a customer and takes a relatively long time to manufacture.

따라서, 종래의 패턴형 이온교환막이 갖는 전기저항, 성능 저감, 전단응력에 의한 구조적 탈락현상 등의 문제점을 극복할 수 있는 기술이 요구되고 있는 실정이다.Therefore, there is a need for a technique capable of overcoming the problems of electrical resistance, reduction in performance, and structural dropout caused by shear stress of the conventional patterned ion exchange membrane.

KR 공개 10-2016-0061894(2016.06.01)KR publication 10-2016-0061894 (2016.06.01)

Guler (2014), Journal of Membrane Science 458 (2014) 136-148Guler (2014), Journal of Membrane Science 458 (2014) 136-148

본 발명은 종래의 패턴형 이온교환막이 갖는 전기저항, 성능 저감, 전단응력에 의한 구조적 탈락 현상 등의 문제점을 해결하기 위해, 3D 프린팅 또는 바이오프린팅을 이용하여, 단순 물리적 적층이 아닌 물리적 또는 화학적 앵커링 방식의 패턴형 이온교환막 및 이의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve problems such as electrical resistance, performance reduction, and structural dropout caused by shear stress of conventional patterned ion exchange membranes, the present invention provides a method of fabricating a patterned ion exchange membrane using physical or chemical anchoring Type ion exchange membrane and a method of manufacturing the same.

상기 목적을 달성하기 위하여, 이온 교환막; 및 이온 교환막 상에 유체 흐름을 안내하기 위한 채널을 포함하며, 채널은 이온 교환막과 동일한 재질로 형성되며, 채널의 높이방향을 따라 소정간격으로 떨어져 배열된 복수 개의 제1 부재; 인접하는 2개의 제1 부재를 연결하며, 제1 부재와 다른 재질로 형성된 제2 부재를 포함하는 패턴형 이온 교환막을 제공한다.In order to achieve the above object, And a channel for guiding a fluid flow on the ion exchange membrane, wherein the channel is formed of the same material as the ion exchange membrane and includes a plurality of first members arranged at predetermined intervals along a height direction of the channel; There is provided a patterned ion exchange membrane comprising a first member and a second member which are formed of a material different from that of the first member.

또한, 3D 프린팅 기법을 통해 이온 교환막 상에 유체 흐름을 안내하기 위한 채널을 형성하는 단계를 포함하며, 채널 형성 단계는, 이온 교환막과 동일한 재질의 제1 부재를 형성하는 단계; 및 제1 부재 상에 제1 부재와 다른 재질의 제2 부재를 형성하는 단계; 를 포함하는 패턴형 이온 교환막 제조 방법을 제공한다.Forming a channel for guiding a fluid flow on the ion exchange membrane through a 3D printing technique, the channel forming step comprising: forming a first member of the same material as the ion exchange membrane; And forming a second member of a different material from the first member on the first member; And a method for producing the patterned ion exchange membrane.

본 발명에 따르면, 종래의 패턴형 이온교환막이 갖는 전기저항, 성능 저감 등의 문제점을 극복할 수 있으며, 해양염분차 발전분야 뿐만 아니라, 해수담수와, 막분리, 의료소재 및 제약 등의 다양한 첨단 응용분야에 효과적으로 적용이 가능하다.According to the present invention, it is possible to overcome the problems such as electric resistance and performance reduction of the conventional patterned ion exchange membrane, and it is possible to provide a membrane- It can be effectively applied to application fields.

또한, 이온교환막을 컨베이어 방식으로 연속적으로 대량 생산하는 롤투롤(Roll To Roll, R2R) 방식에 3D 프린팅 방식을 추가로 적용함으로써 보다 용이하게 패턴형 이온 교환막을 제작 할 수 있는 효과가 있다.Further, there is an effect that a patterned ion exchange membrane can be manufactured easily by further applying a 3D printing method to a roll to roll (R2R) system in which an ion exchange membrane is mass-produced continuously in a conveyor system.

도 1은 종래의 몰딩 형식의 이온교환막 패턴을 제작하는 모식도이다.
도 2 및 도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴형 이온교환막 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제작된 패턴형 이온교환막 사진이다.Fig. 1 is a schematic diagram for manufacturing a conventional ion exchange membrane pattern of a molding type.
2 and 3 are schematic diagrams of a patterned ion exchange membrane according to an embodiment of the present invention.
4 is a photograph of a patterned ion exchange membrane fabricated according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It should be interpreted in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined.

또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.In addition, the same or corresponding reference numerals are given to the same or corresponding reference numerals regardless of the reference numerals, and redundant description thereof will be omitted. For convenience of explanation, the size and shape of each constituent member shown in the drawings are exaggerated or reduced .

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.

본 발명은 패턴형 이온 교환막 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a patterned ion exchange membrane and a method for producing the same.

도 2는 본 발명의 예시적인 패턴형 이온 교환막(10)을 모식적으로 나타낸 도면이다.2 is a schematic view showing an exemplary patterned ion exchange membrane 10 of the present invention.

도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 패턴형 이온 교환막(10)은 이온 교환막(100), 이온교환막 상에 유체 흐름을 안내하기 위한 채널(200)을 포함한다.2 and 3, the patterned ion exchange membrane 10 of the present invention includes an ion exchange membrane 100 and a channel 200 for guiding fluid flow on the ion exchange membrane.

보다 구체적으로, 채널(200)은 이온 교환막(100)과 동일한 재질로 형성되며, 채널(200)의 높이 방향을 따라 소정간격으로 떨어져 배열된 복수개의 제1 부재(210)를 포함한다.More specifically, the channel 200 is formed of the same material as the ion exchange membrane 100 and includes a plurality of first members 210 arranged at predetermined intervals along the height direction of the channel 200.

또한, 인접하는 2개의 제1 부재(210)를 연결하며, 제1 부재(210)와 다른 재질로 형성된 제2 부재(220)를 포함한다.The first member 210 includes a first member 210 and a second member 220. The second member 220 connects the two adjacent first members 210 and is formed of a material different from the first member 210.

상기 채널(200)의 높이는 10 내지 100 마이크로미터 이고, 폭은 4 내지 100 마이크로미터 일 수 있다.The channel 200 may have a height of 10 to 100 micrometers and a width of 4 to 100 micrometers.

여기서, 채널(200)의 높이는 10 내지 50 마이크로미터가 보다 바람직하다.Here, the height of the channel 200 is more preferably 10 to 50 micrometers.

상기 채널(200)의 높이가 100 마이크로미터 초과가 될 경우, 유체에 의한 전단응력이 발생하여 탈락현상 등의 구조적으로 취약해 질 수 있다.If the height of the channel 200 is more than 100 micrometers, a shear stress due to fluid may be generated and the structure may be structurally weak such as a dropout phenomenon.

또한, 패턴형 이온 교환막(10)을 구비하는 역전기투석장치의 경우, 이온의 이동 속도가 급격하게 감소하여 역전기투석장치의 성능이 저감될 수 있다. In addition, in the case of the reverse electrodialyser having the patterned ion exchange membrane 10, the moving speed of the ions is drastically reduced, and the performance of the reverse electrodialyser can be reduced.

상기 이온 교환막(100)의 높이는 10 내지 100 마이크로미터 일 수 있으며, 바람직하게 30 내지 50 마이크로미터 일 수 있다.The height of the ion exchange membrane 100 may be 10 to 100 micrometers, preferably 30 to 50 micrometers.

상기 이온 교환막(100)의 높이가 100 마이크로미터를 초과할 경우, 이온교환막이 갖는 구조적 한계에 의해 전기적 저항이 커지게 되어 성능이 저감될 수 있다.When the height of the ion exchange membrane 100 exceeds 100 micrometers, the electrical resistance increases due to the structural limitations of the ion exchange membrane, and the performance can be reduced.

또한, 상기 이온 교환막(100)의 높이가 30 내지 50 마이크로미터의 범위에서 셀의 내부저항을 최소한으로 감소시킬 수 있는 효과가 있다.Also, the internal resistance of the cell can be minimized when the height of the ion exchange membrane 100 is in the range of 30 to 50 micrometers.

상기 제1 부재(210)의 높이는 10 내지 30 마이크로미터 일 수 있다.The height of the first member 210 may be 10 to 30 micrometers.

상기 채널의 적어도 하나의 제1 부재(210)는 이온 교환막(100)과 접촉하도록 마련될 수 있다.At least one first member 210 of the channel may be provided to contact the ion exchange membrane 100.

여기서, 제1 부재(210)가 점도가 낮은 물질일 경우, 보다 많이 적층 될 수 있다. Here, when the first member 210 is a low viscosity material, it can be stacked more.

상기 제2 부재(220)는, 아크릴계, 비닐계, 에폭시계 실란커플링제 및 폴리도파민을 포함하는 카테콜 화합물, 정전기적 인력을 유도하는 고분자 전해질 및 시아노아크릴레이트를 포함하는 접착제로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나를 포함하는 포함할 수 있다.The second member 220 may be formed of a catechol compound comprising an acrylic, vinyl, epoxy silane coupling agent and polydodamine, a polymer electrolyte to induce an electrostatic attractive force, and an adhesive comprising cyanoacrylate ≪ / RTI >

특히, 상기 고분자 전해질은, 이온교환막이 갖는 전하와 반대되는 전하를 갖는 것을 포함한다. 일 예로, 양이온교환막은 양전하를 갖으므로, 고분자 전해질은 음전하를 갖을 수 있고, 음이온교환막은 음전하를 갖으므로, 고분자 전해질은 양전하를 갖을 수 있다. Particularly, the polymer electrolyte includes a polymer having an electric charge opposite to that of the ion exchange membrane. For example, since the cation exchange membrane has a positive charge, the polymer electrolyte can have a negative charge, and the anion exchange membrane has a negative charge, so that the polymer electrolyte can have a positive charge.

여기서, 상기 제1 부재(210)는 본 발명에서 사용되는 이온교환막의 재질과 같은 재질로 형성될 수 있으며, 이온교환막 제작에 사용된 이온교환수지를 사용할 수 있다.Here, the first member 210 may be made of the same material as the material of the ion exchange membrane used in the present invention, and may be an ion exchange resin used for preparing an ion exchange membrane.

한편, 상기 이온 교환막(100)과 채널(200) 사이 또는 제1 부재(210)와 제2 부재(220) 사이에는, 클릭반응, 에폭시-티올(Thiol) 반응 및 에폭시-무수화물 반응에 의해 접착되는 것을 포함한다.Meanwhile, adhesion between the ion exchange membrane 100 and the channel 200 or between the first member 210 and the second member 220 by a click reaction, an epoxy-thiol reaction, and an epoxy- .

일 예로, 도 2에 나타낸 바와 같이, 이온교환막(100) 상에 제1 부재(210) 및 제2 부재(220)가 채널의 높이 방향을 따라 순차적으로 배열될 수 있고, 도시되지 않았지만, 이온교환막(100) 상에 제2 부재(220) 및 제1 부재(210)가 채널의 높이 방향을 따라 순차적으로 배열될 수 있다.For example, as shown in FIG. 2, the first member 210 and the second member 220 may be sequentially arranged along the height direction of the channel on the ion exchange membrane 100, and although not shown, The second member 220 and the first member 210 may be sequentially arranged along the height direction of the channel on the substrate 100.

한편, 본 발명은 상기에서 서술한 패턴형 이온 교환막(10)을 포함하는 역전기투석장치를 제공한다.On the other hand, the present invention provides a reverse electrodialysis apparatus comprising the patterned ion exchange membrane 10 described above.

상기 역전기투석장치는 양이온 패턴형 이온교환막, 음이온 패턴형 이온교환막, 가스켓, 양전극 및 음전극을 포함한다.The reverse electrodialyser includes a cationic pattern type ion exchange membrane, an anion pattern type ion exchange membrane, a gasket, a positive electrode and a negative electrode.

한편, 패턴형 이온교환막(10) 제작은 3D 프린터의 노즐로부터 이온교환수지가 이온교환막(100)으로 사출될 수 있다. 이때, 자외선(UV)를 조사하여 경화시킴으로써 채널(200)의 형태를 유지 시키게 된다. 즉, 이온교환수지의 사출과 UV 경화가 동시에 이루어 지게 함으로써 채널(200)의 형태를 유지 시킬 수 있다.On the other hand, in the fabrication of the patterned ion exchange membrane 10, the ion exchange resin can be injected from the nozzle of the 3D printer into the ion exchange membrane 100. At this time, the shape of the channel 200 is maintained by irradiating ultraviolet rays (UV) to cure. That is, the shape of the channel 200 can be maintained by simultaneously performing the injection of the ion exchange resin and the UV curing.

상기와 같이 형성된 채널(200)은 유압 등의 외력에 의해 이온교환막으로부터 쉽게 탈락되는 현상을 방지하기 위하여, 구조적으로 앵커링 즉, 침투 및 접착이 용이하게 되도록 상기 제2 부재를 상기에서 서술한 카테콜화합물, 고분자전해질, 접착제 중에서 선택하여 사용한다.In order to prevent the channel 200 formed as described above from being easily detached from the ion exchange membrane due to an external force such as a hydraulic pressure, the second member is structured to be anchored, that is, A compound, a polymer electrolyte, and an adhesive.

상기와 같은 앵커링 현상을 일으켜 이온교환수지가 이온교환막(100) 내부로 흡수됨과 동시에 외부에서는 일정 구조물을 유지하게 하여 수압에 의해 채널(200)이 이온교환막(100)에서 탈락(제거)되는 현상을 방지할 수 있다.The anchoring phenomenon as described above causes the ion exchange resin to be absorbed into the ion exchange membrane 100 and at the same time maintains the constant structure in the outside so that the channel 200 is removed (removed) from the ion exchange membrane 100 by water pressure .

본 발명은 또한, 패턴형 이온 교환막 제조 방법을 제공한다.The present invention also provides a method for producing a patterned ion exchange membrane.

예를 들어, 상기 패턴형 이온 교환막 제조 방법은, 전술한 패턴형 이온 교환막을 제조하는 방법에 관한 것이다.For example, the pattern-type ion-exchange membrane production method described above relates to a method for manufacturing the above-described pattern-type ion-exchange membrane.

따라서, 후술하는 패턴형 이온 교환막 제조 방법에 대한 구체적인 사항은 패턴형 이온 교환막에서 기술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.Accordingly, details of the method of manufacturing a patterned ion exchange membrane described below can be applied to the same contents as described in the patterned ion exchange membrane.

예시적인 본 발명의 패턴형 이온 교환막 제조 방법은, 3D 프린팅 기법을 통해 이온 교환막(100) 상에 유체 흐름을 안내하기 위한 채널(200)을 형성하는 단계를 포함하며, 채널 형성 단계는, 이온 교환막과 동일한 재질의 제1 부재(210)를 형성하는 단계 및 제1 부재(210) 상에 제1 부재(210)와 다른 재질의 제2 부재(220)를 형성하는 단계를 포함한다.Exemplary methods of making a patterned ion exchange membrane of the present invention include forming a channel 200 for guiding fluid flow on an ion exchange membrane 100 through a 3D printing technique, Forming a first member 210 of the same material as the first member 210 and a second member 220 of a different material from the first member 210 on the first member 210.

여기서, 상기 3D 프린팅 기법은 3D 프린터 또는 바이오 프린터를 이용할 수 있다.Here, the 3D printing technique may use a 3D printer or a bio printer.

이에 더하여, 채널 형성 단계는, 제2 부재(220) 상에 제1 부재(210)를 형성하는 단계를 포함한다.In addition, the channel forming step includes forming the first member 210 on the second member 220.

여기서, 채널(200)의 높이방향을 따라 인접하는 제1 부재(210) 사이 간격은 제2 부재(220)의 높이와 동일한 것을 포함한다.Here, the gap between the first members 210 adjacent to each other along the height direction of the channel 200 includes the same height as the second member 220.

또한, 이온 교환막(100)과 채널(200) 또는 제1 부재(210)와 제2 부재(220)는, 클릭반응, 에폭시-티올(Thiol) 반응 및 에폭시-무수화물 반응에 의해 접착되는 것을 포함한다.The ion exchange membrane 100 and the channel 200 or the first member 210 and the second member 220 are bonded by a click reaction, an epoxy-thiol reaction, and an epoxy-anhydride reaction do.

또한, 상기 채널 형성 단계는 350nm 의 UV를 400W 및 질소분위기에서 30분 이하로 조사하여 경화시키는 단계를 더 포함한다.In addition, the channel forming step further includes irradiating 350 nm of UV at 400 W and a nitrogen atmosphere for 30 minutes or less to cure.

여기서, 상기 채널을 경화시키는 단계는, 상기에서 서술한 바와 같이, 3D 프린터 또는 바이오프린터를 이용하여 이온교환막(100) 상에 제1 및 제2 부재로 이루어진 채널(200)을 사출시켜 적층 시킬 때, UV를 조사하여 경화시킴으로써 채널의 구조체 형태를 유지시킬 수 있게 된다.Here, as described above, the step of curing the channel may include a step of injecting and laminating the channel 200 composed of the first and second members on the ion exchange membrane 100 using a 3D printer or a bio printer , And UV light is irradiated to cure the structure of the channel.

본 발명은 상기에서 서술한 바와 같이, 3D 프린팅 방식으로 이온교환막 상에 채널을 제조함으로써, 대면적으로 제작하기가 쉬울 뿐만 아니라 연속 공정으로 제작이 가능하고, 원하는 형태로 패턴을 변형할 수 있어 확장성이 높은 효과가 있다.As described above, since the channel is formed on the ion exchange membrane by the 3D printing method, the present invention can be easily manufactured in a large area, can be manufactured in a continuous process, can be modified in a desired shape, The effect is high.

10: 패턴형 이온 교환막
100: 이온 교환막
200: 채널
210: 제1 부재
220: 제2 부재10: Pattern type ion exchange membrane
100: ion exchange membrane
200: channel
210: first member
220: second member

Claims (15)

이온 교환막; 및
이온 교환막 상에 유체 흐름을 안내하기 위한 채널을 포함하며,
채널은 이온 교환막과 동일한 재질로 형성되며, 채널의 높이방향을 따라 소정간격으로 떨어져 배열된 복수 개의 제1 부재;
인접하는 2개의 제1 부재를 연결하며, 제1 부재와 다른 재질로 형성된 제2 부재를 포함하고,
제2 부재는, 아크릴계, 비닐계, 에폭시계 실란커플링제 및 폴리도파민을 포함하는 카테콜 화합물, 정전기적 인력을 유도하는 고분자 전해질 및 시아노아크릴레이트를 포함하는 접착제로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나를 포함하는 패턴형 이온 교환막.Ion exchange membranes; And
A channel for guiding fluid flow on the ion exchange membrane,
The channel includes a plurality of first members formed of the same material as the ion exchange membrane and arranged at predetermined intervals along the height direction of the channel;
And a second member connected to the adjacent two first members and formed of a material different from that of the first member,
The second member is selected from the group consisting of an acrylic, vinyl, epoxy silane coupling agent and a catechol compound comprising polydodamine, a polymer electrolyte to induce electrostatic attraction, and an adhesive comprising cyanoacrylate And a second ion exchange membrane. 제 1항에 있어서,
상기 채널의 높이는 10 내지 100 마이크로미터 이고, 폭은 4 내지 100 마이크로미터 인 패턴형 이온 교환막.The method according to claim 1,
Wherein the channel has a height of 10 to 100 micrometers and a width of 4 to 100 micrometers. ◈청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈ Claim 3 is abandoned due to the registration fee. 제 1항에 있어서,
상기 이온 교환막의 높이는 10 내지 100 마이크로미터 인 패턴형 이온 교환막.The method according to claim 1,
Wherein the ion exchange membrane has a height of 10 to 100 micrometers. 제 1항에 있어서,
상기 제1 부재의 높이는 10 내지 30 마이크로미터 인 패턴형 이온 교환막.The method according to claim 1,
Wherein the height of the first member is 10 to 30 micrometers. 제 1항에 있어서,
상기 채널의 적어도 하나의 제1 부재는 이온교환막과 접촉하도록 마련된 패턴형 이온 교환막.The method according to claim 1,
Wherein at least one first member of the channel is adapted to contact the ion exchange membrane. 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 고분자 전해질은,
이온교환막이 갖는 전하와 반대되는 전하를 갖는 것을 특징으로 하는 패턴형 이온 교환막.The method according to claim 1,
In the polymer electrolyte,
Wherein the ion exchange membrane has a charge opposite to that of the ion exchange membrane. 제 1항에 있어서,
상기 이온 교환막과 채널 또는 제1 부재와 제2 부재는, 클릭반응, 에폭시-티올(Thiol) 반응 및 에폭시-무수화물 반응에 의해 접착되는 것을 특징으로 하는 패턴형 이온 교환막.The method according to claim 1,
Wherein the ion exchange membrane and the channel or the first member and the second member are adhered by a click reaction, an epoxy-thiol reaction, and an epoxy-anhydride reaction. 제 1항에 따른 패턴형 이온 교환막을 포함하는 역전기투석장치.A reverse electrodialysis apparatus comprising the patterned ion exchange membrane according to claim 1. ◈청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈ Claim 10 is abandoned due to the registration fee. 제 9항에 있어서,
상기 역전기투석장치는,
양이온 패턴형 이온교환막, 음이온 패턴형 이온교환막, 가스켓, 양전극 및 음전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 역전기투석장치.10. The method of claim 9,
The reverse electrodialysis apparatus may further comprise:
An ion exchange membrane, a cation pattern ion exchange membrane, an anion pattern ion exchange membrane, a gasket, a positive electrode and a negative electrode. 3D 프린팅 기법을 통해 이온 교환막 상에 유체 흐름을 안내하기 위한 채널을 형성하는 단계를 포함하며,
채널 형성 단계는, 이온 교환막과 동일한 재질의 제1 부재를 형성하는 단계; 및
제1 부재 상에 제1 부재와 다른 재질의 제2 부재를 형성하는 단계; 를 포함하고,
제2 부재는, 아크릴계, 비닐계, 에폭시계 실란커플링제 및 폴리도파민을 포함하는 카테콜 화합물, 정전기적 인력을 유도하는 고분자 전해질 및 시아노아크릴레이트를 포함하는 접착제로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나를 포함하는 패턴형 이온 교환막 제조 방법.Forming a channel for guiding a fluid flow on the ion exchange membrane through a 3D printing technique,
The channel forming step includes the steps of: forming a first member of the same material as the ion exchange membrane; And
Forming a second member of a different material from the first member on the first member; Lt; / RTI >
The second member is selected from the group consisting of an acrylic, vinyl, epoxy silane coupling agent and a catechol compound comprising polydodamine, a polymer electrolyte to induce electrostatic attraction, and an adhesive comprising cyanoacrylate ≪ / RTI > 제 11항에 있어서,
상기 채널 형성 단계는, 제2 부재 상에 제1 부재를 형성하는 단계를 포함하는 패턴형 이온 교환막 제조 방법.12. The method of claim 11,
Wherein the channel forming step comprises forming a first member on the second member. 제 11항에 있어서,
상기 채널의 높이방향을 따라 인접하는 제1 부재 사이 간격은 제2 부재의 높이와 동일한 것을 특징으로 하는 패턴형 이온 교환막 제조 방법.12. The method of claim 11,
Wherein a distance between adjacent first members along a height direction of the channel is equal to a height of the second member. ◈청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈ Claim 14 is abandoned due to registration fee. 제 11항에 있어서,
상기 이온 교환막과 채널 또는 제1 부재와 제2 부재는, 클릭반응, 에폭시-티올(Thiol) 반응 및 에폭시-무수화물 반응에 의해 접착되는 것을 특징으로 하는 패턴형 이온 교환막 제조 방법.12. The method of claim 11,
Wherein the ion exchange membrane and the channel or the first member and the second member are adhered by a click reaction, an epoxy-thiol reaction, and an epoxy-anhydride reaction. ◈청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈ Claim 15 is abandoned due to registration fee. 제 11항에 있어서,
상기 채널 형성 단계는, 350nm 의 UV를 400W 및 질소분위기에서 30분 이하로 조사하여 경화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴형 이온 교환막 제조 방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the channel forming step further comprises irradiating 350 nm of UV at 400 W and a nitrogen atmosphere for 30 minutes or less to cure the patterned ion exchange membrane.
KR1020170056882A 2017-05-04 2017-05-04 Patterned ion exchange membrane and Methode of Manufacturing the same KR101920004B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170056882A KR101920004B1 (en) 2017-05-04 2017-05-04 Patterned ion exchange membrane and Methode of Manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170056882A KR101920004B1 (en) 2017-05-04 2017-05-04 Patterned ion exchange membrane and Methode of Manufacturing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180122820A KR20180122820A (en) 2018-11-14
KR101920004B1 true KR101920004B1 (en) 2018-11-19

Family

ID=64328234

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170056882A KR101920004B1 (en) 2017-05-04 2017-05-04 Patterned ion exchange membrane and Methode of Manufacturing the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101920004B1 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102199855B1 (en) * 2019-04-05 2021-01-11 시스템코리아 주식회사 Method for manufacturing electrochemical processing apparatus having ion exchange membrane and manufacturing apparatus of ion exchange membrane
KR102188108B1 (en) * 2019-04-12 2020-12-07 한국에너지기술연구원 Patterned ion exchange membrane for reducing pressure and RED comprising the same
CN113021877B (en) * 2021-03-16 2022-09-02 杭州电子科技大学 Preparation method of 3D printing patterned ion exchange membrane
CA3219031A1 (en) * 2021-05-20 2022-11-24 Evan JOHNSON Proton exchange membranes and methods of preparing same

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180122820A (en) 2018-11-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101920004B1 (en) Patterned ion exchange membrane and Methode of Manufacturing the same
KR101857333B1 (en) Power generator
Bao et al. 3D porous hydrogel/conducting polymer heterogeneous membranes with electro‐/pH‐modulated ionic rectification
Seo et al. 3D printing of micropatterned anion exchange membranes
Abidin et al. Towards the development of new generation of ion exchange membranes for reverse electrodialysis: A review
US5961796A (en) Bipolar membranes with fluid distribution passages
JP5902706B2 (en) Electric purification device
JP6245194B2 (en) FUEL CELL SINGLE CELL AND METHOD FOR PRODUCING FUEL CELL SINGLE CELL
Kwon et al. Brine recovery using reverse electrodialysis in membrane-based desalination processes
US20100065490A1 (en) Ion-permeable membrane and the production thereof
US20130134081A1 (en) Hybrid porous structure, method of preparing hybrid porous structure, separation membrane including hybrid porous structure, and water treatment device including membrane
KR101325676B1 (en) Method for formating ion selective membrane in microchannel and microchannel device
CN1809414A (en) Injection bonded articles and methods
KR101946980B1 (en) Submerged Reverse Electrodialysis Apparatus For Continuously Operation
Zhu et al. Integration of thermoelectric conversion with reverse electrodialysis for mitigating ion concentration polarization and achieving enhanced output power density
CN112610433B (en) Forward osmosis-electric salt difference energy efficient continuous power generation device based on porous medium
CN104037431B (en) Flow battery amberplex
CN106405692B (en) A kind of preparation technology of electric field induction fly's-eye lens multilevel hierarchy
CN104122747A (en) Electroosmosis driving nanoimprint device and working method thereof
US20220332609A1 (en) Flow-through electrode capacitive deionization cell
KR102079005B1 (en) Ion exchange membrane with monovalent selective patterns and RED comprising the same
KR102512284B1 (en) Membrane-electrode assembly and preparation method thereof
CN109772176B (en) Design method of high-flux porous membrane
EP3046123A2 (en) Sealing structure of a dye-sensitized solar cell and sealing method thereof
CN220788186U (en) Stacked sea water desalination module and sea water desalination device

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant