KR102017195B1 - Hollow fiber membrane - Google Patents

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Abstract

본 발명은 중공사막에 관한 것이다. 일 측면에 따른 중공사막은 최외곽에 위치하여 외부로 노출되며, 원수가 출입하는 외부층; 최내곽에 위치하여 중공부와 접하며, 상기 외부층을 통해 유입된 원수 또는 상기 중공부로부터 유입된 원수 내의 오염 물질이 걸러지는 활성층; 상기 외부층의 내부에 형성되며, 상기 외부층보다 낮은 평균 공극률을 갖는 지지층; 및 상기 지지층의 내부에 형성되며, 상기 지지층보다 높은 평균 공극률을 갖는 투수층을 포함한다.The present invention relates to a hollow fiber membrane. The hollow fiber membrane according to one side is located at the outermost and exposed to the outside, the outer layer through which the raw water enters; An active layer positioned at the innermost portion and in contact with the hollow portion and filtering contaminants in the raw water introduced through the outer layer or the raw water introduced from the hollow portion; A support layer formed inside the outer layer and having a lower average porosity than the outer layer; And a permeable layer formed inside the support layer and having a higher average porosity than the support layer.

Description

중공사막 {Hollow fiber membrane}Hollow fiber membrane {Hollow fiber membrane}

본 발명의 실시예는 중공사막에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단면의 깊이에 따라 공극률이 상이한 중공사막에 관한 것이다.Embodiment of the present invention relates to a hollow fiber membrane, and more particularly to a hollow fiber membrane having a different porosity depending on the depth of the cross section.

일반적으로 중공사막은 비용매 상분리법 또는 열유도 상분리법을 이용하여 제조한다. 이와 같은 방법에 의해서 제조된 중공사막은 정밀여과막(MF), 한외여과막(UF), 나노여과막(NF), 역삼투막(RO)로 구분된다.In general, the hollow fiber membrane is prepared using a non-solvent phase separation method or a thermally induced phase separation method. The hollow fiber membrane prepared by the above method is classified into a microfiltration membrane (MF), an ultrafiltration membrane (UF), a nanofiltration membrane (NF), and a reverse osmosis membrane (RO).

일반적인 중공사막은 중공사막의 최외곽층과 최내곽층이 존재하고 이 부분이 활성층으로서 오염원의 제거 성능을 담당하게 된다. 또한 중공사막의 공극률에 따라서 투과량의 차이를 보이는데, 중공사막의 단면 구조가 저 공극률을 갖게 되면 낮은 투과량, 높은 강도를 가지게 되며, 반대로 고 공극률을 갖게 되면 높은 투과량을 보이지만 낮은 강도를 나타나게 된다.In general, the hollow fiber membrane has an outermost layer and an innermost layer of the hollow fiber membrane, and this part is responsible for removing the pollutant as an active layer. In addition, there is a difference in the amount of permeation according to the porosity of the hollow fiber membrane. If the cross-sectional structure of the hollow fiber membrane has a low porosity, it has a low permeability and a high strength.

종래 중공사막은 투과량을 늘리기 위해 중공사막 단면의 공극률을 높여 여과 압력 손실을 최소화하고자 하였지만 중공사막의 인장강도 및 파단강도의 저하를 초래하였다. 또한 오염물질의 제거 성능을 높이기 위해 중공사막 단면의 공극률을 감소시켜 미세한 오염 물질까지도 제거하려는 노력을 하였지만, 여과 압력 손실이 증가하기 때문에 투과량이 급격하게 떨어지고, 이를 활용하기 위해서 경제적인 손실이 막대하였다. The conventional hollow fiber membrane was intended to minimize the filtration pressure loss by increasing the porosity of the cross section of the hollow fiber membrane in order to increase the permeation amount, but caused a decrease in tensile strength and breaking strength of the hollow fiber membrane. In addition, efforts were made to remove even the smallest contaminants by reducing the porosity of the hollow fiber membrane cross-section to increase the removal performance of the contaminants. However, the permeation rate dropped sharply due to the increased filtration pressure loss. .

이를 극복하기 위해 여러 방법들이 시도되고 있지만 여과 압력 손실을 최소화하여 투수율을 높임과 동시에 오염 물질의 제거율 및 중공사막의 강도를 향상시키는 것이 곤란한 문제가 있다.Various methods have been attempted to overcome this problem, but it is difficult to minimize the filtration pressure loss to increase the permeability and to improve the removal rate of contaminants and the strength of the hollow fiber membrane.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 투수율을 향상시키는 동시에 바이러스 등의 미세 크기의 오염 물질을 걸러낼 수 있는 중공사막을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a hollow fiber membrane that can filter out contaminants, such as viruses, while improving the permeability.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따른 중공사막은 최외곽에 위치하여 외부로 노출되며, 원수가 출입하는 외부층; 최내곽에 위치하여 중공부와 접하며, 상기 외부층을 통해 유입된 원수 또는 상기 중공부로부터 유입된 원수 내의 오염 물질이 걸러지는 활성층; 상기 외부층의 내부에 형성되며, 상기 외부층보다 높은 평균 공극률을 갖는 지지층; 및 상기 지지층의 내부에 형성되며, 상기 지지층보다 높은 평균 공극률을 갖는 투수층을 포함한다.In order to solve the above problems, the hollow fiber membrane according to an aspect of the present invention is located at the outermost and exposed to the outside, the outer layer through which raw water enters; An active layer positioned at the innermost portion and in contact with the hollow portion and filtering contaminants in the raw water introduced through the outer layer or the raw water introduced from the hollow portion; A support layer formed inside the outer layer and having a higher average porosity than the outer layer; And a permeable layer formed inside the support layer and having a higher average porosity than the support layer.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 원수가 중공사막으로 유입되는 과정에서 원수에 포함된 바이러스(0.02um이하), 박테리아(2um이상), 중금속 입자, 녹 입자 등의 수질 오염원을 입자 크기에 따라 선택적 분리가 가능하다.According to an embodiment of the present invention, the water pollution source, such as viruses (0.02um or less), bacteria (2um or more), heavy metal particles, rust particles, etc. contained in the raw water in the process of the raw water is introduced into the hollow fiber membrane, depending on the particle size It can be separated.

또한, 중공사막의 중간 층에 평균 공극률이 높은 층을 구비함으로써 정수되는 물의 고투과량을 기대할 수 있으며, 막 세척이 용이하고, 중공사막이 오염원에 의해 폐색되는 것을 억제할 수 있으므로 장기간 정수 시에도 안정성을 확보할 수 있다. 이에 따라, 중공사막의 사용 시간이 증가되므로 경제성이 향상될 수 있다.In addition, by providing a layer having a high average porosity in the middle layer of the hollow fiber membrane, high permeation amount of water to be purified can be expected. Can be secured. Accordingly, since the service time of the hollow fiber membrane is increased, economic efficiency can be improved.

또한, 중공사막의 단면 구조에 따른 여과 압력 손실을 최소화하여 중공사막의 수명을 연장시킬 수 있다.In addition, it is possible to minimize the filtration pressure loss according to the cross-sectional structure of the hollow fiber membrane to extend the life of the hollow fiber membrane.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중공사막의 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ`을 따라 절개한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 중공사막의 각 층의 평균 공극률을 나타낸 그래프이다.
도 4은 본 발명의 중공사막의 각 층별 공극의 평균 크기를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 중공사막과 종래 발명의 중공사막의 시간 경과에 따른 투수율 변화를 비교한 그래프이다.1 is a perspective view of a hollow fiber membrane according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 1.
3 is a graph showing the average porosity of each layer of the hollow fiber membrane of the present invention.
Figure 4 is a graph showing the average size of the pores for each layer of the hollow fiber membrane of the present invention.
5 is a graph comparing the change in water permeability over time between the hollow fiber membrane of the present invention and the hollow fiber membrane of the conventional invention.

이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중공사막의 사시도이고, 도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ`을 따라 절개한 단면도이고, 도 3은 본 발명의 중공사막의 각 층별 평균 공극률을 나타낸 그래프이고, 도 4은 본 발명의 중공사막의 각 층별 공극의 평균 크기를 나타낸 그래프이다.1 is a perspective view of a hollow fiber membrane according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view taken along the line I-I 'of Figure 1, Figure 3 is a graph showing the average porosity of each layer of the hollow fiber membrane of the present invention 4 is a graph showing the average size of the pores for each layer of the hollow fiber membrane of the present invention.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 중공사막(100)은 내부에 중공부(103)가 형성된 원통형으로 이루어질 수 있다. 1 to 4, the hollow fiber membrane 100 according to an embodiment of the present invention may have a cylindrical shape in which a hollow part 103 is formed.

상기 중공사막(100)은 상기 중공부(103)로부터 최외각을 향하여 거리에 따라 공극률 및 평균 공극 크기에 차이가 있다. 따라서, 상기 중공사막(100)은 공극률 및 평균 공극 크기에 따라 복수의 층으로 구획될 수 있다.The hollow fiber membrane 100 has a difference in porosity and average pore size depending on the distance from the hollow portion 103 toward the outermost angle. Therefore, the hollow fiber membrane 100 may be divided into a plurality of layers according to the porosity and the average pore size.

상기 중공사막(100)은 상기 중공부(103)로부터 외곽을 향하여 순차적으로 배치되는 제1층(110), 제2층(120), 제3층(130) 및 제4층(140)을 포함한다. 도시된 것과 같이 상기 제1층(110) 내지 제4층(140)은 일체로 형성되며, 서로 동심원을 이루도록 배치될 수 있다. The hollow fiber membrane 100 includes a first layer 110, a second layer 120, a third layer 130, and a fourth layer 140 sequentially disposed outwardly from the hollow part 103. do. As illustrated, the first layer 110 to the fourth layer 140 may be integrally formed and arranged to form concentric circles with each other.

구체적으로, 상기 제1층(110)은 상기 중공부(103)과 접하며, 최내곽에 배치된다. 상기 제2층(120)은 상기 제1층(110)을 감싸며, 상기 제3층(130)은 상기 제2층(120)을 감싸고, 상기 제4층(140)은 상기 제3층(130)을 감싼다. 상기 제4층은 상기 중공사막(100)의 최외곽에 구비되어 외부에 노출된다.Specifically, the first layer 110 is in contact with the hollow portion 103, the innermost is disposed. The second layer 120 surrounds the first layer 110, the third layer 130 surrounds the second layer 120, and the fourth layer 140 is the third layer 130. ) The fourth layer is provided at the outermost side of the hollow fiber membrane 100 and is exposed to the outside.

상기 중공사막(100)의 내부 직경(ID)은 상기 중공부(103)가 이루는 가상의 원통의 직경을 의미하고, 상기 중공사막(100)의 외부 직경(OD)은 상기 제4층(140)의 표면이 이루는 원통의 직경을 의미한다. 그리고, 상기 중공 사막(100)의 단면 두께(D)는 상기 중공부(103)의 최외곽에서부터 외부에 노출되는 상기 제4층(140)의 표면까지의 거리를 의미한다.The inner diameter ID of the hollow fiber membrane 100 refers to a diameter of a virtual cylinder formed by the hollow part 103, and the outer diameter OD of the hollow fiber membrane 100 is the fourth layer 140. It means the diameter of the cylinder formed by the surface of. In addition, the cross-sectional thickness (D) of the hollow desert 100 means the distance from the outermost portion of the hollow portion 103 to the surface of the fourth layer 140 exposed to the outside.

본 발명의 일 실시 예에서는 상기 중공사막(100)의 내부 직경(ID)은 0.5mm, 외부 직경(OD)은 0.8mm, 단면 두께(D)는 0.15mm이다. 다만, 상기 단면 두께(D)는 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 조절될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the inner diameter ID of the hollow fiber membrane 100 is 0.5 mm, the outer diameter OD is 0.8 mm, and the cross-sectional thickness D is 0.15 mm. However, the cross-sectional thickness (D) is not necessarily limited thereto, and may be adjusted as necessary.

상기 제1층(110), 제2층(120), 제3층(130) 및 제4층(140)의 두께는 각각 D1, D2, D3, D4이다. 상기 제1층(110)의 두께(D1)는 상기 제4층(140)의 두께(D4)와 서로 유사하고, 상기 제2층(120)과 상기 제3층(130)의 두께(D2, D3)는 상기 제1층(110) 및 상기 제4층(140)의 두께(D1, D4) 보다 큰 값을 가질 수 있다. 그리고, 상기 제3층(130)의 두께(D3)는 상기 제2층(120)의 두께(D2)보다 큰 값을 가질 수 있다.The thicknesses of the first layer 110, the second layer 120, the third layer 130, and the fourth layer 140 are D1, D2, D3, and D4, respectively. The thickness D1 of the first layer 110 is similar to the thickness D4 of the fourth layer 140, and the thicknesses D2, of the second layer 120 and the third layer 130, respectively. D3) may have a larger value than the thicknesses D1 and D4 of the first layer 110 and the fourth layer 140. In addition, the thickness D3 of the third layer 130 may have a larger value than the thickness D2 of the second layer 120.

상기 중공사막(100)의 외측에 유동되는 원수는 상기 제4층(140)에 형성된 공극을 통해 유입되어 상기 제3층(130), 상기 제2층(120) 및 상기 제1층(110)을 차례로 거쳐 상기 중공부(103)로 유입될 수 있다. Raw water flowing to the outside of the hollow fiber membrane 100 is introduced through the gap formed in the fourth layer 140, the third layer 130, the second layer 120 and the first layer 110. Can be introduced into the hollow portion 103 in turn.

원수가 상기 중공사막(100)의 각 층을 유동하는 과정에서 상기 중공사막(100)에 형성된 공극을 통해 오염물질이 선택적으로 분리된다. 상기 중공부(103)로 유입된 정수는 오염 물질이 대부분 걸러져서 식수 등으로 사용될 수 있다.Contaminants are selectively separated through the pores formed in the hollow fiber membrane 100 in the course of flowing the raw water of each layer of the hollow fiber membrane (100). The purified water introduced into the hollow part 103 may be used as drinking water because most of the contaminants are filtered out.

이하에서는, 공극률 및 평균 공극 크기를 중심으로, 상기 중공사막(100)을 구성하는 각 층의 특징에 대하여 비교한다.Hereinafter, the characteristics of each layer constituting the hollow fiber membrane 100 will be compared based on the porosity and the average pore size.

상기 중공사막(100)의 일 단면에서의 공극률은 전체 면적 대비 공극의 면적의 비를 %로 나타낸 것이고, 평균 공극 크기는 해당 단면에 형성된 공극 들의 평균 크기를 의미한다. 상기 중공사막(100)의 공극률과 평균 공극 크기는 SEM 이미지 프로세싱(scanning electron microscope image processing)을 이용하여 측정할 수 있다. The porosity in one cross section of the hollow fiber membrane 100 represents the ratio of the area of the pore to the total area in%, and the average pore size means the average size of the pores formed in the cross section. The porosity and average pore size of the hollow fiber membrane 100 may be measured using scanning electron microscope image processing.

구체적으로, 상기 중공사막(100)의 특정 단면에서의 SEM 이미지를 대비 보정(contrast correction)하여 중공사막과 공극을 구분한다. 일 예로, 공극 부분은 백색으로 표현하고, 나머지 중공사막 부분은 흑색으로 표현하여 구분할 수 있다. 다음으로, 대비 보정된 이미지를 이용하여 전체 면적 대비 공극의 면적의 비를 해당 단면에서의 공극률로 정의할 수 있다. Specifically, contrast correction of the SEM image in a specific cross section of the hollow fiber membrane 100 distinguishes the hollow fiber membrane from the voids. For example, the void portion may be expressed in white, and the remaining hollow fiber membrane portion may be expressed in black. Next, the ratio of the area of the void to the total area may be defined as the porosity in the corresponding cross-section using the contrast-corrected image.

또한, 상기 대비 보정된 SEM이미지에서 직경 측정법을 이용하여 단면에서의 평균 공극 크기를 구할 수 있다. 구체적으로, 상기 대비 보정된 SEM이미지에 일정 간격으로 이격되는 복수의 수평선 및 수직선을 긋고, 각 수평선 및 수직선에서 공극 내에 위치하는 각 선분들의 길이의 평균 값을 해당 단면에서의 평균 공극 크기로 정의할 수 있다.In addition, the average pore size in the cross section can be obtained by using a diameter measurement method in the contrast-corrected SEM image. Specifically, a plurality of horizontal lines and vertical lines spaced at regular intervals are drawn on the contrast-corrected SEM image, and the average value of the lengths of the respective line segments located in the voids at each horizontal line and the vertical line is defined as the average pore size in the corresponding cross section. can do.

상기 중공사막(100)에 구비된 각 층의 평균 공극률은 해당 층에서의 다수의 단면에서의 이미지를 통해 측정한 공극률의 평균 값을 계산 함으로써 구할 수 있다. 상기 중공사막(100)에 구비된 각 층의 평균 공극률은 상술한 것과 같이 서로 상이한 값을 갖는다. The average porosity of each layer provided in the hollow fiber membrane 100 can be obtained by calculating the average value of the porosity measured through the images in a plurality of cross-sections in the layer. The average porosity of each layer provided in the hollow fiber membrane 100 has a different value as described above.

구체적으로, 상기 제1층(110)의 평균 공극률이 가장 낮고, 상기 제2층(120)에서 평균 공극률이 가장 높으며, 상기 제3층(130)과 상기 제4층(140)의 공극률은 상기 제1층(110)과 제2층(120)의 공극률의 사이 값을 가질 수 있다. 또한, 상기 제3층(130)의 공극률은 상기 제4층(140)의 공극률보다 낮은 값을 가질 수 있다.Specifically, the average porosity of the first layer 110 is the lowest, the average porosity of the second layer 120 is the highest, and the porosity of the third layer 130 and the fourth layer 140 is the It may have a value between the porosity of the first layer 110 and the second layer 120. In addition, the porosity of the third layer 130 may have a value lower than that of the fourth layer 140.

상대적으로 평균 공극률이 낮은 층은 파단강도가 높고 오염물질 제거 성능이 뛰어난 반면, 원수의 투수율이 낮아지는 단점이 있다. 반대로, 평균 공극률이 높은 층은 여과 압력 손실이 적으며 높은 투수율을 갖는 반면, 파단 강도가 낮고 입자가 작은 오염물질의 제거가 어려운 단점이 있다.The relatively low average porosity layer has a high breaking strength and excellent pollutant removal performance, but has a disadvantage of low water permeability. In contrast, the layer having a high average porosity has a low filtration pressure loss and a high permeability, but has a disadvantage in that it is difficult to remove contaminants having low breaking strength and small particles.

이때, 여과 압력 손실이란, 상기 중공사막(100)의 외부에 작용하는 압력(Pe)과 상기 중공부(103)에서의 압력(Pi)과의 차이를 의미하는 것으로, 여과 압력 손실이 작을수록 보다 작은 압력으로도 오염 물질을 충분히 제거할 수 있으므로 여과 효율(투수율)이 우수하다.In this case, the filtration pressure loss means a difference between the pressure Pe acting on the outside of the hollow fiber membrane 100 and the pressure Pi at the hollow part 103. The filtration efficiency (permeability) is excellent because the pollutant can be sufficiently removed even at a small pressure.

상기 중공사막(100)에 구비된 각 층의 평균 공극 크기도 서로 다른 값을 갖는다. 구체적으로, 상기 제1층(110)에서의 평균 공극 크기가 가장 작고, 상기 제2층(120)에서의 평균 공극 크기가 가장 크며, 상기 제3층(130) 및 상기 제4층(140)의 평균 공극 크기는 상기 제1층(110)과 제2층(120)의 평균 공극 크기의 사이 값을 가질 수 있다. 또한, 상기 제3층(130)의 평균 공극 크기는 상기 제4층(140)의 평균 공극 크기보다 작은 값을 가질 수 있다.The average pore size of each layer provided in the hollow fiber membrane 100 also has a different value. Specifically, the average pore size in the first layer 110 is the smallest, the average pore size in the second layer 120 is the largest, and the third layer 130 and the fourth layer 140. The average pore size of may have a value between the average pore size of the first layer 110 and the second layer 120. In addition, the average pore size of the third layer 130 may have a smaller value than the average pore size of the fourth layer 140.

각 층의 평균 공극의 크기가 작을수록 미세한 크기의 오염물질을 걸러낼 수 있으나, 공극이 오염물질에 의해 폐색되기 쉬운 단점이 있다. 즉, 평균 공극 크기가 작을수록 중공사막의 수명이 짧아질 수 있다.The smaller the average pore size of each layer, the smaller the size of contaminants can be filtered out, but there is a disadvantage that pores are easily occluded by contaminants. That is, the smaller the average pore size, the shorter the life of the hollow fiber membrane.

상기 제1층(110)은 상기 중공사막(100)의 단면 두께(D)의 10% 이하이며, 다른 층과 비교하여 평균 공극률과 평균 공극 크기가 가장 작다. 즉, 상기 제1층(110)은 낮은 저 공극률층을 형성한다. 상기 제1층(110)은 상기 중공사막(100)의 고유 특성을 나타내는 층이므로, “활성층(active layer)”이라 이름할 수 있다.The first layer 110 is less than 10% of the cross-sectional thickness (D) of the hollow fiber membrane 100, the average porosity and the average pore size is the smallest compared to other layers. That is, the first layer 110 forms a low low porosity layer. The first layer 110 may be referred to as an "active layer" because it is a layer exhibiting intrinsic properties of the hollow fiber membrane 100.

구체적으로, 상기 제1층(110)은 평균 공극률은 74~76%로 형성될 수 있다. 상기 제1층(110)은 평균 공극률이 작으므로 상기 중공사막(100)의 인장강도 및 파단강도가 증가될 수 있다. In detail, the first layer 110 may have an average porosity of 74 to 76%. Since the first layer 110 has a small average porosity, the tensile strength and the breaking strength of the hollow fiber membrane 100 may be increased.

상기 제1층(110)의 평균 공극 크기는 0.1~0.2μm이므로 바이러스와 같은 미세 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있다. 따라서, 상기 제1층(110)은 상기 중공사막(100)의 오염원의 제거 성능 및 선택적 투과 성능을 극대화시킬 수 있다.Since the average pore size of the first layer 110 is 0.1 to 0.2 μm, it is possible to effectively remove fine contaminants such as viruses. Therefore, the first layer 110 may maximize the removal performance and selective permeation performance of the pollutant of the hollow fiber membrane (100).

상기 중공부(103)와 접하는 상기 중공사막(100)의 내측 표면(113)의 공극률은 상기 제1층(110)의 평균 공극률보다 작은 값을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 중공부(103)와 접하는 내측 표면(113)의 공극률은 25% 이하일 수 있다.The porosity of the inner surface 113 of the hollow fiber membrane 100 in contact with the hollow portion 103 may have a value smaller than the average porosity of the first layer 110. Specifically, the porosity of the inner surface 113 in contact with the hollow portion 103 may be 25% or less.

상기 제2층(120)은 상기 중공사막(100)의 단면 두께(D)의 30% 이상을 차지하며, 평균 공극률과 공극 크기가 가장 크다. 구체적으로, 상기 제2층(120)의 평균 공극률은 80~90%으로 형성될 수 있다. The second layer 120 occupies 30% or more of the cross-sectional thickness D of the hollow fiber membrane 100 and has the largest average porosity and pore size. In detail, the average porosity of the second layer 120 may be 80 to 90%.

따라서, 원수가 통과하기 쉬우므로, 상기 중공사막(100)에서의 막간 차압을 최소화하여 투수율을 증가시킬 수 있다. 상기 제2층(120)에서의 투수율이 높으므로, 상기 제2층(120)을 “투수층”이라 이름할 수 있다.Therefore, since the raw water easily passes, the permeability may be increased by minimizing the differential pressure between the hollow fiber membranes 100. Since the permeability of the second layer 120 is high, the second layer 120 may be referred to as a “water permeable layer”.

상기 제2층(120)의 평균 공극 크기는 1.4~1.6μm이며, 상기 중공사막(100)을 구성하는 복수의 층의 평균 공극 크기 중에서 가장 큰 값을 갖는다. The average pore size of the second layer 120 is 1.4 to 1.6 μm, and has the largest value among the average pore sizes of the plurality of layers constituting the hollow fiber membrane 100.

상기 제3층(130)은 상기 중공사막(100)의 단면 두께(D)의 20% 내지 40%를 차지할 수 있다. 상기 제3층(130)의 평균 공극률 및 평균 공극 크기는 상기 제4층(140)에 비해 상대적으로 작다. The third layer 130 may occupy 20% to 40% of the cross-sectional thickness D of the hollow fiber membrane 100. The average porosity and the average pore size of the third layer 130 are relatively smaller than the fourth layer 140.

구체적으로, 상기 제3층(130)의 평균 공극률은 상기 제4층(140)보다는 작고 상기 제1층(110)보다는 크다. 상기 제3층(130)의 평균 공극률은 대략 70~80%일 수 있다. 상기 제3층(130)은 투수량이 높고 막오염에 의한 투수량 저감이 작다. 따라서, 상기 제3층(130)은 투수 성능을 오랫동안 유지할 수 있어 필터로 장기간 사용이 가능한 장점이 있다.Specifically, the average porosity of the third layer 130 is smaller than the fourth layer 140 and larger than the first layer 110. The average porosity of the third layer 130 may be approximately 70 ~ 80%. The third layer 130 has a high permeability and a small permeation reduction due to membrane contamination. Therefore, the third layer 130 can maintain the permeability performance for a long time there is an advantage that can be used for a long time as a filter.

상기 제3층(130)에서의 평균 공극 크기는 0.3~0.5μm 일 수 있다. 따라서, 상기 제3층(130)은 박테리아와 같은 1μm 이상의 입자를 안정적으로 제거할 수 있다. The average pore size in the third layer 130 may be 0.3 ~ 0.5μm. Therefore, the third layer 130 can stably remove particles of 1 μm or more such as bacteria.

상기 제3층(130)은 상기 중공사막(100)에서 높은 비율의 두께를 차지하며 상기 중공사막(100)의 내부층과 외부층을 연결하는 기능을 수행하므로 “지지층”이라 이름할 수 있다. The third layer 130 may be referred to as a "support layer" because it occupies a high ratio of thickness in the hollow fiber membrane 100 and performs a function of connecting the inner layer and the outer layer of the hollow fiber membrane 100.

상기 제4층(140)은 상기 중공사막(100)의 단면 두께(D)의 10% 이하이며, 상기 제3층(130)에 비해 평균 공극률 및 평균 공극 크기가 상대적으로 작다. 상기 제4층(140)은 상기 중공사막(100)의 가장 바깥에 위치하므로 “외부층”이라 이름할 수 있다. The fourth layer 140 is less than 10% of the cross-sectional thickness (D) of the hollow fiber membrane 100, the average porosity and the average pore size is relatively smaller than the third layer 130. Since the fourth layer 140 is located at the outermost side of the hollow fiber membrane 100, it may be referred to as an “outer layer”.

구체적으로, 상기 제4층(140)의 평균 공극률은 70~90%일 수 있으며, 평균 공극 크기는 0.6~0.8μm일 수 있다. 상기 제4층(140)은 박테리아 등 비교적 큰 입자의 오염물질을 1차적으로 걸러내는 기능을 수행할수 있다.Specifically, the average porosity of the fourth layer 140 may be 70 ~ 90%, the average pore size may be 0.6 ~ 0.8μm. The fourth layer 140 may primarily filter contaminants of relatively large particles such as bacteria.

상기 제4층(140)의 최외곽에 위치한 상기 중공사막(100)의 외측 표면(143)의 공극률은 상기 제4층(140)의 평균 공극률보다 작은 값을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 중공사막(100)의 외측 표면(143)의 공극률은 30~80% 일 수 있다. The porosity of the outer surface 143 of the hollow fiber membrane 100 positioned at the outermost side of the fourth layer 140 may have a value smaller than the average porosity of the fourth layer 140. Specifically, the porosity of the outer surface 143 of the hollow fiber membrane 100 may be 30 to 80%.

상기 중공사막(100)의 외측 표면(143)의 공극률이 30%보다 낮으면, 조밀층(dense layer)이 되어 원수의 유입이 원활하지 않게 되고, 80%를 초과하게 되면 외부 또는 내부에서 가압될 때 쉽게 박리될 수 있으므로, 상기 중공사막(100)의 외측 표면(143)의 공극률은 30~80%로 한정된다.When the porosity of the outer surface 143 of the hollow fiber membrane 100 is lower than 30%, the dense layer becomes a dense layer, and the inflow of raw water is not smooth, and when it exceeds 80%, it may be pressurized from the outside or the inside. Since it can be easily peeled off, the porosity of the outer surface 143 of the hollow fiber membrane 100 is limited to 30 to 80%.

상기 중공사막(100)은 폴리설폰, 폴리에테르설폰 또는 이들을 이용한 중합체 중 하나 이상으로 형성될 수 있다.The hollow fiber membrane 100 may be formed of one or more of polysulfone, polyethersulfone or a polymer using them.

이하에서는, 본 발명의 중공사막(100)과 종래의 중공사막의 시간 경과에 따른 투수율 변화를 비교한다. Hereinafter, the water permeability change with time lapse of the hollow fiber membrane 100 and the conventional hollow fiber membrane of this invention is compared.

도 5는 본 발명의 중공사막과 종래 발명의 중공사막의 시간 경과에 따른 투수율 변화를 비교한 그래프이다.5 is a graph comparing the change in water permeability over time between the hollow fiber membrane of the present invention and the hollow fiber membrane of the conventional invention.

도 5에서 (a)는 본 발명의 중공사막(100)의 투수율을 나타낸 것이고, (b)는 종래의 중공사막의 투수율을 나타낸 것이다. 가로축은 시간(min)을 나타내고, 세로축은 시간당 투수율을 나타낸다.In Figure 5 (a) shows the water permeability of the hollow fiber membrane 100 of the present invention, (b) shows the water permeability of the conventional hollow fiber membrane. The horizontal axis represents time (min), and the vertical axis represents permeability per hour.

도 5를 참조하면, 본 발명의 중공사막(100)과 종래의 중공사막 모두 시간이 경과할수록 투수율이 감소한다. 다만, 본 발명의 중공사막(100)의 투수율(a)은 매 시간에서 종래의 중공사막의 투수율(b)보다 높은 값을 갖는다. 대략적으로, 본 발명의 중공사막(100)의 투수율(a)은 종래의 중공사막의 투수율(b)의 2배에 해당하는 값을 갖는다.Referring to FIG. 5, both the hollow fiber membrane 100 and the conventional hollow fiber membrane of the present invention have a reduced permeability as time passes. However, the permeability (a) of the hollow fiber membrane 100 of the present invention has a higher value than the permeability (b) of the conventional hollow fiber membrane at every hour. In general, the water permeability a of the hollow fiber membrane 100 of the present invention has a value corresponding to twice the water permeability b of the conventional hollow fiber membrane.

또한, 본 발명의 중공사막(100)의 투수율(a)은 비교적 완만하게 투수율이 저감되는 반면, 종래의 중공사막의 투수율(b)은 초기에 급격하게 투수율이 저하되는 것을 그래프를 통해 알 수 있다. 오염물질 제거율은 동일한 경우라도 투수율이 낮아지면 동일 시간 동안 정수되는 물의 양이 적어지므로 사용자 불편을 초래하게 된다.In addition, while the permeability (a) of the hollow fiber membrane 100 of the present invention is relatively gently reduced in permeability, the permeability (b) of the conventional hollow fiber membrane can be seen through the graph that the permeability is rapidly decreased initially. . Even if the pollutant removal rate is the same, if the permeability is lowered, the amount of water purified during the same time is reduced, which causes user inconvenience.

이처럼, 본 발명의 중공사막(100)은 상기 제2층(120) 및 상기 제3층(130)과 같이 평균 공극률이 높은 층이 활성층과 외부층 사이에 구비됨으로써 투수량이 증가되며, 막오염에 의한 투수량 저감(flux decline) 현상이 억제될 수 있다. 이에 따라, 상기 중공사막(100)은 투수 성능을 오랫동안 유지할 수 있어 장기간 사용이 가능한 장점이 있다.As described above, the hollow fiber membrane 100 of the present invention has a high average porosity, such as the second layer 120 and the third layer 130, is provided between the active layer and the outer layer to increase the permeability. Flux decline may be suppressed. Accordingly, the hollow fiber membrane 100 can maintain the permeability performance for a long time there is an advantage that can be used for a long time.

100: 중공사막 103: 중공부
110: 활성층 120: 투수층
130: 지지층 140: 외부층100: hollow fiber membrane 103: hollow part
110: active layer 120: water permeable layer
130: support layer 140: outer layer

Claims (10)

내부에 중공부가 형성되며, 복수의 층을 구비하는 중공사막에 있어서,
최외곽에 위치하여 외부로 노출되며, 원수가 출입하는 외부층;
최내곽에 위치하여 상기 중공부와 접하며, 상기 외부층을 통해 유입된 원수 또는 상기 중공부로부터 유입된 원수 내의 오염 물질이 걸러지는 활성층;
상기 외부층의 내부에 형성되며, 상기 외부층보다 낮은 평균 공극률을 갖는 지지층; 및
상기 활성층과 상기 지지층의 사이에 형성되며, 상기 외부층보다 높은 평균 공극률을 갖는 투수층을 포함하며,
상기 외부층에서 최외곽에 구비된 표면의 공극률은 30~80%이고,
상기 투수층의 평균 공극률은 80% 이상이고,
상기 투수층의 두께는 상기 중공사막의 두께의 30% 이상이고,
상기 지지층의 두께는 상기 중공사막의 두께의 20~40%인, 중공사막.
In the hollow fiber membrane having a hollow portion and having a plurality of layers therein,
An outer layer located at the outermost side and exposed to the outside, and having raw water in and out;
An active layer positioned at the innermost portion and in contact with the hollow portion and filtering contaminants in the raw water introduced through the outer layer or the raw water introduced from the hollow portion;
A support layer formed inside the outer layer and having a lower average porosity than the outer layer; And
It is formed between the active layer and the support layer, and includes a permeable layer having a higher average porosity than the outer layer,
The porosity of the outermost surface provided in the outer layer is 30 to 80%,
The average porosity of the water permeable layer is 80% or more,
The thickness of the permeable layer is 30% or more of the thickness of the hollow fiber membrane,
The thickness of the support layer is 20 to 40% of the thickness of the hollow fiber membrane, hollow fiber membrane.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 지지층에서의 평균 공극 크기는 상기 외부층의 평균 공극 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 중공사막.
The method of claim 1,
And the mean pore size in the support layer is smaller than the mean pore size in the outer layer.
제 1 항에 있어서,
상기 지지층에서의 평균 공극 크기는 1μm 이하인 것을 특징으로 하는 중공사막.
The method of claim 1,
The hollow fiber membrane, characterized in that the average pore size in the support layer is 1μm or less.
제 1 항에 있어서,
상기 활성층에서 최내곽에 구비되어 상기 중공부와 접하는 면의 표면의 공극률은 25% 이하인 것을 특징으로 하는 중공사막.
The method of claim 1,
The hollow fiber membrane, characterized in that the porosity of the surface of the surface provided in the innermost in contact with the hollow portion in the active layer is 25% or less.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 외부층, 상기 지지층, 상기 투수층 및 상기 활성층은 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 중공사막.
The method of claim 1,
The hollow fiber membrane, characterized in that the outer layer, the support layer, the permeable layer and the active layer are formed integrally.
제 1 항에 있어서,
상기 중공사막은 폴리설폰, 폴리에테르설폰 또는 이들을 이용한 중합체 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 중공사막.
The method of claim 1,
The hollow fiber membrane is a hollow fiber membrane, characterized in that at least one of polysulfone, polyether sulfone or a polymer using them.
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