KR102082997B1 - Thermosensitive copolymers and forward osmosis water treatment devices and methods using the same - Google Patents

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Abstract

온도 감응성 올리고머가 그라프트된 제1 반복단위; 및 이온성 잔기와 상기 이온성 잔기의 반대 이온을 포함한 제2 반복단위를 포함하되, 상기 온도 감응성 올리고머는, 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 잔기를 가진 불포화 모노머로부터 유래된 반복단위를 포함하는 올리고머이거나 혹은 고리 내에 C, N 및 O를 포함하고 C=N 결합을 가진 이종 고리 화합물로부터 유래된 반복단위를 포함하는 올리고머인 온도 감응성 코폴리머가 제공된다:
[화학식 1]
*-C(=O)N(R2)(R3)
화학식 1에서, R2 및 R3는, 각각 독립적으로, 수소이거나, 혹은 직쇄 또는 분지쇄의 C1 내지 C6의 알킬기, C3 내지 C7의 시클로알킬기, 또는 C6 내지 C10의 아릴기이되, R2 및 R3 가 모두 수소일 수는 없고, R2 및 R3는 서로 결합하여 질소 포함 헤테로 고리를 형성할 수 있고;
[화학식 2]

Figure 112013020181886-pat00041

화학식 2에서, R4은 C2 내지 C5 알킬렌기임.A first repeating unit grafted with a temperature sensitive oligomer; And a second repeating unit comprising an ionic moiety and a counter ion of the ionic moiety, wherein the temperature sensitive oligomer comprises an oligomer comprising a repeating unit derived from an unsaturated monomer having a moiety represented by Formula 1 or Formula 2. There is provided a temperature sensitive copolymer which is or is an oligomer comprising repeating units derived from heterocyclic compounds containing C, N and O in the ring and having C = N bonds:
[Formula 1]
* -C (= O) N (R 2 ) (R 3 )
In formula (1), R 2 and R 3 are each independently hydrogen or a straight or branched C 1 to C 6 alkyl group, C 3 to C 7 cycloalkyl group, or C 6 to C 10 aryl group, R 2 and R All three may not be hydrogen, and R 2 and R 3 may combine with each other to form a nitrogen-containing hetero ring;
[Formula 2]
Figure 112013020181886-pat00041

In formula (2), R 4 is a C2 to C5 alkylene group.

Description

온도 감응성 코폴리머 및 이를 이용한 정삼투 수처리 장치와 정삼투 수처리 방법{THERMOSENSITIVE COPOLYMERS AND FORWARD OSMOSIS WATER TREATMENT DEVICES AND METHODS USING THE SAME}Temperature-sensitive copolymer, forward osmosis water treatment apparatus and forward osmosis water treatment method using the same {THERMOSENSITIVE COPOLYMERS AND FORWARD OSMOSIS WATER TREATMENT DEVICES AND METHODS USING THE SAME}

온도 감응성 코폴리머 및 이를 이용한 정삼투 수처리 장치와 정삼투 수처리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a temperature sensitive copolymer, a forward osmosis water treatment apparatus and a forward osmosis water treatment method using the same.

삼투 (또는 정삼투)는 더 낮은 용질 농도를 가진 용액 으로부터 물이 삼투압에 의해 더 높은 용질 농도의 용액으로 이동하는 현상을 말한다. 역삼투는 인위적으로 압력을 가하여 반대 방향으로 물을 이동시키는 방법을 말한다. Osmosis (or forward osmosis) refers to the phenomenon in which water moves from a solution having a lower solute concentration to a solution of a higher solute concentration by osmotic pressure. Reverse osmosis is a method of moving water in the opposite direction by artificially applying pressure.

역삼투 공정(reverse osmosis)을 통한 담수화 방법은 수처리 분야에서 알려진 기술이다. 통상, 역삼투 공정은 강한 압력의 부가를 필요로 하기 때문에 에너지 소비가 매우 큰 편이다. 에너지 효율을 높이기 위해서 삼투압의 원리를 그대로 이용하는 정삼투(forward osmosis) 공정이 제안되었고, 삼투 유도 용액에 사용하는 용질로는 탄산수소암모늄(ammonium bicarbonate), 이산화황(sulfur dioxide), 지방족 알콜(aliphatic alcohols), 황산알루미늄(aluminum sulfate), 글루코오스(glucose), 프록토오스(fructose), 질산칼륨(potassium nitrate) 등이 있다. 그 중에서 탄산수소암모늄(ammonium bicarbonate) 유도 용액이 가장 널리 알려져 있는데, 상기 유도 용액에 포함된 용질인 탄산수소 암모늄은 정삼투 과정 이후에 60℃ 정도의 온도에서 암모니아와 이산화탄소로 분해되어 분리할 수 있다. 그 밖에 새롭게 제안된 유도 용질로는 펩타이드와 같은 친수성 고분자 및 저분자 물질 등을 부착한 나노 자성입자 (자기장으로 분리)와 덴드리머 등의 고분자 전해질 (UF, NF 멤브레인 분리) 등이 있다.Desalination methods through reverse osmosis are known techniques in the field of water treatment. Typically, reverse osmosis processes require very high pressures, which results in very high energy consumption. In order to improve energy efficiency, a forward osmosis process using the principle of osmotic pressure has been proposed, and the solutes used in the osmotic induction solution are ammonium bicarbonate, sulfur dioxide, and aliphatic alcohols. ), Aluminum sulfate, glucose, fructose, potassium nitrate, and the like. Among them, ammonium bicarbonate derived solution is most widely known. Ammonium bicarbonate, a solute included in the derived solution, can be separated into ammonia and carbon dioxide at a temperature of about 60 ° C. after the forward osmosis process. . In addition, newly proposed inducing solutes include nanomagnetic particles (separated by magnetic fields) to which hydrophilic polymers such as peptides and low molecular materials are attached, and polymer electrolytes such as dendrimers (UF and NF membrane separation).

탄산수소 암모늄의 경우에는 60℃ 이상 가열해야 기화되므로 높은 에너지 소모량이 요구되고, 암모니아의 완벽한 제거가 사실상 힘들기 때문에 암모니아 냄새로 인해 식수로 사용하는 것이 불가능하다. 나노 자성 입자의 경우에는 자기장에 의해 분리, 응집된 자성 입자의 재분산이 어려우며, 나노 입자를 완전히 제거 하는 것이 불가능하므로 나노 입자의 독성 문제도 고려해야만 한다. 열민감성 덴드리머 혹은 친수성 고분자 또는 친수성 저분자 물질로 코팅되어 있는 자성나노입자 또한 고분자의 크기가 수 내지 수십 nm 수준으로 나노 여과막, 한외 여과막 등의 필터가 필요하며, 필터링 후 뭉친 고분자의 재분산 또한 어렵다.In the case of ammonium bicarbonate, it is necessary to heat more than 60 ℃ to vaporize high energy consumption is required, because the complete removal of ammonia is practically difficult to use as drinking water due to the ammonia smell. In the case of nano magnetic particles, it is difficult to redistribute the magnetic particles separated and aggregated by the magnetic field, and it is impossible to completely remove the nano particles. Magnetic nanoparticles coated with a thermally sensitive dendrimer or a hydrophilic polymer or a hydrophilic low molecular material also require a filter such as a nanofiltration membrane or an ultrafiltration membrane with a polymer size of several to several tens of nm.

일 구현예에서, 본 발명은 높은 삼투압을 제공할 수 있고 용질의 역방향 확산이 매우 낮은 수준이며, 용질의 회수 및 재생이 용이한 유도 용액을 제공할 수 있는 온도 감응성 코폴리머에 대한 것이다.In one embodiment, the present invention is directed to a temperature sensitive copolymer that can provide high osmotic pressure, very low level of reverse diffusion of solutes, and can provide an induction solution that is easy to recover and regenerate solutes.

다른 구현예에서, 본 발명은 상기 코폴리머의 제조 방법에 대한 것이다.In another embodiment, the present invention is directed to a method of preparing the copolymer.

또 다른 구현예에서, 본 발명은 상기 온도 감응성 코폴리머 및 물을 포함한 유도 용액을 사용하여 정삼투 공정을 수행하는 장치 및 정삼투 수처리 방법에 대한 것이다.In another embodiment, the present invention is directed to an apparatus and a forward osmosis water treatment method for performing an forward osmosis process using an induction solution comprising the temperature sensitive copolymer and water.

일 구현예에서, 본 발명은 온도 감응성 올리고머가 그라프트된 제1 반복단위(first repeating unit); 및 이온성 잔기(ionic moiety)와 상기 이온성 잔기의 반대 이온(counter ion)을 포함한 제2 반복단위(second repeating unit)를 포함하되, 상기 온도 감응성 올리고머는, 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 잔기를 가진 불포화 모노머로부터 유래된 반복단위를 포함하는 올리고머이거나 혹은 고리 내에 C, N 및 O를 포함하고 C=N 결합을 가진 이종 고리 화합물(heterocyclic compound)로부터 유래된 반복단위를 포함하는 올리고머인 온도 감응성 코폴리머를 제공한다:In one embodiment, the present invention includes a first repeating unit (grafted), the temperature sensitive oligomer is grafted; And a second repeating unit including an ionic moiety and a counter ion of the ionic moiety, wherein the temperature sensitive oligomer is represented by Formula 1 or Formula 2 Temperature sensitivity which is an oligomer comprising a repeating unit derived from an unsaturated monomer having an or a repeating unit derived from a heterocyclic compound containing C, N and O in a ring and having a C═N bond Copolymers are provided:

[화학식 1][Formula 1]

*-C(=O)N(R2)(R3)* -C (= O) N (R 2 ) (R 3 )

화학식 1에서, R2 및 R3는, 각각 서로 독립적으로 수소이거나, 혹은 직쇄 또는 분지쇄의 C1 내지 C6의 알킬기, C3 내지 C7의 시클로알킬기, 또는 C6 내지 C10의 아릴기이되, R2 및 R3 가 모두 수소일 수는 없고, R2 및 R3는 서로 결합하여 질소 포함 헤테로 고리를 형성할 수 있고;In formula 1, R 2 and R 3 are each independently hydrogen or a straight or branched C 1 to C 6 alkyl group, C 3 to C 7 cycloalkyl group, or C 6 to C 10 aryl group, R 2 and R All three may not be hydrogen, and R 2 and R 3 may combine with each other to form a nitrogen-containing hetero ring;

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112013020181886-pat00001
Figure 112013020181886-pat00001

화학식 2에서, R4은 C2 내지 C5 알킬렌기이다.In formula (2), R 4 is a C2 to C5 alkylene group.

상기 온도 감응성 코폴리머는 폴리아미노산 유도체일 수 있다.The temperature sensitive copolymer may be a polyamino acid derivative.

상기 이종 고리 화합물은 하기 화학식 3으로 나타내어지는 옥사졸린 화합물일 수 있다:The heterocyclic compound may be an oxazoline compound represented by Formula 3:

[화학식 3][Formula 3]

Figure 112013020181886-pat00002
Figure 112013020181886-pat00002

화학식 3에서, Ak 는 탄소수 1 내지 10의 직쇄 또는 가지형 알킬기이고, R 은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기이다.In formula (3), Ak is a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and R is independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.

상기 온도 감응성 올리고머는, 하기 화학식 4로 나타내어지는 N-알킬(메트)아크릴아미드로부터 유래된 반복단위, 하기 화학식 5로 나타내어지는 N-비닐 락탐으로부터 유래된 반복단위, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있고, 선택에 따라, (메트)아크릴아미드로부터 유래된 반복단위를 더 포함할 수 있다.The temperature sensitive oligomer may include repeating units derived from N-alkyl (meth) acrylamide represented by the following formula (4), repeating units derived from N-vinyl lactam represented by the following formula (5), or a combination thereof And optionally, further includes repeating units derived from (meth) acrylamide.

[화학식 4][Formula 4]

Figure 112013020181886-pat00003
Figure 112013020181886-pat00003

화학식 4에서, R1은 수소 또는 메틸이고, R2 및 R3는 각각 독립적으로 수소이거나 혹은 선형 또는 분기형 C1-C6 알킬기, C3-C7 시클로알킬기, 또는 C6-C10의 아릴기이되, R2 및 R3가 모두 수소일 수는 없으며, R2 및 R3는 서로 연결되어 질소 포함 헤테로 고리를 형성할 수 있고;In formula (4), R 1 is hydrogen or methyl, R 2 and R 3 are each independently hydrogen or a linear or branched C 1 -C 6 alkyl group, C 3 -C 7 cycloalkyl group, or C 6 -C 10 aryl group, R 2 And R 3 may not all be hydrogen, and R 2 and R 3 may be linked to each other to form a nitrogen-containing hetero ring;

[화학식 5][Formula 5]

Figure 112013020181886-pat00004
Figure 112013020181886-pat00004

화학식 5에서, R4 는 탄소수 2 내지 5의 알킬렌이다.In formula (5), R 4 is alkylene having 2 to 5 carbon atoms.

상기 온도 감응성 올리고머는, 중합도가 2 내지 30의 범위일 수 있다.The temperature sensitive oligomer may have a degree of polymerization of 2 to 30.

상기 제2 반복단위의 상기 이온성 잔기는, -COO-, -SO3 -, -PO3 2 - 및 이들의 조합에서 선택되는 음이온성 잔기일 수 있다. The ionic moiety of the second repeating units, -COO -, -SO 3 -, -PO 3 2 - and can be anionic date sex glass selected from a combination of the two.

상기 제2 반복단위는, 동일한 이온성 잔기를 포함하거나, 혹은 각각 독립적으로 상이한 이온성 잔기를 포함할 수 있다.The second repeating unit may include the same ionic moiety or may independently include different ionic moieties.

상기 반대 이온은, 알칼리금속의 양이온, 알칼리 토금속의 양이온, 및 이들의 조합에서 선택될 수 있다.The counter ion may be selected from cations of alkali metals, cations of alkaline earth metals, and combinations thereof.

상기 제1 반복단위와 상기 제2 반복단위 간의 몰 비율은 1:99 내지 60:40일 수 있다. The molar ratio between the first repeating unit and the second repeating unit may be 1:99 to 60:40.

상기 제1 반복단위 및 상기 제2 반복단위를 포함하는 온도 감응성 코폴리머는, 하기 화학식 6에 의해 나타내어질 수 있다:The temperature sensitive copolymer including the first repeating unit and the second repeating unit may be represented by the following Chemical Formula 6:

[화학식 6][Formula 6]

Figure 112013020181886-pat00005
Figure 112013020181886-pat00005

화학식 6에서, A-는 이온성 잔기를 포함하는 기이고, M+는 상기 이온성 잔기의 반대 이온이며, Q는 -NR- (여기서, R은 수소 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬기임) 또는 -S-이고, L은, 직접 결합, 치환 또는 미치환의 C1 내지 C20의 알킬렌, 또는 치환 또는 미치환의 C1 내지 C20의 티오알킬렌이고, Og는, 화학식 7의 반복단위를 포함하는 올리고머, 화학식 8의 반복단위를 포함하는 올리고머, 또는 화학식 9 의 반복단위를 포함하는 올리고머이고;In formula (6), A is a group containing an ionic moiety, M + is a counter ion of the ionic moiety, and Q is —NR— (where R is hydrogen or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms) or- S-, L is a direct bond, substituted or unsubstituted C1 to C20 alkylene, or substituted or unsubstituted C1 to C20 thioalkylene, Og is an oligomer comprising a repeating unit of formula (7), An oligomer comprising a repeating unit of Formula 8, or an oligomer comprising a repeating unit of Formula 9;

[화학식 7][Formula 7]

Figure 112013020181886-pat00006
Figure 112013020181886-pat00006

화학식 7에서, R1은 수소 또는 메틸이고, R2 및 R3는, 각각 독립적으로 수소이거나, 혹은 직쇄 또는 분지쇄의 C1 내지 C6의 알킬기, C3 내지 C7의 시클로알킬기, 또는 C6 내지 C10의 아릴기이되, R2 및 R3가 모두 수소일 수는 없고, R2 및 R3는 서로 결합하여 질소 포함 헤테로 고리를 형성할 수 있고;In formula (7), R 1 is hydrogen or methyl, R 2 and R 3 are each independently hydrogen or a straight or branched C 1 to C 6 alkyl group, C 3 to C 7 cycloalkyl group, or C 6 to C 10 aryl Wherein both R 2 and R 3 may not be hydrogen, and R 2 and R 3 may combine with each other to form a nitrogen-containing hetero ring;

[화학식 8][Formula 8]

Figure 112013020181886-pat00007
Figure 112013020181886-pat00007

화학식 8에서, R4은 C2 내지 C5 알킬렌기이며;In formula (8), R 4 is a C2 to C5 alkylene group;

[화학식 9][Formula 9]

Figure 112013020181886-pat00008
Figure 112013020181886-pat00008

화학식 9에서, Ak 는 탄소수 1 내지 10의 직쇄 또는 가지형 알킬기이고, R 은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬이다.In formula (9), Ak is a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and R is independently hydrogen or alkyl having 1 to 3 carbon atoms.

상기 화학식 6에서, A-는, 동일하거나 상이하며, -COO-, -CONR-Z-SO3 -, -CONR-Z-O-PO3 -2, -CO-S-Z-SO3 -, 및 -CO-S-Z-O-PO3 -2로부터 선택될 수 있되, R은 수소 또는 C1 내지 C5의 알킬기이고, Z는 치환 또는 미치환의 C1 내지 20의 알킬렌기이며, M+는, Na+, K+, Li+, Ca2 +, Mg2 +, Ba2 +, 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다.In the formula 6, A - are the same or different, -COO -, -CONR-Z- SO 3 -, -CONR-ZO-PO 3 -2, -CO-SZ-SO 3 -, and -CO- SZO-PO 3 -2 , wherein R is hydrogen or an alkyl group of C1 to C5, Z is a substituted or unsubstituted C1-20 alkylene group, and M + is Na + , K + , Li + , it may be selected from Ca 2 +, Mg 2 +, Ba 2 +, and combinations thereof.

상기 온도 감응성 코폴리머는 5,000 내지 250,000의 수평균 분자량을 가질 수 있다.The temperature sensitive copolymer may have a number average molecular weight of 5,000 to 250,000.

다른 구현예에서, 본 발명은 온도 감응성 올리고머가 그라프트된 제1 반복단위; 및 이온성 잔기와 상기 이온성 잔기의 반대 이온을 포함한 제2 반복단위를 포함하는 온도 감응성 코폴리머의 제조 방법을 제공하는 바, 상기 방법은,In another embodiment, the present invention provides a kit comprising: a first repeating unit grafted with a temperature sensitive oligomer; And a second repeating unit comprising an ionic moiety and a counter ion of the ionic moiety, the method comprising the steps of:

폴리숙신이미드를 준비하는 단계;Preparing polysuccinimide;

한쪽 말단에 아민기 또는 티올기를 가지고 하기 화학식 3으로 나타내어지는 모노머로부터 유래된 반복단위를 포함하는 온도 감응성 올리고머, 또는 한쪽 말단에 아민기 또는 티올기를 가지고 하기 화학식 4로 나타내어지는 모노머로부터 유래된 반복단위, 하기 화학식 5로 나타내어지는 모노머로부터 유래된 반복단위 또는 이들의 조합을 포함하는 온도 감응성 올리고머를 준비하는 단계;A temperature sensitive oligomer comprising a repeating unit derived from a monomer represented by the following formula (3) having an amine group or a thiol group at one end, or a repeating unit derived from a monomer represented by the following formula (4) having an amine group or a thiol group at one terminal; Preparing a temperature sensitive oligomer comprising a repeating unit derived from a monomer represented by Formula 5 or a combination thereof;

[화학식 3][Formula 3]

Figure 112013020181886-pat00009
Figure 112013020181886-pat00009

화학식 3에서, Ak 는 탄소수 1 내지 10의 직쇄 또는 가지형 알킬기이고, R 은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬이고;In formula (3), Ak is a straight-chain or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and R is each independently hydrogen or alkyl having 1 to 3 carbon atoms;

[화학식 4][Formula 4]

Figure 112013020181886-pat00010
Figure 112013020181886-pat00010

화학식 4에서, R1은 수소 또는 메틸이고, R2 및 R3는 각각 독립적으로 수소이거나 혹은 선형 또는 분기형 C1-C6 알킬기, C3-C7 시클로알킬기, 또는 C6-C10의 아릴기이되, R2 및 R3가 모두 수소일 수는 없으며, R2 및 R3는 서로 연결되어 질소 포함 헤테로 고리를 형성할 수 있고;In formula (4), R 1 is hydrogen or methyl, R 2 and R 3 are each independently hydrogen or a linear or branched C 1 -C 6 alkyl group, C 3 -C 7 cycloalkyl group, or C 6 -C 10 aryl group, R 2 And R 3 may not all be hydrogen, and R 2 and R 3 may be linked to each other to form a nitrogen-containing hetero ring;

[화학식 5][Formula 5]

Figure 112013020181886-pat00011
Figure 112013020181886-pat00011

화학식 5에서, R4 는 탄소수 2 내지 5의 알킬렌이며;In formula (5), R 4 is alkylene having 2 to 5 carbon atoms;

상기 폴리숙신이미드를 상기 온도 감응성 올리고머와 반응시켜 상기 폴리숙신이미드의 숙신이미드 고리들의 일부를 열고 상기 온도 감응성 올리고머를 그라프트시키는 단계; 및Reacting the polysuccinimide with the temperature sensitive oligomer to open a portion of the succinimide rings of the polysuccinimide to graf the temperature sensitive oligomer; And

상기 반응의 생성물을, 이온성 잔기를 포함하는 아민 화합물, 이온성 잔기를 포함하는 티올 화합물, 무기 염기, 또는 이들의 조합으로 반응시켜, 상기 폴리숙신이미드에 남아있는 숙신이미드 고리들을 열고 이온성 잔기 및 반대 이온을 도입하는 단계를 포함한다.The product of the reaction is reacted with an amine compound containing an ionic moiety, a thiol compound containing an ionic moiety, an inorganic base, or a combination thereof to open the succinimide rings remaining in the polysuccinimide and to ion Introducing a sex moiety and a counter ion.

상기 폴리숙신이미드는, 수평균 분자량이 5,000 이하일 수 있다.The polysuccinimide may have a number average molecular weight of 5,000 or less.

이온성 잔기를 가진 아민 화합물은, 인산과 C2 내지 C20의 알카놀아민의 에스테르 화합물, C2 내지 C20의 설포알킬아민, 또는 이들의 조합일 수 있고, 상기 무기 염기는, 알칼리금속 히드록시드, 알칼리토금속 히드록시드 또는 이들의 조합일 수 있다.The amine compound having an ionic residue may be an ester compound of phosphoric acid and an alkanolamine of C2 to C20, a sulfoalkylamine of C2 to C20, or a combination thereof, and the inorganic base may be an alkali metal hydroxide or an alkaline earth metal. Hydroxides or combinations thereof.

다른 구현예에서, 본 발명은, 수성 매질; 및 상기 수성 매질에 용해되어 있고, 이온성 잔기(ionic moiety)와 상기 이온성 잔기의 반대 이온(counter ion)을 포함하는 삼투압 유발 고분자 사슬과 상기 삼투압 유발 고분자 사슬에 온도 감응성 올리고머가 그라프트 형태로 공유 결합되어 있는 온도 감응성 코폴리머를 함유하는 유도 용질을 포함하고, 상기 유도 용질은 저임계 용액 온도 이상에서 상분리에 의해 회수될 수 있는 삼투 유도 용액을 제공한다.In another embodiment, the present invention provides an aqueous medium; And an osmotic pressure induced polymer chain dissolved in the aqueous medium and comprising an ionic moiety and a counter ion of the ionic moiety and a temperature sensitive oligomer in the form of graft. An inducing solute containing a covalently bound temperature sensitive copolymer, wherein the inducing solute provides an osmotic induction solution that can be recovered by phase separation above a low critical solution temperature.

상기 온도 감응성 코폴리머는 농도 0.01 g/ml에서 저임계 용액 온도(LCST) 가 10 내지 50℃의 범위일 수 있다.The temperature sensitive copolymer may have a low critical solution temperature (LCST) in a range of 10 to 50 ° C. at a concentration of 0.01 g / ml.

상기 온도 감응성 코폴리머는, 상기 저임계 용액 온도(LCST) 미만에서는 물에 대한 용해도가 100g/L 이상일 수 있고, 상기 저임계 용액 온도(LCST) 이상에서는 물에 대한 용해도가 1g/L 이하일 수 있다.The temperature sensitive copolymer may have a solubility in water of less than or equal to 100 g / L at or below the low critical solution temperature (LCST), and solubility in water may be less than or equal to 1 g / L at or above the low critical solution temperature (LCST). .

상기 삼투 유도 용액의 온도를 상기 저임계 용액 온도(LCST) 미만에서 상기 저임계 용액 온도 이상으로 올릴 때, 전체 유도 용질의 50중량% 이상이 입자 크기에서 10배 이상의 증가를 나타낼 수 있다.When raising the temperature of the osmotic induction solution above the low critical solution temperature (LCST) below the low critical solution temperature, at least 50% by weight of the total inducing solute may exhibit a 10-fold increase in particle size.

상기 온도 감응성 올리고머는, 아마이드(amide)와 상기 아마이드의 질소 원자에 공유결합되며 상기 아마이드에 비하여 소수성을 띠는 지방족 잔기를 포함하고, 상기 지방족 잔기는 아마이드의 탄소 원자와 공유결합되어 있거나 혹은 결합되어 있지 않은 올리고머이거나, 또는 고리 내에 C, N 및 O를 포함하고 C=N 결합을 가진 이종 고리 화합물(heterocyclic compound)로부터 유래된 반복단위를 포함할 수 있다.The temperature sensitive oligomer comprises an amide and an aliphatic moiety covalently bonded to the nitrogen atom of the amide and hydrophobic relative to the amide, wherein the aliphatic moiety is covalently or bonded to a carbon atom of the amide Oligomers that are not present, or may include repeating units derived from heterocyclic compounds containing C, N and O in the ring and having C═N bonds.

또 다른 구현예에서, 본 발명은, 물과 상기 물에 녹아 있는 분리대상 물질을 포함한 유입액(feed solution); 전술한 삼투 유도 용액; 한쪽 면은 상기 유입액에 접하고, 다른 쪽 면은 상기 삼투 유도 용액에 접하도록 위치한 반투막; 삼투압에 의해 상기 유입액으로부터 상기 반투막을 통해 상기 삼투 유도 용액으로 이동한 물을 포함하는 처리 용액으로부터 상기 온도 감응성 코폴리머를 제거하는 회수 시스템; 및 상기 회수 시스템으로부터 제거된 상기 온도 감응성 코폴리머를 상기 삼투 유도 용액으로 다시 투입하는 연결부를 포함하는 정삼투 수처리 장치를 제공한다.In another embodiment, the present invention, the feed solution containing water and the substance to be dissolved in the water (feed solution); The osmotic induction solution described above; A semipermeable membrane positioned at one side in contact with the inflow liquid and at the other side in contact with the osmotic induction solution; A recovery system for removing said temperature sensitive copolymer from a treatment solution comprising water moved by said osmotic pressure from said influent to said osmotic induction solution through said semipermeable membrane; And a connection for feeding the temperature sensitive copolymer removed from the recovery system back into the osmotic induction solution.

상기 정삼투 수처리 장치는, 상기 회수 시스템에서 상기 처리 용액으로부터 상기 온도 감응성 코폴리머를 제거하여 생산된 처리수를 배출하는 배출부를 더 포함할 수 있다.The forward osmosis water treatment apparatus may further include a discharge unit for discharging the treated water produced by removing the temperature sensitive copolymer from the treatment solution in the recovery system.

상기 회수 시스템은 정밀 여과막 (Microfiltration membrane), 한외 여과막 (Ultrafiltration membrane), 나노 여과막 (Nanofiltration membrane) 또는 원심 분리기를 포함할 수 있다.The recovery system may include a microfiltration membrane, an ultrafiltration membrane, a nanofiltration membrane or a centrifuge.

상기 회수 시스템은, 상기 제거된 온도 감응성 코폴리머를 그의 저임계 용액 온도(LCST) 이상으로 가열하는 온도 컨트롤러를 포함할 수 있다.The recovery system may include a temperature controller that heats the removed temperature sensitive copolymer above its low critical solution temperature (LCST).

상기 회수 시스템은 상기 제거된 온도 감응성 코폴리머를 저임계 용액 온도(LCST) 미만으로 냉각하는 온도 컨트롤러를 포함할 수 있다.The recovery system may include a temperature controller to cool the removed temperature sensitive copolymer below the low critical solution temperature (LCST).

또 다른 구현예에서, 본 발명은 물과 상기 물에 녹아 있는 분리대상 물질을 포함하는 유입액을, 전술한 삼투 유도 용액과 반투막을 사이에 두고 접하게 하여, 삼투압에 의해 상기 반투막을 통과하여 상기 유입액으로부터 상기 삼투 유도 용액으로 이동된 물을 포함하는 처리 용액을 얻는 단계; 상기 처리 용액 중 적어도 일부를 상기 온도 감응성 코폴리머의 저임계 용액 온도(LCST) 이상의 온도로 가열하여 상기 처리 용액 내의 상기 온도 감응성 코폴리머를 응집시키는 단계; 및 상기 응집된 온도 감응성 코폴리머를 상기 처리 용액으로부터 제거하여 처리수를 얻는 단계를 포함하는 정삼투 수처리 방법을 제공한다. In another embodiment, the present invention is in contact with the inlet liquid containing water and the substance to be dissolved in the water, the osmotic induction solution and the semi-permeable membrane interposed therebetween, through the semi-permeable membrane by osmotic pressure from the influent Obtaining a treatment solution comprising water transferred to the osmotic induction solution; Heating at least a portion of the treatment solution to a temperature above the low critical solution temperature (LCST) of the temperature sensitive copolymer to agglomerate the temperature sensitive copolymer in the treatment solution; And removing the agglomerated temperature sensitive copolymer from the treatment solution to obtain treated water.

상기 정삼투 수처리 방법은 상기 제거된 온도 감응성 코폴리머를 그의 저임계 용액 온도(LCST) 이하로 냉각하여 상기 반투막에 접하는 삼투 유도 용액으로 다시 투입하는 단계를 더 포함할 수 있다.The forward osmosis water treatment method may further include cooling the removed temperature sensitive copolymer below its low critical solution temperature (LCST) and feeding it back into the osmotic induction solution in contact with the semipermeable membrane.

상기 온도 감응성 코폴리머는, 높은 삼투압을 발생시키는 유도 용액을 제공할 수 있고, 온도 변화에 의해 용액으로부터 쉽게 분리 가능하므로, 이를 이용한 정삼투 수처리 장치 및 방법은, 높은 에너지 또는 수처리 효율과 저감된 비용으로 운전될 수 있다.The temperature sensitive copolymer can provide an induction solution that generates a high osmotic pressure, and can be easily separated from the solution by a temperature change, so the apparatus and method for forward osmosis water treatment using the same have high energy or water treatment efficiency and reduced cost. Can be driven.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 정삼투 수처리 장치의 모식도이다.
도 2는 실시예 1에서 합성된 코폴리머의 1H-NMR 분석 스펙트럼이다.
도 3은 실시예 1 및 실시예 2와 참조예 1의 코폴리머를 각각 포함한 용액에서 농도에 따른 삼투압의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 1의 코폴리머를 포함한 삼투 유도 용액의 온도에 따른 500nm 파장에서의 흡광도를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 5는 실시예 2의 코폴리머를 포함한 삼투 유도 용액의 온도에 따른 500nm 파장에서의 흡광도 그래프이다.
Figure 1 is a schematic diagram of the forward osmosis water treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a 1 H-NMR spectrum of the copolymer synthesized in Example 1. FIG.
3 is a graph showing the change in the osmotic pressure according to the concentration in the solution containing the copolymers of Examples 1 and 2 and Reference Example 1, respectively.
Figure 4 is a graph showing the absorbance at 500nm wavelength according to the temperature of the osmotic induction solution containing the copolymer of Example 1.
FIG. 5 is a graph of absorbance at 500 nm wavelength according to the temperature of the osmotic induction solution including the copolymer of Example 2. FIG.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 구현예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 구현예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 구현예들은 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. 따라서, 몇몇 구현예들에서, 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them will be apparent with reference to embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the embodiments make the disclosure of the present invention complete, and those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. It is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the present invention is defined only by the scope of the claims. Thus, in some implementations, well known techniques are not described in detail in order to avoid obscuring the present invention. Unless otherwise defined, all terms used in the present specification (including technical and scientific terms) may be used in a sense that can be commonly understood by those skilled in the art. In addition, the terms defined in the commonly used dictionaries are not ideally or excessively interpreted unless they are specifically defined clearly. When any part of the specification is to "include" any component, which means that it may further include other components, except to exclude other components unless specifically stated otherwise.

또한, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. In addition, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the text.

본 명세서에서 기술하는 구현예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 개략도를 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Embodiments described herein will be described with reference to schematic diagrams, which are ideal illustrations of the invention. Accordingly, the regions illustrated in the figures have schematic attributes and are not intended to limit the scope of the invention. Like reference numerals refer to like elements throughout.

본 명세서에서, "치환"이라 함은, 해당 잔기에서 하나 이상의 수소가, 히드록시기, 니트로기, 시아노기, 아미노기, 카르복실기, 직쇄 또는 분지쇄의 C1 내지 C30 알킬기; C1 내지 C10 알킬실릴기; C3 내지 C30 시클로알킬기; C6 내지 C30 아릴기; C2 내지 C30 헤테로아릴기; C1 내지 C10 알콕시기; 할로겐기; 또는 C1 내지 C10 플루오로알킬기로 치환된 것을 의미한다. As used herein, "substituted" means that at least one hydrogen in the residue is a hydroxy group, nitro group, cyano group, amino group, carboxyl group, straight or branched C1 to C30 alkyl group; C1 to C10 alkylsilyl group; C3 to C30 cycloalkyl group; C6 to C30 aryl group; C2 to C30 heteroaryl group; C1 to C10 alkoxy group; Halogen group; Or a substituted with a C1 to C10 fluoroalkyl group.

일구현예에서, 온도 감응성 코폴리머는 온도 감응성 올리고머가 그라프트된 제1 반복단위; 및 이온성 잔기와 상기 이온성 잔기의 반대 이온을 포함한 제2 반복단위를 포함한다. 상기 온도 감응성 코폴리머는 폴리아미노산 유도체일 수 있다. 상기 코폴리머는, 2개 이상의 상이한 제1 반복단위 및/또는 2개 이상의 상이한 제2 반복단위를 포함할 수 있다.In one embodiment, the temperature sensitive copolymer comprises: a first repeating unit grafted with a temperature sensitive oligomer; And a second repeating unit comprising an ionic moiety and a counter ion of the ionic moiety. The temperature sensitive copolymer may be a polyamino acid derivative. The copolymer may comprise two or more different first repeating units and / or two or more different second repeating units.

상기 코폴리머의 제1 반복단위에 그라프트된 온도 감응성 올리고머는 작은 온도 변화에 대응하여 현저히 낮은 값의 물에 대한 용해도(water solubility)를 나타낼 수 있다. 상기 온도 감응성 올리고머는, 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 잔기를 가진 불포화 모노머로부터 유래된 반복단위를 포함한 올리고머이거나, 혹은 고리 내에 C, N 및 O를 포함하고 C=N 결합을 가진 이종 고리 화합물로부터 유래된 반복단위를 포함하는 올리고머이다:The temperature sensitive oligomers grafted to the first repeating unit of the copolymer may exhibit water solubility in water at significantly lower values in response to small temperature changes. The temperature sensitive oligomer is an oligomer comprising a repeating unit derived from an unsaturated monomer having a residue represented by the formula (1) or (2), or from a heterocyclic compound containing C, N and O in a ring and having a C═N bond Oligomers containing derived repeat units:

[화학식 1][Formula 1]

*-C(=O)N(R2)(R3)* -C (= O) N (R 2 ) (R 3 )

화학식 1에서, R2 및 R3는, 각각 독립적으로, 수소이거나, 혹은 직쇄 또는 분지쇄의 C1 내지 C6의 알킬기, C3 내지 C7의 시클로알킬기, 또는 C6 내지 C10의 아릴기이되, R2 및 R3가 모두 수소일 수는 없고, R2 및 R3는 서로 결합하여 질소 포함 헤테로 고리를 형성할 수 있다.In formula (1), R 2 and R 3 are each independently hydrogen or a straight or branched C 1 to C 6 alkyl group, C 3 to C 7 cycloalkyl group, or C 6 to C 10 aryl group, R 2 and R All three may not be hydrogen, and R 2 and R 3 may combine with each other to form a nitrogen-containing hetero ring.

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112013020181886-pat00012
Figure 112013020181886-pat00012

화학식 2에서, R4은 C2 내지 C5 알킬렌기이다.In formula (2), R 4 is a C2 to C5 alkylene group.

온도 감응성 올리고머의 골격(backbone)은 비닐 모노머, 아크릴 모노머 등의 불포화 모노머에서 유래하거나 또는 폴리에테르, 폴리에틸렌글리콜, 폴리에스테르 등의 반복단위를 포함할 수 있다.The backbone of the temperature sensitive oligomer may be derived from unsaturated monomers such as vinyl monomers, acrylic monomers, or may include repeating units such as polyethers, polyethylene glycols, polyesters, and the like.

구체적으로, 온도 감응성 올리고머는, 하기 화학식 3으로 나타내어지는 옥사졸린 화합물로부터 유래된 반복단위를 포함한 올리고머일 수 있거나, 혹은 하기 화학식 4로 나타내어지는 N-알킬(메트)아크릴아미드로부터 유래된 반복단위, 하기 화학식 5로 나타내어지는 N-비닐 락탐으로부터 유래된 반복단위, 또는 이들의 조합을 포함한 올리고머일 수 있다:Specifically, the temperature sensitive oligomer may be an oligomer including a repeating unit derived from an oxazoline compound represented by the following Chemical Formula 3, or a repeating unit derived from an N-alkyl (meth) acrylamide represented by the following Chemical Formula 4, It may be an oligomer comprising repeating units derived from N-vinyl lactam represented by the following formula (5), or a combination thereof:

[화학식 3][Formula 3]

Figure 112013020181886-pat00013
Figure 112013020181886-pat00013

화학식 3에서, Ak 는 탄소수 1 내지 10, 구체적으로 탄소수 1 내지 5의 직쇄 또는 가지형 알킬기, 예컨대, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, 펜틸기, 이소펜틸기이고, R 은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬이고; In formula (3), Ak is a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, specifically 1 to 5 carbon atoms, for example, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, an isobutyl group, a pentyl group, an isopentyl group, Each R is independently hydrogen or alkyl having 1 to 3 carbon atoms;

[화학식 4][Formula 4]

Figure 112013020181886-pat00014
Figure 112013020181886-pat00014

화학식 4에서, R1은 수소 또는 메틸이고, R2 및 R3는 화학식 1에서 정의된 바와 같으며;In formula (4), R 1 is hydrogen or methyl, and R 2 and R 3 are as defined in formula (1);

[화학식 5][Formula 5]

Figure 112013020181886-pat00015
Figure 112013020181886-pat00015

화학식 5에서, R4 는 화학식 2에서 정의된 바와 같다.In formula (5), R 4 is as defined in formula (2).

온도 감응성 올리고머가 N-알킬(메트)아크릴아미드로부터 유래된 반복단위, N-비닐락탐으로부터 유래된 반복단위, 또는 이들의 조합을 포함한 올리고머인 경우, 선택에 따라 (메트)아크릴아미드로부터 유래된 반복단위를 더 포함할 수 있다.If the temperature sensitive oligomer is an oligomer comprising repeating units derived from N-alkyl (meth) acrylamide, repeating units derived from N-vinyllactam, or a combination thereof, optionally repeating derived from (meth) acrylamide It may further include a unit.

더 구체적으로, 상기 옥사졸린 화합물은, 2-메틸-옥사졸린, 2-에틸-2-옥사졸린, 2-프로필-2-옥사졸린, 2-이소프로필-2-옥사졸린, 2-부틸-2-옥사졸린, 2-이소부틸-2-옥사졸린, 2-펜틸-2-옥사졸린, 2-이소펜틸-2-옥사졸린, 또는 이들의 조합일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 옥사졸린 화합물을 중합(예컨대, 양이온 중합)시키면 하기 화학식 9의 반복단위를 포함하는 소망하는 분자량의 올리고머를 얻을 수 있으며, 구체적인 중합 조건과 방법은 공지되어 있다:More specifically, the oxazoline compound is 2-methyl-oxazoline, 2-ethyl-2-oxazoline, 2-propyl-2-oxazoline, 2-isopropyl-2-oxazoline, 2-butyl-2 Oxazoline, 2-isobutyl-2-oxazoline, 2-pentyl-2-oxazoline, 2-isopentyl-2-oxazoline, or a combination thereof, but is not limited thereto. Polymerization (eg, cationic polymerization) of the oxazoline compound yields oligomers of desired molecular weight comprising repeating units of formula (9), and specific polymerization conditions and methods are known:

[화학식 9][Formula 9]

Figure 112013020181886-pat00016
Figure 112013020181886-pat00016

화학식 9에서, Ak 및 R은 화학식 3에서 정의된 바와 같다.In formula (9), Ak and R are as defined in formula (3).

상기 N-알킬(메트)아크릴아미드는, N-이소프로필(메트)아크릴아미드(NIPAAM), N-이소부틸(메트)아크릴아미드, N-이소펜틸(메트)아크릴아미드, N,N-디메틸(메트)아크릴아미드, N,N-에틸메틸(메트)아크릴아미드, 및 N,N-디에틸(메트)아크릴아미드(DEAAM)로부터 선택된 하나 이상일 수 있고, 상기 N-비닐락탐은, N-비닐카프로락탐(VCL), N-비닐-2-피롤리돈 및 N-비닐-피페리돈으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. The said N-alkyl (meth) acrylamide is N-isopropyl (meth) acrylamide (NIPAAM), N-isobutyl (meth) acrylamide, N-isopentyl (meth) acrylamide, N, N-dimethyl ( One or more selected from meth) acrylamide, N, N-ethylmethyl (meth) acrylamide, and N, N-diethyl (meth) acrylamide (DEAAM), wherein the N-vinyllactam is N-vinyl capro At least one selected from lactam (VCL), N-vinyl-2-pyrrolidone and N-vinyl-piperidone.

상기 올리고머가, N-알킬(메트)아크릴아미드 및 N-비닐락탐 중 하나 이상과 (메트)아크릴아미드의 코-올리고머인 경우, 전체 모노머 중 (메트)아크릴이미드의 몰 비율은 40몰% 이하, 구체적으로는 30몰% 이하, 더 구체적으로는 15몰% 이하, 및 가장 구체적으로는 10몰% 이하일 수 있다. When the oligomer is a co-oligomer of one or more of N-alkyl (meth) acrylamide and N-vinyllactam and (meth) acrylamide, the molar ratio of (meth) acrylimide in all monomers is 40 mol% or less. , Specifically 30 mol% or less, more specifically 15 mol% or less, and most specifically 10 mol% or less.

상기 화학식 4로 나타내어지는 N-알킬(메트)아크릴아미드 또는 상기 화학식 5로 나타내어지는 N-비닐락탐을 중합 (예컨대, 라디칼 중합)시키면, 각각, 하기 화학식 7로 나타내어지는 반복단위를 포함하고 소망하는 중합도를 가진 올리고머 또는 하기 화학식 8로 나타내어지는 반복단위를 포함하고 소망하는 중합도를 가진 올리고머를 얻을 수 있으며, 구체적인 중합 방법/조건은 알려져 있다:When the N-alkyl (meth) acrylamide represented by the formula (4) or the N-vinyllactam represented by the formula (5) is polymerized (for example, radical polymerization), each of the repeating units represented by the following formula (7) Oligomers having a degree of polymerization or oligomers having a desired degree of polymerization comprising a repeating unit represented by the following formula (8) can be obtained, and specific polymerization methods / conditions are known:

[화학식 7][Formula 7]

Figure 112013020181886-pat00017
Figure 112013020181886-pat00017

화학식 7에서, R1, R2, 및 R3 는 화학식 4에서 정의된 바와 같다.In Formula 7, R 1 , R 2 , and R 3 are as defined in Formula 4.

[화학식 8][Formula 8]

Figure 112013020181886-pat00018
Figure 112013020181886-pat00018

화학식 8에서, R4은 화학식 5에서 정의된 바와 같다.In formula (8), R 4 is as defined in formula (5).

상기 온도 감응성 코폴리머의 제2 반복 단위에서, 이온성 잔기의 구체적인 예는 -COO-, -SO3 -, -PO3 2 -, 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 제2 반복단위에 포함된 반대 이온은, 상기 이온성 잔기에 반대되는 전하를 띄며, 알칼리금속의 양이온, 알칼리 토금속의 양이온 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 이온성 잔기와 상기 짝이온은 이온 결합된 상태로 존재할 수 있다.In the second repeating unit of the temperature-sensitive copolymer, and specific examples of the ionic moieties -COO -, -SO 3 -, -PO 3 2 -, or a combination thereof. The counter ions included in the second repeating unit have a charge opposite to the ionic residue, and may be a cation of an alkali metal, a cation of an alkaline earth metal, or a combination thereof. The ionic moiety and the counterion may be present in an ionic bond.

상기 온도 감응성 코폴리머에서, 상기 제2 반복 단위들은 동일한 이온성 잔기를 포함하거나, 혹은 각각 독립적으로 상이한 이온성 잔기를 포함할 수 있다. 다시 말해, 상기 코폴리머는, 1종의 이온성 잔기를 포함할 수 있거나, 2종 이상의 이온성 잔기를 포함할 수도 있다. 비제한적인 예로서, 상기 온도 감응성 코폴리머에 존재하는 모든 제2 반복단위는, 이온성 잔기로서 -COO-를 포함할 수 있다. 다른 비제한적인 예로서, 상기 온도 감응성 코폴리머에 존재하는 제2 반복단위들 중 일부는 -COO- 를 이온성 잔기로서 포함하고, 나머지는 -SO3 - 및/또는 -PO3 2 - 를 포함할 수 있다. In the temperature sensitive copolymer, the second repeating units may comprise the same ionic moiety, or may each independently comprise different ionic moieties. In other words, the copolymer may comprise one ionic moiety or may comprise two or more ionic moieties. As a non-limiting example, all second repeating units present in the temperature sensitive copolymer may include -COO - as the ionic moiety. As another non-limiting example, some of the second repeat unit is present in the thermosensitive copolymer is -COO - include an ionic moiety, and the other is -SO 3 - include - and / or -PO 3 2 can do.

구체적으로, 온도 감응성 올리고머가 그라프트된 제1 반복단위 및 이온성 잔기 및 반대 이온을 가진 제2 반복단위를 포함하는 온도 감응성 코폴리머는, 하기 화학식 6에 의해 나타내어질 수 있다:Specifically, a temperature sensitive copolymer comprising a first repeating unit grafted with a temperature sensitive oligomer and a second repeating unit having an ionic moiety and a counter ion may be represented by the following Chemical Formula 6:

[화학식 6][Formula 6]

Figure 112013020181886-pat00019
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화학식 6에서, A-는 이온성 잔기를 포함하는 기이고, M+는 상기 이온성 잔기의 반대 이온이며, Q는 -NR- (여기서, R은 수소 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬기임) 또는 -S-이고, L은, 직접 결합, 치환 또는 미치환의 C1 내지 C20의 알킬렌, 또는 치환 또는 미치환의 C1 내지 C20의 티오알킬렌이고, Og는, 상기 화학식 7의 반복단위를 포함하는 올리고머, 상기 화학식 8의 반복단위를 포함하는 올리고머, 또는 상기 화학식 9의 반복단위를 포함하는 올리고머이다.In formula (6), A is a group containing an ionic moiety, M + is a counter ion of the ionic moiety, and Q is —NR— (where R is hydrogen or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms) or- S-, L is a direct bond, substituted or unsubstituted C1 to C20 alkylene, or substituted or unsubstituted C1 to C20 thioalkylene, and Og is an oligomer comprising a repeating unit of Formula 7 , An oligomer comprising a repeating unit of Formula 8, or an oligomer comprising a repeating unit of Formula 9.

구체적으로, A- 는, 동일하거나 상이하며, -COO-, -CONR-Z-SO3 -, -CONR-Z-O-PO3 -2, -CO-S-Z-SO3 -, 및 -CO-S-Z-O-PO3 -2로부터 선택되되, R은 수소 또는 C1 내지 C5의 알킬기이고, Z는 치환 또는 미치환의 C1 내지 10의 알킬렌기이며, M+는, Na+, K+, Li+, Rb+, Ca2 +, Mg2 +, Ba2 + 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다. Specifically, A - are the same or different, -COO -, -CONR-Z- SO 3 -, -CONR-ZO-PO 3 -2, -CO-SZ-SO 3 -, and -CO-SZO- Selected from PO 3 -2 , wherein R is hydrogen or an alkyl group of C1 to C5, Z is a substituted or unsubstituted C1-10 alkylene group, and M + is Na + , K + , Li + , Rb + , Ca 2 +, Mg 2 +, may be selected from Ba + 2, and combinations thereof.

상기 온도 감응성 코폴리머는, 저임계 용액 온도(LCST)를 가지며 작은 온도 변화에 대응하여 물에 대한 용해도가 현저히 떨어질 수 있으며, 침전될 수 있다. 본 명세서에서, "온도 감응성" 이라 함은, 해당 코폴리머 (또는 해당 올리고머)의 특정 용매 (예컨대, 물)에 대한 용해도가 임계 온도 이상에서 현저히 감소되어, 상기 임계 온도를 기준으로 가역적으로 응집되거나 또는 용해되는 폴리머 (또는 올리고머)의 물성을 말한다. 여기서, 저임계 용액 온도는, 그 이상에서 상기 온도 감응성 코폴리머의 용액(예컨대, 수용액)이 상 분리를 보일 수 있는 임계 온도를 말한다. 즉, 저임계 용액 온도 미만에서, 상기 온도 감응성 코폴리머는 물과 혼화성(miscible)이다. 상기 온도 감응성 코폴리머의 저임계 용액 온도는, 용액 농도 0.01 g/ml에서, 약 10 내지 약 50℃의 범위 내에 존재할 수 있고, 예를 들어 약 25 내지 약 50℃, 구체적으로 약 30 내지 약 45℃의 범위 내에 존재할 수 있다. The temperature sensitive copolymer has a low critical solution temperature (LCST) and can significantly reduce its solubility in water in response to small temperature changes and can precipitate. As used herein, " temperature sensitive " means that the solubility of a given copolymer (or corresponding oligomer) in a particular solvent (e.g., water) is significantly reduced above a critical temperature, thereby reversibly agglomerating based on the critical temperature or Or physical properties of the polymer (or oligomer) to be dissolved. Here, the low critical solution temperature refers to a critical temperature above which a solution (eg, an aqueous solution) of the temperature sensitive copolymer can exhibit phase separation. That is, below the low critical solution temperature, the temperature sensitive copolymer is miscible with water. The low critical solution temperature of the temperature sensitive copolymer may be present in the range of about 10 to about 50 ° C., at a solution concentration of 0.01 g / ml, for example about 25 to about 50 ° C., specifically about 30 to about 45 It may be present in the range of ℃.

상기 저임계 용액 온도(LCST) 미만에서는 상기 코폴리머에 그라프트된 온도 감응성 올리고머가 물과 수소 결합을 형성할 수 있어, 상기 코폴리머가 물에 용해된 상태로 존재할 수 있다. 상기 저임계 용액 온도(LCST) 이상에서는 상기 코폴리머의 친수성이 현저히 낮아져서 그라프트된 상기 올리고머 간에 소수성 상호작용(hydrophobic interaction)이 지배적이 된다. 이에 따라 상기 코폴리머는 물에 대한 용해도가 낮아지고, 분자내 또는 분자간 소수성 상호작용에 의해 자가 응집된 입자를 형성하여 용액으로부터 침전될 수 있다. 상기 저임계 온도 이상의 온도에서 자가 응집된 코폴리머 입자는 증가된 크기를 가져서 용액(예컨대, 삼투 유도 용액)으로부터 용이하게 분리될 수 있다.Below the low critical solution temperature (LCST), the temperature sensitive oligomer grafted to the copolymer may form a hydrogen bond with water, so that the copolymer may be present in a dissolved state in water. Above the low critical solution temperature (LCST), the hydrophilicity of the copolymer is significantly lowered such that hydrophobic interactions between the grafted oligomers dominate. Accordingly, the copolymer has low solubility in water and may precipitate out of solution by forming self-aggregated particles by intramolecular or intermolecular hydrophobic interaction. Self-aggregated copolymer particles at temperatures above the low critical temperature have increased size and can be easily separated from solutions (eg, osmotic induction solutions).

일구현예에 따르면, 상기 저임계 용액 온도(LCST)보다 높은 온도에서 상기 온도 감응성 코폴리머는, 그의 주쇄가 쉘(shell)을 형성하고, 그라프트된 온도 감응성 올리고머가 코어(core)를 형성하는 코어-쉘 형태의 1차 응집 입자를 형성할 수 있다. 여기서, 그라프트된 상기 온도 감응성 올리고머 성분을 조절하거나 용액 중 코폴리머 농도를 증가시켜, 분자간 상호 작용(intermolecular interaction)이 일어나기 쉽게 되어 2차 응집 입자를 형성할 수 있다. 비제한적인 예에서, 그라프트된 올리고머 성분의 조절은, 상기 올리고머의 중합도를 높이거나, 상기 코폴리머 내에서 제1 반복 단위의 함량 (즉, 온도 감응성 올리고머의 함량)을 높이는 것을 포함한다. 이러한 2차 응집에 의해 코폴리머 입자는 증가된 크기를 가지므로, 용액으로부터 쉽게 분리될 수 있다. 따라서, 에너지 소비가 높은 수단 (예컨대, 원심분리, 역삼투(RO) 멤브레인, 나노 여과 등)에 의하지 않아도 (예를 들어, 미세 여과(MF) 등에 의해) 입자 분리를 용이하게 달성할 수 있다. 따라서, 상기 온도 감응성 코폴리머를 유도 용질로서 이용할 경우, 삼투 유도 용액으로부터 용질의 분리가 용이해진다.According to one embodiment, the temperature sensitive copolymer at a temperature higher than the low critical solution temperature (LCST) is characterized in that its main chain forms a shell, and the grafted temperature sensitive oligomer forms a core. Primary aggregated particles in the form of core-shells can be formed. Here, by adjusting the grafted temperature-sensitive oligomer component or increasing the copolymer concentration in the solution, the intermolecular interaction (intermolecular interaction) is likely to occur to form secondary aggregated particles. In a non-limiting example, control of the grafted oligomer component includes increasing the degree of polymerization of the oligomer or increasing the content of the first repeating unit (ie, the content of temperature sensitive oligomers) in the copolymer. By this secondary agglomeration, the copolymer particles have an increased size and therefore can be easily separated from the solution. Therefore, particle separation can be easily achieved without using energy-consuming means (eg, centrifugation, reverse osmosis (RO) membrane, nanofiltration, etc.) (eg, by fine filtration (MF), etc.). Therefore, when the temperature sensitive copolymer is used as the inducing solute, separation of the solute from the osmotic induction solution is facilitated.

또한, 상기 온도 감응성 코폴리머는, 이온성 잔기 및 반대 이온을 포함하는 제2 반복단위를 포함하며, 이러한 이온성 잔기 및 반대이온은 상기 코폴리머에 이온성(ionicity)을 부여할 수 있다. 이러한 이온성으로 인해 상기 온도 감응성 코폴리머는 LCST 미만의 온도에서 높은 수준의 물에 대한 용해도를 가질 수 있고 증가된 수력학적 용량을 나타낼 수 있다. 이에 따라 상기 코폴리머의 수용액이 보다 높은 수준의 삼투압을 나타낼 수 있다. 이러한 효과는, 이온성 잔기의 반대 이온의 이온 반경이 작을수록 더 현저해질 수 있다. 상기 이온성 잔기는 폴리머 사슬에 포함되어 있고, 반대이온은 상기 이온성 잔기에 (이온 결합 등의 상호 작용에 의해) 구속되어 있으므로, 이를 삼투 유도 용질로서 사용한 경우, 반투막을 통한 용질의 역확산을 최소 수준으로 억제하면서 높은 삼투압을 제공할 수 있다. 또, 상기 코폴리머의 제2 반복 단위에 적절한 이온성 잔기 및 그의 반대 이온을 도입함에 의해, 최종 코폴리머가 생체 친화성이며 생분해성을 가지게 될 수 있다. 따라서, 이러한 코폴리머는 정수 처리용 유도 용질로서 유용하다.In addition, the temperature sensitive copolymer may include a second repeating unit including an ionic moiety and a counter ion, and the ionic moiety and the counter ion may impart ionicity to the copolymer. This ionicity allows the temperature sensitive copolymer to have a high level of solubility in water at temperatures below LCST and to exhibit increased hydraulic capacity. Accordingly, the aqueous solution of the copolymer may exhibit a higher level of osmotic pressure. This effect can be more pronounced the smaller the ionic radius of the counter ion of the ionic moiety. Since the ionic moiety is contained in the polymer chain and the counterion is bound to the ionic moiety (by interaction with an ionic bond or the like), when it is used as an osmotic inducing solute, it is possible to despread the solute through the semipermeable membrane. High osmotic pressure can be provided while suppressing to a minimum level. In addition, by introducing the appropriate ionic moiety and counter ions thereof into the second repeating unit of the copolymer, the final copolymer can be biocompatible and biodegradable. Therefore, such copolymers are useful as inducing solutes for water treatment.

상기 온도 감응성 코폴리머에서, 제1 반복 단위에 그라프트된 올리고머는, 2 내지 30 범위, 구체적으로는, 2 내지 25, 더 구체적으로는 4 내지 25의 범위의 중합도를 가질 수 있다. 또, 상기 온도 감응성 올리고머가 그라프트된 제1 반복단위 및 이온성 잔기/반대이온을 포함한 제2 반복단위를 포함한 온도 감응성 코폴리머는, 5000 내지 250,000 범위, 구체적으로는 5000 내지 100,000 범위, 더 구체적으로는 5,000 내지 약 50,000의 범위의 수평균 분자량을 가질 수 있다. 상기 범위의 올리고머 중합도 및 상기 범위의 수평균 분자량을 갖는 온도 감응성 코폴리머는, 저임계 용액 온도(LCST) 미만에서 물에 대한 용해도가 높아 고농도의 수용액을 제공할 수 있고, 제조된 수용액은 높은 수준의 삼투압을 생성하여 더 높은 워터플럭스(water flux)를 유도할 수 있다.In the temperature sensitive copolymer, the oligomer grafted to the first repeating unit may have a degree of polymerization in the range of 2 to 30, specifically, 2 to 25, more specifically 4 to 25. Further, the temperature sensitive copolymer including the first repeating unit grafted with the temperature sensitive oligomer and the second repeating unit including the ionic moiety / counter ion may be in the range of 5000 to 250,000, specifically, in the range of 5000 to 100,000, more specifically. It may have a number average molecular weight in the range of 5,000 to about 50,000. The temperature sensitive copolymer having the oligomer polymerization degree in the above range and the number average molecular weight in the above range has a high solubility in water below the low critical solution temperature (LCST) to provide a high concentration of the aqueous solution, and the prepared aqueous solution has a high level. The osmotic pressure of can be generated to induce higher water flux.

상기 온도 감응성 코폴리머의 제1 반복 단위와 제2 반복 단위 간의 몰 비율을 조절하면 최종 코폴리머의 온도 감응성 및 삼투압의 수준을 조절할 수 있다. 특정 이론에 구속되려 함은 아니지만, 제1 반복 단위의 상대적 몰 비율이 높아지면 온도 감응성이 더 현저해지고, 제2 반복 단위의 상대적 몰 비율의 증가는 더 높은 수준의 삼투압을 가져올 수 있다. 일구현예에 따르면, 상기 온도 감응성 코폴리머에서 제1 반복 단위와 제2 반복 단위 간의 몰 비율 (제1 반복단위: 제2 반복단위)은 1:99 내지 60:40, 구체적으로는, 1:99 내지 40:60, 더 구체적으로 2:98 내지 20:80, 보다 더 구체적으로는, 2:98 내지 10:90의 범위일 수 있다. 이러한 범위의 몰 비율에서 상기 코폴리머가 현저한 온도 감응성을 가지면서도 높은 수준의 삼투압을 발현할 수 있다. By adjusting the molar ratio between the first repeating unit and the second repeating unit of the temperature sensitive copolymer, the level of temperature sensitivity and osmotic pressure of the final copolymer can be adjusted. While not wishing to be bound by any theory, the higher the relative molar ratio of the first repeating unit, the more prominent the temperature sensitivity is, and an increase in the relative molar ratio of the second repeating unit can lead to higher levels of osmotic pressure. According to one embodiment, the molar ratio (first repeating unit: second repeating unit) between the first repeating unit and the second repeating unit in the temperature sensitive copolymer is 1:99 to 60:40, specifically, 1: 99 to 40:60, more specifically 2:98 to 20:80, even more specifically, 2:98 to 10:90. In this range of molar ratios the copolymer can express high levels of osmotic pressure while having significant temperature sensitivity.

상기 온도 감응성 코폴리머는, 제1 반복 단위 및 제2 반복단위의 블록 공중합체, 랜덤 공중합체, 또는 그라프트 공중합체일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The temperature sensitive copolymer may be, but is not limited to, a block copolymer, a random copolymer, or a graft copolymer of the first and second repeating units.

상기 온도 감응성 코폴리머는 저임계 용액 온도(LCST) 이상의 용액 중에 (자가) 응집되어, 입자 크기가 급격히 증가한다. 상기 온도 감응성 코폴리머는, LCST 미만의 온도에 비해, LCST 이상에서 용액 내 존재하는 전체 코폴리머의 약 50중량% 이상의 입자 크기가 약 10배 이상, 구체적으로는 약 10배 내지 약 10,000배로, 더 구체적으로는 약 100배 내지 약 10,000배로, 가장 구체적으로는, 약 1,000배 내지 약 10,000배 증가할 수 있다. 이러한 입자 크기 변화는 동적 광산란 (Dynamic Light Scattering)법을 통해 수력학적 지름(hydrodynamic diameter)을 측정하여 확인할 수 있다. LCST 이상의 온도에서 코폴리머 입자의 수력학적 지름은, 예를 들면, 약 100nm 내지 약 10,000nm, 구체적으로 300nm 약 50㎛, 보다 구체적으로, 약 300nm 내지 약 5㎛의 범위일 수 있다.The temperature sensitive copolymer aggregates (self) in a solution above the low critical solution temperature (LCST), resulting in a sharp increase in particle size. The temperature sensitive copolymer has a particle size of at least about 10%, in particular from about 10 to about 10,000 times, of at least about 50% by weight of the total copolymer present in the solution at or above LCST, relative to a temperature below LCST. Specifically, it may increase from about 100 times to about 10,000 times, and most specifically, about 1,000 times to about 10,000 times. This change in particle size can be confirmed by measuring hydrodynamic diameter through the Dynamic Light Scattering method. The hydraulic diameter of the copolymer particles at a temperature above LCST may be, for example, in the range of about 100 nm to about 10,000 nm, specifically 300 nm about 50 μm, more specifically about 300 nm to about 5 μm.

상기 온도 감응성 코폴리머는, 상기 저임계 용액 온도(LCST) 미만에서 물에 대한 용해도가 약 100g/L 이상일 수 있고, 상기 저임계 용액 온도(LCST) 이상에서는 물에 대한 용해도가 약 10g/L 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 온도 감응성 코폴리머는 상기 저임계 용액 온도(LCST) 미만에서는 물에 대한 용해도가 약 200g/L 내지 약 800g/L일 수 있고, 상기 저임계 용액 온도(LCST) 이상에서는 물에 대한 용해도가 약 0.1g/L 내지 약 10g/L일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 공중합체 화합물은 상기 저임계 용액 온도(LCST) 미만에서는 물에 대한 용해도가 약 500g/L 내지 약 800g/L이고, 상기 저임계 용액 온도(LCST) 이상에서는 물에 대한 용해도가 약 0.1g/L 내지 약 1g/L일 수 있다.The temperature sensitive copolymer may have a solubility in water of less than about 100 g / L below the low critical solution temperature (LCST), and a solubility in water of less than about 10 g / L above the low critical solution temperature (LCST). Can be. Specifically, the temperature sensitive copolymer may have a solubility in water of less than the low critical solution temperature (LCST) of about 200 g / L to about 800 g / L, and above the low critical solution temperature (LCST) of water. Solubility may be from about 0.1 g / L to about 10 g / L. More specifically, the copolymer compound has a solubility in water of about 500 g / L to about 800 g / L below the low critical solution temperature (LCST), and a solubility in water above the low critical solution temperature (LCST). About 0.1 g / L to about 1 g / L.

상기 온도 감응성 코폴리머를 수용액으로 제조한 경우, 상기 수용액은 상기 코폴리머의 저임계 용액 온도(LCST) 미만의 온도 및 0.4g/ml의 농도에서, 삼투압이 20atm 이상일 수 있다. 상기 삼투압은 어는점 내림법에 따라 측정하거나 혹은 멤브레인 삼투압계 (membrane osmometer)를 사용하여 측정 가능하다. 상기 온도 감응성 코폴리머는, 이러한 수준의 삼투압을 제공할 수 있으므로, 후술하는 바와 같이, 삼투 유도 용액의 용질로서 유용성을 찾을 수 있다. 뿐만 아니라, 온도 감응성을 가지므로 유도 용질의 용도 이외에도 온도 감응성을 활용할 수 있는 다양한 분야에서 유용성을 찾을 수 있다. 예컨대, 상기 온도 감응성 코폴리머는 약물 전달 시스템(drug delivery system: DDS) 등의 용도로 사용될 수 있다.When the temperature sensitive copolymer is prepared as an aqueous solution, the aqueous solution may have an osmotic pressure of 20 atm or more at a temperature of less than the low critical solution temperature (LCST) of the copolymer and a concentration of 0.4 g / ml. The osmotic pressure can be measured by a freezing point lowering method or by using a membrane osmometer. The temperature sensitive copolymer can provide this level of osmotic pressure, and as will be described later, it may find utility as a solute of the osmotic induction solution. In addition, since it has a temperature sensitivity, it can be found useful in various fields that can utilize temperature sensitivity in addition to the use of induction solutes. For example, the temperature sensitive copolymer may be used for a drug delivery system (DDS) or the like.

다른 구현예에서, 본 발명은 온도 감응성 올리고머가 그라프트된 제1 반복단위; 및 이온성 잔기와 상기 이온성 잔기의 반대 이온을 포함한 제2 반복단위를 포함하는 온도 감응성 코폴리머의 제조 방법을 제공하는 바, 상기 방법은,In another embodiment, the present invention provides a kit comprising: a first repeating unit grafted with a temperature sensitive oligomer; And a second repeating unit comprising an ionic moiety and a counter ion of the ionic moiety, the method comprising the steps of:

폴리숙신이미드를 준비하는 단계;Preparing polysuccinimide;

한쪽 말단에 아민기 또는 티올기를 가지고 하기 화학식 3으로 나타내어지는 모노머로부터 유래된 반복단위를 포함하는 온도 감응성 올리고머, 또는 한쪽 말단에 아민기 또는 티올기를 가지고 하기 화학식 4로 나타내어지는 모노머로부터 유래된 반복단위, 하기 화학식 5로 나타내어지는 모노머로부터 유래된 반복단위 또는 이들의 조합을 포함하는 온도 감응성 올리고머를 준비하는 단계;A temperature sensitive oligomer comprising a repeating unit derived from a monomer represented by the following formula (3) having an amine group or a thiol group at one end, or a repeating unit derived from a monomer represented by the following formula (4) having an amine group or a thiol group at one terminal; Preparing a temperature sensitive oligomer comprising a repeating unit derived from a monomer represented by Formula 5 or a combination thereof;

[화학식 3][Formula 3]

Figure 112013020181886-pat00020
Figure 112013020181886-pat00020

화학식 3에서, Ak 는 탄소수 1 내지 10의 직쇄 또는 가지형 알킬기이고, R 은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬이고;In formula (3), Ak is a straight-chain or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and R is each independently hydrogen or alkyl having 1 to 3 carbon atoms;

[화학식 4][Formula 4]

Figure 112013020181886-pat00021
Figure 112013020181886-pat00021

화학식 4에서, R1은 수소 또는 메틸이고, R2 및 R3는 각각 독립적으로 수소이거나 혹은 선형 또는 분기형 C1-C6 알킬기, C3-C7 시클로알킬기, 또는 C6-C10의 아릴기이되, R2 및 R3가 모두 수소일 수는 없으며, R2 및 R3는 서로 연결되어 질소 포함 헤테로 고리를 형성할 수 있고;In formula (4), R 1 is hydrogen or methyl, R 2 and R 3 are each independently hydrogen or a linear or branched C 1 -C 6 alkyl group, C 3 -C 7 cycloalkyl group, or C 6 -C 10 aryl group, R 2 And R 3 may not all be hydrogen, and R 2 and R 3 may be linked to each other to form a nitrogen-containing hetero ring;

[화학식 5][Formula 5]

Figure 112013020181886-pat00022
Figure 112013020181886-pat00022

화학식 5에서, R4 는 탄소수 2 내지 5의 알킬렌이며;In formula (5), R 4 is alkylene having 2 to 5 carbon atoms;

상기 폴리숙신이미드를 상기 온도 감응성 올리고머와 반응시켜 상기 폴리숙신이미드의 숙신이미드 고리의 일부를 열고 상기 온도 감응성 올리고머를 그라프트시키는 단계; 및Reacting the polysuccinimide with the temperature sensitive oligomer to open a portion of the succinimide ring of the polysuccinimide and to graft the temperature sensitive oligomer; And

상기 반응의 생성물을, 이온성 잔기를 포함하는 아민 화합물, 이온성 잔기를 포함하는 티올 화합물, 무기 염기, 또는 이들의 조합으로 반응시켜, 상기 폴리숙신 이미드의 남아있는 숙신 이미드 고리를 열고 이온성 잔기 및 반대 이온을 도입하는 단계를 포함한다.The product of the reaction is reacted with an amine compound containing an ionic moiety, a thiol compound containing an ionic moiety, an inorganic base, or a combination thereof to open the remaining succinimide ring of the polysuccinimide and ion Introducing a sex moiety and a counter ion.

상기 폴리 숙신산 이미드의 수평균 분자량은 1000 내지 25,000 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 일구현예에서, 상기 폴리숙신산 이미드는, 5,000 이하의 수평균 분자량을 가질 수 있다. 이러한 분자량 범위의 폴리숙신산 이미드는 공지된 방법에 따라 제조할 수 있다. The number average molecular weight of the poly succinic acid imide may be 1000 to 25,000, but is not limited thereto. In one embodiment, the polysuccinic acid imide may have a number average molecular weight of 5,000 or less. Polysuccinic acid imides in this molecular weight range can be prepared according to known methods.

한쪽 말단에 아민기 또는 티올기를 가지고, 상기 화학식 3으로부터 유래된 반복단위를 포함하는 올리고머, 및 한쪽 말단에 아민기 또는 티올기를 가지고, 상기 화학식 4로부터 유래된 반복단위, 상기 화학식 5로부터 유래된 반복단위, 또는 이들의 조합을 포함하는 올리고머에 대한 구체적 내용은, 위에서 온도 감응성 올리고머에 대하여 기술한 바와 실질적으로 동일하다. 상기 올리고머는, N-알킬(메트) 아크릴아미드 올리고머, N-알킬(메트)아크릴아미드와 (메트)아크릴아미드의 코-올리고머(co-oligomer), N-비닐 락탐의 올리고머, 2-(알킬)-2-옥사졸린의 올리고머, 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 올리고머의 구체적인 예는, N-이소프로필 아크릴아미드 올리고머, N-이소프로필 아크릴아미드-(메트)아크릴아미드의 코올리고머 N,N-디에틸아크릴아미드 올리고머, N-비닐카프로락탐 올리고머, 및 2-이소프로필-2-옥사졸린 올리고머를 들 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 올리고머는, 한쪽 말단에 아민기 또는 티올기를 포함한다. 상기 아민기 또는 티올기에 의해 숙신이미드 고리의 개환 반응이 유도(trigger)될 수 있다. 상기 아민기 또는 티올기는 올리고머 제조 시에 사용되는 사슬 전달제로부터 유래된 것일 수 있다. 대안적으로, 상기 아민기 또는 티올기는 제조된 올리고머를 적절히 반응시켜 도입할 수 있다. An oligomer having an amine group or a thiol group at one end and including a repeating unit derived from the formula (3), and a repeating unit derived from the formula (4) having a amine group or a thiol group at one end, and a repeat derived from the formula (5) The details for oligomers comprising units, or combinations thereof, are substantially the same as described above for temperature sensitive oligomers. The oligomer is an N-alkyl (meth) acrylamide oligomer, a co-oligomer of N-alkyl (meth) acrylamide and (meth) acrylamide, an oligomer of N-vinyl lactam, 2- (alkyl) Oligomers of 2-oxazoline, or combinations thereof. Specific examples of the oligomer include N-isopropyl acrylamide oligomer, co-oligomer of N-isopropyl acrylamide- (meth) acrylamide N, N-diethylacrylamide oligomer, N-vinylcaprolactam oligomer, and 2- Isopropyl-2-oxazoline oligomers, but is not limited thereto. The oligomer contains an amine group or a thiol group at one end. The ring-opening reaction of the succinimide ring may be triggered by the amine group or thiol group. The amine group or thiol group may be derived from a chain transfer agent used in preparing the oligomer. Alternatively, the amine group or thiol group can be introduced by appropriately reacting the oligomer prepared.

상기 올리고머로 폴리숙신산 이미드의 고리를 여는 반응(개환 반응)은, 소정량의 폴리숙신산 이미드 및 소정량의 온도 감응성 올리고머를 용매에 용해시킨 용액 내에서 수행될 수 있다. 폴리숙신산 이미드와 온도 감응성 올리고머 간의 양의 비율을 조절하면 상기 온도 감응성 코폴리머에서, 제1 반복단위와 제2 반복단위 간 몰 비율을 조정할 수 있다. 상기 용매는, 폴리숙신산 이미드 및 온도 감응성 올리고머를 용해시킬 수 있고 아민 또는 티올기와의 부반응을 일으키지 않는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 상기 용매의 구체적인 예는 N,N-디메틸포름아미드(DMF), 디메틸설폭시드(DMSO), 및 설포란을 포함하나 이에 제한되지 않는다. 상기 개환 반응의 온도 및 시간도 특별히 제한되지 않으며, 적절히 선택할 수 있다. 예컨대, 상기 개환 반응은, 50 내지 100도씨, 구체적으로는 60 내지 90도씨, 더 구체적으로는 70 내지 80도씨의 온도에서, 예를 들어, 3 시간 내지 72시간 동안 수행될 수 있다. 상기 개환 반응은, 선택에 따라, 트리에틸아민, 트리에탄올아민, 피리딘 또는 이들의 조합의 존재 하에 수행될 수 있다. 상기 개환 반응을 통해, 온도 감응성 올리고머가 폴리머 주쇄에 그라프트되며, 폴리숙신산 이미드와 온도 감응성 올리고머의 양을 조절하여 그라프트율을 조절할 수 있다. The reaction of opening the ring of polysuccinic acid imide with the oligomer (opening reaction) may be performed in a solution in which a predetermined amount of polysuccinic acid imide and a predetermined amount of temperature sensitive oligomer are dissolved in a solvent. By adjusting the ratio of the amount between the polysuccinic acid imide and the temperature sensitive oligomer, the molar ratio between the first repeating unit and the second repeating unit can be adjusted in the temperature sensitive copolymer. The solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the polysuccinic acid imide and the temperature sensitive oligomer and does not cause side reaction with an amine or thiol group. Specific examples of the solvent include, but are not limited to, N, N-dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), and sulfolane. The temperature and time of the ring-opening reaction are also not particularly limited and can be appropriately selected. For example, the ring opening reaction may be performed at a temperature of 50 to 100 degrees, specifically 60 to 90 degrees, and more specifically 70 to 80 degrees, for example, 3 hours to 72 hours. The ring-opening reaction may optionally be carried out in the presence of triethylamine, triethanolamine, pyridine or a combination thereof. Through the ring-opening reaction, the temperature sensitive oligomer is grafted to the polymer backbone, and the graft ratio may be controlled by adjusting the amounts of the polysuccinic acid imide and the temperature sensitive oligomer.

상기 개환 반응의 생성물을, 이온성 잔기를 포함하는 아민 화합물, 이온성 잔기를 포함하는 티올 화합물, 무기 염기, 또는 이들의 조합으로 반응시켜, 폴리숙신 이미드에 남아 있는 숙신이미드 고리를 열어주어 폴리머에 이온성 잔기 및 반대 이온을 도입한다. 이온성 잔기를 포함하는 아민 화합물의 구체적인 예는, 오르쏘포스포에탄올아민 등과 같은 인산과 C1 내지 C20의 알카놀아민의 에스테르 화합물 및 아미노에탄설폰산 등과 같은 C1 내지 C20의 설포알킬아민을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 무기 염기의 구체적인 예는, NaOH, KOH, LiOH, 등의 알칼리금속 히드록시드 및 CaOH, MgOH, BaOH, 등의 알칼리토금속 히드록시드를 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다. The product of the ring-opening reaction is reacted with an amine compound containing an ionic moiety, a thiol compound containing an ionic moiety, an inorganic base, or a combination thereof to open the succinimide ring remaining in the polysuccinimide. Introduce ionic moieties and counter ions into the polymer. Specific examples of the amine compound including an ionic moiety include an ester compound of phosphoric acid such as orthophosphoethanolamine and the like and a C1 to C20 sulfoalkylamine such as aminoethanesulfonic acid and the like. However, the present invention is not limited thereto. Specific examples of the inorganic base include, but are not limited to, alkali metal hydroxides such as NaOH, KOH, LiOH, and alkaline earth metal hydroxides such as CaOH, MgOH, BaOH, and the like.

상기 온도 감응성 코폴리머는, 정삼투 수처리 공정에서 삼투 유도 용질로서 사용될 수 있다. 상기 온도 감응성 코폴리머에 대한 구체적 내용은 전술한 바와 같다. 정삼투 수처리 공정은 유입액보다 높은 농도를 가진 삼투 유도 용액을 사용하여 유입액으로부터 삼투 유도 용액으로 물 분자를 이동시키고, 최종 삼투 유도 용액으로부터 유도 용질은 분리하여 담수를 생산하는 수처리 공정이다. 분리된 유도 용질은 재사용될 수 있다. 정삼투 수처리는, 압력 구동 공정(pressure-driven process)인 역삼투 수처리에 비해, 낮은 비용으로 운전될 수 있으나, 적절한 유도 용액의 부재로 인해 그 개발이 지연되고 있다. 전술한 구조를 가지는 온도 감응성 코폴리머는 수용액 내에서 높은 수준의 삼투압을 유발할 수 있다. 즉, 상기 온도 감응성 코폴리머는, 온도 감응성 올리고머가 그라프트된 제1 반복 단위와, 이온성 잔기/반대 이온을 가진 제2 반복 단위를 포함하므로, 저임계 용액 온도(LCST) 미만에서는 물에 대한 용해도가 높아, 고농도의 삼투 유도 용액을 제조할 수 있고 높은 삼투압을 유발할 수 있다. 또, 상기 온도 감응성 코폴리머는, LCST 온도 전후에서 현저한 용해도 차이를 나타내므로, 온도 조절에 의해 폴리머를 용이하게 회수할 수 있고, 폴리머(용질) 제거에 필요한 에너지 소비가 낮다. 뿐만 아니라, 다른 유도 용질에 비해 상대적으로 높은 분자량을 가지므로 용질의 역확산(reverse draw solute diffusion)이 최소화된다. 또, 저임계 용액 온도(LCST) 이상에 상기 코폴리머는 자가 응집되어 침전하므로 유도 용액으로부터 용질의 분리, 회수가 쉽게 이루어질 수 있다. 분리된 코폴리머를 저임계 용액 온도(LCST) 미만으로 다시 냉각할 경우, 응집이 해체되고 물에 대한 용해도가 급격히 증가하여 유도 용질로서 재사용될 수 있다. 또한, 폴리아미노산 주쇄를 가지며, 이온성 잔기/반대 이온을 포함하므로, 생분해성 및 생체 친화성 (다시 말해, 낮은 생독성)을 가지며, 이에 따라, 식수 또는 생활 용수 등의 제공에 사용될 수 있다. 예컨대, 비교적 높은 분자량의 온도 감응성 코폴리머의 경우에도, 생독성이, 예를 들어 3000 ppm 까지 전혀 없다. The temperature sensitive copolymer may be used as an osmotic inducing solute in the forward osmosis water treatment process. Details of the temperature sensitive copolymer are as described above. The forward osmosis water treatment process uses a osmotic induction solution having a higher concentration than the influent to transfer water molecules from the influent to the osmotic induction solution, and separates the solutes from the final osmotic induction solution to produce fresh water. The separated derived solute can be reused. Forward osmosis water treatment can be operated at a lower cost than reverse osmosis water treatment, which is a pressure-driven process, but its development is delayed due to the absence of suitable induction solutions. Temperature sensitive copolymers having the structures described above can cause high levels of osmotic pressure in aqueous solutions. That is, the temperature sensitive copolymer includes a first repeating unit grafted with a temperature sensitive oligomer and a second repeating unit having an ionic moiety / counter ion, so that the temperature sensitive copolymer may Solubility is high, it is possible to prepare a high concentration of osmotic induction solution and cause high osmotic pressure. Moreover, since the said temperature sensitive copolymer shows a remarkable difference in solubility before and after LCST temperature, a polymer can be easily collect | recovered by temperature control and the energy consumption required for polymer (solute) removal is low. In addition, since it has a relatively high molecular weight compared to other derived solutes, reverse draw solute diffusion is minimized. In addition, since the copolymer self-aggregates and precipitates at or above the low critical solution temperature (LCST), the solute may be easily separated and recovered from the induction solution. When the separated copolymer is cooled back below the low critical solution temperature (LCST), the agglomerates dissolve and the solubility in water increases rapidly and can be reused as an inducing solute. It also has a polyamino acid backbone and contains ionic moieties / counter ions, so it is biodegradable and biocompatible (ie, low biotoxicity), and thus can be used for the provision of drinking water or domestic water and the like. For example, even in the case of relatively high molecular weight temperature sensitive copolymers, there is no biotoxicity, for example up to 3000 ppm.

본 발명의 또 다른 구현예는, 수성 매질; 및 상기 수성 매질에 용해되어 있고, 이온성 잔기(ionic moiety)와 상기 이온성 잔기의 반대 이온(counter ion)을 포함하는 삼투압 유발 고분자 사슬과 상기 삼투압 유발 고분자 사슬에 온도 감응성 올리고머가 그라프트 형태로 공유 결합되어 있는 온도 감응성 코폴리머를 함유하는 유도 용질을 포함하고, 상기 유도 용질은 저임계 용액 온도 이상에서 상분리에 의해 회수될 수 있는 삼투 유도 용액을 제공한다.Another embodiment of the present invention is an aqueous medium; And an osmotic pressure induced polymer chain dissolved in the aqueous medium and comprising an ionic moiety and a counter ion of the ionic moiety and a temperature sensitive oligomer in the form of graft. An inducing solute containing a covalently bound temperature sensitive copolymer, wherein the inducing solute provides an osmotic induction solution that can be recovered by phase separation above a low critical solution temperature.

상기 수성 매질은 물일 수 있다. 상기 온도 감응성 코폴리머에 대한 상세 내용은, 전술한 바와 같다. 예컨대, 상기 온도 감응성 코폴리머는, 농도 0.01 g/ml에서 저임계 용액 온도(LCST) 가 10 내지 50℃의 범위일 수 있다. 상기 온도 감응성 코폴리머는, 상기 저임계 용액 온도(LCST) 미만에서는 물에 대한 용해도가 100g/L 이상일 수 있고, 상기 저임계 용액 온도(LCST) 이상에서는 물에 대한 용해도가 1g/L 이하일 수 있다. 상기 삼투 유도 용액의 온도를 상기 저임계 용액 온도(LCST) 미만에서 상기 저임계 용액 온도 이상으로 올릴 때, 전체 유도 용질의 50중량% 이상이 입자 크기에서 10배 이상의 증가를 나타낼 수 있다.The aqueous medium may be water. Details of the temperature sensitive copolymer are as described above. For example, the temperature sensitive copolymer may have a low critical solution temperature (LCST) of 10 to 50 ° C. at a concentration of 0.01 g / ml. The temperature sensitive copolymer may have a solubility in water of less than or equal to 100 g / L at or below the low critical solution temperature (LCST), and solubility in water may be less than or equal to 1 g / L at or above the low critical solution temperature (LCST). . When raising the temperature of the osmotic induction solution above the low critical solution temperature (LCST) below the low critical solution temperature, at least 50% by weight of the total inducing solute may exhibit a 10-fold increase in particle size.

상기 온도 감응성 올리고머는 아마이드(amide)와 상기 아마이드의 질소 원자에 공유결합되며 상기 아마이드에 비하여 소수성을 띠는 지방족 잔기를 포함하고, 상기 지방족 잔기는 아마이드의 탄소 원자와 공유결합되어 있거나 혹은 결합되어 있지 않은 올리고머이거나, 또는 고리 내에 C, N 및 O를 포함하고 C=N 결합을 가진 이종 고리 화합물(heterocyclic compound)로부터 유래된 반복단위를 포함할 수 있다. 상기 지방족 잔기는, 예를 들어, 선형, 측쇄형(branched), 또는 환형(cyclic) 형태의 알킬기일 수 있다.The temperature sensitive oligomer comprises an amide and an aliphatic moiety that is covalently bonded to the nitrogen atom of the amide and is hydrophobic relative to the amide, and the aliphatic moiety is covalently or unbound to the carbon atom of the amide. Oligomers, or repeating units derived from heterocyclic compounds containing C, N and O in the ring and having C═N bonds. The aliphatic moiety may be, for example, an alkyl group in linear, branched, or cyclic form.

또 다른 구현 예에서, 상기 온도 감응성 코폴리머를 포함하는 유도 용액을 포함한 정삼투 수처리 장치를 제공한다. 상기 정삼투 수처리 장치는, 물 및 상기 물에 용해된 분리대상 물질을 포함한 유입액(feed solution); 전술한 삼투 유도 용액; 한쪽 면은 상기 유입액에 접하고, 다른 쪽 면은 상기 삼투 유도 용액에 접하도록 위치한 반투막; 삼투압에 의해 상기 유입액으로부터 상기 반투막을 통해 상기 삼투 유도 용액으로 이동한 물을 포함하는 처리 용액으로부터 상기 온도 감응성 폴리머를 제거하는 회수 시스템; 및 상기 회수 시스템으로부터 제거된 상기 온도 감응성 코폴리머를 상기 삼투 유도 용액으로 다시 투입하는 연결부를 포함한다. 도 1은 후술하는 정삼투 수처리 방법에 따라 작동될 수 있는 일구현예에 따른 정삼투 수처리 장치의 모식도이다.In another embodiment, there is provided a forward osmosis water treatment apparatus comprising an induction solution comprising the temperature sensitive copolymer. The forward osmosis water treatment apparatus, a feed solution containing water and the substance to be separated dissolved in the water (feed solution); The osmotic induction solution described above; A semipermeable membrane positioned at one side in contact with the inflow liquid and at the other side in contact with the osmotic induction solution; A recovery system for removing said temperature sensitive polymer from a treatment solution comprising water moved from said inlet liquid through said semipermeable membrane to said osmotic induction solution by osmotic pressure; And a connection for introducing the temperature sensitive copolymer removed from the recovery system back into the osmotic induction solution. Figure 1 is a schematic diagram of the forward osmosis water treatment apparatus according to an embodiment that can be operated according to the forward osmosis water treatment method to be described later.

상기 반투막(semi-permeable membrane)은 물에 대하여는 투과성(water-permeable)이고, 분리 대상 물질에 대하여 비투과성 이다. 상기 유입액의 종류는 정삼투 수처리가 가능하다면 특별히 제한되지 않는다. 상기 분리 대상 물질은 불순물일 수 있다. 상기 유입액의 구체적 예는 해수(sea water), 기수(brackish water), 지하수(ground water), 폐수 (waste water)를 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다. 비제한적인 예에서, 상기 정삼투 수처리 장치로 해수를 처리하여 음용수를 얻을 수 있다.The semi-permeable membrane is water-permeable to water and non-permeable to the material to be separated. The type of the influent is not particularly limited as long as forward osmosis water treatment is possible. The material to be separated may be impurities. Specific examples of the influent include, but are not limited to, sea water, brackish water, ground water, waste water. In a non-limiting example, drinking water can be obtained by treating seawater with the forward osmosis water treatment device.

상기 온도 감응성 코폴리머에 대한 상세 내용은 전술한 바와 같다. 상기 삼투 유도 용액은, 유입액보다 높은 삼투압을 유발하도록 그 농도를 조절한다. 예컨대, 일부 온도 감응성 코폴리머는, 높게는 약 10 wt%의 농도로 (심지어, 0.01 g/ml 또는 0.02 g/ml로) 용해된 경우 주어진 처리 대상액에 대하여 약 40 기압 이상의 삼투압을 유발할 수 있다. 또, 다른 온도 감응성 코폴리머는, 높게는 약 20 wt%로 용해된 경우 주어진 처리 대상액에 대하여 약 80 기압 이상의 삼투압을 유발할 수 있다. 상기 삼투 유도 용액의 농도와 그로부터 유도되는 삼투압은 폴리머의 구조, 유입액의 종류에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 해수 담수화를 위해, 낮게는 26 기압, 혹은 약 50 기압 이상의 삼투압이 필요할 수 있다. 다른 예로서, 폐수 정화를 위해서는, 약 10 내지 약 20 기압의 비교적 낮은 삼투압이 요구될 수 있으며, 예컨대, 약 2wt% 이하의 농도의 삼투 유도 용액도 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 온도 감응성 코폴리는 매우 낮은 농도에서도 높은 수준의 삼투압 (예를 들어, 0.02g/ml 에서 50 atm 이상)을 나타내고, 또 이러한 농도에서도 낮은 상전이 온도를 나타낼 수 있어, 이상적인 유도 용액을 제공할 수 있다. Details of the temperature sensitive copolymer are as described above. The osmotic induction solution is adjusted at a concentration so as to cause an osmotic pressure higher than the influent. For example, some temperature sensitive copolymers may cause an osmotic pressure above about 40 atmospheres for a given treatment liquid when dissolved at a concentration of about 10 wt% (even at 0.01 g / ml or 0.02 g / ml). . In addition, other temperature sensitive copolymers can cause an osmotic pressure of at least about 80 atmospheres for a given treatment liquid when dissolved at as high as about 20 wt%. The concentration of the osmotic induction solution and the osmotic pressure induced therefrom may vary depending on the structure of the polymer and the type of influent. For example, for seawater desalination osmotic pressures as low as 26 atm, or about 50 atm or higher may be required. As another example, for wastewater purification, a relatively low osmotic pressure of about 10 to about 20 atmospheres may be required, for example an osmotic induction solution of concentration up to about 2 wt% may be used. In some embodiments, the temperature sensitive copolyis exhibits high levels of osmotic pressure (eg, at least 50 atm at 0.02 g / ml) even at very low concentrations, and can exhibit low phase transition temperatures even at such concentrations, leading to ideal induction. Solution may be provided.

상기 회수 시스템에서 온도 감응성 코폴리머의 제거는 상기 코폴리머의 온도 감응성을 이용할 수 있다. 상기 회수 시스템은 온도 컨트롤러를 구비하여, 처리액을 저임계 용액 온도(LCST) 이상으로 가열할 수 있다. 가열에 의해 처리액 내의 코폴리머가 자가 응집되어 증가된 크기의 입자를 형성하고, 형성된 입자는 쉽게 여과 및 분리된다. 이러한 온도 컨트롤러의 구체적인 예는, 가열 자켓 등의 가열단위(heating unit) 등을 들 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 비제한적인 예에서, 상기 온도 컨트롤러는, 폐수 처리 시설(waste water treatment plant), 발전소(power plant), 증류 시설(distillation plant) 등의 공업적 수열 공급원(industrial water heat source)으로부터의 폐열을 이용하는 장치일 수 있다. 상기 회수 시스템은, 응집된 코폴리머의 여과 또는 분리를 위해, 정밀 여과막, 한외 여과막, 나노 여과막 또는 원심 분리기를 포함할 수 있다. 비제한적인 예에서, 상기 코폴리머는, 상기 가열에 의해 마이크로 크기의 마이셀 네트워크를 가진 입자를 형성하며, 이러한 입자는, 정밀 여과막으로 분리될 수 있으므로, 회수 에너지가 크게 낮아질 수 있다. 제거된 코폴리머는, 연결부를 통해 다시 유도 용액으로 도입될 수 있다. 상기 회수 시스템은, 상기 제거된 코폴리머를 저임계 용액 온도(LCST) 미만으로 냉각하는 온도 컨트롤러를 포함할 수 있다. 이러한 온도 컨트롤러의 구체적인 예는, 냉각 자켓 등의 냉각 단위(cooling unit)를 포함하나 이에 제한되지 않는다. 저임계 용액 온도(LCST) 미만으로 냉각된 코폴리머는 물에 대하여 높은 용해도를 나타낼 수 있어 용질로서 재사용 가능하다.Removal of the temperature sensitive copolymer in the recovery system can utilize the temperature sensitivity of the copolymer. The recovery system includes a temperature controller to heat the treatment liquid above the low critical solution temperature (LCST). By heating, the copolymer in the treatment liquid self-aggregates to form particles of increased size, and the particles formed are easily filtered and separated. Specific examples of such a temperature controller may include a heating unit such as a heating jacket, but are not limited thereto. In a non-limiting example, the temperature controller utilizes waste heat from an industrial water heat source, such as a waste water treatment plant, a power plant, a distillation plant, and the like. It may be a device. The recovery system may comprise a microfiltration membrane, an ultrafiltration membrane, a nanofiltration membrane or a centrifuge for filtration or separation of the aggregated copolymer. In a non-limiting example, the copolymer forms particles having a micro-sized micelle network by the heating, and these particles can be separated into a microfiltration membrane, so that the recovery energy can be significantly lowered. The removed copolymer can be introduced back into the induction solution through the connection. The recovery system may include a temperature controller that cools the removed copolymer below the low critical solution temperature (LCST). Specific examples of such temperature controllers include, but are not limited to, cooling units such as cooling jackets. Copolymers cooled below the low critical solution temperature (LCST) may exhibit high solubility in water and are therefore reusable as solutes.

상기 정삼투 수처리 장치는, 상기 회수 시스템에서 처리 용액으로부터 온도 감응성 코폴리머를 제거하여 생산된 처리수를 배출하는 배출부를 더 포함할 수 있다. 상기 배출부의 종류는 특별히 제한되지 않는다. The forward osmosis water treatment apparatus may further include a discharge unit for discharging the treated water produced by removing the temperature sensitive copolymer from the treatment solution in the recovery system. The type of the discharge portion is not particularly limited.

상기 장치에서는, 정삼투 공정이 상기 온도 감응성 코폴리머의 저임계 용액 온도(LCST) 미만의 온도에서 수행되고, 상기 정삼투 공정으로부터 나온 처리 용액을 상기 회수 시스템에서 저임계 용액 온도(LCST) 이상으로 가열하여 상기 온도 감응성 코폴리머 (즉, 유도 용질)을 쉽게 분리 및 회수할 수 있다. 특히, 상기 코폴리머의 저임계 용액 온도(LCST)는 약 10 내지 약 50℃의 범위이므로, 유도 용질의 회수를 위해 고온 조건이 필요하지 않아 운전 에너지를 저감할 수 있다. 또, 회수 시스템으로부터 분리된 온도 감응성 코폴리머는 LCST 미만의 온도로 냉각하여 유도 용질로 재사용할 수 있다.In the apparatus, the forward osmosis process is performed at a temperature below the low critical solution temperature (LCST) of the temperature sensitive copolymer, and the treatment solution from the forward osmosis process is above the low critical solution temperature (LCST) in the recovery system. By heating, the temperature sensitive copolymer (ie, inducing solute) can be easily separated and recovered. In particular, since the low critical solution temperature (LCST) of the copolymer ranges from about 10 to about 50 ° C., high temperature conditions are not required for recovery of the induced solute, thereby reducing operating energy. In addition, the temperature sensitive copolymer separated from the recovery system can be cooled to a temperature below LCST and reused as an inducing solute.

본 발명의 또 다른 구현예에서 정삼투 수처리 방법이 제공되며, 이는 물 및 상기 물에 용해된 분리 대상 물질을 포함하는 유입액과, 전술한 삼투 유도 용액을 반투막을 사이에 두고 접하게 하여, 삼투압에 의해 상기 반투막을 통해 상기 유입액으로부터 상기 삼투 유도 용액으로 이동된 물을 포함하는 처리 용액을 얻는 단계; 상기 처리 용액 중 적어도 일부를 상기 온도 감응성 코폴리머의 저임계 용액 온도(LCST) 이상의 온도로 가열하여 상기 처리 용액 내의 온도 감응성 코폴리머를 응집시키는 단계; 및 상기 처리 용액으로부터 상기 응집된 온도 감응성 코폴리머를 제거하여 처리수를 얻는 단계를 포함한다. 상기 처리수는 적절히 배출될 수 있다.In another embodiment of the present invention, there is provided a forward osmosis water treatment method, which is in contact with an inflow liquid containing water and a substance to be dissolved in the water and the osmotic induction solution described above with a semipermeable membrane interposed therebetween, Obtaining a treatment solution comprising water transferred from the influent to the osmotic induction solution through the semipermeable membrane; Heating at least a portion of the treatment solution to a temperature above the low critical solution temperature (LCST) of the temperature sensitive copolymer to agglomerate the temperature sensitive copolymer in the treatment solution; And removing the aggregated temperature sensitive copolymer from the treatment solution to obtain treated water. The treated water can be properly discharged.

상기 유입액과 상기 삼투 유도 용액이 반투막을 사이에 두고 접하면, 상기 유입액 내 포함된 물이 삼투압에 의해 상기 반투막을 통해 상기 삼투 유도 용액으로 이동할 수 있게 된다.When the inflow liquid and the osmotic induction solution are in contact with the semipermeable membrane therebetween, the water contained in the inflow liquid may move to the osmotic induction solution through the semipermeable membrane by osmotic pressure.

상기 온도 감응성 코폴리머, 반투막, 정삼투 공정, 코폴리머의 가열/냉각 및 응집에 대한 상세 내용은 전술한 바와 같다.Details of the temperature sensitive copolymer, semipermeable membrane, forward osmosis process, heating / cooling and aggregation of the copolymer are as described above.

상기 정삼투 수처리 방법은 상기 회수된 온도 감응성 코폴리머를 저임계 용액 온도(LCST) 이하로 냉각하여 상기 삼투 유도 용액으로 다시 투입하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 온도 감응성 코폴리머의 저임계 용액 온도(LCST)는 약 10 내지 약 50℃일 수 있다.The forward osmosis water treatment method may further include cooling the recovered temperature sensitive copolymer to a low critical solution temperature (LCST) or lower and feeding it back into the osmotic induction solution. The low critical solution temperature (LCST) of the temperature sensitive copolymer may be about 10 to about 50 ° C.

[[ 실시예Example ]]

실시예Example 1 One

반응식 1 에 따라 하기 화학식 11의 코폴리머를 합성한다.According to Scheme 1, a copolymer of Formula 11 is synthesized.

[반응식 1]Scheme 1

Figure 112013020181886-pat00023

Figure 112013020181886-pat00023

1) One) NIPAAmNIPAAm 올리고머의Oligomer 합성 synthesis

자유 라디칼 중합을 통해, 화학식 10으로 나타내어지는 (N-이소프로필아크릴아미드 올리고머 (oligo-NIPAAm) 를 합성한다. NIPAAm 모노머 5.8 g (51.2 mmol), 사슬 전달제로 아미노에탄싸이올 하이드로클로라이드(aminoethanethiol hydrochloride, AET-HCl) 0.175 g (1.53 mmol), 및 개시제인 아조비스이소부티로니트릴(azobisisobutyronitile, AIBN) 0.084 g(0.51 mmol) 등이 30ml 디메틸포름아마이드(DMF)에 녹아있는 혼합물을 72℃에서, 질소 분위기 하에 15 시간 동안 반응시킨다. 중합된 NIPAAm 올리고머는 디에틸에테르에 침전시켜 원심 분리하여 진공 오븐에서 하룻 동안 건조한다.Through free radical polymerization, (N-isopropylacrylamide oligomer ( oligo -NIPAAm) represented by Formula 10 is synthesized 5.8 g (51.2 mmol) of NIPAAm monomer, aminoethanethiol hydrochloride, as a chain transfer agent. 0.175 g (1.53 mmol) of AET-HCl) and 0.084 g (0.51 mmol) of azobisisobutyronitile (AIBN) as an initiator were dissolved in 30 ml dimethylformamide (DMF) at 72 ° C. in nitrogen. The reaction is carried out in an atmosphere for 15 hours The polymerized NIPAAm oligomer is precipitated in diethyl ether, centrifuged and dried in a vacuum oven for one day.

[화학식 10][Formula 10]

Figure 112013020181886-pat00024
Figure 112013020181886-pat00024

상기 식에서 z은 중합도로서, 1H-NMR을 통한 말단 분석을 통해 계산하였을 때, 18 내지 25이다.
In the above formula, z is the degree of polymerization, and is 18 to 25 when calculated through terminal analysis through 1 H-NMR.

2) 온도 2) temperature 감응성Irritability 코폴리머의Copolymer 합성 synthesis

폴리숙신산이미드(Polysuccinimide, PSI) 0.97 g (숙신이미드 고리에 대하여 계산하였을 때, 10 mmol) [L-아스파르트산으로부터 포스포릭산 촉매 하에 축합 중합함 (이하, 합성물이라 함), 수평균 분자량: 18,000]과 화학식 10으로 표시되는 NIPAAm 올리고머 2.5g (1 mmol)을 트리에틸아민 0.28 mL (2 mmol) 존재 하의 DMF 용매 상에서 70℃에서 48 시간 동안 반응시킨다. 반응 생성물을 1M NaOH 용액에 부가하고 교반하여 반응 생성물 내에 남아있는 이미드 고리를 모두 열어준다. 반응 용액을 메탄올 및 물에 대하여 각각 48시간 동안 연속적으로 투석하여 액상 생성물을 얻고, 이를 동결 건조하여 분말상 생성물을 얻는다. 상기 생성물은, 하기 화학식 11로 표시되는 코폴리머임을 그의 NMR을 통해 확인한다. 도 2는 실시예 1에서 합성된 코폴리머의 H1-NMR 분석 스펙트럼이다.0.97 g of Polysuccinimide (PSI) (10 mmol as calculated for the succinimide ring) [Condensation polymerization from L-aspartic acid under phosphoric acid catalyst (hereinafter referred to as compound), number average molecular weight : 18,000] and 2.5 g (1 mmol) of the NIPAAm oligomer represented by Formula 10 are reacted for 48 hours at 70 ° C. in a DMF solvent in the presence of 0.28 mL (2 mmol) of triethylamine. The reaction product is added to 1M NaOH solution and stirred to open all the imide rings remaining in the reaction product. The reaction solution is continuously dialyzed against methanol and water for 48 hours each to obtain a liquid product which is lyophilized to obtain a powdery product. The product confirms that the copolymer represented by the following formula (11) through its NMR. 2 is a H 1 -NMR analysis spectrum of the copolymer synthesized in Example 1. FIG.

[화학식 11][Formula 11]

Figure 112013020181886-pat00025
Figure 112013020181886-pat00025

화학식 11에서, R은 -ONa이고, x는 이온성 잔기를 포함하는 제2 반복단위의 중합도이고, y는 NIPAAm 올리고머가 그라프트된 제1 반복 단위의 중합도를 나타내며, z는 NIPAAM 올리고머의 중합도로서, 18-25임.In Formula 11, R is -ONa, x is the degree of polymerization of the second repeating unit comprising an ionic moiety, y is the degree of polymerization of the first repeating unit grafted NIPAAm oligomer, z is the degree of polymerization of the NIPAAM oligomer , 18-25.

상기 온도 감응성 코폴리머는, 제1 반복단위의 함량이 10몰% (제2 반복 단위의 함량은 90몰%)이다. GPC 및 1H-NMR로 확인하였을 때, 합성된 코폴리머의 수평균 분자량은 26,400 g/mol이다.
The temperature sensitive copolymer has a content of 10 mol% (the content of the second repeating unit is 90 mol%) of the first repeating unit. The number average molecular weight of the synthesized copolymer, as determined by GPC and 1 H-NMR, is 26,400 g / mol.

실시예Example 2 2

PSI 0.97 g (10 mmol) (합성물, 수평균 분자량: 18,000) 과 화학식 10으로 표시되는 NIPAAm 올리고머 10g (4 mmol)을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로, 제1 반복단위의 함량이 40몰% (제2 반복 단위의 함량은 60몰%)인 온도 감응성 코폴리머를 합성한다. GPC 및 1H-NMR로 확인하였을 때, 합성된 공중합체 화합물의 수평균 분자량은 127,800 g/mol이다.
The content of the first repeating unit in the same manner as in Example 1, except that 0.97 g (10 mmol) of PSI (composite, number average molecular weight: 18,000) and 10 g (4 mmol) of NIPAAm oligomer represented by Formula 10 were used. This 40 mol% (the content of the second repeating unit is 60 mol%) is synthesized a temperature sensitive copolymer. As determined by GPC and 1 H-NMR, the number average molecular weight of the synthesized copolymer compound is 127,800 g / mol.

실시예Example 3 3

PSI 0.97 g (10 mmol) (구입처: Bayer, 수평균 분자량: 2000 내지 3000) 과 화학식 10으로 표시되는 NIPAAm 올리고머 0.5g (0.2mmol)을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로, 제1 반복단위의 함량이 2몰% (제2 반복 단위의 함량은 98몰%)인 코폴리머를 합성한다. GPC 및 1H-NMR로 확인하였을 때, 합성된 공중합체 화합물의 수평균 분자량은 6,527 g/mol이다.
In the same manner as in Example 1, except that 0.97 g (10 mmol) of PSI (Bayer, number average molecular weight: 2000 to 3000) and 0.5 g (0.2 mmol) of the NIPAAm oligomer represented by Formula 10 were used. A copolymer having a content of 1 repeating unit of 2 mol% (content of a second repeating unit of 98 mol%) is synthesized. As determined by GPC and 1 H-NMR, the number average molecular weight of the synthesized copolymer compound was 6,527 g / mol.

실시예Example 4 4

PSI 0.97 g (10 mmol) (구입처: Bayer, 분자량: 2000 내지 3000) 과 화학식 10으로 표시되는 NIPAAm 올리고머 1g (0.4 mmol)을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로, 제1 반복단위의 함량이 4몰% (제2 반복 단위의 함량은 96몰%)인 코폴리머코폴리머를 합성한다. GPC 및 1H-NMR로 확인하였을 때, 합성된 공중합체 화합물의 수평균 분자량은 8,123 g/mol이다.
First repeating unit in the same manner as in Example 1, except that 0.97 g (10 mmol) of PSI (Bayer, molecular weight: 2000 to 3000) and 1 g (0.4 mmol) of NIPAAm oligomer represented by Chemical Formula 10 were used. A copolymer copolymer having a content of 4 mol% (the content of the second repeating unit is 96 mol%) is synthesized. As determined by GPC and 1 H-NMR, the number average molecular weight of the synthesized copolymer compound is 8,123 g / mol.

실시예Example 5 5

PSI 0.97 g (10 mmol) (합성물, 수평균 분자량: 18,000) 와 화학식 10으로 표시되는 NIPAAm 올리고머 0.5g (0.2mmol)을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로, 제1 반복단위의 함량이 2몰% (제2 반복 단위의 함량은 98몰%)인 코폴리머를 합성한다. GPC 및 1H-NMR로 확인하였을 때, 합성된 공중합체 화합물의 수평균 분자량은 20,678 g/mol이다.
In the same manner as in Example 1, except that 0.97 g (10 mmol) of PSI (composite, number average molecular weight: 18,000) and 0.5 g (0.2 mmol) of the NIPAAm oligomer represented by Formula 10 were used. A copolymer having a content of 2 mol% (the content of the second repeating unit is 98 mol%) is synthesized. As confirmed by GPC and 1 H-NMR, the number average molecular weight of the synthesized copolymer compound is 20,678 g / mol.

실시예Example 6 6

PSI 0.97 g (10 mmol) (합성물, 수평균 분자량: 18,000) 과 화학식 10으로 표시되는 NIPAAm 올리고머 1g (0.4 mmol)을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로, 제1 반복단위의 함량이 4몰% (제2 반복 단위의 함량은 96몰%)인 코폴리머를 합성한다. GPC 및 1H-NMR로 확인하였을 때, 합성된 공중합체 화합물의 수평균 분자량은 23,625 g/mol이다.
Content of the first repeating unit in the same manner as in Example 1, except that 0.97 g (10 mmol) of PSI (composite, number average molecular weight: 18,000) and 1 g (0.4 mmol) of NIPAAm oligomer represented by Formula 10 were used. This 4 mol% (content of the second repeating unit is 96 mol%) is synthesized. As confirmed by GPC and 1 H-NMR, the number average molecular weight of the synthesized copolymer compound is 23,625 g / mol.

실시예Example 7 7

PSI 0.97 g (10 mmol) (합성물, 수평균 분자량: 18,000) 과 화학식 10으로 표시되는 NIPAAm 올리고머 1.5g (0.6 mmol)을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로, 제1 반복단위의 함량이 6몰% (제2 반복 단위의 함량은 94몰%)인 코폴리머를 합성한다. GPC 및 1H-NMR로 확인하였을 때, 합성된 공중합체 화합물의 수평균 분자량은 25591 g/mol이다.
In the same manner as in Example 1, except that 0.97 g (10 mmol) of PSI (composite, number average molecular weight: 18,000) and 1.5 g (0.6 mmol) of NIPAAm oligomer represented by Formula 10 were used. A copolymer having a content of 6 mol% (the content of the second repeating unit is 94 mol%) is synthesized. As determined by GPC and 1 H-NMR, the number average molecular weight of the synthesized copolymer compound is 25591 g / mol.

실시예Example 8 8

PSI 0.97 g (10 mmol) (합성물, 수평균 분자량: 18,000) 과 화학식 10으로 표시되는 NIPAAm 올리고머 2g (0.8 mmol)을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로, 제1 반복단위의 함량이 8몰% (제2 반복 단위의 함량은 92몰%)인 코폴리머를 합성한다. GPC 및 1H-NMR로 확인하였을 때, 합성된 공중합체 화합물의 수평균 분자량은 29,029 g/mol이다.
The content of the first repeating unit in the same manner as in Example 1, except that 0.97 g (10 mmol) of PSI (composite, number average molecular weight: 18,000) and 2 g (0.8 mmol) of NIPAAm oligomer represented by Formula 10 were used. This 8 mol% (content of the second repeating unit is 92 mol%) is synthesized. As determined by GPC and 1 H-NMR, the number average molecular weight of the synthesized copolymer compound is 29,029 g / mol.

실시예Example 9 9

반응식 2 에 따라 화학식 12 또는 화학식 13의 코폴리머를 합성한다: According to Scheme 2, a copolymer of Formula 12 or Formula 13 is synthesized:

[반응식 2]Scheme 2

Figure 112013020181886-pat00026
Figure 112013020181886-pat00026

1) One) NIPAAmNIPAAm 올리고머의Oligomer 합성 synthesis

실시예 1과 동일한 방식으로 상기 화학식 10으로 나타내어지는 NIPAAm 올리고머를 합성한다.
In the same manner as in Example 1 to synthesize the NIPAAm oligomer represented by the formula (10).

2) 2) 코폴리머의Copolymer 합성 synthesis

PSI 0.97 g (10 mmol) (구입처: Bayer 사, 수평균 분자량: 2000 내지 3000) 과 화학식 10으로 표시되는 NIPAAm 올리고머 2.5g (0.1mmol)을 트리에틸아민 0.28 mL (2 mmol) 존재 하의 DMF 용매 상에서 70℃에서 48 시간 동안 반응시킨다. 반응 생성물을 4.85 ml의 DMF에 용해시키고, 오르쏘 포스포에탄올아민 (0.14g, 남아있는 숙신이미드 고리에 대하여 0.1 equiv.)의 수용액을 부가한 후, 교반 하에 24시간 동안 반응시켰다. 수득한 생성물을 1M NaOH 용액 (남아있는 숙신이미드 고리에 대하여 1.2 equiv.)에 부가하고 실온에서 3시간 동안 격렬하게 교반하여 반응 생성물 내에 남아있는 이미드 고리를 모두 열어준다. 반응 용액을 메탄올 및 물에 대하여 각각 48시간 동안 연속적으로 투석하여 분말상 생성물을 얻는다. 얻어진 분말상 생성물은 동결 건조한다. 상기 생성물은, 하기 화학식 12로 표시되는 코폴리머임을 그의 NMR을 통해 확인한다. 0.97 g (10 mmol) of PSI (Bayer, number average molecular weight: 2000-3000) and 2.5 g (0.1 mmol) of the NIPAAm oligomer represented by the formula (10) were added over a DMF solvent in the presence of 0.28 mL (2 mmol) of triethylamine. The reaction is carried out at 70 ° C. for 48 hours. The reaction product was dissolved in 4.85 ml of DMF and an aqueous solution of orthophosphoethanolamine (0.14 g, 0.1 equiv. For the remaining succinimide ring) was added and then reacted for 24 hours under stirring. The obtained product is added to 1M NaOH solution (1.2 equiv. For the remaining succinimide rings) and vigorously stirred at room temperature for 3 hours to open all the imide rings remaining in the reaction product. The reaction solution is continuously dialyzed against methanol and water for 48 hours each to obtain a powdery product. The powdery product obtained is freeze dried. The product confirms that the copolymer represented by the following formula (12) through its NMR.

[화학식 12] [Formula 12]

Figure 112013020181886-pat00027
Figure 112013020181886-pat00027

상기 코폴리머는, 제1 반복단위의 함량은 2몰%이고, 제2 반복 단위의 함량은 98몰%이되, COO- 와 PO3 2 - 간의 몰 비 (COO-:PO3 2 - )는 9:1이다.
The copolymer has a first proportion of the repeating units is 2 mol%, the content of the second repeating units is 98 mol%, provided that, COO - molar ratio between (COO - -: PO 3 2 -) and PO 3 2 9 : 1.

실시예Example 10 10

오르쏘 포스포에탄올아민 0.41g (남아있는 숙신 이미드 고리에 대하여 0.3 equiv.)의 수용액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 9와 동일한 방법으로, 상기 화학식 12로 나타내어지는 코폴리머 (여기서, 제1 반복단위의 함량은 2몰%이고, 제2 반복 단위의 함량은 98몰%이되, COO- 와 PO3 2 - 간의 몰 비 (COO-:PO3 2 - )는 7:3임)를 합성한다.
The copolymer represented by the formula (12) in the same manner as in Example 9 except that an aqueous solution of 0.41 g of orthophosphoethanolamine (0.3 equiv. For the remaining succinimide ring) was used, wherein the repeating unit is 2 mol%, the content of the second repeating units is 98 mol%, provided that, COO - and PO 3 2 - mole between the ratio (COO -: PO 3 2 - ) is 7: synthesis of 3-Im) .

실시예Example 11 11

오르쏘 포스포에탄올아민의 수용액 대신, 아미노에탄 설폰산 0.12g, (남아있는 숙신이미드 고리에 대하여 0.1 equiv.)의 수용액을 사용하여, 25도씨에서 24 시간 동안 반응을 수행한 것을 제외하고는 실시예 9과 동일한 방법으로, 하기 화학식 13으로 나타내어지는 코폴리머 [여기서, 제1 반복단위의 함량은 2몰%이고, 제2 반복 단위의 함량은 98몰%이되, COO- 와 SO3 - 간의 몰 비 (COO-: SO3 - )는 9:1임]를 합성한다.Instead of an aqueous solution of orthophosphoethanolamine, an aqueous solution of 0.12 g of aminoethane sulfonic acid (0.1 equiv. For the remaining succinimide ring) was used, except that the reaction was carried out at 25 ° C. for 24 hours. example 9 and in the same manner, to a copolymer represented by the general formula (13) [wherein, a first proportion of the repeating units is 2 mol%, the second content of the repeating unit is 98 mol%, provided that, COO - and SO 3 - between Molar ratio (COO : SO 3 ) is 9: 1.

[화학식 13] [Formula 13]

Figure 112013020181886-pat00028

Figure 112013020181886-pat00028

실시예Example 12 12

오르쏘 포스포에탄올아민의 수용액 대신, 아미노에탄 설폰산 (0.37 g, 남아있는 숙신이미드 고리에 대하여 0.3 equiv.)의 수용액을 사용하여, 25 도씨에서 24 시간 동안 반응을 수행한 것을 제외하고는 실시예 7과 동일한 방법으로, 상기 화학식 13으로 나타내어지는 코폴리머 [여기서, 제1 반복단위의 함량은 2몰%이고, 제2 반복 단위의 함량은 98몰%이되, ONa- 와 SO3 - 간의 몰 비 (ONa-: SO3 - )는 7:3임]를 합성한다.
The reaction was carried out at 25 ° C. for 24 hours, using an aqueous solution of aminoethane sulfonic acid (0.37 g, 0.3 equiv. For the remaining succinimide ring) instead of an aqueous solution of orthophosphoethanolamine. example 7 by the same method as, the copolymer represented by the general formula (13) [wherein, a first proportion of the repeating units is 2 mol%, the second content of the repeating unit is 98 mol%, provided that, ONa - and SO 3 - between the molar ratio (ONa -: SO 3 -) is 7: 3 being synthesized.

참조예Reference Example 1 One

폴리석신이미드(PSI) 0.97 g (10 mmol, 분자량: 2000 내지 3000, 구입처: Bayer사)을 1N NaOH 수용액에 부가하고 3시간 동안 교반한다. 반응물을 과량의 메탄올에 침전시켜, 원심분리 및 진공 건조하여 화학식 11에서 y=0인 폴리아미노산을 얻는다.
0.97 g of polysuccinimide (PSI) (10 mmol, molecular weight: 2000-3000, purchased from Bayer) is added to a 1N NaOH aqueous solution and stirred for 3 hours. The reaction is precipitated in excess methanol, centrifuged and vacuum dried to yield a polyamino acid with y = 0 in formula (11).

참조예Reference Example 2 2

폴리석신이미드(PSI) 0.97g (분자량: 18,000, 합성물)을 사용하는 것을 제외하고는 참조예 1과 동일한 방법으로 화학식 11에서 y=0인 폴리아미노산을 얻는다.
A polyamino acid having y = 0 in Formula 11 was obtained in the same manner as in Reference Example 1, except that 0.97 g (molecular weight: 18,000, compound) of polysuccinimide (PSI) was used.

실험예Experimental Example 1: 삼투 유도 용액의 제조 및 삼투압 분석 1: Preparation of Osmotic Induction Solution and Osmotic Pressure Analysis

실시예 1 내지 12에서 합성한 코폴리머 및 참조예 1 및 참조예 2에서 합성한 폴리머를 사용하여 하기 표들에 나타낸 바와 같은 다양한 농도로 삼투 유도 용액을 제조하고, 멤브레인 측정법을 이용한 삼투압 측정기기(Osmomat090, Gonotek)를 이용하여 각각의 용액에 대한 삼투압(평균값)을 분석하고, 그 결과를 하기 표 1 내지 표 4에 정리한다.Using the copolymer synthesized in Examples 1 to 12 and the polymer synthesized in Reference Examples 1 and 2, an osmotic induction solution was prepared at various concentrations as shown in the following tables, and an osmotic pressure measuring device using a membrane measurement method (Osmomat090). , Gonotek) to analyze the osmotic pressure (average value) for each solution, the results are summarized in Table 1 to Table 4 below.

참조예 1Reference Example 1 실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 농도[g/ml]Concentration [g / ml] 삼투압[atm]Osmotic pressure [atm] 농도[g/ml]Concentration [g / ml] 삼투압[atm]Osmotic pressure [atm] 농도[g/ml]Concentration [g / ml] 삼투압[atm]Osmotic pressure [atm] 0.0250.025 0.580.58 0.050.05 1.061.06 0.10.1 1.21.2 0.050.05 1.241.24 0.10.1 1.741.74 0.30.3 4.24.2 0.10.1 2.872.87 0.20.2 3.763.76 0.50.5 7.47.4

도 3은 상기 표 1의 결과를 그래프로 나타낸 것이다. 표 1의 결과로부터 실시예 1 및 실시예 2는 농도 증가에 따라 증가된 삼투압을 나타냄을 확인할 수 있다. Figure 3 shows the results of Table 1 graphically. From the results of Table 1 it can be seen that Example 1 and Example 2 shows an increased osmotic pressure with increasing concentration.

물질matter 참조예 1
OAspNa
Reference Example 1
OAspNa
물질matter 실시예 3
OAspNa-ON2%
Example 3
OAspNa-ON2%
실시예 4
OAspNa-ON4%
Example 4
OAspNa-ON 4%
농도[g/ml]Concentration [g / ml] 평균값medium 표준편차Standard Deviation 농도[g/ml]Concentration [g / ml] 평균값medium 표준편차Standard Deviation 평균값medium 표준편차Standard Deviation 0.40.4 41.57441.574 1.681.68 0.250.25 24.63124.631 0.9790.979 29.129.1 0.8310.831 0.3750.375 37.020537.0205 1.41.4 0.1250.125 9.669.66 0.5930.593 11.611.6 0.450.45 0.250.25 19.850219.8502 0.730.73 0.06250.0625 4.574.57 0.370.37 5.4895.489 0.210.21 0.2050.205 14.734914.7349 0.660.66           0.1640.164 11.183511.1835 0.450.45           0.1250.125 9.3599.359 0.370.37           0.10.1 7.5677.567 0.3420.342           0.050.05 3.93423.9342 0.140.14          

Figure 112013020181886-pat00029
Figure 112013020181886-pat00029

물질matter 실시예 9Example 9 실시예 10Example 10 실시예 11Example 11 실시예 12Example 12 몰농도
[M]
Molarity
[M]
평균값medium 표준편차Standard Deviation 평균값medium 표준편차Standard Deviation 평균값medium 표준편차Standard Deviation 평균값medium 표준편차Standard Deviation
5.00E-045.00E-04 21.026 21.026 0.197 0.197 27.026 27.026 0.253 0.253 14.718 14.718 0.138 0.138 18.918 18.918 0.177 0.177 2.50E-042.50E-04 8.419 8.419 0.180 0.180 10.822 10.822 0.232 0.232 5.894 5.894 0.126 0.126 7.575 7.575 0.162 0.162 1.25E-041.25E-04 3.515 3.515 0.044 0.044 4.518 4.518 0.056 0.056 2.460 2.460 0.031 0.031 3.162 3.162 0.039 0.039 6.25E-056.25E-05 1.467 1.467 0.008 0.008 1.886 1.886 0.011 0.011 1.027 1.027 0.006 0.006 1.320 1.320 0.007 0.007 3.13E-053.13E-05 0.822 0.822 0.075 0.075 1.056 1.056 0.097 0.097 0.575 0.575 0.053 0.053 0.739 0.739 0.068 0.068

상기 표 1 내지 표 4의 결과로부터, 실시예 1 내지 12로부터 합성한 코폴리머는, 수용액으로 제조시, 코폴리머의 구체적 조성 (예컨대, 사용한 폴리숙신이미드의 분자량, 올리고니팜의 그라프트율 등) 및 수용액 내의 농도에 따라, 높게는 50 atm 이상의 삼투압을 유발할 수 있음을 확인한다.From the results of Tables 1 to 4, the copolymers synthesized from Examples 1 to 12, when prepared in an aqueous solution, contain a specific composition of the copolymer (e.g., molecular weight of polysuccinimide used, graft ratio of oligonifam, etc.) and It is confirmed that depending on the concentration in the aqueous solution, it can cause an osmotic pressure as high as 50 atm or more.

실험예Experimental Example 2:  2: 저임계Low threshold 용액 온도( Solution temperature ( LCSTLCST ) 의 측정) Measurement

실시예 1 및 실시예 2 에서 제조된 코폴리머를 포함한 삼투 유도 용액을 제조한다. (농도: 0.01 g/ml) 상기 용액의 온도를 상온으로부터 서서히 증가시킨 후 다시 상온으로 감소시키면서 온도에 따른 용액의 용해도 변화를 500nm의 고정된 가시광선 파장에서 흡광도를 측정하여 관찰한다. 도 4은 실시예 1의 코폴리머에 대한 결과를 나타낸다. 도 5는 실시예 2의 코폴리머에 대한 결과를 나타낸다. 온도를 증가시키면서, 흡광도의 포화된 값(saturated value)의 90%에 달하는 온도를 "저임계 용액 온도(LCST)"로 결정하고, 표 5에 정리한다.An osmotic induction solution comprising the copolymers prepared in Examples 1 and 2 is prepared. (Concentration: 0.01 g / ml) The solubility change of the solution according to the temperature is observed by measuring the absorbance at a fixed visible wavelength of 500 nm while gradually increasing the temperature of the solution from room temperature and then decreasing back to room temperature. 4 shows the results for the copolymer of Example 1. FIG. 5 shows the results for the copolymer of Example 2. FIG. With increasing temperature, the temperature up to 90% of the saturated value of absorbance is determined as "Low Critical Solution Temperature (LCST)" and summarized in Table 5.

실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 LCST(℃)LCST (℃) 32-35℃32-35 ℃ 32-35℃32-35 ℃ 0.45㎛ 필터 분리0.45㎛ filter separation 분리 가능able to seperate 분리 가능able to seperate (25℃ 에서의) 가역성Reversibility (at 25 ° C)

실시예 1 및 실시예 2 의 코폴리머는, oligo (NIPAAm)과 유사하게 32℃에서 상전이 온도를 나타내고, 가열 및 냉각 사이클에서 모두 이력(hysteresis)을 보인다. 이는 분석 장비의 구조 상 한계 때문으로 생각된다. 즉, 측정 장비 내에서 측정 용액이 균일하게 교반될 수 없어 셀 내부의 온도 분포가 균일하지 않다. 실시예 2의 코폴리머는, 실시예 1 보다 높은 수준의 흡광도를 보인다. 이는, 실시예 2의 올리고 NIPAAm의 그라프트율이 실시예 1보다 더 높아서, 온도 증가 시 더 높은 정도의 소수성을 나타내기 때문이다. 더 높은 소수성은 생성되는 자가 응집된 응집물의 크기를 증가시키거나 응집물의 수를 증가시킬 수 있다.
The copolymers of Examples 1 and 2 exhibit phase transition temperatures at 32 ° C., similar to oligo (NIPAAm), and show hysteresis in both heating and cooling cycles. This is thought to be due to the structural limitations of the analytical instrument. In other words, the measuring solution cannot be uniformly stirred in the measuring equipment, so that the temperature distribution inside the cell is not uniform. The copolymer of Example 2 shows a higher level of absorbance than Example 1. This is because the graft rate of the oligo NIPAAm of Example 2 is higher than that of Example 1, indicating a higher degree of hydrophobicity with increasing temperature. Higher hydrophobicity can increase the size of the resulting self-aggregated aggregates or increase the number of aggregates.

실험예Experimental Example 3:  3: 정삼투Forward osmosis 성능의 평가 Performance evaluation

실시예 3 및 실시예 4의 코폴리머가 유도 용질로서 용해된 유도 용액에 대하여, 다음과 같이 삼투압 흐름 분석을 수행한다. U자형 세미 다이내믹 정삼투 장치를 직접 제작하여 삼투압 흐름을 평가한다. 유도 용질의 성능 평가를 위해, 시판되는 반투성 FO 멤브레인 (셀룰로오스 트리플루오로아세테이트) (Hydration Technology Innovation (HTI), USA)을 장치의 중간에 위치시킨다. 멤브레인의 양쪽 면을 각각 유입 용액(feed solution)인 증류수 및 소정의 농도를 가진 유도 용액으로 채운다. 선택층이 유입 용액 쪽으로 대면하며, 유입 용액으로부터 유도 용액으로의 워터 플럭스(water flux)는 30분 후 1시간 동안 각각의 용액의 부피 변화로부터 계산한다. 유도 용액으로부터 유입 용액 쪽으로 막을 통한 역방향 용질 플럭스 (Reverse Solute Flux: RSF)는 전도도, 유도 결합 플라즈마 광학 방출 스펙트럼 분석(inductively coupled plasma optical emission spectroscopy: ICP-OES) 및 총 유기 탄소값(total organic carbon: TOC)에 의해 측정한다.For the induction solution in which the copolymers of Examples 3 and 4 were dissolved as induction solutes, osmotic flow analysis was performed as follows. A U-shaped semi dynamic forward osmosis device is built directly to evaluate the osmotic pressure flow. To evaluate the performance of the inducing solutes, a commercially available semipermeable FO membrane (cellulose trifluoroacetate) (Hydration Technology Innovation (HTI), USA) is placed in the middle of the device. Both sides of the membrane are filled with distilled water, which is a feed solution, respectively, and an induction solution with a predetermined concentration. The selective layer faces towards the inlet solution, and the water flux from the inlet solution to the induction solution is calculated from the volume change of each solution for one hour after 30 minutes. Reverse Solute Flux (RSF) through the membrane from the induction solution to the inlet solution is characterized by conductivity, inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP-OES) and total organic carbon (TOC). TOC).

그 결과를 하기 표 6 및 하기 표 7에 나타낸다.The results are shown in Table 6 and Table 7 below.

  Water Flux [LMH]Water Flux [LMH] DSDS 참조예 1Reference Example 1 실시예 3Example 3 실시예 4Example 4 Conc.
[g/ml]
Conc.
[g / ml]
Aver.Aver. STDSTD Aver.Aver. STDSTD Aver.Aver. STDSTD
0.250.25 5.1635.163 0.0550.055 5.4475.447 0.0950.095 4.1514.151 0.0910.091 0.50.5 6.1986.198 0.0720.072 6.466.46 0.1070.107 4.8974.897 0.0950.095 1One 7.4647.464 0.080.08 7.357.35 0.4320.432 6.2456.245 0.270.27

  RSF [GMH]RSF [GMH] DSDS 참조예 1Reference Example 1 실시예 3Example 3 실시예 4Example 4 Conc.
[g/ml]
Conc.
[g / ml]
Aver.Aver. STDSTD Aver.Aver. STDSTD Aver.Aver. STDSTD
0.250.25 4.140 4.140 0.250 0.250 0.250 0.250 0.098 0.098 0.160 0.160 0.067 0.067 0.50.5 4.968 4.968 0.120 0.120 0.320 0.320 0.050 0.050 0.192 0.192 0.050 0.050 1One 5.960 5.960 0.250 0.250 0.429 0.429 0.064 0.064 0.230 0.230 0.060 0.060

상기 표의 결과로부터, 실시예 1 및 실시예 2의 코폴리머를 포함한 유도 용액은, 유입액에 대하여, 높은 워터 플럭스(water flux) 값 및 낮은 수준의 역방향 염 플럭스(reverse salt flux) 를 나타냄을 알 수 있다.From the results in the table, it can be seen that the induction solution containing the copolymers of Examples 1 and 2 exhibited high water flux values and low levels of reverse salt flux with respect to the influent. have.

실험예Experimental Example 4: 회수 시험 4: recovery test

실시예 1 내지 실시예 6의 코폴리머를 포함한 유도 용액에 대하여 40도씨 및 상압 조건에서 미세분리(microfiltration)막를 사용하여 회수 시험을 수행한 결과, 94.1% 이상의 효율로 유도 용질을 분리/회수 가능함을 확인한다. 반면, 참조예 1의 폴리머는 동일한 조건에서 분리되지 못함을 확인한다.
As a result of a recovery test using a microfiltration membrane at 40 ° C. and atmospheric pressure, the inducing solution containing the copolymers of Examples 1 to 6 was able to separate / recover the inducing solute with an efficiency of 94.1% or more. Check. On the other hand, it is confirmed that the polymer of Reference Example 1 could not be separated under the same conditions.

실험예Experimental Example 5:  5: 저임계Low threshold 용액 온도의 측정 Measurement of the solution temperature

실시예 3 내지 8의 코폴리머에 대하여, 실험예 2에 기재된 것과 동일한 방식으로, 상이한 농도에서 저임계 용액 온도를 측정하고, 그 결과를 하기 표에 정리한다.For the copolymers of Examples 3 to 8, the low critical solution temperature was measured at different concentrations in the same manner as described in Experimental Example 2, and the results are summarized in the table below.

물질matter 실시예 3Example 3 실시예 4Example 4 실시예 5Example 5 실시예 6Example 6 실시예 7Example 7 실시예 8Example 8 몰농도[M]Molarity [M] 저임계 용액 온도 (oC)Low critical solution temperature ( o C) 1.00E-031.00E-03 40.4740.47 40.2240.22 40.8740.87 40.7240.72 40.3740.37 40.8740.87 5.00E-045.00E-04 44.0844.08 43.6743.67 44.5844.58 44.0744.07 43.7243.72 44.0744.07 2.50E-042.50E-04 52.4252.42 50.6750.67 52.8252.82 51.1751.17 49.449.4 49.449.4 1.25E-041.25E-04 60.4860.48 58.3458.34 60.9860.98 60.3460.34 60.3460.34 57.0757.07 6.25E-056.25E-05 61.9361.93 61.7261.72 62.3362.33 62.2262.22 62.2262.22 57.6257.62 3.13E-053.13E-05 63.7463.74 62.7462.74 64.2464.24 63.2463.24 6363 58.6258.62

상기 표 8로부터, 실시예 3 내지 실시예 8의 코폴리머는, 높은 삼투압을 나타낼 수 있는 농도에서, 비교적 낮은 저임계 용액온도(LCST)를 가지며 따라서, 비교적 낮은 온도에서 제거 가능함을 알 수 있다.From Table 8, it can be seen that the copolymer of Examples 3 to 8 has a relatively low critical solution temperature (LCST) at a concentration capable of exhibiting high osmotic pressure, and thus can be removed at a relatively low temperature.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.Although preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of the invention.

Claims (30)

하기 화학식 6-1로 표시되는 제1 반복단위(first repeating unit); 및 하기 화학식 6-2로 표시되는 제2 반복단위(second repeating unit)를 포함하는 온도 감응성 코폴리머를 포함하는 삼투 유도 용질:
[화학식 6-1]
Figure 112019004482529-pat00047

화학식 6-1에서,
Q는 -NR- (여기서, R은 수소 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬기임) 또는 -S-이고,
L은, 직접 결합, 치환 또는 미치환의 C1 내지 C20의 알킬렌, 또는 치환 또는 미치환의 C1 내지 C20의 티오알킬렌이고,
Og는, 하기 화학식 7의 반복단위를 포함하는 제1 올리고머, 하기 화학식 8의 반복단위를 포함하는 제2 올리고머, 하기 화학식 9의 반복단위를 포함하는 제3 올리고머, 또는 이들의 조합을 포함하고;
[화학식 7]
Figure 112019004482529-pat00048

화학식 7에서, R1은 수소 또는 메틸이고, R2 및 R3는 각각 독립적으로 수소이거나 혹은 직쇄 또는 분지쇄의 C1 내지 C6의 알킬기, C3 내지 C7의 시클로알킬기, 또는 C6 내지 C10의 아릴기이되, R2 및 R3가 모두 수소일 수는 없고, R2 및 R3는 서로 결합하여 질소 포함 헤테로 고리를 형성할 수 있고;
[화학식 8]
Figure 112019004482529-pat00049

화학식 8에서, R4은 C2 내지 C5 알킬렌기이며;
[화학식 9]
Figure 112019004482529-pat00050

화학식 9에서, Ak는 탄소수 1 내지 10의 직쇄 또는 가지형 알킬기이고, R은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기이고;
[화학식 6-2]
Figure 112019004482529-pat00051

화학식 6-2에서,
A-는 이온성 잔기를 포함하는 기이고, M+는 상기 이온성 잔기의 반대 이온이다.
A first repeating unit represented by Chemical Formula 6-1; And an osmotic inducing solute comprising a temperature sensitive copolymer comprising a second repeating unit represented by Chemical Formula 6-2:
[Formula 6-1]
Figure 112019004482529-pat00047

In Chemical Formula 6-1,
Q is -NR- (where R is hydrogen or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms) or -S-,
L is a direct bond, substituted or unsubstituted C1 to C20 alkylene, or substituted or unsubstituted C1 to C20 thioalkylene,
Og includes a first oligomer comprising a repeating unit of Formula 7, a second oligomer comprising a repeating unit of Formula 8, a third oligomer comprising a repeating unit of Formula 9, or a combination thereof;
[Formula 7]
Figure 112019004482529-pat00048

In formula 7, R 1 is hydrogen or methyl, R 2 and R 3 are each independently hydrogen or a straight or branched C 1 to C 6 alkyl group, C 3 to C 7 cycloalkyl group, or C 6 to C 10 aryl group R 2 and R 3 may not all be hydrogen, and R 2 and R 3 may combine with each other to form a nitrogen-containing hetero ring;
[Formula 8]
Figure 112019004482529-pat00049

In formula (8), R 4 is a C2 to C5 alkylene group;
[Formula 9]
Figure 112019004482529-pat00050

In formula (9), Ak is a straight chain or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and R is independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms;
[Formula 6-2]
Figure 112019004482529-pat00051

In Chemical Formula 6-2,
A is a group comprising an ionic moiety and M + is a counter ion of the ionic moiety.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 Og는 (메트)아크릴아미드로부터 유래된 반복단위를 포함하는 제4 올리고머를 더 포함하는 것인 삼투 유도 용질.
The method of claim 1,
Wherein said Og further comprises a fourth oligomer comprising repeating units derived from (meth) acrylamide.
제1항에 있어서,
상기 Og는 상기 화학식 7의 반복단위를 2 내지 30개 포함하는 제1 올리고머, 상기 화학식 8의 반복단위를 2 내지 30개 포함하는 포함하는 제2 올리고머, 상기 화학식 9의 반복단위를 2 내지 30개 포함하는 포함하는 제3 올리고머, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 삼투 유도 용질.
The method of claim 1,
The Og may include a first oligomer including 2 to 30 repeating units of Formula 7, a second oligomer including 2 to 30 repeating units of Formula 8, and 2 to 30 repeating units of Formula 9 An osmotic inducing solute comprising a third oligomer comprising, or a combination thereof.
제1항에 있어서,
상기 제2 반복단위의 상기 이온성 잔기는, -COO-, -SO3 -, -PO3 2-, 및 이들의 조합에서 선택되는 음이온 잔기인 삼투 유도 용질.
The method of claim 1,
Wherein the ions of the second repeating unit moiety is, -COO -, -SO 3 -, -PO 3 2-, and anion moieties of inducing osmotic solute is selected from a combination of the two.
제1항에 있어서,
상기 제2 반복단위는, 동일한 이온성 잔기를 포함하거나, 혹은 각각 독립적으로 상이한 이온성 잔기를 포함하는 삼투 유도 용질.
The method of claim 1,
The second repeating unit includes the same ionic moiety or each osmotic inducing solute comprises a different ionic moiety independently.
제1항에 있어서,
상기 반대 이온은, 알칼리 금속의 양이온, 알칼리 토금속의 양이온, 및 이들의 조합에서 선택되는 삼투 유도 용질.
The method of claim 1,
The counter ion is an osmotic inducing solute selected from a cation of an alkali metal, a cation of an alkaline earth metal, and a combination thereof.
제1항에 있어서,
상기 온도 감응성 코폴리머는 상기 제1 반복단위와 상기 제2 반복단위를 1:99 내지 60:40의 몰비로 포함하는 것인 삼투 유도 용질.
The method of claim 1,
Wherein said temperature sensitive copolymer comprises said first repeating unit and said second repeating unit in a molar ratio of 1:99 to 60:40.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 화학식 6-2의 A-는, 동일하거나 상이하며, -COO-, -CONR-Z-SO3 -, -CONR-Z-O-PO3 -2, -CO-S-Z-SO3 -, 및 -CO-S-Z-O-PO3 -2로부터 선택되되, R은 수소 또는 C1 내지 C5의 알킬기이고, Z는 치환 또는 미치환의 C1 내지 20의 알킬렌기이며, M+는, Na+, K+, Li+, Ca2+, Mg2+, Ba2+, 및 이들의 조합으로부터 선택되는 삼투 유도 용질.
The method of claim 1,
Of Formula 6-2 A - is the same or different, -COO -, -CONR-Z- SO 3 -, -CONR-ZO-PO 3 -2, -CO-SZ-SO 3 -, and -CO -SZO-PO 3 -2 , wherein R is hydrogen or an alkyl group of C1 to C5, Z is a substituted or unsubstituted C1-20 alkylene group, and M + is Na + , K + , Li + , An osmotic inducing solute selected from Ca 2+ , Mg 2+ , Ba 2+ , and combinations thereof.
제1항에 있어서,
상기 온도 감응성 코폴리머는 5,000 내지 250,000의 수평균 분자량을 가지는 삼투 유도 용질.
The method of claim 1,
Wherein said temperature sensitive copolymer has a number average molecular weight of 5,000 to 250,000.
제1항에 있어서,
상기 온도 감응성 코폴리머는 하기 (A) 내지 (D)의 단계들을 포함하는 방법으로 제조되는 것인 삼투 유도 용질:
(A) 폴리숙신산 이미드를 준비하는 단계;
(B) 한쪽 말단에 아민기 또는 티올기를 가지고 하기 화학식 3으로 나타내어지는 모노머로부터 유래된 반복단위를 포함하는 제3 올리고머, 한쪽 말단에 아민기 또는 티올기를 가지고 하기 화학식 4로 나타내어지는 모노머로부터 유래된 반복단위를 포함하는 제1 올리고머, 하기 화학식 5로 나타내어지는 모노머로부터 유래된 반복단위를 포함하는 제2 올리고머, 또는 이들의 조합을 포함하는 온도 감응성 올리고머를 준비하는 단계:
[화학식 3]
Figure 112019004482529-pat00038

화학식 3에서, Ak는 탄소수 1 내지 10의 직쇄 또는 가지형 알킬기이고, R은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬이고;
[화학식 4]
Figure 112019004482529-pat00039

화학식 4에서, R1은 수소 또는 메틸이고, R2 및 R3는 각각 독립적으로 수소이거나 혹은 선형 또는 분기형 C1-C6 알킬기, C3-C7 시클로알킬기, 또는 C6-C10의 아릴기이되, R2 및 R3가 모두 수소일 수는 없으며, R2 및 R3는 서로 연결되어 질소 포함 헤테로 고리를 형성할 수 있고;
[화학식 5]
Figure 112019004482529-pat00040

화학식 5에서, R4 는 탄소수 2 내지 5의 알킬렌기이며;
(C) 상기 폴리숙신산 이미드를 상기 온도 감응성 올리고머와 반응시켜 숙신이미드 고리들의 일부를 열고 상기 온도 감응성 올리고머를 그라프트시키는 단계; 및
(D) 상기 반응의 생성물을, 이온성 잔기를 포함하는 아민 화합물, 이온성 잔기를 포함하는 티올 화합물, 무기 염기, 또는 이들의 조합으로 반응시켜, 남아있는 숙신이미드 고리들을 열고 이온성 잔기 및 반대 이온을 도입하는 단계.
The method of claim 1,
Wherein said temperature sensitive copolymer is prepared by a process comprising the following steps (A) to (D):
(A) preparing a polysuccinic acid imide;
(B) a third oligomer comprising a repeating unit derived from a monomer represented by the following formula (3) having an amine group or a thiol group at one terminal, and derived from a monomer represented by the following formula (4) having an amine group or a thiol group at one terminal; Preparing a temperature-sensitive oligomer comprising a first oligomer comprising a repeating unit, a second oligomer comprising a repeating unit derived from a monomer represented by Formula 5, or a combination thereof:
[Formula 3]
Figure 112019004482529-pat00038

In formula (3), Ak is a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and R is each independently hydrogen or alkyl having 1 to 3 carbon atoms;
[Formula 4]
Figure 112019004482529-pat00039

In formula (4), R 1 is hydrogen or methyl, R 2 and R 3 are each independently hydrogen or a linear or branched C 1 -C 6 alkyl group, C 3 -C 7 cycloalkyl group, or C 6 -C 10 aryl group, R 2 And R 3 may not all be hydrogen, and R 2 and R 3 may be linked to each other to form a nitrogen-containing hetero ring;
[Formula 5]
Figure 112019004482529-pat00040

In formula (5), R 4 is an alkylene group having 2 to 5 carbon atoms;
(C) reacting the polysuccinic acid imide with the temperature sensitive oligomer to open a portion of the succinimide rings and to graft the temperature sensitive oligomer; And
(D) reacting the product of the reaction with an amine compound comprising an ionic moiety, a thiol compound comprising an ionic moiety, an inorganic base, or a combination thereof to open the remaining succinimide rings and Introducing counter ions.
제16항에 있어서,
상기 폴리숙신산 이미드는 수평균 분자량이 5,000 이하인 삼투 유도 용질.
The method of claim 16,
The polysuccinic acid imide is an osmotic inducing solute having a number average molecular weight of 5,000 or less.
제16항에 있어서,
상기 이온성 잔기를 가진 아민 화합물은, 인산과 C2 내지 C20의 알카놀아민의 에스테르 화합물, C2 내지 C20의 설포알킬아민, 또는 이들의 조합이고, 상기 무기 염기는, 알칼리금속 히드록시드, 알칼리토금속 히드록시드 또는 이들의 조합인 삼투 유도 용질.
The method of claim 16,
The amine compound having an ionic moiety is an ester compound of phosphoric acid and an alkanolamine of C2 to C20, a sulfoalkylamine of C2 to C20, or a combination thereof, and the inorganic base is an alkali metal hydroxide or alkaline earth metal hydroxide. Osmotic inducing solutes, which are roxides or combinations thereof.
수성 매질; 및
제1항, 제7항 내지 제12항, 제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 삼투 유도 용질을 포함하는 삼투 유도 용액.
Aqueous medium; And
An osmotic induction solution comprising an osmotic inducing solute according to any one of claims 1, 7-12, and 14-18.
제19항에 있어서,
상기 삼투 유도 용질은 농도 0.01 g/ml에서 상분리에 의해 회수될 수 있는 저임계 용액 온도(LCST)가 10 내지 50℃의 범위인 삼투 유도 용액.
The method of claim 19,
The osmotic inducing solution is an osmotic induction solution having a low critical solution temperature (LCST) in the range of 10 to 50 ℃ can be recovered by phase separation at a concentration of 0.01 g / ml.
제20항에 있어서,
상기 삼투 유도 용질은 상기 저임계 용액 온도(LCST) 미만에서는 물에 대한 용해도가 100g/L 이상이고, 상기 저임계 용액 온도(LCST) 이상에서는 물에 대한 용해도가 1g/L 이하인 삼투 유도 용액.
The method of claim 20,
The osmotic inducing solution has an solubility in water of 100 g / L or more below the low critical solution temperature (LCST), and an solubility in water of 1 g / L or less above the low critical solution temperature (LCST).
제20항에 있어서,
상기 삼투 유도 용액의 온도를 상기 저임계 용액 온도(LCST) 미만에서 상기 저임계 용액 온도 이상으로 올릴 때, 전체 삼투 유도 용질의 50중량% 이상이 입자 크기에서 10배 이상의 증가를 나타내는 삼투 유도 용액.
The method of claim 20,
Osmotic induction solution when raising the temperature of said osmotic induction solution above said low critical solution temperature (LCST) above said low critical solution temperature, at least 50% by weight of the total osmotic induction solute exhibits a 10-fold increase in particle size.
삭제delete 분리 대상 물질과 물을 포함한 유입액; 제19항의 삼투 유도 용액; 한쪽 면은 상기 유입액에 접하고, 다른 쪽 면은 상기 삼투 유도 용액에 접하도록 위치한 반투막; 삼투압에 의해 상기 유입액으로부터 상기 반투막을 통해 상기 삼투 유도 용액으로 이동한 물을 포함하는 처리 용액으로부터 상기 삼투 유도 용질을 제거하는 회수 시스템; 및 상기 회수 시스템으로부터 제거된 상기 삼투 유도 용질을 삼투 유도 용액으로 다시 투입하는 연결부를 포함하는 정삼투 수처리 장치.Influent containing the material to be separated and water; Osmotic induction solution of claim 19; A semipermeable membrane positioned at one side in contact with the inflow liquid and at the other side in contact with the osmotic induction solution; A recovery system for removing the osmotic inducing solute from the treatment solution comprising water moved by osmotic pressure from the influent to the osmotic inducing solution through the semipermeable membrane; And a connection unit for introducing the osmotic inducing solution removed from the recovery system back into the osmotic inducing solution. 제24항에 있어서,
상기 회수 시스템에서 상기 처리 용액으로부터 상기 삼투 유도 용질을 제거하여 생산된 처리수를 배출하는 배출부(outlet)를 더 포함하는 정삼투 수처리 장치.
The method of claim 24,
And an outlet for discharging the treated water produced by removing the osmotic inducing solute from the treatment solution in the recovery system.
제24항에 있어서,
상기 회수 시스템은 정밀 여과막, 한외 여과막, 나노 여과막 또는 원심 분리기를 포함하는 정삼투 수처리 장치.
The method of claim 24,
The recovery system includes a forward filtration membrane, an ultrafiltration membrane, a nanofiltration membrane or a centrifugal separator.
제24항에 있어서,
상기 회수 시스템은, 상기 제거된 삼투 유도 용질을 그의 저임계 용액 온도(LCST) 이상으로 가열하는 온도 컨트롤러를 포함하는 정삼투 수처리 장치.
The method of claim 24,
And the recovery system comprises a temperature controller for heating the removed osmotic inducing solute above its low critical solution temperature (LCST).
제24항에 있어서,
상기 회수시스템은, 상기 제거된 삼투 유도 용질을 저임계 용액 온도(LCST) 미만으로 냉각하는 온도 컨트롤러를 포함하는 정삼투 수처리 장치.
The method of claim 24,
And the recovery system includes a temperature controller for cooling the removed osmotic inducing solute below a low critical solution temperature (LCST).
물 및 상기 물에 녹아 있는 분리 대상 물질을 포함하는 유입액과, 제19항의 삼투 유도 용액을 반투막을 사이에 두고 접하게 하여, 삼투압에 의해 상기 반투막을 통해 상기 유입액으로부터 상기 삼투 유도 용액으로 이동된 물을 포함하는 처리 용액을 얻는 단계; 상기 처리 용액 중 적어도 일부를 상기 삼투 유도 용질의 저임계 용액 온도(LCST) 이상의 온도로 가열하여 상기 처리 용액 내의 상기 삼투 유도 용질을 응집시키는 단계; 상기 응집된 삼투 유도 용질을 상기 처리 용액으로부터 제거하여 처리수를 얻는 단계를 포함하는 정삼투 수처리 방법.The inflow liquid containing water and the substance to be dissolved in the water and the osmotic induction solution of claim 19 are contacted with a semipermeable membrane interposed therebetween. Obtaining a treating solution comprising; Heating at least a portion of the treatment solution to a temperature above the low critical solution temperature (LCST) of the osmotic induced solute to agglomerate the osmotic induced solute in the treatment solution; And removing the aggregated osmotic inducing solute from the treatment solution to obtain treated water. 제29항에 있어서,
상기 제거된 삼투 유도 용질을 저임계 용액 온도(LCST) 이하로 냉각하여 상기 반투막에 접하는 삼투 유도 용액으로 다시 투입하는 단계를 더 포함하는 정삼투 수처리 방법.
The method of claim 29,
And cooling the removed osmosis inducing solute to below a low critical solution temperature (LCST) and introducing the osmosis solution into the osmotic inducing solution in contact with the semipermeable membrane.
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