KR102126307B1 - Ion exchange membrane, method for manufacturing ion exchange membrane, and Ion exchange device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이온교환용액 및 이온교환수지파우더 혼합으로 이루어진 이온교환 슬러리 및 스페이서를 이용하여 불균질 이온교환막을 제조하는 방법에 대한 것이며, 상기 제조방법에 의한 불균질 이온교환막 및 불균질 이온교환막을 이용한 이온교환장치에 대한 것이다. 구체적으로 불균질 이온교환막 제조방법은 필름(10)을 준비하는 준비단계(S100);, 상기 준비단계 후, 이온교환 슬러리(20)를 필름(10)에 도포하는 도포단계(S200);, 상기 도포단계 후, 이온교환 슬러리 표면에 스페이서를 부착하는 부착단계(S300);를 포함하는 시계열적 단계로 이루어진다. The present invention relates to a method for producing a heterogeneous ion exchange membrane using an ion exchange slurry and a spacer composed of a mixture of an ion exchange solution and an ion exchange resin powder, using a heterogeneous ion exchange membrane and a heterogeneous ion exchange membrane It is for an ion exchange device. Specifically, a method for manufacturing a heterogeneous ion exchange membrane includes a preparation step (S100) of preparing the film 10; a coating step of applying the ion exchange slurry 20 to the film 10 after the preparation step (S200); After the coating step, the attachment step (S300) of attaching a spacer to the surface of the ion exchange slurry; consists of a time series step comprising a.
Description
본 발명은 이온교환용액 및 이온교환수지파우더 혼합으로 이루어진 이온교환 슬러리 및 스페이서를 이용하여 유로일체형 불균질(Hetero) 이온교환막을 제조하는 방법에 대한 것이며, 상기 제조방법에 의한 이온교환막 및 이온교환막을 이용한 이온교환장치에 대한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a flow path type heterogeneous ion exchange membrane using an ion exchange slurry and a spacer made of a mixture of an ion exchange solution and an ion exchange resin powder. It is for the ion exchange device used.
특허발명 001은 음이온 교환막의 제조방법 및 이로부터 제조된 음이온 교환막에 관한 기술을 제시하고 있다. 구체적으로 이온교환막의 제조방법은 폴리비닐알코올매트릭스 내에서 음이온 교환 관능기를 가지는 모노머와이드록시틸메타크릴레이트를 공중합 시킴으로써, 불활성 분위기가 아닌 일반 작업환경조건에서 이온교환막을 제조하는 기술에 대하여 제시하며, 이온교환막에 음이온 관능기를 부여하기 위한 염화메틸화와 아민화반응을 생략할 수 있는 기술을 제시하고 있다. Patent invention 001 proposes a method for manufacturing an anion exchange membrane and a technology for anion exchange membranes produced therefrom. Specifically, the method of manufacturing the ion exchange membrane provides a technique for preparing the ion exchange membrane under general working environment conditions, not in an inert atmosphere, by copolymerizing a monomer-wide hydroxytyl methacrylate having an anion exchange functional group in a polyvinyl alcohol matrix, A technique that can omit methyl chloride and amination reactions to impart an anion functional group to the ion exchange membrane has been proposed.
특허발명 002는 이온교환막의 제조방법을 제시한다. 구체적으로 지지섬유형성용액 및 이온교환섬유형성용액 각각을 전기방사하여 지지섬유가 축적된 지지섬유매트(mat) 및 이온교환섬유가 축적된 이온교환섬유매트(mat)가 교호 적층된 적층체를 제조하는 단계를 포함한다. 이에 의하면 이온교환막의 용도에 맞도록 막의 두께, 전기전도도, 기계적강도, 공극의 직경/비율등의 인자조절이 제조공정상에서 용이하고, 제조공정을 단순화 시킬 수 있으며, 이를 통해 제조된 이온교환막은 우수한 기계적강도와 내구성을 가지면서도 동시에 이온교환용량이 크고, 전기 저항 및 확산계수가 작은 범용의 이온교환막으로 활용될 수 있음을 제시하고 있다. Patent invention 002 proposes a method of manufacturing an ion exchange membrane. Specifically, the support fiber-forming solution and the ion-exchange fiber-forming solution are electrospinned to prepare a laminate in which a support fiber mat in which support fibers are accumulated and an ion-exchange fiber mat in which ion-exchange fibers are accumulated are alternately stacked. It includes the steps. According to this, it is easy to control factors such as the thickness of the membrane, electrical conductivity, mechanical strength, and pore diameter/ratio to suit the purpose of the ion exchange membrane, and it is possible to simplify the manufacturing process. It has been suggested that it can be used as a general-purpose ion-exchange membrane with high mechanical strength and durability, while also having a large ion exchange capacity and a small electrical resistance and diffusion coefficient.
특허발명 003은 이온전도성 고분자로 형성된 지지층; 상기 지지층의 상부에 형성되며, 이온전도성 고분자로 형성된 코팅층; 및 상기 지지층과 상기 코팅층의 사이에 층을 이루고있는 다수의 미세 다공성층 상실리케이트입자;를 포함하는 바나듐레독스흐름전지용 이온교환막, 그의 제조방법 및 그를 포함하는 바나듐레독스흐름전지에 관한 것이다. 구제척으로 이온전도성 고분자로 이루어진 이온교환막의 내부에 미세 다공성층 상실리케이트입자층이 개재되어 있어, 수소이온만을 선택적으로 투과시키고, 바나듐이온의 투과도를 낮출 수 있다는 기술을 제시하고 있다. Patent invention 003 is a support layer formed of an ion conductive polymer; A coating layer formed on the support layer and formed of an ion conductive polymer; And a plurality of microporous layer silicate particles forming a layer between the support layer and the coating layer. The present invention relates to an ion exchange membrane for a vanadium redox flow battery, a manufacturing method thereof, and a vanadium redox flow battery comprising the same. As a rescue chuck, a microporous layer silicate particle layer is interposed inside an ion exchange membrane made of an ion-conducting polymer, suggesting a technique that selectively transmits only hydrogen ions and lowers the transmittance of vanadium ions.
특허발명 004는 두께균일도가 향상되어 대면적화가 가능한 비균질 이온교환막의 제조방법을 제시하며, 구체적으로 상기 이온교환막을 포함하는 비균질 이온교환구조체, 및 비균질 이온교환구조체의 제조방법이 개시되어있다. 비균질 이온교환구조체의 제조방법은 이온교환수지, 고분자바인더, 첨가제 및 용매를 혼합하여 슬러리를 형성하는 단계, 슬러리를 테잎캐스팅법을 사용하여 도포하여 제1 이온교환막 및 제2 이온교환막을 형성하는 단계 및 제1 이온교환막 및 제2 이온교환막 사이에 섬유망을 위치시키고 접합시키는 단계를 제시하고 있다.Patent invention 004 proposes a method of manufacturing a non-homogeneous ion exchange membrane capable of increasing the thickness uniformity, and specifically, a non-homogeneous ion exchange structure including the ion exchange membrane, and a method of manufacturing a non-homogeneous ion exchange structure are disclosed. The manufacturing method of the heterogeneous ion exchange structure is a step of forming a slurry by mixing an ion exchange resin, a polymer binder, an additive and a solvent, and forming a first ion exchange membrane and a second ion exchange membrane by applying the slurry using a tape casting method And placing and bonding a fiber network between the first ion exchange membrane and the second ion exchange membrane.
본 발명은 이온교환용액 및 이온교환수지파우더 혼합으로 이루어진 이온교환 슬러리 및 스페이서를 이용하여 유로일체형 불균질 이온교환막을 제조하는 방법에 대한 것이며, 상기 제조방법에 의한 이온교환막 및 이온교환막을 이용한 이온교환장치에 대한 것이다. The present invention relates to a method for manufacturing a flow path type heterogeneous ion exchange membrane using an ion exchange slurry and a spacer composed of a mixture of an ion exchange solution and an ion exchange resin powder, and ion exchange using an ion exchange membrane and an ion exchange membrane according to the above production method It's about the device.
본 발명은 이온교환막 제조방법에 대한 것으로서, 필름(10)을 준비하는 준비단계(S100);, 상기 준비단계 후, 이온교환용액과 이온교환수지 분말을 이용하여 이온교환 슬러리의 제조단계; 이온교환 슬러리를 필름에 도포하는 도포단계(S200);, 상기 도포단계 후, 이온교환 슬러리 표면에 스페이서를 부착하는 부착단계(S300);, 를 포함하는 시계열적 단계로 이루어진다. The present invention relates to a method for manufacturing an ion exchange membrane, a preparation step (S100) of preparing a
본 발명의 불균질 이온교환막 제조방법은 앞에서 제시한 준비단계, 도포단계, 부착단계의 단계에 있어서, 상기 부착단계 후, 상기 부착된 필름을 제거하는 필름제거단계(S500);를 포함한다. The method for manufacturing a heterogeneous ion exchange membrane of the present invention includes a film removing step (S500) of removing the attached film after the attaching step in the preparation steps, the applying step, and the attaching step.
본 발명의 불균질 이온교환막 제조방법은 앞에서 제시한 단계들에 있어서, 상기 필름제거단계 후, 양이온교환 막 및 음이온교환 막을 결합하는 결합단계(S600);를 포함한다. The method for manufacturing a heterogeneous ion exchange membrane of the present invention includes the step (S600) of bonding the cation exchange membrane and the anion exchange membrane after the film removal step in the above-described steps.
본 발명의 불균질 이온교환막은 불용성의 이온교환수지와 용매에 용해되는 고분자 전해질 용액의 혼합조성물로 이루어진 이온교환막(110);, 일면이 상기 이온교환막에 중첩되며 타면이 이온교환막 외부로 도출되는 스페이서(120);, 상기 도출된 스페이서 내부에 형성된 기공(130);, 상기 이온교환막 및 스페이서는 앞에서 제시된 제조방법으로 제조되는 것;을 포함한다. The heterogeneous ion exchange membrane of the present invention is an ion exchange membrane 110 made of a mixed composition of an insoluble ion exchange resin and a polymer electrolyte solution dissolved in a solvent; a spacer where one surface overlaps the ion exchange membrane and the other surface is drawn out of the ion exchange membrane (120);, the pores (130) formed inside the derived spacer; and the ion exchange membrane and the spacer are manufactured by the above-described manufacturing method.
본 발명의 이온교환장치는 복수의 불균질 이온교환막을 적층하는 이온분리부(100);, 내부공간에 상기 이온분리부를 수용하는 외형부(200);, 상기 외형부와 연통되며, 상기 이온교환막에 각각 관통구를 형성하는 투입구(111); 및 배출구(112);를 포함한다. The ion exchange device of the present invention comprises: an
본 발명의 불균질 이온교환막은 이온교환 슬러리 및 스페이서를 이용하며 제조하며, 특히 스페이서에 의한 높은 강성 및 치수안정성을 얻을 수 있으며, 별도 유로를 형성하지 않고도 스페이서에 의해 유로가 형성되는 효과를 얻을 수 있다. The heterogeneous ion exchange membrane of the present invention is manufactured using an ion exchange slurry and a spacer. In particular, high stiffness and dimensional stability can be obtained by a spacer, and an effect of forming a flow path by a spacer without forming a separate flow path can be obtained. have.
본 발명의 불균질 이온교환막은 이온교환용액 및 이온교환수지파우더를 혼합하여 제조하므로 이온교환막의 생산비용을 감소시킬 수 있다. Since the heterogeneous ion exchange membrane of the present invention is prepared by mixing an ion exchange solution and an ion exchange resin powder, the production cost of the ion exchange membrane can be reduced.
본 발명의 이온교환막은 복수로 적층하며, 가장자리에 가스켓을 형성하며, 내부에 투입공 및 배출공을 형성하므로 효과적인 이온교환장치를 구성할 수 있다. The ion-exchange membrane of the present invention is stacked in plural, forms a gasket at the edge, and forms an inlet hole and an outlet hole inside, so that an effective ion exchange device can be constructed.
도 1은 본 발명의 이온교환막 제조공정도.
도 2는 본 발명의 바이폴라막 제조공정도.
도 3은 본 발명의 이온분리부 개념도.1 is a manufacturing process of the ion exchange membrane of the present invention.
Figure 2 is a bipolar film production process diagram of the present invention.
3 is a conceptual diagram of the ion separation unit of the present invention.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, the most preferred embodiments of the present invention will be described in detail in order to describe in detail that a person skilled in the art to which the present invention pertains can easily implement the present invention.
[실시예 1-1] 본 발명은 불균질 이온교환막 제조방법에 대한 발명으로서, 필름(10)을 준비하는 준비단계(S100);, 상기 준비단계 후, 이온교환 슬러리 제조단계; 이온교환 슬러리를 필름에 도포하는 도포단계(S200);, 상기 도포단계 후, 이온교환 슬러리 표면에 스페이서를 부착하는 부착단계(S300);를 포함하는 시계열적 단계로 이루어진다. [Example 1-1] The present invention is an invention for a method for manufacturing a heterogeneous ion exchange membrane, a preparation step (S100) of preparing the
본 발명은 물 속에 용존되어 있는 이온성 물질을 선택적으로 양이온과 음이온을 분리할 수 있는 이온교환막에 대한 것이다.The present invention relates to an ion exchange membrane capable of selectively separating cations and anions from an ionic substance dissolved in water.
물분자를 전기분해하여 수소이온(H+) 및 수산이온(OH-)을 형성하며, 상기 수소이온 및 수산이온은 이온교환막의 음극 및 양극으로 이동하여 산/염기를 제조 것에 대한 것이다. The water molecules by electrolysis of hydrogen ions (H +) and hydroxyl ions (OH -) to form a, and the hydrogen ions and hydroxyl ions is directed to producing the acid / base to move to the negative electrode and a positive electrode of the ion exchange membrane.
본 발명은 불균질 이온교환막 제조방법에 대한 발명으로서, 이온교환 슬러리와 스페이서 만으로 이루어진 것을 특징으로 한다. 즉, 불균질 이온교환막은 필름 일면에서 제조된다. 이온교환 슬러리를 필름상에 캐스팅하며, 스페이서를 필름 일면에 안착시킨다. 안착과정 중, 이온교환 슬러리 및 스페이서는 중첩구간을 형성한다. 이온교환 슬러리에 혼합된 솔벤트가 증발되면, 상기 중첩구간은 얇아지며, 이온교환 슬러리 내부에 존재하는 이온교환수지가 얇은 박막을 형성하게 된다. 즉, 스페이서 일부분에는 응고된 슬러리의 고형분인 이온교환수지파우더와 고분자 전해질만을 남기며, 이는 이온교환막을 형성한다. The present invention is an invention for a method for producing a heterogeneous ion exchange membrane, characterized in that it consists only of an ion exchange slurry and a spacer. That is, the heterogeneous ion exchange membrane is produced on one side of the film. The ion exchange slurry is cast on a film, and a spacer is seated on one side of the film. During the seating process, the ion exchange slurry and spacers form overlapping sections. When the solvent mixed in the ion exchange slurry evaporates, the overlapping section becomes thin, and the ion exchange resin present inside the ion exchange slurry forms a thin film. That is, only the ion exchange resin powder and the polymer electrolyte, which are solid contents of the solidified slurry, are left on a part of the spacer, which forms an ion exchange membrane.
상기 응고된 이온교환 슬러리는 이온교환막을 형성하며, 상기 도출된 스페이서는 유로를 형성하게 된다. 본 방법으로 생산된 이온교환막은 스페이서에 의해 유로를 형성하므로 별도의 유로를 제작할 필요가 없다. 또한, 본 발명의 스페이서는 이온교환막의 강도 및 치수안정성을 증대시킬 수 있다.The solidified ion exchange slurry forms an ion exchange membrane, and the derived spacer forms a flow path. Since the ion exchange membrane produced by this method forms a flow path by a spacer, there is no need to fabricate a separate flow path. In addition, the spacer of the present invention can increase the strength and dimensional stability of the ion exchange membrane.
상기 평면필름은 PET필름으로 이루어진다. 상기 스페이서는 메시망으로 형성하며, 상기 메시망은 직포 또는 부직포로 형성된다. 상기 메시망은 내부 기공을 형성하여, 물의 흐름을 원활하게 확보할 수 있다. The flat film is made of a PET film. The spacer is formed of a mesh net, and the mesh net is formed of a woven or non-woven fabric. The mesh network may form internal pores to smoothly ensure water flow.
[실시예 1-2] 본 발명은 불균질 이온교환막 제조방법에 대한 발명이며, 실시예 1-1에 있어서, 상기 이온교환 슬러리는 이온교환용액(21) 및 이온교환수지파우더(22) 혼합으로 형성된다.[Example 1-2] The present invention is an invention for a method for manufacturing a heterogeneous ion exchange membrane, and in Example 1-1, the ion exchange slurry is mixed with an ion exchange solution 21 and an ion exchange resin powder 22. Is formed.
이온교환용액만으로 균질계 이온교환막을 형성하면, 고가의 비용이 요구된다. 그러나, 이온교환수지파우더를 혼합하면 동일한 효과를 발휘하며, 비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다. 상기 이온교환수지파우더는 불용성이며, 이온교환용액에 용해되지 않는다. 이온교환용액은 고분자전해질인 이온교환폴리머를 용매에 용해하여 제작된다. 이온교환수지파우더는 이온교환수지를 분쇄하여 파우더 형태로 제조한다.If a homogeneous ion exchange membrane is formed only with an ion exchange solution, an expensive cost is required. However, mixing the ion exchange resin powder exerts the same effect, and has the effect of reducing the cost. The ion exchange resin powder is insoluble and does not dissolve in the ion exchange solution. The ion exchange solution is prepared by dissolving a polymer electrolyte, an ion exchange polymer, in a solvent. The ion exchange resin powder is prepared by pulverizing the ion exchange resin.
이온교환용액은 극성에 따라 양이온 교환용액 및 음이온 교환용액으로 구분되며, 이온교환수지파우더는 극성에 따라 양이온 교환수지파우더 및 음이온 교환수지파우더로 구분된다. The ion exchange solution is classified into a cation exchange solution and an anion exchange solution according to polarity, and the ion exchange resin powder is classified into a cation exchange resin powder and an anion exchange resin powder according to polarity.
상기 음이온 교환용액은 음이온 고분자 전해질을 용해할 수 있는 용매에 녹여 생성하며, 상기 양이온 교환용액은 양이온 고분자 전해질을 용해할 수 있는 용매에 녹여 생성한다. 용매는 극성용매, 양쪽성용매, 비극성용매로 음이온 전해질과 양이온 전해질을 용해할 수 있는 것이면 제한되지 않고 사용할 수 있다. 구체적인 실시예로서, 상기 음이온 교환용액은 음이온 고분자 전해질을 NMP(n-Methyl pyrrolidone)용매에 녹여 생성하며, 상기 양이온 교환용액은 양이온 고분자 전해질을 DMAC(Dimethylacetamide)용매에 녹여 생성한다. The anion exchange solution is produced by dissolving an anionic polymer electrolyte in a solvent that can dissolve, and the cation exchange solution is produced by dissolving a cationic polymer electrolyte in a solvent that can be dissolved. The solvent is a polar solvent, an amphoteric solvent, and a non-polar solvent, and can be used without limitation as long as it can dissolve the anionic electrolyte and the cationic electrolyte. As a specific embodiment, the anion exchange solution is produced by dissolving an anionic polymer electrolyte in an NMP (n-Methyl pyrrolidone) solvent, and the cation exchange solution is produced by dissolving a cationic polymer electrolyte in a DMA C (Dimethylacetamide) solvent.
상기 음이온 교환수지파우더 및 양이온 교환수지파우더의 평균입경은 1 내지 500μm로 형성된다. 상기 음이온 교환용액 및 양이온 교환용액은 혼합물 함량이 5 내지 70 중량%를 형성되며, 상기 음이온 교환수지파우더 및 양이온 교환수지파우더는 혼합물 함량의 30 내지 95중량%를 형성한다. 상기 양이온 교환막 및 음이온 교환막 두께는 각각 50 내지 10,000μm이며, 바람직하게는 150 내지 500μm를 형성한다. The anion exchange resin powder and cation exchange resin powder have an average particle diameter of 1 to 500 μm. The anion exchange solution and the cation exchange solution form a mixture content of 5 to 70% by weight, and the anion exchange resin powder and the cation exchange resin powder form 30 to 95% by weight of the mixture content. The thickness of the cation exchange membrane and the anion exchange membrane is 50 to 10,000 μm, respectively, and preferably 150 to 500 μm.
[실시예 1-3] 본 발명은 불균질 이온교환막 제조방법에 대한 발명이며, 실시예 1-1에 있어서, 상기 부착단계 후, 상기 이온교환용액을 응고시키는 응고단계(S400);를 포함한다. [Example 1-3] The present invention is an invention for a method for manufacturing a heterogeneous ion exchange membrane, and in Example 1-1, after the attachment step, a solidification step (S400) of solidifying the ion exchange solution; .
이온교환 슬러리의 내부에는 용매를 포함한다. 상기 용매가 증발된 후, 이온교환용액은 고형화 되며, 얇은 박막을 형성하게 된다. A solvent is contained inside the ion exchange slurry. After the solvent evaporates, the ion exchange solution solidifies and forms a thin film.
[실시예 2-1] 본 발명은 불균질 이온교환막 제조방법에 대한 발명이며, 실시예 1-1에 있어서, 상기 부착단계 후, 상기 부착된 필름을 제거하는 필름제거단계(S500);를 포함하는 단계로 이루어진다. [Example 2-1] The present invention is an invention for a method for manufacturing a heterogeneous ion exchange membrane, and in Example 1-1, after the attaching step, a film removing step (S500) of removing the attached film; includes It consists of steps.
이온교환 슬러리는 유체형태이므로 평면상에 캐스팅되어야 한다. 슬러리가 평면상에서 고화된 후, 분리된다. 결과적으로 이온교환수지, 이온교환고분자 전해질 및 스페이서로 이루어진 불균질 이온교환막을 확보할 수 있다.The ion exchange slurry is in fluid form and must be cast on a flat surface. After the slurry solidifies on the plane, it separates. As a result, a heterogeneous ion exchange membrane composed of an ion exchange resin, an ion exchange polymer electrolyte, and a spacer can be secured.
[실시예 3-1] 본 발명은 바이폴라막 제조방법에 대한 발명이며, 실시예 2-1에 있어서, 상기 필름제거단계 후, 불균질 양이온 교환막(320) 및 음이온 교환막(310)을 결합하는 결합단계(S600);를 포함하는 단계로 이루어진다. [Example 3-1] The present invention is an invention for a method for manufacturing a bipolar membrane, and in Example 2-1, after the film removal step, the heterogeneous
상기 불균질 양이온 교환막 및 음이온 교환막은 이온교환 슬러리에 극성을 부여하여 생성된 것이다. 상기 결합단계 중, 상기 불균질 양이온 교환막 및 음이온 교환막 사이에 촉매층(330)을 삽입한다. The heterogeneous cation exchange membrane and the anion exchange membrane are produced by imparting polarity to the ion exchange slurry. During the bonding step, a
상기 촉매층은 금속수산화물 나노입자를 용매에 분산시켜 촉매 슬러리를 제조한 후, 불균질 음이온 교환막 일면에 상기 촉매 슬러리를 캐스팅하며, 캐스팅된 슬러리를 건조시켜, 촉매층을 형성한다. The catalyst layer is prepared by dispersing metal hydroxide nanoparticles in a solvent to prepare a catalyst slurry, and then casting the catalyst slurry on one surface of a heterogeneous anion exchange membrane and drying the cast slurry to form a catalyst layer.
[실시예 3-2] 본 발명은 바이폴라막 제조방법에 대한 발명이며, 실시예 3-1에 있어서, 상기 결합단계 중, 상기 불균질 양이온 교환막 및/또는 음이온 교환막 표면에 용매분사기(410)에 의해 용매를 분사하는 분사단계(S710);를 포함하는 단계로 이루어진다. [Example 3-2] The present invention is an invention for a method for manufacturing a bipolar membrane, and in Example 3-1, during the bonding step, the heterogeneous cation exchange membrane and/or anion exchange membrane is applied to a
불균질 양이온 교환막 및 음이온 교환막의 결합용이성을 확보하기 위해, 불균질 음이온 교환막 표면에 용매를 스프레이로 분사하며, 용매 증발과정에서 불균질 음이온 교환막 표면은 접착성을 가지게 된다. 따라서 불균질 음이온 교환막 및 양이온 교환막의 접촉에 의해 결합이 가능해진다. In order to secure the ease of bonding between the heterogeneous cation exchange membrane and the anion exchange membrane, the solvent is sprayed onto the surface of the heterogeneous anion exchange membrane with a spray, and the surface of the heterogeneous anion exchange membrane has adhesive properties during the solvent evaporation process. Therefore, it becomes possible to bond by contact between the heterogeneous anion exchange membrane and the cation exchange membrane.
[실시예 3-3] 본 발명은 바이폴라막 제조방법에 대한 발명이며, 실시예 3-2에 있어서, 상기 분사단계 후, 불균질 양이온 교환막 및 음이온 교환막을 롤러(420)로 압착하는 압착단계(S720);를 포함하는 단계로 이루어진다. [Example 3-3] The present invention is an invention of a method for manufacturing a bipolar membrane, and in Example 3-2, after the spraying step, a compaction step of squeezing the heterogeneous cation exchange membrane and anion exchange membrane with a roller 420 ( S720); consists of.
[실시예 3-4] 본 발명은 바이폴라막 제조방법에 대한 발명이며, 실시예 3-2에 있어서, 상기 압착단계 중, 또는 압착단계 전, 불균질 양이온 교환막 및/또는 음이온 교환막에 가열기(430)에 의해 열을 부여하는 가열단계(S730);를 포함하는 단계로 이루어진다.[Example 3-4] The present invention is an invention for a method of manufacturing a bipolar membrane, and in Example 3-2, a heater (430) is provided to the heterogeneous cation exchange membrane and/or anion exchange membrane during the compression step or before the compression step. Heating step (S730) for providing heat by ).
불균질 양이온 교환막 및 음이온 교환막의 결합효율을 높이기 위해, 불균질 양이온 교환막 및 음이온 교환막은 2개의 롤러 사이를 통과하게 되며, 롤러의 압착력은 결합효율성을 향상시킨다. 또한 불균질 음이온 교환막 및 양이온 교환막을 가열하여 접착효율성을 향상시킬 수 있다. In order to increase the binding efficiency between the heterogeneous cation exchange membrane and the anion exchange membrane, the heterogeneous cation exchange membrane and the anion exchange membrane pass between two rollers, and the pressing force of the roller improves the binding efficiency. In addition, it is possible to improve the adhesion efficiency by heating the heterogeneous anion exchange membrane and the cation exchange membrane.
[실시예 4-1] 본 발명은 불균질 이온교환막에 대한 발명으로서, 박막으로 이루어진 이온교환막(110);, 일면이 상기 이온교환막에 중첩되며 타면이 이온교환막 외부로 도출되는 스페이서(120);, 상기 도출된 스페이서 내부에 형성된 기공(130);, 상기 이온교환막 및 스페이서는 앞에서 제시된 제조방법의 실시예 중 어느 하나의 방법으로 제조되는 것;을 포함한다. [Example 4-1] The present invention is an invention for a heterogeneous ion exchange membrane, an ion exchange membrane 110 made of a thin film; a
[실시예 5-1] 본 발명의 이온교환장치는 복수의 불균질 이온교환막을 적층하는 이온분리부(100);, 내부공간에 상기 이온분리부를 수용하는 외형부(200);, 상기 외형부와 연통되며, 상기 이온교환막에 각각 관통구를 형성하는 투입구(111);, 및 배출구(112);를 포함하는 구성의 조합으로 이루어진다. [Example 5-1] The ion exchange device of the present invention includes: an
상기 이온분리부의 불균질 이온교환막은 극성이 다른 불균질 양이온 교환막 및 음이온 교환막 이며, 불균질 양이온 교환막 및 음이온 교환막은 상호 극성이 다른 것과 대응되게 인접하여 형성된다.The heterogeneous ion exchange membranes of the ion separation unit are heterogeneous cation exchange membranes and anion exchange membranes of different polarities, and the heterogeneous cation exchange membranes and anion exchange membranes are formed adjacent to each other to correspond to different polarities.
이온분리부가 불균질 양이온 교환막과 음이온 교환막으로 형성되는 경우, 실시예 2-1의 공정으로 제조된 불균질 이온교환막이 이온분리부를 형성하며, 복수의 불균질 양이온 교환막과 음이온 교환막이 상호 교차 배열되어 구성된다.When the ion separation portion is formed of a heterogeneous cation exchange membrane and an anion exchange membrane, the heterogeneous ion exchange membrane prepared by the process of Example 2-1 forms an ion separation portion, and a plurality of heterogeneous cation exchange membranes and anion exchange membranes are cross-arranged with each other. It is composed.
[실시예 5-2] 본 발명은 이온교환장치에 대한 발명이며, 실시예 5-1에 있어서, 상기 불균질 양이온 교환막 및 상기 불균질 음이온 교환막의 일면 가장자리에 같은 극성의 이온교환용액을 코팅 건조하여 형성되는 가스켓(113);을 포함한다.[Example 5-2] The present invention is an invention for an ion exchange device, and in Example 5-1, an ion exchange solution of the same polarity is coated and dried on one edge of the heterogeneous cation exchange membrane and the heterogeneous anion exchange membrane.
[실시예 5-3] 본 발명은 이온교환장치에 대한 발명이며, 실시예 5-2에 있어서, 상기 내부공간에 형성되며, 이온분리부 일면에 삽입된 제1전극(210);, 상기 내부공간에 형성되며, 이온분리부 타면에 삽입된 제2전극(220);을 포함한다. [Example 5-3] The present invention relates to an ion exchange device, and in Example 5-2, a first electrode 210 formed in the inner space and inserted into one surface of the ion separation unit; It is formed in the space, the second electrode 220 is inserted into the other surface of the ion separation unit; includes.
적층된 불균질 이온교환막들 만으로 기밀성을 확보하기 위해, 불균질 이온교환막 가장자리는 가스켓을 형성한다. 상기 가스켓은 같은 극성의 이온교환용액을 코팅하여 건조함으로서 형성되며, 불균질 이온교환막들의 가장자리만을 기밀하므로 물의 외부유출을 방지할 수 있다. To ensure airtightness only with the stacked heterogeneous ion exchange membranes, the edge of the heterogeneous ion exchange membrane forms a gasket. The gasket is formed by coating an ion-exchange solution of the same polarity and drying it, so that only the edges of the heterogeneous ion-exchange membranes are airtight, thereby preventing the outflow of water.
10 : 필름 20 : 이온교환슬러리
21 : 이온교환용액 22: 이온교환수지파우더
100 :이온분리부 110 : 이온교환막
111 : 투입구 112 : 배출구
113 : 가스켓 120 : 스페이서
130 : 기공 200 : 외형부
210 : 제1전극 220 : 제2전극
310 : 불균질음이온교환막 320 : 불균질양이온교환막
330 : 촉매층 410 : 용매 분사기
420 : 롤러 430 : 가열기10: film 20: ion exchange slurry
21: ion exchange solution 22: ion exchange resin powder
100: ion separation unit 110: ion exchange membrane
111: inlet 112: outlet
113: gasket 120: spacer
130: pore 200: external part
210: first electrode 220: second electrode
310: heterogeneous anion exchange membrane 320: heterogeneous cation exchange membrane
330: catalyst layer 410: solvent injector
420: roller 430: heater
Claims (5)
PET 필름(10)을 준비하는 준비단계(S100);
이온교환폴리머를 용매에 용해시킨 이온교환용액과 불용성 이온교환수지가 분쇄되어 1μm 내지 500 μm의 입경을 가지는 이온교환수지파우더를 혼합하여 이온교환슬러리 제조단계;
상기 준비단계 후, 이온교환슬러리(20)를 PET 필름(10)에 도포하는 도포단계(S200);
상기 도포단계 후, 이온교환슬러리 표면에 중첩구간이 형성되며, 기공이 포함되어 유로를 형성하는 메시망의 스페이서를 부착하는 부착단계(S300);
상기 부착단계 후, 상기 이온교환슬러리에 혼합된 용매의 솔벤트를 증발시키며, 스페이서와 이온교환슬러리 중첩구간의 이온교환슬러리가 이온교환수지파우더 및 고분자 전해질만 박막으로 형성되는 응고단계(S400);
상기 부착단계 후, 상기 부착된 필름을 제거하는 필름제거단계(S500);
이온교환용액은 극성에 따라 양이온 교환용액 및 음이온 교환용액으로 구분되며, 이온교환슬러리 총 중량의 50 내지 70 중량%로 형성되는 것;
이온교환수지파우더는 극성에 따라 양이온 교환수지파우더 및 음이온 교환수지파우더로 구분되며, 이온교환슬러리 총 중량의 30 내지 95 중량%로 형성되는 것;을 포함하는 불균질 이온교환막 제조방법.
In the method of manufacturing a heterogeneous ion exchange membrane,
Preparation step for preparing the PET film (10) (S100);
An ion exchange slurry prepared by mixing an ion exchange solution in which an ion exchange polymer is dissolved in a solvent and an insoluble ion exchange resin are pulverized to mix an ion exchange resin powder having a particle diameter of 1 μm to 500 μm;
After the preparation step, the coating step of applying the ion exchange slurry 20 to the PET film 10 (S200);
After the applying step, an overlapping section is formed on the surface of the ion exchange slurry, and the attaching step (S300) of attaching spacers of a mesh network including pores to form a flow path;
After the attaching step, the solvent of the solvent mixed in the ion exchange slurry is evaporated, and the solidification step in which the ion exchange slurry between the spacer and the ion exchange slurry overlapping section is formed of only a thin film of ion exchange resin powder and polymer electrolyte (S400);
After the attaching step, a film removing step of removing the attached film (S500);
The ion exchange solution is divided into a cation exchange solution and an anion exchange solution according to polarity, and is formed of 50 to 70% by weight of the total weight of the ion exchange slurry;
The ion exchange resin powder is divided into a cation exchange resin powder and an anion exchange resin powder according to polarity, and is formed of 30 to 95% by weight of the total weight of the ion exchange slurry.
박막으로 이루어진 이온교환막(110);,
일면이 상기 이온교환막에 중첩되며 타면이 이온교환막 외부로 도출되는 스페이서(120);,
상기 도출된 스페이서 내부에 형성된 기공(130);
상기 이온교환막 및 스페이서는 청구항 1의 방법으로 제조되는 것;을 포함하는 이온교환막.
In the heterogeneous ion exchange membrane,
Ion exchange membrane 110 made of a thin film;,
A spacer 120 having one surface overlapping the ion exchange membrane and the other surface leading out of the ion exchange membrane;
Pores 130 formed inside the derived spacer;
The ion exchange membrane and the spacer is prepared by the method of claim 1; ion exchange membrane comprising a.
상기 청구항 1의 필름제거단계 후, 불균질 양이온 교환막(320) 및 불균질 음이온 교환막(310)을 결합하는 결합단계(S600);를 포함하는 바이폴라막 제조방법.
In the method of manufacturing a bipolar film,
After the film removal step of claim 1, the heterogeneous cation exchange membrane 320 and the heterogeneous anion exchange membrane 310, the bonding step (S600) of bonding; comprising a bipolar membrane manufacturing method comprising a.
청구항 4의 제조방법으로 제조된 복수의 불균질 양이온 교환막 및 복수의 음이온 교환막이 상호 적층되는 이온분리부(100);
내부공간에 상기 이온분리부를 수용하는 외형부(200);
상기 외형부와 연통되며, 상기 불균질 양이온 이온교환막 및 불균질 음이온 이온교환막에 각각 관통구를 형성하는 투입구(111); 및 배출구(112);를 포함하는 이온교환장치.
In the ion exchange device,
An ion separation unit 100 in which a plurality of heterogeneous cation exchange membranes and a plurality of anion exchange membranes manufactured by the method of claim 4 are stacked on each other;
An outer part 200 accommodating the ion separation part in an inner space;
An inlet 111 communicating with the outer portion and forming through holes in the heterogeneous cation ion exchange membrane and the heterogeneous anion ion exchange membrane; And an outlet (112).
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