KR102157929B1

KR102157929B1 - 수처리 모듈의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 수처리 모듈

Info

Publication number: KR102157929B1
Application number: KR1020170144360A
Authority: KR
Inventors: 박종범; 길형배; 전성현; 이아영; 신정규; 이영주
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2017-11-01
Filing date: 2017-11-01
Publication date: 2020-09-18
Also published as: KR20190048996A

Abstract

본 명세서는 2 이상의 에폭시기를 가지는 에폭시 화합물을 포함하는 후처리 용액을, 다공성 지지체; 및 상기 다공성 지지체 상에 구비된 폴리아미드 활성층을 포함하는 역삼투막을 하나 이상 포함하는 수처리 모듈에 원수 투입 방향으로 흘려 보냄으로써, 상기 폴리아미드 활성층의 아민기와 상기 에폭시 화합물의 에폭시기를 반응시켜, 막을 형성하는 단계를 포함하는 수처리 모듈의 제조방법 및 상기 제조방법에 의하여 제조된 수처리 모듈을 제공한다.

Description

수처리 모듈의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 수처리 모듈{METHOD FOR MANUFACTURING WATER TREATMENT MODULE AND WATER TREATMENT MODULE PREPARED BY THEREOF}

본 명세서는 수처리 모듈의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 수처리 모듈에 관한 것이다.

반투과성막으로 격리된 두 용액 사이에서 용매가 용질의 농도가 낮은 용액에서 높은 용액 쪽으로 분리막을 통과하여 이동하는 현상을 삼투 현상이라 하며, 이때 용매의 이동으로 용질의 농도가 높은 용액 측에 작용하는 압력을 삼투압이라고 한다. 그런데 삼투압보다 높은 외부 압력을 걸어주면 용매는 용질의 농도가 낮은 용액 쪽으로 이동하게 되는데, 이 현상을 역삼투라고 한다. 역삼투 원리를 이용하여 압력 구배를 구동력으로 해서 반투과성 막을 통해 각종 염이나 유기 물질을 분리해낼 수 있다. 이러한 역삼투 현상을 이용한 수처리 분리막은 분자 수준의 물질을 분리하고, 염수 또는 해수에서 염을 제거하여 가정용 및 건축용, 산업용 용수를 공급하는데 사용되고 있다.

이러한 역삼투막의 대표적인 예로는, 폴리아미드계 역삼투막을 들 수 있으며, 폴리아미드계 역삼투막은 미세 다공층 지지체 상에 폴리아미드 활성층을 형성하는 방법으로 제조되고 있으며, 보다 구체적으로는, 부직포 위에 폴리술폰층을 형성하여 미세 다공성 지지체를 형성하고, 이 미세 다공성 지지체를 m-페닐렌 디아민(m-Phenylene Diamine, m-PD) 수용액에 침지시켜 m-PD층을 형성하고, 이를 다시 트리메조일클로라이드(TriMesoyl Chloride, TMC) 유기 용매에 침지시켜 m-PD층을 TMC와 접촉시켜 계면 중합시킴으로써 폴리아미드층을 형성하는 방법으로 제조되고 있다.

이와 같은 역삼투막의 성능을 높이는 것에 대한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다.

Roh et al., J. Poly. Sci. 36, 1821-1830, 1998

본 명세서의 일 실시상태는 2 이상의 에폭시기를 가지는 에폭시 화합물을 포함하는 후처리 용액을, 다공성 지지체; 및 상기 다공성 지지체 상에 구비된 폴리아미드 활성층을 포함하는 역삼투막을 하나 이상 포함하는 수처리 모듈에 원수 투입 방향으로 흘려 보냄으로써, 상기 폴리아미드 활성층의 아민기와 상기 에폭시 화합물의 에폭시기를 반응시켜, 막을 형성하는 단계를 포함하는 수처리 모듈의 제조방법을 제공한다.

본 명세서의 일 실시상태는 전술한 수처리 모듈의 제조방법에 따라 제조된 수처리 모듈을 제공한다.

또한, 본 명세서의 일 실시상태는 전술한 수처리 모듈을 하나 이상 포함하는 수처리 장치를 제공한다.

본 명세서에 기재된 수처리 모듈의 제조방법에 의해 제조된 수처리 모듈은 염 제거율이 향상되고, 수세 공정 전후의 염 제거율 변화량이 감소하는 효과가 있다.

도 1은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 역삼투막을 도시한 것이다.
도 2는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 수처리 모듈을 도시한 것이다.

본 명세서에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.

본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

이하 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.

본 명세서의 일 실시상태는, 2 이상의 에폭시기를 가지는 에폭시 화합물을 포함하는 후처리 용액을, 다공성 지지체; 및 상기 다공성 지지체 상에 구비된 폴리아미드 활성층을 포함하는 역삼투막을 하나 이상 포함하는 수처리 모듈에 원수 투입 방향으로 흘려 보냄으로써, 상기 폴리아미드 활성층의 아민기와 상기 에폭시 화합물의 에폭시기를 반응시켜, 막을 형성하는 단계를 포함하는 수처리 모듈의 제조방법을 제공한다.

본 명세서의 일 실시상태에 따른 수처리 모듈의 제조방법에 의해 수처리 모듈을 제조하는 경우, 필요한 부분에 필요한 두께로 막을 형성할 수 있어, 수처리 모듈의 효율적인 제어가 가능하다.

본 명세서에 기재된 수처리 모듈의 제조방법에 의하여 제조된 수처리 모듈은, 모듈이 사용되는 상태에서 후처리 용액을 흘려 보냄으로써 후처리를 하여, 막을 형성시켜 수처리 모듈의 염 제거율을 향상시키고, 수세 공전 전후의 염 제거율 변화량이 크지 않도록 할 수 있다.

수처리 모듈이 형성되기 전의 역삼투막을 에폭시 화합물 포함하는 용액에 의한 후처리는 주로 역삼투막 표면의 오염물 축적 방지를 위해 사용되었다. 수처리 모듈이 형성되기 전의 역삼투막 폴리아미드 활성층 상에 직접 에폭시 화합물을 포함하는 용액을 흘려 보내는 경우, 역삼투막 전체 표면이 에폭시 화합물을 포함하는 용액과 막을 형성하게 된다. 이로 인해, 역삼투막의 일정 두께나 일정 위치만을 접촉시킬 수 없다. 따라서, 역삼투막의 필요한 부분에만 두께를 다르게 조절하거나, 필요한 부분에만 후처리 용액을 접촉시켜 막을 형성할 수 없다는 단점이 있다.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 2 이상의 에폭시기를 가지는 에폭시 화합물은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.

[화학식 1]

상기 화학식 1에 있어서,

n은 1 내지 43의 정수이다. 또한, 바람직하게 n은 9일 수 있다.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 에폭시 화합물은 폴리에틸렌글리콜디글리시딜이써(PEGDE, Poly(ethylene glycol)diglycidyl ether)일 수 있다.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 폴리에틸렌글리콜디글리시딜이써(PEGDE, Poly(ethylene glycol)diglycidyl ether)의 분자량은 500 내지 2000 이다.

수처리 모듈에 포함되는 적어도 하나 이상의 역삼투막에는 계면중합에 의해 형성된 폴리아미드 활성층이 존재한다. 상기 계면중합의 반응이 이루어진 후 역삼투막에는 아민기 또는 카르복실기가 잔류할 수 있다. 본 명세서의 일 실시상태에 따른 수처리 모듈은 에폭시 화합물이 포함된 후처리 용액을 수처리 모듈에 흘려 보냄으로써, 상기 폴리아미드 활성층의 아민기와 상기 에폭시 화합물의 에폭시기가 반응하여 결합을 형성하게 된다. 상기 결합이 형성되면서, 에폭시기가 개환되고, 알코올기가 형성될 수 있다.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 폴리아미드 활성층의 아민기와 상기 에폭시 화합물의 에폭시기가 결합을 형성함으로써, 기존의 수처리 모듈에 포함되는 적어도 하나 이상의 역삼투막의 폴리아미드 활성층에 포함된 폴리아미드 중합체보다 사슬(chain)길이가 길어지게 된다. 이로 인해, 사슬(chain)길이가 길어짐으로써, 염 제거에 더욱 효과적일 수 있다.

또한, 상기 결합에 의해 알코올기가 형성됨으로써, 친수 특성을 가지게 되어 수처리 모듈의 파울링(fouling) 현상을 억제할 수 있는 효과가 있다. 잔류하는 아민기와 반응하지 않고 남은 에폭시기는 폴리아미드 활성층의 미반응기와 공유결합하여, 안정성 있는 막을 구현할 수 있다.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 막을 형성하는 단계는 폴리아미드 활성층의 아민기와 상기 에폭시 화합물의 에폭시기가 반응하여 하기 화학식 2의 단위를 포함하는 중합체, 또는 하기 화학식 3, 4 또는 5의 화합물을 형성하는 것인 수처리 모듈의 제조방법을 제공한다.

[화학식 2]

[화학식 3]

[화학식 4]

[화학식 5]

상기 화학식 2 내지 5에서 n은 1 내지 43의 정수이며, p는 1 내지 1000의 정수이다.

본 명세서의 또 하나의 일 실시상태는 상기 화학식 2의 단위를 포함하는 중합체, 또는 하기 화학식 3 또는 4의 화합물을 형성하는 것인 수처리 모듈의 제조방법을 제공한다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 에폭시 화합물은 상기 후처리 용액 전체 중량에 대하여 0.01 내지 1.0 중량%, 바람직하게는 0.01 내지 0.5 중량%이고, 더욱 바람직하게는 0.1 중량%일 수 있다. 상기 에폭시 화합물의 함량이 상기 범위 내인 경우, 상기 폴리아미드 활성층의 아민기와 상기 에폭시 화합물 에폭시기 반응에 의한 결합이 효과적일 수 있다. 상기 에폭시 화합물의 함량이 0.01 중량% 미만인 경우, 에폭시기 함량이 너무 적어 반응의 결합이 잘 이루어질 수 없고, 1.0 중량% 이상인 경우, 역삼투막의 오염 가능성으로 인해 투과 유량을 현저하게 감소시킬 수 있다.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 후처리 용액은 탈이온수를 더 포함할 수 있다. 상기 탈이온수란 용해되어 있는 이온을 모두 제거한 물을 의미한다.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 막을 형성하는 단계는, 상기 후처리 용액을 상기 다공성 지지체; 및 상기 다공성 지지체 상에 구비된 폴리아미드 활성층을 포함하는 역삼투막을 하나 이상 포함하는 수처리 모듈에 원수 투입 방향으로 5 내지 15 분간, 바람직하게는 9 내지 11 분간 흘려 보낼 수 있다. 상기 후처리 용액을 상기 수처리 모듈에 흘려 보내는 시간이 상기 범위 내인 경우 잔류하는 아민기와 에폭시 화합물의 반응에 의한 결합이 효과적일 수 있다. 상기 시간이 5분 미만인 경우 반응 시간이 짧아 반응의 결합이 잘 이루어질 수 없고, 15분을 초과하는 경우 역삼투막의 오염 가능성으로 인해 투과 유량을 현저하게 감소시킬 수 있다.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 막을 형성하는 단계는, 상기 후처리 용액을 상기 다공성 지지체; 및 상기 다공성 지지체 상에 구비된 폴리아미드 활성층을 포함하는 역삼투막을 하나 이상 포함하는 수처리 모듈에 원수 투입 방향으로 15psi 내지 25psi의 압력, 바람직하게는 18psi 내지 22psi의 압력으로 흘려보낼 수 있다. 상기 압력이 15psi 미만인 경우 상기 에폭시 화합물을 포함하는 후처리 용액이 수처리 모듈과 균일하게 접촉할 수 없고, 25psi 초과인 경우 고압으로 인해 수처리 모듈의 내구성에 문제가 생길 수 있다.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 본 발명의 수처리 모듈은 2,000ppm NaCl 수용액, 압력 225psi, 온도 25℃ 조건에서 수세 공정 전 염 제거율이 99.80% 이상인 것을 특징으로 한다. 구체적으로 상기 염 제거율은 99.80% 내지 99.86%이다.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 수처리 모듈에 상기 에폭시 화합물을 포함하는 후처리 용액을 흘려 보낸 후, 탈이온수로 수세하는 공정 후에 2,000ppm NaCl 수용액, 압력 225psi, 온도 25℃ 조건에서 염 제거율이 99.70%이상인 것을 특징으로 한다. 구체적으로 상기 염 제거율은 99.70% 내지 99.76%이다.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 수처리 모듈에 상기 에폭시 화합물을 포함하는 후처리 용액을 흘려 보낸 후, 탈이온수로 수세하는 공정 전후의 염 제거율의 변화량은 0.15%이하로, 수세 공정에 따른 염 제거율의 변화량이 크지 않아 우수한 성능을 가질 수 있다. 구체적으로 상기 염 제거율의 변화량은 0.08% 내지 0.15%이다.

본 명세서의 일 실시상태는, 역삼투막을 하나 이상 포함하는 수처리 모듈의 제조방법, 수처리 모듈 및 수처리 장치에 관한 것이나, 수처리 모듈을 이루는 역삼투막은 후술하는 방법으로 형성될 수 있다.

상기 역삼투막은 다공성 지지체; 및 다공성 지지체 상에 구비된 폴리아미드 활성층을 포함한다.

상기 폴리아미드 활성층은 다공성 지지체 상에 아민 화합물을 포함하는 수용액층을 형성하는 단계; 상기 아민 화합물을 포함하는 수용액층 상에 폴리아미드 활성층을 형성하는 단계를 통하여 형성될 수 있다.

상기 다공성 지지체로는, 부직포 상에 고분자 재료의 코팅층이 형성된 것을 사용할 수 있다. 상기 고분자 재료로는, 예를 들면, 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리프로필렌, 폴리메틸펜텐, 폴리메틸클로라이드 및 폴리비닐리덴플루오라이드 등이 사용될 수 있으나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다. 구체적으로, 상기 고분자 재료로서 폴리설폰을 사용할 수 있다.

아민 화합물과 아실 할라이드 화합물의 접촉시 아민 화합물과 아실 할라이드 화합물이 반응하면서 계면 중합에 의해 폴리아미드를 생성하고, 미세 다공성 지지체에 흡착되어 박막이 형성된다. 상기 접촉은 침지, 스프레이 또는 코팅 등의 방법을 통해 활성층을 이루어질 수 있다. 계면 중합 조건은 당 기술분야에 알려져 있는 것들이 사용될 수 있다.

상기 다공성 지지체 상에 아민 화합물을 포함하는 수용액층을 형성하는 방법은 특별히 한정하지 않으며, 지지체 위에 수용액층을 형성할 수 있는 방법이라면 제한하지 않고 사용할 수 있다. 구체적으로, 상기 다공성 지지체 상에 아민 화합물을 포함하는 수용액층을 형성하는 방법은 분무, 도포, 침지, 적하 등을 들 수 있다.

이때, 상기 수용액층은 필요에 따라 과잉의 아민 화합물을 포함하는 수용액을 제거하는 단계를 추가적으로 거칠 수 있다. 상기 다공성 지지체 상에 형성된 수용액층은 지지체 상에 존재하는 수용액이 지나치게 많은 경우에는 불균일하게 분포할 수 있는데, 수용액이 불균일하게 분포하는 경우에는 이후의 계면 중합에 의해 불균일한 폴리아미드 활성층이 형성될 수 있다. 따라서, 상기 지지체 상에 수용액층을 형성한 후에 과잉의 수용액을 제거하는 것이 바람직하다. 상기 과잉의 수용액 제거는 특별히 제한되지는 않으나, 예를 들면, 스펀지, 에어나이프, 질소 가스 블로잉, 자연건조, 또는 압축 롤 등을 이용하여 행할 수 있다.

상기 아민 화합물을 포함하는 수용액에서 상기 아민 화합물은 역삼투막 제조에 사용되는 아민 화합물이라면 그 종류를 제한하지 않으나, 구체적인 예를 든다면, m-페닐렌디아민, p-페닐렌디아민, 1,2,4-벤젠트리아민, 4-클로로-1,3-페닐렌디아민, 2-클로로-1,4-페닐렌디아민 또는 이들의 혼합물인 것이 바람직하다.

폴리아미드 활성층은 아민 화합물을 포함하는 용액을 다공성 고분자층 상에 코팅한 후, 그 외에 아실 할라이드 화합물을 포함하는 용액을 접촉시켜 계면 중합함으로써 제조될 수 있다.

상기 아민 화합물의 함량은 상기 아민 화합물을 포함하는 용액을 기준으로 0.1 중량% 이상 20 중량% 이하일 수 있다.

상기 아실 할라이드 화합물로는 폴리아미드의 중합에 사용될 수 있는 것이라면 제한하지 않으나, 구체적인 예로서 2 내지 3개의 카르복실산 할라이드를 갖는 방향족 화합물로서, 트리메조일클로라이드, 이소프탈로일클로라이 및 테레프탈로일클로라이드로 이루어진 화합물군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물이 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 아실 할라이드 화합물의 함량은 상기 아실 할라이드 화합물을 포함하는 용액을 기준으로 0.05 중량% 이상 1 중량% 이하일 수 있다.

예컨대, 상기 아민 화합물을 포함하는 용액은 용매로서 물, 아세톤, 디메틸술폭사이드(DMSO), 1-메틸-2-피롤리디논(NMP), 헥사메틸포스포아미드(hexamethylphosphoramide, HMPA) 등을 더 포함할 수 있다.

예컨대, 상기 아실 할라이드 화합물을 포함하는 용액은 유기 용매를 더 포함할 수 있다. 상기 유기 용매로는 지방족 탄화수소 용매, 예를 들면, 프레온류와 탄소수가 5 내지 12인 헥산, 사이클로헥산, 헵탄, 알칸과 같은 물과 섞이지 않는 소수성 액체, 예를 들면, 탄소수가 5 내지 12인 알칸과 그 혼합물인 IsoPar(Exxon), ISOL-C(SK Chem), ISOL-G(Exxon) 등이 사용될 수 있으나, 이로써 제한되는 것은 아니다.

상기 역삼투막은 정밀 여과막(Micro Filtration), 한외 여과막(UltraFiltration), 나노 여과막(Nano Filtration) 또는 역삼투막(Reverse Osmosis) 등으로 이용될 수 있으며, 구체적으로 역삼투막으로 이용될 수 있다.

본 명세서의 일 실시상태는, 상기 역삼투막을 하나 이상 포함하는 수처리 모듈을 제공한다.

상기 수처리 모듈의 구체적인 종류는 특별히 제한되지 않으며, 그 예에는 판형(plate & frame) 모듈, 관형(tubular) 모듈, 중공사형(Hollow & Fiber) 모듈 또는 나권형(spiral wound) 모듈 등이 포함된다.

또한, 상기 수처리 모듈은 전술한 역삼투막을 포함하는 한, 그 외의 기타 구성및 제조 방법 등은 특별히 한정되지 않고, 이 분야에서 공지된 일반적인 수단을 제한 없이 채용할 수 있다.

도 1은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 수처리 분리막을 도시한 것이다. 구체적으로, 도 1은 부직포(100), 다공성 지지체(200) 및 폴리아미드 활성층(300)이 순차적으로 구비된 수처리 분리막을 도시한 것으로서, 폴리아미드 활성층(300)으로 염수(400)가 유입되어, 정제수(500)가 부직포(100)를 통하여 배출되고, 농축수(600)는 폴리아미드 활성층(300)을 통과하지 못하고 외부로 배출된다.

도 2는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 수처리 모듈을 도시한 것이다. 구체적으로, 수처리 모듈에 원수 투입 방향으로 원수를 흘려 보내주면, 수처리 모듈 내에 포함된 제1 역삼투막(30) 및 제2 역삼투막(40)에 의하여, 수처리가 진행된다. 하우징(10)의 일측 단부에 위치한 단부캡(50)의 유입구를 통해 원수가 하우징(10) 내부로 유입되고, 유입된 원수는 제1 역삼투막(30) 및 제2 역삼투막(40)을 통하여, 이물질이 여과되어 정제수만이 튜브(20)의 외면에 형성된 공극을 통해 유입된다. 유입된 정제수는 튜브(20) 일측에 개방되어 있는 배출구를 통해 정제수 배출 방향으로 배출된다. 이 때, 제1 역삼투막(30) 및 제2 역삼투막(40)을 통해 여과되지 않은 농축수는 하우징(10)의 타측 단부에 위치한 단부캡(50)의 배출구를 통해 배출된다.

또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따라, 수처리 모듈에 원수 투입 방향으로 2 이상의 에폭시기를 가지는 에폭시 화합물을 포함하는 후처리 용액을 흘려 보내주면, 수처리 모듈 내에 포함된 제1 역삼투막(30) 또는 제2 역삼투막(40)에 반응하지 않고 남은 폴리아미드 활성층의 아민기와 상기 후처리 용액에 포함된 에폭시 화합물의 에폭시기가 서로 반응하여 결합을 형성할 수 있다. 상기 결합을 형성하면서 에폭시기가 개환되고, 알코올기가 형성될 수 있다. 이 경우, 수처리 모듈 내에 포함된 제1 역삼투막(30) 또는 제2 역삼투막(40)에 반응 하지 않고 남은 폴리아미드 활성층의 아민기와 후처리 용액에 포함된 에폭시 화합물과 반응하여 결합을 형성하기 전보다, 상기 결합을 형성한 후 고분자 사슬 길이가 길어짐으로써, 염 제거에 더욱 효과적일 수 있다.

따라서, 수처리 모듈 형성 전의 수처리 분리막에 별도의 막을 형성하지 않더라도, 수처리 모듈이 사용되는 상태에서 필요한 부분에만 필요한 두께로 막을 형성하여, 역삼투막의 염 제거 성능을 향상시킬 수 있으며, 탈이온수로 수세하는 공정 전후의 염 제거율 변화량도 감소시킬 수 있다.

한편, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 수처리 모듈은 염제거율 및 투과유량이 우수하며, 화학적 안정성이 우수하여 가정용/산업용 정수 장치, 하수 처리 장치, 해담수 처리 장치 등과 같은 수처리 장치에 유용하게 사용될 수 있다.

이하, 본 명세서를 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 명세서에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될수 있으며, 본 명세서의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.

비교예 1

다공성 지지체 상에 m-페닐렌디아민(m-PD)과 트리메조일클로라이드(TMC)의 계면중합 반응으로 폴리아미드 활성층이 형성된 역삼투막을 제조하였다.

25℃의 조건에서, 전체 수용액 중량 대비 0.1 중량% 폴리에틸렌글리콜디글리시딜이써(PEGDE, Poly(ethylene glycol)diglycidyl ether)(avg MW=500)를 탈이온수에 용해하여 후처리 용액을 제조하였다.

상기 제조된 후처리 용액이 담긴 용기에 역삼투막을 침지(dipping) 방식으로 접촉시키며 통과시켜주었다.

역삼투막이 상기 후처리 용액을 통과해 지나간 후, 탈이온수를 이용한 세척으로 잔류 화합물을 제거하고 오븐에서 건조하였다.

그 후 여러 겹의 역삼투막을 롤링하여 원형 원통 수처리 모듈을 제조하였다.

실시예 1

상기 비교예 1에서 제조된 역삼투막을 후처리 용액으로 후처리 하지 않고, 여러 겹을 롤링하여 지름 8in, 길이 40in의 원형 원통 수처리 모듈을 제조하였다.

제조된 원통형 수처리 모듈을 수처리 모듈 성능 평가 장비(wet skid)에 장착한 후, 원수 투입 경로를 통해 탈이온수를 30분간 투입해 모듈 내 잔류 화합물을 제거하였다. 그 후 투입한 탈이온수를 방출하였다.

이후, 25℃의 조건에서, 전체 수용액 중량 대비 0.1 중량% 폴리에틸렌글리콜디글리시딜이써(PEGDE, Poly(ethylene glycol)diglycidyl ether)(avg MW=500)를 탈이온수에 용해하여 후처리 용액을 제조하였다.

상기 후처리 용액을 원수 투입 방향으로 수처리 모듈 내부로 흘려 보내는데, 이 경우 원수압은 20 psi를 넘지 않도록 유지해주었다. 수처리 모듈 에 포함된 역삼투막에 의해 여과되지 않은 농축수는 수처리 모듈 내부로 투입되는 후처리 용액과 합류되지 않도록 수처리 모듈의 하우징 단부에 위치한 단부캡을 통해 폐기 처리하였다.

10분 간 상기 후처리 용액을 수처리 모듈에 원수 투입 방향으로 흘려 보내준 후, 흐름을 멈추고 탈이온수로 모듈을 세척하여 수처리 모듈 내 잔류 화합물을 제거하여 수처리 모듈을 제조하였다.

실시예 2

상기 실시예 1에서, 상기 폴리에틸렌글리콜디글리시딜이써(PEGDE, Poly(ethylene glycol)diglycidyl ether)(avg MW=500)를 0.01 중량%로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수처리 모듈을 제조하였다.

실시예 3

상기 실시예 1에서, 상기 폴리에틸렌글리콜디글리시딜이써(PEGDE, Poly(ethylene glycol)diglycidyl ether)(avg MW=500)를 0.5 중량%로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수처리 모듈을 제조하였다.

상기 실시예 1 내지 3에 의해 제조된 수처리 모듈의 가동압은 600psi까지인 것으로 측정되었다.

실험예

BW R 400 제품에 NaCl 2,000 ppm을 함유하는 염수를 이용하여 25°C, 225 psi 하에서, 상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 수처리 모듈의 성능을 평가하였다.

정제수와 원수의 전도도 차이를 측정하여 염 제거율을 측정하였으며, 단위 시간(5분)당 확보된 정제수의 부피를 측정하여 투과 유량(Flux)을 산출하였다.

수세 공정 전후의 염 제거율 변화량은 수세 공정 후의 염 제거율(%)에서 수세 공정 전의 염 제거율(%)을 뺀 값을 기재하였다.

또한, 수세 공정 전후의 투과 유량의 변화(%)는 하기 수학식 1으로 계산한 값을 기재하였다.

이와 같이 측정된 실시예 및 비교예에 따른 수처리 모듈의 성능은 하기 표 1과 같다.

	PEGDE 농도(wt%)	수세 공정 전/후	염 제거율(%)	염 제거율의 변화량	투과 유량(GFD)	투과 유량의 변화( % )
실시예 1	0.1	전	99.84	-0.08	9,134	+22.6
		후	99.76		11,197
실시예 2	0.01	전	99.80	-0.10	10,133	+19.8
		후	99.70		12,141
실시예 3	0.5	전	99.86	-0.15	8,627	+28.6
		후	99.71		11,069
비교예 1	0.1	전	99.79	-0.12	10,503	+20.3%
		후	99.67		12,633

상기 투과유량의 GFD는 gallon/ft² ·day를 의미한다.

상기 표 1에 따르면, 실시예 1 내지 3에 따른 수처리 모듈은 비교예 1에 따른 수처리 모듈보다 염 제거율이 우수함을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 1 및 2에 따른 수처리 모듈의 수세 공정 전후의 염 제거율 변화량 값이 비교예 1보다 작음을 알 수 있다.

상기 실시예 1 내지 3에 따라, 수처리 모듈에 2 이상의 에폭시기를 가지는 에폭시 화합물을 포함하는 후처리 용액을 흘려 보내 후처리 하는 경우, 상기 폴리아미드 활성층의 아민기와 상기 에폭시 화합물의 에폭시기가 반응하여 결합을 형성함으로써, 염제거율을 향상시키며, 수세 공정 전후의 염제거율 변화량이 비교예 1에 비하여, 차이가 크지 않거나 더 작음을 알 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 발명의 범주에 속한다.

10: 하우징
20: 튜브
30: 제1 역삼투막
40: 제2 역삼투막
50: 단부캡
100: 부직포
200: 다공성 지지체
300: 폴리아미드 활성층
400: 염수
500: 정제수
600: 농축수

Claims

2 이상의 에폭시기를 가지는 에폭시 화합물을 포함하는 후처리 용액을, 다공성 지지체; 및 상기 다공성 지지체 상에 구비된 폴리아미드 활성층을 포함하는 역삼투막을 하나 이상 포함하는 수처리 모듈에 원수 투입 방향으로 흘려 보냄으로써, 상기 폴리아미드 활성층의 아민기와 상기 에폭시 화합물의 에폭시기를 반응시켜, 막을 형성하는 단계를 포함하는 수처리 모듈의 제조방법으로서,
상기 막을 형성하는 단계는, 상기 후처리 용액을 상기 다공성 지지체; 및 상기 다공성 지지체 상에 구비된 폴리아미드 활성층을 포함하는 역삼투막을 하나 이상 포함하는 수처리 모듈에 원수 투입 방향으로 5 내지 15 분간 흘려 보내는 것이고,
상기 막을 형성하는 단계는, 상기 후처리 용액을 상기 다공성 지지체; 및 상기 다공성 지지체 상에 구비된 폴리아미드 활성층을 포함하는 역삼투막을 하나 이상 포함하는 수처리 모듈에 원수 투입 방향으로 15psi 내지 25psi의 압력으로 흘려 보내는 것인 수처리 모듈의 제조방법.
청구항 1에 있어서, 상기 2 이상의 에폭시기를 가지는 에폭시 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 것인 수처리 모듈의 제조방법:
[화학식 1]

상기 화학식 1에 있어서, n은 1 내지 43의 정수이다.
청구항 1에 있어서, 상기 에폭시 화합물은 폴리에틸렌글리콜디글리시딜이써(PEGDE, Poly(ethylene glycol)diglycidyl ether)인 것인 수처리 모듈의 제조방법.
청구항 1에 있어서, 상기 막을 형성하는 단계는, 상기 폴리아미드 활성층의 아민기와 상기 에폭시 화합물의 에폭시기를 반응시켜, 알코올기를 형성하는 것인 수처리 모듈의 제조방법.
청구항 1에 있어서, 상기 막을 형성하는 단계는, 상기 폴리아미드 활성층의 아민기와 상기 에폭시 화합물의 에폭시기를 반응시켜, 하기 화학식 2의 단위를 포함하는 중합체, 또는 하기 화학식 3, 4 또는 5의 화합물을 형성하는 것인 수처리 모듈의 제조방법:
[화학식 2]

[화학식 3]

[화학식 4]

[화학식 5]

상기 화학식 2 내지 5에서, n은 1 내지 43의 정수이며, p는 1 내지 1000의 정수이다.
청구항 1에 있어서, 상기 에폭시 화합물은 상기 후처리 용액 전체 중량에 대하여 0.01 내지 1.0중량%로 포함되는 것인 수처리 모듈의 제조방법.
청구항 1에 있어서, 상기 후처리 용액은 탈이온수를 더 포함하는 것인 수처리 모듈의 제조방법.
삭제
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청구항 1에 있어서, 상기 막을 형성하는 단계 이후에, 탈이온수로 수세하는 공정을 더 포함하는 것인 수처리 모듈의 제조방법.
청구항 1 내지 7 및 10 중 어느 한 항에 따라 제조된 수처리 모듈.
청구항 11의 수처리 모듈을 하나 이상 포함하는 수처리 장치.