KR102167314B1 - Water purifying filter and manufacturing therof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 높은 여과 효율을 갖는 동시에 고투수성을 나타내는 정수 필터의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 그래핀 옥사이드 및 탄소나노튜브를 이용한 정수 필터의 제조 방법 및 이로부터 제조된 정수 필터에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a water filter having high filtration efficiency and high water permeability, and more particularly, to a method of manufacturing a water filter using graphene oxide and carbon nanotubes, and a water filter manufactured therefrom. .
Description
본 발명은 높은 여과 효율을 갖는 동시에 고투수성을 나타내는 정수 필터의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 그래핀 옥사이드 및 탄소나노튜브를 포함하는 정수 필터의 제조 방법 및 이로부터 제조된 정수 필터에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a water filter having high filtration efficiency and exhibiting high water permeability, and more particularly, to a method of manufacturing a water filter including graphene oxide and carbon nanotubes, and a water filter manufactured therefrom. will be.
국내에서는 물을 음용 가능한 생활용수로 공급하기 위하여 정수처리장 시설을 통해 정수된 물을 각 가정에 공급하고 있다. 이러한 정수처리장은 각종 오염물질이 포함된 물을 여과 처리하고, 상기 여과 처리된 물에 살균 소독제의 일종인 염소를 투입하여 정수 처리된 물을 수도관을 통해 각 가정에 공급하고 있다.In Korea, purified water is supplied to each household through a water treatment plant in order to supply water as drinking water for daily use. Such water treatment plants filter water containing various pollutants, and chlorine, a kind of sterilizing agent, is added to the filtered water to supply purified water to each household through a water pipe.
그러나, 상기 살균 소독제로 투입되는 염소 특유의 냄새로 음용 시 불쾌감을 유발하며, 가정으로 정수 처리된 물이 공급되는 과정에서 노후된 수도관으로부터 부식물이 혼합됨에 따라 사실상 식수로는 이용이 불가능한 문제점이 있어, 현재까지 다양한 기능의 정수기들이 널리 개발되고 있는 실정이다.However, the smell of chlorine introduced into the disinfectant disinfectant causes discomfort when drinking, and there is a problem that it is virtually impossible to use it as drinking water as corrosive substances are mixed from the old water pipes in the process of supplying purified water at home, Water purifiers with various functions have been widely developed to date.
정수기는 그 내부에 원수를 필터링 하기 위한 필터가 필수적으로 설치되며, 상기 필터는 부직포 필터, 활성탄 필터, 중공사막 필터, 이온교환수지 필터, 역삼투압 필터 등 물을 여과하는 방법 및 단계에 따라 다양한 정수용 필터가 적용되고 있다.The water purifier is essentially installed with a filter for filtering raw water therein, and the filter is for various water purification according to the method and step of filtering water such as a nonwoven fabric filter, an activated carbon filter, a hollow fiber membrane filter, an ion exchange resin filter, and a reverse osmosis filter. Filters are being applied.
하지만, 상기 필터를 사용하기 위해서는 일정한 설치공간을 확보해야하며, 과다한 부피구성과 그에 따른 전문 설치기술이 요구됨에 따라 상대적으로 제품의 가격이 상승한다.However, in order to use the filter, a certain installation space must be secured, and the price of the product is relatively increased as an excessive volume configuration and specialized installation technology are required.
또한 현재 필터에 보편적으로 적용되고 있는 부직포 필터의 경우, 직경이 커서 바이러스와 같은 나노사이즈 크기의 입자를 여과할 수 없어 수중의 바이러스를 제거할 수 없으며, 여과 정밀도가 낮은 문제점이 있다.In addition, in the case of a nonwoven filter, which is currently commonly applied to filters, because of its large diameter, it cannot filter nano-sized particles such as viruses, so it cannot remove viruses in water, and the filtration accuracy is low.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래 부직포 위에 전기방사하여 고분자 나노 섬유를 도포한 필터가 개발되었으며, 상기 전기방사를 통해 섬유 직경이 수 백 nm인 초극세 섬유를 제조할 수 있어 바이러스와 같은 극미세 입자가 제거될 수 있다. 그러나, 작은 기공 크기를 갖는 필터를 제조하는 것이 쉽지 않고, 기공 크기가 너무 작아지기 때문에 높은 작동 압력이 요구되며 압력 손실이 크고, 낮은 투과성으로 인해 투과 유량이 현저히 낮다. 또한, 사용 중에 기공이 폐쇄되어 투과속도가 급격히 감소할 수 있는 문제점이 존재한다. 즉, 극미세 입자의 제거가 가능한 높은 여과 효율 및 고투수성을 동시에 만족하는 정수용 필터의 개발이 필요한 실정이다.In order to solve this problem, a filter in which polymer nanofibers are coated by electrospinning on a nonwoven fabric has been developed, and ultrafine fibers having a fiber diameter of several hundred nm can be produced through the electrospinning, thereby removing ultrafine particles such as viruses. Can be. However, it is not easy to manufacture a filter having a small pore size, and since the pore size is too small, a high operating pressure is required, a pressure loss is large, and a permeate flow rate is remarkably low due to low permeability. In addition, there is a problem in that the pores are closed during use, so that the permeation speed may decrease rapidly. That is, there is a need to develop a filter for water purification that satisfies both high filtration efficiency and high water permeability capable of removing ultrafine particles.
한편, 그래핀(Graphene)은 탄소 원자로 만들어진 2차원 평면 구조를 이루는 물질로 벌집 모양의 구조를 가지고 있으며, 구조적·화학적으로 매우 안정하고 열적·기계적 특성이 우수할 뿐만 아니라, 유기물 흡착성이 뛰어난 것으로 알려져 있다.On the other hand, graphene is a material that forms a two-dimensional planar structure made of carbon atoms, has a honeycomb structure, is structurally and chemically very stable, has excellent thermal and mechanical properties, and is known to have excellent organic material adsorption. have.
현재 저가격으로 대량의 그래핀을 합성하는 방법으로 가장 주목 받고 있는 방법은 그래파이트(Graphite, 흑연)를 이용해서 화학적으로 산화된 그래핀인 그래핀 옥사이드(Graphene oxide, GO)를 합성한 뒤 다시 환원(reduced GO, rGO)시키는 GO-rGO 방법이다. 구체적인 일 예로, 용액 상에서 화학적인 방법으로 친수성 작용기가 도입되어 단층으로 분리된 GO를 용액 공정을 통해 기판에 코팅한 뒤 환원하거나 또는 용액 상에서 환원한 뒤 기판에 코팅하여 rGO 박막을 제조하는 방법이 예시될 수 있다.Currently, the method that is receiving the most attention as a method of synthesizing a large amount of graphene at a low price is to synthesize graphene oxide (GO), which is chemically oxidized graphene using graphite and then reduce it again ( Reduced GO, rGO) is a GO-rGO method. As a specific example, a method of preparing an rGO thin film by coating on a substrate after coating a single layer of GO separated into a single layer by introducing a hydrophilic functional group in a solution through a solution process or reducing it in a solution and then coating the substrate on the substrate is an example. Can be.
상술한 바와 같이 그래핀을 대량으로 생산할 수 있는 다양한 경제적인 제조방법들이 개발되면서 그래핀의 우수한 화학적 성질을 이용하여 수처리용 필터로 활용하기 위한 기술들이 개발되고 있다. 그러나 그래핀을 포함하는 복합체를 통한 수처리용 필터의 경우 투수성이 떨어지거나 여과 효율이 감소하는 문제로 인해 정수 필터로 활용성이 낮은 실정이다.As described above, as various economical manufacturing methods capable of mass-producing graphene have been developed, technologies for utilizing the excellent chemical properties of graphene as a filter for water treatment are being developed. However, in the case of a filter for water treatment through a composite containing graphene, its utility as a water filter is low due to a problem in that water permeability decreases or filtration efficiency decreases.
본 발명은 정수 필터로서, 높은 여과 효율을 갖는 동시에 고투수성을 나타내는 정수 필터를 제조하는 방법을 제공하는데 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a water filter that has high filtration efficiency and exhibits high water permeability as a water filter.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태는 정수 필터를 제조하는 방법에 관한 것으로, 구체적으로 본 발명의 일 양태는 그래핀 옥사이드를 포함하는 용액을 기재에 도포하고 열처리하여 다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름을 제조하는 단계; 탄소나노튜브 및 폴리비닐리덴플루오라이드를 포함하는 폴리비닐리덴플루오라이드 복합 필름 제조용 혼합 용액을 제조하는 단계; 및 상기 다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름 상에 상기 혼합 용액을 도포 또는 상기 혼합 용액을 건조하여 제조된 폴리비닐리덴플루오라이드 복합 필름을 합지하는 단계;를 포함하는 정수 필터의 제조 방법이다.One aspect of the present invention for achieving the above object relates to a method of manufacturing a water filter, specifically one aspect of the present invention is a porous reduced graphene oxide film by applying a solution containing graphene oxide to a substrate and heat treatment Manufacturing a; Preparing a mixed solution for preparing a polyvinylidene fluoride composite film including carbon nanotubes and polyvinylidene fluoride; And laminating a polyvinylidene fluoride composite film prepared by applying the mixed solution or drying the mixed solution on the porous reduced graphene oxide film.
본 발명의 일 양태에서, 상기 도포는 상기 혼합 용액을 다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름에 캐스팅하는 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, the coating may be casting the mixed solution on a porous reduced graphene oxide film.
본 발명의 일 양태에서, 상기 합지는 상기 혼합 용액을 기재에 캐스팅 및 건조하여 폴리비닐리덴플루오라이드 복합 필름을 제조한 후, 상기 다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름과 열압착하는 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, the lamination may be formed by casting and drying the mixed solution on a substrate to prepare a polyvinylidene fluoride composite film, followed by thermocompression bonding with the porous reduced graphene oxide film.
본 발명의 일 양태에서, 상기 열처리는 100 내지 250℃에서 수행되는 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, the heat treatment may be performed at 100 to 250°C.
본 발명의 일 양태에서, 상기 혼합 용액의 제조 단계는 상기 혼합 용액을 초음파 처리하는 것을 포함하는 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, the step of preparing the mixed solution may include ultrasonicating the mixed solution.
본 발명의 일 양태에서, 상기 혼합 용액을 도포 후, 비용매에 침지하여 상전이 시키는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, after applying the mixed solution, it may be to further include the step of immersing in a non-solvent for phase transition.
본 발명의 또 다른 양태는 다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름 및 탄소나노튜브를 포함하는 폴리비닐리덴플루오라이드 복합 필름이 적층된 정수 필터이다.Another aspect of the present invention is a water filter in which a porous reduced graphene oxide film and a polyvinylidene fluoride composite film including carbon nanotubes are stacked.
본 발명의 일 양태에서, 상기 정수 필터는 상기 다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름 및 폴리비닐리덴플루오라이드 복합 필름의 계면에 다공성 환원 그래핀 옥사이드, 탄소나노튜브 및 폴리비닐리덴플루오라이드가 혼합된 중간층을 포함하는 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, the water filter includes an intermediate layer in which porous reduced graphene oxide, carbon nanotubes, and polyvinylidene fluoride are mixed at the interface of the porous reduced graphene oxide film and the polyvinylidene fluoride composite film. It can be.
본 발명의 일 양태에서, 상기 정수 필터는 다공성 환원 그래핀 옥사이드 0.1 ~ 10 중량%, 탄소나노튜브 0.1 ~ 10 중량% 및 폴리비닐리덴플루오라이드 85 ~ 99 중량%를 포함하는 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, the water filter may include 0.1 to 10% by weight of porous reduced graphene oxide, 0.1 to 10% by weight of carbon nanotubes, and 85 to 99% by weight of polyvinylidene fluoride.
본 발명의 일 양태에서, 상기 다공성 환원 그래핀 옥사이드 및 탄소나노튜브의 혼합비가 1 : 0.01 내지 5 중량비인 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, the mixing ratio of the porous reduced graphene oxide and carbon nanotubes may be 1: 0.01 to 5 weight ratio.
본 발명의 일 양태에서, 상기 다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름은 다공성 환원 그래핀 옥사이드 시트가 적층된 형태인 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, the porous reduced graphene oxide film may be in the form of a stacked porous reduced graphene oxide sheet.
본 발명의 일 양태에서, 상기 다공성 환원 그래핀 옥사이드 시트의 층간 간격이 0.7 내지 0.9 nm인 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, the interlayer spacing of the porous reduced graphene oxide sheet may be 0.7 to 0.9 nm.
본 발명의 일 양태에서, 상기 탄소나노튜브는 다중벽 탄소나노튜브인 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, the carbon nanotube may be a multi-walled carbon nanotube.
본 발명의 일 양태에서, 상기 정수 필터는 기공 크기가 10 nm 내지 20 μm인 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, the water filter may have a pore size of 10 nm to 20 μm.
본 발명의 일 양태에서, 상기 정수 필터는 작동 압력이 50 psi 이하이며, 비소 제거율이 55 % 이상인 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, the water filter may have an operating pressure of 50 psi or less and an arsenic removal rate of 55% or more.
본 발명의 또 다른 양태는 상기 정수 필터를 포함하는 직수 연결형 정수 장치이다.Another aspect of the present invention is a direct water connection type water purification device including the water filter.
본 발명에 따른 정수 필터 제조 방법은 간단한 공정 및 장비를 이용하여 높은 여과 효율과 투수성을 동시에 갖는 정수용 필터의 제조가 가능한 장점이 있다.The water filter manufacturing method according to the present invention has the advantage of being able to manufacture a filter for water purification having high filtration efficiency and water permeability at the same time using a simple process and equipment.
또한, 본 발명에 따른 정수 필터는 가정으로 공급되는 생활용수에 잔류하는 염소뿐만 아니라 클로로포름을 포함한 유해물질의 제거가 용이하며, 색도 및 탁도 제거율이 우수하여 생활용수의 사용 효율을 증대시킬 수 있다.In addition, the water filter according to the present invention facilitates removal of harmful substances including chloroform as well as chlorine remaining in the domestic water supplied to the home, and has excellent chromaticity and turbidity removal rates, thereby increasing the use efficiency of domestic water.
또한, 본 발명에 따른 정수 필터는 항균 효과가 뛰어나며 바이러스의 제거가 가능할 뿐만 아니라, 비소를 포함한 중금속의 제거가 가능하여 현저히 높은 여과 효율을 나타낸다.In addition, the water filter according to the present invention is excellent in antibacterial effect and enables removal of viruses, as well as removal of heavy metals including arsenic, thus exhibiting remarkably high filtration efficiency.
또한, 본 발명에 따른 정수 필터는 상기 높은 여과 효율을 갖는 동시에 낮은 필터 작동 압력을 가짐에 따라 필터 시 발생하는 압력 손실을 최소화하고, 빠른 투과 속도 및 높은 투수성을 가지는 장점이 있다.In addition, the water filter according to the present invention has the advantage of having the high filtration efficiency and low filter operating pressure, thereby minimizing a pressure loss occurring during the filter, and having a high permeability and a high permeability.
또한, 본 발명에 따른 정수 필터는 기계적 강도 및 내구성이 우수하여 필터의 손상 없이 높은 여과 효율을 유지할 수 있는 장점이 있다.In addition, the water filter according to the present invention has excellent mechanical strength and durability, and thus has the advantage of maintaining high filtration efficiency without damaging the filter.
또한, 본 발명에 따른 정수 필터는 종래 활성탄 필터 및 중공사막 필터의 여과 기능을 동시에 확보할 수 있어, 상기 두 필터를 하나의 필터로 대체할 수 있으며, 이로 인해 여과 단계 및 필터 설치 공간을 최소화할 수 있는 장점을 가진다.In addition, the water filter according to the present invention can simultaneously secure the filtration function of the conventional activated carbon filter and the hollow fiber membrane filter, so that the two filters can be replaced with one filter, thereby minimizing the filtration step and the filter installation space. Has the advantage of being able to.
또한, 본 발명에 따른 정수 필터는 생활용수가 공급되는 수도배관라인에 직수 연결형 구조로 연결하여 사용이 가능하며, 이를 통해 사용자에게 수도밸브를 통한 안전한 식수를 공급할 수 있어 편리성을 향상시킬 수 있다.In addition, the water filter according to the present invention can be used by connecting it to a water pipe line through which household water is supplied in a direct water connection type structure, and through this, it is possible to supply safe drinking water to a user through a water valve, thereby improving convenience.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름의 X-선 회절 분석결과이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 정수 필터의 SEM 단면 사진이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 정수 필터의 윗면 SEM 사진이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 정수 필터의 바닥면 SEM 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 정수 필터를 장착하여 사용한 수처리 장치의 육안사진이다.1 is an X-ray diffraction analysis result of a porous reduced graphene oxide film prepared according to an embodiment of the present invention.
2 is a SEM cross-sectional photograph of a water filter manufactured according to an embodiment of the present invention.
3A is a top SEM photograph of a water filter manufactured according to an embodiment of the present invention.
3B is a SEM photograph of a bottom surface of a water filter manufactured according to an embodiment of the present invention.
4 is a visual photograph of a water treatment apparatus equipped with a water filter manufactured according to an embodiment of the present invention.
이하 첨부된 도면들을 포함한 구체예 또는 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 구체예 또는 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail through specific examples or examples including the accompanying drawings. However, the following specific examples or examples are only one reference for describing the present invention in detail, and the present invention is not limited thereto, and may be implemented in various forms.
또한 달리 정의되지 않는 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본 발명에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 구체예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. In addition, unless otherwise defined, all technical and scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. The terms used in the description in the present invention are merely intended to effectively describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention.
또한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다. In addition, the singular form used in the specification and the appended claims may be intended to include the plural form unless otherwise indicated in the context.
본 발명의 일 양태는 정수 필터의 제조 방법에 관한 것으로, 상기 정수 필터의 제조 방법은 그래핀 옥사이드를 포함하는 용액을 기재에 도포하고 열처리하여 다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름을 제조하는 단계; 탄소나노튜브 및 폴리비닐리덴플루오라이드를 포함하는 폴리비닐리덴플루오라이드 복합 필름 제조용 혼합 용액을 제조하는 단계; 및 상기 다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름 상에 상기 혼합 용액을 도포 또는 상기 혼합 용액을 건조하여 제조된 폴리비닐리덴플루오라이드 복합 필름을 합지하는 단계;를 포함한다.One aspect of the present invention relates to a method of manufacturing a water filter, wherein the method of manufacturing the water filter comprises: applying a solution containing graphene oxide to a substrate and heat treatment to prepare a porous reduced graphene oxide film; Preparing a mixed solution for preparing a polyvinylidene fluoride composite film including carbon nanotubes and polyvinylidene fluoride; And laminating a polyvinylidene fluoride composite film prepared by applying the mixed solution or drying the mixed solution on the porous reduced graphene oxide film.
본 발명에 따른 정수 필터의 제조 방법은 종래 바이러스와 같은 극미세 입자를 제거하기 위해 전기방사를 통한 섬유상의 필터를 제조하는 방법과 비교하여, 방사 노즐 등의 장비를 사용하지 않고 간단한 공정으로 극미세 기공 크기를 갖는 필터의 제조가 가능한 장점이 있다.The manufacturing method of the water filter according to the present invention is compared with the conventional method of manufacturing a fibrous filter through electrospinning to remove ultrafine particles such as viruses, and is very fine with a simple process without using equipment such as spinning nozzles. There is an advantage that it is possible to manufacture a filter having a pore size.
본 발명의 일 양태에서, 상기 다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름을 제조하는 단계는 구체적으로, 그래핀 옥사이드를 포함하는 용액을 기재에 도포하고 열처리하여 수행되는 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, the step of preparing the porous reduced graphene oxide film may be specifically performed by applying a solution containing graphene oxide to a substrate and heat treatment.
상기 그래핀 옥사이드는 통상적으로 이용되는 그래핀 옥사이드 제조방법을 통하여 제조된 것인 경우 제한이 없으나, 구체적으로 흑연 등의 탄소 물질을 산화시키는 방법으로 제조할 수 있다. 더욱 구체적으로는 흑연을 Hummer’s 방법, Brodie’s 방법 또는 Staudenmaier 방법 등의 산화방법을 이용하여 산화시키는 방법으로 제조된 것을 사용할 수 있다.The graphene oxide is not limited if it is prepared through a commonly used graphene oxide production method, but may be specifically prepared by oxidizing a carbon material such as graphite. More specifically, graphite may be oxidized using an oxidation method such as Hummer's method, Brodie's method, or Staudenmaier method.
상기 그래핀 옥사이드를 포함하는 용액에 포함되는 용매는 그래핀 옥사이드를 분산시킬 수 있는 용매라면 제한되지 않고 사용될 수 있다. 상기 용매로서 예를 들면 증류수, 에테르계 용매, 알코올계 용매, 방향족 용매, 지환족 용매, 헤테로방향족 용매, 헤테로지환족 용매, 알칸계 용매, 케톤계 용매 및 할로겐화 용매 등에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 용매로서 증류수, 클로로포름, 아세톤, 에탄올, 메탄올, 벤젠, 톨루엔, 시클로 헥산(cyclohexane), 노말 헥산(n-hexane), 피리딘, 퀴놀린, 에틸렌글리콜, 디메틸포름아마이드, 디메틸아세트아마이드, N-메틸피롤리돈 및 테트라하이드로퓨란 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합용매를 사용하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The solvent included in the solution containing the graphene oxide may be used without limitation as long as it is a solvent capable of dispersing the graphene oxide. As the solvent, for example, any one selected from distilled water, ether solvents, alcohol solvents, aromatic solvents, alicyclic solvents, heteroaromatic solvents, heteroalicyclic solvents, alkane solvents, ketone solvents, halogenated solvents, etc. It can be a mixture. More specifically, as the solvent, distilled water, chloroform, acetone, ethanol, methanol, benzene, toluene, cyclohexane, normal hexane (n-hexane), pyridine, quinoline, ethylene glycol, dimethylformamide, dimethylacetamide, Any one or two or more mixed solvents selected from N-methylpyrrolidone and tetrahydrofuran may be used, but the present invention is not limited thereto.
또한, 상기 용액 내 그래핀 옥사이드 함량은 0.01 내지 30 중량%, 좋게는 0.05 내지 20 중량%, 더욱 좋게는 0.1 내지 10 중량%로 사용되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 범위의 그래핀 옥사이드는 용액 내 균일하게 분산되어 다공성 환원 그래핀 옥사이드로 용이하게 제조될 수 있다.In addition, the graphene oxide content in the solution may be 0.01 to 30% by weight, preferably 0.05 to 20% by weight, and more preferably 0.1 to 10% by weight, but is not limited thereto. The graphene oxide in the above range can be uniformly dispersed in a solution to be easily prepared as a porous reduced graphene oxide.
그래핀 옥사이드 필름을 제조하기 위해 사용되는 기재는 상기 그래핀 옥사이드 필름을 부착할 수 있는 기재라면 제한 없이 사용될 수 있으며, 일 예로, 철, 마그네슘, 니켈, 알루미늄, 주석 및 구리 등에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 포함하는 금속 기재에 그래핀 옥사이드를 도포하는 것일 수 있다.The substrate used to prepare the graphene oxide film may be used without limitation, as long as the substrate to which the graphene oxide film can be attached, for example, any one selected from iron, magnesium, nickel, aluminum, tin, and copper, or It may be to apply graphene oxide to a metal substrate including a mixture thereof.
또한, 상기 도포 방법으로는 예를 들면, 진공 증착, 스프레이 코팅(spray coating), 스핀 코팅(spin coating), 디핑 코팅(dipping coating), 스크린 프린팅(screen printing), 바 코팅(bar coating), 드롭핑 코팅(dropping coating), 롤 코팅(roll coating) 및 잉크젯 프린팅(inkjet printing) 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In addition, as the coating method, for example, vacuum deposition, spray coating, spin coating, dipping coating, screen printing, bar coating, drop It may be any one selected from dropping coating, roll coating, and inkjet printing, but is not limited thereto.
보다 구체적으로 예를 들면, 상기 그래핀 옥사이드를 용매에 첨가하여 균일하게 분산시킨 후, 이를 양극 산화 알미늄(Anodic Aluminum Oxide, AAO)에 진공 증착하여 그래핀 옥사이드 필름을 제조하는 것일 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다. 이 때, 상기 그래핀 옥사이드가 분산된 용매를 증착하기 전, 초음파 처리하여 그래핀 옥사이드의 분산성을 보다 향상시키는 단계를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.More specifically, for example, the graphene oxide may be added to a solvent to uniformly disperse it, and then vacuum deposited on an anodic aluminum oxide (AAO) to prepare a graphene oxide film, but is limited thereto. Is not. In this case, before depositing the solvent in which the graphene oxide is dispersed, it may include a step of further improving the dispersibility of the graphene oxide by ultrasonic treatment, but is not limited thereto.
또한, 상기 그래핀 옥사이드 필름의 두께는 10 내지 500 nm, 좋게는 15 내지 400 nm, 더욱 좋게는 20 내지 200 nm인 것일 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다. 환원된 그래핀 옥사이드 또는 그래핀 옥사이드와 환원된 그래핀 옥사이드가 혼합되어 존재하는 필름은 상기 범위의 두께를 가짐에 따라 이후 열처리를 통해 필터에 향상된 투수성을 부여하는 효과가 있다.In addition, the thickness of the graphene oxide film may be 10 to 500 nm, preferably 15 to 400 nm, more preferably 20 to 200 nm, but is not limited thereto. As the reduced graphene oxide or the film in which the graphene oxide and the reduced graphene oxide are mixed has a thickness within the above range, there is an effect of imparting improved water permeability to the filter through subsequent heat treatment.
본 발명의 일 양태에서, 상기 열처리는 그래핀 옥사이드 필름 내 그래핀 옥사이드를 환원시키고 필름에 다공성을 부여하는 것으로, 열처리된 그래핀 옥사이드 필름은 바람직하게, 환원된 그래핀 옥사이드일 수 있으며, 또는 그래핀 옥사이드와 환원된 그래핀 옥사이드가 혼합되어 존재하는 필름인 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, the heat treatment is to reduce the graphene oxide in the graphene oxide film and impart porosity to the film, and the heat-treated graphene oxide film may preferably be reduced graphene oxide, or It may be a film in which pin oxide and reduced graphene oxide are mixed.
상기 열처리는 100 내지 250℃, 좋게는 120 내지 230℃, 더욱 좋게는 150 내지 200℃에서 10 분 내지 3 시간동안 상압 또는 진공 압력 하에 수행되는 것일 수 있으나, 상기 조건으로 제한하는 것은 아니다. 상압에서 열처리를 수행 시 비활성 기체 분위기에서 수행될 수 있으며, 일 예로 아르곤, 질소 등의 비활성 기체일 수 있다.The heat treatment may be performed at 100 to 250°C, preferably 120 to 230°C, more preferably 150 to 200°C for 10 minutes to 3 hours under normal pressure or vacuum pressure, but is not limited to the above conditions. When the heat treatment is performed at normal pressure, it may be performed in an inert gas atmosphere, and for example, it may be an inert gas such as argon or nitrogen.
보다 구체적으로, 열처리를 수행함에 따라 상기 그래핀 옥사이드를 포함하는 용액 내 용매의 제거가 가능하며, 이 때 용매가 차지하던 부분이 기공으로 형성될 수 있다.More specifically, by performing the heat treatment, it is possible to remove the solvent in the solution containing the graphene oxide, and at this time, a portion occupied by the solvent may be formed as pores.
또한, 상기 열처리를 통해 그래핀 옥사이드 내 존재하는 수산화기 및 카르복실기 등의 작용기가 제거됨에 따라, 그래핀 고유의 벌집 모양을 갖는 나노 채널(nano channel)의 크기를 조절할 수 있으며, 필름의 우수한 기계적 안정성을 확보할 수 있다.In addition, as functional groups such as hydroxyl groups and carboxyl groups present in graphene oxide are removed through the heat treatment, the size of nanochannels having a honeycomb shape unique to graphene can be adjusted, and excellent mechanical stability of the film can be achieved. Can be secured.
특히, 상기 범위에서 열처리를 수행함으로써, 제조되는 필터가 100 nm 이하의 공극을 포함할 수 있으며, 이로 인해 바이러스 및 중금속 등의 극미세 입자의 제거가 가능하여 현저히 높은 필터 여과 효율을 부여한다.In particular, by performing the heat treatment in the above range, the filter to be manufactured may include pores of 100 nm or less, and thus, ultrafine particles such as viruses and heavy metals can be removed, thereby providing remarkably high filter filtration efficiency.
또한, 상기 범위의 열처리를 통해 환원된 그래핀 옥사이드 시트 사이의 간격을 조절할 수 있으며, 상기 시트 사이에 2차원 모세관(capillaries)이 형성됨에 따라 통해 물의 흐름이 현저히 향상되어, 정수 필터의 투수성을 보다 향상시키는 효과를 부여한다.In addition, the distance between the reduced graphene oxide sheets can be adjusted through the heat treatment within the above range, and the flow of water is remarkably improved through the formation of two-dimensional capillaries between the sheets, so that the water permeability of the water filter Gives an effect to further improve.
또한, 본 발명에 따른 정수 필터의 제조 방법은 폴리비닐리덴플루오라이드 복합 필름 제조용 혼합 용액을 제조하는 단계를 포함하며, 상기 단계를 통해 탄소나노튜브 및 폴리비닐리덴플루오라이드를 포함하는 복합 필름을 제조할 수 있다.In addition, the method of manufacturing a water filter according to the present invention includes the step of preparing a mixed solution for preparing a polyvinylidene fluoride composite film, and through the above step, a composite film including carbon nanotubes and polyvinylidene fluoride is prepared. can do.
상기 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)는 중량평균분자량이 50,000 내지 500,000 g/mol, 좋게는 100,000 내지 400,000 g/mol인 것을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The polyvinylidene fluoride (PVDF) may have a weight average molecular weight of 50,000 to 500,000 g/mol, preferably 100,000 to 400,000 g/mol, but is not limited thereto.
상기 탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT)는 그래파이트 면이 나노크기의 직경으로 둥글게 말린 속이 빈 튜브 형태이며, 단일벽 탄소나노튜브(Single-walled carbon nanotube; SWCNT), 이중벽 탄소나노튜브(Double-walled carbon nanotube; DWCNT), 얇은벽 탄소나노튜브(Thin multi-walled carbon nanotube), 다중벽 탄소나노튜브(Multi-walled carbon nanotube;MWCNT) 및 다발형 탄소나노튜브(Roped carbon nanotube)에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 바람직하게 탄소나노튜브는 다중벽 탄소나노튜브일 수 있으며, 이를 포함함에 따라 상기 혼합 용액 내 정수 필터의 기계적 특성 및 투수성을 향상시키는 장점이 있다.The carbon nanotube (CNT) has a shape of a hollow tube in which the graphite surface is rounded to a nano-sized diameter, and is a single-walled carbon nanotube (SWCNT), a double-walled carbon nanotube. carbon nanotube; DWCNT), thin-walled carbon nanotube (Thin multi-walled carbon nanotube), multi-walled carbon nanotube (MWCNT), and any one selected from the roped carbon nanotube (Roped carbon nanotube) Alternatively, a mixture of these may be used. Preferably, the carbon nanotubes may be multi-walled carbon nanotubes, and as such, there is an advantage of improving the mechanical properties and water permeability of the water filter in the mixed solution.
상기 폴리비닐리덴플루오라이드 및 탄소나노튜브를 포함하는 복합 필름은 폴리비닐리덴플루오라이드 및 탄소나노튜브가 균질하게 혼합된 것일 수 있으며, 균질하게 혼합됨에 따라 정수 필터에 적절한 유연성 및 항균성을 부여할 수 있다.The composite film containing polyvinylidene fluoride and carbon nanotubes may be homogeneously mixed with polyvinylidene fluoride and carbon nanotubes, and as they are homogeneously mixed, appropriate flexibility and antibacterial properties can be provided to the water filter. have.
보다 구체적으로, 상기 복합 필름은 정수 필터에 항균 효과를 부여함에 따라 물에 존재하는 여러 종류의 박테리아 및 세균의 제거가 가능할 뿐만 아니라, 필터 자체를 정화시킬 수 있다. 이는 단순히 물이 필터를 통과함에 따라 정화 및 항균 작용이 동시에 일어나는 것으로서 추가의 항균 단계를 필요로 하지 않으며, 필터의 반영구적인 사용이 가능한 장점이 있다.More specifically, as the composite film imparts an antibacterial effect to the water filter, it is possible to remove various kinds of bacteria and germs present in the water, as well as to purify the filter itself. This is simply that as water passes through the filter, purification and antibacterial actions occur at the same time, and an additional antibacterial step is not required, and the filter can be used semi-permanently.
본 발명의 일 양태에서, 상기 폴리비닐리덴플루오라이드 복합 필름 제조용 혼합 용액은 상기 탄소나노튜브, 폴리비닐리덴플루오라이드 및 용매를 포함하는 것일 수 있으며, 상기 용매는 탄소나노튜브 및 폴리비닐리덴플루오라이드를 분산시킬 수 있는 용매라면 제한되지 않고 사용될 수 있다. 상기 용매로서 예를 들면 클로로포름, 아세톤, 에탄올, 메탄올, 벤젠, 톨루엔, 시클로헥산(cyclohexane), 노말 헥산(n-hexane), 피리딘, 퀴놀린, 에틸렌글리콜, 디메틸포름아마이드, 디메틸아세트아마이드, N-메틸피롤리돈 및 테트라하이드로퓨란 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합용매를 사용하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one aspect of the present invention, the mixed solution for preparing the polyvinylidene fluoride composite film may include the carbon nanotubes, polyvinylidene fluoride and a solvent, and the solvent is carbon nanotubes and polyvinylidene fluoride Any solvent capable of dispersing may be used without limitation. Examples of the solvent include chloroform, acetone, ethanol, methanol, benzene, toluene, cyclohexane, n-hexane, pyridine, quinoline, ethylene glycol, dimethylformamide, dimethylacetone, N-methyl Any one or two or more mixed solvents selected from pyrrolidone and tetrahydrofuran may be used, but the present invention is not limited thereto.
또한, 상기 용액 내 탄소나노튜브의 함량은 0.01 내지 10 중량%, 좋게는 0.01 내지 5 중량%, 더욱 좋게는 0.01 내지 3 중량%인 것일 수 있으며, 폴리비닐리덴플루오라이드의 함량은 1 내지 60 중량%, 좋게는 2 내지 50 중량%, 더욱 좋게는 5 내지 40 중량%인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 범위에서 탄소나노튜브 및 폴리비닐리덴플루오라이드가 용액 내에 균일하게 분산되어 추후 안정적으로 복합 필름을 제조할 수 있는 장점이 있다.In addition, the content of carbon nanotubes in the solution may be 0.01 to 10% by weight, preferably 0.01 to 5% by weight, more preferably 0.01 to 3% by weight, and the content of polyvinylidene fluoride is 1 to 60% by weight. %, preferably 2 to 50% by weight, more preferably 5 to 40% by weight, but is not limited thereto. In the above range, carbon nanotubes and polyvinylidene fluoride are uniformly dispersed in a solution, so that a composite film can be stably manufactured later.
즉, 상기 혼합 용액의 제조 단계는 탄소나노튜브 및 폴리비닐리덴플루오라이드를 상기 함량이 되도록 용매에 첨가한 후, 공지의 분산 방법으로 균일하게 분산시켜 폴리비닐리덴플루오라이드 복합 필름 제조용 혼합 용액으로 제조하는 것일 수 있다. 상기 분산 조건으로서 제한하는 것은 아니나, 25 내지 90℃에서 1 내지 24 시간 교반하는 것일 수 있다.That is, in the step of preparing the mixed solution, carbon nanotubes and polyvinylidene fluoride are added to the solvent to the above content, and then uniformly dispersed by a known dispersion method to prepare a mixed solution for preparing a polyvinylidene fluoride composite film. It can be. The dispersion conditions are not limited, but may be stirred at 25 to 90°C for 1 to 24 hours.
또한, 상기 그래핀 옥사이드, 탄소나노튜브 및 폴리비닐리덴플루오라이드는 다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름 제조 단계와 혼합 용액의 제조 단계에 앞서, 각각의 원료를 80 내지 130℃의 온도 범위에서 건조시키는 전처리 단계를 더 포함하는 것일 수 있다. 상기 전처리 단계를 포함함에 따라, 이 후 각 단계를 통한 정수 필터의 제조 시 기공 형성이 보다 용이한 효과가 있다.In addition, the graphene oxide, carbon nanotubes, and polyvinylidene fluoride are a pretreatment step of drying each raw material at a temperature range of 80 to 130 °C prior to the step of preparing a porous reduced graphene oxide film and a step of preparing a mixed solution. It may be to further include. By including the pretreatment step, there is an effect that pore formation is easier when the water filter is manufactured through each step after that.
본 발명의 일 양태에서, 상기 혼합 용액의 제조 단계는 혼합 용액을 1 내지 12 시간 동안 초음파 처리하는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 초음파 처리는 탄소나노튜브 및 폴리비닐리덴플루오라이드의 용액 내 응집을 방지하고, 정수 필터 내에 고르게 분산시키는 효과를 부여하며, 정수 필터의 유연성 및 항균성을 현저히 향상시키는 장점이 있다.In one aspect of the present invention, the step of preparing the mixed solution may include ultrasonicating the mixed solution for 1 to 12 hours, but is not limited thereto. The ultrasonic treatment has the advantage of preventing agglomeration of carbon nanotubes and polyvinylidene fluoride in a solution, providing an effect of evenly dispersing in the water filter, and remarkably improving the flexibility and antibacterial properties of the water filter.
또한, 본 발명에 따른 정수 필터의 제조 방법은 다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름 상에 상기 혼합 용액을 도포 또는 상기 혼합 용액을 건조하여 제조된 폴리비닐리덴플루오라이드 복합 필름을 합지하는 단계를 포함한다. 상기 단계를 통해 다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름 및 폴리비닐리덴플루오라이드 복합 필름을 포함하는 정수 필터를 제조할 수 있다.In addition, the method of manufacturing a water filter according to the present invention includes the step of laminating a polyvinylidene fluoride composite film prepared by applying the mixed solution or drying the mixed solution on a porous reduced graphene oxide film. Through the above step, a water filter including a porous reduced graphene oxide film and a polyvinylidene fluoride composite film may be prepared.
본 발명의 일 양태에서, 상기 혼합 용액을 다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름 상에 도포하여 정수 필터를 제조하는 것일 수 있으며, 구체적으로 상기 도포는 상기 혼합 용액을 다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름에 캐스팅하는 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, the mixed solution may be coated on a porous reduced graphene oxide film to prepare a water filter, and specifically, the coating may be casting the mixed solution on a porous reduced graphene oxide film. have.
상기 캐스팅하는 방법은 공지된 필름 캐스팅 방법을 제한 없이 사용할 수 있으며, 캐스팅 이후 건조 공정을 포함하는 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 탄소나노튜브 및 폴리비닐리덴플루오라이드를 포함하는 폴리비닐리덴플루오라이드 복합 필름 제조용 혼합 용액을 앞서 제조된 다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름 상에 10 내지 1000 μm 두께의 필름이 형성되도록 캐스팅 및 건조하여, 다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름과 폴리비닐리덴플루오라이드 복합 필름이 적층된 형태의 정수 필터를 제조하는 것일 수 있다.The casting method may use a known film casting method without limitation, and may include a drying process after casting. More specifically, casting a mixed solution for preparing a polyvinylidene fluoride composite film containing carbon nanotubes and polyvinylidene fluoride to form a 10 to 1000 μm thick film on the previously prepared porous reduced graphene oxide film, and It may be dried to prepare a water filter in which a porous reduced graphene oxide film and a polyvinylidene fluoride composite film are stacked.
보다 구체적으로, 상기 적층된 형태의 정수 필터는 다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름 및 탄소나노튜브를 포함하는 폴리비닐리덴플루오라이드 복합 필름의 계면에 형성된 다공성 환원 그래핀 옥사이드, 탄소나노튜브 및 폴리비닐리덴플루오라이드가 농도 구배를 가지며 혼합된 중간층을 포함하는 구조를 가질 수 있다.More specifically, the laminated water filter is a porous reduced graphene oxide, carbon nanotube, and polyvinylidene fluoride formed at the interface of a porous reduced graphene oxide film and a polyvinylidene fluoride composite film including carbon nanotubes. The ide may have a concentration gradient and may have a structure comprising a mixed interlayer.
상기 중간층을 두 필름의 계면에 형성함에 따라 다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름이 탄소나노튜브를 포함하는 폴리비닐리덴플루오라이드 복합 필름에 안정적으로 결착될 수 있으며, 높은 작동 압력에서도 필터의 구조를 유지하여 높은 내구성을 가질 수 있는 점에서 유리하다.As the intermediate layer is formed at the interface between the two films, the porous reduced graphene oxide film can be stably bonded to the polyvinylidene fluoride composite film including carbon nanotubes, and the structure of the filter is maintained even at a high operating pressure. It is advantageous in that it can have durability.
상기 제조방법으로 제조된 정수 필터는 하나의 필터 내에 다양한 크기의 기공이 존재하며, 물이 상기 다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름, 중간층 및 복합 필름을 통과하여 정화됨에 따라 잔류 염소, 유해 화학물질, 색도 및 탁도 제거율이 모두 향상되는 효과를 나타낸다. 뿐만 아니라, 바이러스 및 비소를 포함한 중금속의 제거율 또한 증가되어 현저히 우수한 여과 효율을 가지는 장점이 있다.The water filter manufactured by the above manufacturing method has pores of various sizes in one filter, and as water is purified through the porous reduced graphene oxide film, the intermediate layer and the composite film, residual chlorine, harmful chemicals, chromaticity, and It shows the effect of improving both the turbidity removal rate. In addition, since the removal rate of heavy metals including viruses and arsenic is also increased, there is an advantage of having remarkably excellent filtration efficiency.
본 발명의 일 양태에서, 상기 혼합 용액을 다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름 상에 도포 후 상전이 시키는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 비용매에 함침하여 상전이 시키는 것일 수 있으며, 상기 비용매에서 상전이 시키는 단계는 탄소나노튜브 및 폴리비닐리덴플루오라이드가 용매에 균일하게 분산된 혼합 용액을 상기 다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름에 공지의 도포 방법으로 도포한 후, 비용매에 침지시켜 수행하는 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, it may be to further include the step of applying the mixed solution on the porous reduced graphene oxide film and then phase transition. Specifically, it may be impregnated with a non-solvent to perform a phase change, and the step of performing a phase change in the non-solvent is a mixed solution in which carbon nanotubes and polyvinylidene fluoride are uniformly dispersed in a solvent is known in the porous reduced graphene oxide film. After coating by the application method of, it may be performed by immersing in a non-solvent.
상기 비용매는 특정 용매로 제한하는 것은 아니나, 상기 혼합 용액의 용매와 혼화성이 있으면서 폴리비닐리덴플루오라이드를 침전시킬 수 있는 용매라면 제한되지 않는다. 비한정적인 일 예로, 물, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 글라이콜류에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있으며, 좋게는 물일 수 있다.The non-solvent is not limited to a specific solvent, but is not limited as long as it is a solvent capable of precipitating polyvinylidene fluoride while being compatible with the solvent of the mixed solution. As a non-limiting example, it may be any one or a mixture of two or more selected from water, methanol, ethanol, propanol, isopropanol, and glycols, preferably water.
상기 상전이 방법으로서 구체적으로 예를 들면, 혼합 용액을 다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름에 균일한 두께로 도포한 후, 이를 0 내지 90℃의 비용매에 1 분 내지 6 시간, 좋게는 25 내지 50℃의 비용매에 5 분 내지 1 시간동안 침지시키는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Specifically as the phase transfer method, for example, after applying the mixed solution to a porous reduced graphene oxide film with a uniform thickness, it is 1 minute to 6 hours in a non-solvent of 0 to 90 ℃, preferably 25 to 50 ℃ It may be immersed in the non-solvent for 5 minutes to 1 hour, but is not limited thereto.
상기의 비용매 상전이 단계를 더 포함함에 따라, 탄소나노튜브를 포함하는 폴리비닐리덴플루오라이드 복합 필름에 비대칭적 거대기공을 효과적으로 형성시킬 수 있으며, 상기 복합 필름 내에 탄소나노튜브를 균일하게 분산할 수 있다. 이에 따라 여과 효율 및 투과 유량이 우수하고, 잔류 염소를 포함하는 유해물질의 제거 효과가 더욱 향상되는 장점이 있다.As the non-solvent phase transition step is further included, asymmetric macropores can be effectively formed in the polyvinylidene fluoride composite film including carbon nanotubes, and the carbon nanotubes can be uniformly dispersed in the composite film. have. Accordingly, there is an advantage in that the filtration efficiency and permeation flow rate are excellent, and the effect of removing harmful substances including residual chlorine is further improved.
본 발명의 일 양태에서, 상기 다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름 및 폴리비닐리덴플루오라이드 복합 필름을 포함하는 정수 필터를 제조하는 단계는, 상기 다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름 상에 상기 혼합 용액을 건조하여 제조된 폴리비닐리덴플루오라이드 복합 필름을 합지하는 단계일 수 있다.In one aspect of the present invention, the step of preparing a water filter including the porous reduced graphene oxide film and the polyvinylidene fluoride composite film is prepared by drying the mixed solution on the porous reduced graphene oxide film. It may be a step of laminating the polyvinylidene fluoride composite film.
상기 합지는 상기 혼합 용액을 기재에 캐스팅 및 건조하여 폴리비닐리덴플루오라이드 복합 필름을 제조한 후, 상기 다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름과 열압착하는 것일 수 있다.The lamination may be formed by casting and drying the mixed solution on a substrate to prepare a polyvinylidene fluoride composite film, followed by thermocompression bonding with the porous reduced graphene oxide film.
상기 합지 단계에서 캐스팅하기 위한 기재로는 표면을 제공하여 일정한 두께로 상기 혼합 용액을 캐스팅하여 필름 형태로 성형할 수 있는 기재라면 재질이나 형태에 제한되지 않으며, 구체적으로 예를 들면 유리판을 사용할 수 있다.The substrate for casting in the laminating step is not limited to the material or shape, and specifically, for example, a glass plate may be used as long as it is a substrate capable of forming a film by casting the mixed solution to a predetermined thickness by providing a surface. .
또한, 상기 건조는 25 내지 130℃의 온도 범위에서 상압 또는 감압 하에 수행되는 것일 수 있으며, 바람직하게는 25 내지 40℃에서 건조하여 폴리비닐리덴플루오라이드 복합 필름을 제조함으로써 물성의 저하 없이 우수한 투수성을 유지시킬 수 있다.In addition, the drying may be performed under normal pressure or reduced pressure in a temperature range of 25 to 130°C, and preferably dried at 25 to 40°C to prepare a polyvinylidene fluoride composite film, thereby providing excellent water permeability without deterioration of physical properties. Can be maintained.
상기 열압착 공정은 공지의 열압착 장치 및 방법을 사용하여 상기 복합 필름과 다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름을 합지시키는 것일 수 있으며, 예를 들면 롤러를 이용하여 100 내지 160℃에서 5 kgf 이상의 압력으로 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다.The thermocompression bonding process may be to laminate the composite film and the porous reduced graphene oxide film using a known thermocompression bonding device and method, for example, by using a roller at 100 to 160 ℃ at a pressure of 5 kgf or more It may be, but is not limited thereto.
상기 열압착하여 합지된 정수 필터는 폴리비닐리덴플루오라이드 복합 필름 및 다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름이 적층된 구성을 가지며, 상기의 열압착 공정을 수행함에 따라 두 개의 필름 사이에 중간층을 포함할 수 있다. 상기 중간층은 다공성 환원 그래핀 옥사이드, 탄소나노튜브 및 폴리비닐리덴플루오라이드가 농도 구배를 가지며 혼합된 중간층을 의미할 수 있다. 상기 열압착 공정을 통해 다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름이 탄소나노튜브를 포함하는 폴리비닐리덴플루오라이드 복합 필름에 안정적으로 결착될 수 있으며, 높은 작동 압력에서도 필터의 구조를 유지하여 높은 내구성을 가질 수 있고, 필터의 손상 없이 투과 속도와 여과 효율을 모두 높게 유지할 수 있는 장점이 있다.The water filter laminated by thermocompression has a configuration in which a polyvinylidene fluoride composite film and a porous reduced graphene oxide film are stacked, and may include an intermediate layer between the two films by performing the thermocompression bonding process. . The intermediate layer may mean an intermediate layer in which porous reduced graphene oxide, carbon nanotubes, and polyvinylidene fluoride are mixed with a concentration gradient. Through the thermal compression process, the porous reduced graphene oxide film can be stably bonded to the polyvinylidene fluoride composite film including carbon nanotubes, and can have high durability by maintaining the structure of the filter even at a high operating pressure. , It has the advantage of maintaining high permeation rate and filtration efficiency without damaging the filter.
본 발명의 일 양태에 따른 정수 필터 제조 방법에 있어서, 상기 정수 필터의 총 중량을 기준으로 다공성 환원 그래핀 옥사이드가 0.1 ~ 10 중량%, 탄소나노튜브가 0.1 ~ 10 중량% 및 폴리비닐리덴플루오라이드가 85 ~ 99 중량% 포함되도록 제조하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 좋게는 다공성 환원 그래핀 옥사이드가 0.1 ~ 8 중량%, 탄소나노튜브가 0.1 ~ 8 중량% 및 폴리비닐리덴플루오라이드가 90 ~ 99 중량% , 더욱 좋게는 다공성 환원 그래핀 옥사이드가 0.1 ~ 5 중량%, 탄소나노튜브가 0.1 ~ 5 중량% 및 폴리비닐리덴플루오라이드가 90 ~ 99 중량% 포함되도록 제조하는 것일 수 있으며, 상기 함량 범위를 포함하여 제조되는 정수 필터는 높은 투수성을 가지며, 탁도 및 잔류 염소의 제거율이 우수한 효과가 있다.In the water filter manufacturing method according to an aspect of the present invention, based on the total weight of the water filter, porous reduced graphene oxide is 0.1 to 10% by weight, carbon nanotubes are 0.1 to 10% by weight, and polyvinylidene fluoride It may be prepared to contain 85 to 99% by weight, but is not limited thereto. Preferably, porous reduced graphene oxide is 0.1 to 8% by weight, carbon nanotubes are 0.1 to 8% by weight, and polyvinylidene fluoride is 90 to 99% by weight, more preferably, porous reduced graphene oxide is 0.1 to 5% by weight , Carbon nanotubes may be prepared to contain 0.1 to 5% by weight and 90 to 99% by weight of polyvinylidene fluoride, and the water filter manufactured including the content range has high water permeability, turbidity and residual It has an excellent effect of removing chlorine.
본 발명의 또 다른 양태는 다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름 및 탄소나노튜브를 포함하는 폴리비닐리덴플루오라이드 복합 필름이 적층된 정수 필터에 관한 것으로, 상기 정수 필터의 제조 방법으로부터 제조될 수 있다.Another aspect of the present invention relates to a water filter in which a polyvinylidene fluoride composite film including a porous reduced graphene oxide film and a carbon nanotube is laminated, and may be prepared from the method of manufacturing the water filter.
본 발명에 따른 정수 필터는 기계적 강도 및 내구성이 우수하고, 항균 효과를 나타냄에 따라 추가의 항균 단계 없이 한 번의 정수 과정를 통해 박테리아 및 세균 등의 제거가 가능한 효과가 있다.Since the water filter according to the present invention has excellent mechanical strength and durability, and exhibits an antibacterial effect, it is possible to remove bacteria and bacteria through a single water purification process without an additional antibacterial step.
또한, 상기 정수 필터는 높은 투수성을 나타내는 동시에 중금속을 포함하는 유해 물질에 대한 여과 효율이 매우 우수하여 종래 기공 크기에 따라 두 개 이상의 필터를 연결하여 사용하는 정수용 필터를 대체할 수 있는 장점이 있다. 이에 따라, 여과 단계 및 필터 설치 공간을 최소화할 수 있는 효과가 있다.In addition, the water filter exhibits high water permeability and has excellent filtration efficiency for harmful substances including heavy metals, and thus has an advantage of being able to replace the conventional water filter used by connecting two or more filters according to the pore size. . Accordingly, there is an effect of minimizing the filtration step and the filter installation space.
본 발명의 일 양태에서, 상기 정수 필터는 다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름 및 폴리비닐리덴플루오라이드 복합 필름의 계면에 다공성 환원 그래핀 옥사이드, 탄소나노튜브 및 폴리비닐리덴플루오라이드가 혼합된 중간층을 포함하는 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, the water filter includes an intermediate layer in which porous reduced graphene oxide, carbon nanotubes, and polyvinylidene fluoride are mixed at the interface of the porous reduced graphene oxide film and the polyvinylidene fluoride composite film. Can be.
즉, 본 발명에 따른 정수 필터는 다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름, 중간층 및 폴리비닐리덴플루오라이드 복합 필름이 적층된 구조를 가질 수 있으며, 상기와 같이 적층된 구조를 가짐으로써 여과 효율 및 내구성이 우수한 특성을 가진다.That is, the water filter according to the present invention may have a structure in which a porous reduced graphene oxide film, an intermediate layer, and a polyvinylidene fluoride composite film are stacked, and has excellent filtration efficiency and durability by having the structure as described above. Have.
본 발명의 일 양태에서, 상기 정수 필터는 다공성 환원 그래핀 옥사이드 0.1 ~ 10 중량%, 탄소나노튜브 0.1 ~ 10 중량% 및 폴리비닐리덴플루오라이드 85 ~ 99 중량%, 좋게는 다공성 환원 그래핀 옥사이드 0.1 ~ 8 중량%, 탄소나노튜브 0.1 ~ 8 중량% 및 폴리비닐리덴플루오라이드 90 ~ 99 중량% , 더욱 좋게는 다공성 환원 그래핀 옥사이드 0.1 ~ 5 중량%, 탄소나노튜브 0.1 ~ 5 중량% 및 폴리비닐리덴플루오라이드 90 ~ 96 중량%를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one aspect of the present invention, the water filter is porous reduced graphene oxide 0.1 to 10% by weight, carbon nanotubes 0.1 to 10% by weight and polyvinylidene fluoride 85 to 99% by weight, preferably porous reduced graphene oxide 0.1 ~ 8% by weight, 0.1 ~ 8% by weight of carbon nanotubes and 90 ~ 99% by weight of polyvinylidene fluoride, more preferably 0.1 ~ 5% by weight of porous reduced graphene oxide, 0.1 ~ 5% by weight of carbon nanotubes and polyvinyl It may include 90 to 96% by weight of leaden fluoride, but is not limited thereto.
상기 범위의 함량을 포함하는 정수 필터는 적절한 유연성을 가지며, 우수한 기계적 물성 및 내구성을 나타낼 수 있으며, 높은 투수성 및 여과 효율을 동시에 만족할 수 있다.The water filter including the content in the above range has appropriate flexibility, can exhibit excellent mechanical properties and durability, and can simultaneously satisfy high water permeability and filtration efficiency.
본 발명의 일 양태에서, 상기 다공성 환원 그래핀 옥사이드 및 탄소나노튜브의 혼합비가 1 : 0.01 내지 5, 좋게는 0.05 내지 3, 더욱 좋게는 0.1 내지 2 중량비인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one aspect of the present invention, the mixing ratio of the porous reduced graphene oxide and carbon nanotubes may be 1: 0.01 to 5, preferably 0.05 to 3, more preferably 0.1 to 2 weight ratio, but is not limited thereto.
상기 혼합비의 다공성 환원 그래핀 옥사이드 및 탄소나노튜브를 포함함에 따라 정수 필터의 여과 효율이 보다 향상되며, 특히 탁도 및 잔류 염소의 여과율 및 여과 속도가 향상되는 효과가 있다.As the mixing ratio of the porous reduced graphene oxide and carbon nanotubes are included, the filtration efficiency of the water filter is more improved, and in particular, turbidity and the filtration rate and filtration rate of residual chlorine are improved.
본 발명의 일 양태에서, 상기 다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름 다공성 환원 그래핀 옥사이드 시트가 적층된 형태인 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, the porous reduced graphene oxide film may be in the form of a stacked porous reduced graphene oxide sheet.
상기 다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름은 2차원 평면 구조를 이루는 다공성 환원 그래핀 옥사이드가 적층된 형태로 필터 내에 존재할 수 있으며, 이에 따라 필름에 기계적 안정성이 증가하고, 상기 다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름을 지나는 물의 흐름성이 보다 향상되어 정수 필터의 투수성을 증가시키는 효과가 있다.The porous reduced graphene oxide film may be present in the filter in a form in which porous reduced graphene oxide constituting a two-dimensional planar structure is stacked, thereby increasing mechanical stability of the film, and water passing through the porous reduced graphene oxide film There is an effect of increasing the water permeability of the water filter by improving flowability.
본 발명의 일 양태에서, 상기 다공성 환원 그래핀 옥사이드 시트의 층간 간격이 0.7 내지 0.9 nm인 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, the interlayer spacing of the porous reduced graphene oxide sheet may be 0.7 to 0.9 nm.
상기 범위의 층간 간격을 가지는 다공성 환원 그래핀 옥사이드 시트를 포함함에 따라, 필터의 투수성 및 여과율이 증대되고, 투과 속도가 향상되는 장점이 있다.As the porous reduced graphene oxide sheet having an interlayer spacing in the above range is included, the water permeability and filtration rate of the filter are increased, and the transmission rate is improved.
본 발명의 일 양태에서, 상기 탄소나노튜브는 다중벽 탄소나노튜브인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 다중벽 탄소나노튜브를 포함하는 정수 필터는 기계적 특성이 우수하고, 정수 필터 내 보다 균일하게 분산되어 여과 효율 및 투수성이 균일하게 유지될 수 있다.In one aspect of the present invention, the carbon nanotube may be a multi-walled carbon nanotube, but is not limited thereto. The water filter including the multi-walled carbon nanotubes has excellent mechanical properties, and is more evenly dispersed in the water filter to maintain uniform filtration efficiency and water permeability.
본 발명의 일 양태에서, 상기 정수 필터는 기공 크기가 10 nm 내지 20 μm, 구체적으로 20 nm 내지 20 μm, 보다 구체적으로 50 nm 내지 20 μm인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one aspect of the present invention, the water filter may have a pore size of 10 nm to 20 μm, specifically 20 nm to 20 μm, and more specifically 50 nm to 20 μm, but is not limited thereto.
상기 범위의 기공 크기를 가짐으로써, 필터가 높은 투수성을 나타내는 동시에 다양한 크기의 유해물질을 분리해 낼 수 있으며, 구체적으로, 잔류 염소, 바이러스, 세균, 박테리아 및 중금속에 이르는 다양한 유해 물질에 대한 여과 효율이 우수한 효과가 있다.By having a pore size in the above range, the filter can exhibit high water permeability and separate harmful substances of various sizes, and specifically, filtration of various harmful substances such as residual chlorine, viruses, bacteria, bacteria and heavy metals There is an effect of excellent efficiency.
이는 기공 크기에 따른 필터를 두 개 이상 연결하여 사용함으로써 유해물질의 단계적 제거가 필수적인 종래 정수용 필터와 비교하였을 때 현저히 우수한 효과를 가지는 것이다. 구체적으로, 일반적인 정수용 필터로 사용되는 활성탄 및 중공사막 필터의 경우, 원재료 확보가 어렵고 바이러스 및 중금속 등의 유해물질의 제거가 불가능한 것과 비교하여, 본 발명의 정수 필터 상기 범위의 기공 크기를 가짐에 따라 활성탄 및 중공사막의 여과 기능을 동시에 확보할 수 있어 하나의 필터로 대체가 가능한 장점이 있다.This is to have a remarkably excellent effect compared to a conventional filter for water purification, which requires stepwise removal of harmful substances by connecting two or more filters according to the pore size. Specifically, in the case of activated carbon and hollow fiber membrane filters used as general water purification filters, as compared to the fact that it is difficult to secure raw materials and remove harmful substances such as viruses and heavy metals, the water purification filter of the present invention has a pore size in the above range. Since the filtering function of activated carbon and hollow fiber membrane can be secured at the same time, there is an advantage that it can be replaced with one filter.
본 발명의 일 양태에서, 상기 정수 필터는 작동 압력이 50 psi 이하, 좋게는 30 psi 이하, 더욱 좋게는 20 psi 이하이며, 비소 제거율이 55 % 이상, 좋게는 65% 이상, 더욱 좋게는 75% 이상인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one aspect of the present invention, the water filter has an operating pressure of 50 psi or less, preferably 30 psi or less, more preferably 20 psi or less, and an arsenic removal rate of 55% or more, preferably 65% or more, more preferably 75%. It may be the above, but is not limited thereto.
일반적으로 우수한 여과율을 갖는 필터, 즉 작은 기공의 크기를 갖는 필터의 경우, 작은 기공 크기로 인해 높은 작동 압력이 요구되어 압력 손실이 크고 필터 속도가 저하됨에 따라 실제 필터로의 적용이 어려운 반면, 본 발명에 따른 정수 필터는 낮은 작동 압력에서도 높은 투수성을 가지며, 투과 속도의 저하 없이 우수한 여과율을 유지할 수 있다.In general, in the case of a filter having an excellent filtration rate, that is, a filter having a small pore size, it is difficult to apply it to an actual filter as the pressure loss is large and the filter speed decreases because a high operating pressure is required due to the small pore size. The water filter according to the present invention has high water permeability even at a low operating pressure, and can maintain an excellent filtration rate without lowering the permeation rate.
본 발명의 일 양태는 상기 정수 필터를 포함하는 직수 연결형 정수 장치이다.One aspect of the present invention is a direct water connection type water purification device including the water filter.
본 발명에 따른 정수 필터는 각 가정에 생활용수를 공급하는 수도배관라인에 직수 연결형 구조로 연결하여, 정수된 생활용수를 수도밸브를 통해 사용자에게 직접 공급될 수 있다. 이에 따라, 생활용수의 사용효율이 증대되며 안전한 물을 다량으로 편리하게 공급할 수 있는 효과가 있다. The water filter according to the present invention may be connected to a water pipe line for supplying household water to each household in a direct water connection type structure, so that purified household water can be directly supplied to a user through a water valve. Accordingly, there is an effect that the use efficiency of living water is increased and safe water can be conveniently supplied in large quantities.
즉, 종래 복잡한 정수기의 구성 및 과다한 설치 공간을 필요로 하지 않으며, 저렴하고 단순한 제품 구성에 따라 불필요한 비용 낭비를 예방할 수 있다. That is, the conventional complex water purifier configuration and excessive installation space are not required, and unnecessary cost waste can be prevented according to the inexpensive and simple product configuration.
또한, 종래 정수용 필터 재료의 원재료 확보 문제가 없으며, 우수한 제품 경쟁력을 갖는 직수 연결형 정수의 제공이 가능한 장점이 있다.In addition, there is no problem of securing the raw material of the conventional filter material for water purification, and there is an advantage that it is possible to provide direct water connection type water having excellent product competitiveness.
또한, 본 발명에 따른 정수 필터는 물 뿐만 아니라 어떤 물질에 대하여 여과 기능이 필요한 분야, 예를 들어 대기 및 토양 등 다양한 분야에 적용할 수 있다.In addition, the water filter according to the present invention can be applied to various fields, such as air and soil, in which a filtering function is required for not only water but also certain substances.
이하 실시예 및 비교예를 바탕으로 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예 및 비교예는 본 발명을 더욱 상세히 설명하기 위한 하나의 예시일 뿐, 본 발명이 하기 실시예 및 비교예에 의해 제한되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on Examples and Comparative Examples. However, the following Examples and Comparative Examples are only one example for describing the present invention in more detail, and the present invention is not limited by the following Examples and Comparative Examples.
1. 다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름의 층간 간격1. Interlayer spacing of porous reduced graphene oxide film
다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름의 층간 간격을 확인하기 위하여 X-선 회절 장치(X-ray diffraction, XRD, Bruker, D8 DISCOVER) 및 하기 식 1로부터 상기 층간 간격을 계산하였다.In order to check the interlayer spacing of the porous reduced graphene oxide film, the interlayer spacing was calculated from an X-ray diffraction (X-ray diffraction, XRD, Bruker, D8 DISCOVER) and Equation 1 below.
[식 1]
(상기 식 1에서, d는 결정의 층간 간격이고, λ는 입사광의 파장이고, θ는회절각이다.)(In Equation 1, d is the interlayer spacing of the crystal, λ is the wavelength of incident light, and θ is the diffraction angle.)
다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름의 제조Preparation of porous reduced graphene oxide film
80℃ 오븐에서 12 시간 건조시킨 그래핀 옥사이드(Standard Graphene, GO-V20, Lateral size ≥ 7.0 um, Thickness < 5 nm, Carbon 50-56 %, Oxygen 30-35 %, Hydrogen ≤ 4.5 %) 2.6 g을 증류수 1 L에 첨가하고 1 시간 동안 초음파 처리하여 그래핀 옥사이드 용액을 제조하였다. 이 후, 상기 용액 10 mL를 양극 산화 알미늄(AAO, Whatman, Anodisc 47, 직경 : 47 mm)에 0.08 MPa 압력으로 진공 증착 및 건조하여 그래핀 옥사이드 필름을 제조하였다. 이 후, 3 x 10-3 torr의 진공 압력 하에 170℃에서 1 시간 동안 필름에 열처리하여 두께 42 nm의 다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름을 제조하였다. 제조된 필름의 X-선 회절(X-ray diffraction, XRD, Bruker, D8 DISCOVER) 분석 결과를 도 1에 도시하였으며, 상기 다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름의 층간 간격이 0.74 nm인 것을 확인하였다.2.6 g of graphene oxide (Standard Graphene, GO-V20, Lateral size ≥ 7.0 um, Thickness <5 nm, Carbon 50-56 %, Oxygen 30-35 %, Hydrogen ≤ 4.5 %) dried in an 80℃ oven for 12 hours It was added to 1 L of distilled water and sonicated for 1 hour to prepare a graphene oxide solution. Thereafter, 10 mL of the solution was vacuum-deposited and dried on anodized aluminum (AAO, Whatman, Anodisc 47, diameter: 47 mm) at 0.08 MPa pressure to prepare a graphene oxide film. Thereafter, heat treatment was performed on the film at 170° C. for 1 hour under a vacuum pressure of 3×10 −3 torr to prepare a porous reduced graphene oxide film having a thickness of 42 nm. The results of X-ray diffraction (X-ray diffraction, XRD, Bruker, D8 DISCOVER) analysis of the prepared film are shown in FIG. 1, and it was confirmed that the interlayer spacing of the porous reduced graphene oxide film was 0.74 nm.
폴리비닐리덴플루오라이드 혼합 용액의 제조Preparation of polyvinylidene fluoride mixed solution
폴리비닐리덴플루오라이드(상해삼애부, FR904, 밀도:1.78 g/cm2) 및 다중벽 탄소나노튜브(한화케미칼(주), CM-130, 직경 10-15 nm, Aligned, Purity 86-92 wt.%, Bulk Density 0.025-0.05 g/cc)를 80℃ 오븐에서 12 시간 건조시킨 후, 폴리비닐리덴플루오라이드 13 g 및 다중벽 탄소나노튜브 0.026 g을 디메틸아세트아마이드 106.4 ml에 첨가하여 10 시간동안 초음파 처리하였다. 이 후, 80℃에서 24 시간 교반 후, 2 시간 초음파 처리하여 폴리비닐리덴플루오라이드 혼합 용액을 제조하였다. Polyvinylidene fluoride (Shanghai Samaebu, FR904, density: 1.78 g/cm 2 ) and multi-walled carbon nanotubes (Hanwha Chemical, CM-130, diameter 10-15 nm, Aligned, Purity 86-92 wt. %, Bulk Density 0.025-0.05 g/cc) was dried in an oven at 80° C. for 12 hours, then 13 g of polyvinylidene fluoride and 0.026 g of multi-walled carbon nanotubes were added to 106.4 ml of dimethylacetamide for 10 hours. Sonicated. Thereafter, after stirring at 80° C. for 24 hours, ultrasonic treatment was performed for 2 hours to prepare a polyvinylidene fluoride mixed solution.
[실시예 1][Example 1]
제조된 폴리비닐리덴플루오라이드 혼합 용액을 다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름 상에 캐스팅 나이프를 이용해 150 μm 두께로 도포한 뒤, 25℃의 증류수로 이루어진 응고조에 5분 간 침지시켜 필터를 제조하였으며, 제조된 필터의 단면을 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM, Zeiss Merlin Compact)으로 분석한 결과를 도 2에 도시하였다. 이를 통해 제조된 필터가 10 nm ~ 20 μm의 다양한 기공 크기를 가지는 것을 확인하였다.The prepared polyvinylidene fluoride mixed solution was applied on a porous reduced graphene oxide film to a thickness of 150 μm using a casting knife, and then immersed in a coagulation bath made of distilled water at 25° C. for 5 minutes to prepare a filter. The cross section of the filter was analyzed with a scanning electron microscope (SEM, Zeiss Merlin Compact), and the results are shown in FIG. 2. Through this, it was confirmed that the prepared filter had various pore sizes of 10 nm to 20 μm.
이어서, 제조된 필터를 직경 14.5 cm의 정사각형으로 커팅하고 세디멘트에 감아서 도 4와 같은 수처리 장치에 장착한 후, 염소 3 ppm 및 비소 0.05 ppm을 함유하는 수용액을 1 L씩 통수시켜 필터하였다. 이 때, 통수는 10 회 반복하여 염소 및 비소 제거율을 측정하고 평균값을 계산하였다.Subsequently, the prepared filter was cut into a square having a diameter of 14.5 cm, wound around a sediment, and mounted in a water treatment apparatus as shown in FIG. 4, and then an aqueous solution containing 3 ppm of chlorine and 0.05 ppm of arsenic was passed through 1 L and filtered. At this time, the passing water was repeated 10 times to measure the removal rate of chlorine and arsenic, and the average value was calculated.
상기 제거율 측정 결과, 염소 제거율이 97.3%였고, 비소 제거율이 75.0%인 것을 확인하였으며, 이를 통해 실시예 1로부터 제조된 필터는 우수한 제거율을 나타내는 것을 확인하였다. 또한, 필터 시 작동 압력은 20 psi이었으며, 투과 속도의 저하 없이 우수한 투수성을 유지하는 것을 확인하였다.As a result of the removal rate measurement, it was confirmed that the chlorine removal rate was 97.3% and the arsenic removal rate was 75.0%, and through this, it was confirmed that the filter prepared from Example 1 exhibits an excellent removal rate. In addition, the operating pressure during the filter was 20 psi, it was confirmed that excellent water permeability was maintained without lowering the permeation rate.
[실시예 2][Example 2]
제조된 폴리비닐리덴플루오라이드 혼합 용액을 유리판에 캐스팅 나이프를 이용하여 150 μm 두께로 도포하고 이를 40℃, 감압 하에 24 시간 건조한 후, 유리판으로부터 박리시켜 폴리비닐리덴플루오라이드 복합 필름을 제조하였다. 이 후, 제조된 폴리비닐리덴플루오라이드 복합 필름을 다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름 상에 적층하고, 롤러를 이용하여 145℃에서 5 kgf의 압력으로 열압착하여 다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름와 복합 필름이 순차적으로 적층된 구조의 필터를 제조하였다. 제조된 필터의 윗면 및 바닥면을 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM, Zeiss Merlin Compact)으로 분석한 결과를 도 3에 도시하였다.The prepared polyvinylidene fluoride mixed solution was applied to a glass plate to a thickness of 150 μm using a casting knife, and dried at 40° C. for 24 hours under reduced pressure, and then peeled from the glass plate to prepare a polyvinylidene fluoride composite film. Thereafter, the prepared polyvinylidene fluoride composite film was laminated on the porous reduced graphene oxide film, and the porous reduced graphene oxide film and the composite film were sequentially bonded by thermal compression at 145°C with a pressure of 5 kgf using a roller. A filter having a stacked structure was prepared. Fig. 3 shows the results of analyzing the top and bottom surfaces of the manufactured filter using a scanning electron microscope (SEM, Zeiss Merlin Compact).
제조된 필터는 실시예 1과 동일한 방법으로 염소 및 비소 제거율을 측정하여 평균값을 계산하였다.The prepared filter was calculated by measuring the removal rate of chlorine and arsenic in the same manner as in Example 1.
상기 제거율 측정 결과, 염소 제거율이 94.5%였고, 비소 제거율이 69.8%인 것을 확인하였으며, 이를 통해 실시예 2로부터 제조된 필터는 우수한 제거율을 나타내는 것을 확인하였다. 또한, 필터 시 작동 압력은 22 psi이었으며, 투과 속도의 저하 없이 우수한 투수성을 유지하는 것을 확인하였다.As a result of the removal rate measurement, it was confirmed that the chlorine removal rate was 94.5% and the arsenic removal rate was 69.8%, through which it was confirmed that the filter prepared from Example 2 exhibited an excellent removal rate. In addition, the operating pressure during the filter was 22 psi, it was confirmed that excellent water permeability was maintained without lowering the permeation rate.
[비교예 1][Comparative Example 1]
80℃ 오븐에서 12 시간 건조시킨 그래핀 옥사이드 0.013 g, 다중벽 탄소나노튜브 0.026 g 및 폴리비닐리덴플루오라이드 13 g을 디메틸아세트아마이드 106.4 ml에 첨가하여 10 시간동안 초음파 처리한 후, 80℃에서 24 시간 교반하여 혼합 용액을 제조하였다. 제조된 혼합 용액을 실시예 2와 같은 방법으로 유리판 위에 도포 및 건조하여 두께 150 μm의 필터를 제조하였다.0.013 g of graphene oxide, 0.026 g of multi-walled carbon nanotubes, and 13 g of polyvinylidene fluoride, dried in an oven at 80° C., were added to 106.4 ml of dimethylacetamide and subjected to ultrasonic treatment for 10 hours, followed by 24 at 80° C. The mixture was stirred for an hour to prepare a mixed solution. The prepared mixed solution was applied and dried on a glass plate in the same manner as in Example 2 to prepare a filter having a thickness of 150 μm.
제조된 필터는 실시예 1과 동일한 방법으로 염소 및 비소 제거율을 측정하여 평균값을 계산하였다.The prepared filter was calculated by measuring the removal rate of chlorine and arsenic in the same manner as in Example 1.
상기 제거율 측정 결과, 염소 제거율 40.2%, 비소 제거율 44.3%로 낮은 제거율을 나타내는 것을 확인하였다.As a result of the removal rate measurement, it was confirmed that the chlorine removal rate was 40.2% and the arsenic removal rate was 44.3%, indicating a low removal rate.
[비교예 2][Comparative Example 2]
시판되는 활성탄 필터(HAYCARB, PHO80-325WW, 80X325 mesh)를 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 염소 및 비소 제거율을 측정하여 평균값을 계산하였다.Using a commercially available activated carbon filter (HAYCARB, PHO80-325WW, 80X325 mesh), the removal rate of chlorine and arsenic was measured in the same manner as in Example 1, and an average value was calculated.
상기 제거율 측정 결과, 염소 제거율은 80.2%였으나, 비소는 제거되지 않는 것을 확인하였다.As a result of the removal rate measurement, it was confirmed that the chlorine removal rate was 80.2%, but arsenic was not removed.
Claims (16)
탄소나노튜브 및 폴리비닐리덴플루오라이드를 포함하는 폴리비닐리덴플루오라이드 복합 필름 제조용 혼합 용액을 제조하는 단계; 및
상기 다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름 상에 상기 혼합 용액을 도포 또는 상기 혼합 용액을 건조하여 제조된 폴리비닐리덴플루오라이드 복합 필름을 합지하는 단계;
를 포함하며 상기 합지는 상기 혼합 용액을 기재에 캐스팅 및 건조하여 폴리비닐리덴플루오라이드 복합 필름을 제조한 후, 상기 다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름과 열압착하는 것인 정수 필터의 제조 방법.Preparing a porous reduced graphene oxide film by applying a solution containing graphene oxide to a substrate and heat treatment;
Preparing a mixed solution for preparing a polyvinylidene fluoride composite film including carbon nanotubes and polyvinylidene fluoride; And
Laminating a polyvinylidene fluoride composite film prepared by applying the mixed solution or drying the mixed solution on the porous reduced graphene oxide film;
Including, and the lamination is a method for producing a water filter to prepare a polyvinylidene fluoride composite film by casting and drying the mixed solution on a substrate, and then thermocompression bonding with the porous reduced graphene oxide film.
상기 도포는 상기 혼합 용액을 다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름에 캐스팅하는 것인 정수 필터의 제조 방법.The method of claim 1,
The coating is a method for producing a water filter by casting the mixed solution onto a porous reduced graphene oxide film.
상기 열처리는 100 내지 250℃에서 수행되는 것인 정수 필터의 제조 방법.The method of claim 1,
The heat treatment is a method of manufacturing a water filter to be performed at 100 to 250 ℃.
상기 혼합 용액의 제조 단계는 상기 혼합 용액을 초음파 처리하는 것을 포함하는 정수 필터의 제조 방법.The method of claim 1,
The manufacturing step of the mixed solution comprises ultrasonicating the mixed solution.
상기 혼합 용액을 도포 후, 상전이 시키는 단계를 더 포함하는 정수 필터의 제조 방법.The method of claim 1,
After applying the mixed solution, the method of manufacturing a water filter further comprising the step of performing a phase transition.
상기 정수 필터는 상기 다공성 환원 그래핀 옥사이드 필름 및 폴리비닐리덴플루오라이드 복합 필름의 계면에 다공성 환원 그래핀 옥사이드, 탄소나노튜브 및 폴리비닐리덴플루오라이드가 혼합된 중간층을 포함하는 정수 필터.The method of claim 7,
The water filter is a water filter comprising an intermediate layer in which porous reduced graphene oxide, carbon nanotubes, and polyvinylidene fluoride are mixed at the interface of the porous reduced graphene oxide film and the polyvinylidene fluoride composite film.
상기 정수 필터는 다공성 환원 그래핀 옥사이드 0.1 ~ 10 중량%, 탄소나노튜브 0.1 ~ 10 중량% 및 폴리비닐리덴플루오라이드 85 ~ 99 중량%를 포함하는 정수 필터.The method of claim 7,
The water filter is a water filter containing 0.1 to 10% by weight of porous reduced graphene oxide, 0.1 to 10% by weight of carbon nanotubes, and 85 to 99% by weight of polyvinylidene fluoride.
상기 다공성 환원 그래핀 옥사이드 및 탄소나노튜브의 중량비는 1 : 0.01 내지 5 인 것인 정수 필터.The method of claim 7,
The weight ratio of the porous reduced graphene oxide and carbon nanotubes is 1: 0.01 to 5 water filter.
상기 다공성 환원 그래핀 옥사이드 시트의 층간 간격이 0.7 내지 0.9 nm인 정수 필터.The method of claim 7,
A water filter having an interlayer spacing of 0.7 to 0.9 nm of the porous reduced graphene oxide sheet.
상기 탄소나노튜브는 다중벽 탄소나노튜브인 정수 필터.The method of claim 7,
The carbon nanotube is a water filter of a multi-walled carbon nanotube.
상기 정수 필터는 기공 크기가 10 nm 내지 20 μm인 정수 필터.The method of claim 7,
The water filter is a water filter having a pore size of 10 nm to 20 μm.
상기 정수 필터는 작동 압력이 50 psi 이하이며, 비소 제거율이 55 % 이상인 정수 필터.The method of claim 7,
The water filter is a water filter having an operating pressure of 50 psi or less and an arsenic removal rate of 55% or more.
상기 정수 필터가 제 7항에 따른 정수 필터인 직수 연결형 정수 장치.In the direct water connection type water purification apparatus comprising a water filter,
The water filter is a water filter according to claim 7 directly connected type water purification device.
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