KR102267608B1 - 광감응을 통해 재생이 가능한 수처리용 분리막 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다공성 분리막의 적어도 일 표면에, 시나매이트 기를 포함한 기능성 재료간의 동적인 결합을 통해 가교결합된 코팅층을 구비한 기능성 수처리용 분리막 및 그의 제조방법을 제공하고, 본 발명에 따른 수처리용 분리막의 수처리 성능이 파울링(fouling)에 의해 저하된 경우, 수처리용 분리막에 UV 조사하여 오염물질이 있는 수처리용 분리막의 코팅층을 제거하고, 이후 수처리용 분리막에 남아있는 다공성 분리막의 적어도 일 표면에, 오염되지 않은 새로운 가교결합된 코팅층을 형성시킴으로써 수처리용 분리막의 수처리 기능을 재생시키도록 한 발명이다.
Description
본 발명은 광감응을 통해 재생이 가능한 수처리용 분리막 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
분리막을 이용한 수처리 방법은 기존 기술들에 비해 적은 설치 공간, 우수한 처리용량, 낮은 운영비용으로 최근들어 분리막을 하수처리, 해수담수, 가정용, 의료용, 산업용 등 다양한 수처리 분야에 적용하는 사례가 증가하고 있다. 이들은 공경 크기에 따라 정밀여과(Microfiltration, MF), 한외여과(Ultrafiltration, UF), 나노여과(Nanofiltration, NF), 역삼투(Reverse osmosis, RO) 분리막으로 나뉘며, 이에 따라 필요 구동압력과 걸러낼 수 있는 물질의 종류가 달라진다. 그 중, 낮은 압력에서 구동 가능한 정밀여과(MF)/한외여과(UF) 분리막의 경우 콜로이드 입자 혹은 미생물과 같은 오염물을 효과적으로 제거할 수 있다.
정밀여과(MF)/한외여과(UF) 분리막의 주요 구성 재료로는 우수한 물리적 성질과 내열성, 내화학성을 가지는 고분자인 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리테트라 플루오로에틸렌(polytetrafuloroethylene, PTFE), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리설폰(polysulfone, PSF), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile, PAN) 등이 사용된다.
그러나, 상기 재료들의 소수성에 의해 유기 오염물과 분리막 표면간에 상호작용이 형성되어 오염이 가속화되며 이에 의해 수투과도 감소 등의 분리막 성능 저하가 발생한다. 또한, 다수의 하수 내 오염물은 전하를 가지고 있어 분리막 오염 저감을 위해 분리막 표면 친수성 고분자 코팅, 블랜딩, 개질, 또는 전하를 띄는 물질의 코팅 및 개질 등 다양한 방법들이 시도되고 있다. (Chem. Rev. 2010, 110, 2448-2471)
이러한 다양한 방법들은 친수성 표면 개질, 항균성 물질 도입, 그리고 자극-감응성 물질의 도입 등으로 분류된다. 그 중 특히 자극-감응성 물질 도입법의 경우 충분한 내파울링 성능과 함께 파울런트의 종류를 가리지 않고 범용적인 효과를 발휘한다는 장점이 있다. 대표적으로 파울링이 일어난 층 내부에 열 감응성 고분자를 함침시킨 후 열을 가해 부피를 증가시킴으로서 파울링 층의 내구도를 파괴하는 방법, 이온 감응성 고분자를 표면에 도입하여 파울런트를 물리적으로 밀어내는 방법, 그리고 자성나노입자를 도입하여 파울런트의 흡착을 억제하는 와류를 발생시키는 방법 등이 있다. 이들 시도들은 분리막의 파울링 되는 속도를 늦춰 분리막 수명 연장시킬 수 있으나 내파울링 기능성 재료의 처리 한계에 도달하면 분리막 성능을 회복시키기 위해 분리막 전체의 교체가 불가피 하다. 이에 대한 보완책이 필요하다고 볼 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 자성입자를 도입한 수처리용 분리막으로, 우수한 내파울링성을 가지면서도 높은 세척효율을 갖는 수처리용 분리막 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명의 제1 양태에서, 다공성 분리막; 상기 다공성 분리막의 적어도 일 표면에 형성되어 있으며 시나매이트(cinnamate) 기 사이에 형성된 가교결합을 포함하는 화합물을 포함하는 코팅층;을 포함하는 수처리용 분리막이 제공된다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 상기 제1 양태에서 상기 시나매이트(cinnamate) 기 사이에 형성된 가교결합을 포함하는 화합물이 링커를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리용 분리막이 제공된다.
본 발명의 제3 양태에 따르면, 상기 제1 양태 또는 제2 양태에서 상기 링커가 고차분지 폴리(아미도 아민)(HPAMAM), 가지구조 폴리에틸렌이민(b-PEI), 고차가지 폴리글리세롤 (HPG), 고차가지 폴리에스테르(HPE), 고차가지 폴리에틸렌 옥사이드(HPEO) 또는 이들의 2종 이상인 것을 특징으로 하는 수처리용 분리막이 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명의 제4 양태에 따르면, 상기 제1 양태 내지 제3 양태 중 어느 하나의 양태에 기재된 수처리용 분리막의 제조방법으로서,
(S1) 링커를 시나매이트 기에 의해 개질하는 단계;
(S2) 다공성 분리막의 적어도 일 표면에, 시나매이트 기에 의해 개질된 링커를 도포하는 단계;
(S3) 상기 시나매이트 기 사이에 가교결합이 이루어지도록 UV 조사하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법이 제공된다.
본 발명의 제5 양태에 따르면, 상기 제4 양태에서 상기 시나매이트 기를 포함하는 화합물이 시나모일 할라이드, 알칼 시나매이트 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 제조방법이 제공된다.
본 발명의 제6 양태에 따르면, 상기 제4 양태 또는 제5 양태에서 상기 UV 조사가 300 nm 내지 400 nm 범위의 파장에서 30분 내지 6시간동안 수행되는 것을 특징으로 하는 제조방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에서 본 발명의 제7 양태에 따르면, 수처리용 분리막의 세척방법으로서,
제1 양태 내지 제3 양태 중 어느 하나의 양태에 기재된 수처리용 분리막을 사용하여 수처리한 후에 250 nm 내지 260 nm 범위의 파장에서 30분 내지 6시간동안 UV 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세척방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 다공성 분리막의 적어도 일 표면에, 시나매이트 기를 포함한 기능성 재료간의 동적인 결합을 통해 가교결합된 코팅층을 구비한 기능성 수처리용 분리막 및 그의 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 수처리용 분리막의 수처리 성능이 파울링(fouling)에 의해 저하된 경우, 수처리용 분리막에 UV 조사하여 오염물질이 있는 수처리용 분리막의 코팅층을 제거하고, 이후 수처리용 분리막에 남아있는 다공성 분리막의 적어도 일 표면에, 오염되지 않은 새로운 가교결합된 코팅층을 형성시킴으로써 수처리용 분리막의 수처리 기능을 재생시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 수처리용 분리막에 있어서, 다공성 분리막; 및 상기 다공성 분리막의 일 표면에 가교결합된 코팅층;을 형성하여 수처리용 분리막을 제공하는 제조 단계, 상기 수처리용 분리막을 사용하여 오염물질을 포획하는 수처리 단계, 파울링된 코팅층이 제거되도록 수처리용 분리막을 세척하는 세척 단계를 포함하는, 본 발명의 수처리용 분리막의 제조-수처리(사용)-세척 사이클을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 시나메이트 클로라이드 자체의 FT-IR 그래프(흑색), b-PEI 자체의 FT-IR 그래프(적색), 시나매이트 개질된 b-PEI 자체의 FT-IR 그래프(청색)이다.
도 3은 비교예 1의 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 막의 FT-IR 그래프(적색), 실시예 1에서 PVDF 막에 형성되어 있는, 시나매이트 개질된 b-PEI (branched polyethyleneimine) 코팅층의 UV 조사 이전의 그래프(청색), 실시예 1에서 PVDF 막에 형성되어 있는, 시나매이트 개질된 b-PEI 코팅층이 UV 조사 이후의 그래프(녹색), 시나매이트 개질된 b-PEI 자체의 FT-IR 그래프(흑색)이다.
도 4는 비교예 1의 수처리용 분리막과 실시예 1의 수처리용 분리막 각각의 표면의 FE-SEM 이미지이다.
도 5는 실시예 1에서 수득한 수처리용 분리막의 효과를 수투과 시스템을 이용하여 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 시나메이트 클로라이드 자체의 FT-IR 그래프(흑색), b-PEI 자체의 FT-IR 그래프(적색), 시나매이트 개질된 b-PEI 자체의 FT-IR 그래프(청색)이다.
도 3은 비교예 1의 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 막의 FT-IR 그래프(적색), 실시예 1에서 PVDF 막에 형성되어 있는, 시나매이트 개질된 b-PEI (branched polyethyleneimine) 코팅층의 UV 조사 이전의 그래프(청색), 실시예 1에서 PVDF 막에 형성되어 있는, 시나매이트 개질된 b-PEI 코팅층이 UV 조사 이후의 그래프(녹색), 시나매이트 개질된 b-PEI 자체의 FT-IR 그래프(흑색)이다.
도 4는 비교예 1의 수처리용 분리막과 실시예 1의 수처리용 분리막 각각의 표면의 FE-SEM 이미지이다.
도 5는 실시예 1에서 수득한 수처리용 분리막의 효과를 수투과 시스템을 이용하여 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
또한, 본 명세서에 기재된 실시예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 다공성 분리막; 및 시나매이트 기 사이의 가교결합을 포함하는 화합물을 포함하는 코팅층;을 포함하는 수처리용 분리막을 제공한다.
도 1을 참조하여 본 발명을 설명하면, 본 발명의 수처리용 분리막은, 다공성 분리막; 및 상기 다공성 분리막의 일 표면에 가교결합된 코팅층;을 형성하여 수처리용 분리막을 제공하는 제조 단계, 상기 수처리용 분리막을 사용하여 오염물질을 포획하는 수처리 단계, 파울링된 코팅층이 제거되도록 수처리용 분리막을 세척하는 세척 단계를 포함하는 사이클을 거치게 된다.
먼저, 수처리용 분리막의 "제조 과정"에서, 다공성 분리막(1); 및 상기 다공성 분리막(1)의 일 표면에 가교결합된 코팅층(3);을 형성하여 수처리용 분리막을 제공한다. 상기 가교결합된 코팅층(3)의 형성을 위해서는 시나매이트 기에 의해 개질된 링커(2)가 사용된다.
상기 다공성 분리막은 이를 구성하는 기재의 몸체 및 표면에 다수의 기공이 형성되어 있을 수 있으며, 상기 기공의 직경은 본 발명의 취지에 부합하는 한 특별히 제한되지 않으나, 1 nm 미만의 매우 작은 직경을 갖는 것일 수 있다. 상기 기공을 통해 여과수 등 처리물질이 다공성 분리막을 통과하여 지날 수 있다. 수처리용 분리막은 단면구조가 대칭구조인 분리막에 비해 비대칭구조인 분리막이 유속 및 수투과도 등의 측면에서 여과 성능이 우수할 수 있다. 이러한 측면에서 상기 다공성 분리막은 미세 기공이 형성되어 있으며 바람직하게는 크기나 분포 면에서 균일한 공경 구조를 나타내는 표층 및 손가락형(finger-like) 또는 스폰지형 (sponge-like)의 기공 구조를 갖는 내부지지층을 포함할 수 있다.
상기 다공성 분리막으로는 고분자 물질, 세라믹, 금속 등의 소재가 사용될 수 있다. 예컨대, 상기 다공성 분리막은 한외여과막 또는 정밀여과막일 수 있다.
상기 고분자 물질의 소재로는 폴리술폰을 제외한 소재가 제한없이 사용될 수 있는데, 비제한적인 예로 폴리테트라플루오로에틸렌 (Polytetrafluoroethylene, PTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드 (Polyvinylidenefluoride, PVDF), 폴리아크릴로니트릴(Polyacrylonitrile, PAN), 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 폴리프로필렌 (Polypropylene, PP), 폴리염화비닐(Polyvinyl chloride, PVC), 셀룰로오스 (Cellulose) 및 셀룰로오스 아세테이트(Cellulose acetate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 폴리테트라플로오로 에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드 (Polyvinylidenefluoride, PVDF) 중 적어도 어느 하나이거나 이들의 혼합물일 수 있다.
상기 세라믹의 소재는 알루미늄 산화물(alumina), 규소산화물(silica), 티타늄산화물(titania) 중 적어도 어느 하나 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
상기 금속의 소재는 스테인리스 스틸(stainless steel), 팔라듐 합금(palladium alloy) 중 적어도 어느 하나 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
상기 다공성 분리막은 전술한 물질을 그대로 사용하거나, 다공성 분리막의 표면을 OH, -NH2, -CN, -CO-, -COOH, 및 -CONH-로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상으로 더 개질하여 사용할 수 있다.
상기 다공성 분리막의 일 표면에 형성된 코팅층은 수처리용 분리막을 사용한 수처리 후에 다공성 분리막으로부터 파울런트(오염물질)을 분리하여 제거하는 성능을 향상시키기 위해 다공성 분리막의 적어도 일 표면에 형성되어 있는 박막층으로, 시나매이트 기 사이에 가교결합이 이루어진 화합물을 포함한다. 보다 구체적으로, 상기 화합물은 시나매이트 기로 개질된 링커를 포함한다.
상기 시나매이트 기는 소정의 파장을 갖는 UV 조사에 의해 시나매이트 기 사이에 가교결합을 형성할 수 있다.
본원 명세서에서 시나매이트 기는 C6H5CH=CHCOO-를 의미한다. 본 발명에서 사용가능한 시나매이트 기를 포함한 화합물의 비제한적인 예로 시나매이트 할라이드, 알킬 시나매이트, 또는 이들의 혼합물이 포함될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 상기 시나모일 할라이드의 비제한적인 예로는 시나모일 플루오라이드, 시나모일 클로라이드, 시나모일 브로마이드가 있다. 또한, 알킬 시나매이트의 비제한적인 예로는 메틸 시나매이트, 에틸 시나매이트 또는 프로필 시나매이트가 있다. 또한, 상기 시나매이트 기를 포함한 화합물은 신남산일 수 있다.
시나매이트 기를 포함하는 화합물은 UV 조사에 의해 특정 파장의 UV 조사에 의해 동적 결합이 형성되거나 또는 해체될 수 있는 것을 특징으로 한다. 예컨대, 신남산은 300 nm 보다 큰 UV 파장에서 가교결합을 형성하며, 260 nm 미만의 UV 파장에서 상기와 같이 형성된 가교결합이 해체되는 것을 특징으로 한다.
본원 명세서에서 상기 시나매이트 기를 포함하는 화합물은 다공성 분리막에 직접 결합되지 않을 수 있으며, 링커를 매개체로 하여 다공성 분리막에 간접적으로 결합될 수 있다. 링커에 의해, 다공성 분리막과, 상기 시나매이트 기를 포함하는 화합물 사이에 공간이 확보될 수 있다.
상기 링커로는 친수성을 지니거나 유기 또는 무기물의 분해 기능성을 지닌 고분자 화합물, 세라믹, 금속 재료들이 사용될 수 있다. 이들 재료는 시나매이트 기에 의해 개질되거나 또는 상기 재료의 합성시에 시나매이트 기가 포함되도록 제조될 수 있다.
상기 링커로 가지구조 고분자가 사용되는 경우, 상기 가지구조 고분자의 예로 고차분지 폴리(아미도 아민)(HPAMAM), 가지구조 폴리에틸렌이민(b-PEI), 고차가지 폴리글리세롤 (HPG), 고차가지 폴리에스테르(HPE), 고차가지 폴리에틸렌 옥사이드(HPEO) 또는 이들의 2종 이상이 있다. 가지구조 폴리에틸렌이민(b-PEI)이 아민기로 인해 친수성을 구비하고 있고 반응성 말단의 작용기 밀도가 높기 때문에 바람직하다.
링커로서 가지구조 폴리에틸렌이민이 사용되는 경우, 가지구조 폴리에틸렌 이민의 분자량은 본 발명의 취지에 부합하는 한 특별히 제한되지 않으며, 예컨대, 1,000 내지 100,000 또는 10,000 내지 100,0000 범위의 중량평균분자량(Mw)을 가질 수 있다. 상기 범위에서 분자량이 클수록 친수성이 높아지고 수투과 테스트에서 좋은 성능을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 링커로 가지구조 폴리에틸렌이민이 사용되는 경우, 링커를 시나모일 클로라이드와 반응시켜 최종적으로 시나매이트 기를 가진 가교결합 가능한 링커를 얻을 수 있다.
상기 코팅층은 다공성 분리막 전체에 균일하게 코팅될 수 있다.
상기 코팅층을 다공성 분리막에 코팅하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 비제한적인 예로 딥코팅 또는 스핀코팅과 같은 방법이 있다.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에서, 상기 코팅층을 다공성 분리막에 코팅하는 방법은, (S1) 링커를 시나매이트 기에 의해 개질하는 단계; (S2) 다공성 분리막의 적어도 일 표면에, 시나매이트 기에 의해 개질된 링커를 도포하는 단계; (S3) UV 조사를 통해, 상기 시나매이트 기 사이에 가교결합이 이루어지도록 하는 단계를 포함한다.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에서, 상기 (S1) 단계를 위해, 시나매이트 염을 용매(예: 디클로로메탄)에 용해시킨 제1 용액을 준비하고, 또한, 링커를 용매(예: 디클로로메탄)에 용해시킨 제2 용액을 준비한 후에 제2 용액을 제1 용액에 적가하고 교반할 수 있다. 이후, 수득된 용액을 세척하고 건조하여서 시나매이트로 개질된 소정의 화합물을 수득한다. 상기 제1 용액과 제2 용액 각각에서 사용된 용매는 동일한 것일 수 있다.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에서, 상기 시나매이트 염의 농도는 시나매이트 염과 링커의 총량을 기준으로 1 wt% 내지 10 wt% 범위의 농도, 바람직하게는 2 wt% 내지 5 wt% 범위의 농도일 수 있다. 시나매이트 염이 전술한 범위의 농도로 사용되는 경우에 도입으로 인한 표면특성 변화 효과를 가지면서 과도한 투과성능 변화를 막을 수 있다.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에서, 상기 (S2) 단계를 위해, 시나매이트로 개질된 링커를 용매에 용해시켜 제3 용액을 수득하고, 이를 딥코팅, 스핀코팅과 같은 방법에 의해 다공성 분리막의 적어도 일 표면에 도포할 수 있다.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에서, 상기 (S3) 약 300 nm 이상 또는 300 nm 내지 400 nm의 UV 파장으로, 상기 제3 용액이 코팅된 다공성 분리막 표면을 30분 내지 6시간 동안 UV 조사하여 시나매이트 간의 가교 결합 반응을 통해 가교결합 코팅층을 구비한 수처리용 분리막을 제공할 수 있다.
이어서, 다시 도 1을 참조하여 설명하면, 상기 수처리용 분리막을 사용하여 오염물질을 포획하는 수처리 단계에서, 여러 종류의 오염물질(5)이 수처리용 분리막의 코팅층에 부착된다.
이어서, 수처리용 분리막은 파울링된 코팅층(6)이 제거되는 "세척 과정"을 거치게 된다. 상기 세척 과정은 소정의 파장, 예컨대 260 nm 미만 또는 250 nm 내지 260 nm의 파장을 갖는 UV의 조사에 의해 수행될 수 있다. 그 결과, 수처리용 분리막으로부터 파울링 코팅층이 제거되고 수처리용 분리막은 코팅층없이 다공성 분리막으로 남게 된다.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에서 수처리용 분리막에 남아있는 미반응물을 제거하는 공정이 상기 "세척 과정" 이전에 더 수행될 수 있다. 이를 위해서는 탄산나트륨 용액과 같은 액체를 사용하여, 수처리용 분리막에 남아있는 미반응물을 제거할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세히 설명한다. 단, 하기의 실시예는 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
비교예
1
수처리용 분리막으로 PVDF 다공성 분리막('neat PVDF membrane')을 준비하였다.
실시예
1
시나매이트 기를 갖는 화합물로 시나모일 클로라이드를 준비하고, 링커로서 가지구조 폴리에틸렌이민(b-PEI)을 준비하며, 다공성 고분자 기재로서 비교예 1에서 사용된 것과 동일한 PVDF 다공성 분리막을 준비하였다.
시나모일 클로라이드(Cinnamoyl chloride) 2.6 g을 디클로로메탄 10 mL에 녹인 용액을, 가지구조 폴리에틸렌이민(b-PEI) 4 g을 디클로로메탄 60 mL에 녹인 용액에 적가 투입한다. 5 시간 교반 후 이 용액을 4 w/w%의 Na2CO3 수용액으로 세척한다. 이후 진공건조로 디클로로메탄을 제거하여 시나매이트 기로 개질된 b-PEI ("b-PEI-C")를 얻는다.
상기에서 수득된 b-PEI-C를 클로로포름에 녹여 0.1 w/w%의 용액을 제조한다. 이 용액에 PVDF 다공성 분리막을 담근 후 꺼내어 상온(25 ℃)에서 건조시켜서, 시나매이트 기로 개질된 b-PEI가 코팅된 분리막('b-PEI-C coated membrane before UV irradiation')을 수득한다.
상기 분리막에 약 350 nm 파장의 UV를 1 시간동안 조사하여 표면에 시나매이트 기에 의해 가교결합된 코팅층을 구비한 수처리용 분리막('b-PEI-C coated membrane after UV irradiation')을 수득한다.
평가 1: FT-IR 평가
시나메이트 클로라이드 자체의 FT-IR 그래프(흑색), b-PEI 자체의 FT-IR 그래프(적색), 시나매이트 개질된 b-PEI 자체의 FT-IR 그래프(청색)를 나타낸 도 2로부터 시나매이트 개질된 b-PEI 자체의 피크를 확인하였다.
또한, 비교예 1의 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 막의 FT-IR 그래프(적색), 실시예 1에서 PVDF 막에 형성되어 있는, 시나매이트 개질된 b-PEI (branched polyethyleneimine) 코팅층의 UV 조사 이전의 그래프(청색), 실시예 1에서 PVDF 막에 형성되어 있는, 시나매이트 개질된 b-PEI 코팅층이 UV 조사 이후의 그래프(녹색), 시나매이트 개질된 b-PEI 자체의 FT-IR 그래프(흑색)를 나타낸 도 3으로부터, ATR(Attenuated Total Reflectance) 방법에 따를 때, 실시예 1에서 최종 생성된 수처리용 분리막에 시나매이트 개질된 b-PEI가 성공적으로 도입되었음이 확인된다.
평가 2:
SEM
평가
도 4는 비교예 1의 수처리용 분리막(좌측)과 실시예 1의 수처리용 분리막(우측) 각각의 표면의 FE-SEM 이미지이다. 도 4의 비교로부터 가교결합 형성 전후에 수처리용 분리막의 기공 크기 및 구조가 유의미하게 변하지 않음이 관찰되었으며, 시나매이트 기로 개질된 b-PEI 코팅층이 다공성 분리막의 기공구조에 유의미한 영향없이 도입되는 것을 확인하였다.
평가 3:
수처리
성능 평가
비교예 1 및 실시예 1 각각의 수처리용 분리막의 수투과도를 관찰함으로써 파울런트(오염물질)의 제거율 (세척 효율)을 평가하고, 그 결과를 표 5에 나타내었다.
도 5에서 "Back washing"은 UV 조사없이 반대방향으로 물을 투과시켜 파울런트를 제거하는 과정을 의미하고, "Photo-induced regeneration process"는 약 254 nm의 UV을 수처리용 분리막 표면에 적용하는 과정을 의미한다.
도 5로부터, 역세척을 실시한 후에 실시예 1의 수처리용 분리막이 비교예 1의 수처리용 분리막에 비해 높은 수투과도를 나타내고, 또한, "Photo-induced regeneration process"을 실시한 후에 실시예 1의 수처리용 분리막이 비교예 1의 수처리용 분리막에 비해 매우 현저하게 높은 수투과도를 나타내어 처음 0 min 수준에 근접하게 회복된 것을 확인할 수 있다.
Claims (7)
- 다공성 분리막;
상기 다공성 분리막의 적어도 일 표면에 형성되어 있으며 시나모일 할라이드, 알칼 시나매이트 또는 이들의 혼합물에 포함된 시나매이트(cinnamate) 기 사이에 형성된 가교결합을 포함하는 화합물을 포함하는 코팅층;을 포함하는 수처리용 분리막.
- 제1항에 있어서,
상기 시나매이트(cinnamate) 기 사이에 형성된 가교결합을 포함하는 화합물이 링커를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리용 분리막.
- 제2항에 있어서,
상기 링커가 고차분지 폴리(아미도 아민)(HPAMAM), 가지구조 폴리에틸렌이민(b-PEI), 고차가지 폴리글리세롤 (HPG), 고차가지 폴리에스테르(HPE), 고차가지 폴리에틸렌 옥사이드(HPEO) 또는 이들의 2종 이상인 것을 특징으로 하는 수처리용 분리막.
- 제1항에 기재된 수처리용 분리막의 제조방법으로서,
(S1) 링커를 시나모일 할라이드, 알칼 시나매이트 또는 이들의 혼합물에 포함된 시나매이트 기에 의해 개질하는 단계;
(S2) 다공성 분리막의 적어도 일 표면에, 시나매이트 기에 의해 개질된 링커를 도포하는 단계; 및
(S3) 상기 시나매이트 기 사이에 가교결합이 이루어지도록 UV 조사하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 삭제
- 제4항에 있어서,
상기 UV 조사가 300 nm 내지 400 nm 범위의 파장에서 30분 내지 6시간동안 수행되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 수처리용 분리막의 세척방법으로서,
제1항에 기재된 수처리용 분리막을 사용하여 수처리한 후에 250 nm 내지 260 nm 범위의 파장에서 30분 내지 6시간동안 UV 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세척방법.
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