KR102311480B1 - Integral type spacer, water treatment apparatus having same and manufacturing method of spacer - Google Patents
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Abstract
개시된 본 발명에 의한 스페이서의 제조 방법은, 친수성 고분자 용액을 마련하는 용액 마련단계, 용액을 멤브레인에 놓여진 스페이서 지지체로 공급하여 캐스팅(Casting)하여 스페이서 형상을 구현하는 형상 구현단계, 형상 구현된 스페이서로부터 용액을 상분리하여, 멤브레인에 대해 스페이서를 일체화시키는 상분리단계 및 상분리된 스페이서를 건조시키는 건조단계를 포함한다. 이러한 구성에 의하면, 제조 공정이 용이하면서도 수투과도 효율을 저감시키지 않는 고효율의 수처리장치 및 이의 스페이서를 제조할 수 있게 된다. The disclosed method for manufacturing a spacer according to the present invention includes a solution preparation step of preparing a hydrophilic polymer solution, a shape realization step of supplying the solution to a spacer support placed on a membrane and casting to implement a spacer shape, and Phase separation of the solution includes a phase separation step of integrating the spacer with the membrane and a drying step of drying the phase-separated spacer. According to this configuration, it is possible to manufacture a high-efficiency water treatment device and a spacer thereof that is easy to manufacture and does not reduce water permeability efficiency.
Description
본 발명은 일체형 스페이서, 이를 구비하는 수처리장치 및 스페이서의 제조 방법에 관한 것으로서, 상분리법을 이용하여 멤브레인과 일체형인 스페이서를 제조함으로써 제작이 용이하고 멤브레인 성능을 향상시킬 수 있는 생물막 오염 저해 및 압력 강하 저감용 일체형 스페이서, 이를 구비하는 수처리장치 및 스페이서의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an integrated spacer, a water treatment device having the same, and a method for manufacturing the spacer, and by manufacturing a spacer integrated with a membrane using a phase separation method, biofilm contamination inhibition and pressure drop that is easy to manufacture and can improve membrane performance It relates to an integrated spacer for reduction, a water treatment device having the same, and a method for manufacturing the spacer.
일반적으로 역삼투암 수처리장치에서 반응조 내부에 존재하는 박테리아, 곰팡이, 조류(Algae) 등과 같은 생물막들이 멤브레인과 같은 분리막 표면에서 부착성장(Attached growth) 함으로써, 최종적으로 수십 마이크로 미터 내외의 두께를 가지는 생물막(Biofilm)을 형성한다. 이러한 생물막 형성은 멤브레인 오염 및 압력 강하를 야기함에 따라, 이를 방지하기 위한 기술로써 난류 발생과 친수성을 증대시키는 기술 등이 적용되었다. In general, in a reverse osmosis water treatment device, biofilms such as bacteria, fungi, algae, etc. existing inside the reaction tank attach growth to the surface of the separation membrane such as a membrane, and finally a biofilm having a thickness of about several tens of micrometers ( biofilm) is formed. As such biofilm formation causes membrane contamination and pressure drop, a technology for increasing turbulence and hydrophilicity has been applied as a technology to prevent this.
친수성을 증대시키는 기술은 다양한 친수성 고분자를 멤브레인에 적층되는 스페이서 표면에 코팅시켜 친수성 특성으로 물과 밀도 높은 수화층을 형성함으로써, 오염물들이 스페이서 표면에 부착되지 않도록 유도한다. 또한, 생물막을 저감할 수 있는 기술로는 은나노 및 산화 아연 등 살균 효과를 지닌 물질을 스페이서 표면에 코팅하여 표면에 부착된 박테리아 등을 살균시키는 기술이다. 뿐만 아니라, 스페이서의 형상을 다양화하여 압력강화 저감 최소화를 위한 최적 형상이 적용되기도 한다. The technology for increasing the hydrophilicity induces contaminants not to adhere to the spacer surface by coating various hydrophilic polymers on the surface of the spacer laminated on the membrane to form a hydration layer with water and high density with hydrophilic properties. In addition, as a technology capable of reducing the biofilm, a material having a sterilizing effect such as silver nano and zinc oxide is coated on the surface of the spacer to sterilize bacteria, etc. attached to the surface. In addition, by diversifying the shape of the spacer, an optimal shape for minimizing pressure drop reduction is sometimes applied.
이상과 같이, 일반적인 생물막 오염 및 압력강하 저감을 위한 기술들은 스페이서 표면 개질법이나 다양한 형상을 제조하는 기술이 대표적이다. 그러나, 수처리용 역삼투막 필터 모듈을 장기간 운용할 경우, 표면 개질 물질이 스페이서 표면으로부터 탈리될 수 있으며, 다양한 스페이서 형상들이 실제 모듈 제작시 적용되기 어렵다. As described above, techniques for reducing general biofilm contamination and pressure drop are representative of the spacer surface modification method or the technology of manufacturing various shapes. However, when the reverse osmosis membrane filter module for water treatment is operated for a long period of time, the surface-modifying material may be detached from the spacer surface, and it is difficult to apply various spacer shapes to the actual module manufacturing.
이에 따라, 근래에는 운용 시간에 상관없이 멤브레인의 오염 방지 및 압력 강하를 저감시키기 위한 다양한 연구가 지속적으로 이루어지고 있는 추세이다. Accordingly, in recent years, various studies for preventing contamination of the membrane and reducing pressure drop have been continuously conducted regardless of the operating time.
본 발명의 목적은 상분리법을 이용하여 멤브레인과 일체형인 스페이서를 제공함으로써 멤브레인의 성능 및 효율을 향상시킬 수 있는 일체형 스페이서 및 이를 구비하는 수처리장치를 제공하기 위한 것이다. An object of the present invention is to provide an integrated spacer capable of improving the performance and efficiency of a membrane by providing a spacer integrated with the membrane using a phase separation method, and a water treatment device having the same.
본 발명의 다른 목적은 상기 목적을 달성하기 위한 스페이서의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a spacer for achieving the above object.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 수처리장치는, 수처리용 멤브레인 및 친수성 고분자 물질로 형성되어 상기 멤브레인에 대해 일체로 마련되는 스페이서를 포함한다. A water treatment apparatus according to the present invention for achieving the above object includes a water treatment membrane and a spacer formed of a hydrophilic polymer material and integrally provided with respect to the membrane.
또한, 상기 스페이서는 상기 멤브레인에 대해 적층된 스페이서 지지체로 상기 친수성 고분자 물질을 용액화하여 공급하여 캐스팅(Casting)한 후, 상분리법에 의해 상기 멤브레인에 일체화되며, 상기 스페이서 지지체는 상기 스페이서가 캐스팅된 후에 제거될 수 있다. In addition, the spacer is integrated into the membrane by a phase separation method after supplying and casting the hydrophilic polymer material in solution to the spacer support laminated with respect to the membrane, and the spacer support is the spacer support. It can be removed later.
또한, 상기 친수성 고분자 물질은 PAN(폴리아크릴로니트릴, polyacrylonitrile)을 포함할 수 있다. In addition, the hydrophilic polymer material may include PAN (polyacrylonitrile, polyacrylonitrile).
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또한, 상기 스페이서는 다수의 기공을 가질 수 있다. In addition, the spacer may have a plurality of pores.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 스페이서의 제조 방법은, 친수성 고분자 용액을 마련하는 용액 마련단계, 상기 용액을 멤브레인에 놓여진 스페이서 지지체로 공급하여 캐스팅(Casting)하여 스페이서 형상을 구현하는 형상 구현단계, 형상 구현된 상기 스페이서로부터 상기 용액을 상분리하여, 상기 멤브레인에 대해 상기 스페이서를 일체화시키는 상분리단계 및, 상분리된 상기 스페이서를 건조시키는 건조단계를 포함한다. A method of manufacturing a spacer according to a preferred embodiment of the present invention includes a solution preparation step of preparing a hydrophilic polymer solution, a shape implementation step of supplying the solution to a spacer support placed on a membrane and casting to implement a spacer shape, Phase-separating the solution from the spacer implemented in a shape, a phase-separating step of integrating the spacer with the membrane, and a drying step of drying the phase-separated spacer.
또한, 상기 용액은 친수성 고분자 물질을 용매에 넣어 용액화한 후에 가스가 제거되어 마련될 수 있다. In addition, the solution may be prepared by dissolving the hydrophilic polymer material in a solvent and then removing the gas.
또한, 상기 친수성 고분자 물질은 PAN(폴리아크릴로니트릴, polyacrylonitrile)을 포함하며, 상기 용매는 DMF(다이메틸폼아마이드, dimethylformamide)를 포함할 수 있다. In addition, the hydrophilic polymer material may include polyacrylonitrile (PAN), and the solvent may include dimethylformamide (DMF).
또한, 상기 상분리단계는 형상 구현된 상기 스페이서를 비용제(non-solvent)에 침지시킬 수 있다. In addition, in the phase separation step, the spacer having a shape may be immersed in a non-solvent.
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또한, 상기 건조단계는, 20 내지 30시간 동안 진공 오븐(Vacuum oven)에 건조시켜 상분리된 상기 스페이서에 잔류된 상기 용매를 제거하며, 상기 용매 제거에 의해 상기 스페이서에 다수의 기공이 형성될 수 있다. In addition, in the drying step, the solvent remaining in the phase-separated spacer is removed by drying in a vacuum oven for 20 to 30 hours, and a plurality of pores may be formed in the spacer by removing the solvent. .
또한, 상기 PAN은 15 내지 20wt%의 농도를 가지며, 상기 DMF는 80 내지 90wt%의 농도를 가질 수 있다. In addition, the PAN may have a concentration of 15 to 20 wt%, and the DMF may have a concentration of 80 to 90 wt%.
또한, 상기 형상 구현단계는, 상기 스페이서의 두께를 250 내지 1000μm로 설정하고, 5 내지 15mm/s의 속도로 캐스팅할 수 있다. In addition, in the shape implementation step, the thickness of the spacer may be set to 250 to 1000 μm, and casting may be performed at a speed of 5 to 15 mm/s.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 스페이서는, 친수성 고분자 용액을 마련하는 용액 마련단계, 상기 용액을 멤브레인에 놓여진 스페이서 지지체로 공급하여 캐스팅(Casting)하여 스페이서 형상을 구현하는 형상 구현단계, 형상 구현된 상기 스페이서로부터 상기 용액을 상분리하여, 상기 멤브레인에 대해 상기 스페이서를 일체화시키는 상분리단계 및, 상분리된 상기 스페이서를 건조시키는 건조단계를 포함하는 제조 방법에 의해 제조된다. In the spacer according to a preferred embodiment of the present invention, a solution preparation step of preparing a hydrophilic polymer solution, a shape implementation step of supplying the solution to a spacer support placed on a membrane and casting to implement a spacer shape, a shape implemented Phase separation of the solution from the spacer, a phase separation step of integrating the spacer with the membrane, and a drying step of drying the phase-separated spacer.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 첫째, 다양한 형상 및 크기로 멤브레인에 대해 일체형인 스페이서를 제조함으로써, 제막과 동시에 스페이서의 제조가 가능함에 따른 제조성이 우수하다. According to the present invention having the above configuration, first, by manufacturing the spacer integral with the membrane in various shapes and sizes, the manufacturing ability is excellent as the spacer can be manufactured at the same time as the film formation.
둘째, 스페이서가 자체 기공을 가짐과 아울러, 높은 친수성을 가지고 멤브레인을 덮는 부분을 최소화할 수 있어, 수 투과도 향상, 압력 강하 최소화 및 파울링 저감과 같은 효율 향상에 기여할 수 있게 된다. Second, since the spacer has its own pores and has high hydrophilicity, it is possible to minimize the portion covering the membrane, thereby contributing to efficiency improvement such as improvement of water permeability, minimization of pressure drop, and reduction of fouling.
셋째, 압력 강하 최소화 및 난류 유발을 위한 스페이서의 공극률 및 공극 크기를 최적화할 수 있어, 장기간 운용에도 고 효율을 유지할 수 있게 된다. Third, it is possible to optimize the porosity and pore size of the spacer to minimize pressure drop and induce turbulence, so that high efficiency can be maintained even for long-term operation.
넷째, 스페이서의 제작시 다양한 첨가물질을 첨가할 수 있어, 멤브레인의 오염 저감 효과를 극대화할 수 있다. Fourth, various additives can be added during the manufacture of the spacer, thereby maximizing the contamination reduction effect of the membrane.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 스페이서를 구비하는 수처리장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 스페이서의 제조 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 3은 도 1에 도시된 스페이서의 제조를 위한 스페이서 지지체를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 스페이서 지지체를 이용한 스페이서의 캐스팅 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 도 4에 의해 제조된 스페이서의 요부를 개략적으로 확대 도시한 도면이다. 그리고,
도 6은 도 5에 도시된 스페이서의 화이바를 개략적으로 확대 도시한 도면이다. 1 is a cross-sectional view schematically showing a water treatment apparatus having a spacer according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart schematically illustrating a method of manufacturing the spacer shown in FIG. 1 .
FIG. 3 is a plan view schematically illustrating a spacer support for manufacturing the spacer shown in FIG. 1 .
FIG. 4 is a view schematically illustrating a method of casting a spacer using the spacer support shown in FIG. 3 .
FIG. 5 is a schematic enlarged view of the main part of the spacer manufactured by FIG. 4 . and,
FIG. 6 is a schematic enlarged view of a fiber of the spacer shown in FIG. 5 .
이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 설명한다. 다만, 본 발명의 사상이 그와 같은 실시예에 제한되지 않고, 본 발명의 사상은 실시예를 이루는 구성요소의 부가, 변경 및 삭제 등에 의해서 다르게 제안될 수 있을 것이나, 이 또한 발명의 사상에 포함되는 것이다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the spirit of the present invention is not limited to such embodiments, and the spirit of the present invention may be proposed differently by adding, changing, and deleting components constituting the embodiment, but this is also included in the scope of the present invention. will become
도 1를 참고하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 수처리장치(1)를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 1의 도시와 같이, 수처리장치(1)는 멤브레인(10) 및 스페이서(20)를 포함한다. Referring to FIG. 1 , it is a cross-sectional view schematically illustrating a water treatment apparatus 1 according to a preferred embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1 , the water treatment device 1 includes a
참고로, 본 발명에서 설명하는 수처리장치(1)는 해수 담수화장비와 같은 역삼투막 수처리에 적용되는 것으로 도시 및 예시한다. For reference, the water treatment apparatus 1 described in the present invention is illustrated and exemplified as being applied to reverse osmosis membrane water treatment such as seawater desalination equipment.
멤브레인(10)은 수처리용 막으로써, 도 1과 같이 다층구조를 가진다. 보다 구체적으로, 멤브레인(10)은 부직포(Non-woven)를 포함하는 제1층(11), 제1층(11)에 적층되어 지지하는 제2층(12) 및 제2층(12)에 적층되는 셀렉티브층(Selective layer)인 제3층(13)을 포함할 수 있다. 이러한 멤브레인(10)의 다층 구조는 도 1의 도시로만 한정되지 않으며, 수처리 조건에 따라 다양하게 변경 가능하다. The
스페이서(20)는 친수성 고분자 물질로 형성되어, 멤브레인(10)에 대해 일체로 마련된다. 이러한 스페이서(20)는 도 1과 같이 다층 구조인 멤브레인(10)의 제3층(13)에 적층되도록 일체로 마련될 수 있다. 이러한 스페이서(20)는 도 2와 같은 스페이서(20)의 제조 방법(100)에 의해 제조된다. The
도 2를 참고하면, 스페이서(20)의 제조 방법(100)은 용액 마련단계(110), 형상 구현단계(120), 상분리단계(130) 및 건조단계(140)를 포함한다. Referring to FIG. 2 , the
용액 마련단계(110)는 친수성 고분자 용액(L)(도 4 참조)을 마련한다. 용액(L)은 다공성 물질인 고분자 PAN(폴리아크릴로니트릴, polyacrylonitrile)을 DMF(다이메틸폼아마이드, dimethylformamide)를 포함하는 용매에 넣어 용액화한 후, 가스가 제거되어 마련된다. 이때, 용액(L)의 고분자 PAN은 15 내지 20wt%의 농도를 가지며, DMF는 80 내지 90wt%의 농도를 가짐으로써, 점도성이 높아 후술할 상분리단계(130)에서의 상분리 속도를 지연시킴이 좋다. 보다 구체적으로, 용액(L)의 PAN이 15 내지 20wt%의 높은 농도를 가짐으로써 기계적 강도가 커지게 되어, 대략 60bar의 높은 압력을 견딜 수 있다. In the
본 실시예에서는 용액(L)의 PAN은 15wt%의 농도를 가지며, DMF는 85wt%의 농도를 가지는 것으로 예시하나, 꼭 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 용액(L)의 첨가 물질은 다양하게 가변 가능함으로써, 다양한 조건에 대응할 수 있는 다양한 조건의 스페이서(20)의 제조에 유리하다. In this embodiment, PAN of the solution (L) has a concentration of 15 wt%, DMF is exemplified as having a concentration of 85 wt%, but is not limited thereto. In addition, the additive material of the solution (L) is variously variable, so it is advantageous for the manufacture of the
형상 구현단계(120)는 용액(L)을 멤브레인(10)에 놓여진 스페이서 지지체(21)(도 3 참조)로 공급하여 캐스팅(Casting)함으로써, 스페이서(20) 형상을 구현한다. The
여기서, 스페이서 지지체(21)는 용액(L)이 공급되는 일종의 형틀로써, 스페이서 지지체(21)의 형상 및 크기에 따라 다양한 스페이서(20)의 주조가 가능하다. 이러한 스페이서 지지체(21)는 도 3과 같이, 소정 면적을 가지는 육각 형상의 복수의 공극틀(21a), 복수의 공극틀(21a) 사이를 상호 연결시키는 복수의 연결틀(21b) 및 공극틀(21a)과 연결틀(21b) 사이의 빈 공간(21c)을 가짐으로써, 일종의 벌집에 대응되는 형틀 형상을 가질 수 있다. Here, the
그러나, 스페이서 지지체(21)는 도 3에 도시된 형상으로만 한정되지 않으며, 공극틀(21a)이 육각 형상이 아닌 원형, 사각형 등과 같은 다양한 형상 및 크기를 가지도록 마련될 수 있다. 이러한 스페이서 지지체(21)는 제조될 스페이서(20)가 멤브레인(10) 표면과 접촉되는 면적을 최소화할 수 있는 형상임이 좋다. However, the
도 3과 같은 스페이서 지지체(21)는 도 4의 도시와 같이, 멤브레인(10)에 적층되며, 스페이서 지지체(21)로 용액(L)이 공급된다. 이때, 캐스팅 나이프(casting knife)를 가지는 주조기(22)가 용액(L)을 캐스팅하여 스페이서(20)의 형상이 구현된다. The
도 5를 참고하면, 스페이서 지지체(21)를 이용하여 캐스팅된 스페이서(20)의 요부 확대도가 도시된다. 도 5와 같이, 스페이서 지지체(21)의 공극틀(21a)에 대응되어 개방된 복수의 공극(20a)이 형성되며, 복수이 공극(20a)의 사이는 스페이서 지지체(21)의 연결틀(21b)에 대응하는 연결홀(20b)이 마련된다. 또한, 복수의 공극(20a) 사이에는 스페이서 지지체(21)의 빈 공간(21c)에 대응되는 격벽(21c)이 마련된다. 그로 인해, 스페이서(20)는 복수의 공극(20a)을 가지는 벌집 형상을 가진다. Referring to FIG. 5 , an enlarged view of the main part of the
참고로, 스페이서 지지체(21)를 이용한 캐스팅시, 캐스팅되는 스페이서(20)의 두께는 250 내지 1000μm로 설정하고, 5 내지 15mm/s의 속도로 캐스팅됨이 좋다. 본 실시예에서는 300μm의 두께로 설정한 후, 10mm/s의 속도로 스페이서(20)를 주조기(22)를 이용해 캐스팅하는 것으로 예시한다. For reference, when casting using the
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상분리단계(130)는 형상 구현된 스페이서(20)로부터 용액(L)을 상분리하여, 멤브레인(10)에 대해 스페이서(20)를 일체화시킨다. 상분리단계(130)는 형상 구현된 스페이서(20)를 비용제(non-solvent)에 침지시킴으로써, 상분리가 이루어지도록 한다. In the
이렇게 멤브레인(10)에 대해 스페이서(20)가 일체화됨에 따라, 멤브레인(10)을 덮는 커버 영역을 최소화할 수 있다. 그로 인해, 스페이서(20)로 인한 멤브레인(10)의 수 투과도 감소를 방지할 수 있음과 아울러, 스페이서(20)의 재질 특성에 의한 높은 친수성을 확보할 수 있다. 뿐만 아니라, 기존의 소수성 물질이 코팅된 스페이서 구조에 비해, 친수성 특성을 가지는 일체형 스페이서(20)에 유기물과 같은 오염물이 공극(20a)에 끼이는 것과 같은 문제점도 개선할 수 있게 된다. As the
건조단계(140)는 상분리된 스페이서(20)를 건조시킨다. 이러한 건조단계(140)는 20 내지 30시간 동안 진공 오븐(Vacuum oven)에 건조시켜, 상분리된 스페이서(20)에 잔류된 DMF를 포함하는 용매를 제거한다. 그로 인해, 스페이서(20)에는 용매가 제거된 공간에 기공(24)(도 6 참조)이 형성되게 된다. In the drying
이상과 같은 스페이서의 제조 방법(100)을 통해 제조된 스페이서(20)는 도 5와 같은 형상을 가질 수 있으며, 이러한 스페이서(20)의 형상은 형틀인 스페이서 지지체(21)의 형상에 따라 변형 가능하다. 아울러, 도 6의 확대 도시된 바와 같이, 스페이서(20)는 복수의 화이바(Fiber)(23)를 포함한다. 여기서, 스페이서(20)를 형성하는 복수의 화이바(23)에는 복수의 기공(24)이 형성됨으로써, 스페이서(20)는 자체의 기공(24)을 통해 수 투과 감소 저감 효과를 구현할 수 있다. 참고로, 스페이서(20)의 자체 기공(24)의 크기는 거대하지 않으며, 미세하게 다수개 마련됨으로써, 수 투과도 감소 저감 효과가 우수하다. The
하기 표 1을 참고하면, 시료 종류에 따른 기공 발생을 주사전자현미경(SEM)으로 촬영한 이미지를 비교한다. Referring to Table 1 below, images taken with a scanning electron microscope (SEM) for the generation of pores according to sample types are compared.
여기서, 시료 1은 상용 역삼투막의 표면인 Pristine PA 표면으로써, 멤브레인(10)에 대응된다. 시료 2는 일반적인 PAN으로 평막을 제작했을 때의 PAN 표면이다. 또한, 시료 3은 상용 역삼투막 위에 PAN 재질의 스페이서를 붙여 제작한 시료로써, 본 발명의 일 실시예에 의한 멤브레인(10)에 일체로 마련되는 스페이서(20)에 대응되는 PAN/PA 표면이다. 참고로, 표 1의 이미지는 평막 형태의 시료이나, 화이바(Fiber)형태의 시료 표면에서도 표 1과 같은 형상을 보인다. 이러한 시료들을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 결과, 시료 1(Pristine PA)의 경우 기공이 거의 보이지 않는 조밀한 표면을 확인할 수 있으며, 시료 2(PAN)의 경우 약 100 내지 200μm 크기의 기공이 분포함을 확인할 수 있다. 아울러, 시료 3(PAN/PA)의 표면은 대략 500μm 크기의 기공을 분포함으로써, 시료 2보다 기공이 현저히 커짐을 확인할 수 있다.Here, Sample 1 is a Pristine PA surface, which is the surface of a commercial reverse osmosis membrane, and corresponds to the
표 1에 도시된 시료들은 하기 표 2와 같은 성분특성(EDS)을 가진다. The samples shown in Table 1 have the component characteristics (EDS) shown in Table 2 below.
(Pristine PA)(Pristine PA)
(PAN)(PAN)
(PAN/PA)(PAN/PA)
즉, 표 2와 같이, 시료 3은 탄소와 질소로 이루어진 PAN을 PA에 일체로 캐스팅함으로써, 시료 1(Pristine PA)에 비해 질소 함유량이 커짐을 확인할 수 있다. That is, as shown in Table 2, in Sample 3, it can be confirmed that the nitrogen content is greater than in Sample 1 (Pristine PA) by integrally casting PAN made of carbon and nitrogen to PA.
이상과 같이, 본 실시예에 의한 스페이서(20)는 멤브레인(10)과 별도로 자체 수 투과 성능을 가진다. 이러한 스페이서(20)의 자체 기공(24)에 의해, 압력 강하 최소화 및 난류 유발을 위한 다공성 스페이서(20)의 공극률 및 공극 크기를 최적화할 수 있게 된다. 이때, 복수의 기공(24)의 크기는 멤브레인(10)의 성능 조건에 따라 가변 가능하다. As described above, the
한편, 본 실시예에서는 스페이서(20)를 제조하기 위한 친수성 고분자 용액(L)의 종류를 한정하지 않으며, 다공성 물질인 MOF, GO 및 이산화규소(SiO2)와 같은 다양한 첨가물질을 첨가함으로써, 멤브레인(10)의 오염을 저감시키는 효과를 극대화할 수 있다. On the other hand, in this embodiment, the type of the hydrophilic polymer solution (L) for manufacturing the
이상과 같이, 친수성이 높은 고분자 물질을 포함하는 용액(L)으로 스페이서(20)를 멤브레인(10)에 일체화시킴으로써, 높은 친수성에 의해 장기간 수처리가 운용되어도 멤브레인(10)으로부터 스페이서(20)가 탈리되지 않는다. 또한, 스페이서 지지체(21)를 이용한 캐스팅 방식으로 스페이서(20)를 마련함으로써, 다양한 형상 및 재질로 스페이서(20)를 제조할 수 있다. As described above, by integrating the
그로 인해, 본 발명에 의한 스페이서(20)는 멤브레인(10)의 오염 및 압력 강하와 같은 문제점을 야기하지 않으며 제막과 동시에 스페이서(20)의 제조가 가능하다. 또한, 스페이서(20)가 멤브레인(10)의 표면을 덮은 면적을 최소화할 수 있어, 수 투과도 향상, 공극(20a)에 오염 물질 끼임을 방지할 수 있게 되어, 압력 강화 최소화 및 파울링 저감에 효과적이다. 뿐만 아니라, 스페이서(20)가 자체 기공(24)을 가짐으로써, 수투과도 감소 저감에도 효과적이다. Therefore, the
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, although described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art can variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the following claims. You will understand that it can be done.
1: 수처리장치
10: 멤브레인
20: 스페이서
21: 스페이서 지지체
22: 주조기
23: 화이바
24: 기공
L: 용액1: water treatment device
10: membrane
20: spacer
21: spacer support
22: casting machine
23: Fiber
24: Qigong
L: solution
Claims (15)
친수성 고분자 물질로 형성되어 상기 멤브레인에 대해 일체로 마련되는 스페이서;
를 포함하며,
상기 멤브레인은 다층 구조로 마련되고,
상기 스페이서는 상기 멤브레인의 일측에 적층되도록 일체로 마련되되, 상기 친수성 고분자 물질을 용매에 넣어 용액화시킨 친수성 고분자 용액에 의해 캐스팅되어 형성 구현되고, 형성 구현된 상기 스페이서로부터 상기 친수성 고분자 용액을 상분리한 후에 상기 스페이서는 건조되며,
상기 스페이서로부터 상기 용매가 제거되어 상기 스페이서에 다수의 기공이 형성되고,
상기 스페이서는 상기 멤브레인에 대해 적층된 스페이서 지지체로 상기 친수성 고분자 물질을 용액화하여 공급하여 캐스팅(Casting)한 후, 상분리법에 의해 상기 멤브레인에 일체화되며,
상기 스페이서 지지체는 상기 스페이서가 캐스팅된 후에 제거되며,
상기 친수성 고분자 물질은 PAN(폴리아크릴로니트릴, polyacrylonitrile)을 포함하며, 상기 용매는 DMF(다이메틸폼아마이드, dimethylformamide)를 포함하며,
상기 친수성 고분자 용액의 PAN은 10 내지 20wt%의 농도를 가지며, 상기 친수성 고분자 용액의 DMF는 80 내지 90wt%의 농도를 가지고,
상기 스페이서 지지체는,
기설정된 형상의 복수의 공극틀;
상기 복수의 공극틀 사이를 상호 연결시키는 복수의 연결틀; 및
상기 복수의 연결틀 및 상기 복수의 공극틀 사이의 빈 공간을 구비하는 수처리장치. membranes for water treatment; and
a spacer formed of a hydrophilic polymer material and integrally provided with respect to the membrane;
includes,
The membrane is provided in a multi-layer structure,
The spacer is integrally provided so as to be laminated on one side of the membrane, and is cast by a hydrophilic polymer solution obtained by putting the hydrophilic polymer material in a solvent to form and implement, and phase separation of the hydrophilic polymer solution from the formed spacer After the spacer is dried,
The solvent is removed from the spacer to form a plurality of pores in the spacer,
The spacer is integrated into the membrane by a phase separation method after casting the hydrophilic polymer material in solution and supplying it to a spacer support laminated to the membrane,
the spacer support is removed after the spacer is cast,
The hydrophilic polymer material includes PAN (polyacrylonitrile), the solvent includes DMF (dimethylformamide, dimethylformamide),
PAN of the hydrophilic polymer solution has a concentration of 10 to 20 wt%, DMF of the hydrophilic polymer solution has a concentration of 80 to 90 wt%,
The spacer support,
a plurality of void frames of a predetermined shape;
a plurality of connecting frames interconnecting the plurality of void frames; and
A water treatment device having an empty space between the plurality of connecting frames and the plurality of void frames.
상기 용액을 멤브레인에 놓여진 스페이서 지지체로 공급하여 캐스팅(Casting)하여 스페이서 형상을 구현하는 형상 구현단계;
형상 구현된 상기 스페이서로부터 상기 용액을 상분리하여, 상기 멤브레인에 대해 상기 스페이서를 일체화시키는 상분리단계; 및
상분리된 상기 스페이서를 건조시키는 건조단계;
를 포함하여 다층 구조로 마련된 멤브레인의 일측에 일체로 형성되며,
상기 용액은 친수성 고분자 물질을 용매에 넣어 용액화한 후에 가스가 제거되어 마련되고,
상기 건조단계는 상분리된 상기 스페이서에 잔류된 상기 용매를 제거하며,
상기 용매 제거에 의해 상기 스페이서에 다수의 기공이 형성되고,
상기 친수성 고분자 물질은 PAN(폴리아크릴로니트릴, polyacrylonitrile)을 포함하며, 상기 용매는 DMF(다이메틸폼아마이드, dimethylformamide)를 포함하며,
상기 친수성 고분자 용액의 PAN은 10 내지 20wt%의 농도를 가지며, 상기 친수성 고분자 용액의 DMF는 80 내지 90wt%의 농도를 가지고,
상기 스페이서 지지체는,
기설정된 형상의 복수의 공극틀;
상기 복수의 공극틀 사이를 상호 연결시키는 복수의 연결틀; 및
상기 복수의 연결틀 및 상기 복수의 공극틀 사이의 빈 공간을 구비하는 스페이서의 제조 방법. A solution preparation step of preparing a hydrophilic polymer solution;
a shape implementation step of supplying the solution to a spacer support placed on a membrane and casting the solution to implement a spacer shape;
a phase separation step of phase-separating the solution from the spacer implemented in a shape and integrating the spacer with the membrane; and
a drying step of drying the phase-separated spacer;
It is integrally formed on one side of the membrane provided in a multi-layer structure, including
The solution is prepared by removing the gas after putting the hydrophilic polymer material in a solvent to form a solution,
The drying step removes the solvent remaining in the phase-separated spacer,
A plurality of pores are formed in the spacer by the removal of the solvent,
The hydrophilic polymer material includes PAN (polyacrylonitrile), the solvent includes DMF (dimethylformamide, dimethylformamide),
PAN of the hydrophilic polymer solution has a concentration of 10 to 20 wt%, DMF of the hydrophilic polymer solution has a concentration of 80 to 90 wt%,
The spacer support,
a plurality of void frames of a predetermined shape;
a plurality of connecting frames interconnecting the plurality of void frames; and
A method of manufacturing a spacer having an empty space between the plurality of connecting frames and the plurality of void frames.
상기 상분리단계는 형상 구현된 상기 스페이서를 비용제(non-solvent)에 침지시키는 스페이서의 제조 방법. 8. The method of claim 7,
The phase separation step is a method of manufacturing a spacer by immersing the formed spacer in a non-solvent.
상기 건조단계는, 20 내지 30시간 동안 진공 오븐(Vacuum oven)에 건조시키는 스페이서의 제조 방법. 8. The method of claim 7,
The drying step is a method of manufacturing a spacer that is dried in a vacuum oven for 20 to 30 hours.
상기 형상 구현단계는,
상기 스페이서의 두께를 250 내지 1000μm로 설정하고, 5 내지 15mm/s의 속도로 캐스팅하는 스페이서의 제조 방법. 8. The method of claim 7,
The shape implementation step is,
A method of manufacturing a spacer by setting the thickness of the spacer to 250 to 1000 μm and casting at a speed of 5 to 15 mm/s.
A spacer prepared according to any one of claims 7, 11, 12, and 14.
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