KR102312961B1 - Piezoelectric membrane for membrane fouling reduction and its method - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 막오염 저감용 압전성 멤브레인은 압전성 고분자 나노섬유를 포함하고, 인가되는 전압에 따라 기계적 진동이 발생되는 것을 특징으로 한다.The piezoelectric membrane for reducing membrane contamination according to an embodiment of the present invention includes a piezoelectric polymer nanofiber, and is characterized in that mechanical vibration is generated according to an applied voltage.

Description

막오염 저감용 압전성 멤브레인 및 이의 제조방법{Piezoelectric membrane for membrane fouling reduction and its method}Piezoelectric membrane for membrane fouling reduction and its method for manufacturing the same

본 발명은 막오염 저감용 압전성 멤브레인 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용매 비율, 팁-콜렉터 거리 및 열처리 시간을 조정함으로써 진동 유도를 통한 방오성을 향상시킬 수 있는 막오염 저감용 압전성 멤브레인 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a piezoelectric membrane for reducing membrane contamination and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a piezoelectric membrane for reducing membrane contamination that can improve antifouling properties through vibration induction by adjusting a solvent ratio, a tip-collector distance, and a heat treatment time and to a method for manufacturing the same.

식수 생산 및 폐수 처리를 위한 멤브레인 기술은 운영비가 상대적으로 낮고, 고효율 및 작은 형성면적 등 다양한 장점으로 인해 주목을 받고 있다. Membrane technology for drinking water production and wastewater treatment has attracted attention due to various advantages such as relatively low operating cost, high efficiency and small formation area.

그러나 멤브레인 기술은 파울링(fouling) 문제로 어려움을 겪고 있다. 상기 파울링은 오염 물질의 흡착 및 축적과 관련된 현상이므로 멤브레인의 작업 수명을 단축시키고 멤브레인 성능 효율을 감소시키며 운영 비용을 증가시킬 수 있다. However, membrane technology suffers from fouling problems. Since the fouling is a phenomenon related to the adsorption and accumulation of contaminants, the working life of the membrane may be shortened, the membrane performance efficiency may be reduced, and the operating cost may increase.

상기한 문제를 해결하기 위해 많은 연구자들은 전처리(응고, 흡착), 멤브레인 수정(기능화, 블렌딩), 세척, 자외선 조사 및 작동 조건 제어와 같은 파울링을 방지하기 위한 다양한 방법에 대해 연구를 하고 있다. To solve the above problems, many researchers are working on various methods to prevent fouling, such as pretreatment (coagulation, adsorption), membrane modification (functionalization, blending), washing, UV irradiation, and operating condition control.

그리고 상기한 방법 외에도 유체 불안정성을 포함하는 기술도 보고되고 있으며, 이 기술은 초음파 처리에 의해 생성된 난류 흐름 및 멤브레인 표면에 압전 반응을 생성하여 오염 물질이 멤브레인에 부착되는 것을 줄이는 기술이다. In addition to the above method, a technique including fluid instability has also been reported, which is a technique to reduce the adhesion of contaminants to the membrane by generating a turbulent flow generated by sonication and a piezoelectric reaction on the membrane surface.

초음파 처리에 의해 생성된 난류흐름을 생성하는 기술은 외부 초음파를 통해 난류를 생성할 수 있다. 그리고 멤브레인 표면에 압전 반응을 생성하는 기술은 압전 재료 사이의 내부 콘트라스트로 인해 불안정한 유체를 생성할 수 있다. Techniques for generating turbulent flow generated by sonication can create turbulence through external ultrasonic waves. And a technique that creates a piezoelectric reaction on the membrane surface can create an unstable fluid due to the internal contrast between the piezoelectric materials.

멤브레인 표면에 압전 반응을 생성하는 기술은 압전 특성을 갖는 평판 시판의 폴리 비닐리덴 플루오 라이드(PVDF) 멤브레인 또는 PZT(lead zirconate titanate) 세라믹 멤브레인을 사용할 수 있다. A technology for generating a piezoelectric reaction on the membrane surface may use a commercially available polyvinylidene fluoride (PVDF) membrane or a lead zirconate titanate (PZT) ceramic membrane having piezoelectric properties.

상기와 같은 압전 특성을 갖도록 형성되는 PVDF 또는 PZT의 경우, 여과 과정에서 압전 반응이 발생한 경우, 멤브레인은 압전 반응이 없는 경우보다 더 낮은 플럭스의 감소를 나타낼 수 있다. In the case of PVDF or PZT formed to have the above piezoelectric properties, when a piezoelectric reaction occurs during the filtration process, the membrane may exhibit a lower flux reduction than when there is no piezoelectric reaction.

한편, 종래의 멤브레인은 폴링(poling) 탈산법에 의해 압전 특성을 활성화시켰다. 폴링(poling) 탈산법은 멤브레인을 제조한 후에 고전압을 멤브레인에 인가함으로써 PVDF와 PZT 분자를 동일한 방향으로 분극시키는 기술이다.On the other hand, in the conventional membrane, piezoelectric properties are activated by a poling deoxidation method. The poling deoxidation method is a technique for polarizing PVDF and PZT molecules in the same direction by applying a high voltage to the membrane after the membrane is manufactured.

그리고 멤브레인을 형성하는 다른 방법으로는 전기방사기술(The electrospinning technique)로 압전막을 제조할 수 있다. 상기한 전기방사기술은 멤브레인 제조 공정 중에 고전압이 가해지기 때문에 멤브레인의 형성과 멤브레인의 분극을 동시에 형성하는데 사용할 수 있다.And as another method of forming the membrane, the piezoelectric film may be manufactured by the electrospinning technique. The above-described electrospinning technique can be used to simultaneously form a membrane and polarize the membrane because a high voltage is applied during the membrane manufacturing process.

게다가, 전기방사기술(The electrospinning technique)로 형성된 나노섬유 멤브레인(electrospun nanofiber membrane(pENM))은 높은 표면적 및 높은 다공성과 같은 다양한 장점을 갖는 것으로 보고되고 있다. In addition, the electrospun nanofiber membrane (pENM) formed by the electrospinning technique has been reported to have various advantages such as high surface area and high porosity.

한편, 멤브레인을 형성하는 다른 방법으로는 전기방사기술(The electrospinning technique)로 전기방사 나노섬유 분리막(electrospun nanofiber membrane (ENM))을 제조할 수 있다.Meanwhile, as another method of forming the membrane, an electrospun nanofiber membrane (ENM) may be prepared by the electrospinning technique.

수처리 막으로 사용되는 전기방사 나노섬유 분리막(electrospun nanofiber membrane(ENM))의 거대한 잠재력에도 불구하고 기계적, 기하학적 특성으로 인해 현장 적용에 대한 중요한 결점이 남아 있다. Despite the huge potential of electrospun nanofiber membranes (ENMs) as water treatment membranes, their mechanical and geometrical properties remain significant drawbacks for field applications.

예를 들면, 액체 여과 용도에 사용하기 위한 상기 전기방사 나노섬유(ENM)의 단점 중 하나는 역류에 의한 막 세정이 매우 어렵다는 점이다. 게다가 고압의 역방향 유체가 상기 전기방사 나노섬유(ENM)의 바닥으로 유입되면 상기 전기방사 나노섬유(ENM)가 박리되어 사용하지 못할 수도 있다.For example, one of the disadvantages of the electrospun nanofibers (ENMs) for use in liquid filtration applications is that the membrane cleaning by countercurrent is very difficult. In addition, when a high-pressure reverse fluid flows into the bottom of the electrospun nanofibers (ENM), the electrospun nanofibers (ENM) may be peeled off and not be used.

상기 전기방사 나노섬유(ENM)의 다른 단점은 막 파울링의 약점이 있다. 일반적으로 막 표면의 거칠기가 높으면 막 파울링의 가능성이 높아질 수 있다. Another disadvantage of the electrospun nanofibers (ENM) is the weakness of membrane fouling. In general, if the roughness of the membrane surface is high, the possibility of membrane fouling may increase.

상기 전기방사 나노섬유(ENM)은 부직 구조로 인해 매우 거친 표면 형태를 가지므로 이에 상기 전기방사 나노섬유(ENM)의 실제 현장에 적용시키는데 한계가 있다. Maeng은 상기 전기방사 나노섬유(ENM)를 멤브레인으로 사용될 때 단기간에 파울링이 발생했다고 보고하고 있다.Since the electrospun nanofiber (ENM) has a very rough surface shape due to its nonwoven structure, there is a limit to its application to the actual field of the electrospun nanofiber (ENM). Maeng reports that fouling occurred in a short period of time when the electrospun nanofiber (ENM) was used as a membrane.

따라서 상기한 전기방사 나노섬유(ENM)의 한계를 극복하기 위해 막 표면의 압착물(파울런트, foulant)의 부착을 최소화하기 위한 기능성 멤브레인이 필요한 실정이다. Therefore, in order to overcome the limitations of the electrospun nanofibers (ENM) described above, there is a need for a functional membrane for minimizing adhesion of the compressed material (foulant) on the membrane surface.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 용매 비율, 팁-콜렉터 거리(이하, TCD) 및 열처리 시간을 조정함으로써 진동 유도를 통한 방오성을 향상시킬 수 있는 막오염 저감용 압전성 멤브레인 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다. The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a piezoelectric membrane for reducing membrane contamination capable of improving antifouling properties through vibration induction by adjusting a solvent ratio, a tip-collector distance (hereinafter, TCD), and a heat treatment time, and a method for manufacturing the same .

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The technical problems to be achieved by the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the description below. There will be.

본 발명이 실시예는 아세톤과 NMP 혼합 용매에 PVDF를 혼합하여 PVDF 용액을 제조하는 단계; 상기 PVDF 용액을 전기방사하여 집전체 상에 나노섬유 매트를 제조하는 단계; 상기 나노섬유 매트를 탈이온수 수조에 담가 잔류 용매를 제거하는 단계; 잔류 용매가 제거된 상기 나노섬유 매트를 건조하는 단계; 및 건조된 상기 나노섬유 매트를 열처리하여 압전성 멤브레인을 제작하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 막오염 저감용 압전성 멤브레인 제조 방법을 제공한다.
상기 PVDF 용액은, 상기 아세톤과 상기 NMP가 4: 6 내지 6: 4의 부피비로 혼합된 혼합 용매에 상기 PVDF를 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
상기 나노 섬유 매트를 제조하는 단계는, 상기 PVDF 용액을 방사하며 고전압 전원 장치로 10 kV 내지 13kV의 전압을 인가하는 전기방사를 수행하여 상기 나노 섬유 집합체를 제조하고, 상기 나노 섬유 집합체를 알루미늄 호일로 피복하여 상기 나노 섬유 매트를 제조하는 단계인 것을 특징으로 한다.
상기 나노섬유 매트를 제조하는 단계의 상기 나노 전기 방사는 TCD(tip to collector distance)가 15 cm 내지 20 cm 범위로 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예는, PVDF 압전성 고분자 나노섬유를 포함하고, 인가되는 전압에 따라 기계적 진동이 발생되는 것을 특징으로 하는 막오염 저감용 압전성 멤브레인을 제공한다.
상기 멤브레인은 인장 강도가 0.5MPa 내지 1.0MPa인 것을 특징으로 한다.
This embodiment of the present invention comprises the steps of preparing a PVDF solution by mixing PVDF with acetone and NMP mixed solvent; preparing a nanofiber mat on a current collector by electrospinning the PVDF solution; removing the residual solvent by immersing the nanofiber mat in a deionized water bath; drying the nanofiber mat from which the residual solvent is removed; and manufacturing a piezoelectric membrane by heat-treating the dried nanofiber mat.
The PVDF solution is prepared by mixing the PVDF with a mixed solvent in which the acetone and the NMP are mixed in a volume ratio of 4: 6 to 6: 4.
In the manufacturing of the nanofiber mat, the PVDF solution is spun and electrospinning is performed to apply a voltage of 10 kV to 13 kV with a high voltage power supply device to prepare the nanofiber assembly, and the nanofiber assembly to an aluminum foil It is characterized in that the step of preparing the nanofiber mat by coating.
The nano-electrospinning of the step of preparing the nanofiber mat is characterized in that the TCD (tip to collector distance) is performed in the range of 15 cm to 20 cm.
Another embodiment of the present invention provides a piezoelectric membrane for reducing membrane contamination comprising PVDF piezoelectric polymer nanofibers, characterized in that mechanical vibration is generated according to an applied voltage.
The membrane is characterized in that the tensile strength is 0.5 MPa to 1.0 MPa.

본 발명의 실시예에 따른 막오염 저감용 압전성 멤브레인 및 이의 제조방법은 용매 비율, 팁-콜렉터 거리 및 열처리 시간을 조정함으로써 진동 유도를 통한 방오성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.The piezoelectric membrane for reducing membrane contamination and the method for manufacturing the same according to an embodiment of the present invention have the effect of improving antifouling properties through vibration induction by adjusting the solvent ratio, the tip-collector distance, and the heat treatment time.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. It should be understood that the effects of the present invention are not limited to the above-described effects, and include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)을 형성하기 뤼한 압전막 교차 플로우 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)의 형태 및 결정 성상을 촬상한 도면들이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)의 용매비율에 따른 전기방사 PVDF 나노섬유의 특성 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)의 TCD가 다른 경우의 FE-SEM 이미지를 촬상한 도면이다.
도 5은 본 발명의 실시예에 따른 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)의 TCD 길이에 따른 전기방사 PVDF 나노섬유의 특성을 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)의 각각 열처리 시간에 따른 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)의 FE-SEM(좌:2000x, 우:10,000x) 사진을 촬상한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)의 가열시간에 따른 전기방사 PVDF 나노섬유의 특성을 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)의 열처리 시간에 따른 인장강도를 도시한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)의 PFM(Piezo-Response Force Microscopy)을 촬상한 사진이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)의 0.5와 상업용 MF막의 투수성을 도시한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)의 압전효과의 유무에 따른 10ppm 알긴산염 용액에서의 pENM0.5의 플럭스 감소를 나타낸 그래프이다.
1 is a schematic diagram of a piezoelectric membrane cross-flow system for forming a piezoelectric membrane (pENM) for reducing membrane contamination according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating the shape and crystal properties of a piezoelectric membrane (pENM) for reducing membrane contamination according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing characteristics of electrospun PVDF nanofibers according to a solvent ratio of a piezoelectric membrane (pENM) for reducing membrane contamination according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating FE-SEM images when TCDs of a piezoelectric membrane (pENM) for reducing membrane contamination according to an embodiment of the present invention are different.
5 is a graph showing the characteristics of electrospun PVDF nanofibers according to the TCD length of the piezoelectric membrane (pENM) for reducing membrane contamination according to an embodiment of the present invention.
6 is an FE-SEM (left: 2000x, right: 10,000x) photograph of the piezoelectric membrane (pENM) for reducing membrane contamination according to the heat treatment time of the piezoelectric membrane (pENM) for reducing membrane contamination according to an embodiment of the present invention; This is a photographed drawing.
7 is a graph showing the characteristics of the electrospun PVDF nanofibers according to the heating time of the piezoelectric membrane (pENM) for reducing membrane contamination according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph showing tensile strength according to heat treatment time of a piezoelectric membrane (pENM) for reducing membrane contamination according to an embodiment of the present invention.
9 is a photograph of a piezo-response force microscopy (PFM) of a piezoelectric membrane (pENM) for reducing membrane contamination according to an embodiment of the present invention.
10 is a graph showing the water permeability of 0.5 and a commercial MF membrane of a piezoelectric membrane (pENM) for reducing membrane contamination according to an embodiment of the present invention.
11 is a graph showing a decrease in the flux of pENM0.5 in a 10ppm alginate solution according to the presence or absence of a piezoelectric effect of a piezoelectric membrane (pENM) for reducing membrane contamination according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be embodied in several different forms, and thus is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be “connected (connected, contacted, coupled)” with another part, it is not only “directly connected” but also “indirectly connected” with another member interposed therebetween. "Including cases where In addition, when a part "includes" a certain component, this means that other components may be further provided without excluding other components unless otherwise stated.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used herein are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "comprises" or "have" are intended to designate that the features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification exist, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 실시예에 따른 막오염 저감용 압전성 멤브레인은 압전성 고분자 나노섬유를 포함하고, 인가되는 전압에 따라 기계적 진동이 발생되는 것을 특징으로 한다.The piezoelectric membrane for reducing membrane contamination according to an embodiment of the present invention includes a piezoelectric polymer nanofiber, and is characterized in that mechanical vibration is generated according to an applied voltage.

본 발명의 실시예에 따르면 압전미세 여과(MF)막 적용을 위해 대표적으로 PVDF 나노섬유막을 준비한다. PVDF 나노섬유막을 형성하기 위해 합성 조건, 구체적으로 용매 비율, 팁-콜렉터 거리(TCD) 및 열처리 시간을 조절하여 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)을 제조한다. According to an embodiment of the present invention, a PVDF nanofiber membrane is typically prepared for the application of a piezoelectric microfiltration (MF) membrane. To form a PVDF nanofiber membrane, a piezoelectric membrane (pENM) for reducing membrane contamination is prepared by controlling the synthesis conditions, specifically the solvent ratio, the tip-collector distance (TCD), and the heat treatment time.

막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)의 성능 측정은 수분 투과성, 미립자 제거 및 유기물 존재 시의 방오성 평가를 한다. The performance measurement of the piezoelectric membrane (pENM) for membrane contamination reduction evaluates water permeability, particulate removal, and antifouling properties in the presence of organic matter.

먼저 기재는 PVDF(GPC에 의한 평균 분자량 275,000), N-메틸-2-피롤리돈(NMP, 무수물, 99.5 %), 아세톤(ACS 시약,> 99.5%), 카올린 및 알긴산 나트륨 염을 Sigma-Aldrich사의 약품으로 구입하였다.First described is PVDF (average molecular weight 275,000 by GPC), N-methyl-2-pyrrolidone (NMP, anhydrous, 99.5%), acetone (ACS reagent, >99.5%), kaolin and sodium alginate salt from Sigma-Aldrich. It was purchased as a drug from

그리고, 에틸 알콜(99.5 %)은 한국 SAMCHUN 케미칼에서 구입하였고, 탈이온수는 수질 정화 시스템(Millipore, 18.2 MX cm, USA)을 통해 정제하였다. 모든 시약은 추가 정제없이 사용하였다.And, ethyl alcohol (99.5%) was purchased from SAMCHUN Chemical Korea, and deionized water was purified through a water purification system (Millipore, 18.2 MX cm, USA). All reagents were used without further purification.

그리고 상기와 같이 마련된 기재에 대해 전기방사법을 실시하여 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)을 형성하였다. Then, the electrospinning method was performed on the substrate prepared as described above to form a piezoelectric membrane (pENM) for reducing membrane contamination.

22중량% PVDF 용액을 다양한 용매 비율(아세톤/NMP, 1/9-7/3)로 제조하였다. 아세톤 및 NMP를 자기 교반기를 사용하여 200 rpm으로 철저히 혼합하였다. 22 wt% PVDF solutions were prepared in various solvent ratios (acetone/NMP, 1/9-7/3). Acetone and NMP were thoroughly mixed at 200 rpm using a magnetic stirrer.

전압은 고전압 전원 장치를 사용하여 10-13 kV의 범위에서 적용되었다. 중합체 용액을 0.5 ml / h의 공급 속도로 주사기 펌프로 분출시켰다. 나노 섬유는 집 전체 상에 적층되고 알루미늄 호일로 피복된다. Voltages were applied in the range of 10-13 kV using a high voltage power supply. The polymer solution was ejected with a syringe pump at a feed rate of 0.5 ml/h. The nanofibers are laminated on the current collector and covered with aluminum foil.

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전기 방사가 완료된 후, PVDF 나노 섬유 매트를 수조에 담가 잔류 용매를 제거 하였다. 열처리는 여과에 대한 기계적 특성을 가능하게하기 위해 수행되었다. 준비된 PVDF 나노 섬유막은 50 ℃에서 완전히 건조되었다. 멤브레인을 저압 하에서 두 개의 유리판 사이에 끼웠다. 그 후 열처리를 150 ℃에서 0.5-5 시간 동안 수행 하였다.After the electrospinning was completed, the PVDF nanofiber mat was immersed in a water bath to remove residual solvent. Heat treatment was performed to enable mechanical properties for filtration. The prepared PVDF nanofiber membrane was completely dried at 50 °C. The membrane was sandwiched between two glass plates under low pressure. After that, heat treatment was performed at 150 °C for 0.5-5 h.

상기와 같이 전기방사법으로 형성된 PVDF 나노 섬유로 형성된 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)에 대한 평균 직경을 관찰하였다. The average diameter of the piezoelectric membrane for reducing membrane contamination (pENM) formed of PVDF nanofibers formed by the electrospinning method as described above was observed.

PVDF 나노 섬유의 형태는 전계 방출 주사 전자 현미경(FE-SEM)(Hitachi S-4800, Japan, Jeol JSM-7001F, 일본)으로 분석하였다. Image J 1.48v 소프트웨어 (National Health of Health, USA)를 사용하였다. The morphology of PVDF nanofibers was analyzed by field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) (Hitachi S-4800, Japan, Jeol JSM-7001F, Japan). Image J 1.48v software (National Health of Health, USA) was used.

PVDF 나노 섬유의 결정상은 600-1400 cm-1 범위에서 감쇠된 총반사 푸리에 변환 적외선(ATR-FTIR) 분광기(Varian 660-IR, USA)로 특성화되었다. The crystalline phase of PVDF nanofibers was characterized with attenuated total reflection Fourier transform infrared (ATR-FTIR) spectroscopy (Varian 660-IR, USA) in the range of 600-1400 cm -1 .

50 kN 용량의로드 셀이 있는 범용시험기(UTM)(Shimadzu AG-X, 일본)를 사용하여 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)의 인장 강도를 측정했다. The tensile strength of the piezoelectric membrane for membrane fouling reduction (pENM) was measured using a universal testing machine (UTM) (Shimadzu AG-X, Japan) with a load cell of 50 kN capacity.

막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)은 20mm × 0.5mm의 직사각형 형태로 절단하였다. A piezoelectric membrane (pENM) for reducing membrane contamination was cut in a rectangular shape of 20 mm × 0.5 mm.

모든 샘플을 200mm/분의 속도로 시험하고 가열된 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)과 비교하여 열처리 시간이 기계적 성질에 미치는 영향을 확인하였다. All samples were tested at a speed of 200 mm/min and compared with a heated piezoelectric membrane for reducing membrane fouling (pENM) to determine the effect of heat treatment time on mechanical properties.

열처리 전후의 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)의 기공크기 분포를 분석하기 위해 모세관 유동기공 측정기(CFP-1500AE, Porous Materials Inc., USA)를 사용하였다. GalwickTm은 습윤 액체로 사용되었다. 모든 샘플은 1.5cm의 유효 직경으로 절단되었다. A capillary flow pore analyzer (CFP-1500AE, Porous Materials Inc., USA) was used to analyze the pore size distribution of the piezoelectric membrane (pENM) for reducing membrane contamination before and after heat treatment. Galwick™ was used as the wetting liquid. All samples were cut to an effective diameter of 1.5 cm.

수은 포로시미터(Autopore III 9420, Micrometrics, USA)를 사용하여 열처리 전후의 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)의 다공성을 측정하였다.The porosity of the piezoelectric membrane (pENM) for reducing membrane contamination before and after heat treatment was measured using a mercury porosimeter (Autopore III 9420, Micrometrics, USA).

압전 특성을 조사하기 위해 Pt/Ir 코팅 캔틸레버가 있는 다중모드 원자현미경(AFM)(MultiMode 8, Bruker, Germany)을 사용했다. To investigate the piezoelectric properties, a multimode atomic force microscope (AFM) with a Pt/Ir-coated cantilever (MultiMode 8, Bruker, Germany) was used.

샘플의 상부전극(팁)과 하부전극(금속판) 사이에 3V 진폭 및 13 kHz의 AC 신호가 인가되었다. 모든 샘플은 20-30nm 금(Au)층으로 코팅되었다. 샘플을 샘플 홀더에 부착하기 위해 탄소 페이스트(carbon-paste)를 사용하였다.An AC signal of 3 V amplitude and 13 kHz was applied between the upper electrode (tip) and the lower electrode (metal plate) of the sample. All samples were coated with a 20-30 nm gold (Au) layer. Carbon-paste was used to attach the sample to the sample holder.

본 발명에 따른 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)의 막 성능 및 방오성을 측정하였다, Membrane performance and antifouling properties of the piezoelectric membrane (pENM) for reducing membrane contamination according to the present invention were measured.

수분 투과성 시험 및 혼탁도 시험을 수행하기 전에, 본 발며의 실시예에 따른 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM) 및 상업용 PVDF MF막(V0.2, Synder Membrane Technology, China)을 에탄올에 1 시간 동안 침지시켰다. 이어서, 막을 탈 이온수로 충분히 세척하였다. Before performing the water permeability test and the turbidity test, a piezoelectric membrane (pENM) for reducing membrane contamination according to an embodiment of the present invention and a commercial PVDF MF membrane (V0.2, Synder Membrane Technology, China) were soaked in ethanol for 1 hour. immersed. Then, the membrane was thoroughly washed with deionized water.

멤브레인 유형의 상업용 PVDF MF 멤브레인은 0.2㎛의 기공크기를 갖는 평판 멤브레인으로 형성하였고, 수분 투과성 시험은 여과 면적이 28.7 cm2 인 다른여과 셀을 사용하여 수행되었다. A commercial PVDF MF membrane of the membrane type was formed as a flat membrane having a pore size of 0.2 μm, and the water permeability test was performed using another filtration cell with a filtration area of 28.7 cm 2 .

선정된 PVDF ENM은 5 리터의 저장조를 보유하고 있으며, 여과 압력은 N2 가스에 의해 유지되었다. The selected PVDF ENM has a storage tank of 5 liters and the filtration pressure is maintained by N 2 gas.

투과수의 중량을 0.25, 0.5, 0.75, 1.0 및 1.25 bar에서 15 초 동안 측정하였고 수분 투과율을 [식 1]에 의해 계산하였다.The weight of the permeate was measured at 0.25, 0.5, 0.75, 1.0 and 1.25 bar for 15 seconds, and the water permeability was calculated by [Equation 1].

[식 1][Equation 1]

Figure 112017084335959-pat00001
Figure 112017084335959-pat00001

여기서 m은 투과수의 질량 (kg), t는 샘플링 시간, A는 유효 멤브레인 면적 (m2), p는 압력(bar)이다. where m is the mass of the permeate (kg), t is the sampling time, A is the effective membrane area (m2), and p is the pressure (bar).

한편, 탁도 시험은 미립자의 거부 및 탁도의 변화를 관찰하기 위해 수행되었다. On the other hand, the turbidity test was performed to observe the rejection of particulates and the change in turbidity.

ENM의 선택도를 평가하기 위해 입자 크기가 0.4 ~ 4.0이고 평균 입도가 1.6 μm 인 카올린 입자를 탁도 시험의 표적 물질로 사용했다. To evaluate the selectivity of ENM, kaolin particles with a particle size of 0.4 to 4.0 and an average particle size of 1.6 μm were used as target materials for the turbidity test.

0.1 g / L 카올린 용액을 제조하고, 실온 및 0.25 bar에서 막 다른 여과 시스템을 사용하여 시험을 수행하였다. A 0.1 g/L kaolin solution was prepared and the test was performed at room temperature and 0.25 bar using a dead-end filtration system.

HpENM의 샘플링을 0, 0.5 및 1 L의 부피에서 수행하고, 상업적 MF 막을 여과의 끝에서 샘플링 하였다. Sampling of HpENM was performed at volumes of 0, 0.5 and 1 L, and commercial MF membranes were sampled at the end of filtration.

표본의 혼탁도는 탁도계 (TN-100, Eutech Instruments, USA)를 사용하여 측정하였고 제거율은 [식 2]에 의해 계산되었다. The turbidity of the sample was measured using a turbidimeter (TN-100, Eutech Instruments, USA), and the removal rate was calculated by [Equation 2].

[식 2][Equation 2]

Figure 112017084335959-pat00002
Figure 112017084335959-pat00002

여기서 Ci는 초기 값이고, Cf는 투과 물의 값이다. where Ci is the initial value and Cf is the value of the permeate.

그리고, 플럭스 쇠퇴 시험은 압전 효과에 의해 발생 된 진동의 방오 효과를 확인하기 위해 수행되었다. And, the flux decay test was performed to confirm the antifouling effect of the vibration generated by the piezoelectric effect.

10 ppm 알긴산 염용액은 실온 및 0.25 bar에서 교차 유동 속도 400 mL/min의 그림 1에 표시된 18.36 cm2의 유효 면적을 갖는 압전 막 크로스 플로우 시스템을 사용하여 시험되었다. A 10 ppm alginate solution was tested using a piezoelectric membrane cross flow system with an effective area of 18.36 cm 2 shown in Figure 1 with a cross flow rate of 400 mL/min at room temperature and 0.25 bar.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)을 형성하기 뤼한 압전막 교차 플로우 시스템의 개략도이다. 1 is a schematic diagram of a piezoelectric membrane cross-flow system for forming a piezoelectric membrane (pENM) for reducing membrane contamination according to an embodiment of the present invention.

멤브레인을 여과하는 동안 AC(500Hz, 10Vpp)를 인가하기 위해 스테인리스 메시로 끼웠다. The membrane was fitted with a stainless mesh to apply AC (500 Hz, 10 Vpp) while filtering.

분극된 PVDF 멤브레인은 AC 신호가 10V와 500Hz인 경우 파울링이 감소하고 평균플럭스가 가장 높은 것으로 나타났다. AC 신호(Agilent 33250A, Keysight Technologies Inc., USA)를 사용하여 AC 신호를 생성하였다.The polarized PVDF membrane showed reduced fouling and the highest average flux when AC signals were 10V and 500Hz. AC signals (Agilent 33250A, Keysight Technologies Inc., USA) were used to generate AC signals.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)의 형태 및 결정 성상을 촬상한 도면들이다. 여기서 도 2는 0.5ml/h의 공급속도, 20cm의 TCD 및 44%의 습도 조건에서 각각의 최적 전압과 상이한 용매비(아세톤/NMP)를 갖는 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)인 22 wt% 전기방사 PVDF 나노 섬유의 FE-SEM 사진(2000x)이다.2 is a diagram illustrating the shape and crystal properties of a piezoelectric membrane (pENM) for reducing membrane contamination according to an embodiment of the present invention. Here, Figure 2 shows a piezoelectric membrane (pENM) for reducing membrane contamination (pENM) having a solvent ratio (acetone/NMP) different from each optimum voltage at a feed rate of 0.5 ml/h, a TCD of 20 cm, and a humidity of 44%, 22 wt% FE-SEM photograph (2000x) of electrospun PVDF nanofibers.

구체적으로, 도 2의 (a)는 10kV-7/3의 전압-용매비를 갖는 FE-SEM 사진이고, 도 2의 (b)는 10kV-6/4 의 전압-용매비를 갖는 FE-SEM 사진이고, 도 2의 (c)는 10kV-5/5 의 전압-용매비를 갖는 FE-SEM 사진이고, 도 2의 (d)는 11kV-4/6 의 전압-용매비를 갖는 FE-SEM 사진이고, 도 2의 (e)는 11.5kV-3/7 의 전압-용매비를 갖는 FE-SEM 사진이고, 도 2의 (f)는 13kV-2/8 의 전압-용매비를 갖는 FE-SEM 사진이고, 도 2의 (g)는 13kV-1/9 의 전압-용매비를 갖는 FE-SEM 사진이다.Specifically, (a) of FIG. 2 is a FE-SEM photograph having a voltage-solvent ratio of 10kV-7/3, and (b) of FIG. 2 is a FE-SEM having a voltage-solvent ratio of 10kV-6/4. A photograph, (c) of FIG. 2 is a FE-SEM photograph having a voltage-solvent ratio of 10 kV-5/5, and (d) of FIG. 2 is an FE-SEM having a voltage-solvent ratio of 11 kV-4/6. 2(e) is a FE-SEM photograph having a voltage-solvent ratio of 11.5kV-3/7, and FIG. 2(f) is a FE- having a voltage-solvent ratio of 13kV-2/8. It is an SEM photograph, and (g) of FIG. 2 is an FE-SEM photograph having a voltage-solvent ratio of 13 kV-1/9.

그림 2 (f, g)에서 볼 수 있듯이 NMP가 아세톤/NMP 비율 8과 9 모두 일 경우, 균일한 나노섬유가 형성되지 않았다. 이는 용매의 휘발성이 낮기 때문일 것을 판단된다. 즉 NMP는 용매의 휘발성이 매우 낮기 때문이다. As can be seen in Fig. 2 (f, g), when the NMP was acetone/NMP ratio of 8 and 9, uniform nanofibers were not formed. It is considered that this is because the volatility of the solvent is low. That is, NMP is because the volatility of the solvent is very low.

폴리머 용액을 바늘로부터 집 전체로 인장시켰을 때, NMP는 완전히 휘발되지 않았다. 따라서, 비드를 갖는 나노 섬유가 형성되었다. When the polymer solution was pulled from the needle to the current collector, the NMP was not completely volatilized. Thus, nanofibers with beads were formed.

나노 섬유의 직경이 724 및 682 nm인 경우, 각각 7/3 및 6/4(아세톤/NMP)의 용매 비율이 필요하다. 작은 직경의 나노 섬유는 5/5 용매 비율로 제조된 나노섬유와 비교하여 제조되었다. 이 결과는 직경과 점도의 관계로 설명할 수 있다. When the nanofiber diameter is 724 and 682 nm, solvent ratios of 7/3 and 6/4 (acetone/NMP) are required, respectively. Small diameter nanofibers were prepared compared to nanofibers prepared with a 5/5 solvent ratio. This result can be explained by the relationship between diameter and viscosity.

아세톤 비율의 증가는 중합체 용액의 점도를 감소시켜서 직경을 감소시켰다. 아세톤의 비율이 감소할 때, 직경은 7/3 및 6/4 아세톤/NMP 비율에 대한 결과와 달리 감소되었다. 이러한 결과는 전압을 증가시킴으로써 발생하였다. Increasing the acetone ratio decreased the viscosity of the polymer solution and thus decreased the diameter. When the ratio of acetone was decreased, the diameter decreased, contrary to the results for the 7/3 and 6/4 acetone/NMP ratios. This result occurred by increasing the voltage.

하오 샤오 (Hao Shao) 등은 인가 전압이 9kV에서 15kV로 증가할 때, 나노섬유의 직경이 감소한다고 보고했다. 그러나 결과를 보다 정확하게 분석하려면 점도의 변화를 측정해야 한다.Hao Shao et al. reported that when the applied voltage was increased from 9 kV to 15 kV, the diameter of the nanofiber decreased. However, to analyze the results more accurately, the change in viscosity must be measured.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)의 용매비율에 따른 전기방사 PVDF 나노섬유의 특성 그래프이다. 3 is a graph showing characteristics of electrospun PVDF nanofibers according to a solvent ratio of a piezoelectric membrane (pENM) for reducing membrane contamination according to an embodiment of the present invention.

여기서 도 3의 (a)는 용매비율에 따른 전기방사 PVDF 나노섬유의 ATR-FTIR 스펙트럼 그래프이고, 도 3의 (b)는 용매비율에 따른 전기방사 PVDF 나노섬유의 β상 비율을 나타낸 그래프이다.Here, (a) of FIG. 3 is an ATR-FTIR spectrum graph of the electrospun PVDF nanofiber according to the solvent ratio, and FIG. 3 (b) is a graph showing the β-phase ratio of the electrospun PVDF nanofiber according to the solvent ratio.

도 3 (a)는 상이한 용매 비를 갖는 PVDF 나노 섬유의 ATR-FTIR 스펙트럼을 도시한다. Figure 3(a) shows the ATR-FTIR spectra of PVDF nanofibers with different solvent ratios.

a 상 진동 대역은 766 cm-1에서 검출되었다. 840 cm-1에서의 흡수 밴드 또는 투과 밴드는 b- 위상의 CH2 로킹/CF2 비대칭 스트레칭으로 인하여 확인되었다. 또한, b 상 및 a상의 Ka 및 Kb의 흡수 계수를 사용하여 766 cm-1 및 840 cm-1의 값으로 각각 상계율을 계산하였다. b 상 비율은 [식 3]에서와 같이 계산되었다. A phase oscillation band was detected at 766 cm-1. The absorption band or transmission band at 840 cm −1 was identified due to CH 2 locking/CF 2 asymmetric stretching of the b-phase. In addition, the upper bound ratios were calculated with values of 766 cm -1 and 840 cm -1 using the absorption coefficients of Ka and Kb of phase b and phase a, respectively. The b phase ratio was calculated as in [Equation 3].

[식 3][Equation 3]

Figure 112017084335959-pat00003
Figure 112017084335959-pat00003

여기서, Ab 및 Aa는 각각 840 cm-1 및 766 cm-1에서의 흡광도 값이다. Ka 및 Kb는 각각 6.1x104 및 7.7x104 cm2 mol-1에서의 흡수 계수이다. Here, Ab and Aa are absorbance values at 840 cm -1 and 766 cm -1 , respectively. Ka and Kb are the absorption coefficients at 6.1×10 4 and 7.7× 10 4 cm 2 mol −1 , respectively.

b 상 비율은 식 (3)을 사용하여 그림 3 (b)에 나타내었다. 가장 높은 b상 비율은 5/5 용매 비율에서 관찰되었다. 아세톤의 비율이 5에서 7로 증가 할 때 b 상 비율은 85 %에서 61 %로 감소했다. 아세톤은 매우 휘발성인 용제다. 따라서, 중합체 용액이 연신 될 때 용매의 급속한 증발로 인해 완전히 형성되지 않았다. 아세톤의 비율이 5에서 9로 감소하면 잔류 용매가 나노 섬유 b 상 형성을 방해하여 b 상 비율이 85 %에서 50 %로 감소한다. The b-phase ratio is shown in Fig. 3(b) using Eq. (3). The highest b-phase ratio was observed at the 5/5 solvent ratio. When the proportion of acetone was increased from 5 to 7, the b-phase proportion decreased from 85% to 61%. Acetone is a very volatile solvent. Therefore, when the polymer solution was stretched, it was not completely formed due to the rapid evaporation of the solvent. When the proportion of acetone decreases from 5 to 9, the residual solvent interferes with nanofiber b phase formation, reducing the b phase proportion from 85% to 50%.

결론적으로, 아세톤/NMP의 5/5 비율이 b 상을 형성하는 가장 적합한 용매 비율이었다. 이 용매 비율에서 가장 높은 b상 형성으로 인해 5/5 아세톤/NMP 용매 비율을 사용하여 상이한 실험을 수행하였다. In conclusion, a 5/5 ratio of acetone/NMP was the most suitable solvent ratio to form the b phase. Different experiments were performed using a 5/5 acetone/NMP solvent ratio due to the highest b-phase formation at this solvent ratio.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)의 TCD가 다른 경우의 FE-SEM 이미지를 촬상한 도면이다. 4 is a diagram illustrating an FE-SEM image when the TCD of a piezoelectric membrane (pENM) for reducing membrane contamination according to an embodiment of the present invention is different.

구체적으로 도 4는 5/5(아세톤/NMP)의 용매비, 전압 10kV, 공급속도 0.5ml/h에서 각각 다른 TCD를 가지는 22 wt% 전기방사 PVDF 나노 섬유의 FE-SEM 사진(2000x)이다. 보다 구체적으로, 도 4의 (a)는 10cm의 TCD를 가지는 나노 섬유의 사진이고, 도 4의 (b)는 15cm의 TCD를 가지는 나노 섬유의 사진이고, 도 4의 (c)는 20cm의 TCD를 가지는 나노 섬유의 사진이고, 도 4의 (d)는 25cm의 TCD를 가지는 나노 섬유의 사진이다.Specifically, FIG. 4 is a FE-SEM photograph (2000x) of 22 wt% electrospun PVDF nanofibers having different TCDs at a solvent ratio of 5/5 (acetone/NMP), a voltage of 10 kV, and a feed rate of 0.5 ml/h. More specifically, (a) of FIG. 4 is a photograph of a nanofiber having a TCD of 10 cm, (b) of FIG. 4 is a photograph of a nanofiber having a TCD of 15 cm, and (c) of FIG. 4 is a TCD of 20 cm is a photograph of the nanofiber having a , and Fig. 4 (d) is a photograph of the nanofiber having a TCD of 25 cm.

도 4를 참조하면, 모든 실험 조건 하에서, 약간의 구슬을 가진 섬유가 제조되었고 그들은 유사한 형태를 나타냈다. 거리가 10cm에서 20cm로 변할 때, 평균 섬유 직경은 불안정 기간의 증가로 인해 감소했다. Referring to FIG. 4 , under all experimental conditions, fibers with some beads were prepared and they exhibited similar morphologies. When the distance was changed from 10 cm to 20 cm, the average fiber diameter decreased due to the increase of the instability period.

거리가 20cm에서 25cm로 증가하면 단위 거리 당 전압 강도가 감소하기 때문에 평균 섬유 직경이 약 300-400nm 증가하였다. As the distance increased from 20 cm to 25 cm, the average fiber diameter increased by about 300–400 nm because the voltage intensity per unit distance decreased.

도 5은 본 발명의 실시예에 따른 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)의 TCD 길이에 따른 전기방사 PVDF 나노섬유의 특성을 도시한 그래프이다.5 is a graph showing the characteristics of electrospun PVDF nanofibers according to the TCD length of the piezoelectric membrane (pENM) for reducing membrane contamination according to an embodiment of the present invention.

구체적으로, 도 5의 (a)는 TCD 길이에 따른 전기방사 PVDF 나노섬유의 ATR-FTIR 스펙트럼 그래프이고, 도 5의 (b)는 TCD 길이에 따른 전기방사 PVDF 나노섬유의 β상 비율을 나타낸 그래프이다Specifically, (a) of FIG. 5 is an ATR-FTIR spectrum graph of the electrospun PVDF nanofiber according to the TCD length, and FIG. 5 (b) is a graph showing the β-phase ratio of the electrospun PVDF nanofiber according to the TCD length. am

도 5 (a)는 서로 다른 TCD를 가진 PVDF 나노 섬유의 ATR-FTIR 스펙트럼을 보여준다. 도 5 (b)에서는 가장 높은 b상 비율은 20 cm의 TCD에서 관찰되었다 .Fig. 5(a) shows ATR-FTIR spectra of PVDF nanofibers with different TCDs. In Fig. 5(b), the highest b-phase ratio was observed in the TCD of 20 cm.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)의 각각 열처리 시간에 따른 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)의 FE-SEM(좌:2000x, 우:10,000x) 사진을 촬상한 도면이다.6 is an FE-SEM (left: 2000x, right: 10,000x) photograph of the piezoelectric membrane (pENM) for reducing membrane contamination according to the heat treatment time of the piezoelectric membrane (pENM) for reducing membrane contamination according to an embodiment of the present invention; This is a photographed drawing.

도 6을 참조하면, 발명의 실시예에 따른 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)의 열처리는 기계적 특성을 개선하기 위해 수행되었다. Referring to FIG. 6 , heat treatment of the piezoelectric membrane (pENM) for reducing membrane contamination according to an embodiment of the present invention was performed to improve mechanical properties.

여기서 도 6의 (a1), (a2)는 0h의 가열시간을 가지는 나노섬유의 사진이고, 도 6의 (b1), (b2)는 0.5h의 가열시간을 가지는 나노 섬유의 사진이고, 도 6의 (c1), (c2)는 1h의 가열시간을 가지는 나노 섬유의 사진이고, 도 6의 (d1), (d2)는 3h의 가열시간을 가지는 나노 섬유의 사진이고, 도 6의 (e1), (e2)는 5h의 가열시간을 가지는 나노 섬유의 사진이다. Here, (a1), (a2) of Figure 6 is a photograph of the nanofiber having a heating time of 0h, (b1), (b2) of Figure 6 is a photograph of the nanofiber having a heating time of 0.5h, Figure 6 (c1) and (c2) are photographs of nanofibers having a heating time of 1h, (d1), (d2) of FIG. 6 are photographs of nanofibers having a heating time of 3h, (e1) of FIG. , (e2) are photographs of nanofibers with a heating time of 5 h.

그러나 용융온도(Tm) 근처의 열에너지와 같은 고에너지 입력이 b상에 적용되면 b상은 보다 안정한 a상 또는 c 상으로 변형될 수 있다. 따라서 결정상의 변화를 최소화하기 위해 열처리 시간을 조정했다. However, when a high energy input such as thermal energy near the melting temperature (Tm) is applied to phase b, phase b can be transformed into more stable phase a or phase c. Therefore, the heat treatment time was adjusted to minimize the crystal phase change.

열처리는 150 ℃에서 0.5, 1, 3 및 5 시간 동안 적용되었다. 도 6은 열처리 전후의 형태를 나타낸다. 나노섬유 사이의 느슨한 구조가 그림 6 (a)에서 관찰될 수 있다. Heat treatment was applied at 150 °C for 0.5, 1, 3 and 5 h. 6 shows the shape before and after heat treatment. The loose structure between the nanofibers can be observed in Fig. 6(a).

도 6 (b, c, d, e)에 나타낸 바와 같이, 열처리 후, 치밀한 구조가 관찰될 수 있고, 5시간의 열처리가 가해질 때, 나노섬유 사이의 네트워크 구조가 관찰될 수 있다. 즉, 상기한 결과는 기계적 성질에 영향을 미칠 수 있다. As shown in FIG. 6 (b, c, d, e), after heat treatment, a dense structure can be observed, and when heat treatment for 5 hours is applied, a network structure between the nanofibers can be observed. That is, the above results may affect the mechanical properties.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)의 가열시간에 따른 전기방사 PVDF 나노섬유의 특성을 도시한 그래프이다.7 is a graph showing the characteristics of the electrospun PVDF nanofibers according to the heating time of the piezoelectric membrane (pENM) for reducing membrane contamination according to an embodiment of the present invention.

구체적으로, 도 7의 (a)는 가열시간에 따른 전기방사 PVDF 나노섬유의 ATR-FTIR 스펙트럼 그래프이고, 도 7의 (b)는 가열시간에 따른 전기방사 PVDF 나노섬유의 β상 비율을 나타낸 그래프이다. Specifically, (a) of FIG. 7 is an ATR-FTIR spectrum graph of electrospun PVDF nanofibers according to heating time, and (b) of FIG. 7 is a graph showing the β-phase ratio of electrospun PVDF nanofibers according to heating time am.

도 7을 참조하면, ATR-FTIR (그림 7 (a))은 b상 변화를 확인하기 위해 사용되었다. b 상 비율은 식 (3)에 의해 계산되었다. b상 비율에 대한 결과는 그림 7 (b)에 나타냈다. 열처리 시간이 0 시간에서 5 시간으로 증가하면 b상 비율은 85%에서 71%로 감소하였다. Referring to Fig. 7, ATR-FTIR (Fig. 7(a)) was used to confirm the b-phase change. The b-phase ratio was calculated by equation (3). The results for the b-phase ratio are shown in Fig. 7(b). When the heat treatment time was increased from 0 hours to 5 hours, the b-phase ratio decreased from 85% to 71%.

상기한 바와 같이, 중합체 상에 충분한 열에너지가 공급되었기 때문에, b상은 a상이나 c상으로 변하였다.As described above, since sufficient thermal energy was supplied to the polymer phase, the b-phase was changed to either the a-phase or the c-phase.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)의 열처리 시간에 따른 인장강도를 도시한 그래프이다.8 is a graph showing tensile strength according to heat treatment time of a piezoelectric membrane (pENM) for reducing membrane contamination according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 열처리 후, 인장 강도는 0.5MPa에서 1.0MPa로 증가되었다. 이러한 결과는 나노 섬유 사이에 조밀 한 구조와 네트워크가 형성되어 발생할 수 있다. Referring to FIG. 8 , after heat treatment, the tensile strength was increased from 0.5 MPa to 1.0 MPa. These results can be caused by the formation of dense structures and networks between the nanofibers.

여기소 도 7 및 도 8을 참조하면 0.5 시간 동안 처리된 막(HpENM)은 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)들 중에서 가장 높은 b상 비율을 생성하기 때문에 다음 실험에서 선택되었다. Here, referring to FIGS. 7 and 8, the membrane (HpENM) treated for 0.5 hour was selected in the next experiment because it produced the highest b-phase ratio among piezoelectric membranes (pENM) for reducing membrane contamination.

본 발명의 실시예에 따른 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)의 기공 크기 및 기공률 결과를 [표 1]에 나타내었다. [Table 1] shows the pore size and porosity results of the piezoelectric membrane (pENM) for reducing membrane contamination according to an embodiment of the present invention.

[표 1][Table 1]

Figure 112017084335959-pat00004
Figure 112017084335959-pat00004

가열되지 않은 pENM (pENM0)은 기포 점이 25.3788㎛이고 평균 기공이 0.6489 ㎛이었다. HpENM은 버블 포인트가 12.6085 ㎛이고 평균 기공이 0.5764 ㎛이었다. The unheated pENM (pENM0) had a bubble point of 25.3788 μm and an average pore size of 0.6489 μm. HpENM had a bubble point of 12.6085 μm and an average pore of 0.5764 μm.

기공 크기와 기공율이 감소했다. 이러한 결과는 치밀한 나노섬유 구조의 형성에 의해 설명될 수 있다.The pore size and porosity decreased. These results can be explained by the formation of dense nanofiber structures.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)의 PFM(Piezo-Response Force Microscopy)을 촬상한 사진이다. 9 is a photograph of a piezo-response force microscopy (PFM) of a piezoelectric membrane (pENM) for reducing membrane contamination according to an embodiment of the present invention.

구체적으로, 도 9의 (a)는 국소에 HpENM의 PFM 사진이고, 도 9의 (b)는 위상에 대한 HpENM의 PFM 사진이고, 도 9의 (c)는 진폭에 대한 HpENM의 PFM 사진이다Specifically, (a) of FIG. 9 is a PFM picture of HpENM locally, (b) of FIG. 9 is a PFM picture of HpENM with respect to phase, and (c) of FIG. 9 is a PFM picture of HpENM with respect to amplitude.

도 9를 참조하면, PFM(Piezo-Response Force Microscopy)은 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)의 압전 응답을 관찰하기 위해 사용되었다.Referring to FIG. 9 , piezo-response force microscopy (PFM) was used to observe the piezoelectric response of a piezoelectric membrane (pENM) for reducing membrane contamination.

PFM은 샘플이 팽창하거나 수축하는 압전 응답의 이미지를 생성하는 특별한 AFM 기술이다. 5V와 15kHz의 AC 신호로 5 μm x 5 μm의 스캔 크기에 대해 압전 반응 영상을 수행하였다. PFM is a special AFM technique that creates an image of the piezoelectric response as the sample expands or contracts. Piezoelectric response imaging was performed for a scan size of 5 μm x 5 μm with AC signals of 5 V and 15 kHz.

도 9의 이미지는 알루미늄 호일에 나노 섬유의 PFM 이미지를 보여준다. 도 9 (a)에서 국소 이미지는 약간 납작한 모양을 보였다. 열처리 후, 나노섬유의 형상은 평평한 형상으로 변하였다. The image in Fig. 9 shows a PFM image of nanofibers on aluminum foil. In Fig. 9(a), the local image showed a slightly flattened shape. After heat treatment, the shape of the nanofiber was changed to a flat shape.

도 9 (b)에서 PFM 위상 이미지는 편광 방향을 나타낸다. 나노 섬유 내부의 밝은 영역은 상향으로 편광을 나타내고, 어두운 영역은 하향으로 편광을 나타낸다. The PFM phase image in Fig. 9(b) shows the polarization direction. The bright regions inside the nanofibers show upward polarization, and the dark regions show downward polarization.

도 9 (c)는 진폭 화상이다. 밝은 영역은 다른 영역보다 상대적으로 높은 압전 응답을 나타낸다. 이 결과는 HpENM의 압전 효과가 확인되었고 압전 반응이 막 표면에 난류 유동을 형성하는데 기여할 수 있음을 의미한다.Fig. 9(c) is an amplitude image. The bright area shows a relatively higher piezoelectric response than other areas. These results indicate that the piezoelectric effect of HpENM was confirmed and that the piezoelectric reaction could contribute to the formation of turbulent flow on the membrane surface.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)의 0.5와 상업용 MF막의 투수성을 도시한 그래프이다.10 is a graph showing the water permeability of 0.5 of the piezoelectric membrane (pENM) for reducing membrane contamination and the commercial MF membrane according to an embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 순수한 물 플럭스, 탁도 테스트 및 플럭스 감소 테스트를 수행하여 여과 특성을 평가하였다. 상용 PVDF MF막은 수분 투과율 및 카올린의 제거율을 비교하기 위해 시험되었다.Referring to FIG. 10, pure water flux, turbidity test and flux reduction test were performed to evaluate filtration properties. Commercial PVDF MF membranes were tested to compare water permeability and kaolin removal rates.

막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)은 상업용 MF막보다 3배나 큰 수분 투과성을 보였다. The piezoelectric membrane for membrane fouling reduction (pENM) showed three times greater water permeability than commercial MF membranes.

표 2는 0.25bar 압력 하에서 0.1g/L 카올린 용액을 사용한 pENM0.5와 상업용 MF막의 제거성능을 나탄낸 표이다. Table 2 is a table showing the removal performance of pENM0.5 and commercial MF membrane using 0.1g/L kaolin solution under 0.25bar pressure.

[표 2][Table 2]

Figure 112017084335959-pat00005
Figure 112017084335959-pat00005

표 2에서 볼 수 있듯이 카올린 제거율은 두 멤브레인간에 유사할 수 있다. 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)의 높은 수분 투과성은 높은 다공성으로 설명될 수 있다. 손가락 형태의 기공을 갖는 주조 멤브레인과 달리, 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)인 나노섬유 멤브레인은 상호 연결된 기공 구조를 가질 수 있다. 따라서 물은 쉽게 멤브레인을 통과할 수 있다.As shown in Table 2, the kaolin removal rates can be similar between the two membranes. The high water permeability of the piezoelectric membrane (pENM) for reducing membrane fouling can be explained by its high porosity. Unlike a cast membrane having finger-shaped pores, a nanofiber membrane, which is a piezoelectric membrane (pENM) for reducing membrane contamination, may have an interconnected pore structure. Therefore, water can easily pass through the membrane.

막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)은 상업용 PVDF막보다 큰 기공 크기를 가졌지만, 제거율은 유사할 수 있다. 이 결과는 표면적 대 부피비율이 높기 때문이다. 즉, 표면적 대 부피비율은 미립자의 포획에 영향을 미칠 수 있다.The piezoelectric membrane for membrane fouling reduction (pENM) has a larger pore size than a commercial PVDF membrane, but the removal rate can be similar. This result is due to the high surface area to volume ratio. That is, the surface area to volume ratio can affect the entrapment of particulates.

따라서, 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)은 기공 크기에 따른 체질 효과 및 높은 표면적 대 체적비율로 인한 랩핑 현상을 통해 높은 제거율을 나타낼 수 있다.Therefore, the piezoelectric membrane for membrane contamination reduction (pENM) can exhibit a high removal rate through the sieving effect according to the pore size and the lapping phenomenon due to the high surface area to volume ratio.

상기한 바와 같이 파울링이 완료될 때까지의 기간이 3배 가량이 증가하기 때문에 사용이 어려워진다. 현재 압전막에 관한 유일한 논문은 Darestani et al.에 의해보고 된 MF 레벨 막이다. 그들은 폴링 과정에 의해 합성된 압전기 MF가 약 2600 LMH bar의 순수한 물 플럭스를 보였다고 보고했다. 그러나, 이들은 폴링 프로세스없이 5573 LMH bar 순수한 물 플럭스를 수행하는 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)을 제작했다.As described above, it becomes difficult to use because the period until the fouling is completed increases by about three times. Currently, the only paper on piezoelectric films is the MF level film reported by Darestani et al. They reported that the piezoelectric MF synthesized by the Pauling process showed a pure water flux of about 2600 LMH bar. However, they fabricated a piezoelectric membrane for membrane fouling reduction (pENM) that performed a 5573 LMH bar pure water flux without a polling process.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)의 압전효과의 유무에 따른 10ppm 알긴산염 용액에서의 pENM0.5의 플럭스 감소를 나타낸 그래프이다.11 is a graph showing a decrease in the flux of pENM0.5 in a 10ppm alginate solution according to the presence or absence of a piezoelectric effect of a piezoelectric membrane (pENM) for reducing membrane contamination according to an embodiment of the present invention.

도 11을 참조하면, 25 ℃ 및 0.25 bar에서 400 ml/min의 교차 유속에서의 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)에 대한 표준화된 플럭스를 도시한다. 압전 효과의 오염 방지 효과를 평가하기 위해, 여과는 압전 효과의 존재 또는 부재 하에서 수행되었다. Referring to FIG. 11 , the normalized flux for a piezoelectric membrane for membrane fouling reduction (pENM) at a cross flow rate of 400 ml/min at 25° C. and 0.25 bar is shown. To evaluate the antifouling effect of the piezoelectric effect, filtration was performed in the presence or absence of the piezoelectric effect.

압전 효과를 발생시키기 위해 10 Vpp 및 500 Hz의 AC가인가 되었다. 주파수와 전압은 이전에 보고된 연구 결과를 참고하여 결정되었다. AC of 10 Vpp and 500 Hz was applied to generate a piezoelectric effect. Frequency and voltage were determined with reference to previously reported research results.

분극된 PVDF 멤브레인은 10V 및 500Hz의 AC 신호로 파울링의 감소 및 가장 높은 평균 플럭스를 보인 것으로 보고되었다. The polarized PVDF membrane was reported to show the highest average flux and reduction of fouling with AC signals of 10 V and 500 Hz.

막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)의 10ppm 알긴산 제거 효율은 51 %이고 플럭스 감소 결과가 나왔다.The 10ppm alginic acid removal efficiency of the piezoelectric membrane (pENM) for membrane contamination reduction was 51%, and the flux reduction was obtained.

막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)은 압전 효과의 유무에 따라 플럭스 감소의 차이를 보였다. 압전 효과가 있는 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)은 압전 효과가 없는 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)보다 15% 낮은 자속 감소를 보여 주었으며 이 결과는 진동으로 인한 것으로 판단된다.The piezoelectric membrane for membrane contamination reduction (pENM) showed a difference in flux reduction depending on the presence or absence of the piezoelectric effect. The piezoelectric membrane for membrane contamination reduction (pENM) with piezoelectric effect showed 15% lower magnetic flux reduction than the piezoelectric membrane (pENM) for membrane contamination reduction without the piezoelectric effect, and this result is considered to be due to vibration.

여과하는 동안 파울링을 극복하기 위해 압전 변환기로 생성 된 초음파 교반이 설명되었다. 공진 주파수에 따른 두께, 길이 또는 폭의 치수 변화는 멤브레인으로 전달되는 투과 측의 국부적인 난류 발생의 원인이 되는 것으로 밝혀졌다.Ultrasonic agitation generated by a piezoelectric transducer to overcome fouling during filtration has been described. It has been found that dimensional changes in thickness, length or width with resonant frequency are responsible for localized turbulence on the permeate side that is transmitted to the membrane.

따라서, 압전 효과에 의해 발생된 진동은 막 표면 및 막 형성을 지연시키는 유체불안정 환경을 생성할 수 있다.Thus, vibrations generated by the piezoelectric effect can create a fluid unstable environment that retards film surface and film formation.

수처리막(water treatment membrane)으로서의 ENM의 거대한 잠재 성에도 불구하고, 파울링 내성(fouling resistance)의 관점에서 현장 적용에 대한 중요한 단점이 남아 있다.Despite the huge potential of ENM as a water treatment membrane, significant drawbacks remain for field applications in terms of fouling resistance.

섬유구조 멤브레인은 평평한 시트 멤브레인에 비해 거친 멤브레인 표면을 가지고 있기 때문이다.This is because the fibrous membrane has a rougher membrane surface compared to the flat sheet membrane.

이러한 한계를 극복하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)은 압전 효과에 의해 생성된 멤브레인의 진동에 의해 멤브레인 표면의 파울런트 부착을 최소화할 수 있다. 또한 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)은 평면 시트 막보다 훨씬 높은 수분 투과성을 보일 수 있고, 압전 반응은 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)의 방오성을 향상시킬 수 있다.In order to overcome this limitation, the piezoelectric membrane (pENM) for reducing membrane contamination according to an embodiment of the present invention can minimize foulant adhesion on the membrane surface by vibration of the membrane generated by the piezoelectric effect. In addition, the piezoelectric membrane for reducing membrane fouling (pENM) may exhibit much higher water permeability than a flat sheet membrane, and the piezoelectric reaction may improve the antifouling property of the piezoelectric membrane for membrane fouling reduction (pENM).

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)은 멤브레인 기술은 수처리에서 가장 중요한 기술 중 하나로 인식되고 있다. As such, the membrane technology of the piezoelectric membrane (pENM) for reducing membrane contamination according to an embodiment of the present invention is recognized as one of the most important technologies in water treatment.

그러나, 이 기술은 더 높은 작동 압력, 유속 감소, 멤브레인의 빈번한 교체 및 궁극적으로 더 높은 운전 비용을 야기하는 파울링 현상으로 인해 어려움을 겪는다. However, this technique suffers from fouling phenomena that lead to higher operating pressures, reduced flow rates, frequent membrane replacements and ultimately higher operating costs.

멤브레인의 표면상의 오염 물질의 침착을 감소시키고 플럭스를 유지하기 위해 다양한 방법이 또한 사용되어 왔다. 멤브레인 파울링을 감소시키는 다양한 방법 중 멤브레인 진동은 파울런트 축적을 제한하는 좋은 후보가 될 수 있다. 그리고 진동 막 중 하나인 압전 막은 좋은 대체 막 재료가 될 것다. 또한 압전 특성을 지니는 전자 방사 나노 섬유막은 높은 물 생산성과 플럭스 유지를 보장할 수 있다. Various methods have also been used to reduce the deposition of contaminants on the surface of the membrane and to maintain the flux. Among the various methods to reduce membrane fouling, membrane vibration can be a good candidate for limiting foulant accumulation. And a piezoelectric membrane, one of the vibrating membranes, will be a good alternative membrane material. In addition, the electrospun nanofiber membrane with piezoelectric properties can ensure high water productivity and flux maintenance.

막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)이 실험에 의해 물 플럭스와 방오 효과면에서 수처리로서의 높은 가능성을 나타내고 있다. The piezoelectric membrane for membrane fouling reduction (pENM) has shown high potential as a water treatment in terms of water flux and antifouling effect by experiments.

결론적으로, 수처리 응용을 위한 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM) FE-SEM, FT-IR, UTM, CFP 및 수은 공극 측정기로 측정한 결과 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)에 대한 최적화된 특성은 5/5의 아세톤/NMP 용매 비율, 20 cm의 TCD 및 0.5 h의 열처리 시간(HpENM)으로 측정되었다. In conclusion, the optimized properties of the piezoelectric membrane for reducing membrane fouling (pENM) for water treatment applications were measured with FE-SEM, FT-IR, UTM, CFP and mercury porosimetry. It was measured with an acetone/NMP solvent ratio of 5/5, a TCD of 20 cm and a heat treatment time (HpENM) of 0.5 h.

막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)은 5573.24 LMH/bar의 수분 투과성 및 99 %의 카올린 제거율을 나타냈다. 이 결과는 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)의 높은 다공성 및 표면적 / 부피 비율로 인해 상용 MF막보다 높았다.The piezoelectric membrane for membrane fouling reduction (pENM) showed a water permeability of 5573.24 LMH/bar and a kaolin removal rate of 99%. This result was higher than that of commercial MF membranes due to the high porosity and surface area/volume ratio of the piezoelectric membrane (pENM) for reducing membrane contamination.

용매 비 및 열처리와 같은 제조 조건은 직접 또는 간접적으로 방오성 및 여과능에 영향을 미친다.Manufacturing conditions such as solvent ratio and heat treatment directly or indirectly affect antifouling properties and filtration ability.

베타 위상 비 (beta phase ratio) 및 기계적 특성과 같은 압전 ENM 특성은 여과 성능 또는 방오에 영향을 미친다. 또한, 압전 반응은 HpENM의 방오성을 향상 시켰다. 압전 효과가 적용되었을 때 압전 효과가 없는 경우보다 플럭스 감소가 15 % 감소했다.Piezoelectric ENM properties such as beta phase ratio and mechanical properties affect filtration performance or antifouling. In addition, the piezoelectric reaction improved the antifouling properties of HpENM. When the piezoelectric effect was applied, the flux reduction was reduced by 15% compared to the case without the piezoelectric effect.

따라서 본 발명의 실시예에 따른 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)은 전기방사기술을 이용하여 압전막을 개발하기 위한 최적의 제작조건을 제공하고, 수분 생성 및 멤브레인 오염 감소 측면에서 강점을 가지는 것을 판단된다. Therefore, it is determined that the piezoelectric membrane (pENM) for reducing membrane contamination according to an embodiment of the present invention provides optimal manufacturing conditions for developing a piezoelectric membrane using electrospinning technology, and has strengths in terms of moisture generation and membrane contamination reduction do.

본 발명의 실시예에 따른 막오염 저감용 압전성 멤브레인(pENM)의 향상된 성능은 수처리 응용 분야에서 수처리 능력을 향상시킬 수 있다. The improved performance of the piezoelectric membrane (pENM) for reducing membrane contamination according to an embodiment of the present invention may improve water treatment capability in water treatment applications.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다. The description of the present invention described above is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and likewise components described as distributed may be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. The scope of the present invention is indicated by the following claims, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention.

Claims (6)

아세톤과 NMP 혼합 용매에 PVDF를 혼합하여 PVDF 용액을 제조하는 단계;
상기 PVDF 용액을 전기방사하여 집전체 상에 나노섬유 매트를 제조하는 단계;
상기 나노섬유 매트를 탈이온수 수조에 담가 잔류 용매를 제거하는 단계;
잔류 용매가 제거된 상기 나노섬유 매트를 건조하는 단계; 및
건조된 상기 나노섬유 매트를 열처리하여 압전성 멤브레인을 제작하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하고,
상기 PVDF 용액은, 상기 아세톤과 상기 NMP가 4: 6 내지 6: 4의 부피비로 혼합된 혼합 용매에 상기 PVDF를 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하고,
상기 나노 섬유 매트를 제조하는 단계는, 상기 PVDF 용액을 방사하며 고전압 전원 장치로 10 kV 내지 13kV의 전압을 인가하는 전기방사를 수행하는 것을 특징으로 하는 막오염 저감용 압전성 멤브레인 제조 방법.
preparing a PVDF solution by mixing PVDF with acetone and NMP mixed solvent;
preparing a nanofiber mat on a current collector by electrospinning the PVDF solution;
removing the residual solvent by immersing the nanofiber mat in a deionized water bath;
drying the nanofiber mat from which the residual solvent is removed; and
manufacturing a piezoelectric membrane by heat-treating the dried nanofiber mat; characterized in that it is configured to include,
The PVDF solution is prepared by mixing the PVDF with a mixed solvent in which the acetone and the NMP are mixed in a volume ratio of 4: 6 to 6: 4,
The manufacturing of the nanofiber mat comprises performing electrospinning in which the PVDF solution is spun and a voltage of 10 kV to 13 kV is applied to a high voltage power supply device.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 나노 섬유 매트를 제조하는 단계는,
상기 PVDF 용액을 방사하며 전기방사를 수행하여 나노 섬유 집합체를 제조하고, 상기 나노 섬유 집합체를 알루미늄 호일로 피복하여 상기 나노 섬유 매트를 제조하는 단계인 것을 특징으로 하는 막오염 저감용 압전성 멤브레인 제조 방법.
The method of claim 1, wherein the manufacturing of the nanofiber mat comprises:
Method for producing a piezoelectric membrane for reducing membrane contamination, characterized in that the step of manufacturing the nanofiber assembly by performing electrospinning while spinning the PVDF solution, and coating the nanofiber assembly with aluminum foil to prepare the nanofiber mat.
제1항에 있어서,
상기 나노섬유 매트를 제조하는 단계의 상기 전기방사는 TCD(tip to collector distance)가 15 cm 내지 20 cm 범위로 수행되는 것을 특징으로 하는 막오염 저감용 압전성 멤브레인 제조 방법.
According to claim 1,
The electrospinning of the step of preparing the nanofiber mat is a method for producing a piezoelectric membrane for reducing membrane contamination, characterized in that the TCD (tip to collector distance) is performed in the range of 15 cm to 20 cm.
제1항의 막오염 저감용 압전성 멤브레인 제조 방법에 따라 제조된 것을 특징으로 하고,
PVDF 압전성 고분자 나노섬유를 포함하고,
인가되는 전압에 따라 기계적 진동이 발생되는 것을 특징으로 하는 막오염 저감용 압전성 멤브레인.
It is characterized in that it was manufactured according to the method for manufacturing a piezoelectric membrane for reducing membrane contamination of claim 1,
Contains PVDF piezoelectric polymer nanofibers,
A piezoelectric membrane for reducing membrane contamination, characterized in that mechanical vibration is generated according to an applied voltage.
제5항에 있어서,
인장 강도가 0.5MPa 내지 1.0MPa인 것을 특징으로 하는 막오염 저감용 압전성 멤브레인.




6. The method of claim 5,
A piezoelectric membrane for reducing membrane fouling, characterized in that the tensile strength is 0.5 MPa to 1.0 MPa.




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Title
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