KR102369779B1 - 수처리 모듈의 보관 방법 및 이를 이용한 수처리 모듈팩 - Google Patents

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Abstract

본 명세서는 수처리 모듈; 및 나노 다공성 비철 산화물 소재를 포함하는 산소흡수제를 하나의 포장재에 넣고 함께 진공 포장하는 단계를 포함하는 수처리 모듈의 보관 방법 및 이를 이용한 수처리 모듈팩을 제공한다.

Description

수처리 모듈의 보관 방법 및 이를 이용한 수처리 모듈팩 {STORAGE METHOD OF WATER-TREATMENT MODULE AND WATER-TREATMENT MODULE PACK USING THE SAME}
본 명세서는 수처리 모듈의 보관 방법 및 이를 이용한 수처리 모듈팩에 관한 것이다.
수처리 분리막은 분자 수준의 물질을 분리하고, 염수 또는 해수에서 염을 제거하여 가정용 및 건축용, 산업용 용수를 공급하는데 사용되고 있다.
이러한 수처리 분리막은 생산되어 소비자로 전달될 때까지 본래의 생산자가 생산한 물성이 저하되거나 혹은 인체에 해로운 미생물 혹은 이류가 번식할 수 있는 가능성을 갖고 있다.
이 경우, 분리막의 성능을 나타내는 중요한 지표인 투과유량과 염제거율이 저하될 수 있기 때문에, 이러한 변화를 최소화할 수 있는 수처리 분리막의 보관 방법을 개발하는 것이 시급한 당면 과제로 대두되고 있다.
한국 특허 공개 공보 제10-1999-0019008호
본 명세서는 수처리 모듈의 보관 방법 및 이를 이용한 수처리 모듈팩을 제공하고자 한다.
본 명세서의 일 실시상태는 수처리 모듈; 및 나노 다공성 비철 산화물 소재를 포함하는 산소 흡수제를 하나의 포장재에 넣고 함께 진공 포장하는 단계를 포함하는 수처리 모듈의 보관 방법을 제공한다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태는 수처리 모듈; 및 나노 다공성 비철 산화물 소재를 포함하는 산소흡수제를 포함하는 수처리 모듈팩을 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 수처리 모듈의 보관 방법은 산소에 의한 보존액의 변성을 방지하는 효과가 있으며, 따라서 상기 보존액에 보관되는 수처리 모듈의 물성 변화를 최소화할 수 있다.
도 1은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 수처리 모듈의 보관 상태를 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 나노 다공성(nanoporous) 소재란, 내부에 0.1nm 내지 100nm 크기의 미세한 빈 공간을 갖는 소재를 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 수처리 모듈의 보관 방법은 수처리 모듈; 및 나노 다공성 비철 산화물 소재를 포함하는 산소 흡수제를 하나의 포장재에 넣고 함께 진공 포장하는 단계를 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 수처리 모듈의 보관 방법은 상기 진공 포장하는 단계 이전에 수처리 모듈을 소듐 메타바이설파이트(Sodium Metabisulfite)를 포함하는 보존액에 침지하는 단계를 더 포함한다.
소듐 메타바이설파이트는 수용액 상태에서 소듐 바이설파이트로 존재하며, 소듐 바이설파이트는 산소와 접촉 시 하기 반응식과 같은 반응에 의해 NaHSO4를 생성하기 때문에 보존액의 pH가 낮아지고, 이에 따라 보존액 내에 보관된 분리막의 물성이 변화되는 문제점이 있다.
[반응식]
Na2S2O5(Sodium metabisulfite) + H2O → 2NaHSO3 (Sodium bisulfite)
2NaHSO3 + O2 → 2NaHSO4
이에 본 발명의 발명자들은 수처리 모듈 보관 시 포장재와 수처리 모듈 사이에 제올라이트를 포함하는 산소흡수제를 끼워 넣음으로써 산소에 의한 보존액의 변성을 방지하였고, 이에 따라 분리막의 물성 변화도 최소화할 수 있었다.
구체적으로, 도 1과 같이 보존액에 침지 후 꺼낸 수처리 모듈(10)의 일 표면에 산소흡수제(20)를 부착하고, 이를 포장재(30)에 넣은 후 진공 포장함으로써 외부와의 접촉을 차단하였다. 진공 포장하였다 하더라도, 시간이 흐르면 외부 산소가 포장재 내로 침입하게 되는데 이 때 상기 산소흡수제가 산소를 흡수하여 보존액의 변성을 방지할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 나노 다공성 비철 산화물 소재는 메조포러스 실리카, 메조포러스 카본 또는 제올라이트일 수 있으며, 바람직하게는 제올라이트이다.
제올라이트는 지름이 0.3nm 내지 2.0nm인 규칙적으로 배열된 기공을 포함하고 있을 뿐만 아니라, 300m2/g 내지 1,000m2/g의 넓은 표면적을 가지는 소재이므로 산소를 흡수하는 능력이 우수하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 산소흡수제는 산소 및 수분이 모두 제거된 상태의 나노 다공성 비철 산화물 소재가 진공 포장지에 담긴 상태로 입수된 것이며, 개봉 후 수초 내에 수처리 모듈에 부착된 다음 상기 포장재에 진공 포장된다. 상기 산소흡수제의 두께는 2mm 내지 10mm이며, 바람직하게는 2mm 내지 5mm이다. 산소흡수제의 두께란, 도 1에 T로 표시한 것과 같이, 수처리 모듈에 접촉하고 있는 어느 한 면과 그 반대면 사이의 너비를 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 산소흡수제의 용량은 100cc 내지 3,000cc이다. 산소 흡수제의 용량이 100cc 미만일 경우, 장시간 제품을 보관했을 때 산소를 흡수하는 효과가 미미할 수 있으며, 3,000cc를 초과할 경우, 산소흡수제의 사용량이 과도하게 많아지는 단점이 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 수처리 모듈을 소듐 메타바이설파이트를 포함하는 보존액에 침지하는 단계는 제품의 초기 성능 평가 후 제품 출하 전에 5분 내지 30분 동안 수행될 수 있다.
상기 시간 내로 침지시킬 때 수처리 모듈 전체에 충분히 보존액이 적셔질 수 있다.
상기 침지 후 수처리 모듈을 꺼내어 상온에서 10분 동안 건조하는 단계를 거치며, 진공 포장하기 전 수처리 모듈에 함유된 보존액의 함량은 보존액을 제외한 수처리 모듈 자체의 무게 100wt%를 기준으로 10wt% 내지 30wt%일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 진공 포장하는 단계 이전에 상기 산소흡수제를 수처리 모듈의 일 표면에 부착하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 부착은 보존액이 함유된 수처리 모듈의 일 표면에 산소흡수제를 양면 테이프로 붙이는 방법으로 수행될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 보존액은 소듐 메타바이설파이트를 0.1wt% 내지 5.0wt%, 바람직하게는 0.2wt% 내지 2.0wt%의 농도로 물에 녹여 제조되는 것이며, 상기 농도 범위에 있을 때 곰팡이 발생을 최소화하는 동시에 보존액에 의한 막의 물성 변화를 최소화하는 효과가 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 보존액은 버퍼 및 소듐바이설파이트 중 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있으며, 첨가제는 보존액의 안정성을 높이는 역할을 한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 보존액 총 중량을 기준으로 상기 첨가제의 함량은 10wt% 내지 20wt% 일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 포장재는 나일론(Nylon), 선형저밀도 폴리에틸렌(LLDPE) 및 에틸렌-비닐알코올 공중합체(EVOH) 중 선택된 어느 하나 이상이며, 바람직하게는 나일론 및 선형저밀도 폴리에틸렌을 사용할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 진공 포장하는 단계에서의 진공압력은 -80KPa 내지 -120KPa일 수 있다. 구체적으로, -80KPa 내지 -120Kpa의 압력을 3초 내지 10초 동안 가하면서 1초 내지 3초 내로 밀봉(sealing)하고 3초 내지 10초 동안 냉각(cooling)하는 과정으로 수행될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 수처리 모듈은 하나 이상의 수처리 분리막을 포함하는 것이다.
상기 수처리 분리막은 정밀 여과막(Micro Filtration), 한외 여과막(Ultra Filtration), 나노 여과막(Nano Filtration) 또는 역삼투막(Reverse Osmosis)일 수 있으며, 구체적으로는 역삼투막일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 수처리 분리막은 폴리아미드계 역삼투막이다.
폴리아미드계 역삼투막은 장시간 물에 보관되었을 때 곰팡이, 미생물 등에 의해 막 성능 저하가 발생할 수 있기 때문에 보존액에 보관되어야하며, 상기 보존액의 물성 변화에 의한 막의 물성 변화를 최소화해야 하기 때문에 본 발명에 따라 산소흡수제와 함께 보관하였을 때 물성 변화를 방지하는 효과가 극대화될 수 있다.
폴리아미드계 역삼투막은, 폴리아미드 활성층을 포함하는 역삼투막을 의미하며, 당 분야에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조될 수 있다.
예컨대, 부직포 위에 폴리설폰층을 형성하여 미세 다공성 지지체를 형성하고, 이 미세 다공성 지지체를 m-페닐렌디아민(m-Phenylene Diamine, 이하, mPD) 수용액에 침지시켜 mPD층을 형성하고, 이를 다시 트리메조일클로라이드(TriMesoyl Chloride, 이하, TMC) 유기용매에 침지 혹은 코팅시켜 mPD층을 TMC와 접촉시켜 계면 중합시킴으로써 폴리아미드 활성층을 형성하는 방법으로 제조될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 수처리 모듈팩은 수처리 모듈; 및 나노 다공성 비철 산화물 소재를 포함하는 산소흡수제를 포함한다. 상기 수처리 모듈팩은 제조가 완료된 수처리 모듈의 운반을 위해 박스에 담기 전 포장된 최종 상태를 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서 상기 수처리 모듈팩의 각 구성은 전술한 수처리 모듈의 보관 방법의 각 구성에 대한 설명을 인용할 수 있다.
이하, 본 명세서를 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명한다. 그러나, 본 명세서에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 명세서의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
<제조예 : 수처리 분리막의 제조>
DMF(N,N-디메틸포름아미드) 용액에 16 중량%의 폴리술폰 고형분을 넣고 80℃ 내지 85℃에서 12시간 이상 녹여 균일한 액상을 얻었다. 이 용액을 폴리에스테르 재질의 95㎛ 내지 100㎛ 두께의 부직포 위에 150㎛ 두께로 캐스팅하였다. 그런 다음, 캐스팅된 부직포를 물에 넣어 기공도가 70%인 다공성 폴리술폰 지지체를 제조하였다.
상기 지지체 상에 m-페닐렌디아민(mPD) 3 중량% 및 계면활성제로서 소듐 라우릴 설페이트(SLS, Sodium Lauryl Sulphate) 0.06 중량%를 포함하는 수용액을 도포하여 수용액층을 형성하고, 이어서 용매를 Isopar-G로 하여 트리메조일클로라이드(TMC) 0.1중량%을 포함하는 유기용액을 상기 수용액층 상에 도포하여 유기층을 형성하여 계면중합을 수행함으로써 폴리아미드 활성층이 형성된 수처리 분리막을 제조하였다.
제조된 수처리 분리막을 여러 겹 롤링하여 지름 8in, 길이 40in의 원형 원통 수처리 모듈을 제조하였다.
<실험예 1: 수처리 모듈의 보관 전후 성능 비교>
비교예 1.
상기 제조예에서 제조된 수처리 모듈을 유효 투과 면적이 28㎠인 평판형 투과셀에 설치한 다음, 평가 장비의 안정화를 위하여 3차 증류수를 이용하여 1시간 정도 충분히 예비 운전을 실시하였다. 32,000ppm의 NaCl 수용액을 800psi, 4.5L/min의 유량으로 1시간 가량 장비 운전을 실시하여 안정화된 것을 확인한 후, 25℃에서 10분간 투과되는 물의 양을 측정하여 초기 투과유량(flux: gfd(gallon/ft2/day))을 계산하고, 전도도 미터(Conductivity Meter)를 사용하여 투과 전과 후의 염 농도를 분석하여 초기 염제거율(Rejection)을 계산하였다.
이후, 상기 수처리 모듈을 0.5wt%의 소듐 메타바이설파이트를 녹인 수용액에 20분 동안 침지시킨 뒤 꺼내어, LLDPE 및 Nylon 재질의 포장재에 넣고, -80KPa 내지 -120Kpa의 압력을 10초 이내로 가한 다음, 3초 내로 밀봉하고 10초 이내로 냉각하는 방법으로 진공 포장한 다음, 2주 동안 보관하였다. 보관 후 다시 위와 같은 방법으로 염제거율 및 투과유량을 측정하여, 초기 대비 변화량을 하기 표 1에 기재하였다.
비교예 2.
상기 비교예 1에서 진공 포장 직전 3mm 두께의 철(립멘 社의 E type)을 진공상태에서 꺼내자마자 상기 수처리 모듈에 양면테이프로 부착한 다음 진공 포장한 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 진행하여 보관 전후 염제거율 및 투과유량을 측정하였다.
실시예 1.
상기 비교예 1에서 진공 포장 직전 3mm 두께의 제올라이트(HONGCHANG 社의 13X)를 진공상태에서 꺼내자마자 상기 수처리 모듈에 양면테이프로 부착한 다음 진공 포장한 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 진행하여 보관 전후 염제거율 및 투과유량을 측정하였다.
산소 흡수제 종류 초기 염제거율 (%) 초기 투과유량 (GFD) 보관 후 염제거율 변화량 (%) 보관 후 투과유량 변화율(%)
비교예 1 - 99.85 7528 -0.06 +10
비교예 2 철 99.85 7571 -0.05 +9
실시예 1 제올라이트 99.84 7419 -0.01 +8
상기 표 1의 결과를 통해, 수처리 모듈 보관시 제올라이트를 함께 진공 포장하는 경우, 염제거율 및 투과유량의 변화 폭이 그렇지 않은 경우에 비해 훨씬 적음을 확인할 수 있다. 또한, 비교예 2와 비교하여 보면, 제올라이트가 철에 비해 표면적이 넓어 많은 양의 산소를 흡수하여 보존액의 변화를 최소화하기 때문에 수처리 모듈의 변성을 방지하는데 더욱 효과적임을 알 수 있다.
<실험예 2 : 보존액의 pH 변화 확인>
상기 실험예 1에서 사용된 보존액에 대하여, 수처리 모듈을 보관하기 전 25℃에서 pH를 측정하고, 수처리 모듈 보관 2주 후에 다시 pH를 측정하여 그 값을 하기 표 2에 기재하였다.
산소흡수제 초기 pH 2주 후 pH
비교예 1 X 3.47 2.91
비교예 2 철 3.51 3.03
실시예 1 제올라이트 3.50 3.48
상기 표 2의 결과를 통해, 제올라이트를 산소흡수제로 사용한 경우, 그렇지 않은 경우에 비해 pH 변화폭이 훨씬 적음을 확인할 수 있다. 이를 통해 수처리 모듈 보관시 제올라이트와 같은 나노 다공성 비철 산화물 소재를 포함하는 산소흡수제를 사용할 경우, 보존액의 pH 변화로 인한 분리막의 물성변화를 최소화할 수 있음을 확인할 수 있다.
10: 수처리 모듈
20: 산소흡수제
30: 포장재

Claims (14)

  1. 수처리 모듈; 및 나노 다공성 비철 산화물 소재를 포함하는 산소흡수제를 하나의 포장재에 넣고 함께 진공 포장하는 단계를 포함하는 수처리 모듈의 보관 방법으로서,
    상기 나노 다공성 비철 산화물 소재는 메조포러스 실리카, 메조포러스 카본 또는 제올라이트이고,
    상기 산소흡수제의 용량은 100cc 내지 3,000cc인 것인 수처리 모듈의 보관 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 진공 포장하는 단계 이전에 상기 수처리 모듈을 소듐 메타바이설파이트(Sodium Metabisulfite)를 포함하는 보존액에 침지하는 단계를 더 포함하는 수처리 모듈의 보관 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 진공 포장하는 단계 이전에 상기 산소흡수제를 수처리 모듈의 일 표면에 부착하는 단계를 더 포함하는 수처리 모듈의 보관 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 산소흡수제의 두께는 2mm 내지 10mm인 것인 수처리 모듈의 보관 방법.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 나노 다공성 비철 산화물 소재는 제올라이트인 것인 수처리 모듈의 보관 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 포장재는 나일론(Nylon), 선형저밀도 폴리에틸렌(LLDPE) 및 에틸렌-비닐알코올 공중합체(EVOH) 중 선택된 어느 하나 이상인 것인 수처리 모듈의 보관 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 진공 포장하는 단계에서의 진공압력은 -80KPa 내지 -120KPa인 것인 수처리 모듈의 보관 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 수처리 모듈은 하나 이상의 폴리아미드계 역삼투막을 포함하는 것인 수처리 모듈의 보관 방법.
  10. 수처리 모듈; 및 나노 다공성 비철 산화물 소재를 포함하는 산소흡수제를 포함하고,
    상기 나노 다공성 비철 산화물 소재는 메조포러스 실리카, 메조포러스 카본 또는 제올라이트인 것이고,
    상기 산소흡수제의 용량은 100cc 내지 3,000cc인 것인 수처리 모듈팩.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 산소흡수제의 두께는 2mm 내지 10mm인 것인 수처리 모듈팩.
  12. 삭제
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 나노 다공성 비철 산화물 소재는 제올라이트인 것인 수처리 모듈팩.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 수처리 모듈은 하나 이상의 폴리아미드계 역삼투막을 포함하는 것인 수처리 모듈팩.
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