KR20010031784A - 수처리 방법 - Google Patents

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KR20010031784A
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Abstract

본 발명은 물로부터 오염물질을 제거하고, 저레벨의 용해된 물질, 예컨대, 해수중의 염을 함유한 물의 제조 방법에 관한 것인데, 이 방법은 규산 또는 알킬 실리케이트로 처리된 제올라이트 막을 통해 물을 통과시키는 단계를 포함하며, 이 방법은 매우 저레벨의 오염물질을 보유한 물이 높은 선속을 가질 수 있게 한다.

Description

수처리 방법{WATER TREATMENT PROCESS}
물의 정제 방법, 예컨대, 용해된 염 또는 기타 케미컬을 함유하는 물로부터 음용수 또는 화학적으로 순수한 물을 정제하는 방법은 순수한 물을 이용할 수 없는 분야에서 사용한다.
두 가지 널리 사용되는 기법은 증류 및 역삼투법이다. 이들 방법은 물의 탈염에 및 염수의 정제에 사용하며, 널리 이용된다. 그러나, 증류, 심지어 순간 증류 (flash distilation) 또는 진공 증류 기법을 사용하는 증류법이 다량의 에너지와 대규모의 공장을 필요로 하기 때문에 상기 증류법을 사용할 때는 비교적 비싸다. 역삼투법은 고압과 이들 압력을 견딜 수 있는 막을 필요로 한다.
기타 중합체 막이 제안되었으나, 이들은 강인도의 부족, 오염되는 경향 및 큰 크기로 제조하기 어려움으로 인해 실제로 결함을 나타내 왔다.
제올라이트 막은 유기액으로부터 물을 제거할 수 있는 것으로 알려져 있으며, 여러 가지 방법 및 응용예가 개시되어 있다. 그러나, 상기 개시한 이용 분야에서는, 비교적 소량의 물이 탈수를 필요로 하는 유기액으로부터 제거된다. 본원 발명자들은 종래 개시된 제올라이트 막의 경우, 물을 기타 화합물로부터 분리하기 위해 주로 물인 액체 혼합물과 접촉시키는 것은 실용적이지 못함을 발견하였다. 이것은 오염물질이 물에 존재하게 하는 막내 결함으로 인한 것으로 생각되는 반면, 이것은 탈수된 유기액이 필요할 때는 중요하지 않으며, 순수한 물이 필요할 때는 허용될 수 없다.
기타 결함은 제올라이트 막의 성질로부터 생기고; 이들은 분해(cracking) 및 이온 교환을 포함한다. 염을 함유하는 물을 제올라이트 막과 접촉시킬 때, 막은 '분해(crack)'되며, 막의 효용에 영향을 미치는 결함이 나타난다. 물에 존재하는 염 및 기타 이온성 화합물의 경우, 제올라이트 막과의 이온 교환이 일어나고 막은 그 효능을 상실한다.
지금까지 공지된 제올라이트 막의 경우, 통과해야 하는 물의 부피만큼 소량으로만 오염물질이 존재할 때 물로부터 오염물질을 제거하는 것이 불가능하여 물을 사용하는 것을 비실용적으로 만드는 것으로 입증되었다.
그러나, 본원 발명자들은 놀랍게도 본 발명의 막을 사용하면 소량으로 존재하는 오염물질을 제거하는 것이 실용적인 것으로 입증되었음을 발견하고, 상기 문제를 감소시키는 처리된 막을 사용하여 물을 정제하는 방법을 고안하였다.
본 발명은 정제수의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 막에 의한 정제수의 제조 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 막 시험 장치를 도시한 것이다.
본 발명에 따르면, 오염수를 결정질 제오형 재료에 통과시켜 물로부터 오염물질을 분리하는 단계를 포함하는, 오염물질을 함유하는 물로부터 정제수를 얻는 방법이 제공되는데, 이 방법은 규산 및/또는 폴리규산 또는 규산 및/또는 폴리규산과 또는 유기 규산염의 혼합물과의 접촉에 의해 처리된 제올라이트 막을 특징으로 한다.
제오형 재료는 널리 알려지고 사용되는 분자체로서도 알려져 있다. 이 재료는 산소 원자를 통해 연결된 규소/산소 사면체로부터 형성된 연장된 채널 네트워크를 포함한다. 제올라이트 및 알루미노-실리케이트가 가장 널리 알려진 제오형 재료이고, 본 발명은 제오형 재료로부터 형성된 임의의 막에 이용할 수 있고, 특히 제올라이트 및 알루미노-실리케이트에 이용할 수 있다. 문헌[″Atlas of Zeolite Structure Types″, Meier and Ofsen, 1987, Polycrystal Book Service, 미국 피츠버그]에는 다양한 유형의 구조가 개시되어 있는데, 예컨대, LTA, MEL, MFI 또는 TON 구조를 가진 것으로 기재된 것들을 사용할 수 있다.
문헌[″New Developments in Zeolite Science and Technology Proceedings of the 7th International Conference, 도쿄, 1986, p.103]에는 또 다른 부류의 제오형 재료가 결정질 알루미노포스페이트, 실리코알루미나 포스페이트 및 기타 메탈로-알루미노 포스페이트로서 개시되어 있다.
본 발명에서 사용할 수 있는 전형적인 제올라이트는 Zeolite인데, 그 예로는 3A, 4A, 5A, 13X, X, Y, ZSM5, MAPOs, SAPOs, 실리칼라이트, β, θ등이 있으나, 이에 국한되지 않는다.
제오형 막이 형성되고 본 발명에 사용할 수 있는 다공성 지지체로는 금속, 세라믹, 유리, 광물, 탄소 또는 중합체 섬유 또는 셀룰로스 물질 또는 유기 또는 무기 중합체로 이루어진 것들이 있다. 적합한 금속으로는 티탄, 크롬 및 상표명 ″페크랄로이(Fecralloy)″ 및 ″하스탈로이(Hastalloy)″로 시판되는 것들과 같은 합금 또는 스테인레스강이 있다. 다공성 지지체는 망상체 또는 소결된 금속 입자 또는 양자의 혼합물로 이루어질 수 있다. 이들은 통상 필터 형태로 시판된다.
다공성 세라믹, 유리 광물 또는 탄소 재료를 사용할 수 있는데, 다공성 실리콘 및 기타 카바이드, 점토 및 기타 실리케이트 및 다공성 실리카가 있다. 필요에 따라, 지지체는 압축에 의해 또는 결합제를 사용하여 형성된 제올라이트일 수 있다. 지지체의 모양은 중요하지 않으며, 예컨대, 평평한 시트, 관형, 감긴 나선형 등을 사용할 수 있다. 중합체 재료를 사용하는 경우, 이들은 전술한 바와 같은 금속 또는 금속 산화물 또는 규산으로 피막 코팅할 수도 있다.
다공성 지지체는 과립형 고체, 예컨대, 펠렛화된 촉매와 같은 꽉 채워진 재료의 입자로 이루어진 것들일 수 있다.
본 발명은 적당한 크기를 가진 다공성 지지체와 함께 사용할 수 있지만, 막을 통한 큰 선속도(flux rates)에 대해서는 큰 소공 크기가 바람직하다. 사용하는 소공 크기는 0.01~2,000 미크론이 바람직하고, 0.1~200이 더 바람직하며, 1~20 미크론이 이상적이다. 300 미크론 이하의 소공 크기는 ISO 4003에 지정된 기포점 압력에 의해 측정할 수 있다. 소공 크기가 더 크면 현미경적 방법으로 측정할 수 있다.
일반적으로 공극으로 구성된 표면의 상대량이 많을수록 다공성 지지체는 더 적합하다.
본 발명의 방법에 사용하도록 처리할 수 있는 막은 임의의 방법, 예컨대, 겔 또는 용액으로부터 결정화하는 방법, 플라스마 증착법 또는 전도성 기재, 예컨대, DE4109037에 기재된 것과 같은 기재상에 결정을 전기 증착하는 것과 같은 기타 임의의 방법으로 형성할 수 있다.
제오형 재료의 피막을 포함하는 막을 합성 겔로부터 결정화하여 제조하는 경우에, 종래 기술에 기재된 방법중 어느 것이라도 사용할 수 있다.
상기 방법에 사용되는 합성 겔은 목적하는 결정질 제오형 재료를 제조할 수 있는 임의의 겔일 수 있다. 제오형 재료의 합성용 겔은 널리 공지되어 있고, 상기 종래 기술 또는 예컨대, EP-A-57049, EP-A-104800, EP-A-2899 및 EP-A-2900에 기재되어 있다. John Wiley(1974)에 의해 발행된 D W Breck의 표준 교과서(″Zeolites Molecular Sieves, Structure Chemistry and Use″) 및 엘세비어(1987)에서 발행된 P.A. Jacobs 및 J.A. Martens(″Studies in Surface Science and Catalysis No.33, Synthesis of High Silica Alumino silicate Zeolites″)에는 다수의 그러한 합성 겔이 기재되어 있다. 사용할 수 있는 방법으로는 제오형 재료의 통상의 합성법이 있는데, 이 방법은 다공성 지지체의 존재하에 수행한다. 겔은 열을 가하여 결정화하는 것이 가장 통상적이다.
본 발명의 방법에 사용되는 처리된 막은 성장 매질로부터 증착 또는 결정화하는 것을 포함하는 방법으로 제조할 수 있다. 본 발명의 일 양태에서, 성장 매질은 두 가지 상이한 방법으로 사용할 수 있다.
막의 형성을 위한 겔 방법(방법 1)에서, 막을 형성하는 데 사용되는 겔은 다음과 같은 몰 조성을 가진 것이 바람직하다:
(1.5~3.0)Na2O : (1)Al2O3: (2.0)SiO2: (50~200)H2O
사용되는 방법은 상기 열거한 문헌에 개시된 방법들중 어느 것도 사용할 수 있다.
액체 용액 방법(방법 2)에서, 막의 형성에 사용하는 액체 용액은 다음과 같은 몰 조성을 가진 것이 바람직하다:
(6~10.0)Na2O : (0.2)Al2O3: (1.0)SiO2: (150~250)H2O
액체 용액은 여전히 액체 용액을 유지하면서 제오형 재료를 형성하기 위해 결정화될 수 있는 화합물을 최대량 함유하는 것이 바람직하다. 최대량이란 제올라이트 형성 전에는 침전이 일어나지 않도록 용액중에서 유지될 수 있는 최대량을 의미한다.
방법 (1) 및 (2)는 후술하는 조건하에 사용할 수 있고, 방법 (1) 및 (2)는 그 자체로서 또는 방법 (1)에 이어 방법 (2) 또는 그 역의 순서로 사용할 수 있다.
막 형성에 사용할 수 있는 조건은 성장 용액의 온도가 50~100℃의 범위인 것이 바람직하고, pH는 수산화나트륨 또는 암모니아를 첨가하여 12.5~14로 조정할 수 있다. 필요에 따라, 나트륨 이온 농도는 염화나트륨과 같은 나트륨염의 첨가에 의해 pH를 증가시키지 않고 증가시킬 수 있다. 성장 용액은 합성하고자 하는 목적 제올라이트를 가진 제올라이트 결정을 심을 수 있다. 막은 임의의 후처리 전의 막 형성 후에 중성 pH로 세척할 수 있다.
다공성 지지체는 지치체 위로 성장 매질을 침지에 의해 또는 부어 넣음으로써 성장 매질과 접촉시킬 수 있는데, 이 때, 지지체는 용기의 바닥에서 위로 또는 성장 매질의 표면에서 아래로 실질적으로 수평으로 유지한다. 또는 다공성 지지체는 지지체의 한쪽 또는 양쪽 위로 통과시킬 수 있는데, 이 때 지지체는 실질적으로 수직으로 유지한다. 지지체는 또한 임의의 중간 위치에 있을 수 있다.
성장 매질은 정적 상태로 유지하거나, 교반하거나, 지지체 위 또는 주위로 전도시키거나 통과시킬 수 있고, 한편 성장 매질은 지지체를 실질적으로 수평으로 또는 임의의 중간 위치로 유지하면서 지지체의 양쪽 위로 통과시킬 수 있다.
압력을 가할 수도 있지만, 통상 자생압 하에서 결정화를 수행하는 것이 편리하다. 다공성 지지체는 성장 매질에 완전히 침지시키는 것이 바람직하고; 대안으로는 필요에 따라 지지체의 하나의 표면만을 성장 매질과 접촉시킬 수도 있다. 이것은 예컨대, 튜브의 내부 또는 외부만을 성장 매질과 접촉시킬 필요가 있는 경우에 막을 튜브의 형태로 제조하는 것을 목적으로 한다면 유용하다.
그것은 지지체의 면마다 하나씩 두 개의 상이한 제올라이트를 함유하는 막을 제조하고자 하는 경우에 유용할 수 있다. 그러한 2중 작용성 막을 사용하는 것은 각각 상이한 제올라이트를 보유하는 두 개의 분리된 막을 사용하는 것에 해당한다.
필요에 따라, 겔 또는 액체 용액으로 1회 이상 처리를 반복하여 보다 두꺼운 막 코팅을 얻을 수 있다.
다공성 지지체는 제올라이트 개시제로 사전 처리하는 것이 바람직하다. 제올라이트 개시제는 산화코발트, 산화몰리브덴 또는 산화니켈이 바람직하거나, 또는 제올라이트, 예컨대, 다공성 지지체상에 증착시키고자 하는 제올라이트의 입자 또는 이들의 임의의 조합을 사용할 수 있다. 또 다른 개시제의 예는 제오형 전구체 재료, 예컨대, 규산 또는 폴리규산을 증착시킬 수 있는 화합물이다.
제올라이트 개시제는 습식 또는 건식 방법으로 다공성 지지체와 접촉시킬 수 있다. 건식 방법을 사용하면, 제올라이트 개시제 입자는 다공성 재료 표면 내로 마찰 도포하거나, 다공성 재료 표면을 입자내에 마찰 도포할 수 있다.
한편, 제올라이트 개시제 입자는 다공성 지지체 위로 및/또는 통과하여 유동하게 하거나, 진공에 의해 지지체내로 흡인될 수 있다.
습식 방법을 사용하는 경우, 제올라이트 개시제의 분말의 액체 현탁액이 형성되고, 핵체 현탁액은 다공성 지지체와 접촉하여 지지체상에 제올라이트 개시제를 증착시킬 수 있다.
다공성 지지체 표면을 제올라이트 개시제와 접촉시키기 전에 표면은 습윤화제, 예컨대, 알콜, 물 또는 이들의 혼합물로 습윤화하는 것이 바람직하다.
규산을 개시제로 사용하는 경우, 그것은 본원에 정의한 바와 같은 규산일 수 있다.
본 명세서에서 규산은 모노규산, 저, 중 및 고 분자량의 폴리규산 및 이들의 혼합물을 의미한다.
규산을 사용한 처리와 마찬가지로, 제오형 재료는 제오형 재료에 이용할 때 폴리규산을 형성하는, 테트라 에틸 오르토 실리케이트(TEOS)와 같은 알킬오르토실리케이트 및 테트라메톡시오르토 실리케이트와 같은 테트라 이소프로필 오르토 실리케이트(TIPOT) 알콕시오르토실리케이트로 처리할 수 있다. 이들 알킬오르토실리케이트 및 알콕시오르토실리케이트는 중간 다공성의 실리카 화합물을 형성하는데, 이 화합물은 함께 연결된 일련의 폴리규산 단위체를 주성분으로 하며, 이 때, 각 단위체는 영국 특허 출원 제9316350.9호에 기재된 폴리규산 분자를 포함하고, 규소 원자상에 각각의 규소 원자 또는 히드록실기 사이의 산소 원자와의 규소 원자 브릿지를 가지는 각각의 종과 함께 연결된 다수의 3차원 종을 포함한다.
규산에 의한 제오형 재료의 처리에 대해서는 WO96/09110호에 기재되어 있다.
규산을 제조하는 방법은 영국 특허 출원 제2269377호에 기재되어 있고, 바람직한 방법은 규산 나트륨 용액을 산성화한 다음, 테트라히드로퓨란과 같은 유기 용매를 사용하여 상 분리를 수행하는 것이다. 그 다음, 유기상을 건조시키고, 무수 규산은 예컨대, n-부탄올을 첨가하여 분리하여 실질적으로 무수 상태인 규산 용액을 얻을 수 있다. 규산의 중합도는 사용된 실제 조건, 예컨대, 규산나트륨 용액이 유기 용매를 첨가하기 전에 산과 접촉하는 시간, 온도 등에 따라 달라진다.
본 발명에 사용되는 규산은 평균 분자량 범위가 96~10,000인 것이 바람직하고, 96~3220인 것이 더 바람직하다.
규산은 공지된 화합물이며, 통상 상이한 분자량 범위를 가진 산의 혼합물로서 제조되고, 이 혼합물은 본 발명에 사용하기에 적합하다.
규산은 폴리규산의 경우에는 산소 브릿지를 통해 말단 -OH기와 함께 연결된 규소, 산소 및 수소의 배합물이다.
규산은 화학식 SinOp(OH)r을 가지는데, 여기서, n, p 및 r은 모노규산의 경우 n=1, p=0, r=4로부터 중간 분자량 규산의 경우 n=8~12, p=12~20, r=8~12이고, 보다 고분자량의 중합체의 경우에는 n=20~32, p=36~60, r=8~20이다.
막은 무수 규산으로 처리할 수 있고, 바람직한 방법은 막을 무수 규산 용액과, 예컨대, 침지, 진공을 사용한 흡인, 압력을 사용한 성형 등에 의해 접촉시키는 것이다. 규산 함유 용액은 예컨대, 실온에서의 증발 및/또는 가열에 의해 제거하는 것이 바람직하다.
한편, 가교는 산 또는 염기로 또는 산성화된 또는 염기성화된 물, 예컨대, pH가 2~12, 바람직하게는 4~10인 물로 처리하여 수행할 수 있다. 본 발명에 사용된 규산은 성형된 대로 또는 상이한 분자량 범위의 조합으로 ″좁은″ 범위의 분자량 분포로 사용할 수 있다.
막의 처리 전에 예컨대, 히드록시가 말단인 폴리실록산을 규산 용액에 첨가함으로써 막을 가요성 부여제로 처리하여 최종 막내로 보다 큰 가요성을 도입할 수 있다.
막을 알킬오르토실리케이트로 처리할 경우, 막은 규산 대신에 알킬오르토실리케이트를 사용하여 상기와 같이 처리하는 것이 바람직하다.
상기 방법으로 처리한 막은 비처리 막과 비교하여 그 성능 및 막 강도의 관점에서 개선된 것이다.
본 발명의 방법을 사용하여 오염물질을 매우 저레벨로, 예컨대, 오염된 물로부터 10ppm 이하로 보유하는 물을 제조할 수 있다.
물의 정제도, 즉 정제수에 여전히 존재하는 오염물질의 레벨은 제올라이트 막의 두께 및 성질, 물에 가해진 압력, 오염된 물과 제올라이트 막의 접촉 시간, 온도 등에 따라 달라진다. 얻은 오염물질의 레벨이 매우 낮을 때, 특히 오염물질의 정확한 성질을 모를 경우에는, 물의 전도도를 측정하는 것이 편리하다. 탈이온수는 통상 그 전도도가 약 0.1~30 μS/㎝이고, 증류수는 그 전도도가 약 1~2 μS/㎝이다. 본 발명의 방법은 오염물질의 레벨이 매우 낮음을 나타내는 상기 값 이하의 전도도를 가진 물을 제조할 수 있다.
물은 감압 또는 진공을 막의 한쪽에 걸어서(이러한 감압은 물이 막을 통과하게 함) 막을 통과시킴으로써 정제할 수 있고, 불순물로부터 분리할 수 있다.
처리된 막의 작용으로 인해, 광범위한 오염된 물을 정제할 수 있는데, 예컨대, 해수; 염수; 탄화수소, 유기 염소 화합물, 금속, 세제 등과 같은 산업용 케미컬로 오염된 물; 뇨 등과 같은 생물학적 물질 및 인체 또는 동물의 사용에 의해 오염된 물, 예컨대, 세탁, 샤워, 목욕수 등으로부터 얻어지는 소위 ″회색″수를 정제할 수 있다. 필요에 따라, 처리 조건의 심도를 증가시킴으로써, 실질적으로 순수한 물 또는 탈이온수를 얻을 수 있다.
30 μS/㎝ 이하의 비교적 높은 전도도 레벨(~30,000 μS/㎝)을 가지는 해수의 경우조차 수중의 염의 농도가 매우 낮은 것을 얻을 수 있다.
상기한 바와 같이 제올라이트 막을 처리함으로써 사용하고자 하는 막이 비처리된 제올라이트 막으로는 가능하지 않은 방식으로 오염수를 정제할 수 있게 하고, 상기 매우 낮은 레벨의 전도도를 얻을 수 있게 한다는 것은 놀라운 것이다.
상기 방법은 투과 증발(pervaporation) 공정에 또는 역삼투압 공정에 사용할 수 있다. 일반적으로, 역삼투압 공정이 더 높은 선속(flux)을 가진다.
하기 실시예에서 본 발명을 설명하고자 하는데, 실시예 1은 공지의 방법을 사용한 막의 제조예이고, 실시예 2는 후처리 용액의 제조예이며, 실시예 3은 시험 과정의 예이고, 실시예 4는 후처리 과정의 예이며, 실시예 5~11은 처리된 막의 제조 및 시험예이다.
실시예 1
막의 성장
사용된 기재는 베키포어(Bekipor, 상표명) ST 5BL3 필터였다. 이것은 3차원 미로 구조에 합쳐진 매우 미세한 316 스테인레스강 섬유로 이루어져 있다. 이 섬유는 균질성 웨브에 불규칙 배열되어 있다. 이 웨브를 추가로 밀집 및 소결시켜 각 섬유 교차점에 매우 강력한 금속 결합을 생성시킨다. 평균 소공 크기는 대략 5.3 미크론이고 표면상의 와이어의 직경은 6.5 미크론이다.
금속망의 7 ㎝ 디스크는 미리 탈이온수, 아세톤, 톨루엔으로 세척하고, 마지막으로 아세톤으로 세척하여 세정한 다음 90℃의 오븐에서 3 시간 동안 건조시킨 100 ㎖의 평저 페트리 접시에 넣었다.
(a) 코발트 사전 처리
상기 망을 0.1M 질산코발트 용액 50 ㎖을 첨가한 비커에 넣고, 비커를 90℃의 오븐에 넣어 건조시킨 다음, 망을 비커로부터 제거하고 250℃에서 4 시간 동안 소성하였다. 그 망을 노로부터 제거하여 냉각시켰다. 이 과정을 2회 더 반복하여 양호한 산화코발트 피복을 얻었다.
(b) 제올라이트 사전 처리
더 이상의 제올라이트가 표면내로 마찰 도포되지 않을 때까지 장갑을 끼고 미리 상기와 같이 피복한 기재의 활성이 있는 부분내로 제올라이트 4A 분말을 마찰 도포하고, 과량의 제올라이트를 꼭지를 통해 제거하였다.
두 용액 A 및 B를 다음과 같이 500 ㎖ 유리병 두 개에 별개로 제조하였다:
용액 A
알루민산나트륨 24.49g, 수산화나트륨 3.75g 및 탈이온수 148.60g을 기계적으로 진탕하여 용해시켰다. 알루민산나트륨은 Al2O362.48%, Na2O 35.24% 및 H2O 2.28%의 실제 조성을 가졌다.
용액 B
Na2O 14.21%, SiO235.59% 및 H2O 50.20%의 조성을 가진 규산나트륨 50.57g을 탈이온수 148.60g에 용해시켰다.
용액 A를 손으로 교반 및 진탕하면서 용액 B에 서서히 첨가하여 완전히 고르게 혼합하였다(히드로겔 덩어리가 형성되지 않는 것이 중요함). 이것은 다음과 같은 몰 조성을 가진 히드로겔을 생성시켰다
2.01 Na2O : Al2O3: 2.0 SiO2: 120.0 H2O
히드로겔 100 ㎖를 산화코발트 처리되고 제올라이트 마찰 도포된 망을 보유하는 성장 용기내에 수직 위치로 서서히 부어 넣었다. 성장 용기를 나머지 히드로겔 용액을 함유하는 비커와 함께 가정용 압력 쿠커에 넣었다. 압력 쿠커를 100℃로 예열된 오븐에 5 시간 동안 넣어 두었다. 이어서, 그것을 오븐으로부터 제거하여 30분 동안 냉각시켰다. 성장 용기를 제거하고, 용액을 따라냈다.
금속망을 긴 평봉으로 주의깊게 제거하여 망이 어떤 식으로든 구부러지거나 손상되지 않도록 하였다. 망을 유리 비커에 넣고 탈이온수 100 ㎖ 분량으로 3회 세척하고, 매번 용액을 와류시켜 잔류물을 완전히 제거하였다. 막을 공기중에서 하루밤 동안 건조시켰다.
이어서 건조된 피복망의 표면을 깨끗한 렌즈 티슈로 닦아서 표면상에 형성될 수 있는 느슨한 분말성 용착물을 전부 제거하였다. 망을 뒤집어서 공정을 반복하였다. 망을 다시 뒤집고, 윗면을 다시 세척하였다. 다음, 탈이온수로 세척하여 공기 중에서 건조시켰다.
X-선 분석 결과 이것은 제올라이트 4A로 확인되었다.
실시예 2
막의 후처리용 TEOS의 제조
(TEOS) 40 ㎖를 깨끗한 마른 비커에 넣고, 탈이온수 180 ㎖ 및 에탄올 180 ㎖를 첨가하여 후처리 용액을 제조하였다. 혼합물을 300 r.p.m.으로 5분 동안 교반하였다.
실시예 3
막 시험 과정
첨부 도면에 나타낸 장치에서 투과 증발된 시험 셀내로 막을 적재하였다. 이 장치는 스테인레스강 시험 셀(1)로 구성되어 있는데, 상기 셀에는 압력 게이지(2), 안전밸브(3), 자기 교반기(4) 및 열전쌍(5)가 구비되어 있다. 실시예 1에서 제조된 막을 다공성 스테인레스강 디스크(6)에 놓고, O 고리(7)를 가진 셀내로 밀봉시켰다.
셀은 히터/교반기(8)에 의해 동시에 가열할 수 있었다. 진공은 라인(9)을 통해 가할 수 있었다. 시험 셀로부터 제거된 증기는 냉각 트랩(10)에서 외부로 응축되었다. 라인(9)은 압력 게이지(11) 및 안전 밸브(12)를 가졌다.
시험 셀을 이소프로판올/물(IPA/H2O) 혼합물(각각 90/10 중량%)로 채웠다. 막은 약 70℃에서 시험하였다.
액체로부터 떨어진 막쪽의 압력은 4 mbar(0.4 kN)로 감소되었다. 8 시간 이상에 걸쳐서 투과물을 모으고, 계량하고, 소량 분취물을 분석한 다음, 공급수 농도를 점검하였다.
실시예 4
막의 후처리 과정
실시예 3의 장치에서 비처리된 막을 IPA/물로 초기 시험한 후에, 셀을 비우고, 에탄올 2 x 50 ㎖ 분취물로 세정한 다음, 또 다른 에탄올 분취물 50 ㎖를 셀내에 넣은 다음, 진공하에 30분 동안 두었다.
셀로부터 에탄올을 제거하고, 실시예 2에서 제조한 TEOS 후처리 용액을 셀내로 부어 넣었다. 그 후, 셀을 하류쪽은 진공하에 24 시간 동안 70℃로 처리하였다. 이 기간 후에, 혼합물을 제거하고, 열을 차단하고, 진공을 제거한 다음, 압축 공기를 1 시간 동안 막 위로 통과시켰다.
실시예 5
실시예 1의 방법에 의해 제조된 막을 실시예 3에서 설명한 투과 증발 조건하에 처리하여 그 결과를 하기 표 1에 나타낸다.
70℃에서의 이소프로판올/물 혼합물
흐름 시간(h) 공급수(중량%) 투과수(중량%) 투과수 선속(J)㎏/㎡/일
1 11.10 90.11 147.75
1.5 6.00 96.47 88.00
2.0 4.36 94.81 72.87
4.0 2.94 81.14 29.74
5.5 0.47 30.57 4.91
그 다음, 막을 실시예 4에서처럼 후처리하고, 막을 실시예 3에서와 같은 투과 증발 조건하에 재시험하여 그 결과를 표 2에 나타낸다.
70℃에서의 이소프로판올/물 혼합물
흐름 시간(h) 공급수(중량%) 투과수(중량%) 투과수 선속(J)㎏/㎡/일
0.5 7.36 98.62 102.82
0.8 5.27 100.00 99.40
1.3 4.01 99.69 63.05
1.8 2.60 98.28 30.96
3.2 0.75 89.06 10.51
3.5 0.63 85.00 1.13
실시예 6
실시예 1에서 설명한 방법으로 제조한 막은 실시예 3에서 설명한 투과 증발 조건하에 처리하여 그 결과를 표 3에 나타낸다.
70℃에서의 이소프로판올/물 혼합물
흐름 시간(h) 공급수(중량%) 투과수(중량%) 투과수 선속(J)㎏/㎡/일
1.0 9.42 87.46 156.34
1.5 3.33 86.31 65.84
2.0 2.10 76.84 45.81
4.0 1.15 46.30 12.65
5.5 0.37 18.88 1.36
그 다음, 막을 실시예 4에서처럼 후처리하고, 막을 실시예 3에서와 같은 투과 증발 조건하에 재시험하여 그 결과를 표 4에 나타낸다.
70℃에서의 이소프로판올/물 혼합물
흐름 시간(h) 공급수(중량%) 투과수(중량%) 투과수 선속(J)㎏/㎡/일
0.5 10.16 98.83 103.04
0.83 6.86 100.00 99.40
1.33 4.91 99.53 62.95
1.83 3.39 97.43 30.69
3.17 0.40 88.48 10.44
3.5 0.28 85.00 1.13
실시예 7~11
본 발명의 막을 사용하여 여러 가지 상이한 물 샘플을 정제하였다.
실시예 7
사용된 막은 실시예 6에서와 같이 제조하고, 후처리한 다음, 실시예 3에서 설명한 투과 증발 조건하에 재시험하여 그 결과를 하기 표 5에 나타낸다.
70℃에서의 수돗물
흐름 시간(h) 투과수 선속(J)㎏/㎡/일
1 269.6
2 270.2
3 274.1
4 274.7
5 279.2
6 280.2
전도도
수돗물 660 μS/㎝
투과 수돗물 2.2 μS/㎝
실시예 8
사용된 막은 실시예 6에서와 같이 제조하고, 후처리한 다음, 실시예 3에서 설명한 투과 증발 조건하에 재시험하여 그 결과를 하기 표 6에 나타낸다.
70℃에서의 탈이온수
흐름 시간(h) 투과수 선속(J)㎏/㎡/일
1 394.9
2 368.1
3 346.3
4 339.4
전도도
탈이온수 1.8 μS/㎝
투과 탈이온수 0.8 μS/㎝
실시예 9
사용된 막은 실시예 5에서와 같이 제조하고, 후처리한 다음, 실시예 3에서 설명한 투과 증발 조건하에 재시험하여 그 결과를 하기 표 7에 나타낸다.
70℃에서의 비눗물
흐름 시간(h) 투과수 선속(J)㎏/㎡/일
1 129.1
2 154.1
3 172.4
4 182.1
5 183.9
6 182.2
7 180.7
전도도
비눗물 771 μS/㎝
투과 비눗물 24.8 μS/㎝
실시예 10
사용된 막은 실시예 5에서와 같이 제조하고, 후처리한 다음, 실시예 3에서 설명한 투과 증발 조건하에 재시험하여 그 결과를 하기 표 8에 나타낸다.
70℃에서의 뇨
흐름 시간(h) 투과수 선속(J)㎏/㎡/일
1 91.9
2 77.1
3 77.2
4 71.9
5 72.3
6 70.1
전도도
뇨 12,660 μS/㎝
투과뇨 25.6 μS/㎝
실시예 11
사용된 막은 실시예 6에서와 같이 제조하고, 후처리한 다음, 실시예 3에서 설명한 투과 증발 조건하에 재시험하여 그 결과를 하기 표 9에 나타낸다.
70℃에서의 합성 해수
흐름 시간(h) 투과수 선속(J)㎏/㎡/일
1 96.1
2 97.0
3 96.0
4 103.7
5 104.6
6 91.9
전도도
해수 31,000 μS/㎝
투과 해수 25.2 μS/㎝

Claims (20)

  1. 오염수를 결정질 제오형(zeo-type) 재료에 통과시켜 물로부터 오염물질을 분리하는 단계를 포함하는, 오염물질을 함유하는 물로부터 정제수를 얻는 방법으로서, 제올라이트 막이 규산 및/또는 폴리규산 또는 규산 및/또는 폴리규산과 유기 규산염의 혼합물과의 접촉에 의해 처리한 것이 특징인 오염물질을 함유하는 물로부터 정제수를 얻는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 다공성 지지체상에 제오형 재료 피막의 용착에 의해 막을 형성하는 것이 특징인 오염물질을 함유하는 물로부터 정제수를 얻는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제오형 재료의 겔 및 다공성 지지체상에 용착된 제오형 재료를 포함하는 합성 겔에 압력 및/또는 열을 가하여 다공성 지지체를 침지시킴으로써 합성 겔로부터의 제오형 재료의 피막의 결정화에 의해 막을 형성하는 것이 특징인 오염물질을 함유하는 물로부터 정제수를 얻는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항중 어느 하나의 항에 있어서, 제오형 재료가 제올라이트 3A, 4A, 5A, 13X, X, Y, ZSM5, MAPOs, SAPOs, 실리칼라이트, β, θ인 것이 특징인 오염물질을 함유하는 물로부터 정제수를 얻는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항중 어느 하나의 항에 있어서, 다공성 지지체를 산화코발트, 산화니켈 또는 산화몰리브덴, 제올라이트 또는 규산으로 구성된 군에서 선택되는 제올라이트 개시제로 사전 처리하는 것이 특징인 오염물질을 함유하는 물로부터 정제수를 얻는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항중 어느 하나의 항에 있어서, 결정질 제오형 막을, 결정화되어 결정질 제오형 재료를 생성시킬 수 있는 합성 겔 또는 용액에 다공성 지지체의 적어도 하나의 표면을 침지시키는 단계, 제오형 재료가 지지체상에 결정화되도록 상기 겔의 결정화를 유도하는 단계, 혼합물로부터 지지체를 제거하는 단계 및 용액으로부터 결정화될 수 있는 용해된 화합물을 함유하는 액체 용액과 다공성 지지체를 접촉시켜 제오형 재료의 제2 피복물이 지지체상에 결정화되도록 상기 용액으로부터 결정화를 일으키는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조하는 것이 특징인 오염물질을 함유하는 물로부터 정제수를 얻는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항중 어느 하나의 항에 있어서, 규산이 그 평균 분자량 범위가 96~10,000이고, 규산이 막의 소공내에 가교되는 것이 특징인 오염물질을 함유하는 물로부터 정제수를 얻는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 규산이 그 평균 분자량 범위가 96~3220인 것이 특징인 오염물질을 함유하는 물로부터 정제수를 얻는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항중 어느 하나의 항에 있어서, 규산이 화학식 SinOp(OH)r을 가지며, 여기서, n, p 및 r은 n=1, p=0, r=4로부터 n=8~12, p=12~20, r=8~12까지 변화될 수 있는 것이 특징인 오염물질을 함유하는 물로부터 정제수를 얻는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항중 어느 하나의 항에 있어서, 규산이 화학식 SinOp(OH)r을 가지며, 여기서, n, p 및 r은 n=20~32, p=36~60, r=8~20인 것이 특징인 오염물질을 함유하는 물로부터 정제수를 얻는 방법.
  11. 제1항 내지 제10항중 어느 하나의 항에 있어서, 막을 무수 규산염으로 처리하는 것이 특징인 오염물질을 함유하는 물로부터 정제수를 얻는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 규산을 산 또는 염기로 처리하여 가교시키는 것이 특징인 오염물질을 함유하는 물로부터 정제수를 얻는 방법.
  13. 제1항 내지 제6항중 어느 하나의 항에 있어서, 유기 실리케이트가 알킬오르토실리케이트 또는 알콕시오르토실리케이트인 것이 특징인 오염물질을 함유하는 물로부터 정제수를 얻는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 유기 실리케이트가 테트라 에틸 오르토 실리케이트, 테트라 이소프로필 오르토 실리케이트 또는 테트라메톡시오르토 실리케이트인 것이 특징인 오염물질을 함유하는 물로부터 정제수를 얻는 방법.
  15. 제1항 내지 제14항중 어느 하나의 항에 있어서, 가요성 부여제를 막 처리 전에 규산 또는 유기 실리케이트 용액에 첨가하는 것이 특징인 오염물질을 함유하는 물로부터 정제수를 얻는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 가요성 부여제가 히드록시를 말단으로 하는 폴리실록산인 것이 특징인 오염물질을 함유하는 물로부터 정제수를 얻는 방법.
  17. 제1항 내지 제16항중 어느 하나의 항에 있어서, 다공성 지지체를 금속망 및/또는 소결된 금속 입자로부터 형성하는 것이 특징인 오염물질을 함유하는 물로부터 정제수를 얻는 방법.
  18. 제1항 내지 제17항중 어느 하나의 항에 있어서, 오염물질을 함유하는 물을 막에 통과시켜 오염물질의 적어도 일부가 막을 통과하지 않도록 하는 것이 특징인 오염물질을 함유하는 물로부터 정제수를 얻는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 오염물질을 함유하는 물에서 떨어진 막쪽에 감압을 가하는 것이 특징인 오염물질을 함유하는 물로부터 정제수를 얻는 방법.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서, 오염물질이 제거된 물이 그 전도도가 30.0 μS/㎝ 미만인 것이 특징인 오염물질을 함유하는 물로부터 정제수를 얻는 방법.
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