KR20070119799A - Preparation method of gas seperation membrane and gas seperation membrane prepared therefrom - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명에 따른 기체분리막의 제습성능을 나타내기 위한 시스템 구성도이다.1 is a system configuration diagram for showing the dehumidification performance of the gas separation membrane according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10: 중공사막모듈10: hollow fiber membrane module
100 : 공급기체유입부 200 : 건조기체유출부100: supply gas inlet 200: dry gas outlet
300 : 습윤기체배출부 400 : 압력조절밸브300: wet gas discharge unit 400: pressure control valve
500 : 퍼지유량조절밸브 600 : 퍼지기체유입부500: purge flow control valve 600: purge gas inlet
발명은 하부저항이 최소화된 기체분리막 제조방법 및 이로부터 제조된 기체분리막에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 막 제조시 도프용액에 고분자 또는 올리고머를 별도로 첨가함으로서 막 하부저항을 최소화할 수 있는 기체분리막 제조방법 및 이로부터 제조된 기체분리막에 관한 것이다. The present invention relates to a gas separation membrane manufacturing method and a gas separation membrane prepared therefrom with a minimum lower resistance, and more particularly, to prepare a gas separation membrane that can minimize the bottom resistance of the membrane by separately adding a polymer or oligomer to the dope solution during membrane preparation It relates to a method and a gas separation membrane prepared therefrom.
기체 혼합물 중 여러 가지 기체 성분들로부터 특정 기체 성분을 분리하는 공정은 매우 중요하다. 그러한 기체분리를 수행하기 위해 사용되는 공정으로는 심냉법 (cryogenic method), 압력가변식 흡착법 (pressure swing adsorption method), 막 분리법 (membrane separation method) 등이 널리 사용되고 있다.The process of separating a particular gas component from the various gas components in the gas mixture is very important. As a process used to perform such gas separation, a cryogenic method, a pressure swing adsorption method, a membrane separation method, and the like are widely used.
막 분리법에 이용되는 기체분리막은 여러 가지 기체들, 예를 들면 수소, 헬륨, 산소, 질소, 일산화탄소, 이산화탄소, 수증기, 암모니아, 황화합물, 가벼운 탄화수소 기체 등을 분리, 농축하기 위하여 사용된다. 기체분리가 적용될 수 있는 분야는 공기 중의 산소 또는 질소의 분리, 압축공기 중의 수분제거 등 여러 분야가 있다. 막을 이용한 기체분리의 원리는 막을 투과하는 2개 이상의 기체 혼합물 중의 각 성분의 투과도 차이에 의한다. 이는 용해-확산 과정을 거치는데 기체 혼합물은 막의 한쪽 면과 접촉하여 기체 성분들 중의 최소한 한 성분이 선택적으로 용해된다. 막의 내부에서는 선택적 확산과정이 진행되며 이를 통해 투과되는 기체 성분은 기체 혼합물 중 최소한 하나 이상의 기체 성분보다 더 빠르게 통과하게 된다. 상대적으로 투과성이 낮은 기체성분들은 기체 혼합물 중 최소한 하나 이상의 성분들보다 더 느리게 막을 투과한다. 이러한 원리에 의해서 기체 혼합물은 선택적으로 투과된 기체가 많은 흐름과 투과되지 못한 기체 성분들이 많은 흐름 두 가지로 분리된다. 따라서 기체 혼합물을 적절하게 분리하기 위해서는 특정 기체 성분에 대해 높은 투과선택성을 갖는 막 형성물질을 선택하여 충분한 투과성능을 보일 수 있는 구조로 제어하는 기술이 필요하다.The gas separation membrane used in the membrane separation method is used to separate and concentrate various gases such as hydrogen, helium, oxygen, nitrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, water vapor, ammonia, sulfur compounds, and light hydrocarbon gases. There are several fields in which gas separation can be applied, such as separation of oxygen or nitrogen from air and water removal from compressed air. The principle of gas separation using a membrane is based on the difference in permeability of each component in two or more gas mixtures that permeate the membrane. This is a dissolution-diffusion process in which the gas mixture is in contact with one side of the membrane to selectively dissolve at least one of the gas components. In the interior of the membrane a selective diffusion process is carried out through which the gaseous components are passed faster than at least one gaseous component of the gas mixture. Relatively low permeability gas components penetrate the membrane more slowly than at least one or more components of the gas mixture. By this principle, the gas mixture is separated into two streams, which are selectively permeate gas streams and those which are not permeate gas streams. Therefore, in order to properly separate the gas mixture, there is a need for a technique of controlling a structure capable of showing sufficient permeability by selecting a film-forming material having high permeability for a specific gas component.
이러한 막구조제어 기술은 Loeb 과 Sourirajan에 의해 미국특허 제3,133,132 호에서 발표가 되었다. 그 이후로 이 기술은 흔히 상전환법(phase inversion method)이라 불리는 막 제조 기술로 발달하여 여러 유기 합성 고분자를 적용시킨 기술이 상용화되기까지에 이르렀다. 상전환법에 의해 고분자용액으로부터 비대칭 상분리막을 제조하는 과정은 다음과 같은 단계로 요약될 수 있다:This membrane structure control technique has been published in US Pat. No. 3,133,132 by Loeb and Sourirajan. Since then, the technology has evolved into a film-making technique, commonly referred to as the phase inversion method, until commercialization of various organic synthetic polymers. The process of preparing the asymmetrical phase separation membrane from the polymer solution by the phase inversion method can be summarized in the following steps:
(1) 고분자 도프용액의 캐스팅 또는 중공사 방사단계, (2) 도프용액과 대기와의 접촉에 의한 휘발성분의 증발단계, (3) 응고조로의 용액의 침전단계, (4) 세척, 건조 등의 후처리 공정단계의 4단계로 크게 구분을 할 수 있다.(1) casting or hollow fiber spinning of polymer dope solution, (2) evaporation of volatile components by contact of dope solution with air, (3) precipitation of solution into coagulation bath, (4) washing, drying, etc. It can be divided into four stages of post-processing step.
분리막이 선택적으로 기체분리, 농축하기 위해서는 일반적으로 분리막의 구조는 막 표면의 치밀한 선택분리층과 막 하부에 최소의 투과저항을 갖는 다공성 지지체로 이루어지는 비대칭 구조를 가져야만 한다. 막의 특성인 기체의 선택적 분리 능력(이하에서는 선택도 또는 α로 표시함)은 분리층의 구조에 따라 결정되며, 선택적으로 분리된 기체의 투과량 (이하에서는 투과도 또는 P로 표시함)은 분리층의 두께 및 비대칭 막의 하부 구조인 다공성 지지체의 다공성 정도에 의존한다. 혼합 기체를 선택적으로 분리하기 위해서는 분리층의 표면에 결함이 없어야 하며, 기공 크기가 5Å 이하 이어야 한다. In order to selectively separate and concentrate the gas, the membrane structure generally has an asymmetric structure composed of a dense selective separation layer on the membrane surface and a porous support having a minimum permeation resistance at the bottom of the membrane. The ability of the selective separation of gases (hereinafter referred to as selectivity or α), which is a characteristic of the membrane, is determined by the structure of the separation layer, and the permeation rate of the selectively separated gas (hereinafter referred to as permeability or P) is determined by the separation layer. It depends on the thickness and degree of porosity of the porous support, which is the underlying structure of the asymmetric membrane. In order to selectively separate the mixed gas, the surface of the separation layer must be free of defects and the pore size must be 5 kPa or less.
아울러 높은 기체 투과도를 얻기 위하여 분리층은 가능한 얇아야 하는데, 이것은 기체 투과도가 유효막 두께에 반비례하기 때문이다. 분리층을 선택적으로 통과한 기체 흐름에 대한 저항을 최소화하기 위해서 비대칭 막의 하부 구조는 되도록이면 다공성 구조를 갖는 것이 유리하다. In addition, the separation layer should be as thin as possible in order to achieve high gas permeability, since gas permeability is inversely proportional to the effective membrane thickness. In order to minimize resistance to gas flow selectively passing through the separation layer, it is advantageous for the understructure of the asymmetric membrane to have a porous structure if possible.
하부저항을 최소화하기 위한 방법으로는 크게 두 가지 정도가 개발되어 있 다. 첫 번째는 분리막 내부의 기공의 밀도구배를 갖게 하는 방법이다. 상부의 기공의 크기는 매우 작게, 하부의 기공의 크기는 보다 크게 조절하여 상부는 치밀한 구조를 가지고 있고 하부는 투과저항을 작게 가져가는 방법이다. 두 번째는 표면장력이 작고 휘발성이 높은 유기용제를 첨가하여 상부에 고분자용액의 농도를 높게 하고 하부에는 고분자용액의 농도를 낮게 하는 방법이다. Two methods have been developed to minimize the lower resistance. The first method is to have a density gradient of pores in the membrane. The pore size of the upper part is very small, the pore size of the lower part is adjusted to be larger, so that the upper part has a dense structure and the lower part has a small transmission resistance. The second method is to increase the concentration of the polymer solution in the upper portion and lower the concentration of the polymer solution in the lower portion by adding an organic solvent having a low surface tension and high volatility.
종래기술은 다음의 특허에 기술되어 있다. 미국특허 제4,230,463호에서는 다공성 막 표면에 코팅을 이용하여 기체분리막을 제조하였으며, 미국특허 제4,484,935호에는 PDMS와 개질된 실리콘 함유 단량체를 가진 가교제와의 결합물로 이루어진 코팅층과 다공성 비대칭막으로 구성된 다성분 기체분리막을 기술하고 있다. 또한 미국특허 제4,728,346호에서는 막 표면을 방향족 투과 조절제로 처리하고 코팅하여 기체분리막의 선택도를 향상시켰다. The prior art is described in the following patents. In US Pat. No. 4,230,463, a gas separation membrane was prepared using a coating on the surface of a porous membrane. US Pat. No. 4,484,935 consists of a coating layer composed of a combination of a PDMS and a crosslinking agent having a modified silicon-containing monomer and a porous asymmetric membrane. Component gas separation membranes are described. In addition, US Pat. No. 4,728,346 treats and coats the membrane surface with an aromatic permeation regulator to improve the selectivity of the gas separation membrane.
그러나 막 표면의 코팅, 경화 공정은 비연속적이고 부가적인 비용과 복잡성이 뒤따른다. 후술된 강제대류방법은 다음의 특허와 논문에 기술되어 있다. 미국특허 제4,902,422에서는 부가적인 코팅 공정없이 대류증발 공정을 이용하여 휘발성 용매와 비용매가 포함된 4성분계 고분자용액으로부터 캐스팅된 기체분리 평막을 제조하였다. 이 비대칭 평막의 산소/질소 선택도는 5.0 내지 6.5 범위이다. 또한 Pinnau등이 발표한 문헌[J. Memb. Sci., 88, 1-19(1994)]에서는 강제대류 공정을 중공사막을 제조하는데 응용하여 코팅 및 경화 공정없이 6.5의 선택도를 가진 기체 분리용 중공사막을 제조하였다. 그러나 이러한 부가적 결함을 봉지하는 공정없이 중공사막을 제조하는 것은 대류증발 공정 등과 같은 까다로운 제조기술이 요구되어 상당히 어렵다. However, the coating and curing process of the film surface is discontinuous and involves additional cost and complexity. The forced convection method described below is described in the following patents and articles. In US Pat. No. 4,902,422, a gas separation flat membrane cast from a four-component polymer solution containing a volatile solvent and a nonsolvent was prepared using a convection evaporation process without an additional coating process. The oxygen / nitrogen selectivity of this asymmetric flat membrane ranges from 5.0 to 6.5. See also, Pinnau et al., J. Memb. Sci., 88, 1-19 (1994)] applied a forced convection process to produce a hollow fiber membrane to prepare a hollow fiber membrane for gas separation having a selectivity of 6.5 without coating and curing process. However, manufacturing a hollow fiber membrane without a process of sealing such additional defects is quite difficult because of demanding manufacturing techniques such as a convection evaporation process.
상술한 공지의 기술들은 코팅성이 우수하여 선택성이 우수한 기체분리막을 제조하는 것은 가능하나 상부 코팅층의 투과저항이 크기 때문에 하부 저항이 작더라도 전체 저항이 높은 단점을 가지고 있다. The above-described known techniques are capable of producing a gas separation membrane having excellent coating properties and excellent selectivity, but have a disadvantage in that the overall resistance is high even if the bottom resistance is small because the permeation resistance of the top coating layer is large.
본 발명은 상기와 같은 종래 특허의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명은 하부저항이 최소화된 기체분리막 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been invented to solve the problems of the conventional patent as described above, the present invention is to provide a gas separation membrane manufacturing method of the lower resistance is minimized.
또한 본 발명은 하부저항이 최소화된 기체분리막 제조방법으로 제조된 기체분리막 및 이러한 기체분리막을 적용한 모듈을 제공하는 데 그 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a gas separation membrane manufactured by a gas separation membrane manufacturing method of which lower resistance is minimized, and a module using the gas separation membrane.
상기 목적을 달성하기 위하여, In order to achieve the above object,
본 발명은 The present invention
(1) (A) 막재질 고분자 25~40 중량%, (B) 고분자 용매 30~65 중량%, (C) 고분자 또는 올리고머 첨가제 1~15 중량%; 및 (D) 빈용매 첨가제 5~15 중량%를 포함하는 도프용액을 방사하는 제1단계;(1) 25-40 weight% of membrane-like polymers, (B) 30-65 weight% of polymer solvents, (C) 1-15 weight% of polymers or oligomer additives; And (D) a first step of spinning a dope solution containing 5 to 15% by weight poor solvent additive;
(2) 상기 방사된 도프용액을 응고시켜 중공사를 형성하는 제2단계;(2) a second step of solidifying the spun dope solution to form a hollow fiber;
(3) 응고된 중공사중의 용매와 빈용매 첨가제, 고분자 또는 올리고머 첨가제 를 세척, 제거하는 제3단계;(3) a third step of washing and removing the solidified hollow fiber solvent and poor solvent additive, polymer or oligomer additive;
(4) 중공사 내 응고액을 유기용매로 치환하는 제4단계; 및(4) a fourth step of replacing the coagulating solution in the hollow fiber with an organic solvent; And
(5) 유기용매로 치환된 중공사를 건조하는 제5단계(5) The fifth step of drying the hollow fiber substituted with an organic solvent
를 포함하는 중공사 기체분리막 제조방법을 제공한다.It provides a hollow fiber gas separation membrane manufacturing method comprising a.
또한 본 발명은 상기 방법으로 제조된 중공사 기체분리막을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a hollow fiber gas separation membrane prepared by the above method.
또한 본 발명은 상기 기체분리막을 포함하는 중공사 모듈을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a hollow fiber module comprising the gas separation membrane.
또한 본 발명은 In addition, the present invention
(1) (A) 막재질 고분자 25~40 중량%, (B) 고분자 용매 30~65 중량%, (C) 고분자 또는 올리고머 첨가제 1~15 중량%; 및 (D) 빈용매 첨가제 5~15 중량%를 포함하는 도프용액을 부직포 위에 캐스팅하여 평막을 제조하는 제1단계;(1) 25-40 weight% of membrane-like polymers, (B) 30-65 weight% of polymer solvents, (C) 1-15 weight% of polymers or oligomer additives; And (D) a first step of casting a dope solution containing 5-15 wt% of the poor solvent additive on the nonwoven fabric to produce a flat membrane;
(2) 상기 평막을 응고시키는 제2단계;(2) a second step of solidifying the flat membrane;
(3) 응고된 평막중의 용매와 고분자 또는 올리고머 첨가제를 세척, 제거하는(3) washing and removing the solvent and the polymer or oligomer additive in the solidified flat membrane
제3단계;The third step;
(4) 평막 내 응고액을 유기용매로 치환하는 제4단계; 및(4) a fourth step of replacing the coagulating solution in the flat membrane with an organic solvent; And
(5) 유기용매로 치환된 평막을 건조하는 제5단계(5) a fifth step of drying the flat membrane substituted with an organic solvent
를 포함하는 평막 제조방법을 제공한다.It provides a flat film manufacturing method comprising a.
또한 본 발명은 상기 방법으로 제조된 평막을 제공한다.The present invention also provides a flat membrane prepared by the above method.
또한 본 발명은 상기 평막을 포함하는 평막 모듈을 제공한다.The present invention also provides a flat membrane module comprising the flat membrane.
이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
제조된 기체분리막의 하부저항을 최소화하기 위한 연구를 거듭하든 중 도프용액에 고분자 내지 올리고머 첨가제를 혼합하여 중공사를 방사하고, 비용매에 침적시켜 도프용액을 응고시켜 중공사를 형성시킨 후, 중공사 내부의 고분자 내지 올리고머 첨가제를 제거하면 제조된 기체분리막의 하부저항이 최소화된다는 것을 발견하고 본 발명을 하기에 이르렀다.After repeating research to minimize the lower resistance of the prepared gas separation membrane, a polymer or oligomer additive is mixed in a dope solution to spin hollow fiber, and the dope solution is solidified by solidifying the dope solution to form a hollow fiber. Removing the polymer to oligomer additives inside the yarn was found to minimize the bottom resistance of the prepared gas separation membrane and came to the present invention.
본 발명의 기체분리막 제조방법은 크게 중공사와 평막 제조방법 두 가지로 대별된다. 중공사 제조방법과 평막 제조방법은 각각 차례로 초기 방사단계, 캐스팅단계로 대별될 뿐 그 이후 응고, 세척, 치환, 건조단계는 동일하므로 본 명세서에서는 중공사 및 평막 제조방법을 같이 설명하기로 한다.Gas separation membrane manufacturing method of the present invention is largely divided into two methods of manufacturing hollow fiber and flat membrane. Hollow fiber manufacturing method and flat film manufacturing method is divided into the initial spinning step, casting step, respectively, after that solidification, washing, replacement, drying step is the same, so the description of the hollow fiber and flat membrane manufacturing method will be described together.
본 발명의 기체분리막 제조방법은 다음과 같이 5단계로 진행된다.Gas separation membrane manufacturing method of the present invention proceeds in five steps as follows.
첫째, (1) (A) 막재질 고분자 25~40 중량%, (B) 고분자 용매 30~65 중량%, (C) 고분자 또는 올리고머 첨가제 1~15 중량%; 및 (D) 빈용매 첨가제 5~15 중량%를 포함하는 도프용액을 방사하는 제1단계;First, (1) 25 to 40% by weight of the membrane-like polymer, (B) 30 to 65% by weight of the polymer solvent, (C) 1 to 15% by weight of the polymer or oligomer additive; And (D) a first step of spinning a dope solution containing 5 to 15% by weight poor solvent additive;
둘째, (2) 상기 방사된 도프용액을 응고시켜 중공사를 형성하는 제2단계;Second, (2) a second step of solidifying the spun dope solution to form a hollow fiber;
셋째, (3) 응고된 중공사중의 용매와 빈용매 첨가제, 고분자 또는 올리고머Third, (3) solvents and poor solvent additives in solidified hollow fiber, polymers or oligomers
첨가제를 세척, 제거하는 제3단계;A third step of washing and removing the additives;
넷째, (4) 중공사 내 응고액을 유기용매로 치환하는 제4단계; 및Fourth, (4) a fourth step of replacing the coagulating solution in the hollow fiber with an organic solvent; And
다섯 번째, (5) 유기용매로 치환된 중공사를 건조하는 제5단계.Fifth, (5) the fifth step of drying the hollow fiber substituted with an organic solvent.
하부저항이 최소화된 기체분리막을 제조하기 위해서는 도프용액을 구성하는 각 성분의 함량을 막재질 고분자 25~40 중량%, 고분자 용매 30~65 중량%, 고분자 또는 올리고머 첨가제 1~15 중량%, 빈용매 첨가제 5~15 중량%로 도프용액의 조성을 미세하게 조정하는 것이 필요하다. 그 이유는 이러한 도프용액이 열역학적으로 매우 불안정한 상태이므로 그 함량 조절을 상기 범위를 벗어나도록 할 경우 도프용액상에서 이미 상분리가 진행되어 버리게 되므로 하부저항이 최소화된 기체분리막 제조가 불가능해지기 때문이다. 또한 이러한 도프용액의 온도를 상승시키면 도프용액의 열역학적 안정성이 보다 높아져 혼합상이 안정화될 수는 있다. In order to prepare a gas separation membrane with a minimum lower resistance, the content of each component constituting the dope solution is 25 to 40% by weight of the polymer material, 30 to 65% by weight of the polymer solvent, 1 to 15% by weight of the polymer or oligomer additive, and poor solvent. It is necessary to finely adjust the composition of the dope solution with 5 to 15% by weight of the additive. The reason for this is that the dope solution is thermodynamically very unstable, so if the content control is out of the above range, the phase separation is already progressed in the dope solution phase, which makes it impossible to manufacture a gas separation membrane having a lower resistance. In addition, when the temperature of the dope solution is increased, the thermodynamic stability of the dope solution may be higher, and the mixed phase may be stabilized.
이상적인 기체분리막은 높은 투과 선택도를 가지며 고온, 고압에서 그 성능을 잃지 않는 막인데, 일반적으로 높은 투과도를 갖는 고분자 물질은 낮은 선택도를 갖고 낮은 투과도를 갖는 고분자 물질은 높은 선택도를 갖기 때문에, 기체분리막을 이루는 막 형성물질(막재질 고분자) 선택이 매우 중요하다.An ideal gas separation membrane has a high permeability and does not lose its performance at high temperatures and pressures. In general, polymer materials with high permeability have low selectivity and polymer materials with low permeability have high selectivity. It is very important to select a film forming material (membrane polymer) constituting the gas separation membrane.
일반적인 분리막 제조에서 비대칭 기체분리막 형성 물질인 고분자 물질(막재질 고분자)은 유용한 기체분리 성능을 가진 천연 또는 합성 고분자 물질로, 강한 용매에 용해되어 균일한 용액을 이루게 되고, 이 용액을 방사 또는 캐스팅 공정을 이용하여 상기 고분자 물질에 대한 비용매인 응고액에 침천시킴으로써 평막이나 중공사막의 형태를 이루게 된다.The polymer material (membrane polymer), which is an asymmetric gas separation membrane-forming material in general membrane production, is a natural or synthetic polymer material having useful gas separation performance, and is dissolved in a strong solvent to form a uniform solution. By immersing in the coagulant solution that is a non-solvent for the polymer material to form a flat membrane or hollow fiber membrane.
본 발명의 비대칭막에 사용되는 막재질 고분자는 구성 물질의 열적, 기계적 및 화학적 내구성을 고려하여 선택하며, 특히 기체 혼합물 중 최소한 하나의 기체에 대하여 선택투과성을 갖는 것이 바람직한데, 특히 폴리설폰, 폴리이미드, 폴리아미드 또는 이들의 혼합물을 막재질 고분자로 이용하는 것이 보다 바람직하다. The membrane polymer used in the asymmetric membrane of the present invention is selected in consideration of the thermal, mechanical and chemical durability of the constituent material, and in particular, it is preferable to have a permeability to at least one gas of the gas mixture, in particular polysulfone, poly It is more preferable to use a mead, a polyamide, or a mixture thereof as a film polymer.
도프용액 중 상기 막재질 고분자의 함량은 전체 도프용액 중 25~40 중량%가 바람직하다. 막재질 고분자의 함량이 25 중량% 미만이면 제조된 기체분리막의 기공 싸이즈가 증가되어 선택도가 감소된다는 문제점이 있고, 또한 40 중량%를 초과하면 균일한 상의 도프용액을 제조하기 어려운 문제점이 있다.The content of the membrane polymer in the dope solution is preferably 25 to 40% by weight of the total dope solution. If the content of the membrane polymer is less than 25% by weight, the pore size of the prepared gas separation membrane is increased, so that the selectivity is reduced, and if it is more than 40% by weight, it is difficult to prepare a uniform phase dope solution.
또한, 상기 막재질 고분자에 대한 용매로는 N-메틸피롤리돈, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, N-디메틸설폭사이드, 또는 이들의 혼합물 등이 바람직하며, N-메틸피롤리돈이 가장 바람직하다.In addition, as the solvent for the membrane polymer, N-methylpyrrolidone, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-dimethylsulfoxide, or a mixture thereof is preferable. -Methylpyrrolidone is most preferred.
도프용액 중 용매의 함량은 전체 도프용액 중 30~65 중량%가 바람직하다. 용매의 함량이 30 중량% 미만이면 도프용액이 균일하지 않으며, 또한 65 중량%를 초과하면 선택도가 저하된다. The content of the solvent in the dope solution is preferably 30 to 65% by weight of the total dope solution. If the content of the solvent is less than 30% by weight, the dope solution is not uniform, and if it exceeds 65% by weight, the selectivity is lowered.
또한, 본 발명에서 제조된 기체분리막의 하부저항을 최소화하기 위하여 첨가되는 고분자 또는 올리고머 첨가제로는 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌글리콜, 폴리옥실렌 알킬에스테르, 옥틸페놀폴리에틸렌글리콜에테르 또는 이들의 혼합물 등이 바람직하다. 이러한 고분자 또는 올리고머 첨가제는 도프용액의 상분리를 촉진시키는 작용을 한다.In addition, as the polymer or oligomer additive added to minimize the bottom resistance of the gas separation membrane prepared in the present invention, polyvinylpyrrolidone, polyethylene glycol, polyoxyylene alkyl ester, octylphenol polyethylene glycol ether, or a mixture thereof may be used. desirable. Such polymer or oligomer additives serve to promote phase separation of the dope solution.
이러한 고분자 또는 올리고머 첨가제의 함량은 도프용액 중 1~15 중량%가 바람직하다. 고분자 또는 올리고머 첨가제의 함량이 1 중량% 미만이면 하부저항이 최소화된 기체분리막 제조가 불가능하며, 15 중량%를 초과하면 막의 선택성이 저하되는 문제점이 있다.The content of the polymer or oligomer additive is preferably 1 to 15% by weight in the dope solution. If the content of the polymer or oligomer additive is less than 1% by weight, it is impossible to prepare a gas separation membrane having a lower resistance, and if the content exceeds 15% by weight, the selectivity of the membrane may be lowered.
또한, 본 발명의 도프용액을 구성하는 필수성분으로 첨가되는 빈용매 첨가제는 유기용매로서, 테트라하이드로퓨란, 에탄올, 트리클로로에탄, 2-메틸-1-부탄올, 2-메틸-2-부탄올, 2-펜탄올 또는 이들의 혼합물 등이 바람직하다.In addition, the poor solvent additive added as an essential component of the dope solution of the present invention is an organic solvent, tetrahydrofuran, ethanol, trichloroethane, 2-methyl-1-butanol, 2-methyl-2-butanol, 2 -Pentanol or a mixture thereof is preferred.
이러한 빈용매 첨가제의 함량은 도프용액 중 5~15 중량%가 바람직하다. 빈용매는 막표면에 결함 발생을 억제하는 효과가 있으며, 첨가제의 함량이 5 중량% 미만이면 결함억제 효과가 저하되는 문제점이 있고, 또한 15 중량%를 초과하면 균일한 도프용액을 얻기 어렵다는 문제점이 있다.The content of such a poor solvent additive is preferably 5 to 15% by weight in the dope solution. The poor solvent has an effect of suppressing defects on the surface of the membrane, and if the content of the additive is less than 5% by weight, there is a problem that the effect of suppressing defects is lowered, and if the content is more than 15% by weight, it is difficult to obtain a uniform dope solution. have.
본 발명의 도프용액의 조성 상태는 단일상과 분리된 상 사이의 경계면에 위치시키는 것이 바람직하므로 도프용액 중 각 성분의 농도는 혼합용액이 상분리 경계선에 근접하도록 조절하는 것이 무엇보다 중요하다. Since the composition of the dope solution of the present invention is preferably located at the interface between the single phase and the separated phase, it is important to control the concentration of each component in the dope solution so that the mixed solution is close to the phase separation boundary.
이상 설명한 도프용액으로부터 중공사 또는 평막과 같은 기체분리막을 제조하기 위한 방사 또는 캐스팅과정은 고온에서 이루어지는 것이 바람직하다. 따라서 본 발명에서 방사구금(spinerette) 또는 캐스팅나이프(casting knife)의 온도를 휘발성 첨가제의 비점에 가까울 정도로 가열시킨 상태에서 진행하는 것이 바람직하 다. 이때 방사구금(spinerette) 또는 캐스팅나이프(casting knife)에서 나온 도프용액은 대기와 접촉을 하게 되며, 고온의 도프용액에서 휘발성 용매/빈용매 첨가제는 증발하게 된다. 기존 기술은 이 단계에서 강제대류를 시키는 것으로 표면에 치밀층을 형성하지만 본 발명에서는 용매/빈용매 첨가제의 비점에 가까울 정도의 온도에서 도프용액이 대기에 노출되기 때문에 용매/빈용매 첨가제의 증발이 촉진된다. 또한 방사 또는 캐스팅 이후 단계에서는 상온보다 온도를 낮추어 저온 비용매 응고액에 도프용액을 침전시켜 급냉과정을 진행한다. 이런 급냉과정은 도프용액의 상분리 속도를 가속시키고 이로 인해 응고된 기체분리막 표면에서의 핵 형성과 성장 (nucleation and growth) 기구에 의해 선택분리층의 연결된 기공 (interconnected pore)의 형성이 억제된다. The spinning or casting process for producing a gas separation membrane such as hollow fiber or flat membrane from the dope solution described above is preferably performed at a high temperature. Therefore, in the present invention, it is preferable to proceed in a state in which the temperature of the spinnerette or the casting knife is heated close to the boiling point of the volatile additive. At this time, the dope solution from the spinnerette or casting knife is brought into contact with the atmosphere, and the volatile solvent / poor solvent additive is evaporated in the hot dope solution. The existing technology forms a dense layer on the surface by forced convection at this stage. However, in the present invention, since the dope solution is exposed to the air at a temperature close to the boiling point of the solvent / poor solvent additive, the evaporation of the solvent / poor solvent additive is prevented. Is promoted. Also, in the step after spinning or casting, the dope solution is precipitated in a low temperature nonsolvent coagulant by lowering the temperature from room temperature to proceed with a quenching process. This quenching process accelerates the phase separation rate of the dope solution, thereby suppressing the formation of interconnected pores of the selective separation layer by nucleation and growth mechanisms on the surface of the solidified gas separation membrane.
본 발명의 중공사 기체분리막 제조방법은 본 발명자가 발명하여 특허등록받은 대한민국특허출원 제2000-0048823호에 기술된 방법을 활용하였다. The hollow fiber gas separation membrane manufacturing method of the present invention utilized the method described in the Republic of Korea Patent Application No. 2000-0048823 patented by the inventor.
도프용액의 각 성분, 즉, 막재질 고분자, 용매, 고분자 또는 올리고머 첨가제, 빈용매 첨가제를 밀폐된 반응기를 이용하여 균일한 용액으로 만든 다음 균일한 도프용액를 상온 및 감압 하에서 24시간 방치하여 용액 내의 기포를 제거한 후 방사구금(spinerrette)을 통해 방사시켰다. 이때 방사구금(spinerrette)의 구조는 이중 노즐인데, 도프용액은 이중 노즐의 바깥쪽 노즐을 통해서 나오게 되며, 이중 방사구금(spinerrette)의 안쪽으로는 1 내지 2ml/분의 유량으로 내부 응고제를 토출시켜 중공사를 제조한다. 이중 노즐의 바깥쪽 노즐의 내경은 0.5 내지 0.8mm이고, 이중 노즐의 안쪽노즐의 내경과 외경은 각각 0.2 내지 0.3mm 및 0.4 내지 0.6 mm이다.Each component of the dope solution, that is, a membrane polymer, a solvent, a polymer or oligomer additive, and a poor solvent additive is made into a uniform solution using a closed reactor, and the uniform dope solution is allowed to stand at room temperature and reduced pressure for 24 hours to form bubbles in the solution. After the removal was spun through a spinnerette (spinerrette). At this time, the spinnerette has a double nozzle structure, and the dope solution is discharged through the outer nozzle of the double nozzle, and the inside of the double spinnerette discharges the internal coagulant at a flow rate of 1 to 2 ml / min. Manufacture hollow fiber. The inner diameter of the outer nozzle of the double nozzle is 0.5 to 0.8 mm, and the inner and outer diameters of the inner nozzle of the double nozzle are 0.2 to 0.3 mm and 0.4 to 0.6 mm, respectively.
상기 방사용액은 고분자 물질(막재질 고분자)에 대해 비용매인 1차 응고액에 침전되기 전에 중공사 내부에서 먼저 응고 과정이 시작된다. 이때 이중 노즐을 통해 방사되는 내부 응고액과 도프용액이 접촉하는 표면에서는 도프용액 내의 용매 및 첨가제와 내부 응고제간의 상호 확산 작용으로 겔화되어 비교적 치밀하고 매우 작은 크기의 기공이 존재하는 치밀분리층이 형성되고, 분리층 아래에서는 내부 응고액과 도프용액간의 계속적인 상분리로 인하여 다공성 하부 구조층이 형성되고, 그 후 외부 응고액에 침전된다. The spinning solution is first coagulated in the hollow fiber before being precipitated in the primary coagulant liquid non-solvent for the polymer material (membrane polymer). At this time, at the surface where the internal coagulating solution radiated through the double nozzle and the dope solution are contacted with each other, gelling is formed by the interdiffusion action of the solvent, the additive in the dope solution, and the internal coagulant to form a dense separation layer having relatively dense and very small pores. Under the separation layer, a porous lower structure layer is formed due to the continuous phase separation between the internal coagulation solution and the dope solution, and then precipitates in the external coagulation solution.
이어서, 중공사 내부에서 응고액과의 접촉으로 인해 일어난 상분리 과정이 1차 응고액에 침전된 중공사 외부 표면에서도 일어나게 된다. 방사 및 응고 단계를 거친 중공사막은 이어서 세척단계, 치환단계 및 건조 단계를 통하여 외부 표면에 결함이 없는 치밀한 분리층과 기공이 존재하는 다공성 하부 구조층으로 구성된 막으로 제조된다.Subsequently, the phase separation process that occurs due to contact with the coagulating liquid inside the hollow fiber also occurs on the outer surface of the hollow fiber precipitated in the primary coagulating liquid. The hollow fiber membrane subjected to the spinning and coagulation step is then made into a membrane consisting of a dense separation layer without defects on the outer surface and a porous substructure layer having pores through a washing step, a substitution step and a drying step.
평막의 경우 고분자 혼합용액을 부직포 위에 캐스팅한 다음, 고분자 물질에 비용매인 응고액에 침전시켜 응고 단계를 거친 후, 중공사막 제조와 동일한 공정을 거쳐 평막으로 제조된다.In the case of the flat membrane, the polymer mixed solution is cast on the nonwoven fabric, and then precipitated in a coagulant solution, which is a non-solvent in the polymer material, to undergo a coagulation step.
본 발명에 따라 제조된 기체분리용 중공사막의 경우, 외경은 약 0.3-0.5mm이고, 내경은 약 0.25mm이며, 분리능을 갖는 치밀한 분리층의 두께는 0.1㎛, 정도이다.In the case of the hollow fiber membrane for gas separation manufactured according to the present invention, the outer diameter is about 0.3-0.5 mm, the inner diameter is about 0.25 mm, and the thickness of the dense separation layer having the resolution is about 0.1 μm.
본 발명의 방법을 공정별로 더욱 상세히 설명하면, 먼저 응고단계에서는 분리막 제조시 응고액과 도프용액이 접촉하는 표면에서는 응고액과 용매/첨가제 혼합물간의 상호확산으로 겔화가 비교적 빠르게 일어나는데, 이때 상분리현상 발생이 용이하도록 제조된 도프용액을 사용하고 도프용액과 응고조의 온도의 차이를 크게 하면 매우 급속하게 상분리가 진행되며, 이로 인해 치밀한 분리층 및 기공을 포함한 다공성 구조층으로 구성된 분리막이 형성된다.The method of the present invention will be described in more detail by the process. First, in the coagulation step, gelation occurs relatively quickly between the coagulation solution and the solvent / additive mixture on the surface where the coagulation solution and the dope solution come into contact with each other during the preparation of the separator. Using a dope solution prepared to facilitate this and increasing the difference between the temperature of the dope solution and the coagulation bath proceeds with very rapid phase separation, thereby forming a separator consisting of a dense separation layer and a porous structure layer including pores.
상기 응고액은 고분자 물질에 대해 비용매이어야 하며, 고분자를 제외하고는 고분자 혼합용액을 구성하는 모든 성분과 상용성이 있어야 한다. 본 발명에 사용되는 응고액으로는 물, 메탄올, 에탄올, 이소프로필 알콜과 같은 알콜류, 또는 물과 알콜류의 혼합물이 바람직하며, 물이 보다 바람직하다. The coagulating solution should be non-solvent for the polymer material and should be compatible with all components constituting the polymer mixed solution except for the polymer. As the coagulating liquid used in the present invention, alcohols such as water, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, or a mixture of water and alcohols are preferable, and water is more preferable.
상기와 같이 방사 또는 캐스팅하여 응고된 기체분리막은 그 내부 및 표면에 잔존해 있는 용매와 첨가제의 혼합물, 응고액 등을 용이하게 제거하기 위해 세척 단계를 거치게 되며, 1일 내지 10일간 흐르는 물로 수행되는 것이 바람직하다.The gas separation membrane solidified by spinning or casting as described above is subjected to a washing step to easily remove a mixture of a solvent and an additive remaining in the inside and the surface, a coagulating solution, and the like, which is performed with running water for 1 to 10 days. It is preferable.
이때 이미 형성되어 있는 중공사 내부에 혼입되어 있는 고분자 또는 올리고머 첨가제는 세척단계에서 제거를 하는 과정이 필요하다. 응고된 고분자막소재(막재질 고분자) 중의 고분자 또는 올리고머 첨가제는 물이나 알콜류에 용해되어 중공사 하부의 기공간에 연결성을 높여주기도 한다.At this time, the polymer or oligomer additive incorporated in the hollow fiber already formed needs to be removed in the washing step. The polymer or oligomer additive in the coagulated polymer membrane material (membrane polymer) may be dissolved in water or alcohols to improve connectivity to the air space under the hollow fiber.
세척단계 후 잔존하는 물은 메탄올, 에탄올, 2-프로판올, 헥산 또는 이들의 혼합물과 같은 치환액으로 처리되어야 한다. 상기 치환액 중 메탄올이 바람직하다.The remaining water after the washing step must be treated with a substitution solution such as methanol, ethanol, 2-propanol, hexane or mixtures thereof. Of the above substituents, methanol is preferred.
세척 후 건조 단계에서는, 분리막 표면의 작은 기공 또는 결함 내에 완전히 습윤되어 있는 치환액이 막형성 물질인 고분자물질과 표면장력이 같거나 그보다 작은 표면장력을 가지기 때문에 건조시 치환액이 휘발되면서 모세관 압력에 의해 분리층 내의 작은 기공 또는 결함을 완전히 제거하게 된다. In the drying step after washing, the substitution liquid completely wetted in small pores or defects on the surface of the membrane has a surface tension equal to or less than that of the polymer material, which is a film-forming substance, and thus the volatilization volatilization is applied to the capillary pressure. This completely eliminates small pores or defects in the separation layer.
이러한 치환공정이 완료된 분리막은 50~100 ℃, 진공하에서 3~24시간 건조되는 것이 바람직하다.It is preferable that the separation membrane having such a substitution process is dried at 50 to 100 ° C. under vacuum for 3 to 24 hours.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 고분자 또는 올리고머 첨가제에 의한 도프용액의 상분리를 촉진시켜 치밀 분리층 내의 기공 또는 결함 크기를 제어하는 응고 단계와, 막내부의 고분자 또는 올리고머 첨가제의 제거를 위한 세척단계, 표면장력이 작은 액체를 막내의 기공에 치환하는 치환단계와, 건조단계를 통해 하부투과저항이 적은 분리막 제조가 가능하다.As described above, the present invention promotes phase separation of the dope solution by the polymer or oligomer additive to control the pore or defect size in the dense separation layer, washing step for removing the polymer or oligomer additive in the membrane, It is possible to manufacture a separation membrane having a low permeation resistance through a substitution step of replacing a liquid having a small surface tension with pores in the membrane and a drying step.
이상 설명한 본 발명의 기체분리막 제조방법을 통하여 제조된 중공사 기체분리막 또는 평막은 기체분리 모듈로도 적용이 가능하며, 그 적용방법은 종래 공지의 방법으로 가능하므로 본 명세서에서는 그 자세한 설명을 생략하기로 한다.Hollow fiber gas separation membrane or flat membrane prepared through the gas separation membrane manufacturing method of the present invention described above is also applicable as a gas separation module, the application method is possible by a conventionally known method, so the detailed description thereof will be omitted. Shall be.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 하기 실시예 및 비교예는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위하여 기재된 것으로서, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 비교예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples and comparative examples of the present invention are described. The following examples and comparative examples are described to explain the present invention in more detail, but the content of the present invention is not limited to the following examples and comparative examples.
[실시예 1]Example 1
혼합물 전체양 100으로 기준하여 고분자인 폴리에테르이미드(GE plastic, Ultem®) 30 중량%를 50 중량%의 N-메틸피롤리돈 용매에 서서히 더하면서 첨가제로서 테트라히드로퓨란 10, 5 중량%, Triton-X-100 10, 15중량%를 첨가, 혼합하여 균일한 용액을 제조하였다. 제조된 균일한 방사용액 내의 기포는 24시간동안 상온 및 감압 하에서 제거하고, 60μm필터를 이용하여 이물질을 제거하였다. 이어서 60℃에서 방사하였다. 이때 에어 갭은 10cm였고, 이중 방사구금(spinnerette)를 사용하였으며, 내부응고액으로는 상온의 물을 사용하여 방사하였고, 외부응고조의 온도를 각각 20℃로 하여 상전환과정을 거친 후 중공사를 권취, 절단한 후 잔존하는 용매와 첨가제의 혼합물을 제거하기 위하여 흐르는 물에 2일 간 세척하였다. 그 후 메탄올에 3시간 이상 침적하여 치밀 분리층에 존재하는 물을 치환하고, 헥산(n-hexane)에 3시간동안 다시 침적시켜 메탄올을 헥산으로 치환한 후 70℃, 진공에서 3시간이상 건조시켜 중공사막을 제조하였다.Add 30 wt% of polymer polyetherimide (GE plastic, Ultem ® ) to 50 wt% of N-methylpyrrolidone solvent based on the total amount of the
제조된 중공사막의 성능은 99.9%의 질소를 각각 사용하고, 5기압 하에서 3개의 동일한 중공사 모듈에 적용하여 평균 질소 기체 투과도를 측정하였다. 각각의 중공사 모듈은 10개의 중공사막을 포함하며, 기체 투과도는 유량계(mass flow meter)를 이용하여 측정하였다. 기체 투과단위는 GPU(Gas Permeation Unit, 10-6 × cm3/cm2 sec cmHg)를 사용하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.The performance of the prepared hollow fiber membrane was 99.9% nitrogen, respectively, and applied to three identical hollow fiber modules under 5 atm to measure the average nitrogen gas permeability. Each hollow fiber module included ten hollow fiber membranes and gas permeability was measured using a mass flow meter. Gas permeation unit was used (Gas Permeation Unit, 10-6 × cm 3 / cm 2 sec cm Hg). The results are shown in Table 1.
[실시예 2]Example 2
혼합물 전체양 100으로 기준하여 고분자인 폴리에테르술폰(제조사: Sumitomo) 37 중량%를 43 중량%의 N-메틸피롤리돈 용매에 서서히 더하면서 첨가제로서 테트라히드로퓨란 10, 5 중량%과 폴리비닐피롤리돈 10 중량%, 15중량%를 첨가, 혼합하여 균일한 용액을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하였다. 제조된 막의 성능 평가 결과는 하기 표 2에 나타내었다.Based on the total amount of the mixture, 37 wt% of polyethersulfone (manufacturer: Sumitomo) as a polymer was gradually added to 43 wt% of N-methylpyrrolidone solvent, and 10, 5 wt% of tetrahydrofuran and polyvinylpyrrole as additives. The same procedure as in Example 1 was conducted except that 10 wt% and 15 wt% of ralidone were added and mixed to prepare a uniform solution. Performance evaluation results of the prepared membrane are shown in Table 2 below.
[실시예 3]Example 3
상기 실시예 1과 2에 의해 제조된 중공사를 도 1과 같은 장치를 사용하여 압축공기의 제습성능실험을 하였다. 제습성능의 측정은 도 1에 의한 공정에 의거하여 측정하였으며 수분을 함유한 기체로서 압축공기를 사용하였다. 도 1의 제습공정은 다음과 같이 진행된다. 수분을 함유한 기체가 제습 중공사막모듈(10)의 공급기체유입부(100)로 공급되고 기체가 중공사막표면과 접촉해감에 따라 수분은 빠르게 막을 투과함과 동시에 모듈의 일측단에 위치한 건조기체유출부(200)로 건조한 기체를 배출하게 된다. 이때, 막을 투과한 수분을 다량 함유한 습윤한 기체는 습윤기체배출부(300)를 통하여 대기 중으로 방출된다. 또한, 상기 건조기체유출부(200)에 압력조절밸브(400)를 설치하여 건조기체유출부(200)로부터 배출되는 기체의 유량을 조절함으로써 제습성능을 유지하고, 상기 압력조절밸브(400)의 타 측단에 위치한 퍼지유량조절밸브(500)를 조절하여 건조기체유출부(200)로부터 배출된 건조기체의 일부를 모듈의 퍼지기체유입부(600)로 유입되도록 하여 막 표면에 생성된 수분을 제거한 뒤 상기 습윤기체배출부(300)를 통하여 대기 중으로 방출된다. 본 제습실험에서는 대기온도 20℃, 이슬점온도 -5℃, 압력 5㎏/㎠의 공기가 공급기체유입부(100)로 공급되고 제습용 분리막모듈의 일측면에 위치한 건조기체유출부(200)로 배출되는 과정에 있어서 일측면의 상단에 위치한 압력조절밸브(400)를 조절하여 배출유량을 감소시킴으로써 제습성능을 조절할 수 있다. 이슬점온도의 측정은 Model DSP-Rm(영국 Alpha moisture systems사) 이슬점 측정기를 사용하여 측정하였으며 그 결과를 아래 표 3에 나타내었다.The hollow fiber manufactured according to Examples 1 and 2 was subjected to the dehumidification performance test of the compressed air using the apparatus as shown in FIG. 1. Dehumidification performance was measured based on the process shown in FIG. 1 and compressed air was used as a gas containing moisture. The dehumidification process of Figure 1 proceeds as follows. As the gas containing water is supplied to the
[비교예 1]Comparative Example 1
혼합물 전체양 100으로 기준하여 고분자인 폴리에테르이미드(GE plastic, Ultem®) 30 중량%를 60, 65 중량%의 N-메틸피롤리돈 용매에 서서히 더하면서 첨가제로서 테트라히드로퓨란 10, 5 중량%를 첨가, 혼합하여 균일한 용액을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1, 3과 동일하게 수행하였다. 제조된 막의 성능 평가 결과는 하기 표 4에 나타내었다.10, 5% by weight of tetrahydrofuran as an additive while gradually adding 30% by weight of polymer polyetherimide (GE plastic, Ultem ® ) to 60, 65% by weight of N-methylpyrrolidone solvent based on the total amount of the
[비교예 2]Comparative Example 2
혼합물 전체양 100으로 기준하여 고분자인 폴리에테르술폰(제조사: Sumitomo) 37 중량%를 53, 58 중량%의 N-메틸피롤리돈 용매에 서서히 더하면서 첨가제로서 테트라히드로퓨란 10, 5 중량%를 첨가, 혼합하여 균일한 용액을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1, 3과 동일하게 수행하였다. 제조된 막의 성능 평가 결과는 하기 표 4에 나타내었다.Add 10, 5% by weight of tetrahydrofuran as an additive while slowly adding 37% by weight of polymer polyethersulfone (manufactured by Sumitomo) to 53, 58% by weight of N-methylpyrrolidone solvent based on the total amount of the
이상에서 보듯이, 비교예 1과 같이 일반적인 기체분리막의 경우는 막의 하부저항이 높아 질소의 투과도가 낮으며, 본 발명의 실시예 1과 실시예 2의 하부 투과저항이 낮은 분리막의 경우가 질소투과도 및 제습투과 실험의 성능인 처리이슬점이 우수한 결과를 나타내었다.As described above, in the case of the general gas separation membrane as in Comparative Example 1, the lower resistance of the membrane is high, so the permeability of nitrogen is low, and in the case of the separation membrane of the lower permeation resistance of Examples 1 and 2 of the present invention, the nitrogen permeability And the treatment dew point, which is a performance of the dehumidification permeation experiment, was excellent.
이상과 같이 중공사막 제조를 위한 도프용액의 제조시에 제거가 용이한 고분자 내지 올리고머 첨가제를 포함하여 중공사의 세정단계에 이 첨가제를 제거하여 분리막의 하부 투과저항을 최소화하는 것이 본 발명에 의해 가능하다. 이렇게 제조된 막은 공기분리, 막제습공정, 휘발성 유기화화물분리 공정 등에 적용가능하다. As described above, it is possible to minimize the lower permeation resistance of the separator by removing the additive in the washing step of the hollow fiber, including a polymer to oligomer additive that is easy to remove during the preparation of the dope solution for the hollow fiber membrane. . The membrane thus prepared is applicable to air separation, membrane dehumidification process, volatile organic sulfide separation process and the like.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 기체분리막은 고분자 또는 올리고머 첨가제에 의한 도프용액의 상분리를 촉진시켜 치밀 분리층 내의 기공 또는 결함 크기를 제어하는 응고 단계와, 막내부의 고분자 내지 올리고머 첨가제의 제거를 위한 세척단계, 표면장력이 작은 액체를 막내의 기공에 치환하는 치환 단계와, 건조단계를 통해 제조되므로 하부 투과저항이 적어 기체분리막으로 바람직하게 사용될 수 있다.As described above, the gas separation membrane of the present invention promotes phase separation of the dope solution by the polymer or oligomer additive to control the size of pores or defects in the dense separation layer, and washes to remove the polymer or oligomer additive in the membrane. Since the step, the substitution step of replacing the liquid with a small surface tension to the pores in the membrane, and the drying step is produced through the lower permeation resistance can be preferably used as a gas separation membrane.
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