KR20100095725A - Desalination membrane based on sulfonated poly(arylene ether) containing crosslinking at end group - Google Patents

Desalination membrane based on sulfonated poly(arylene ether) containing crosslinking at end group Download PDF

Info

Publication number
KR20100095725A
KR20100095725A KR1020090014684A KR20090014684A KR20100095725A KR 20100095725 A KR20100095725 A KR 20100095725A KR 1020090014684 A KR1020090014684 A KR 1020090014684A KR 20090014684 A KR20090014684 A KR 20090014684A KR 20100095725 A KR20100095725 A KR 20100095725A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
membrane
salt
carbon
arylene ether
sulfonated
Prior art date
Application number
KR1020090014684A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
이재석
김영제
정명환
이관수
Original Assignee
광주과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 광주과학기술원 filed Critical 광주과학기술원
Priority to KR1020090014684A priority Critical patent/KR20100095725A/en
Publication of KR20100095725A publication Critical patent/KR20100095725A/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D71/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06Organic material
    • B01D71/66Polymers having sulfur in the main chain, with or without nitrogen, oxygen or carbon only
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D67/00Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0002Organic membrane manufacture
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/44Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/08Seawater, e.g. for desalination

Abstract

PURPOSE: A desalination membrane based on sulfonated poly(arylene ether) containing crosslinking at end group is provided to improve the efficiency of removing poly(amide) salt, and secure high stability even when being exposed to moisture for long time. CONSTITUTION: A salt removing layer is formed with arylene ether copolymers of a cross bridge structure. SAr1 and SAr2 indicates sulfonated aromatic. Ar indicates the aromatic family which is not sulfonated. CM indicates the part of cross-linking. K is between 0.001 - 1.000. The equation of s = 1 - k is satisfied. N indicates a repeating unit of polymer and is integer which is between 10-500.

Description

말단에 가교구조를 형성하는 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르)로 이루어진 염제거막 {Desalination membrane based on sulfonated Poly(Arylene Ether) containing crosslinking at end group}Desalination membrane based on sulfonated Poly (Arylene Ether) containing crosslinking at end group}

본 발명은 해수를 담수화하는 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해수를 담수화하기 위한 염제거막에 관한 것이다.The present invention relates to a technique for desalination of seawater, and more particularly, to a salt removal membrane for desalination of seawater.

수자원의 부족문제는 전세계적인 현상으로 이를 극복하기 위한 다양한 노력들이 수행되고 있다. 지구상에서 사용할 수 있는 물의 양은 한정되어 있으며, Science(313,1088-1090, 2006)지의 보고에 따르면 2025년이 되면 지구상의 약 45%인구가 물 부족으로 고통 받을 것이라고 예상하였다.The shortage of water resources is a global phenomenon and various efforts are being made to overcome them. The amount of water available on the planet is limited, and Science (313, 1088-1090, 2006) reports that by 2025, about 45% of the world's population will suffer from water shortages.

더욱이 개발도상국에서는 오염된 물을 마심으로써 매일 25,000명의 사람들이 사망하고 있는 것이 현실이다. 부족한 물을 충족시키기 위한 대안 중 하나가 해수를 담수화하는 것이다. 하지만 해수(원수)에는 다양한 종류의 염들이 존재하기 때문에 이러한 염들을 제거하기 위해 삼투압 이상의 압력을 가하여 염제거용 분리막을 통과시켜 담수를 얻을 수 있는 방법을 사용하는데 이러한 방법이 역삼투막법이다. Moreover, in developing countries, 25,000 people die every day from drinking contaminated water. One alternative to meet the scarcity of water is to desalination seawater. However, since there are various kinds of salts in seawater (raw water), a method of removing the salts by applying an osmotic pressure or more and passing the salt removal membrane to obtain fresh water is a reverse osmosis membrane method.

현재 가장 널리 사용되는 다우 케미컬 (Dow chemical)에서 생산되는 폴리아마이드 복합체 역삼투막인 필림텍(Film Tech)과 웅진케미컬에서 생산되는 RE8040-SHN의 경우, 높은 물 투과량과 높은 염 제거율(99.7%이상)을 나타낸다. 그러나, 이는 계면중합을 통해 제조되기 때문에 표면이 거칠어 높은 파울링 효과(표면에 이물질이 조금씩 천천히 쌓여 물 투과량 과 염제거율 감소시키는 효과)를 유발할 수 있으며, 또한 원수 속의 박테리아나 미생물이 표면 흡착하여 발생된 바이오 파울링의 원인으로 성능감소가 일어난다. In the case of Film Tech, the polyamide composite reverse osmosis membrane produced by Dow Chemical, which is currently widely used, and RE8040-SHN produced by Woongjin Chemical, high water permeability and high salt removal rate (over 99.7%) Indicates. However, since it is manufactured through interfacial polymerization, the surface is rough, which may cause a high fouling effect (a small amount of foreign matter slowly accumulates on the surface to reduce the water permeation rate and the salt removal rate), and also occurs by surface adsorption of bacteria or microorganisms in raw water. Degradation occurs due to the bio fouling.

이를 해결하기 위해 원수의 박테리아나 미생물, 세균을 억제하기 위하여 염소처리(NaOCl 용액처리)를 해야만 하는데, 폴리 아마이드 복합 역삼투막의 경우 낮은 농도 (100ppm이하 )에서도 쉽게 주사슬의 결합이 깨지는 현상을 나타나 염제거율을 현저히 감소시킨다. 따라서 염소처리 후, 폴리 아마이드 복합 역삼투막에 대한 염소제거 단계 공정이 존재해야 한다. 그러나, 현재 사용되고 있는 역삼투막은 염소에 매우 취약한 단점을 지니고 있다. In order to solve this problem, chlorine treatment (NaOCl solution treatment) must be performed to suppress bacteria, microorganisms and bacteria in raw water. In the case of polyamide reverse osmosis membranes, the bonds of main chains are easily broken even at low concentrations (less than 100 ppm). Significantly reduces the removal rate. Therefore, after chlorination, there must be a chlorine removal step process for the polyamide composite reverse osmosis membrane. However, currently used reverse osmosis membranes have the disadvantage of being very vulnerable to chlorine.

염소 안정성이 우수한 물질로서 미국특허 제4,992,485호에서 마이크로사이즈의 구멍이 존재하는 폴리(이써 이써 케톤)막을 개시하고 있다. 그러나, 술폰산기가 존재하지 않을 뿐 아니라 마이크로 사이즈의 구멍으로 인해 여과막과 역삼투막으로서 사용되지 못하고 여과막이나 역삼투막의 지지체로 사용하는 실정이다. US Pat. No. 4,992,485 discloses a poly (therther ketone) membrane in which microsized pores exist as a material having excellent chlorine stability. However, the sulfonic acid group does not exist and is not used as a filtration membrane and a reverse osmosis membrane due to the micro-sized holes, and is used as a support for the filtration membrane or the reverse osmosis membrane.

또한 미국특허 제4,419,486호에서 술폰화된 폴리(아릴렌 이써 케톤)공중합체로 염소 안정성이 높은 역삼투막 개발하였지만 염제거율(약 70%)이 낮았다.In addition, in US Pat. No. 4,419,486, a sulfonated poly (arylene ether ketone) copolymer was developed for the reverse osmosis membrane having high chlorine stability, but the salt removal rate (about 70%) was low.

따라서 높은 화학적 안정성 특히 염소 안정성을 지니면서 높은 염제거율이 요구되는 소재 개발에 대한 연구가 절실히 요구되고 있는 실정이다.Therefore, there is an urgent need for research on the development of materials having high chemical stability, particularly chlorine stability, and requiring high salt removal rate.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제1 목적은, 말단에 가교구조를 가지는 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체로 이루어진 염제거막을 제공하는데 있다.A first object of the present invention for solving the above problems is to provide a salt removal film made of a sulfonated poly (arylene ether) copolymer having a crosslinked structure at the terminal.

본 발명은, 하기의 화학식으로 표시되는 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체로 말단에 가교구조를 도입하여 염제거율을 증가시키며 높은 내치수성(팽윤율)을 지닌 염제거막을 제공한다.  The present invention provides a salt removing film having a high dimensional resistance (swelling rate) while increasing the salt removal rate by introducing a crosslinked structure at the end of the sulfonated poly (arylene ether) copolymer represented by the following formula.

Figure 112009010901239-PAT00001
Figure 112009010901239-PAT00001

상기 화학식에서, SAr1은 술폰화된 방향족(sulfonated aromatic)을 나타내며, Ar은 술폰화 되지 않은 방향족(none sulfonated aromatic)을 나타내고, CM은 가교할 수 있는 부분(Crosslinkable moiety)을 나타낸다.In the formula, SAr1 represents a sulfonated aromatic, Ar represents a non sulfonated aromatic, and CM represents a crosslinkable moiety.

또한 상기 화학식에서 k는 0.001 - 1.000 의 범위를 지니며, s = 1 - k 값을 가지며, n은 고분자 중합체의 반복단위(repeating unit)를 나타내며, n은 정수로서 10 내지 500을 나타낸다.In addition, in the above formula, k has a range of 0.001-1.000, has a value of s = 1-k, n represents a repeating unit of the polymer, and n represents 10 to 500 as an integer.

또한, 본 발명은, 하기의 화학식으로 표시되는 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체로 말단에 가교구조를 도입하여 염제거율을 증가시키며 높은 내치수성(팽윤율)을 지닌 염제거막을 제공한다. In addition, the present invention provides a salt removing film having a high dimensional resistance (swelling rate) while increasing the salt removal rate by introducing a crosslinked structure at the end of the sulfonated poly (arylene ether) copolymer represented by the following chemical formula. .

Figure 112009010901239-PAT00002
Figure 112009010901239-PAT00002

상기 화학식에서, SAr2은 술폰화된 방향족(sulfonated aromatic)을 나타내며, Ar은 술폰화되지 않은 방향족(none sulfonated aromatic)을 나타내고, CM은 가교할 수 있는 부분(Crosslinkable moiety)을 나타낸다.In the above formula, SAr2 represents a sulfonated aromatic, Ar represents a non sulfonated aromatic, and CM represents a crosslinkable moiety.

또한 상기 화학식에서 k는 0.001 - 1.000 의 범위를 지니며, s = 1 - k 값을 가지며, n은 고분자 중합체의 반복단위(repeating unit)를 나타내며, n은 정수로서 10 내지 500을 나타낸다.In addition, in the above formula, k has a range of 0.001-1.000, has a value of s = 1-k, n represents a repeating unit of the polymer, and n represents 10 to 500 as an integer.

본 발명은, 디하이드록시 단량체 및 디할라이드 단량체를 이용하여 고분자 중합체를 형성하고, 형성된 고분자 중합체의 말단에 축중합에 의한 치환반응을 이용하여 말단에 가교구조를 가지는 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체로 제조된 높은 염제거율과 높은 치수안정성을 지닌 염제거막을 제공한다. The present invention provides a sulfonated poly (arylene ether) having a crosslinked structure at a terminal by forming a polymer polymer using a dihydroxy monomer and a dihalide monomer and using a substitution reaction by condensation polymerization at the terminal of the polymer polymer. It provides a salt removal film having a high salt removal rate and a high dimensional stability made of a copolymer.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제1 실시예First embodiment

본 발명의 제1 실시예에 따른 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체는 말단에 가교구조를 가지는 염제거막이다. 상기 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체는 하기의 화학식 1에 따른다.The sulfonated poly (arylene ether) copolymer according to the first embodiment of the present invention is a salt removing film having a crosslinked structure at its terminal. The sulfonated poly (arylene ether) copolymer is according to the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112009010901239-PAT00003
Figure 112009010901239-PAT00003

상기 화학식 1에서, SAr1은 술폰화된 방향족(sulfonated aromatic)을 나타낸다. 상기 화학식 1에서 SAr1은

Figure 112009010901239-PAT00004
In Formula 1, SAr1 represents sulfonated aromatic. SAr1 in Formula 1 is
Figure 112009010901239-PAT00004

Figure 112009010901239-PAT00005
또는
Figure 112009010901239-PAT00006
이다.
Figure 112009010901239-PAT00005
or
Figure 112009010901239-PAT00006
to be.

또한, Ar은 술폰화되지 않은 방향족(none sulfonated aromatic)을 나타내며,

Figure 112009010901239-PAT00007
또는
Figure 112009010901239-PAT00008
이다. In addition, Ar represents none sulfonated aromatic,
Figure 112009010901239-PAT00007
or
Figure 112009010901239-PAT00008
to be.

Y는 탄소와 탄소가 직접 연결되어 있는 단일결합,

Figure 112009010901239-PAT00009
,
Figure 112009010901239-PAT00010
,
Figure 112009010901239-PAT00011
또는
Figure 112009010901239-PAT00012
이며, A는 탄소와 탄소가 직접 연결되어 있는 단일결합,
Figure 112009010901239-PAT00013
또는
Figure 112009010901239-PAT00014
이며, E는 H, F, C1 ~ C5 또는
Figure 112009010901239-PAT00015
이다. 또한, Y에서
Figure 112009010901239-PAT00016
는 연결부분이 오르소, 메타, 파라 위치에 올 수 있는 벤젠구조를 나타내며,
Figure 112009010901239-PAT00017
는 불소(F)가 완전히 치환되어 있으며 연결부분이 오르소, 메타, 파라 위치에 올수 있는 벤젠구조를 의미한다. 즉
Figure 112009010901239-PAT00018
라 함은 연결부분이 오르소 (
Figure 112009010901239-PAT00019
), 메타 (
Figure 112009010901239-PAT00020
), 파라 (
Figure 112009010901239-PAT00021
) 위치에 올 수 있는 불소가 완전히 치환된 벤젠구조들을 의미한다. 또한 E에서 H는 수소를, F는 불소를, C1 ~ C5는 탄소수가 1에서 5를 의미하는 수소 또는 플루오린이 치환되어 있는 알킬구조를
Figure 112009010901239-PAT00022
는 L이 벤젠에 치환되어 있는 벤젠구조를 의미한다. 상기 구조식에서 L은 H, F, C1 ~ C5 를 나타내며, H는 수소를, F는 불소를, C1 ~ C5는 탄소수가 1에서 5를 의미하는 수소 또는 플루오린이 치환되어 있는 알킬구조를 의미한다.Y is a single bond where carbon and carbon are directly connected,
Figure 112009010901239-PAT00009
,
Figure 112009010901239-PAT00010
,
Figure 112009010901239-PAT00011
or
Figure 112009010901239-PAT00012
A is a single bond in which carbon is directly connected to carbon,
Figure 112009010901239-PAT00013
or
Figure 112009010901239-PAT00014
E is H, F, C1 to C5 or
Figure 112009010901239-PAT00015
to be. Also, in Y
Figure 112009010901239-PAT00016
Represents a benzene structure in which the linking moiety can be in the ortho, meta, or para position,
Figure 112009010901239-PAT00017
Refers to a benzene structure in which fluorine (F) is completely substituted and the linking portion can be at ortho, meta and para positions. In other words
Figure 112009010901239-PAT00018
Means the connection is ortho (
Figure 112009010901239-PAT00019
), Meta (
Figure 112009010901239-PAT00020
), Para (
Figure 112009010901239-PAT00021
Benzene structure which is completely substituted with fluorine which may be at position). In E, H represents hydrogen, F represents fluorine, and C1 to C5 represent an alkyl structure having hydrogen or fluorine substituted with 1 to 5 carbon atoms.
Figure 112009010901239-PAT00022
Means a benzene structure in which L is substituted for benzene. In the above structural formula, L represents H, F, C1 ~ C5, H means hydrogen, F is fluorine, C1 ~ C5 means an alkyl structure substituted with hydrogen or fluorine having 1 to 5 carbon atoms.

또한, Z는 벤젠의 탄소와 -SO3 -M+ 가 직접 연결되어 있는 결합,

Figure 112009010901239-PAT00023
,
Figure 112009010901239-PAT00024
또는
Figure 112009010901239-PAT00025
이며 오르소, 메타, 파라 구조의 위치에 올 수 있 다. Z에서 Y는 앞서 설명한 Y와 의미가 같다.In addition, Z is a bond in which carbon of benzene and -SO 3 - M + are directly connected,
Figure 112009010901239-PAT00023
,
Figure 112009010901239-PAT00024
or
Figure 112009010901239-PAT00025
And may come in positions of ortho, meta, and para structures. Y in Z has the same meaning as Y described above.

M+는 양이온 전하를 가진 짝이온(counterion)이며 칼륨 이온(K+), 나트륨 이온(Na+), 알킬 아민(+NR4) 등을 나타내며, 바람직하게는 칼륨 이온이나 나트륨 이온이다. M + is a counterion having a cationic charge and represents potassium ions (K + ), sodium ions (Na + ), alkyl amines ( + NR 4 ), and the like, preferably potassium ions or sodium ions.

CM은 가교할 수 있는 부분(Crosslinkable moiety)을 나타내며,

Figure 112009010901239-PAT00026
또는
Figure 112009010901239-PAT00027
이다. CM에서 R은 R1이 치환되어있는 삼중결합(ethynyl part)(R=
Figure 112009010901239-PAT00028
), 이중결합(vinyl part)(R=
Figure 112009010901239-PAT00029
) 또는
Figure 112009010901239-PAT00030
이며 오르소, 메타, 파라 구조의 위치에 올 수 있다. 상기 R에서 G는 탄소와 탄소가 직접 연결되어 있는 단일 결합,
Figure 112009010901239-PAT00031
또는
Figure 112009010901239-PAT00032
를 의미한다. 또한 R1은 H, F, C1 ~ C5 또는
Figure 112009010901239-PAT00033
이다. 상기 R1에서 H는 수소를, F는 불소를, C1 ~ C5는 탄소수가 1에서 5를 의미하는 수소 또는 플루오린이 치환되어 있는 알킬구조, R2가 오르소, 메타, 파라 위치에 치환되어 있을 수 있는 벤젠구조(
Figure 112009010901239-PAT00034
)들을 갖는 치환체임을 나타낸다. R2는 H, X 또는 C1~C5이다. 상기 R2에서 H는 수소, C1 ~ C5는 탄소수가 1에서 5를 의미하는 수소 또는 플루오린이 치환되어 있는 알킬구조, X는 할로겐 원자(F, Cl, Br)에 해당되며, X의 경우는 다른 고분자 사슬의 하이드록시 그룹과의 중합을 이룰 수 있는 기능성 그룹이기도 하다. 또한 상기 화학식 1에서 k는 0.001 - 1.000 의 범위를 지니며, s = 1 - k 값을 가지며, n은 고분자 중합체의 반복단위(repeating unit)를 나타내며, n은 정수로서 10~500을 나타낸다.CM represents a crosslinkable moiety,
Figure 112009010901239-PAT00026
or
Figure 112009010901239-PAT00027
to be. In CM, R is an ethynyl part where R1 is substituted (R =
Figure 112009010901239-PAT00028
), The double part (R =
Figure 112009010901239-PAT00029
) or
Figure 112009010901239-PAT00030
And can come in positions of ortho, meta, and para structures. G in R is a single bond in which carbon and carbon are directly connected,
Figure 112009010901239-PAT00031
or
Figure 112009010901239-PAT00032
Means. R1 is also H, F, C1 to C5 or
Figure 112009010901239-PAT00033
to be. In R1, H is hydrogen, F is fluorine, and C1 to C5 are hydrogen or fluorine-substituted alkyl structures having 1 to 5 carbon atoms, R2 may be substituted at ortho, meta and para positions. Benzene Structure
Figure 112009010901239-PAT00034
It is a substituent having a). R2 is H, X or C1-C5. In R2, H is hydrogen, C1 to C5 is an alkyl structure substituted with hydrogen or fluorine having 1 to 5 carbon atoms, X is a halogen atom (F, Cl, Br), and in case of X another polymer It is also a functional group capable of polymerizing with the hydroxy group of the chain. In addition, in Chemical Formula 1, k has a range of 0.001-1.000, has a value of s = 1-k, n represents a repeating unit of the polymer, and n represents 10 to 500 as an integer.

발명이 목적하는 말단에 가교구조를 함유한 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체 합성을 위한 축중합 반응 및 가교결합성기 도입 반응에는 염기로서 알칼리 금속 또는 알칼리토금속의 수산화물, 탄산염, 황산염 중에서 선택된 무기염기를 사용하거나, 또는 암모니아를 비롯한 통상의 아민류 중에서 선택된 유기염기를 사용할 수도 있다. The polycondensation reaction and the crosslinkable group introduction reaction for the synthesis of sulfonated poly (arylene ether) copolymers containing a crosslinked structure at the terminal of the invention are selected from hydroxides, carbonates and sulfates of alkali or alkaline earth metals as bases. An inorganic base may be used, or an organic base selected from conventional amines including ammonia may be used.

또한, 상기 반응 용매로는 N-메틸피롤리돈(NMP), 디메틸포름아마이드(DMF), N,N-디메틸아세트아마이드(DMAc), 디메틸설폭사이드 (DMSO) 등의 비양자성 극성용매 또는 메틸렌클로라이드(CH2Cl2), 클로로포름(CH3Cl), 테트라하이드로퓨란(THF) 등의 양성자성 극성용매가 사용될 수 있으며, 공비용매로서 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등이 사용될 수 있다.As the reaction solvent, aprotic polar solvents or methylene chlorides such as N -methylpyrrolidone (NMP), dimethylformamide (DMF), N, N -dimethylacetamide (DMAc), and dimethyl sulfoxide (DMSO) Protic polar solvents such as (CH 2 Cl 2 ), chloroform (CH 3 Cl) and tetrahydrofuran (THF) may be used, and benzene, toluene, xylene or the like may be used as a non-solvent.

본 발명은 이상의 구조를 지닌 말단에 가교구조를 함유한 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체로 제조된 염제거막은 필름형성 능력, 기계적 안정성, 물리적 특성, 염제거율 등에서는 현재 상용화된 염제거막으로 사용되는 폴리(아마이드)막과 비슷한 수준의 염제거율을 유지하면서도 높은 내화학적 특성(특히 염소안정성)을 지니며, 분자사슬이 연결된 가교구조로 인해 물에 대한 높은 치수 안정성(낮은 팽창율)의 결과를 보였다.The present invention is a salt removal film made of a sulfonated poly (arylene ether) copolymer containing a crosslinked structure at the terminal having the above structure has a salt removal currently commercialized in the film forming ability, mechanical stability, physical properties, salt removal rate, etc. It has high chemical resistance (particularly chlorine stability) while maintaining similar salt removal rate as poly (amide) membrane used as membrane, and has high dimensional stability (low expansion rate) against water due to the crosslinked structure of molecular chain. The results were shown.

이와 같은 본 발명은 다음의 제조예들에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는 바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Such the present invention will be described in more detail based on the following production examples, but the present invention is not limited thereto.

제조예 1: 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체(SPAE-HQ)로 염제거막 제조Preparation Example 1: Preparation of salt removal membrane with sulfonated poly (arylene ether) copolymer (SPAE-HQ)

[반응식 1]Scheme 1

Figure 112009010901239-PAT00035
Figure 112009010901239-PAT00035

교반장치, 질소도입관, 마그네틱 스터바, 딘-스탁(Dean-Stark; azeotropic distillation) 장치가 장착된 100 ml의 2구 둥근 플라스크에 하이드로퀴논술폰닉 에시드 포타슘 쏠트 (hydroquinonesulfonic acid potassium salt) (3 g, 13.1423 mmol)와 K2CO3 (2.15 g), 및 N,N-디메틸아세트아마이드(DMAc)(50 ml)와 벤젠 (25 ml)을 첨가하였다. Hydroquinonesulfonic acid potassium salt (3 g) in a 100 ml two-necked round flask equipped with agitator, nitrogen inlet tube, magnetic stub, Dean-Stark (azeotropic distillation) , 13.1423 mmol) and K 2 CO 3 (2.15 g), and N, N -dimethylacetamide (DMAc) (50 ml) and benzene (25 ml) were added.

활성화 단계(activation step)는 온도를 135oC ~ 140oC 범위에서 6시간까지 올린 후 6 ~ 8 시간 진행되었고, 반응 중 부산물로 생산된 물은 반응용매 중 하나인 벤젠과의 azeotropic distillation 방법에 의하여 제거되었고, 활성화 단계 종료 후 벤젠은 반응기로부터 제거되었다. The activation step was carried out for 6 to 8 hours after raising the temperature up to 6 hours in the range of 135 o C to 140 o C. Water produced as a by-product during the reaction was subjected to azeotropic distillation with benzene, one of the reaction solvents. Was removed, and benzene was removed from the reactor after the end of the activation step.

이후에, 데카플루오로바이페닐 (decafluorobiphenyl) (4.4 g, 13.1693 mmol)을 반응기에 첨가한 후, 반응온도를 140 oC로 유지시켜 12 시간 이상 반응시켰다. 반응이 끝난 후, 500 mL의 에탄올에 침전시키고, 물과 에탄올로 여러번 세척한 후, 60 ℃에서 3일간 진공 건조시켰다. 최종 생성물은 옅은 갈색의 고체로 얻어졌으며, 90 % 이상의 수율을 얻었다.Thereafter, decafluorobiphenyl (4.4 g, 13.1693 mmol) was added to the reactor, and the reaction temperature was maintained at 140 ° C. for at least 12 hours. After the reaction was completed, precipitated in 500 mL of ethanol, washed several times with water and ethanol, and vacuum dried at 60 ℃ for 3 days. The final product was obtained as a pale brown solid, yielding at least 90%.

이상의 방법으로 합성된 SPAE-HQ 고분자의 구조는 1H-NMR, 19F-NMR에 의해서 분석하였다.The structure of the SPAE-HQ polymer synthesized by the above method was analyzed by 1 H-NMR and 19 F-NMR.

도 1의 1H-NMR 분석 결과, 단량체의 하이드록시 그룹 피크가 없음을 확인할 수 있다. 또한, 고분자의 피크에 해당하는 7.51, 7.32, 7.28 ppm로 나타났으며, 도 2의 19F-NMR 분석 결과, 피크가 2개만 나타나 데카플루오로바이페닐 그룹의 파라 위치에 F가 중합 반응에 참여하여 떨어져 나갔음을 확인할 수 있었다.As a result of 1 H-NMR analysis of FIG. 1, it can be seen that there is no hydroxy group peak of the monomer. In addition, the peak of the polymer was found to be 7.51, 7.32, 7.28 ppm, and 19 F-NMR analysis of FIG. 2 showed that only two peaks appeared in the para position of the decafluorobiphenyl group. I was able to confirm that I had fallen off.

염제거막을 제조하기 위해 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) (SPAE-HQ)를 용매에 녹인 후, 0.45 ㎛의 PTFE 멤브레인 필터를 이용하여 여과한 뒤, 깨끗한 유리판 지지체에 고분자 용매를 주물(casting) 방법으로 유리판 위에 부은 후, 40 oC 오븐에 24 시간동안 방치 후, 다시 70 oC 진공 오븐에 24시간 이상 동안 방치시켜 용매를 완전히 제거해준다. 이 때, 사용 가능한 용매로는 이중극성 용매(dipolar solvent)로 구체적으로는 N,N'-디메틸포름아마이드(DMF), 디메틸아세트아마이드(DMAc), 디메틸술폭사이드(DMSO) 또는 N-메틸피롤리돈(NMP)을 사용할 수 있다. Sulfonated poly (arylene ether) (SPAE-HQ) was dissolved in a solvent to prepare a salt removal membrane, filtered using a 0.45 μm PTFE membrane filter, and cast a polymer solvent onto a clean glass plate support. After pouring on the glass plate by the method, it is left in a 40 ° C oven for 24 hours, and then left in a 70 ° C vacuum oven for more than 24 hours to completely remove the solvent. At this time, the solvent that can be used is a dipolar solvent, specifically N, N' -dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAc), dimethyl sulfoxide (DMSO) or N-methylpyrroly You can use money (NMP).

제조예 2: 말단에 가교구조를 함유한 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체(E-SPAE-HQ)로 염제거막 제조 Preparation Example 2 Preparation of Salt-Removing Membrane with Sulfonated Poly (Arylene Ether) Copolymer (E-SPAE-HQ)

[반응식 2]Scheme 2

Figure 112009010901239-PAT00036
Figure 112009010901239-PAT00036

상기 제조예 1에서 합성된 고분자 SPAE-HQ의 말단에 3-에티닐페놀 그룹을 도입하여 E-SPAE-HQ를 제조하였다.E-SPAE-HQ was prepared by introducing 3-ethynylphenol group into the terminal of the polymer SPAE-HQ synthesized in Preparation Example 1.

즉, 상기 제조예 1에서 합성한 고분자 용액에 데카플루오로바이페닐 단량체의 0.2 - 0.5 배 몰비에 해당하는 양의 3-에티닐페놀과 벤젠 (20 ml), K2CO3 (0.7 g)를 첨가하여 6 시간 이상 140 oC에서 추가 반응시킨 후, 벤젠을 완전히 제거하였다. 또한, 반응 중 부산물인 물을 제거해주기 위해, 벤젠과의 azeotropic distillation 방법에 의하여 물이 제거되었다. That is, 3-ethynylphenol, benzene (20 ml) and K 2 CO 3 (0.7 g) were added to the polymer solution synthesized in Preparation Example 1 in an amount corresponding to a molar ratio of 0.2-0.5 times the decafluorobiphenyl monomer. After addition and further reaction at 140 ° C. for at least 6 hours, benzene was completely removed. In addition, water was removed by azeotropic distillation with benzene in order to remove the by-product water during the reaction.

반응이 끝난 후, 500 mL의 에탄올에 침전시키고, 물과 에탄올로 여러번 세척한 후, 60 ℃에서 3일간 진공 건조시켰다. 최종 생성물은 옅은 갈색의 고체로 얻어졌으며, 90 % 이상의 수율을 얻었다.After the reaction was completed, precipitated in 500 mL of ethanol, washed several times with water and ethanol, and vacuum dried at 60 ℃ for 3 days. The final product was obtained as a pale brown solid, yielding at least 90%.

이상의 방법으로 합성된 E-SPAE-HQ 고분자의 구조는 1H-NMR, 19F-NMR, IR에 의해서 분석하였다.The structure of the E-SPAE-HQ polymer synthesized by the above method was analyzed by 1 H-NMR, 19 F-NMR, and IR.

도 1의 1H-NMR 분석 결과, 단량체의 하이드록시 그룹 피크가 없음을 확인할 수 있다. 또한, 고분자의 피크에 해당하는 7.51, 7.32, 7.28 ppm로 나타났으며, 말단에 에틴닐의 수소 피크가 3.16에 나타남으로써 도 1의 에틴닐페놀 단량체의 1H-NMR에서 확인할 수 있듯이 에틴닐 그룹이 치환되었음을 알 수 있다.As a result of 1 H-NMR analysis of FIG. 1, it can be seen that there is no hydroxy group peak of the monomer. In addition, the peaks of the polymer were found to be 7.51, 7.32, and 7.28 ppm, and the hydrogen peak of ethynyl at the terminal was shown at 3.16. As shown in 1 H-NMR of the ethynyl phenol monomer of FIG. It can be seen that this is substituted.

도 2의 19F-NMR 분석 결과, 피크가 2개만 나타나 데카플루오로바이페닐 그룹의 파라 위치에 F가 중합 반응에 참여하여 떨어져 나갔음을 확인할 수 있었다.As a result of 19 F-NMR analysis of FIG. 2, it was confirmed that only two peaks appeared and F dropped in the para position of the decafluorobiphenyl group by participating in the polymerization reaction.

도 3의 IR의 분석 결과, 고분자 말단에 에틴닐 그룹이 치환되어있음을 2900 cm-1 근처의 피크로 확인할 수 있었다.As a result of IR analysis of FIG. 3, it was confirmed that the ethynyl group was substituted at the polymer terminal as a peak near 2900 cm −1 .

염제거막을 제조하기 위해 말단에 가교구조를 함유한 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) (E-SPAE-HQ)를 용매에 녹인 후, 0.45 ㎛의 PTFE 멤브레인 필터를 이용하여 여과한 뒤, 깨끗한 유리판 지지체에 고분자 용매를 주물(casting) 방법으로 유리판 위에 부은 후, 40 oC 오븐에 24 시간동안 방치 후, 다시 70 oC 진공 오븐에 24시간동안 방치시켜 막이 깔려있는 유리판 지지체를 200 oC 근처에서 열 처리를 20 분 이상 실시한 후, 고분자 말단의 고분자를 가교시키기 위하여 250 oC ~ 260 oC 에서 2 시간 이상 열처리를 하였다. 이때, 사용 가능한 용매로는 이중극성 용매(dipolar solvent)로, 구체적으로는 N,N'-디메틸포름아마이드(DMF), 디메틸아세트아마이드(DMAc), 디메틸술폭사이드(DMSO) 또는 N-메틸피롤리돈(NMP)을 사용할 수 있다.To prepare a salt removal membrane, sulfonated poly (arylene ether) (E-SPAE-HQ) containing a crosslinked structure at the end was dissolved in a solvent, filtered using a 0.45 μm PTFE membrane filter, and then cleaned. After pouring the polymer solvent onto the glass plate by casting method, it is allowed to stand in a 40 o C oven for 24 hours and then left in a 70 o C vacuum oven for 24 hours to place the membrane plated glass support near 200 o C. After the heat treatment was performed for 20 minutes or more, heat treatment was performed at 250 ° C. to 260 ° C. for 2 hours or more to crosslink the polymer at the polymer terminal. At this time, the solvent that can be used is a dipolar solvent, specifically N, N ' -dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAc), dimethyl sulfoxide (DMSO) or N-methylpyrroli You can use money (NMP).

말단의 가교를 확인하기 위해서 시차주사열량법(DSC)를 10℃/min로 질소 분위기하에서 측정하였다. 도4의 DSC분석결과 20분동안 250℃에서 가교하였을 경우 250℃ 흡열피크가 존재한다. 이는 아직 말단의 가교되지 않는 에틴닐 그룹이 존재함을 나타낸다. 점점 시간이 흘러 100분이 될 때, 250℃에서 흡열피크가 사라짐을 알 수 있다. 이로써 말단의 에틴닐 그룹이 완전히 가교되었음을 나타낸다. Differential scanning calorimetry (DSC) was measured under nitrogen atmosphere at 10 ° C./min to confirm crosslinking of the terminal. As a result of DSC analysis of FIG. 4, when crosslinked at 250 ° C. for 20 minutes, an endothermic peak at 250 ° C. exists. This indicates that there is still a terminal, uncrosslinked ethynyl group. As time passes by 100 minutes, the endothermic peak disappears at 250 ° C. This indicates that the terminal ethynyl group is fully crosslinked.

상기 제조예1에서 제조된 염제거막(SPAE-HQ)과 말단에 가교구조를 도입한 염제거막(E-SPAE-HQ)을 염제거막의 기본적인 성능평가를 하였다. The salt removal membrane (SPAE-HQ) prepared in Preparation Example 1 and the salt removal membrane (E-SPAE-HQ) having a crosslinked structure at the end thereof were evaluated for the basic performance of the salt removal membrane.

도 5의 도식도와 같이 dead-end filtration (Sterlitech TM HP4750 stirred cell, Sterlitech Corp WA)장비로 질소가스를 연결하여 가스조절 레귤에이터(가스조절기)사용하여 압력을 조절하여 실험하였다. 일정양 250ml의 2000ppm NaCl 용액을 stirred cell 안에 주입용액으로 선택하여(이 농도의 선택은 여러 논문(Polymer논문, 49호 2243쪽, Angew.Chem.Int.Ed.논문 47호 6019쪽)등에서 사용되는 농도임) 질소가스로 압력을 1000psi(약68 Mpa)까지 올려 압력을 주었다. stirred cell 안의 농도를 일정하게 유지하기 위해 stirred cell 안쪽에서 마그네틱 stirrer를 사용하여 혼합하여 주었다. As shown in FIG. 5, the experiment was performed by adjusting the pressure using a gas control regulator (gas regulator) by connecting nitrogen gas to dead-end filtration (Sterlitech ™ HP4750 stirred cell, Sterlitech Corp WA) equipment. A certain amount of 250 ml of 2000 ppm NaCl solution was selected as an injection solution in a stirred cell (selection of this concentration was used in various papers (Polymer Paper, 49, 2243, Angew. Chem. Int. Ed, Paper 47, 6019). Concentration) The pressure was raised to 1000 psi (about 68 Mpa) with nitrogen gas. To maintain a constant concentration in the stirred cell, the mixture was mixed using a magnetic stirrer inside the stirred cell.

상기 질소가스를 사용하여 압력을 10psi부터 1000psi까지 다양하게 사용될 수 있으며, 압력이 1000psi로 한정하는 것은 아니다. 또한 상기 질소 가스 대신 흔히 사용하는 안정한 아르곤 가스가 사용될 수 있다.The nitrogen gas may be used in a variety of pressure from 10psi to 1000psi, the pressure is not limited to 1000psi. In addition, a stable argon gas which is commonly used may be used instead of the nitrogen gas.

또한 도 6의 도식도와 같이 염제거장치를 제조하였다.In addition, a salt removal apparatus was manufactured as shown in FIG. 6.

항상 일정농도 2000ppm NaCl용액을 주입하기 위해 염제거막을 투과하고 난후 용액(투과된 용액)과 염제거막에 의해 배제된 고농도의 NaCl 농축수를 분리하여, 다시 주입용액과 적당량의 증류수와 혼합하여 다시 농도를 일정하여 유지하여(2000ppm NaCl)계속 순환된다. 이때 용액을 주입하는 동력은 펌프를 이용하였고 각각의 라인은 벨브(레귤레이터)에 의해 주입 용액의 압력은 400psi로 일정하게 유지하였다. 위의 cell의 면적은 19㎠이다. After passing through the salt removing membrane to inject a constant concentration of 2000 ppm NaCl solution, separate the solution (permeated solution) and the concentrated NaCl concentrated water excluded by the salt removing membrane, and then mix the injected solution with an appropriate amount of distilled water again. The concentration is kept constant (2000 ppm NaCl) to continue circulation. At this time, the power to inject the solution was pumped and each line was maintained at a constant pressure of 400psi by the valve (regulator). The area of the above cell is 19cm2.

염제막을 통과한 용액의 농도와 처음 주입하는 NaCl용액의 농도를 비교하여, 아래의 식으로부터 NaCl제거율(NaCl rejection)을 계산하였다. NaCl rejection was calculated from the following equation by comparing the concentration of the solution that passed through the salt film with the concentration of NaCl solution to be injected first.

제거율(%)=(1-Cp/Cf)×100% Removal = (1-C p / C f ) × 100

Cp(주입농도) : NaCl 2000ppm, Cf : 투과농도, 압력 : 1000psi, 온도 : 25℃ (농도는 디지털전도도 측정기(Oakton con110, Cole Parmer)로 측정하였다.C p (injection concentration): NaCl 2000ppm, C f: permeation concentration, pressure: 1000psi, temperature: 25 ℃ (concentration was measured by a digital conductivity meter (Oakton con110, Cole Parmer).

이때 사용되는 주입된 용액은 NaCl 용액으로 한정한는 것은 아니며, 사용될 수 있는 용액들은 MgSO4 용액, MgCl2 용액, KCl용액등 염이 녹아 있는 용액들은 사용 할 수 있다.The injected solution used is not limited to NaCl solution, the solution that can be used may be a solution in which salts such as MgSO4 solution, MgCl2 solution, KCl solution dissolved.

또한 물의 투과된 양으로부터 투과하는 동안 시간을 측정하여, 아래의 식으로부터 물 투과량을 계산하였다.The time of permeation was also measured from the permeated amount of water, and the water permeation amount was calculated from the following equation.

물투과량={(V.l)/(A.t.△p)} Water Permeation Rate = {(V.l) / (A.t. △ p)}

V는 투과된 물의 부피,l은 막의 두께, A는 막의 면적, t는 투과하는 동안 시간, △p는 압력차이다. V is the volume of water permeated, l is the thickness of the membrane, A is the area of the membrane, t is the time during permeation, and Δp is the pressure difference.

또한 염제거막으로써 물에 대한 치수안정성을 물에 대한 막의 면적 팽창율(%) (swelling ratio)로 나타내었다.In addition, the dimensional stability of water as a salt removal membrane was expressed as the area swelling ratio (%) of the membrane to water.

24시간동안 염제거막을 물에 함침시켜 건조한상태의 막의 면적과 함침 후 막의 면적을 비교하여 아래의 식과 같이 팽창율을 계산하였다. For 24 hours, the salt removal membrane was impregnated with water, and the area of the membrane after drying was compared with that of the membrane after the impregnation, and the expansion ratio was calculated as in the following equation.

팽창율(%) = (A wet - A dry)x100 / A dry,% Expansion = (A wet-A dry) x 100 / A dry,

A wet는 젖은 상태의 막의 면적, A dry은 마른상태의 막의 면적  A wet is the wetted membrane area, A dry is the dry membrane area

염제거막의로서 성능은 염제거율, 물 투과량, 팽창율, 이온 교환능을 가교 전 염제거막과 가교 후 염제거막을 표 1에서 나타내었다.The performances of the salt removal membrane are shown in Table 1 for the salt removal rate, water permeation rate, expansion rate, and ion exchange capacity.

가교 전 염제거막(SPAE-HQ)와 가교된 염제거막(E-SPAE-HQ)의 경우 NaCl제거율을 비교해 보면 75.2%에서 89.0%로 증가하였다. In the case of cross-linking salt removal film (SPAE-HQ) and cross-linked salt removal film (E-SPAE-HQ), the NaCl removal rate was increased from 75.2% to 89.0%.

본 발명의 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르)공중합체로 이루어진 염제거막의 염제거 과정을 설명하면, NaCl 용액의 염제거막을 투과하게 되는데, 도6의 도식도에서 보는바와 같이, 본 발명의 염제거막의 경우 친수성기와 소수성기로 구성되어 있다. 친수성기는 화학식1에서 보는바와 같이, 술폰화되어있고, 물이 존재하는 환경에서는 SOO- 와 Na+나 K+ 해리되어 존재한다. 염제거막 내부에서 존재하는 해리된 이온들의 + - 전하들이 다량으로 존재하기 때문에, NaCl 용액속에 존재하는 Na+ Cl-이온들이 전하의 반발력에 의해 염제거막을 통가하지 못하고 물만 통과하게 된다. 또한, 술폰화된 친수성기가 공중합체로 존재하기 때문에 나노 채널을 형성한다. 이러한 나노채널은 여러 문헌들에 의해 이제껏 확인되었다.(Journal of Membrnae Science논문, 243호 317쪽) 술폰화된 친수성 채널이 나노 크기로 제어되 기 때문에 더욱더 Na+이온이나 Cl-이온이 염제거막을 통과되지 않는다. Referring to the salt removal process of the salt removal membrane made of the sulfonated poly (arylene ether) copolymer of the present invention, the salt removal membrane of the NaCl solution is permeated, as shown in the schematic diagram of FIG. The removal membrane is composed of a hydrophilic group and a hydrophobic group. As shown in the formula (1), the hydrophilic group is sulfonated, and in the environment in which water is present, SOO- and Na + or K + are dissociated. Since the +-charges of the dissociated ions present in the salt removing film are present in a large amount, Na + Cl-ions present in the NaCl solution do not pass through the salt removing film due to the charge repulsive force and pass only water. In addition, the sulfonated hydrophilic groups are present as copolymers to form nanochannels. These nanochannels have been identified so far in the literature (Journal of Membrnae Science, p. 243, p. 317). Because the sulfonated hydrophilic channels are nanoscale controlled, more and more Na + ions or Cl- ions pass through the salt removal membrane. It doesn't work.

가교효과에 의해 NaCl제거율이 증가하는 이유는 도 7의 도식도에서 같이, 양 말단의 에틸그룹(ethyl)이 열(250℃, 2시간)에 의해 벤젠 구조로 바뀌어 화학적 가교를 이루게 된다. 3개의 ethyl 그룹이 모여 벤젠구조를 이뤄 화학적 가교는 이미 발표된 여러 문헌(Chem. Mater논문 8호 4519쪽, Macromolecules 논문 34호 7817쪽)들을 통해 알려져 왔다. 말단 그룹의 화학적가교로 인해 분자들 간에 상호 그물망처럼 연결되어 있는 나노구조로 인해 크기가 작은 물은 통과하고, 수화된 Na+ 이온이나 Cl-이온은 크기가 물보다 크기 때문에 염제거막을 통과되지 않는다. 이러한 가교효과로 인해 NaCl제거율이 증가하게 된다. The reason why the NaCl removal rate is increased by the crosslinking effect is that as shown in the schematic diagram of FIG. 7, ethyl groups (ethyl) at both ends are converted into a benzene structure by heat (250 ° C., 2 hours) to form a chemical crosslink. Chemical crosslinking has been known from several published publications (Chem. Mater, 8, 4519, Macromolecules, 34, 7817). Due to the chemical cross-linking of the end groups, the nanostructures are connected to each other like a net, and small water passes through it. Hydrated Na + ions or Cl- ions do not pass through the salt removal membrane because they are larger than water. This crosslinking effect increases the NaCl removal rate.

또한, 물에 대한 팽창율은 가교 효과로 인해 31.5%에서 29.3%로 낮아 염제거막으로서의 성능이 증가하였다. 염제거막으로서 물에 대한 팽창율이 중요한 이유는 염제거막은 물이 존재하는 환경에서 가동되기 때문에 염제거막의 면적이 증가되면, 치수안정성이 떨어지게 되어 염제거 성능이 떨어지는 효과를 초래할 수 있기 때문이다. 반면 물 투과량은 말단 구조의 가교효과로 인해 약간 감소된다.In addition, the expansion ratio for water was lowered from 31.5% to 29.3% due to the crosslinking effect, thereby increasing the performance as a salt removing membrane. The reason why the expansion ratio with respect to water is important as the salt removal film is that the salt removal film is operated in an environment in which water is present, so that if the area of the salt removal film is increased, the dimensional stability is lowered and the salt removal performance may be deteriorated. On the other hand, the water permeation rate is slightly reduced due to the crosslinking effect of the terminal structure.

하지만 아래의 표에서 보는 바와 같이, 상용화된 폴리(아마이드)중 현재까지 최고의 성능을 가진 염제거막인 다우케미컬에서 제조된 SW30HR-380(참고 : http://www.dow.com/liquidseps/)염제거막의 경우보다 본 발명에 따른 염제거막은 물 투과량이 약 5배 이상 큰 값으로 비록 염 제거율은 떨어지나 물 투과량 측면에서는 월등히 큰 성능을 나타내어 염제거막으로서 높은 성능을 보여준다. However, as shown in the table below, SW30HR-380 manufactured by Dow Chemical, the best performing salt remover among the commercialized poly (amides) to date (see http://www.dow.com/liquidseps/) Compared to the salt removal membrane, the salt removal membrane according to the present invention shows a high performance as the salt removal membrane because the water permeation amount is about 5 times larger than the salt removal rate, although the salt removal rate is lowered.

또한, 상용화된 폴리(아마이드)염제거막의 경우 압력이 보통 225psi에서 많 이 사용하며, 이는 고압상태에서 염제거막이 손상되어 효율이 저하되기 때문이다. 그러나, 본 발명의 염제거막의 경우 고압(1000psi)까지 올려도 염제거막의 손상이 없으며, 고압에서도 안정성이 우수한 것으로 나타난다.In addition, the pressure of the commercially available poly (amide) salt removal film is usually used at 225 psi, because the salt removal film is damaged under high pressure, thereby reducing efficiency. However, the salt removal membrane of the present invention does not damage the salt removal membrane even when raised to a high pressure (1000psi), and appears to have excellent stability even at a high pressure.

염제거막Desalination film 이온교환능
(meq/g)
Ion exchange capacity
(meq / g)
NaCl 제거율
(%)c
NaCl removal rate
(%) c
물투과량
(L·㎛/m2·h·bar)d
Water permeation
(L · μm / m 2 · h · bar) d
면적 팽창율
(%)e
Area expansion rate
(%) e
계산치a Calculated a 실험치b Experimental value b SPAE-HQ
(가교전)
SPAE-HQ
(Crossing)
2.0652.065 2.2792.279 75.275.2 3.53.5 31.531.5
E-SPAE-HQ(가교후)E-SPAE-HQ (After School) 2.0652.065 2.1232.123 89.089.0 2.82.8 29.329.3 폴리(아마이드)염제거막Poly (amide) Salt Removal Film -- -- 99.799.7 0.61f 0.61 f -- a: 단량체 몰비율로 계산 {IEC = (1000 / 반복단위 분자량) x 술폰화된 비율 x 술폰산기의 개수}
b: 24시간동안 0.01N NaCl 용액에 담근후, 0.01 N NaOH로 적정하여 측정한다 (지시약으로는 페놀프탈레인을 사용한다)
c: 제거율(%)=(1-Cp/Cf)×100, Cp(주입농도) : NaCl 2000ppm,
Cf : 투과농도, 압력 : 1000psi, 온도 : 25℃ (농도는 디지털전도도 측정기 (Oakton con110, Cole Parmer)측정
d: 물투과량은 dead-end filtration (Sterlitech TM HP4750 stirred cell, Sterlitech Corp WA)장비로 측정하였고
물투과량={(V.l)/(A.t.△p)} V는 투과된 물의 부피,l은 막의 두께, A는 막의 면적, t는 투과시 시간, △p는 압력차
e: 팽창율(%)은 {팽창율(%) = (A wet - A dry)x100 / A dry, A wet는 젖은상태의 막의 면적, A dry은 마른상태의 막의 면적 }
f: 단위두께당 물 투과량 (L/m2·h·bar)
a: Calculated as monomer mole ratio {IEC = (1000 / repeat unit molecular weight) x sulfonated ratio x number of sulfonic acid groups}
b: Soaked in 0.01 N NaCl solution for 24 hours, titrated with 0.01 N NaOH and measured (indicative of phenolphthalein).
c: removal rate (%) = (1-C p / C f ) × 100, C p (injection concentration): NaCl 2000ppm,
C f: permeation concentration, pressure: 1000psi, temperature: 25 ℃ (concentration is measured by digital conductivity meter (Oakton con110, Cole Parmer)
d: Water permeation was measured by dead-end filtration (Sterlitech TM HP4750 stirred cell, Sterlitech Corp WA)
Water permeability = {(Vl) / (AtΔp)} V is the volume of water permeated, l is the thickness of the membrane, A is the membrane area, t is the time of permeation, and Δp is the pressure difference
e: Expansion rate (%) is {expansion rate (%) = (A wet-A dry) x 100 / A dry, A wet is the area of the membrane in the wet state, A dry is the area of the membrane in the dry state}
f: the water permeability per unit thickness (L / m 2 · h · bar)

제조예 3: 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체(SFQK-BP-10)로 염제거막 제조Preparation Example 3: Preparation of salt removal membrane with sulfonated poly (arylene ether) copolymer (SFQK-BP-10)

[반응식 3]Scheme 3

Figure 112009010901239-PAT00037
Figure 112009010901239-PAT00037

상기 제조예 1과 동일한 방법으로 SFQK-BP-10를 합성하였으며, 다만 하이드로퀴논술폰닉 에시드 포타슘 쏠트 (hydroquinonesulfonic acid potassium salt)를 90%, 바이페놀(byphenol)를 10% 사용하였다. 최종 생성물의 수율은 90% 이상이었다. 염제거막 제조 또한 상기 제조예1과 동일한 방법으로 제조하였다.SFQK-BP-10 was synthesized in the same manner as in Preparation Example 1, except that 90% hydroquinonesulfonic acid potassium salt and 10% biphenol were used. The yield of the final product was at least 90%. Preparation of the salt removal film was also prepared in the same manner as in Preparation Example 1.

제조예 4: 말단에 가교구조를 함유한 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체(E-SFQK-BP-10)로 역삼투막 제조Preparation Example 4: Reverse osmosis membrane prepared from sulfonated poly (arylene ether) copolymer (E-SFQK-BP-10) containing a crosslinked structure at the end

[반응식 4]Scheme 4

Figure 112009010901239-PAT00038
Figure 112009010901239-PAT00038

상기 제조예 2과 동일한 방법으로 E-SFQK-BP-10를 합성하였으며, 다만 하이드로퀴논술폰닉 에시드 포타슘 쏠트(hydroquinonesulfonic acid potassium salt)를 90%, 바이페놀(byphenol)를 10% 사용하였다. 최종 생성물의 수율은 90% 이상이었다. 염제거막 제조 또한 상기 제조예2과 동일한 방법으로 제조하였다. E-SFQK-BP-10 was synthesized in the same manner as in Preparation Example 2, except that 90% hydroquinonesulfonic acid potassium salt and 10% biphenol were used. The yield of the final product was at least 90%. Preparation of the salt removal film was also prepared in the same manner as in Preparation Example 2.

염제거막 성능평가 또한 상기 제조예2와 같은 방법으로 실험하였다. Salt removal membrane performance evaluation was also performed in the same manner as in Preparation Example 2.

가교 전 염제거막(SFQK-BP-10)와 가교된 염제거막(E-SFQK-BP-10)의 경우 NaCl제거율을 비교해 보면 표2에서 나타낸 바와 같이 83.1%에서 93.2%로 증가하였다. 제조예 2에서 설명한 바와 같이, 말단 구조의 가교 효과로 분자 분자간의 나노구조로 연결됨으로서 물에 대한 팽창율 또한 26.3%에서 15.3%로 낮아 역삼투막 성능이 증가하였다. In the case of the cross-linking salt removing film (SFQK-BP-10) and the cross-linked salt removing film (E-SFQK-BP-10), the NaCl removal rate was increased from 83.1% to 93.2% as shown in Table 2. As described in Preparation Example 2, the reverse osmosis membrane performance was increased because the expansion ratio for water was also lowered from 26.3% to 15.3% due to the crosslinking effect of the terminal structure and the nanostructure between molecules.

반면 가교효과로 인해 물이 막을 투과하기 힘들어 물 투과량은 2.4 (L·㎛/m2·h·bar)에서 1.9(L·㎛/m2·h·bar)로 더 감소된다. 그러나, 아래의 표에서 보는 바와 같이, 폴리(아마이드)염제거막의 경우보다 물투과량이 약 3~4배 정도 큰 값으로 염제거율을 다소 약간 낮음에도 불구하고, 물 투과량을 월등히 큰 성능을 나타내어 염제거막으로 우수한 성능을 나타낸다.On the other hand, due to the crosslinking effect, water is hard to permeate the membrane, so the water permeation amount is further reduced from 2.4 (L · μm / m 2 · h · bar) to 1.9 (L · μm / m 2 · h · bar). However, as shown in the table below, the water permeation rate is about 3 to 4 times larger than that of the poly (amide) salt removal membrane, and although the salt removal rate is slightly lower, the water permeation rate shows a great performance. Excellent performance as a removal film.

염제거막Desalination film 이온교환능
(meq/g)
Ion exchange capacity
(meq / g)
NaCl 제거율
(%)c
NaCl removal rate
(%) c
물투과량
(L·㎛/m2·h·bar)d
Water permeation
(L · μm / m 2 · h · bar) d
팽창율
(%)e
Expansion rate
(%) e
계산치a Calculated a 실험치b Experimental value b SFQK-BP-110)
(가교전)
SFQK-BP-110)
(Crossing)
1.9631.963 1.9691.969 83.183.1 2.42.4 26.326.3
E-SFQK-BP-10
(가교후)
E-SFQK-BP-10
(After school)
1.9631.963 1.9361.936 93.293.2 1.91.9 15.315.3
폴리(아마이드)염제거막Poly (amide) Salt Removal Film -- -- 99.799.7 0.61f 0.61 f -- a: 단량체 몰비율로 계산 {IEC = (1000 / 반복단위 분자량) x 술폰화된 비율 x 술폰산기의 개수}
b: 24시간동안 0.01N NaCl 용액에 담근후, 0.01 N NaOH로 적정하여 측정한다 (지시약으로는 페놀프탈레인을 사용한다)
c: 제거율(%)=(1-Cp/Cf)×100, Cp(주입농도) : NaCl 2000ppm,
Cf : 투과농도, 압력 : 1000psi, 온도 : 25℃ (농도는 디지털전도도 측정기 (Oakton con110, Cole Parmer)측정
d: 물투과율은 dead-end filttration (Sterlitech TM HP4750 stirred cell, Sterlitech Corp WA)장비로 측정하였고
물투과율={(V.l)/(A.t.△p)} V는 투과된 물의 부피,l은 막의 두께, A는 막의 면적, t는 투과시 시간, △p는 압력차
e: 팽창율(%)은 {팽창율(%) = (A wet - A dry)x100 / A dry, A wet는 젖은상태의 막의 면적, Wdry은 마른상태의 막의 면적 }
f: 단위두께당 물 투과량 (L/m2·h·bar)
a: Calculated as monomer mole ratio {IEC = (1000 / repeat unit molecular weight) x sulfonated ratio x number of sulfonic acid groups}
b: Soaked in 0.01 N NaCl solution for 24 hours, titrated with 0.01 N NaOH and measured (indicative of phenolphthalein).
c: removal rate (%) = (1-C p / C f ) × 100, C p (injection concentration): NaCl 2000ppm,
C f: permeation concentration, pressure: 1000psi, temperature: 25 ℃ (concentration is measured by digital conductivity meter (Oakton con110, Cole Parmer)
d: Water permeability was measured with a dead-end filttration (Sterlitech ™ HP4750 stirred cell, Sterlitech Corp WA) instrument
Water permeability = {(Vl) / (AtΔp)} V is the volume of water permeated, l is the thickness of the membrane, A is the membrane area, t is the time of permeation, and Δp is the pressure difference
e: The expansion rate (%) is {expansion rate (%) = (A wet-A dry) x 100 / A dry, A wet is the wetted membrane area, Wdry is the dry membrane area}
f: the water permeability per unit thickness (L / m 2 · h · bar)

제조예 5: 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체(SFQK-BP-20)로 염제거막 제조Preparation Example 5 Preparation of Salt-Removing Membrane with Sulfonated Poly (Arylene Ether) Copolymer (SFQK-BP-20)

[반응식 5]Scheme 5

Figure 112009010901239-PAT00039
Figure 112009010901239-PAT00039

상기 제조예 1과 동일한 방법으로 SFQK-BP-10를 합성하였으며, 다만 하이드로퀴논술폰닉 에시드 포타슘 쏠트 (hydroquinonesulfonic acid potassium salt)를 80%, 바이페놀(byphenol)를 20% 사용하였다. 최종 생성물의 수율은 90% 이상이었다. 염제거막 제조 또한 상기 제조예1과 동일한 방법으로 제조하였다.SFQK-BP-10 was synthesized in the same manner as in Preparation Example 1, except that 80% hydroquinonesulfonic acid potassium salt and 20% biphenol were used. The yield of the final product was at least 90%. Preparation of the salt removal film was also prepared in the same manner as in Preparation Example 1.

제조예 6: 말단에 가교구조를 함유한 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체(E-SFQK-BP-20)로 역삼투막 제조Preparation Example 6 Reverse Osmosis Membrane Preparation with Sulfonated Poly (arylene Ether) Copolymer (E-SFQK-BP-20)

[반응식 6]Scheme 6

Figure 112009010901239-PAT00040
Figure 112009010901239-PAT00040

상기 제조예 2과 동일한 방법으로 E-SFQK-BP-20를 합성하였으며, 다만 하이드로퀴논술폰닉 에시드 포타슘 쏠트(hydroquinonesulfonic acid potassium salt)를 80%, 바이페놀(byphenol)를 20% 사용하였다. 최종 생성물의 수율은 90% 이상이었다. 염제거막 제조 또한 상기 제조예2과 동일한 방법으로 제조하였다.E-SFQK-BP-20 was synthesized in the same manner as in Preparation Example 2, except that 80% hydroquinonesulfonic acid potassium salt and 20% biphenol were used. The yield of the final product was at least 90%. Preparation of the salt removal film was also prepared in the same manner as in Preparation Example 2.

염제거막 성능평가 또한 상기 제조예2와 같은 방법으로 심험하였다. 가교 전 염제거막(SFQK-BP-20)와 가교된 염제거막(E-SFQK-BP-20)의 경우 제조예2에서 설명한 바와 같이, 말단 구조의 가교 효과로 분자-분자간의 나노구조로 연결됨으로서 NaCl제거율을 비교해 보면87.3%에서 96.4%로 증가하였고, 말단구조의 가교 효과로 인해 나노구조의 그물구조를 형성함으로서 분자-분자간의 연결되어 팽창율 또한 20.6%에서 7.6%로 낮아 염제거막 성능이 증가하였다. The salt removal membrane performance evaluation was also conducted in the same manner as in Preparation Example 2. In the case of the salt-removing membrane (SFQK-BP-20) and the cross-linked salt-removing membrane (E-SFQK-BP-20) before crosslinking, as described in Preparation Example 2, the cross-linking effect of the terminal structure was used as a nanostructure between molecules and molecules. Compared with NaCl removal rate, it was increased from 87.3% to 96.4%, and the structure of nano-structure was formed due to the cross-linking effect of the terminal structure. Increased.

반면 말단구조의 가교효과로 인해 물이 막을 투과하기 힘들어 물 투과량은 1.9 (L·㎛/m2·h·bar)에서 1.2(L·㎛/m2·h·bar)로 다소 감소된다. On the other hand, due to the crosslinking effect of the terminal structure, water is difficult to permeate the membrane, so the water permeation amount is slightly reduced from 1.9 (L · μm / m 2 · h · bar) to 1.2 (L · μm / m 2 · h · bar).

그러나 아래의 표에서 보는 바와 같이, 폴리(아마이드)염제거막의 경우보다 물투과량이 약 2배 이상 큰 값으로 염제거막으로서 우수한 성능을 나타낸다. 염 제거율은 99.7%를 보여주는 상용화된 폴리(아마이드)염제거막과 비교해 볼 때, 말단 구조의 가교된 염제거막(E-SFQK-BP-20)의 96.4%값은 거의 비슷한 값이며, 이에 반해, 물투과량도 약 2배정도 큰 값을 보여주어 염제거막으로서 월등히 우수한 성능을 나타낸다.  However, as shown in the table below, the water permeation amount is about two times larger than that of the poly (amide) salt removing film, which shows excellent performance as the salt removing film. Compared to the commercially available poly (amide) salt removing membrane showing 99.7%, the salt removal rate was almost similar to 96.4% of the cross-linked salt removing membrane (E-SFQK-BP-20). In addition, the water permeation rate is also about 2 times higher, which is excellent as a salt removal membrane.

염제거막Desalination film 이온교환능
(meq/g)
Ion exchange capacity
(meq / g)
NaCl 제거율
(%)c
NaCl removal rate
(%) c
물투과량
(L·㎛/m2·h·bar)d
Water permeation
(L · μm / m 2 · h · bar) d
팽창율
(%)e
Expansion rate
(%) e
계산치a Calculated a 실험치b Experimental value b SFQK-BP-20
(가교전)
SFQK-BP-20
(Crossing)
1.8601.860 1.8931.893 87.387.3 1.91.9 20.620.6
E-SFQK-BP-20
(가교후)
E-SFQK-BP-20
(After school)
1.8691.869 1.8791.879 96.496.4 1.21.2 7.67.6
폴리(아마이드)염제거막Poly (amide) Salt Removal Film -- -- 99.799.7 0.61f 0.61 f -- a: 단량체 몰비율로 계산 {IEC = (1000 / 반복단위 분자량) x 술폰화된 비율 x 술폰산기의 개수}
b: 24시간동안 0.01N NaCl 용액에 담근후, 0.01 N NaOH로 적정하여 측정한다 (지시약으로는 페놀프탈레인을 사용한다)
c: 제거율(%)=(1-Cp/Cf)×100, Cp(주입농도) : NaCl 2000ppm,
Cf : 투과농도, 압력 : 1000psi, 온도 : 25℃ (농도는 디지털전도도 측정기 (Oakton con110, Cole Parmer)측정
d: 물투과량은 dead-end filttration (Sterlitech TM HP4750 stirred cell, Sterlitech Corp WA)장비로 측정하였고
물투과량={(V.l)/(A.t.△p)} V는 투과된 물의 부피,l은 막의 두께, A는 막의 면적, t는 투과시 시간, △p는 압력차
e: 팽창율(%)은 {팽창율(%) = (A wet - A dry)x100 / A dry, A wet는 젖은상태의 막의 면적, Wdry은 마른상태의 막의 면적 }
f: 단위두께당 물 투과량 (L/m2·h·bar)
a: Calculated as monomer mole ratio {IEC = (1000 / repeat unit molecular weight) x sulfonated ratio x number of sulfonic acid groups}
b: Soaked in 0.01 N NaCl solution for 24 hours, titrated with 0.01 N NaOH and measured (indicative of phenolphthalein).
c: removal rate (%) = (1-C p / C f ) × 100, C p (injection concentration): NaCl 2000ppm,
C f: permeation concentration, pressure: 1000psi, temperature: 25 ℃ (concentration is measured by digital conductivity meter (Oakton con110, Cole Parmer)
d: Water permeation was measured with a dead-end filttration (Sterlitech ™ HP4750 stirred cell, Sterlitech Corp WA) instrument
Water permeability = {(Vl) / (AtΔp)} V is the volume of water permeated, l is the thickness of the membrane, A is the membrane area, t is the time of permeation, and Δp is the pressure difference
e: The expansion rate (%) is {expansion rate (%) = (A wet-A dry) x 100 / A dry, A wet is the wetted membrane area, Wdry is the dry membrane area}
f: the water permeability per unit thickness (L / m 2 · h · bar)

제조예 7: 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체(SFQK-BP-30)로 염제거막 제조 Preparation Example 7 Preparation of Salt-Removing Membrane with Sulfonated Poly (Arylene Ether) Copolymer (SFQK-BP-30)

[반응식 7] Scheme 7

Figure 112009010901239-PAT00041
Figure 112009010901239-PAT00041

상기 제조예 1과 동일한 방법으로 SFQK-BP-30를 합성하였으며, 다만 하이드로퀴논술폰닉 에시드 포타슘 쏠트 (hydroquinonesulfonic acid potassium salt)를 70%, 바이페놀(byphenol)를 30% 사용하였다. 최종 생성물의 수율은 90% 이상이었다. 염제거막 제조 또한 상기 제조예1과 동일한 방법으로 제조하였다.SFQK-BP-30 was synthesized in the same manner as in Preparation Example 1, except that 70% of hydroquinonesulfonic acid potassium salt and 30% of biphenol were used. The yield of the final product was at least 90%. Preparation of the salt removal film was also prepared in the same manner as in Preparation Example 1.

제조예 8: 말단에 가교구조를 함유한 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체(E-SFQK-BP-30)로 역삼투막 제조Preparation Example 8: Reverse osmosis membrane prepared from sulfonated poly (arylene ether) copolymer (E-SFQK-BP-30) containing a crosslinked structure at the end

[반응식 8]Scheme 8

Figure 112009010901239-PAT00042
Figure 112009010901239-PAT00042

상기 제조예 2과 동일한 방법으로 E-SFQK-BP-30를 합성하였으며, 다만 하이드로퀴논술폰닉 에시드 포타슘 쏠트 (hydroquinonesulfonic acid potassium salt)를 70%, 바이페놀(byphenol)를 30% 사용하였다. 최종 생성물의 수율은 90% 이상이었다. 염제거막 제조 또한 상기 제조예2과 동일한 방법으로 제조하였다.E-SFQK-BP-30 was synthesized in the same manner as in Preparation Example 2, except that 70% hydroquinonesulfonic acid potassium salt and 30% biphenol were used. The yield of the final product was at least 90%. Preparation of the salt removal film was also prepared in the same manner as in Preparation Example 2.

염제거막 성능평가 또한 상기 제조예2와 같은 방법으로 심험하였다. 가교 전 염제거막(SFQK-BP-20)와 가교된 염제거막(E-SFQK-BP-20)의 경우 제조예2에서 설명한 바와 같이, 말단 구조의 가교 효과로 분자 분자간의 나노구조로 연결됨으로서 NaCl제거율을 비교해 보면 90.3%에서 98.4%로 증가하였고, 말단구조의 가교 효과로 인해 나노구조의 그물구조를 형성함으로서 분자-분자간의 연결구조가 형성되어 팽창율 또한 20.6%에서 7.6%로 낮아 염제거막 성능이 증가하였다. The salt removal membrane performance evaluation was also conducted in the same manner as in Preparation Example 2. In the case of the salt-removing membrane (SFQK-BP-20) and the cross-linked salt-removing membrane (E-SFQK-BP-20) before cross-linking, as described in Preparation Example 2, the cross-linking effect of the terminal structure is linked to the nano-molecular structure between molecules. In comparison, NaCl removal rate increased from 90.3% to 98.4% .By forming the nanostructured net structure due to the cross-linking effect of the terminal structure, the molecular-molecule linkage was formed, and the expansion ratio was lowered from 20.6% to 7.6%. Membrane performance increased.

반면 말단구조의 가교효과로 인해 물이 막을 투과하기 힘들어 물 투과량은 0.8(L·㎛/m2·h·bar)에서 0.7(L·㎛/m2·h·bar)로 다소 감소되었다. On the other hand, due to the crosslinking effect of the terminal structure, the water permeation was difficult to permeate the membrane, so the water permeation amount was slightly decreased from 0.8 (L · μm / m 2 · h · bar) to 0.7 (L · μm / m 2 · h · bar).

하지만 아래의 표에서 보는 바와 같이, 폴리(아마이드)염제거막의 경우보다 물 투과량이 더 높은 값을 유지하여 염제거막으로서 우수한 성능을 나타낸다. 염 제거율은 99.7%를 보여주는 상용화된 폴리(아마이드)염제거막과 비교해 볼 때, 말단 구조의 가교된 염제거막(E-SFQK-BP-20)의 98.4%값은 거의 근접한 값이며, 이에 반해, 물 투과량도 보다 큰 값을 보여주어 염제거막으로서 월등히 우수한 성능을 나타낸다.  However, as shown in the table below, the water permeation amount is maintained higher than that of the poly (amide) salt removal membrane, showing excellent performance as a salt removal membrane. Compared to commercially available poly (amide) salt removal membranes showing 99.7%, the salt removal rate is almost close to 98.4% of the cross-linked salt removal membranes (E-SFQK-BP-20). In addition, the water permeation amount also shows a higher value, which is excellent as a salt removal membrane.

이제까지 앞에서 제조예1에서부터 제조예8까지 만들어진 염제거막을 술폰산기의 조성의 변화에 따른 즉 이온교환능에 따른 NaCl 제거율 변화를 가교 전 염제거막 과 가교 후 염제거막과 비교한 그래프는 도 8이다. So far, the graph of comparing the salt removal membrane made from Preparation Example 1 to Preparation Example 8 according to the change of the sulfonic acid group, that is, the NaCl removal rate according to the ion exchange capacity, with the salt removal membrane before crosslinking and the salt removal membrane after crosslinking is shown in FIG. 8. .

도8에서 알 수 있듯이 술폰산기가 점점 줄어들면서, 즉 이온교환능이 점점 줄어들면서 NaCl제거율은 증가한다. 이는 도6의 도식도에서 보는 바와 같이, 술폰화된 친수성기의 크기가 점점 줄어 들고, 소수성기의 크기는 점점 늘어나게 된것에 기인한다. 즉 술폰산기가 점점 줄어들면서, 친수성기의 크기가 보다 작은 나노 크기로 되어 수화된 Na+ 이온과 Cl-이온들이 투과하지 못하게 된다. 이러한 원리에 의해 술폰산기가 점점 줄어들면서 NaCl 염제거율은 점점 증가하게 된다.As can be seen in FIG. 8, the sulfonic acid group gradually decreases, that is, the NaCl removal rate increases as the ion exchange capacity decreases. This is due to the fact that the size of the sulfonated hydrophilic group is gradually reduced, and the size of the hydrophobic group is gradually increased, as shown in the schematic diagram of FIG. That is, as the sulfonic acid group gradually decreases, the hydrophilic group becomes smaller in size, and the hydrated Na + ions and Cl- ions cannot penetrate. By this principle, as the sulfonic acid group decreases gradually, the NaCl salt removal rate increases gradually.

또한 본 발명에 따라 가교된 염제거막의 경우, 가교 되지 않는 염제거막 보다 모든 경우에서 NaCl제거율이 더 높게 나타낸다. In addition, in the case of the salt removal film crosslinked according to the present invention, the NaCl removal rate is higher in all cases than the salt removal film not crosslinked.

또한 술폰산기의 조성의 변화에 따른 즉 이온교환능에 따른 물 투과량(L·㎛/m2·h·bar)변화를 가교 전 염제거막 과 가교 후 염제거막과 비교한 그래프는 도 9이다.In addition, a graph comparing the change in water permeation (L · μm / m 2 · h · bar) according to the change of the sulfonic acid group, that is, the ion exchange capacity, with the salt removal membrane before crosslinking and the salt removal membrane after crosslinking is shown in FIG. 9.

도 9에서 알 수 있듯이 술폰산기가 점점 줄어들면서 즉 이온교환능(IEC) 점점 줄어들면서, 물 투과량은 점점 줄어들며, 이는 분자구조상에서 친수성기인 -SOOH의 비율이 줄어들기 때문에 물 투과량 또한 줄어들게 된다. As can be seen in FIG. 9, as the sulfonic acid group decreases gradually, that is, the ion exchange capacity (IEC) decreases, the water permeation rate decreases, which decreases the water permeation rate because the ratio of the hydrophilic group -SOOH decreases in the molecular structure.

또한 가교된 염제거막의 경우, 가교 되지 않는 염제거막 보다 모든 경우에서 물 투과량이 더 낮게 나타낸다. 이는 도7의 도식도에서 보는 바와 같이, 말단 가교구조를 통하여 분자 분자간에 서로 서로 연결된 그물망 구조로 인하여, 분자간의 밀도가 더 높아져 물의 투과량이 낮아 진 것으로 보인다. 비교예로서 폴리(아마이드)염제거막인 물 투과량이 0.61(L/m2·h·bar)와 비교하여 말단 가교된 염제거막(E-SFQK-BP-30)인 경우 물 투과량 0.7(L·㎛/m2·h·bar)의 성능은 다소 높으며, 또한 염소안정성도 월등히 우수하여, 염제거막으로서 적절한 성능을 나타낸다.In addition, in the case of the crosslinked salt removing membrane, the water permeation amount is lower in all cases than the uncrosslinked salt removing membrane. As shown in the schematic diagram of FIG. 7, due to the network structure connected to each other between the molecular molecules through the terminal cross-linking structure, it seems that the density of molecules is higher and the water permeation amount is lowered. As a comparative example, the water permeation rate of the poly (amide) salt removal membrane was 0.71 (L / m 2 · h · bar) compared to 0.61 (L / m 2 · h · bar) in the case of the terminal crosslinked salt removal membrane (E-SFQK-BP-30). Μm / m 2 h) is slightly higher, and the chlorine stability is also very good, showing a suitable performance as a salt removing film.

또한 술폰산기의 조성의 변화에 따른 즉 이온교환능(IEC)에 따른 물에 대한 팽창율(Swelling ration)(%)변화를 가교 전 염제거막과 가교 후 염제거막과 비교한 그래프는 도 10이다. 도10에서 알 수 있듯이 술폰산기가 점점 줄어들면서 즉 이온교환능(IEC) 점점 감소하고, 팽창율도 점진적으로 줄어들며, 이는 분자구조상에서 친수성기인 술폰산기(SOOH)의 비율이 줄어들기 때문에 물을 함유하는 능력 및 팽창율이 감소하기 때문이다. In addition, the graph of comparing the swelling ratio (%) change in water according to the composition of the sulfonic acid group, that is, the ion exchange capacity (IEC), with the salt removal membrane before crosslinking and the salt removal membrane after crosslinking is shown in FIG. 10. As can be seen in FIG. 10, the sulfonic acid group gradually decreases, that is, the ion exchange capacity (IEC) gradually decreases, and the swelling rate gradually decreases, which decreases the ratio of the hydrophilic group sulfonic acid group (SOOH) in the molecular structure and thus the ability to contain water. This is because the expansion rate decreases.

또한 가교된 염제거막의 경우, 가교되지 않는 염제거막 보다 모든 경우에서 팽창율이 더 낮게 나타낸다. 이는 말단 가교구조를 통하여 분자 사슬간에 연결되어 있는 그물 구조로 인하여, 물에 대한 팽창율이 낮아진 것으로 보인다. In addition, in the case of the crosslinked salt removing film, the expansion ratio is lower in all cases than the uncrosslinked salt removing film. This is due to the net structure connected between the molecular chains through the terminal crosslinking structure, the expansion rate for water seems to be lowered.

염제거막Desalination film 이온교환능
(meq/g)
Ion exchange capacity
(meq / g)
NaCl 제거율
(%)c
NaCl removal rate
(%) c
물투과량
(L·㎛/m2·h·bar)d
Water permeation
(L · μm / m 2 · h · bar) d
팽창율
(%)e
Expansion rate
(%) e
계산치a Calculated a 실험치b Experimental value b SFQK-BP-30
(가교후)
SFQK-BP-30
(After school)
1.7571.757 1.8001.800 90.390.3 0.80.8 15.615.6
E-SFQK-BP-30
(가교후)
E-SFQK-BP-30
(After school)
1.7571.757 1.7961.796 98.498.4 0.70.7 7.07.0
폴리(아마이드)염제거막Poly (amide) Salt Removal Film -- -- 99.799.7 0.61f 0.61 f -- a: 단량체 몰비율로 계산 {IEC = (1000 / 반복단위 분자량) x 술폰화된 비율 x 술폰산기의 개수}
b: 24시간동안 0.01N NaCl 용액에 담근후, 0.01 N NaOH로 적정하여 측정한다 (지시약으로는 페놀프탈레인을 사용한다)
c: 제거율(%)=(1-Cp/Cf)×100, Cp(주입농도) : NaCl 2000ppm,
Cf : 투과농도, 압력 : 1000psi, 온도 : 25℃ (농도는 디지털전도도 측정기 (Oakton con110, Cole Parmer)측정
d: 물투과량은 dead-end filttration (Sterlitech TM HP4750 stirred cell, Sterlitech Corp WA)장비로 측정하였고
물투과량={(V.l)/(A.t.△p)} V는 투과된 물의 부피,l은 막의 두께, A는 막의 면적, t는 투과시 시간, △p는 압력차
e: 팽창율(%)은 {팽창율(%) = (A wet - A dry)x100 / A dry, A wet는 젖은상태의 막의 면적, Wdry은 마른상태의 막의 면적 }
f: 단위두께당 물 투과량 (L/m2·h·bar)
a: Calculated as monomer mole ratio {IEC = (1000 / repeat unit molecular weight) x sulfonated ratio x number of sulfonic acid groups}
b: Soaked in 0.01 N NaCl solution for 24 hours, titrated with 0.01 N NaOH and measured (indicative of phenolphthalein).
c: removal rate (%) = (1-C p / C f ) × 100, C p (injection concentration): NaCl 2000ppm,
C f: permeation concentration, pressure: 1000psi, temperature: 25 ℃ (concentration is measured by digital conductivity meter (Oakton con110, Cole Parmer)
d: Water permeation was measured with a dead-end filttration (Sterlitech ™ HP4750 stirred cell, Sterlitech Corp WA) instrument
Water permeability = {(Vl) / (AtΔp)} V is the volume of water permeated, l is the thickness of the membrane, A is the membrane area, t is the time of permeation, and Δp is the pressure difference
e: The expansion rate (%) is {expansion rate (%) = (A wet-A dry) x 100 / A dry, A wet is the wetted membrane area, Wdry is the dry membrane area}
f: the water permeability per unit thickness (L / m 2 · h · bar)

상기 제조예7에서 제조된 염제거막(SFQK-BP-30)의 말단에 가교구조를 도입한 염제거막(E-SFQK-BP-30)은 3000ppm NaOCl용액, pH4의 조건에서 10일동안 함침시킨 후 ATR-IR 스펙트럼 변화를 확인하였다.The salt-removing membrane (E-SFQK-BP-30) having a crosslinked structure at the end of the salt-removing membrane (SFQK-BP-30) prepared in Preparation Example 7 was impregnated with 3000 ppm NaOCl solution at pH 4 for 10 days. After the change of ATR-IR spectrum was confirmed.

pH4 조건을 택한 이유는 폴리(아마이드) 염제거막의 경우 pH7이나 pH10의 경우 도 11(참조 : Journal of Membrane Science 논문, 300호, 165쪽)에서 보는 바와 같이, ATR-IR 스펙트럼이 NaOCl용액 함침 전과 거의 비슷하며, pH4의 경우는 스펙트럼의 변화가 확인되었다. 그 원인으로는 pH10의 경우 ClO- 농도가 진한 반면, pH4의 경우는 HClO의 농도가 크며, HClO가 염소화 반응에 작용하기 때문에, pH4 조건에서 실험한 것이다.The reason why the pH4 condition was chosen was that the ATR-IR spectrum before and after impregnation of NaOCl solution, as shown in FIG. 11 (see Journal of Membrane Science Paper, No. 300, p. 165) for poly (amide) salt removal membranes and pH10. Almost the same, for pH4, the change in the spectrum was confirmed. The reason for this is that the concentration of ClO- is high at pH 10, while the concentration of HClO is high at pH 4, and HClO acts on the chlorination reaction.

도12인 SFQK-BP-30(가교전)염제거막 경우, ATR-IR의 스펙트럼 변화를 확인할 수 없었다. Wave number 1650cm-1 과 1405cm-1에서 아로마틱(aromatic) C=C 결합의 스펙트럼의 변화가 없으며, 1233cm-1 과 1023cm-1에서 술폰화(SO3)그룹의 위치이며, 이 스펙트럼의 변화 또한 10일 동안 보이지 않는다. 890cm-1과 815cm-1에서 CH 결합을 나타내는 스펙트럼 또한 10일 동안 아무런 변화를 보이지 않았다. 위의 E-SFQK-BP-30의 염제거막의 주요 사슬 결합을 나타내는 스펙트럼들이 그대로 보여진 것으로 보아, 이는 분자 구조상 아무런 변화가 없으며, 3000ppm NaOCl용액 pH4 극한조건에서 10일 동안 주사슬의 염소안정성이 월등히 뛰어나 염제거막으로써 우수한 성능을 나타냄을 알 수 있다.In the case of SFQK-BP-30 (pre-crosslinking) salt removal film of FIG. 12, the spectral change of ATR-IR could not be confirmed. There is no change in the spectrum of the aromatic C = C bonds at wave numbers 1650 cm-1 and 1405 cm-1, the position of the sulfonated (SO3) group at 1233 cm-1 and 1023 cm-1, and the change in this spectrum is also 10 days Is not visible while. Spectra of CH bonds at 890 cm-1 and 815 cm-1 also showed no change for 10 days. As the spectra showing the major chain bonds of the salt-removal membrane of E-SFQK-BP-30 were shown as it is, it showed no change in molecular structure, and the chlorine stability of the main chain was excellent for 10 days under 3000 ppm NaOCl solution pH4. It can be seen that it shows excellent performance as an excellent salt removal film.

도13인 E-SFQK-BP-30(가교후)염제거막의 경우도 ATR-IR의 스펙트럼 어떠한 변화도 확인할 수 없었다. Wave number 1650cm-1 과 1405cm-1에서 아로마틱(aromatic) C=C 결합의 스펙트럼의 변화가 없으며, 1233cm-1 과 1023cm-1에서 술폰화(SO3)그룹의 위치이며, 이 스펙트럼의 변화 또한 10일 동안 보이지 않는다. 890cm-1과 815cm-1에서 C-H 결합을 나타내는 스펙트럼 또한 10일 동안 아무런 변화를 보이지 않았다. 위의 E-SFQK-BP-30의 염제거막의 주요 사슬 결합을 나타내는 스펙트럼들이 그대로 보여진 것으로 보아 이는 분자 구조상 아무런 변화가 없으며, 3000ppm NaOCl용액 pH4 극한조건에서 10일 동안 주사슬의 염소안정성 월등히 뛰어나 염제거막으로써 우수한 성능을 나타낸다. In the case of the E-SFQK-BP-30 (post-crosslinked) salt removal membrane shown in Fig. 13, no change in the spectrum of ATR-IR could be confirmed. There is no change in the spectrum of the aromatic C = C bonds at wave numbers 1650 cm-1 and 1405 cm-1, the position of the sulfonated (SO3) group at 1233 cm-1 and 1023 cm-1, and the change in this spectrum is also 10 days Is not visible while. Spectra of C-H bonds at 890 cm-1 and 815 cm-1 also showed no change for 10 days. The spectra showing the major chain bonds of the salt-removing membrane of E-SFQK-BP-30 were shown intact, which shows no change in molecular structure and excellent chlorine stability of the main chain for 10 days under 3000 ppm NaOCl solution pH4. Excellent performance as a removal film.

비교예로서 도14인 폴리(아마이드)염제거막을 같은 조건에서 1시간이후부터 1610cm-1에서 C=O 과 N-H 의 수소결합 스펙트럼이 없어지기 시작하고, 또한 1542cm-1에서 C=O 스트레칭 스펙트럼이 없어지기 시작하더니, 24시간이 지난 후 완전히 위의 두 스펙트럼이 사라졌다. 이는 폴리(아마이드)염제거막의 아마이드 결합이 분해를 보여준다. 폴리(아마이드)염제거막의 경우, 주 사슬의 분해로 인하여, 염 제거율은 낮아지게 되어, 성능이 떨어지게 된다. As a comparative example, the poly (amide) salt removal film shown in Fig. 14 started to disappear from the hydrogen bonding spectrum of C = O and NH at 1610 cm-1 after 1 hour under the same conditions, and the C = O stretching spectrum at 1542 cm-1. It started to disappear, and after 24 hours, the two spectra completely disappeared. This shows that the amide bond of the poly (amide) salt removal membrane is degraded. In the case of the poly (amide) salt removal film, due to decomposition of the main chain, the salt removal rate is lowered, resulting in poor performance.

상술한 바대로 본 발명의 실시예들에 따라 염제거막의 경우, 상용화된 폴리(아마이드)염제거막과 비교하여, 높은 화학적 안정성 특히 염소안정성을 가짐을 알 수 있다. 또한, 말단 가교된 염제거막(E-SFQK-BP-30)인 경우, 염제거막으로서 가장 중요한 특성인 염제거율(NaCl 제거율)은 최고 98.4% 특성을 보여준다. 상용화된 폴리(아마이드)중 현재까지 최고의 성능을 가진 염제거막은 다우케미컬에서 제조된 SW30HR-380(참고 : http://www.dow.com/liquidseps/)이며, NaCl 제거율이 최고 99.7%와 비교하여 말단 가교된 염제거막(E-SFQK-BP-30)인 경우 염제거율 98.4%의 성능은 견줄 만하다.As described above, in the case of the salt removing film according to the embodiments of the present invention, it can be seen that it has a high chemical stability, in particular chlorine stability, compared to the commercialized poly (amide) salt removing film. In addition, in the case of the terminal crosslinked salt removal film (E-SFQK-BP-30), the salt removal rate (NaCl removal rate), which is the most important property as the salt removal film, shows the highest 98.4% property. Among the commercialized poly (amides), the best salt removal membrane to date is SW30HR-380 manufactured by Dow Chemical (http://www.dow.com/liquidseps/) and NaCl removal rate is up to 99.7%. In the case of the terminal crosslinked salt removal membrane (E-SFQK-BP-30), the performance of the salt removal rate of 98.4% is comparable.

또한, 염제거 막으로서 중요한 성능인 물 투과량은(L·㎛/m2·h·bar) 모든 염제거막이 경우에서, 폴리(아마이드)염제거막(0.61 L/m2·h·bar)의 경우보다 물 투과량이 높은 값으로 염제거막으로서 우수한 성능을 나타낸다. In addition, the water permeation rate (L · μm / m 2 · h · bar), which is an important performance as the salt removal membrane, is in the case of all salt removal membranes, the poly (amide) salt removal membrane (0.61 L / m 2 · h · bar). The water permeation amount is higher than the case, showing excellent performance as the salt removing membrane.

또한 24시간동안 2000ppm NaCl 용액과 3000ppm NaOCl pH4인 용액을 주입농도 선택하여, 상기 제조예2에서 제시한 장치를 사용하여, 시간에 따른 NaCl제거율과 물 투과량을 가교된 염제거막(E-SFQK-BP-30)을 폴리(아마이드)염제거막과 비교하였다. 도15에서 보는 바와 같이, 폴리(아마이드)염제거막은 처음 99.7% NaCl제거율을 나타내지만 한시간(60분)만에 NaCl제거율이 50%로 줄어들면서 6시간이 지난후 약 20%로 감소하였다. 그 이유는 도14의 ATR-IR 스펙트럼에서 보는바와 같이 1610cm-1에서 C=O 과 N-H 의 수소결합 스펙트럼이 소멸하고, 1542cm-1에서 C=O 스트레칭 스펙트럼이 소멸하기 때문이다. 이는 분자의 구조가 분해되기 시작하면서 수화된 Na+ 이온이나 Cl-이온들이 쉽게 염제거막을 통과하게 되어 NaCl제거율이 감소한 것으로 판단된다.In addition, the injection concentration of the 2000 ppm NaCl solution and 3000 ppm NaOCl pH4 solution was selected for 24 hours, using a device shown in Preparation Example 2, the NaCl removal rate and water permeation rate of the cross-linked salt removal membrane (E-SFQK- BP-30) was compared with the poly (amide) salt removal membrane. As shown in FIG. 15, the poly (amide) salt removal film showed the first 99.7% NaCl removal rate but decreased to about 20% after 6 hours as the NaCl removal rate was reduced to 50% in one hour (60 minutes). This is because, as shown in the ATR-IR spectrum of FIG. 14, the hydrogen bonding spectrum of C = O and N-H disappears at 1610 cm-1, and the C = O stretching spectrum disappears at 1542 cm-1. It is thought that the NaCl removal rate was reduced because the hydrated Na + ions or Cl-ions easily passed through the salt removal membrane as the structure of the molecule began to degrade.

이에 반해 가교된 염제거막(E-SFQK-BP-30)의 경우는 같은 조건에서 ATR-IR에서도 보는 바와 같이 분자구조의 분해가 없어, 24시간 동안에 NaCl제거율의 변화가 없다. In contrast, in the case of the crosslinked salt removing film (E-SFQK-BP-30), as shown in ATR-IR under the same conditions, there is no degradation of the molecular structure, and there is no change in NaCl removal rate for 24 hours.

또한 도 16의 위와 같은 조건에서 24시간동안 물 투과량을 비교해 보면, 폴리(아마이드)염제거막의 경우, 처음 0.61(L/m2·h·bar)인에 반해, 약 1시간 만에 2배이상 증가하더니, 6시간이 지났을때 4배이상 증가하였다. 이는 앞에서 설명한 바와 같이 폴리(아마이드)염제거막의 C=O 과 N-H결합이 분해되기 시작하면서 쉽게 물이 투과할 수 있어, 물 투과량이 증가한 것으로 보인다. In addition, when the water permeation amount was compared for 24 hours under the conditions as shown in FIG. 16, in the case of the poly (amide) salt removing membrane, the initial 0.61 (L / m 2 · h · bar) was twice or more in about 1 hour. After 6 hours, it increased more than 4 times. As described above, water is permeable easily as C = O and NH bonds of the poly (amide) salt removal membrane start to decompose, and the water permeation amount seems to increase.

그러나, 가교된 염제거막(E-SFQK-BP-30)의 경우 같은 조건에서, 앞에서 설명한 바와 같이 분자구조의 분해가 거의 없어 24시간동안 물투과량의 변화가 전혀 없다.However, in the case of the cross-linked salt removing membrane (E-SFQK-BP-30), under the same conditions, there is almost no decomposition of the molecular structure as described above, so that there is no change in water permeation for 24 hours.

위 도15와 16의 결과로 보아 가교된 염제거막(E-SFQK-BP-30)의 경우 폴리(아마이드)염제거막과 비교하여 NaOCl 조건에서 월등히 우수한 화학적 안정성을 나타낸다. As a result of FIGS. 15 and 16, the cross-linked salt removing film (E-SFQK-BP-30) shows superior chemical stability under NaOCl conditions compared to the poly (amide) salt removing film.

제2 실시예Second embodiment

본 발명의 제2 실시예에 따른 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체는 말단에 가교구조를 가지며 하기의 화학식 4에 따른다.The sulfonated poly (arylene ether) copolymer according to the second embodiment of the present invention has a crosslinked structure at the end and is represented by the following Chemical Formula 4.

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112009010901239-PAT00043
Figure 112009010901239-PAT00043

상기 화학식 4에서, SAr2는 술폰화된 방향족(sulfonated aromatic)을 나타낸다.In Formula 4, SAr2 represents a sulfonated aromatic.

또한, 상기 화학식 4에서 SAr2는

Figure 112009010901239-PAT00044
,
Figure 112009010901239-PAT00045
In addition, in Formula 4, SAr2 is
Figure 112009010901239-PAT00044
,
Figure 112009010901239-PAT00045

또는

Figure 112009010901239-PAT00046
이다.or
Figure 112009010901239-PAT00046
to be.

또한, 화학식 4에서 Ar은 술폰화되지 않은 방향족(none sulfonated aromatic)을 나타내며,

Figure 112009010901239-PAT00047
또는
Figure 112009010901239-PAT00048
이다.In addition, in Formula 4, Ar represents non-sulfonated aromatic,
Figure 112009010901239-PAT00047
or
Figure 112009010901239-PAT00048
to be.

SAr2 및 Ar의 예로 개시된 분자식에서 Y는 탄소와 탄소가 직접 연결되어 있는 단일결합

Figure 112009010901239-PAT00049
,
Figure 112009010901239-PAT00050
또는
Figure 112009010901239-PAT00051
이며, A는 탄소와 탄소가 직접 연결되어 있는 단일결합
Figure 112009010901239-PAT00052
,
Figure 112009010901239-PAT00053
또는
Figure 112009010901239-PAT00054
이며, E는 H, F, C1 ~ C5 또는
Figure 112009010901239-PAT00055
이다. 또한, Y에서
Figure 112009010901239-PAT00056
는 연결부분이 오르소, 메타, 파라 위치에 올 수 있는 벤젠구조를 나타내며,
Figure 112009010901239-PAT00057
는 불소(F)가 완전히 치환되어 있으며 연결부분이 오르소, 메타, 파라 위치에 올수 있는 벤젠구조를 의미한다. 즉
Figure 112009010901239-PAT00058
라 함은 연결부분이 오르소 (
Figure 112009010901239-PAT00059
), 메타 (
Figure 112009010901239-PAT00060
), 파라 (
Figure 112009010901239-PAT00061
) 위치에 올수 있는 불소가 완전히 치환된 벤젠구조들을 의미한다. 또한 E에서 H는 수소를, F는 불소를, C1 ~ C5는 탄소수가 1에서 5를 의미하는 수소 또는 플루오린이 치환되어 있는 알킬구조를
Figure 112009010901239-PAT00062
는 L이 벤젠에 치환되어 있는 벤젠구조를 의미한다. 상기 구조식에서 L은 H, F, C1 ~ C5 를 나타내며, H는 수소를, F는 불소를, C1 ~ C5는 탄소수가 1에서 5를 의미하는 수소 또는 플루오린이 치환되어 있는 알킬구조를 의미한다.In the molecular formula disclosed as an example of SAr 2 and Ar, Y is a single bond in which carbon is directly connected to carbon.
Figure 112009010901239-PAT00049
,
Figure 112009010901239-PAT00050
or
Figure 112009010901239-PAT00051
A is a single bond in which carbon is directly connected to carbon.
Figure 112009010901239-PAT00052
,
Figure 112009010901239-PAT00053
or
Figure 112009010901239-PAT00054
E is H, F, C1 to C5 or
Figure 112009010901239-PAT00055
to be. Also, in Y
Figure 112009010901239-PAT00056
Represents a benzene structure in which the linking moiety can be in the ortho, meta, or para position,
Figure 112009010901239-PAT00057
Refers to a benzene structure in which fluorine (F) is completely substituted and the linking portion can be at ortho, meta and para positions. In other words
Figure 112009010901239-PAT00058
Means the connection is ortho (
Figure 112009010901239-PAT00059
), Meta (
Figure 112009010901239-PAT00060
), Para (
Figure 112009010901239-PAT00061
Benzene structure that is completely substituted with fluorine which may be at position). In E, H represents hydrogen, F represents fluorine, and C1 to C5 represent an alkyl structure having hydrogen or fluorine substituted with 1 to 5 carbon atoms.
Figure 112009010901239-PAT00062
Means a benzene structure in which L is substituted for benzene. In the above structural formula, L represents H, F, C1 ~ C5, H means hydrogen, F is fluorine, C1 ~ C5 means an alkyl structure substituted with hydrogen or fluorine having 1 to 5 carbon atoms.

또한, Z는 벤젠의 탄소와 -SO3 -M+ 가 직접 연결되어 있는 결합,

Figure 112009010901239-PAT00063
,
Figure 112009010901239-PAT00064
또는
Figure 112009010901239-PAT00065
이며 오르소, 메타, 파라 구조의 위치에 올 수 있다. Z에서 Y는 앞서 설명한 Y와 의미가 같다.In addition, Z is a bond in which carbon of benzene and -SO 3 - M + are directly connected,
Figure 112009010901239-PAT00063
,
Figure 112009010901239-PAT00064
or
Figure 112009010901239-PAT00065
And can come in positions of ortho, meta, and para structures. Y in Z has the same meaning as Y described above.

M+는 양이온 전하를 가진 짝이온(counterion)이며 칼륨 이온(K+), 나트륨 이온(Na+), 알킬 아민(+NR4) 등을 나타내며, 바람직하게는 칼륨 이온이나 나트륨 이온이다. M + is a counterion having a cationic charge and represents potassium ions (K + ), sodium ions (Na + ), alkyl amines ( + NR 4 ), and the like, preferably potassium ions or sodium ions.

CM은 가교할 수 있는 부분(Crosslinkable moiety)을 나타내며,

Figure 112009010901239-PAT00066
또는
Figure 112009010901239-PAT00067
이다. CM에서 R은 R1이 치환되어있는 삼중결합(ethynyl part)(R=
Figure 112009010901239-PAT00068
), 이중결합(vinyl part)(R=
Figure 112009010901239-PAT00069
) 또는
Figure 112009010901239-PAT00070
이며 오르소, 메타, 파라 구조의 위치에 올 수 있다. 상기 R에서 G는 탄소와 탄소가 직접 연결되어 있는 단일 결합,
Figure 112009010901239-PAT00071
또는
Figure 112009010901239-PAT00072
를 의미한다. 또한 R1은 H, F, C1 ~ C5 또는
Figure 112009010901239-PAT00073
이다. 상기 R1에서 H는 수소를, F는 불소를, C1 ~ C5는 탄소수가 1에서 5를 의미하는 수소 또는 플루오린이 치환되어 있는 알킬구조, R2가 오르소, 메타, 파라 위치에 치환되어 있을 수 있는 벤젠구조(
Figure 112009010901239-PAT00074
)들을 갖는 치환체임을 나타낸다. R2는 H, X 또는 C1~C5이다. 상기 R2에서 H는 수소, C1 ~ C5는 탄소수가 1에서 5를 의미하는 수소 또는 플루오린이 치환되어 있는 알킬구조, X는 할로겐 원자(F, Cl, Br)에 해당되며, X의 경우는 다른 고분자 사슬의 하이드록시 그룹과의 중합을 이룰 수 있는 기능성 그룹이기도 하다. 또한 상기 화학식 1에서 k는 0.001 - 1.000 의 범위를 지니며, s = 1 - k 값을 가지며, n은 고분자 중합체의 반복단위(repeating unit)를 나타내며, n은 정수로서 10~500을 나타낸다.CM represents a crosslinkable moiety,
Figure 112009010901239-PAT00066
or
Figure 112009010901239-PAT00067
to be. In CM, R is an ethynyl part where R1 is substituted (R =
Figure 112009010901239-PAT00068
), The double part (R =
Figure 112009010901239-PAT00069
) or
Figure 112009010901239-PAT00070
And can come in positions of ortho, meta, and para structures. G in R is a single bond in which carbon and carbon are directly connected,
Figure 112009010901239-PAT00071
or
Figure 112009010901239-PAT00072
Means. R1 is also H, F, C1 to C5 or
Figure 112009010901239-PAT00073
to be. In R1, H is hydrogen, F is fluorine, and C1 to C5 are hydrogen or fluorine-substituted alkyl structures having 1 to 5 carbon atoms, R2 may be substituted at ortho, meta and para positions. Benzene Structure
Figure 112009010901239-PAT00074
It is a substituent having a). R2 is H, X or C1-C5. In R2, H is hydrogen, C1 to C5 is an alkyl structure substituted with hydrogen or fluorine having 1 to 5 carbon atoms, X is a halogen atom (F, Cl, Br), and in case of X another polymer It is also a functional group capable of polymerizing with the hydroxy group of the chain. In addition, in Chemical Formula 1, k has a range of 0.001-1.000, has a value of s = 1-k, n represents a repeating unit of the polymer, and n represents 10 to 500 as an integer.

발명이 목적하는 말단에 가교구조를 함유한 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체 합성을 위한 축중합 반응 및 가교결합성기 도입 반응에는 염기로서 알칼리 금속 또는 알칼리토금속의 수산화물, 탄산염, 황산염 중에서 선택된 무기염기를 사용하거나, 또는 암모니아를 비롯한 통상의 아민류 중에서 선택된 유기염기를 사용할 수도 있다.  The polycondensation reaction and the crosslinkable group introduction reaction for the synthesis of sulfonated poly (arylene ether) copolymers containing a crosslinked structure at the terminal of the invention are selected from hydroxides, carbonates and sulfates of alkali or alkaline earth metals as bases. An inorganic base may be used, or an organic base selected from conventional amines including ammonia may be used.

또한, 상기 반응 용매로는 N-메틸피롤리돈(NMP), 디메틸포름아마이드(DMF), N,N-디메틸아세트아마이드(DMAc), 디메틸설폭사이드 (DMSO) 등의 비양자성 극성용매 또는 메틸렌클로라이드(CH2Cl2), 클로로포름(CH3Cl), 테트라하이드로퓨란(THF) 등의 양성자성 극성용매가 사용될 수 있으며, 공비용매로서 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등이 사용될 수 있다.As the reaction solvent, aprotic polar solvents or methylene chlorides such as N -methylpyrrolidone (NMP), dimethylformamide (DMF), N, N -dimethylacetamide (DMAc), and dimethyl sulfoxide (DMSO) Protic polar solvents such as (CH 2 Cl 2 ), chloroform (CH 3 Cl) and tetrahydrofuran (THF) may be used, and benzene, toluene, xylene or the like may be used as a non-solvent.

본 발명은 이상의 구조를 지닌 말단에 가교구조를 함유한 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체로 제조된 염제거 또는 분리막은 필름형성 능력, 기계적 안정성, 물리적 특성, 염제거율 등에서는 현재 상용화된 염제거막으로 사용되는 폴리(아마이드)막과 비슷한 수준의 염제거율을 유지하면서도 높은 내화학적 특성(특히 염소안정성)을 지니며, 분자사슬이 연결된 가교구조로 인해 물에 대한 높은 치수 안정성(낮은 팽윤율)의 결과를 보였다.The present invention is a salt removal or separation membrane made of sulfonated poly (arylene ether) copolymer containing a crosslinked structure at the terminal having the above structure is currently commercialized in the film forming ability, mechanical stability, physical properties, salt removal rate, etc. It has high chemical resistance (especially chlorine stability) while maintaining similar salt removal rate as poly (amide) membrane used as salt removal membrane, and high dimensional stability (water swelling) due to crosslinked structure of molecular chain Rate).

이와 같은 본 발명은 다음의 제조예들에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는 바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Such the present invention will be described in more detail based on the following production examples, but the present invention is not limited thereto.

제조예 9: 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르 설폰)-FBA50 공중합체(SPAESO-FBA50)의 제조Preparation Example 9 Preparation of Sulfonated Poly (Arylene Ether Sulfon) -FBA50 Copolymer (SPAESO-FBA50)

Figure 112009010901239-PAT00075
Figure 112009010901239-PAT00075

상기 제조예 1과 동일한 방법으로 SPAESO-FBA50를 합성하였으며, 다만 술폰화된 단량체로 3,3’-디술폰네이티드-4,4’-디클로로디페닐 설폰 (3,3’-disulfonated-4,4’-dichlorodiphenyl sulfone)의 0.5몰 비율의 디할라이드 단량체와 술폰화되지 않은 단량체로서 4,4’-디클로로디페닐 설폰 (4,4’-dichlorodiphenyl sulfone)의 0.5몰 비율의 디할라이드 단량체와 4,4’-(헥사플루오로이소프로필리덴)디페놀((4,4’-hexafluoroisopropylidene)diphenol) 1몰 비율의 디하이드록시 단량체를 사용하였다. 또한, 상기 제조예 1에서 보다 온도를 150 - 180 oC 로 변화 시켜주어 중합을 실시하였다. 최종 생성물의 수율은 87 % 이상이었다.SPAESO-FBA50 was synthesized in the same manner as in Preparation Example 1 except that 3,3'-disulfonated-4,4'-dichlorodiphenyl sulfone (3,3'-disulfonated-4, 0.5 mole ratio dihalide monomer of 4'-dichlorodiphenyl sulfone) and unsulfonated monomer and 0.5 mole ratio dihalide monomer of 4,4'-dichlorodiphenyl sulfone and 4,4'-dichlorodiphenyl sulfone A dihydroxy monomer in a 1 mole ratio of 4 '-(hexafluoroisopropylidene) diphenol ((4,4'-hexafluoroisopropylidene) diphenol) was used. In addition, the polymerization was carried out by changing the temperature to 150-180 ° C than in Preparation Example 1. The yield of the final product was at least 87%.

제조예 10: 말단에 가교구조를 함유한 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르 설폰)-FBA50 공중합체(E-SPAESO-FBA50)의 제조Preparation Example 10 Preparation of sulfonated poly (arylene ether sulfone) -FBA50 copolymer (E-SPAESO-FBA50) containing a crosslinked structure at the end

Figure 112009010901239-PAT00076
Figure 112009010901239-PAT00076

상기 제조예 3과 동일한 방법으로 E-SPAESO-FBA50를 합성하였으며, 다만 술폰화된 고분자로 SPAESO-FBA50를 사용했으며, 반응 온도를 150 - 180 oC 범위에서 실시한 것이 다르다.E-SPAESO-FBA50 was synthesized in the same manner as in Preparation Example 3, except that SPAESO-FBA50 was used as the sulfonated polymer, and the reaction temperature was different from that carried out in the range of 150 to 180 ° C.

제조예 11: 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르 케톤)-FBA50 공중합체(SPAEK-FBA50)의 제조Preparation Example 11 Preparation of Sulfonated Poly (Arylene Ether Ketone) -FBA50 Copolymer (SPAEK-FBA50)

Figure 112009010901239-PAT00077
Figure 112009010901239-PAT00077

상기 제조예 1과 동일한 방법으로 SPAEK-FBA50를 합성하였으며, 다만 술폰화된 단량체로 3,3’-디술폰네이티드-4,4’-디플루오로벤조페논 (3,3’-disulfonated-4,4’-difluorobenzophenone)의 0.5몰 비율의 디할라이드 단량체와 술폰화되지 않은 단량체로서 4,4’-디플루오로벤조페논 (4,4’-difluorobenzophenone)의 0.5몰 비율의 디할라이드 단량체와 4,4’-(헥사플루오로이소프로필리덴)디페놀 ((4,4’-hexafluoroisopropylidene)diphenol) 1몰 비율의 디하이드록시 단량체를 사용하였다. 또한, 상기 제조예 1에서 보다 온도를 150 - 180 oC 로 변화시켜주어 중합을 실시하였다. 최종 생성물의 수율은 93 % 이상이었다.SPAEK-FBA50 was synthesized in the same manner as in Preparation Example 1 except that 3,3'-disulfonated-4,4'-difluorobenzophenone (3,3'-disulfonated-4) was used as a sulfonated monomer. 0.5 mole ratio of 4,4'-difluorobenzophenone (4,4'-difluorobenzophenone) and 0.5 mole ratio of dihalide monomer and 4,4'-difluorobenzophenone A dihydroxy monomer in 1 mole ratio of 4 '-(hexafluoroisopropylidene) diphenol ((4,4'-hexafluoroisopropylidene) diphenol) was used. In addition, the polymerization was carried out by changing the temperature to 150-180 ° C than in Preparation Example 1. The yield of the final product was at least 93%.

제조예 12: 말단에 가교구조를 함유한 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르 케톤)-FBA50 공중합체(E-SPAEK-FBA50)의 제조Preparation Example 12 Preparation of Sulfonated Poly (Arylene Ether Ketone) -FBA50 Copolymer (E-SPAEK-FBA50) Containing a Crosslinked Structure at the Terminal

Figure 112009010901239-PAT00078
Figure 112009010901239-PAT00078

상기 제조예 3과 동일한 방법으로 E-SPAEK-FBA50를 합성하였으며, 다만 술폰화된 고분자로 SPAEK-FBA50를 사용했으며, 반응 온도를 150 - 180 oC 범위에서 실시한 것이 다르다.E-SPAEK-FBA50 was synthesized in the same manner as in Preparation Example 3, except that SPAEK-FBA50 was used as the sulfonated polymer, and the reaction temperature was different from that performed in the range of 150 to 180 ° C.

상술한 바대로 본 발명의 실시예들에 따라 말단에 가교구조를 함유한 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체로 제조된 염제거막은 염제거율에서는 현재 상용화된 염제거막으로 사용되는 폴리(아마이드)막과 비슷한 수준의 염제거율을 유지하면서도 높은 내화학적 특성(특히 염소안정성)을 지니며, 분자사슬이 연결된 가교구조로 인해 물에 대한 높은 치수 안정성(낮은 팽윤율)의 결과를 보였다.As described above, according to embodiments of the present invention, a salt removing film made of a sulfonated poly (arylene ether) copolymer containing a crosslinked structure at its terminal is used as a salt removing film currently commercially available in salt removal rate. It has high chemical resistance (particularly chlorine stability) while maintaining similar salt removal rate as amide) membrane, and has high dimensional stability (water swelling ratio) for water due to the crosslinked structure of molecular chain.

도 1은 본 발명의 말단에 가교구조를 함유한 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 염제거막(E-SPAE-HQ)의 1H-NMR 스펙트럼을 나타낸 것이다.1 shows a 1 H-NMR spectrum of a sulfonated poly (arylene ether) salt removing film (E-SPAE-HQ) containing a crosslinked structure at the terminal of the present invention.

도 2은 본 발명의 말단에 가교구조를 함유한 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 염제거막(E-SPAE-HQ)의 19F-NMR 스펙트럼을 나타낸 것이다.Figure 2 shows the 19 F-NMR spectrum of the sulfonated poly (arylene ether) salt removing film (E-SPAE-HQ) containing a crosslinked structure at the end of the present invention.

도 3는 본 발명의 말단에 가교구조를 함유한 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 염제거막(E-SPAE-HQ)의 FT-IR 스펙트럼을 나타낸 것이다.Figure 3 shows the FT-IR spectrum of the sulfonated poly (arylene ether) salt removing film (E-SPAE-HQ) containing a crosslinked structure at the terminal of the present invention.

도 4는 본 발명의 말단에 가교구조를 함유한 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르)(E-SPAE-HQ)염제거막의 말단가교를 확인하기 위해 DSC의 흡열피크를 나타낸 그래프이다.Figure 4 is a graph showing the endothermic peak of DSC to confirm the terminal crosslinking of the sulfonated poly (arylene ether) (E-SPAE-HQ) salt removal membrane containing a cross-linked structure at the end of the present invention.

도 5은 염제거 성능평가 장치인 dead-end filttration (Sterlitech TM HP4750 stirred cell, Sterlitech Corp WA)와 질소가스와 연결된 도식도이다.5 is a schematic diagram connected with a dead-end filttration (Sterlitech ™ HP4750 stirred cell, Sterlitech Corp WA), which is a salt removal performance evaluation device, and nitrogen gas.

도 6은 염제거 성능평가 장치인 cross-flow cell(GE Osmonics)의 도식도 이다.6 is a schematic diagram of a cross-flow cell (GE Osmonics) as a salt removal performance evaluation device.

도7은 본 발명의 말단에 가교구조를 함유한 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르)염제거막이 염제거 하는 과정을 나타내는 도식도이다.Figure 7 is a schematic diagram showing the process of salt removal of the sulfonated poly (arylene ether) salt removing film containing a crosslinked structure at the end of the present invention.

도8은 본 발명의 열에 의한 말단에 가교결합으로 인해 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르)염제거막의 나노 크기의 그물구조를 포함하는 도식도이다. 8 is a schematic diagram of the nano-size net structure of the sulfonated poly (arylene ether) salt removal membrane due to crosslinking at the thermally terminated ends of the present invention.

도 9은 본 발명의 말단에 가교구조를 함유한 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르)염제거막의 이온교환능(IEC)에 따른 NaCl제거율의 변화를 나타낸 그래프이다.Figure 9 is a graph showing the change in NaCl removal rate according to the ion exchange capacity (IEC) of the sulfonated poly (arylene ether) salt removing membrane containing a crosslinked structure at the end of the present invention.

도 10은 본 발명의 말단에 가교구조를 함유한 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르)염제거막의 이온교환능(IEC)에 따른 물 투과량의 변화를 나타낸 그래프이다.10 is a graph showing the change in water permeation rate according to the ion exchange capacity (IEC) of the sulfonated poly (arylene ether) salt removing membrane containing a crosslinked structure at the terminal of the present invention.

도 11은본 발명의 말단에 가교구조를 함유한 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르)염제거막의 이온교환능(IEC)에 따른 물에 대한 면적팽창율(%)의 변화를 나타낸 그래프이다.FIG. 11 is a graph showing the change in area expansion rate (%) of water according to the ion exchange capacity (IEC) of a sulfonated poly (arylene ether) salt removing membrane containing a crosslinked structure at the terminal of the present invention.

도 12은 참고문헌(Journal of Membrane Science 논문, 300호, 165쪽)에서 폴리(아마이드)염제거막을 100ppm NaOCl 용액에 함침 후 pH4, pH7,pH10 조건에서 ATR-IR 스펙트럼 나타낸 그래프이다.12 is a graph showing the ATR-IR spectrum at pH 4, pH 7, pH 10 after impregnating a poly (amide) salt removing membrane in 100 ppm NaOCl solution in the Journal of Membrane Science article, No. 300, page 165.

도 13은 본 발명의 말단에 가교구조를 포함하지 않은 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르)염제거막을 3000ppm NaOCl 용액에 함침 후 pH4 조건에서 ATR-IR 스펙트럼 나타낸 그래프이다.Figure 13 is a graph showing the ATR-IR spectrum at pH 4 conditions after impregnating a sulfonated poly (arylene ether) salt removing membrane containing no crosslinking structure at the end of the present invention in 3000ppm NaOCl solution.

도 14은 본 발명의 말단에 가교구조를 포함하는 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르)염제거막을 3000ppm NaOCl 용액에 함침 후 pH4 조건에서 ATR-IR 스펙트럼 나타낸 그래프이다.14 is a graph showing the ATR-IR spectrum at pH 4 conditions after impregnating a sulfonated poly (arylene ether) salt removing membrane including a crosslinked structure at the end of the present invention in 3000 ppm NaOCl solution.

도 15은 폴리(아마이드)염제거막을 3000ppm NaOCl 용액에 함침 후 pH4 조건에서 ATR-IR 스펙트럼 나타낸 그래프이다.FIG. 15 is a graph showing the ATR-IR spectrum at pH 4 after impregnating a poly (amide) salt removing film in a 3000 ppm NaOCl solution. FIG.

도 16는 폴리(아마이드)염제거막과 말단 가교된 염제거막(E-SFQK-BP30) 3000ppm NaOCl 과 2000ppm NaCl pH4 조건에서 용액을 주입하여 NaCl제거율을 24시 간동안 시간에 따른 변화량을 나타낸 그래프이다.FIG. 16 is a graph showing a change in NaCl removal rate with time for 24 hours by injecting a solution in 3000 ppm NaOCl and 2000 ppm NaCl pH4 conditions of a poly (amide) salt removing film and a terminal crosslinked salt removing film (E-SFQK-BP30) to be.

도 17는 폴리(아마이드)염제거막과 말단 가교된 염제거막(E-SFQK-BP30) 3000ppm NaOCl 과 2000ppm NaCl pH4 조건에서 용액을 주입하여 물 투과량을 24시간동안 시간에 따른 변화량을 나타낸 그래프이다.FIG. 17 is a graph showing a change in water permeation rate over time by injecting a solution under conditions of 3000 ppm NaOCl and 2000 ppm NaCl pH4 of a poly (amide) salt removing membrane and a terminal crosslinked salt removing membrane (E-SFQK-BP30) .

Claims (10)

하기의 화학식 1로 표시되는 말단에 가교구조를 가지는 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체로 이루어진 염제거막.Salt-removing membrane consisting of a sulfonated poly (arylene ether) copolymer having a crosslinking structure at the terminal represented by the following formula (1). [화학식 1][Formula 1]
Figure 112009010901239-PAT00079
Figure 112009010901239-PAT00079
상기 화학식 1에서, SAr1은 술폰화된 방향족(sulfonated aromatic)을 나타내며, Ar은 술폰화되지 않은 방향족(none sulfonated aromatic)을 나타내고, CM은 가교할 수 있는 부분(Crosslinkable moiety)을 나타낸다.In Formula 1, SAr1 represents a sulfonated aromatic, Ar represents a non sulfonated aromatic, and CM represents a crosslinkable moiety. 또한 상기 화학식 1에서 k는 0.001 - 1.000 의 범위를 지니며, s = 1 - k 값을 가지며, n은 고분자 중합체의 반복단위(repeating unit)를 나타내며, n은 정수로서 10 내지 500을 나타낸다.In addition, in Chemical Formula 1, k has a range of 0.001-1.000, has a value of s = 1-k, n represents a repeating unit of the polymer, and n represents 10 to 500 as an integer.
제1항에 있어서, 상기 SAr1은
Figure 112009010901239-PAT00080
,
Figure 112009010901239-PAT00081
The method of claim 1, wherein SAr1 is
Figure 112009010901239-PAT00080
,
Figure 112009010901239-PAT00081
또는
Figure 112009010901239-PAT00082
이고, Z는 벤젠의 탄소와 -SO3 -M+ 가 직접 연결되어 있는 결합,
Figure 112009010901239-PAT00083
,
Figure 112009010901239-PAT00084
또는
Figure 112009010901239-PAT00085
을 나타내며, Y는 탄소와 탄소가 직접 연결되어 있는 단일결합
Figure 112009010901239-PAT00086
,
Figure 112009010901239-PAT00087
,
Figure 112009010901239-PAT00088
,
Figure 112009010901239-PAT00089
,
Figure 112009010901239-PAT00090
또는
Figure 112009010901239-PAT00091
이며, A는 탄소와 탄소가 직접 연결되어 있는 단일결합
Figure 112009010901239-PAT00092
또는
Figure 112009010901239-PAT00093
이며, E는 H, F, C1 ~ C5 또는
Figure 112009010901239-PAT00094
이고, L은 H, F, C1 ~ C5이며, 상기 M+는 양이온 전하를 가진 짝이온인 것을 특징으로 하는 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체로 이루어진 염제거막.
or
Figure 112009010901239-PAT00082
Z is a bond in which benzene carbon and -SO 3 - M + are directly connected to each other,
Figure 112009010901239-PAT00083
,
Figure 112009010901239-PAT00084
or
Figure 112009010901239-PAT00085
Y is a single bond where carbon and carbon are directly connected
Figure 112009010901239-PAT00086
,
Figure 112009010901239-PAT00087
,
Figure 112009010901239-PAT00088
,
Figure 112009010901239-PAT00089
,
Figure 112009010901239-PAT00090
or
Figure 112009010901239-PAT00091
A is a single bond in which carbon is directly connected to carbon.
Figure 112009010901239-PAT00092
or
Figure 112009010901239-PAT00093
E is H, F, C1 to C5 or
Figure 112009010901239-PAT00094
Wherein L is H, F, C1 to C5, and M + is a salt-depleted membrane made of a sulfonated poly (arylene ether) copolymer, characterized in that it is a counterion having a cationic charge.
제2항에 있어서, 상기 양이온 전하를 가진 짝이온은 칼륨 이온, 나트륨 이온 또는 알킬 아민인 것을 특징으로 하는 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체로 이루어진 염제거막.3. The salt removal membrane according to claim 2, wherein the counterion having a cationic charge is potassium ion, sodium ion or alkyl amine. 제1항에 있어서, 상기 Ar은
Figure 112009010901239-PAT00095
또는
Figure 112009010901239-PAT00096
이고, Y는 탄소와 탄소가 직접 연결되어 있는 단일결합
Figure 112009010901239-PAT00097
,
Figure 112009010901239-PAT00098
,
Figure 112009010901239-PAT00099
,
Figure 112009010901239-PAT00100
또는
Figure 112009010901239-PAT00101
이며, A는 탄소와 탄소가 직접 연결되어 있는 단일결합
Figure 112009010901239-PAT00102
,
Figure 112009010901239-PAT00103
또는
Figure 112009010901239-PAT00104
이며, E는 H, F, C1 ~ C5 또는
Figure 112009010901239-PAT00105
이며, L은 H, F, C1 ~ C5 것을 특징으로 하는 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체로 이루어진 염제거막.
The method of claim 1, wherein Ar is
Figure 112009010901239-PAT00095
or
Figure 112009010901239-PAT00096
Y is a single bond in which carbon is directly connected to carbon.
Figure 112009010901239-PAT00097
,
Figure 112009010901239-PAT00098
,
Figure 112009010901239-PAT00099
,
Figure 112009010901239-PAT00100
or
Figure 112009010901239-PAT00101
A is a single bond in which carbon is directly connected to carbon.
Figure 112009010901239-PAT00102
,
Figure 112009010901239-PAT00103
or
Figure 112009010901239-PAT00104
E is H, F, C1 to C5 or
Figure 112009010901239-PAT00105
L is H, F, salt removal film consisting of a sulfonated poly (arylene ether) copolymer, characterized in that.
제1항에 있어서, 상기 CM은
Figure 112009010901239-PAT00106
또는
Figure 112009010901239-PAT00107
이고, R은 R1이 치환되어있는 삼중결합(ethynyl part)(R=
Figure 112009010901239-PAT00108
), 이중결합(vinyl part)(R=
Figure 112009010901239-PAT00109
) 또는
Figure 112009010901239-PAT00110
이며, 상기 G는 탄소와 탄소가 직접 연결되어 있는 단일 결합,
Figure 112009010901239-PAT00111
또는
Figure 112009010901239-PAT00112
이고, R1은 H, F, C1 ~ C5 또는
Figure 112009010901239-PAT00113
이다. 상기 R2는 H, X 또는 C1~C5 것을 특징으로 하는 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체로 이루어진 염제거막.
The method of claim 1, wherein the CM
Figure 112009010901239-PAT00106
or
Figure 112009010901239-PAT00107
R is a triple bond in which R1 is substituted (R =
Figure 112009010901239-PAT00108
), The double part (R =
Figure 112009010901239-PAT00109
) or
Figure 112009010901239-PAT00110
G is a single bond in which carbon and carbon are directly connected,
Figure 112009010901239-PAT00111
or
Figure 112009010901239-PAT00112
R1 is H, F, C1 to C5 or
Figure 112009010901239-PAT00113
to be. R2 is H, X or salt removal film consisting of a sulfonated poly (arylene ether) copolymer, characterized in that.
제1항에 있어서, 상기 염제거막은 역삼투막, UF막(Ultra Filteration막), NF막(Nano Filteration막),MF막(Micro Filteration막)으로 제조되는 것임을 특징으로 하는 말단 가교를 포함하는 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르)로 이루어진 막.The sulfonated membrane of claim 1, wherein the salt removing membrane is made of a reverse osmosis membrane, an UF membrane (Ultra Filteration membrane), an NF membrane (Nano Filteration membrane), or an MF membrane (Micro Filteration membrane). Membrane consisting of poly (arylene ether). 하기의 화학식 2로 표시되는 말단에 가교구조를 가지는 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체로 구성된 염제거막.Salt-removing membrane consisting of a sulfonated poly (arylene ether) copolymer having a crosslinking structure at the terminal represented by the following formula (2). [화학식 2][Formula 2]
Figure 112009010901239-PAT00114
Figure 112009010901239-PAT00114
상기 화학식 4에서, SAr2은 술폰화된 방향족(sulfonated aromatic)을 나타내며, Ar은 술폰화되지 않은 방향족(none sulfonated aromatic)을 나타내고, CM은 가교할 수 있는 부분(Crosslinkable moiety)을 나타낸다.In Formula 4, SAr2 represents a sulfonated aromatic, Ar represents a non sulfonated aromatic, and CM represents a crosslinkable moiety. 또한 상기 화학식 4에서 k는 0.001 - 1.000 의 범위를 지니며, s = 1 - k 값을 가지며, n은 고분자 중합체의 반복단위(repeating unit)를 나타내며, n은 정수 로서 10 내지 500을 나타낸다.In addition, in Chemical Formula 4, k has a range of 0.001-1.000, has a value of s = 1-k, n represents a repeating unit of the polymer, and n represents 10 to 500 as an integer.
제7항에 있어서, 상기 SAr2는
Figure 112009010901239-PAT00115
,
Figure 112009010901239-PAT00116
The method of claim 7, wherein SAr2 is
Figure 112009010901239-PAT00115
,
Figure 112009010901239-PAT00116
또는
Figure 112009010901239-PAT00117
이고, 상기 Ar은
Figure 112009010901239-PAT00118
또는
Figure 112009010901239-PAT00119
이며, Y는 탄소와 탄소가 직접 연결되어 있는 단일결합
Figure 112009010901239-PAT00120
,
Figure 112009010901239-PAT00121
또는
Figure 112009010901239-PAT00122
이며, A는 탄소와 탄소가 직접 연결되어 있는 단일결합
Figure 112009010901239-PAT00123
또는
Figure 112009010901239-PAT00124
이며, E는 H, F, C1 ~ C5 또는
Figure 112009010901239-PAT00125
이고, L은 H, F, C1 ~ C5 를 나타내며, Z는 벤젠의 탄소와 -SO3 -M+ 가 직접 연결되어 있는 결합,
Figure 112009010901239-PAT00126
,
Figure 112009010901239-PAT00127
또는
Figure 112009010901239-PAT00128
이며, 상기 M+ 는 양이온 전하를 가진 짝이온으로 칼륨 이온, 나트륨 이온 또는 알킬 아민인 것을 특징으로 하는 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체로 구성된 염제거막.
or
Figure 112009010901239-PAT00117
And Ar is
Figure 112009010901239-PAT00118
or
Figure 112009010901239-PAT00119
Y is a single bond of carbon and carbon directly connected
Figure 112009010901239-PAT00120
,
Figure 112009010901239-PAT00121
or
Figure 112009010901239-PAT00122
A is a single bond in which carbon is directly connected to carbon.
Figure 112009010901239-PAT00123
or
Figure 112009010901239-PAT00124
E is H, F, C1 to C5 or
Figure 112009010901239-PAT00125
L is H, F, C1 ~ C5, Z is a bond in which carbon of benzene and -SO 3 - M + is directly connected,
Figure 112009010901239-PAT00126
,
Figure 112009010901239-PAT00127
or
Figure 112009010901239-PAT00128
M + is a salt removal membrane composed of sulfonated poly (arylene ether) copolymer, characterized in that the potassium ion, sodium ion or alkyl amine as a counter ion having a cationic charge.
제8항에 있어서, 상기 CM은
Figure 112009010901239-PAT00129
또는
Figure 112009010901239-PAT00130
이고, CM에서 R은 R1이 치환되어있는 삼중결합(ethynyl part)(R=
Figure 112009010901239-PAT00131
), 이중결합(vinyl part)(R=
Figure 112009010901239-PAT00132
) 또는
Figure 112009010901239-PAT00133
이며, 상기 R에서 G는 탄소와 탄소가 직접 연결되어 있는 단일 결합,
Figure 112009010901239-PAT00134
또는
Figure 112009010901239-PAT00135
이고, R1은 H, F, C1 ~ C5 또는
Figure 112009010901239-PAT00136
이고, R2는 H, X 또는 C1~C5이며, X는 할로겐 원자인 것을 특징으로 하는 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체로 구성된 염제거막.
The method of claim 8, wherein the CM
Figure 112009010901239-PAT00129
or
Figure 112009010901239-PAT00130
R in CM is an ethynyl part in which R 1 is substituted (R =
Figure 112009010901239-PAT00131
), The double part (R =
Figure 112009010901239-PAT00132
) or
Figure 112009010901239-PAT00133
R in G is a single bond in which carbon and carbon are directly connected,
Figure 112009010901239-PAT00134
or
Figure 112009010901239-PAT00135
R1 is H, F, C1 to C5 or
Figure 112009010901239-PAT00136
R 2 is H, X or C 1 to C 5, and X is a halogenated poly (arylene ether) copolymer, characterized in that a halogen atom.
제8항에 있어서, 상기 염제거막은 역삼투막, UF막(Ultra Filteration막), NF막(Nano Filteration막),MF막(Micro Filteration막)으로 제조되는 것임을 특징으로 하는 말단 가교를 포함하는 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르)로 이루어진 막.The sulfonated membrane of claim 8, wherein the salt removal membrane is made of a reverse osmosis membrane, an UF membrane (Ultra Filteration membrane), an NF membrane (Nano Filteration membrane), or an MF membrane (Micro Filteration membrane). Membrane consisting of poly (arylene ether).
KR1020090014684A 2009-02-23 2009-02-23 Desalination membrane based on sulfonated poly(arylene ether) containing crosslinking at end group KR20100095725A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090014684A KR20100095725A (en) 2009-02-23 2009-02-23 Desalination membrane based on sulfonated poly(arylene ether) containing crosslinking at end group

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090014684A KR20100095725A (en) 2009-02-23 2009-02-23 Desalination membrane based on sulfonated poly(arylene ether) containing crosslinking at end group

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20100095725A true KR20100095725A (en) 2010-09-01

Family

ID=43003571

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090014684A KR20100095725A (en) 2009-02-23 2009-02-23 Desalination membrane based on sulfonated poly(arylene ether) containing crosslinking at end group

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20100095725A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11183709B2 (en) 2016-07-13 2021-11-23 Samsung Sdi Co., Ltd. Polymer, electrolyte including the same, and lithium battery including the polymer

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11183709B2 (en) 2016-07-13 2021-11-23 Samsung Sdi Co., Ltd. Polymer, electrolyte including the same, and lithium battery including the polymer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8455557B2 (en) Membranes, coatings and films and methods for their preparation
JP5342019B2 (en) Polyamide membrane with fluoroalcohol functionality
JP6008870B2 (en) Anion exchange membrane, its preparation method and use
KR101677800B1 (en) Polyamide water-treatment membranes having properies of high durability and manufacturing method thereof
US20130203873A1 (en) Chemically resistant membranes, coatings and films and methods for their preparation
EP2646136B1 (en) Forward osmosis hollow fiber membrane
US20170166699A1 (en) Method of Producing a Thermally Rearranged PBX, Thermally Rearranged PBX and Membrane
Zhu et al. Fabrication of thin film composite nanofiltration membranes by coating water soluble disulfonated poly (arylene ether sulfone) and in situ crosslinking
US11525034B2 (en) Sulfonated poly(arylene ether) membranes with high monovalent salt rejection even in the presence of mixed salt feeds that contain multivalent salts
Liu et al. From ultrafiltration to nanofiltration: Nanofiltration membrane fabricated by a combined process of chemical crosslinking and thermal annealing
KR20140066588A (en) High boron rejection polyamide composite membrane and manufacturing method thereof
Wang et al. Evaluation of quaternary phosphonium-based polymer membranes for desalination application
JP6312148B2 (en) High performance positively charged composite membranes and their use in nanofiltration processes
KR101823050B1 (en) Porous support for water treatment membrane, thin-film composite membrane containing the same and preparation method thereof
KR20100095725A (en) Desalination membrane based on sulfonated poly(arylene ether) containing crosslinking at end group
US8752714B2 (en) Sulfonated poly (aryl ether) membrane including blend with phenyl amine compound
KR20110095511A (en) Method for fabricating desalination membrane utilizing electrospinning based on poly(arylene ether) and desalination membrane fabricated thereby
KR20110034842A (en) Polymer desalination membrane comprising sulfonated poly(arylene ether) copolymers having crosslinkable moiety combined in the chain of polymers
Rahmah et al. CHITOSAN-STARCH FORWARD OSMOSIS MEMBRANE FOR DESALINATION OF BRACKISH WATER.
Khodami et al. Improving the performance of novel polysulfone‐based membrane via sulfonation method: application to water desalination
Kim et al. Desalination properties of a novel composite membrane prepared by electrospinning method
EP3571242B1 (en) New membranes
WO2023170690A1 (en) Asymmetric solvent-resistant nanofiltration (srnf) membranes
Pulido Ponce de Leon et al. Porous polymeric membranes with thermal and solvent resistance
KR20140141551A (en) Polymer resin for for preparing active skin layer of nanofiltration or reverse osmosis membrane and preparation method of the same

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application