KR20110042307A

KR20110042307A - 내오염성이 개선된 정수 멤브레인

Info

Publication number: KR20110042307A
Application number: KR1020117003206A
Authority: KR
Inventors: 베니 디. 프리먼; 박호범; 브라이언 디. 맥클로스키
Original assignee: 보드 오브 리전츠 더 유니버시티 오브 텍사스 시스템
Priority date: 2008-07-10
Filing date: 2009-07-09
Publication date: 2011-04-26
Also published as: WO2010006196A2; AU2009268532A1; US8017050B2; ZA201101059B; EP2318126A4; JP5463355B2; EP2318126B1; BRPI0915547A2; MX2011000218A; AU2009268532B2; CA2767761A1; WO2010006196A8; IL210488A0; CN102149450A; CA2767761C; EP2318126A2; JP2011527632A; IL210488A; WO2010006196A3; US20100051538A1

Abstract

본 발명은 액체 분리 및 정수를 위한 방법 및 조성물을 포함한다. 본 발명은 도파민으로 처리되어 폴리도파민 피복된 멤브레인(이는 물 투과 속도가 높고 친수성이 높다)이 형성된 중합체 매트릭스 정제 멤브레인을 갖는 정제 멤브레인을 포함한다.

Description

내오염성이 변성된 정수 멤브레인 {Water purification membranes with improved fouling resistance}

본 발명은 일반적으로는 액체 처리 분야, 특히 정수 멤브레인을 사용하여 오염수(contaminated water)를 정제(purification)하기 위한 액체 처리 분야에 관한 것이다.

본 발명의 범위를 제한하지 않고서, 이의 배경기술은 멤브레인, 더욱 상세하게는 정수 멤브레인을 사용하여 정제하는 방법 및 장치와 관련하여 기술되어 있다. 정수 멤브레인은 오염물 제거를 위해 세계 전역에서 사용되고 있으나, 이들의 사용에 있어서의 주된 단점들 중의 하나는 멤브레인 오염(fouling)이다. 일반적으로, 물 중의 불순물이 멤브레인 표면 또는 멤브레인의 내부 기공 구조 위에 침착될 때에 멤브레인 오염이 발생한다. 이들 침착물들로 인해 물 투과 속도(flux)가 급격히 떨어지며, 이 때문에 작업 비용이 증가하고 멤브레인 수명이 감소한다. 멤브레인 오염의 주요 공급원들 중의 하나는 유기 화합물들로서, 이들은 시판중인 RO, NF 및 UF 멤브레인과 같은 소수성 표면에 대해 높은 결합 친화도를 갖는다. 대부분의 연구들은, 멤브레인 친수성의 증가를 통해, 상기 성분들의 상기 표면에 대한 결합 친화도를 감소시킴으로써 오염을 줄이는 데 초점을 맞취오고 있다.

본 발명자들은 오염물(foulant)의 부착성을 감소시키는 방법 및 조성물이 필요하다는 것을 인식하였으며, 현재 시판중인 RO, NF 및 UF 멤브레인의 표면에 도포하여 고 친수성 표면을 형성할 수 있었다. 본 발명자들은 멤브레인의 표면에 도포된 폴리도파민 피복물이 표면 친수성을 증가시키고 멤브레인 오염을 감소시킨다는 것을 인식하였다. 이 오염 감소로 인해, 예를 들면, 유-수 에멀젼, 단백질 용액 및 천연수를 여과할 때 멤브레인 투과 속도가 더 높아지게 된다.

본 발명자들은 다수의 연구들이 멤브레인 오염의 완화를 위해 친수성 분자를 멤브레인에 그래프팅(grafting) 또는 피복하는 것에 대해 검토하고 있음을 인식하였다. 그러나, 본 발명자들은 이들 기술들은 대다수가 복합형(multiple type)의 정수 멤브레인에는 적용될 수 없으며, 다수가 플라즈마 처리와 같은 상업적으로 실행 불가능한 처리 단계를 필요로 한다는 것도 인식하였다.

본 발명자들은 폴리도파민 침착이 멤브레인의 정제수 투과 속도를 현저히 감소시키지 않으면서 멤브레인 친수성을 증가시키기 때문에, 정수 멤브레인 표면 변성(modification)에 사용될 때의 오염 완화에 이상적으로 적합하다는 것을 인식하였다. 본 발명은 폴리도파민 피복물을 멤브레인 위에 침착시켜서 폴리도파민 피복된 멤브레인을 형성함으로써 멤브레인 오염을 감소시키는 방법을 포함한다. 폴리도파민 피복된 멤브레인은 높은 물 투과 속도 및 증가된 멤브레인 친수성을 갖는데, 이는 도파민-처리된 멤브레인의 내오염성(fouling resistance)에 기여한다.

본 발명은 액체 분리 장치를 포함하며, 이는 정제 멤브레인, 상기 정제 멤브레인 위에 침착되어 폴리도파민 피복된 멤브레인을 형성하는 폴리도파민 층(여기서, 상기 폴리도파민 층은 상기 정제 멤브레인의 친수성을 증가시키며 상기 폴리도파민 피복된 멤브레인은 높은 물 투과 속도를 갖는다), 및 분리된 액체를 수용하기 위해 상기 폴리도파민 피복된 멤브레인의 상이한 측면 위에 위치된 하나 이상의 용기를 갖는다.

본 발명은 또한 정제 멤브레인을 포함하며, 이는 중합체 매트릭스 정제 멤브레인, 및 상기 정제 멤브레인 위에 침착되어 폴리도파민 피복된 멤브레인(이는 물 투과 속도와 친수성이 높다)을 형성하는 폴리도파민 층을 갖는다.

본 발명은 또한, 정제 멤브레인, 상기 정제 멤브레인 위에 침착되어 폴리도파민 피복된 멤브레인을 형성하는 폴리도파민 층, 및 상기 폴리도파민 층 위에 그래프팅 또는 피복에 의해 형성될 수 있는 또 다른 중합체 층을 포함한다. 상기 중합체 층은 정제 멤브레인의 내오염성을 추가로 향상시키기 위해 사용된다.

본 발명의 특징 및 이점을 더 잘 이해시키기 위해, 첨부된 도면을 참조로 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 도파민 및 폴리도파민 구조의 개략도이다.
도 2는 상이한 폴리도파민 침착 시간을 갖는 한외여과(UF) 폴리설폰 멤브레인들의 투과율(permeance)을 나타낸 도표이다.
도 3a, 3b, 3c, 3d, 3e 및 3f는 폴리도파민 변성된 및 폴리도파민 변성되지 않은 UF, 나노여과(NF) 및 역삼투(RO) 멤브레인에 대한 멤브레인 오염 연구를 나타낸 그래프이다.
도 4a, 4b 및 4c는 폴리도파민 변성된 UF 및 RO 멤브레인, 표면에 아민-말단화 폴리(에틸렌 글리콜)이 그래프팅된 폴리도파민 변성된 UF 및 RO 멤브레인, 및 변성되지 않은 UF 및 RO 멤브레인의 오염을 비교한 도표이다.
도 5는 초기의(오염되지 않은) 및 오염된 폴리도파민 변성된 및 변성되지 않은 UF, NF 및 RO 멤브레인을 통한 정제수 투과 속도를 비교한 도표이다.
도 6은 자기 부상 밸런스(magnetic suspension balance)에 의해 측정된 바와 같은 각종 기재에 대한 정적(static) 단백질 부착성을 나타낸 도표이다.
도 7은 멤브레인 셀에 연결된 공급 탱크를 갖는 교차유동 시스템을 나타낸다.
도 8은 변성된 교차유동(crossflow) 시스템의 개략도이다.

본 발명의 각종 양태의 제조 및 사용에 대해 아래에 상세히 논의하겠지만, 본 발명은 광범위한 특정 맥락에서 구현될 수 있는 다수의 적용가능한 발명적 개념들을 제공한다는 것이 인식되어야 한다. 본원에서 논의되는 특정 양태들은 본 발명의 특정 제조 및 사용 방법을 예시할 뿐 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.

본 발명의 이해를 돕기 위해, 다수의 용어들이 아래에서 정의된다. 본원에서 정의된 용어들은 본 발명이 속한 분야의 숙련자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 갖는다. 단수 형태의 용어들은 단독의 독립체만을 의미하는 것이 아니라 예시를 위해 사용될 수 있는 일반적 부류의 특정예들을 포함하는 것으로 의도된다. 본원에 있어서의 용어들은 본 발명의 특정 양태들을 기술하는 데 사용되지만, 이들의 사용이 본 발명을 제한하지는 않으며, 본 발명은 특허청구 범위에 기재된 바와 같다.

본원에서 사용되는 용어 "분자"는 공유 화학 결합에 의해 확정된 배열로 함께 유지되는 둘 이상의 원자의 조합을 의미하고, 일반적으로는 자신의 조성 및 화학적 성질을 그대로 보유하고 있는 순수 물질의 가장 작은 입자를 나타낸다.

본원에서 사용되는 용어 "물 투과 속도(water flux)" 또는 "투과 속도"는 주어진 시간 동안에 주어진 멤브레인 면적을 통해 유동하는 용액(예를 들면, 물, 클린 워터(clean water) 등)의 부피를 의미한다. 카트리지를 통해 유동하는 물의 양의 측정값이다.

또한, 개별적인 단량체, 공중합체, 서브유닛 또는 중합체는 하나 이상의 분자, 그룹 또는 원자에 의해 치환될 수 있다. 상기 변성의 수, 위치, 장소 및 타입은 당업자에 의해 변화될 수 있다. 상기 변성은, 저급 알킬, 알케닐, 아미노, 아릴, 알킬아릴, 할로겐, 할로, 할로알킬, 포스포릴 그룹 또는 이들의 조합 중의 하나 이상의 부가를 포함할 수 있다. 당업자는 도파민을 변성 또는 치환시켜서 멤브레인 표면 위에 치환된 폴리도파민을 형성한다는 것을 인식할 것이다. 상기 치환체는 하나 이상의 저급 알킬 그룹, 알케닐 그룹, 아미노 그룹, 아릴 그룹, 알킬아릴 그룹, 할로겐 그룹, 할로 그룹, 할로알킬 그룹, 포스포릴 그룹 또는 이들의 조합일 수 있다. 치환된 폴리도파민은 하나 이상의 그룹을 가질 수 있으며, 상기 그룹은 동일하거나 상이한 그룹일 수 있다.

본 발명은 멤브레인을 도파민으로 처리하여 상기 멤브레인 표면 위에(다공성 멤브레인의 경우에는 멤브레인 기공 내부에) 폴리도파민을 형성하는 데 사용되는 침착 방법을 포함한다. 이 방법은 실질적으로 임의의 멤브레인 지지체에 용이하게 적용될 수 있기 때문에 다른 변성법에 비해 유리하다. 폴리도파민은 이와 접촉할 모든 표면에 실질적으로 비특이적으로 부착된다. 이러한 침착 과정은, 도파민을 알칼리 수용액(예를 들면, pH 약 8 내지 14)에 용해시키고, 이 용액에 멤브레인을 소정 시간(예를 들면, 1분 내지 수일) 동안 함침시킴으로써 발생한다. 당업자는 멤브레인 표면 위에 침착되는 도파민의 양(및 이에 따라 폴리도파민의 양)을 바꾸기 위해 도파민 용액에의 멤브레인 노출 시간을 변화시킬 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예컨대, 트리스(하이드록시메틸)아미노메탄(TRIS) 수성 완충액(pH 8 내지 10) 1㎖당 도파민 2㎎ 농도의 도파민 용액을 사용할 수 있다. 당업자는, 도파민 농도 및 사용되는 완충 용액을 변화시킬 수 있으며, 멤브레인 위에 침착되는 도파민의 양(및 이에 따라 폴리도파민의 양)을 변화시키기 위해 필요한 경우 완충액을 갖지 않는 알칼리 수용액으로부터 도파민을 도포할 수 있다는 것을 인식할 것이다.

멤브레인 위에 침착되는 폴리도파민 층 또는 폴리도파민을 갖는 멤브레인 조성물 이외에도, 본 발명은 첨가제로서 도파민/폴리도파민을 갖는 층 및 조성물을 포함한다. 도파민/폴리도파민이 첨가제 형태인 경우, 실제의 도파민/폴리도파민 농도는 총 농도의 백분율일 것이며 0.001 내지 50%일 수 있다. 도파민/폴리도파민의 백분율이 50%를 초과하는 경우에는 도파민/폴리도파민이 중합체로 간주되고 임의의 추가 조성물이 첨가제로서 간주될 것이다. 예컨대, 도파민/폴리도파민 첨가제 농도는 0.1%, 0.2%, 0.3%, 0.4%, 0.5%, 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 10%, 15%, 20%, 30%, 40% 내지 50%일 수 있다. 본원에 열거된 백분율은 예에 지나지 않으므로, 당업자가 0.001%와 50% 사이에 열거된 각각의 모든 값들, 예를 들면, 37.45% 및 14.96%의 첨가제 사용을 고려한다는 것을 이해해야 한다.

본 발명자들은 표면 변성된 대부분의 멤브레인이 일반적으로 급격한 정제수 투과 속도 손실을 갖는데, 이는 상기 변성이 일반적으로 멤브레인의 전체적 질량 이동 저항을 현저하게 증가시키는 중합체 층의 첨가를 포함하기 때문이라는 것을 인식하였다. 이러한 변성 시의 물 투과 속도 손실의 일례에 대해 당업자는 문헌[Ju et al., Journal of Membrane Science, volume 307, pp. 260-267 (2008)]의 표 3에서, 한외여과 멤브레인을 통한 물 투과율이, 변성되지 않은 멤브레인에서는 141ℓ/(㎡ h bar)이지만 폴리(에틸렌 글리콜)계 재료로 변성된 멤브레인에서는 36ℓ/(㎡ h bar)로 감소되었다는 것을 참고한다. 폴리도파민 변성된 멤브레인은, 멤브레인 위에 침착되는 폴리도파민의 양이 매우 작기 때문에, 피복되지 않은 멤브레인에 비해 비교적 적은 정제수 투과 속도 손실을 갖도록 간단히 가공될 수가 있다.

더욱이, 소수성 멤브레인 위에 고 친수성 중합체 피복물을 사용하는 경우에는, 상기 친수성 중합체 피복물이 물 속에서 팽윤할 것이기 때문에, 일반적으로 층분리(delamination)의 문제가 발생한다. 본 발명자들은 폴리도파민의 화학적 구조(예를 들어, 도파민 단량체는 2개의 하이드록실 그룹을 함유한다)가 아마도 멤브레인 지지체와의 강한 물리적 결합을 유도할 것이라는 사실을 인식하였다. 이들 물리적 결합들이 고도의 폴리도파민 결합을 보장하기 때문에 상기 피복물 층의 층분리는 발생하지 않는다. 이 강한 결합의 물리적 증거는 폴리도파민 변성된 폴리설폰 UF 멤브레인을 극도의 산성 조건(3N HCl)하에 5분간 초음파 처리했을 때 폴리도파민 층의 시각적 손실이 나타나지 않은 것으로부터 관찰되었다.

본 발명자들은 폴리도파민 침착이 각종 표면 위에 사용될 수 있으며 멤브레인 재료와 관련없이 각종 멤브레인의 표면 변성을 가능케 한다는 것을 인식하였다. 당업계에서 사용되는 대부분의 표면 변성 기술은 하나의 특정 종류의 멤브레인을 사용하여 달성되고 있을 뿐이다. 폴리도파민은 이와 접촉할 모든 표면 위에 실질적으로 침착될 수 있으며, 이에 따라 모든 멤브레인에 대해서도 사용할 수가 있다. 더욱이, 본 발명자들은 폴리도파민의 친수성이 (접촉각 측정에 의해 확인된 바와 같이) 오염-방지용 표면 변성제로서 광범위하게 사용되고 있는 폴리(에틸렌-글리콜)-변성된 표면의 친수성에 필적한다는 것을 인식하였다.

본 발명자들은 도파민의 폴리도파민으로의 산화 반응 및 침착이 비교적 느린 과정이기 때문에 충분한 폴리도파민을 멤브레인 표면 위에 침착시키기 위해서는 상당한 시간이 소요된다는 것을 인식하였다. 예컨대, 본 발명자들은 바이오필름(biofilm) 형성 감소 및 오염 방지에 대한 연구에 사용하기 위해서 60분간 도파민 용액에 함침시켜 두었던 시료들을 사용하였다. 이는 그리 길지는 않지만, 산업적 실용화를 위해서는, 이보다 더 짧거나 더 긴 함침 시간이 최적인 것으로 사료될 수 있다. 본 발명자들은 용액의 pH, 도파민 농도, 기재 재료의 온도 등과 같은 다수의 인자들에 따라, 도파민 용액 중의 멤브레인 함침이 1분, 2분, 3분, 4분, 5분, 6분, 7분, 8분, 9분, 10분, 11분, 12분, 13분, 14분, 15분, 16분, 17분, 18분, 19분, 20분, 21분, 22분, 23분, 24분, 25분, 26분, 27분, 28분, 29분, 30분, 31분, 32분, 33분, 34분, 35분, 36분, 37분, 38분, 39분, 40분, 50분, 60분, 120분 또는 그 이상일 수 있다는 것을 인식하였다.

본 발명자들은 산화(알칼리성) 환경에서의 폴리도파민 구조가 또한 흥미롭다는 것을 인식하였으며, 그 이유는 적절하게 컨쥬게이트된 분자들이 상기 폴리도파민 구조에 공유 결합될 것이고 상기 폴리도파민을 소수성 멤브레인과 친수성 피복물 사이의 중간 층으로서 사용할 수 있기 때문이다. 상기 폴리도파민 층은 멤브레인 지지체에 대한 부착성을 변성시키며, 이에 따라 장기간의 멤브레인 작업(operation)을 가능케 한다.

더욱이, 멤브레인을 피복하는 데 사용된 용액이 멤브레인 표면을 용이하게 습윤시키기 때문에, 폴리도파민 구조의 친수성은 폴리도파민 피복된 소수성 멤브레인의 습윤성을 증가시키고 친수성 피복물 층의 결함을 감소시킨다. 멤브레인 피복물 층은 아래에 있는 멤브레인의 다공성 구조에 오염물이 접촉하지 못하게 함으로써 오염을 추가로 감소시킨다.

본 발명은 기재 층 위의 폴리도파민 침착 층을 제공하며, 상기 기재는 각종 물질 및 재료일 수 있다. 본 발명의 폴리도파민 침착 층은 높은 친수성을 제공하고, 정수 멤브레인 표면 변성에 사용될 때의 오염 완화에 적합하다.

친수성 중합체인 폴리도파민은 이와 접촉할 모든 표면 위에 실질적으로 침착될 수 있다. 따라서, 이는, 다수의 멤브레인 정수 분야에서 효과적인 오염 방지용(anti-fouling) 피복물 층으로서 폭넓게 사용될 수 있는 가능성을 갖는다. 본 발명자들은 폴리도파민 층이 역삼투(RO) 폴리아미드, 나노여과(NF) 폴리아미드 및 한외여과(UF) 폴리설폰 멤브레인 위에 침착될 때 오염을 방지한다는 것을 인식하였다. 그러나, 당업자는 도파민이 이들 멤브레인의 오염 특성에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다면, 미세여과(MF) 멤브레인과 같은 기타의 멤브레인 및 필터 매체의 오염 특성에도 긍정적인 영향을 미칠 것임을 인식할 것이다.

본 발명은 폴리도파민 피복물을 멤브레인 위에 침착시켜 폴리도파민 피복된 멤브레인을 형성함으로써 멤브레인 오염을 감소시키는 방법을 포함한다. 상기 폴리도파민 피복된 멤브레인은 높은 물 투과 속도 및 증가된 멤브레인 표면 친수성을 갖는다.

몇몇 경우에는, 폴리도파민 피복된 멤브레인의 투과 속도가 피복되지 않은 멤브레인의 투과 속도와 동일하고, 따라서, 피복되지 않은 멤브레인과 비교시 100%의 투과 속도를 나타낸다. 소수성 미세여과 멤브레인 또는 거대 기공 한외여과 멤브레인에 있어서는 몇몇 경우에 폴리도파민 변성이 상기 기공 구조에 추가적인 습윤성을 부여하는데, 이것이 이의 무시할 만한 기공 크기 감소와 결부될 때, 변성되지 않은 멤브레인에 비해 정제수 투과 속도를 효과적으로 증가시키게 된다. 폴리도파민 피복된 멤브레인은 상기 멤브레인 위의 피복물의 존재를 고려할 때 높은 투과 속도를 가질 수 있으며, 상기 투과 속도는 변성되지 않은 멤브레인의 투과 속도에 비해 150% 내지 0% 범위이다. 폴리도파민 변성된 멤브레인에 대한 통상의 높은 투과 속도 값은 변성되지 않은 멤브레인에 비해 약 125%, 110%, 99%, 95%, 90%, 85%, 80%, 75%, 70%, 65%, 60%, 55%, 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20%, 15%, 10% 및 5%의 투과 속도이다. 그러나, 당업자는 상기 백분율이 추정치이며 ±5%로 변화될 수 있음을 인식할 것이다. 더욱이, 폴리도파민, 멤브레인 또는 이들 둘 다는, 나노금속, 나노입자, 할로겐, 하이드록실 그룹, 저급 알킬 그룹, 저급 알콕시 그룹, 모노사이클릭 아릴, 저급 아실 그룹; 및 ROOH, ROSH, RSSH, OH, SO₃H, SO₃R, SO₄R, COOH, NH₂, NHR, NR₂, CONH₂ 및 NH-NH₂(여기서, R은 하나 이상의 탄소계 환을 형성할 수 있는 포화 또는 불포화된 선형 또는 분지형의 탄화수소계 쇄를 의미한다)로부터 선택되는 하나 이상의 관능 그룹, 알킬렌, 실록산, 실란, 에테르, 폴리에테르, 티오에테르, 실릴렌, 실라잔 및 이들의 조합 중의 하나 이상의 부가에 의해 추가로 변성될 수 있다.

폴리도파민 변성에 사용되는 지지체 멤브레인은, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 에폭시 수지, 사이클릭 올레핀 공중합체, 사이클릭 올레핀 중합체, 아크릴레이트 중합체, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리페닐렌 비닐렌, 폴리에테르 에테르 케톤, 폴리(N-비닐카바졸), 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체, 또는 폴리에테르이미드 폴리(페닐렌비닐렌), 폴리설폰, 설폰화 폴리설폰, 스티렌과 아크릴로니트릴 폴리(아릴렌 옥사이드)의 공중합체, 폴리카보네이트, 셀룰로오스 아세테이트, 피페라진-함유 중합체, 다가 전해질, 폴리(스티렌), 스티렌-함유 공중합체, 아크릴로니트릴스티렌 공중합체, 스티렌-부타디엔 공중합체, 스티렌-비닐벤질할라이드 공중합체; 폴리카보네이트; 셀룰로오스계 중합체, 셀룰로오스 아세테이트-부티레이트, 셀룰로오스 프로피오네이트, 에틸 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 니트로셀룰로오스, 폴리아미드, 폴리이미드, 아릴 폴리아미드, 아릴 폴리이미드, 폴리에테르, 폴리(아릴렌 옥사이드), 폴리(페닐렌 옥사이드), 폴리(크실렌 옥사이드); 폴리(에스테르아미드-디이소시아네이트), 폴리우레탄, 폴리에스테르(폴리아릴레이트 포함), 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리(알킬 메타크릴레이트), 폴리(아크릴레이트), 폴리(페닐렌 테레프탈레이트), 폴리설파이드, 폴리(에틸렌), 폴리(프로필렌), 폴리(부텐-1), 폴리(4-메틸 펜텐-1), 폴리비닐, 폴리(비닐 클로라이드), 폴리(비닐 플루오라이드), 폴리(비닐리덴 클로라이드), 폴리(비닐리덴 플루오라이드), 폴리(비닐 알코올), 폴리(비닐 에스테르), 폴리(비닐 아세테이트), 폴리(비닐 프로피오네이트), 폴리(비닐 피리딘), 폴리(비닐 피롤리돈), 폴리(비닐 에테르), 폴리(비닐 케톤), 폴리(비닐 알데하이드), 폴리(비닐 포르말), 폴리(비닐 부티랄), 폴리(비닐 아미드), 폴리(비닐 아민), 폴리(비닐 우레탄), 폴리(비닐 우레아), 폴리(비닐 포스페이트), 폴리(비닐 설페이트), 폴리알릴; 폴리(벤조벤즈이미다졸), 폴리하이드라지드, 폴리옥사디아졸, 폴리트리아졸, 폴리(벤즈이미다졸), 폴리카보디이미드, 폴리포스파진 및 이들의 조합 중의 하나 이상을 포함할 수 있다.

멤브레인 피복물 층은, 아래에 있는 멤브레인의 다공성 구조에 오염물이 접촉하지 못하게 함으로써 오염을 추가로 감소시킨다. 소수성 멤브레인에의 친수성 층의 결합은, 친수성 중합체의 팽윤성이 문제가 되는 투과증발(pervaporation) 및 기체 분리를 포함하는 기타의 멤브레인 분야에서도 실질적인 목적을 제공한다.

도 1은 도파민 및 폴리도파민 구조의 개략도이다. 도파민 자가-중합 반응은 1시간 미만 내에 용액의 색상을 투명한 적색으로부터 짙은 갈색으로 변화시켰고, 단지 수 분의 함침 시간 후에, 침착된 폴리도파민이 멤브레인 표면 위에 육안으로 보였다. 3N HCl하에서 약 5분간의 초음파 처리 후에도 멤브레인 변색이 나타나지 않았으므로, 상기 침착된 층은 멤브레인 표면에 단단히 결합되어 있었다. 또한, 멤브레인 표면 스크래칭해도 상기 침착된 층이 육안으로 보기에는 제거되지 않았다.

상기 개략도에는 도파민 및 폴리도파민 구조를 제공하지만, 본 발명은 사용될 수 있는 기타의 아민 치환된 벤젠디올 조성물을 또한 제공한다. 예컨대, 본 발명은 멤브레인 변성제를 형성하기 위해 기타의 임의의 방향족 디하이드록시 그룹-함유 분자를 사용할 수 있다. 방향족 분자는 3 내지 8개의 탄소를 함유하고 하나 이상의 헤테로원자를 포함할 수 있으며, 예를 들면, 벤조티아졸, 벤즈이속사졸, 벤족사졸, 인다졸, 푸린, 벤즈이미다졸, 벤조[c]티오펜, 벤조티오펜, 이소인돌, 인돌, 이소벤조푸란, 벤조푸란, 나프탈렌, 나프탈렌 유도체, 퀴놀린, 퀴나졸린, 신놀린, 이소퀴놀린 및 이들의 치환물 및 변성물일 수 있다. 더욱이, 도파민 또는 기타의 방향족 디하이드록시 및 아민-함유 분자들은 공중합될 수 있거나, 방향족 디하이드록시, 아민 또는 티올 관능기를 함유하는 여러 가지 상이한 분자들을 갖는 복합-단량체 조성물 중의 하나를 사용할 수 있다.

도 2는 상이한 폴리도파민 침착 시간을 갖는 UF 폴리설폰 멤브레인의 투과율을 나타낸 도표이다. 폴리도파민-변성된 폴리설폰 멤브레인을 통한 물의 이동을 도파민 중합 용액 중의 멤브레인 함침 시간의 함수로서 확인하였다. 함침 시간이 증가할 수록 멤브레인 위에 침착되는 폴리도파민의 양이 증가하기 때문에, 물 투과 속도가 감소하였다. 그러나, 1시간 미만 동안 함침된 멤브레인은 변성되지 않은 멤브레인에 비해 약간의 물 투과 속도 감소만을 나타내어, 이들 멤브레인의 연구에서 흥미로운 점을 발견하였다. 예컨대, 함침 시간이 30분인 멤브레인은 변성되지 않은 멤브레인 정제수 투과 속도의 80% 정도를 유지하였다. 이는, 멤브레인의 기공 구조가 짧은 함침 시간에서는 폴리도파민 침착에 의해 일반적으로 영향을 받지 않았다는 것을 시사한다. 폴리도파민은 멤브레인의 표면 위에 결함이 없는 흡착층(adlayer)을 형성하지 않았으며, 그보다는 멤브레인 표면과 멤브레인 기공 구조 위에 상사 침착(conformally deposited)되었다. 따라서, 단시간의 폴리도파민 함침을 사용하면, 멤브레인 정제수 투과 속도의 상당한 손실 없이, 접촉각 측정에 의해 나타난 바와 같은 더 높은 친수성을 갖는 멤브레인이 수득된다. 표 1은 접촉각 측정에 의해 나타난 바와 같은 친수성과 도파민 용액 속에서의 기재의 노출 시간과의 상관관계를 보여준다.

침지 시간 [h]	접촉각 [°]
0	108.7±5.0
0.16	49.3±6.9
1	48.6±4.0
2	57.8±2.5
4	47.0±4.7
8	47.3±1.1
12	52.5±4.1
16	54.7±7.5

수중 데칸 포획 기포(decane-in-water captive bubble) 접촉각 측정을 표면 친수성의 조사에 사용하였다. 표 1은 각종 도파민 침착 시간을 갖는 폴리설폰 멤브레인에 대한 수중 데칸 포획 기포 접촉각을 예시한다. 자발적이고 신속한 폴리도파민 침착으로 인해, 폴리설폰 멤브레인 표면 친수성의 급격한 증가가 나타났다. 상기 표 1에 제시된 바와 같이, 폴리설폰 UF 멤브레인 접촉각은 도파민 함침 후에 10분 만에 크게 감소하였다. 더 긴 시간 동안 함침된 멤브레인의 접촉각은, 표면 친수성이, 초기 폴리도파민 침착이 발생한 후에는 영향을 받지 않는 채 유지된다는 것을 보여준다. 폴리아미드(PA) RO 멤브레인(XLE 멤브레인, 제조원: 다우 필름테크(Dow FilmTec)) 및 PA NF 멤브레인(NF-90 멤브레인, 제조원: 다우 필름테크)의 경우에도 이와 유사한 표면 친수성 증가가 나타났는데, 변성되지 않은 PA RO 멤브레인 및 PA NF 멤브레인의 데칸 접촉각이 각각 45°±3 및 49°±2이었던 반면, 침착 시간이 30분을 초과하는 멤브레인은 접촉각이 36°±4(PA RO) 및 40°±3(PA NF)이었다. 이 표면 친수성의 이러한 증가는, 멤브레인 내오염성에 현저한 영향을 미쳤다.

더 긴 함침 시간에서는, 궁극적으로 도파민 침착이 기공 구조의 수축 및 이에 의따른 멤브레인 투과 속도의 감소를 초래한다. 이러한 수축 역시 흥미로운데(예를 들면, 함침 시간 > 16시간), 폴리도파민은 기체 분리 또는 담수화(water desalting) 등의 분야에서 독특한 분리 특성을 갖는 고도의 수소 결합된 네트워크를 형성할 수 있기 때문이다.

도 3a, 3b, 3c, 3d, 3e 및 3f는 멤브레인 오염 연구를 나타낸 그래프이다. 변성되지 않은 PSf 한외여과 멤브레인(A-1 멤브레인, 제조원: GE Water) 및 30분간 도파민 용액에 노출시켜서 형성된 폴리도파민 침착 층을 갖는 PSf 멤브레인(A-1 멤브레인, 제조원: GE Water)의 1500ppm 유-수 에멀젼(1350ppm 식물성 유 및 150ppm DC-193 계면활성제) 오염에 대하여, 도 3a는 각각 시간 함수로서의 투과 속도의 그래프이고 도 3b는 시간 함수로서의 총 유기물 배제율(the percent total organic rejected)의 그래프이다. 변성되지 않은 RO 멤브레인(다우 필름테크 XLE) 및 30분간 도파민 용액에 노출시켜서 형성된 폴리도파민 침착 층을 갖는 RO 멤브레인을 통해 여과되는 2000ppm NaCl을 갖는 1500ppm 유-수 에멀젼에 대하여, 도 3c는 각각 시간 함수로서의 투과 속도의 그래프이고 도 3d는 시간 함수로서의 총 염 배제율의 그래프이다. 변성되지 않은 NF 멤브레인(다우 필름테크 NF-90) 및 30분간 도파민 용액에 노출시켜서 변성시킨 NF 멤브레인에 의해 여과되는 2000ppm NaCl을 갖는 1500ppm 유-수 에멀젼에 대하여, 도 3e는 각각 시간 함수로서의 투과 속도의 그래프이고 도 3f는 시간 함수로서의 총 NaCl 배제율의 그래프이다. 폴리도파민은 UF, NF 및 RO 멤브레인에서의 멤브레인 내오염성 증가를 유도한다. 예컨대, 도 3a는 유분 함유 물을 여과한지 1일 후, 도파민-처리된 멤브레인이 변성되지 않은 멤브레인보다 거의 4배 더 높은 투과 속도를 나타낸다는 것을 보여준다. 유사하게, 도 3b 및 3d에서의 RO 및 NF 멤브레인 역시, 도파민 처리된 경우 유-수 에멀젼 여과 과정에서 더 높은 투과 속도를 갖는다.

더욱이, 도파민-처리된 한외여과 멤브레인은 변성되지 않은 PSf 멤브레인보다 약간 더 높은 유기물 배제율을 또한 나타낸다. 공급물 스트림 중에 유기물이 존재하지 않는 경우에는, 변성되지 않은 RO 및 NF 멤브레인의 염 배제율이 이들 각각의 폴리도파민-변성된 멤브레인의 염 배제율보다 낮다. 그러나, 오염 실험에서는, 변성되지 않은 RO 및 NF 멤브레인이 폴리도파민 변성된 멤브레인보다 약간 더 높은 염 배제율을 나타낸다. 이는 아마도, 변성되지 않은 멤브레인 표면에 존재하는 더 두꺼운 오일 케익 층에 의해 일어나는 것이며, 상기 멤브레인은 염 투과에 대한 더 큰 내성을 발생시킨다.

도 4a는 변성되지 않은 폴리설폰 UF 멤브레인, 30분간 도파민 용액에 노출시켜서 변성시킨 폴리설폰 UF 멤브레인, 및 30분간 도파민 용액에 노출시킨 후에 폴리도파민 층에 폴리(에틸렌 글리콜)(PEG) 아민(Mw=1,000)을 그래프팅하여 변성시킨 폴리설폰 UF 멤브레인에 대한 비이온성 계면활성제/식물성 유의 오염 곡선을 나타낸 것이다. PEG는 다수의 표면들에 대한 오염물 부착에 저항하는 것으로 나타났고, 따라서 이와 동일한 목적으로 본 발명에 사용되고 있다. 유-수 여과 1일 후에 PEG-관능화된 멤브레인의 투과 속도가 폴리도파민 변성된 멤브레인의 투과 속도보다 30% 정도 더 높으므로, 폴리도파민 층에의 PEG의 부착은 UF 멤브레인의 내오염성을 증가시킨다.

도 4b는 폴리아미드 RO 멤브레인에 관한 유사한 데이타를 제공한다. 유-수 여과 1일 후에 폴리도파민 변성된 RO 멤브레인은 변성되지 않은 형태보다 30% 정도 더 높은 투과 속도를 나타냈다. 폴리도파민 층에 PEG 아민(Mw=5,000)을 그래프팅한 경우에는 멤브레인의 초기 투과 속도가 비교적 낮았다(21ℓm^-2h^-1). 그러나, 1일의 여과 과정에 걸쳐 이 멤브레인의 투과 속도는 이의 초기 투과 속도와 거의 동일하게 유지되었기 때문에 이 멤브레인의 오염은 실질적으로 나타나지 않았다.

도 4c는 변성되지 않은 RO 멤브레인, 1.5시간 동안 폴리도파민 침착된 RO 멤브레인, 및 1.5시간 동안 폴리도파민 침착된 후에 폴리도파민 층에 PEG 아민(Mw=5,000)을 그래프팅한 RO 멤브레인의 135ppm 데칸/15ppm 도데실트리메틸 암모늄 브로마이드(DTAB)-물 에멀젼 오염에 대한 시간 함수로서의 투과 속도 그래프이다. 도 4c는 여과 1일 후에 폴리도파민-변성된 멤브레인의 최종 투과 속도가 변성되지 않은 멤브레인의 투과 속도보다 약 2배 더 높기 때문에(폴리도파민 변성된 멤브레인의 경우 3.1ℓm^-2h^-1이고 변성되지 않은 RO 멤브레인의 경우 1.7ℓm^-2h^-1이다), 충전된 계면활성제가 오염물로서 우세하게 존재할 때에는(이 경우 DTAB는 충전된 계면활성제이다), 도파민-처리된 멤브레인이 오염을 저항할 수 있다는 것을 보여준다. 폴리도파민/PEG 멤브레인의 초기 투과 속도는 비교적 낮았다(21ℓm^-2h^-1). 그러나, 1일의 여과 후에 멤브레인은 이의 원래의 투과 속도의 40% 정도를 유지하였기 때문에(24시간째의 최종 투과 속도는 8ℓm^-2h^-1이었다), 폴리도파민 층에의 PEG 그래프팅은 멤브레인 내오염성에 있어서 뚜렷한 변성을 나타냈다. 따라서, 본 발명자들은 PEG를 임의의 멤브레인 표면에 그래프팅하는 다목적 방법이 폴리도파민이고 이 폴리도파민/PEG 층은 멤브레인의 내오염성을 현저하게 변성시킨다고 결론지을 수 있다. 당업자는 본 발명을 고려할 때 도파민 구조에 그래프팅될 수 있는 PEG 또는 이와 관련된 구조의 종류의 다수의 예들을 인식할 것이다. 예컨대, 다수의 이러한 화합물들은 본원에 참조로 인용되는 미국 특허 제6,280,853호에 교시되어 있다.

도 5는 변성되지 않은, 폴리도파민 변성된, 및 폴리도파민/PEG 변성된 UF, NF 및 RO의, 오염 실험 1일 후의 정제수 투과율을 나타낸 것이다. 정제수 데이타를 회수하기 전에, (결합되지 않은 임의의 오염물을 제거하기 위해) 멤브레인을 세정하고 초순수 중에 저장하였다. 도 5는 또한 이들 멤브레인의 오염 전과 오염 후의 정제수 투과율의 비율(비가역적 오염 지수라 지칭됨)도 나타낸다. 본 연구의 목적상, 비가역적 오염이란 간단한 세정/세척 단계에 의해 회복될 수 없는 오염 실험 동안의 투과 속도 손실로서 정의된다. 참조기준으로서 완벽한 비-오염 멤브레인은 비가역적 오염 지수가 1일 것이다. 폴리도파민은 멤브레인들의 정제수 투과 속도를 크게 향상시켰다. 예컨대, 변성되지 않은 폴리설폰 UF 멤브레인은 오염 후에 단지 0.09 내지 0.3ℓm^-2h^-1atm^-1의 투과율을 나타낸 반면, 폴리도파민 변성된 UF 멤브레인은 40.8ℓm^-2h^-1atm^-1의 투과율을 나타냈고, PEG 아민(Mw=1,000) 그래프팅을 갖는 폴리도파민 변성된 UF 멤브레인은 43.7ℓm^-2h^-1atm^-1의 투과율을 나타냈다. 변성된 NF 및 RO 멤브레인 역시 이들의 변성되지 않은 형태보다 더 높은 물 투과율을 나타냈다. 또한, 폴리도파민/PEG 멤브레인은 변성되지 않은 멤브레인 및 폴리도파민 단독 변성된 멤브레인에 비해 더 높은 비가역적 오염 지수를 가졌기 때문에, 이들 멤브레인의 표면에의 PEG 아민 그래프팅은 UF 및 RO 멤브레인의 비가역적 내오염성을 현저하게 향상시켰다. 도 5B는 변성되지 않은, 폴리도파민 변성된, 및 폴리도파민/PEG(PEG Mw=5,000) 변성된 RO 멤브레인의 150ppm DTAB/데칸 에멀젼 오염 실험 1일 후의 정제수 투과율 및 비가역적 오염 지수를 나타낸 것이다. 정제수 데이타를 회수하기 전에, 교차유동 시스템을 통해 (및 이에 따라 멤브레인의 표면 위에) 1시간 동안 HCl 용액(pH 1.5), 이어서 NaOH 용액(pH 12.5)을 순환시킴으로써 멤브레인을 세척하였다. 비이온성 오일 에멀젼 비가역적 오염 데이타와 유사하게, 폴리도파민 변성된 및 폴리도파민/PEG 변성된 RO 멤브레인에서도 현저한 투과 속도 회복 변성이 나타났다. 예컨대, DTAB/데칸 에멀젼 여과 및 세척 주기 1일 후, 변성되지 않은 멤브레인은 0.3ℓm^-2h^-1atm^-1의 정제수 투과율을 갖는 반면, 폴리도파민 변성된 멤브레인 및 폴리도파민/PEG 멤브레인은 각각 2.8 및 3.0ℓm^-2h^-1atm^-1의 투과율을 가졌다. 더욱이, 이들 멤브레인의 비가역적 오염 지수는 변성 후에 현저하게 증가한다(변성되지 않은 RO 멤브레인의 경우 0.04, 폴리도파민 및 폴리도파민/PEG RO 멤브레인의 경우 각각 0.5 및 1.0). 이들 데이타는, 멤브레인 표면 위의 폴리도파민 침착 및 폴리도파민 침착/PEG 그래프팅이 세척 주기 후에 멤브레인 효율의 변성을 유도한다는 것을 시사한다.

도 6은 변성되지 않은 폴리설폰 UF 멤브레인, 30분간 도파민 용액에 노출시켜서 변성시킨 폴리설폰 UF 멤브레인, 3시간 동안 도파민 용액에 노출시켜서 변성시킨 폴리설폰 UF 멤브레인, 및 30분간 도파민 용액에 노출시킨 후에 PEG 아민(Mw=1,000)을 그래프팅하여 변성시킨 폴리설폰 UF 멤브레인에 대한 정적 소 혈청 알부민 부착 데이타를 나타한다. 변성되지 않은 멤브레인과 폴리도파민-처리된 멤브레인 사이에는 부착된 총 단백질에 있어서 5배의 감소가 나타나기 때문에, 도파민 침착은 폴리설폰 멤브레인에의 단백질 부착을 명백하게 감소시켰다. 또한, 폴리도파민-처리된 멤브레인과 PEG-그래프팅된 멤브레인 사이에는 단백질 부착에 있어서 거의 2배의 감소가 일어났다. 이들 데이타는 멤브레인 오염을 제거하기 위한 결정적인 단계인, 멤브레인에 대한 단백질 부착을 감소시키는 도파민 처리의 효능을 명백하게 보여준다.

폴리설폰 한외여과 A1 지지체는 제너럴 일렉트릭 워터(General Electric Water)에 의해 제공되고, 본 명세서에 기술된 실시예에서 UF 멤브레인으로서 사용되었다. 역삼투 폴리아미드 멤브레인(XLE RO) 및 나노여과 폴리아미드 멤브레인(NF-90)은 다우 필름테크(Dow Filmtec)에 의해 제공되고, 각각 실시예에 기술된 RO 멤브레인 및 NF 멤브레인으로서 사용되었다. 도파민, 트리즈마(Trizma)(TRIS), 데칸, DTAB, 소 혈청 알부민 및 수산화나트륨은 시그마 알드리치(Sigma Aldrich)로부터 구입하였다. 아민 말단 PEG(PEG 아민)는 레이산 바이오, 인크(Laysan Bio, Inc)(Arab, AL)(Mw=1,000) 및 젠켐 테크(JenKem Tech)(Allen, TX)(Mw=5,000)로부터 구입하였다. 초순수(18.2Mohm-㎝, < 1ppb TOC)는 그래디언트(Gradient) A10/RiOs 밀리포어(Millipore) 정수 시스템으로부터 구입하였다. DC 193 비이온성 계면활성제는 다우 코닝(Dow Corning)으로부터 구입하였다. 웨슨(Wesson) 식물성 유는 현지 수퍼마켓에서 구입하였다.

멤브레인 위의 도파민 침착은 5인치×5인치의 멤브레인 박편을 적어도 30분간 이소프로판올에 침지시킴으로써 달성하였다. 이후 멤브레인을 초순수로 옮기고, 이소프로판올이 모두 제거되도록 물을 2 내지 3회 교체하면서 적어도 2시간 동안 함침시켰다. 물 세정이 완료되면, 멤브레인을 유리 판에 테이프로 붙이고, 캐스팅 링(casting ring)(예를 들면, 직경 12㎝)을 멤브레인의 표면에 단단히 고정시켰다. 멤브레인을 흐르는 초순수로 세정한 후, 유리 링에 도파민 용액을 첨가하였다. 멤브레인 제조 후, 도파민-HCl 0.1g을 10 내지 15mM TRIS 완충액(pH 8.8) 50㎖에 첨가하였다. 상기 시료를 5초간 와동시켰다. 용액을 캐스팅 링에 즉시 넣었다. 용액을 로커(rocker)(예를 들면, 4도 및 50rpm)를 사용하여 교반하였다. 용액이 반응 과정에 걸쳐 약간 투명한 적색으로부터 진한 갈색으로 서서히 변했다. 멤브레인 표면 위에서 육안으로 보이는 갈색 침착이 일어났다. 침착 시간이 증가할 수록 침착 색상이 짙어지게 된다. 이후 멤브레인을 세정하고 사용 시까지 초순수에 저장하였다.

폴리도파민 표면 층에의 PEG 그래프팅은 폴리도파민 변성된 멤브레인을 50 내지 60℃에서 15mM TRIS 완충액(pH 8.8 내지 9) 중의 1㎎/㎖ PEG 아민(Mw=1,000 또는 5,000) 용액에 RO 멤브레인의 경우 1시간, UF 멤브레인의 경우 10시간 동안 함침시킴으로써 달성하였다. 아민 그룹은 알칼리성 조건하에서 마이클 첨가(Michael Addition) 반응 또는 쉬프(Schiff) 염기 반응을 통해 카테콜-유사 폴리도파민 구조와 반응할 것이다. 이후 멤브레인을 세정하고, 사용 전에는 초순수에 저장하였다.

오염 연구는 멤브레인의 오염 방지능의 최종 시험으로서 교차유동 여과 유닛을 사용하여 수행하였다. 공급 스트림을 가압하고 멤브레인 표면에 대해 접선 방향으로 통과시킴으로써, 농도 분극/표면 오염을 감소시키기 위해 멤브레인 표면에서 전단력을 발생시켰다. 이 형태의 여과는 산업적 여과에서 폭넓게 사용되고 있으며, 따라서 멤브레인의 오염 특성을 평가하는 데 유용하다.

비이온성 유/수 에멀젼은 식물성 유 40.5g 및 DC 193 계면활성제(오일:계면활성제 비율 9:1) 4.5g을 총 3㎏의 용액이 만들어지도록 물에 첨가함으로써 제조하였다. 데칸/DTAB 에멀젼은 데칸 4.05g 및 DTAB 0.45g을 총 3㎏의 용액이 만들어지도록 물에 첨가함으로써 제조하였다. 혼합물들을 고속 블렌더(Waring LBC 15)(Torrington, CT)에서 3분간 20,000rpm으로 블렌딩하였다. 혼합물들을 총 유기물 농도가 비이온성 유/수 에멀젼의 경우 1,500ppm, 또는 데칸/DTAB 에멀젼의 경우 150ppm이 되도록 정제수로 희석하였다. 각 실험을 위해 새로운 에멀젼을 제조하였다. 그러나, 사용된 교차유동 장치는 3개 이하의 멤브레인을 동시에 시험할 수 있었다. 상기 교차유동 시스템은 세퍼레이션 시스템스 테크놀로지스(Separation Systems Technologies)(San Diego, CA)로부터 구입하였다.

교차유동 여과 동안, 멤브레인 압력차는 2atm 내지 20atm 사이의 임의의 값으로 조절할 수 있었고, 교차유동 속도는 유동 채널의 기하학적 구조(예를 들면, 길이 3"×폭 1"×깊이 1/8")에 따라 ~400 내지 4,000 범위의 레이놀즈 수(Reynolds number)에 상응하는 0.4ℓ/m 내지 4ℓ/m로 조절할 수 있었다. 본 연구는 폴리설폰 UF 멤브레인의 경우 100psi(6.8atm)의 멤브레인 압력차 및 1.3ℓ/min(Re~1500)의 교차유동 속도, NF 및 RO 멤브레인의 경우 150psi(10.2atm)의 멤브레인 압력차 및 3.75ℓ/min(Re~4500)의 교차유동 속도에 제한된다. 멤브레인 배제 특성은 공급물 및 침투물 중의 총 유기 탄소 농도를 TOC 분석기(Shimadzu Scientific Instruments Total Organic Carbon Analyzer, Model 5050A)(Columbia, MD, USA)를 사용하여 시험함으로써 산출한다.

비가역적 오염 연구는 멤브레인 위에서 24시간 동안 비이온성 유/수 에멀젼 또는 DTAB/데칸 에멀젼 오염을 실시함으로써 수행하였다. 비이온성 유/수 에멀젼 오염 연구 후, UF 및 NF 멤브레인을 셀로부터 떼어내고, 1일의 과정에 걸쳐 흐르는 초순수로 3회 세정하고, 세정 중간 중간에는 물 속에 저장해 두었다. 멤브레인의 활성 영역으로부터 직경 1인치의 박편 3개를 잘라내고, 3.5㎠ 활성 영역 데드-엔드(dead-end) 셀(Advantec MFS, Dublin, CA) 내에서 각각의 이들 시료들에 대해 50psi에서의 정제수 투과 속도를 기록하였다. 이들 시료들의 투과 속도의 평균을 산출하고, 이를 멤브레인 압력(50psi)으로 나누어 오염 후의 정제수 투과율을 산출하였다.

비이온성 유/수 에멀젼 오염 연구 후, 다음의 프로토콜을 사용하여 RO 멤브레인을 세정하였다: 상기 시스템을 초순수로 1회 플러싱하여 임의의 유-수 에멀젼을 제거하고 초순수로 충전시켰다. 50psi의 멤브레인 압력차에서 멤브레인 셀을 통해 물을 순환시켰다. 이 과정을 (총 1시간의 세정 시간 동안) 20분 간격으로 2회 더 반복하였다(총 3회의 플러싱/세정 주기). 세정이 완료되면, 상기 시스템을 초순수로 충전시키고, 멤브레인의 정제수 투과 속도를 150psi의 멤브레인 압력차에서 기록하였다. 오염 실험 후의 멤브레인의 정제수 투과율(압력 정규화 투과 속도)을 오염 실험 전의 멤브레인의 정제수 투과율로 나눔으로써 비가역적 오염 지수를 산출하였다. 오염 실험 전의 정제수 투과율은 UF 멤브레인을 위한 별개의 멤브레인 시료 위에서 다양한 압력(즉, 15psi, 30psi, 45psi)하에 11.5㎠ 데드-엔드 셀(Advantec MFS)에서 측정하였다. 오염 실험 전의 정제수 투과율은 교차유동 시스템에서 MF 및 RO 멤브레인 둘 다에 대해 150psi 멤브레인 압력차로 측정하였다. RO 멤브레인 위에서의 DTAB/데칸 에멀젼 비가역적 오염 실험을 위해, 1일의 여과 후에 다음의 프로토콜을 사용하여 세척 주기를 수행하였다: (임의의 DTAB/데칸 에멀젼을 제거하기 위해) 교차유동 시스템을 초순수로 1회 플러싱하였다. 이 시스템을 초순수 10ℓ로 충전시키고, HCl 용액을 사용하여 이의 pH를 1.5로 조절하였다. 50psi 및 45℃에서 1시간 동안 시스템을 통해 산성 용액을 순환시켰다. 이후 시스템을 초순수로 플러싱하고 초순수 10ℓ로 충전시키고, NaOH를 사용하여 이의 pH를 12.5로 조절하였다. 50psi 및 45℃에서 1시간 동안 상기 시스템을 통해 알칼리성 용액을 순환시켰다. 이후 시스템을 초순수로 2회 플러싱하여 모든 오염물의 제거를 보장하였다. 그런 다음 시스템을 초순수로 충전시키고, 멤브레인의 물 투과 속도를 150psi에서 기록하였다.

도 1에서 폴리설폰 UF 멤브레인의 정제수 투과율을 시험하기 위해, 원통형 교반 데드-엔드 셀을 사용하였다. 이 방식의 여과에서는, 전체의 공급 스트림이 멤브레인을 통과하도록 하여 정제수 투과율 연구에 가장 알맞도록 하였다. 정제수 투과 속도 연구는 각 멤브레인에 대해 각각 3가지의 압력, 즉, 10psi, 20psi 및 40psi(0.7atm, 1.3atm 및 2.7atm)에서 수행하였다. 유효 여과 면적이 11.5㎠인 데드-엔드 셀 크기를 사용하였다.

정적 단백질 부착 방법은 6개의 멤브레인 시료의 단백질 부착 후의 중량과 동일 멤브레인의 단백질 부착 전의 중량을 비교함으로써 달성하였다. 멤브레인을 철저히 세정하고, 적어도 2시간 동안 이소프로판올에 침지시키고 이어서 적어도 2시간 동안 초순수에 침지시킨 후, 이들을 단백질 부착 연구에 앞서 칭량하였다. ±1㎍의 정확도를 갖는 자기 부상 밸런스(Rubotherm, Germany)를 사용하여 멤브레인의 중량을 분석하였다. 단백질 부착 연구는 직경 1인치의 멤브레인을 데드-엔드 여과 셀 안에 넣음으로써 수행하였다. 인산염 완충 염 용액(pH 7.0) 중의 1㎎/㎖ 소 혈청 알부민 2㎖를 데드-엔드 셀에 투입하고 실온에서 항온배양하였다. 1시간 후, 단백질 용액을 셀로부터 따라내고, 멤브레인을 제거하고, 인산염 완충 염수에 의해 도입된 임의의 염 잔류물 및 결합되지 않은 임의의 단백질을 제거하기 위해 초순수로 3회 세정하였다(세정 과정에서는 총 1시간을 사용하였다). 멤브레인을 50℃에서 30분간 건조시킨 후에 자기 부상 밸런스에 넣었다. 6개의 멤브레인(총 표면적 21㎠)을 상기 밸런스에서 동시에 칭량하였다. 칭량은 진공하에서 수행하였고, 6개의 멤브레인의 중량을 적어도 30분간 평형이 되게 한 후에 이들의 최종 중량을 기록하였다.

도파민은 본원에서 멤브레인 변성제로서 논의되고 있지만, 도파민에서 나타나는 관능화된 화학을 이용하는 다수의 양태들은 유사한 오염 방지용 멤브레인 피복물을 제공할 수 있었다. 이들 핵심적 관능기들은 문헌에서 머슬(Mussel)의 부착성 플라크 내의 핵심 요소로서 확인되고 있는 카테콜-유사 디하이드록시 페닐 그룹 및 아민 그룹이다. 따라서, 방향족 디하이드록시 그룹 및 아민 그룹을 치환체로서 포함하는 분자 또는 복합 분자는 멤브레인 표면 변성에 사용될 수 있다. 또한, 티올 그룹도 카테콜-유사 디하이드록시 페닐 그룹과 반응하는 것으로 나타나고 있다. 따라서, 임의의 티올 함유 분자도 임의의 방향족 디하이드록시 그룹-함유 분자와 조합되어 멤브레인 변성제를 형성할 수 있었다. 또한, 도파민 또는 기타의 방향족 디하이드록시 및 아민-함유 분자는 방향족 디하이드록시, 아민 또는 티올 관능기를 함유하는 각종 상이한 분자들과 함께 공중합될 수 있었다. 이들 신규 중합체들도 멤브레인 표면 변성에 사용될 수 있다.

최근, 거의 모든 통상의 멤브레인 변성은 이들을 모듈(module)에 도입하기 전에 수행하고 있다. 이에 반해, 본 발명의 폴리도파민 처리 및 조성물은 멤브레인을 모듈 형태로 가공한 후에 이들 위에서 표면 변성을 수행할 수 있다는 점에서 통상의 다른 표면 변성 기술에 비해 이점을 갖는다. 본 발명은 나선형 모듈, 중공 섬유 모듈, 평판 시트 또는 (다른 곳에 기술된 바와 같은) 기타의 예비형성 구조로 구입된 통상의 정수 멤브레인의 변성을 위한 방법 및 조성물을 제공한다. 시판 멤브레인 위에 폴리도파민 및 이와 유사한 부착성 중합체를 대규모로 피복하기 위해서, 약간 변형된 정수 교차유동 시스템을 사용할 수 있다. 예컨대, 도 7은 실험실 규모의 교차유동 시스템의 영상 및 개략도를 예시한다.

도 7은 멤브레인 셀(14a, 14b 및 14c)에 연결된 공급 탱크(12)를 갖는 교차유동 시스템을 예시한다. 교차유동 시스템(10)은 또한 유량계(16), 압력 게이지(18), 온도계(20) 및 밸런스(22a, 22b 및 22c)를 포함할 수 있다. 교차유동 시스템 개략도(24)에서, 공급 탱크(12)는 일정한 온도로 유지되고 펌프(26)에 연결되어 있으며, 상기 펌프는 바이패스(28), 유량계(30) 및 압력 게이지(32)에 연결되어 있다. 압력 게이지(32)는 하나 이상의 멤브레인 셀(14a, 14b 및 14c)에 연결되어 있다. 여기서는 3개의 멤브레인 셀이 예시되어 있지만, 당업자는 이는 단지 간략화를 위함일 뿐 본 발명은 다수의 멤브레인 셀(14)을 포함할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 하나 이상의 멤브레인 셀(14a, 14b 및 14c)은 물질의 일부가 통과하면서 (34a, 34b 및 34c)에 회수될 수 있게 한다. 이는 별개의 용기로서 예시되어 있지만, 당업자는 단일 용기 또는 다수의 용기가 존재할 수 있음을 쉽게 이해할 것이다. 온도 게이지(36)도 시스템에 장착될 수 있다. 도 7에 도시된 교차유동 시스템(10)에서, 공급 탱크(12) 중의 공급수(feed water)는 높은 멤브레인 압력에서 일련의 멤브레인 셀(14)을 통해 펌핑된다. 공급수의 일부가 멤브레인 표면(40)과 접촉하고, 오염물은 배제되면서 정제수가 멤브레인(40)을 통과하여 (34)에 회수되도록 할 수 있다. 멤브레인(40)을 통과하지 않은 일부의 공급수는 후속 여과를 위해 공급 탱크(12)로 환송된다.

변성된 교차유동 시스템의 한 개략도를 도 8에 나타낸다. 변성된 교차유동 시스템(42)은, 도파민 용액(44)을 함유하고 펌프(26)에 연결되어 있는 공급 탱크(12)를 포함하고, 상기 펌프는 바이패스(28) 및 유량계(30)에 연결되어 있다. 임의로, 변성된 교차유동 시스템(42)은 멤브레인 셀(14)과 멤브레인 모듈(40) 앞에 위치하는 필터(46)를 포함할 수 있다. 변성된 교차유동 시스템(42)은 또한 압력 게이지(32), 온도 게이지(36) 및/또는 압력 조절기(48)에 임의의 필요한 순서 또는 조합으로 연결될 수 있다. 또한, 본 발명은 멤브레인 셀(14) 앞에 위치하는 필터(46)를 "n"개의 분포수로 가질 수 있다. "n"은 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 내지 100, 또는 100 이상일 수 있다. 여기서는 하나(1)의 멤브레인 셀(14) 앞에 위치하는 한 개(1)의 필터(46)만이 예시되어 있지만, 당업자는 이는 단지 간략화를 위함일 뿐 본 발명은 다수의 멤브레인 셀(14)을 포함할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 도 8에 도시된 교차유동 시스템(10)에서, 공급 탱크(12) 중의 도파민 용액(44)은 펌프(26)를 이용하여 높은 멤브레인 압력에서 일련의 하나 이상의 멤브레인 셀(14)을 통해 펌핑된다. 도파민 용액(44)은 멤브레인 표면(40)과 접촉하여 통과하고 멤브레인(40) 위에 도파민 용액(44)이 침착되게 된다. 나머지 도파민 용액(44)은 공급 탱크(12)로 환송된다.

본 발명은 모듈 형태로 가공되어 있는 표면 멤브레인을 위한 폴리도파민 처리를 제공한다. 예컨대, 나선형 멤브레인, 중공 섬유 멤브레인 및 평판 시트 멤브레인을 폴리도파민으로 피복하기 위해서, 표준 교차유동 시스템(이러한 시스템 중의 하나가 상기 설명되어 있다)을 3가지 방식으로 변성할 수 있다. 첫째, 멤브레인 모듈(40)의 침투 측면을 먼저 차단하여 도파민 용액(44)이 멤브레인(40)을 통해 전달되지 못하게 한다. 멤브레인(40)을 차단하는 데에는 고무 마개 또는 클램프(또는 당업자에게 공지된 기타의 장치)(도시하지 않음)를 사용할 수 있으며, 도파민 처리 후에는 제거한다. 둘째, 알칼리성 도파민 용액(44)은 멤브레인 모듈(40)의 공급-측면을 통한 물의 유동을 방해하는 미세입자(도시하지 않음)를 형성하기 때문에 이를 공급 스트림으로부터 제거해야 한다. 입자 필터(46)를 각각의 멤브레인 모듈(40)의 도입구 근처에 한 줄로 위치시켜서 폴리도파민 형성 동안 형성되는 미세입자(도시하지 않음)를 제거한다. 또는, 입자 필터(46)를 각각의 멤브레인 셀(14)의 도입구에 분포되기 전의 더 높은 줄에 위치시킬 수도 있다. 당업자는 각각의 멤브레인 모듈(14)의 도입구보다 앞서 여과를 달성하기 위해 기타의 필터(26) 또는 일련의 필터들(도시하지 않음)을 사용할 수 있음을 쉽게 인식할 것이다. 따라서, 이들 입자들은 도파민 용액(44)이 멤브레인 모듈(14)에 도입되기 전에 제거될 수 있다. 입자 필터(46)의 공칭 기공 직경은 0.05미크론 내지 20미크론이고, 바람직한 공칭 기공 직경은 약 5미크론이다. 입자 필터(46)의 공칭 기공 직경은 입자들을 여과하기에 충분하기만 하면 되고, 상이한 기공 크기를 갖는 일련의 필터(46)들을 사용할 수 있다. 셋째, 고성능 펌프 대신에 소형 펌프(26)를 사용하여 높은 멤브레인 압력을 달성한다. 펌프(26)는 저압(예를 들면, 0 내지 50psig, 바람직하게는 0 내지 10psig)에서 작동될 수 있어야 하고, 각 멤브레인 셀(14) 중의 도파민 용액(44)의 체류 시간이 0.0초 내지 3시간, 바람직하게는 0.0초 내지 10분으로 유지되도록 해야 한다. 짧은 체류 시간은 멤브레인 셀(14) 내에 미세입자가 형성되지 않음을 보장한다. 체류 시간은 멤브레인 셀(14)의 총 공급-측면 용적을 공급-측면 도파민 용액(44)의 용적 유동 속도로 나눈 값으로 정의된다.

본 발명은 또한 일련의 다수의 모듈을 처리하기 위한 방법, 장치 및 변성된 교차유동 시스템(42)을 제공한다. 멤브레인 셀(14)은 변성된 교차유동 시스템에서 일렬로 추가될 수 있기 때문에, 다수의 멤브레인 셀(14)(예를 들면, 0 내지 100,000,000개)이 한 번에 폴리도파민-처리될 수 있다. 변성된 교차유동 시스템은 일렬로 또는 병렬로 연결된 임의의 수의 멤브레인 모듈(예를 들면, 1 내지 10개, 10개, 100개, 1000개, 10,000개, 100,000개 내지 100,000,000개 이상의 멤브레인 모듈)을 포함할 수 있다.

변성하고자 하는 멤브레인은 부분적으로 또는 전적으로 하나 이상의 중합체로부터 제조될 수 있다. 예컨대, 중합체 표면은 폴리에틸렌(PE); 폴리프로필렌(PP); 폴리스티렌(PS); 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET 또는 PETE); 폴리아미드(PA); 폴리설폰; 설폰화 폴리설폰 또는 멤브레인 용도에 적합한 임의의 기타 다가 전해질; 폴리에스테르 폴리비닐 클로라이드(PVC); 폴리카보네이트(PC); 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS); 폴리비닐리덴 클로라이드(PVDC); 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE); 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA); 폴리락트산(PLA), 폴리피페라진 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 또한, 폴리에틸렌(PE); 폴리프로필렌(PP); 폴리스티렌(PS); 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET 또는 PETE); 폴리아미드(PA); 폴리에스테르 폴리비닐 클로라이드(PVC); 폴리카보네이트(PC); 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS); 폴리비닐리덴 클로라이드(PVDC); 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE); 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA); 폴리락트산(PLA)은 당업자에 의해 변성, 치환 또는 변형될 수 있다.

또한, 상기 중합체는 다음으로부터 선택되는 하나 이상의 단량체로부터 제조될 수 있다: 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 프로필 아크릴레이트(모든 이성체), 부틸 아크릴레이트(모든 이성체), 2-에틸헥실 아크릴레이트, 이소보르닐 아크릴레이트, 아크릴산, 벤질 아크릴레이트, 페닐 아크릴레이트, 아크릴로니트릴, 글리시딜 아크릴레이트, 2-하이드록시에틸 아크릴레이트, 하이드록시프로필 아크릴레이트(모든 이성체), 하이드록시부틸 아크릴레이트(모든 이성체), 디에틸아미노에틸 아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜 아크릴레이트, N-3급-부틸 아크릴아미드, N-n-부틸 아크릴아미드, N-메틸-올 아크릴아미드, N-에틸-올 아크릴아미드, 트리메톡시실릴프로필 아크릴레이트, 트리에톡시실릴프로필 아크릴레이트, 트리부톡시실릴프로필 아크릴레이트, 디메톡시메틸실릴프로필 아크릴레이트, 디에톡시메틸실릴프로필 아크릴레이트, 디부톡시메틸실릴프로필 아크릴레이트, 디이소프로폭시메틸실릴프로필 아크릴레이트, 디메톡시실릴프로필 아크릴레이트, 디에톡시실릴프로필 아크릴레이트, 디부톡시실릴프로필 아크릴레이트, 디이소프로폭시실릴프로필 아크릴레이트, 비닐 아세테이트, 스티렌, 디에틸아미노 스티렌, 파라-메틸스티렌, 비닐 벤조산, 비닐 벤젠 설폰산, 비닐 프로피오네이트, 비닐 부티레이트, 비닐 벤조에이트, 비닐 클로라이드, 비닐 플루오라이드, 비닐 브로마이드, 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 프로필 메타크릴레이트, 부틸 메타크릴레이트, 2-에틸헥실 메타크릴레이트, 이소보르닐 메타크릴레이트, 메타크릴산, 벤질 메타크릴레이트, 페닐 메타크릴레이트, 메타크릴로니트릴, 알파 메틸 스티렌, 트리메톡시실릴프로필 메타크릴레이트, 트리에톡시실릴프로필 메타크릴레이트, 트리부톡시실릴프로필 메타크릴레이트, 디메톡시메틸실릴프로필 메타크릴레이트, 디에톡시메틸실릴프로필메타크릴레이트, 디부톡시메틸실릴프로필 메타크릴레이트, 디이소프로폭시메틸실릴프로필 메타크릴레이트, 디메톡시실릴프로필 메타크릴레이트, 디에톡시실릴프로필 메타크릴레이트, 디부톡시실릴프로필 메타크릴레이트, 디이소프로폭시실릴프로필 메타크릴레이트, 이소프로페닐 부티레이트, 이소프로페닐 아세테이트, 이소프로페닐 벤조에이트, 이소프로페닐 클로라이드, 이소프로페닐 플루오라이드, 이소프로페닐 브로마이드, 이타콘산, 이타콘산 무수물, 디메틸 이타코네이트, 메틸 이타코네이트, N-3급-부틸 메타크릴아미드, N-n-부틸 메타크릴아미드, N-메틸-올 메타크릴아미드, N-에틸-올 메타크릴아미드, 이소프로페닐벤조산, 디에틸아미노 알파메틸스티렌, 파라-메틸-알파-메틸스티렌, 디이소프로페닐벤젠, 이소프로페닐벤젠설폰산, 메틸 2-하이드록시메틸아크릴레이트, 에틸 2-하이드록시메틸아크릴레이트, 프로필 2-하이드록시메틸아크릴레이트, 부틸 2-하이드록시메틸아크릴레이트, 2-에틸헥실 2-하이드록시메틸아크릴레이트, 이소보르닐 2-하이드록시메틸아크릴레이트, 및 디메틸 메타-이소프로페닐벤질 이소시아네이트. 몇몇 양태에서, 상기 중합체는 부분적으로 또는 전적으로 폴리(1-페닐-2-[p-트리메틸실릴페닐]아세틸렌, 폴리(1-트리메틸실릴-1-프로핀), 폴리(에틸렌 옥텐), 가교결합된 폴리(에틸렌 옥사이드) 및 1,2-폴리부타디엔으로부터 제조될 수 있다.

본 발명의 중합체는 할로겐, 하이드록실 그룹, 저급 알킬 그룹, 저급 알콕시 그룹, 모노사이클릭 아릴, 저급 아실 그룹 및 이들의 조합 중의 하나 이상으로 변성 및/또는 치환될 수 있다. 또한, 상기 중합체를 위한 하나 이상의 관능 그룹은 ROOH, ROSH, RSSH, OH, SO₃H, SO₃R, SO₄R, COOH, NH₂, NHR, NR₂, CONH₂ 및 NH-NH₂(여기서, R은 적어도 하나의 탄소계 환을 형성할 수 있는 포화 또는 불포화된 선형 또는 분지형의 탄화수소계 쇄를 의미한다), 알킬렌, 실록산, 실란, 에테르, 폴리에테르, 티오에테르, 실릴렌 및 실라잔으로부터 선택될 수 있다.

상기 중합체는 고무상 중합체, 강직성 쇄 중합체, 유리상 중합체 및 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 이는 폴리(1-페닐-2-[p-트리메틸실릴페닐]아세틸렌(이하, "PTMSDPA"라 부른다) 및 폴리(1-트리메틸실릴-1-프로핀)(이하, "PTMSP"라 부른다), 및 탄성 및 고무상 중합체, 예를 들면, 폴리(에틸렌 옥텐)을 포함한다. 본 발명을 위한 기타의 중합체는 치환되거나 치환되지 않은 중합체일 수 있고, 폴리설폰, 스티렌과 아크릴로니트릴 폴리(아릴렌 옥사이드)와의 공중합체, 폴리카보네이트, 셀룰로오스 아세테이트, 폴리설폰; 폴리(스티렌)(아크릴로니트릴스티렌 공중합체, 스티렌-부타디엔 공중합체 및 스티렌-비닐벤질할라이드 공중합체와 같은 스티렌-함유 공중합체를 포함함); 폴리카보네이트; 셀룰로오스계 중합체, 예를 들면, 셀룰로오스 아세테이트-부티레이트, 셀룰로오스 프로피오네이트, 에틸 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 니트로셀룰로오스 등; 폴리아미드 및 폴리이미드, 예를 들면, 아릴 폴리아미드 및 아릴 폴리이미드; 폴리에테르; 폴리(아릴렌 옥사이드), 예를 들면, 폴리(페닐렌 옥사이드) 및 폴리(크실렌 옥사이드); 폴리(에스테르아미드-디이소시아네이트); 폴리우레탄; 폴리에스테르(폴리아릴레이트 포함), 예를 들면, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리(알킬 메타크릴레이트), 폴리(아크릴레이트), 폴리(페닐렌 테레프탈레이트) 등; 폴리설파이드; 앞서 언급된 것들을 제외한 알파-올레핀 불포화도를 갖는 단량체로부터의 중합체, 예를 들면, 폴리(에틸렌), 폴리(프로필렌), 폴리(부텐-1), 폴리(4-메틸 펜텐-1), 폴리비닐, 예를 들면, 폴리(비닐 클로라이드), 폴리(비닐 플루오라이드), 폴리(비닐리덴 클로라이드), 폴리(비닐리덴 플루오라이드), 폴리(비닐 알코올), 폴리(비닐 에스테르), 예를 들면, 폴리(비닐 아세테이트) 및 폴리(비닐 프로피오네이트), 폴리(비닐 피리딘), 폴리(비닐 피롤리돈), 폴리(비닐 에테르), 폴리(비닐 케톤), 폴리(비닐 알데하이드), 예를 들면, 폴리(비닐 포르말) 및 폴리(비닐 부티랄), 폴리(비닐 아미드), 폴리(비닐 아민), 폴리(비닐 우레탄), 폴리(비닐 우레아), 폴리(비닐 포스페이트) 및 폴리(비닐 설페이트); 폴리알릴; 폴리(벤조벤즈이미다졸); 폴리하이드라지드; 폴리옥사디아졸; 폴리트리아졸; 폴리(벤즈이미다졸); 폴리카보디이미드; 폴리포스파진 등, 및 인터폴리머(interpolymer)(파라-설포페닐메탈릴 에테르의 아크릴로니트릴-비닐 브로마이드-나트륨 염의 삼중합체와 같은 상기로부터의 반복 단위들을 갖는 블록 인터폴리머를 포함함); 및 상기된 것들 중의 임의의 것을 갖는 그라프트 및 블렌드를 포함할 수 있다. 치환된 중합체를 제공하는 치환체로는 불소, 염소 및 브롬과 같은 할로겐; 하이드록실 그룹; 저급 알킬 그룹; 저급 알콕시 그룹; 모노사이클릭 아릴; 저급 아실 그룹 등이 포함된다.

본 발명은 페네틸아민 및 변성 및 치환된 페네틸아민 단량체의 용도를 포함한다. 본 발명은 각종 단량체, 중합체 및/또는 공단량체 조합의 중합을 제공한다. 예컨대, 단량체는 페네틸아민, 3-트리플루오로메틸페네틸아민, 2-클로로페네틸아민, 3-클로로페네틸아민, 4-클로로페네틸아민, 2,4-디클로로페네틸아민, 3-브로모페네틸아민, 4-요오도페네틸아민, 3-하이드록시페네틸아민, 4-하이드록시페네틸아민, 2,4-디하이드록시페네틸아민, 2-메틸페네틸아민, 3-메틸페네틸아민, 4-메틸페네틸아민, 2,4-디메틸페네틸아민, 2,4,6-트리메틸페네틸아민, 3-에틸페네틸아민, 4-에틸페네틸아민, 4-헥실페네틸아민, 3-니트로페네틸아민, 2-아미노페네틸아민, 4-아미노페네틸아민, 2,4-디아미노페네틸아민, 2-메톡시페네틸아민, 3-메톡시페네틸아민, 4-메톡시페네틸아민, 2,4-디메톡시페네틸아민, 2,4,6-트리메톡시페네틸아민, 3,4-디메톡시페네틸아민, 2-에톡시페네틸아민, 3-에톡시페네틸아민, 4-에톡시페네틸아민, 3-프로폭시페네틸아민, 4-부톡시페네틸아민, 4-3급-부톡시페네틸아민, 3-메톡시메틸페네틸아민, 4-메톡시메틸페네틸아민, 3-(2-메톡시에틸)페네틸아민, 4-(2-메톡시에틸)페네틸아민, 4-(1-하이드록시에틸)페네틸아민, 4-(3-하이드록시프로필)페네틸아민, 4-(1-하이드록시에톡시)페네틸아민, 4-페닐페네틸아민, 4-(2-클로로페닐)페네틸아민, 4-(2-아미노페닐)페네틸아민, 3-(2,4,6-트리메틸페닐)페네틸아민, 4-페녹시페네틸아민, 4-(3-클로로페녹시)페네틸아민, 4-(4-아미노페녹시)페네틸아민, 3-벤질페네틸아민, 4-페네틸페네틸아민, 3-아세틸페네틸아민, 4-아세틸페네틸아민, 4-(2-페녹시에틸)페네틸아민, 및 페네틸아민을 위한 3-벤질옥시페네틸아민, 4-플루오로페네틸아민, 3-하이드록시페네틸아민, 2,5-디하이드록시페네틸아민, 2-메틸페네틸아민, 3-메틸페네틸아민, 4-메틸페네틸아민, 2,4-디메틸페네틸아민, 2,4,6-트리메틸페네틸아민, 3-에틸페네틸아민, 4-에틸페네틸아민, 4-헥실페네틸아민, 3-니트로페네틸아민, 2-아미노페네틸아민, 4-아미노페네틸아민, 2,4-디아미노페네틸아민, 2-메톡시페네틸아민, 2,5-디메톡시페네틸아민, 2,3-디메톡시페네틸아민, 3,5-디메톡시페네틸아민, 3,4,5-트리메톡시페네틸아민, 3-메톡시페네틸아민, 4-메톡시페네틸아민, 2,4-디메톡시페네틸아민, 2,4,6-트리메톡시페네틸아민, 3,4-디메톡시페네틸아민, 2-에톡시페네틸아민, 3-에톡시페네틸아민, 4-에톡시페네틸아민, 3-프로폭시페네틸아민, 4-부톡시페네틸아민, 4-3급-부톡시페네틸아민, 3-메톡시메틸페네틸아민, 4-메톡시메틸페네틸아민, 3-메톡시에틸페네틸아민, 4-메톡시에틸페네틸아민, 4-하이드록시에틸페네틸아민, 4-하이드록시프로필페네틸아민, 4-하이드록시에톡시페네틸아민, 4-페닐페네틸아민, 4-(2-클로로페닐)페네틸아민, 4-(2-아미노페닐)페네틸아민, 3-(2,4,6-트리메틸페닐)페네틸아민, 4-페녹시페네틸아민, 4-(3-클로로페녹시)페네틸아민, 3,4-메틸렌디옥시페네틸아민, 6-메톡시-3,4-메틸렌디옥시페네틸아민, 2-메톡시-3,4-메틸렌디옥시페네틸아민, 4,5-메틸렌디옥시페네틸아민, 3-메톡시-4,5-메틸렌디옥시페네틸아민, 4-(4-아미노페녹시)페네틸아민, 3-벤질페네틸아민, 4-페네틸페네틸아민, 3-아세틸페네틸아민, 4-아세틸페네틸아민, 4-(2-페녹시에틸)페네틸아민, 및 4-하이드록시페네틸아민을 위한 3-벤질옥시페네틸아민, 및 이들의 치환물 및 변성물을 포함하는 단독의 단량체 또는 둘 이상의 단량체들의 조합을 포함할 수 있다.

기타의 예로는 β-페닐에틸아민(2-페닐에틸아민), 페네틸아민, 4-하이드록시-페네틸아민, 3,4-디하이드록시-페네틸아민, β,3,4-트리하이드록시-N-메틸페네틸아민, β,3,4-트리하이드록시페네틸아민, β,3-디하이드록시-N-메틸페네틸아민, 2,4,5-트리하이드록시페네틸아민, β,4-디하이드록시-3-하이드록시메틸-N-3급-부틸-페네틸아민, α-메틸-3-아세틸페네틸아민, β-케토암페타민, N-메틸-β-케토암페타민, 3-클로로-N-3급-부틸-β-케토암페타민, 3-트리플루오로메틸-N-에틸-암페타민, 3,4,5-트리메톡시페네틸아민, 3,4-메틸렌디옥시암페타민, 3,4-메틸렌디옥시-N- 메틸암페타민, 3,4-메틸렌디옥시-N-메틸-β-케토암페타민, 2,5-디메톡시-4-메틸암페타민, 2,5-디메톡시-4-브로모암페타민, 2,5-디메톡시-4-니트로암페타민, 2,5-디메톡시-4-브로모페네틸아민, 2,5-디메톡시-4-클로로페네틸아민, 2,5-디메톡시-4-요오도암페타민, 2,5-디메톡시-4-요오도페네틸아민, 2,5-디메톡시-4-메틸페네틸아민, 2,5-디메톡시-4-에틸페네틸아민, 2,5-디메톡시-4-플루오로페네틸아민, 2,5-디메톡시-4-니트로페네틸아민, 2,5-디메톡시-4-에틸티오-페네틸아민, 2,5-디메톡시-4-이소프로필티오-페네틸아민, 2,5-디메톡시-4-프로필티오-페네틸아민, 2,5-디메톡시-4-사이클로프로필메틸티오-페네틸아민, 5-디메톡시-4-3급-부틸티오-페네틸아민, 및 2,5-디메톡시-4-(2-플루오로에틸티오)-페네틸아민이 포함된다. 티라민, 도파민, 에피네프린(아드레날린), 오르에피네프린(노르아드레날린), 페닐에프린, 6-하이드록시도파민, 살부타몰, 아세틸암페타민, 카티논, 메트카티논, 부프로피온, 펜플루라민, 메스칼린, MDA, MDMA, MDMC, DOM, DOB, DON, 2C-B, 2C-C, DOI, 2C-I, 2C-D, 2C-E, 2C-F, 2C-N, 2C-T-2, 2C-T-4, 2C-T-7, 2C-T-8, 2C-T-9, 및 2C-T-21도 포함된다.

추가로, 중합체, 단량체 또는 공중합체는 저급 알킬, 알케닐, 아미노, 아릴, 알킬아릴, 할로겐, 할로, 할로알킬, 포스포릴 또는 이들의 조합 중의 하나 이상의 부가 또는 치환에 의해 변성될 수 있다. 또한, 상기 변성물은 저급 알킬, 알케닐, 아미노, 아릴, 알킬아릴, 할로겐, 할로, 할로알킬, 포스포릴 또는 이들의 조합 중의 하나 이상에 의해 유사하게 변성될 수 있다.

추가로, 중합체, 단량체 또는 공중합체는 가교결합되어 중합체 필름 및/또는 멤브레인을 형성할 수 있는 친수성 및/또는 소수성의 단량체들을 포함할 수 있다. 당업자는 중합체의 가교결합도를 변화시킴으로써, 중합체가 고도의 물 흡수 없이 매우 고농도의 이온성 그룹(예를 들면, 설폰산)을 갖도록 할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 또한, 본 발명은 설폰화 중합체 구조물 및 기재를 포함할 수 있다. 예컨대, 역삼투 분야를 위한 최근의 설폰화 중합체 멤브레인은 약 4 내지 약 11의 pH 범위에서 높은 물 투과 속도 및 높은 내염소성과 함께 안정성을 나타낸다.

통상의 정수 멤브레인은 기타의 문헌에 기술되어 있는 나선형 모듈, 중공 섬유 모듈 및 평판 시트 형태로 구입될 수 있다. 폴리도파민은 멤브레인을 모듈 형태로 가공한 후에 이들 위에서 표면 변성을 수행할 수 있다는 점에서 통상의 표면 변성 기술에 비해 커다란 이점을 갖는다. 거의 모든 기타의 멤브레인 변성은 이들을 모듈에 도입하기 전에 수행하여야 한다. 시판용 멤브레인 위에 폴리도파민 및 이와 유사한 부착성 중합체를 대규모로 피복하기 위해서, 약간 변형된 정수 교차유동 시스템을 사용할 것이다. 도 7은 실험실 규모의 교차유동 시스템의 사진 및 개략도를 나타낸다. 이 시스템에서는, 공급수가 높은 멤브레인 압력에서 일련의 멤브레인 셀을 통해 펌핑된다. 공급수의 일부가 멤브레인 표면과 접촉하고, 여기서 이론적으로 모든 오염물이 멤브레인에 의해 배제됨으로써, 정제수가 멤브레인을 통과하여 유익한 용도를 위해 회수될 수 있다. 멤브레인을 통과하지 않은 모든 공급수는 후속 여과를 위해 공급 탱크로 환송된다.

나선형 멤브레인, 중공 섬유 멤브레인 및 평판 시트 멤브레인을 폴리도파민으로 피복하기 위해서, 상기된 표준 교차유동 시스템을 3가지 방식으로 변성할 수 있다. 1.) 멤브레인 모듈의 투과 측면을 먼저 차단함으로써 도파민 용액이 멤브레인을 통해 전달되지 못하게 한다. 고무 마개 또는 클램프와 같은 차단 수단을 사용할 수 있으며, 도파민 처리 후에는 제거할 수 있다. 2.) 입자 필터를 각각의 멤브레인 모듈의 도입구 근처에 한 줄로 위치시켜서 폴리도파민 형성 동안 형성되는 미세입자를 제거한다. 알칼리성 도파민 용액은 멤브레인 모듈의 공급-측면을 통한 물의 유동을 방해할 수 있는 미세입자를 형성하기 때문에 이를 공급 스트림으로부터 제거해야 한다. 따라서, 이들 입자들은 용액이 모듈에 도입되기 전에 제거될 것이다. 입자 필터의 공칭 기공 직경은 0.05미크론 내지 20미크론이어야 하고, 바람직한 공칭 기공 직경은 약 5미크론이다. 3.) 고성능 펌프 대신에 소형 펌프를 사용하여 높은 멤브레인 압력을 달성한다. 소형 펌프는 저압(0 내지 50psig, 바람직하게는 0 내지 10psig)에서 작동될 수 있어야 하고, 각 모듈 중의 도파민 용액의 체류 시간이 0초 내지 3시간, 바람직하게는 0초 내지 10분으로 유지되도록 해야 한다. 짧은 체류 시간은 멤브레인 모듈 내에 미세입자가 형성되지 않음을 보장할 것이다. 체류 시간은 멤브레인 모듈의 총 공급-측면 용적을 공급-측면 도파민 용액의 용적 유동 속도로 나눈 값으로 정의된다. 멤브레인 모듈은 변성된 교차유동 시스템에서 일렬로 추가될 수 있기 때문에, 0 내지 100,000,000개가 한 번에 폴리도파민-처리될 수 있다. 변성된 교차유동 시스템의 개략도를 도 8에 나타낸다.

추가로, 상기 중합체는 분리용 멤브레인, 필름, 시트, 튜브, 롤, 중공 필라멘트, 또는 특정 형상의 섬유 소재로 제조될 수 있다. 또한, 다공성 분리 멤브레인, 또는 기재, 및 상기 다공성 분리 멤브레인에 접촉하여 차단하는 피복물을 갖는 중합체도 고려된다.

본 명세서에서 논의된 모든 양태는 임의의 방법, 키트, 시약 또는 본 발명의 조성물과 관련하여 실행될 수 있으며 이의 역 또한 성립되는 것으로 사료된다. 또한, 본 발명의 조성물은 본 발명의 방법을 달성하는 데 사용될 수 있다.

본원에 기술된 특정 양태들은 예시를 통해 제시되며 본 발명을 제한하지 않는다는 것을 이해할 것이다. 본 발명의 주요 특징들은 본 발명의 범위를 벗어남 없이 다양한 양태에서 구현될 수 있다. 당업자들은 통상의 실험만을 사용하여 본원에 기술된 특정 방법에 대한 다수의 동등물을 인식하거나 확인할 수 있을 것이다. 이러한 동등물은 본 발명의 범위에 포함되며 특허청구 범위에 속하는 것으로 사료된다.

본 명세서에서 언급된 모든 문헌 및 특허 출원은 본 발명이 속한 분야의 숙련자들의 기술 수준을 보여준다. 모든 문헌 및 특허 출원은 각각의 개별 문헌 또는 특허 출원이 개별적으로 상세하게 참조로서 적시된 것과 동일한 정도로 본원에 참조로 인용된다.

특허청구 범위 및/또는 명세서에서 "포함하는"의 용어와 함께 사용되는 단수 형태의 용어는 "하나"를 의미할 수 있지만, "하나 이상", "적어도 하나" 및 "하나 또는 그 이상"의 의미도 갖는다. 특허청구 범위에서 사용되는 "또는"의 용어는 명백히 대체물 단독을 가리키거나 대체물들이 상호 배타적이지 않다면, "및/또는"을 의미하는 데 사용되지만, 본원은 대체물 단독 및 "및/또는"을 의미하는 정의를 지지한다. 본 출원 전체에 걸쳐, "약"의 용어는 당해 값을 측정하는 데 사용되는 장치 및 방법에 대한 오차의 고유 변동, 또는 연구 대상 중에 존재하는 변동을 포함하는 값을 나타내는 데 사용된다.

본 명세서 및 특허청구 범위에서 사용되는 "포함하는" (및 "포함한다" 및 "포함하고"와 같은 임의의 형태), "갖는" (및 "갖는다" 및 "갖고"와 같은 임의의 형태) 또는 "함유하는" (및 "함유한다" 및 "함유하고"와 같은 임의의 형태)의 용어는 포괄적이고 개방적이며, 인용되지 않은 추가적인 요소 또는 방법 단계를 제외시키지 않는다.

본원에서 사용되는 용어 "또는 이들의 조합"은 당해 용어 앞에 열거된 항목의 모든 순열 및 조합을 의미하는 데 사용된다. 예컨대, "A, B, C 또는 이들의 조합"은 A, B, C, AB, AC, BC 또는 ABC, 또한 특정 맥락에 있어서 순서가 중요한 경우에는 추가로 BA, CA, CB, CBA, BCA, ACB, BAC 또는 CAB 중의 적어도 하나를 포함하도록 의도된다. 연이어 이 예에서, 하나 이상의 항목 또는 용어가 반복되어 함유되는 조합, 예를 들면, BB, AAA, MB, BBC, AAABCCCC, CBBAAA, CABABB 등도 분명하게 포함된다. 당업자는 문맥으로부터 달리 명확하지가 않다면, 모든 조합에 있어서 항목 또는 용어의 수는 통상적으로 제한이 없다는 것을 이해할 것이다.

본원에 기재 및 청구된 모든 조성물 및/또는 방법은 본 기재 내용에 비추어 부적절한 실험 없이 제조 및 실행될 수 있다. 본 발명의 조성물 및 방법이 바람직한 양태로서 기술되어 있지만, 당업자들은 본 발명의 개념, 취지 및 범위로부터 벗어남 없이 당해 조성물 및/또는 방법 및 본원에 기술된 방법의 단계 또는 단계의 순서에 변화를 적용할 수 있다는 것을 명백히 인식할 것이다. 당업자들에게 명백한 이러한 모든 유사한 대체물 및 변형물은 첨부된 특허청구 범위에 정의된 바와 같은 본 발명의 취지, 범위 및 개념에 속하는 것으로 사료된다.

Claims

도파민을 멤브레인 위에 침착(deposition)시켜서 폴리도파민 피복된 멤브레인을 형성하는 단계를 포함하는, 멤브레인 오염물(fouling)을 감소시키는 방법으로서,
상기 폴리도파민 피복된 멤브레인은 변성되지 않은 멤브레인보다 더 높은 물 투과 속도(water flux) 및 증가된 멤브레인 표면 친수성을 갖는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 폴리도파민 피복된 멤브레인의 정제수 투과 속도(pure water flux)가 상기 변성되지 않은 멤브레인의 투과 속도의 0 내지 99%를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 폴리도파민 피복된 멤브레인의 정제수 투과 속도가 상기 변성되지 않은 멤브레인의 투과 속도의 약 85%를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 도파민이 할로겐, 하이드록실 그룹, 저급 알킬 그룹, 저급 알콕시 그룹, 모노사이클릭 아릴, 저급 아실 그룹 및 이들의 조합의 부가로부터 선택되는 하나 이상의 치환체를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 멤브레인이 RO 멤브레인, UF 멤브레인, NF 멤브레인 또는 이들의 조합을 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 폴리도파민 피복된 멤브레인이 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 에폭시 수지, 사이클릭 올레핀 공중합체, 사이클릭 올레핀 중합체, 아크릴레이트 중합체, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리페닐렌 비닐렌, 폴리에테르 에테르 케톤, 폴리(N-비닐카바졸), 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체 또는 폴리에테르이미드 폴리(페닐렌비닐렌) 중의 하나 이상을 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 도파민이 ROOH, ROSH, RSSH, OH, SO₃H, SO₃R, SO₄R, COOH, NH₂, NHR, NR₂, CONH₂ 및 NH-NH₂(여기서, R은 하나 이상의 탄소계 환을 형성할 수 있는 포화 또는 불포화된 선형 또는 분지형의 탄화수소계 쇄를 의미한다), 알킬렌, 실록산, 실란, 에테르, 폴리에테르, 티오에테르, 실릴렌, 및 실라잔으로부터 선택되는 하나 이상의 관능 그룹을 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 폴리도파민 피복된 멤브레인이 폴리설폰, 스티렌과 아크릴로니트릴 폴리(아릴렌 옥사이드)의 공중합체, 폴리카보네이트, 셀룰로오스 아세테이트, 폴리설폰, 폴리(스티렌), 스티렌-함유 공중합체, 아크릴로니트릴스티렌 공중합체, 스티렌-부타디엔 공중합체, 스티렌-비닐벤질할라이드 공중합체, 폴리카보네이트, 셀룰로오스계 중합체, 셀룰로오스 아세테이트-부티레이트, 셀룰로오스 프로피오네이트, 에틸 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 니트로셀룰로오스, 폴리아미드, 폴리이미드, 아릴 폴리아미드, 아릴 폴리이미드, 폴리에테르, 폴리(아릴렌 옥사이드), 폴리(페닐렌 옥사이드), 폴리(크실렌 옥사이드), 폴리(에스테르아미드-디이소시아네이트), 폴리우레탄, 폴리에스테르(폴리아릴레이트 포함), 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리(알킬 메타크릴레이트), 폴리(아크릴레이트), 폴리(페닐렌 테레프탈레이트), 폴리설파이드, 폴리(에틸렌), 폴리(프로필렌), 폴리(부텐-1), 폴리(4-메틸 펜텐-1), 폴리비닐, 폴리(비닐 클로라이드), 폴리(비닐 플루오라이드), 폴리(비닐리덴 클로라이드), 폴리(비닐리덴 플루오라이드), 폴리(비닐 알코올), 폴리(비닐 에스테르), 폴리(비닐 아세테이트), 폴리(비닐 프로피오네이트), 폴리(비닐 피리딘), 폴리(비닐 피롤리돈), 폴리(비닐 에테르), 폴리(비닐 케톤), 폴리(비닐 알데하이드), 폴리(비닐 포르말), 폴리(비닐 부티랄), 폴리(비닐 아미드), 폴리(비닐 아민), 폴리(비닐 우레탄), 폴리(비닐 우레아), 폴리(비닐 포스페이트), 폴리(비닐 설페이트), 폴리알릴, 폴리(벤조벤즈이미다졸), 폴리하이드라지드, 폴리옥사디아졸, 폴리트리아졸, 폴리(벤즈이미다졸), 폴리카보디이미드, 폴리포스파진 및 이들의 조합 중의 하나 이상을 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 폴리도파민 피복된 멤브레인에 하나 이상의 제2 피복물을 도포하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 폴리도파민 피복된 멤브레인에 하나 이상의 친수성 피복물을 도포하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
정제(purification) 멤브레인;
상기 정제 멤브레인 위에 침착되어 폴리도파민 피복된 멤브레인을 형성하는 폴리도파민 층(여기서, 상기 폴리도파민 층은 상기 정제 멤브레인의 친수성을 증가시키며 상기 폴리도파민 피복된 멤브레인은 높은 물 투과 속도를 갖는다); 및
분리된 액체를 수용하기 위해 상기 폴리도파민 피복된 멤브레인의 상이한 측면들 위에 위치된 하나 이상의 용기를 갖는, 액체 분리 장치.
소수성 정제 멤브레인;
상기 소수성 정제 멤브레인과 접촉하여 폴리도파민 피복된 소수성 정제 멤브레인을 형성하는 폴리도파민 층(여기서, 상기 폴리도파민 피복된 소수성 정제 멤브레인은 변성되지 않은 소수성 멤브레인에 비해 높은 물 투과 속도 및 높은 친수성을 갖는다); 및
상기 폴리도파민 층과 접촉하여 다층의 소수성-폴리도파민-친수성 정제 멤브레인을 형성하는 친수성 피복물을 포함하는, 정제 멤브레인.
정제 멤브레인으로서,
중합체 매트릭스 정제 멤브레인; 및
상기 정제 멤브레인 위에 침착되어 방향족 디하이드록시 및 아민-피복된 정제 멤브레인을 형성하는 방향족 디하이드록시 및 아민-함유 단량체(여기서, 상기 피복된 정제 멤브레인은 변성되지 않은 멤브레인에 비해 높은 물 투과 속도 및 높은 친수성을 갖는다)를 포함하는, 정제 멤브레인.
정제 멤브레인으로서,
중합체 매트릭스 정제 멤브레인; 및
상기 정제 멤브레인 위에 침착되어 폴리도파민 피복된 정제 멤브레인을 형성하는 폴리도파민 층(여기서, 상기 피복된 정제 멤브레인은 변성되지 않은 멤브레인에 비해 높은 물 투과 속도 및 높은 친수성을 갖는다)을 포함하는, 정제 멤브레인.
통상의 정제 멤브레인의 변성을 위한 폴리도파민 피복된 정제 멤브레인 시스템으로서, 상기 시스템은,
공급 탱크 내에 배치된 도파민 용액;
상기 공급 탱크에 연결되어 상기 도파민 용액을 이동시킴으로써 높은 멤브레인 관통(transmembrane) 압력을 제공하는 펌프;
상기 펌프를 멤브레인에 연결하여 상기 도파민 용액이 상기 멤브레인 위에 침착되게 하는 멤브레인 도입구 연결부; 및
상기 멤브레인을 상기 공급 탱크에 연결하여 상기 도파민 용액을 상기 공급 탱크로 환송시키는 멤브레인 방출구 연결부를 포함하는, 시스템.