KR20120048378A - Measuring method of fouling of membrane containing fluorescent nano particle - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for measuring the contaminated degree of a separating membrane is provided to monitor the variation of fluorescence peak intensity on the surface of a separating membrane carrying fluorescence nano particles. CONSTITUTION: A method for measuring the contaminated degree of a separating membrane carrying fluorescence nano particles includes the following: a separating membrane carrying fluorescence nano particles is prepared; contaminants are generated on the surface of the separating membrane by lapse of time; and the contaminated degree of the surface of the separating membrane is measured by monitoring the variation of fluorescence peak intensity on the surface of the separating membrane based on a spectrum analyzer. The fluorescence particles are quantum dots with the center composed of CdSe, CdTe, or CdS or fluorescent brightener. The separating membrane is polysulfone, polyvinylidenefluoride, polyetherimide, polyethersulfone, or polypropylene.

Description

형광나노입자가 담지된 분리막의 오염도 측정방법 {Measuring method of fouling of membrane containing fluorescent nano particle}Measuring method of pollution degree of membrane carrying fluorescent nanoparticles {Measuring method of fouling of membrane containing fluorescent nano particle}

본 발명은 분리막의 오염 정도를 측정하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 형광나노입자를 담지한 분리막 표면의 형광 피크 세기 변화를 모니터링함으로써 분리막의 오염도를 실시간으로 측정하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for measuring the degree of contamination of a separator, and more particularly, to a method for measuring the degree of contamination of a separator in real time by monitoring the change in fluorescence peak intensity on the surface of the membrane carrying fluorescent nanoparticles.

현재 물을 처리하는 수처리 공정의 경우 높은 효율 및 생산성으로 인하여 분리막 공정(membrane process)을 주로 이용하고 있으며, 이를 통해 우수한 품질의 물을 안정적으로 생산할 수 있다. 그러나 분리막 공정의 경우, 막 오염(membrane fouling)에 따른 물리적/화학적 세정의 필요성 및 주기적인 교체의 필요성은 이러한 막을 통한 수처리 방법의 광범위한 응용에 있어 기술적, 경제적 제한의 요인으로 지적되고 있다. 따라서 막 오염 문제는 수처리 공정에서 기술 및 경제적 효율성을 달성하기 위해 해결되어야 할 가장 중요한 요인으로 작용하고 있다.At present, the water treatment process for treating water mainly uses a membrane process due to its high efficiency and productivity, thereby stably producing high quality water. In the case of membrane processes, however, the need for physical / chemical cleaning due to membrane fouling and the need for periodic replacement are pointed out as technical and economic limitations for the widespread application of water treatment methods through such membranes. Membrane contamination is therefore the most important factor to be addressed in order to achieve technical and economic efficiency in water treatment processes.

지난 몇십년 동안 막의 오염 정도는 대부분 투과도(flux) 또는 압력변화(transmembrane pressure measurements) 등을 이용하는 간접 측정방법을 사용하였다. 하지만 이러한 방법들은 막 오염에 의해 성능 저하가 일어 난 다음 그러한 현상으로 통해 간접적으로 막 오염 정도를 예측하는 방법으로 공정 운전상 적절한 방법이라 할 수 없다. 특히 최근 들어 공정의 효율적인 운전 및 안전성 확보를 위한 유비쿼터스 시스템(ubiquitous system)을 통한 제어 즉, 정확한 운전조건 및 그에 따른 제어 요소들에 대한 정보를 실시간으로 양방향 통신을 통해 수집 및 제어하고자 하는 공정 연구들이 이루어지고 있다. 따라서 막 오염 정도를 직접적인 방법으로 실시간 정확하게 탐지 및 측정을 통한 모니터링 분석 방법의 개발이 요구되어 진다. 이를 위해서는 막에 손상을 가하지 않으며, 막의 오염을 실시간으로 측정 및 분석할 수 있는 방법으로 막 표면에 형성되는 오염층(cake layer)을 탐지 및 관측할 수 있는 새로운 기술이 필요하다.Much of the contamination of membranes over the last few decades has used indirect measurements using flux or transmembrane pressure measurements. However, these methods are not suitable for the operation of the process because they degrade performance due to membrane contamination and then indirectly predict the extent of membrane contamination. In particular, recently, process researches to collect and control information through the ubiquitous system for efficient operation and safety of the process, that is, accurate operation conditions and information on control elements thereof through real-time bidirectional communication have been conducted. It is done. Therefore, it is required to develop a monitoring analysis method through the real-time accurate detection and measurement of the degree of membrane contamination. This requires a new technology that can detect and observe a cake layer formed on the surface of the membrane without damaging the membrane and measuring and analyzing the contamination of the membrane in real time.

기존의 몇몇 연구들은 막 표면을 모니터하고 시각화하기 위해 레이저 트라이앵글로메트리(laser triangulometry), 광학 레이저 센서(optical laser sensor), 초음파 타임-도메인 반사측정방법(ultrasonic time-domain reflectometry), 전기 임피던스 분광 분석기(electrical impedence spectroscopy) 또는 광학 현미경(optical microscope)을 사용하였지만 이와 같은 방법들은 단순히 막 오염 현상에 대한 연구를 위한 실험실적 방법으로 실제 분리막을 이용한 수처리 공정에 적용하기엔 부적한다는 문제점이 있다.
Several existing studies have used laser triangulometry, optical laser sensors, ultrasonic time-domain reflectometry, and electrical impedance spectroscopy to monitor and visualize film surfaces. Although electrical impedence spectroscopy or optical microscope are used, these methods are merely an experimental method for the study of membrane fouling, which is inadequate to be applied to a water treatment process using a real membrane.

이에 본 발명자들은 막 표면의 오염 정도를 보다 쉽고 실시간으로 측정하기 위한 방법을 연구, 노력한 결과, 형광나노입자가 내재되어 있는 분리막을 제조하고 이를 수처리 공정에 사용하는 경우 분광 분석기를 이용한 형광 피크 세기의 감소 측정만으로 실시간으로 오염 정도를 손쉽게 측정할 수 있음을 발견함으로써, 본 발명을 완성하게 되었다.Therefore, the present inventors have researched and tried to measure the degree of contamination on the surface of the membrane more easily and in real time. As a result, when preparing a separation membrane containing fluorescence nanoparticles and using it in a water treatment process, By discovering that the degree of contamination can be easily measured in real time with only a reduction measurement, the present invention has been completed.

따라서, 본 발명은 형광나노입자를 담지한 분리막의 오염 정도를 실시간으로 측정하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for measuring in real time the degree of contamination of a membrane carrying fluorescent nanoparticles.

본 발명은 형광나노입자를 담지한 분리막을 제조하는 단계; 시간이 지남에 따라 상기 분리막 표면에 오염물질이 형성되는 단계; 및 분광 분석기를 통해 상기 분리막 표면의 형광 피크 세기 변화를 모니터링하여 오염 정도를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분리막의 오염도 측정방법을 그 특징으로 한다.
The present invention comprises the steps of preparing a separator supporting the fluorescent nanoparticles; Forming contaminants on the surface of the separator over time; And measuring the degree of contamination by monitoring a change in fluorescence peak intensity on the surface of the separator through a spectroscopic analyzer.

이러한 본 발명의 분리막 오염도 측정방법을 이용하는 경우 형광신호를 통한 막 표면의 오염(fouling)정도 탐지, 측정 및 분석이 가능하다. 따라서 분리막을 이용한 수처리 분리공정의 압력 및 투과도 등과 관련된 실시간 운전조건 제어 및 막의 세정주기와 교체시기 진단 등 정확한 정보 수집이 가능하여 향후 수처리 공정에서 막 오염 측정에 이용 시 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
When using the membrane contamination measurement method of the present invention it is possible to detect, measure and analyze the degree of fouling (fouling) of the membrane surface by the fluorescent signal. Therefore, it is expected to be useful for the measurement of membrane contamination in the future water treatment process because it is possible to collect accurate information such as real-time operating condition control related to pressure and permeability of water treatment separation process using membrane and diagnosing cleaning cycle and replacement time of membrane. .

도 1은 본 발명에 따라 제조된 형광나노입자를 포함한 분리막의 표면 구조를 나타낸 사진이다.
도 2는 순수 투과 시 형광물질이 담지된 분리막의 형광신호 세기를 나타낸 그래프이다.
도 3은 오염물질로 PEG 100K 1,000 ppm이 함유된 공급수를 이용한 경우 형광물질이 담지된 분리막의 형광신호 세기를 나타낸 그래프이다.
도 4는 수처리 운전 시간에 따른 막오염에 의한 형광신호 세기 변화와 수 투과도 변화 비교를 나타낸 그래프이다.
1 is a photograph showing the surface structure of a separator including a fluorescent nanoparticles prepared according to the present invention.
2 is a graph showing the intensity of a fluorescence signal of a membrane carrying a fluorescent substance upon pure transmission.
Figure 3 is a graph showing the fluorescence signal intensity of the membrane loaded with a fluorescent material when the feed water containing 1,000 ppm PEG 100K as a pollutant.
FIG. 4 is a graph showing a comparison of changes in fluorescence signal intensity and water permeability due to membrane fouling according to water treatment operation time.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 형광나노입자를 담지한 분리막을 제조하는 단계; 운전시간에 따른 상기 분리막 표면에 오염물질층이 형성되는 단계; 및 분광 분석기를 통해 상기 분리막 표면의 형광 피크 세기 변화를 모니터링하여 오염 정도를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분리막의 오염 정도 측정방법에 관한 것이다.The present invention comprises the steps of preparing a separator supporting the fluorescent nanoparticles; Forming a contaminant layer on the surface of the separator according to an operation time; And measuring a degree of contamination by monitoring a change in fluorescence peak intensity on the surface of the separator through a spectroscopic analyzer.

먼저, 첫 번째 단계는 형광나노입자를 담지한 분리막을 제조하는 단계이다. 이때, 상기 형광나노입자(FNP)로는 양자점(QD, Quantum Dot) 또는 형광증백제(fluorescent brightener) 등을 사용할 수 있다. 상기 양자점은 예를 들어, 약 2 ~ 10 nm 크기의 중심체(core)와 주로 황화아연(ZnS) 등으로 이루어진 껍질(shell)로 구성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 중심체로는 CdSe, CdTe, CdS 등을 사용하는 것이 바람직하며, 수용액 상에 분산시키기 위하여 껍질 밖 표면에 고분자 코팅을 하여 통상 10 ~ 15 ㎚의 나노크기를 가지는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 양자점은 좁은 파장대에서 강한 형광을 발생하며, 양자점의 입자가 작을수록 짧은 파장의 빛이 발생하고, 입자가 클수록 긴 파장의 빛이 발생한다는 특징이 있다. 또한 상기 형광증백제로는 예를 들어, 분말 및 액상 형태의 OB, FP, KCB 등을 사용할 수 있으나(THREETEXTM사 제품), 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서 선택된 형광나노입자를 사용하는 경우 소량 담지로도 형광 신호 분석이 용이할 뿐만 아니라, 막의 형상과 성능에 최소한의 영향을 끼치기 때문에 가장 적합하다.First, the first step is to prepare a separator supporting the fluorescent nanoparticles. In this case, as the fluorescent nanoparticles (FNP), a quantum dot (QD) or a fluorescent brightener may be used. The quantum dots may be composed of, for example, a shell composed of a core having a size of about 2 to 10 nm and mainly zinc sulfide (ZnS), but are not limited thereto. It is preferable to use CdSe, CdTe, CdS, etc. as the center body, and to have a polymer coating on the outer surface of the shell in order to disperse it in an aqueous solution, it is preferable to use one having a nano size of 10 to 15 nm. The quantum dot generates strong fluorescence in a narrow wavelength band, the smaller the particles of the quantum dot is characterized in that the shorter wavelength of light, the larger the particle is characterized in that the longer wavelength of light is generated. In addition, as the optical brightener, for example, powders and liquid forms of OB, FP, KCB, etc. may be used (manufactured by THREETEX ), but is not limited thereto. In the case of using the fluorescent nanoparticles selected in the present invention, the fluorescence signal analysis is easy even with a small amount of support, and is most suitable because it has a minimal effect on the shape and performance of the film.

본 발명에서 상기 분리막은 당 업계에서 제조되는 것을 제한 없이 사용할 수 있으나, 바람직하게는 PSf(polysufone), PVDF(polyvinylidenefluoride), PEI(polyetherimide), PES(polyethersulfone), PP(polypropylene) 등 수처리용 분리막 소재로 사용되는 고분자를 사용하여 형광나노입자가 담지된 분리막을 제조하는 것이 기존의 수처리 분리막과 투과도 및 용질 배제율 등 성능이 유사한 분리막을 제조할 수 있어 바람직하다. 이는 분리막의 투과도 및 용질 배제율 등 투과특성에 따라 분리막 표면 및 기공에서 발생하는 막 오염 현상이 다르게 나타나기 때문이다. 상기 분리막은 공지된 방법을 이용하여 제조할 수 있다.In the present invention, the separator may be used without limitation in the art, preferably, PSf (polysufone), PVDF (polyvinylidenefluoride), PEI (polyetherimide), PES (polyethersulfone), PP (polypropylene) water treatment membrane material It is preferable to prepare a separator in which fluorescent nanoparticles are loaded using a polymer used as a polymer having similar performances, such as permeability and solute rejection rate, to a conventional water treatment separator. This is because membrane fouling occurring on the surface and pores of the membrane is different depending on the permeation characteristics such as the permeability and the solute rejection rate of the membrane. The separator may be prepared using a known method.

본 발명에서 상기 분리막에 포함되는 형광나노입자의 함량은 제한되지는 않지만 바람직하게는 형광나노입자가 분리막 100 중량부를 기준으로 0.01 ~ 20 중량부 범위로 사용하는 것이 분리막의 투과특성을 고려하여 영향을 최소화하며, 오염층 탐지에 적합한 함량이기 때문에 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.5 ~ 10 중량부 범위로 사용하는 것이 좋다.In the present invention, the content of the fluorescent nanoparticles included in the separator is not limited, but preferably the use of the fluorescent nanoparticles in the range of 0.01 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the separator may be considered in consideration of the permeation characteristics of the separator. It is preferable because it is a content suitable for minimizing and detecting contaminant layers, and more preferably in the range of 0.5 to 10 parts by weight.

상기 형광나노입자를 포함하는 분리막의 제조방법은 공지된 방법을 사용하여 제조할 수 있으며, 예를 들어, 분리막인 PVDF, 용매인 NMP, 기공형성제인 PEG 및 형광나노입자를 일정량을 첨가하여 도포용액을 제조한 다음, 기포를 제거한 후 부직포 위에 도포기(casting knife)를 이용하여 일정한 두께로 도포하고, 바로 비용매인 물이 들어 있는 침전조에 침지시켜는 방법인 상전이법(phase inversion method)을 통해 제조한 다음, 열수처리를 통해 분리막 내부에 잔존해 있는 용매와 기공형성제를 제거함으로써 제조할 수 있다. 이렇게 제조된 형광나노입자를 포함하는 분리막은 기존의 정밀여과막 및 한외여과막 등과 같은 수처리용 분리막과 유사한 투과성능을 가지며, 수처리용 분리막 모듈의 오염 정도 측정용 막으로 유용하게 사용이 가능하다.The method for preparing a separator including the fluorescent nanoparticles may be prepared using a known method. For example, a coating solution may be added by adding a predetermined amount of PVDF as a separator, NMP as a solvent, PEG as a pore forming agent, and fluorescent nanoparticles. After the manufacturing process, the bubble is removed and then coated on a non-woven fabric using a casting knife to a certain thickness, and is prepared by a phase inversion method, which is directly immersed in a precipitation tank containing non-solvent water. Then, it may be prepared by removing the solvent and the pore-forming agent remaining in the separator through the hot water treatment. The membrane containing the fluorescent nanoparticles prepared as described above has a permeability similar to that of conventional water treatment membranes such as microfiltration membranes and ultrafiltration membranes, and may be usefully used as a membrane for measuring the degree of contamination of the membrane module for water treatment.

본 발명의 두 번째 단계는 수처리 분리막의 운전 시간에 따라 상기 분리막의 기공 및 표면에 오염물질이 형성되는 단계로서, 막 오염이 일어나는 단계이다. 보다 구체적으로는, 상기 분리막의 표면에 겔층(gel layer) 또는 케이크층(cake layer) 등과 같은 오염층이 운전 시간에 따라 계속적으로 적층되고, 이에 따라 막 표면에 담지되어 있는 형광나노입자의 형광이 점차 감소하게 되는 단계이다. 이는 임의의 일정 투과도를 유지할 때 운전압의 증가 또는 임의의 일정 운전압으로 운전할 때 투과도의 감소 등과 같이 막 오염에 의해 나타나는 현상으로 시간적 편차는 있지만 형광 감소 현상과 동일한 결과로 나타내게 된다.The second step of the present invention is a step in which contaminants are formed in the pores and the surface of the separator according to the operating time of the water treatment membrane, and membrane contamination occurs. More specifically, a contaminant layer such as a gel layer or a cake layer is continuously stacked on the surface of the separator according to the operation time, and thus the fluorescence of the fluorescent nanoparticles supported on the membrane surface is It is a step that gradually decreases. This is a phenomenon caused by membrane contamination, such as an increase in operating pressure when maintaining a certain transmittance or a decrease in transmittance when operating at a certain operating pressure, and exhibits the same result as a decrease in fluorescence although there is a time variation.

마지막 단계는 분광 분석기를 통해 상기 분리막 표면의 형광 피크 세기의 변화를 모니터링하여 오염 정도를 측정하는 단계이다.The final step is to measure the degree of contamination by monitoring the change in fluorescence peak intensity on the surface of the separator through a spectroscopic analyzer.

상기 형광 피크 세기의 변화를 모니터링하기 위해서는 분광 분석기를 사용하며, 이때 이용되는 광원으로는 파장범위 350 nm 이상의 UV 및 가시광선을 사용하는 것이 바람직하며, 이를 위해 중수소램프(UV) 및 텅스텐 할로겐램프(VIS)를 이용하는 것이 좋다. 상기 분광 분석기는 램프와 분광 검출기로 구성되어 있으며, 상기 램프와 분광 검출기는 탐침기(Probe Tip)에 광섬유(optical fiber)로 연결되어 있으며, 탐침기 끝단의 가장자리에 위치한 광원 램프에서 UV-Vis ray가 조사되고 막 표면으로부터 흡수/투과 및 반사된 신호가 탐침기 끝단 가운데 부분에 위치한 분광 검출기로 수집되게 구성되어 있다. In order to monitor the change in the fluorescence peak intensity, a spectroscopic analyzer is used, and UV and visible light having a wavelength range of 350 nm or more is preferably used as a light source. Deuterium lamps (UV) and tungsten halogen lamps ( VIS) is recommended. The spectrometer consists of a lamp and a spectrometer, and the lamp and the spectrometer are connected to an optical fiber to a probe tip, and the UV-Vis ray from a light source lamp located at the edge of the probe end. Is irradiated and the signal absorbed / transmitted and reflected from the membrane surface is configured to be collected by a spectroscopic detector located at the center of the probe tip.

상기 분광 분석기를 이용한 형광나노입자가 담지된 분리막의 오염 정도 측정방법은 일반적인 수처리 과정에 적용되어 사용이 가능하며, 또한 실시간으로 오염 정도를 측정할 수 있다는 장점이 있다.The method of measuring the contamination level of the membrane carrying the fluorescent nanoparticles using the spectroscopic analyzer is applicable to a general water treatment process, and also has the advantage of measuring the degree of contamination in real time.

또한 본 발명의 오염 정도 측정방법은 실제 수처리 과정 대신 평막형 투과셀을 사용할 수 있다. 평막형 투과셀의 구조는 크게 공급부와 투과부로 구성되어 있다. 공급부는 셀의 뚜껑부분으로 공급수가 셀로 유입되어지는 공급구와 과량 유입된 공급수 중 일부 분리막을 통해 투과되어지고 나머지 배출되어지는 배출구, 그리고 탐침기로 구성되어 있다. 투과부는 투과셀의 본체부분으로 분리막을 고정시킴과 동시에 분리막을 통해 투과되는 투과물질을 셀의 밖으로 배출시킬 수 있는 배출구로 이루어져 있다. 즉 투과셀의 공급부에 분리막의 상단부(분리막 표면 쪽)가 위치하게 되고 투과부에는 분리막의 하단부(분리막의 지지체 쪽)가 위치하게 된다. 또한 공급부에 탑재되어 있는 탐침기와 분리막의 표면과 일정한 거리를 유지하도록 설계되어 있다. 이와 같은 투과셀에 형광나노입자가 담지된 분리막을 고정시킨 다음 셀의 공급구를 통해 오염물질이 임의의 농도로 함유된 공급수를 일정 유속 및 압력으로 공급한다. 이와 동시에 투과부 쪽에서 시간별로 투수량 측정과 함께 분리막 표면으로부터 흡수/투과 및 반사되는 신호를 탐침기 끝단 가운데 부분에 위치한 분광 검출기에서 수집되어 실시간으로 모니터링하게 된다. 이와 같이 시간에 따른 수투과도 변화와 함께 실시간으로 수집된 형광 신호의 변화를 상호 비교하여 측정한다.In addition, the pollution degree measuring method of the present invention may use a flat membrane-type permeation cell instead of the actual water treatment process. The structure of the flat-film transmission cell is largely composed of a supply part and a transmission part. The supply part consists of a lid of the cell, a feed port into which the feed water is introduced into the cell, a discharge port that is permeated through some membranes of the excessively introduced feed water and is discharged from the rest, and a probe. The permeation part is composed of a discharge port for fixing the separation membrane to the body portion of the permeation cell and at the same time discharge the permeate material transmitted through the separation membrane out of the cell. That is, the upper end of the separation membrane (side of the membrane) is positioned in the supply portion of the permeation cell, and the lower end of the separation membrane (the support side of the separation membrane) is positioned in the permeation portion. In addition, it is designed to maintain a constant distance from the surface of the probe and the separator mounted on the supply. After fixing the separation membrane in which the fluorescent nanoparticles are loaded in the permeable cell, the feed water containing contaminants in any concentration is supplied at a constant flow rate and pressure through the supply port of the cell. At the same time, the permeation rate is measured at the permeate side and the signals absorbed / transmitted and reflected from the membrane surface are collected by the spectroscopic detector located at the center of the probe and monitored in real time. As described above, changes in the fluorescence signal collected in real time along with changes in water permeability are measured.

그 결과, 본 발명의 분리막의 오염도 측정방법을 사용하는 경우 수처리용 분리막 표면에 형성되는 오염층(cake layer)을 오차 범위 5 % 이내의 정밀도로 검측이 가능하며, 오염층 두께 검측 범위 역시 100 nm 이하로 정교한 검측이 가능하다는 특징이 있다. 또한 기존의 방법과는 달리 실시간으로 관측이 가능하다는 장점이 있다.
As a result, when using the method of measuring the contamination level of the membrane of the present invention, it is possible to detect a cake layer formed on the surface of the membrane for water treatment with an accuracy within 5% of an error range, and the thickness detection range of the contamination layer is also 100 nm. It is characterized by the sophisticated detection possible below. In addition, unlike the conventional method, it is possible to observe in real time.

이하, 다음 실시예에 의거하여 본 발명은 더욱 상세히 설명하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the following examples are intended to illustrate the invention and are not intended to limit the invention.

<< 제조예Manufacturing example 1> 형광나노입자를  1> fluorescent nanoparticles 담지한Supported PSfPSf -- FPFP 분리막의 제조 Preparation of Membrane

형광나노입자를 담지한 분리막을 하기와 같은 과정을 통해 제조하였다.A membrane carrying fluorescent nanoparticles was prepared by the following process.

분리막 소재 고분자로 PSf 15 wt%, 기공형성제인 PEG(MW 600) 5 wt%, 형광나노입자인 FP 1.5 wt% 및 용매 NMP 78.5 wt%의 조성으로 60 ℃에서 24 시간 교반하여 도포용액을 제조하였다. 제조된 도포용액은 기포를 제거하기 위해서 24 시간 동안 교반 없이 상온에서 보관하였다. 이렇게 제조된 도포용액을 폴리에스터(PS) 부직포 위에 일정 두께의 도포기를 이용하여 도포한 다음, 바로 비용매인 물이 들어 있는 침전조에 침지시켜는 방법, 즉 상전이법(phase inversion method)을 통해 분리막을 제조한 다음, 80 ℃ 열수를 이용한 열수처리를 통해 분리막 내부에 잔존해 있는 용매와 기공형성제를 제거하는 방법으로 분리막을 제조하였다. 이를 하기 표 1에 정리하였다.
A coating solution was prepared by stirring at a temperature of 60 ° C. for 24 hours at a composition of 15 wt% of PSf, 5 wt% of PEG (MW 600) as a pore forming agent, 1.5 wt% of FP as a fluorescent nanoparticle, and 78.5 wt% of solvent NMP. . The prepared coating solution was stored at room temperature without stirring for 24 hours to remove bubbles. The coating solution prepared in this way is coated on a polyester (PS) nonwoven fabric using an applicator having a predetermined thickness, and then immersed in a precipitation tank containing non-solvent water, that is, a phase inversion method. After the preparation, the separator was prepared by removing solvent and pore-forming agent remaining in the separator by hot water treatment using 80 ° C. hot water. This is summarized in Table 1 below.

<< 제조예Manufacturing example 2> 형광나노입자를  2> fluorescent nanoparticles 담지한Supported PSfPSf -- KCBKCB 분리막의 제조 Preparation of Membrane

형광나노입자로 KCB를 사용하였다는 점을 제외하고는, 상기 제조예 1과 동일한 방법을 사용하여 분리막을 제조하였다. 이를 하기 표 1에 정리하였다.
Except that KCB was used as the fluorescent nanoparticles, a separator was prepared in the same manner as in Preparation Example 1. This is summarized in Table 1 below.

<< 제조예Manufacturing example 3> 형광나노입자를  3> fluorescent nanoparticles 담지한Supported PSfPSf -- OBOB 분리막의 제조 Preparation of Membrane

형광나노입자로 OB를 사용하였다는 점을 제외하고는, 상기 제조예 1과 동일한 방법을 사용하여 분리막을 제조하였다. 이를 하기 표 1에 정리하였다.
Except that OB was used as the fluorescent nanoparticles, a separator was prepared in the same manner as in Preparation Example 1. This is summarized in Table 1 below.

<< 제조예Manufacturing example 4> 형광나노입자를  4> fluorescent nanoparticles 담지한Supported PVDFPVDF -- FPFP 분리막의 제조 Preparation of Membrane

분리막 소재 고분자로 PVDF를 사용하였다는 점을 제외하고는, 상기 제조예 1과 동일한 방법을 사용하여 분리막을 제조하였다. 이를 하기 표 1에 정리하였다.
A separator was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that PVDF was used as the separator material polymer. This is summarized in Table 1 below.

<< 제조예Manufacturing example 5> 형광나노입자를  5> fluorescent nanoparticles 담지한Supported PVDFPVDF -- KCBKCB 분리막의 제조 Preparation of Membrane

형광나노입자로 KCB를 사용하였다는 점을 제외하고는 상기 제조예 4와 동일한 방법을 사용하여 분리막을 제조하였다. 이를 하기 표 1에 정리하였다.
A separation membrane was manufactured in the same manner as in Preparation Example 4, except that KCB was used as the fluorescent nanoparticles. This is summarized in Table 1 below.

<< 제조예Manufacturing example 6> 형광나노입자를  6> fluorescent nanoparticles 담지한Supported PVDFPVDF -- OBOB 분리막의 제조 Preparation of Membrane

형광나노입자로 OB를 사용하였다는 점을 제외하고는 상기 제조예 4와 동일한 방법을 사용하여 분리막을 제조하였다. 이를 하기 표 1에 정리하였다.A separation membrane was manufactured in the same manner as in Preparation Example 4, except that OB was used as the fluorescent nanoparticle. This is summarized in Table 1 below.

구분division 조성Furtherance 조성 (중량비)
(형광나노입자 : 분리막)
Composition (weight ratio)
(Fluorescent Nanoparticles: Separator)
제조예 1Preparation Example 1 PSf-FPPSf-FP 1 : 101: 10 제조예 2Production Example 2 PSf-KCBPSf-KCB 1 : 101: 10 제조예 3Production Example 3 PSf-OBPSf-OB 1 : 101: 10 제조예 4Preparation Example 4 PVDF-FPPVDF-FP 1 : 101: 10 제조예 5Preparation Example 5 PVDF-KCBPVDF-KCB 1 : 101: 10 제조예 6Preparation Example 6 PVDF-OBPVDF-OB 1 : 101: 10

<< 실험예Experimental Example 1> 분리막의 형광도 측정실험 1> Fluorescence measurement experiment of separator

상기 제조예에서 제조된 분리막에 초순수를 1기압, 1L/min의 유속으로 공급하는 조건으로 투과 실험을 실시하면서 각 분리막에 대해 형광분석 방법을 통해 형광 신호를 측정하였다.The fluorescence signal was measured by the fluorescence analysis method for each separator while performing permeation experiments on the conditions of supplying ultrapure water at a pressure of 1 atm and 1 L / min to the separator prepared in Preparation Example.

모니터링을 위해 광원으로는 파장 350 nm 이상의 UV 및 가시광선을 사용하였으며, 이를 위해 중수소램프(UV)와 텅스텐 할로겐램프(VIS)를 이용하였다. 상기 분광 분석기의 램프는 (주)KMAC의 DH lamp 2000을 이용하였고, 분광 검출기로는 Ocean optics사의 CCD array detector(2048pixel)를 이용하였다.For monitoring, UV and visible light with a wavelength of 350 nm or more were used as a light source. Deuterium lamps (UV) and tungsten halogen lamps (VIS) were used for this purpose. The lamp of the spectrometer was used as DH lamp 2000 of KMAC, and the CCD array detector (2048pixel) of Ocean optics was used as the spectrometer.

상기 측정 결과를 도 3에 나타내었다. 측정 결과, PSf 및 PVDF의 경우 모두 형광물질을 담지하지 않는 분리막에 비해 형광물질을 담지한 분리막에서 높은 형광신호가 검출되었다. 형광물질의 담지 여부와 관계없이 450에서 550 nm의 파장 범위에서 각각의 형광물질에 따라 신호의 강도 차이가 나타났으며 이러한 현상은 특히 PVDF 분리막에서 뚜렷하게 나타났다.
The measurement results are shown in FIG. 3. As a result, the PSf and the PVDF were detected in a high fluorescence signal in the membrane carrying the fluorescent material as compared to the membrane not carrying the fluorescent material. In the wavelength range of 450 to 550 nm, regardless of the presence of phosphor, the difference in signal intensity was observed for each phosphor, especially in PVDF separators.

<< 실험예Experimental Example 2> 분리막 오염에 따른 형광신호 변화 2> Fluorescence signal change due to membrane contamination

상기 실험예 1과 같은 방법을 사용하되, 초순수에 오염물질로 PEG 100K 1,000ppm이 함유된 공급수를 이용하여 PSf 분리막에 대한 수투과에 따른 형광신호 세기의 변화를 알아보았다. 그 결과 1.5 시간 경과 후, T1에서 T2로 급격하게 형광신호가 감소되는 결과를 나타내었다.Using the same method as Experimental Example 1, using a feed water containing PEG 100K 1,000ppm as a contaminant in ultrapure water was examined for the change in fluorescence signal intensity according to the water transmission to the PSf membrane. As a result, after 1.5 hours, the fluorescent signal rapidly decreased from T 1 to T 2 .

상기 측정 결과를 도 3에 나타내었으며, 측정 결과에서도 볼 수 있듯이, 형광나노입자를 담지하지 않은 PSf와 PSf_PEG100K의 경우 형광 신호의 세기가 1000에서 300으로 감소하는 결과를 나타내는데 반해, 본원발명의 형광나노입자가 담지된 PSf_OB와 PSf_OB_PEG100K의 경우 3000에서 900으로 감소하는 결과를 나타내어, 수처리용 분리막의 오염도를 측정하는데 있어 본 발명에서의 측정방법을 이용하는 경우, 형광세기의 감소를 이용하여 정밀하게 오염정도를 측정할 수 있음을 알 수 있었다.The measurement results are shown in FIG. 3, and as can be seen from the measurement results, in the case of PSf and PSf_PEG100K which do not carry fluorescent nanoparticles, the intensity of the fluorescence signal decreases from 1000 to 300. In the case of PSf_OB and PSf_OB_PEG100K loaded with particles, the result is reduced from 3000 to 900, and when the measurement method of the present invention is used to measure the degree of contamination of the separation membrane for water treatment, the degree of contamination is precisely reduced by using a decrease in fluorescence intensity. It was found that it can be measured.

Claims (5)

형광나노입자를 담지한 분리막을 제조하는 단계;
시간이 지남에 따라 상기 분리막 표면에 오염물질이 형성되는 단계; 및
분광 분석기를 통해 상기 분리막 표면의 형광 피크 세기 변화를 모니터링하여 오염 정도를 측정하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 분리막의 오염 정도 측정방법.
Preparing a separator supporting the fluorescent nanoparticles;
Forming contaminants on the surface of the separator over time; And
Measuring the degree of contamination by monitoring the change in fluorescence peak intensity on the surface of the separator using a spectroscopic analyzer
Pollution degree measuring method of the separation membrane comprising a.
제 1 항에 있어서, 상기 형광입자는 중심체가 CdSe, CdTe 또는 CdS로 이루어진 양자점; 또는 형광증백제인 것을 특징으로 하는 분리막의 오염 정도 측정방법.
The method of claim 1, wherein the fluorescent particles are quantum dots consisting of CdSe, CdTe or CdS the core; Or a degree of contamination of the separation membrane, characterized in that the fluorescent brightener.
제 1 항에 있어서, 상기 분리막은 PSf, PVDF, PEI, PES 또는 PP인 것을 특징으로 하는 분리막의 오염 정도 측정방법.
The method of claim 1, wherein the separation membrane is PSf, PVDF, PEI, PES, or PP.
제 1 항 내지 제 3 항 중 선택된 어느 한 항에 있어서, 상기 분리막은 수처리용 분리막인 것을 특징으로 하는 분리막의 오염 정도 측정방법.
The method of measuring contamination of the separator according to any one of claims 1 to 3, wherein the separator is a separator for water treatment.
제 1 항 내지 제 3 항 중 선택된 어느 한 항에 있어서, 상기 분리막의 오염층 측정은 실시간으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 분리막의 오염 정도 측정방법.The method of measuring the contamination level of the separator according to any one of claims 1 to 3, wherein the contamination layer measurement of the separator is performed in real time.
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