KR20130011082A - Manufacturing method of multilayer metallic hollow fiber having porosity - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method of manufacturing a porous metal hollow fiber filter is provided to manufacture affordable and porous metal hollow fiber filter, has multi layers for continuously manufacturing precise filtration filter and reduce production costs due to simplified process and with no treatment process after coating process and ballast management for vessels is provided, too. CONSTITUTION: A method of manufacturing a porous metal hollow fiber filter comprises; a step to manufacture metal precursor solution by dispersing one type of metal powder chosen from transition metals, the oxide and alloys of the metal powder to a polymer solution, a step to manufacture a multi layered metal hollow fiber precursor by releasing the metal precursor solution through a multiple spinning nozzle(300), a step to manufacture a porous metal hollow fiber precursor by oxidizing the multi layered metal hollow fiber precursor and a step of sintering an oxidized porous metal hollow fiber filter.

Description

다공성을 갖는 다층 금속 중공사 여과재의 제조방법{Manufacturing method of multilayer metallic hollow fiber having porosity}Manufacturing method of multilayer metallic hollow fiber having porosity

본 발명은 다공성을 갖는 다층 금속 중공사 여과재의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 여러층을 동시에 형성할 수 있는 다층 금속 중공사 여과재를 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.The present invention relates to a method for producing a multilayer metal hollow fiber filter medium having a porosity, and more particularly, to provide a method for manufacturing a multilayer metal hollow fiber filter medium capable of simultaneously forming multiple layers.

중공사막이란 통상적으로 마카로니처럼 가운데 부분이 공동으로 되어 있는 실의 형태로 제작된 것으로 미세한 불순물을 제거하기 위한 투과막으로 주로 사용되고 있으며, 고분자 중공사막, 세라믹 중공사막 및 금속 중공사막으로 분류할 수 있다.Hollow fiber membrane is generally manufactured in the form of a thread having a central part like a macaroni. It is mainly used as a permeable membrane for removing fine impurities, and can be classified into a polymer hollow fiber membrane, a ceramic hollow fiber membrane, and a metal hollow fiber membrane. .

일반적으로 고분자 중공사 분리막은 인장강도가 약하여 절단의 위험이 크고, 막의 오염이 발생할 경우 역세척 방법에 의한 투과유량 회복이 어려운 단점이 있다. 또한, 높은 역세척 압력에 의해 기공이 붕괴될 위험이 있으며 화학적 세척의 경우 기공의 형태 및 물성이 변하는 문제가 있었다.In general, polymer hollow fiber membranes have a weak tensile strength and thus have a high risk of cutting, and in case of contamination of the membrane, it is difficult to recover permeate flow rate by a backwash method. In addition, there is a risk that the pores are collapsed by high backwash pressure, and in the case of chemical washing, there was a problem in changing the form and physical properties of the pores.

나아가, 고분자 중공사 분리막은 온도 저항성이 높지 않아 고온의 처리물질에 사용될 수 없으며, 절사의 위험이 없는 보강재 보강형 중공사 분리막의 경우 역세척 방법에 의하여 역세척할 시, 보강재로부터 고분자 분리막 코팅층이 벗겨져 사용할 수 없는 문제가 있었다. 이러한 종래의 문제점을 개선한 세라믹 분리막의 경우 고분자 분리막의 단점을 어느 정도 극복할 수 있지만 사용중 깨지는 문제가 발생하여 그 사용이 극히 제한적이다.Furthermore, the polymer hollow fiber membrane is not high in temperature resistance and cannot be used for high temperature treatment materials. In the case of the reinforcement-reinforced hollow fiber membrane with no risk of cutting off, the polymer membrane coating layer is formed from the reinforcement material when backwashed by a backwash method. There was a problem that peeled off and could not use. In the case of improving the conventional problem, the ceramic separator may overcome some of the disadvantages of the polymer separator, but the use of the ceramic separator is extremely limited due to the problem of cracking during use.

금속 분리막은 주로 튜브형태로서 독일의 GKN에서 생산이 되고 있지만, 방사법이 아니고 일정틀에 금속입자를 압착하여 성형한 후 고온 및 고압에서 소결하는 방식을 택하고 있어서 생산방법상 제조단가가 매우 높고 고분자 중공사 분리막에 비해서 직경이 매우 큰 튜브 형태이므로 단위 부피당 충전밀도(packing density)가 매우 작아서 수처리 분야에 사용할 경우 경쟁력이 떨어져서 고분자 분리막으로 사용이 불가한 특수한 경우에만 사용이 되고 있다. 또한 성형틀에 금속분말을 넣은 후 압축 후 소결하여 제조하는 방식의 경우, 제조과정이 복잡하여 생산 효율이 떨어지고, 다층을 형성하는 과정에서 상대적으로 작은 입경의 분말이 내부로 침투하여 기공도가 감소하는 문제가 있었다.
Metal separators are produced in GKN, Germany, mainly in the form of tubes, but they are not spinning but are formed by pressing and molding metal particles on a certain frame and then sintering at high temperature and high pressure. Since the diameter of the tube is much larger than that of the hollow fiber membrane, the packing density per unit volume is very small. Therefore, it is used only in a special case in which it cannot be used as a polymer membrane due to its low competitiveness in the water treatment field. In addition, in the case of manufacturing by sintering after inserting the metal powder into the molding die, the production process is complicated, the production efficiency is reduced, and in the process of forming a multilayer, a relatively small particle size powder penetrates into the interior to reduce the porosity There was a problem.

상기 분말소결방법에 의한 금속분리막의 제조공정의 문제점을 극복하기 위하여 한국등록특허 제10-0562043호에서는 방사법에 의한 금속중공사의 제조방법을 개시하고 있다. 방사법은 상술한 분말소결방법에 비하여 30% 이상의 생산비용을 절감할 수 있을 뿐 아니라 단위부피당 충전밀도가 높아 산업분야에서 널리 활용될 수 있다. 그런데, 상기 한국등록특허 제10-0562043호에서는 단일방사노즐을 이용하여 단층금속중공사를 제조하는 방법에 대해서만 기술하고 있다. 구체적으로 도 1a는 종래의 방사법에 사용되는 단일방사노즐(1)의 단면도로서, 상기 단일방사노즐은 중앙의 밀폐부(2) 및 상기 밀폐부(2)의 외주부에 형성되며 방사액이 주입되는 방사구(3)로 구분된다. 상기 단일방사노즐(1)에 대하여 금속분말을 포함하는 방사액을 주입하고 이를 방사하면 상기 금속중공사 전구체를 제조할 수 있다. 도 1b는 또 다른 단일방사노즐로서 중앙에 중공을 형성하기 위하여 물 등의 내부응고액을 주입하는 내부응고액 주입부(5)와 상기 내부응고액 주입부(5)의 외주부에 방사구(6)가 형성된다.
In order to overcome the problems of the manufacturing process of the metal separation membrane by the powder sintering method, Korean Patent No. 10-0562043 discloses a manufacturing method of metal hollow fiber by the spinning method. The spinning method can reduce the production cost more than 30% compared to the powder sintering method described above, and can be widely used in the industrial field due to the high packing density per unit volume. By the way, the Korean Patent No. 10-0562043 describes only a method for manufacturing single layer hollow fiber using a single spinning nozzle. Specifically, Figure 1a is a cross-sectional view of a single spinning nozzle (1) used in the conventional spinning method, the single spinning nozzle is formed in the center of the seal 2 and the outer peripheral portion of the seal 2 and the spinning liquid is injected It is divided into a spinneret (3). The metal hollow fiber precursor may be prepared by injecting a spinning solution including a metal powder into the single spinning nozzle 1 and spinning the same. Figure 1b is another single spinning nozzle as an internal coagulating solution injection unit 5 for injecting an internal coagulating solution such as water to form a hollow in the center and the spinneret (6) ) Is formed.

그런데, 상술한 단층금속 중공사의 경우 메탈 필터로서 나타내어야 할 강도와 투과도 및 제거효율을 단 층에서 모두 충족하여야 하는 어려움을 갖는다. 그리하여 균일한 공경에서 높은 투과도를 나타내기 위해서는 소결단계에서 세밀한 제어가 필요하며, 평균공경 및 기공도에서 제한을 받는다. 반면에 다층금속 중공사의 경우 내부층에서 지지체 역할로 분리에는 영향을 주지 않으며, 다층에서 가장 큰 두께를 갖는다. 외부층의 경우 분리를 위하여 평균공경과 기공도가 부여되어 목표 공경으로의 제어가 용이한 장점을 나타내며, 층의 두께가 얇아 투과 시 압력저하(pressure drop)에 대한 저항을 낮출 수 있기 때문에 단층중공사와 비교하여 투과도와 세척공정에서 시간에서 우위를 나타낸다. 이렇게 제조된 다층금속 중공사는 목표 공경 제어에 있어서 고강도 및 투과도를 유지하면서 메탈 입자를 조절함으로써 다양한 제어 및 적용이 가능하다.However, in the case of the single-walled metal hollow fiber described above, it is difficult to satisfy both the strength, the transmittance, and the removal efficiency to be represented as a metal filter in a single layer. Therefore, in order to show high transmittance at uniform pore size, fine control is required in the sintering step, and is limited in average pore size and porosity. On the other hand, the multi-layered metal hollow yarn does not affect the separation from the inner layer to the support, and has the largest thickness in the multilayer. In the case of the outer layer, the average pore size and porosity are given for separation, which shows the advantage of easy control to the target pore size, and the thickness of the layer is thin, which lowers the resistance to pressure drop during permeation. Compared with construction, it shows an advantage in time in permeability and cleaning process. The multi-layered metal hollow yarn thus prepared can be variously controlled and applied by adjusting the metal particles while maintaining high strength and permeability in controlling the target pore size.

하지만, 또한, 방사법에 의해 단층 금속중공사를 제조한 후 다층을 형성하는 경우 추가 공정과 코팅의 재현성에 있어서 문제를 갖는다. 또한 새롭게 형성되는 외부층의 금속분말이 이미 형성된 단층의 기공내부로 침투하는 문제가 있었다.
However, there is also a problem in the reproducibility of the additional process and coating in the case of forming a multilayer after manufacturing single-layer hollow fiber by the spinning method. In addition, there is a problem that the metal powder of the newly formed outer layer penetrates into the pores of the monolayer already formed.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 첫번째 해결하려는 과제는 방사법을 통해 금속중공사를 제조하면서도 여러층을 동시에 형성하고 기공도가 높으면서 층간 침투현상이 발생하지 않는 다층 금속 중공사 여과재의 제조방법을 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above-described problem, the first problem to be solved of the present invention is to produce a multi-layered metal hollow fiber through the spinning method at the same time to form a multi-layer and high porosity multi-layer metal does not occur interlayer It is to provide a method for producing a hollow fiber filter medium.

본 발명의 두번째 해결하려는 과제는 본 발명의 다층 금속 중공사 여과재를 채용한 선박 밸러스트(ballast) 수처리용 장치를 제공하는 것이다.The second problem to be solved of the present invention is to provide an apparatus for ship ballast water treatment employing the multilayer metal hollow fiber filter medium of the present invention.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 (1) 전이금속, 이들의 산화물 및 합금으로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 금속분말과 고분자를 용매에 분산시켜 금속 전구체 용액을 제조하는 단계; (2) 상기 금속 전구체 용액을 다중방사노즐을 통해 방사하여 다층 금속 중공사 전구체를 제조하는 단계; (3) 상기 다층 금속 중공사 전구체를 고온에서 처리하여 상기 고분자를 산화시켜 다공성을 갖는 다층 금속 중공사 전구체를 제조하는 단계; 및 (4) 상기 고분자가 산화된 다층 금속 중공사 전구체를 소결하는 단계;를 포함하는 다공성을 갖는 다층 금속 중공사 여과재의 제조방법을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention comprises the steps of (1) preparing a metal precursor solution by dispersing any one or more metal powder and polymer selected from the group consisting of transition metals, oxides and alloys thereof in a solvent; (2) spinning the metal precursor solution through a multi-spinning nozzle to produce a multilayer metal hollow fiber precursor; (3) treating the multilayer metal hollow fiber precursor at a high temperature to oxidize the polymer to produce a multilayer metal hollow fiber precursor having porosity; And (4) sintering the multilayer metal hollow fiber precursor in which the polymer is oxidized.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 전이금속은 3주기 내지 5주기 전이금속일 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the transition metal may be a 3 to 5 cycle transition metal.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 전이금속은 니켈, 티타늄, 알루미늄, 구리, 철 및 스테인레스스틸 중 어느 하나일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the transition metal may be any one of nickel, titanium, aluminum, copper, iron and stainless steel.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 금속분말의 평균입경이 0.005 ~ 20 ㎛일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the average particle diameter of the metal powder may be 0.005 ~ 20 ㎛.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 고분자는 500 ℃ 이하에서 산화되는 합성 고분자일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the polymer may be a synthetic polymer that is oxidized at 500 ° C or less.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 고분자는 폴리술폰계, 폴리아미이드계, 폴리올레핀계, 폴리이미드계, 셀룰로스 아세테이트계, 폴리비닐계, 폴리스티렌계, 및 폴리에테르계로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the polymer is selected from the group consisting of polysulfone-based, polyamide-based, polyolefin-based, polyimide-based, cellulose acetate-based, polyvinyl-based, polystyrene-based, and polyether-based It may be any one or more selected.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 용매는 극성용매일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the solvent may be a polar solvent.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 극성용매는 N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드 및 디메틸술폭사이드, 1-트리데칸올 및 테르핀올로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the polar solvent is N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide and dimethyl sulfoxide, 1- tridecanol and terpinol group It may be any one or more selected from.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 (1) 단계의 금속 전구체 용액은 금속분말 100 중량부에 대하여 고분자 5 ~ 50 중량부 및 용매 34 ~ 80 중량부를 포함할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the metal precursor solution of step (1) may include 5 to 50 parts by weight of polymer and 34 to 80 parts by weight of solvent based on 100 parts by weight of the metal powder.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 (2) 단계의 다중노즐은 2중방사노즐 또는 3중방사노즐일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the multi-nozzle of step (2) may be a double spinning nozzle or a triple spinning nozzle.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 (3) 단계에서 300 ~ 700 ℃에서 고분자를 산화시킬 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the polymer may be oxidized at 300 to 700 ° C. in the step (3).

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 (4) 단계의 소결온도는 700 ~ 1400 ℃일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the sintering temperature of step (4) may be 700 ~ 1400 ℃.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 금속 전구체 용액을 3중 방사노즐에 방사 시 방사노즐의 중앙을 기준으로 제1주입부에 투입되는 금속 전구체 용액의 금속분말의 평균입경과 제2 주입부에 투입되는 금속 전구체 용액의 금속분말의 평균입경이 상이할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the average particle diameter and the second particle diameter of the metal powder of the metal precursor solution is added to the first injection unit based on the center of the spinning nozzle when spinning the metal precursor solution to the triple spinning nozzle The average particle diameter of the metal powder of the metal precursor solution injected into the injection unit may be different.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 금속 전구체 용액을 4중 주입부에 방사 시 중앙을 기준으로 제2 주입부에 투입되는 금속 전구체 용액은 평균입경이 상이한 2종류 이상의 금속분말을 혼합하여 첨가할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, when the metal precursor solution is radiated to the quadruple injection unit, the metal precursor solution introduced into the second injection unit based on the center is mixed with two or more kinds of metal powders having different average particle diameters. Can be added.

상기 다층 금속 중공사 여과재의 제1층의 기공크기는 1-15 ㎛이고 기공도는 30 % 이상이며, 제2층의 기공크기는 0.1 ~ 10 ㎛이고 기공도는 30 % 이상일 수 있다.The pore size of the first layer of the multilayer metal hollow fiber filter medium may be 1-15 μm, the porosity is 30% or more, the pore size of the second layer is 0.1-10 μm, and the porosity may be 30% or more.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 본 발명의 다층 금속 중공사 여과재를 포함하는 선박 밸러스트(ballast) 수처리용 장치를 제공한다.According to another preferred embodiment of the present invention, there is provided an apparatus for treating a ballast water vessel comprising the multilayer metal hollow fiber filter medium of the present invention.

본 발명의 제조방법에 의한 다층 금속중공사는 방사법을 이용하여 경제적인 메탈 중공사 필터의 제조가 가능하며 다층을 부여함에 다양한 공경을 갖는 정밀여과 필터의 제조가 연속적으로 가능하다. 또한 다층을 형성하기 위하여 코팅 등의 후처리 공정을 거치지 않으므로 공정의 단순화 및 생산비용을 절감할 수 있다. 또한 다층으로 형성되므로 단층에 비하여 강도가 향상된다.Multi-layer metal hollow fiber according to the manufacturing method of the present invention is capable of producing an economical metal hollow fiber filter by using a spinning method, and it is possible to continuously manufacture a microfiltration filter having various pore sizes to give a multi-layer. In addition, since the post-treatment process such as coating is not performed to form the multilayer, the process can be simplified and the production cost can be reduced. In addition, since it is formed in multiple layers, the strength is improved compared to the single layer.

나아가, 본 발명의 제조방법을 통해 제조된 다층 금속중공사는 종래의 소결법 또는 단층 방사 후 다층을 형성하는 방법에 비하여 층간 금속의 침투현상이 발생하지 않으므로 원하는 기공크기, 기공도 등을 갖는 다층을 제어할 수 있게 되어 여과효율이 현저하게 개선된다.
Furthermore, the multi-layered metal hollow fiber produced through the manufacturing method of the present invention does not generate the penetration of interlayer metals as compared with the conventional sintering method or the method of forming a multi-layer after single layer spinning. Controllable, the filtration efficiency is significantly improved.

도 1a 및 1b는 종래의 금속중공사의 방사에 사용되는 단일방사노즐의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 2중방사노즐의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 3중방사노즐의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 다른 일구현예에 따른 3중방사노즐의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 다른 일구현예에 따른 4중방사노즐의 단면도이다.
1A and 1B are cross-sectional views of a single spinning nozzle used for spinning a conventional hollow metal fiber.
2 is a cross-sectional view of a dual spinning nozzle according to a preferred embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of a triple spinning nozzle according to a preferred embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view of a triple spinning nozzle according to another preferred embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view of a quadruple spinning nozzle according to another preferred embodiment of the present invention.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
Hereinafter, with reference to the accompanying drawings the present invention will be described in more detail.

상술한 바와 같이, 종래의 성형틀에 금속분말을 넣은 후 압축 후 소결하여 제조하는 방식의 경우, 제조과정이 복잡하여 생산 효율이 떨어지고, 다층을 형성하는 과정에서 상대적으로 작은 입경의 분말이 내부로 침투하여 원하는 기공크기, 기공도 등을 갖는 다층을 제어하기 어려운 문제가 있었다.As described above, in the case of manufacturing the metal powder in the conventional molding die after compression and sintering, the production process is complicated, the production efficiency is lowered, and the relatively small particle size of powder in the process of forming a multilayer There is a problem that it is difficult to penetrate and control a multilayer having a desired pore size, porosity, and the like.

또한 종래의 단일방사노즐을 통한 단층금속중공사는 고강도 및 평균공경제어의 한계가 있을 뿐 아니라 방사법에 의하여 단층 형성후 다시 다층을 형성하는 경우에는 추가공정의 부담 및 코팅의 재현성의 문제가 있었다. 나아가, 새롭게 형성되는 외부층의 금속분말이 이미 형성된 단층의 기공내부로 침투하는 문제가 있었다.
In addition, the conventional single-layer metal hollow fiber through the single-spinning nozzle not only has a limitation of high strength and average co-op, but also has a problem of additional process burden and reproducibility of coating when forming a multilayer again after forming a single layer by a spinning method. Furthermore, there is a problem that the metal powder of the newly formed outer layer penetrates into the pores of the monolayer already formed.

이에 본 발명에서는 (1) 전이금속, 이들의 산화물 및 합금으로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 금속분말과 고분자를 용매에 분산시켜 금속 전구체 용액을 제조하는 단계; (2) 상기 금속 전구체 용액을 다중방사노즐을 통해 방사하여 다층 금속 중공사 전구체를 제조하는 단계; (3) 상기 다층 금속 중공사 전구체를 고온에서 처리하여 상기 고분자를 산화시켜 다공성을 갖는 다층 금속 중공사 전구체를 제조하는 단계; 및 (4) 상기 고분자가 산화된 다층 금속 중공사 전구체를 소결하는 단계;를 포함하는 다공성을 갖는 다층 금속 중공사 여과재의 제조방법을 제공한다. 이를 통해 방사법을 이용하여 금속중공사를 제조하면서도 여러층을 동시에 형성할 수 있어 단층형성 후 다층을 형성하는 방법에 비하여 고강도 및 세밀한 공정제어가 가능하며 공정의 단순화 및 생산비용을 절감할 수 있다.
Thus, the present invention comprises the steps of (1) preparing a metal precursor solution by dispersing any one or more metal powder and polymer selected from the group consisting of transition metals, oxides and alloys thereof in a solvent; (2) spinning the metal precursor solution through a multi-spinning nozzle to produce a multilayer metal hollow fiber precursor; (3) treating the multilayer metal hollow fiber precursor at a high temperature to oxidize the polymer to produce a multilayer metal hollow fiber precursor having porosity; And (4) sintering the multilayer metal hollow fiber precursor in which the polymer is oxidized. Through this method, multiple layers can be formed at the same time while manufacturing the metal hollow fiber using the spinning method, so that high-strength and fine process control is possible, and the process can be simplified and the production cost can be reduced compared to the method of forming a multilayer after the formation of a single layer.

먼저, (1) 단계로서 전이금속, 이들의 산화물 및 합금으로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 금속분말과 고분자를 용매에 분산시켜 금속 전구체 용액을 제조한다.First, as step (1), any one or more metal powders and polymers selected from the group consisting of transition metals, oxides and alloys thereof are dispersed in a solvent to prepare a metal precursor solution.

본 발명에 사용될 수 있는 금속분말은 금속 중공사에 사용될 수 있는 전이금속, 이들의 산화물, 및 합금을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 바람직하게는 상기 전이금속은 3주기 내지 5주기 전이금속일 수 있으며, 보다 바람직하게는 상기 전이금속은 니켈, 티타늄, 알루미늄, 구리, 철 및 스테인레스스틸 중 어느 하나일 수 있으며, 가장 바람직하게는 생산되는 금속의 단가가 매우 저렴하여 제조단가를 현저하게 낮출 수 있으며 기공크기의 균일성을 확보할 수 있는 니켈을 사용하는 것이 보다 바람직하다. Metal powders that can be used in the present invention can be used alone or in combination of transition metals, oxides thereof, and alloys that can be used for metal hollow fibers. Preferably the transition metal may be a 3 to 5 cycle transition metal, more preferably the transition metal may be any one of nickel, titanium, aluminum, copper, iron and stainless steel, most preferably produced It is more preferable to use nickel, which is very inexpensive, so that the manufacturing cost can be significantly lowered and the uniformity of the pore size can be secured.

또한, 상기 금속분말의 입자크기는 평균입경이 0.005 ~ 20 ㎛ 범위를 유지하는 것이 바람직하다, 상기 입자크기가 0.005 ㎛ 미만이면 금속분말의 단가가 너무 높아서 경제성이 떨어지고 금속분말의 함량을 높이기가 어려워 최종 금속막의 강도가 현저하게 감소하며 소결이 이루어지지 않는 문제점을 가지며, 20 ㎛를 초과하는 경우에는 기공크기가 5 ㎛ 이상으로 형성되어 수처리에 사용하기에 너무 기공이 큰 문제가 발생하므로 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다In addition, the particle size of the metal powder is preferably maintained in the range of 0.005 ~ 20 ㎛ average particle diameter, if the particle size is less than 0.005 ㎛ the metal unit price is too high economical and difficult to increase the content of the metal powder The strength of the final metal film is significantly reduced and there is a problem that sintering is not performed. When the thickness exceeds 20 μm, the pore size is formed to be 5 μm or more, so that the pore is too large to be used for water treatment. It is desirable to keep

상기 고분자는 방사 후 금속중공사 전구체를 형성시키기 위한 바인더 역할을 수행하는 고분자는 당 분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 특별히 한정하지는 않으나 바람직하게는 낮은 온도에서 산화(태워서 소멸시킴)되면서 이후 금속 중공사에 탄화물이 형성되지 않는 고분자를 사용하는 것이 바람직하다. 바람직하게는 상기 고분자는 산화온도에서 산화될 수 있으며, 보다 바람직하게는 500 ℃ 이하에서 산화되는 합성 고분자일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 폴리술폰계, 폴리아미이드계, 폴리올레핀계, 폴리이미드계, 셀룰로스 아세테이트계, 폴리비닐계, 폴리스티렌계, 및 폴리에테르계로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.The polymer is a polymer that acts as a binder for forming the metal hollow fiber precursor after spinning is not particularly limited to those commonly used in the art, but is preferably oxidized (burned out) at a low temperature and then subjected to metal hollow fiber. It is preferable to use a polymer in which carbides are not formed. Preferably, the polymer may be oxidized at an oxidation temperature, more preferably, may be a synthetic polymer oxidized at 500 ° C. or less, and more preferably, polysulfone, polyamide, polyolefin, polyimide, Any one or more selected from the group consisting of cellulose acetate-based, polyvinyl-based, polystyrene-based, and polyether-based may be used, but is not limited thereto.

또한 바람직하게는 상기 금속분말 100 중량부에 대하여 고분자 5 ~ 50 중량부를 포함할 수 있다. 만일 첨가되는 고분자의 함량이 5중량부 미만이면 바인더 역할이 어려워서 전구체 형성이 어려우며 50중량부를 초과하는 경우에는 용액의 점도가 너무 커져서 방사가 어려운 문제가 발생할 수 있다.Also preferably, the polymer may include 5 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the metal powder. If the amount of the added polymer is less than 5 parts by weight, the role of the binder is difficult to form a precursor, and if it exceeds 50 parts by weight, the viscosity of the solution is too large may cause a problem difficult to spin.

상기 금속분말 및 고분자를 용해시키기 위한 용매는 상기 고분자를 용해시킬 수 있는 특성을 갖는 극성용매로 구체적으로 N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드 및 디메틸술폭사이드, 1-트리데칸올 및 테르핀올로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. 상기 용매의 첨가량은 방사를 통해 금속 중공사 전구체를 제조할 수 있을 정도에서 적절하게 사용할 수 있으며, 바람직하게는 금속분말 100 중량부에 대하여 용매 34 ~ 80중량부를 사용할 수 있다. 만일 34중량부 미만이면 금속 분말 및 고분자를 균일하게 용해시킬 수가 없어 금속 중공사 전구체의 제조가 어렵고, 80 중량부를 초과하면 방사용액의 점성이 매우 약하여 노즐 방사가 어렵고 제조된 금속중공사의 강도가 낮아질 수 있다.
The solvent for dissolving the metal powder and the polymer is a polar solvent capable of dissolving the polymer, specifically N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide and dimethyl sulfoxide, 1- At least one selected from the group consisting of tridecanol and terpinol. The amount of the solvent may be appropriately used to the extent that the metal hollow fiber precursor can be prepared through spinning, and preferably, 34 to 80 parts by weight of the solvent may be used based on 100 parts by weight of the metal powder. If it is less than 34 parts by weight, it is difficult to uniformly dissolve the metal powder and polymer, and thus, it is difficult to prepare a metal hollow fiber precursor. If it exceeds 80 parts by weight, the spinning solution has a very weak viscosity, which makes it difficult to spin the nozzle. Can be lowered.

다음, (2) 단계로서 상기 금속 전구체 용액을 다중방사노즐을 통해 방사하여 다층 금속 중공사 전구체를 제조한다. 본 발명에 사용될 수 있는 다중방사노즐은 다층금속 중공사를 제조할 수 있는 것이면 특별한 제한이 없으며, 바람직하게는 상기 다중방사노즐은 내부에 중공을 형성하기 위한 밀폐부가 구비된 경우 2중 방사노즐 또는 3중 방사노즐일 수 있으며, 내부에 중공을 형성하기 위한 내부응고액 주입부가 구비된 경우 3중 방사노즐 또는 4중 방사노즐일 수 있다. 한편 본 발명에서 사용될 수 있는 내부 응고액은 통상적으로 사용되는 것이면 제한없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 물과 N-메틸-2-피롤리돈, DMAc 등의 극성용매 또는 에탄올, 이소프로판올 등의 유기용매를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
Next, as the step (2), the metal precursor solution is spun through a multispinning nozzle to prepare a multilayer metal hollow fiber precursor. The multi-spinning nozzle that can be used in the present invention is not particularly limited as long as it can produce a multi-layered metal hollow fiber, preferably, the multi-spinning nozzle is a double spinning nozzle or provided with a seal for forming a hollow inside It may be a triple spinning nozzle, it may be a triple spinning nozzle or a quadruple spinning nozzle when the internal coagulating solution injection unit is provided to form a hollow therein. On the other hand, the internal coagulation solution that can be used in the present invention can be used without limitation as long as it is conventionally used, preferably a polar solvent such as water and N-methyl-2-pyrrolidone, DMAc or an organic solvent such as ethanol, isopropanol May be used alone or in combination.

먼저 중공형성을 위하여 내부에 밀폐부가 형성된 다중방사노즐을 설명하면, 도 2는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 2중방사노즐(10)의 단면도로서, 내부에 중공사의 중공을 형성하는 밀폐부(11)를 중심으로 외주면에 2층 중공사의 내층을 형성하는 제1 주입부(12)와, 제1 주입부(12)의 외주면에 2층 중공사의 외층을 형성하는 제2 주입부(14)가 구비되며, 상기 제1 주입부(12)와 제2 주입부(14) 사이에 층간구분을 위한 격벽(13)이 형성된다.First, a multi-spinning nozzle having a closed portion formed therein for hollow formation will be described. FIG. 2 is a cross-sectional view of a double spinning nozzle 10 according to a preferred embodiment of the present invention. The first injection part 12 which forms the inner layer of the two-layer hollow fiber on the outer peripheral surface centering on (11), and the 2nd injection part 14 which forms the outer layer of the two-layer hollow yarn on the outer peripheral surface of the 1st injection part 12. Is provided, the partition wall 13 for the interlayer separation is formed between the first injection portion 12 and the second injection portion 14.

사용되는 2중방사노즐의 사이즈는 제조하려는 2층 금속중공사의 사이즈에 따라 적절하게 형성할 수 있으며, 격벽의 두께 역시 층간박리력을 향상시키기 위하여 통상의 2중 방사노즐의 격벽의 두께에 비하여 얇게 형성될 수 있으며, 바람직하게는 0.5 ~ 3㎜일 수 있다.The size of the double spinning nozzle used can be appropriately formed according to the size of the two-layered hollow fiber to be manufactured, and the thickness of the partition wall is also compared with the thickness of the partition wall of the conventional double spinning nozzle in order to improve the interlayer peeling force. It may be thinly formed, and may be preferably 0.5 to 3 mm.

도 3은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 밀폐부가 형성된 3중방사노즐의 단면도이다. 내부에 중공사의 중공을 형성하는 밀폐부(21)를 중심으로 외주면에 3층 중공사의 제1층을 형성하는 제1 주입부(22)와, 제1 주입부(22)의 외주면에 제2층을 형성하는 제2 주입부(24)가 구비되며, 상기 제1 주입부(22)와 제2 주입부(24) 사이에 층간구분을 위한 제1 격벽(23)이 형성된다. 또한 제2 주입부(24)의 외주면에 제3층을 형성하는 제3 주입부(26)가 구비되며, 상기 제2 주입부(24)와 제3 주입부(26) 사이에 층간구분을 위한 제2 격벽(25)이 형성된다.
Figure 3 is a cross-sectional view of a triple spinning nozzle formed with a seal according to a preferred embodiment of the present invention. The first injection part 22 which forms the 1st layer of a three-layer hollow fiber on the outer peripheral surface centering on the sealing part 21 which forms the hollow part of hollow fiber inside, and the 2nd layer on the outer peripheral surface of the 1st injection part 22 The second injection unit 24 is formed to form a first partition wall between the first injection unit 22 and the second injection unit 24 is formed. In addition, a third injection unit 26 is formed on the outer circumferential surface of the second injection unit 24 to form an interlayer between the second injection unit 24 and the third injection unit 26. The second partition 25 is formed.

다음, 중공형성을 위하여 내부에 내부응고액주입부가 형성된 다중방사노즐을 설명하면, 도 4는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 3중방사노즐(300)의 단면도로서, 내부에 중공사의 중공을 형성하는 내부응고액주입부(301)를 중심으로 외주면에 2층 중공사의 내층을 형성하는 제1 주입부(303)가 구비되며 내부응고액 주입부(301)과 제1 주입부(303) 사이에 제1 격벽(302)이 구비될 수 있다. 제1 주입부(303)의 외주면에 2층 중공사의 외층을 형성하는 제2 주입부(305)가 구비되며, 상기 제1 주입부(303)와 제2 주입부(305) 사이에 층간구분을 위한 제2 격벽(304)이 형성되며 이를 통해 2층 금속중공사를 방사할 수 있다.Next, referring to the multi-spinning nozzle formed therein the internal coagulating liquid injection portion for forming the hollow, Figure 4 is a cross-sectional view of a triple spinning nozzle 300 according to a preferred embodiment of the present invention, the hollow hollow inside A first injection unit 303 is formed on the outer circumferential surface of the inner coagulating liquid injection unit 301 to form an inner layer of the hollow fiber, and is formed between the internal coagulating liquid injection unit 301 and the first injection unit 303. The first partition 302 may be provided. A second injection unit 305 is formed on the outer circumferential surface of the first injection unit 303 to form an outer layer of the two-layer hollow yarn, and an interlayer division is formed between the first injection unit 303 and the second injection unit 305. A second partition 304 is formed for this to emit a two-layer hollow fiber through it.

사용되는 3중방사노즐의 사이즈는 제조하려는 2층 금속중공사의 사이즈에 따라 적절하게 형성할 수 있으며, 제1 격벽 및 제2 격벽의 두께 역시 층간박리력을 향상시키기 위하여 통상의 2중 방사노즐의 격벽의 두께에 비하여 얇게 형성될 수 있으며, 바람직하게는 0.5 ~ 3㎜일 수 있다.
The size of the triple spinning nozzle to be used can be appropriately formed according to the size of the two-layer metal hollow fiber to be manufactured, and the thickness of the first and second partition walls is also a conventional double spinning nozzle to improve the interlayer peeling force. It may be thinner than the thickness of the partition wall, and may be preferably 0.5 to 3mm.

도 5는 4중방사노즐(400)의 단면도로서 내부에 중공사의 중공을 형성하는 내부응고액주입부(401)를 중심으로 외주면에 3층 중공사의 내층을 형성하는 제3 주입부(403)가 구비되며 내부응고액 주입부(401)과 제3 주입부(403) 사이에 제3 격벽(402)이 구비될 수 있다. 제3 주입부(403)의 외주면에 3층 중공사의 중층을 형성하는 제1 주입부(405)가 구비되며, 상기 제3 주입부(403)와 제1 주입부(405) 사이에 층간구분을 위한 제1 격벽(404)이 형성된다. 제1 주입부(405)의 외주면에 3층 중공사의 외층을 형성하는 제2 주입부(407)가 구비되며, 상기 제1 주입부(405)와 제2 주입부(407) 사이에 층간구분을 위한 제2 격벽(406)이 형성될 수 있다. FIG. 5 is a cross-sectional view of the quadruple spinning nozzle 400. A third injection unit 403 forming an inner layer of a three-layer hollow yarn on an outer circumferential surface of an inner coagulating liquid injection unit 401 forming a hollow yarn therein is provided. The third partition 402 may be provided between the internal coagulating solution injection part 401 and the third injection part 403. A first injection unit 405 is formed on the outer circumferential surface of the third injection unit 403 to form a middle layer of the three-layer hollow yarn, and an interlayer division is formed between the third injection unit 403 and the first injection unit 405. The first partition 404 is formed. A second injection unit 407 is formed on the outer circumferential surface of the first injection unit 405 to form an outer layer of the three-layer hollow yarn, and an interlayer division is formed between the first injection unit 405 and the second injection unit 407. A second partition 406 may be formed.

본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 상기 금속 전구체 용액을 2중 방사노즐에 방사 시 제1 주입부에 투입되는 금속 전구체 용액의 금속분말의 평균입경과 제2 주입부에 투입되는 금속 전구체 용액의 금속분말의 평균입경이 상이할 수 있다. 이 경우 최종 생산된 2층 금속 중공사의 외층과 내층의 기공의 크기 및 기공도를 각각 다르게 조절할 수 있어 여과효율을 현저하게 개선할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the average particle diameter of the metal powder of the metal precursor solution to be injected into the first injection unit and the metal precursor solution to be injected into the second injection nozzle when the metal precursor solution is radiated to the double spinning nozzle The average particle diameter of the metal powder may be different. In this case, the size and porosity of the pores of the outer layer and the inner layer of the final two-layered metal hollow yarn can be adjusted differently, which can significantly improve the filtration efficiency.

본 발명의 바람직한 다른 일구현예에 따르면, 상기 금속 전구체 용액을 2중 방사노즐에 방사 시 중앙을 기준으로 제2 주입부에 투입되는 금속 전구체 용액은 평균입경이 상이한 2종류 이상의 금속분말을 혼합하여 첨가할 수 있다. According to another preferred embodiment of the present invention, the metal precursor solution to be injected into the second injection unit based on the center when the metal precursor solution is radiated to the double spinning nozzles by mixing two or more kinds of metal powders having different average particle diameters Can be added.

바람직하게는 제2 주입부에 투입되는 금속분말의 평균입경을 2종류 이상으로 구분하여 첨가할 수 있으며, 평균입경이 0.005 ~ 5㎛인 제1 금속분말과 평균입경이 3 ~ 20㎛인 제2 금속분말을 혼합하여 첨가할 수 있으며 동시에 제2 금속분말의 평균입경이 제1 금속분말의 평균입경에 비하여 0.5㎛ 이상 더 클 수 있다.
Preferably, the average particle diameter of the metal powder to be injected into the second injection unit may be added in two or more types, the first metal powder having an average particle diameter of 0.005 to 5 μm and the second having an average particle diameter of 3 to 20 μm. The metal powder may be mixed and added, and at the same time, the average particle diameter of the second metal powder may be 0.5 µm or more larger than the average particle diameter of the first metal powder.

방사 후 고분자 용액을 응고시키는 응고욕은 알코올과 물 및 특정 용매를 사용할 수 있으나 경제적인 면을 고려하여 물을 기본으로 하는 것이 바람직하며, 이때 응고욕의 온도가 0 ℃ 미만이면 방사 후 전구체가 급격히 응고되어 전구체에 미미한 균열을 초래할 수 있고, 70 ℃ 를 초과하면 용매가 기화하여 신체에 해로우므로, 물을 기본으로 하는 응고욕의 온도는 0 ~ 70 ℃ 범위를 유지하는 것이 바람직하다.
The coagulation bath for coagulating the polymer solution after spinning may use alcohol, water, and a specific solvent, but it is preferable to consider water in terms of economics. In this case, if the temperature of the coagulation bath is lower than 0 ° C., the precursor after spinning is rapidly reduced. It may be coagulated and cause a slight crack in the precursor. If it exceeds 70 ° C, the solvent vaporizes and is harmful to the body. Therefore, the temperature of the water-based coagulation bath is preferably maintained in the range of 0 to 70 ° C.

다음, (3) 단계로서 상기 다층 금속 중공사 전구체를 고온에서 처리하여 상기 고분자를 산화시켜 다공성을 갖는 다층 금속 중공사 전구체를 제조한다. 고분자의 산화란 높은온도로 가열하여 고분자를 태워 없애는 것을 의미하는 것이며, 이를 통해 고분자가 산화된 부분에 기공이 형성되게 된다. Next, in step (3), the multilayer metal hollow fiber precursor is treated at high temperature to oxidize the polymer to prepare a multilayer metal hollow fiber precursor having porosity. Oxidation of the polymer means that the polymer is burned and removed by heating to a high temperature, through which pores are formed in the oxidized portion of the polymer.

산화온도는 상기 고분자를 모두 산화시킬 수 있을 정도면 제한이 없으며, 바람직하게는 300 ~ 700 ℃에서 고분자를 산화시킬 수 있으며 산화시간은 0.5 ~ 3시간동안 수행할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.The oxidation temperature is not limited as long as it can oxidize all the polymers, and preferably, the polymer can be oxidized at 300 to 700 ° C. and the oxidation time can be performed for 0.5 to 3 hours, but is not limited thereto.

다음, (4) 단계로서 상기 고분자가 산화된 다층 금속 중공사 전구체를 소결한다. 소결공정을 통해 다층 금속 중공사 전구체가 대략 20% 정도 수축이 발생하게 되며 이를 통해 필요한 강도 등을 확보할 수 있으며 기공크기가 줄어드는 효과를 가진다.Next, as a step (4), the multilayer metal hollow fiber precursor in which the polymer is oxidized is sintered. Through the sintering process, the multilayer metal hollow fiber precursor is contracted by about 20%, thereby securing the required strength and the like and reducing the pore size.

바람직하게는 상기 (4) 단계의 소결온도는 700 ~ 1400 ℃일 수 있으며, 기체 분위기는 통상적인 분위기로서 질소, 아르곤, 수소 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 소결시간은 1-4시간 일 수 있다.Preferably, the sintering temperature of the step (4) may be 700 ~ 1400 ℃, the gas atmosphere may be used alone or in a mixture of nitrogen, argon, hydrogen and the like as a conventional atmosphere. Sintering time may be 1-4 hours.

본 발명을 통해 제조된 상기 다층 금속 중공사 여과재는 2층인 경우 내층의 기공크기는 1-15 ㎛이고 기공도는 30-70 %일 수 있으며, 외층의 기공크기는 0.1-10 ㎛이고 기공도는30-50 %일 수 있다.When the multilayer metal hollow fiber filter medium manufactured according to the present invention has two layers, the pore size of the inner layer may be 1-15 μm, the porosity may be 30-70%, and the pore size of the outer layer is 0.1-10 μm, and the porosity is May be 30-50%.

3층인 경우 내부층의 기공크기는 1-15 ㎛이고 기공도는30-70 %일 수 있으며, 중간층의 기공크기는 1-10 ㎛이고 기공도는30-70 %일 수 있으며, 외부층의 기공크기는0.1-10 ㎛이고 기공도는 30-50 %일 수 있다.In the case of three layers, the pore size of the inner layer may be 1-15 μm and the porosity may be 30-70%. The pore size of the middle layer may be 1-10 μm and the porosity may be 30-70%. The size may be 0.1-10 μm and the porosity may be 30-50%.

상술한 방법을 통해 제조된 다층 금속 중공사 여과재는 층간 침투현상이 발생하지 않는다. 즉, 제1 금속여과층을 형성하는 금속분말이 제2 금속여과층으로 침투하거나 제2 금속여과층을 형성하는 금속분말이 제1 금속여과층으로 침투하지 않게된다. 또한 제3 금속여과층이 형성되는 경우에도 마찬가지로 층간 침투현상이 발생하지 않게된다.The multilayer metal hollow fiber filter medium manufactured by the above-described method does not generate interlayer penetration. That is, the metal powder forming the first metal filtration layer does not penetrate into the second metal filtration layer or the metal powder forming the second metal filtration layer does not penetrate into the first metal filtration layer. In addition, even when the third metal filtration layer is formed, interlayer penetration does not occur in the same manner.

본 발명을 통해 제조된 다층 금속중공사는 수처리용 필터, 정밀여과용 필터, 선박 밸러스트(ballast) 수처리용 장치등에 폭넓게 활용될 수 있다.The multi-layered metal hollow fiber produced through the present invention can be widely used in water treatment filters, microfiltration filters, vessel ballast water treatment apparatus and the like.

본 발명을 통해 제조된 다층 금속중공사는 수처리용 필터, 선박 밸러스트(ballast) 수처리용 장치등에 폭넓게 활용될 수 있다.
The multi-layered metal hollow fiber produced through the present invention can be widely used in water treatment filters, vessel ballast water treatment apparatus and the like.

하기 실시예에 의하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 제시한 것으로, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
The following examples illustrate the invention in more detail. The following examples are presented to help the understanding of the present invention, but the present invention is not limited thereto.

<실시예 1> 3중 방사노즐을 이용한 2층 금속 중공사의 제조Example 1 Preparation of Two-Layered Metal Hollow Fiber Using Triple Spinning Nozzle

내부층을 형성하는 제1 금속 전구체 용액을 제조하였다. 구체적으로 평균입경이 5 ㎛인 니켈분말 100중량부, 폴리술폰 8.6 중량부를 N-메틸-2-피롤리돈 34.3 중량부에 첨가하고 이를 700rpm으로 교반하여 제1 금속 전구체 용액을 제조하였다.A first metal precursor solution to form an inner layer was prepared. Specifically, 100 parts by weight of nickel powder having an average particle diameter of 5 µm and 8.6 parts by weight of polysulfone were added to 34.3 parts by weight of N-methyl-2-pyrrolidone, and stirred at 700 rpm to prepare a first metal precursor solution.

외부층을 형성하는 제2 금속 전구체 용액을 제조하였다. 구체적으로 평균입경이 2.5 ㎛인 니켈분말 100 중량부. 폴리술폰 10 중량부를 N-메틸-2-피롤리돈 42 중량부에 첨가하여 이를 700rpm으로 교반하여 제2 금속 전구체 용액을 제조하였다. A second metal precursor solution was formed to form the outer layer. Specifically, 100 parts by weight of nickel powder having an average particle diameter of 2.5 μm. 10 parts by weight of polysulfone was added to 42 parts by weight of N-methyl-2-pyrrolidone and stirred at 700 rpm to prepare a second metal precursor solution.

상기 도 4에 개시된 3중 방사노즐의 내부응고액 주입부에 물을 공급하고 상기 제1 주입부에는 제1 금속 전구체 용액을 투입하고, 제2 주입부에 상기 제2 금속 전구체 용액을 투입하였다. 이 때, 내부응고액주입부의 직경은 0.7 ㎜이고, 제2 주입부의 직경(내부응고액주입부 포함)은 2.6㎜이며, 제3 주입부의 직경(내부응고액주입부 및 제1 주입부 포함)은 3.2 ㎜이다.Water was supplied to the internal coagulation solution injection unit of the triple spinning nozzle disclosed in FIG. 4, a first metal precursor solution was added to the first injection unit, and a second metal precursor solution was added to the second injection unit. At this time, the diameter of the internal coagulating liquid injection unit is 0.7 mm, the diameter of the second injection unit (including the internal coagulating liquid injection unit) is 2.6 mm, and the diameter of the third injection unit (including the internal coagulating liquid injection unit and the first injection unit). Is 3.2 mm.

그 뒤, 방사된 금속 중공사 전구체를 증류수에 응고시킨다. 이후에 전구체를 물 속에서 하루동안 침지하여 용매와 물의 교환을 통하여 제거하고, 600 ℃에서 120분동안 가열하여 고분자를 산화시켰다. 이후 질소/수소 분위기하에서 금속입자를 소결하였다. 구체적으로 공기분위기 하에서 5 ℃/min 상승속도로 600 ℃까지 올리고 2시간 유지하여 고분자 물질을 산화시킨 후 5 ℃/min의 상승속도로 1200 ℃에서 2시간 유지하여 소결을 완료하여 10 ℃/min으로 냉각하여 2중 금속 중공사 여과재를 제조하였다.
Thereafter, the spun metal hollow fiber precursor is solidified in distilled water. Thereafter, the precursor was immersed in water for one day to remove through exchange of solvent and water, and heated at 600 ° C. for 120 minutes to oxidize the polymer. Thereafter, the metal particles were sintered under a nitrogen / hydrogen atmosphere. Specifically, in the air atmosphere, after raising to 600 ℃ at 5 ℃ / min ascending rate and maintained for 2 hours to oxidize the polymer material and then maintained at 1200 ℃ for 2 hours at a rising rate of 5 ℃ / min to complete the sintering to 10 ℃ / min By cooling, a double metal hollow fiber filter medium was prepared.

제조된 2중 금속 중공사 여과재는 중공이 0.8 mm 이고, 제1 금속여과층(내부층)의 두께가 400 ㎛이고, 기공의 평균크기는 3.5 ㎛이고 기공도는 40%이다. 또한, 제2 금속여과층(외부층)의 두께는 3 ㎛이고, 기공의 평균크기는 1.1 ㎛이고 기공도는 32%이다. 상기 2중 금속 중공사 여과재의 단면을 관찰한 결과 층간 침투현상이 발생하지 않았다.
The manufactured double metal hollow fiber filter medium had a hollow of 0.8 mm, a thickness of the first metal filtration layer (inner layer) of 400 μm, an average size of pores of 3.5 μm, and a porosity of 40%. In addition, the thickness of the second metal filtration layer (outer layer) is 3 μm, the average size of pores is 1.1 μm, and the porosity is 32%. As a result of observing the cross section of the double metal hollow fiber filter medium, the interlayer penetration did not occur.

<실시예 2><Example 2>

평균입경이 5㎛인 제1 니켈분말과 평균입경이 2.5㎛인 제2 니켈분말을 6:1의 중량비로 혼합한 금속분말 100중량부를 사용한 제2 금속전구체 용액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 2중 금속 중공사 여과재를 제조하였다.
Example 1 except for using a second metal precursor solution using 100 parts by weight of a metal powder obtained by mixing a first nickel powder having an average particle diameter of 5 μm and a second nickel powder having an average particle diameter of 2.5 μm at a weight ratio of 6: 1. In the same manner as the double metal hollow fiber filter medium was prepared.

<실시예 3> 4중 방사노즐을 이용한 3층 금속 중공사의 제조Example 3 Preparation of Three-Layered Metal Hollow Fiber Using Quadruple Spinning Nozzle

실시예 1과 동일한 제1 금속전구체 용액 및 제2 금속전구체 용액외에 평균입경이 10㎛인 니켈분말 100중량부에 대하여 폴리술폰 8중량부를 N-메틸-2-피롤리돈 39 중량부에 첨가하고 이를 700rpm으로 교반하여 제3금속 전구체 용액을 제조하였다.8 parts by weight of polysulfone was added to 39 parts by weight of N-methyl-2-pyrrolidone with respect to 100 parts by weight of nickel powder having an average particle diameter of 10 µm in addition to the first metal precursor solution and the second metal precursor solution, which were the same as those of Example 1. This was stirred at 700 rpm to prepare a third metal precursor solution.

상기 도 7에 개시된 4중 방사노즐의 내부응고액 주입부에 물을 공급하고 상기 제3주입부(내부층)에는 3 금속 전구체 용액을 투입하고, 제1 주입부(중간층)에 상기 제1 금속 전구체 용액을 투입하고 제2 주입부(외부층)에 제2금속 전구체 용액을 투입하였다.Water is supplied to the internal coagulation solution injection unit of the quadruple spinning nozzle disclosed in FIG. 7, a trimetal precursor solution is added to the third injection unit (inner layer), and the first metal is injected to the first injection unit (intermediate layer). The precursor solution was added and a second metal precursor solution was added to the second injection unit (outer layer).

이 때, 내부응고액주입부의 직경은 0.7 ㎜이고, 제1 주입부의 직경(내부응고액주입부 포함)은 2.6㎜이며, 제2 주입부의 직경(내부응고액주입부 및 제1 주입부 포함)은 3.2 ㎜이다. 또한 제3 주입부의 직경(내부응고액주입부, 제1, 2 주입부 포함)은 3.7 ㎜이다.At this time, the diameter of the internal coagulation liquid injection unit is 0.7 mm, the diameter of the first injection unit (including the internal coagulation liquid injection unit) is 2.6 mm, and the diameter of the second injection unit (including the internal coagulation liquid injection unit and the first injection unit). Is 3.2 mm. In addition, the diameter of the third injection portion (including the internal coagulation liquid injection portion and the first and second injection portions) is 3.7 mm.

이후, 실시예 1과 동일하게 실시하여 3층 금속 중공사 여과재를 제조하였다.
Thereafter, the same procedure as in Example 1 was carried out to produce a three-layer metal hollow fiber filter medium.

상기 제조된 3중 금속 중공사 여과재는 중공이 0.8 ㎛이고, 제1 금속여과층(내부층)의 두께가 350 ㎛이고, 기공의 평균크기는 4.5 ㎛이고 기공도는 40%이다. 또한, 제2 금속여과층(중간층)의 두께는 150 ㎛이고, 기공의 평균크기는 3.5 ㎛이고 기공도는 40%이다. 또한 제3 금속여과층(외부층)의 두께는 3 ㎛이고, 기공의 평균크기는 1.2 ㎛이고 기공도는 43%이다. 상기 3중 금속 중공사 여과재의 단면을 관찰한 결과 층간 침투현상이 발생하지 않았다.
The manufactured trimetal hollow fiber filter medium has a hollow of 0.8 μm, a first metal filtration layer (inner layer) having a thickness of 350 μm, an average size of pores of 4.5 μm, and a porosity of 40%. In addition, the thickness of the second metal filtration layer (intermediate layer) is 150 µm, the average size of the pores is 3.5 µm, and the porosity is 40%. In addition, the thickness of the third metal filtration layer (outer layer) is 3 μm, the average size of pores is 1.2 μm, and the porosity is 43%. As a result of observing the cross section of the triple metal hollow fiber filter medium, the interlayer penetration did not occur.

<비교예 1>&Lt; Comparative Example 1 &

단일층을 형성하는 제1 금속 전구체 용액을 제조하였다. 구체적으로 평균입경이 3㎛인 니켈분말 100중량부, 폴리술폰 8.6 중량부를 N-메틸-2-피롤리돈 34.3중량부에 첨가하고 이를 700rpm으로 교반하여 금속 전구체 용액을 제조하였다.A first metal precursor solution was prepared to form a monolayer. Specifically, 100 parts by weight of nickel powder having an average particle diameter of 3 μm and 8.6 parts by weight of polysulfone were added to 34.3 parts by weight of N-methyl-2-pyrrolidone, and stirred at 700 rpm to prepare a metal precursor solution.

그 뒤 도 1b의(내부응고액주입부 직경 0.7 ㎜, 주입부 직경 2.6 ㎜) 단일 방사노즐에 방사하고 실시예 1과 동일하게 실시하여 단일 금속중공사를 제조하였다.
Thereafter, a single metal hollow fiber was prepared by spinning in a single spinning nozzle of FIG.

<비교예 2>Comparative Example 2

N-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 평균입경이 0.5㎛인 니켈분말이 5중량%가 포함된 코팅용액에 상기 비교예 1에서 제조한 단일 금속중공사를 함침하고 100℃ 오븐에서 극성 용매를 휘발시킨다. 그 후 고온 연소로에서 질소/수소 분위기하에서 금속입자를 소결하며, 혼합가스의 흐름 속도를 270cc/min/unit으로 하여 5℃/min 상승속도로 700℃까지 올리고 2시간 유지하여 소결을 완료한 후 10℃/min으로 냉각하였다.N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) was impregnated with a single metal hollow fiber prepared in Comparative Example 1 in a coating solution containing 5% by weight of nickel powder having an average particle diameter of 0.5 µm and polarized in an oven at 100 ° C. Volatilize the solvent. Then, the metal particles are sintered in a nitrogen / hydrogen atmosphere in a high temperature combustion furnace, and the flow rate of the mixed gas is 270 cc / min / unit, which is raised to 700 ° C. at 5 ° C./min ascending rate and maintained for 2 hours. Cool to 10 ° C./min.

상기 코팅된 금속중공사의 단면을 관찰한 결과 코팅액에 포함된 니켈분말이 단층 금속중공사의 기공 내부로 침투한 것을 확인하였다.
As a result of observing the cross section of the coated metal hollow fiber, it was confirmed that the nickel powder contained in the coating liquid penetrated into the pores of the single layer hollow fiber.

기공크기(㎛)Pore size (탆) 기공도(%)Porosity (%) 인장강도
(kgf/㎠)
The tensile strength
(kgf / cm2)
수투과도
(LMH/bar)
Water permeability
(LMH / bar)
실시예 1Example 1 1.11.1 3232 75,00075,000 12,30012,300 실시예 2Example 2 0.840.84 4848 78,00078,000 18,40018,400 실시예 3Example 3 1.21.2 4343 84,00084,000 17,50017,500 비교예 1Comparative Example 1 1.11.1 2828 68,00068,000 11,00011,000 비교예 2Comparative Example 2 0.640.64 2323 71,00071,000 6,8006,800

표 1에서 알 수 있듯이 본원발명의 다중방사노즐을 통해 방사한 실시예 1 ~ 3의 다층 금속중공사는 비교예 1의 단일방사노즐을 통해 방사한 단층 금속중공사에 비하여 인장강도 및 수투과도가 현저하게 증가하였다.As can be seen from Table 1, the multi-layered metal hollow fiber of Examples 1 to 3 radiated through the multi-radial nozzle of the present invention has a tensile strength and a water permeability compared to the single-layered metal hollow fiber radiated through the single radiation nozzle of Comparative Example 1. Markedly increased.

또한, 단층금속중공사에 금속분말을 코팅한 비교예 2는 층간 금속 침투현상이 나타났지만 본원발명의 실시예 1 ~ 3의 다층 금속중공사에서는 이러한 현상이 나타나지 않았다. 나아가, 비교예 2의 경우 실시예에 비하여 기공크기는 줄어들었지만, 기공도 및 인장강도가 줄어들었으며 수투과도는 현저하게 감소한 것을 확인할 수 있다.
In addition, Comparative Example 2 in which the metal powder was coated on the single layer hollow fiber showed interlayer metal penetration, but this phenomenon did not occur in the multilayer metal hollow fibers of Examples 1 to 3 of the present invention. Furthermore, in the case of Comparative Example 2, the pore size was reduced, but the porosity and the tensile strength were reduced and the water permeability was significantly reduced compared to the example.

본 발명을 통해 제조된 다층 금속중공사는 수처리용 필터, 선박 밸러스트(ballast) 수처리용 장치등에 폭넓게 활용될 수 있다.
The multi-layered metal hollow fiber produced through the present invention can be widely used in water treatment filters, vessel ballast water treatment apparatus and the like.

10 : 이중방사노즐 11 : 밀폐부
12 : 제1 주입부 13 : 격벽
14 : 제2 주입부
10: double spinning nozzle 11: sealing part
12: first injection portion 13: partition wall
14: second injection unit

Claims (16)

(1) 전이금속, 이들의 산화물 및 합금으로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 금속분말과 고분자를 용매에 분산시켜 금속 전구체 용액을 제조하는 단계;
(2) 상기 금속 전구체 용액을 다중방사노즐을 통해 방사하여 다층 금속 중공사 전구체를 제조하는 단계;
(3) 상기 다층 금속 중공사 전구체를 고온에서 처리하여 상기 고분자를 산화시켜 다공성을 갖는 다층 금속 중공사 전구체를 제조하는 단계; 및
(4) 상기 고분자가 산화된 다층 금속 중공사 전구체를 소결하는 단계;를 포함하는 다공성을 갖는 다층 금속 중공사 여과재의 제조방법.
(1) preparing a metal precursor solution by dispersing any one or more metal powders and polymers selected from the group consisting of transition metals, oxides and alloys thereof in a solvent;
(2) spinning the metal precursor solution through a multi-spinning nozzle to produce a multilayer metal hollow fiber precursor;
(3) treating the multilayer metal hollow fiber precursor at a high temperature to oxidize the polymer to produce a multilayer metal hollow fiber precursor having porosity; And
(4) sintering the multilayer metal hollow fiber precursor in which the polymer is oxidized.
제1항에 있어서,
상기 전이금속은 3주기 내지 5주기 전이금속인 것을 특징으로 하는 다공성을 갖는 다층 금속 중공사 여과재의 제조방법.
The method of claim 1,
The transition metal is a method for producing a multilayer metal hollow fiber filter medium having a porosity, characterized in that the three to five cycle transition metal.
제2항에 있어서,
상기 전이금속은 니켈, 티타늄, 알루미늄, 구리, 철 및 스테인레스스틸 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 다공성을 갖는 다층 금속 중공사 여과재의 제조방법.
The method of claim 2,
The transition metal is nickel, titanium, aluminum, copper, iron and stainless steel, the method of producing a multilayer metal hollow fiber filter medium having a porous, characterized in that any one.
제1항에 있어서,
상기 금속분말의 평균입경이 0.005 ~ 20 ㎛인 것을 특징으로 하는 다공성을 갖는 다층 금속 중공사 여과재의 제조방법.
The method of claim 1,
Method for producing a multilayer metal hollow fiber filter medium having a porosity, characterized in that the average particle diameter of the metal powder is 0.005 ~ 20 ㎛.
제1항에 있어서,
상기 고분자는 500 ℃ 이하에서 산화되는 합성 고분자인 것을 특징으로 하는 다층 금속 중공사 여과재의 제조방법.
The method of claim 1,
The polymer is a method for producing a multilayer metal hollow fiber filter medium, characterized in that the synthetic polymer is oxidized at 500 ℃ or less.
제5항에 있어서,
상기 고분자는 폴리술폰계, 폴리아미이드계, 폴리올레핀계, 폴리이미드계, 셀룰로스 아세테이트계, 폴리비닐계, 폴리스티렌계, 및 폴리에테르계로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 다층 금속 중공사 여과재의 제조방법.
The method of claim 5,
The polymer is a multi-layered metal hollow, characterized in that at least one selected from the group consisting of polysulfone, polyamide, polyolefin, polyimide, cellulose acetate, polyvinyl, polystyrene, and polyether. Method for producing four filter media.
제1항에 있어서,
상기 용매는 극성용매인 것을 특징으로 하는 다층 금속 중공사 여과재의 제조방법.
The method of claim 1,
The solvent is a method for producing a multilayer metal hollow fiber filter medium, characterized in that the polar solvent.
제7항에 있어서,
상기 극성용매는 N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드 및 디메틸술폭사이드, 1-트리데칸올 및 테르핀올로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 다층 금속 중공사 여과재의 제조방법.
The method of claim 7, wherein
The polar solvent is any one or more selected from the group consisting of N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide and dimethyl sulfoxide, 1-tridecanol and terpinol. Method for producing hollow fiber filter medium.
제1항에 있어서,
상기 (1) 단계의 금속 전구체 용액은 금속분말 100 중량부에 대하여 고분자 5 ~ 50 중량부 및 용매 34 ~ 80 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 금속 중공사 여과재의 제조방법.
The method of claim 1,
The metal precursor solution of step (1) is a method for producing a multilayer metal hollow fiber filter medium, characterized in that it comprises 5 to 50 parts by weight of polymer and 34 to 80 parts by weight of solvent with respect to 100 parts by weight of the metal powder.
제1항에 있어서,
상기 (2) 단계의 다중방사노즐은 내부에 중공을 형성하기 위한 밀폐부가 구비된 경우 2중 방사노즐 또는 3중 방사노즐인 것을 특징으로 하는 다층 금속 중공사 여과재의 제조방법.
The method of claim 1,
The multi-spinning nozzle of the step (2) is a method of manufacturing a multi-layered metal hollow fiber filter medium, characterized in that the double spinning nozzle or triple spinning nozzle when the sealing portion for forming a hollow therein is provided.
제1항에 있어서,
상기 (2) 단계의 다중방사노즐은 내부에 중공을 형성하기 위한 내부응고액 주입부가 구비된 경우 3중 방사노즐 또는 4중 방사노즐인 것을 특징으로 하는 다층 금속 중공사 여과재.
The method of claim 1,
The multi-spinning nozzle of step (2) is a multi-layered metal hollow fiber filter medium, characterized in that the triple spinning nozzle or quadruple spinning nozzle when the internal coagulating solution injection unit is provided to form a hollow therein.
제1항에 있어서,
상기 (3) 단계에서 300 ~ 700 ℃에서 고분자를 산화시키는 것을 특징으로 하는 다층 금속 중공사 여과재의 제조방법.
The method of claim 1,
Method for producing a multi-layer metal hollow fiber filter medium, characterized in that the polymer is oxidized at 300 ~ 700 ℃ in the step (3).
제1항에 있어서,
상기 (4) 단계의 소결온도는 700 ~ 1400 ℃인 것을 특징으로 하는 다층 금속 중공사 여과재의 제조방법.
The method of claim 1,
The sintering temperature of step (4) is a method for producing a multilayer metal hollow fiber filter medium, characterized in that 700 ~ 1400 ℃.
제11항에 있어서,
상기 금속 전구체 용액을 3중 방사노즐의 중앙을 기준으로 제1 주입부에 투입되는 금속 전구체 용액의 금속분말의 평균입경과 제2 주입부에 투입되는 금속 전구체 용액의 금속분말의 평균입경이 상이한 것을 특징으로 하는 다층 금속 중공사 여과재의 제조방법.
The method of claim 11,
The average particle diameter of the metal powder of the metal precursor solution introduced into the first injection unit and the average particle diameter of the metal powder of the metal precursor solution introduced into the second injection unit differ from each other based on the center of the triple spinning nozzle. A method for producing a multilayer metal hollow fiber filter medium.
제11항에 있어서,
상기 금속 전구체 용액을 3중 방사노즐에 방사 시 중앙을 기준으로 제2 주입부에 투입되는 금속 전구체 용액은 평균입경이 상이한 2종류 이상의 금속분말을 혼합하여 첨가한 것을 특징으로 하는 다층 금속 중공사 여과재의 제조방법.
The method of claim 11,
Multi-layered metal hollow fiber filter medium, characterized in that the metal precursor solution to be injected into the second injection unit based on the center when spinning the metal precursor solution to the triple spinning nozzle is mixed with two or more kinds of metal powders having a different average particle diameter Manufacturing method.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 다층 금속 중공사 여과재를 포함하는 선박 밸러스트(ballast) 수처리용 장치.16. An apparatus for treating ballast water for a vessel comprising a multilayer metal hollow fiber filter medium produced by the method of any one of claims 1-15.
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