KR20130113319A - 폴리머 코팅되고 가수분해된 막 - Google Patents

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Abstract

함침전에 의해 제 1 친수성 폴리머로부터 막을 형성시키고; 제 1 친수성 폴리머 보다 더 pH 내성인 제 2 친수성 폴리머의 얇은 층으로 막을 코팅하여 조밀한 리젝션 층을 형성시키고; 코팅된 막을 높은 pH 용액에 노출시킴으로써 가수분해된 한외여과 막을 형성시킴을 포함하여, 폴리머 코팅되고 가수분해된 막을 형성시키는 방법이 본원에 개시된다. 폴리머 코팅되고 가수분해된 막은 함침전에 의해 제 1 친수성 폴리머로부터, 그리고 가수분해로부터 형성된 다공성 막; 및 막에 적용되고, 제 1 친수성 폴리머 보다 더 pH 내성인 제 2 친수성 폴리머로부터 형성된 조밀한 리젝션 층을 포함한다.

Description

폴리머 코팅되고 가수분해된 막{POLYMER COATED HYDROLYZED MEMBRANE}
관련 출원에 대한 상호-참조
본 출원은 발명의 명칭 "POLYMER COATED HYDROLYZED MEMBRANE"으로 2010년 5월 3일 출원된 일련 번호 61330559의 계류중인 가출원의 우선권을 주장하고, 발명의 명칭 "POLYMER COATED HYDROLYZED MEMBRANE"으로 2011년 5월 3일 출원된 일련 번호 13100283의 계류중인 비가출원 출원일의 우선권을 주장하며, 본원에서는 상기 출원들의 전체를 참조로 통합한다.
기술 분야
본 발명은 예를 들어, 정삼투(forward osmosis: FO) 및 압력 지연 삼투(pressure retarded osmosis :PRO) 막 공정 및 적용을 위한 폴리머 코팅되고 가수분해된 막에 관한 것이다.
고도의 선택적 반투과성 막의 개발은 주로 역삼투(reverse osmosis: RO)에 집중되고 있다. 고성능 RO 막은 기계적으로 강한 다공성 막에 의해 지지되는 매우 얇고, 조밀한 폴리머 층을 지닌다. 지지 막의 구조는 막의 플럭스(flux) 및 선택성에 영향을 거의 미치지 않는다.
최근, FO도 마찬가지로 관심 받고 있다. FO 막은 RO막과 유사한 화학종 선택성을 지니지만, FO에서 다공성 지지 층의 특징(예컨대, 형태 및 친수성)은 막 성능에 큰 영향을 미친다.
현재, Hydration, Technology Innovations, LLC(Albany, OR(HTI))에 의해서 유일하게 시중 구입가능한 FO 막이 제조된다. 이는 함침전(immersion precipitation) 공정을 이용하여 엠베딩된 지지 스크린 주형을 지니는 셀룰로즈 트리아세테이트(CTA) 막이다. 이러한 막은 복합 RO 막(0.2 마이크론)에 대한 일반적인 층보다 훨씬 더 두꺼운 조밀한 리젝션 층(rejection layer)(10 내지 20 마이크론)을 지닌다. 그러나, FO 시험에서 HTI 막은 다공성 지지 층의 개방성 및 친수성으로 인해 복합 RO 막을 훨씬 능가하였다.
본 발명의 양태는 예를 들어, 더 우수한 FO 성능을 제공하기 위해 높은 물질 전달의 지지 층(예, CTA)과 얇은 조밀한 리젝션 층을 결합시키고/결합시키거나 막 플럭스를 증가시키고 PRO의 공정 경제성을 개선시키기 위해 친수성 지지 층과 매우 얇은 리젝션 층을 결합시키는 폴리머 코팅되고 가수분해된 막에 관한 것이다. 이러한 양태 및 구현예는 참조로서 본원에 포함되는 첨부된 청구항에 기재된 구성요소 및 단계 중 하나 이상 또는 그들 전부를 포함할 수 있다.
한 가지 양태에서, 폴리머 코팅되고 가수분해된 막을 형성시키는 방법이 기재되고, 그러한 방법은 함침전에 의해 제 1 친수성 폴리머로부터 막을 형성시키고, 제 1 친수성 폴리머 보다 더 pH 내성인 제 2 친수성 폴리머의 얇은 층으로 막을 코팅하여 조밀한 리젝션 층을 형성시키고, 코팅된 막을 높은 pH 용액에 노출시킴으로써 가수분해된 한외여과(ultrafiltration) 막을 형성시킴을 포함한다.
특정 구현예가 하기 공정 중 하나 이상 또는 전부를 포함할 수 있다.
제 1 친수성 폴리머로부터 막을 형성시키는 것은 함침전에 의해 견고한 외피 층(skin layer) 및 다공성 지지 층을 포함하는 비대칭 막을 형성시킴을 포함할 수 있다.
함침전에 의해 비대칭 막을 형성시키는 것은 약 5 내지 약 15 마이크론의 두께를 포함하는 견고한 외피 층 및 약 20 내지 약 150 마이크론의 두께를 포함하는 다공성 지지 층을 형성시킴을 포함할 수 있다.
함침전에 의해 비대칭 막을 형성시키는 것은 약 50부피% 또는 그 초과의 폴리머의 폴리머 밀도를 포함하는 견고한 외피 층 및 약 15부피% 내지 약 30부피%의 폴리머의 폴리머 밀도를 포함하는 다공성 지지 층을 형성시킴을 포함할 수 있다.
제 2 친수성 폴리머의 얇은 층으로 막을 코팅하는 것은 제 1 친수성 폴리머 보다 더 pH 내성인 제 2 친수성 폴리머의 얇은 층으로 비대칭 막의 견고한 외피 층을 코팅함을 포함할 수 있다.
함침전에 의해 비대칭 막을 형성시키는 것은 함침전에 의해 친수성 셀룰로즈 에스테르 폴리머로부터 비대칭 셀룰로즈 막을 형성시킴을 포함할 수 있다.
코팅된 막을 높은 pH 용액에 노출시키는 것은 비대칭 셀룰로즈 막을 높은 pH 용액에 노출시킴으로써 비대칭 셀룰로즈 막의 셀룰로즈성 부분을 가수분해시켜 가수분해된 한외여과 막을 형성시킴을 포함할 수 있다.
코팅된 막을 높은 pH 용액에 노출시키는 것은 코팅된 막을 약 12 또는 그 초과의 pH를 지니는 용액에 노출시킴으로써 가수분해된 한외여과 막을 형성시킴을 포함할 수 있다.
제 2 친수성 폴리머의 얇은 층으로 막을 코팅하는 것은 제 1 친수성 폴리머 보다 더 pH 내성인 제 2 친수성 폴리머의 1 마이크론 또는 그 미만의 두께의 층으로 막을 코팅하여 조밀한 리젝션 층을 형성시킴을 포함할 수 있다.
제 2 친수성 폴리머의 얇은 층으로 막을 코팅하는 것은 설폰화된 폴리스티렌 폴리이소부틸렌 블록 코폴리머로 막을 코팅하여 조밀한 리젝션 층을 형성시킴을 포함할 수 있다.
또 다른 양태에서, 폴리머 코팅되고 가수분해된 막이 개시되고, 이러한 폴리머 코팅되고 가수분해된 막은 함침전에 의해 제 1 지지 층에 의해 지지된 외피 층을 포함하는, 제 1 친수성 폴리머로부터, 그리고 가수분해로부터 형성된 다공성 막; 및 외피 층에 적용되고, 제 1 친수성 폴리머 보다 더 pH 내성인 제 2 친수성 폴리머로부터 형성된 조밀한 리젝션 층을 포함할 수 있다.
특정 구현예가 하기 구성 중 하나 이상 또는 전부를 포함할 수 있다.
막은 비대칭 막일 수 있다. 비대칭 막은 친수성 셀룰로즈 에스테르 폴리머로부터 형성된 비대칭 셀룰로즈 막일 수 있다.
외피 층은 약 5 내지 약 15 마이크론의 두께를 지닐 수 있고, 다공성 지지 층은 약 20 내지 약 150 마이크론의 두께를 지닐 수 있다.
외피 층은 약 50부피% 또는 그 초과의 폴리머의 폴리머 밀도를 지닐 수 있고, 다공성 지지 층은 약 15부피% 내지 약 30부피%의 폴리머의 폴리머 밀도를 지닐 수 있다.
조밀한 리젝션 층은 약 1 마이크론 또는 그 미만의 두께를 지닐 수 있다.
조밀한 리젝션 층은 설폰화된 폴리스티렌 폴리이소부틸렌 블록 코폴리머로부터 형성될 수 있다.
상기 및 다른 양태, 특징, 및 장점뿐만 아니라 본원에 어떠한 부분에 논의된 다른 이점은 설명으로부터, 그리고 청구항으로부터 당업자에게 명백해질 것이다.
본 발명은 예를 들어, 정삼투(FO) 및 압력 지연 삼투(PRO) 막 공정 및 적용을 위한 폴리머 코팅되고 가수분해된 막을 특징으로 한다. 폴리머 코팅되고 가수분해된 막의 구현예는, 예를 들어, 더 우수한 FO 성능을 제공하기 위해 높은 물질 전달의 CTA 지지 층과 얇은 조밀한 층을 결합시킨다. 폴리머 코팅되고 가수분해된 막의 구현예는 또한 예를 들어, 막 플럭스를 증가시키고, PRO의 공정 경제성을 개선시키기 위해 친수성 지지 층과 매우 얇은 리젝션 층을 결합시킨다.
본원에 개시된 폴리머 코팅되고 가수분해된 막의 구현예의 많은 특징이 존재하며, 이 중 하나, 다수, 또는 전부의 특징 또는 단계가 어떠한 특정 구현예에 이용될 수 있다. 하기 설명에서, 본 발명의 범위를 벗어남 없이 다른 구현예가 이용될 수 있고, 구조적 및 절차적 변화가 이루어질 수 있음을 이해해야 한다. 편의상, 다양한 구성요소는 예시적 물질, 크기, 형태, 및 치수 등을 이용하여 기재될 것이다. 그러나, 본 발명은 언급된 예에 제한되지 않으며, 다른 형태가 가능하고, 이는 본 발명의 교시내용 내에 있다.
그럼에도 불구하고, 본 발명의 예시적 목적을 위해서, 폴리머 코팅되고 가수분해된 막의 구현예를 형성시키는 공정은 일반적으로 함침전 공정으로 형성된 셀룰로즈성 막을 더 pH 내성인 폴리머의 매우 얇은 친수성 조밀한 층으로 코팅함을 포함할 수 있다. 이후, 막은 셀룰로즈 에스테르를 가수분해시키는 높은 pH 용액에 노출되어 이를 CTA 막 보다 훨씬 더 친수성이고 투과성인 한외여과 막으로 만들 수 있다. 이후, pH 저항성 폴리머의 얇은 코팅은 조밀한 리젝션 층이 된다.
함침전
함침전 공정은 본원에 참조로 통합되는 미국 특허 번호 제3133132호에 기재되어 있다.
일반적으로, 먼저, 막 폴리머 재료(예, 친수성 폴리머(예, 셀룰로즈 에스테르, 예컨대, 셀룰로즈 아세테이트, 셀룰로즈 트리아세테이트 등))를 수용성 용매 (비수성) 시스템 중에 용해시켜 점성 용액을 형성시킨다. 셀룰로즈성 막에 대한 적절한 수용성 용매 시스템에는, 예를 들어, (예, 케톤(예, 아세톤, 메틸 에틸 케톤 및 1,4-디옥산), 에테르, 알코올)이 포함된다. 또한, 기공-형성제(예, 유기산, 유기산 염, 미네랄 염, 및 아미드 등, 예컨대, 말산, 시트르산, 락트산, 및 염화리튬 등) 및 강화제(예, 유연성(pliability)을 개선시키고, 취성(brittleness)을 저하시키는 작용제, 예컨대, 메탄올, 글리세롤, 및 에탄올 등)가 용액에 포함되고/혼합된다.
그 후에, 점성 용액의 얇은 층을 표면 상에 고르게 펴고, 단시간 동안 공기 건조시킨다. 이후, 점성 용액의 한 면을 물과 접촉시킨다. 물 접촉은 용액 중의 폴리머를 불안정하게 하고, 조밀한 폴리머 층이 표면 상에 매우 빨리 침전되게 한다. 이러한 층은 추가로 용액 내 물 침투에 대한 장애물로서 작용하여 조밀한 층 아래의 폴리머가 훨씬 더 느리게 침전되고, 느슨한 다공성 기질을 형성시킨다. 조밀한 층은 다른 화학종을 차단하면서 물의 통과를 가능하게 하는 막 부분이다. 다공성 층은 단지 조밀한 층을 위한 지지체로서 작용한다. 지지 층은 그 자체로 10 마이크론 두께의 조밀한 층이, 예를 들어, 어떠한 실제 사용 시 기계적 강도 및 응집을 결핍시킬 것이기 때문에 필요하다.
이 후, 모든 폴리머가 점성 용액으로부터 응집된 후에 막이 세척되고 열 처리될 수 있다.
따라서, 함침/침전 공정은 예를 들어, 약 5 내지 15 마이크론 두께를 지니는, 표면 구성요소로서 견고한 조밀 층 또는 외피 층을 지니는 비대칭 막을 형성시킬 수 있다. 또한, 조밀 층과 동일한 폴리머 물질로 구성된 다공성 층 또는 스캐폴드 층이 형성되고, 다공성 층 또는 스캐폴드 층은 매우 다공성이라서 다공성 또는 스캐폴드 층 내에 고형물의 확산을 가능하게 한다. 다공성 또는 스캐폴드 층은 예를 들어, 20 내지 150 마이크론의 두께를 지닐 수 있다. 함침/침전 공정에 의해 생성된 조밀 층 또는 외피 층 및 다공성 층 또는 스캐폴드 층은 주조 파라미터 및 용매의 선택 및 용매 용액에 대한 폴리머 물질의 고형물 비율에 의해 조절되는 다공도를 지닌다. 다공성 또는 스캐폴드 층은 약 15 내지 30부피%의 폴리머와 같이 가능한 낮은 폴리머 밀도를 지닐 수 있다. 상부의 조밀 층 또는 외피 층은 50% 초과의 폴리머의 폴리머 밀도를 지닐 수 있다.
RO에서, 막의 플럭스는 조밀 층 또는 외피 층의 두께, 조성 및 형태에 압도적으로 의존하여 다공성 층의 성능을 최적화시키기 위한 자극제는 거의 없다. 그러나, FO 및 PRO에서 물은 조밀 층에 대한 용해된 화학종 농도의 차이에 의해 막을 통해 배출된다. 조밀 층의 다공성 층 면 상의 농도가 더 높을 경우, 조밀 층을 통해 풀링되는 물은 다공성 층에 용해된 화학종을 조밀 층 외부로 운반한다. 공정이 계속 되는 동안, 용해된 화학종은 조밀 층에 대한 다공성 층의 후방부로 확산되어야 한다. 마찬가지로, 조밀 층의 개방 면이 농도가 더 높을 경우, 다공성 층에서의 유체로부터 물이 추출됨에 따라, 다공성 층에서 용해된 화학종의 농도는 증가할 것이다. 공정이 계속되는 동안, 이들은 공급 용액 내에서 막의 후방부 외부로 확산되어야 한다.
따라서, 본 발명의 목적을 위해서, 다공성 층은 가능한 확산에 대한 저항이 적게 존재하도록 가능한 친수성이고 개방적인 것이 중요하다.
다수의 추가 구현예들이 가능하다.
본 발명의 목적을 위해서, 한 가지 구현예에서는 용액이 친수성 백킹 물질의 표면 상으로 압출될 수 있다. 공기 분사기(air-knife)는 조밀 층 또는 외피 층의 형성을 위한 용액을 제조하기 위해 용매의 일부를 증발시키는데 사용될 수 있다. 압출된 용액을 지니는 백킹 물질은, 이후, 응집 배쓰(예, 워터 배쓰)에 도입된다. 워터 배쓰는 막 구성요소가 응집되고, 적절한 막 성질(예, 다공도, 친수성, 및 비대칭성 등)이 형성되게 한다. FO 공정에서, 물 수송은 메쉬 백킹 층의 구멍을 통해 이루어지는데, 왜냐하면 메쉬 백킹 섬유는 현저한 측면 저항을 제공하지 않기 때문이다(즉, 메쉬 백킹은 막 표면에 수용되는 물을 현저하게 방해하지 않는다). 막은 예를 들어, 약 10 마이크론 내지 약 150 마이크론의 전체 두께를 지닐 수 있다(다공성 백킹 물질 제외). 다공성 백킹 물질은 예를 들어, 약 50 마이크론 내지 약 500 마이크론의 두께를 지닐 수 있다.
본 발명의 예시적인 목적을 위해서, 또 다른 구현예에서, 용액은 회전식 통에서 주조될 수 있으며, 개방형 패브릭은 패브릭이 용액 내로 엠베딩되도록 용액 내로 풀링된다. 이후, 용액은 공기 분사기 하에, 그리고 응집 배쓰 내에 통과된다. 막은 75 내지 150 마이크론의 전체 두께를 지닐 수 있고, 지지 패브릭은 50 내지 100 마이크론의 두께를 지닐 수 있다. 지지 패브릭은 또한 50% 초과의 개방 면적을 지닐 수 있다. 지지 패브릭은 예를 들어, 직물 또는 부직포 나일론, 폴리에스테르 또는 폴리프로필렌 등일 수 있고, 솜 또는 종이와 같은 친수성 지지체 상에서의 셀룰로즈 에스테르 막 주형일 수 있다.
추가 구현예들은 특허청구범위 내에 있다.
폴리머 코팅
상기 기재된 바와 같은 함침전 공정에 의해 형성된 셀룰로즈성 막의 조밀 층 또는 외피 층은 더 pH 내성인 폴리머의 매우 얇은 친수성 조밀 층으로 코팅될 수 있다. 이는 이후에 조밀한 리젝션 층이 될 pH 저항성 폴리머의 얇은 코팅이다.
셀룰로즈성 막의 조밀 층 또는 외피 층에 얇은 코팅을 적용하는 것은 가스 분리 막에 대해 진보되어 있으며, 본원에 참조로 통합되는 미국 특허 제4230463호에 기재되어 있다. 이러한 절차에서, 셀룰로즈성 막은 먼저 결합된 물을 알코올로 교체한 후, 알코올을 헥산으로 교체함으로써 건조된다. 이후, 막 상에 코팅하려는 폴리머는 헥산 중에 용해되고, 막 표면에 적용되며, 이후 헥산은 증발에 의해 제거된다.
가스 분리 막에서, 0.2 마이크론의 실리콘 고무 층이 일반적으로 사용된다. 그러나, 이러한 고무는 FO 또는 PRO에서는 조밀한 층이 친수성이어야 하는데 실리콘 고무는 소수성이기 때문에 FO 또는 PRO에 대하여 적절하지 않다.
따라서, 적용되는 폴리머는 pH 저항성이고, 친수성이며, 유연하다. 상기 기재된 헥산 코팅 공정에 의해 적용될 수 있는 그러한 폴리머의 예에는 설폰화된 폴리스티렌 폴리이소부틸렌 블록 코폴리머가 있고, 이는 본원에 참조로 통합되는 미국 특허 번호 제6579984호에 기재되어 있다. 이러한 폴리머는 고무성, 친수성이며, RO 수준의 분리를 제공하기에 충분히 조밀하며, 12 초과의 pH에 잘 견딘다. 1 마이크론 또는 그 미만(예, 0.2 마이크론)의 두께의 코팅이 용이하게 달성가능하다.
다수의 추가 구현예들이 가능하며, 추가의 구현예들이 특허청구범위 내에 있다.
막 가수분해
더 pH 내성인 폴리머의 매우 얇은 친수성 조밀 층으로 코팅되면, 막은 물로 재습윤화될 수 있다. 막의 셀룰로즈성 부분은 이후 가수분에 의해서 더욱 개방성이 될 수 있다.
이러한 공정에서, 셀룰로즈로 에스테르화되는 아세테이트 기의 일부 또는 전부는 약 12 또는 그 초과의 pH를 지니는 용액에 막을 노출시킴으로써 하이드록실 기로 교체된다. 가수분해 후, 막은 매우 친수성의 비대칭 한외여과 막에 의해 지지되는 1 마이크론 미만의 두께의 조밀한 리젝션 층을 지닌다.
이러한 막은 함침전 공정에 의해 막 주형의 셀룰로즈 아세테이트 혼합물에서 셀룰로즈 아세테이트 부티레이트의 도입에 의해 PRO에서 필요에 따라 강화될 수 있다.
다수의 추가 구현예들이 가능하며, 추가 구현예들은 특허청구범위 내에 있다.
명세, 물질, 제조, 어셈블리
구현예는 본원에 개시된 특정 구성요소에 제한되지 않으며, 사실상 폴리머 코팅되고 가수분해된 막의 소기의 작동과 일치하는 어떠한 구성요소가 이용될 수 있음이 이해될 것이다. 따라서, 예를 들어, 특정 구성요소 등이 개시되어 있으나, 이러한 구성요소는 폴리머 코팅되고 가수분해된 막의 구현예의 소기의 작동과 일치하는 어떠한 형태, 크기, 양식, 유형, 모델, 버전, 부류, 등급, 치수, 농도, 물질, 중량, 및/또는 양을 포함할 수 있다. 선택된 구성요소가 폴리머 코팅되고 가수분해된 막의 소기의 작동과 일치하는 한, 구현예는 어떠한 특정 구성요소의 사용에 제한되지 않는다.
따라서, 어떠한 폴리머 코팅되고 가수분해된 막의 구현예를 규정하는 구성요소는 선택된 구성요소가 폴리머 코팅되고 가수분해된 막의 구현예의 소기의 작동과 일치하는 한 성형되는 대상으로 용이하게 형성될 수 있는 많은 다양한 유형의 물질 또는 이의 조합물 중 어떠한 것으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 예시적인 목적을 위해, 막의 구현예는 매우 다양한 물질로 구성되고, 매우 다양한 작동 특징을 지닐 수 있다. 예를 들어, 막은 반투과성일 수 있고, 이는 막이 보다 높은 농도의 용액으로부터 보다 낮은 농도의 용액으로 요망되는 구성요소를 실질적으로 배타적으로 통과시키고, 예를 들어, 더욱 희석된 용액으로부터 더욱 농축된 용액으로 물을 통과시키는 것을 의미한다. 본 발명에 개시된 원리를 이용하여 매우 다양한 막 유형 중 어떠한 막이 이용될 수 있다.
앞서 상기에 기재되고 개시된 것을 재설명으로서, 또는 이에 더하여, FO 또는 PRO 막은 얇은 필름 복합 RO 막으로 제조될 수 있다. 이러한 막 복합물은, 예를 들어, 함침전 공정에 의한 셀룰로즈 에스테르 막 주형(이는 다공성 지지 패브릭, 예컨대, 직물 또는 부직포 나일론, 폴리에스테르 또는 폴리프로필렌, 또는 바람직하게는, 친수성 지지체, 예컨대, 솜 또는 종이 상의 셀룰로즈 에스테르 막 주형 상에서 주조될 수 있음)을 포함한다. 사용되는 막은 역삼투막으로 시험되는 경우(60 psi, 500 PPM NaCl, 10% 회수율, 25℃)에 80% 내지 95% 범위의 염제거율을 지니는 친수성 막일 수 있다. 막의 공칭 분자량 컷오프는 100 달톤일 수 있다. 막은 친수성 막 물질, 예를 들어, 셀룰로즈 아세테이트, 셀룰로즈 프로프리아네이트, 셀룰로즈 부티레이트, 셀룰로즈 디아세테이트, 셀룰로즈성 물질들의 배합물, 폴리우레탄, 폴리아미드로부터 제조될 수 있다. 막은 비대칭(즉, 예를 들어, 막이 전체적으로 10 또는 그 미만의 마이크론 두께의 얇은 리젝션 층 및 300 마이크론 이하의 두께의 조밀하고 다공성인 하위층을 지닐 수 있음)일 수 있고, 함침전 공정에 의해 형성될 수 있다. 막은 배킹(backing)을 지니지 않거나, 물이 리젝션 층에 도달하는 것을 방해하지 않거나, 친수성이고 물을 상기 막에 용이하게 위킹(wicking)시키는 매우 개방형인 배킹을 지닌다. 따라서, 기계적 강도를 위해, 이들은 소수성 다공성 시트 배킹 상에서 주조될 수 있고, 여기서 다공성 시트는 직물 또는 부직포이나, 약 30% 이상의 개방 영역을 지닌다. 직물 배킹 시트는 약 65 마이크론의 전체 두께(폴리에스테르 스크린)를 갖는 폴리에스테르 스크린일 수 있고, 전체 비대칭 막은 165 마이크론 두께이다. 비대칭 막은 폴리에스테르 스크린 상에서 셀룰로즈 물질을 주조함으로써 함침전 공정에 의해 주조될 수 있다. 폴리에스테르 스크린은 65 마이크론 두께, 55% 개방 영역일 수 있다.
다양한 폴리머 코팅되고 가수분해된 막의 구현예가 통상적인 절차를 이용하여 본원에 기재된 절차를 통해 추가되거나 개선됨에 따라 제조될 수 있다.
용도
폴리머 코팅되고 가수분해된 막의 구현예는 FO/물 처리 적용에서 특히 유용하다. 그러한 적용에는 삼투-구동 물 정제 및 여과, 해수 탈염, 및 오염된 수성 폐기물 스트림의 정제 등이 포함될 수 있다.
그러나, 구현예는 FO 적용에 대한 용도로 제한되지 않는다. 오히려, FO 적용에 대한 어떠한 설명은 본 발명의 예시적인 목적을 위한 것이고, 구현예가 또한 다양한 다른 적용에서 유사한 결과로 이용될 수 있다. 예를 들어, 폴리머 코팅되고 가수분해된 막의 구현예는 또한 PRO 시스템에 사용될 수 있다. 차이점은 PRO가 삼투압을 생성시켜 터빈 또는 다른 에너지-발생 장치를 구동한다는 점이다. 요구되는 모든 것이 담수(삼투 작용제에 반대)를 공급하는 것으로 전환되어야 하며, 염수 공급이 원수(물 처리 적용용) 대신 외부로 공급될 수 있다.
상기 기재가 특정 구현예를 의미하지만, 다수의 변형이 본 발명의 사상을 벗어남이 없이 이루어질 수 있고, 상기 구현예가 대안적으로 적용될 수 있음이 용이하게 명백할 것이다. 첨부된 청구항은 그러한 변형을 포함하며, 본 발명에 기재된 본 발명의 진정한 사상 및 범위에 해당할 것이다. 따라서, 본원에 개시된 구현예는 모든 점에서 예시적인 것으로, 이에 제한되지 않는 것으로 간주되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 설명이 아니라 첨부된 청구항에 의해 규정된다. 청구항의 상당 어구의 의미 및 범위 내에 속하는 모든 변화는 청구항에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (17)

  1. 폴리머 코팅되고 가수분해된 막을 형성시키는 방법으로서,
    함침전(immersion precipitation)에 의해 제 1 친수성 폴리머로부터 막을 형성시키고;
    제 1 친수성 폴리머 보다 더 pH 내성인 제 2 친수성 폴리머의 얇은 층으로 막을 코팅하여 조밀한 리젝션 층(rejection layer)을 형성시키고;
    코팅된 막을 높은 pH 용액에 노출시킴으로써 가수분해된 한외여과(ultrafiltration) 막을 형성시킴을 포함하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 제 1 친수성 폴리머로부터 막을 형성시키는 것이 함침전에 의해 견고한 외피 층(skin layer) 및 다공성 지지 층을 포함하는 비대칭 막을 형성시킴을 포함하는 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 함침전에 의해 비대칭 막을 형성시키는 것이 약 5 내지 약 15 마이크론의 두께를 포함하는 견고한 외피 층 및 약 20 내지 약 150 마이크론의 두께를 포함하는 다공성 지지 층을 형성시킴을 포함하는 방법.
  4. 제 2항에 있어서, 함침전에 의해 비대칭 막을 형성시키는 것이 약 50부피% 또는 그 초과의 폴리머의 폴리머 밀도를 포함하는 견고한 외피 층 및 약 15부피% 내지 약 30부피%의 폴리머의 폴리머 밀도를 포함하는 다공성 지지 층을 형성시킴을 포함하는 방법.
  5. 제 2항에 있어서, 제 2 친수성 폴리머의 얇은 층으로 막을 코팅하는 것이 제 1 친수성 폴리머 보다 더 pH 내성인 제 2 친수성 폴리머의 얇은 층으로 비대칭 막의 견고한 외피 층을 코팅하여 조밀한 리젝션 층을 형성시킴을 포함하는 방법.
  6. 제 2항에 있어서, 함침전에 의해 비대칭 막을 형성시키는 것이 함침전에 의해 친수성 셀룰로즈 에스테르 폴리머로부터 비대칭 셀룰로즈 막을 형성시킴을 포함하는 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 코팅된 막을 높은 pH 용액에 노출시키는 것이 비대칭 셀룰로즈 막을 높은 pH 용액에 노출시킴으로써 비대칭 셀룰로즈 막의 셀룰로즈 부분을 가수분해시켜 가수분해된 한외여과 막을 형성시킴을 포함하는 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 코팅된 막을 높은 pH 용액에 노출시키는 것이 코팅된 막을 약 12 또는 그 초과의 pH를 지니는 용액에 노출시킴으로써 가수분해된 한외여과 막을 형성시킴을 포함하는 방법.
  9. 제 1항에 있어서, 제 2 친수성 폴리머의 얇은 층으로 막을 코팅하는 것이 제 1 친수성 폴리머 보다 더 pH 내성인 제 2 친수성 폴리머의 1 마이크론 또는 그 미만의 두께의 층으로 막을 코팅하여 조밀한 리젝션 층을 형성시킴을 포함하는 방법.
  10. 제 1항에 있어서, 제 2 친수성 폴리머의 얇은 층으로 막을 코팅하는 것이 설폰화된 폴리스티렌 폴리이소부틸렌 블록 코폴리머로 막을 코팅하여 조밀한 리젝션 층을 형성시킴을 포함하는 방법.
  11. 지지 층에 의해 지지된 외피 층을 포함하는, 함침전에 의해 제 1 친수성 폴리머로부터, 그리고 가수분해로부터 형성된 다공성 막; 및
    외피 층에 적용되고, 제 1 친수성 폴리머 보다 더 pH 내성인 제 2 친수성 폴리머로부터 형성된 조밀한 리젝션 층을 포함하는, 폴리머 코팅되고 가수분해된 막.
  12. 제 11항에 있어서, 비대칭 막인, 폴리머 코팅되고 가수분해된 막.
  13. 제 12항에 있어서, 비대칭 막이 친수성 셀룰로즈 에스테르 폴리머로부터 형성된 비대칭 셀룰로즈 막을 포함하는, 폴리머 코팅되고 가수분해된 막.
  14. 제 12항에 있어서, 외피 층이 약 5 내지 약 15 마이크론의 두께를 포함하고, 다공성 지지 층이 약 20 내지 약 150 마이크론의 두께를 포함하는, 폴리머 코팅되고 가수분해된 막.
  15. 제 12항에 있어서, 외피 층이 약 50부피% 또는 그 초과의 폴리머의 폴리머 밀도를 포함하고, 다공성 지지 층이 약 15부피% 내지 약 30부피%의 폴리머의 폴리머 밀도를 포함하는, 폴리머 코팅되고 가수분해된 막.
  16. 제 11항에 있어서, 조밀한 리젝션 층이 약 1 마이크론 또는 그 미만의 두께를 포함하는, 폴리머 코팅되고 가수분해된 막.
  17. 제 11항에 있어서, 조밀한 리젝션 층이 설폰화된 폴리스티렌 폴리이소부틸렌 블록 코폴리머로부터 형성되는, 폴리머 코팅되고 가수분해된 막.
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