KR20140101664A - 2층 막 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고성능 다공성 층을 생성하기에 최적화된 포뮬레이션을 지니는 제 1 친수성 폴리머 용액을 디포지션시키는 단계; 제 1 친수성 폴리머 용액의 상부에 고성능 치밀층을 생성하기에 최적화된 제 2의 상이한 친수성 폴리머 용액을 디포지션시키는 단계; 및 제 2의 상이한 친수성 폴리머 용액이 물과 접촉하도록 하여 치밀한 층을 형성시킴에 의해 2층 폴리머 용액을 정삼투막 및 압력 지연 삼투막 중 하나로 형성시키는 단계를 포함하는, 함침전에 의해 2층형 막을 형성하는 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 고성능 다공성 층을 생성하기에 최적화된 포뮬레이션을 지니는 제 1 친수성 폴리머 용액으로부터 형성된 다공성 층; 및 고성능 치밀한 층을 생성하기에 최적화된 제 2의 상이한 친수성 폴리머 용액으로부터 형성된, 다공성 층의 상부에 있고 다공성 층에 의해 지지되는 치밀한 층을 포함하는, 함침전에 의해 형성된 2층형 막에 관한 것이다.
Description
관련 출원의 전후 참조
본 출원은 전체 개시내용이 참조로서 본원에 포함되는, 2011년 1월 11일에 출원된 일련 번호 61431563의 "2층 막(TWO-LAYER MEMBRANE)"을 제목으로 하는 계류 중인 가출원을 우선권으로 주장한다.
배경
기술 분야
본 발명은 예를 들어 정삼투(F0) 및 압력 지연 삼투(PRO) 막 처리법 및 적용을 위한 2층 막에 관한 것이다.
배경
고도로 선택적인 반투성 막의 개발은 주로 역삼투(RO)에 집중되어 왔다. 고성능 RO 막은 기계적으로 강한 다공성 막에 의해 지지되는 매우 얇고, 치밀한 중합성 층을 지닌다. 지지 막의 구조는 막의 유량 및 선택성에 거의 아무런 영향을 미치지 않는다.
최근, FO도 관심을 받고 있다. FO 막은 RO 막과 유사한 종 선택성을 지니지만, FO에서 다공성 지지층의 특성 (예컨대, 형태학 및 친수성)은 막 성능에 큰 영향을 준다.
현재 유일하게 시판되는 FO 막은 오리건주 올바니의 Hydration Technology Innovation, LLC (HTI)에 의해 제조된다. 이것은 함침전법을 이용하여 매립된 지지 스크린 캐스트를 지니는 셀룰로스 트리아세테이트(CTA) 막이다. 이러한 막은 합성 RO 막 상에서의 일반적인 층 (0.2 마이크론) 보다 훨씬 두꺼운 치밀한 리젝션(rejection) 층 (10-20 마이크론)을 지닌다. 그러나, HTI 막은 그 다공성 지지층의 개방성 및 친수성으로 인해 FO 시험에서 합성 RO 막보다 훨씬 성능이 우수하다.
그러나, 다수의 적용에서, CTA 막은 이의 제한된 pH 내성으로 인해 적합하지 않다. CTA보다 더욱 pH 내성이지만 함침전법을 이용하여 캐스팅시 FO에서 더 낮은 성능을 지니는 셀룰로스 아세테이트 부티레이트(CAB) 및 셀룰로스 아세테이트 프로피오네이트(CAP)와 같은 그 밖의 셀룰로스 에스테르가 존재한다. 마찬가지로, 셀룰로스 아세테이트(CA) 막은 RO에서 CTA보다 높은 유량을 지니는데, 이는 CA의 리젝션 층이 양호한 수송성을 지님을 나타낸다. 그러나, FO에서 CA 성능은 CTA의 우수한 다공성 지지층으로 인해 CTA의 성능에 비해 나쁘다.
개요
본 발명의 양태는 예를 들어 정삼투(F0) 및 압력 지연 삼투(PRO) 막 처리법 및 적용을 위한 2층 막에 관한 것이다. 이러한 양태 및 구현예는 첨부된 청구범위에 개시된 구성요소 및 단계 중 하나 이상 또는 전부를 포함할 수 있고, 이들은 본원에 참조로서 포함된다.
일 양태에서, 함침전에 의해 2층형 막을 형성하는 방법이 개시되며 이는 하기 단계를 포함한다: 고성능 다공성 층을 생성하기에 최적화된 포뮬레이션(formulation)을 지니는 제 1 친수성 폴리머 용액을 디포지션시키는(depositing) 단계; 제 1 친수성 폴리머 용액의 상부에 고성능 치밀층을 생성하기에 최적화된 제 2의 상이한 친수성 폴리머 용액을 디포지션시켜 2층 폴리머 용액을 형성시키는 단계; 및 제 2의 상이한 친수성 폴리머 용액이 물과 접촉하도록 하여 치밀한 층을 형성시킴에 의해 2층 폴리머 용액을 정삼투막 및 압력 지연 삼투막 중 하나로 형성시키는 단계.
특정 구현예는 하기 중 하나 이상 또는 전부를 포함할 수 있다.
2층 폴리머 용액을 정삼투막 및 압력 지연 삼투막 중 하나로 형성시키는 단계는 제 2의 상이한 친수성 폴리머 용액이 물과 접촉하도록 하여 치밀한 층을 형성시킴에 의해 2층 폴리머 용액을 비대칭 정삼투막 및 비대칭 압력 지연 삼투막 중 하나로 형성시키는 것을 포함한다.
2층 폴리머 용액을 비대칭 정삼투막 및 비대칭 압력 지연 삼투막 중 하나로 형성시키는 단계는 약 5 내지 약 15 마이크론의 두께를 포함하는 치밀한 층과 약 20 내지 약 150 마이크론의 두께를 포함하는 다공성 층을 형성시키는 것을 포함한다.
2층 폴리머 용액을 비대칭 정삼투막 및 비대칭 압력 지연 삼투막 중 하나로 형성시키는 단계는 약 50 부피%의 폴리머 또는 그 초과의 폴리머 농도를 포함하는 치밀한 층과 약 15 내지 약 30 부피%의 폴리머의 폴리머 농도를 포함하는 다공성 층을 형성시키는 것을 포함한다.
제 1 친수성 폴리머 용액을 디포지션시키는 단계는 제 1 셀룰로스 트리아세테이트 용액을 디포지션시키는 것을 포함하고; 제 1 친수성 폴리머 용액의 상부에 제 2의 상이한 친수성 폴리머 용액을 디포지션시키는 단계는 제 1 셀룰로스 트리아세테이트 용액의 상부에 제 2 셀룰로스 아세테이트 부티레이트 용액 및 제 2 셀룰로스 아세테이트 용액 중 하나를 디포지션시켜, 2층 폴리머 용액을 형성시키는 것을 포함하며; 2층 폴리머 용액을 비대칭 정삼투막 및 비대칭 압력 지연 삼투막 중 하나로 형성시키는 단계는 2층 폴리머 용액을, 제 2 셀룰로스 아세테이트 부티레이트 용액이 물과 접촉하도록 하여 치밀한 층을 형성시킴에 의해 비대칭 정삼투막; 및 제 2 셀룰로스 아세테이트 용액이 물과 접촉하도록 하여 치밀한 층을 형성시킴에 의해 비대칭 압력 지연 삼투막 중 하나로 형성시키는 것을 포함한다.
제 1 친수성 폴리머 용액을 디포지션시키는 단계는 제 1 셀룰로스 트리아세테이트 용액을 디포지션시키는 것을 포함하고; 제 1 친수성 폴리머 용액의 상부에 제 2의 상이한 친수성 폴리머 용액을 디포지션시키는 단계는 제 1 셀룰로스 트리아세테이트 용액의 상부에 제 2 셀룰로스 아세테이트 부티레이트 용액 및 제 2 셀룰로스 아세테이트 용액 중 하나를 디포지션시켜, 2층 폴리머 용액을 형성시키는 것을 포함하며; 2층 폴리머 용액을 정삼투막 및 압력 지연 삼투막 중 하나로 형성시키는 단계는 2층 폴리머 용액을, 제 2 셀룰로스 아세테이트 부티레이트 용액이 물과 접촉하도록 하여 치밀한 층을 형성시킴에 의해 정삼투막; 및 제 2 셀룰로스 아세테이트 용액이 물과 접촉하도록 하여 치밀한 층을 형성시킴에 의해 압력 지연 삼투막 중 하나로 형성시키는 것을 포함한다.
또 다른 양태에서, 함침전에 의해 형성된 2층형 막이 개시되며 이는 하기를 포함한다: 고성능 다공성 층을 생성하기에 최적화된 포뮬레이션을 지니는 제 1 친수성 폴리머 용액으로부터 형성된 다공성 층; 및 고성능 치밀한 층을 생성하기에 최적화된 제 2의 상이한 친수성 폴리머 용액으로부터 형성된, 다공성 층의 상부에 있고 다공성 층에 의해 지지되는 치밀한 층.
특정 구현에는 하기 중 하나 이상 또는 전부를 포함할 수 있다.
막은 비대칭 막이다. 치밀한 층은 약 5 내지 약 15 마이크론의 두께를 포함하고 다공성 층은 약 20 내지 약 150 마이크론의 두께를 포함한다. 치밀한 층은 약 50 부피%의 폴리머 또는 그 초과의 폴리머 농도를 포함하고 다공성 층은 약 15 내지 약 30 부피%의 폴리머의 폴리머 농도를 포함한다.
비대칭 막은 제 1 셀룰로스 트리아세테이트 용액으로부터 형성된 다공성 층 및 제 2 셀룰로스 아세테이트 부티레이트 용액으로부터 형성된 치밀한 층을 지니는 비대칭 정삼투막을 포함한다.
비대칭 막은 제 1 셀룰로스 트리아세테이트 용액으로부터 형성된 다공성 층 및 제 2 셀룰로스 아세테이트 용액으로부터 형성된 치밀한 층을 지니는 비대칭 압력 지연 삼투막을 포함한다.
막은 제 1 셀룰로스 트리아세테이트 용액으로부터 형성된 다공성 층 및 제 2 셀룰로스 아세테이트 부티레이트 용액으로부터 형성된 치밀한 층을 지니는 정삼투막을 포함한다.
막은 제 1 셀룰로스 트리아세테이트 용액으로부터 형성된 다공성 층 및 제 2 셀룰로스 아세테이트 용액으로부터 형성된 치밀한 층을 지니는 압력 지연 삼투막을 포함한다.
2층 막의 구현예 및 방법은 하기 이점들 중 하나 이상 또는 전부를 지닐 수 있다.
한 2층 막 구현예는 높은 물질 이동을 허용하는 개방된 친수성 다공성 CTA 지지층을 지닐 수 있다. 이것은 또한 우수한 FO 성능 및 pH 내성 둘 모두를 제공하는 CAB 리젝션 층을 포함할 수 있다.
또 다른 2층 막 구현예는 높은 물질 이동을 허용하는 개방된 친수성 다공성 CTA 지지층을 지닐 수 있다. 이것은 또한 우수한 FO 성능을 제공하고 막 유량을 증가시키며 PRO의 공정 경제성을 개선시키는 CA 리젝션 층을 포함할 수 있다.
상기 및 그 밖의 양태, 특징, 및 이점은 상세한 설명 및 도면, 및 청구범위로부터 당업자에게 자명할 것이다.
상세한 설명
본 발명은 예를 들어 정삼투(F0) 및 압력 지연 삼투(PRO) 막 처리법 및 적용을 위한 2층 막을 특징으로 한다. 한 2층 막 구현예는 (높은 물질 이동을 허용하는) 개방된 친수성 다공성 CTA 지지층과 우수한 FO 성능 및 pH 내성 둘 모두를 제공하는 CAB 리젝션 층을 지닐 수 있다. 또 다른 2층 막 구현예는 (높은 물질 이동을 허용하는) 개방된 친수성 다공성 CTA 지지층과 우수한 FO 성능을 제공하고 막 유량을 증가시키며 PRO의 공정 경제성을 개선시키는 CA 리젝션 층을 지닐 수 있다. 본원에 개시된 2층 막 및 관련 방법 구현예의 다수의 특징이 존재하는데, 그 중 하나, 복수, 또는 모든 특징 또는 단계가 어떠한 특정 구현예에서 이용될 수 있다.
하기 설명에서, 그 밖의 구현예가 이용될 수 있고, 구조적 및 절차적 변화가 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으며 이루어질 수 있음이 이해되어야 한다. 편의상, 다양한 구성요소가 예시적인 물질, 크기, 형상, 치수 등을 이용하여 기재될 것이다. 그러나, 본 발명은 언급된 예에 제한되지 않으며 그 밖의 구성이 가능하고 그러한 구성은 본 발명의 교시 내에 있다.
다양한 2층 막 구현예가 존재한다. 일부는 CTA 지지층의 높은 물질 이동을 pH 내성 또는 높은 막 유량을 각각 제공하는 CAB 또는 CA의 치밀한 층과 결부시킨다.
그럼에도 불구하고, 본 발명의 예시적인 목적을 위해, 2층 막 구현예를 형성하는 방법은 일반적으로 함침전법에 의해 2층 막을 캐스팅하는 것을 포함할 수 있다. 그러한 방법은, 예를 들어 CTA 막의 성능을 지니지만 CAB 막 또는 CA 막의 pH 내성 또는 높은 막 유량을 각각 지니는 유연한 막을 생성할 수 있다.
차후에 막으로 형성되는 층화된 폴리머 용액을 형성하는 기법은 복잡하다. 중요한 것은 1) 다공성 층의 구조가 FO 유량 및 가스막 내구성에 결정적으로 중요하고 CA, CAB 및 CTA간에 광범하게 변화되며; 2) 3개 모두의 셀룰로스 에스테르가 유사한 용매에 용해될 수 있고 층에서 접촉이 발생한 경우 이들은 상위층이 물과 접촉할 때까지 침전되지 않을 것이며; 3) 함침전법에서 치밀한 층은 단지 상위층에만 형성될 것임을 인지하는 것이다. 표면층 아래의 모든 층들은 오로지 다공성 층만을 형성할 것이다. 이러한 다공성 층은 이로 이루어진 폴리머에 전형적인 구조를 지녀야 한다.
함침전
최적의 치밀한 층 및 다공성 층 성능을 동시에 달성하기 위해, 2층 막이 캐스팅되어야 한다. 본원에서 사용된 함침전법은 그 전문이 본원에 참조로서 포함된 Loeb 및 Sourirajan의 미국특허 제31331324호에 기재된 것과 유사하다.
상기 방법은 고성능 다공성 층을 생성하기에 적합한 포뮬레이션을 지니는 폴리머 용액의 층을 디포지션시킨 다음 그 상부에 고성능 치밀한 층을 생성하도록 최적화된 폴리머 용액을 디포지션시키는 것을 수반할 것이다. 그 후 2층 폴리머 용액을 공기 처리하고 제 2 층을 물과 접촉시킨다. 치밀한 층은 치밀한 층 특징에 최적화된 물질로부터 형성될 것이고 많은 다공성 층은 최적의 다공성 층 특징을 갖는 물질로부터 형성될 것이다.
본 발명의 예시적인 목적을 위해, 상기 방법은 CAB 폴리머 용액 또는 CA 폴리머 용액의 층을 형성시킨 다음 CTA 폴리머 용액의 얇은 층을 제 1 층의 상부에 디포지션시키는 것을 수반할 수 있다. 그 후 2층 폴리머 용액을 공기 처리하고 CAB 또는 CA 층을 물과 접촉시킨다. 치밀한 층은 각각 CAB 또는 CA로부터 형성될 것이고, 다공성 층의 대부분은 CTA로부터 형성될 것이다.
막 중합성 물질 (예컨대, 친수성 폴리머 (예컨대 셀룰로스 에스테르))을 수용성 용매 (비수성) 시스템에 용해시켜 용액을 형성시킨다. 셀룰로스 막을 위한 적절한 수용성 용매 시스템은, 예를 들어 (예컨대, 케톤 (예컨대 아세톤, 메틸 에틸 케톤 및 1,4-디옥산), 에테르, 알코올)을 포함한다. 포어-형성제 (예컨대, 예를 들어 말산, 시트르산, 락트산, 리튬 클로라이드 등과 같은 유기산, 유기산염, 무기염, 아미드 등) 및 보강제 (예컨대, 예를 들어 메탄올, 글리세롤, 에탄올 등과 같이 유연성을 개선시키고 취성을 감소시키는 작용제)가 또한 용액에 포함/혼합된다.
따라서, 한 구현예에서, CTA는 수용성 용매 (비수성) 시스템에 용해되어 제 1 CTA 용액을 형성한다.
다음으로, 제 2 CAB 또는 CA 폴리머 용액의 얇은 층을 제 1 CTA 용액의 상부에 디포지션시켜 점성 2층 용액을 형성할 수 있다.
다음으로, 이러한 점성 2층 용액의 얇은 층을 표면 상에 고르게 배치시키거나 스프레딩하고 단시간 동안 공기 건조되게 할 수 있다 (예컨대, 에어 나이프 하에서).
그 후, 점성 2층 용액의 CAB 또는 CA 층쪽을 물과 접촉시킨다. 물 접촉은 막 구성요소들이 응고되어 적절한 막 특징 (예컨대, 다공성, 친수성 특성, 비대칭 특성 등)을 형성하도록 한다. 따라서, 물 접촉은 용해 상태의 폴리머가 불안정해지도록 하고 치밀한 폴리머의 층은 표면 위에 매우 빠르게 침전된다. 이러한 층은 차후 용액으로의 물 침투에 대한 방해물로서 작용함으로써 치밀한 층 아래의 폴리머는 훨씬 더 느리게 침전되어 느슨한 다공성 매트릭스를 형성한다. 치밀한 층은 CAB 및 CA로부터 형성될 것이고 다공성 층의 대부분은 CTA로부터 형성될 것이다. 치밀한 층은 물은 통과시키면서 그 밖의 종은 차단시키는 막의 일부이다. 다공성 층은 단지 치밀한 층에 대한 지지체로서 작용한다. 예를 들어 자체 두께가 10 마이크론인 치밀한 층은 임의의 실용성을 지니기에 기계적 강도 및 응집력이 부족할 것이므로 지지층이 요구된다.
모든 폴리머가 용액으로부터 응축된 후에 막을 세척하고 열 처리할 수 있다.
따라서, 상기 예에서, 액침/석출법은 CAB 또는 CA의 고형 치밀층 또는 피부층을 표면 구성요소로서 지니는, 예를 들어 두께가 약 5-15 마이크로미터인 비대칭 막을 형성할 수 있다. 또한 대개 CTA의 다공성 층 또는 스캐폴드 층이 형성되는데, 다공성 층 또는 스캐폴드 층은 고도로 다공성이며 다공성 층 또는 스캐폴드 층 내에서 고체가 확산되게 한다. 다공성 층 또는 스캐폴드 층은 예를 들어 20 내지 150 마이크론의 두께를 지닐 수 있다. 액침/석출법에 의해 생성되는 치밀층 또는 피부층 및 다공성 층 또는 스캐폴드 층은 캐스팅 파라메터 (시간, 온도, 표준 기법 등)와 포뮬레이션 구성요소 (용매, 용매 용액에 대한 중합성 물질의 고형물의 비 등)의 선택 둘 모두에 의해 제어되는 그들의 다공성을 지닌다. 다공성 층 또는 스캐폴드 층은 가능한 한 낮은 폴리머 농도, 예컨대 약 15-30 부피%의 폴리머의 폴리머를 지닐 수 있다. 상부 치밀층 또는 피부층은 50%를 초과하는 폴리머의 폴리머 농도를 지닐 수 있다.
RO에서, 막의 유량은 치밀층 또는 피부층의 두께, 조성 및 형태학에 압도적으로 의존적이어서, 다공성 층의 성능을 최적화할 추동력이 거의 없었다. 그러나, FO 및 PRO에서, 치밀한 층을 가로지르는 용해된 종 농도에서의 차이에 의해 물이 막을 통해 빨려 나온다. 치밀한 층의 다공성 층쪽의 농도가 더 높으면, 치밀한 층을 통해 당겨진 물은 다공성 층에 용해된 종들을 치밀한 층으로부터 멀리 운반한다. 과정을 지속시키기 위해, 용해된 종들은 다공성 층을 통해 다시 치밀한 층으로 확산되어야 한다. 유사하게, 치밀한 층의 개방된 쪽의 농도가 더 높으면, 물이 다공성 층의 유체로부터 추출되기 때문에, 다공성 층에서의 용해된 종들의 농도는 증가할 것이다. 과정을 지속시키기 위해, 이들은 막의 뒤로부터 공급 용액으로 확산되어야 한다.
따라서, 본 발명의 목적을 위해, 다공성 층은 확산에 가능한 한 적은 내성을 제공하기 위해 되도록 친수성이고 개방되는 것이 중요하다.
수많은 추가의 구현예가 가능하다.
본 발명의 예시적인 목적을 위해, 한 구현예에서, 용액은 친수성 백킹재(backing material)의 표면 상에 압출될 수 있다. 에어 나이프를 이용하여 용매의 일부를 증발시킴으로써 치밀층 또는 피부층의 형성을 위한 용액을 제조할 수 있다. 그 위에 압출된 용액을 지니는 백킹재는 그 후 응고통 (예컨대, 수조)으로 도입된다. 수조는 막 구성요소를 응고시켜 적절한 막 특징 (예컨대, 다공성, 친수성 특성, 비대칭 특성 등)이 형성되도록 한다. FO 방법에서, 메쉬 백킹층의 구멍을 통해 물 수송이 일어나는데, 그 이유는 메쉬 백킹 섬유가 현저한 측면 저항을 제공하지 않기 때문이다 (즉, 메쉬 백킹은 물이 막의 표면에 이르는 것을 현저하게 방해하지 않는다). 막은 예를 들어 약 10 마이크로미터 내지 약 150 마이크로미터 (다공성 백킹재 제외)의 전체 두께를 지닐 수 있다. 다공성 백킹재는 예를 들어 두께에 있어서 약 50 마이크로미터 내지 약 500 마이크로미터의 두께를 지닐 수 있다.
본 발명의 예시적인 목적을 위해, 또 다른 구현예에서, 용액은 회전 드럼으로 캐스팅될 수 있고 개방된 패브릭은 패브릭이 용액에 넣어지도록 용액으로 당겨진다. 그 후 용액은 에어 나이프 하에서 응고통으로 통과한다. 막은 75 내지 150 마이크론의 전체 두께를 지닐 수 있고 지지 패브릭은 50 내지 100 마이크론의 두께를 지닐 수 있다. 지지 패브릭은 또한 50%가 넘는 개방된 면적을 지닐 수 있다. 지지 패브릭은 예를 들어 직물 또는 부직 나일론, 폴리에스테르 또는 폴리프로필렌 등일 수 있거나, 면직물 또는 종이와 같은 친수성 지지체 상의 셀룰로스 에스테르 막 캐스트일 수 있었다.
추가의 구현예가 청구범위 안에 있다.
설명, 물질, 제조, 어셈블리
구현예가 본원에 기재된 특수한 구성요소에 제한되지 않고, 실제로 2층 막의 의도된 조작과 일치하는 어떠한 구성요소도 사용될 수 있음이 이해될 것이다. 따라서, 예를 들어, 비록 특정 구성요소 등이 기재되었을지라도, 그러한 구성요소는 2층 막 구현예의 의도된 조작과 일치하는 어떠한 형상, 크기, 방식, 유형, 모델, 버젼, 부류, 등급, 치수, 농도, 물질, 중량, 양 등을 포함할 수 있다. 구현예는 선택된 구성요소가 2층 막 구현예의 의도된 조작과 일치하는 한, 어떠한 특수한 구성요소의 이용으로 제한되지 않는다.
따라서, 임의의 2층 막 구현예를 규정하는 구성요소는, 선택된 구성요소가 폴리머 코팅된 가수분해된 막 구현예의 의도된 조작과 일치한다는 조건하에 형상화된 대상으로 용이하게 형성될 수 있는 어떠한 다수의 상이한 유형의 물질 또는 이의 조합물로 형성될 수 있다. 이미 개시되었고 상기 기재된 것에 추가하여 또는 이의 재언급으로서, FO 또는 PRO 막은 박막 합성 RO 막으로부터 제조될 수 있다. 그러한 막 합성재는, 예를 들어 함침전법에 의한 막 캐스트를 포함한다 (직물 또는 부직 나일론, 폴리에스테르 또는 폴리프로필렌, 또는 바람직하게는 면직물 또는 종이와 같은 친수성 지지체 상의 셀룰로스 에스테르 막 캐스트와 같은 다공성 지지 패브릭 상에서 캐스팅될 수 있었다). 사용된 막은 역삼투막으로서 시험될 때 (60 psi, 500 PPM NaCl, 10% 회수율, 25℃) 80% 내지 95% 범위의 염 리젝션을 갖는 친수성 막일 수 있다. 막의 공칭 분자량 컷-오프는 100 돌턴일 수 있다. 막은 친수성 막 물질, 예를 들어 셀룰로스 아세테이트, 셀룰로스 프로프리아네이트, 셀룰로스 부티레이트, 셀룰로스 디아세테이트, 셀룰로스 물질의 블렌드, 폴리우레탄, 폴리아미드로부터 제조될 수 있다. 막은 비대칭일 수 있고 (즉, 예를 들어, 막은 두께가 약 1 마이크론 또는 그 미만인 얇은 리젝션 층 및 전체가 300 마이크론 이하의 두께인 치밀하고 다공성인 서브층들을 지닐 수 있다) 함침전법에 의해 형성될 수 있다. 막들은 지지체가 없거나, 리젝션 층에 물이 도달하는 것을 방해하지 않는 매우 개방된 백킹을 지니거나, 친수성이며 물을 막으로 용이하게 위킹(wick)시킨다. 따라서, 기계적 강도를 위해 이들은 소수성 다공성 시트 백킹 상에 캐스팅될 수 있는데, 다공성 시트는 직물 또는 부직포이지만 약 30% 이상의 개방된 면적을 지닌다. 직물 백킹 시트는 약 65 마이크론의 총 두께 (폴리에스테르 스크린)를 지니는 폴리에스테르 스크린일 수 있고 총 비대칭 막은 두께가 165 마이크론이다. 비대칭 막은 셀룰로스 물질을 폴리에스테르 스크린 상에 캐스팅시킴에 의해 함침전법에 의해 캐스팅될 수 있다. 폴리에스테르 스크린은 두께가 65 마이크론, 개방된 면적이 55%일 수 있다.
다양한 2층 막 구현예가 본원에 개시된 절차에 추가되거나 이러한 절차를 통해 개선되는 통상적인 절차를 이용하여 제조될 수 있다.
용도
2층 막의 구현예는 특히 FO/수처리 응용에 유용하다. 그러한 응용은 삼투현상-구동 정수 및 여과, 해수의 담수화, 오염된 수성 폐기물 스트림의 정제 등을 포함할 수 있다.
그러나, 구현예는 FO 응용과 관련된 용도로 제한되지 않는다. 오히려, FO 응용과 관련된 모든 설명은 본 발명의 예시를 목적으로 하며, 구현예는 또한 다양한 그 밖의 응용에서 유사한 결과에 이용될 수 있다. 예를 들어, 2층 구현예는 또한 PRO 시스템에 이용될 수 있다. 차이는 PRO가 터빈 또는 그 밖의 에너지-생성 장치를 구동시키는 삼투압을 발생시킨다는 것이다. 필요한 것은 공급되는 담수 (삼투제에 반대됨)로 전환시키는 것뿐이며 염수 공급물이 원수 (수처리 응용을 위한) 대신 외부로부터 공급될 수 있다.
상기 설명이 특정 구현예를 지칭하는 곳에서, 다수의 변형이 그 범주로부터 벗어나지 않으며 이루어질 수 있고 이러한 구현예가 대안적으로 적용될 수 있음이 용이하게 명백하여야 한다. 첨부된 청구범위는 본 문서에 개시된 기재의 진정한 정신 및 범위내에 있을 그러한 변형을 포함하도록 의도된다. 여기에 기재된 구현예는, 따라서, 모든 관점에서 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 고려되어야 하며, 기재의 범위는 상기 상세한 설명보다는 첨부된 청구범위에 의해 지시된다. 청구범위와 동등한 의미 및 범위에 속하는 모든 변화는 본원에 포함되는 것으로 해석된다.
Claims (15)
- 고성능 다공성 층을 생성하기에 최적화된 포뮬레이션(formulation)을 지니는 제 1 친수성 폴리머 용액을 디포지션시키는(depositing) 단계;
제 1 친수성 폴리머 용액의 상부에 고성능 치밀층을 생성하기에 최적화된 제 2의 상이한 친수성 폴리머 용액을 디포지션시켜 2층 폴리머 용액을 형성시키는 단계; 및
제 2의 상이한 친수성 폴리머 용액이 물과 접촉하도록 하여 치밀한 층을 형성시킴에 의해 2층 폴리머 용액을 정삼투막 및 압력 지연 삼투막 중 하나로 형성시키는 단계를 포함하는, 함침전에 의해 2층형 막을 형성하는 방법. - 제 1항에 있어서, 2층 폴리머 용액을 정삼투막 및 압력 지연 삼투막 중 하나로 형성시키는 단계가 제 2의 상이한 친수성 폴리머 용액이 물과 접촉하도록 하여 치밀한 층을 형성시킴에 의해 2층 폴리머 용액을 비대칭 정삼투막 및 비대칭 압력 지연 삼투막 중 하나로 형성시키는 것을 포함하는 방법.
- 제 2항에 있어서, 2층 폴리머 용액을 비대칭 정삼투막 및 비대칭 압력 지연 삼투막 중 하나로 형성시키는 단계가 약 5 내지 약 15 마이크론의 두께를 포함하는 치밀한 층과 약 20 내지 약 150 마이크론의 두께를 포함하는 다공성 층을 형성시키는 것을 포함하는 방법.
- 제 2항에 있어서, 2층 폴리머 용액을 비대칭 정삼투막 및 비대칭 압력 지연 삼투막 중 하나로 형성시키는 단계가 약 50 부피%의 폴리머 또는 그 초과의 폴리머 농도를 포함하는 치밀한 층과 약 15 내지 약 30 부피%의 폴리머의 폴리머 농도를 포함하는 다공성 층을 형성시키는 것을 포함하는 방법.
- 제 2항에 있어서,
제 1 친수성 폴리머 용액을 디포지션시키는 단계가 제 1 셀룰로스 트리아세테이트 용액을 디포지션시키는 것을 포함하고;
제 1 친수성 폴리머 용액의 상부에 제 2의 상이한 친수성 폴리머 용액을 디포지션시키는 단계가 제 1 셀룰로스 트리아세테이트 용액의 상부에 제 2 셀룰로스 아세테이트 부티레이트 용액 및 제 2 셀룰로스 아세테이트 용액 중 하나를 디포지션시켜, 2층 폴리머 용액을 형성시키는 것을 포함하며;
2층 폴리머 용액을 비대칭 정삼투막 및 비대칭 압력 지연 삼투막 중 하나로 형성시키는 단계가 2층 폴리머 용액을, 제 2 셀룰로스 아세테이트 부티레이트 용액이 물과 접촉하도록 하여 치밀한 층을 형성시킴에 의해 비대칭 정삼투막; 및 제 2 셀룰로스 아세테이트 용액이 물과 접촉하도록 하여 치밀한 층을 형성시킴에 의해 비대칭 압력 지연 삼투막 중 하나로 형성시키는 것을 포함하는 방법. - 제 1항에 있어서,
제 1 친수성 폴리머 용액을 디포지션시키는 단계가 제 1 셀룰로스 트리아세테이트 용액을 디포지션시키는 것을 포함하고;
제 1 친수성 폴리머 용액의 상부에 제 2의 상이한 친수성 폴리머 용액을 디포지션시키는 단계가 제 1 셀룰로스 트리아세테이트 용액의 상부에 제 2 셀룰로스 아세테이트 부티레이트 용액 및 제 2 셀룰로스 아세테이트 용액 중 하나를 디포지션시켜, 2층 폴리머 용액을 형성시키는 것을 포함하며;
2층 폴리머 용액을 정삼투막 및 압력 지연 삼투막 중 하나로 형성시키는 단계가 2층 폴리머 용액을, 제 2 셀룰로스 아세테이트 부티레이트 용액이 물과 접촉하도록 하여 치밀한 층을 형성시킴에 의해 정삼투막; 및 제 2 셀룰로스 아세테이트 용액이 물과 접촉하도록 하여 치밀한 층을 형성시킴에 의해 압력 지연 삼투막 중 하나로 형성시키는 것을 포함하는 방법. - 고성능 다공성 층을 생성하기에 최적화된 포뮬레이션을 지니는 제 1 친수성 폴리머 용액으로부터 형성된 다공성 층; 및
고성능 치밀한 층을 생성하기에 최적화된 제 2의 상이한 친수성 폴리머 용액으로부터 형성된, 다공성 층의 상부에 있고 다공성 층에 의해 지지되는 치밀한 층을 포함하는, 함침전에 의해 형성된 2층형 막. - 제 7항에 있어서, 막이 비대칭 막인 막.
- 제 8항에 있어서, 치밀한 층이 약 5 내지 약 15 마이크론의 두께를 포함하고 다공성 층이 약 20 내지 약 150 마이크론의 두께를 포함하는 막.
- 제 8항에 있어서, 치밀한 층이 약 50 부피%의 폴리머 또는 그 초과의 폴리머 농도를 포함하고 다공성 층이 약 15 내지 약 30 부피%의 폴리머의 폴리머 농도를 포함하는 막.
- 제 8항에 있어서, 비대칭 막이 비대칭 정삼투막 및 비대칭 압력 지연 삼투막 중 하나를 포함하는 막.
- 제 8항에 있어서, 비대칭 막이 제 1 셀룰로스 트리아세테이트 용액으로부터 형성된 다공성 층 및 제 2 셀룰로스 아세테이트 부티레이트 용액으로부터 형성된 치밀한 층을 지니는 비대칭 정삼투막을 포함하는 막.
- 제 8항에 있어서, 비대칭 막이 제 1 셀룰로스 트리아세테이트 용액으로부터 형성된 다공성 층 및 제 2 셀룰로스 아세테이트 용액으로부터 형성된 치밀한 층을 지니는 비대칭 압력 지연 삼투막을 포함하는 막.
- 제 7항에 있어서, 막이 제 1 셀룰로스 트리아세테이트 용액으로부터 형성된 다공성 층 및 제 2 셀룰로스 아세테이트 부티레이트 용액으로부터 형성된 치밀한 층을 지니는 정삼투막을 포함하는 막.
- 제 7항에 있어서, 막이 제 1 셀룰로스 트리아세테이트 용액으로부터 형성된 다공성 층 및 제 2 셀룰로스 아세테이트 용액으로부터 형성된 치밀한 층을 지니는 압력 지연 삼투막을 포함하는 막.
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