KR20140129742A - 바이러스 제거용 중공사막 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 바이러스 제거용 중공사막 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 분리여과층과 중공이 포함되어 이루어진 중공사막; 및 상기 중공사막 상에 존재하고, 키토산, 알루미나, 제올라이트, 도파민 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종의 양전하를 띠는 물질을 포함하는 바이러스 제거용 폴리설폰 중공사막 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

바이러스 제거용 중공사막 및 이의 제조방법{HOLLOW FIBER MEMBRANE FOR REMOVING VIRUS AND PREPARATION METHOD THEREOF}

본 발명은 액체 중의 바이러스 등을 제거하기 위한 여과막으로서 특히 적합한 중공사막 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

분리막은 음료수 제조, 정수 처리, 폐수 처리 등의 수처리 분야, 식품 공업 분야 등의 다양한 방면에서 여과막으로서 이용되고 있다.

이와 같이 다양한 분야에서 고분자 분리막은 이용되지만, 예를 들면 정수 처리나 폐수 처리 등의 수처리 분야에서는 여과 처리하는 물의 양이 많기 때문에, 여과시에서의 투수 성능을 더욱 향상시키는 것이 요구되고 있다.

또한, 음료수 제조, 의약품 제조, 식품 공업 분야에서는 제조 공정 내에 바이러스 등의 병원체가 혼입되면 제조 라인이 오염되고, 제품 중에 바이러스 등의 병원체가 혼입되어 최종 소비자의 집단 감염을 야기할 위험이 있기 때문에, 제조 라인이나 제품에는 다양한 살균 기술이 적용되고 있다. 그 살균 방법으로서는 가열 처리나 염소 등의 화학 약품에 의한 처리를 들 수 있지만, 열 내성이나 약품 내성을 갖는 바이러스에는 효과가 희박하다.

한편, 우리나라에서는 1997년 수돗물에서 장바이러스의 일종인 폴리오바이러스가 분리되어 사회적으로 많은 관심을 불러일으킨 적이 있다. 국내에서 분리된 장바이러스는 폴리오, 콕사키, 에코 바이러스 등이 있으며 이들은 어린이들에게 소아마비, 무균성뇌수막염을 발명시키는 것으로 알려져 있다. 이외에도 위장염과 인두염을 일으키는 아데노바이러스, 위장염을 일으키는 로타바이러스 등이 보고되고 있다.

이러한 장바이러스는 세균과 비교하여 정수 처리과정에서 불활성화 또는 제거되기 어려우며 환경 중에서 세균보다 장기간 생존한다고 알려져 있다. 또한 미국 유리염소의 권장 농도인 0.5 mg/l를 유지하는 먹는 물에서도 바이러스가 검출된다는 보고가 있다.

먹는 물에 존재하는 바이러스의 농도는 0.0005~0.87 PFU(plaque forming unit)/l로 매우 낮지만 바이러스는 최소 감염 단위가 낮기 때문에 저농도의 바이러스 오염도 무시할 수 없으며 최소 감염 단위의 연구에 의하면 장바이러스는 1~2 PFU 정도의 소량으로 감염을 일으킬 수 있는 것으로 알려져 있다.

따라서, 바이러스를 물리적으로 제거하는 방법으로서 분리막을 이용한 막 여과가 주목을 모으게 되었다.

대한민국 공개특허 제10-2009-0034353호는 액체 중의 바이러스 등의 미소생물을 제거하기 위한 여과막으로서 특히 적합한 불소 수지계 고분자 분리막 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 삼차원 망상 구조의 층과 구상 구조의 층을 갖는 불소 수지계 고분자 분리막이며, 삼차원 망상 구조의 층이 공극 직경 5 ㎛ 이상의 거대 공극을 실질적으로 함유하지 않으면서, 불소 수지계 고분자 분리막이 분자량 7.5만의 덱스트란 제거율이 80％ 이상으로 표시되는 여과 성능을 갖는 것을 특징으로 하는 불소 수지계 고분자 분리막을 제시하고 있다.

대한민국 공개특허 제10-2009-0034353호

본 발명자들은 바이러스 제거 성능을 향상시킬 수 있는 분리막에 대해 예의 연구를 거듭한 결과, 중공사막에 대부분 음전하를 띠는 바이러스와 정전기적 인력에 의해 결합할 수 있는 양전하를 띠는 물질을 형성하는 경우 바이러스 제거 성능이 현저히 향상될 수 있음을 확인하고, 이를 토대로 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 바이러스 제거 성능이 현저히 향상된 중공사막을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 중공사막의 제조방법을 제공하는 것이다.

이를 위해 본 발명은,

중공사막; 및

상기 중공사막 상에 존재하고, 키토산, 알루미나, 제올라이트, 도파민 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종의 양전하를 띠는 물질을 포함하는 바이러스 제거용 중공사막을 제공한다.

또한 본 발명은

중공사막을 준비하는 단계와,

키토산, 알루미나, 제올라이트, 도파민 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 서 선택된 1종의 양전하를 띠는 물질과 용매를 포함하는 코팅액을 제조하는 단계와,

상기 코팅액을 이용하여 중공사막에 코팅하는 단계

를 포함하는 바이러스 제거용 중공사막 제조방법을 제공한다.

본 발명의 중공사막은 바이러스 제거 효과가 우수하여 액체 중의 바이러스 등을 제거하기 위한 여과막으로서 특히 적합하다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 일실시예에 따른 중공사막은 수도수, 자연수 등과 같은 원수로서의 정화 대상수를 필터 시스템을 통과시켜 정화하고, 그 정화된 물을 외부로 방출할 수 있는 수처리 장치에 적용될 수 있다.

상기 중공사막은 중공사막에 전기적 인력을 통해 바이러스와 결합할 수 있는 양전하를 띠는 물질을 형성하여, 바이러스 제거 성능뿐만 아니라 투수량도 현저히 향상시킬 수 있다.

이를 위해, 본 발명에 따른 바이러스 제거용 중공사막은 분리여과층과 중공이 포함되어 이루어진 중공사막; 및 상기 중공사막 상에 존재하고, 키토산, 알루미나, 제올라이트, 도파민 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종의 양전하를 띠는 물질을 포함하는 구조로 이루어진다.

상기 중공사막은 제한 없이 사용할 수 있으며, 외표면에 형성된 기공의 크기는 0.1 내지 0.5 ㎛, 단면은 스폰지 구조를 갖는 것이 바람직하다. 일예로, 폴리설폰, 폴리이서설폰, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리아미드, 폴리이서이미드, 폴리이서이서케톤, 폴리비닐클로라이드, 셀룰로오즈아세테이트, 셀룰로오즈트리아세테이트, 폴리이미드 및 폴리에틸렌로 이루어진 군에서 선택된 하나를 사용할 수 있다.

특히, 본 발명에서는 대부분 음전하를 띠는 바이러스와 정전기적 인력에 의해 결합할 수 있는 양전하를 띠는 물질을 형성하여 바이러스를 흡착 제거한다. 양전하를 띠는 물질로는 키토산, 알루미나, 제올라이트, 도파민 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종이 바람직하다. 이때 알루미나, 제올라이트는 중공사막의 기공 크기보다 큰 것을 사용하여 중공사를 통해 정화된 물 내에서는 제거될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명의 중공사막은,

중공사막을 준비하는 단계와,

키토산, 알루미나, 제올라이트, 도파민 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 서 선택된 1종의 양전하를 띠는 물질과 용매를 포함하는 코팅액을 제조하는 단계와,

상기 코팅액을 이용하여 중공사막에 코팅하는 단계

를 거쳐 제조된다.

먼저, 중공사막을 준비한다.

중공사막은 상기에서 언급한 바를 따른다.

다음으로, 키토산, 알루미나, 제올라이트, 도파민 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종의 양전하를 띠는 물질과 용매를 포함하는 코팅액을 제조한다.

상기 코팅액은 양전하를 띠는 물질 0.1 내지 10 중량% 및 용매 잔부를 포함한다. 만약 양전하를 띠는 물질의 함량이 상기 범위 미만이면 형성에 따른 효과가 미미하고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하면 중공사막에 형성된 기공이 막히는 문제점이 있다.

상기 용매는 물 또는 초산 수용액을 사용한다.

이어서, 상기 중공사막을 코팅액으로 코팅한다.

상기 코팅액을 중공사막에 코팅하는 방법은 통상적으로 사용하는 딥 코팅, 스프레이 코팅, 플로우 코팅 등이 사용될 수 있다. 이때 코팅은 10초 내지 1시간, 바람직하게는 10 분 내지 24시간 동안 실시한다. 중공막 표면에 양전하를 띠는 물질을 균일하게 형성하기 위해 상기한 코팅액의 농도, 코팅시간을 상기한 범위 내에서 적절히 조절할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 하나, 이러한 실시예들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

실시예 1

외경 0.95 밀리미터, 내경 0.60 밀리미터로 막 외표면에는 0.25 미크론의 세공이 형성되어 있고 막의 단면구조가 스폰지 구조인 폴리설폰 중공사막을 1 wt% 초산 용액에 키토산 0.2 wt% 용해한 용액에 중공사막을 1일 침지 후 건조하여 중공사막을 제조하였다. 제조된 중공사막의 투수량은 590l/m ² hr atm 이었다.

실시예 2

외경 0.96 밀리미터, 내경 0.61 밀리미터로 막 외표면에는 0.25 미크론의 세공이 형성되어 있고 막의 단면구조가 스폰지 구조인 폴리설폰 중공사막을 물에 0.2 wt% 알루미나(0.8 ㎛)를 분산시킨 용액에 중공사막을 10분 침지한 후 건조하여 중공사막을 제조하였다. 제조된 중공사막의 투수량은 570l/m ² hr atm 이었다.

실시예 3

외경 0.97 밀리미터, 내경 0.63 밀리미터로 막 외표면에는 0.25미크론의 세공이 형성되어 있고 막의 단면구조가 스폰지 구조인 폴리설폰 중공사막을 pH 8.5로 조절한 물에 도파민 0.2 wt% 용해한 용액에 중공사막을 20분 침지한 다음 건조하여 중공사막을 제조하였다. 제조된 중공사막의 투수랑은 610l/m ² hr atm이었다.

실험예 1: 바이러스 제거율

바이러스로 RNA coliphage Qβ(ATCC23631-B1)를 사용하여 바이러스 제거율을 측정하였다. 호스트의 액체 배양에 사용된 배지는 TYG 액체배지를 수정하여 사용하였으며, 배지의 조성은 다음과 같다. 박토 트립톤 10.0g, 이스트 추출물 1.0g, 글루코스 1.0g, NaCl 8.0g, CaCl₂·2H₂O 0.3g, 증류수 1l, 121 ℃에서 15분간 멸균하여 사용하였다. 고체 배지는 액체 배지에 아가를 1.5%, 소프트 아가는 아가를 0.5% 첨가하여 제조하였다. 바이러스는 소프트 아가 오버레이(double agar layer) 방법을 사용하여 10¹¹PFU/ml까지 증폭 배양하였으며, 피드탱크에서 10⁶PFU/ml로 희석하여 시험수로 사용하였다.

상기 실시예 1 내지 실시예 3에서 제조된 중공사막으로 제조된 모듈을 통과한 시험수를 standard plaque forming 방법으로 바이러스 수를 측정하여 제거율을 계산하였다. 그 결과는 아래 표 1에 나타내었다.

구분	바이러스 제거율(%)
실시예 1	99.997
실시예 2	99.998
실시예 3	99.995

Claims (6)

1. 중공사막; 및
   상기 중공사막 상에 존재하고, 키토산, 알루미나, 제올라이트, 도파민 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종의 양전하를 띠는 물질
   을 포함하는 바이러스 제거용 중공사막.
2. 제1항에 있어서, 상기 중공사막은 폴리설폰, 폴리이서설폰, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리아미드, 폴리이서이미드, 폴리이서이서케톤, 폴리비닐클로라이드, 셀룰로오즈아세테이트, 셀룰로오즈트리아세테이트, 폴리이미드 및 폴리에틸렌으로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 중공사막.
3. 제1항에 있어서, 상기 중공사는 외표면에는 0.1 내지 0.5 ㎛의 기공이 형성되고, 단면은 스폰지 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 중공사막.
4. 중공사막을 준비하는 단계와,
   키토산, 알루미나, 제올라이트, 도파민 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 서 선택된 1종의 양전하를 띠는 물질과 용매를 포함하는 코팅액을 제조하는 단계와,
   상기 코팅액을 이용하여 중공사막에 코팅하는 단계
   를 포함하는 바이러스 제거용 중공사막 제조방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 코팅액은 양전하를 띠는 물질 0.1 내지 10 중량% 및 용매 잔부를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
6. 제4항에 있어서, 상기 용매는 물 또는 초산 수용액인 것을 특징으로 하는 제조방법.