KR20150012955A - 탄소나노튜브 분리막 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제1 면 및 상기 제1 면과 대향하는 제2 면이 구비된 활성층; 및 상기 활성층을 관통하여 기공을 형성하는 복수 개의 탄소나노튜브;를 포함하고, 상기 탄소나노튜브는 상기 활성층의 평탄한 일 면과 θ1의 배향각을 이루는 제1 탄소나노튜브; 및 θ2의 배향각을 이루는 제2 탄소나노튜브;가 교대로 배열되며, 상기 배향각 θ1 및 θ2는 각각 30° ≤ θ1 ≤ 90° 이고, 90° ≤ θ2 ≤ 150°인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 분리막 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 탄소나노튜브 분리막 제조방법은 탄소나노튜브의 배향각을 용이하게 조절할 수 있고, 탄소나노튜브를 규칙적으로 배열할 수 있으므로 공정성이 우수하고, 상기 제조방법으로 제조된 탄소나노튜브 분리막은 표면 기공율(surface porosity)이 우수하며, 상기 탄소나노튜브 분리막을 포함하는 역삼투막은 수투과도 및 염 배제율이 우수하다.

Description

탄소나노튜브 분리막 및 그 제조방법{CARBON NANOTUBE MEMBRANE AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}
본 발명은 탄소나노튜브 분리막 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 염 배제율 및 내염소성이 유지되면서 탄소나노튜브에 의해 수투과율이 향상된 대면적 탄소나노튜브 분리막 및 그 제조방법에 관한 것이다.
역삼투막(Reverse Osmosis Membrane)은 해수 내의 염류를 제거하는 활성층과 고압의 운영조건을 견딜 수 있도록 활성층을 떠받치는 지지층으로 구성되어 있다. 1960년 셀룰로오스 아세테이트를 이용한 최초의 역삼투 분리막이 개발되었다. 그러나, 상기 역삼투 분리막은 생산 단가가 저가라는 이점과 공정이 간단하다는 장점이 있지만, 강도 등의 물리적 특성이 좋지 못하여 사용 조건이 제한되며, 내오염성이 현저하게 저하되는 문제점이 있다. 현재 상용화된 역삼투 분리막의 주류로는 방향족 폴리아미드계 활성층과 이를 지지하는 다공성 폴리술폰계 지지층으로 구성된 복합막이 사용되고 있다. 그러나, 이와 같은 형태의 역삼투막은 폴리아미드계 활성층 특유의 낮은 기공성으로 인한 작은 투과속도의 문제점 및 작동시 고압을 유지하기 위한 많은 에너지의 소모가 필요하다는 문제가 있다. 에너지 소모를 줄이고 고수투과율을 가지는 친환경적인 역삼투막으로 도입한 탄소나노튜브 분리막은 lab scale에서 기존 폴리아미드계 역삼투막에 비해 1,000배 이상의 수투과율을 보이며 에너지 절감효과가 우수하여 친환경적이라는 장점을 가지고 있으나 분리막의 배제율 및 대면적화 등의 기술적 난점이 존재한다.
미국특허등록 제8038887호는 탄소나노튜브를 기판 성장을 통해 배향 성장시킨 후 탄소나노튜브의 이격 공간을 고분자 또는 무기계 매트릭스 수지에 함침시켜 탄소나노튜브의 내부 채널로 분리막의 상하면을 연통시킨 탄소나노튜브 분리막을 개시하고 있으나, 대면적화가 불가능하며 다단계 공정을 거쳐야 한다는 점에서 한계점을 갖는다.
특히, 탄소나노튜브의 내부 채널을 통해서 수투과가 이루어지는 분리막의 수투과율은 표면 기공율(surface porosity)에 의해 좌우된다. 그러나, 미국특허등록 제7993524호에 기술된 바와 같이, 계면중합 전구체 용액 내 탄소나노튜브를 포함시켜 기공을 형성하는 경우에는 탄소나노튜브의 함량이 절대적으로 중요하나, 탄소나노튜브가 용액 내에 분산될 수 있는 양이 미량에 불과하므로 탄소나노튜브에 의해 구현 될 수 있는 표면 기공율은 제한적일 수 밖에 없다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 표면 기공율(surface porosity)이 우수한 탄소나노튜브 분리막을 제공하기 위함이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 수투과도 및 염 배제율이 우수한 역삼투막을 제공하기 위함이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 탄소나노튜브 분리막을 대면적화할 수 있는 탄소나노튜브 분리막의 제조방법을 제공하기 위함이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 탄소나노튜브의 배향각을 용이하게 조절할 수 있으며, 탄소나노튜브를 규칙적으로 배열할 수 있는 탄소나노튜브 분리막의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
본 발명의 하나의 관점은 제1 면 및 상기 제1 면과 대향하는 제2 면이 구비된 활성층; 및 상기 활성층을 관통하여 기공을 형성하는 복수 개의 탄소나노튜브;를 포함하고, 상기 탄소나노튜브는 상기 활성층의 평탄한 일 면과 θ1의 배향각을 이루는 제1 탄소나노튜브; 및 θ2의 배향각을 이루는 제2 탄소나노튜브;가 교대로 배열되며, 상기 배향각 θ1 및 θ2는 각각 30° ≤ θ1 ≤ 90° 이고, 90° ≤ θ2 ≤ 150°인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 분리막에 관한 것이다.
상기 θ1 및 θ2는 하기 식 1을 만족할 수 있다.
[식 1]
0° ≤ Abs｜θ1-θ2｜ ≤ 120°
상기 탄소나노튜브는 제1 탄소나노튜브로 구성된 제1 탄소나노튜브 열;과 상기 제2 탄소나노튜브로 구성된 제2 탄소나노튜브 열;이 교대로 배열된 것일 수 있다.
상기 제1 탄소나노튜브 열과 제2 탄소나노튜브 열 사이에는 지지체가 구비될 수 있다.
상기 지지체는 분리막 내부에 형성된 와이어 또는 막대 형상일 수 있다.
상기 분리막의 두께는 0.1 내지 50 ㎛이며, 상기 탄소나노튜브의 내경은 0.5 내지 2 ㎚일 수 있다.
상기 활성층은 폴리아미드계 수지 또는 친수화처리된 폴리올레핀계 수지를 포함할 수 있다.
상기 활성층의 단위 면적당(㎠) 표면 기공율(surface porosity)은 1×1010 개/cm2 이상 일 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 상기 탄소나노튜브 분리막을 포함하는 역삼투막에 관한 것이다.
상기 역삼투막은 25℃, pH 8인 조건에서 배제율이 99% 이상이고 수투과율이 0.05 m/d·bar 이상일 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점은 탄소나노튜브 시트를 제공하는 단계; 제공된 상기 탄소나노튜브 시트를 입체화하는 단계; 상기 입체화된 탄소나노튜브 시트를 고분자 수지에 함침시켜 CNT-고분자 복합체를 제조하는 단계; 및 상기 CNT-고분자 복합체를 에칭하는 단계;를 포함하는 탄소나노튜브 분리막의 제조방법에 관한 것이다.
상기 탄소나노튜브 시트는 지지체를 이용하여 입체화될 수 있다.
상기 입체화된 탄소나노튜브 시트는 웨이브 패턴을 가질 수 있다.
상기 웨이브 패턴은 주기를 가질 수 있다.
상기 CNT-고분자 복합체를 에칭하는 단계는 상기 CNT-고분자 복합체 표면에 기공이 형성되도록 상기 CNT-고분자 복합체의 외부표면을 절삭하는 것일 수 있다.
상기 탄소나노튜브 시트를 형성하는 탄소나노튜브는 규칙적으로 배열될 수 있다.
상기 고분자 수지는 폴리아미드계 수지 또는 친수화 처리된 폴리올레핀계 수지를 포함할 수 있다.
본 발명의 탄소나노튜브 분리막 제조방법은 탄소나노튜브의 배향각을 용이하게 조절할 수 있고, 탄소나노튜브를 규칙적으로 배열할 수 있으므로 공정성이 우수하며, 상기 제조방법으로 제조된 탄소나노튜브 분리막은 표면 기공율(surface porosity)이 우수하고, 상기 탄소나노튜브 분리막을 포함하는 역삼투막은 수투과도 및 염 배제율이 우수하다.
도 1은 제1 구체예에 따른 탄소나노튜브 분리막의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정도이다.
도 2는 제2 구체예에 따른 탄소나노튜브 분리막의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정도이다.
도 3은 제3 구체예에 따른 탄소나노튜브 분리막의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정도이다.
도 4는 제2 구체예의 제조방법으로 제조된 탄소나노튜브 분리막의 단면도를 도시한 것이다.
도 5는 탄소나노튜브의 배향각을 설명하기 위하여 나타낸 개념도를 도시한 것이다.
도 6은 제3 구체예에 따라 입체화된 탄소나노튜브 시트의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 본 출원에 개시된 기술은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 출원의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 각 장치의 구성요소를 명확하게 표현하기 위하여 상기 구성요소의 폭이나 두께 등의 크기를 다소 확대하여 나타내었다. 또한, 설명의 편의를 위하여 구성요소의 일부만을 도시하기도 하였으나, 당업자라면 구성요소의 나머지 부분에 대하여도 용이하게 파악할 수 있을 것이다. 전체적으로 도면 설명시 관찰자 시점에서 설명하였고, 일 요소가 다른 요소 위 또는 아래에 위치하는 것으로 언급되는 경우, 이는 상기 일 요소가 다른 요소 위 또는 아래에 바로 위치하거나 또는 그들 요소들 사이에 추가적인 요소가 개재될 수 있다는 의미를 모두 포함한다. 또한, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 출원의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원의 사상을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 그리고, 복수의 도면들 상에서 동일 부호는 실질적으로 서로 동일한 요소를 지칭한다.
탄소나노튜브 분리막의 제조방법
본 발명은 탄소나노튜브를 포함하는 대면적의 탄소나노튜브 분리막 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 기수나 해수의 담수화를 위한 역삼투막의 제조시 염 배제율 및 내염소성이 유지되면서 탄소나노튜브에 의해 수투과율이 향상된 탄소나노튜브 분리막 및 그 제조방법에 관한 것이다.
상술한 바와 같이, 탄소나노튜브를 용액에 분산시키는 경우에는 분산성을 확보하기 위한 탄소나노튜브의 함량에 한계가 있으며, 이는 결국 수투과도와 직결되는 요소이므로, 이 한계를 극복하고자, 본 발명에서는 습식이나 건식방법을 통해 탄소나노튜브를 시트(sheet) 또는 필름(film) 형태로 1차 배열하게 된다. 이후, 상기 제조된 탄소나노튜브 시트를 입체화하는 단계, 고분자 수지에 함침시키는 단계, 및 에칭 단계를 순차적으로 거쳐 표면 기공율(surface porosity)이 우수한 탄소나노튜브 분리막을 용이하게 대면적화할 수 있다.
본 발명의 일 구체예로서, 탄소나노튜브 분리막의 제조방법은 제공된 탄소나노튜브 시트를 입체화하는 단계(S1); 상기 입체화된 탄소나노튜브 시트를 고분자 수지에 함침시켜 CNT-고분자 복합체를 제조하는 단계(S2); 및 상기 CNT-고분자 복합체를 에칭하는 단계(S3);를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 구체예에 따른 탄소나노튜브 분리막의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정도이다.
도 1을 참고하면, 탄소나노튜브 시트의 입체화 단계(S1)는 제공된 탄소나노튜브 시트(100)의 상부 및 하부에 각각 교차 배열되도록 위치한 지지체(200)로 탄소나노튜브 시트(100)를 압착(press)하여 도 1 (b)와 같이 탄소나노튜브 시트에 웨이브 패턴을 형성하게 되고, 이로써 탄소나노튜브 시트를 입체화할 수 있다.
상기 입체화된 탄소나노튜브 시트의 웨이브 패턴은 일정한 주기를 가질 수 있으며, 에칭 단계를 거친 후 일정한 배향각을 가진 탄소나노튜브가 규칙적으로 배열될 수 있다.
상기 탄소나노튜브 시트(100)는 복수 개의 탄소나노튜브가 규칙적으로 배열된 시트이거나, 불규칙적으로 배열된 우븐 시트(woven sheet)일 수 있다.
상기 탄소나노튜브는 단일벽(SWNT), 이중벽(DWNT) 또는 다중벽(MWNT) 탄소나노튜브일 수 있다.
상기 탄소나노튜브의 내경은 0.5 내지 2.0㎚일 수 있다.
상기 입체화된 탄소나노튜브를 고분자 수지에 함침시켜 CNT-고분자 복합체를 제조하는 단계(S2)는 도 1 (c)와 같이 입체화된 탄소나노튜브 시트를 고분자 수지에 함침시키고, 경화과정을 거쳐 CNT-고분자 복합체를 제조할 수 있다. 상기 고분자 수지는 예로서 폴리아미드계 수지, 친수화 처리된 폴리올레핀계 수지 등을 포함할 수 있다. 상기 고분자 수지는 경화 후 에칭 단계를 거치게 되면 분리막 내 탄소나노튜브를 지지하는 활성층으로 형성될 수 있다.
상기 제조된 CNT-고분자 복합체를 에칭하는 단계(S3)는 도 1 (d)와 같이 분리막 표면에 기공(pore)이 형성되도록 상기 CNT-고분자 복합체의 외부표면을 절삭하는 단계이다.
상기 에칭 단계(S3)가 완료된 후에는 상기 탄소나노튜브가 분리막을 관통하여 분리막의 상부 또는 하부 표면에 다수 개의 기공을 형성할 수 있고, 규칙적인 배열을 가질 수 있으며, 표면 기공율(surface porosity)을 높일 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2 구체예에 따른 탄소나노튜브 분리막의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정도이다. 도 2를 참고하면, 제공된 탄소나노튜브 시트(100)를 구성하는 복수 개의 탄소나노튜브(110)는 서로 평행하게 배열되고, 탄소나노튜브 시트(100)를 입체화하는 지지체는 탄소나노튜브 시트의 상부와 하부에 각각 형성된 제1 지지체(210) 및 제2 지지체(230)로 구성될 수 있다. 상기 제1 지지체와 제2 지지체는 탄소나노튜브를 압착(press)한 후 도 2 (b)와 같이 상호 교차 배열되도록 위치하며, 이로써 탄소나노튜브 시트를 구성하는 복수 개의 탄소나노튜브를 일회적으로 입체화 시킬 수 있다. 또한, 상기 지지체와 탄소나노튜브 시트에 배열된 단위 탄소나노튜브의 배열방향은 서로 교차하도록 배열될 수 있다.
상기 지지체는 탄소나노튜브를 입체화 시킬 수 있을 뿐만 아니라 도 2 (c)와 같이 최종적으로 제조된 분리막의 구조적 강도를 보강시키는 역할을 할 수 있다. 상기 지지체는 와이어(wire) 또는 막대 형상일 수 있으며, 상기 지지체의 직경은 1 내지 100㎛일 수 있다.
상기 지지체의 소재로는 메탈, 고분자 수지, 천연사 등이 사용될 수 있다. 예로서, 상기 메탈은 Cu, Ni, Al, Fe 또는 이들 각각의 합금 등이 사용될 수 있고, 상기 고분자 수지는 폴리아미드, 폴리이미드 폴리키톤, 폴리올레핀, 액정고분자(liquid crystal polymer) 또는 이들의 혼합 수지를 사용할 수 있고, 상기 천연사는 실크, 면, 마, 모, 울(wool) 등이 사용될 수 있으며, 유리섬유, 탄소섬유, 탄소나노파이버, 탄소나노튜브 등의 파이버 역시 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제3 구체예에 따른 탄소나노튜브 분리막의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정도이다. 제3 구체예는 지지체가 탄소나노튜브 시트(100)의 하부에만 연속적으로 배열된 메쉬 롤(mesh roll)(240)을 적용한 것으로, 상기 메쉬 롤(240)에 탄소나노튜브 시트(100)를 압착시켜 탄소나노튜브 시트를 입체화시킨 예이다. 상기와 같이 메쉬 롤 상에 탄소나노튜브를 압착시킨 경우, 함침 단계(S2) 및 에칭 단계(S3)를 거친 후 분리막에 기공을 형성하는 탄소나노튜브(110)는 거의 수직에 가깝도록 배향각을 높일 수 있고, 단위 면적당 기공의 밀도를 보다 높일 수 있으며, 수투과시 이동거리를 보다 단축시킬 수 있다.
도 6은 제3 구체예에 따라 함침 단계(S2)를 거친 후 입체화된 탄소나노튜브 시트의 SEM 사진을 나타낸 것으로, 탄소나노튜브 시트가 일정한 주기를 가지고 규칙적으로 배열된 것을 확인할 수 있다.
탄소나노튜브 분리막
본 발명의 탄소나노튜브 분리막은 일 구체예로서, 제1 면 및 상기 제1 면과 대향하는 제2 면이 구비된 활성층; 및 상기 활성층을 관통하여 기공을 형성하는 복수 개의 탄소나노튜브;를 포함하고, 상기 탄소나노튜브는 상기 활성층의 평탄한 일 면과 θ1의 배향각을 이루는 제1 탄소나노튜브; 및 θ2의 배향각을 이루는 제2 탄소나노튜브;가 교대로 배열되며, 상기 배향각 θ1 및 θ2는 각각 30° ≤ θ1 ≤ 90° 이고, 90° ≤ θ2 ≤ 150°일 수 있다.
다른 구체예로서, 상기 θ1 및 θ2는 하기 식 1을 만족할 수 있다.
[식 1]
0° ≤ Abs｜θ1-θ2｜ ≤ 120°
상기 탄소나노튜브 분리막은 제1 탄소나노튜브로 구성된 제1 탄소나노튜브 열과 상기 제2 탄소나노튜브로 구성된 제2 탄소나노튜브 열이 교대로 배열된 탄소나노튜브를 포함할 수 있다.
도 6의 탄소나노튜브 시트와 같이, 탄소나노튜브 시트를 구성하는 복수 개의 탄소나노튜브는 서로 평행하게 규칙적으로 배열될 수 있으며, 이와 같이 규칙적으로 배열된 경우에는 제1 탄소나노튜브 열을 구성하는 제1 탄소나노튜브는 각각 동일한 배향각 θ1을 가질 수 있다.
그러나, 탄소나노튜브 시트가 우븐 시트(woven sheet) 타입인 경우에는 탄소나노튜브가 불규칙적으로 배열될 수 있다. 도 5는 우븐(woven) 타입의 탄소나노튜브 시트를 사용하여 탄소나노튜브 분리막을 제조한 경우 탄소나노튜브가 활성층과 이루는 배향각을 설명하기 위하여 나타낸 개념도이다.
도 5를 참고하면, 제1 탄소나노튜브 열에 포함되는 탄소나노튜브(111a)와 탄소나노튜브(111b)는 분리막(400)의 저면(K)과 θ1의 배향각을 이루는 평면(S) 상에 공존하므로, 탄소나노튜브(111a)와 탄소나노튜브(111b)가 저면과 이루는 배향각 θ11및 θ12는 θ1과 동일한 값을 가질 수 있다. 도 2를 다시 참고하면, 상기 배향각은 제1 지지체와 제2 지지체의 간격을 조밀하게 하거나, 도 3의 메쉬 롤을 지지체로 사용하여 탄소나노튜브의 배향각을 수직에 가깝게 형성할 수 있으므로 배향각의 조절이 가능하다.
상기 제1 탄소나노튜브 열과 제2 탄소나노튜브 열 사이에는 지지체가 구비될 수 있다. 상기 지지체는 분리막 내부에 형성되며, 와이어 또는 막대 형상을 가질 수 있고, 메탈 소재 또는 고분자 수지로 제조된 것일 수 있다.
도 4는 제3 구체예에 따라 제조된 탄소나노튜브 분리막의 단면도를 나타낸 것이다. 도 4를 참고하면, 제1 탄소나노튜브(111)는 활성층(300)의 일 면과 θ1의 배향각을 이루고, 제2 탄소나노튜브(113)는 활성층(300)의 일 면과 θ2의 배향각을 이루며, 제1 탄소나노튜브(111)와 제2 탄소나노튜브(113)가 교대로 배열될 수 있다.
또한, 제1 탄소나노튜브(111)와 제2 탄소나노튜브(113) 사이에는 제1 지지체(210)와 제2 지지체(230)가 교대로 배열될 수 있다.
상기 탄소나노튜브 분리막의 두께(H)는 0.1 내지 50㎛일 수 있다. 상기 탄소나노튜브의 내경은 0.5 내지 2㎚일 수 있다.
상기 탄소나노튜브 분리막의 단위 면적당(cm2) 표면 기공율(surface porosity)은 1×1010 개/cm2 이상일 수 있다.
본 발명은 상기 탄소나노튜브 분리막을 포함하는 역삼투막을 제공할 수 있다.
상기 역삼투막은 지지층 위에 상기 탄소나노튜브 분리막을 형성하여 제조될 수 있고, 상기 탄소나노튜브 분리막 위에는 별도의 보호층이 형성될 수 있다.
상기 역삼투막은 25℃, pH 8인 조건에서 배제율이 99% 이상이고, 수투과율이 0.05 m/d·bar 이상일 수 있다.
실시예
실시예 1
도 2의 구체예에 따라 지지체로서 Cu 와이어(wire)를 이용하여 평균 내경이 1.2nm인 CNT를 120℃에서 압착 성형하여 폴리프필렌 수지에 함침시켜, CNT를 포함하는 우븐시트(wooven sheet)를 입체화한 후 절삭하여, 일정 분포의 CNT 배향각 (배향각 θ1 : 평균 45°, 배향각 θ2 : 평균 132°)을 가지며 5.1×1010 개/cm2 의 기공율을 가지는 역삼투막을 제조하였으며, 배제율 및 수투과도를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 2
도 3의 구체예에 따라 지지체로서 Cu 메쉬롤(mesh roll)을 이용하여 평균 내경이 1.2nm인 CNT를 120℃에서 압착 성형하여 폴리프필렌 수지에 함침시켜, CNT를 포함하는 우븐시트(wooven sheet)를 입체화한 후 절삭하여, 일정 분포의 CNT 배향각 (배향각 θ1 : 평균 70°, 배향각 θ2 : 평균 106°)을 가지며 8.0×1010개/cm2의 기공율을 가지는 역삼투막을 제조하였으며, 배제율 및 수투과도를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
비교예 1
폴리설폰 지지체(PS35,SepPro社) 상에서 0.03wt% 농도로 CNT(내경, 1.2㎚)를 분산시킨 MPD (m-Phenylenediamine)수계 용액을 지지체 상에 코팅 후 TMC (Trimesoylchloride) hexane 용액과 계면 중합을 유도하여 CNT가 함유된 역삼투막을 제조하였다. 활성층의 두께는 약 0.5㎛이며, 배제율 및 수투과도를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
　 실시예 1 실시예 2 비교예 1
배제율 (%) 99 99 97.5
수투과도(m/d·bar) 0.052 0.06 0.013
상기 표 1의 결과에서 보듯이, 특정한 배향각을 갖는 탄소나노튜브가 규칙적으로 배열된 실시예 1 및 2의 탄소나노튜브 분리막을 포함하는 역삼투막은 무작위적으로 배치된 탄소나노튜브를 포함하는 비교예 2의 역삼투막에 비하여 배제율이 우수하고 수투과도가 우수한 것을 알 수 있다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (17)

  1. 제1 면 및 상기 제1 면과 대향하는 제2 면이 구비된 활성층; 및
    상기 활성층을 관통하여 기공을 형성하는 복수 개의 탄소나노튜브;를 포함하고,
    상기 탄소나노튜브는 상기 활성층의 평탄한 일 면과 θ1의 배향각을 이루는 제1 탄소나노튜브; 및 θ2의 배향각을 이루는 제2 탄소나노튜브;가 교대로 배열되며,
    상기 배향각 θ1 및 θ2는 각각 30° ≤ θ1 ≤ 90° 이고, 90° ≤ θ2 ≤ 150°인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 분리막.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 θ1 및 θ2는 하기 식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 분리막:
    [식 1]
    0° ≤ Abs｜θ1-θ2｜ ≤ 120°
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 탄소나노튜브로 구성된 제1 탄소나노튜브 열;과
    상기 제2 탄소나노튜브로 구성된 제2 탄소나노튜브 열;이 교대로 배열된 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 분리막.
  4. 제3항에 있어서
    제1 탄소나노튜브 열과 제2 탄소나노튜브 열 사이에는 지지체가 구비된 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 분리막.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 지지체는 분리막 내부에 형성된 와이어 또는 막대 형상인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 분리막.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 분리막의 두께는 0.1 내지 50㎛이며, 상기 탄소나노튜브의 내경은 0.5 내지 2㎚인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 분리막.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 활성층은 폴리아미드계 수지 또는 친수화처리된 폴리올레핀계 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 분리막.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 활성층의 단위 면적(cm2) 당 표면 기공율(surface porosity)은 1×1010 개/cm2이상인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 분리막.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 탄소나노튜브 분리막을 포함하는 역삼투막.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 역삼투막은 25℃, pH 8 조건에서 배제율이 99% 이상이고, 수투과율이 0.05 m/d·bar 이상인 것을 특징으로 하는 역삼투막.
  11. 탄소나노튜브 시트를 제공하는 단계;
    제공된 상기 탄소나노튜브 시트를 입체화하는 단계;
    상기 입체화된 탄소나노튜브 시트를 고분자 수지에 함침시켜 CNT-고분자 복합체를 제조하는 단계; 및,
    상기 CNT-고분자 복합체를 에칭하는 단계;를 포함하는 탄소나노튜브 분리막의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브 시트는 지지체를 이용하여 입체화된 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 분리막의 제조방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 입체화된 탄소나노튜브 시트는 웨이브 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 분리막의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 웨이브 패턴은 주기를 가지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 분리막의 제조방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 CNT-고분자 복합체를 에칭하는 단계는 상기 CNT-고분자 복합체 표면에 기공이 형성되도록 상기 CNT-고분자 복합체의 외부표면을 절삭하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 분리막의 제조방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브 시트를 형성하는 탄소나노튜브는 규칙적으로 배열된 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 분리막의 제조방법.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 고분자 수지는 폴리아미드계 수지 또는 친수화 처리된 폴리올레핀계 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 분리막의 제조방법.
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