KR20150051137A - Separation membrane for water treatment and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
수처리용 분리막 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
And to a process for producing the same.
수처리 분야에 안전하고 친환경적인 기술로 현재 분리막 기술이 주목을 받고 있다.Membrane technology is attracting attention as a safe and environmentally friendly technology for water treatment.
분리막에 친수성을 증가시키기 위해서 Al2O3, ZrO2, TiO2, CuO, silica, 등의 무기 물질을 함께 고분자 분리막에 넣어서 많은 연구가 되고 있다. In order to increase the hydrophilicity of the membrane, inorganic materials such as Al 2 O 3 , ZrO 2 , TiO 2 , CuO, and silica are added to polymer membranes.
일반적으로 분리막이 미생물과 오염물질에 대한 오염 현상이 일어나기 때문에 친수성을 증가시키며 물리 화학적 특성이 강화된 분리막 제작을 필요로 한다. Generally, separation membranes are contaminated with microorganisms and pollutants, so they require hydrophilic membranes and membranes with enhanced physico - chemical properties.
분리막 소재로서 다양한 특징을 지닌 물질을 빠르게 얻을 수 있는 고분자 블렌딩법을 이용하고 있으며 높은 수투과율과 투과 선택도를 나타내고 있다.
As a membrane material, polymer blending method is used to obtain materials with various characteristics rapidly and it shows high water permeability and permeation selectivity.
본 발명은 폴리설폰 및 다공성 금속-유기 구조 화합물(MOF, Metal-Organic frameworks)를 포함하는 수처리용 분리막 등을 제공하고자 한다.The present invention seeks to provide a water treatment separator comprising a polysulfone and a porous metal-organic framework (MOF).
그러나, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
However, the technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above-mentioned problems, and other matters not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명은 폴리설폰 및 다공성 금속-유기 구조 화합물(MOF, Metal-Organic frameworks)를 포함하는 수처리용 분리막을 제공한다.The present invention provides a water treatment separator comprising a polysulfone and a porous metal-organic framework (MOF).
본 발명의 일 구현예로, 폴리설폰 및 다공성 금속-유기 구조 화합물(MOF, Metal-Organic frameworks)를 포함하는 지지층; 및 활성층을 포함하는 수처리용 분리막을 제공한다.In one embodiment of the present invention, a support layer comprising a polysulfone and a porous metal-organic framework compound (MOF); And an active layer.
상기 다공성 금속-유기 구조 화합물은 Cr MIL, IRMOF-1, MAMS, CuBTC(HKUST-1) 및 ZIF 중에서 및 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.The porous metal-organic structural compound may include at least one selected from the group consisting of Cr MIL, IRMOF-1, MAMS, CuBTC (HKUST-1) and ZIF, and combinations thereof.
상기 다공성 금속-유기 구조 화합물은 산 처리되어 OH기가 활성화될 수 있다.The porous metal-organic structural compound may be acid-treated to activate the OH group.
상기 다공성 금속-유기 구조 화합물이 폴리설폰에 분산되어 존재할 수 있다.The porous metal-organic structural compound may be present dispersed in polysulfone.
상기 다공성 금속-유기 구조 화합물은 상기 폴리설폰 100 중량부 대비 0.2 내지 10 중량부의 함량으로 포함될 수 있다.The porous metal-organic structural compound may be contained in an amount of 0.2 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the polysulfone.
상기 수처리용 분리막은 정밀여과막, 한외여과막, 나노여과막, 역삼투막 또는 정삼투막일 수 있다.The water treatment separation membrane may be a microfiltration membrane, an ultrafiltration membrane, a nanofiltration membrane, a reverse osmosis membrane or a normal osmosis membrane.
상기 수처리용 분리막의 두께가 100㎛ 내지 300㎛일 수 있다.The thickness of the water treatment separator may be 100 탆 to 300 탆.
본 발명의 다른 구현예로, (a) 폴리설폰, 다공성 금속-유기 구조 화합물 및 극성 아프로틱(aprotic) 유기용매를 포함하는 캐스팅 용액을 형성하는 단계; (b) 상기 캐스팅 용액을 지지체에 캐스팅한 후, 비용매에 침지하여 폴리설폰을 고형화시키는 단계; 및 (c) 상기 고형화된 폴리설폰을 세정하는 단계;를 포함하는 수처리용 분리막의 제조 방법을 제공한다.In another embodiment of the present invention, there is provided a process for preparing a casting composition comprising: (a) forming a casting solution comprising a polysulfone, a porous metal-organic structural compound and a polar aprotic organic solvent; (b) casting the casting solution onto a support and then immersing the casting solution in a non-solvent to solidify the polysulfone; And (c) washing the solidified polysulfone. The present invention also provides a method for producing a separator for water treatment.
(d) 상기 세정된 폴리설폰을 다관능성 아민 용액과 다관능성 아실할라이드 용액에 의해 계면 중합반응시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. (d) subjecting the washed polysulfone to an interfacial polymerization reaction with a polyfunctional amine solution and a polyfunctional acyl halide solution.
상기 다관능성 아민 용액의 농도는 1.5 중량% 내지 3 중량%이고, 상가 다관능성 아실할라이드 용액의 농도는 0.075 중량% 내지 0.15 중량%일 수 있다.The concentration of the polyfunctional amine solution may be 1.5 wt% to 3 wt%, and the concentration of the polyfunctional acyl halide solution may be 0.075 wt% to 0.15 wt%.
상기 (a) 단계에서 다공성 금속-유기 구조 화합물은 산처리되어 상기 캐스팅 용액에 포함된 것일 수 있다.In the step (a), the porous metal-organic structural compound may be acid-treated and contained in the casting solution.
상기 (a) 단계에서 극성 아프로틱 유기용매는 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, N-메틸피롤리돈, 디메틸술폭사이드 및 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.In the step (a), the polar aprotic organic solvent may include at least one selected from the group consisting of dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, dimethylsulfoxide, and combinations thereof.
상기 (a) 단계에서 캐스팅 용액은 극성 아프로틱(aprotic) 유기용매 100 중량부에 대하여 폴리설폰 10 내지 50 중량부 및 다공성 금속-유기 구조 화합물 0.1 내지 1중량부 포함할 수 있다.In the step (a), the casting solution may contain 10 to 50 parts by weight of polysulfone and 0.1 to 1 part by weight of the porous metal-organic structural compound based on 100 parts by weight of the polar aprotic organic solvent.
상기 (a) 단계에서 캐스팅 용액은 친수성 고분자 첨가제 및 유기산 상전이 응고촉매 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.In the step (a), the casting solution may further include at least one of a hydrophilic polymer additive and an organic acid phase transfer coagulation catalyst.
상기 (a) 단계에서 지지체는 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리아미드 및 폴리이미드 중 1종 이상을 포함하는 필름이거나, 부직포일 수 있다.In the step (a), the support may be a film containing at least one of polyester, polypropylene, polyethylene, polyamide and polyimide, or may be a nonwoven fabric.
상기 (b) 단계는 상기 캐스팅 용액을 상기 지지체에 100 내지 300㎛ 두께로 캐스팅할 수 있다.
In the step (b), the casting solution may be cast on the support to a thickness of 100 to 300 탆.
본 발명에 따른 수처리 분리막은 금속-유기 구조체(metal-organic framework, MOF) 및 폴리설폰 고분자를 포함시켰는바, 수처리 분리막의 다공성 및 친수성을 증가시킬 수 있고, 수처리 분리막 표면의 저항을 낮출 수 있어, 소수성 오염 물질들이 수처리용 분리막에 흡착되는 것을 방지하여 수처리용 분리막의 내오염성을 향상시키고, 수투과유량 및 염제거율을 향상시킬 수 있다.When the water treatment separation membrane according to the present invention includes a metal-organic framework (MOF) and polysulfone polymer, it is possible to increase the porosity and hydrophilicity of the water treatment separation membrane and lower the resistance of the surface of the water treatment separation membrane, It is possible to prevent the hydrophobic pollutants from being adsorbed to the water treatment separator, to improve the stain resistance of the water treatment separator, and to improve the water permeation flow rate and the salt removal rate.
또한, 상기 금속-유기 구조체(metal-organic framework, MOF)를 산처리함으로써, 수처리 분리막의 다공성 및 친수성을 더욱 증가시킬 수 있고, 수처리 분리막 표면의 저항을 더욱 낮출 수 있다.
Furthermore, by acid-treating the metal-organic framework (MOF), the porosity and hydrophilicity of the water treatment separation membrane can be further increased, and the resistance of the surface of the water treatment separation membrane can be further reduced.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 수처리용 분리막의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 2는 실시예 3, 실시예 4, 실시예 2 및 실시예 5의 수처리 분리막에 대하여 수투과유량을 측정한 결과이다.
도 3은 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 수처리 분리막에 대하여 수투과유량을 측정한 결과이다.
도 4는 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 수처리 분리막에 대하여 XPS 분석 결과이다.
도 5는 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 수처리 분리막에 대하여 내오염성을 평가하기 위해 BSA 용액에 대하여 시간에 따른 투과유량을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 도 5의 결과로부터 계산된 MFI 값을 나타낸 그래프이다.
도 7은 비교예 2, 실시예 6, 실시예 7 및 실시예 8의 수처리용 분리막 지지층 표면과 물의 접촉각도(θ)를 나타낸 이미지이다.
도 8은 실시예 7 및 비교예 2의 수처리용 분리막에 대하여 수투과유량 및 염제거율을 측정한 결과이다.
도 9는 실시예 7 및 비교예 2의 수처리용 분리막 표면에 대하여 감쇠전반사 적외선 분광광도계(ATR-FTIR) 분석 결과이다.
도 10은 실시예 7 및 비교예 2의 수처리용 분리막 표면에 대하여 전계방사형 주사전자현미경(FE-SEM) 분석 결과이다.
도 11은 실시예 7 및 비교예 2에 따른 수처리용 분리막 표면의 주사탐침현미경(AFM) 분석 결과이다.FIG. 1 is a flowchart schematically showing a method of manufacturing a separation membrane for water treatment according to an embodiment of the present invention.
2 shows the results of measurement of the water permeation flow rate for the water treatment separation membranes of Examples 3, 4, 2, and 5.
3 shows the results of measurement of water permeation flow rate for the water treatment separation membranes of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1. Fig.
4 shows XPS analysis results of the water treatment membranes of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1. Fig.
5 is a graph showing the results of measurement of permeation fluxes with time for the BSA solution to evaluate the stain resistance of the water treatment membranes of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1. FIG.
6 is a graph showing MFI values calculated from the results of FIG.
7 is an image showing contact angle (?) Between the surface of the water-treating separation membrane support layer and water of Comparative Example 2, Example 6, Example 7, and Example 8. FIG.
Fig. 8 shows the results of measurement of the water permeation flow rate and the salt removal rate for the water treatment membranes of Example 7 and Comparative Example 2. Fig.
FIG. 9 shows results of ATR-FTIR analysis of damping total internal reflection (IR) spectroscopy on the surface of the separation membrane for water treatment of Example 7 and Comparative Example 2. FIG.
Fig. 10 shows results of field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) analysis of the surface of the separation membrane for water treatment of Example 7 and Comparative Example 2. Fig.
11 is a scanning probe microscope (AFM) analysis result of the surface of a separation membrane for water treatment according to Example 7 and Comparative Example 2. Fig.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.
본 발명의 일 구현예에서, 폴리설폰 및 다공성 금속-유기 구조 화합물(MOF, Metal-Organic Frameworks)를 포함하는 수처리용 분리막을 제공한다.In one embodiment of the present invention, there is provided a water treatment separator comprising polysulfone and a porous metal-organic framework compound (MOF).
본 발명의 다른 구현예에서, 폴리설폰 및 다공성 금속-유기 구조 화합물(MOF, Metal-Organic frameworks)를 포함하는 지지층; 및 활성층을 포함하는 수처리용 분리막을 제공한다.폴리설폰 (PSF, polysulfone)은 분리막 제조용 재료로서 우수한 물리 화학적 특성을 소지하며, 열적 안정성과 기계적 강도가 매우 우수한 열가소성 수지이다. 상기 수처리용 분리막은 소수성의 폴리설폰과 함께 다공성 금속-유기 구조 화합물(MOF)을 함께 포함하여 친수성이 향상되고, 그에 따라서 수투과유량이 향상시킬 수 있으며, 아울러 우수한 내오염 특성을 갖는다.In another embodiment of the present invention, a support comprising a polysulfone and a porous metal-organic framework (MOF) compound; (PSF, polysulfone) is a thermoplastic resin having excellent physical and chemical properties as a material for producing a separator and having excellent thermal stability and mechanical strength. The water treatment separator includes a hydrophobic polysulfone together with a porous metal-organic structure compound (MOF) to improve hydrophilicity, thereby improving the water permeation flow rate and having excellent resistance to contamination.
상기 다공성 금속-유기 구조 화합물(MOF)은 MOF로서 공지된 물질이 제한 없이 사용될 수 있다. 이러한 다공성 금속-유기 구조 화합물(MOF)은 금속이온과 유기 리간드의 연속적인 결합으로 3차원 형태의 일정한 골격을 가지는 결정성 화합물이다. 이런 유기 리간드들은 금속이온과 배위결합을 하고 있어 배위 폴리머 (coordination polymers)라고도 불리며 이렇게 형성된 구조가 대부분 제올라이트의 구조와 성질이 비슷하게 나타난다. 또한, 상기 다공성 금속-유기 구조 화합물(MOF)은 높은 온도에서 변형이 쉽게 일어나지 않으며 단단한 골격을 가지고 있어 화학적 안정성 및 열적 안정성이 우수하다.The porous metal-organic structure compound (MOF) may be any material known as MOF without limitation. This porous metal-organic structure compound (MOF) is a crystalline compound having a constant skeleton in a three-dimensional form due to continuous bonding of a metal ion and an organic ligand. These organic ligands are coordinated with metal ions and are called coordination polymers, and the structures thus formed are similar in structure and properties to zeolite. In addition, the porous metal-organic structure compound (MOF) does not readily deform at high temperatures and has a rigid skeleton, which is excellent in chemical stability and thermal stability.
다공성 금속-유기 구조 화합물(MOF)은 일반적으로 물에 대한 강한 친수성을 가지고 있어서 물에 잘 녹는 구조적 불안정성을 가지고 있기 때문에, 상기 다공성 금속-유기 구조 화합물(MOF)은 산 처리되어 OH기가 활성화된 것을 사용함으로써, 물에 대한 구조적인 안정성을 더욱 향상시킬 수 있다. 즉, 상기 다공성 금속-유기 구조 화합물을 막 형성 전에 미리 산 처리시킴으로써, 전술한 바와 같이 물에 대한 구조적 안정성을 향상시켜 수처리 분리막으로 사용시 상기 다공성 금속-유기 구조 화합물 내의 금속이 용출을 억제할 수 있게 된다.Since the porous metal-organic structure compound (MOF) generally has strong hydrophilicity to water and has a structural instability that dissolves in water, the porous metal-organic structure compound (MOF) By using it, the structural stability against water can be further improved. That is, by preliminarily treating the porous metal-organic structural compound with an acid prior to the film formation, it is possible to improve the structural stability to water as described above, so that when the porous metal-organic structural compound is used as a water treatment separation membrane, do.
또한, 상기 다공성 금속-유기 구조 화합물(MOF)은 산 처리되어 작용기가 도입된 것을 사용함으로써 폴리설폰 내 분산 안정성을 향상시킬 수 있다.In addition, the porous metal-organic structure compound (MOF) can be improved in the dispersion stability in the polysulfone by using an acid-treated and functional group introduced thereinto.
한편, 상기 수처리 분리막에 포함된 상기 다공성 금속-유기 구조 화합물(MOF)은 전술한 바와 같이 친수성이어서, 소수성 오염 물질들이 분리막에 흡착되는 것을 방지하여 분리막의 내오염성을 향상시킨다.On the other hand, the porous metal-organic structure compound (MOF) contained in the water treatment separation membrane is hydrophilic as described above, thereby preventing the hydrophobic contaminants from being adsorbed on the separation membrane, thereby improving the stain resistance of the separation membrane.
상기 다공성 금속-유기 구조 화합물(MOF)의 구체적인 예를 들면, Cr MIL, IRMOF-1, MAMS, CuBTC(HKUST-1), ZIF 등이 있고, 이에 제한되지 않으며, 이들을 조합하여 사용할 수도 있다. Specific examples of the porous metal-organic structural compound (MOF) include Cr MIL, IRMOF-1, MAMS, CuBTC (HKUST-1), ZIF and the like.
상기 수처리용 분리막은 상기 다공성 금속-유기 구조 화합물(MOF)을 상기 폴리설폰 100 중량부 대비 약 0.2 내지 약 10 중량부의 함량으로 포함할 수 있다. 상기 함량 범위의 함량비로 폴리설폰과 다공성 금속-유기 구조 화합물(MOF)을 포함하여 분리막을 형성함으로써, 막 재료로서의 폴리설폰의 우수한 특성, 즉, 열적 안정성 및 기계적 강도 등을 우수하게 구현하면서도, 동시에 우수한 수투과성, 내오염성 등을 수처리용 분리막에 부여할 수 있다. The water treatment separator may contain the porous metal-organic structural compound (MOF) in an amount of about 0.2 to about 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the polysulfone. By forming a separation membrane containing a polysulfone and a porous metal-organic structural compound (MOF) at a content ratio in the above content range, excellent characteristics of polysulfone as a membrane material, that is, thermal stability and mechanical strength, Excellent water permeability, stain resistance and the like can be imparted to the water treatment separator.
상기 수처리용 분리막은 정밀여과막, 한외여과막, 나노여과막, 역삼투막 또는 정삼투막 등으로 제조될 수 있다. The water treatment separator may be formed of a microfiltration membrane, an ultrafiltration membrane, a nanofiltration membrane, a reverse osmosis membrane, or a osmosis membrane.
일반적으로 수처리에 사용되는 분리막은 막 기공의 크기 및 구조에 따라 역삼투막, 나노여과막, 한외여과막, 정밀여과막이 있는데 역삼투막은 일가 이온들을 제거하여 최종적으로 순수한 물만을 통과시킬 수 있으며, 나노여과막은 각종 다가의 이온 (Ca2 +, Mg2 +, Fe3 + 등) 과 저분자량의 유기물을 충분히 제거할 수 있다. 또한 한외여과막은 고분자량의 유기물이나 각종 바이러스를 제거할 수 있고 마지막으로 정밀여과막은 탁도를 조절하고 각종 박테리아를 제거할 수 있다. In general, the separation membrane used for water treatment has a reverse osmosis membrane, a nanofiltration membrane, an ultrafiltration membrane, and a microfiltration membrane depending on the size and structure of membrane pores. The reverse osmosis membrane can remove only univalent ions and finally pass only pure water. Ions (Ca 2 + , Mg 2 + , Fe 3 +, etc.) and organic substances having a low molecular weight can be sufficiently removed. Ultrafiltration membranes can remove high molecular weight organics and various viruses. Finally, microfiltration membranes can control turbidity and remove various bacteria.
구체적으로, 상기 수처리용 분리막은 정밀여과막 또는 한외여과막일 수 있다.Specifically, the water treatment separator may be a microfiltration membrane or an ultrafiltration membrane.
상기 수처리용 분리막의 두께는 상기 막의 종류에 따라 용도에 맞게 조절될 수 있고, 예를 들어, 약 100㎛ 내지 약 300㎛일 수 있다.
The thickness of the water treatment separator may be adjusted depending on the type of the membrane, and may be, for example, about 100 탆 to about 300 탆.
또한, 본 발명은 (a) 폴리설폰, 다공성 금속-유기 구조 화합물(MOF) 및 극성 아프로틱(aprotic) 유기용매를 포함하는 캐스팅 용액을 형성하는 단계; (b) 상기 캐스팅 용액을 지지체에 캐스팅한 후, 비용매에 침지하여 폴리설폰을 고형화시키는 단계; 및 (c) 상기 고형화된 폴리설폰을 세정하는 단계;를 포함하는 수처리용 분리막의 제조 방법을 제공한다.The present invention also provides a method of forming a casting solution, comprising: (a) forming a casting solution comprising a polysulfone, a porous metal-organic structure compound (MOF) and a polar aprotic organic solvent; (b) casting the casting solution onto a support and then immersing the casting solution in a non-solvent to solidify the polysulfone; And (c) washing the solidified polysulfone. The present invention also provides a method for producing a separator for water treatment.
(d) 상기 세정된 폴리설폰을 다관능성 아민 용액과 다관능성 아실할라이드 용액에 의해 계면 중합반응시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.(d) subjecting the washed polysulfone to an interfacial polymerization reaction with a polyfunctional amine solution and a polyfunctional acyl halide solution.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 수처리용 분리막의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다. FIG. 1 is a flowchart schematically showing a method of manufacturing a separation membrane for water treatment according to an embodiment of the present invention.
상기 수처리용 분리막의 제조 방법은 용매-비용매 치환 상전이법을 이용한 경우로서, 상기 수처리용 분리막은 다른 공지된 막 형성 방법을 적용하여 제조될 수 있다.The method for producing the water treatment membrane may be a solvent-non-solvent phase transfer method, and the water treatment membrane may be produced by applying other known membrane forming methods.
이하, 구체적인 상기 수처리용 분리막의 제조 방법에 대하여 예시적으로 상세히 설명한다. Hereinafter, a specific method for producing the above water treatment separator will be described in detail.
도 1을 참조하면, 상기 수처리용 분리막의 제조 방법은 캐스팅 용액 형성 단계(S110), 캐스팅/상전이 단계(S120) 및 세정 단계(S130)를 포함한다. Referring to FIG. 1, the method for preparing a water treatment separator includes a casting solution forming step (S110), a casting / phase transition step (S120), and a cleaning step (S130).
우선, 캐스팅 용액 형성 단계(S110)에서는 용해조 내에서, 다공성 금속-유기 구조 화합물(MOF) 및 극성 아프로틱(aprotic) 유기용매를 포함하는 캐스팅 용액을 형성한다. First, in a casting solution forming step (S110), a casting solution containing a porous metal-organic structural compound (MOF) and a polar aprotic organic solvent is formed in a melting tank.
캐스팅 용액의 조액은 대략 60℃의 질소 분위기 하에서 이루어질 수 있으며, 24시간 이상 완전히 용해시킨 후 초음파 진동과 감압 분위기를 순차적으로 조성하여 캐스팅 용액 내 기포를 충분히 제거하는 것이 바람직하다. The crude liquid of the casting solution may be made under a nitrogen atmosphere at about 60 ° C. It is preferable to thoroughly dissolve for more than 24 hours, and then ultrasonic vibration and a reduced pressure atmosphere are sequentially formed to sufficiently remove bubbles in the casting solution.
상기 폴리설폰은 극성 아프로틱 유기용매 100 중량부에 대하여 약 10 내지 약 50중량부로 사용될 수 있다. 폴리설폰이 극성 아프로틱 유기용매 100 중량부에 대하여, 약 10 중량부 미만일 경우 제조되는 한외 여과막의 여재로 작용이 불충분하다. 반대로, 폴리설폰이 극성 아프로틱 유기용매 100 중량부에 대하여 약 50 중량부를 초과하는 경우, 점도의 과다한 상승으로 인하여 캐스팅이 어려워질 수 있다. The polysulfone may be used in an amount of about 10 to about 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the polar aprotic organic solvent. When the polysulfone is less than about 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the polar aprotic organic solvent, it is insufficient as a filter material of an ultrafiltration membrane to be produced. Conversely, if the polysulfone is greater than about 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the polar aprotic organic solvent, casting may be difficult due to excessive viscosity increase.
극성 아프로틱 유기용매는 폴리설폰을 용해하는 역할을 한다. 이러한 극성 아프로틱 유기용매는 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, N-메틸피롤리돈, 디메틸술폭사이드 등을 1종 이상 이용할 수 있다. The polar aprotic organic solvent serves to dissolve the polysulfone. As the polar aprotic organic solvent, at least one of dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, dimethylsulfoxide and the like can be used.
다공성 금속-유기 구조 화합물(MOF)을 극성 아프로틱 유기용매와 착화합물을 형성하여, MOF 폴리설폰 상전이 과정 중 응고시 친수성을 향상시킴으로써 비대칭성을 향상시키는 역할을 한다. 이러한 다공성 금속-유기 구조 화합물(MOF)의 상세한 설명은 전술한 바와 같다. The porous metal-organic structure compound (MOF) forms a complex with a polar aprotic organic solvent to improve hydrophilicity during solidification during the MOF polysulfone phase transition, thereby improving asymmetry. A detailed description of such a porous metal-organic structural compound (MOF) is as described above.
전술한 바와 같이, 이때, 산 처리된 다공성 금속-유기 구조 화합물(MOF)을 사용할 수 있다. As noted above, acid-treated porous metal-organic structure compounds (MOF) may be used at this time.
다공성 금속-유기 구조 화합물(MOF)의 산 처리는 다공성 금속-유기 구조 화합물(MOF)에 구조적 안정성의 증가와 OH기를 활성화시켜 친수성 조건을 형성하기 위해 여러 종류의 산을 첨가하여 OH기가 활성화된 산 처리 MOF를 형성한다. Acid treatment of porous metal-organic structure compounds (MOF) increases the structural stability and activates OH groups in porous metal-organic structure compounds (MOFs), adding various kinds of acids to form hydrophilic conditions, To form a treated MOF.
보다 구체적으로, 다공성 금속-유기 구조 화합물(MOF)의 산 처리는 다공성 금속-유기 구조 화합물(MOF)에 일정량의 산을 넣고 알코올 용매를 일정량 채운 후 실내 온도에서 일정한 시간 동안 교반한 후, 페이퍼 필터로 3회 이상 감압을 수행하여 다공성 금속-유기 구조 화합물(MOF)을 필터링하고, 그 결과물을 오븐에서 약 60℃ 이상의 온도 및 약 24시간 정도의 시간 동안 건조하는 것을 제시할 수 있다. More specifically, in the acid treatment of the porous metal-organic structural compound (MOF), a predetermined amount of an acid is added to a porous metal-organic structural compound (MOF), and a certain amount of an alcohol solvent is charged. After stirring for a predetermined time at room temperature, To remove the porous metal-organic structural compound (MOF), and to dry the resultant in an oven at a temperature of about 60 캜 or higher and for a time of about 24 hours.
산 처리에 이용되는 산은 HCl, H2SO4, HNO3, H2CO3, HCOOH, CH3COOH 등을 이용할 수 있다. 구체적으로, 산처리 농도는 MOF의 결정구조가 깨지지 않는 수준 (예를 들어, pH3)으로 진행할 수 있고, 산처리 시간은 약 1 시간 내지 약 6 시간일 수 있다.The acid used in the acid treatment may be HCl, H 2 SO 4 , HNO 3 , H 2 CO 3 , HCOOH, CH 3 COOH, or the like. Specifically, the acid treatment concentration can proceed to a level at which the crystal structure of MOF is unbreakable (for example, pH 3), and the acid treatment time can be from about 1 hour to about 6 hours.
상기 알코올의 종류는 메틸알콜, 에틸알콜, 프로판올, 부탄올 등을 이용할 수 있다. Examples of the alcohol include methyl alcohol, ethyl alcohol, propanol, and butanol.
상기 다공성 금속-유기 구조 화합물(MOF)은 극성 아프로틱 유기용매 100 중량부에 대하여, 약 0.1 내지 약 1중량부로 포함될 수 있다. 상기 다공성 금속-유기 구조 화합물(MOF)의 첨가량이 극성 아프로틱 유기용매 100 중량부에 대하여 약 0.1 중량부 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분할 수 있다. 반대로, 상기 다공성 금속-유기 구조 화합물(MOF)의 첨가량이 극성 아프로틱 유기용매 100 중량부에 대하여, 약 1 중량부를 초과하는 경우, 용액 안정성을 저해할 수 있다. The porous metal-organic structure compound (MOF) may be included in an amount of about 0.1 to about 1 part by weight based on 100 parts by weight of the polar aprotic organic solvent. If the addition amount of the porous metal-organic structural compound (MOF) is less than about 0.1 part by weight based on 100 parts by weight of the polar aprotic organic solvent, the effect of the addition may be insufficient. Conversely, when the amount of the porous metal-organic structural compound (MOF) added is more than about 1 part by weight based on 100 parts by weight of the polar aprotic organic solvent, the solution stability may be impaired.
상기 수처리용 분리막의 제조 방법은 다공성 금속-유기 구조 화합물(MOF)이 캐스팅 용액에 첨가됨으로써, 용매-비용매 치환 상전이법에 있어 캐스팅 용액이 응고조에 침지되기 전에 예비 응고(pre-emulsifying)를 활성화시켜 다공성 금속-유기 구조 화합물(MOF)와 폴리설폰 간의 분산을 유리하게 할 수 있다.The method for producing the water treatment separator is characterized in that the porous metal-organic structure compound (MOF) is added to the casting solution, thereby enabling pre-emulsifying before the casting solution is immersed in the coagulation bath in the solvent- To facilitate dispersion of the porous metal-organic structure compound (MOF) and the polysulfone.
상기 수처리용 분리막의 제조 방법은 다공성 금속-유기 구조 화합물(MOF) 내의 금속 이온에 의해 친수성이 제고될 수 있고, 따라서, 상기 캐스팅 용액에 산 처리된 다공성 금속-유기 구조 화합물(MOF)을 사용함으로써 캐스팅 용액의 극성을 더욱 향상시킬 수 있다. 이러한 극성의 향상은 예비 응고 과정에서 표면의 수분 흡수 속도의 조절을 가능하게 하며 이에 따른 표면 구조 결정 시기가 당겨지는 결과를 가져온다. 그 결과로 일반 다공성 금속-유기 구조 화합물(MOF)과 산 처리된 다공성 금속-유기 구조 화합물(MOF)을 포함하는 캐스팅 용액의 함량 조절로 기공 크기의 조절 및 비대칭성 조절이 가능하다. 그에 따라 미세 다공성의 정밀 여과막 또는 한외 여과막을 형성할 수 있게 된다.The method of preparing the water treatment separator can be improved in hydrophilicity by the metal ions in the porous metal-organic structure compound (MOF), and therefore, by using the porous metal-organic structural compound (MOF) acid-treated in the casting solution The polarity of the casting solution can be further improved. The improvement of the polarity makes it possible to control the rate of water absorption of the surface in the precoagulation process, resulting in the pulling of the surface structure determination timing. As a result, it is possible to control the pore size and the asymmetry by controlling the content of the casting solution including the general porous metal-organic structure compound (MOF) and the acid-treated porous metal-organic structure compound (MOF). Whereby a microporous microfiltration membrane or an ultrafiltration membrane can be formed.
또한, 상기 다공성 금속-유기 구조 화합물(MOF)이 첨가된 캐스팅 용액은 친수화하는 금속이 이온 상태로 균일계 용액(homogeneous casting solution)을 구현할 수 있어, 균일한 표면 친수화가 가능하게 된다.In addition, the casting solution to which the porous metal-organic structural compound (MOF) is added can realize homogeneous casting solution in the ion state of the hydrophilizing metal, thus enabling uniform surface hydrophilization.
캐스팅 용액에는 친수성 향상을 위한 친수성 고분자 첨가제, 상전이를 용이하게 하기 위한 유기산 상전이 응고촉매 등이 더 포함될 수 있다. 이들 친수성 고분자 첨가제, 유기산 상전이 응고촉매 등이 첨가될 경우, 그 첨가량은 제조되는 한외 여과막의 물성을 저하시키지 않도록, 극성 아프로틱 유기용매 100 중량부에 대하여, 각각 약 10중량부 이하로 첨가하는 것이 바람직하다. 캐스팅 후 상기 비용매 침지 전까지 캐스팅 용액의 노출 상대 습도가 약 60 내지 약 80%이고, 노출 시간이 약 5초 내지 약 120초일 수 있다. 상기 노출 습도 및 노출 온도 조건에서 미세 기공 형성이 용이하다.
The casting solution may further include a hydrophilic polymer additive for improving hydrophilicity, an organic acid phase coagulation catalyst for facilitating phase transition, and the like. When these hydrophilic polymer additives and organic acid phase coagulation catalysts are added, the addition amount thereof is preferably about 10 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the polar aprotic organic solvent so as not to lower the physical properties of the ultrafiltration membrane to be produced desirable. The exposure relative humidity of the casting solution after casting to about 60 to about 80% before the impregnation may be between about 5 seconds and about 120 seconds. It is easy to form micro pores under the above-mentioned exposure humidity and exposure temperature conditions.
다음으로, 캐스팅/상전이 단계(S120)에서는 상기 캐스팅 용액을 지지체에 캐스팅한 후, 비용매에 침지하여 폴리설폰을 고형화시킨다. Next, in the casting / phase transition step (S120), the casting solution is cast on a support and immersed in a non-solvent to solidify the polysulfone.
지지체는 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리아미드 및 폴리이미드 중 1종 이상을 포함하는 필름이거나, 부직포를 이용할 수 있다. The support may be a film containing at least one of polyester, polypropylene, polyethylene, polyamide and polyimide, or may be a nonwoven fabric.
캐스팅 온도, 즉 캐스팅 용액의 온도는 약 5 내지 약 60℃로 유지시킬 수 있다. 캐스팅 용액의 온도가 5℃ 미만이거나 60℃를 초과하는 경우, 기공 크기 조절 및 수축률에 불리하게 영향을 미칠 수 있다. The casting temperature, i.e. the temperature of the casting solution, can be maintained at about 5 to about 60 < 0 > C. If the temperature of the casting solution is below 5 ° C or above 60 ° C, it can adversely affect the pore size control and shrinkage.
캐스팅 용액은 지지체에 약 100㎛ 내지 약 300㎛ 두께로 캐스팅될 수 있다. 캐스팅 두께 조절을 위하여, 캐스팅 나이프를 이용할 수 있다. 캐스팅 두께가 약 100㎛ 미만일 경우, 제조되는 한외 여과막의 강도가 저하될 수 있다. 반대로, 캐스팅 두께가 약 300㎛를 초과하는 경우, 용매-비용매 치환이 완전히 일어나기 어려워질 수 있다. The casting solution may be cast on the support to a thickness of about 100 [mu] m to about 300 [mu] m. Casting knives can be used for casting thickness control. When the casting thickness is less than about 100 탆, the strength of the ultrafiltration membrane to be produced may be lowered. Conversely, when the casting thickness exceeds about 300 탆, solvent-non-solvent substitution can become difficult to occur completely.
응고조의 비용매로는 역삼투 분리막을 이용하여 얻어진 정제수를 사용할 수 있다. Purified water obtained by using a reverse osmosis membrane can be used as a non-coagulant.
비용매 침지에 의한 상전이 시, 비용매의 온도는 약 5 내지 약 40℃일 수 있다. 비용매의 온도가 약 5℃ 미만이거나, 40℃를 초과하는 경우, 폴리설폰의 고형화 효율이 저하될 수 있다.
At the phase transition by the non-solvent immersion, the temperature of the non-solvent can be from about 5 to about 40 캜. If the non-solvent temperature is less than about 5 占 폚 or more than 40 占 폚, solidification efficiency of the polysulfone may be lowered.
다음으로, 세정 단계(S130)에서는 세정조에서 고형화된 폴리설폰을 세정한다. Next, in the cleaning step (S130), the polysulfone solidified in the washing tank is washed.
세정조는 3단으로 구성될 수 있으며, 응고조 침수 시간에 비해 약 3 내지 약 16배의 시간 동안 수중에서 진행하게 될 수 있다.The cleaning bath can be composed of three stages and can proceed in water for from about 3 to about 16 times the coagulation bath immersion time.
세정은 약 25 내지 약 100℃에서 수행될 수 있고, 구체적으로, 약 40 내지 약 100℃에서 약 5분 이상 수행할 수 있다. 세정 온도가 약 25℃ 미만에서는 세정 효율이 저하될 수 있다. 반대로, 세정 온도가 약 100℃를 초과하여도 세정 비용 상승 대비 더 이상의 세정 효과 향상이 되지 않는다.
The cleaning may be performed at about 25 to about 100 캜, and specifically about 40 to about 100 캜 for about 5 minutes or more. If the cleaning temperature is less than about 25 ° C, the cleaning efficiency may be lowered. Conversely, even if the cleaning temperature exceeds about 100 ° C, the cleaning effect can not be further improved as compared with the cleaning cost rise.
다음으로, 계면 중합반응 단계(도면 미도시)에서는 세정된 폴리설폰을 다관능성 아민 용액에 침지시킨 후, 다관능성 아실할라이드 용액에 침지시켜 계면 중합반응시킬 수 있다.Next, in the interfacial polymerization reaction step (not shown), the washed polysulfone may be immersed in a polyfunctional amine solution and then immersed in a polyfunctional acyl halide solution to perform interfacial polymerization.
상기 다관능성 아민 용액의 농도는 1.5 중량% 내지 3 중량%이고, 상가 다관능성 아실할라이드 용액의 농도는 0.075 중량% 내지 0.15 중량%일 수 있다.The concentration of the polyfunctional amine solution may be 1.5 wt% to 3 wt%, and the concentration of the polyfunctional acyl halide solution may be 0.075 wt% to 0.15 wt%.
이때, 상기 다관능성 아민은 2 이상의 반응성 아미노기를 갖는 다관능성 아민으로서, 방향족, 지방족 및 지환식 다관능성 아민을 들 수 있다. At this time, the polyfunctional amine is a polyfunctional amine having at least two reactive amino groups, and examples thereof include aromatic, aliphatic and alicyclic polyfunctional amines.
방향족 다관능성 아민으로는, 예컨대, m-페닐렌다이아민, p-페닐렌다이아민, o-페닐렌다이아민, 1,3,5-트라이아미노벤젠, 1,2,4-트라이아미노벤젠, 3,5-다이아미노벤조산, 2,4-다이아미노톨루엔, 2,6-다이아미노톨루엔, N,N'-다이메틸-m-페닐렌다이아민, 2,4-다이아미노아니솔, 아미돌(Amidol), 자일릴렌다이아민 등을 들 수 있다. 지방족 다관능성 아민으로는, 예컨대, 에틸렌다이아민, 프로필렌다이아민, 트리스(2-아미노에틸)아민, n-페닐-에틸렌다이아민 등을 들 수 있다. 지환식 다관능성 아민으로는, 예컨대, 1,3-다이아미노사이클로헥세인, 1,2-다이아미노사이클로헥세인, 1,4-다이아미노사이클로헥세인, 피페라진, 2,5-다이메틸피페라진, 4-아미노메틸피페라진 등을 들 수 있다. 이러한 다관능성 아민은 1종으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다. 높은 염 저지 성능의 활성층을 얻기 위해서는, 방향족 다관능성 아민을 사용하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 보다 조밀한 활성층을 제조하기 위해서는 3 관능성 아민을 사용하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.Examples of the aromatic polyfunctional amine include m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, o-phenylenediamine, 1,3,5-triaminobenzene, 1,2,4- Diaminobenzoic acid, 2,4-diaminobenzoic acid, 2,4-diaminotoluene, 2,6-diaminotoluene, N, N'-dimethyl- (Amidol), xylylenediamine, and the like. Examples of the aliphatic polyfunctional amine include ethylenediamine, propylenediamine, tris (2-aminoethyl) amine, n-phenyl-ethylenediamine and the like. Examples of alicyclic polyfunctional amines include 1,3-diaminocyclohexane, 1,2-diaminocyclohexane, 1,4-diaminocyclohexane, piperazine, 2,5-dimethylpiperazine 4-aminomethylpiperazine, and the like. These polyfunctional amines may be used alone or in combination of two or more. In order to obtain an active layer having a high salt-blocking property, it is preferable to use an aromatic polyfunctional amine, but the present invention is not limited thereto. In order to produce a denser active layer, it is preferable to use a trifunctional amine, but the present invention is not limited thereto.
상기 다관능성 아민 용액은 물에 다관능성 아민을 용해시켜 제조하는데, 이때 다관능성 아민의 함량은 다관능성 아민 용액의 총 중량을 기준으로 1.5 중량% 내지 3 중량%일 수 있다. The polyfunctional amine solution is prepared by dissolving a polyfunctional amine in water, wherein the content of the polyfunctional amine may be 1.5% by weight to 3% by weight based on the total weight of the polyfunctional amine solution.
상기 다관능성 아실할라이드는 반응성 카보닐기를 2개 이상 갖는 다관능성 아실할라이드로서, 방향족, 지방족 및 지환식 다관능성 아실할라이드를 들 수 있다.The polyfunctional acyl halide is a polyfunctional acyl halide having two or more reactive carbonyl groups, including aromatic, aliphatic and alicyclic polyfunctional acyl halides.
방향족 다관능성 아실할라이드로는, 예컨대, 트라이메신산트라이클로라이드, 테레프탈산다이클로라이드, 아이소프탈산다이클로라이드, 바이페닐다이카복실산다이클로라이드, 나프탈렌다이카복실산다이클로라이드, 벤젠트라이설폰산트라이클로라이드, 벤젠다이설폰산다이클로라이드, 클로로설폰일벤젠다이카복실산다이클로라이드 등을 들 수 있다. 지방족 다관능성 아실할라이드로는, 예컨대, 프로페인다이카복실산다이클로라이드, 뷰테인다이카복실산다이클로라이드, 펜테인다이카복실산다이클로라이드, 프로페인트라이카복실산트라이클로라이드, 뷰테인트라이카복실산트라이클로라이드, 펜테인트라이카복실산트라이클로라이드, 글루타릴할라이드, 아디포일할라이드 등을 들 수 있다. 지환식 다관능성 아실할라이드로는, 예컨대, 사이클로프로페인트라이카복실산트라이클로라이드, 사이클로뷰테인테트라카복실산테트라클로라이드, 사이클로펜테인트라이카복실산트라이클로라이드, 사이클로펜테인테트라카복실산테트라클로라이드, 사이클로헥세인트라이카복실산트라이클로라이드, 테트라하이드로퓨란테트라카복실산테트라클로라이드, 사이클로펜테인다이카복실산다이클로라이드, 사이클로뷰테인다이카복실산다이클로라이드, 사이클로헥세인다이카복실산다이클로라이드, 테트라하이드로퓨란다이카복실산다이클로라이드 등을 들 수 있다.As the aromatic polyfunctional acyl halide, there may be mentioned, for example, trimesic acid trichloride, terephthalic acid dichloride, isophthalic acid dichloride, biphenyldicarboxylic acid dichloride, naphthalene dicarboxylic acid dichloride, benzene triisulfonic acid trichloride, , Chlorosulfonylbenzene dicarboxylic acid dichloride, and the like. The aliphatic polyfunctional acyl halide includes, for example, propene dicarboxylic acid dichloride, butenedicarboxylic acid dichloride, pentane dicarboxylic acid dichloride, propylcarboxylic acid trichloride, butane tricarboxylic acid trichloride, pentane tricarboxylic acid tri Chloride, glutaryl halide, adipoyl halide and the like. The alicyclic polyfunctional acyl halide includes, for example, cyclopropane carboxylic acid trichloride, cyclobutane tetracarboxylic acid tetrachloride, cyclopentane tricarboxylic acid trichloride, cyclopentane tetracarboxylic acid tetrachloride, cyclohexane lycarboxylic acid trichloride , Tetrahydrofuran tetracarboxylic acid tetrachloride, cyclopentane dicarboxylic acid dichloride, cyclobutane dicarboxylic acid dichloride, cyclohexane dicarboxylic acid dichloride, tetrahydrofuran dicarboxylic acid dichloride and the like.
이러한 다관능성 아실할라이드는 1종으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다. 높은 염 저지 성능의 활성층을 얻기 위해서는, 방향족 다관능성 아실할라이드를 사용하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이온에 대한 높은 배제율을 얻기 위해서는 조밀한 3차원 가교 구조를 형성하기 위해서는 다관능성 아실할라이드 성분의 적어도 일부에 3가 이상의 다관능성 아실할라이드를 사용하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.These polyfunctional acyl halides may be used alone or in combination of two or more. In order to obtain an active layer having a high salt-blocking ability, it is preferable to use an aromatic polyfunctional acyl halide, but the present invention is not limited thereto. In order to obtain a high rejection rate for ions, it is preferable, but not limited, to use a trivalent or more polyfunctional acyl halide in at least a part of the polyfunctional acyl halide component to form a dense three-dimensional crosslinked structure.
상기 다관능성 아실할라이드 용액은 용매에 다관능성 아실할라이드를 용해시켜 제조하는데, 이때 다관능성 아실할라이드의 함량은 다관능성 아실할라이드 용액의 총 중량을 기준으로 0.075 중량% 내지 0.15 중량%일 수 있다. The polyfunctional acyl halide solution is prepared by dissolving a polyfunctional acyl halide in a solvent, wherein the content of the polyfunctional acyl halide may be 0.075 wt% to 0.15 wt% based on the total weight of the polyfunctional acyl halide solution.
구체적으로, 본 발명에서는 활성층의 제조를 위한 다관능성 아민 단량체로는 m-페닐렌디아민을, 다관능성 아실할라이드로는 트리메소일 클로라이드를, 다관능성 아실할라이드의 용매로는 n-헥산을 사용하였다. 계면 중합반응 후 표면에 존재하는 미반응 물질들은 NaHCO3용액을 사용하여 제거하였다.
Specifically, in the present invention, m-phenylenediamine is used as the multifunctional amine monomer for production of the active layer, trimethoyl chloride is used as the polyfunctional acyl halide, and n-hexane is used as the solvent of the polyfunctional acyl halide . After the interfacial polymerization, unreacted materials on the surface were removed using NaHCO 3 solution.
이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러한 하기한 실시예는 본 발명의 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, examples and comparative examples of the present invention will be described. The following embodiments are only examples of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiments.
실시예Example
제조예Manufacturing example 1: 산 처리된 1: acid treated MOFMOF 준비 Ready
MOF는 HKUST-1 [Cu3(btc)2] (Basolite C300, Sigma Aldrich 제조)을 준비하였다. HKUST-1은 Cu를 기본으로 하며 paddle-wheel 단위체로 벤젠트리카르복실산(benzenetricarboxylic acid, btc)에 의해 링크되어 있다. 상기 화합물은 3D 채널로 구멍 크기가 1 nm 이며 높은 열적 안정성과 다른 MOF에 비해 높은 물의 내구성을 가지고 있다. HKUST-1은 지름이 ~9 Å 의 교차하는 3차원 채널을 가지며 그 주위로 지름이 ~5 Å 의 사면체 사이드 포켓으로 둘러 쌓여있다. 그리고 이 채널과 사이드 포켓을 이어 주는 ~3.5 Å 의 기공을 가진다. MOF was prepared by HKUST-1 [Cu 3 (btc) 2 ] (Basolite C300, Sigma Aldrich). HKUST-1 is based on Cu and is linked by benzenetricarboxylic acid (btc) as a paddle-wheel unit. The compound has a hole size of 1 nm in the 3D channel and has high thermal stability and high water durability compared to other MOF. HKUST-1 has crossed three-dimensional channels of ~ 9 Å in diameter and is surrounded by tetrahedral side pockets with ~ 5 Å in diameter. And a pore of ~ 3.5 Å which connects the channel and the side pocket.
상기 HKUST-1에 대하여 황산 (98wt%)을 이용하여 희석하여 pH3으로 산처리를 하였다. 황산의 농도를 pH 3으로 희석시켜 일정량의 HKUST-1을 둥근 플라스크에 첨가하여 에탄올과 함께 4시간 동안 교반하였다. 그 후 MOF를 종이필터를 이용하여 감압하고 50 ℃ 의 오븐에서 24시간 동안 진공 상태로 건조시키면 산 처리된 MOF(HKUST-1)를 얻을 수 있다.
The HKUST-1 was diluted with sulfuric acid (98 wt%) and acid-treated at pH 3. The concentration of sulfuric acid was diluted to pH 3, and a certain amount of HKUST-1 was added to a round flask and stirred with ethanol for 4 hours. Thereafter, the MOF is decompressed using a paper filter and dried in an oven at 50 ° C. for 24 hours under vacuum to obtain an acid-treated MOF (HKUST-1).
실시예Example 1 One
PSF (UDEL P-3500 LCD, Solvay 제조 (미국))에 있는 미반응된 불순물을 제거하기 위하여 100 ℃에서 24시간 동안 건조한 후, PSF 16wt%, MOF로서 HKUST-1 [Cu3(btc)2] (Basolite C300, Sigma Aldrich 제조) 0.5wt% 및 DMF 83.5wt%의 조성비로 캐스팅 용액을 제조하였다. 완전히 혼합시켜 미세기포를 발생시키지 않기 위하여 질소분위기에서 교반 속도를 30 rpm, 상온에서 24시간 이상 교반하였다. 그리고 캐스팅 용액의 응집을 막기 위하여 완성 후 바로 제막하여, 수처리 분리막을 제조하였다.
After drying at 100 ° C for 24 hours to remove unreacted impurities in PSF (UDEL P-3500 LCD, Solvay, USA), 16 wt% PSF and HKUST-1 [Cu 3 (btc) 2 ] (Basolite C300, Sigma Aldrich), and DMF (83.5 wt%). The mixture was stirred at a stirring speed of 30 rpm and at room temperature for 24 hours or more in a nitrogen atmosphere so as not to generate fine bubbles. In order to prevent agglomeration of the casting solution, a membrane was formed immediately after completion to prepare a water treatment separation membrane.
실시예Example 2 2
PSF (UDEL P-3500 LCD, Solvay 제조 (미국))에 있는 미반응된 불순물을 제거하기 위하여 100 ℃에서 24시간 동안 건조한 후, PSF 16wt%, 제조예 1에서 산처리된 MOF 0.5wt% 및 DMF 83.5wt%의 조성비로 캐스팅 용액을 제조하였다. 완전히 혼합시켜 미세기포를 발생시키지 않기 위하여 질소분위기에서 교반 속도를 30 rpm, 상온에서 24시간 이상 교반하였다. 그리고 캐스팅 용액의 응집을 막기 위하여 완성 후 바로 제막하여, 수처리 분리막을 제조하였다.
After drying at 100 DEG C for 24 hours to remove unreacted impurities in PSF (UDEL P-3500 LCD, Solvay, USA), 16 wt% PSF, 0.5 wt% MOF acid treated in
실시예Example 3 3
MOF의 함량을 0.1wt%로 하고, DMF의 함량을 83.9wt%로 한 점을 제외하고, 실시예 2에서와 동일한 방법으로 수처리 분리막을 제조하였다.
A water treatment membrane was prepared in the same manner as in Example 2 except that the content of MOF was set to 0.1 wt% and the content of DMF was set to 83.9 wt%.
실시예Example 4 4
MOF의 함량을 0.25wt%로 하고, DMF의 함량을 83.75wt%로 한 점을 제외하고, 실시예 2에서와 동일한 방법으로 수처리 분리막을 제조하였다.
A water treatment separation membrane was prepared in the same manner as in Example 2, except that the content of MOF was changed to 0.25 wt% and the content of DMF was changed to 83.75 wt%.
실시예Example 5 5
MOF의 함량을 1.0wt%로 하고, DMF의 함량을 83wt%로 한 점을 제외하고, 실시예 2에서와 동일한 방법으로 수처리 분리막을 제조하였다.
A water treatment separation membrane was prepared in the same manner as in Example 2, except that the content of MOF was 1.0 wt% and the content of DMF was 83 wt%.
실시예Example 6 6
PSF (UDEL P-3500 LCD, Solvay 제조 (미국))에 있는 미반응된 불순물을 제거하기 위하여 100 ℃에서 24시간 동안 건조한 후, PSF 18wt%, 제조예 1에서 산처리된 MOF 0.25wt% 및 DMF 81.75wt%의 조성비로 캐스팅 용액을 제조하였다. 완전히 혼합시켜 미세기포를 발생시키지 않기 위하여 질소분위기에서 교반 속도를 30 rpm, 상온에서 24시간 이상 교반하였다. 그리고 캐스팅 용액의 응집을 막기 위하여 완성 후 바로 제막하여 지지층을 제조하였다. After drying at 100 DEG C for 24 hours to remove unreacted impurities in PSF (UDEL P-3500 LCD, Solvay, USA), 18 wt% PSF, 0.25 wt% MOF acid treated in
상온 하에서 지지층을 2 wt% m-페닐렌디아민 용액에 아민 단량체가 지지층의 기공에 충분히 흡수될 수 있도록 2분 동안 침지시킨 후, 롤러를 사용하여 표면에 존재하는 과잉의 용액을 제거하였다. 테프론 프레임(Taflon Flame)과 실리콘 프레임(Silicon Flame)을 사용하여 지지층을 고정시킨 후 0.05 wt% 트리메소일 클로라이드 용액에 침지하여 계면 중합반응하였고, 이를 회수하여 상온에서 1분 동안 건조한 후 미반응 단량체를 제거하기 위해 2000ppm NaHCO3 용액에 1시간 동안 침지시킨 후 24 시간 동안 증류수에 보관하였다.
The support layer was immersed in the 2 wt% m-phenylenediamine solution at room temperature for 2 minutes so that the amine monomer could be sufficiently absorbed into the pores of the support layer, and then the excess solution existing on the surface was removed using a roller. The support layer was fixed using a Teflon frame (Taflon Flame) and a silicon frame (Silicon Flame), and then immersed in a 0.05 wt% trimesoyl chloride solution to perform interfacial polymerization. The polymer was recovered and dried at room temperature for 1 minute, 2000ppm NaHCO 3 to remove Solution for 1 hour and then stored in distilled water for 24 hours.
실시예Example 7 7
PSF의 함량을 18wt%로 하고, MOF의 함량을 0.5wt%로 하고, DMF의 함량을 81.5wt%로 한 점을 제외하고, 실시예 6에서와 동일한 방법으로 수처리 분리막을 제조하였다.
A water treatment separation membrane was prepared in the same manner as in Example 6, except that the content of PSF was 18 wt%, the content of MOF was 0.5 wt%, and the content of DMF was 81.5 wt%.
실시예Example 8 8
PSF의 함량을 18wt%로 하고, MOF의 함량을 0.75wt%로 하고, DMF의 함량을 81.25wt%로 한 점을 제외하고, 실시예 6에서와 동일한 방법으로 수처리 분리막을 제조하였다.
A water treatment separation membrane was prepared in the same manner as in Example 6, except that the content of PSF was 18 wt%, the content of MOF was 0.75 wt%, and the content of DMF was 81.25 wt%.
비교예Comparative Example 1 One
PSF (UDEL P-3500 LCD, Solvay 제조 (미국))에 있는 미반응된 불순물을 제거하기 위하여 100 ℃에서 24시간 동안 건조한 후, PSF 16wt% 및 DMF 84wt%의 조성비로 캐스팅 용액을 제조하였다. 완전히 혼합시켜 미세기포를 발생시키지 않기 위하여 질소분위기에서 교반 속도를 30 rpm, 상온에서 24시간 이상 교반하였다. 그리고 캐스팅 용액의 응집을 막기 위하여 완성 후 바로 제막하여, 수처리 분리막을 제조하였다.
After drying at 100 ° C for 24 hours to remove unreacted impurities in PSF (UDEL P-3500 LCD, manufactured by Solvay (USA)), a casting solution was prepared at a composition ratio of 16 wt% of PSF and 84 wt% of DMF. The mixture was stirred at a stirring speed of 30 rpm and at room temperature for 24 hours or more in a nitrogen atmosphere so as not to generate fine bubbles. In order to prevent agglomeration of the casting solution, a membrane was formed immediately after completion to prepare a water treatment separation membrane.
비교예Comparative Example 2 2
PSF의 함량을 18wt%로 하고, MOF의 함량을 0wt%로 하고, DMF의 함량을 82wt%로 한 점을 제외하고, 실시예 6에서와 동일한 방법으로 수처리 분리막을 제조하였다.
A water treatment separation membrane was prepared in the same manner as in Example 6, except that the content of PSF was 18 wt%, the content of MOF was 0 wt%, and the content of DMF was 82 wt%.
평가evaluation
실험예Experimental Example 1 One
실시예 3, 실시예 4, 실시예 2 및 실시예 5(MOF 함량 0.1wt%, 0.25 wt%, 0.5 wt% 및 0.1 wt% 순서)에 제조된 수처리 분리막에 대하여 하기 수학식 1에 의해 수투과유량(water flux)를 측정하여 도 2에 나타내었다.The water treatment membranes prepared in Example 3, Example 4, Example 2 and Example 5 (MOF contents of 0.1 wt%, 0.25 wt%, 0.5 wt% and 0.1 wt% in order) were subjected to water permeation The measurement of the water flux is shown in Fig.
[수학식 1] [Equation 1]
도 2에서 세로축 단위인 LMH에서 상기 L은 막을 통과하는 물의 양(리터), 상기 M은 막의 면적(m2), 상기 H는 통과하는 시간(hour)이다. 즉, 1m2의 막 면적에 1시간 동안 몇 리터의 물이 통과하였는지에 대한 평가 단위이다.2, L is the amount of water (liter) passing through the membrane, M is the area of the membrane (m 2 ), and H is the time (hour) through which the water passes. That is, it is an evaluation unit of how many liters of water have passed through the membrane area of 1 m 2 for one hour.
0.1wt%에서 0.5wt%로 첨가량이 증가할수록, 즉, 실시예 3, 실시예 4 및 실시예 2의 순서대로 분리막의 수투과유량이 증가하였으나 1.0wt%를 넣은 실시예 5의 분리막에서는 수투과유량이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 그 이유는 다량의 첨가된 첨가제들 간에 서로 응집이 일어나 수투과유량이 감소 되었기 때문이다.
The water permeation flow rate of the separator increased in the order of Example 3, Example 4, and Example 2, but in the separator membrane of Example 5 containing 1.0 wt% And the flow rate was decreased. The reason for this is that a large amount of added additives coagulate with each other and the water permeation flow rate is reduced.
실험예Experimental Example 2 2
실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 수처리 분리막에 대하여 하기 수학식 1에 의해 수투과유량을 측정하고, 그 결과를 도 3에 나타내었다. The water permeation flow rates of the water treatment membranes of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 were measured by the following formula (1), and the results are shown in FIG.
[수학식 1][Equation 1]
도 3에서 LMH는 단위시간당 통과하는 물의 양을 의미한다. 상기 L은 막을 통과하는 물의 양(리터), 상기 M은 막의 면적(m2), 상기 H는 통과하는 시간(hour)이다. 즉, 1m2의 막 면적에 1시간 동안 몇 리터의 물이 통과하였는지에 대한 평가 단위이다.3, LMH means the amount of water passing per unit time. L is the amount of water (liters) passing through the membrane, M is the area of the membrane (m 2 ), and H is the time (hour) through which it passes. That is, it is an evaluation unit of how many liters of water have passed through the membrane area of 1 m 2 for one hour.
도 3의 결과로부터, 비교예 1 대비하여 MOF를 포함한 실시예 1 및 실시예 2에서 각각 33%, 72%의 수투과도가 향상됨을 확인할 수 있다.
From the results shown in FIG. 3, it can be seen that the water permeability of 33% and 72% was improved in Examples 1 and 2 including MOF, respectively, as compared with Comparative Example 1.
실험예Experimental Example 3 3
실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 수처리 분리막에 대하여 분리막의 친수성 증가와 화학적 구조 변화를 확인하기 위하여 XPS (X-ray photoelectron spectrometer, K-Alpha, Thermo Electron)를 사용하여 분석하였다. 도 4는 XPS 분석 결과이다.X-ray photoelectron spectrometer (X-ray photoelectron spectrometer, K-Alpha, Thermo Electron) was used to analyze the hydrophilicity and chemical structure of the membranes of the water treatment membranes of Examples 1, 2 and Comparative Example 1. Figure 4 shows the XPS analysis results.
도 4에서 비교예 1에서는 Cu에 해당하는 피크가 없고, 실시예 1에서는 CuO에 해당하는 피크가 결합에너지 933.36eV에서 나타나고, 실시예 2에서는 Cu, CuO 및 Cu(OH)2에 해당하는 피크가 각각 931.98 eV, 933.38 eV 및 934.78 eV에서 나타났다. 산처리된 MOF를 사용한 실시예 2에 OH 피크가 존재하여 실시예 1 보다 더욱 우수한 친수성을 가지게 될 것으로 예상된다.
4, there is no peak corresponding to Cu in Comparative Example 1, and a peak corresponding to CuO appears at 933.36 eV in Example 1, and a peak corresponding to Cu, CuO and Cu (OH) 2 in Example 2 931.98 eV, 933.38 eV and 934.78 eV, respectively. It is expected that the OH peak is present in Example 2 using an acid-treated MOF, and thus it will have a better hydrophilicity than that of Example 1. [
실험예Experimental Example 4 4
실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 수처리 분리막에 대하여 접촉각을 측정 (FTA-200, First Ten Angstroms 제조) 하여 친수성 특성을 평가하여 하기 표 1에 기재하였다. 표 1의 결과로부터, 실시예 1 및 실시예 2의 접촉각이 비교예 1 대비 감소됨에 따라 친수성이 증가되었음을 확인하였다.
The contact angles of the water treatment membranes of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 were measured (FTA-200, manufactured by First Ten Angstroms) to evaluate their hydrophilic properties and are shown in Table 1 below. From the results shown in Table 1, it was confirmed that the hydrophilicity was increased as the contact angles of Examples 1 and 2 were reduced as compared with Comparative Example 1. [
실험예Experimental Example 5 5
실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 수처리 분리막이 사용된 후, 투과 수량에 있는 용출된 MOF 내의 Cu 금속을 확인하기 위하여 ICP(inductively coupled plasma) (제조사: LEEMAN, 모델명: Direct Reading Echelle) 측정을 하였고, 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다. 표 1의 결과로부터 산처리된 MOF를 사용하는 실시예 2에서는 Cu 이온이 측정되지 않아 용출되지 않았음을 확인하였다.After the water treatment membranes of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 were used, inductively coupled plasma (ICEM) (LEEMAN, model: Direct Reading Echelle) was used to identify Cu metal in the eluted MOF in the permeated water. And the results are shown in Table 1 below. From the results of Table 1, it was confirmed that Cu ion was not measured and elution was not observed in Example 2 using the acid-treated MOF.
실험예Experimental Example 6 6
실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 수처리 분리막의 내오염성을 하기 방법에 의해 평가하였다.The stain resistance of the water treatment membranes of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 was evaluated by the following methods.
dead-end 방식의 투과 장비를 사용하여 1 kgf/cm2의 압력으로 BSA(bovin serum albumin) 100 ppm을 투입하였다. 그리고 1시간 이상 여과하여 투과유량 감소 평가한 결과를 도 5에 나타내었다. Using dead-end transmission equipment, at a pressure of 1 kg f /
실시예 1 및 실시예 2가 비교예 1 대비 높은 투과유량을 나타내었다. 이는 분리막 안에 친수성 MOF가 존재하기 때문에 표면에 BSA 분자들이 흡착하는 것을 방지하여주기 때문으로 이해된다.Example 1 and Example 2 exhibited a higher permeate flow rate than Comparative Example 1. < tb > < TABLE > It is understood that this is because the presence of hydrophilic MOF in the separator prevents the adsorption of BSA molecules on the surface.
실시예 1 및 실시예 2의 내오염성 증가를 보다 자세하게 평가하기 위하여 MFI 지수를 도입하여 계산한 결과를 도 6에 나타내었다. MFI 값은 일정한 압력에서 V와 t/V의 그래프에서 선형의 기울기를 가지는 값으로 작은 값을 나타낼수록 막의 오염성이 향상된다고 할 수 있다. 계산한 결과 비교예 1 보다 실시예 1 및 실시예 2의 MFI 값이 작아지는 결과를 얻을 수 있었으며 이를 통해 MOF와 산 처리된 MOF를 첨가함으로써 기존의 PSF 막의 내오염성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
Fig. 6 shows the result of calculating the MFI index in order to evaluate the stain resistance increase of Examples 1 and 2 in more detail. The MFI value is a value having a linear slope in the graph of V and t / V at a constant pressure. The smaller the value is, the more the stain of the film is improved. As a result, it was found that the MFI values of Examples 1 and 2 were smaller than those of Comparative Example 1. As a result, it was found that the addition of MOF and acid-treated MOF improved the stain resistance of the existing PSF membrane have.
실험예Experimental Example 7 7
비교예 2, 실시예 6, 실시예 7 및 실시예 8의 수처리용 분리막 표면의 친수성(hydrophilicity)을 알아보고자 지지층 표면과 물의 접촉각도(θ)를 (FTA-200, First Ten Angstroms)을 이용하여 막 표면 변화를 측정하였다.(FTA-200, First Ten Angstroms) was used to examine the hydrophilicity of the surfaces of the water treatment membranes of Comparative Examples 2, 6, 7 and 8, The film surface changes were measured.
도 7에 나타난 바와 같이, 비교예 2에 따른 수처리용 분리막의 지지층 표면과 물의 접촉각도(θ)는 68.5°인 반면, 실시예 6~8에 따른 수처리용 분리막의 지지층 표면과 물의 접촉각도(θ)는 58.8~64.7°인바, 실시예 6~8의 경우, 비교예 2에 비해, 수처리용 분리막의 지지층 표면의 친수성이 높음을 확인할 수 있었고, 이는 산처리된 MOF로 인한 결과이다.
7, the contact angle (?) Between the surface of the support layer and the water of the water treatment membrane according to the Comparative Example 2 is 68.5 °, while the contact angle between the surface of the support layer of the water treatment membrane according to Examples 6 to 8 and the water ) Was 58.8 to 64.7 °. In the case of Examples 6 to 8, hydrophilicity of the surface of the support layer of the water treatment separator was higher than that of Comparative Example 2, which is a result of acid-treated MOF.
실험예Experimental Example 8 8
실시예 7 및 비교예 2의 수처리용 분리막에 대하여 수투과유량 및 염제거율을 측정하고자, 27.01㎠의 면적을 가지는 수처리용 분리막을 준비하고, 19.5bar 공급압력, 25℃의 수온 조건에서 2000ppm의 NaCl 수용액을 공급하여 실험을 진행하였다. 이때, 수투과유량 측정은 지지층을 2시간 동안 안정화시킨 후, 30분 동안 투과부피(permeate volume)를 측정하였고, 수처리용 분리막의 수투과유량은 하기 수학식 2로 계산하였다.To measure the water permeation flow rate and the salt removal rate for the water treatment membranes of Example 7 and Comparative Example 2, a water treatment separator having an area of 27.01
[수학식 2]&Quot; (2) "
또한, 염제거율 평가는 Conductivity meter(Istek, 460CP)를 사용하여 측정하였고, 수처리용 분리막의 염제거율은 하기 수학식 3으로 계산하였다.The salt removal rate was measured using a conductivity meter (Istek, 460 CP), and the salt removal rate of the water treatment membrane was calculated by the following equation (3).
[수학식 3] &Quot; (3) "
도 8에 나타난 바와 같이, 실시예 7의 수처리용 분리막은 수투과유량이 27.65 GFD이고, 염제거율이 95.7%인 것으로, 비교예 2의 수처리용 분리막 보다 수 투과유량 및 염제거율 모두 최종적으로 우수함을 확인할 수 있었다.
As shown in FIG. 8, the water treatment membrane of Example 7 had a water permeation flow rate of 27.65 GFD and a salt removal rate of 95.7%, which was ultimately superior to that of the water treatment membrane of Comparative Example 2 in both water flow rate and salt removal rate I could confirm.
실험예Experimental Example 9 9
실시예 7 및 비교예 2의 수처리용 분리막 표면을 감쇠전반사 적외선 분광광도계(ATR-FTIR)으로 화학적 결합에 대해 분석하였다. 구체적으로, 시료에 적외선을 주사하면 각각의 화학적 결합이 고유한 영역의 파장을 흡수하여 스펙트럼이 발생하게 되는데, 이를 해석함으로써 화학적 결합에 대해 분석하였다. The surfaces of the water treatment membranes of Example 7 and Comparative Example 2 were analyzed for chemical bonding by an attenuated total internal reflection infrared spectrophotometer (ATR-FTIR). Specifically, when infrared rays are injected into a sample, a spectrum is generated by absorbing the wavelength of the unique region of each chemical bond. By analyzing the spectrum, the chemical bond is analyzed.
도 9에 나타난 바와 같이, 실시예 7 및 비교예 2의 수처리용 분리막 표면을 분석한 결과 450 ~ 2000cm-1 범위에서 같은 패턴의 피크가 나타나는데, 이는 전형적인 폴리설폰 고분자의 스펙트럼인 것을 확인할 수 있었다. 또한, 1660, 1609, 1547cm-1 범위에서 같은 패턴의 피크가 나타나는데, 이는 폴리아미드 고분자의 스펙트럼인 것으로 확인할 수 있었다. 구체적으로, 1660cm- 1 의 피크는 AmideⅠ 밴드로서 C=O stretching, C-N stretching, C-C-N deformation vibration을 나타내고, 1609cm-1 의 피크는 Aromatic amide 밴드로서 N-H deformation vibration, C=C ring stretching vibration을 나타내며, 1547cm- 1 의 피크는 AmideⅡ 밴드로서 N-H와 -CO-NH- 그룹에서의 N-C stretching vibration을 나타낸다. As shown in FIG. 9, the surface of the separation membrane for water treatment of Example 7 and Comparative Example 2 was analyzed. As a result, peaks of the same pattern were observed in a range of 450 to 2000 cm -1 , which is a typical spectrum of the polysulfone polymer. Also, peaks of the same pattern were observed in the range of 1660, 1609, and 1547 cm -1 , which was confirmed to be the spectrum of the polyamide polymer. Specifically, 1660cm - 1 denotes a peak of C = O stretching, CN stretching, CCN deformation vibration as AmideⅠ band, a peak of 1609cm -1 indicates the deformation vibration NH, C = C ring stretching vibration as Aromatic amide band, 1547cm - one of the peak indicates the NC stretching vibration in the NH and the -CO-NH- group as AmideⅡ band.
즉, ATR-FTIR을 통해 수처리용 분리막 표면의 화학적 결합을 관찰한 결과 폴리아미드 결합이 뚜렷하게 발견되는 것으로 보아, 계면 중합반응을 통해 수처리용 분리막이 형성된 것을 확인할 수 있었다. 이는 실시예 7에서 지지층의 증가된 친수성으로 하여금, m-페닐렌디아민이 쉽게 지지층에 확산, 흡착되어 얇은 폴리아미드 고분자를 포함하는 활성층이 형성된 결과이다.
That is, the chemical bonding of the surface of the water treatment membrane through the ATR-FTIR revealed that the polyamide bond was clearly observed, and it was confirmed that the water treatment membrane was formed through the interfacial polymerization. This is the result of the increased hydrophilicity of the support layer in Example 7, in which m-phenylenediamine is easily diffused and adsorbed on the support layer to form an active layer comprising a thin polyamide polymer.
실험예Experimental Example 10 10
실시예 7 및 비교예 2의 수처리용 분리막 표면에 대하여 전계방사형 주사전자현미경(FE-SEM)으로 분석하였다. The surfaces of the water treatment membranes of Example 7 and Comparative Example 2 were analyzed by field emission scanning electron microscopy (FE-SEM).
도 10에 나타난 바와 같이, 실시예 7 및 비교예 2의 수처리용 분리막에서는 공통적으로 ridge and vally 구조가 나타났으며 amide 결합의 cross-link 구조가 선명하게 관찰되었다. 비교예 2에 따른 수처리용 분리막 표면은 ridge and vally 구조를 보이나, 실시예 7은 매끄러운 형태의 ridge and vally 구조를 확인할 수 있었으며 MOF가 포함된 역삼투막은 기본적인 폴리아미드 특징을 나타내는 것을 알 수 있었다. 이는 실시예 7에서 지지층의 증가된 친수성으로 하여금, m-페닐렌디아민이 쉽게 지지층에 확산, 흡착되어 균일한 폴리아미드 고분자를 포함하는 활성층이 형성된 결과이다.
As shown in FIG. 10, ridge and vally structures were commonly observed in the water treatment membranes of Example 7 and Comparative Example 2, and the cross-link structure of amide bonds was clearly observed. The surface of the water treatment membrane according to Comparative Example 2 showed a ridge and valley structure, whereas Example 7 showed a smooth ridge and vally structure, and the reverse osmosis membrane containing MOF exhibited basic polyamide characteristics. This is the result of the increased hydrophilicity of the support layer in Example 7, in which m-phenylenediamine is readily diffused and adsorbed on the support layer to form an active layer comprising a uniform polyamide polymer.
실험예Experimental Example 11 11
실시예 7 및 비교예 2에 따른 수처리용 분리막 표면의 주사탐침현미경(AFM)으로 분석하였다.(AFM) of the surface of the water treatment membrane according to Example 7 and Comparative Example 2. [
도 11에 나타난 바와 같이, 실시예 7의 경우, 지지층에 산처리된 MOF를 포함시킨 결과, 지지층의 다공성 및 친수성을 증가시켜 수처리용 분리막 표면의 거칠기 인자에 영향을 준 것이다. 즉, 실시예 7에 따른 수처리용 분리막 표면의 경우, 비교예 2에 따른 수처리용 분리막 표면에 비해 거칠기 인자 즉, 표면조도 수치가 감소 하였다. 이는 실시예 7의 경우, 지지층에 산처리된 MOF를 포함시킨 결과, 지지층의 다공성 및 친수성을 증가시켜 수처리용 분리막 표면의 거칠기 인자에 영향을 준 것이다. 즉, 실시예 7에 따른 수처리용 분리막 표면은 지지층의 친수성과 다공성 증가에 의해 m-페닐렌디아민 용액이 쉽게 지지층에 확산, 흡착되어 얇은 폴리아미드 고분자를 포함하는 활성층이 형성되었기 때문에 거칠기 인자가 감소 했다고 볼 수 있으며 수처리용 분리막의 수투과유량을 증가 시킬 수 있다.
As shown in FIG. 11, in the case of Example 7, incorporation of the acid-treated MOF in the support layer increased the porosity and hydrophilicity of the support layer and affected the roughness factor of the surface of the separation membrane for water treatment. That is, in the case of the surface of the water treatment membrane according to Example 7, the roughness factor, that is, the surface roughness value, was decreased as compared with the surface of the water treatment membrane according to Comparative Example 2. As a result of incorporating the acid-treated MOF into the support layer in Example 7, the porosity and hydrophilicity of the support layer were increased, which affected the roughness factor of the surface of the separation membrane for water treatment. That is, since the surface of the separation membrane for water treatment according to Example 7 has the hydrophilic property and the porosity of the support layer, the m-phenylenediamine solution easily diffuses and adsorbs to the support layer to form the active layer containing the thin polyamide polymer, And the water permeation flow rate of the water treatment separator can be increased.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
It will be understood by those skilled in the art that the foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only and that those of ordinary skill in the art can readily understand that various changes and modifications may be made without departing from the spirit or essential characteristics of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.
Claims (17)
Polysulfone and porous metal-organic structure compounds (MOF, Metal-Organic frameworks).
활성층을 포함하는 수처리용 분리막.
A supporting layer comprising polysulfone and porous metal-organic framework compounds (MOF); And
A separator for water treatment comprising an active layer.
상기 다공성 금속-유기 구조 화합물은 Cr MIL, IRMOF-1, MAMS, CuBTC(HKUST-1) 및 ZIF 중에서 및 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는
수처리용 분리막.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the porous metal-organic structural compound comprises at least one selected from the group consisting of Cr MIL, IRMOF-1, MAMS, CuBTC (HKUST-1) and ZIF,
Separation membrane for water treatment.
상기 다공성 금속-유기 구조 화합물은 산 처리되어 OH기가 활성화된
수처리용 분리막.
3. The method according to claim 1 or 2,
The porous metal-organic structural compound is acid-treated to activate the OH group
Separation membrane for water treatment.
상기 다공성 금속-유기 구조 화합물이 폴리설폰에 분산되어 존재하는
수처리용 분리막.
3. The method according to claim 1 or 2,
When the porous metal-organic structural compound is dispersed in polysulfone and is present
Separation membrane for water treatment.
상기 다공성 금속-유기 구조 화합물은 상기 폴리설폰 100 중량부 대비 0.2 내지 10 중량부의 함량으로 포함된
수처리용 분리막.
3. The method according to claim 1 or 2,
The porous metal-organic structural compound is contained in an amount of 0.2 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the polysulfone
Separation membrane for water treatment.
상기 수처리용 분리막은 정밀여과막, 한외여과막, 나노여과막, 역삼투막 또는 정삼투막인
수처리용 분리막.
3. The method according to claim 1 or 2,
The water treatment separator may be a microfiltration membrane, an ultrafiltration membrane, a nanofiltration membrane, a reverse osmosis membrane,
Separation membrane for water treatment.
상기 수처리용 분리막의 두께가 100㎛ 내지 300㎛인
수처리용 분리막.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the thickness of the water treatment separator is 100 mu m to 300 mu m
Separation membrane for water treatment.
(b) 상기 캐스팅 용액을 지지체에 캐스팅한 후, 비용매에 침지하여 폴리설폰을 고형화시키는 단계; 및
(c) 상기 고형화된 폴리설폰을 세정하는 단계;
를 포함하는 수처리용 분리막의 제조 방법.
(a) forming a casting solution comprising a polysulfone, a porous metal-organic structural compound, and a polar aprotic organic solvent;
(b) casting the casting solution onto a support and then immersing the casting solution in a non-solvent to solidify the polysulfone; And
(c) cleaning the solidified polysulfone;
Wherein the separation membrane comprises a water-soluble organic solvent.
(d) 상기 세정된 폴리설폰을 다관능성 아민 용액과 다관능성 아실할라이드 용액에 의해 계면 중합반응시키는 단계를 추가로 포함하는
수처리용 분리막의 제조 방법.
10. The method of claim 9,
(d) interfacially polymerizing the washed polysulfone with a polyfunctional amine solution and a polyfunctional acyl halide solution
A method for producing a water treatment separator.
상기 다관능성 아민 용액의 농도는 1.5 중량% 내지 3 중량%이고, 상가 다관능성 아실할라이드 용액의 농도는 0.075 중량% 내지 0.15 중량%인
수처리용 분리막의 제조 방법.
11. The method of claim 10,
The concentration of the polyfunctional amine solution is 1.5 wt% to 3 wt%, and the concentration of the polyfunctional acyl halide solution is 0.075 wt% to 0.15 wt%
A method for producing a water treatment separator.
상기 (a) 단계에서 다공성 금속-유기 구조 화합물은 산처리되어 상기 캐스팅 용액에 포함된 것인
수처리용 분리막의 제조 방법.
10. The method of claim 9,
In the step (a), the porous metal-organic structural compound is acid-treated and contained in the casting solution
A method for producing a water treatment separator.
상기 (a) 단계에서 극성 아프로틱 유기용매는 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, N-메틸피롤리돈, 디메틸술폭사이드 및 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는
수처리용 분리막의 제조 방법.
10. The method of claim 9,
In the step (a), the polar aprotic organic solvent includes at least one selected from the group consisting of dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, dimethylsulfoxide, and combinations thereof
A method for producing a water treatment separator.
상기 (a) 단계에서 캐스팅 용액은 극성 아프로틱(aprotic) 유기용매 100 중량부에 대하여 폴리설폰 10 내지 50 중량부 및 다공성 금속-유기 구조 화합물 0.1 내지 1중량부 포함하는
수처리용 분리막의 제조 방법.
10. The method of claim 9,
In the step (a), the casting solution contains 10 to 50 parts by weight of polysulfone and 0.1 to 1 part by weight of the porous metal-organic structural compound based on 100 parts by weight of the polar aprotic organic solvent
A method for producing a water treatment separator.
상기 (a) 단계에서 캐스팅 용액은 친수성 고분자 첨가제 및 유기산 상전이 응고촉매 중 1종 이상을 더 포함하는
수처리용 분리막의 제조 방법.
10. The method of claim 9,
In the step (a), the casting solution further comprises at least one of a hydrophilic polymer additive and an organic acid phase transfer coagulation catalyst
A method for producing a water treatment separator.
상기 (a) 단계에서 지지체는 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리아미드 및 폴리이미드 중 1종 이상을 포함하는 필름이거나, 부직포인
수처리용 분리막의 제조 방법.
10. The method of claim 9,
In the step (a), the support may be a film containing at least one of polyester, polypropylene, polyethylene, polyamide and polyimide,
A method for producing a water treatment separator.
상기 (b) 단계는 상기 캐스팅 용액을 상기 지지체에 100 내지 300㎛ 두께로 캐스팅하는
수처리용 분리막의 제조 방법.10. The method of claim 9,
(B) casting the casting solution to a thickness of 100 to 300 탆 on the support
A method for producing a water treatment separator.
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