KR20160071855A - 수처리 분리막의 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 수처리 분리막 - Google Patents

수처리 분리막의 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 수처리 분리막 Download PDF

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Abstract

본 명세서는 수처리 분리막의 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 수처리 분리막에 관한 것이다.

Description

수처리 분리막의 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 수처리 분리막{METHOD FOR MANUFACTURING WATER TREATMENT SEPARATING MEMBRANE AND WATER TREATMENT SEPARATING MEMBRANE MANUFACTURED BY THE SAME}
본 명세서는 수처리 분리막의 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 수처리 분리막에 관한 것이다.
반투과성막으로 격리된 두 용액 사이에서 용매가 용질의 농도가 낮은 용액에서 높은 용액 쪽으로 분리막을 통과하여 이동하는 현상을 삼투 현상이라 하며, 이때 용매의 이동으로 용질의 농도가 높은 용액 측에 작용하는 압력을 삼투압이라고 한다. 그런데 삼투압보다 높은 외부 압력을 걸어주면 용매는 용질의 농도가 낮은 용액 쪽으로 이동하게 되는데, 이 현상을 역삼투라고 한다. 역삼투 원리를 이용하여 압력 구배를 구동력으로 해서 반투과성 막을 통해 각종 염이나 유기 물질을 분리해낼 수 있다. 이러한 역삼투 현상을 이용한 수처리 분리막은 분자 수준의 물질을 분리하고, 염수 또는 해수에서 염을 제거하여 가정용 및 건축용, 산업용 용수를 공급하는데 사용되고 있다.
이러한 수처리 분리막의 대표적인 예로는, 폴리아미드계 수처리 분리막을 들 수 있으며, 폴리아미드계 수처리 분리막은 미세 다공층 지지체 상에 폴리아미드 활성층을 형성하는 방법으로 제조되고 있으며, 보다 구체적으로는, 부직포 위에 폴리술폰층을 형성하여 미세 다공성 지지체를 형성하고, 이 미세 다공성 지지체를 m-페닐렌 디아민(m-Phenylene Diamine, mPD) 수용액에 침지시켜 mPD층을 형성하고, 이를 다시 트리메조일클로라이드(TriMesoyl Chloride, TMC) 유기 용매에 침지시켜 mPD층을 TMC와 접촉시켜 계면 중합시킴으로써 폴리아미드층을 형성하는 방법으로 제조되고 있다.
그러나, 상기 제시된 수처리 분리막은 시간에 따른 염제거율의 감소가 발생하고, 이로 인하여 내오염 특성도 함께 저하되는 문제가 있다. 또한, 수처리 분리막이 시간이 지남에 따라 표면 오염으로 인하여 투과 유량의 감소가 발생하고, 이러한 문제를 해결하기 위해 주기적인 세척과정을 거쳐야 할 필요성이 있다. 이 세척과정에 의하여 염제거율 감소 문제가 발생하게 되어 공정비가 올라가는 등의 문제가 있다.
한국 특허 공개 2014-0005489
본 명세서는 전술한 문제점을 해결할 수 있는 수처리 분리막의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 수처리 분리막을 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태는, 다공성 지지체의 일면에 고분자 용액을 캐스팅하여 다공성 고분자층을 형성하는 단계; 상기 다공성 고분자층을 아민계 화합물이 포함된 아민 수용액에 침지하여 아민 수용액 층을 형성하는 단계; 상기 아민 수용액 층을 아실 할라이드기를 포함하는 화합물이 포함된 유기 용액에 침지하여 활성층을 형성하는 단계; 상기 활성층을 아민기 함유 화합물, 에폭시기 함유 화합물 및 플루오로 함유 화합물을 포함하는 수용액에 침지하여 표면 처리하는 단계; 및 상기 표면처리하는 단계 이후, 상기 활성층을 수세하는 단계를 포함하는 수처리 분리막 제조방법을 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태는 전술한 수처리 분리막의 제조방법으로 제조되는 것인 수처리 분리막을 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태는 전술한 수처리 분리막을 적어도 하나 이상 포함하는 수처리 모듈을 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태는 전술한 수처리 모듈을 적어도 하나 이상 포함하는 수처리 장치를 제공한다.
본 명세서에 기재된 실시상태들에 따르면, 수처리 분리막을 형성하는 단계 중 활성층을 형성한 후, 아민기 함유 화합물, 에폭시기 함유 화합물 및 플루오로 함유 화합물을 포함하는 수용액을 코팅하여 표면 처리하는 단계를 포함함으로써, 염제거율 및 내오염성이 우수한 수처리 분리막을 제공할 수 있다.
이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서의 일 실시상태는 다공성 지지체의 일면에 고분자 용액을 캐스팅하여 다공성 고분자층을 형성하는 단계; 상기 다공성 고분자층을 아민계 화합물이 포함된 아민 수용액에 침지하여 아민 수용액 층을 형성하는 단계; 상기 아민 수용액 층을 아실 할라이드기를 포함하는 화합물이 포함된 유기 용액에 침지하여 활성층을 형성하는 단계; 상기 활성층을 아민기 함유 화합물, 에폭시기 함유 화합물 및 플루오로 함유 화합물을 포함하는 수용액에 침지하여 표면 처리하는 단계; 및 상기 표면처리하는 단계 이후, 상기 활성층을 수세하는 단계를 포함하는 수처리 분리막 제조방법을 제공한다.
본 명세서에서 다공성 지지체의 재료는 고분자가 사용될 수 있으며, 부직포의 형태라면 한정되지 않는다. 예컨대, 상기 다공성 지지체는 막의 기계적 강도를 증진시키기 위해 폴리에스테르 재질의 부직포일 수 있다.
본 명세서에서 다공성 지지체의 일면에 고분자 용액을 캐스팅하는 것은, 고분자 물질을 용매에 용해시킨 후 다공성 지지체 표면에 균일하게 캐스팅하는 것을 의미하며, 이 후 상전이법을 통하여 다공성 고분자층을 형성할 수 있다.
상기 고분자 용액은 폴리술폰(polysulfone), 폴리에테르술폰(polyethersulfone), 폴리에틸렌옥사이드(polyethyleneoxide), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리에테르케톤(polyetherketone), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리메틸펜텐(polymethylpentene), 폴리메틸클로라이드(polymethylchloride) 및 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 상기 고분자 용액은 폴리술폰을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 유기 용액은 상기 아민 수용액과 계면중합하여 폴리아미드를 형성할 수 있는 재료를 포함하는 용액을 의미한다. 즉, 본 명세서의 유기 용액은 아실 할라이드기 및 용매를 포함할 수 있다.
상기 유기 용액의 용매는 비극성 용액일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 예컨대 하이드로카본(hydrocarbon)을 함유하고 있는 용매일 수 있다. 구체적으로, 하이드로카본(hydrocarbon) 체인(chain) 길이가 상이한 종류의 용매를 혼합하여 사용할 수 있으며, 상기 하이드로카본(hydrocarbon)을 함유하고 있는 용매는 헥산, 사이클로헥산, 헵탄,Isol-C, 또는 Isol-G(SKC Corp.)일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 수용액은 아민기 함유 화합물 5 내지 20 중량%, 에폭시기 함유 화합물 0.5 내지 5 중량%, 플루오로 함유 화합물 0.5 내지 5 중량% 및 잔부의 용매를 포함할 수 있다.
상기와 같이 아민기 함유 화합물, 에폭시기 함유 화합물 및 플루오로 함유 화합물을 포함하는 수용액을 이용하여 표면 처리하는 경우, 상기 아민기 함유 화합물, 에폭시기 함유 화합물 및 플루오로 함유 화합물은 반응을 통해 결합된 형태로 존재하게 된다.
구체적으로, 상기 아민기 화합물의 한쪽 말단이 플루오로 함유 화합물의 말단과 우선적으로 결합하게 된다. 한쪽 말단이 -NH2인 아민기 화합물을 예로 들면, -NH2와 플루오로 화합물 말단의 에폭시 그룹이 결합하게 된다. 일정시간 동안 두 말단기가 결합할 수 있도록 만들어 준 후, 에폭시기 함유 화합물을 넣어 아민 화합물의 한쪽 말단에 1/2의 확률로 반응할 수 있도록 반응시켜 중합된 물질을 얻을 수 있다. 즉, 본 명세서의 아민기 함유 화합물, 에폭시기 함유 화합물 및 플루오로 함유 화합물은 50%는 말단이 아민 그룹이고, 50%는 에폭시 그룹으로 존재할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 아민기 함유 화합물은 폴리알킬렌글리콜의 양 말단에 아민기가 부착된 화합물을 포함하는 것이 바람직하며, 상기 폴리알킬렌글리콜은 폴리에틸렌글리콜 또는 폴리프로필렌글리콜인 것인 더욱이 바람직하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 아민기 함유 화합물은 양 말단에 존재하는 아민기가 폴리아미드 활성층의 미반응기에 공유결합하여 보호층과 폴리아미드층이 단단하게 결합될 수 있게 하며, 친수 특성을 가지는 백본(backbone)의 존재로 인하여 역삼투 분리막의 파울링(fouling) 저항력을 높여주는 기능을 부여할 수 있다.
본 명세서의 아민기 함유 화합물로는 전술한 화합물 이외에도 시판되는 상품을 사용할 수 있으며, 예를 들면 제파민(Jeffamine, 제조사 : Huntsman) 등이 사용될 수 있다.
상기 아민기 함유 화합물은 수용액 전체에 대하여 5 내지 20 중량%, 구체적으로 5 내지 15 중량%, 더욱 구체적으로 5 내지 10 중량%로 포함될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 아민기 함유 화합물이 상기 범위내로 포함되는 경우, 보호층이 두꺼워지면서 투과 유량이 현저히 감소하는 것을 막을 수 있고, 안티파울링 특성 증가 효과를 얻을 수 있는 이점이 있다.
본 명세서의 또 다른 실시상태에 있어서, 상기 에폭시기 함유 화합물은 2 이상의 에폭시기를 포함하는 (폴리)에틸렌계 에폭시 수지, (폴리)글리세린계 에폭시 수지 및 (폴리)소르비톨계 에폭시 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 에폭시기 함유 화합물은 양 말단에 존재하는 에폭시기가 아민기 함유 화합물과 반응하여 사슬(chain)이 긴 폴리머를 형성하게 된다. 그에 따라 역삼투 분리막의 염제거율을 향상시키고, 아민과 반응하지 않고 남은 에폭시기는 폴리아미드층의 미반응기에 공유결합하여 안정적인 활성층을 구현하게 되는 효과가 있다.
또한, 상기 에폭시기 함유 화합물 역시 친수 특성을 가지는 백본(backbone)의 존재로 인하여 역삼투 분리막의 파울링 저항력을 높여주는 기능을 부여할 수 있다.
본 명세서의 상기 에폭시기 함유 화합물은 상기 수용액에 대하여 0.5 내지 5 중량%, 구체적으로 0.8 내지 3 중량%, 더욱 구체적으로 1 내지 2 중량%, 로 포함할 수 있다. 상기 에폭시기 함유 화합물도 상기 아민기 함유 화합물과 마찬가지로 5 중량%를 초과할 경우 보호층의 두께가 두꺼워지면서 투과 유량이 현저하게 감소할 수 있고, 0.5 중량% 미만으로 포함할 경우 안티파울링 특성 향상 효과가 미미할 수 있다.
한편, 상기 아민기 함유 화합물과 상기 에폭시 함유 화합물은 10 : 1 내지 1 : 1의 중량비로 포함될 수 있다. 그러나, 다만 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 아민기 함유 화합물과 상기 에폭시 함유 화합물의 함량비가 상기 범위 내에 포함될 경우, 아민기 함유 화합물과 에폭시기 함유 화합물이 반응하면서 생성되는 물질의 사슬 (cahin) 길이를 길게 해주는 효과가 있어, 염 제거에 더욱 효과적일 수 있다.
상기 플루오로 함유 화합물은 본 명세서에서 플루오로 함유 화합물은 역삼투막에 내오염 특성을 부여하기 위한 것으로, 플루오르기로 치환된 C1 -20 알킬렌, 아릴 알킬렌, 알킬렌 옥사이드, 알케닐렌, 아릴 알케닐렌 또는 알케닐렌 옥사이드 화합물 등이 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 플루오로 함유 화합물의 구체적인 예로는 F(CF2)3O[CF(CF3)CF2O]3CF(CF3)COF, CHF2CF2CF2CH2OCH2CHCH2O, F(CH2)10COOH, F(CH2)7COCl, F(CH2)10CH2CH2OH, F(CH2)8CH2CH2OH, (CF3)2CCH3COF, F(CF2)6CH2CHCH2O, CF3CHCHCOCl 및 F(CF2)6CH2NH2로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 플루오로 함유 화합물은 한정되지는 않으나 수용액 전체 100 중량에 대하여 0.5 내지 5 중량%, 구체적으로 0.8 내지 3 중량%, 더욱 구체적으로 1 내지 2 중량%로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 플루오로 함유 화합물이 5 중량%를 초과할 경우 수용액 상에 용해가 되지 않아 사용하기에 적합하지 않는다. 또한, 상기 플루오로 함유 화합물이 0.5 중량% 미만인 경우 안티파울링 효과가 미미할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 수용액은 아민기 함유 화합물 5 내지 10 중량%, 에폭시기 함유 화합물 0.5 내지 2 중량%, 플루오로 함유 화합물 0.5 내지 2 중량% 및 잔부의 용매를 포함할 수 있다.
상기 용매는 상기 아민기 함유 화합물, 상기 에폭시기 함유 화합물 및 상기 플루오로 함유 화합물을 용해할 수 있는 것이라면 제한되지 않으나, 예컨대 물일 수 있다.
본 명세서에서 상기 잔부는 수용액 전체 100 중량%에 대하여, 상기 아민기 함유 화합물, 에폭시기 함유 화합물 및 플루오로 함유 화합물의 총 중량%를 제외한 나머지 중량%를 의미할 수 있다.
상기 수용액 내의 성분이 상기 범위내일 경우, 반응 물질의 사슬(chain) 의 길이가 적당하면서, 최외각 표면이 플루오로로 구성될 수 있어 투과 유량 및 염배제율을 우수하게 유지하면서 안티파울링 특성을 효과적으로 얻을 수 있는 이점이 있다.
활성층을 형성한 직후 수처리 분리막의 표면은 미반응 아실할라이드를 포함하는 화합물, 예컨대 TMC의 -COCl이 대부분 존재하는 상태이다. 이 때, 수처리 분리막에 상기 아민기 함유 화합물, 에폭시기 함유 화합물 및 플루오로 함유 화합물이 첨가된 수용액을 코팅하여 표면 처리한다. 본 명세서의 아민기 함유 화합물, 에폭시기 함유 화합물 및 플루오로 함유 화합물은 50%는 말단이 아민 그룹이고, 50%는 에폭시 그룹으로 존재할 수 있다. 상기 아민기 함유 화합물, 에폭시기 함유 화합물 및 플루오로 함유 화합물이 첨가된 수용액을 코팅하여 표면 처리하는 과정에서 고분자 말단기 -NH2가 표면에 주로 존재하는 -COCl과 빠른 시간 내에 공유 결합을 형성하게 된다. 그러므로, 친수성 고분자에 의한 내오염 특성 향상 부여 및 긴 사슬을 가지는 고분자 층을 한 층 형성함으로써 고염제거까지 가능한 수처리 분리막의 제조가 가능하다. 그리고, 아민과 반응하지 않고 남은 에폭시기는 폴리아미드층의 미반응기에 공유결합하여 안정적인 활성층을 구현하게 되는 효과가 있다.
한편, 전술한 제조 방법에서 수세과정을 거친 후 표면 처리를 하게 되면, 활성층 표면에 존재하던 미반응 -COCl대부분 -COOH로 치환 되어 상기 수용액 상의 고분자 말단 그룹과 빠른 시간 내에 상온에서 공유결합을 형성하기 어려워진다. 그러므로, 수세 전 표면 처리를 거치게 되는 경우와 동일한 농도 및 시간으로 표면 처리를 하는 경우 내오염 특성이 낮게 나타나게 된다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 활성층은 폴리아미드계 화합물을 포함하고, 상기 폴리아미드계 화합물은 아민계 화합물과 상기 유기 용액의 아실 할라이드기를 포함하는 화합물의 계면중합에 의하여 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 상기 아민 수용액층 상에 상기 유기 용액을 적가하여 형성될 수 있으며, 구체적으로 다공성 지지체를 m-페닐렌 디아민(mPD) 수용액에 침지하여 mPD 층을 형성하고, 이를 다시 트리메조일클로라이드(TMC) 유기 용매에 침지하여 mPD 층을 TMC와 접촉시켜 계면 중합시킴으로써 폴리아미드 활성층을 형성할 수 있다. 또한, 침지법 대신 스프레이 또는 코팅 등의 방법을 통해 폴리아미드 활성층을 형성할 수도 있다.
상기 아민 수용액은 메타-페닐렌디아민(mPD), p-페닐렌디아민, 1,3,6-벤젠트리아민, 4-클로로-1,3-페닐디아민, 6-클로로-1,3-페닐렌디아민, 3-클로로-1,4-페닐렌디아민 및 피레라진으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 상기 아민 수용액은 mPD를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 아민 수용액은 물 및 아이소프로필알코올(IPA)로부터 선택되는 1 이상을 용매로서 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 아민계 화합물은 상기 아민 수용액 전체 100 중량% 대비 1 중량% 내지 20중량%, 구체적으로 1 중량% 내지 15 중량%, 더욱 구체적으로 1 중량% 내지 10 중량%로 포함될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 아민계 화합물이 상기 범위일 경우 가교(cross-linking)이 적절하게 일어나게 되고, 과하게 중합물이 형성되어 성능이 저하되는 현상을 방지할 수 있는 이점이 있다.
상기 아실 할라이드기를 포함하는 화합물은 트리메조일클로라이드(TMC), 이소탈로일클로라이트(IPC) 및 테레프탈로일클로라이드(TPC)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 예컨대, 상기 아실 할라이드기를 포함하는 화합물은 TMC를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 아실 할라이드기를 포함하는 화합물은 상기 유기 용액 전체 100 중량% 대비 0.1 중량% 내지 5 중량%, 구체적으로 0.1 중량% 내지 3 중량%, 더욱 구체적으로 0.1 중량% 내지 1 중량%로 포함될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 폴리아미드 활성층을 표면 처리하는 단계는, 예를 들면, 폴리아미드층이 형성된 지지체를 아민기 함유 화합물, 에폭시기 함유 화합물 및 플루오로 함유 화합물을 포함하는 수용액에 침지 또는 코팅시키는 방법을 통해 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 수용액에 포함되는 각 성분의 구체적인 예 및 함량은 전술한 바와 동일하다.
상기 코팅은 당업계에서 쓰이는 방법이라면 한정되지 않으며, 구체적으로 ㅅ슬롯코팅(slot coating), 스프레이 코팅(spray coating)일 수 있다.
상기 다공성 지지체의 두께는 60 ㎛ 내지 120 ㎛일 수 있으나, 구체적으로 90 ㎛ 내지 120 ㎛ 일 수 있으며, 필요에 따라 조절될 수 있다. 상기 다공성 지지체의 기공 크기는 1 nm 내지 500 nm인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 다공성 지지체의 기공 크기가 상기 범위내일 때, 후술할 고분자 용액 또는 활성층을 형성하기 위한 용액이 기공 사이로 스며들어 균일한 구조를 형성할 수 있고, 상기 아민 수용액의 침투가 용이하게 되어 역시 균일한 구조의 형성이 가능하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 전술한 수처리 분리막의 제조방법으로 제조되는 것인 수처리 분리막을 제공한다.
상기 수처리 분리막은 110 ㎛ 내지 170 ㎛의 두께일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 전술한 수처리 분리막을 적어도 하나 이상 포함하는 수처리 모듈을 제공한다.
본 명세서의 또 다른 실시상태에 따르면, 전술한 수처리 모듈을 적어도 하나 이상 포함하는 수처리 장치를 제공한다.
이하, 본 명세서를 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세히 설명한다. 그러나, 본 명세서에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 명세서의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지는 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
제조예 -폴리아미드층이 형성된 다공성 지지체의 제조
본 발명에서 역삼투 분리막으로 사용하기 위하여 폴리에스테르 재질의 95 ㎛내지 100 ㎛ 다공성 지지체 위에 폴리술폰을 캐스팅하였다.
폴리술폰을 캐스팅하기 위하여 DMF(N,N-dimethylformamide) 용액에 18 wt% 폴리술폰 고형(solid)을 넣고 80~85 ℃에서 12시간 이상 녹인 후, 호모지니어스한 액상이 얻어지면 다공성 지지체 위에 45~50 ㎛로 폴리설폰을 캐스팅하였다.
준비된 다공성 폴리술폰 지지체를 2wt%의 mPD(m-Phenylenediamine)를 포함하는 수용액에 2분 동안 침지시킨 후, 지지체 상의 과잉의 수용액을 25psi roller를 이용하여 제거하고 1분간 상온 건조하였다.
이후, 상기 코팅된 지지체를 Isol C 용매(SKC Corp.)에 0.1 wt% TMC(1,3,5-benzenetricarbonyl trichloride)를 함유하는 용액에 1분간 침지한 후 과잉의 유기용액을 제거하기 위하여 60 ℃ 오븐에서 10분간 건조하였다.
상기 방법으로 얻어진 분리막을 0.2 wt% 탄산나트륨 수용액에 상온에서 2시간 이상 수세시킨 후, 증류수로 수세하여, 200 ㎛ 두께의 폴리아미드막을 가지는 수처리 분리막을 제조하였다.
[실시예 1]
폴리아미드 막을 제조하고, 0.2wt% 탄산나트륨 수용액으로 수세하기 전 PEGDE, Jeffamine 및 CHF2CF2CF2CF2CH2OCH2CHCH2O가 첨가된 고분자 수용액을 코팅한 후, 3차 증류수로 세척하여 내오염층을 형성시켰다.
도입된 PEGDE의 분자량은 526이며, Jeffamine의 분자량은 1,900이었다. 총 고분자 수용액의 농도는 1.07wt%로 사용하였다. 그 후, 0.2wt% 탄산나트륨 수용액으로 상온에서 2시간 이상 수세한 후 3차 증류수로 다시 세척하고 32,000ppm의 NaCl 수용액에서 800psi 압력으로 측정하였다.
결과는 하기 표 1에 나타내었다.
[비교예 1]
실시예 1의 PEGDE, Jeffamine 및 CHF2CF2CF2CF2CH2OCH2CHCH2O가 첨가된 고분자 수용액을 폴리아미드 막 제조 후 0.2 wt% 탄산나트륨 수용액으로 상온에서 2시간 이상 수세한 후 3차 증류수로 세척후 코팅한 후, 3차 증류수로 세척한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다. 실시예 1에서 기술된 동일한 조건 하에서 성능 평가가 이루어졌으며, 수행된 분리막의 물성을 하기 표 1에 나타내었다.
[비교예2]
상기와 같이 폴리아미드 막을 제조한 후 0.2wt% 탄산나트륨 수용액으로 상온에서 2시간 이상 수세 전/후로 PEGDE, Jeffamine, CHF2CF2CF2CF2CH2OCH2CHCH2O가 첨가된 고분자 수용액을 처리한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 막 성능을 평가하였다.
비교예 2의 초기 염배제율은 99.56%였고, 초기 투과유량은 36.29GFD였다.
실험예 - 초기 염제거율 평가
실시예 1 , 비교예 1 및 2에 의해 제조된 수처리 분리막의 내오염성을 전술한 방법으로 평가하였다. 측정 결과는 [표 1]에 도시하였다.
구분 초기 염제거율(%) 초기 투과유량(GFD)
실시예 1 99.80 26.71
비교예 1 99.66 29.91
비교예 2 99.56 36.29
상기 표 1에서 보는 바와 같이, 폴리아미드막(활성층) 제조 직후, 즉 세척하기 전 PEGDE, 제파민(Jeffamine), 및 CHF2CF2CF2CF2CH2OCH2CHCH2O가 첨가된 고분자 수용액을 처리해 주는 경우 고염제거율을 가지는 분리막이 구현됨을 확인할 수 있었다.
폴리아미드막 제조 직후 표면은 미반응 TMC의 -COCl group이 대부분 존재하는 상태로, PEGDE, 제파민(Jeffamine), 및 CHF2CF2CF2CF2CH2OCH2CHCH2O가 첨가된 고분자 말단 그룹과 아주 빠른 시간 내 공유 결합을 형성하여 친수한 고분자에 의한 내오염 특성 향상 부여 및 구가 긴 사슬을 가지는 고분자를 한층 올림으로써 고염제거까지 가능한 분리막을 구현할 수 있게 된다.
반면, 비교예 1 과 같이 폴리아미드 막을 제조한 후 수세과정을 거치게 되면 활성층 표면에 존재하던 미반응 -COCl 그룹(group)이 대부분 -COOH로 치환되어, PEGDE, 제파민(Jeffamine), 및 CHF2CF2CF2CF2CH2OCH2CHCH2O가 첨가된 고분자 말단 그룹과 빠른 시간 내 상온에서 공유결합을 형성하기 어렵게 된다. 그러므로, 실시예1과 동일한 농도 및 시간으로 처리해 주었을 때, 표 1에서 보는바와 같이 염제거율이 실시예 1 대비 낮음을 확인할 수 있고, 그에 따라 내오염 특성도 낮음을 예상할 수 있다.
전술한 바를 FT-IR 측정으로 알아본 뒤, 그 결과를 하기 표2에 나타냈다.
PEGDE, 제파민(Jeffamine), 및 CHF2CF2CF2CF2CH2OCH2CHCH2O가 첨가된 고분자 수용액을 수세 전후로 반응시켜 남아있을 수 있는 -COCl을 모두 -COOH로 변환시킨 후, 남아있는 -COOH 양을 측정하여 반응의 정도를 확인하였다.
sample Remain amount of COOH (%)
Pristine 11.0
수세 전 고분자 수용액에 침지한 경우 4.2
수세 후 고분자 수용액에 침지한 경우 8.1
남아있는 -COOH 양은 하기의 식으로 계산하였다.
Figure pat00001
실험예 - 수처리 분리막의 내오염 특성 평가
[실시예 2]
실시예 1과 동일한 방법으로 분리막을 제조한 뒤, 32,000ppm의 NaCl 수용액과 100ppm의 알부민 혼합 수용액을 사용하여 800psi의 압력으로 알부민 수용액 투입 전후 수처리 분리막의 성능을 평가하였다. 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
[비교예 3]
비교예 1과 동일한 방법으로 분리막을 제조한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 성능을 평가한 뒤, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
[비교예 4]
비교예 2와 같은 분리막을 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 평가한 뒤, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
구분 알부민 투입 전 초기 염제거율 (%) 알부민 투입 6시간 후 염제거율(%) 알부민 투입 전 초기 투과유량 (GFD) 알부민 투입 6시간 후 투과유량 (GFD)
실시예 2 99.80 99.82 26.71 25.28
비교예 3 99.66 99.74 29.91 26.39
비교예 4 99.56 99.70 36.29 27.22
상기 표 3에서 볼수 있듯이, 내오염 특성을 부여하는 고분자가 많이 결합되는 실시예 2 의 경우 비교예 3 및 4에 비하여 동일 시간 오염물질을 처리해 주었을 때 투과유량 감소가 적게 보임을 확인할 수 있었다. 이는 내오염성이 향상됨을 뜻한다.

Claims (11)

  1. 다공성 지지체의 일면에 고분자 용액을 캐스팅하여 다공성 고분자층을 형성하는 단계;
    상기 다공성 고분자층을 아민계 화합물이 포함된 아민 수용액에 침지하여 아민 수용액 층을 형성하는 단계;
    상기 아민 수용액 층을 아실 할라이드기를 포함하는 화합물이 포함된 유기 용액에 침지하여 활성층을 형성하는 단계;
    상기 활성층에 아민기 함유 화합물, 에폭시기 함유 화합물 및 플루오로 함유 화합물을 포함하는 수용액을 코팅하여 표면 처리하는 단계; 및
    상기 표면처리하는 단계 이후, 상기 활성층을 수세하는 단계를 포함하는 수처리 분리막 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 수용액은
    아민기 함유 화합물 5 내지 20 중량%,
    에폭시기 함유 화합물 0.5 내지 5 중량%,
    플루오로 함유 화합물 0.5 내지 5 중량%, 및
    잔부의 용매를 포함하는 것인 수처리 분리막 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 아민기 함유 화합물은 폴리알킬렌글리콜의 양 말단에 아민기가 부착된 화합물을 포함하는 것인 수처리 분리막 제조방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 폴리알킬렌글리콜은 폴리에틸렌글리콜 또는 폴리프로필렌글리콜인 것인 수처리 분리막 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 에폭시기 함유 화합물은 2 이상의 에폭시기를 포함하는 (폴리)에틸렌계 에폭시 수지, (폴리)글리세린계 에폭시 수지 및 (폴리)소르비톨계 에폭시 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것인 수처리 분리막 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 플루오로 함유 화합물은 아민기 함유 화합물과 축합 반응 가능한 치환기가 결합된 것인 수처리 분리막 제조방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 플루오로 함유 화합물은 F(CF2)3O[CF(CF3)CF2O]3CF(CF3)COF, CHF2CF2CF2CH2OCH2CHCH2O, F(CH2)10COOH, F(CH2)7COCl, F(CH2)10CH2CH2OH, F(CH2)8CH2CH2OH, (CF3)2CCH3COF, F(CF2)6CH2CHCH2O, CF3CHCHCOCl 및 F(CF2)6CH2NH2로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것인 수처리 분리막 제조방법.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 활성층은 폴리아미드계 화합물을 포함하고, 상기 폴리아미드계 화합물은 아민계 화합물과 상기 유기 용액의 아실 할라이드기를 포함하는 화합물의 계면중합에 의해 형성되는 것인 수처리 분리막 제조방법.
  9. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조되는 것인 수처리 분리막.
  10. 청구항 9의 수처리 분리막을 적어도 하나 이상 포함하는 수처리 모듈.
  11. 청구항 10의 수처리 모듈을 적어도 하나 이상 포함하는 수처리 장치.
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