KR20160076135A - Organic-inorganic complex, and water-treatment filter comprising the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an organic-inorganic composite and a water treatment filter including the same. The organic-inorganic composite comprises: a polymer matrix including a polymer resin; and oxidized carbon nano particles dispersed in the polymer matrix and exposed on a surface of the polymer matrix. According to the present invention, a water passing efficiency of the water-treatment filter is increased at the same pressure due to the improvement of hydrophilicity such that a water treatment efficiency is increased, and a flow rate of the water-treatment filter is increased by applying high pressure due to the improvement of mechanical strength such that the water treatment efficiency is increased. Moreover, the wettability of the water-treatment filter is increased due to the improved surface roughness.

Description

유무기 복합체 및 이를 포함하는 수처리 필터{ORGANIC-INORGANIC COMPLEX, AND WATER-TREATMENT FILTER COMPRISING THE SAME}[0001] The present invention relates to an organic-inorganic hybrid material and a water treatment filter including the organic-inorganic hybrid material.

본 발명은 유무기 복합체 및 이를 포함하는 수처리 필터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수처리 필터의 친수성을 향상시켜 동일한 압력에서 물의 통과 효율이 증가시킴으로써 수처리 효율을 증대시키고, 기계적 강도를 향상시켜 높은 압력을 가할 수 있어 유량을 증가시킴으로써 수처리 효율을 증대시키며, 표면 거칠기를 개질시켜 습윤성을 향상시킬 수 있는 유무기 복합체 및 이를 포함하는 수처리 필터에 관한 것이다.The present invention relates to an organic-inorganic hybrid material and a water treatment filter comprising the same, and more particularly, to an organic-inorganic hybrid material which improves the hydrophilicity of a water treatment filter to increase the efficiency of water treatment at the same pressure, The present invention relates to an organic-inorganic hybrid material capable of increasing the water treatment efficiency by increasing the flow rate and improving the wettability by modifying the surface roughness, and a water treatment filter including the same.

탄소 소재 산업은 최근 가장 이슈가 되고 있는 에너지 효율화, 환경 보호 및 고도 물 처리산업 등 저탄소 녹색성장 관련 산업분야에서 수요가 확대되고 있으며, 이와 동시에 수요 산업의 융복합과 니즈에 맞춰 소재분야 융복합화가 꾸준히 요구되고 있는 실정이다. In the carbon material industry, demand is expanding in the low carbon green growth related industries such as energy efficiency, environmental protection and advanced water treatment industry, which are the most important issues in recent years. At the same time, It is a fact that is demanded.

이에 따라, 탄소 소재 자체의 응용기술 뿐만 아니라 주변 기술 기반이 급속히 발전하면서 탄소 소재의 융복합 촉진은 소재 산업에 큰 활력소가 될 것으로 기대되며, 전후방 산업 기술혁신에 새로운 패러다임의 핵심 역할로서 탄소소재가 고부가가치 창출의 원천이 될 것으로 기대 된다.As a result, not only the application technology of the carbon material itself but also the surrounding technology base is rapidly developed, the promotion of the fusion of the carbon material is expected to be a great energy source for the material industry and the carbon material as a key role of the new paradigm for the front- It is expected to be a source of high added value creation.

이른바 6대 탄소 물질로 알려진 인조흑연, 그래핀, 탄소 섬유, 탄소 나노 튜브, 활성 탄소, 카본 블랙 등은 산업계에 널리 사용되고 있으나, 실질적으로 그래핀, 탄소 나노 튜브는 제조하는 프로세스가 환경적 및 경제적이지 못하여 융복합화 적용에 어려움이 있다.Artificial graphite, graphene, carbon fiber, carbon nanotube, activated carbon, and carbon black, which are known as the so-called six carbon materials, are widely used in industry, but the processes of manufacturing graphene and carbon nanotubes are environmentally and economically There is a difficulty in applying the blend.

상기 흑연, 카본 블랙과 같은 재래식 탄소 소재보다 물성이 뛰어나면서 제조공정이 경제적이고 친환경적으로 이루어지고 복합소재화 할 수 있는 차세대 물질의 개발이 요구된다.It is required to develop a next-generation material which is superior in physical properties than conventional carbon materials such as graphite and carbon black, is economical and eco-friendly, and can be made into a composite material.

한편, 플라스틱의 방대한 응용성에 근간하여 보다 강한 기계적 강도를 갖는 플라스틱 소재를 개발하기 위한 노력이 이어져왔다. On the other hand, efforts have been made to develop a plastic material having a strong mechanical strength based on an extensive application of plastics.

대표적으로 복합 재료의 형태를 나타내는 콤포지트 및 콤파운드가 대표적인 예이다. 근래에 들어 복합 재료의 특성을 보다 향상시키기 위해 나노 복합 재료의 개발이 활발하다. 나노 고분자 복합 재료중 그래핀, 탄소 나노 튜브 등을 기반으로 하는 연구가 대표적이나 충진물로 적용되는 그래핀, 탄소 나노 튜브는 가격이 비싸고 분산성이 원활하지 못한 단점을 갖고 있다. 나노 고분자 복합 재료에 적용할 수 있는 친환경적, 경제적, 우수한 분산성, 기능화 등의 후처리 없이 바로 사용 가능한 충진물질의 개발이 요구된다.Typically, composites and compounds representing the type of composite material are representative examples. Recently, nanocomposite materials have been actively developed to improve the properties of composite materials. Researches based on graphene and carbon nanotubes among nano-polymer composite materials are typical, but graphene and carbon nanotubes, which are applied as fillers, are expensive and have poor dispersibility. It is required to develop a filling material that can be applied to nano-polymer composite material without any post-treatment such as environment-friendly, economical, excellent dispersibility, and functionalization.

본 발명의 목적은 수처리 필터의 친수성을 향상시켜 동일한 압력에서 물의 통과 효율이 증가시킴으로써 수처리 효율을 증대시키고, 기계적 강도를 향상시켜 높은 압력을 가할 수 있어 유량을 증가시킴으로써 수처리 효율을 증대시키며, 표면 거칠기를 개질시켜 습윤성을 향상시킬 수 있는 유무기 복합체를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to improve the hydrophilicity of a water treatment filter to increase the water passing efficiency at the same pressure to increase the water treatment efficiency and to increase the mechanical strength to increase the water treatment efficiency by increasing the flow rate, To thereby improve the wettability.

본 발명의 다른 목적은 상기 유무기 복합체를 포함하는 수처리 필터를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a water treatment filter comprising the above organic / inorganic composite.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 고분자 수지를 포함하는 고분자 매트릭스, 그리고 상기 고분자 매트릭스 내에 분산되며, 상기 고분자 매트릭스 표면에 노출된 산화 탄소 나노 입자를 포함하는 유무기 복합체를 제공한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a polymer matrix comprising a polymer resin, and an organic-inorganic hybrid material dispersed in the polymer matrix and containing carbon nanoparticles exposed on the surface of the polymer matrix.

상기 고분자 수지는 에폭시, 폴리에스테르(PE), 폴리우레탄(PU), 폴리술폰(PSF), 폴리이미드(PI), 폴리아마이드(PA), 폴리카보네이트(PC), 폴리프로필렌(PP), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(ABS), 폴리비닐리돈 플루오라이드(PVDF), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 셀룰로오스 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.The polymer resin may be at least one selected from the group consisting of epoxy, polyester (PE), polyurethane (PU), polysulfone (PSF), polyimide (PI), polyamide (PA), polycarbonate Butadiene-styrene copolymer (ABS), polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), cellulose, and mixtures thereof.

상기 산화 탄소 나노 입자는 나노 크기의 산화된 탄소의 구상 입자이며, X선 원소 분석(X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS)에 의한 탄소/산소 원소 비율(C/O atomic ratio) 1 내지 9이고, X선 원소 분석시 가장 큰 산소 분율이 C-O(OH) 결합에서 관찰되는 것일 수 있다.The carbon oxide nanoparticles are spherical particles of nano-sized oxidized carbon and have a carbon / oxygen element ratio (C / O atomic ratio) of 1 to 9 by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) The greatest oxygen fraction in line element analysis may be observed in CO (OH) bonds.

상기 산화 탄소 나노 입자는 X선 원소 분석시 C-C 결합, C-O(OH) 결합, C-O-C 결합, C=O 결합 및 O=C-OH 결합이 관찰되는 것일 수 있다.The carbon oxide nanoparticles may have C-C bonds, C-O (OH) bonds, C-O-C bonds, C═O bonds and O═C-OH bonds observed in X-ray element analysis.

상기 산화 탄소 나노 입자는 X선 원소 분석시 C-O(OH) 결합의 분율이 C-O-C 결합의 분율 보다 더 큰 것일 수 있다.The carbon oxide nanoparticles may have a fraction of C-O (OH) bonds larger than a fraction of C-O-C bonds in X-ray element analysis.

상기 산화 탄소 나노 입자는 X선 원소 분석시 C-O(OH) 결합의 분율과 C-O-C 결합의 분율이 1:1 내지 6:1인 것일 수 있다.The carbon oxide nanoparticles may have a C-O (OH) bond fraction and a C-O-C bond fraction of 1: 1 to 6: 1 in X-ray element analysis.

상기 산화 탄소 나노 입자는 BET 비표면적(specific surface area)이 50 내지 1500m2/g인 것일 수 있다.The carbon oxide nanoparticles may have a BET specific surface area of 50 to 1500 m 2 / g.

상기 산화 탄소 나노 입자는 라만 분석에 의한 결함피크/탄소피크 신호감도비율(ID/IG intensity ratio)이 0.004 내지 0.7인 것일 수 있다.The carbon oxide nanoparticles may have a defect peak / carbon peak signal sensitivity ratio (I D / I G intensity ratio) of 0.004 to 0.7 by Raman analysis.

상기 산화 탄소 나노 입자는 입자 크기가 1 내지 3000nm이고, 종횡 비율이 0.8 내지 1.2인 것일 수 있다.The carbon oxide nanoparticles may have a particle size of 1 to 3000 nm and an aspect ratio of 0.8 to 1.2.

상기 유무기 복합체는 상기 고분자 매트릭스 100 중량부에 대하여 상기 산화 탄소 나노 입자를 0.01 내지 5 중량부로 포함할 수 있다.The organic / inorganic hybrid material may include 0.01 to 5 parts by weight of the carbon oxide nanoparticles relative to 100 parts by weight of the polymer matrix.

상기 유무기 복합체는 상기 표면에 노출된 산화 탄소 나노 입자에 의하여 형성되는 표면 거칠가 5 내지 300nm일 수 있다.The organic-inorganic hybrid material may have a surface roughness of 5 to 300 nm formed by the carbon oxide nanoparticles exposed on the surface.

상기 산화 탄소 나노 입자는 상기 산화 탄소 나노 입자 전체에 대하여 20 내지 80 개수%가 상기 고분자 매트릭스 표면에 노출되는 것일 수 있다.The carbon oxide nanoparticles may be exposed to the surface of the polymer matrix in an amount of 20 to 80% by number based on the total amount of the carbon oxide nanoparticles.

상기 유무기 복합체는 직경이 1 내지 100nm인 제1 미세 기공 및 직경이 1 내지 100㎛인 제2 미세 기공을 포함할 수 있다.The organic-inorganic hybrid material may include first micropores having a diameter of 1 to 100 nm and second micropores having a diameter of 1 to 100 탆.

본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 유무기 복합체를 포함하는 수처리 필터를 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a water treatment filter including the organic-inorganic hybrid material.

상기 수처리 필터는 지지체, 역삼투막(RO), 나노여과막(NF), 한외여과막(UF), 정밀여과막(MF) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 층을 더 포함할 수 있다.The water treatment filter may further include a layer selected from the group consisting of a support, a reverse osmosis membrane (RO), a nanofiltration membrane (NF), an ultrafiltration membrane (UF), a microfiltration membrane (MF), and a combination thereof.

본 발명의 수처리 필터는 친수성이 향상되어 동일한 압력에서 물의 통과 효율이 증가됨으로써 수처리 효율이 증대되고, 기계적 강도가 향상되어 높은 압력을 가할 수 있어 유량이 증가됨으로써 수처리 효율이 증대되며, 표면 거칠기가 개질되어 습윤성이 향상된다.The water treatment filter according to the present invention has improved hydrophilicity and increases the water passing efficiency at the same pressure, thereby increasing the water treatment efficiency, increasing the mechanical strength and applying the high pressure, increasing the water flow rate, increasing the water treatment efficiency, And the wettability is improved.

도 1은 제조예 1에서 제조된 산화 탄소 나노 입자(OCN, oxidized carbon nano-particle)의 적외선 분광 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 2 및 도 3은 각각 제조예 1에서 제조된 산화 탄소 나노 입자 및 시중에 판매되는 산화 그래핀를 X선 원소 분석(X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS)한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4 및 도 5는 상기 제조예 1에서 제조된 산화 탄소 나노 입자(OCN, oxidized carbon nano-particle)를 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 사진이고, 각각 배율이 1nm 및 1.00㎛이다.
도 6은 제조예 1에서 제조된 산화 탄소 나노 입자(OCN, oxidized carbon nano-particle)를 라만 분석한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7 및 도 8은 제조예 3에서 제조된 분리막의 기계적 강도를 나타내는 그래프이다.
도 9는 제조예 4에서 제조된 분리막을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 사진이다.
도 10는 제조예 3에서 제조된 분리막의 수분투습도를 나타내는 그래프이다.
1 is a graph showing the results of infrared spectroscopic analysis of oxidized carbon nano-particles (OCN) prepared in Production Example 1. FIG.
2 and 3 are graphs showing the results of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) of the carbon oxide nanoparticles prepared in Preparation Example 1 and the commercially available graphene oxide.
4 and 5 are SEM photographs of the oxidized carbon nano-particles (OCN) prepared in Preparation Example 1, and magnifications of 1 nm and 1.00 μm, respectively.
6 is a graph showing the results of Raman analysis of oxidized carbon nano-particles (OCN) prepared in Production Example 1. FIG.
Figs. 7 and 8 are graphs showing the mechanical strengths of the separator prepared in Production Example 3. Fig.
9 is a photograph of the separation membrane produced in Production Example 4, observed with a scanning electron microscope (SEM).
10 is a graph showing moisture permeability of the separation membrane produced in Production Example 3. FIG.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 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 so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

본 명세서에 기재된 용어 나노란 나노 스케일을 의미하며, 1 ㎛ 이하의 크기를 포함한다.The term nanorang, as used herein, refers to a nanoscale and includes a size of less than 1 micron.

본 발명의 일 실시예에 따른 산화 탄소 나노 입자는 나노 크기의 산화된 탄소의 구상 입자이다.The carbon oxide nanoparticles according to an embodiment of the present invention are spherical particles of nano-sized oxidized carbon.

따라서, 상기 산화 탄소 나노 입자는 산화 그래핀과는 상이한 물질로서, 상기 산화 그래핀은 탄소 원자가 벌집 모양의 육각형 형태로 연결된 2차원 평면 구조를 이루는 물질인 그래핀의 산화물을 가리키는 것이다. Therefore, the carbon oxide nanoparticles are different from the oxidized graphene, and the oxidized graphene refers to an oxide of graphene, which is a material having a two-dimensional planar structure in which carbon atoms are connected in a honeycomb-like hexagonal shape.

상기 산화 탄소 나노 입자는 입자 크기가 1 내지 3000nm일 수 있고, 바람직하게 10 내지 600nm일 수 있다. 상기 산화 탄소 나노 입자의 크기가 상기 범위 내인 경우 분산이 유리하고 넓은 비표면적에 기인하여 유기 재료와의 접촉면적이 넓어 기계적 강도 향상에 유리하다.The carbon oxide nanoparticles may have a particle size of 1 to 3000 nm, preferably 10 to 600 nm. When the size of the carbon oxide nanoparticles is within the above range, dispersion is advantageous and the contact area with the organic material is wide due to the large specific surface area, which is advantageous for improving the mechanical strength.

상기 산화 탄소 나노 입자는 구상 입자로서 종횡 비율이 0.8 내지 1.2일 수 있고, 보다 자세히 0.9 내지 1.1일 수 있다. 상기 산화 탄소 나노 입자는 하기 본 발명의 산화 탄소 나노 입자의 제조 방법에 의하여 제조하면 구상 형태를 가지게 되며, 이에 따라 상기와 같은 종횡 비율을 가질 수 있다. 또한, 상기 산화 그래핀의 종횡 비율이 1.1을 초과한다는 점에서 상기 산화 탄소 나노 입자는 상기 산화 그래핀과 상이하다.The carbon oxide nanoparticles may be spherical particles having an aspect ratio of 0.8 to 1.2 and more specifically 0.9 to 1.1. The carbon oxide nanoparticles have a spherical shape when manufactured by the method of manufacturing carbon nanoparticles of the present invention, and thus have the same aspect ratio. In addition, the carbon oxide nanoparticles differ from the graphene oxide in that the aspect ratio of the oxidized graphene exceeds 1.1.

상기 산화 탄소 나노 입자는 X선 원소 분석(X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS)에 의한 탄소/산소 원소 비율(C/O atomic ratio) 1 내지 9이고, 바람직하게 2 내지 9이다. 상기 탄소/산소 원소 비율이 상기 범위 내인 경우 n-메틸피롤리돈(NMP)와 같은 유기 용매에 분산이 용이하여 유무기 복합체 등의 제조에 적합하다.The carbon oxide nanoparticles have a C / O atomic ratio of 1 to 9, preferably 2 to 9, by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). When the carbon / oxygen element ratio is within the above range, it is easy to disperse in an organic solvent such as n-methyl pyrrolidone (NMP), and thus it is suitable for the production of an organic-inorganic hybrid material.

또한, 상기 산화 탄소 나노 입자는 X선 원소 분석시 C-C 결합, C-O(OH) 결합, C-O-C 결합, C=O 결합 및 O=C-OH 결합이 관찰되며, 그 중에서 가장 큰 산소 분율이 C-O(OH) 결합에서 관찰된다. 반면, 상기 산화 그래핀의 경우 X선 원소 분석시 C-C 결합, C-O(OH) 결합, C-O-C 결합, C=O 결합 및 O=C-OH 결합이 동일하게 관찰되나, 그 중에서 가장 큰 산소 분율이 C-O-C 결합에서 관찰된다는 점에서 상기 산화 탄소 나노 입자와 상이하다.The carbon nanoparticles were found to have CC bonds, CO (OH) bonds, COC bonds, C═O bonds and O═C-OH bonds in the X-ray elemental analysis, ) Bonds. On the other hand, in the case of the graphene oxide, CC bond, CO (OH) bond, COC bond, C═O bond and O═C-OH bond were observed in X-ray element analysis, And is different from the above-mentioned carbon oxide nanoparticles.

구체적으로, 상기 산화 탄소 나노 입자는 X선 원소 분석시 C-O(OH) 결합의 분율과 C-O-C 결합의 분율이 1:1 내지 6:1일 수 있고, 바람직하게 2:1 내지 4:1일 수 있다. 상기 C-O(OH) 결합의 분율과 C-O-C 결합의 분율이 상기 범위 내인 경우 n-메틸피롤리돈(NMP)와 같은 유기 용매에 분산이 용이하여 유무기 복합체 등의 제조에 적합하다.Specifically, the carbon oxide nanoparticles may have a fraction of CO (OH) bond and a fraction of COC bond in an X-ray element analysis of 1: 1 to 6: 1, preferably 2: 1 to 4: 1 . When the fraction of C-O (OH) bond and the fraction of C-O-C bond are within the above range, it is easy to disperse in an organic solvent such as n-methylpyrrolidone (NMP).

상기 산화 탄소 나노 입자는 BET 비표면적(specific surface area)이 50 내지 1500m2/g일 수 있고, 바람직하게 100 내지 700m2/g일 수 있다. 상기 산화 탄소 나노 입자의 BET 비표면적 상기 범위 내인 경우 유무기 복합체 제조를 위하여 유기 용매 등에 분산시 상기 산화 탄소 나노 입자의 함량에 따라 점도가 증가되는바, 상기 비표면적 범위 내에서 유무기 복합체 제조에 적합하다.The carbon oxide nanoparticles may have a BET specific surface area of 50 to 1500 m 2 / g, and preferably 100 to 700 m 2 / g. When the BET specific surface area of the carbon oxide nanoparticles is within the above range, the viscosity increases with the content of the carbon nano-particles when dispersed in an organic solvent or the like for the production of the organic-inorganic hybrid composite. Suitable.

상기 산화 탄소 나노 입자는 라만 분석에 의한 결함피크/탄소피크 신호감도비율(ID/IG intensity ratio)이 0.004 내지 1일 수 있고, 바람직하게 0.01 내지 0.5일 수 있다. 상기 결함피크/탄소피크 신호감도비율이 상기 범위 내인 경우 NMP 등의 유기 용매와의 상용성이 적절하고 유무기 복합체를 제조하였을 경우 유기 재료와의 상호 작용할 수 있는 적절한 화학적 그룹을 포함한다.The carbon oxide nanoparticles may have a defect peak / carbon peak signal sensitivity ratio (I D / I G intensity ratio) by Raman analysis of 0.004 to 1, preferably 0.01 to 0.5. When the defect peak / carbon peak signal sensitivity ratio is within the above range, compatibility with an organic solvent such as NMP is suitable and includes a suitable chemical group capable of interacting with an organic material when the organic-inorganic hybrid material is prepared.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 산화 탄소 나노 입자의 제조 방법은 탄소 전구체를 용매에 용해시켜 원료 용액을 제조하는 단계, 그리고 상기 원료 용액에 염화암모늄(ammonium chloride) 촉매를 투입한 후 가열하여 반응시키는 단계를 포함한다. According to another embodiment of the present invention, there is provided a method for preparing carbon oxide nanoparticles, comprising the steps of preparing a raw material solution by dissolving a carbon precursor in a solvent, adding an ammonium chloride catalyst to the raw material solution, .

상기 탄소 전구체는 글루코스(glucose), 프록토오스(fructose), 스타치(starch), 셀룰로오스(cellulose) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있고, 바람직하게 글루코스를 사용할 수 있다.The carbon precursor may be any one selected from the group consisting of glucose, fructose, starch, cellulose, and mixtures thereof, preferably glucose.

상기 용매는 물 또는 에틸렌글리콜(ethylene glycol)일 수 있다.The solvent may be water or ethylene glycol.

상기 탄소 전구체는 상기 용매 100 중량부에 대하여 0.1 내지 50중량부로 용해시킬 수 있고, 바람직하게 1 내지 30 중량부로 용해시킬 수 있다. 상기 탄소 전구체의 함량이 상기 용매 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 미만인 경우 합성되는 산화 탄소 나노 입자의 양이 희박하므로 생산성적인 측면에서 바람직하지 않을 수 있고, 50 중량부를 초과하는 경우 거대 입자가 합성될 수 있고 전구체의 용해가 원활하지 않을 수 있다.The carbon precursor may be dissolved in an amount of 0.1 to 50 parts by weight, preferably 1 to 30 parts by weight, based on 100 parts by weight of the solvent. When the content of the carbon precursor is less than 0.1 parts by weight based on 100 parts by weight of the solvent, the amount of the synthesized carbon oxide nanoparticles is diluted, which may be undesirable from the viewpoint of productivity. When the amount exceeds 50 parts by weight, And the dissolution of the precursor may not be smooth.

구체적으로, 상기 반응시키는 단계는 밀폐 용기 내에서 이루어지며, 상기 촉매를 투입한 원료 용액을 100 내지 300℃으로 승온시켜, 상기 용매가 2 내지 30bar의 증기압 갖도록 하여 1분 내지 60분 동안 반응시킬 수 있다.Specifically, the step of reacting is performed in a closed vessel, and the raw material solution into which the catalyst is introduced is heated to 100 to 300 ° C, and the solvent is allowed to react for 1 to 60 minutes so as to have a vapor pressure of 2 to 30 bar have.

상기 승온 온도가 100℃ 미만인 경우 반응이 전개되지 않을 수 있고, 300℃를 초과하는 경우 산화 형태의 화학 작용기가 가혹한 반응 온도로 인하여 모두 환원되어 환원 탄소 나노 입자로 얻어질 수 있다. 상기 용매의 증기압이 2bar 미만인 경우 반응 개시가 되지 않을 수 있고, 30bar를 초과하는 경우 가혹한 반응 조건으로 인하여 거대 입자화될 수 있다. 또한, 상기 반응 시간이 1분 미만인 경우 반응이 원활히 이루어지지 못하여 입자 형성, 수율 등이 저하될 수 있고, 60분을 초과하는 경우 과반응을 통하여 입자 거대화 및 산화 형태의 화학 작용기의 환원을 초래하여 환원 탄소 나노입자로 탄소/산소분율이 변화될 수 있다.If the heating temperature is lower than 100 ° C, the reaction may not be developed. If the heating temperature is higher than 300 ° C, the oxidized chemical functional groups may be reduced to a reduced carbon nanoparticle due to the severe reaction temperature. If the vapor pressure of the solvent is less than 2 bar, the reaction may not be initiated. If the vapor pressure is more than 30 bar, the reaction may be macerated due to severe reaction conditions. If the reaction time is less than 1 minute, the reaction may not be smoothly performed, and the particle formation and yield may be lowered. If the reaction time exceeds 60 minutes, excessive reaction may cause particle enrichment and reduction of chemical form of oxidized form The carbon / oxygen fraction can be changed to the reduced carbon nanoparticles.

상기 염화암모늄 촉매는 상기 원료 용액을 20 내지 100℃, 바람직하게 40 내지 80℃로 승온한 후 투입할 수 있다. 상기 염화암모늄 촉매를 상기 온도 범위로 승온한 후 투입하는 경우 균일한 크기의 입자가 합성될 수 있다.The ammonium chloride catalyst may be added after raising the temperature of the raw material solution to 20 to 100 ° C, preferably 40 to 80 ° C. When the ammonium chloride catalyst is heated to the above temperature range and then charged, particles of uniform size can be synthesized.

상기 촉매는 상기 용매 100 중량부에 대하여 0.001 내지 1 중량부로 투입할 수 있고, 바람직하게 0.05 내지 0.5 중량부로 투입할 수 있다. 상기 촉매의 함량이 상기 용매 100 중량부에 대하여 0.001 중량부 미만인 경우 반응 속도 촉진이 희박하다는 점에서 바람직하지 않고, 1 중량부를 초과하는 경우 거대 입자화 및 불순물로 작용할 수 있다는 점에서 바람직하지 않다.The catalyst may be added in an amount of 0.001 to 1 part by weight, preferably 0.05 to 0.5 part by weight, based on 100 parts by weight of the solvent. When the content of the catalyst is less than 0.001 part by weight with respect to 100 parts by weight of the solvent, it is not preferable from the viewpoint of promoting the reaction rate, and when it exceeds 1 part by weight, it is not preferable because it can act as macromolecule and impurities.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 유무기 복합체는 고분자 수지를 포함하는 고분자 매트릭스, 그리고 상기 고분자 매트릭스 내에 분산되며, 상기 고분자 매트릭스 표면에 노출된 산화 탄소 나노 입자를 포함한다.The organic-inorganic hybrid material according to another embodiment of the present invention includes a polymer matrix including a polymer resin, and carbon oxide nanoparticles dispersed in the polymer matrix and exposed to the surface of the polymer matrix.

상기 고분자 매트릭스에 분산된 상기 산화 탄소 나노 입자는 상기 고분자 수지의 고분자 사슬 보다 큰 크기를 가지며, 상기 고분자 사슬과 뒤엉켜서 충진제로서 1차 강도 신장 역할을 하고, 상기 산화 탄소 나노 입자 표면에 존재하는 하이드록시 그룹과 카르복시 그룹의 수소 결합을 통해 2차 강도 신장 역할을 한다. 이에 따라, 상기 유무기 복합체는 밀도가 향상되고 기계적 강도가 10 내지 30% 향상된다.The carbon nano-particles dispersed in the polymer matrix have a larger size than the polymer chains of the polymer resin and act as a first-order strength stretching agent as a filler that is intertwined with the polymer chains. The hydrocarbon nanoparticles dispersed in the polymer matrix, It acts as a secondary strength stretch through the hydrogen bonding of a hydroxy group and a carboxy group. Accordingly, the organic-inorganic hybrid substance has an improved density and a mechanical strength of 10 to 30%.

또한, 상기 산화 탄소 나노 입자는 고분자 매트릭스에 친수성을 부여하여 동일한 압력에서 물의 통과 효율이 증가시킴으로써 수처리 효율을 증대시킬 수 있다. 상기 산화 탄소 나노 입자는 구상 또는 3차원적인 형상을 가짐에 따라 상기 고분자 매트릭스 표면으로 노출되고 돌출되어 상기 유무기 복합체의 표면 거칠기를 개질시켜 습윤성을 향상시킬 수 있다. 상기 유무기 복합체는 상기 고분자 수지와 상기 산화 탄소 나노 입자가 복합체를 형성하기 때문에 기계적 강도가 향상되어 높은 압력을 가할 수 있어 유량을 증가시킴으로써 수처리 효율을 증대시킬 수 있다.In addition, the carbon oxide nanoparticles can increase water treatment efficiency by imparting hydrophilicity to the polymer matrix and increasing water passage efficiency at the same pressure. As the carbon oxide nanoparticles have a spherical or three-dimensional shape, they are exposed to the surface of the polymer matrix and protrude to modify the surface roughness of the organic / inorganic hybrid material to improve the wettability. Since the organic-inorganic hybrid material forms a complex with the polymeric resin and the carbon nanocomposite, the mechanical strength can be increased and high pressure can be applied, thereby increasing the water treatment efficiency by increasing the flow rate.

상기 고분자 수지는 에폭시, 폴리에스테르(PE), 폴리우레탄(PU), 폴리술폰(PSF), 폴리이미드(PI), 폴리아마이드(PA), 폴리카보네이트(PC), 폴리프로필렌(PP), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(ABS), 폴리비닐리돈 플루오라이드(PVDF), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 셀룰로오스 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.The polymer resin may be at least one selected from the group consisting of epoxy, polyester (PE), polyurethane (PU), polysulfone (PSF), polyimide (PI), polyamide (PA), polycarbonate Butadiene-styrene copolymer (ABS), polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), cellulose, and mixtures thereof.

상기 유무기 복합체는 상기 고분자 매트릭스 100 중량부에 대하여 상기 산화 탄소 나노 입자를 0.01 내지 5 중량부로 포함할 수 있고, 바람직하게 0.05 내지 2 중량부로 포함할 수 있다. 상기 산화 탄소 나노 입자의 함량이 상기 고분자 매트릭스 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 미만이면 유무기 복합체의 표면 개질 효과가 미미할 수 있고, 5 중량부를 초과하면 유무기 복합체를 이용한 수처리 필터의 막질이 약해질 수 있다.The organic-inorganic hybrid material may include the oxidized carbon nanoparticles in an amount of 0.01 to 5 parts by weight, preferably 0.05 to 2 parts by weight, based on 100 parts by weight of the polymer matrix. If the content of the carbon oxide nanoparticles is less than 0.01 part by weight based on 100 parts by weight of the polymer matrix, the surface modification effect of the organic-inorganic hybrid material may be insignificant. If the amount is more than 5 parts by weight, the film quality of the water- .

상기 산화 탄소 나노 입자는 상기 산화 탄소 나노 입자 전체에 대하여 20 내지 80 개수%가 상기 고분자 매트릭스 표면에 노출될 수 있고, 바람직하게 30 내지 50 개수%가 노출될 수 있다. 상기 고분자 매트릭스 표면에 노출된 산화 탄소 나노 입자의 개수가 20 개수% 미만인 경우 표면 거칠기 효과에 기인하는 습윤도 조절이 어려울 수 있고, 80 개수%가 초과하는 경우 매우 거칠어져 표면으로 돌출된 입자로 인하여 유무기 복합체를 이용한 수처리 필터의 막질이 약해질 수 있다.20 to 80% by number of the carbon oxide nanoparticles may be exposed on the surface of the polymer matrix, and preferably 30 to 50% by number of the carbon oxide nanoparticles may be exposed. If the number of carbon nanoparticles exposed on the surface of the polymer matrix is less than 20% by number, it may be difficult to control the degree of wetting due to the surface roughness effect. When the number of carbon nanoparticles is more than 80% by number, The film quality of the water treatment filter using the organic-inorganic hybrid material may be weakened.

이에 따라, 상기 유무기 복합체는 상기 표면에 노출된 산화 탄소 나노 입자에 의하여 형성되는 표면 거칠가 5 내지 300nm일 수 있고, 바람직하게 10 내지 200nm일 수 있다. 상기 유무기 복합체의 표면 거칠기가 5nm 미만인 경우 표면 거칠기 효과에 기인하는 습윤도 조절이 어려울 수 있고, 300nm를 초과하는 경우 매우 거칠어져 표면으로 돌출된 입자로 인하여 유무기 복합체를 이용한 수처리 필터의 막질이 약해질 수 있다.Accordingly, the surface roughness formed by the carbon nano-particles exposed on the surface of the organic / inorganic hybrid material may be 5 to 300 nm, and preferably 10 to 200 nm. When the surface roughness of the organic-inorganic hybrid material is less than 5 nm, it may be difficult to control the wetness due to the surface roughness effect. When the surface roughness exceeds 300 nm, the surface of the organic / inorganic hybrid material may become very rough, Can be weakened.

상기 유무기 복합체는 직경이 1 내지 100nm인 제1 미세 기공과 직경이 1 내지 100㎛인 제2 미세 기공을 포함할 수 있고, 바람직하게 직경이 5 내지 50nm인 제1 미세 기공과 직경이 2 내지 50㎛인 제2 미세 기공을 포함할 수 있다. 상기 유무기 복합체가 서로 다른 크기의 제1 미세 기공과 제2 미세 기공을 포함하는 경우 나노 필터링을 가능하게 하며 제 2 미세 기공의 지지막을 통하여 배수성을 높일 수 있고, 상기 제1 미세 기공의 직경이 1nm 미만인 경우 배수성에 문제가 있을 수 있고, 100nm를 초과하는 경우 100nm에 근접하는 이물의 필터링을 원활히 하지 못할 수 있으며, 상기 제2 미세 기공의 직경이 1㎛ 미만인 경우 배수성에 문제가 있을 수 있고, 100㎛를 초과하는 경우 제 2 미세 기공 이내로 제 1 미세 기공층이 밀려들어와 막질을 견고하게 지지해주는 성능을 원활히 하지 못할 수 있다. The organic-inorganic hybrid material may include a first micropore having a diameter of 1 to 100 nm and a second micropore having a diameter of 1 to 100 탆. The first micropore having a diameter of 5 to 50 nm and the second micropore having a diameter of 2 to 100 nm, Lt; RTI ID = 0.0 > 50 < / RTI > When the organic-inorganic hybrid material includes first micropores and second micropores having different sizes, nanofiltration can be performed and drainability can be increased through the second micropores, and the diameters of the first micropores If the diameter of the second micropores is less than 1 탆, there may be a problem in the drainage property. If the diameter of the second micropores is less than 1 탆, If it is more than 100 탆, the first microporous layer may be pushed into the second micropores to hardly support the membrane.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 유무기 복합체의 제조 방법은 상기 산화 탄소 나노 입자를 용매에 용해시켜 산화 탄소 나노 입자 분산액을 제조하는 단계, 그리고 상기 산화 탄소 나노 입자 분산액에 고분자 수지를 첨가하고 용해시켜 고분자 분산액을 제조하는 단계를 포함한다.The method for producing an organic-inorganic hybrid material according to another embodiment of the present invention includes the steps of preparing a dispersion of carbon nano-particles by dissolving the carbon nano-particles in a solvent, adding a polymer resin to the dispersion of carbon nano- To thereby prepare a polymer dispersion.

상기 용매는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP, N-Methyl-2-pyrrolidone), 디메틸피롤리돈(DMP, dimethylpyrrolidone), 디메틸포름아마이드(DMF, dimethylformamide), 디메틸아세트아마이드(DMAc, dimethylacetamide), 디메틸 술폭사이드(DMSO, dimethyl sulfoxide) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.The solvent may be selected from the group consisting of N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylpyrrolidone, dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide ), Dimethyl sulfoxide (DMSO), and mixtures thereof.

상기 산화 탄소 나노 입자 분산액을 제조하는 단계는 0.5 내지 5 시간 동안 250 내지 1500W 세기로 초음파(Sonics 1500W 초음파 분산기) 처리하여 상기 산화 탄소 나노 입자를 상기 용매에 분산시킬 수 있다. 상기 산화 탄소 나노 입자를 상기 용매에 분산시킬 때 초음파 처리하여 분산시키는 경우 산화 탄소 나노 입자들을 1차 입자 상태로 분산하는데 유리하다.The carbon nanoparticle dispersion may be prepared by treating the carbon nanoparticles with ultrasound (Sonics 1500W ultrasonic disperser) at a frequency of 250 to 1500W for 0.5 to 5 hours. When dispersing the carbon oxide nanoparticles in the solvent, it is advantageous to disperse the carbon oxide nanoparticles into a primary particle state when ultrasonic waves are dispersed.

상기 산화 탄소 나노 입자는 상기 용매 100 중량부에 대하여 0.01 내지 10 중량부, 바람직하게 0.1 내지 5 중량부를 용해시킬 수 있다. 상기 산화 탄소 나노 입자를 상기 용매 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 미만으로 용해시키면 유무기 복합체의 기계적 강도 향상이 미약할 수 있고, 10 중량부를 초과하여 용해시키면 습윤 분산되지 못하고 찰흙처럼 제조되어 유무기 복합체의 점도가 문제될 수 있다.The carbon oxide nanoparticles may be dissolved in an amount of 0.01 to 10 parts by weight, preferably 0.1 to 5 parts by weight, based on 100 parts by weight of the solvent. When the carbon nano-particles are dissolved in an amount of less than 0.01 part by weight based on 100 parts by weight of the solvent, improvement of the mechanical strength of the organic / inorganic hybrid material may be insignificant. When the carbon nanoparticles are dissolved in an amount exceeding 10 parts by weight, The viscosity of the composite can be a problem.

상기 고분자 수지는 상기 용매 100 중량부에 대하여 1 내지 80 중량부, 바람직하게 10 내지 70 중량부를 용해시킬 수 있다. 상기 고분자 수지를 상기 용매 100 중량부에 대하여 1 중량부 미만으로 용해시키면 유무기 복합체를 필름 및 성형물로 제작할 경우 가공성에 문제가 있을 수 있고, 80 중량부를 초과하여 용해시키면 작업성에 문제가 있을 수 있다.The polymer resin may be dissolved in an amount of 1 to 80 parts by weight, preferably 10 to 70 parts by weight, based on 100 parts by weight of the solvent. When the polymer resin is dissolved in an amount of less than 1 part by weight based on 100 parts by weight of the solvent, there may be a problem in processability when the organic / inorganic hybrid material is formed into a film or a molded product, and there is a problem in workability if it is dissolved in an amount exceeding 80 parts by weight .

상기 유무기 복합체는 일반적으로 알려진 방법에 따라 필름 등의 다양한 형태로 제조될 수 있다. 일 예로, 상기 유무기 복합체를 테플론 몰드에 넣고 건조시켜 필름 형태로 제조할 수 있고, 상기 직접 적인 몰딩 이외도 지지 기판 위에 스핀코팅, 스프레이코팅, 슬릿다이코팅, 플로어코팅, 롤코팅, 닥터블레이드코팅 등을 통해 막을 형성할 수도 있다. The organic / inorganic hybrid material may be produced in various forms such as films according to generally known methods. For example, the organic / inorganic hybrid material may be put into a Teflon mold and dried to form a film. In addition to the direct molding, a spin coating, a spray coating, a slit die coating, a floor coating, a roll coating, And the like.

상기와 같이 필름 형태로 제조된 유무기 복합체는 0.1 내지 100㎛의 두께로 형성되어 단독 또는 층-층(layer-by-layer)으로 제조될 수 있다. As described above, the organic-inorganic hybrid material prepared in the form of a film may be formed to a thickness of 0.1 to 100 탆 and may be used alone or in a layer-by-layer manner.

또한, 상기 유무기 복합체는 사출 성형 또는 캘린더를 통한 압출 등의 방법로 필름 또는 3차원적인 구조물 형태로 제조될 수도 있다.The organic-inorganic hybrid material may be produced in the form of a film or a three-dimensional structure by a method such as injection molding or extrusion through a calender.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 수처리 필터는 상기 유무기 복합체를 포함한다.The water treatment filter according to another embodiment of the present invention includes the organic-inorganic hybrid material.

상기 수처리 필터는 상기 유무기 복합체 이외에 수처리 필터에 일반적으로 사용되는 지지체, 역삼투막(RO), 나노여과막(NF), 한외여과막(UF), 정밀여과막(MF) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 층을 더 포함할 수 있다.The water treatment filter is selected from the group consisting of a support, a reverse osmosis membrane (RO), a nanofiltration membrane (NF), an ultrafiltration membrane (UF), a microfiltration membrane (MF) And may further include any one of the layers.

상기 지지체의 재질로는 상기 유무기 복합체 제조에 사용되는 상기 용매에 의해 용해되지 않는 성질의 것이라면 특별한 제한은 없고, 폴리에스테르계, 폴리프로필렌계, 또는 직물 등을 사용할 수 있다.The support material is not particularly limited as long as it is a material which is not soluble in the solvent used for producing the organic / inorganic hybrid material, and polyester, polypropylene, or woven fabric can be used.

상기 수처리 필터는 상기 유무기 복합체 이외에도 상기 수처리 필터에 일반적으로 사용되는 역삼투막(RO), 나노여과막(NF), 한외여과막(UF), 정밀여과막(MF) 등 다양한 층을 더 포함할 수 있다.The water treatment filter may further include various layers such as a reverse osmosis membrane (RO), a nanofiltration membrane (NF), an ultrafiltration membrane (UF), and a microfiltration membrane (MF), which are generally used in the water treatment filter.

상기 수처리 필터는 대칭성 및 비대칭성 분리막에 모두 적용될 수 있는 것이고, 종래에 수처리용으로 사용되고 있는 외압형, 침지형, 평판형, 나권형, 중공사형 등의 통상적인 모듈에 모두 적용할 수 있는 것이다.
The water treatment filter can be applied to both symmetric and asymmetric separation membranes and can be applied to conventional modules such as an external pressure type, an immersion type, a flat plate type, a spiral type, and a hollow fiber type which are conventionally used for water treatment.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 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 so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

[[ 제조예Manufacturing example ]]

(( 제조예Manufacturing example 1: 산화 탄소 나노 입자의 제조) 1: Preparation of carbon oxide nanoparticles)

글루코스(glucose)를 물 100 중량부에 2.5 중량부로 용해시켰다. 이렇게 제조된 원료 용액을 밀폐 압력 용기에 넣고 80℃로 승온시켰다. 상기 원료 용액에 0.001 중량부로 염화암모늄(ammo-nium chloride)을 첨가한 후, 160℃까지 분당 2℃ 승온시켜 30분 동안 반응시켰다. 상기 물은 상기 밀폐 압력 용기 내에서 상기 승온 온도에 따라 8bar의 증기압을 나타내었다.Glucose was dissolved in 2.5 parts by weight of 100 parts by weight of water. The raw material solution thus prepared was placed in a sealed pressure vessel and heated to 80 ° C. Ammonium chloride was added to the raw material solution in an amount of 0.001 part by weight, and the mixture was heated to 160 캜 at a rate of 2 캜 for 30 minutes. The water exhibited a vapor pressure of 8 bar in the sealed pressure vessel according to the temperature elevation temperature.

반응 종료 후, 반응 용액을 원심 분리기에 투입하여 5,000rpm에서 30분간 회전시켜 산화 탄소 나노 입자를 침전시켜 분리 및 세정하였다. 이 과정을 3회 반복 후 40℃에서 진공 건조시켜 고상 분말을 얻었다.
After completion of the reaction, the reaction solution was put into a centrifuge and rotated at 5,000 rpm for 30 minutes to separate and clean the carbon oxide nanoparticles. This process was repeated three times and then vacuum dried at 40 DEG C to obtain a solid phase powder.

(( 제조예Manufacturing example 2: 유무기 복합체의 제조) 2: Preparation of organic / inorganic hybrid)

상기 제조예 1에서 제조된 산화 탄소 나노 입자 0.5 중량부를 NMP 용매에 20분간 초음파 처리(Sonics 1500W)를 하여 분산시켰다. 여기에 폴리술폰(182443 Aldrich, polysulfone, average Mn ~22,000g/mol by MO, beads)를 상기 용매 100 중량부에 대하여 9.5 중량부를 첨가하여 용해시켜 유무기 복합체 분산액을 제조하였다.
0.5 parts by weight of the carbon oxide nanoparticles prepared in Preparation Example 1 were dispersed by ultrasonic treatment (Sonics 1500W) in an NMP solvent for 20 minutes. 9.5 parts by weight of polysulfone (182443 Aldrich, polysulfone, average Mn ~ 22,000 g / mol by MO, beads) was added to 100 parts by weight of the solvent to dissolve the organic solvent dispersion.

(( 제조예Manufacturing example 3: 분리막의  3: 제조1Manufacturing 1 ))

상기 제조예 2에서 제조된 유무기 복합체 분산액을 지지체인 부직포에 슬롯다이 코팅하여 두께 3㎛의 분리막을 제조하였다. 이때, 상기 분리막이 상기 산화 탄소 나노 입자를 상기 분리막 전체 중량에 대하여 각각 0 중량%, 0.5 중량%, 1 중량%, 2 중량% 및 3중량%로 포함하도록 하였다.
The organic-inorganic hybrid material dispersion prepared in Preparation Example 2 was slot-die-coated on a supporting nonwoven fabric to prepare a separation membrane having a thickness of 3 탆. At this time, the separation membrane contained the carbon oxide nanoparticles in an amount of 0 wt%, 0.5 wt%, 1 wt%, 2 wt%, and 3 wt%, respectively, based on the total weight of the separation membrane.

(( 제조예Manufacturing example 4: 분리막의  4: 제조2Manufacturing 2 ))

상기 제조예 2에서 제조된 유무기 복합체 분산액을 지지체인 부직포에 슬롯다이 코팅하여 두께 3㎛의 분리막을 제조하였다. 이때, 입자 크기가 33nm, 70nm 및 163nm인 산화 탄소 나노 입자를 이용하여, 상기 분리막이 상기 각각의 산화 탄소 나노 입자를 상기 분리막 전체 중량에 대하여 각각 0 중량%, 0.5 중량%, 1 중량%, 2 중량% 및 3중량%로 포함하도록 하였다.
The organic-inorganic hybrid material dispersion prepared in Preparation Example 2 was slot-die-coated on a supporting nonwoven fabric to prepare a separation membrane having a thickness of 3 탆. At this time, using the oxidized carbon nanoparticles having particle sizes of 33 nm, 70 nm and 163 nm, the separation membrane contained 0 wt%, 0.5 wt%, 1 wt%, 2 wt% By weight and 3% by weight.

[[ 실험예Experimental Example 1: 산화 탄소 나노 입자의 특성 분석] 1: Characterization of carbon oxide nanoparticles]

(( 실험예Experimental Example 1-1: 산화 탄소 나노 입자의 적외선 분광 분석) 1-1: Infrared spectroscopic analysis of carbon oxide nanoparticles)

상기 제조예 1에서 제조된 산화 탄소 나노 입자(OCN, oxidized carbon nano-particle) 및 시중에 판매되는 산화 그래핀(Grapheneol사 GO bucky paper 제품)를 적외선 분광 분석기(Bruker사 Vertex70 제품)로 분석하였고, 그 결과를 도 1에 나타내었다.Oxidized carbon nano-particles (OCN) and commercially available oxidized graphene (Grapheneol GO bucky paper) prepared in Preparation Example 1 were analyzed with an infrared spectrometer (product of Bruker Vertex 70) The results are shown in Fig.

상기 도 1은 적외선 분광 분석을 통해 파수 500에서 4000까지 측정한 스펙트럼으로 빨간색 실선은 산화 탄소 나노 입자의 스펙트럼이고, 검정색 실선은 산화 그래핀의 스펙트럼이다. 대표적인 화학적 관능기로는 파수 1700 부근의 카르복실기와 파수 3200에서 3600의 넓은 띠로 나타나는 하이드록시 그룹이 적외선 분광 분석을 통해 관찰되었다.FIG. 1 is a spectrum measured from 500 to 4000 by infrared spectroscopy. The red solid line is the spectrum of the carbon oxide nanoparticles, and the solid black line is the spectrum of the oxidized graphene. As a representative chemical functional group, a hydroxy group appearing as a carboxyl group having a wavenumber of about 1700 and a wide band having a wavenumber of 3200 to 3600 was observed through infrared spectroscopic analysis.

상기 도 1을 참고하면, 상기 산화 탄소 나노 입자는 직경 1nm 내지 500㎛의 크기를 갖는 구상의 입자 물질로 탄소 대비 산소를 10 원자% 이상 함유하는 것을 특징으로 하며, 구상의 표면에 카르복실기(-COOH), 하이드록실기(-OH), 에폭시기(-O-) 등을 포함하고 있음을 알 수 있다.
1, the carbon oxide nanoparticles are spherical particles having a diameter ranging from 1 nm to 500 μm and contain oxygen in an amount of 10 atomic% or more. The spherical carbon nanoparticles have a carboxyl group (-COOH ), A hydroxyl group (-OH), an epoxy group (-O-), and the like.

(( 실험예Experimental Example 1-2: 산화 탄소 나노 입자의 X선 원소 분석) 1-2: X-ray element analysis of carbon oxide nanoparticles)

상기 제조예 1에서 제조된 산화 탄소 나노 입자(OCN, oxidized carbon nano-particle) 및 시중에 판매되는 산화 그래핀(Grapheneol사 GO bucky paper 제품)를 X선 원소 분석(X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS)하였고, 그 결과를 각각 도 2 및 도 3에 나타내었다.X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was performed on the oxidized carbon nanoparticles (OCN) prepared in Preparation Example 1 and commercially available oxidized graphene (Grapheneol GO bucky paper) And the results are shown in FIGS. 2 and 3, respectively.

상기 도 2 및 도 3을 참고하면, 상기 산화 탄소 나노 입자와 상기 산화 그래핀은 C-C 결합, C-O(OH) 결합, C-O-C 결합, C=O 결합 및 O=C-OH 결합을 가짐을 알 수 있고, 상기 산화 탄소 나노 입자의 경우 C-O(OH) 결합의 분율이 C-O-C 결합의 분율 보다 더 크나, 상기 산화 그래핀의 경우 C-O-C 결합의 분율이 C-O(OH) 결합의 분율 보다 더 큼을 알 수 있다.
2 and 3, it can be seen that the carbon oxide nanoparticles and the oxidized graphene have a CC bond, a CO (OH) bond, a COC bond, a C═O bond and an O═C-OH bond , The fraction of CO (OH) bonds in the case of the oxidized carbon nanoparticles is larger than that of COC bonds but the fraction of COC bonds in the case of the oxidized grains is larger than the fraction of CO (OH) bonds.

(( 실험예Experimental Example 1-3: 산화 탄소 나노 입자의 주사전자현미경 관찰) 1-3: Scanning electron microscope observation of carbon nanoparticles)

상기 제조예 1에서 제조된 산화 탄소 나노 입자(OCN, oxidized carbon nano-particle)를 주사전자현미경(SEM)으로 관찰하였고, 그 결과를 도 4 및 도 5에 나타내었다.The oxidized carbon nanoparticles (OCN) prepared in Preparation Example 1 were observed with a scanning electron microscope (SEM). The results are shown in FIGS. 4 and 5.

상기 도 4 및 도 5를 참고하면, 상기 산화 탄소 나노 입자는 나노 크기의 구상 입자로서, 입자 크기가 1 내지 3000nm이고, 종횡 비율이 0.9 내지 1.1임을 알 수 있다.
Referring to FIGS. 4 and 5, the carbon oxide nanoparticles are nano-sized spherical particles having a particle size of 1 to 3000 nm and an aspect ratio of 0.9 to 1.1.

(( 실험예Experimental Example 1-4: 산화 탄소 나노 입자의 주사전자현미경 관찰) 1-4: Scanning electron microscope observation of carbon oxide nanoparticles)

상기 제조예 1에서 제조된 산화 탄소 나노 입자(OCN, oxidized carbon nano-particle)를 라만 분석하였고, 그 결과를 도 6에 나타내었다.Raman analysis of the oxidized carbon nano-particles (OCN) prepared in Preparation Example 1 was performed, and the results are shown in FIG.

상기 도 6을 참고하면, 상기 산화 탄소 나노 입자는 라만 분석에 의한 결함피크/탄소피크 신호감도비율(ID/IG intensity ratio)이 0.004 내지 0.7임을 알 수 있다.
Referring to FIG. 6, it can be seen that the carbon nanoparticles have a defect peak / carbon peak signal sensitivity ratio (I D / I G intensity ratio) of 0.004 to 0.7 by Raman analysis.

[[ 실험예Experimental Example 2: 유무기 복합체의 특성 분석] 2: Characterization of organic / inorganic composite]

(( 실험예Experimental Example 2-1: 기계적 강도 측정) 2-1: Measurement of mechanical strength)

상기 제조예 3에서 제조된 분리막에 대하여 두께 3 내지 5㎛의 필름 형태로 기계적 강도 측정을 위해 시편 제작기인 도그본(dog-bone)으로 시편을 찍어내어 만능 시험기(UTM, universal testing machine)로 기계적 강도(tensile strength)를 측정하였다.For the separation membrane prepared in Preparation Example 3, a specimen was taken with a dog-bone specimen for measurement of mechanical strength in the form of a film having a thickness of 3 to 5 탆, and the specimen was mechanically measured with a universal testing machine (UTM) The tensile strength was measured.

도 7 및 도 8은 제조예 3에서 제조된 분리막의 기계적 강도를 나타내는 그래프이다.Figs. 7 and 8 are graphs showing the mechanical strengths of the separator prepared in Production Example 3. Fig.

상기 도 7에서 검은색 선은 순수한 폴리술폰 필름의 기계적 강도를 나타내고, 붉은색 선, 파란색 선, 녹색 선 및 분홍색 선은 각각 산화 탄소 나노 입자를 유무기 복합체 전체 중량에 대하여 각각 0.5 중량%, 1 중량%, 2 중량% 및 3 중량%로 포함하는 분리막의 기계적 강도를 나타낸다.7, the black line represents the mechanical strength of the pure polysulfone film, and the red line, the blue line, the green line, and the pink line represent 0.5 wt%, 1 wt%, and 1 wt%, respectively, of the oxidized carbon nanoparticles relative to the total weight of the organic- %, 2 wt% and 3 wt%, respectively.

상기 도 7 및 도 8을 참고하면, 상기 순수한 폴리술폰 필름은 strain, 4mm/mm 에서 27MPa의 측정값을 보이고, 상기 산화 탄소 나노 입자(OCN)을 포함하는 분리막은 strain, 5.6mm/mm에서 38MPa의 값을 나타내어, 상기 산화 탄소 나노 입자를 포함하는 분리막의 경우 기계적 강도가 최대 40% 향상됨을 알 수 있다.
7 and 8, the pure polysulfone film shows a strain of 27 MPa at 4 mm / mm, and the separation membrane containing the oxidized carbon nanoparticles (OCN) has a strain of 38 MPa And the mechanical strength of the separation membrane containing the carbon oxide nanoparticles is improved by up to 40%.

(( 실험예Experimental Example 2-2:  2-2: 접촉각Contact angle 측정) Measure)

상기 제조예 4에서 제조된 분리막의 표면을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰하였고, 그 결과를 도 9에 나타내었다.The surface of the separation membrane prepared in Preparation Example 4 was observed with a scanning electron microscope (SEM), and the results are shown in FIG.

상기 도 9를 참고하면, 분리막 표면에 산화 탄소 나노 입자가 노출된 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 9, it can be seen that the carbon nanoparticles are exposed on the surface of the separation membrane.

한편, 접촉각은 액체가 고체 표면 위에서 열역학 적으로 평형을 이룰 때 형성되는 각을 말하며, 고체 표면의 습윤성을 나타내는 척도로 물방울 적하법(sessil drop method)으로 접촉각을 측정할 수 있다.On the other hand, the contact angle refers to the angle formed when the liquid equilibrates thermodynamically on the solid surface. The contact angle can be measured by the sessil drop method as a measure of the wettability of the solid surface.

상기 제조예 4에서 제조된 분리막 표면에 증류수를 적하시켜 접촉각을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.Distilled water was dropped on the surface of the separation membrane prepared in Preparation Example 4 to measure the contact angle. The results are shown in Table 1 below.

산화 탄소 나노 입자의 크기(nm)Size of carbon oxide nanoparticles (nm) 산화 탄소 나노 입자의 함량(중량%)Content of carbon oxide nanoparticles (% by weight) 0 중량%0 wt% 1 중량%1 wt% 2 중량%2 wt% 3 중량%3 wt% 접촉각(도)Contact angle (degrees) 33nm33nm 9090 8383 8282 8080 70nm70 nm 9090 8484 8383 8282 163nm163 nm 9090 8686 8585 8484

상기 표 1을 참고하면, 상기 산화 탄소 나노 입자의 입자 크기가 작을수록 넓은 비표면적 효과에 기인하여 습윤성이 두드러지게 향상되는 것을 알 수 있다. 또한, 유사한 막질간의 습윤성은 평막에 비하여 표면 거칠기가 미세하고 고른 경우 기하학적 구조에 기인하여 개질될 수 있는 바, 상기 산화 탄소 나노 입자를 1 중량%로 포함하는 경우 33nm 크기의 입자와 70nm 크기의 입자에서 습윤성 증가분율이 각각 8%와 7%로 나타났고, 163nm 크기의 입자는 습윤성 증가분율이 4%로 나타났음을 고려할 때, 상기 산화 탄소 나노 입자가 표면에 노출됨으로써 습윤성 증가 효과를 가져왔음을 알 수 있다.
Referring to Table 1, it can be seen that the smaller the particle size of the carbon oxide nanoparticles is, the more the wettability is improved due to the broad specific surface area effect. In addition, the wettability between similar membrane materials can be modified due to the geometric structure when the surface roughness is finer than that of the flat membrane. When the carbon nanotubes contain 1 wt% of the carbon oxide nanoparticles, 33 nm particles and 70 nm particles And 8% and 7%, respectively, and that the 163 nm particles exhibited an increase in wettability of 4%, indicating that the above-mentioned carbon oxide nanoparticles were exposed to the surface to increase the wettability. .

(( 실험예Experimental Example 2-3:  2-3: 수분투습도Moisture permeability 측정) Measure)

상기 제조예 3에서 제조된 분리막의 양면에 125 메쉬 테프론 지지층을 양면에 두고 내경이 0.7㎛인 컬럼 유니트(column unit)에 고정시켰다. 컬럼 상부에 증류수 20mL를 채운 후 압축 공기를 레귤레이터를 통하여 1atm으로 일정하게 유지시켜 양압을 부여하였다. 5분간 토출된 증류수의 중량을 측정하여 수분투습도(L/m2/hr, 1atm)로 환산하였고, 그 결과를 도 10에 나타내었다.
On both sides of the separation membrane prepared in Preparation Example 3, a 125 mesh Teflon support layer was placed on both sides and fixed to a column unit having an inner diameter of 0.7 탆. The upper part of the column was filled with 20 mL of distilled water, and compressed air was kept constant at 1 atm through a regulator to give positive pressure. The weight of the distilled water discharged for 5 minutes was measured and converted into water vapor permeability (L / m 2 / hr, 1 atm). The results are shown in FIG.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of the right.

Claims (15)

고분자 수지를 포함하는 고분자 매트릭스, 그리고
상기 고분자 매트릭스 내에 분산되며, 상기 고분자 매트릭스 표면에 노출된 산화 탄소 나노 입자
를 포함하는 유무기 복합체.
A polymer matrix containing a polymer resin, and
The carbon nanoparticles dispersed in the polymer matrix and exposed to the surface of the polymer matrix
/ RTI >
제1항에 있어서,
상기 고분자 수지는 에폭시, 폴리에스테르(PE), 폴리우레탄(PU), 폴리술폰(PSF), 폴리이미드(PI), 폴리아마이드(PA), 폴리카보네이트(PC), 폴리프로필렌(PP), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(ABS), 폴리비닐리돈 플루오라이드(PVDF), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 셀룰로오스 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것인 유무기 복합체.
The method according to claim 1,
The polymer resin may be at least one selected from the group consisting of epoxy, polyester (PE), polyurethane (PU), polysulfone (PSF), polyimide (PI), polyamide (PA), polycarbonate Wherein the polymer is any one selected from the group consisting of nitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS), polyvinylidone fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), cellulose and mixtures thereof.
제1항에 있어서,
상기 산화 탄소 나노 입자는 나노 크기의 산화된 탄소의 구상 입자이며,
X선 원소 분석(X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS)에 의한 탄소/산소 원소 비율(C/O atomic ratio) 1 내지 9이고,
X선 원소 분석시 가장 큰 산소 분율이 C-O(OH) 결합에서 관찰되는 것인 유무기 복합체.
The method according to claim 1,
The carbon oxide nanoparticles are spherical particles of nano-sized oxidized carbon,
The carbon / oxygen atom ratio (C / O atomic ratio) by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) is 1 to 9,
Wherein the largest oxygen fraction in the X-ray elemental analysis is observed in the CO (OH) bond.
제3항에 있어서,
상기 산화 탄소 나노 입자는 X선 원소 분석시 C-C 결합, C-O(OH) 결합, C-O-C 결합, C=O 결합 및 O=C-OH 결합이 관찰되는 것인 유무기 복합체.
The method of claim 3,
Wherein the carbon nano-particles have a CC bond, a CO (OH) bond, a COC bond, a C═O bond and an O═C-OH bond in the X-ray element analysis.
제3항에 있어서,
상기 산화 탄소 나노 입자는 X선 원소 분석시 C-O(OH) 결합의 분율이 C-O-C 결합의 분율 보다 더 큰 것인 유무기 복합체.
The method of claim 3,
Wherein the carbon oxide nanoparticles have a fraction of CO (OH) bonds greater than a fraction of COC bonds in an X-ray element analysis.
제3항에 있어서,
상기 산화 탄소 나노 입자는 X선 원소 분석시 C-O(OH) 결합의 분율과 C-O-C 결합의 분율이 1:1 내지 6:1인 것인 유무기 복합체.
The method of claim 3,
Wherein the carbon oxide nanoparticles have a fraction of CO (OH) bond and a fraction of COC bond in an X-ray element analysis of 1: 1 to 6: 1.
제3항에 있어서,
상기 산화 탄소 나노 입자는 BET 비표면적(specific surface area)이 50 내지 1500m2/g인 것인 유무기 복합체.
The method of claim 3,
Wherein said carbon oxide nanoparticles have a BET specific surface area of 50 to 1500 m 2 / g.
제3항에 있어서,
상기 산화 탄소 나노 입자는 라만 분석에 의한 결함피크/탄소피크 신호감도비율(ID/IG intensity ratio)이 0.004 내지 0.7인 것인 유무기 복합체.
The method of claim 3,
Wherein the carbon oxide nanoparticles have a defect peak / carbon peak signal sensitivity ratio (I D / I G intensity ratio) of 0.004 to 0.7 as determined by Raman analysis.
제3항에 있어서,
상기 산화 탄소 나노 입자는 입자 크기가 1 내지 3000nm이고,
종횡 비율이 0.8 내지 1.2인 것인 유무기 복합체.
The method of claim 3,
The carbon oxide nanoparticles have a particle size of 1 to 3000 nm,
Wherein the aspect ratio is 0.8 to 1.2.
제1항에 있어서,
상기 유무기 복합체는 상기 고분자 매트릭스 100 중량부에 대하여 상기 산화 탄소 나노 입자를 0.01 내지 5 중량부로 포함하는 것인 유무기 복합체.
The method according to claim 1,
Wherein the organic / inorganic hybrid material comprises 0.01 to 5 parts by weight of the oxidized carbon nanoparticles relative to 100 parts by weight of the polymer matrix.
제1항에 있어서,
상기 유무기 복합체는 상기 표면에 노출된 산화 탄소 나노 입자에 의하여 형성되는 표면 거칠가 5 내지 300nm인 것인 유무기 복합체.
The method according to claim 1,
Wherein the organic / inorganic hybrid material has a surface roughness of 5 to 300 nm formed by the carbon nano-particles exposed on the surface.
제1항에 있어서,
상기 산화 탄소 나노 입자는 상기 산화 탄소 나노 입자 전체에 대하여 20 내지 80 개수%가 상기 고분자 매트릭스 표면에 노출되는 것인 유무기 복합체.
The method according to claim 1,
Wherein 20 to 80% by number of the carbon oxide nanoparticles are exposed to the surface of the polymer matrix.
제1항에 있어서,
상기 유무기 복합체는 직경이 1 내지 100nm인 제1 미세 기공 및
직경이 1 내지 100㎛인 제2 미세 기공을 포함하는 것인 유무기 복합체.
The method according to claim 1,
Wherein the organic / inorganic hybrid material has first micropores having a diameter of 1 to 100 nm and
And second micropores having a diameter of 1 to 100 占 퐉.
제1항에 따른 유무기 복합체를 포함하는 수처리 필터.A water treatment filter comprising the organic / inorganic composite according to claim 1. 제14항에 있어서,
상기 수처리 필터는 지지체, 역삼투막(RO), 나노여과막(NF), 한외여과막(UF), 정밀여과막(MF) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 층을 더 포함하는 것인 수처리 필터.
15. The method of claim 14,
Wherein the water treatment filter further comprises any one selected from the group consisting of a support, a reverse osmosis membrane (RO), a nanofiltration membrane (NF), an ultrafiltration membrane (UF), a microfiltration membrane (MF) .
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