KR20180097945A - Renewable water-treatment membranes and method for manufacturing the same - Google Patents

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KR20180097945A
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Abstract

The present invention relates to a renewable water-treatment separation membrane which absorbs and separates contaminants such as heavy metals in polluted water, while simultaneously allowing users to check the replacement time of the membrane due to the change of fluorescence intensity. The renewable water-treatment separation membrane can be reused and is renewable without replacing the entire membrane.

Description

재생 가능한 수처리 분리막 및 이의 제조방법{RENEWABLE WATER-TREATMENT MEMBRANES AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a water-

본 발명은 재생 가능한 수처리용 분리막 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 분리막 기능 회복을 통해 재사용이 가능한 수처리용 분리막 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a regenerable membrane for water treatment and a method for producing the same, and more particularly, to a membrane for water treatment which can be reused through restoration of a membrane function and a method for producing the same.

분리막을 통한 수처리 방식은 기존의 물리, 화학, 생물학적 수처리 방식에 비해 단순하고, 작은 설치공간, 낮은 에너지 소모를 요구함에도 불구하고 우수한 정화능력을 갖는 이점이 있어 그 사용이 점차 증가하고 있는 추세이다. The water treatment method through the membrane is simple, small installation space and low energy consumption compared to the conventional physical, chemical, and biological water treatment methods, but has an advantage of excellent purification ability and its usage is gradually increasing.

하지만, 분리막을 이용하여 수처리 시, 제거하고자 하는 오염물질들이 분리막 표면이나 내부 기공에 쌓여 분리막의 성능을 저하시키는 분리막 파울링(fouling) 문제가 발생하여 분리막의 수명을 크게 단축시키는 문제가 있다.However, there is a problem that when the water treatment is performed using the separation membrane, the pollutants to be removed accumulate on the surface of the separation membrane or the internal pores, resulting in a problem of fouling of the separation membrane, thereby shortening the life of the separation membrane.

이에, 분리막 파울링을 유발하는 소수성 오염물질의 부착을 억제하기 위해, 친수성 재료나 오염 물질들을 분해시킬 수 있는 재료들을 분리막 표면에 코팅(coating), 그래프팅(grafting)하여 도입하거나, 이들 재료가 혼합된 도프용액을 이용하여 분리막을 제막하는 시도들이 이루어져 왔다. In order to suppress the adhesion of the hydrophobic contaminants causing the separation membrane fouling, materials capable of decomposing hydrophilic materials or contaminants may be coated or grafted on the surface of the separation membrane, Attempts have been made to form membranes using mixed dope solutions.

또한, 한국 특허공개 제10-2012-0048378호는 형광 나노 입자를 분리막에 담지하여 분리막의 오염 정도를 측정하는 내용을 개시하고 있으나, 형광에 의해 단지 교체 시기만을 확인하는 것에 불과하였다. Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2012-0048378 discloses a method of measuring the degree of contamination of a separation membrane by supporting fluorescent nanoparticles on a separation membrane, but merely confirming only the replacement time by fluorescence.

이러한 시도들은 분리막 파울링 속도를 늦춰 분리막의 수명을 연장시킬 수는 있으나, 내파울링 기능성 재료의 처리 한계에 도달하면, 분리막 성능을 회복시키기 위해 분리막 전체의 교체가 불가피한 문제가 있다. Such attempts may delay the membrane fouling rate and prolong the life of the membrane, but if the treatment limit of the chemical fouling functional material is reached, the entire membrane must be replaced in order to recover the membrane performance.

또한, 부여하고자 하는 기능성이 분리막에 발현되기 위해서는 각각의 기능별로 적합한 도입 공정의 개발이 필수적이어서, 제조 비용 및 개발 시간이 많이 필요하여, 여전히 기술개발이 요구되고 있는 실정이다.Further, in order for the functionalities desired to be imparted to be expressed in the separator to be developed, it is necessary to develop a suitable introduction process for each function, so that a large amount of manufacturing cost and development time are required, and development of technology is still required.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 오염수 중 중금속과 같은 오염 물질을 흡착 분리함과 동시에 형광 강도의 변화로 인해 분리막의 교체 시기 확인이 가능한 분리막을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 분리막의 전체를 교체하지 않고도 분리막의 재사용이 가능한, 재생 가능한 분리막 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다. 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기 설명에 의해서 이해될 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 청구범위에 기재된 수단 또는 방법 및 이의 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.An object of the present invention is to provide a separation membrane capable of adsorbing and separating contaminants such as heavy metals in polluted water and confirming the replacement timing of the separation membrane due to a change in fluorescence intensity. It is still another object of the present invention to provide a regenerable separator capable of reusing a separator without replacing the whole of the separator and a method of manufacturing the same. Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description. It is also to be easily understood that the objects and advantages of the present invention can be realized by a means or a method described in the claims and a combination thereof.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 분리막 및 상기 분리막을 제조하는 방법에 대한 것이다. 본 발명의 제1 측면은 상기 분리막에 대한 것으로서, 상기 분리막은 분리막 기재; 및 분리막 기재의 적어도 일측 표면에 도입된 형광성 유기 나노 입자;를 포함하며, 상기 형광성 유기 나노 입자는 금속 입자와의 배위 결합이 가능하며, 결합에 의해 소광(quenching)되는 것이다. The present invention relates to a separator for solving the above problems and a method for producing the separator. A first aspect of the present invention is directed to the separation membrane, wherein the separation membrane comprises a separation membrane substrate; And fluorescent organic nanoparticles introduced into at least one side surface of the separation membrane substrate, wherein the fluorescent organic nanoparticles are capable of coordinate bonding with metal particles and quenching by binding.

본 발명의 제2 측면은, 상기 제1 측면에 있어서, 상기 형광성 유기 나노 입자는 포르피린, 서브프탈로시아닌, 프탈로시아닌, 퍼닐렌 중 선택된 1종 이상인 거대고리(macrocyclic) 화합물이며, 상기 거대고리 화합물은 적어도 어느 하나의 작용기로 치환된 것이거나, 또는 비치환된 것이다. According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the fluorescent organic nanoparticle is a macrocyclic compound selected from porphyrin, subphthalocyanine, phthalocyanine, and perylene, Substituted by one functional group, or unsubstituted.

본 발명의 제3 측면은, 상기 제1 측면 또는 제2 측면에 있어서, 상기 분리막 기재는 다이엔체-친다이엔체 링커 복합체가 도입되어 있고, 상기 형광성 유기 나노 입자는 상기 링커 복합체에 결합된 형태로 분리막 기재에 도입된 것이다. In a third aspect of the present invention, in the first aspect or the second aspect, the separation membrane substrate has a diene-dithiocyanurate linker complex introduced therein, and the fluorescent organic nanoparticles are in a form bound to the linker complex In the separator substrate.

본 발명의 제4 측면은, 상기 제3 측면에 있어서, 상기 링커 복합체는 분리막의 적어도 일측 표면에 도입된 다이엔체 유래 작용기, 및 상기 다이엔체 유래 작용기와 커플링된 친다이엔체 유래 작용기를 포함하는 것이거나, 분리막의 적어도 일측 표면에 도입된 친다이엔체 유래 작용기, 및 상기 친다이엔체 유래 작용기와 커플링된 다이엔체 유래 작용기를 포함하는 것이다. In a fourth aspect of the present invention, in the third aspect, the linker complex comprises a diene-based functional group introduced on at least one surface of the separation membrane, and a functional group derived from a dibenzene- Derived functional group introduced into at least one surface of the separation membrane, and a diene-derived functional group coupled with the functional group-derived functional group-derived functional group.

본 발명의 제5 측면은, 상기 제4 측면에 있어서, 형광성 유기 나노 입자가 링커 복합체에 결합되어 분리막에 도입된 것이며, 여기에서 상기 형광성 유기 나노 입자는 링커 복합체 중 친다이엔체 유래 작용기와 결합된 것이다. In a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect, fluorescent organic nanoparticles are incorporated into a separation membrane by being bound to a linker complex, wherein the fluorescent organic nanoparticles are bound to a functional group derived from a pendant will be.

본 발명의 제6 측면은, 상기 제5 측면에 있어서, 상기 친다이엔체 유래 작용기는 작용기의 일단이 형광성 유기 나노 입자와 결합하고 이의 타단은 말레이미드가 결합되어 있어 말레이미드가 친다이엔체로 작용하여 분리막에 도입된 다이엔체와 결합된 것이다. In a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect of the present invention, in the functional group-derived functional group, one end of the functional group is bonded to the fluorescent organic nanoparticle, and the other end is coupled to maleimide, so that maleimide acts as a pendant It is combined with the dienes introduced into the separator.

본 발명의 제7 측면은, 상기 제5 측면 또는 제6 측면에 있어서, 상기 다이엔체 유래 작용기는 작용기의 일단이 분리막과 결합하고, 이의 타단은 퓨란이 결합되어 있어 퓨란이 다이엔체로 작용하여 친다이엔체와 결합된 것이다. In a seventh aspect of the present invention, in the fifth or sixth aspect, the functional group-derived functional group has one end of the functional group bonded to the separation membrane and the other end bonded to the furan, so that furan acts as a dienes It is combined with Pandaism.

본 발명의 제8 측면은, 상기 제1 측면 내지 제7 측면 중 어느 하나에 있어서, 상기 분리막 기재는 고분자 재료, 무기 재료 및 금속 재료 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것이다. In an eighth aspect of the present invention, in any one of the first to seventh aspects, the separation membrane base material includes at least one of a polymer material, an inorganic material, and a metal material.

본 발명의 제9 측면은, 상기 제8 측면에 있어서, 상기 고분자 재료는 폴리테트라플로오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드(Polyvinylidenefluoride, PVDF), 폴리설폰 (Polysulfone, PSF), 폴리에테르설폰(Polyethersulfone, PES), 폴리아크릴로니트릴 (Polyacrylonitrile, PAN), 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 폴리염화비닐(Polyvinyl chloride, PVC), 셀룰로오스(Cellulose) 및 셀룰로오스 아세테이트(Cellulose acetate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것이다. In a ninth aspect of the present invention, in the eighth aspect, the polymer material is selected from the group consisting of polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidenefluoride (PVDF), polysulfone (PSF) Polyethersulfone (PES), Polyacrylonitrile (PAN), Polycarbonate (PC), Polyethylene (PE), Polypropylene (PP), Polyvinyl chloride (PVC) , Cellulose (cellulose), and cellulose acetate (cellulose acetate).

또한 본 발명은 수처리용 분리막의 제조 방법을 제공한다. 본 발명의 제10 측면은 상기 방법에 대한 것으로서, 하기 (S10) 단계 내지 (S30)단계를 포함한다. The present invention also provides a process for producing a water treatment separator. A tenth aspect of the present invention relates to the above method, and includes the following steps (S10) to (S30).

(S10) 분리막의 적어도 일측 표면에 다이엔체 유래 작용기를 도입하는 단계; (S10) introducing a diene-based functional group into at least one surface of the separation membrane;

(S20) 형광성 유기 나노 입자에 친다이엔체 유래 작용기를 도입하는 단계; 및 (S20) introducing a functional group originating in a pendant group into the fluorescent organic nanoparticles; And

(S30) (S10)의 결과물과 (S20)의 결과물을 반응시켜 다이엔체 유래 작용기 및 친다이엔체 유래 작용기를 결합시켜 커플링 시키는 단계. (S30) The step of reacting the result of step (S10) with the result of step (S20) to couple a functional group derived from a diene and a functional group derived from a polyene to form a coupling.

본 발명의 제11 측면은 상기 제10 측면에 있어서, 상기 (S30) 단계는 분리막이 20℃ 내지 70℃의 온도 범위에서 가열 처리되어 수행되는 것이다. An eleventh aspect of the present invention resides in the tenth aspect of the present invention, wherein the step (S30) is performed by heat treating the separation membrane at a temperature ranging from 20 캜 to 70 캜.

또한 본 발명은 수처리용 분리막의 재생 방법을 제공한다. 본 발명의 제12 측면은 상기 방법에 대한 것으로서, 하기 (S100) 단계 내지 (S300)단계를 포함한다. The present invention also provides a method of regenerating a water treatment separator. A twelfth aspect of the present invention relates to the above method, and includes the following steps (S100) to (S300).

(S100) 중금속을 포함하는 오염물질을 포함하는 물(water)을 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 수처리용 분리막으로 여과하여, 형광성 유기 나노 입자에 오염물질이 부착되는 단계; (S100) filtering the water containing pollutants including heavy metals with the water treatment separator of any one of claims 1 to 9 to attach contaminants to the fluorescent organic nanoparticles;

(S200) 상기 오염물질이 부착된 분리막을 가열 처리하여, 상기 다이엔체-친다이엔체 링커 복합체의 다이엔체 유래 작용기와 친다이엔체 유래 작용기의 커플링을 해리시키는 단계; 및(S200) heat-treating the separation membrane having the contaminant attached thereto to dissociate the coupling between the diene-derived functional group and the polyene-derived functional group of the diene-dithiane linker complex; And

(S300) 친다이엔체 유래 작용기가 결합된 형광성 유기 나노 입자를 첨가하여 다이엔체 유래 작용기와 친다이엔체 유래 작용기를 재결합시키는 단계. (S300), fluorescent organic nanoparticles to which a functional group derived from thienylene is bonded are added to recombine functional groups derived from dienes and functional groups derived from polyenes.

본 발명의 제13 측면은, 상기 제12 측면에 있어서, 상기 (S200) 단계는 분리막이 80℃ 내지 200℃가 되도록 가열 처리 하는 것이다. In a thirteenth aspect of the present invention, in the twelfth aspect of the present invention, the step (S200) is a heat treatment such that the separation membrane is heated to 80 to 200 ° C.

본 발명의 제14 측면은, 상기 제12 측면 또는 제13 측면에 있어서, 상기 (S200) 단계는 디엘스 엘더 역반응에 의해 수행되는 것이다. In a fourteenth aspect of the present invention, in the twelfth aspect or the thirteenth aspect, the step (S200) is performed by a Deels-Elder reverse reaction.

본 발명의 제15 측면은, 상기 제12 측면 내지 제14 측면 중 어느 하나에 있어서, 상기 (S200) 단계의 수행 이전에, (S250) 분리막의 형광의 강도를 측정하여 기설정 강도에 미치지 못하는 경우 분리막 회수를 결정하는 단계를 더 포함한다. In a fifteenth aspect of the present invention, in any one of the twelfth to fourteenth aspects, before performing the step (S200), when the intensity of fluorescence of the separation membrane is measured (S250) Further comprising the step of determining the membrane separation.

본 발명은 분리막에 도입된 형광성 유기 나노 입자에 의해 오염수 중 중금속과 같은 오염 물질의 분리가 가능하며, 이와 동시에 상기 형광성 유기 나노 입자의 소광 효과를 통해 분리막의 교체 시기 확인이 가능하다. 또한, 중금속과 결합된 유기 나노 입자는 간이한 열처리 공정에 의해 제거될 수 있어 분리막의 재생 사용이 가능하다. In the present invention, it is possible to separate contaminants such as heavy metals in contaminated water by the fluorescent organic nanoparticles introduced into the separator, and at the same time, it is possible to confirm the replacement timing of the separator through the quenching effect of the fluorescent organic nanoparticles. In addition, the organic nanoparticles combined with heavy metals can be removed by a simple heat treatment process, so that the separation membrane can be used for regeneration.

본 명세서에 첨부되는 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시한 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술 사상을 더욱 잘 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되는 것은 아니다. 한편, 본 명세서에 수록된 도면에서의 요소의 형상, 크기, 축척 또는 비율 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 분리막의 개략적인 사시도이다.
도 2는 프탈로시아닌의 합성 단계별로 FT-IR을 확인하여 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시양태에 따른 수처리용 분리막의 제조 방법을 도식화하여 나타낸 것이다.
도 4는 분리막의 표면에 형광성 유기 나노 입자가 도입하여 분리막의 표면이 개질된 상태를 ATR-IR을 통해 확인할 결과이다.
도 5는 본 발명의 일 실시양태에 따른 형광성 유기 나노 입자가 도입된 PTFE 소재 분리막의 형광 물성 변화를 나타낸 것이다.
도 6은 ATR FT-IR 스펙트라를 통해 프탈로시아닌 입자의 부착 및 탈착 과정을 나타낸 것이다.
도 7은 형광 스펙트라를 통해 프탈로시아닌 입자의 부착과 탈착에 따른 형광 물성을 변화를 확인한 것이다.
도 8은 본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 따른 분리막의 구조 및 상기 분리막을 이용하여 오염물질이 제거되는 기작을 도식화하여 나타낸 것이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the invention and are incorporated in and constitute a part of this application, illustrate preferred embodiments of the invention and, together with the description of the invention, It is not interpreted. On the other hand, the shape, size, scale or ratio of the elements in the drawings incorporated herein can be exaggerated to emphasize a clearer description.
1 is a schematic perspective view of a water treatment separator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows FT-IR as a result of phthalocyanine synthesis.
FIG. 3 schematically illustrates a method of manufacturing a separation membrane for water treatment according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 shows the state of the surface of the separation membrane modified by the introduction of fluorescent organic nanoparticles on the surface of the separation membrane through ATR-IR.
FIG. 5 shows changes in fluorescence properties of a PTFE separator into which fluorescent organic nanoparticles are introduced according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 shows the attachment and desorption process of phthalocyanine particles through the ATR FT-IR spectra.
FIG. 7 shows changes in fluorescence properties due to attachment and desorption of phthalocyanine particles through fluorescence spectra.
FIG. 8 is a diagram illustrating a structure of a separation membrane according to a specific embodiment of the present invention and a mechanism by which contaminants are removed using the separation membrane.

이하 본 발명의 구현예를 상세히 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예에 기재된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It should be interpreted in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined. Therefore, the constitutions described in the embodiments described herein are merely the most preferred embodiments of the present invention, and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention. Therefore, various equivalents which can be substituted at the time of application It should be understood that variations can be made.

본 발명은 수처리용 분리막에 대한 것이다. 상기 수처리용 분리막은 예를 들어 한외여과 및 정밀여과 중 하나 이상의 분야에 적용될 수 있다. 본 발명에 있어서 상기 수처리용 분리막은 적어도 일측 표면에 형광성 유기 나노 입자가 도입되어 있는 것이다. 또한, 상기 형광성 유기 나노 입자는 금속 입자와 배위 결합이 가능한 것이며, 금속 입자와의 결합에 의해 형광의 강도가 약화되거나 형광이 소거되는 소광(quenching) 특성이 있는 것이다. 또한, 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 형광성 유기 나노 입자는 분리막에 도입된 링커 복합체와 결합된 형태로 분리막에 도입된 것일 수 있다. The present invention relates to a water treatment separator. The water treatment separator may be applied to one or more of, for example, ultrafiltration and microfiltration. In the present invention, the water-treatment separation membrane has fluorescent organic nanoparticles introduced into at least one surface thereof. In addition, the fluorescent organic nanoparticles are capable of coordinating with metal particles, and have quenching characteristics in which fluorescence is weakened or fluorescence is canceled by binding with metal particles. In one specific embodiment of the present invention, the fluorescent organic nanoparticles may be introduced into the separation membrane in a form combined with the linker complex introduced into the separation membrane.

다음으로 본 발명의 구체적인 다양한 실시양태에 대해 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. Next, various specific embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 분리막의 개략적인 사시도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 재생 가능한 수처리용 분리막(100)은 분리막 기재(10) 및 상기 분리막에 도입된 형광성 유기 나노 입자(50)를 포함하며, 상기 형광성 유기 나노 입자는 링커 복합체(40)에 연결된 상태로 분리막에 도입된 것이다. 또한, 상기 링커 복합체(40)는 다이엔체 유래 작용기(20) 및 상기 다이엔체 유래 작용기(20)와 커플링된 친다이엔체 유래 작용기(30)를 포함하는 것으로서, 상기 다이엔체 유래 작용기(20)은 상기 분리막 기재(10)의 적어도 일 표면에 도입된 것이며, 상기 친다이엔체 유래 작용기(30)는 형광성 상기 유기 나노 입자(50)와 결합되어 있다. 1 is a schematic perspective view of a water treatment separator according to an embodiment of the present invention. 1, a regenerable water treatment separator 100 according to an embodiment of the present invention includes a separation membrane substrate 10 and fluorescent organic nanoparticles 50 introduced into the separation membrane, and the fluorescent organic nanoparticles Is introduced into the separator while being connected to the linker complex (40). The linker complex 40 also includes a functional group 20 derived from a diene and a functional group 30 derived from a polyfunctional entity coupled with the functional group 20 derived from the diene. (20) is introduced onto at least one surface of the separation membrane substrate (10), and the functional unit (30) derived from the polythienoid is coupled to the fluorescent organic nanoparticles (50).

본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 분리막 기재는 당해 기술분야에서 적용되는 물질은 제한없이 적용할 있다. 이의 비제한적인 예로 고분자 재료, 무기 재료 및 금속 재료 중 어느 하나 또는 이 중 둘 이상의 혼합물을 포함할 수 있다. 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 고분자 재료는 폴리테트라플로오로에틸렌 (Polytetrafluoroethylene, PTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드(Polyvinylidenefluoride, PVDF), 폴리설폰(Polysulfone, PSF), 폴리에테르설폰 (Polyethersulfone, PES), 폴리아크릴로니트릴(Polyacrylonitrile, PAN), 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 폴리염화비닐(Polyvinyl chloride, PVC), 셀룰로오스(Cellulose) 및 셀룰로오스 아세테이트(Cellulose acetate) 로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 또는 이 중 둘 이상을 포함할 수 있다. 상기 고분자 재료는 바람직하게는 폴리테트라플로오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드(Polyvinylidenefluoride, PVDF), 폴리설폰(Polysulfone, PSF), 폴리에테르설폰(Polyethersulfone, PES) 중 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. In one specific embodiment of the present invention, the separator substrate may be applied to any material applied in the art without limitation. Non-limiting examples thereof include any one of a polymeric material, an inorganic material, and a metallic material, or a mixture of two or more thereof. In one specific embodiment of the present invention, the polymer material is selected from the group consisting of polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidenefluoride (PVDF), polysulfone (PSF), polyethersulfone PES), polyacrylonitrile (PAN), polycarbonate (PC), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyvinyl chloride (PVC), cellulose And cellulose acetate. ≪ RTI ID = 0.0 > [0040] < / RTI > The polymer material is preferably at least one selected from the group consisting of polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polysulfone (PSF), and polyethersulfone . ≪ / RTI >

또한, 분리막 기재로 사용할 수 있는 무기 재료는 알루미늄 산화물 (Alumina), 규소산화물(silica), 티타늄산화물(Titania) 중 적어도 어느 하나이거나, 이들을 혼합하여 사용할 수 있고, 분리막 기재로 사용할 수 있는 금속물질은 스텐리스 스틸(Stainless steel), 팔라듐 합금(Palladium alloy) 중 적어도 어느 하나이거나, 이들을 혼합하여 사용할 수 있다. The inorganic material that can be used as the separator substrate may be at least one of aluminum oxide (Alumina), silicon oxide, and titanium oxide, or a mixture thereof may be used. Stainless steel, and palladium alloy, or a mixture thereof may be used.

아울러, 분리막 기재는 전술한 물질을 사용하거나, 표면을 OH, -NH2, -CN, -CO-, -COOH, 및 -CONH-로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상으로 개질하여 사용할 수 있다. In addition, the above-described material may be used as the separator substrate, or the surface of the separator substrate may be modified to at least one selected from the group consisting of OH, -NH2, -CN, -CO-, -COOH, and -CONH-.

본 발명에 있어서, 상기 형광성 유기 나노 입자는 포르피린, 서브프탈로시아닌, 프탈로시아닌, 퍼닐렌 중 선택된 1종 이상인 거대고리(macrocyclic) 화합물인 것이다. 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 거대 고리 화합물은 적어도 어느 하나의 작용기로 치환된 것이거나, 또는 비치환 된 것일 수 있다. 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 거대고리 화합물은 아미노프탈로나이트릴의 4량체 형태인 나이트로프탈로시아닌일 수 있다. In the present invention, the fluorescent organic nanoparticles are macrocyclic compounds having at least one selected from porphyrin, subphthalocyanine, phthalocyanine, and perylene. In one specific embodiment of the present invention, the macrocyclic compound may be substituted with at least one of the functional groups, or may be unsubstituted. In one specific embodiment of the present invention, the macrocyclic compound may be nitrophthalocyanine, which is a tetrameric form of aminophthalonitrile.

이러한 형광성 유기 나노 입자는 분자 구조의 코어 부분에 금속 및/또는 금속 이온과 배위결합을 할 수 있는 형태이다. 또한, 형광을 발광하는 특성을 나타내며, 이러한 형광 발광 특성은 금속 및/또는 금속 이온과의 결합에 의해 소거된다. 따라서 이러한 형광성 유기 나노 입자의 도입으로 오염물질인 중금속 이온을 제거함과 동시에 분리막의 광학적 특성 변화를 포착하여 분리막의 교체 시기를 확인하는데 유용하다. These fluorescent organic nanoparticles are in a form capable of coordinating with the metal and / or metal ion on the core portion of the molecular structure. Further, it exhibits a characteristic of emitting fluorescence, and such fluorescence emission characteristic is canceled by binding with metal and / or metal ion. Therefore, it is useful to remove the contaminant heavy metal ion by the introduction of the fluorescent organic nanoparticles and to detect the change of the optical characteristics of the separation membrane and to confirm the replacement time of the separation membrane.

본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 금속 또는 금속 이온은 중금속 또는 이들의 이온일 수 있다. 상기 중금속은 비중이 약 4.0 이상, 또는 5.0 이상인 금속인 것이다. 이러한 중금속의 비제한적인 예로는 알루미늄(Al), 비소(As), 바륨(Ba), 우라늄(U), 비스무스(Bi), 탈륨(Ti), 세슘(Cs), 안티몬(Sb), 코발트(Co), 베릴륨(Be), 망간(Mn), 크롬(Cr), 철(Fe), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 주석(Sn), 수은(Hg), 납(Pb) 등을 들 수 있다. In a specific embodiment of the present invention, the metal or metal ion may be a heavy metal or an ion thereof. The heavy metal is a metal having a specific gravity of about 4.0 or more, or 5.0 or more. Non-limiting examples of such heavy metals include aluminum (Al), arsenic (As), barium (Ba), uranium (U), bismuth (Bi), thallium (Ti), cesium (Cs), antimony (Sb) Co, beryllium, manganese, chromium, iron, nickel, copper, zinc, cadmium, tin, Hg), lead (Pb), and the like.

본 발명에 있어서, 이러한 형광성 유기 나노 입자는 링커를 통해 분리막에 도입될 수 있다. 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 본 발명의 상기 링커는 다이엔체-친다이엔체 링커 복합체의 형태일 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 분리막은 분리막 기재는 일면 또는 양면에 다이엔체-친다이엔체 링커 복합체가 구비되어 있으며, 형광성 유기 나노 입자가 상기 링커 복합체에 결합된 형태로 분리막에 도입된 것이다. In the present invention, such fluorescent organic nanoparticles can be introduced into the separation membrane through a linker. In one specific embodiment of the present invention, the linker of the present invention may be in the form of a diene-pendantene linker complex. That is, in the separation membrane according to the present invention, the separation membrane substrate is provided with a diene-dithiocyanurate linker complex on one surface or both surfaces thereof, and the fluorescent organic nanoparticles are introduced into the separation membrane in the form of binding to the linker complex.

본 발명에 적용할 수 있는 다이엔체는 이중결합-단일결합-이중결합 순으로 이루어진 구조를 갖는 물질로, s-시스형 다이엔 형태를 갖는 물질은 제한없이 사용할 수 있으며, 비제한적인 예로는 부타다이엔(Butadiene), 사이클로펜타다이엔 (Cyclopentadiene), 피롤(Pyrrole), 퓨란(Furan) 중 어느 하나이거나, 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서 상기 다이엔체는 퓨란(Furan)일 수 있다. The dienes applicable to the present invention are materials having a structure in the order of a double bond-single bond-double bond, and materials having an s-cis diene form can be used without limitation. Butadiene, cyclopentadiene, pyrrole, and furan, or a mixture thereof may be used. In one specific embodiment of the present invention, the dienes may be furan.

또한, 친다이엔체는 다이엔체와 커플링 결합하여, 고리를 형성할 수 있는 물질로, 본 발명에 적용할 수 있는 친다이엔체는 이중결합 혹은 삼중결합을 포함하는 물질은 제한없이 사용할 수 있으며, 비제한적인 예로는 아크릴로나이트릴(Acrylonitrile), 퀴논(Quinone), 말레산무수물(Maleic anhydride) 말레이미드(Maleimide) 중 선택된 1종 이상인 것이다. 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 친다이엔체는 말레이미드(Maleimide)일 수 있다. Also, the pendant diene may be coupled with a diene to form a ring, and the pendant diene applicable to the present invention may be any material including a double bond or a triple bond without limitation , And non-limiting examples include at least one selected from the group consisting of acrylonitrile, quinone, maleic anhydride maleimide, and the like. In one specific embodiment of the present invention, the pendant may be maleimide.

본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서 상기 다이엔체-친다이엔체 링커 복합체는 다이엔체 및 친다이엔체의 디엘스-엘더 반응(Diels-Alder reaction)의 결과물인 것으로서, 결합 및 해리가 가능한 가역적 공유결합 형태일 수 있다.In one specific embodiment of the present invention, the diene-dithiane linker complex is a product of Diels-Alder reaction of dienes and pseudoadenes, May be in covalent bond form.

상기 디엘스-엘더 반응(Diels-Alder reaction)은 열역학적으로 평형상태에 있는 계의 온도, 압력, 물질의 농도 등을 변경하여, 정·역반응을 조절할 수 있는 반응인 것이다. The Diels-Alder reaction is a reaction that can control the reaction of the reaction by changing the temperature, pressure, and concentration of the substance in a thermodynamically equilibrium state.

디엘스-엘더 반응(Diels-Alder reaction)은 콘쥬게이티드(conjugated) 다이엔과 친다이엔의 유기화학반응으로, 콘쥬게이티드(conjugated)다이엔과 친다이엔의 혼합물에 열(heat)등의 에너지를 가해주면 정반응이 진행되어, 고리 모양의 사이클로헥세인이 형성된다. 또한 이의 역반응은 고리 모양의 사이클로헥세인이 해리되어 콘쥬게이티드(conjugated) 다이엔체와 친다이엔체의 혼합물로 분해된다.The Diels-Alder reaction is an organic chemical reaction of conjugated dienes and pseudoenes, in which a mixture of conjugated dienes and p-dienes is charged with energy such as heat , The reaction proceeds regularly and cyclic hexane is formed. The reverse reaction thereof is also dissociated into a mixture of conjugated dienes and pendants in which the cyclic cyclohexane is dissociated.

본 발명은 전술한 디엘스-엘더 반응(Diels-Alder reaction)으로 형성된 다이엔체-친다이엔 링커 복합체에 의해 형광성 유기 나노 입자가 수처리용 분리막 표면에 도입됨으로써 파울링에 의해 성능이 저하된 분리막을 재생 사용할 수 있다. The present invention relates to a separation membrane in which the fluorescent organic nanoparticles are introduced into the surface of the separation membrane for water treatment by the diene-pendantyne linker complex formed by the above-described Diels-Alder reaction, Playback can be used.

보다 상세하게는, 오염물질이 부착된 수처리용 분리막 표면을 고온으로 가열하면 디엘스-엘더 역반응(retro Diels-Alder reaction)이 진행되면서, 다이엔체-친다이엔의 결합이 해리된다. 이러한 결합 해리를 통해 오염물질을 쉽게 제거할 수 있으며, 다시 적절한 온도에서 순수한 다이엔체-친다이엔체를 결합시켜 링커 복합체를 형성함으로써 분리막의 기능성을 회복시킬 수 있다. More specifically, heating the surface of the water treatment separator with contaminants to a high temperature progresses a retro Diels-Alder reaction, thereby dissociating the diene-chidane bond. Such a bond dissociation can easily remove contaminants, and the functionality of the separator can be restored by forming a linker complex by bonding a pure diene-pendant at a proper temperature.

본 발명에 적용할 수 있는 상기 다이엔체-친다이엔체 링커 복합체는 분리막 기재의 일면 또는 양면에 도입된 다이엔체 유래 작용기와 상기 다이엔체 유래 작용기와 커플링된 친다이엔체 유래 작용기를 포함할 수 있다. 이때 상기 형광성 유기 나노 입자는 친다이엔체 유래 작용기와 결합되어 분리막에 도입된다. The diene-dithiane linker complex which can be applied to the present invention includes a diene-based functional group introduced into one or both surfaces of a separation membrane substrate and a functional group derived from a polybenzene bonded to the diene-based functional group can do. At this time, the fluorescent organic nanoparticles are combined with functional groups originating from a polythiophene and introduced into the separation membrane.

또한, 다른 일 실시예에 따르면, 상기 다이엔체-친다이엔체 링커 복합체는 분리막의 일면 또는 양면에 도입된 친다이엔체 유래 작용기와 상기 친다이엔체 유래 작용기와 커플링된 다이엔체 유래 작용기를 포함할 수 있다. 이때 상기 형광성 유기 나노 입자는 다이엔체 유래 작용기와 결합되어 분리막에 도입된다. According to another embodiment, the diene-dithiincylene linker complex may be prepared by reacting a functional group-derived functional group derived from a polyfunctional monomer introduced into one side or both sides of a separation membrane with a functional group derived from a diene- . At this time, the fluorescent organic nanoparticles are combined with functional groups derived from dienes and introduced into the separation membrane.

본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 분리막 기재에 도입된 다이엔체 유래 작용기 또는 상기 분리막 기재에 도입된 친다이엔체 유래 작용기는 각각 독립적으로 분리막 기재 100 중량부에 대하여 0.1 내지 30 중량부이거나, 바람직하게는 1 내지 10 중량부일 수 있다. In one specific embodiment of the present invention, the diene-based functional group introduced into the separating membrane substrate or the functional group-derived functional group derived from the polybenzylene sulfonic acid introduced into the separating membrane substrate is independently 0.1 to 30 parts by weight per 100 parts by weight of the separating membrane substrate , Preferably 1 to 10 parts by weight.

본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 친다이엔체 유래 작용기는 작용기의 일단이 형광성 유기 나노 입자와 결합하고 이의 타단은 말레이미드가 결합되어 있는 것일 수 있다. 이때 말레이미드가 친다이엔체로 작용하여 분리막에 도입된 다이엔체, 예를 들어 퓨란과 결합된 링커 복합체를 형성할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the functional group-derived functional group may be one in which one end of the functional group is bonded to the fluorescent organic nanoparticle and the other end is coupled to maleimide. At this time, maleimide acts as a pendantiene to form a linker complex bonded with a diene introduced into the separation membrane, for example, furan.

다음으로 수처리용 분리막 제조방법 및 수처리용 분리막의 재생방법에 대해 설명한다. 다음 설명하는 내용 중 전술한 수처리용 분리막과 동일한 구성에 있어서, 설명의 반복이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 수 있으나, 동일하게 적용할 수 있음은 물론이다.Next, a method for producing a water treatment membrane and a method for regenerating a water treatment membrane will be described. In the same structure as the above-described water treatment separator in the following description, if it is determined that repetition of the description may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description may be omitted, but the same applies to be.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 재생 가능한 수처리용 분리막의 제조방법은 하기 (S10) 내지 (S30)의 단계를 포함한다:A method of manufacturing a regenerable water treatment separator according to another embodiment of the present invention includes the following steps (S10) to (S30):

(S10) 분리막의 적어도 일측 표면에 다이엔체 유래 작용기를 도입하는 단계; (S10) introducing a diene-based functional group into at least one surface of the separation membrane;

(S20) 형광성 유기 나노 입자에 친다이엔체 유래 작용기를 도입하는 단계; 및 (S20) introducing a functional group originating in a pendant group into the fluorescent organic nanoparticles; And

(S30) (S10)의 결과물과 (S20)의 결과물을 반응시켜 다이엔체 유래 작용기 및 친다이엔체 유래 작용기를 결합시켜 링커 복합체를 통해 형광성 유기 나노 입자가 분리막에 도입되는 단계. (S30) The step of reacting the result of step (S10) with the result of step (S20) to bind the functional group derived from the diene and the functional group derived from the polyene to introduce the fluorescent organic nanoparticles into the separation membrane through the linker complex.

상기 (S20)에서 형광성 유기 나노 입자에 친다이엔체 유래 작용기를 도입하는 단계는 형광성 유기 나노 입자와 친다이엔체 유래 작용기가 직접 결합할 수 있다. 또는 친다이엔에 유래 작용기나 형광성 유기 나노 입자 중 적어도 어느 하나의 말단에 두 성분의 결합이 가능하도록 하는 치환기를 도입하고 이러한 치환기를 통해 두 성분이 결합하도록 할 수 있다. 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 치환기는, 예를 들어 아민기, 알콜기, 카르복실기, 싸이올기 등을 포함할 수 있다. 예를 들어 형광성 유기 나노 입자의 말단에 아민기를 포함하는 치환기를 도입하여 아민기가 친다이엔체 유래 작용기와 결합하도록 할 수 있다. 치환기 도입에 의한 결합은 전술한 내용에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 형광성 유기 나노 입자와 친다이엔체 유래 작용기의 결합이 가능한 치환기이면 어느 것이나 사용할 수 있음은 자명하다. In the step (S20), the fluorescent organic nanoparticle and the functional group-derived functional group may be directly bonded to the fluorescent organic nanoparticle in the step of introducing the functional group-derived functional group into the fluorescent organic nanoparticle. Or a substituent that allows the binding of the two components to the terminal of at least one of the functional group or the fluorescent organic nanoparticle in the pendantene can be introduced and the two components can be bonded through such a substituent. In a specific embodiment of the present invention, the substituent may include, for example, an amine group, an alcohol group, a carboxyl group, a thiol group and the like. For example, a substituent group containing an amine group may be introduced at the terminal of the fluorescent organic nanoparticle to allow the amine group to bind to the functional group derived from the pendant. The binding by substituent introduction is not limited to the above-mentioned contents, and it is obvious that any substituent capable of binding the fluorescent organic nanoparticle of the present invention with the functional group derived from the pendant is usable.

이때, (S30)의 링커 복합체는 다이엔체 유래 작용기와 친다이엔체 유래 작용기의 디엘스-엘더 반응(Diels-Alder reaction)에 의해 형성될 수 있으며, 이때 상기 반응은 20℃ 내지 70 ℃, 또는 40 내지 60 ℃의 온도 조건에서 수행될 수 있다.At this time, the linker complex of (S30) may be formed by a Diels-Alder reaction of a functional group derived from a diene and a functional group derived from a polyene, 40 to < RTI ID = 0.0 > 60 C. < / RTI >

본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 분리막에 친다이엔체를 도입하고, 형광성 나노 유기 입자와 다이엔체를 결합시킨 후 다이엔체와 친다이엔체를 복합화하여 링커 복합체를 형성하는 방법으로 형광성 나노 유기 입자가 분리막에 도입되는 순서로 분리막을 제조하는 것도 가능하다. In a specific embodiment of the present invention, a method of introducing a fluorescent dye into a separation membrane, combining fluorescent nanocrystalline particles and a dienes, and complexing a dienes and a pendant to form a linker complex, It is also possible to prepare a separation membrane in the order that the organic particles are introduced into the separation membrane.

또한, 본 발명의 다른 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 수처리용 분리막 제조 방법은 분리막의 적어도 일 표면에 다이엔체-친다이엔체 링커 복합체를 도입한 이후에 형광성 유기 입자를 친다이엔체 또는 다이엔체와 결합시켜는 방법으로 수행되는 것도 가능하다. Further, in another specific embodiment of the present invention, in the method for producing a water-separating membrane, after introducing the diene-dithiocyanurate linker complex on at least one surface of the separation membrane, It is also possible to carry out the method by combining with a sieve.

본 발명은 또한 본 발명에 따른 수처리용 분리막의 재생 방법을 제공한다. 상기 재생 방법은 하기 (S100) 내지 (S300)의 단계를 포함할 수 있다. The present invention also provides a method for regenerating a separation membrane for water treatment according to the present invention. The reproducing method may include the following steps (S100) to (S300).

(S100) 형광성 유기 나노 입자에 오염물질이 부착된 분리막을 준비하는 단계;(S100) preparing a separation membrane having contaminants attached to the fluorescent organic nanoparticles;

(S200) 상기 오염물질이 부착된 분리막을 가열 처리하여, 링커 복합체의 다이엔체 유래 작용기와 친다이엔체 유래 작용기의 커플링을 해리시키는 단계; 및(S200) heat-treating the separation membrane having the contaminant attached thereto to dissociate the coupling between the functional group derived from the dienes and the functional group derived from the polyenes of the linker complex; And

(S300) 친다이엔체 유래 작용기가 결합된 형광성 유기 나노 입자를 첨가하고 링커 복합체를 형성하는 단계. (S300) a step of adding a fluorescent organic nanoparticle to which a functional group derived from a thienylene derivative is bonded to form a linker complex.

상기 방법은 링커 복합체 중 다이엔체 유래 작용기가 분리막에 결합되어 있고 형광성 유기 나노 입자가 친다이엔체 유래 작용기에 결합되어 있는 구현예를 가정한 것이다. 또한, 상기 (S200)단계를 수행함으로써 형광성 유기 나노 입자가 결합된 친다이엔체가 분리막으로부터 제거되며 이때 오염물질이 형광성 유기 나노 입자에 부착되어 있어 (S200)에 의해 오염물질이 함께 제거되는 효과가 있다. 한편, (S300) 단계에서 첨가되는 친다이엔체 유래 작용기는 형광성 유기 나노 입자가 부착된 것이며, 이때 형광성 유기 나노 입자는 오염물질이 부착되지 않은 것으로서 형광특성이 유지되는 상태인 것이다. 한편, 상기 형광성 유기 나노 입자는 (S200) 단계 수행 후 회수되어 오염물질을 제거한 후 재생된 것을 사용할 수 있다. The above method assumes that the functional group derived from the dienes in the linker complex is bonded to the separation membrane and the fluorescent organic nanoparticles are bonded to the functional group derived from the polymer. In addition, by performing the above-described step (S200), the fluorescent dyes coupled with the fluorescent organic nanoparticles are removed from the separation membrane, and the contaminants are attached to the fluorescent organic nanoparticles (S200) . On the other hand, the functional group derived from the dendritic polymer added in the step (S300) is attached with the fluorescent organic nanoparticles. In this case, the fluorescent organic nanoparticles are in a state in which the fluorescent characteristic is maintained as no contaminants are attached. On the other hand, the fluorescent organic nanoparticles may be recovered after the step S200 and recovered after removing contaminants.

만일, 링커 복합체 중 친다이엔체 유래 작용기가 분리막에 결합되어 있고 형광성 유기 나노 입자가 다이엔체 유래 작용기에 결합되어 있는 분리막을 재생시키는 경우에는 (S200)단계 수행후 친다이엔체 유래 작용기가 분리막에 결합되고 다이엔체 유래 작용기가 회수되므로 (S300) 단계에서 다이엔체 유래 작용기가 결합된 형광성 유기 나노 입자를 첨가하여 링커 복합체를 재현할 수 있다. If the functional group of the linker complex is bound to the separation membrane and the separation membrane in which the fluorescent organic nanoparticles are bonded to the functional group derived from the dienes is regenerated (S200), the functional group derived from the pendant is introduced into the separation membrane And the functional group derived from the dienes is recovered (step S300), so that the fluorescent organic nanoparticles to which the functional group derived from the dienes are bonded can be added to reproduce the linker complex.

상기 수처리한 분리막을 가열 처리하여, 다이엔체-친다이엔체 링커 복합체의 다이엔체 유래 작용기와 친다이엔체 유래 작용기의 커플링을 해리시켜 오염물질을 제거하는 단계에서 다이엔체-친다이엔체 링커 복합체의 결합을 끊을 수 있는 반응은 다양하게 적용될 수 있으나, 바람직하게는 디엘스-엘더 역반응(retro Diels-Alder reaction)일 수 있다. 이때, 가열 처리하는 온도는 80 내지 200 ℃이고, 바람직하게는 100 내지 150 ℃이며, 상기 온도 범위 밖에서는 디엘스-엘더 역반응(retro Diels-Alder reaction)이 진행되지 않기 때문이다.The water-treated separation membrane is subjected to a heat treatment to dissociate the coupling between the functional group derived from the dienes and the functional group derived from the polyenes of the diene-dithienyl chain linker complex to remove the contaminants, The reaction for disassociating the linker complex may be variously applied, but it may preferably be a retro Diels-Alder reaction. At this time, the temperature for the heat treatment is 80 to 200 ° C, preferably 100 to 150 ° C, and the retro Diels-Alder reaction does not proceed outside the temperature range.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 이하여 실시예를 들어 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가지는 자에게 본 발명을 보다 완전하기 설명하기 위해서 제공되는 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following examples. However, the embodiments according to the present invention can be modified in various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to provide a more complete understanding of the present invention to those skilled in the art.

[실시예 1] [Example 1]

폴리테트라플로오로에틸렌(PTFE) 분리막 기재 표면에 퓨란 작용기를 도입시키기 위해 먼저 폴리테트라플로오로에틸렌(PTFE) 분리막 기재를 히드라진(hydrazine) 증기에 노출 시킨 후 264nm의 자외선을 100W의 출력으로 48시간 동안 조사하여 아민기로 개질된 폴리테트라플로오로에틸렌(PTFE) 분리막 기재를 얻었다. 이후, Furfuryl glycidyl ether 용액에 아민기로 개질된 폴리테트라 플로오로에틸렌(PTFE) 분리막 기재를 함침시킨 후 60 ℃에서 반응시켜 최종적으로, 퓨란 작용기로 표면 개질된 폴리테트라플로오로에틸렌(PTFE) 분리막 기재를 제조하였다.Polytetrafluoroethylene (PTFE) Membrane Substrate To introduce the furan functionality onto the substrate surface, the polytetrafluoroethylene (PTFE) membrane substrate was first exposed to hydrazine vapor and ultraviolet light of 264 nm was applied for 48 hours at an output of 100 W To obtain a polytetrafluoroethylene (PTFE) membrane substrate modified with an amine group. Thereafter, a polytetrafluoroethylene (PTFE) membrane base material modified with an amine group was impregnated into a solution of furfuryl glycidyl ether, and then reacted at 60 ° C. to finally obtain a polytetrafluoroethylene (PTFE) membrane substrate .

이때, XPS 표면 산소 원자 비율 분석을 통하여 아민기로 개질된 폴리테트라플로오로에틸렌(PTFE) 분리막 기재 100 중량부에 대하여 2 내지 20 중량부의 퓨란 작용기가 도입되었음을 확인하였다.At this time, it was confirmed through the XPS surface oxygen atom ratio analysis that 2 to 20 parts by weight of furan functional groups were introduced into 100 parts by weight of the polytetrafluoroethylene (PTFE) membrane base material modified with amine groups.

한편, 도 4는 분리막의 표면 개질 여부를 ATR FT-IR을 통해 확인한 결과를 나타낸 것이다. 도 4의 초록색 그래프는 퓨란 작용기가 도입된 분리막의 FT-IR 결과로 퓨란의 탄소 이중결합 강도가 나타나는 것이 확인되었다. Meanwhile, FIG. 4 shows the result of confirming whether or not the surface of the separation membrane is reformed through ATR FT-IR. In the green graph of FIG. 4, it was confirmed that the carbon double bond strength of furan was exhibited by FT-IR of the separation membrane into which the furan functional group was introduced.

다음으로 나이트로기를 포함하는 4-아미노 프탈로나이트릴(4-aminophthalonitrile)을 전구체로 사용하여 말레이미드기가 결합된 프탈로시아닌을 준비하였다. 4-아미노프탈로나이트릴(4-aminophthalonitrile)을 프로판올(propanol)에 용해시킨 후 케톡사임(ketoxime)을 투입하여 4량체 형태의 나이트로 프탈로시아닌을 제조하였다. 다음으로 상기 준비된 4량체 형태의 나이트로프탈로시아닌을 질소 분위기에서 다이메틸포름아마이드(dimethylformamide)에 용해시킨 후 소듐설파이드 수화물(sodium sulfide hydrate)을 투입하여 프탈로시아닌의 말단을 아민기로 개질한다. 그 다음으로 준비된 아미노프탈로시아닌을 트라이에틸아민(triethylamine) 과 함께 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran)에 용해시킨 후 말레이미드 유도체를 투입하여 공유 결합시켜 최종적으로 말레이미드 치환기를 갖는 프탈로시아닌(Pc-Maleimide)을 수득하였다. Next, a maleimide group-bonded phthalocyanine was prepared using 4-aminophthalonitrile containing a nitro group as a precursor. 4-aminophthalonitrile was dissolved in propanol, and then ketoxime was added thereto to prepare a tetrafunctional nitrophthalocyanine. Next, the prepared tetrameric form of nitrophthalocyanine is dissolved in dimethylformamide in a nitrogen atmosphere, sodium sulfide hydrate is added thereto, and the terminal of the phthalocyanine is modified into an amine group. Next, the prepared aminophthalocyanine was dissolved in tetrahydrofuran together with triethylamine, and then the maleimide derivative was covalently bonded thereto to finally obtain a phthalocyanine (Pc-Maleimide) having a maleimide substituent .

도 2는 프탈로시아닌 합성 단계별로 FT-IR 을 통해 확인한 결과이다. 이를 통해 4-니트로프탈로나이트릴에 아미노기를 도입하고 말레이미드와 결합시켜 말레이미드 치환기가 도입된 프탈로시아닌이 형성된 것을 확인할 수 있다. FIG. 2 shows the result of FT-IR analysis for phthalocyanine synthesis steps. Through this, an amino group is introduced into 4-nitropthalonitrile, and it is confirmed that phthalocyanine having a maleimide substituent group is formed by bonding with maleimide.

프탈로시아닌-말레이미드(Pc-Maleimide)를 5% 농도로 톨루엔 유기 용매에 녹였다. 이 용액에 퓨란기로 개질된 폴리테트라플로오로에틸렌(PTFE) 분리막 기재를 함침시킨 후 약 60℃에서 퓨란과 말레이미드간의 Diels-Alder 반응을 통해 프탈로시아닌을 폴리테트라플로오로에틸렌(PTFE)에 도입시켜 프탈로시아닌-PTFE (프탈로시아닌-PTFE) 분리막을 제조하였다.Phthalocyanine-maleimide (Pc-Maleimide) was dissolved in a toluene organic solvent at a concentration of 5%. The solution was impregnated with a polytetrafluoroethylene (PTFE) membrane base material modified with a furan group, and then phthalocyanine was introduced into polytetrafluoroethylene (PTFE) through a Diels-Alder reaction between furan and maleimide at about 60 ° C to obtain phthalocyanine -PTFE (phthalocyanine-PTFE) separation membrane was prepared.

이때, 제조된 프탈로시아닌-PTFE (프탈로시아닌-PTFE) 분리막은 폴리테트라플로오로에틸렌(PTFE) 분리막 기재 100 중량부 기준으로 1 내지 10 중량부의 Pc-Maleimide 를 함유하고 있었다.At this time, the prepared phthalocyanine-PTFE (phthalocyanine-PTFE) separator contained 1 to 10 parts by weight of Pc-Maleimide based on 100 parts by weight of the polytetrafluoroethylene (PTFE) separator.

도 3은 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따른 분리막의 제조 방법을 도식화하여 나타낸 것이다. FIG. 3 schematically illustrates a method of manufacturing a separation membrane according to a specific embodiment of the present invention.

[성능 평가][Performance evaluation]

분리막의 형광 물성 변화 평가실험Experiment to evaluate change of fluorescence property of membrane

실시예 1에서 제조된 분리막을 이용하여 중금속 제거능 및 형광 물성 변화를 확인하였다. 크롬 6가 이온 및 철 3가 이온을 0.001 내지 0.01 중량부 포함하고있는 중금속 수용액을 준비한 후 프탈로시아닌-PTFE 분리막에 30분간 투과시키면서 분리막 표면의 형광 물성 변화를 300-800 nm 영역대에서 관찰하였다.The separation membrane prepared in Example 1 was used to confirm the removal of heavy metals and the change of fluorescent properties. A heavy metal aqueous solution containing 0.001 to 0.01 part by weight of chromium 6-valent ions and iron-trivalent ions was prepared, and the fluorescence properties of the surface of the separation membrane were observed in the range of 300 to 800 nm while permeating the phthalocyanine-PTFE separation membrane for 30 minutes.

도 5는 실시예 1에서 제조된 분리막의 형광 물성 변화를 확인하여 나타낸 그래프이다. 도 5에서 (a)와 (b)는 Cr(VI), (c)와 (d)는 Fe(III) 에 대한 형광 소거능을 확인한 것이다. 이에 따르면 350-500 nm 의 B-band 영역대와 700-800 nm 의 Q-band 영역대에서 각각 나타나는 형광 물성이 중금속 이온 함유 원수의 분리막 투과 시간에 따라 소거되는 것이 확인되었다. 5 is a graph showing changes in fluorescence properties of the separation membrane prepared in Example 1. FIG. 5 (a) and (b) show Cr (VI), and (c) and (d) show the fluorescence scavenging ability against Fe (III). It was confirmed that the fluorescence properties of the B-band region of 350-500 nm and the Q-band region of 700-800 nm were erased with the permeation time of the heavy metal ion-containing raw water.

분리막의 재생 능력 평가Evaluation of regeneration ability of membrane

실시예 1에 의해 제조된 분리막을 톨루엔 용매에 함침시킨 후 150℃에서 디엘스-엘더 역반응을 진행하여 분리막 표면에 부착된 프탈로시아닌을 제거하였다. 프탈로시아닌이 탈착된 PTFE 분리막에 다시 프탈로시아닌을 도입시키기 위해 실시예 1과 동일한 방법으로 Diels-Alder 반응을 진행하여 프탈로시아닌이 표면 결합된 분리막을 제조하였다. 프탈로시아닌의 PTFE 분리막 표면 부착 및 탈착 반응을 3회 반복 실시하여 재현성을 확인하였다.The separation membrane prepared in Example 1 was impregnated with a toluene solvent, and the Diels-Elder reverse reaction was carried out at 150 ° C to remove phthalocyanine adhered to the surface of the separation membrane. Diels-Alder reaction was carried out in the same manner as in Example 1 to introduce phthalocyanine into the PTFE separation membrane where phthalocyanine was desorbed, thereby preparing a separation membrane having phthalocyanine surface bound thereto. The surface attachment and desorption reaction of phthalocyanine on the PTFE membrane were repeated three times to confirm reproducibility.

도 6는 실시예 1에 의해 제조된 분리막의 프탈로시아닌의 부착 및 탈착 과정을 나타내는 FT-IR 스펙트라 결과이다. 이에 따르면 프탈로시아닌의 도입 및 제거에 따라 색상으로 표시된 부분의 강도가 변화되고 있는 것을 확인할 수 있다. 즉, 해당 부분에서 프탈로시아닌의 C=O, N-H, C-N IR 밴드들이 관찰되며, 이들 IR 밴드들은 retro Diels-Alder 반응 시 대부분 사라지는 것을 보여준다.Fig. 6 is an FT-IR spectra result showing the attachment and desorption process of phthalocyanine of the separation membrane produced in Example 1. Fig. According to this, it can be confirmed that the intensity of the portion indicated by hue is changed by the introduction and removal of phthalocyanine. That is, the C = O, N-H, and C-N IR bands of phthalocyanine are observed in the corresponding part, and these IR bands mostly disappear in the retro Diels-Alder reaction.

또한, 도 7은 형광 스펙트라를 확인하여 나타낸 결과이다. 이에 따르면 프탈로시아닌의 부착과 탈착에 따른 형광 물성의 변화를 확인할 수 있다. 형광 물성은 Pc 도입시 확인되나 retro Diels-Alder 반응 이후에는 형광이 소멸되어 확인되지 않는다. Fig. 7 shows results of confirming the fluorescence spectra. According to the results, it is possible to confirm the change of fluorescence properties due to attachment and desorption of phthalocyanine. Fluorescence properties are confirmed when Pc is introduced, but fluorescence disappears after retro Diels-Alder reaction.

10 : 분리막 기재
20 : 다이엔체 유래 작용기
30 : 친다이엔체 유래 작용기
40 : 다이엔체-친다이엔체 링커 복합체
50 : 형광성 나노 유기 입자
100 : 재생 가능한 수처리용 분리막
10: Membrane substrate
20: Diene-derived functional group
30: Functional mechanism derived from spermine
40: diene-dithiane linker complex
50: Fluorescent nanoparticles
100: Regenerable membrane for water treatment

Claims (15)

분리막 기재; 및
분리막 기재의 적어도 일측 표면에 도입된 형광성 유기 나노 입자;를 포함하며,
상기 형광성 유기 나노 입자는 금속 입자와의 배위 결합이 가능하며, 결합에 의해 소광(quenching)되는 것을 특징으로 하는 것인, 재생 가능한 수처리용 분리막.
A membrane substrate; And
And fluorescent organic nanoparticles introduced into at least one surface of the separator substrate,
Wherein the fluorescent organic nanoparticles are capable of coordinate bonding with metal particles and are quenched by bonding.
제1항에 있어서,
상기 형광성 유기 나노 입자는 포르피린, 서브프탈로시아닌, 프탈로시아닌, 퍼닐렌 중 선택된 1종 이상인 거대고리(macrocyclic) 화합물이며, 상기 거대고리 화합물은 적어도 어느 하나의 작용기로 치환된 것이거나, 또는 비치환된 것인, 수처리용 분리막.
The method according to claim 1,
Wherein the fluorescent organic nanoparticle is a macrocyclic compound that is at least one selected from porphyrin, subphthalocyanine, phthalocyanine, and perylene, wherein the macrocyclic compound is at least one functional group substituted or unsubstituted , Water treatment separator.
제1항에 있어서,
상기 분리막 기재는 다이엔체-친다이엔체 링커 복합체가 도입되어 있고, 상기 형광성 유기 나노 입자는 상기 링커 복합체에 결합된 형태로 분리막 기재에 도입된 것인, 수처리용 분리막.
The method according to claim 1,
Wherein the separation membrane substrate is introduced with a diene-dithiincylene linker complex, and the fluorescent organic nanoparticles are introduced into the separation membrane substrate in a form bound to the linker complex.
제3항에 있어서,
상기 링커 복합체는 분리막의 적어도 일측 표면에 도입된 다이엔체 유래 작용기, 및 상기 다이엔체 유래 작용기와 커플링된 친다이엔체 유래 작용기를 포함하는 것이거나, 분리막의 적어도 일측 표면에 도입된 친다이엔체 유래 작용기, 및 상기 친다이엔체 유래 작용기와 커플링된 다이엔체 유래 작용기를 포함하는 것인, 수처리용 분리막.
The method of claim 3,
Wherein the linker complex comprises a diene-derived functional group introduced into at least one surface of the separation membrane, and a functional group derived from a polyene copolymer coupled with the functional group derived from the diene polymer, Derived functional group, and a diene-based functional group coupled with the functional group-derived functional group.
제4항에 있어서,
형광성 유기 나노 입자가 링커 복합체에 결합되어 분리막에 도입된 것이며, 여기에서 상기 형광성 유기 나노 입자는 링커 복합체 중 친다이엔체 유래 작용기와 결합된 것인, 수처리용 분리막.
5. The method of claim 4,
Wherein the fluorescent organic nanoparticles are bonded to the linker complex and introduced into the separation membrane, wherein the fluorescent organic nanoparticles are bonded to the functional group-derived functional group in the linker complex.
제5항에 있어서,
상기 친다이엔체 유래 작용기는 작용기의 일단이 형광성 유기 나노 입자와 결합하고 이의 타단은 말레이미드가 결합되어 있어 말레이미드가 친다이엔체로 작용하여 분리막에 도입된 다이엔체와 결합된 것을 특징으로 하는 것인, 수처리용 분리막.
6. The method of claim 5,
The functional group-derived functional group is characterized in that one end of the functional group is bonded to the fluorescent organic nanoparticle and the other end of the functional group is coupled to maleimide so that maleimide is bonded to the diene introduced into the separation membrane by acting as a pendant Phosphorus, water treatment separator.
제5항에 있어서,
상기 다이엔체 유래 작용기는 작용기의 일단이 분리막과 결합하고, 이의 타단은 퓨란이 결합되어 있어 퓨란이 다이엔체로 작용하여 친다이엔체와 결합된 것을 특징으로 하는 것인, 수처리용 분리막.
6. The method of claim 5,
The diene-based functional group is characterized in that one end of the functional group is bonded to the separating membrane, and the other end of the functional group is bonded to furan, so that furan acts as a diene and is bonded to the polyimide.
제1항에 있어서,
상기 분리막 기재는 고분자 재료, 무기 재료 및 금속 재료 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것인, 수처리용 분리막.
The method according to claim 1,
Wherein the separation membrane base material comprises at least one of a polymer material, an inorganic material, and a metal material.
제8항에 있어서,
상기 고분자 재료는 폴리테트라플로오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드(Polyvinylidenefluoride, PVDF), 폴리설폰 (Polysulfone, PSF), 폴리에테르설폰(Polyethersulfone, PES), 폴리아크릴로니트릴 (Polyacrylonitrile, PAN), 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 폴리염화비닐(Polyvinyl chloride, PVC), 셀룰로오스(Cellulose) 및 셀룰로오스 아세테이트(Cellulose acetate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인, 수처리용 분리막.
9. The method of claim 8,
The polymeric material may be selected from the group consisting of polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polysulfone (PSF), polyethersulfone (PES), polyacrylonitrile (PAN), polycarbonate (PC), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyvinyl chloride (PVC), cellulosic and cellulose acetate And at least one selected from the group consisting of water,
하기 (S10) 단계 내지 (S30)단계를 포함하는 수처리용 분리막의 제조 방법:
(S10) 분리막의 적어도 일측 표면에 다이엔체 유래 작용기를 도입하는 단계;
(S20) 형광성 유기 나노 입자에 친다이엔체 유래 작용기를 도입하는 단계; 및
(S30) (S10)의 결과물과 (S20)의 결과물을 반응시켜 다이엔체 유래 작용기 및 친다이엔체 유래 작용기를 결합시켜 커플링 시키는 단계.
A method for producing a water treatment separator comprising the following steps (S10) to (S30):
(S10) introducing a diene-based functional group into at least one surface of the separation membrane;
(S20) introducing a functional group originating in a pendant group into the fluorescent organic nanoparticles; And
(S30) The step of reacting the result of step (S10) with the result of step (S20) to couple a functional group derived from a diene and a functional group derived from a polyene to form a coupling.
제10항에 있어서,
상기 (S30) 단계는 분리막이 20℃ 내지 70℃의 온도 범위에서 가열 처리되어 수행되는 것인 수처리용 분리막의 제조방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the step (S30) is performed by heat treating the separation membrane at a temperature in the range of 20 占 폚 to 70 占 폚.
(S100) 중금속을 포함하는 오염물질을 포함하는 물(water)을 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 수처리용 분리막으로 여과하여, 형광성 유기 나노 입자에 오염물질이 부착되는 단계;
(S200) 상기 오염물질이 부착된 분리막을 가열 처리하여, 상기 다이엔체-친다이엔체 링커 복합체의 다이엔체 유래 작용기와 친다이엔체 유래 작용기의 커플링을 해리시키는 단계; 및
(S300) 친다이엔체 유래 작용기가 결합된 형광성 유기 나노 입자를 첨가하여 다이엔체 유래 작용기와 친다이엔체 유래 작용기를 재결합시키는 단계;를
포함하는 수처리용 분리막의 재생방법.
(S100) filtering the water containing pollutants including heavy metals with the water treatment separator of any one of claims 1 to 9 to attach contaminants to the fluorescent organic nanoparticles;
(S200) heat-treating the separation membrane having the contaminant attached thereto to dissociate the coupling between the diene-derived functional group and the polyene-derived functional group of the diene-dithiane linker complex; And
(S300) a fluorescent organic nanoparticle to which a functional group derived from a polythiophene is bonded is added to recombine the functional group derived from the dienes and the functional group derived from the polythienes;
Wherein the water separator is a water separator.
제12항에 있어서,
상기 (S200)는 분리막이 80℃ 내지 200℃가 되도록 가열 처리 하는 것인, 수처리용 분리막의 재생 방법.
13. The method of claim 12,
(S200), the separation membrane is subjected to heat treatment so as to have a temperature of 80 to 200 占 폚.
제12항에 있어서,
상기 (S200) 단계는 디엘스 엘더 역반응으로 이루어지는 것인 수처리용 분리막의 재생 방법.
13. The method of claim 12,
Wherein the step (S200) comprises a reverse elder reaction.
제12항에 있어서,
상기 (S200) 단계의 수행 이전에, (S250) 분리막의 형광의 강도를 측정하여 기설정 강도에 미치지 못하는 경우 분리막 회수를 결정하는 단계를 더 포함하는 것인, 수처리용 분리막의 재생 방법.
13. The method of claim 12,
The method of claim 1, further comprising the step of measuring the intensity of fluorescence of the separation membrane (S250) before the step (S200), and determining the recovery of the separation membrane if the strength of the separation membrane is less than the predetermined strength.
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