KR20220013744A - Method for manufacturing water treatment membrane, water treatment membrane, and water treatment module - Google Patents
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Abstract
Description
본 명세서는 수처리 분리막의 제조방법, 수처리 분리막 및 수처리 모듈에 관한 것이다.The present specification relates to a method for manufacturing a water treatment separation membrane, a water treatment separation membrane, and a water treatment module.
수처리 분리막의 대표적인 예로, 역삼투막이 있다. 반투과성막으로 격리된 두 용액 사이에서 용매가 용질의 농도가 낮은 용액에서 높은 용액 쪽으로 분리막을 통과하여 이동하는 현상을 삼투 현상이라 하며, 이때 용매의 이동으로 용질의 농도가 높은 용액 측에 작용하는 압력을 삼투압이라고 한다. 그런데 삼투압보다 높은 외부 압력을 걸어주면 용매는 용질의 농도가 낮은 용액 쪽으로 이동하게 되는데, 이 현상을 역삼투라고 한다. 역삼투 원리를 이용하여 압력 구배를 구동력으로 해서 반투과성 막을 통해 각종 염이나 유기 물질을 분리해낼 수 있다. 이러한 역삼투 현상을 이용한 역삼투막은 분자 수준의 물질을 분리하고, 염수 또는 해수에서 염을 제거하여 가정용 및 건축용, 산업용 용수를 공급하는데 사용되고 있다.A representative example of a water treatment separation membrane is a reverse osmosis membrane. Osmosis is a phenomenon in which the solvent moves through the separation membrane from a solution with a low solute concentration to a solution with a high solute concentration between two solutions separated by a semipermeable membrane. is called osmotic pressure. However, when an external pressure higher than the osmotic pressure is applied, the solvent moves toward the solution with a low solute concentration, which is called reverse osmosis. Using the reverse osmosis principle, various salts or organic substances can be separated through the semi-permeable membrane by using the pressure gradient as a driving force. Reverse osmosis membrane using this reverse osmosis phenomenon is used to supply water for home, construction, and industrial use by separating substances at the molecular level and removing salt from salt water or seawater.
이러한 역삼투막의 대표적인 예로는, 폴리아미드계 수처리 분리막을 들 수 있으며, 폴리아미드계 수처리 분리막은 미세 다공층 지지체 상에 폴리아미드 활성층을 형성하는 방법으로 제조되고 있으며, 보다 구체적으로는, 부직포 위에 폴리술폰층을 형성하여 미세 다공성 지지체를 형성하고, 이 미세 다공성 지지체를 m-페닐렌 디아민(m-Phenylene Diamine, mPD) 수용액에 침지시켜 mPD층을 형성하고, 이를 다시 트리메조일클로라이드(TriMesoyl Chloride, TMC) 유기 용매에 침지시켜 mPD층을 TMC와 접촉시켜 계면 중합시킴으로써 폴리아미드층을 형성하는 방법으로 제조되고 있다.A typical example of such a reverse osmosis membrane is a polyamide-based water treatment membrane, and the polyamide-based water treatment membrane is manufactured by forming a polyamide active layer on a microporous layer support. More specifically, polysulfide on a nonwoven fabric A phone layer is formed to form a microporous support, and the microporous support is immersed in an aqueous solution of m-Phenylene Diamine (mPD) to form an mPD layer, which is again trimesoyl chloride (TriMesoyl Chloride, TMC). ) is produced by a method of forming a polyamide layer by interfacial polymerization of the mPD layer with TMC by immersion in an organic solvent.
역삼투막의 투과 유량 및 염 제거율은 막의 성능을 나타내는 중요한 지표로 사용되며, 이러한 역삼투막의 성능을 향상시키기 위한 방법의 개발이 지속적으로 요구되고 있다.The permeation flow rate and salt removal rate of the reverse osmosis membrane are used as important indicators of membrane performance, and the development of a method for improving the performance of the reverse osmosis membrane is continuously required.
본 명세서는 수처리 분리막의 제조방법, 수처리 분리막 및 수처리 모듈에 관한 것이다.The present specification relates to a method for manufacturing a water treatment separation membrane, a water treatment separation membrane, and a water treatment module.
본 명세서의 일 실시상태는 제1 다공성 지지체를 준비하는 단계;An exemplary embodiment of the present specification comprises the steps of preparing a first porous support;
33℃ 이상 40℃ 이하의 제2 다공성 지지체 형성용 조성물을 상기 제1 다공성 지지체 상에 도포하여 제2 다공성 지지체를 형성하여, 상기 제1 다공성 지지체 및 상기 제2 다공성 지지체를 포함하는 다공성층을 형성하는 단계; 및A composition for forming a second porous support at 33° C. or higher and 40° C. or less is applied on the first porous support to form a second porous support, thereby forming a porous layer comprising the first porous support and the second porous support. to do; and
상기 다공성층 상에 활성층을 형성하는 단계를 포함하는 수처리 분리막의 제조방법을 제공한다. It provides a method of manufacturing a water treatment separation membrane comprising the step of forming an active layer on the porous layer.
본 명세서의 일 실시상태는 상기 수처리 분리막의 제조방법에 의해 제조된 수처리 분리막으로, 2,000ppm NaCl 수용액, 압력 150psi, 온도 25℃, 4L/min 조건에서 측정한 투과유량이 14.5 GFD 이상인 것인 수처리 분리막을 제공한다.An exemplary embodiment of the present specification is a water treatment membrane prepared by the method for producing a water treatment membrane, and the permeate flow rate measured under 2,000 ppm NaCl aqueous solution, pressure 150 psi, temperature 25° C., and 4 L/min conditions is 14.5 GFD or more. provides
또한, 본 명세서의 일 실시상태는 전술한 수처리 분리막을 하나 이상 포함하는 수처리 모듈을 제공한다.In addition, an exemplary embodiment of the present specification provides a water treatment module including one or more of the above-described water treatment separation membrane.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 역삼투막 활성층 형성용 조성물을 이용하여 역삼투막을 제조하는 경우, 역삼투막의 염 제거율을 유지하면서 투과 유량을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. When a reverse osmosis membrane is manufactured using the composition for forming an active layer of a reverse osmosis membrane according to an exemplary embodiment of the present specification, there is an effect of improving the permeation flow rate while maintaining the salt removal rate of the reverse osmosis membrane.
도 1은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 수처리 분리막을 도시한 것이다.
도 2는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 수처리 모듈을 도시한 것이다.1 illustrates a water treatment separation membrane according to an exemplary embodiment of the present specification.
Figure 2 shows a water treatment module according to an embodiment of the present specification.
본 명세서에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.In the present specification, when a member is said to be located “on” another member, this includes not only a case in which a member is in contact with another member but also a case in which another member is present between the two members.
본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.In the present specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.
이하 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present specification will be described in more detail.
본 명세서의 일 실시상태는 제1 다공성 지지체를 준비하는 단계; 33℃ 이상 40℃ 이하의 제2 다공성 지지체 형성용 조성물을 상기 제1 다공성 지지체 상에 도포하여 제2 다공성 지지체를 형성하여, 상기 제1 다공성 지지체 및 상기 제2 다공성 지지체를 포함하는 다공성층을 형성하는 단계; 및 상기 다공성층 상에 활성층을 형성하는 단계를 포함하는 수처리 분리막의 제조방법을 제공한다. An exemplary embodiment of the present specification comprises the steps of preparing a first porous support; A composition for forming a second porous support at 33° C. or higher and 40° C. or less is applied on the first porous support to form a second porous support, thereby forming a porous layer comprising the first porous support and the second porous support. to do; and forming an active layer on the porous layer.
수처리 분리막의 성능을 평가할 수 있는 요소 중 투과 유량 및 염제거율은 일반적으로 trade-off 관계에 있기 때문에 수처리 분리막의 투과 유량을 높이고자 하는 경우, 염제거율이 감소할 수 있다. 따라서, 수처리 분리막 개발시 기존 염제거율 감소를 최소화하면서 투과 유량을 향상시키는 것이 중요하다.Among the factors that can evaluate the performance of a water treatment membrane, the permeate flow rate and the salt removal rate generally have a trade-off relationship. Therefore, it is important to improve the permeate flow rate while minimizing the reduction in the existing salt removal rate when developing a water treatment membrane.
본 명세서에 따른 수처리 분리막의 제조방법의 경우, 상기 수처리 분리막에 포함되는 다공성층 제조시, 상기 제2 다공성 지지체 형성용 조성물의 온도를 상온보다 높은 33℃ 이상 40℃ 이하의 온도로 유지함에 따라, 상기 제2 다공성 지지체 형성용 조성물의 점도를 낮추어, 상기 제1 다공성 지지체에 흡착되는 제2 다공성 지지체 형성용 조성물의 양을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 다공성 지지체는 균일한 기공을 가질 수 있으며, 상기 제1 다공성 지지체를 포함하는 다공성층을 포함하는 수처리 분리막은 투과 유량을 향상시킬 수 있다. 본 명세서에 있어서 상온은 20±5℃를 의미할 수 있다. In the case of the manufacturing method of the water treatment separation membrane according to the present specification, when the porous layer included in the water treatment separation membrane is manufactured, the temperature of the composition for forming the second porous support is maintained at a temperature of 33°C or more and 40°C or less higher than room temperature, By lowering the viscosity of the composition for forming the second porous support, the amount of the composition for forming the second porous support adsorbed to the first porous support may be increased. Accordingly, the first porous support may have uniform pores, and the water treatment separation membrane including the porous layer including the first porous support may improve the permeation flow rate. In the present specification, room temperature may mean 20 ± 5 °C.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 다공성 지지체 형성용 조성물은 33℃ 이상 38℃ 이하이다. 상기 제2 다공성 지지체 형성용 조성물이 33℃ 미만인 경우, 수처리 분리막의 투과 유량 향상 효과를 확인할 수 없으며, 40℃를 초과하는 경우, 제조된 다공성층의 표면에 결함이 발생하여, 활성층을 형성할 수 없다. In an exemplary embodiment of the present specification, the composition for forming the second porous support is 33° C. or more and 38° C. or less. When the composition for forming the second porous support is less than 33° C., the effect of improving the permeation flow rate of the water treatment separation membrane cannot be confirmed, and when it exceeds 40° C., defects occur on the surface of the prepared porous layer, and an active layer can be formed none.
상기 제2 다공성 지지체 형성용 조성물의 온도는, 상기 제2 다공성 지지체 형성용 조성물을 용액 저장조에 넣어 온도계로 측정하거나, 용액 저장조에 설치된 온도 센서로 측정할 수 있다. 상기 용액 저장조 및 온도계는 특별히 한정되지 않으며, 당 업계에서 적용되는 것이 적절히 채용될 수 있다. The temperature of the composition for forming the second porous support may be measured with a thermometer by putting the composition for forming the second porous support into a solution storage tank, or may be measured with a temperature sensor installed in the solution storage tank. The solution storage tank and the thermometer are not particularly limited, and those applied in the art may be appropriately employed.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 다공성 지지체 형성용 조성물의 점도는 0.45 Pa·s 내지 0.5 Pa·s 일 수 있다. In an exemplary embodiment of the present specification, the viscosity of the composition for forming the second porous support may be 0.45 Pa·s to 0.5 Pa·s.
상기 제2 다공성 지지체 형성용 조성물의 점도가 상기 범위를 만족하는 경우, 상기 제1 다공성 지지체 상에 상기 제2 다공성 지지체 형성용 조성물을 도포하여 흡착시키는 경우, 상기 제1 다공성 지지체가 균일한 기공을 가져 수처리 분리막의 성능을 향상시킬 수 있다. When the viscosity of the composition for forming the second porous support satisfies the above range, when the composition for forming the second porous support is applied and adsorbed on the first porous support, the first porous support has uniform pores This can improve the performance of the water treatment separation membrane.
상기 제2 다공성 지지체 형성용 조성물의 점도는 전술한 온도의 범위, 상기 제2 다공성 지지체 형성용 조성물에 포함되는 폴리설폰의 함량, 상기 폴리설폰의 중량평균 분자량에 따라 조절될 수 있다.The viscosity of the composition for forming the second porous support may be adjusted according to the above-described temperature range, the content of polysulfone included in the composition for forming the second porous support, and the weight average molecular weight of the polysulfone.
상기 점도는 점도 측정기로 전단 속도(shear rate)를 sweep하여 측정할 수 있다. 상기 점도 측정기는 한정되지 않으며, 당 업계에서 적용되는 장치라면 적절히 채용될 수 있다.The viscosity can be measured by sweeping the shear rate with a viscometer. The viscosity measuring device is not limited, and any device applied in the art may be appropriately employed.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 다공성 지지체 형성용 조성물은 폴리설폰 및 용매를 포함한다. In one embodiment of the present specification, the composition for forming the second porous support includes polysulfone and a solvent.
상기 폴리설폰은 중량 평균 분자량이 1x105 g/mol 내지 2x105 g/mol일 수 있다. 상기 폴리설폰이 전술한 중량 평균 분자량 범위를 만족하는 경우, 상기 제2 다공성 지지체 형성용 조성물의 점도 범위를 만족시킬 수 있다. The polysulfone may have a weight average molecular weight of 1x10 5 g/mol to 2x10 5 g/mol. When the polysulfone satisfies the aforementioned weight average molecular weight range, the viscosity range of the composition for forming the second porous support may be satisfied.
상기 용매는 디메틸포름아마이드(DMF)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The solvent may be dimethylformamide (DMF), but is not limited thereto.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 폴리설폰은 상기 제2 다공성 지지체 형성용 조성물 100 중량부를 기준으로 15 중량부 내지 20 중량부 포함된다. In an exemplary embodiment of the present specification, the polysulfone is included in an amount of 15 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the composition for forming the second porous support.
상기 폴리설폰이 전술한 중량부 범위로 상기 제2 다공성 지지체 형성용 조성물에 포함되는 경우, 상기 제2 다공성 지지체 형성용 조성물로 제2 다공성 지지체 제조시 목적하는 두께의 제2 다공성 지지체를 제조할 수 있다. When the polysulfone is included in the composition for forming the second porous support in the above-described weight part range, the second porous support having a desired thickness can be prepared with the composition for forming the second porous support. have.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 다공성층 상에 활성층을 형성하는 단계는 아실 할라이드 화합물을 포함하는 유기용액과 아민 화합물을 포함하는 수용액의 계면 중합에 의하는 것이다. In one embodiment of the present specification, the step of forming the active layer on the porous layer is by interfacial polymerization of an organic solution containing an acyl halide compound and an aqueous solution containing an amine compound.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 아실 할라이드 화합물은, 특별히 한정되는 것은 아니나, 예를 들면, 2 개 내지 3 개의 카르복실산 할라이드를 갖는 방향족 화합물로서, 트리메조일클로라이드(TMC), 이소프탈로일클로라이드, 테레프탈로일클로라이드, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 혼합물일 수 있다. 바람직하게 상기 아실 할라이드 화합물은 트리메조일클로라이드(TMC)이다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the acyl halide compound is not particularly limited, but for example, an aromatic compound having 2 to 3 carboxylic acid halides, trimesoyl chloride (TMC), isophthalo It may be one or more mixtures selected from the group consisting of monochloride, terephthaloyl chloride, and mixtures thereof. Preferably, the acyl halide compound is trimesoyl chloride (TMC).
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 아실 할라이드 화합물의 함량은 상기 아실 할라이드 화합물을 포함하는 유기용액 총 중량을 기준으로 0.02 중량% 내지 1 중량%, 바람직하게 0.08 중량% 내지 0.6 중량% 포함될 수 있다. 상기 아실 할라이드 화합물의 함량이 상기 범위를 만족하는 경우, 본 명세서에서 목적하는 수준의 염 제거율과 투과 유량을 가지는 수처리 분리막을 제조할 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the content of the acyl halide compound may be 0.02 wt% to 1 wt%, preferably 0.08 wt% to 0.6 wt%, based on the total weight of the organic solution containing the acyl halide compound. . When the content of the acyl halide compound satisfies the above range, a water treatment separation membrane having the salt removal rate and permeate flow rate desired in the present specification may be manufactured.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 아실 할라이드 화합물을 포함하는 유기용액은 유기용매를 더 포함할 수 있고, 상기 유기용매로는 지방족 탄화수소 용매, 예를 들면, 프레온류와 탄소수가 5 내지 12인 헥산, 사이클로헥산, 헵탄, 알칸과 같은 물과 섞이지 않는 소수성 액체, 예를 들면, 탄소수가 5 내지 12인 알칸과 그 혼합물인 IsoPar(Exxon), ISOL-C(SK Chem), ISOL-G(Exxon), IsoPar G 등이 사용될 수 있으나, 이로써 제한되는 것은 아니다. 바람직하게 상기 유기용매는 IsoPar G일 수 있다. In addition, according to an exemplary embodiment of the present specification, the organic solution containing the acyl halide compound may further include an organic solvent, and the organic solvent is an aliphatic hydrocarbon solvent, for example, freons and 5 to carbon atoms. Hydrophobic liquids that are immiscible with water such as hexane, cyclohexane, heptane, and alkanes containing 12 (Exxon), IsoPar G, etc. may be used, but is not limited thereto. Preferably, the organic solvent may be IsoPar G.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 아민 화합물을 포함하는 수용액에서 상기 아민 화합물은 수처리 분리막 제조에 사용되는 방향족 아민 화합물이라면 그 종류를 제한하지 않으나, 구체적인 예를 들면, m-페닐렌디아민(mPD), p-페닐렌디아민, 1,2,4-벤젠트리아민, 4-클로로-1,3-페닐렌디아민, 2-클로로-1,4-페닐렌디아민, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 구체적으로는, m-페닐렌디아민(mPD)이 바람직하다.According to an exemplary embodiment of the present specification, if the amine compound in the aqueous solution containing the amine compound is an aromatic amine compound used for manufacturing a water treatment separation membrane, the type is not limited, but for a specific example, m-phenylenediamine (mPD ), from the group consisting of p-phenylenediamine, 1,2,4-benzenetriamine, 4-chloro-1,3-phenylenediamine, 2-chloro-1,4-phenylenediamine, and mixtures thereof. It may be one or more selected. Specifically, m-phenylenediamine (mPD) is preferable.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 아민 화합물을 포함하는 수용액의 용매는 물일 수 있으며, 상기 아민 화합물을 포함하는 수용액에서 상기 아민 화합물을 제외한 잔부는 물일 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the solvent of the aqueous solution containing the amine compound may be water, and the remainder excluding the amine compound in the aqueous solution containing the amine compound may be water.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 아민 화합물을 포함하는 수용액 총 중량을 기준으로, 상기 아민 화합물의 함량은 0.001 중량% 내지 10 중량%, 바람직하게 0.1 중량% 내지 7 중량%일 수 있다. 상기 함량을 만족하는 경우, 목적하는 수준의 제거율과 유량을 가지는 수처리 분리막을 제조할 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present specification, based on the total weight of the aqueous solution containing the amine compound, the content of the amine compound may be 0.001 wt% to 10 wt%, preferably 0.1 wt% to 7 wt%. When the above content is satisfied, a water treatment separation membrane having a desired level of removal rate and flow rate may be manufactured.
상기 아민 화합물을 포함하는 수용액과 상기 아실 할라이드 화합물을 포함하는 유기용액의 접촉시, 상기 다공성층의 표면에 코팅된 아민 화합물과 아실 할라이드 화합물이 반응하면서 계면 중합에 의해 폴리아미드를 생성하고, 상기 다공성층에 흡착되어 박막이 형성된다. 상기 접촉 방법에 있어서, 침지, 스프레이 또는 코팅 등의 방법을 통해 상기 활성층을 형성할 수 있다.When the aqueous solution containing the amine compound and the organic solution containing the acyl halide compound are brought into contact, the amine compound coated on the surface of the porous layer and the acyl halide compound react to form polyamide through interfacial polymerization, and the porous layer It is adsorbed to the layer to form a thin film. In the contacting method, the active layer may be formed through a method such as dipping, spraying, or coating.
상기 아민 화합물을 포함하는 수용액은 필요에 따라 염기성 산 수용체를 더 포함할 수 있다. 상기 염기성 산 수용체는 예컨대, 트리알킬아민 화합물, 구체적으로는 트리에틸렌아민캄포술폰산 일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 염기성 산 수용체는 상기 아민 화합물을 포함하는 수용액 총 중량을 기준으로 1 중량% 내지 10 중량% 포함될 수 있다.The aqueous solution containing the amine compound may further include a basic acid acceptor, if necessary. The basic acid acceptor may be, for example, a trialkylamine compound, specifically, triethyleneaminecamphorsulfonic acid, but is not limited thereto. The basic acid acceptor may be included in an amount of 1 wt% to 10 wt% based on the total weight of the aqueous solution containing the amine compound.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 다공성층 상에 활성층을 형성하는 단계 이후에 상기 다공성층 상에 형성된 활성층을 물로 세척하는 단계를 더 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment of the present specification, the method may further include washing the active layer formed on the porous layer with water after the step of forming the active layer on the porous layer.
상기 물로 세척하는 단계는 구체적으로 60℃ 온도의 물로 10분동안 린스하는 과정을 의미한다. The washing with water specifically refers to a process of rinsing with water at a temperature of 60° C. for 10 minutes.
이와 같이 물로 세척하는 단계를 거침으로써, 상기 활성층을 형성하는 반응에 참여하지 못한 잔류물들을 제거할 수 있다.By performing the washing with water as described above, residues that did not participate in the reaction for forming the active layer may be removed.
본 명세서에 있어서, 상기 다공성층은 제1 다공성 지지체 및 제2 다공성 지지체를 포함한다. In the present specification, the porous layer includes a first porous support and a second porous support.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 다공성 지지체로는 부직포를 사용할 수 있다. 상기 부직포의 재료로서는 폴리에스테르가 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. In one embodiment of the present specification, a nonwoven fabric may be used as the first porous support. Polyester may be used as the material of the nonwoven fabric, but is not limited thereto.
상기 부직포의 두께는 50 ㎛ 내지 150 ㎛일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게 상기 두께는 80 ㎛ 내지 120 ㎛일 수 있다. 상기 부직포의 두께가 상기 범위를 만족하는 경우, 상기 다공성층을 포함하는 기체 분리막의 내구성이 유지될 수 있다.The thickness of the nonwoven fabric may be 50 μm to 150 μm, but is not limited thereto. Preferably, the thickness may be 80 μm to 120 μm. When the thickness of the nonwoven fabric satisfies the above range, durability of the gas separation membrane including the porous layer may be maintained.
상기 제2 다공성 지지체는 상기 제1 다공성 지지체 상에 상기 제2 다공성 지지체 형성용 조성물의 코팅층이 형성된 것을 의미할 수 있다. The second porous support may mean that a coating layer of the composition for forming the second porous support is formed on the first porous support.
상기 제2 다공성 지지체의 두께는 30 ㎛ 내지 60 ㎛일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게 상기 두께는 30 ㎛ 내지 50 ㎛일 수 있다. 상기 코팅층의 두께가 상기 범위를 만족하는 경우, 상기 제2 다공성 지지체를 포함하는 다공성층을 포함하는 수처리 분리막의 내구성이 적절히 유지될 수 있다.The thickness of the second porous support may be 30 μm to 60 μm, but is not limited thereto. Preferably, the thickness may be 30 μm to 50 μm. When the thickness of the coating layer satisfies the above range, the durability of the water treatment separation membrane including the porous layer including the second porous support may be properly maintained.
상기 제2 다공성 지지체 형성용 조성물은, 용매 디메틸포름아마이드에 폴리설폰 고형을 넣고 80℃ 내지 85℃에서 12시간동안 녹인 후 얻은 균질(homogeneous)한 액상일 수 있다. The composition for forming the second porous support may be a homogeneous liquid obtained after dissolving polysulfone solids in a solvent dimethylformamide at 80° C. to 85° C. for 12 hours.
상기 제2 다공성 지지체는 캐스팅의 방법으로 형성될 수 있다. 상기 캐스팅은 용액 주조(casting) 방법을 의미하는 것으로, 구체적으로, 상기 고분자 재료를 용매에 용해시킨 후, 접착성이 없는 평활한 표면에 전개시킨 후 용매를 치환시키는 방법을 의미할 수 있다. 구체적으로, 상기 용매로 치환시키는 방법은 비용매 유도 상분리법(nonsolvent induced phase separation)을 이용할 수 있다. 상기 비용매 유도 상분리법이란, 고분자를 용매에 용해시켜 균일 용액을 만들고 이를 일정형태로 성형시킨 후 비용매에 침지시킨다. 이후 비용매와 용매의 확산에 의한 상호교환이 이루어지며 고분자 용액의 조성이 변하게 되고, 고분자의 침전이 일어나면서 용매와 비용매가 차지하던 부분을 기공으로 형성시키는 방법이다.The second porous support may be formed by a method of casting. The casting refers to a solution casting method, and specifically, it may refer to a method of dissolving the polymer material in a solvent, developing it on a smooth surface without adhesiveness, and then replacing the solvent. Specifically, the method of substituting the solvent may use a nonsolvent induced phase separation method. In the non-solvent induced phase separation method, a polymer is dissolved in a solvent to make a homogeneous solution, molded into a predetermined shape, and then immersed in a non-solvent. Thereafter, the non-solvent and the solvent are interchanged by diffusion, and the composition of the polymer solution is changed, and the polymer is precipitated.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 활성층을 제조하는 단계 이후에 상기 활성층 상에 보호층을 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다. In an exemplary embodiment of the present specification, the method may further include preparing a protective layer on the active layer after the step of preparing the active layer.
상기 보호층의 성분, 제조 방법, 제조 조건 등은 당 기술분야에서 적용되는 것들이 제한 없이 채용될 수 있다. Components, manufacturing methods, manufacturing conditions, etc. of the protective layer may be employed without limitation those applied in the art.
일 예에 따르면, 상기 보호층은 상기 활성층 상에 보호층 형성용 조성물을 도포하여 제조할 수 있다. 필요에 따라, 상기 보호층 형성용 조성물을 도포한 후, 에어 나이프를 이용하여 여분의 수용액을 제거하고, 85℃에서 건조하는 단계를 더 수행할 수 있다.According to an example, the protective layer may be prepared by applying a composition for forming a protective layer on the active layer. If necessary, after the composition for forming a protective layer is applied, the excess aqueous solution is removed using an air knife, and drying at 85° C. may be further performed.
상기 보호층 형성용 조성물은 폴리비닐알코올을 포함하는 수용액일 수 있다. 구체적으로 상기 보호층 형성용 조성물 총 중량을 기준으로 상기 폴리비닐알코올은 1 중량% 내지 10 중량% 포함될 수 있으며, 잔부의 용매를 포함할 수 있다. The composition for forming the protective layer may be an aqueous solution containing polyvinyl alcohol. Specifically, based on the total weight of the composition for forming a protective layer, the polyvinyl alcohol may be included in an amount of 1 wt% to 10 wt%, and the remainder of the solvent may be included.
상기 용매는 물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The solvent may be water, but is not limited thereto.
본 명세서에 있어서, 상기 수처리 분리막은 정밀 여과막(Micro Filtration), 한외 여과막(Ultra Filtration), 나노 여과막(Nano Filtration) 또는 역삼투막(Reverse Osmosis) 등으로 이용될 수 있으며, 구체적으로 역삼투막으로 이용될 수 있다.In the present specification, the water treatment separation membrane may be used as a micro filtration membrane, an ultra filtration membrane, a nano filtration membrane, or a reverse osmosis membrane, and specifically may be used as a reverse osmosis membrane. .
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 전술한 수처리 분리막 제조방법에 의해 제조된 수처리 분리막으로, 2,000ppm NaCl 수용액, 압력 150psi, 온도 25℃, 4L/min 조건에서 측정한 투과유량이 14.5 GFD 이상이다. In an exemplary embodiment of the present specification, as a water treatment separation membrane prepared by the above-described method for producing a water treatment separation membrane, the permeate flow rate measured under the conditions of 2,000 ppm NaCl aqueous solution, pressure 150 psi, temperature 25° C., and 4 L/min is 14.5 GFD or more.
상기 투과 유량은 바람직하게 14.5 GFD 이상 17 GFD 이하이다. 상기 투과 유량은 더욱 바람직하게 14.97 GFD 내지 16.44 GFD이다.The permeate flow rate is preferably 14.5 GFD or more and 17 GFD or less. The permeate flow rate is more preferably between 14.97 GFD and 16.44 GFD.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 전술한 수처리 분리막 제조방법에 의해 제조된 수처리 분리막으로, 2,000ppm NaCl 수용액, 압력 150psi, 온도 25℃, 4L/min 조건에서 측정한 염 제거율이 99.7% 이상이다. In an exemplary embodiment of the present specification, as a water treatment separation membrane prepared by the above-described water treatment separation membrane manufacturing method, the salt removal rate measured under the conditions of 2,000 ppm NaCl aqueous solution, pressure 150 psi, temperature 25° C., and 4 L/min is 99.7% or more.
상기 염 제거율은 바람직하게 99.7% 이상 99.9%이고, 더욱 바람직하게 99.77% 내지 99.81%이다.The salt removal rate is preferably 99.7% or more and 99.9%, more preferably 99.77% to 99.81%.
본 명세서의 일 실시상태는 상기 수처리 분리막을 하나 이상 포함하는 수처리 모듈을 제공한다. An exemplary embodiment of the present specification provides a water treatment module including one or more of the water treatment separation membrane.
상기 수처리 모듈에 포함되는 수처리 분리막은 1개 내지 50개일 수 있으며, 1개 내지 30개 일 수 있고, 바람직하게는 24개 내지 28개 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The number of water treatment separation membranes included in the water treatment module may be 1 to 50, 1 to 30, and preferably 24 to 28, but is not limited thereto.
상기 수처리 모듈의 구체적인 종류는 특별히 제한되지 않으며, 그 예에는 판형(plate & frame) 모듈, 관형(tubular) 모듈, 중공사형(Hollow & Fiber) 모듈 또는 나권형(spiral wound) 모듈 등이 포함될 수 있다. The specific type of the water treatment module is not particularly limited, and examples thereof include a plate & frame module, a tubular module, a Hollow & Fiber module, or a spiral wound module. .
또한, 상기 수처리 모듈은 전술한 수처리 분리막을 포함하는 한, 그 외의 기타 구성 및 제조방법 등은 특별히 한정되지 않고, 이 분야에서 공지된 일반적인 수단을 제한 없이 채용할 수 있다.In addition, as long as the water treatment module includes the above-described water treatment separation membrane, other configurations and manufacturing methods are not particularly limited, and general means known in this field may be employed without limitation.
도 1은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 수처리 분리막을 도시한 것이다. 구체적으로, 도 1은 제1 다공성 지지체(100) 및 제2 다공성 지지체(200)를 포함하는 다공성층 및 활성층(300)이 순차적으로 구비된 수처리 분리막을 도시한 것으로서, 활성층(300)으로 염수(400)가 유입되어, 정제수(500)가 부직포(100)를 통하여 배출되고, 농축수(600)는 활성층(300)을 통과하지 못하고 외부로 배출된다. 본 명세서의 일 실시상태에 따른 수처리 분리막은 도 1의 구조에 한정되지 않으며, 추가의 구성이 더 포함될 수 있다.1 illustrates a water treatment separation membrane according to an exemplary embodiment of the present specification. Specifically, FIG. 1 shows a water treatment separation membrane sequentially provided with a porous layer and an
도 2는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 수처리 모듈을 도시한 것이다. 구체적으로, 수처리 모듈은 중앙 튜브(40), 공급 스페이서(Feed spacer)(20), 역삼투막(10), 트리코트 여과수로(30) 등을 포함하여 구성된다. 수처리 모듈에 원수를 흘려 보내주면, 수처리 모듈 내 공급 스페이서(20)를 통해, 원수가 유입된다. 하나 이상의 수처리 분리막(10)은 튜브(40)로부터 외측 방향으로 연장되고, 튜브(40) 둘레로 권취되게 된다. 공급 스페이서(20)는 외부로부터 원수가 유입되는 통로를 형성하며, 하나의 수처리 분리막(10)과 다른 하나의 수처리 분리막(10) 사이의 간격을 유지시키는 역할을 수행한다. 이를 위해, 공급 스페이서(20)는 하나 이상의 수처리 분리막(10)과 상측 및 하측에서 접촉하며 튜브(40) 둘레로 권취되게 된다. 트리코트 여과수로(30)는 일반적으로 직물 형태의 구조를 가지며, 수처리 분리막(10)을 통해 정제된 물이 흘러나갈 수 있는 공간을 만들어주는 유로 역할을 수행하게 된다. 튜브(4)는 수처리 모듈의 중심에 위치하며, 여과된 물이 유입되어 배출되는 통로 역할을 수행한다. 이 때, 튜브(40) 외측에는 여과된 물이 유입되도록 소정 크기의 공극이 형성되는 것이 바람직하여, 하나 이상 형성되는 것이 바람직하다. 상기 수처리 분리막(10)이 상기 제조방법에 의해 제조됨으로 염 제거율을 저하시키지 않으면서, 우수한 투과 유량의 성능을 가질 수 있다. Figure 2 shows a water treatment module according to an embodiment of the present specification. Specifically, the water treatment module is configured to include a
이하, 본 명세서를 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 명세서에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 명세서의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, this In order to describe the specification in detail, it will be described in detail with reference to examples. However, the embodiments according to the present specification may be modified in various other forms, and the scope of the present specification is not to be construed as being limited to the embodiments described below. The embodiments of the present specification are provided to more completely explain the present specification to those of ordinary skill in the art.
제조예 production example
실시예 1. Example 1.
(다공성층의 제조)(Preparation of porous layer)
제1 다공성 지지체로서 부직포를 사용하였으며, 상기 부직포는 폴리에스테르였고, 상기 폴리에스테르의 두께는 90 μm이었다. A nonwoven fabric was used as the first porous support, the nonwoven fabric was polyester, and the polyester had a thickness of 90 μm.
상기 제1 다공성 지지체 상에 제2 다공성 지지체를 제조하기 위하여, 제2 다공성 지지체 형성용 조성물을 제조하였다. 상기 제2 다공성 지지체 형성용 조성물은, 상기 제2 다공성 지지체 형성용 조성물 총 중량을 기준으로, 83 중량%의 용매 디메틸포름아마이드(DMF)에 17 중량%의 폴리설폰 고형(solid)을 넣고 80℃ 내지 85 ℃에서 12시간동안 녹인 후 얻은 균질(homogeneous)한 액상이었다. 이를 용액 저장조에 넣어 33℃로 유지하였다. 상기 용액 저장조는 용액의 온도를 유지시켜주는 자켓을 포함하며, 상기 자켓 내부로 온수 또는 냉수가 흐름으로써 목적하는 용액의 온도를 유지시킬 수 있었다. 용액의 온도는 저장조 내부에 설치된 온도계로부터 측정하였다.In order to prepare a second porous support on the first porous support, a composition for forming a second porous support was prepared. The composition for forming the second porous support is based on the total weight of the composition for forming the second porous support, 17% by weight of polysulfone solid is added to 83% by weight of the solvent dimethylformamide (DMF) and 80° C. It was a homogeneous liquid obtained after dissolving at 85° C. for 12 hours. This was put into a solution storage tank and maintained at 33°C. The solution storage tank includes a jacket for maintaining the temperature of the solution, and by flowing hot or cold water into the jacket, it was possible to maintain a desired temperature of the solution. The temperature of the solution was measured from a thermometer installed inside the storage tank.
이후, 상기 제1 다공성 지지체(폴리에스테르) 위에 40 μm 로 상기 33℃의 제2 다공성 지지체 형성용 조성물을 슬롯 다이코팅 방법으로 캐스팅하여, 제2 다공성 지지체를 제조하였다. Thereafter, the composition for forming the second porous support at 33° C. was cast at a thickness of 40 μm on the first porous support (polyester) by a slot die coating method to prepare a second porous support.
그 다음, 캐스팅된 부직포를 물에 넣어 제1 다공성 지지체 및 제2 다공성 지지체를 포함하는 다공성층을 제조하였다. Then, the cast nonwoven fabric was placed in water to prepare a porous layer including the first porous support and the second porous support.
(활성층의 제조)(Preparation of active layer)
상기 다공성층 상에 활성층을 제조하기 위해, 아민 화합물을 포함하는 수용액을 제조하였다. 상기 아민 화합물을 포함하는 수용액은 상기 아민 화합물을 포함하는 수용액 총 중량을 기준으로 메타페닐렌디아민(mPD) 0.4 중량% 및 잔부의 물을 포함시켜 제조하였다. In order to prepare an active layer on the porous layer, an aqueous solution containing an amine compound was prepared. The aqueous solution containing the amine compound was prepared by including 0.4 wt% of metaphenylenediamine (mPD) and the remainder of water based on the total weight of the aqueous solution containing the amine compound.
이후, 제조한 상기 아민 화합물을 포함하는 수용액을 상기 다공성층 상에 도포하여 수용액층을 형성하였다. 나아가, 도포시 발생한 여분의 수용액을 에어 나이프를 이용하여 제거하였다.Then, the prepared aqueous solution containing the amine compound was applied on the porous layer to form an aqueous solution layer. Furthermore, the excess aqueous solution generated during application was removed using an air knife.
상기 수용액층 상에 아실 할라이드 화합물을 포함하는 유기용액을 도포하였다. 상기 아실 할라이드 화합물을 포함하는 유기용액은, 상기 아실 할라이드 화합물을 포함하는 유기용액 총 중량을 기준으로 트리메조일클로라이드(TMC) 0.5 중량% 및 잔부의 유기용매(IsoPar G)를 포함시켜 제조하였다. An organic solution containing an acyl halide compound was applied on the aqueous layer. The organic solution containing the acyl halide compound was prepared by including trimesoyl chloride (TMC) 0.5% by weight and the remainder of the organic solvent (IsoPar G) based on the total weight of the organic solution containing the acyl halide compound.
그리고, 95℃에서 액상 성분이 모두 증발할 때까지 건조한 후, 초순수 증류수(DIW)로 세척하였다. Then, after drying at 95° C. until all of the liquid components evaporated, it was washed with ultrapure distilled water (DIW).
(보호층의 제조)(Preparation of protective layer)
세척된 분리막 표면에 보호층 형성용 조성물인 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol) 수용액을 도포한 뒤, 에어 나이프를 이용하여 여분의 수용액을 제거하고, 85℃ 조건에서 액상 성분이 모두 증발할 때까지 건조하여 최종 분리막을 제조하였다. 상기 보호층 형성용 조성물은 보호층 형성용 조성물 총 중량을 기준으로 3 중량%의 폴리비닐알코올 및 잔부의 물을 포함시켜 제조하였다.After applying an aqueous solution of polyvinyl alcohol, a composition for forming a protective layer, on the surface of the washed separator, remove the excess aqueous solution using an air knife, and dry it at 85°C until all the liquid components evaporate. A final separator was prepared. The composition for forming a protective layer was prepared by including 3 wt % of polyvinyl alcohol and the remainder of water based on the total weight of the composition for forming a protective layer.
실시예 2. Example 2.
상기 실시예 1에서, 상기 제2 다공성 지지체 형성용 조성물의 온도를 38℃로 유지시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수처리 분리막을 제조하였다. In Example 1, a water treatment separation membrane was prepared in the same manner as in Example 1, except that the temperature of the composition for forming the second porous support was maintained at 38°C.
비교예 1 및 2.Comparative Examples 1 and 2.
상기 실시예 1에서, 상기 제2 다공성 지지체 형성용 조성물의 온도를 하기 표 1에 기재된 것으로 적용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수처리 분리막을 제조하였다. In Example 1, a water treatment separation membrane was prepared in the same manner as in Example 1, except that the temperature of the composition for forming the second porous support was applied as shown in Table 1 below.
실험예Experimental example
염 제거율 및 투과 유량 측정Salt Removal Rate and Permeate Flow Measurement
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 분리막에 대하여, 2,000ppm NaCl 수용액을 150 psi 조건에서 염 제거율 및 투과 유량을 측정하였다. For the separation membranes prepared in Examples and Comparative Examples, the salt removal rate and permeation flow rate were measured in an aqueous solution of 2,000 ppm NaCl at 150 psi.
구체적으로, 염 제거율은 2,000ppm NaCl 수용액을 150psi 압력, 4LPM 유속, 25℃로 운전하여 얻어낸 생산수의 전도도로 하기 계산식 1로 계산하여 하기 표 2에 기재하였다. Specifically, the salt removal rate was calculated by Equation 1 below as the conductivity of the produced water obtained by operating a 2,000 ppm NaCl aqueous solution at 150 psi pressure, 4 LPM flow rate, and 25° C., and is shown in Table 2 below.
[계산식 1][Formula 1]
염 제거율(Rejection)(%)=(1-생산수 농도(ppm)/원수 농도(ppm)) X 100Salt removal rate (Rejection) (%) = (1-Production water concentration (ppm) / Raw water concentration (ppm))
투과 유량은 상기 염 제거율과 동일한 조건에서 측정하였으며, 단위시간 및 단위면적당 생산된 물의 양을 GFD 단위(GFD=gallon/ft2day)로 계산하여 하기 표 1 에 기재하였다.The permeation flow rate was measured under the same conditions as the salt removal rate, and the amount of water produced per unit time and unit area was calculated in GFD units (GFD=gallon/ft 2 day) and is shown in Table 1 below.
상기 표 1에 따르면, 본 명세서에 따른 수처리 분리막의 제조방법에 따라 제조한 실시예 1 및 2의 수처리 분리막이 비교예 1 및 3보다 투과유량이 우수함을 확인할 수 있었다. 한편, 비교예 2의 경우 제조된 다공성층의 표면에 결함이 있어 상기 다공성층 상에 활성층을 형성할 수 없었다.According to Table 1, it was confirmed that the water treatment separation membranes of Examples 1 and 2 prepared according to the manufacturing method of the water treatment membrane according to the present specification were superior in permeate flow rate than Comparative Examples 1 and 3. On the other hand, in the case of Comparative Example 2, there was a defect in the surface of the prepared porous layer, so that the active layer could not be formed on the porous layer.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 발명의 범주에 속한다.Although preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and it is possible to carry out various modifications within the scope of the claims and the detailed description of the invention, and this also falls within the scope of the invention. .
10: 수처리 분리막
20: 공급 스페이서
30: 트리코트 여과수로
40: 튜브
100: 제1 다공성 지지체
200: 제2 다공성 지지체
300: 활성층
400: 염수
500: 정제수
600: 농축수10: water treatment membrane
20: supply spacer
30: tricot filtered water
40: tube
100: first porous support
200: second porous support
300: active layer
400: brine
500: purified water
600: concentrated water
Claims (10)
33℃ 이상 40℃ 이하의 제2 다공성 지지체 형성용 조성물을 상기 제1 다공성 지지체 상에 도포하여 제2 다공성 지지체를 형성하여, 상기 제1 다공성 지지체 및 상기 제2 다공성 지지체를 포함하는 다공성층을 형성하는 단계; 및
상기 다공성층 상에 활성층을 형성하는 단계를 포함하는 수처리 분리막의 제조방법. Preparing a first porous support;
A composition for forming a second porous support at a temperature of 33° C. or higher and 40° C. or lower is applied on the first porous support to form a second porous support, thereby forming a porous layer comprising the first porous support and the second porous support. to do; and
A method of manufacturing a water treatment separation membrane comprising the step of forming an active layer on the porous layer.
2,000 ppm NaCl 수용액, 압력 150psi, 온도 25℃, 4L/min 조건에서 측정한 투과유량이 14.5 GFD 이상인 것인 수처리 분리막.A water treatment separation membrane manufactured by the method for manufacturing a water treatment separation membrane according to any one of claims 1 to 8,
A water treatment separation membrane in which the permeate flow rate measured at 2,000 ppm NaCl aqueous solution, pressure 150psi, temperature 25℃, and 4L/min conditions is 14.5 GFD or more.
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