KR20220046034A - Microporous polymer fiber adsorbent, adsorption module including microporous polymer fiber adsorbent, organic pollutant removal system using adsorption module including microporous polymer fiber adsrobent - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제, 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제를 포함하는 흡착 모듈, 및 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제를 포함하는 흡착 모듈을 이용하여 특정 물질을 흡탈착 시키는 유기 오염 물질 제거 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an organic pollutant removal system that adsorbs and desorbs specific substances using a microporous polymer fiber adsorbent, an adsorption module comprising a microporous polymer fiber adsorbent, and an adsorption module comprising a microporous polymer fiber adsorbent.
휘발성 유기 화합물 등의 유기 오염 물질을 포함한 혼합 물질들의 처리 기술로 연소, 촉매 연소, 흡착, 막 분리법, 응축 등의 방법이 이용되고 있다. 이 중, 흡착 기술은 다양한 종류의 유기 오염 물질을 한 번에 포집하고, 고농도로 회수할 수 있어 널리 사용되고 있다. Methods such as combustion, catalytic combustion, adsorption, membrane separation, and condensation are used as a treatment technique for mixed materials including organic pollutants such as volatile organic compounds. Among them, the adsorption technology is widely used because it can collect various types of organic pollutants at once and recover them at a high concentration.
본 발명이 해결하고자 하는 과제 중 하나는, 혼합 물질들에서 휘발성 유기 화합물 등의 다양한 유기 오염 물질의 흡착 제거의 효율이 향상된 흡착제, 상기 흡착제를 포함한 모듈, 및 상기 흡착제를 포함한 모듈을 포함하는 유기 오염 물질 제거 시스템을 제공하는 것이다.One of the problems to be solved by the present invention is an adsorbent with improved adsorption and removal efficiency of various organic pollutants such as volatile organic compounds from mixed materials, a module including the adsorbent, and an organic pollutant including a module including the adsorbent To provide a material removal system.
본 발명의 실시예들에 따른 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제는 미세 기공(micropore)을 내포하는 폴리머인 내재적 미세기공성 폴리머(Polymer with Intrinsic Microporosity)로 이루어지며, 상기 내재적 미세기공성 폴리머는 섬유(fiber)형으로 이루어지고, 상기 미세 기공과 크기가 서로 다른 기공이 상호 연결된 계층적(hierarchical) 기공 구조를 갖는다.The microporous polymer fiber adsorbent according to embodiments of the present invention is made of an intrinsic microporous polymer that is a polymer containing micropores, and the intrinsic microporous polymer is a fiber type. and has a hierarchical pore structure in which the micropores and pores having different sizes are interconnected.
본 발명의 실시예들에 따른 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제를 포함한 흡착 모듈은 미세 기공(micropore)을 내포하는 폴리머인 내재적 미세기공성 폴리머(Polymer with Intrinsic Microporosity)로 이루어지며, 상기 내재적 미세기공성 폴리머는 섬유(fiber)형으로 이루어지고, 상기 미세 기공과, 크기가 서로 다른 기공이 상호 연결된 계층적 구조를 갖는 복수의 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제 및 상기 복수의 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제가 균일하게 적층된 하우징 바디, 상기 하우징 바디의 일단에 형성되며 혼합 물질이 유입되는 유입구, 및 상기 하우징 바디의 타단에 형성되며 상기 복수의 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제에 의하여 상기 혼합 물질에서 오염 물질이 흡착된 후 배출되는 유출구를 갖는 하우징을 포함한다.The adsorption module including the microporous polymer fiber adsorbent according to the embodiments of the present invention is made of an intrinsic microporous polymer that is a polymer containing micropores, and the intrinsic microporous polymer is a fiber ( A housing body in the form of a fiber) in which a plurality of microporous polymer fiber adsorbents having a hierarchical structure in which the micropores and pores of different sizes are interconnected and the plurality of microporous polymer fiber adsorbents are uniformly stacked; A housing having an inlet formed at one end of the housing body and through which the mixed material is introduced, and an outlet formed at the other end of the housing body and discharged after contaminants are adsorbed from the mixed material by the plurality of microporous polymer fiber adsorbents. include
본 발명의 실시예들에 따른 유기 오염 물질 분리 시스템은 제1 흡착 모듈, 제2 흡착 모듈, 및 상기 제1 흡착 모듈 및 상기 제2 흡착 모듈과 연결되는 진공 펌프를 포함하고, 상기 제1 흡착 모듈 및 상기 제2 흡착 모듈 각각은, 미세 기공(micropore)을 내포하는 폴리머인 내재적 미세기공성 폴리머(Polymer with Intrinsic Microporosity)로 이루어지며, 상기 내재적 미세기공성 폴리머는 섬유(fiber)형으로 이루어지고, 상기 미세 기공과 크기가 서로 다른 기공이 상호 연결된 계층적 구조를 갖는 복수의 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제, 및 상기 복수의 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제가 균일하게 적층된 하우징 바디, 상기 하우징 바디의 일단에 형성되며 혼합 물질이 유입되는 유입구, 및 상기 하우징 바디의 타단에 형성되며 상기 복수의 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제에 의하여 상기 혼합 물질에서 오염 물질이 흡착된 후 배출되는 유출구를 갖는 하우징을 포함하고, 상기 제1 흡착 모듈에서는, 상기 제1 흡착 모듈의 유입구에 혼합 물질 유입되고, 상기 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제에 의하여 오염 물질이 흡착되며, 오염 물질이 제거된 물질을 상기 제1 흡착 모듈의 유출구 통해 배출하는 흡착 공정이 수행되며, 상기 제1 흡착 모듈에서 상기 흡착 공정이 수행되는 동안, 상기 제2 흡착 모듈에서는, 상기 흡착된 오염 물질을 상기 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제로부터 탈착시키는 흡착제 재생 공정이 수행된다.An organic pollutant separation system according to embodiments of the present invention includes a first adsorption module, a second adsorption module, and a vacuum pump connected to the first adsorption module and the second adsorption module, wherein the first adsorption module and each of the second adsorption modules is made of an intrinsic microporous polymer that is a polymer containing micropores, and the intrinsic microporous polymer is made of a fiber type, and the micropores are A plurality of microporous polymer fiber adsorbents having a hierarchical structure in which pores and pores having different sizes are interconnected, and a housing body in which the plurality of microporous polymer fiber adsorbents are uniformly stacked, are formed at one end of the housing body and mixed material a housing having this inlet and an outlet formed at the other end of the housing body and discharged after contaminants are adsorbed from the mixed material by the plurality of microporous polymer fiber adsorbents, in the first adsorption module , the mixed material is introduced into the inlet of the first adsorption module, the contaminants are adsorbed by the microporous polymer fiber adsorbent, and the adsorption process of discharging the material from which the contaminants are removed through the outlet of the first adsorption module is performed, , while the adsorption process is performed in the first adsorption module, an adsorbent regeneration process of desorbing the adsorbed contaminants from the microporous polymer fiber adsorbent is performed in the second adsorption module.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 2nm 이하의 미세 기공을 내포하는 PIMs(Polymer of Intrinsic Microporosity)으로 이루어진 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제를 이용함으로써, 혼합 물질들이 포함하는 특정 오염 물질들을 효과적으로 흡착시킬 수 있다. According to an embodiment of the present invention, by using a microporous polymer fiber adsorbent made of PIMs (Polymer of Intrinsic Microporosity) containing micropores of 2 nm or less, specific contaminants included in the mixed materials can be effectively adsorbed.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.Various and advantageous advantages and effects of the present invention are not limited to the above, and will be more easily understood in the course of describing specific embodiments of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제를 이룰 수 있는 PIM 중 PIM-1의 분자 모형이다.
도 2는 각각 PIM-1, Zeolite Y, 및 ZSM-5로 이루어진 흡착제의 흡착량을 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세다공성 섬유 흡착제가 충진된 모듈의 파과 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세다공성 섬유 흡착제가 충진된 모듈 및 파우더 형태 흡착제가 충진된 모듈 간의 압력 강하를 나타낸 그래프이다.
도 5는 유기 물질이 흡착된 미세다공성 섬유 흡착제의 탈착 실험 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제의 개략적인 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제의 개략적인 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제의 개략적인 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제의 개략적인 사시도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세다공성 섬유 흡착제가 충진된 모듈의 파과 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제의 개략적인 사시도이다.
도 15은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제를 형성하는 PIM-1, 용매, 비용매에 대한 삼성분계 상평형도이다.
도 16a는 본 발명의 실시예들에 따른 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제를 포함하는 흡착 모듈의 개략적인 사시도이다.
도 16b는 도 16a의 일 실시예에 따른 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제를 포함하는 흡착 모듈에서 혼합 물질의 흐름을 나타내는 그림이다.
도 17a는 본 발명의 실시예들에 따른 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제를 포함하는 흡착 모듈의 개략적인 사시도이다.
도 17b은 도 17a의 일 실시예에 따른 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제를 포함하는 흡착 모듈에서 혼합 물질의 흐름을 나타내는 그림이다.
도 18a 내지 도 18c는 본 발명의 실시예들에 따른 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제를 포함하는 흡착 모듈을 이용한 유기 오염 물질 제거 시스템의 구성도이다.
도 19a 및 도 19b는 본 발명의 실시예들에 따른 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제를 포함하는 흡착 모듈을 이용한 유기 오염 물질 제거 시스템의 구성도이다.
도 20a 및 도 20b는 본 발명의 실시예들에 따른 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제를 포함하는 흡착 모듈을 이용한 유기 오염 물질 제거 시스템의 구성도이다.1 is a molecular model of PIM-1 among PIMs capable of forming a microporous polymer fiber adsorbent according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph showing the adsorption amount of an adsorbent composed of PIM-1, Zeolite Y, and ZSM-5, respectively.
3 is a graph showing a breakthrough curve of a module filled with a microporous fiber adsorbent according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing a pressure drop between a module filled with a microporous fiber adsorbent and a module filled with a powder adsorbent according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph of a desorption experiment of a microporous fiber adsorbent to which an organic material is adsorbed.
6 is a schematic perspective view of a microporous polymer fiber adsorbent according to an embodiment of the present invention.
7 is a schematic perspective view of a microporous polymer fiber adsorbent according to an embodiment of the present invention.
8 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the microporous polymer fiber adsorbent according to an embodiment of the present invention.
9 is a schematic perspective view of a microporous polymer fiber adsorbent according to an embodiment of the present invention.
10 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the microporous polymer fiber adsorbent according to an embodiment of the present invention.
11 is a schematic perspective view of a microporous polymer fiber adsorbent according to embodiments of the present invention.
12 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a microporous polymer fiber adsorbent according to an embodiment of the present invention.
13A and 13B are graphs showing breakthrough curves of a module filled with a microporous fiber adsorbent according to an embodiment of the present invention.
14 is a schematic perspective view of a microporous polymer fiber adsorbent according to embodiments of the present invention.
15 is a ternary phase equilibrium diagram for PIM-1, a solvent, and a non-solvent forming a microporous polymer fiber adsorbent according to an embodiment of the present invention.
16A is a schematic perspective view of an adsorption module including a microporous polymer fiber adsorbent according to embodiments of the present invention.
FIG. 16B is a diagram illustrating a flow of a mixed material in an adsorption module including a microporous polymer fiber adsorbent according to the embodiment of FIG. 16A .
17A is a schematic perspective view of an adsorption module including a microporous polymer fiber adsorbent according to embodiments of the present invention;
FIG. 17B is a diagram illustrating a flow of a mixed material in an adsorption module including a microporous polymer fiber adsorbent according to the embodiment of FIG. 17A .
18A to 18C are block diagrams of an organic pollutant removal system using an adsorption module including a microporous polymer fiber adsorbent according to embodiments of the present invention.
19A and 19B are block diagrams of an organic pollutant removal system using an adsorption module including a microporous polymer fiber adsorbent according to embodiments of the present invention.
20A and 20B are block diagrams of an organic pollutant removal system using an adsorption module including a microporous polymer fiber adsorbent according to embodiments of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 다음과 같이 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 실시예들에 따른 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제는 약 2nm 이하의 미세 기공(micropore)을 내포하는 폴리머인 내재적 미세기공성 폴리머(Polymer with Intrinsic Microporosity, PIM)로 이루어질 수 있다. 내재적 미세기공성 폴리머가 내포하는 미세 기공은 혼합 물질에서 특정 유기 물질을 상대적으로 잘 흡착시킬 수 있다. 상기 내재적 미세기공성 폴리머의 미세 기공에 의하여 흡착되는 상기 유기 물질은, 예를 들어, 반도체 산업, 폐수 처리장, 석유 화학, 페인트를 비롯한 다양한 산업들에서 배출되는 벤젠, 톨루인 등의 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds, VOC) 또는 탄화수소(THC) 등일 수 있다. 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제는 섬유(fiber)형으로 이루어지는 내재적 미세기공성 폴리머를 포함할 수 있다. 상기 내재적 미세기공성 폴리머는 화학적/열적 가교 처리와 같은 후처리를 실시함으로써 화학적 안정성을 향상시킬 수도 있다. The microporous polymer fiber adsorbent according to embodiments of the present invention may be made of a polymer with intrinsic microporosity (PIM), which is a polymer containing micropores of about 2 nm or less. The micropores contained in the intrinsically microporous polymer can adsorb a specific organic material relatively well in the mixed material. The organic material adsorbed by the micropores of the intrinsically microporous polymer is, for example, a volatile organic compound (Volatile) such as benzene and toluin discharged from various industries including semiconductor industry, wastewater treatment plant, petrochemical, and paint. Organic Compounds, VOC) or hydrocarbons (THC). The microporous polymer fiber adsorbent may include an inherently microporous polymer in the form of a fiber. The intrinsically microporous polymer may improve chemical stability by performing post-treatment such as chemical/thermal cross-linking treatment.
상기 내재적 미세기공성 폴리머는, 예를 들어, PIM-1, PIM-7, PIM-SBF-1, PIM-SBF-2, PIM-SBF-3, PIM-SBF-4, PIM-SBF-5, PIM-EA-TB, PIM-PI-EA, PIM-Trip-TB, TPIM-1, PIM-MP-TB, PIM-EA-TB, PIM-Trip-TB, PIM-1-AO(amidoxime-functionalized PIM-1), PIM-TZ(tetrazole-substituted PIMs), PIM-TMN-Trip, PIM-Btrip, KAUST-PI-1, CF3-ROMP 등으로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 예시적인 실시예에서 내재적 미세기공성 폴리머는 하기 화학식 1로 표시되는 PIM-1 등일 수 있다. The intrinsically microporous polymer is, for example, PIM-1, PIM-7, PIM-SBF-1, PIM-SBF-2, PIM-SBF-3, PIM-SBF-4, PIM-SBF-5, PIM -EA-TB, PIM-PI-EA, PIM-Trip-TB, TPIM-1, PIM-MP-TB, PIM-EA-TB, PIM-Trip-TB, PIM-1-AO (amidoxime-functionalized PIM- 1), PIM-TZ (tetrazole-substituted PIMs), PIM-TMN-Trip, PIM-Btrip, KAUST-PI-1, CF 3 -ROMP, etc. may be formed, but is not limited thereto. In an exemplary embodiment, the inherent microporous polymer may be PIM-1 represented by the following Chemical Formula 1, and the like.
[화학식 1][Formula 1]
상기 화학식 1에서, n은 적어도 2 이상의 자연수이다.In Formula 1, n is a natural number of at least 2 or more.
내재적 미세기공성 폴리머로 이루어진 미세다공성 섬유 흡착제는 수분 민감도가 낮으며, 강산, 강염기에서도 안정적일 수 있다. 또한, 용액에 녹여 건조시켜 성형하는 방식으로 원하는 제품 형태의 제조가 용이하다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제는 도 6 내지 도 14에서 설명하는 모놀리식(Monolithic), 모노리스(Monolith), 및 중공사(Hollow fiber) 형태 등을 포함한 다양한 형상으로 만들 수 있다. 내재적 미세기공성 폴리머로 이루어진 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제는 미세 기공과 크기가 서로 다른 기공이 상호 연결되어 형성하는 계층적(hierarchical) 기공 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 미세다공성 섬유 흡착제는 내재적 미세기공성 폴리머를 섬유 형태로 제조하는 과정 중 생길 수 있는 메조기공(mesopore) 또는 거대기공(macropore)과 내재적 미세기공성 폴리머에 내포된 미세 기공이 상호 연결되어 형성하는 계층적 기공 구조를 가질 수 있다.Microporous fiber adsorbents made of intrinsically microporous polymers have low moisture sensitivity and can be stable even in strong acids and bases. In addition, it is easy to manufacture a desired product shape by dissolving it in a solution and drying it to form it. Accordingly, the microporous polymer fiber adsorbent according to an embodiment of the present invention has various shapes including monolithic, monolith, and hollow fiber types described in FIGS. 6 to 14 . can make The microporous polymer fiber adsorbent made of the intrinsically microporous polymer may have a hierarchical pore structure formed by interconnecting micropores and pores having different sizes. Specifically, the microporous fiber adsorbent is formed by interconnecting mesopores or macropores that may occur during the process of manufacturing the intrinsic microporous polymer in the form of fibers and the micropores embedded in the intrinsic microporous polymer. It may have a hierarchical pore structure.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제를 이룰 수 있는 내재적 미세기공성 폴리머 중 PIM-1의 분자 모형이다. 도 1에서 도시된 것과 같이, PIM-1을 포함한 내재적 미세기공성 폴리머는 견고한 뒤틀린 구조(contorsion)를 가지며, 고체 상에서 밀집하게 쌓이지 않아 분자 구조 자체에서 미세 기공을 가질 수 있다. 1 is a molecular model of PIM-1 among intrinsic microporous polymers capable of forming a microporous polymer fiber adsorbent according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1 , the intrinsically microporous polymer including PIM-1 has a rigid contorsion and may have micropores in the molecular structure itself because it is not densely stacked on a solid phase.
도 2는 각각 PIM-1, Zeolite Y 및 ZSM-5로 이루어진 흡착제의 흡착량을 나타내는 그래프이다.2 is a graph showing the adsorption amount of an adsorbent composed of PIM-1, Zeolite Y, and ZSM-5, respectively.
각각 PIM-1, Zeolite Y 및 ZSM-5계 제올라이트로 이루어진 흡착제의 아이소프로필 알코올(Isopropyl Alcohol, IPA) 흡착량은 압력이 증가함에 따라서 증가하며, 35mmHg의 압력에서 PIM-1으로 이루어진 미세 다공성 섬유 흡착제의 아이소프로필 알코올의 흡착량은 약 6 mmol/g으로 소수성 ZSM-5계 제올라이트로 이루어진 흡착제와 비교하여 약 3배 이상 클 수 있으며, Zeolite Y로 이루어진 흡착제와 비교해서도 약 1.5배 이상 클 수 있다. 이와 같이, 내포된 미세 기공을 포함하는 내재적 미세기공성 폴리머로 이루어진 흡착제는 상대적으로 동일 압력에서 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds, VOC) 또는 탄화수소(THC) 등의 유기 물질의 흡착량이 클 수 있다. Isopropyl alcohol (IPA) adsorption amount of the adsorbent composed of PIM-1, Zeolite Y, and ZSM-5 zeolite, respectively, increases as the pressure increases, and the microporous fiber adsorbent composed of PIM-1 at a pressure of 35 mmHg The adsorption amount of isopropyl alcohol of isopropyl alcohol is about 6 mmol/g, which can be about 3 times greater than that of an adsorbent made of hydrophobic ZSM-5 zeolite, and about 1.5 times greater than that of an adsorbent made of Zeolite Y. . As such, an adsorbent made of an inherently microporous polymer including embedded micropores may have a large adsorption amount of organic materials such as volatile organic compounds (VOC) or hydrocarbons (THC) at relatively the same pressure.
도 3은 미세다공성 섬유 흡착제가 충진된 모듈의 파과 곡선을 나타내는 그래프이다.3 is a graph showing the breakthrough curve of a module filled with a microporous fiber adsorbent.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세다공성 섬유 흡착제가 충진된 모듈에 아이소프로필 알코올(IPA)을 주입한 경우, 상기 모듈에 흡착된 아이소프로필 알코올(IPA)의 양을 확인할 수 있다. 대조군(Blank) 및 아이소 프로필 알코올(IPA) 주입한 경우의 적분 값의 차이를 통해 흡착량을 구할 수 있으며, 흡착량은 약 0.8 내지 0.9 mmol/g 범위인 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 3 , when isopropyl alcohol (IPA) is injected into the module filled with the microporous fiber adsorbent according to an embodiment of the present invention, the amount of isopropyl alcohol (IPA) adsorbed to the module can be checked. there is. The adsorption amount can be obtained through the difference in the integral value when the control (Blank) and isopropyl alcohol (IPA) are injected, and it can be seen that the adsorption amount is in the range of about 0.8 to 0.9 mmol/g.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라, PIM-1으로 이루어지며 모노리스 형태의 미세다공성 섬유 흡착제를 충진한 모듈에 1000ppm의 아이소프로필 알코올(IPA)이 함유된 가스를 50sccm으로 주입한 것을 나타낸 그래프로, 가스 주입 시 약 5000초까지 아이소프로필 알코올(IPA)이 배출되지 않음을 확인할 수 있다. 또한, 미세다공성 섬유 흡착제를 충진한 모듈에 가스 주입 시작 후 약 20000초까지 아이소프로필 알코올(IPA)이 흡착되는 것을 확인할 수 있다. 3 is a graph showing that a gas containing 1000 ppm of isopropyl alcohol (IPA) was injected at 50 sccm into a module made of PIM-1 and filled with a monolithic microporous fiber adsorbent according to an embodiment of the present invention; Therefore, it can be confirmed that isopropyl alcohol (IPA) is not discharged until about 5000 seconds when gas is injected. In addition, it can be seen that isopropyl alcohol (IPA) is adsorbed to the module filled with the microporous fiber adsorbent until about 20000 seconds after the start of gas injection.
도 4는 미세다공성 섬유 흡착제가 충진된 모듈 및 파우더 형태 흡착제가 충진된 모듈 간의 압력 강하를 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing the pressure drop between a module filled with a microporous fiber adsorbent and a module filled with a powder-type adsorbent.
도 4의 그래프에서, 파우더 형태의 흡착제가 충진된 모듈(Y) 내에 가스 유입 시, 섬유형으로 이루어진 미세다공성 섬유 흡착제가 충진된 모듈(X)에 가스가 유입되는 경우보다 압력 강하(pressure drop)가 큰 것을 확인할 수 있다. 또한, 파우더 형태의 흡착제가 충진된 모듈(Y) 내에 가스가 유입되는 경우, 공탑 속도(superficial velocity)가 증가함에 따른 압력 강하가 상대적으로 급격히 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이와 달리, 본 발명 실시예들에 따른 미세다공성 섬유 흡착제가 충진된 모듈(X)에서는 약 15m/s 이하의 공탑 속도에서 압력 강하가 매우 낮으며, 15m/s 이상의 공탑 속도에서도 압력 강하 증가폭이 상대적으로 작은 것을 확인할 수 있다. 모듈에 파우더 형태의 흡착제가 충진된 경우, 베드 내부의 가스 이동 공간이 좁아 압력 강하가 큰 반면, 본 발명 실시예들에 따른 미세다공성 섬유 흡착제가 충진된 모듈은 도 16b 및 도 17b에서 설명한 것과 같이, 가스의 이동이 베드 내부를 가로지르며 균일하게 이루어져 압력 강하가 비교적 작을 수 있다. In the graph of FIG. 4 , when gas is introduced into the module Y filled with the adsorbent in powder form, the pressure drop is higher than when gas is introduced into the module X filled with the fibrous microporous fiber adsorbent. It can be seen that is large. In addition, when gas is introduced into the module Y filled with the adsorbent in powder form, it can be seen that the pressure drop is relatively sharply increased as the superficial velocity increases. In contrast, in the module (X) filled with the microporous fiber adsorbent according to the embodiments of the present invention, the pressure drop is very low at a superficial speed of about 15 m/s or less, and the increase in the pressure drop is relatively low even at a superficial speed of 15 m/s or more. small things can be identified. When the module is filled with the adsorbent in powder form, the gas movement space inside the bed is narrow and the pressure drop is large, whereas the module filled with the microporous fiber adsorbent according to the embodiments of the present invention is as described in FIGS. 16b and 17b. , the pressure drop can be relatively small because the movement of the gas is uniform across the inside of the bed.
도 5는 유기 물질이 흡착된 미세다공성 섬유 흡착제의 탈착 실험 그래프이다.5 is a graph of a desorption experiment of a microporous fiber adsorbent to which an organic material is adsorbed.
도 5의 그래프에 따르면, 아이소프로필 알코올(IPA)이 흡착된 미세다공성 섬유 흡착제를 포함한 모듈에서, 120°C의 질소를 50sccm으로 주입 시, 약 500초 이후부터 탈착된 아이소프로필 알코올(IPA)의 검출되는 것을 확인할 수 있다. 탈착된 아이소프로필 알코올(IPA)의 배출 농도는 약 500초부터 약 1000초까지 상승하며, 이후 감소하여 약 2000초에 탈착이 완료되는 것을 확인할 수 있다. According to the graph of Figure 5, when nitrogen at 120 °C is injected at 50 sccm in a module including a microporous fiber adsorbent to which isopropyl alcohol (IPA) is adsorbed, isopropyl alcohol (IPA) desorbed after about 500 seconds detection can be confirmed. It can be seen that the emission concentration of the desorbed isopropyl alcohol (IPA) increases from about 500 seconds to about 1000 seconds, and then decreases and the desorption is completed in about 2000 seconds.
이와 같이, 도 18c, 도 19b, 및 도 20b에서 설명하는 흡착제 재생 공정에서 본 발명의 실시예들에 따른 미세다공성 섬유 흡착제는 약 350°C 이하에서 안정하므로, 일정 온도 이상의 가스를 주입하여 흡착된 물질을 탈착시켜 흡착제를 재생하는 공정이 안정적으로 수행될 수 있다. As such, in the adsorbent regeneration process described in FIGS. 18c, 19b, and 20b, the microporous fiber adsorbent according to the embodiments of the present invention is stable at about 350 ° C or less, so that the adsorbed by injecting a gas above a certain temperature The process of regenerating the adsorbent by desorbing the material may be stably performed.
미세다공성 폴리머 섬유 흡착제; 제1 실시예microporous polymer fiber adsorbent; first embodiment
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제의 개략적인 사시도이다. 6 is a schematic perspective view of a microporous polymer fiber adsorbent according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제(10a)는 모놀리식(monolithic) 형태를 가질 수 있다. 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제(10a)는 원기둥 형태를 가질 수 있다. 예시적인 실시예에서, 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제(10a)의 수평 방향에서의 단면은 원형일 수 있으나, 이에 한정하지 않으며, 타원형 또는 찌그러진 타원형 등 형상이 다양할 수 있다. Referring to FIG. 6 , the microporous
미세다공성 폴리머 섬유 흡착제(10a)는 미세 기공과 상호 연결되어 계층적(hierarchical) 기공 구조를 이루는 메조기공(mesopore)(1) 또는 거대기공(macropore)(3)을 포함할 수 있다. 메조기공(1) 또는 거대기공(3)은 내재적 미세기공성 폴리머를 섬유형으로 만드는 제조 공정상에서 형성될 수 있다. 도 6에 도시된 확대도와 같이, 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제(10a)는 표면 및 단면에서 약 2nm 내지 약 50nm 범위의 메조기공(1) 또는 약 50 nm 이상의 범위를 갖는 거대기공(3)을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 거대기공(3)은 약 0.05㎛ 내지 5㎛ 범위일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제(10a)는 약 2nm 이하의 미세 기공 및 약 2nm 내지 50nm 범위의 메조기공(1)을 포함하며, 약 50nm 이상의 거대기공(3)은 포함하지 않을 수 있다. 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제(10a)는 분자 자체에서 미세 기공을 갖는 내재적 미세기공성 폴리머로 이루어져 있으므로, 미세 기공에 의하여 혼합 물질 중 휘발성 유기화합물 등을 포함하는 오염 물질의 흡착률을 높일 수 있다. 미세 기공의 직경보다 큰 직경을 가지며, 상기 미세 기공과 계층적 구조를 이루는 메조기공(1) 또는 거대기공(3)에 의하여, 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제(10a)는 미세 기공으로의 흡착 물질 전달 또는 열 전달 등이 용이할 수 있다. 물질 전달 등을 용이하게 하는 메조기공(1) 또는 거대기공(3)에 의해 빠르게 전달된 물질들이 미세 기공에 의하여 흡착되는 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제(10a)의 상기 계층적 기공 구조는 흡착제 이용률을 높일 수 있다. The microporous
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제의 개략적인 사시도이다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제(10b)는 모노리스(Monolith) 형태를 가질 수 있다. 도 7에 도시된 상면과 같이, 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제(10b)는 벌집 모양의 단면을 가질 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 예를 들어, 모노리스 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제(10b)의 단면은 복수의 원형이 군집되어 있는 형태 등일 수 있다. 모노리스 형태는 벌집 형태 등으로 형성된 공간으로 혼합 물질들이 이동하여 흡착 이용률을 높일 수 있다. 7 is a schematic perspective view of a microporous polymer fiber adsorbent according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 7 , the microporous
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제의 주사전자현미경(SEM) 사진이다. 도 8(a)는 모놀리식 형태의 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제의 단면, 도 8(b)는 모놀리식 형태의 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제의 확대된 단면, 도 8(c)는 모놀리식 형태의 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제의 표면을 관찰한 결과이다. 8 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the microporous polymer fiber adsorbent according to an embodiment of the present invention. Fig. 8 (a) is a cross-section of the microporous polymer fiber adsorbent in monolithic form, Fig. 8 (b) is an enlarged cross-section of the microporous polymer fiber adsorbent in monolithic form, and Fig. 8 (c) is a monolithic form This is the result of observing the surface of the microporous polymer fiber adsorbent.
도 8(a)를 참조하면, 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제가 모놀리식 형태로 형성된 것을 확인할 수 있다. 도 8(b)의 단면 확대도를 참조하면, 약 0.002㎛ 내지 0.05㎛ 범위의 메조기공들(1)이 형성된 것을 확인할 수 있다. 도 8(c)의 표면에서는 단면과 마찬가지로 메조기공들이 형성된 것을 확인할 수 있다. 도 8(b) 및 도 8(c)에서 관찰되는 메조기공들은 나노 단위의 미세 기공들과 상호 연결될 수 있으며, 혼합 물질의 연결 통로로서 작용할 수 있다. Referring to FIG. 8( a ), it can be seen that the microporous polymer fiber adsorbent is formed in a monolithic form. Referring to the enlarged cross-sectional view of FIG. 8B , it can be seen that
미세다공성 폴리머 섬유 흡착제; 제2 실시예microporous polymer fiber adsorbent; second embodiment
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제의 개략적인 사시도이다. 9 is a schematic perspective view of a microporous polymer fiber adsorbent according to an embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제(20)는 중공사(Hollow fiber) 형태를 가질 수 있다. 즉, 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제(20)는 속이 빈 원기둥 형태를 가질 수 있다. 중공사 형태의 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제(20)는 제1 실시예와 유사하게, 내재적 미세기공성 폴리머로 이루어져 미세 기공을 내포하고 있으며, 상기 미세 기공과 상호 연결된 메조기공(1) 또는 거대기공(3)을 포함하여 계층적 기공 구조를 이룰 수 있다. Referring to FIG. 9 , the microporous
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제의 주사전자현미경(SEM) 사진이다. 도 10(a)는 중공사 형태의 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제의 단면, 도 10(b)는 중공사 형태의 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제의 확대된 단면, 도 10(c)는 중공사 형태의 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제의 표면을 관찰한 결과이다. 10 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the microporous polymer fiber adsorbent according to an embodiment of the present invention. 10 (a) is a cross-section of the microporous polymer fiber adsorbent in the form of a hollow fiber, FIG. 10 (b) is an enlarged cross-section of the microporous polymer fiber adsorbent in the form of a hollow fiber, and FIG. This is the result of observing the surface of the polymer fiber adsorbent.
도 10(a)를 참조하면, 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제가 중공사 형태로 형성된 것을 확인할 수 있다. 도 10(b)의 단면 확대도를 참조하면, 0.002㎛ 내지 0.05㎛ 범위의 메조기공들(1)이 형성된 것을 확인할 수 있다. 도 10(c)의 표면에서는 메조기공들이 형성된 것을 확인할 수 있다. 모놀리식 형태의 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제와 마찬가지로 내재적 미세기공성 폴리머를 포함한 중공사 형태의 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제는 메조기공(1)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 10( a ), it can be seen that the microporous polymer fiber adsorbent is formed in the form of a hollow fiber. Referring to the enlarged cross-sectional view of FIG. 10(b) , it can be seen that
미세다공성 폴리머 섬유 흡착제; 제3 실시예microporous polymer fiber adsorbent; third embodiment
도 11은본 발명의 일 실시예에 따른 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제의 개략적인 사시도이다.11 is a schematic perspective view of a microporous polymer fiber adsorbent according to an embodiment of the present invention.
도 11을 참조하면, 모놀리식 형태를 가지는 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제(30)는 미세 기공을 내포하는 내재적 미세기공성 폴리머 및 상기 내재적 미세기공성 폴리머에 분산된 별도의 나노 다공성 물질(5)을 포함할 수 있다. 나노 다공성 물질(5)은 탄소 기반 흡착제, 제올라이트(Zeolite), 금속유기골격체(Metal-Organic Frameworks, MOFs), 공유유기골격체(Covalent Organic Framework, COF), 및 공액 미세 다공성 중합체(Conjugated microporous polymer) 중 적어도 하나일 수 있다. 나노 다공성 물질(5)의 종류에 따라 다양한 오염 물질이 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제(30)에 흡착될 수 있다. 나노 다공성 물질(5)이 분산되는 경우, 내재적 미세기공성 폴리머에 내포된 미세 기공 이외에, 나노 다공성 물질(5)의 미세 기공에도 오염 물질이 흡착되므로, 나노 다공성 물질(5)의 특성에 따라 더 다양한 물질의 흡착이 이루어질 수 있다. Referring to FIG. 11 , the microporous
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제의 주사전자현미경(SEM) 사진이다. 도 12(a)는 Zeolite Y를 분산시킨 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제의 단면, 도 12(b)는 Zeolite Y를 분산시킨 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제의 확대된 단면, 도 12(c)는 Zeolite Y를 분산시킨 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제의 고배율로 확대된 단면을 관찰한 결과이다. 12 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a microporous polymer fiber adsorbent according to an embodiment of the present invention. Figure 12 (a) is a cross section of the microporous polymer fiber adsorbent in which Zeolite Y is dispersed, Figure 12 (b) is an enlarged cross section of the microporous polymer fiber adsorbent in which Zeolite Y is dispersed, and Figure 12 (c) is Zeolite Y dispersed. This is the result of observing the enlarged cross section at high magnification of the microporous polymer fiber adsorbent.
도 12를 참조하면, 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제에 분산된 별도의 나노 다공성 물질을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 12 , a separate nanoporous material dispersed in the microporous polymer fiber adsorbent can be identified.
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세다공성 섬유 흡착제가 충진된 모듈의 파과 곡선을 나타내는 그래프이다.13A and 13B are graphs showing breakthrough curves of a module filled with a microporous fiber adsorbent according to an embodiment of the present invention.
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 일 실시예에 따라, PIM-1으로 이루어지며 Zeolite Y를 분산시킨 모노리스 형태의 미세다공성 섬유 흡착제를 충진한 모듈에 1000ppm의 아이소프로필 알코올(IPA)이 함유된 가스를 50sccm으로 주입한 것을 나타낸 그래프에 해당한다. 도 13a는 25wt%의 Zeolite Y를 분산시킨 미세다공성 섬유 흡착제가 충진된 모듈에 대한 그래프이고, 도 13b는 50wt%의 Zeolite Y를 분산시킨 미세다공성 섬유 흡착제가 충진된 모듈에 대한 그래프이다.13A and 13B show a gas containing 1000 ppm of isopropyl alcohol (IPA) in a module made of PIM-1 and filled with a monolith-type microporous fiber adsorbent in which Zeolite Y is dispersed, according to an embodiment of the present invention. Corresponds to the graph showing the injection at 50 sccm. 13a is a graph for a module filled with a microporous fiber adsorbent in which 25 wt% of Zeolite Y is dispersed, and FIG. 13b is a graph for a module filled with a microporous fiber adsorbent in which 50 wt% of Zeolite Y is dispersed.
도 13a에서, 25wt%의 Zeolite Y를 분산시킨 미세다공성 섬유 흡착제가 충진된 모듈은 도 3을 참조하여 설명한 모노리스 형태의 PIM-1으로만 이루어진 미세다공성 섬유 흡착제를 충진한 모듈보다 더 빠른 흡착이 이루어지는 것을 확인할 수 있다. 그래프를 통해, 25wt%의 Zeolite Y를 분산시킨 미세다공성 섬유 흡착제가 충진된 모듈의 흡착량은 약 0.75 내지 0.9 mmol/g 범위인 것을 확인할 수 있다.In FIG. 13a, the module filled with the microporous fiber adsorbent in which 25wt% of Zeolite Y is dispersed has faster adsorption than the module filled with the microporous fiber adsorbent composed only of PIM-1 in the monolith form described with reference to FIG. can check that Through the graph, it can be seen that the adsorption amount of the module filled with the microporous fiber adsorbent in which 25 wt% of Zeolite Y is dispersed is in the range of about 0.75 to 0.9 mmol/g.
도 13b에서, 50wt%의 Zeolite Y를 분산시킨 미세다공성 섬유 흡착제가 충진된 모듈은 도 3을 참조하여 설명한 모노리스 형태의 PIM-1으로만 이루어진 미세다공성 섬유 흡착제를 충진한 모듈보다 더 빠른 흡착이 이루어지는 것을 확인할 수 있다. 도 13b의 실시예에 따른 모듈은 도 13a의 실시예에 따른 모듈보다 흡착량이 더 큰 것을 확인할 수 있다. 도 13b의 그래프를 통해, 50wt%의 Zeolite Y를 분산시킨 미세다공성 섬유 흡착제가 충진된 모듈의 흡착량은 약 1.1 내지 1.3 mmol/g 범위인 것을 확인할 수 있다.In FIG. 13b, the module filled with the microporous fiber adsorbent in which 50 wt% of Zeolite Y is dispersed has faster adsorption than the module filled with the microporous fiber adsorbent composed only of PIM-1 in the monolith form described with reference to FIG. can check that It can be seen that the module according to the embodiment of FIG. 13B has a larger adsorption amount than the module according to the embodiment of FIG. 13A . Through the graph of FIG. 13b, it can be seen that the adsorption amount of the module filled with the microporous fiber adsorbent in which 50 wt% of Zeolite Y is dispersed is in the range of about 1.1 to 1.3 mmol/g.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제의 개략적인 사시도이다. 도 14를 참조하면, 중공사 형태를 가지는 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제(40)는 미세 기공을 내포하는 내재적 미세기공성 폴리머 및 상기 내재적 미세기공성 폴리머에 분산된 별도의 나노 다공성 물질(5)을 포함할 수 있다. 나노 다공성 물질에 대한 설명은 도 11을 참조하여 설명한 것과 동일하게 적용될 수 있다.14 is a schematic perspective view of a microporous polymer fiber adsorbent according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 14 , the microporous
미세다공성 폴리머 섬유 흡착제 제조방법Method for manufacturing microporous polymer fiber adsorbent
혼합 물질에서 특정 물질만을 선택적으로 흡착시키는 미세 기공(micropore)을 내포하는 폴리머인 내재적 미세기공성 폴리머(Polymer with Intrinsic Microporosity, PIM)을 용매에 녹여 방사 원액(dope solution)을 형성하는 단계, 상기 내재적 미세기공성 폴리머를 포함하는 방사 원액을 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.Forming a dope solution by dissolving an intrinsic microporosity (PIM), a polymer containing micropores that selectively adsorbs only a specific substance in a mixed material, in a solvent, the intrinsic micropores It may comprise the step of forming a microporous polymer fiber adsorbent with the spinning stock solution comprising the porous polymer.
방사 원액을 형성하는 단계에서, 용매는, 예를 들어, THF(Tetrahydrofuran), 클로로포름(Chloroform), 디클로로메탄(dichloromethane) 등일 수 있다. 상기 용매에 2nm 이하의 미세 기공을 내포하는 폴리머인 내재적 미세기공성 폴리머를 녹여 방사 원액을 형성할 수 있다. 용매에 녹아 방사 원액을 형성할 수 있는 조성을 갖는 내재적 미세기공성 폴리머를 선택할 수 있다. 상기 내재적 미세기공성 폴리머는 예를 들어, PIM-1일 수 있다. In the step of forming the spinning dope, the solvent may be, for example, Tetrahydrofuran (THF), chloroform, dichloromethane, or the like. A spinning dope may be formed by dissolving an intrinsically microporous polymer, which is a polymer containing micropores of 2 nm or less, in the solvent. An inherently microporous polymer having a composition capable of dissolving in a solvent to form a spinning dope can be selected. The intrinsically microporous polymer may be, for example, PIM-1.
도 15은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제를 형성하는 PIM-1, 용매 및 비용매에 대한 삼성분계 상평형도이다. 도 15를 참조하면, 방사 원액 형성하는 단계에서, A phase를 형성하는 PIM-1, 용매, 및 비용매 각각의 조성으로 방사 원액을 형성할 수 있다. Binodal line(L)은 A phase 및 B phase를 형성하는 영역을 나눈다. 예시적인 실시예에서, A phase를 형성하기 위해, THF 용매는 약 75 wt% 내지 약 85wt%, PIM-1은 5wt% 내지 35wt%, 디메틸아세트아미드(DMAc) 또는 에탄올(EtOH)을 포함하는 비용매는 10wt% 내지 25wt% 범위일 수 있다. 15 is a ternary phase equilibrium diagram for PIM-1, a solvent, and a non-solvent forming a microporous polymer fiber adsorbent according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 15 , in the step of forming the spinning dope, a spinning dope may be formed with the respective compositions of PIM-1 forming A phase, a solvent, and a non-solvent. Binodal line (L) divides the region forming the A phase and B phase. In an exemplary embodiment, a cost comprising about 75 wt% to about 85 wt% of THF solvent, 5 wt% to 35 wt% of PIM-1, dimethylacetamide (DMAc) or ethanol (EtOH) to form phase A, in an exemplary embodiment The hawk may range from 10 wt % to 25 wt %.
예시적인 실시예에서, 방사 원액 형성하는 단계에서, 용매에 PIM만을 녹여 도 6, 도 7, 도 9와 같은 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제(10a, 10b, 20)를 제조하는 방사원액을 형성할 수 있다. 다른 실시예에서, 내재적 미세기공성 폴리머를 용매에 녹이고, 도 11 및 도 14에서 도시한 나노 다공성 물질(5)을 분산시킨 방사원액을 형성할 수 있다. In an exemplary embodiment, in the step of forming the spinning dope, only PIM is dissolved in a solvent to form a spinning dope for preparing the microporous
방사 원액을 방사하여 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제를 형성하는 단계에서, 방사 원액을 건습식방사(dry-jet wet quench spinning), 전기방사(electrospinning), 및 원심력 방사 등의 다양한 방사 방식을 통해 방사할 수 있다. 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제를 형성하는 방사 단계에서는 흡착제의 이용 방식에 따라, 상기에서 설명한 모놀리식, 모노리스, 중공사 형태를 포함한 다양한 형태로 방사할 수 있다. In the step of spinning the spinning dope to form the microporous polymer fiber adsorbent, the spinning dope can be spun through various spinning methods such as dry-jet wet quench spinning, electrospinning, and centrifugal force spinning. there is. In the spinning step of forming the microporous polymer fiber adsorbent, depending on the method of use of the adsorbent, various forms including the monolithic, monolithic, and hollow fiber forms described above may be spun.
미세다공성 폴리머 섬유 흡착제를 포함한 흡착 모듈Adsorption module with microporous polymer fiber adsorbent
도 16a는 본 발명의 실시예에 따른 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제를 포함하는 흡착 모듈의 개략적인 사시도이다. 도 16b는 도 16a의 실시예에 따른 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제를 포함하는 흡착 모듈에서 혼합 물질의 흐름을 나타내는 그림이다. 16A is a schematic perspective view of an adsorption module including a microporous polymer fiber adsorbent according to an embodiment of the present invention. FIG. 16B is a diagram illustrating a flow of mixed materials in an adsorption module including a microporous polymer fiber adsorbent according to the embodiment of FIG. 16A .
도 16a를 참조하면, 흡착 모듈(100a)은 도 6의 복수의 모놀리식 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제(10a)를 포함할 수 있다. 흡착 모듈(100a)은 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제(10a)를 수용하는 내부 공간을 갖는 하우징 바디(110), 혼합 물질이 유입되는 유입구(120), 및 복수의 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제(10a)에 의하여 혼합 물질에서 오염 물질이 흡착된 후 배출되는 유출구(130)를 포함하는 하우징을 포함할 수 있다. 유입구(120)는 하우징 바디(110)의 일단에 형성되며, 유출구(130)는 유입구가 형성된 일단의 반대쪽인 하우징 바디(110)의 타단에 형성될 수 있다. 각각 유사한 크기와 모양의 모놀리식 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제들(10a)을 하우징 바디(110)에 균일하게 적층하여 흡착 모듈(100a) 내부를 효율적으로 채울 수 있다. 하우징 바디(110) 내부에 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제들이 균일하게 채워지는 경우, 흡착 모듈(100a) 내에서 오염 물질을 흡착 제거시키지 못한 혼합 물질이 하우징 바디(110)를 통과하여 유출구(130)로 빠져 나가는 것을 방지할 수 있다. 흡착 모듈(100a) 내 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제들(10a)의 적층 밀도(packing density)를 조절하여 유입구(120)를 통해 유입된 혼합 물질의 차압 및 흡착량을 조절할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 흡착 모듈(100a)은 도 7의 모노리스 형태의 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제(10b)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 16A , the
도 16b를 참조하면, 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제(10a)를 포함하는 흡착 모듈(100a)에 혼합 가스가 유입되는 경우, 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제(10a)에 의하여 유입 가스(G1)에서 오염 물질이 흡착-제거(E)되어 유출구(130)로 오염 물질이 흡착된 후의 가스(G1')가 배출될 수 있다. 모놀리식 형태의 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제(10a)를 포함하는 흡착 모듈(100a)에서, 유입 가스(G1)는 균일하게 적층된 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제들(10a)을 지나 흐르며, 계층적 기공 구조에 의하여 내재적 미세기공 폴리머에 오염 물질이 흡착되므로, 가스의 이동이 베드 내부를 가로지르며 균일하게 이루어져 도 4의 그래프에서 도시한 바와 같이, 압력 강하가 비교적 작을 수 있다. 또한, 유입 가스(G1)는 균일하게 적층된 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제들(10a)을 지나 흐르는 방식으로 특정 물질들이 흡착-제거되므로, 유입 가스(G1)의 흡착 처리량의 감소를 방지할 수 있다. Referring to FIG. 16B , when the mixed gas flows into the
도 17a는 본 발명의 실시예들에 따른 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제를 포함하는 흡착 모듈의 개략적인 사시도이다. 도 17b은 도 17a의 실시예에 따른 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제를 포함하는 흡착 모듈에서 혼합 물질의 흐름을 나타내는 그림이다. 도 17a에서는 도 16a와 동일한 부호에 의한 동일한 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 하고, 변형된 구성요소에 대해서만 설명하기로 한다.17A is a schematic perspective view of an adsorption module including a microporous polymer fiber adsorbent according to embodiments of the present invention; FIG. 17B is a diagram illustrating a flow of a mixed material in an adsorption module including a microporous polymer fiber adsorbent according to the embodiment of FIG. 17A . In FIG. 17A , descriptions of the same components denoted by the same reference numerals as in FIG. 16A will be omitted, and only modified components will be described.
도 17a를 참조하면, 흡착 모듈(100b)은 도 9의 복수의 중공사 형태의 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제(20)를 포함할 수 있다. 각각 유사한 크기와 모양의 중공사 형태의 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제들(10b)을 하우징 바디(110)에 균일하게 적층하여, 흡착 모듈(100a) 내부를 효율적으로 채울 수 있다. Referring to FIG. 17A , the
도 17b를 참조하면, 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제(10b)를 포함하는 흡착 모듈(100b)에 혼합 가스가 유입되는 경우, 유입 가스는 중공사 형태의 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제(20) 외부를 따라서 흐르는 가스(G2)와 중공사 형태의 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제의 원통형 가운데에 형성된 빈 공간을 통해 흐르는 가스(G3)로 나뉠 수 있다. 중공사 형태의 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제(20) 외부를 따라서 흐르는 가스(G2)는 내재적 미세기공성 폴리머에 내포된 미세 기공과 상호 연결된 메조기공 등의 계층적 기공 구조에 의하여 오염 물질이 흡착-제거(E)되어 배출될 수 있다(G2'). 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제(20)의 원통형 가운데에 형성된 빈 공간을 통해 흐르는 가스(G3)는 빈 공간으로부터 흡착제로 오염 물질이 흡착 및 제거되어 배출될 수 있다 (G3'). 중공사 형태의 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제(10b)를 포함하는 흡착 모듈(100b)에서 유입 가스(G2, G3)는 중공사 내부 및 외부에서 균일하게 적층된 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제들(10b)을 지나 흐르며, 계층적 기공 구조에 의하여 내재적 미세기공 폴리머에 오염 물질이 흡착되므로, 가스의 이동이 베드 내부를 가로지르며 균일하게 이루어져 도 4의 그래프에서 도시한 바와 같이, 압력 강하가 비교적 작을 수 있다. Referring to FIG. 17B , when the mixed gas flows into the
미세다공성 폴리머 섬유 흡착제를 포함한 흡착 모듈을 이용한 유기 오염 물질 제거 시스템Organic pollutant removal system using adsorption module with microporous polymer fiber adsorbent
도 18a 내지 도 20b는 본 발명의 실시예들에 따른 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제를 포함하는 흡착 모듈을 이용한 유기 오염 물질 제거 시스템의 구성도이다. 본 발명의 예시적인 실시예들에 따라서 적어도 하나 이상의 흡착 모듈을 이용한 유기 오염 물질 제거 시스템을 형성하여, 배기 가스 내의 오염 물질, 폐수 처리에서의 오염 물질 또는 반도체 공정에서의 초순수(Ultra Pure Water, UPW) 생산 시 유기 화합물 등을 제거할 수 있다. 도 18a 내지 도 20c에서 설명하는 예시적인 실시예들에서, 필요한 유기 화합물 등의 처리 용량에 따라 흡착 모듈들의 크기와 연결된 모듈의 개수는 다양하게 변경될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 흡착 모듈들의 연결 방식은 이용되는 설비의 규모와 운전 방식에 따라 병렬 또는 직렬 형태로 선택되어 변경될 수 있다.18A to 20B are block diagrams of an organic pollutant removal system using an adsorption module including a microporous polymer fiber adsorbent according to embodiments of the present invention. By forming an organic pollutant removal system using at least one adsorption module according to exemplary embodiments of the present invention, pollutants in exhaust gas, pollutants in wastewater treatment, or ultra pure water (UPW) in semiconductor processes ), organic compounds, etc. can be removed during production. In the exemplary embodiments described in FIGS. 18A to 20C , the size of the adsorption modules and the number of connected modules may be variously changed according to the required processing capacity of organic compounds and the like. In exemplary embodiments, the connection method of the adsorption modules may be selected and changed in parallel or series type according to the size and operation method of the equipment used.
도 18a 내지 도 18c는 본 발명의 실시예들에 따른 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제를 포함하는 흡착 모듈을 이용한 배기가스 처리 시스템(1100)이다.18A to 18C are exhaust
도 18a 내지 도 18c를 참조하면, 배기가스 처리 시스템(1100)은 제1 흡착 모듈(101), 제2 흡착 모듈(102), 제1 흡착 모듈(101) 및 제2 흡착 모듈(102)과 연결되는 진공 펌프(200) 및 응축기(300)를 포함할 수 있다. 제1 흡착 모듈(101) 및 제2 흡착 모듈(102)은 각각 도 16a 내지 도 17b를 참조하여 설명한 복수의 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제를 포함하는 흡착 모듈일 수 있다. 18A to 18C , the exhaust
도 18a은 배기가스 처리 시스템(1100)에서 제1 흡착 모듈(101)에 의해 수행되는 흡착 공정(P1)을 도시한다. 먼저, 제1 밸브(a)를 열어 혼합 물질에 해당하는 배기가스가 제1 흡착 모듈(101)의 유입구(120a)에 유입될 수 있다. 제1 흡착 모듈(101)에 유입된 배기가스는 제1 흡착 모듈(101) 하우징 바디 내부에 포함된 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제에 의하여 오염 물질이 흡착되며, 오염 물질이 제거된 물질이 제1 흡착 모듈(101)의 유출구(130a)로 배출될 수 있다. 이 때, 제2 밸브(b)를 열어 정제된 가스가 이동할 수 있으며, 제1 및 제2 밸브(a, b)를 제외한 나머지 밸브는 닫혀 있을 수 있다. 제1 흡착 모듈(101)에서 상기에서 설명한 것과 같은 흡착 공정(P1) 수행 시에, 제2 흡착 모듈(102)은 대기 상태로 있을 수 있다. 18A shows the adsorption process P1 performed by the
도 18b는 배기가스 처리 시스템(1100)에서 제2 흡착 모듈(102)에 의해 수행되는 흡착 공정(P1)을 도시한다. 먼저, 제3 밸브(c)를 열어 혼합 물질에 해당하는 배기가스가 제2 흡착 모듈(102)의 유입구(120b)에 유입될 수 있다. 제2 흡착 모듈(102)에 유입된 배기가스는 제2 흡착 모듈(102) 하우징 바디 내부에 포함된 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제에 의하여 오염 물질이 흡착되며, 오염 물질이 제거된 물질이 제2 흡착 모듈(102)의 유출구(130b)로 배출될 수 있다. 이 때, 제4 밸브(d)를 열어 정제된 가스가 이동할 수 있으며, 제3 및 제4 밸브(c, d)를 제외한 나머지 밸브는 닫혀 있을 수 있다. 도 18a에서 설명한 것과 반대로, 제2 흡착 모듈(102)에서 상기에서 설명한 것과 같은 흡착 공정 수행(P1) 시에, 제1 흡착 모듈(101)은 대기 상태로 있을 수 있다. 즉, 시스템 상에서 하나 이상의 모듈들의 개별적인 흡착 공정 수행과 대기를 각각 조절할 수 있다. 18B shows the adsorption process P1 performed by the
도 18c는 배기가스 처리 시스템(1100)에서 제2 흡착 모듈(102)에 의해 수행되는 흡착 공정(P1), 제1 흡착 모듈(101)에서 수행되는 흡착제 재생 공정(P2) 및 응축되지 않은 오염 물질의 제2 모듈(102)을 통한 재흡착 공정(P3)을 도시한다.FIG. 18C shows an adsorption process P1 performed by the
흡착 공정(P1)은 도 18b에서 설명한 것과 동일한 방식에 의하여 제2 흡착 모듈(102)에서 수행될 수 있다. 제1 흡착 모듈(101)에서는 도 18a와 같은 흡착 공정이 수행 된 후에, 흡착제 재생 공정(P2)이 수행될 수 있다. 제1 흡착 모듈(101)의 흡착제 재생 공정(P2)은 제2 흡착 모듈(102)의 흡착 공정(P1)과 동시에 수행될 수 있다. 흡착제 재생 공정(P2)은 제1 흡착 모듈(101) 외부에서 열을 가해 주거나, 진공 펌프(200)에 연결하여 진공 상태로 만들어 제1 흡착 모듈(101) 내부의 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제에 흡착된 오염 물질을 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제로부터 탈착시키는 공정을 의미할 수 있다. 제1 흡착 모듈(101)에서 탈착된 오염 물질은 제5 밸브(e)를 열어 응축기(300)를 통하여 응축할 수 있다. 응축기(300)에 의하여 상기 오염 물질은 액상으로 회수되어 처리될 수 있다. 이 때, 제1 흡착 모듈(101)에서 탈착된 오염 물질들 중 응축기(300)에 의해 미응축된 오염 물질이 남아 있을 수 있다. 상기 미응축된 오염 물질은 배기 가스 투입구로 되돌려, 제1 흡착 모듈(101)에 재주입하여 재흡착 공정(P3)을 수행할 수 있다. 이와 같이, 유기 오염 물질 처리 시스템은 하나 이상의 흡착 모듈들(101, 102)이 동시에 처리 공정을 수행할 수 있어 효율성을 높일 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 제1 흡착 모듈(101)에서 흡착 공정(P1) 및 재흡착 공정(P3)이 수행되고, 제2 흡착 모듈(102)에서 흡착제 재생 공정(P2)이 수행될 수 있다. The adsorption process P1 may be performed in the
도 19a 및 도 19b는 본 발명의 실시예들에 따른 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제를 포함하는 흡착 모듈을 이용한 폐수 처리 시스템(1200)이다. 19A and 19B are a
도 19a 및 도 19b를 참조하면, 폐수 처리 시스템(1200)은 제1 흡착 모듈(101), 제2 흡착 모듈(102) 및 진공 펌프(200)를 포함할 수 있다. 도 19a 및 도 19b에서, 도 18a 내지 도 18c를 참조하여 설명한 것과 동일한 구성요소는 설명을 생략한다.19A and 19B , the
도 19a는 폐수 처리 시스템(1200)에서 제1 흡착 모듈(101)에 의해 수행되는 흡착 공정(P1)을 도시한다. 도 19a에서 제1 밸브(a)를 열어 혼합 물질에 해당하는 폐수가 제1 흡착 모듈(101)의 유입구(120a)에 유입될 수 있다. 제1 흡착 모듈(101)에 유입된 폐수는 제1 흡착 모듈(101) 하우징 바디 내부에 포함된 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제에 의하여 오염 물질이 흡착-제거되어 제1 흡착 모듈(101)의 유출구(130a)로 배출될 수 있다. 오염 물질이 제거되어 정제된 물은 하천 방수될 수 있다. 19A shows the adsorption process P1 performed by the
도 19b의 폐수 처리 시스템(1200)은 도 13b의 배기가스 처리 시스템(1100)과 유사하게, 제2 흡착 모듈(102)에 의해 수행되는 흡착 공정(P1) 및 제1 흡착 모듈(101)에서 수행되는 흡착제 재생 공정(P2)을 도시한다.The
제2 흡착 모듈(102)에서 폐수의 흡착 공정(P1) 수행시, 제1 흡착 모듈(101)에서는 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제에 흡착된 상기 오염 물질을 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제로부터 탈착시키는 흡착제 재생 공정(P2)을 수행할 수 있다. 폐수 처리 시스템(1200)에서, 흡착제 재생 공정(P2)은 제1 흡착 모듈(101)에 열을 가하는 방식으로 오염 물질을 탈착시킬 수 있다. When the wastewater adsorption process (P1) is performed in the
도 20a 및 도 20b는 본 발명의 실시예들에 따른 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제를 포함하는 흡착 모듈을 이용하여 초순수(UPW)를 만드는 수처리 시스템(1300)이다. 수처리 시스템(1300)은 반도체 공정 시 사용되는 물인 UPW(초순수)를 만들기 위해 유기물 및 용존 가스 등을 흡착-제거하는 시스템이다. 20A and 20B are views of a
도 20a 및 도 20b를 참조하면, 수처리 시스템(1300)은 제1 흡착 모듈(101), 제2 흡착 모듈(102), 진공 펌프(200)를 포함할 수 있다. 도 20a 및 도 20b에서, 도 18a 내지 도 18c를 참조하여 설명한 것과 동일한 구성요소는 설명을 생략한다.20A and 20B , the
도 20a는 수처리 시스템(1300)에서 제1 흡착 모듈(101)에 의해 수행되는 흡착 공정(P1)을 도시한다. 제1 밸브(a)를 열어 용존 가스 및 유기물 등이 포함된 물이 제1 흡착 모듈(101)의 유입구(120a)에 유입될 수 있다. 도 20a 및 도 20b에서 혼합물질은 TOC 또는 gas로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다. 제1 흡착 모듈(101)에 유입된 물은 제1 흡착 모듈(101) 하우징 바디 내부에 포함된 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제에 의하여 용존 가스 및 유기물 등의 오염 물질이 흡착되며, 오염 물질이 제거된 물질이 제1 흡착 모듈(101)의 유출구(130a)로 배출될 수 있다. 이 때, 제2 밸브(b)를 열어 정제된 물이 이동할 수 있다. FIG. 20A shows the adsorption process P1 performed by the
도 20b의 수처리 시스템(1300)은 도 18b의 배기가스 처리 시스템(1100)과 유사하게, 제2 흡착 모듈(102)에 의해 수행되는 흡착 공정(P1) 및 제1 흡착 모듈(101)에서 수행되는 흡착제 재생 공정(P2)을 도시한다.The
도 20b에서, 제3 밸브(c)를 열어 용존 가스 및 유기물 등이 포함된 물이 제2 흡착 모듈(102)의 유입구(120b)에 유입될 수 있다. 제2 흡착 모듈(102)에 유입된 물은 제2 흡착 모듈(101) 하우징 바디 내부에 포함된 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제에 의하여 용존 가스 및 유기물 등의 오염 물질이 흡착되며, 오염 물질이 제거된 물질이 제2 흡착 모듈(102)의 유출구(130b)로 배출될 수 있다. 이 때, 제4 밸브(d)를 열어 정제된 물이 이동할 수 있다. 제2 흡착 모듈(102)의 흡착 공정(P1)과 동시에 제1 흡착 모듈(101)에서 흡착제 재생 공정(P2)을 수행할 수 있다. 흡착제 재생 공정(P2)은 제1 흡착 모듈(101) 외부에서 열을 가해 주거나, 제1 및 제2 흡착 모듈의 상부에 연결된 진공 펌프(200)를 연결하여 진공 상태로 만들어 제1 흡착 모듈(101) 내부의 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제에 흡착된 오염 물질을 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제로부터 탈착시키는 공정을 의미할 수 있다. 이와 같이, 수처리 시스템(1300)은 하나 이상의 모듈들이 동시에 처리 공정을 수행할 수 있어 효율성을 높일 수 있다. In FIG. 20B , by opening the third valve c, water including dissolved gas and organic matter may be introduced into the
본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.The present invention is not limited by the above-described embodiments and the accompanying drawings, but is intended to be limited by the appended claims. Therefore, various types of substitution, modification and change will be possible by those skilled in the art within the scope not departing from the technical spirit of the present invention described in the claims, and it is also said that it falls within the scope of the present invention. something to do.
10a, 10b, 20, 30, 40: 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제
100a, 100b: 흡착 모듈
1100, 1200, 1300: 유기 오염 물질 분리 시스템10a, 10b, 20, 30, 40: microporous polymer fiber adsorbent
100a, 100b: adsorption module
1100, 1200, 1300: organic pollutant separation system
Claims (10)
상기 내재적 미세기공성 폴리머는 섬유(fiber)형으로 이루어지고,
상기 미세 기공과 크기가 서로 다른 기공이 상호 연결된 계층적(hierarchical) 기공 구조를 갖는 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제.
It is composed of Polymer with Intrinsic Microporosity, which is a polymer containing micropores.
The inherent microporous polymer is made of a fiber type,
A microporous polymer fiber adsorbent having a hierarchical pore structure in which the micropores and pores having different sizes are interconnected.
상기 내재적 미세기공성 폴리머는 모놀리식(Monolithic), 모노리스(Monolith), 및 중공사(Hollow fiber) 형태 중 하나의 형태를 갖는 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제.
According to claim 1,
The intrinsically microporous polymer is a microporous polymer fiber adsorbent having one of a monolithic (Monolithic), a monolith (Monolith), and a hollow fiber (Hollow fiber) form.
상기 계층적 기공 구조는 상기 미세 기공과 상호 연결된 메조 기공(mesopore)을 포함하는 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제.
According to claim 1,
The hierarchical pore structure is a microporous polymer fiber adsorbent comprising mesopores interconnected with the micropores.
상기 계층적 기공 구조는 상기 미세 기공과 상호 연결된 거대 기공(macropore)을 포함하는 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제.
4. The method of claim 3,
and wherein the hierarchical pore structure includes macropores interconnected with the micropores.
상기 내재적 미세기공성 폴리머에 분산되는 별도의 나노 다공성 물질을 더 포함하는 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제.
According to claim 1,
The microporous polymer fiber adsorbent further comprising a separate nano-porous material dispersed in the intrinsic microporous polymer.
상기 나노 다공성 물질은 탄소 기반 흡착제, 제올라이트(Zeolite), 금속유기골격체(Metal-Organic Frameworks, MOFs), 공유유기골격체(Covalent Organic Framework, COF), 및 공액 미세 다공성 중합체(Conjugated microporous polymer) 중 적어도 하나인 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제.
6. The method of claim 5,
The nano-porous material is a carbon-based adsorbent, zeolite (Zeolite), metal-organic frameworks (Metal-Organic Frameworks, MOFs), covalent organic framework (COF), and conjugated microporous polymer (Conjugated microporous polymer) at least one microporous polymer fiber adsorbent.
상기 내재적 미세기공성 폴리머는 PIM-1, PIM-7, PIM-SBF-1, PIM-SBF-2, PIM-SBF-3, PIM-SBF-4, PIM-SBF-5, PIM-EA-TB, PIM-PI-EA, PIM-Trip-TB, TPIM-1, PIM-MP-TB, PIM-EA-TB, PIM-Trip-TB, PIM-1-AO(amidoxime-functionalized PIM-1), PIM-TZ(tetrazole-substituted PIMs), PIM-TMN-Trip, PIM-Btrip, KAUST-PI-1, 및 CF3-ROMP 중 하나로 이루어진 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제
According to claim 1,
The intrinsically microporous polymer is PIM-1, PIM-7, PIM-SBF-1, PIM-SBF-2, PIM-SBF-3, PIM-SBF-4, PIM-SBF-5, PIM-EA-TB, PIM-PI-EA, PIM-Trip-TB, TPIM-1, PIM-MP-TB, PIM-EA-TB, PIM-Trip-TB, PIM-1-AO (amidoxime-functionalized PIM-1), PIM- Microporous polymer fiber adsorbent consisting of one of tetrazole-substituted PIMs (TZ), PIM-TMN-Trip, PIM-Btrip, KAUST-PI-1, and CF 3 -ROMP
상기 복수의 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제가 균일하게 적층된 하우징 바디, 상기 하우징 바디의 일단에 형성되며 혼합 물질이 유입되는 유입구, 및 상기 하우징 바디의 타단에 형성되며 상기 복수의 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제에 의하여 상기 혼합 물질에서 오염 물질이 흡착된 후 배출되는 유출구를 갖는 하우징을 포함하는 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제를 포함한 흡착 모듈.
It consists of a polymer with Intrinsic Microporosity, which is a polymer containing micropores, and the intrinsic microporous polymer is made of a fiber type, and the micropores and pores having different sizes have different sizes. a plurality of microporous polymer fiber adsorbents having an interconnected hierarchical structure; and
A housing body in which the plurality of microporous polymer fiber adsorbents are uniformly stacked, an inlet formed at one end of the housing body and through which a mixed material is introduced, and formed at the other end of the housing body, by the plurality of microporous polymer fiber adsorbents An adsorption module comprising a microporous polymer fiber adsorbent including a housing having an outlet through which the contaminants are adsorbed from the mixed material and discharged.
제2 흡착 모듈; 및
상기 제1 흡착 모듈 및 상기 제2 흡착 모듈과 연결되는 진공 펌프를 포함하고,
상기 제1 흡착 모듈 및 상기 제2 흡착 모듈 각각은, 미세 기공(micropore)을 내포하는 폴리머인 내재적 미세기공성 폴리머(Polymer with Intrinsic Microporosity)로 이루어지며, 상기 내재적 미세기공성 폴리머는 섬유(fiber)형으로 이루어지고, 상기 미세 기공과 크기가 서로 다른 기공이 상호 연결된 계층적 구조를 갖는 복수의 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제; 및
상기 복수의 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제가 균일하게 적층된 하우징 바디, 상기 하우징 바디의 일단에 형성되며 혼합 물질이 유입되는 유입구, 및 상기 하우징 바디의 타단에 형성되며 상기 복수의 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제에 의하여 상기 혼합 물질에서 오염 물질이 흡착된 후 배출되는 유출구를 갖는 하우징을 포함하고,
상기 제1 흡착 모듈에서는, 상기 제1 흡착 모듈의 유입구에 혼합 물질 유입되고, 상기 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제에 의하여 오염 물질이 흡착되며, 오염 물질이 제거된 물질을 상기 제1 흡착 모듈의 유출구 통해 배출하는 흡착 공정이 수행되며,
상기 제1 흡착 모듈에서 상기 흡착 공정이 수행되는 동안, 상기 제2 흡착 모듈에서는, 상기 흡착된 오염 물질을 상기 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제로부터 탈착시키는 흡착제 재생 공정이 수행되는 유기 오염 물질 분리 시스템.
a first adsorption module;
a second adsorption module; and
A vacuum pump connected to the first adsorption module and the second adsorption module,
Each of the first adsorption module and the second adsorption module is made of an intrinsic microporosity polymer that is a polymer containing micropores, and the intrinsic microporous polymer is a fiber type. a plurality of microporous polymer fiber adsorbents having a hierarchical structure in which the micropores and pores having different sizes are interconnected; and
A housing body in which the plurality of microporous polymer fiber adsorbents are uniformly stacked, an inlet formed at one end of the housing body and through which a mixed material is introduced, and formed at the other end of the housing body, by the plurality of microporous polymer fiber adsorbents and a housing having an outlet through which contaminants are adsorbed from the mixed material and discharged;
In the first adsorption module, the mixed material is introduced into the inlet of the first adsorption module, the contaminants are adsorbed by the microporous polymer fiber adsorbent, and the material from which the contaminants are removed is discharged through the outlet of the first adsorption module adsorption process is carried out,
An adsorbent regeneration process for desorbing the adsorbed pollutants from the microporous polymer fiber adsorbent is performed in the second adsorption module while the adsorption process is performed in the first adsorption module.
응축기를 더 포함하고,
상기 미세다공성 폴리머 섬유 흡착제로부터 탈착된 오염 물질은 상기 응축기를 통해 액상 회수되고, 상기 탈착된 오염 물질 중 미응축된 오염 물질은 상기 제1 흡착 모듈에 재주입되어 재흡착 공정이 수행되는 유기 오염 물질 분리 시스템.
10. The method of claim 9,
further comprising a condenser,
Contaminants desorbed from the microporous polymer fiber adsorbent are recovered in a liquid phase through the condenser, and non-condensed contaminants among the desorbed contaminants are re-injected into the first adsorption module to perform a resorption process. separation system.
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KR1020200128724A KR20220046034A (en) | 2020-10-06 | 2020-10-06 | Microporous polymer fiber adsorbent, adsorption module including microporous polymer fiber adsorbent, organic pollutant removal system using adsorption module including microporous polymer fiber adsrobent |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP4338820A1 (en) * | 2022-09-14 | 2024-03-20 | Tronic Purity Inc. | A method for purification of electronic gases and a purification device for the method |
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2020
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