KR20220154659A - 복합 반투막 - Google Patents
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Abstract
높은 탈염성을 유지하면서, 보다 우수한 투수성을 갖는 복합 반투막을 제공하는 것. 복합 반투막(1)은 다공성 지지층(10)과, 다공성 지지층(10) 상에 형성되고, 방향족 폴리아미드를 포함하는 분리 기능층(20)을 구비하며, 분리 기능층(20)은 복수의 중공의 셀(21)을 갖는 동시에, 투과형 전자 현미경을 이용한 배율 8000배로의 단면 관찰에서, 단면적이 1000 nm2~8000 nm2인 셀(21) 각각의 면적의 합계값이 2.8 μm×2.8 μm의 상이한 2개의 영역에서 합계로 1.8×105 nm2~1.0×107 nm2이다.
Description
본 개시는 복합 반투막에 관한 것이다.
종래, 수도물 등의 정수, 해수나 함수(鹹水)의 탈염, 공업용 초순수의 제조 등에 복합 반투막이 사용되고 있다. 이러한 종류의 기술이 기재되어 있는 것으로서 예를 들어 특허문헌 1이 있다. 특허문헌 1에는, 복수의 돌기를 갖는 제1층 부분과, 복수의 돌기의 적어도 일부를 덮는 제2층 부분을 갖는 폴리아미드층인 분리 기능층을 구비한 복합 분리막이 기재되어 있다.
그런데, 수도물 등을 정수하는 정화 시스템에서는, 높은 탈염성과 함께 높은 투수성을 구비하는 복합 반투막이 요구되고 있다. 종래의 복합 반투막에서는 투수성이 낮기 때문에, 정화 시스템에 가압 펌프 등을 마련하는 경우가 있었다. 특허문헌 1의 복합 분리막은 우수한 탈염성과 투수성을 갖지만, 저압 조건하에서의 투수성의 향상이라는 점에서 추가적인 개선의 여지가 있었다.
본 개시는 상기에 비추어 이루어진 것으로, 높은 탈염성을 유지하면서, 보다 우수한 투수성을 갖는 복합 반투막을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시는 다공성 지지층과, 상기 다공성 지지층 상에 형성되고, 방향족 폴리아미드를 포함하는 분리 기능층을 구비하며, 상기 분리 기능층은 복수의 중공의 셀을 갖는 동시에, 투과형 전자 현미경을 이용한 배율 8000배로의 단면 관찰에서, 단면적이 1000 nm2~8000 nm2인 상기 셀 각각의 면적의 합계값이, 2.8 μm×2.8 μm의 상이한 2개의 영역에서 합계로 1.8×105 nm2~1.0×107 nm2인 복합 반투막에 관한 것이다.
또한, 본 개시는 다공성 지지층과, 상기 다공성 지지층 상에 형성되고, 방향족 폴리아미드를 포함하는 분리 기능층을 구비하며, 상기 분리 기능층은 복수의 중공의 셀을 갖는 동시에, 투과형 전자 현미경을 이용한 배율 8000배로의 단면 관찰에서, 단면적이 1000 nm2~8000 nm2인 상기 셀이 2.8 μm×2.8 μm의 상이한 2개의 영역에 합계로 60개~3500개 포함되는 복합 반투막에 관한 것이다.
도 1은 본 개시의 일 실시 형태에 따른 복합 반투막을 포함하는 막 엘리먼트를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 개시의 일 실시 형태에 따른 복합 반투막을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 개시의 일 실시 형태에 따른 복합 반투막의 제조 방법을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 개시의 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 누적 셀의 단면적을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 개시의 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 셀의 단면적의 분포를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 개시의 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 셀의 단면적의 분포를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 개시의 일 실시 형태에 따른 복합 반투막을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 개시의 일 실시 형태에 따른 복합 반투막의 제조 방법을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 개시의 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 누적 셀의 단면적을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 개시의 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 셀의 단면적의 분포를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 개시의 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 셀의 단면적의 분포를 나타내는 도면이다.
이하, 본 개시의 실시 형태에 대해 도면을 이용하여 상세히 설명한다. 단, 본 개시가 이하의 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
본 실시 형태에 따른 복합 반투막(1)은 피처리수로부터 염류 등의 불순물을 제거하는 막이다. 복합 반투막(1)은 예를 들어 수도물 등의 피처리수를 정화하는 정수 장치의 막 엘리먼트(2)에 이용된다. 막 엘리먼트(2)는 정수 장치의 압력 용기 내에 충전된다.
[막 엘리먼트]
도 1에 나타내는 바와 같이, 막 엘리먼트(2)는 집수관(3), 복합 반투막(1), 메쉬 형상의 스페이서(4)를 구비한다. 막 엘리먼트(2)는 2매의 스페이서(4) 사이에 끼운 복합 반투막(1)을 집수관(3)의 주위에 스파이럴 형상으로 권회하여 형성된다.
막 엘리먼트(2)의 일단으로부터 공급된 피처리수는 스페이서(4)에 의해 형성된 유로로부터 복합 반투막(1)에 공급된다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 피처리수의 일부는 복합 반투막(1)을 투과하여, 집수관(3)에 모아지고, 막 엘리먼트(2)의 타단으로부터 투과수로서 회수된다. 복합 반투막(1)을 투과하지 않은 피처리수는 막 엘리먼트(2)의 타단으로부터 폐수로서 배출된다.
[복합 반투막]
그 다음, 본 실시 형태에 따른 복합 반투막(1)에 대해 도 2를 참조하면서 설명한다. 복합 반투막(1)은 다공성 지지층(10)과 분리 기능층(20)을 포함한다.
다공성 지지층(10)은 기재(11)와, 기재(11) 상에 형성되는 다공성 지지체(12)를 갖는다.
기재(11)는 부직포 등의 시트형 부재이다. 예를 들어, 부직포의 소재로서는, 폴리에틸렌, 폴리에스테르 등을 들 수 있다. 기재(11)의 두께는 30 μm~120 μm인 것이 바람직하다. 본 실시 형태에서는, 기재(11)의 두께는 약 90 μm이다.
다공성 지지체(12)는 세공 구조를 갖는 막이다. 다공성 지지체(12)의 세공의 사이즈는 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 300 nm 이하인 것이 바람직하며, 30 nm 이하인 것이 보다 바람직하다.
다공성 지지체(12)의 두께는 20 μm~100 μm인 것이 바람직하다. 본 실시 형태에서는, 다공성 지지체(12)의 두께는 약 50 μm이다.
다공성 지지체(12)의 소재로서는, 예를 들어 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 아세트산 셀룰로오스, 폴리염화비닐, 폴리아크릴로니트릴, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리페닐렌 설파이드 설폰, 폴리이미드, 폴리불화비닐리덴 등을 이용할 수 있다. 이 중에서는, 화학적 안정성이나 기계적 안정성, 열적 안정성이 높다는 점에서 특히 폴리설폰이 바람직하다.
분리 기능층(20)은 다공성 지지층(10) 상에 형성되며, 복수의 중공의 셀(21)을 갖는 층이다. 분리 기능층(20)은 주로 방향족 폴리아미드를 포함하여 구성된다. 방향족 폴리아미드는 예를 들어 다관능성 방향족 아민과 다관능성 할로겐 산화물의 계면 중축합 반응에 의해 합성할 수 있다.
다관능성 방향족 아민으로서는, m-페닐렌디아민(MPD), p-페닐렌디아민, 1, 3, 5-트리아미노벤젠, 1, 2, 4-트리아미노벤젠, 3, 5-디아미노안식향산, 2, 4-디아미노톨루엔, 2, 4-디아미노아니솔, 아미돌, 크실릴렌디아민, N-메틸-m-페닐렌디아민 및 N-메틸-p-페닐렌디아민으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 다관능성 방향족 아민이 바람직하며, 이들은 단독으로 이용할 수도 있고 혹은 2종류 이상 병용할 수도 있다.
다관능성 산할로겐화물로서는, 예를 들어 3관능 산할로겐화물로서, 트리메시산 클로라이드(TMC), 1, 3, 5-사이클로헥산트리카복실산 트리클로라이드, 1, 2, 4-사이클로부탄트리카복실산 트리클로라이드 등을 들 수 있으며, 2관능 산할로겐 화합물로서, 비페닐디카복실산 디클로라이드, 테레프탈산 클로라이드, 나프탈렌디카복실산 클로라이드, 사이클로헥산디카복실산 클로라이드 등을 들 수 있다.
분리 기능층(20)은 방향족 폴리아미드 외에 셀룰로오스 나노 파이버(CNF)를 포함할 수도 있다. 분리 기능층(20)의 CNF의 함유율은 방향족 폴리아미드에 대해 0.001질량%~1질량%의 비율인 것이 바람직하며, 0.03질량%~0.5질량%인 것이 보다 바람직하고, 0.05질량%~0.35질량%인 것이 더욱 바람직하다. 방향족 폴리아미드에 대해 0.05질량%~0.35질량%의 CNF를 함유하는 분리 기능층(20)에 의해, 복합 반투막(1)의 내염소성 및 내파울링성이 보다 향상된다. CNF 함유율(C)은 막 표면의 FTIR 데이터를 이용하여, 1237 cm-1 부근(P1)과 1486 cm-1 부근(P2)의 피크 강도의 비율(R=P1/P2) 및 식 C=5.3-5.34R에 의해 구한다.
분리 기능층(20)은 중공인 복수의 셀(21)을 갖는다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 복수의 셀(21)이 분리 기능층(20)의 두께 방향으로 중첩됨으로써, 요철이 연속적으로 반복되는 주름 구조가 형성된다. 분리 기능층(20)의 두께는 100 nm~2000 nm인 것이 바람직하며, 500 nm~1000 nm인 것이 보다 바람직하다.
본 실시 형태의 셀(21)은 투과형 전자 현미경(TEM)을 이용한 단면 관찰에서, 단면적이 1000 nm2~8000 nm2인 셀(21)이 2.8 μm×2.8 μm의 상이한 2개의 영역에 합계로 60개~3500개 포함된다. 또한, 단면적이 1000 nm2~8000 nm2인 셀(21) 각각의 면적의 합계값은, 2.8 μm×2.8 μm의 상이한 2개의 영역에서 합계로 1.8×105 nm2~1.0×107 nm2이다. 아울러, 본 명세서에서 말하는 「셀(21)의 단면적」이란, 분리 기능층(20)에 형성되는 각 중공 부분의 단면적이다.
피처리수가 분리 기능층(20)을 투과함으로써, 피처리수에 포함되는 염류 등의 불순물이 제거된다. 분리 기능층(20)에 작은 셀 단면적을 갖는 셀(21)이 많이 존재하는 경우, 피처리수가 많은 셀(21)을 통과하기 때문에, 탈염성은 높아지지만 투수성은 저하된다. 한편, 큰 셀 단면적을 갖는 셀(21)이 많이 존재하는 경우, 피처리수가 충분한 수의 셀(21)을 통과하지 않기 때문에, 투수성은 높아지지만 탈염성은 저하된다.
본 실시 형태에서는, 분리 기능층(20)에 포함되는 셀(21)의 단면적 및 개수를 조정함으로써, 높은 탈염성 및 투수성을 양립시키고 있다. 구체적으로는, TEM을 이용한 단면 관찰에서, 단면적이 1000 nm2~8000 nm2인 셀(21)이 분리 기능층(20)의 2.8 μm×2.8 μm의 상이한 2개의 영역에 합계로 60개~3500개 포함되는 구성으로 했다. 또한, 단면적이 1000 nm2~8000 nm2인 셀(21) 각각의 면적의 합계값은, 2.8 μm×2.8 μm의 상이한 2개의 영역에서 1.8×105 nm2~1.0×107 nm2인 구성으로 했다. 이 구성에 의해, 복합 반투막(1)의 높은 탈염성과 저압 조건하에서의 높은 투수성을 실현하고 있다. 보다 높은 탈염성 및 투수성을 발휘시키는데 있어서는, 단면적이 1000 nm2~8000 nm2인 셀(21)이 분리 기능층(20)의 2.8 μm×2.8 μm의 상이한 2개의 영역에 합계로 70개~1750개 포함되는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 단면적이 1000 nm2~8000 nm2인 셀(21) 각각의 면적의 합계는, 분리 기능층(20)의 2.8 μm×2.8 μm의 상이한 2개의 영역에서 합계로 2.0×105 nm2~5.0×106 nm2인 구성으로 하는 것이 바람직하다.
[TEM을 이용한 분리 기능층의 측정 방법]
그 다음, TEM을 이용한 분리 기능층(20)의 측정 방법의 상세에 대해 설명한다.
우선, 동결 초박 절편법에 의해 복합 반투막(1)을 두께 방향으로 절단하여 박편화한다. 아울러, 박편화 시에는 울트라마이크로톰(라이카 마이크로시스템즈(Leica Microsystems )사 제품)으로 두께를 40 nm~45 nm로 설정하여 절단한다. 그리고, 얻어진 복합 반투막(1)의 박편을 카본 증착하여 TEM 관찰용 시료를 조제한다.
그 다음, 조제한 분리 기능층(20)의 시료를 TEM으로 측정하여 이미지를 촬상한다. TEM으로는, 예를 들어 투과형 전자 현미경(HT-7700 히타치하이테크사(Hitachi High-Tech Corporation) 제품)을 이용할 수 있다. TEM의 측정 조건은 측정 대상에 따라 적절히 결정된다. 예를 들어 이하의 조건을 선택할 수 있다.
분해능: 0.204 nm
가속 전압: 100 kV
배율: 8000배
아울러, 여기서 말하는 배율은 투과형 전자 현미경의 장치상에서 설정되는 배율을 말한다(이하, 동일함).
그 다음, TEM을 이용한 측정에 의해 얻어진 이미지를 WinROOF(미타니쇼지 가부시키가이샤(MITANI CORPORATION) 제품)를 이용해 이미지 해석한다. 그리고, 이미지의 해석 범위를 2.8 μm×2.8 μm의 영역으로 설정하고, 소정의 파라미터를 측정한다. 이 때, 소정의 파라미터는 이미지 내의 분리 기능층(20)의 연장되는 방향과 해석 범위를 결정하는 네변 중 적어도 한변이 대략 평행인 동시에, 적어도 다공성 지지층(10)과 분리 기능층(20)의 계면부터 분리 기능층(20)의 최표면까지가 해석 범위에 들어가는 상태에서 측정된다. 그리고, 상이한 2 개소의 영역의 소정의 파라미터를 측정하고, 그 합계값을 평가한다.
파라미터로서는, 분리 기능층(20)에 포함되는 각 셀(21)의 단면적이나 셀(21)의 총수, 셀(21)의 단면적의 총합 등을 들 수 있다. 각 셀(21)의 단면적이나 셀(21)의 총수, 셀(21)의 단면적의 총합을 측정하는 경우에는, 단면적이 100 nm2 미만인 셀(21) 및 10000 nm2를 초과하는 셀(21)을 측정 데이터에서 삭제한다.
[복합 반투막의 제조 방법]
그 다음, 본 개시의 복합 반투막(1)의 제조 방법에 대해 도 3을 이용해 설명한다. 이하의 설명에서는, 기재(11)로서 폴리에틸렌제 부직포, 다공성 지지체(12)의 소재로서 폴리설폰, 방향족 폴리아미드의 원료로서 다관능성 방향족 아민인 MPD를 포함하는 MPD 용액을 이용한 복합 반투막(1)의 제조 방법의 일 예에 대해 설명한다. 본 실시 형태에 따른 제조 방법은 다공성 지지층 제작 공정, 침지 공정, 중합 공정, 후처리 공정을 포함한다.
우선, 다공성 지지층 제작 공정에서, 폴리에틸렌제 부직포의 표면에 폴리설폰을 도포하여, 두께 약 50 μm의 다공성 지지체(12)를 포함하는 다공성 지지층(10)을 제작한다.
그 다음, 침지 공정에서, 소정 양의 다관능성 방향족 아민과 첨가제를 포함하는 MPD 용액을 폴리설폰의 다공성 지지체(12)에 침지시킨다. MPD 용액은 용매로서의 증류수, 0.5질량%~2.0질량%의 MPD, 0.15질량%의 라우릴 황산나트륨(SLS), 0.5질량%~2.0질량%의 트리에틸아민(TEA), 1.0질량%~4.0질량%의 캄퍼설폰산(CSA), 첨가제로서의 6.0질량%~15질량%의 이소프로필 알코올(IPA)을 포함하는 수용액이다. IPA 이외의 첨가제로서는, CNF를 들 수 있다. 침지 공정에서는, MPD 용액을 다공성 지지체(12)의 스킨층에 침지시켜 1초~60초간 방치한다. 그리고, 다공성 지지체(12)의 표면에 과량으로 도포된 MPD 용액을 제거하고, 에어 나이프나 스퀴지 등을 사용하여 표면으로부터 MPD 용액의 액적을 제거하고, 10초~60초간 방치한다.
그 다음, 중합 공정에서, MPD 용액으로 피복된 다공성 지지체(12)의 표면에 다관능성 산할로겐화물 용액을 침지시키고 120초간 방치하여, 계면 중축합 반응을 촉진시킨다. 다관능성 산할로겐화물 용액으로서는, 예를 들어 이소파라핀계 탄화수소에 적당량의 아세트산에틸 등의 양친매성 용매와 함께 TMC를 용해시켜 TMC 농도를 0.05질량%~0.1질량%로 한 TMC 용액을 들 수 있다.
마지막으로, 후처리 공정에서, TMC 용액을 제거하고, 120℃의 건조로에서 3분간 건조시킨 후, 물 속에서 세정함으로써 분리 기능층(20)을 갖는 복합 반투막(1)이 형성된다.
실시예
그 다음, 본 개시의 실시예에 대해 설명한다. 본 개시가 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
[복합 반투막의 제조 방법]
<실시예 1>
실시예 1에서는, 다공성 지지층(10)으로서, 폴리에틸렌제 부직포 상에 두께 약 50 nm의 폴리설폰의 다공성 지지체(12)가 형성된 층을 이용했다. 우선, MPD 용액을 네변을 둘러싼 폴리설폰의 다공성 지지체(12)의 표면에 붓고, 10초간 방치했다. MPD 용액으로는, 용매인 증류수에 0.8질량%의 MPD, 0.15질량% SLS, 0.8질량%의 TEA, 1.6질량%의 CSA, 10질량% IPA를 포함하는 것을 이용했다. 그 후, 다공성 지지체(12)의 표면에 과량으로 도포된 MPD 수용액을 제거하고, 막에 부착되는 MPD 용액을 스퀴지로 없애고, 60초간 방치했다. 그리고, MPD 용액으로 피복된 다공성 지지체(12)의 표면에 TMC 용액을 붓고, 120초간 방치했다. TMC 용액으로서는, 이소파라핀계 탄화수소인 IP 솔벤트 1016에 0.1질량%의 TMC와 2질량%의 아세트산에틸이 용해된 용액을 이용했다. 그 후, TMC 용액을 빼내고, 120℃의 건조로에서 3분간 건조시켰다. 그리고, 건조로에서 꺼낸 후, 물 속에서 세정했다.
<실시예 2>
실시예 2에서는, MPD 용액의 조성 이외는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합 반투막을 제작했다. 실시예 2의 MPD 용액은 용매인 증류수, 0.75질량%의 MPD, 0.15질량%의 SLS, 1.5질량%의 CSA, 0.75질량%의 TEA, 6질량%의 IPA, 0.03질량%의 CNF를 포함하는 조성으로 했다. CNF 함유율은 방향족 폴리아미드에 대해 0.12질량%였다. 실시예 1과 실시예 2의 MPD 용액을 비교하면, 실시예 2에서는 첨가제로서 IPA와 함께 CNF를 이용한 점이 주로 상이하다.
<비교예 1>
비교예 1에서는, IPA를 이용하지 않고 복합 반투막을 제작했다. 비교예 1의 복합 반투막의 제조 방법은 MPD 용액에 IPA가 함유되지 않은 점 이외, 실시예 1의 방법과 모두 동일한 조건이다.
[평가]
<단면 형상의 측정>
실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 복합 반투막에 대해, 동결 초박 절편법에 의해 복합 반투막을 박편화하고, TEM을 이용하여 단면 형상을 측정했다. 복합 반투막의 단면 형상의 측정은 배율을 변경한 이외는 상술한 측정 조건에 따라 실시했다. 측정 배율은 2000배, 8000배, 20000배이다.
3개의 복합 반투막의 모두에서, 다공성 지지층 상에 복수의 셀을 갖는 주름 구조의 분리 기능층이 형성되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 비교예 1에서는 셀이 두께 방향으로 중첩된 부분이 분리 기능층의 일부에만 형성되어 있는데 반해, 실시예 1 및 2에서는 분리 기능층의 표면 전체에 걸쳐 복수의 셀이 두께 방향으로 중첩된 다층의 주름 구조가 형성되어 있었다. 또한, 실시예 1 및 실시예 2의 셀의 단면적은 비교예 1의 단면적에 비해 크게 형성되어 있었다. 이들 경향은 상이한 2개의 측정 영역에서 마찬가지이다. 이상으로부터, MPD 용액에 대해 10질량%의 IPA나 0.03질량%의 CNF를 첨가하여 제작한 분리 기능층이 첨가제를 가하지 않은 분리 기능층보다 셀의 단면적이 크고, 표면 전체에 걸쳐 다층의 주름 구조가 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다.
<셀의 단면적의 분포>
실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 복합 반투막에 대해, TEM을 이용하여 상술한 실시 형태의 측정 조건으로 측정한 이미지를 상술한 실시 형태의 방법으로 이미지 해석했다. 도 4~도 6은 3개의 복합 반투막의 분리 기능층에 형성된 셀의 단면적의 분포를 나타내고 있다. 아울러, 도 4~도 6의 세로축은 2.8 μm×2.8 μm의 상이한 2 개소의 영역에서의 셀의 총수나 총면적의 합계값을 나타내고 있다. 도 4의 가로축은 1셀당 단면적을 나타내고 있으며, 세로축은 가로축에 나타난 단면적보다 작은 셀의 누적 단면적을 나타내고 있다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 8000 nm2 이하의 셀의 누적 단면적을 구한 경우, 실시예 1 및 실시예 2의 분리 기능층의 셀의 단면적이 비교예 1의 분리 기능층의 셀의 단면적보다 2배 정도 큰 것을 확인할 수 있다.
도 5의 가로축은 1셀당 단면적의 범위를 나타내고 있으며, 세로축은 단면적이 가로축에 나타내는 범위 내인 모든 셀의 단면적의 총합을 나타내고 있다. 도 6의 가로축은 1셀당 단면적의 범위를 나타내고 있으며, 세로축은 단면적이 가로축에 나타내는 범위 내인 모든 셀의 총수를 나타내고 있다. 도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 단면적이 1000 nm2~8000 nm2인 범위에서, 실시예 1 및 실시예 2의 분리 기능층의 셀이 비교예 1의 분리 기능층의 셀보다 그 총수가 많고, 총면적도 큰 것을 확인할 수 있다. 구체적으로는, 실시예 1에서는 단면적이 1000 nm2~8000 nm2인 셀의 총수가 약 80개이고, 그 셀의 총면적이 약 2.47×105 nm2였다. 실시예 2에서는 단면적이 1000 nm2~8000 nm2인 셀의 총수가 약 79개이고, 그 셀의 총면적이 약 2.15×105 nm2였다. 비교예 1에서는 단면적이 1000 nm2~8000 nm2인 셀의 총수가 약 41개이고, 그 셀의 총면적이 1.02×105 nm2였다.
<탈염성 및 투수성의 측정>
실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 복합 반투막에 대해, 탈염률 및 투수성을 이하의 방법에 의해 측정했다.
<탈염성>
크로스 플로우 장치를 이용하여 유량 300 ml/min, 조작 압력 0.75 MPa로 온도 25℃, 농도 0.05%의 NaCl 수용액을 복합 반투막에 공급했다. 탈염성은 NaCl 수용액의 공급을 시작하고 나서 2시간 후의 공급 용액과 투과 용액의 염 농도를 측정하고, 이하의 식을 이용하여 탈염률로서 구했다.
탈염률(%)=(1-투과 용액의 염 농도/공급 용액의 염 농도)×100
<투수성>
투수성은 NaCl 수용액의 공급을 시작하고 나서 1시간 30분후부터 2시간 후까지의 30분간의 투수량을 측정하고, 이하의 식을 이용하여 투과 유속(流束)으로서 구했다.
투과 유속(m3/m2/d)=(30분간의 투수량(m3)/30)×60×24)/막 유효 면적(m2)
| MPD 용액에 대한 IPA 첨가량(질량%) |
MPD 용액에 대한 CNF 첨가량(질량%) |
탈염률(%) | 투과 유속 (m3/m2/d) |
|
| 실시예 1 | 10 | - | 96.77 | 2.289 |
| 실시예 2 | 6 | 0.03 | 98.27 | 2.234 |
| 비교예 1 | - | - | 98.59 | 1.165 |
표 1에 나타내는 바와 같이, 비교예 1에서는 탈염률이 98%를 초과했다. 투과 유속이 약 1.2 m3/m2/d 미만이었다. 이에 반해, MPD 용액에 대한 IPA의 함유율이 10질량%인 실시예 1에서는, 탈염률이 96% 이상을 유지하고, 투과 유속이 비교예 1의 약 2배였다. MPD 용액에 대한 CNF의 함유율이 0.03질량%인 실시예 2에서는, 탈염률이 98%를 초과하고, 투과 유속도 실시예 1과 마찬가지로 비교예 1의 약 2배였다. 이 결과로부터, 단면적이 1000 nm2~8000 nm2인 셀(21)이 2.8 μm×2.8 μm의 상이한 2개의 영역에 약 80개(총면적은 약 2.47×105 nm2) 포함되는 실시예 1 및 약 79개(총면적은 약 2.15×105 nm2) 포함되는 실시예 2의 복합 반투막(1)에서는, 단면적이 2000 nm2~8000 nm2인 셀(21)이 2.8 μm×2.8 μm의 영역에 약 41개(총면적은 약 1.02×105 nm2) 포함되는 비교예에 비해 투수성이 약 2배 높아지는 것이 확인되었다.
1: 복합 반투막
10: 다공성 지지층
20: 분리 기능층
21: 셀
10: 다공성 지지층
20: 분리 기능층
21: 셀
Claims (3)
- 다공성 지지층과, 상기 다공성 지지층 상에 형성되고, 방향족 폴리아미드를 포함하는 분리 기능층을 구비하며,
상기 분리 기능층은 복수의 중공의 셀을 갖는 동시에, 투과형 전자 현미경을 이용한 배율 8000배로의 단면 관찰에서, 단면적이 1000 nm2~8000 nm2인 상기 셀 각각의 면적의 합계값이, 2.8 μm×2.8 μm의 상이한 2개의 영역에서 합계로 1.8×105 nm2~1.0×107 nm2인 복합 반투막. - 다공성 지지층과, 상기 다공성 지지층 상에 형성되고, 방향족 폴리아미드를 포함하는 분리 기능층을 구비하며,
상기 분리 기능층은 복수의 중공의 셀을 갖는 동시에, 투과형 전자 현미경을 이용한 배율 8000배로의 단면 관찰에서, 단면적이 1000 nm2~8000 nm2인 상기 셀이 2.8 μm×2.8 μm의 상이한 2개의 영역에 합계로 60개~3500개 포함되는 복합 반투막. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 분리 기능층은 방향족 폴리아미드에 대해 0.001질량%~1질량%의 셀룰로오스 나노 파이버를 포함하는 복합 반투막.
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