KR20230085919A - 정제수 생성을 위한 여과 멤브레인, 시스템, 및 방법 - Google Patents

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시다쓰 삼파스
저스틴 브루스터
아슈토쉬 쉬리칸트 바베
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엔테그리스, 아이엔씨.
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Abstract

전자 및 반도체 디바이스의 제조 공정에서 사용가능할 정제수를 제조하는 멤브레인, 시스템, 및 방법을 포함한, 정제수 (예: 초순수)의 생성에 유용한 필터 멤브레인, 관련 시스템, 및 관련 방법이 기재된다.

Description

정제수 생성을 위한 여과 멤브레인, 시스템, 및 방법
본 개시내용은, 반도체 및 마이크로전자 기판, 구성요소, 및 디바이스의 가공처리 (예: 헹굼)에 사용가능할 정제수의 제조에 유용한 멤브레인, 시스템, 및 방법을 포함한, 정제수 (예: 초순수)의 생성에 유용한 필터 멤브레인, 관련 필터 어셈블리 및 여과 시스템, 및 관련 방법에 관한 것이다.
때때로 "초순수" ("UPW")로서 언급되는 물을 포함한 고도로 순수한 물은 반도체 가공처리 (예: 반도체 디바이스, 액정 디스플레이, 실리콘 웨이퍼, 인쇄 회로 기판, 및 기타 전자 및 마이크로전자 디바이스의 제조), 및 원자력 발전소 가동 및 제약 제조를 포함한 다양한 상업적 용도에 중요하다.
반도체 가공처리에 사용되는 정제수는, 예를 들어 "프론트-엔드(front-end)" 또는 "백 엔드(back end)" 공정 레시피의 부분으로서, 반도체 또는 마이크로전자 디바이스 기판의 표면의 세정 또는 제조를 위한 헹굼수로서 반도체 및 마이크로전자 가공처리 (일례로서)에 유용하다. 용도로서, 초순수는 공정 중 마이크로전자 디바이스의 습식 식각 및 세정 ("WEC"), 포토리소그래피(Photolithography) 및 화학적 기계적 연마 ("CMP")에서 사용될 수 있다. 마이크로전자 디바이스 또는 반도체 기판의 가공처리에 사용되는 물 중의 불순물과 기판 표면 상에 남아 있는 것이, 기판으로부터 제조된 생성된 반도체 또는 마이크로전자 디바이스의 수율 및 단기/장기 성능에 영향을 미칠 것이기 때문에 물은 극도로 높은 순도를 가져야 한다.
초순수의 제조를 위한 여과 시스템은 불순물 (또한 "오염물"로서 공지됨)을 매우 높은 정도의 순도로 제거하기에 효과적이어야 하고, 제조 효율을 위해, 여과 요소의 교체 필요성을 최소화하면서 연장된 기간 동안 이를 수행하여야 한다. 초순수를 반도체 가공처리 장비에 공급하는 여과 시스템의 여과 요소의 제거 및 교체는 여과 요소를 제거하고 교체하는 데 필요한 기간, 즉 "체인지아웃" 기간 동안 장비가 정지될 것을 필요로 할 수 있다. 체인지아웃 기간은 반도체 가공처리 장비의 사용 시간 손실 측면에서 비용이 많이 드는 것이며, 이는 감소된 가공처리 효율 및 증가된 전체 비용을 초래한다. 체인지아웃 빈도 및 기간은 정제수를 직접 사용하는 장비의 효율에 영향을 미칠 수 있으며 직접 영향 받는 장비의 하류에서 수행되는 공정에 영향을 미칠 수도 있다.
반도체 가공처리에 사용되는 초순수는 완전히 순수하지는 않지만 실리카 입자 (콜로이드 및 경질 SiO2 입자), 유기물 (용해된 것 및 용해되지 않은 것)), 및 용해된 금속 또는 금속-함유 화합물, 예컨대 붕소, 규소 (예: SiO2로서), 철, 및 티타늄을 포함하는 오염물을 매우 낮은 수준으로 함유하는 것으로 이해된다. 붕소 및 실리카 불순물은, 현재의 여과 시스템이 붕소 및 실리카 (예: 콜로이드 및 고체 실리카 입자)를 제거하고 보유하는 데 충분히 효과적이지 않거나 충분히 길지 않은 작동 수명 동안 물의 유동으로부터 이들 불순물을 제거하는 데 효과적일 수 있기 때문에 특히 문제가 된다.
초순수 생산 시설의 통상적 디자인은 물로부터 이온의 제거를 위해 물이 통과하는 중합체 비드의 층 형태의 이온-교환 (IEX) 수지를 포함한다. 중합체 수지 비드는 미량의 이온성 불순물을 끌어당겨 보유하고 중합체 비드의 층을 통해 유동하는 물로부터 불순물을 제거한다. 이러한 이온-교환 시스템에서는, 수원(water source)으로부터 붕소, 규소 (예: 고체 및 콜로이드 실리카 입자, 또는 용해된 실리카), 또는 이들 둘 다를 제거하기 위해 시스템이 사용되는 일정량의 시간 후에, 붕소, 규소, 또는 이들 둘 다를 제거하고 함유 (보유)하는 이온-교환 수지 층의 용량이 소진된다. 이온-교환 시스템이 물로부터 추가량의 붕소 또는 규소 (실리카)를 계속 제거하는 능력이 고갈되고 이는 더 이상 물의 유동으로부터 붕소 또는 규소를 제거하지 못한다. 이것이 발생하면, 이들 불순물은 이온-교환 시스템을 통과하기 시작하고 시스템으로부터 하류 장비로 원치않는 불순물로서 "누출"된다.
마이크로전자 디바이스 통합의 복잡성 정도가 계속 증가함에 따라, 초순수 중의 미량 수준의 오염물이 점점 중요해지고 있다. 따라서, 웨이퍼 다이 수율 및 반도체 또는 마이크로전자 디바이스의 전반적인 신뢰성과 관련된 목표 (경제적 및 기타)를 충족시키기 위해서는 더 높은 수준의 순도를 갖는 초순수가 요구된다.
요약
하기 설명은 다공성 중합체 베이스 멤브레인 및 베이스 멤브레인에 부착된 적어도 3개의 히드록실 기를 함유하는 아미노 폴리올 리간드 ("아미노 폴리올" 또는 "아미노 폴리올 리간드")를 포함하는 다공성 중합체 필터 멤브레인에 관한 것이다. 설명은 또한, 이러한 유형의 필터 멤브레인을 포함하는 필터 어셈블리 및 여과 시스템, 뿐만 아니라 수원 ("원수(source water)")을 여과하여 정제수 (예: 초순수)를 형성하기 위한 필터 멤브레인, 필터 어셈블리, 및 여과 시스템의 사용 방법에 관한 것이다.
기재된 바와 같은 필터 멤브레인은 수원으로부터 불순물을 제거하는 데 유용하고 정제수 (예: 초순수)를 형성하기 위해 수원으로부터 용해된 붕소 및 규소 (예: SiO2로서)와 같은 금속 불순물을 제거하는 데 특히 유용하다. 기재된 방법에 따라 제조된, 또한 매우 낮은 양의 붕소 및 규소를 함유하는 정제수는, 반도체 및 마이크로전자 기판의 표면의 헹굼과 같은 반도체 및 마이크로전자 제조 공정을 포함하는 (그러나 이에 제한되지는 않음) 산업적 공정에서 유용할 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같은 용어 "초순수"는, 유기 및 무기 화합물; 용해 및 미립자 물질; 휘발성 및 비-휘발성 불순물; 대전된 (음이온성, 양이온성) 및 비-이온성 불순물; 반응성 및 불활성 불순물; 친수성 및 소수성 불순물; 및 용해된 기체를 포함하는 오염물 유형의 그룹에 대하여 극히 높은 수준의 순도로 처리된 물을 지칭하기 위해 반도체 가공처리 산업에서 통상적으로 사용되는 의미로 주어진다. 초순수는 유기 입자, 및 용해된 기체, 및 다른 용해된 미량 수준 불순물을 제거하기 위해 가공처리된 물이다. 초순수는 통상적으로 하기를 포함하는 3개의 가공처리 스테이지에 의해 가공처리된다: 정제수를 생성하기 위한 전처리 스테이지, 물을 추가로 정제하기 위한 1차 스테이지, 및 최종 "연마" 스테이지.
초순수 중에 존재하는 불순물의 수준을 명시하기 위한 다양한 공개 표준이 존재한다. 마이크로전자 응용을 위해, 이들 그룹은 SEMI (Semiconductor Equipment and Materials International) (마이크로전자장치 및 광전지), 국제 ASTM (American Society for Testing and Materials International) (반도체, 전력), 전력 연구 협회(Electric Power Research Institute), ASME (American Society of Mechanical Engineers) (전력), 및 IAPWS (International Association for the Properties of Water and Steam) (전력)를 포함한다. 제약 플랜트는 약전 (이것의 3개의 예는 미국 약전, 유럽 약전, 및 일본 약전임)에 의해 개발된 수질 표준을 따른다.
초순수 품질에 대한 통상적 요건은 ASTM D5127 "전자장치 및 반도체 산업에 사용되는 초순수에 대한 표준 가이드" 및 SEMI F63 "반도체 가공처리에 사용되는 초순수에 대한 가이드"에 문서화되어 있다.
하나의 측면에서, 본 개시내용은 중합체 필터 멤브레인에 관한 것이다. 멤브레인은 하기를 포함한다: 다공성 중합체 베이스 멤브레인, 및 중합체 베이스 멤브레인에 부착된 3개 이상의 히드록실 기를 갖는 아미노 폴리올 리간드.
또 다른 측면에서, 본 개시내용은 원수의 유동으로부터 불순물을 제거하는 데 유용한 시스템에 관한 것이다. 시스템은 다공성 중합체 베이스 멤브레인 및 중합체 베이스 멤브레인에 부착된 3개 이상의 히드록실 기를 갖는 아미노 폴리올 리간드를 포함하는 중합체 필터 멤브레인을 포함한다. 시스템은 또한, 이온-교환 수지, 및 중합체 필터 멤브레인 및 이온-교환 수지를 통과하는 원수의 유동을 포함한다.
또한 또 다른 측면에서, 본 개시내용은 원수의 유동으로부터 불순물을 제거하는 방법에 관한 것이다. 방법은 다공성 중합체 베이스 멤브레인 및 중합체 베이스 멤브레인에 부착된 3개 이상의 히드록실 기를 갖는 아미노 폴리올 리간드를 포함하는 중합체 필터 멤브레인를 통해 원수를 유동시키는 것을 포함한다.
본 개시내용은 첨부 도면과 관련하여 다양한 예시적인 실시양태에 대한 하기 설명을 고려하여 보다 완전하게 이해될 수 있다. 도는 개략적이며 반드시 축척에 따른 것은 아니다.
도 1은 기재된 바와 같은 베이스 멤브레인에 대한 아미노 폴리올 리간드를 나타낸다.
도 2는 설명의 예시 필터 어셈블리를 나타낸다.
도 3은 설명의 예시 복합체 필터를 나타낸다.
도 4는 설명의 예시 필터 어셈블리를 나타낸다.
도 5a 및 5b는 설명의 여과 시스템의 예시 구성요소를 나타낸다.
도 6은 기재된 바와 같은 필터 멤브레인 및 방법과 함께 사용된 반도체 제조 장비를 개략적으로 나타낸다.
도 7은 본원에서의 실시예에 따른 시험 시스템을 개략적으로 나타낸다.
도 8, 9, 10, 및 11은 본 발명 및 비교예 필터 멤브레인의 시험 데이터를 나타낸다.
도 12는 본원에서의 실시예에 따른 시험 시스템을 개략적으로 나타낸다.
도 13, 14, 15, 및 16은 본 발명의 필터 멤브레인의 시험 데이터를 나타낸다.
본 개시내용은 다양한 변형 및 대안적 형태에 적용가능하지만, 그의 세부사항을 도면에 예로서 나타내었고 상세하게 설명할 것이다. 그러나, 본 개시내용의 측면을 기재된 특정 예시적 실시양태로 제한하도록 의도되지 않음을 이해해야 한다. 반대로, 본 개시내용의 취지 및 범위 내에 속하는 모든 변형, 등가물, 및 대안을 포괄하도록 의도된다.
상세한 설명
하기 설명은 필터 멤브레인의 부분으로서 다공성 중합체 베이스 멤브레인 및 적어도 3개의 히드록실 기를 함유하는 아미노 폴리올 리간드 ("아미노 폴리올" 또는 "아미노 폴리올 리간드")를 포함하는 필터 멤브레인에 관한 것이다. 설명은 또한 이러한 유형의 필터 멤브레인을 포함하는 필터 어셈블리 및 여과 시스템, 및 수원을 여과하여 정제수 (예: 초순수)를 형성하기 위한 필터 멤브레인, 필터 어셈블리, 및 여과 시스템의 사용 방법에 관한 것이다.
기재된 바와 같은 필터 멤브레인은 수원으로부터 불순물을 제거하기 위해 사용될 수 있고, 정제수 (예: 초순수)를 형성하기 위해 수원으로부터 붕소 및 규소 (예: 용해된 SiO2, 또는 콜로이드 또는 고체 SiO2 입자)와 같은 금속 불순물을 제거하는 데 특히 유용하다. 기재된 방법에 따라 제조된, 또한 매우 낮은 양의 붕소 및 규소 (예: 실리카, SiO2)를 함유하는 정제수는, 반도체 및 마이크로전자 기판의 표면의 헹굼과 같은 반도체 및 마이크로전자 제조 공정을 포함하는 (그러나 이에 제한되지는 않음) 산업적 공정에서 사용될 수 있다. 기재된 필터 멤브레인은 제조 시스템과의 사용을 위해 정제수 (예: 초순수)를 공급하기 위해 제조 시스템의 바로 상류에서 수원을 가공처리하는 사용 지점 여과 시스템으로서 마이크로전자 또는 반도체 디바이스 제조 시스템에서의 사용을 위해 구성될 수 있다. 대안적으로, 기재된 바와 같은 필터 멤브레인, 필터 어셈블리, 또는 여과 시스템은 임의적 저장, 수송, 및 궁극적인 추후 사용을 위해 저장 용기에 저장하기 위한 정제수 (예: 초순수)를 생성하는 데 사용될 수 있다.
기재된 바와 같은 멤브레인은 아미노 폴리올 리간드가 직접적으로 또는 간접적으로 부착된 다공성 중합체 베이스 멤브레인을 포함한다. 베이스 멤브레인 (때로는 간단히 "베이스"로서 언급됨)은 임의의 유용한 중합체 물질 또는 물질의 조합으로 제조된 중합체 시트 형태의 멤브레인 (즉, 편평한, 평면형, 양면 다공성 멤브레인)일 수 있다. 예시 베이스 멤브레인은 다공성 여과 멤브레인에 유용한 것으로 공지된, 또한 화학적 개질에 의해 그의 표면에 부착된 아미노 폴리올 리간드를 가질 수 있는 중합체 물질로 제조될 수 있다. 베이스 멤브레인은 아미노 폴리올 리간드가 부착될 수 있는 반응 자리를 함유하는 중합체로 제조될 수 있거나 아미노 폴리올 리간드가 부착될 수 있는 반응 자리를 제공하도록 다른 방식으로 화학적으로 코팅되거나 개질될 수 있는 중합체로 제조될 수 있다.
예시 베이스 멤브레인은 하나 이상의 중합체 물질, 예를 들어, 단일 중합체 물질, 상이한 중합체 물질의 혼합물, 또는 중합체 물질 및 비-중합체 물질로부터 형성될 수 있다.
베이스 멤브레인을 형성하기 위해 사용될 수 있는 중합체 물질은 소수성 중합체, 예컨대 폴리올레핀 또는 할로겐화된 중합체를 포함한 다양한 중합체를 포함한다. 예시적 폴리올레핀은 폴리에틸렌 (PE), 폴리프로필렌 (PP), 폴리메틸펜텐 (PMP), 폴리부텐 (PB), 폴리이소부틸렌 (PM), 및 에틸렌, 프로필렌, 및 부틸렌 중 둘 이상의 공중합체를 포함한다. 특정 실시양태에서, 베이스 멤브레인은 초고분자량 폴리에틸렌 (UPE)을 포함할 수 있다. 초고분자량 폴리에틸렌 필터 물질, 예컨대 UPE 멤브레인은, 전형적으로 약 1x106 달톤 (Da) 초과, 예컨대 약 1x106 내지 9x106 Da, 또는 1.5x106 내지 9x106 Da 범위의 분자량을 갖는 수지로부터 형성된다. 폴리올레핀 중합체, 예컨대 폴리에틸렌 사이의 가교는 열 또는 가교 화학물질, 예컨대 과산화물 (예: 디쿠밀 퍼옥시드 또는 디-tert-부틸 퍼옥시드), 실란 (예: 트리메톡시비닐실란), 또는 아조 에스테르 화합물 (예: 2,2'-아조-비스(2-아세톡시-프로판)의 사용에 의해 촉진될 수 있다.
예시적 할로겐화된 중합체는 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE), 폴리클로로트리플루오로-에틸렌 (PCTFE), 플루오린화된 에틸렌 중합체 (FEP), 폴리헥사플루오로프로필렌, 및 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVDF)를 포함한다.
다른 실시양태에서, 베이스 멤브레인은 하기로부터 선택된 중합체로 제조될 수 있다: 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리술폰, 폴리에테르-술폰, 폴리아릴술폰, 폴리아미드, 폴리아크릴레이트, 폴리에스테르, 나일론, 셀룰로스, 폴리카르보네이트, 또는 이들의 조합.
이들 중합체 중 하나 또는 임의의 조합을 포함하는 베이스 멤브레인은 이들 중합체 중 임의의 하나 또는 조합을 포함하거나, 이것으로 이루어지거나, 또는 본질적으로 이것으로 이루어질 수 있다. 본질적으로 중합체 또는 중합체의 조합으로 이루어진 베이스 멤브레인은 중합체 또는 중합체의 조합 및 미량의 다른 물질, 예를 들어 5, 2, 1, 0.5, 또는 0.1 중량 퍼센트 이하의 다른 물질을 함유하는 베이스 멤브레인이다.
다공성 중합체 필터 멤브레인의 제조에 유용한 중합체의 구체적 예는 미국 특허 공개 2020/0254398에 기재되어 있고, 이는 그 전문이 본원에 참조로 포함된다.
베이스 멤브레인의 중합체 물질은, 일부 실행 방식에서, 아미노 폴리올 리간드로의 베이스 멤브레인의 개질을 용이하게 하기 위해 화학적으로 개질될 수 있다. 아미노 폴리올 리간드는 베이스 멤브레인의 중합체 물질에 대한 부착을 용이하게 할 수 있는 아민 기를 포함할 수 있다. 중합체 물질이 본질적으로 아민-반응성이 아닌 경우, 이는 아미노 폴리올 리간드의 부착을 위한 표면-반응성 화학을 제공하기 위해 할로겐화 또는 할로알킬화 등에 의해 개질될 수 있다.
일부 실행 방식에서, 베이스 멤브레인의 중합체 물질은 아민-반응성 자리를 제공하기 위해 할로겐화된다. 예를 들어, 폴리에틸렌은, 고체 폴리에틸렌 분말과, 임의로 불활성 기체로 희석된, 50℃ 초과의 온도에서 기체상 염소를 반응시킴으로써 염소화될 수 있다 (예를 들어, 미국 특허 번호 2,928,819 참조).
또 다른 실행 방식에서, 베이스 멤브레인의 중합체는 할로알킬화, 예컨대 클로로메틸화될 수 있다. 클로로메틸화는 중합체의 개질에 사용되는 공지된 기술이고 일반적으로 클로로메틸화 시약 (예: 비스-클로로메틸 에테르 (BCME); 클로로메틸 메틸 에테르 (CMME); 포름알데히드/메탄올/염화수소/클로로술폰산)을 사용한다. 루이스산 및 프리델-크라프츠(Friedel-Crafts) 촉매, 예컨대 염화아연, 산화아연, 또는 염화제2철을 승온에서 클로로메틸화 시약과 반응시켜 중합체를 개질시킬 수 있다 (예를 들어, US2003/0018091 (Pafford et al.) 및 WO2008/144115 (Harris et al.) 참조). 중합체 물질 상에 본 개시내용의 리간드를 제공하기 위해, 할로알킬-개질된 필터 물질의 할로알킬 기를 아민 폴리올 또는 아민 폴리포스폰산과 반응시켜 필터 물질의 표면에 대한 리간드의 공유 결합을 제공할 수 있다.
또 다른 실행 방식에서, 아미노 폴리올 리간드는 반응성 가교 코팅과의 부착을 통해 필터 물질에 부착될 수 있다. 예를 들어, 중합체 물질은 아민 반응성 중합체, 예컨대 폴리(비닐벤질 클로라이드), 폴리(에피클로로히드린), 또는 에폭시 수지로 코팅될 수 있다. 이어서 코팅된 중합체 물질이 가교되고, 남아 있는 반응성 자리가 요망되는 리간드의 부착에 사용될 수 있다. 예를 들어, 폴리(비닐벤질 클로라이드)를 적합한 용매 중에 용해시키고, 다공성 중합체 베이스 멤브레인 상으로 건조시키고, 디아민, 폴리아민, 또는 임의의 다른 다관능성 반응성 가교제로 가교시킨 후, 아민 함유 폴리올 리간드의 부착이 이어질 수 있다. 유사한 방법을 사용하여, 가교 및 리간드 부착이 동시에 발생할 수 있다. 대안적으로, 아민 반응성 중합체가 조사를 통해 또는 광개시제 가교를 통해 가교된 후, 아민 함유 리간드의 부착이 이어질 수 있다.
또한 또 다른 실행 방식에서, 리간드 부착은 중합체 베이스 멤브레인 상의 코팅 전에 일어날 수 있다. 예를 들어, 아미노 폴리올 관능화된 중합체는, 아미노 폴리올 리간드를 리간드의 아민과 반응성인 관능 기를 갖는 중합체 물질 (예컨대 폴리(비닐벤질 클로라이드))과 반응시킴으로써 제조될 수 있다. 이어서 베이스 멤브레인을 생성된 아미노 폴리올 리간드-개질된 중합체로 코팅하고 건조시킬 수 있다. 임의적 가교 기술이 사용될 수도 있다.
또 다른 실행 방식에서, 베이스 멤브레인은 단량체 가교를 통해 요망되는 아미노 폴리올 리간드로 개질될 수 있다. 예를 들어, 요망되는 아미노 폴리올 리간드는 아크릴아미드, 비닐, 또는 다른 적합한 불포화 기를 갖는 반응성 단량체의 형태일 수 있다. 아미노 폴리올을 갖는 반응성 단량체의 일례는 비닐벤질 클로라이드 및 N-메틸 글루카민의 반응 생성물이다. 아미노 폴리올-함유 단량체는 N, N'-메틸렌비스아크릴아미드 등의 이관능성 단량체를 함유하는 단량체 배합물에 첨가될 수 있다. 이들 단량체 배합물은 또한 광개시제, 예컨대 옴니라드(OMNIRAD) 2959 (1-[4-(2-히드록시에톡시)-페닐]-2-히드록시-2-메틸-1-프로판-1-온)를 함유할 수 있다. 멤브레인이 생성된 단량체 용액으로 침윤되면, 멤브레인에 조사하여 (자외선, 전자 빔, 감마 등) 코팅 중으로 요망되는 아미노 폴리올 리간드가 혼입된 가교 코팅을 형성할 수 있다 (예를 들어, WO2017/205722 (Jaber et al.) 참조).
또 다른 실행 방식에서, 요망되는 아미노 폴리올 리간드는 멤브레인으로부터 그래프팅을 통해 중합체 물질에 부착될 수 있다. "~로부터 그래프팅"은 광개시제 및 요망되는 아미노 폴리올 리간드를 함유하는 불포화 단량체의 존재 하에 중합체 물질의 조사에 의해 달성될 수 있다 (예를 들어, WO2016/081729 A1 (Jaber et al.) 참조). 또 다른 실행 방식에서, 중합체 물질은 전자 빔 또는 감마 조사를 사용하여 멤브레인으로부터 그래프팅을 통해 요망되는 아미노 폴리올 리간드로 부착될 수 있다. 전자 빔 또는 감마 조사를 사용한 그래프팅은 사전-조사 그래프팅 또는 동시 조사 그래프팅으로서 공지된 기술을 사용하여 달성될 수 있다.
또 다른 실행 방식에서, 중합체 물질은 수지 입자로 매립되어 하이브리드 입자/멤브레인 베이스 멤브레인을 형성할 수 있다. 예를 들어, 부착된 요망되는 아미노 폴리올 리간드를 갖는 다공성 폴리(스티렌-co-디비닐벤젠) 수지 입자가 멤브레인 압출 또는 멤브레인 캐스팅에 사용되는 중합체 혼합물에 도입될 수 있다. 이 방법을 사용하면, 생성된 다공성 중합체 멤브레인은 부착된 요망되는 아미노 폴리올 리간드를 갖는 매립된 다공성 입자를 가질 것이다. 일부 실시양태에서, 생성된 멤브레인은 다공성 입자 함유 멤브레인의 하류에 위치한 조밀한 입자 보유성 멤브레인을 가질 수 있다 (예를 들어, US 2009/0039019 A1 (Raman) 참조).
베이스 멤브레인의 중합체 물질에 도입된 아미노 폴리올 리간드의 양 (농도)은 아미노 폴리올 리간드가 요망되는 밀도로 베이스 멤브레인의 표면 상에 고정화될 수 있도록 하기에 충분할 수 있다. 리간드 용액은, 임의의 유용한 기술에 의해, 예컨대 분무에 의해, 침지에 의해, 베이스 멤브레인을 용액 중에 담그는 것 등에 의해 베이스 멤브레인의 표면에 적용될 수 있다. 바람직하게는, 베이스 멤브레인의 전체 표면, 예컨대 다공성 필터 멤브레인의 모든 내부 표면이 용액과 접촉할 수 있다. 필요한 경우, 적용 단계는, 예를 들어 다공성 필터 매질을 롤링하거나 스퀴징하여 다공성 필터의 모든 표면을 습윤화시키는 것에 의한, 필터 물질의 조작을 포함할 수 있다.
다공성 베이스 멤브레인, 뿐만 아니라 베이스 멤브레인에 아미노 폴리올 리간드를 화학적으로 부착시킴으로써 베이스 멤브레인으로부터 제조된 필터 멤브레인은 다공성 필터 멤브레인의 다양한 물리적 특성에 의해 기재될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같은, 다공성 필터 멤브레인의 예시적 다공성 베이스 멤브레인은 대향 표면 (측면), 2개의 표면을 따라 연장되는 길이 및 폭, 및 2개의 대향 표면 사이에서 연장되는 두께를 갖는 양면 시트 형태의 다공성 고체를 포함한다. 다공성 멤브레인은 멤브레인의 하나의 표면으로부터 멤브레인의 반대 표면으로 연장되는 다공성 (예: 미세다공성) 상호연결 통로 (기공, 채널, 공극)를 함유한다. 통로는 일반적으로 여과되는 원수가 통과하여야 하는 구불구불한 채널 또는 경로를 제공한다. 멤브레인의 기공을 통과하기에 충분히 작은 크기의 금속 종은 아미노 폴리올 리간드와의 상호작용에 의해, 예컨대 리간드와 금속 사이의 킬레이트화 상호작용에 의해 멤브레인 상에 포획될 수 있다. 이는 "비-체질 여과 메커니즘"으로서 언급된다.
다공성 멤브레인은 또한 원수 내에 존재하는 입자 (예: 금속 함유 입자)가 멤브레인을 통과하는 것을 물리적으로 방지하는 기능을 할 수 있다. 기공보다 큰 입자는 멤브레인으로 들어가는 것이 방지되거나 멤브레인의 구조에 의해 멤브레인을 통과하는 것이 물리적으로 방지될 수 있다 (즉, 여기서 입자는 체질형 메커니즘에 의해 제거됨). 원수는 멤브레인을 통과하여, 비-체질 또는 체질 메커니즘에 의해 제거된 감소된 양의 오염물, 예를 들어, 감소된 양의 이온성 금속 종, 감소된 양의 금속-함유 미립자, 또는 이들 둘 다를 함유하는 물의 관류(flow-through)를 제공한다.
따라서, 아미노 폴리올 리간드가 부착된 중합체 베이스 멤브레인을 포함하는, 기재된 바와 같은 다공성 필터 멤브레인은, 멤브레인을 통과하는 원수로부터 금속 및 금속 이온 오염물을 제거하기에, 뿐만 아니라 멤브레인의 기공을 통과하기에 지나치게 큰 크기를 물리적으로 갖는 물질의 제거에 효과적일 수 있다.
본 개시내용의 다공성 멤브레인은 멤브레인의 하나 이상의 특성을 참조로 하여 기재될 수 있다. 기재된 바와 같은 예시 다공성 중합체 필터 멤브레인은 기공 크기, 기포점, 및 다공도를 포함하는 물리적 특징에 의해 특성화될 수 있다. 예를 들어, 멤브레인은, 기공 크기를 반영하기 위해 통상적으로 사용되는 기포점으로 기재될 수 있다.
멤브레인의 기포점은, 특정 유체 및 기공 크기에 대하여, 멤브레인의 일정한 습윤 상태에서, 기포를 다공성 멤브레인을 통해 통과시키는 데 필요한 압력이 멤브레인의 기공 크기에 반비례한다는 개념을 기반으로 하는 기공 크기의 간접적 측정이다. 기포점을 결정하는 방법은, 멤브레인을 습윤화시키고, 멤브레인의 한쪽 측면을 기체상 유체와 접촉시키고, 이어서 기체상 유체가 멤브레인의 반대 표면으로부터 방출되는 기포로서 멤브레인을 통과할 수 있는 압력을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 다공성 물질의 기포점을 결정하기 위해, 다공성 물질의 샘플을 20-25℃ (예: 22℃)의 온도에서 에톡시-노나플루오로부탄 HFE 7200 (3M으로부터 입수가능) 중에 침액시키고 이것으로 습윤화한다. 압축 공기를 사용하여 샘플의 한쪽 측면에 기체 압력을 적용하고, 기체 압력을 점차적으로 증가시킨다. 습식 유동이 건식 유동 (습윤 용매가 없는 유동)의 절반과 동등한 차압이 기포점이라 불린다.
본 설명의 예시 필터 멤브레인에서, 다공성 필터 멤브레인 (예: 베이스 멤브레인, 또는 부착된 아미노 폴리올 리간드를 갖는 베이스 멤브레인)은 임의의 유용한 기포점을 가질 수 있으며, 유용한 기포점의 예는, 에톡시-노나플루오로부탄 (HFE-7200)이 습윤 용매로서 사용되는 경우, 또한 22℃의 온도에서, 약 2 psi 내지 약 400 psi, 약 4 psi 내지 약 200, 또는 바람직하게는 약 4 psi 내지 약 160 psi의 범위이다.
다공성 필터 멤브레인의 또 다른 특징은 멤브레인의 기공의 기공 크기, 예를 들어, 평균 기공 크기이다. 기공 크기는 공지된 기술에 의해, 예컨대 수은 기공측정 (MP), 주사 전자 현미경검사 (SEM), 액체 변위 (LLDP), 또는 원자력 현미경검사 (AFM)에 의해 측정될 수 있다.
기재된 바와 같은 다공성 멤브레인 (예: 베이스 멤브레인, 또는 부착된 아미노 폴리올 리간드를 갖는 베이스 멤브레인)은 필터 멤브레인이 필터 멤브레인으로서 작용하기에 효과적이 될 수 있게 할 임의의 기공 크기를 가질 수 있다. 기공 크기는 기포점 결정과 상관될 수 있다. 일부 실시양태에서, 다공성 필터 멤브레인은 약 0.001 마이크로미터 내지 약 5 또는 10 마이크로미터, 예를 들어, 0.01 내지 0.8 마이크로미터 범위의 평균 기공 크기를 가질 수 있다. 평균 기공 크기는 하기를 포함하는 하나 이상의 인자에 기초하여 선택될 수 있다: 유체 유속, 압력, 압력 강하 고려사항, 점도 고려사항, 처리될 액체 중의 불순물 (예컨대 금속 불순물의 양), 및 불순물의 임의의 입자 크기.
또한, 본 개시내용은 멤브레인의 두께 전반에 걸쳐 보다 높은 정도의 기공 대칭성으로 인해 일반적으로 균일한 기공 크기를 갖는 중합체 베이스 멤브레인 또는 다공성 필터 멤브레인, 뿐만 아니라 기공 비대칭성에 기인하는 불균일한 기공 크기 (가변적 기공 직경)를 갖는 멤브레인의 사용을 고려한다. 기공은 등방성 또는 비등방성, 외피형(skinned) 또는 비-외피형(unskinned), 대칭성 또는 비대칭성, 및 이들의 임의의 조합일 수 있다.
기재된 바와 같은 다공성 중합체 필터 층은 다공성 중합체 필터 층이 본원에 기재된 바와 같이 효과적이 될 수 있게 할 임의의 다공도를 가질 수 있다. 예시 다공성 중합체 필터 층은 비교적 높은 다공도, 예를 들어 적어도 60, 70 또는 80 퍼센트의 다공도를 가질 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같은, 또한 다공성 바디의 기술분야에서, 다공성 바디의 "다공도" (또한 때때로 공극률로서 언급됨)는 바디의 총 부피에 대한 퍼센트로서의 바디 내의 공극 (즉, "빈") 공간의 척도이며, 바디의 총 부피에 대한 바디의 공극의 부피의 분율로서 계산된다. 0 퍼센트 다공도를 갖는 바디는 완전히 중실이다.
기재된 바와 같은 다공성 멤브레인은 기재된 바와 같이 사용되는 필터 어셈블리에서의 사용에 적합한 임의의 유용한 또는 요망되는 기하학적 구성을 갖는 시트일 수 있다. 예시 다공성 멤브레인은 원형, 반원형, 타원형, 반타원형, 또는 다각형, 예컨대 정사각형, 직사각형, 육각형, 또는 팔각형 등으로부터 선택된 형상을 가질 수 있다. 다공성 멤브레인은 다른 것들 중에서도 특히 편평 시트, 파형 시트, 주름진 시트, 및 중공 섬유의 형태일 수 있다.
기재된 바와 같은 다공성 멤브레인은 임의의 유용한 두께, 예를 들어, 20 내지 400 마이크로미터, 예를 들어, 40 또는 80 내지 100 또는 200 마이크로미터 범위의 두께를 갖는 시트 형태일 수 있다.
기재된 바와 같이, 다공성 필터 멤브레인은, 베이스 멤브레인의 표면에 적어도 3개의 히드록실 기를 함유하는 아미노 폴리올 리간드 ("아미노 폴리올" 또는 "아미노 폴리올 리간드"), 예를 들어, n-메틸글루카민이 화학적으로 부가된, 중합체 물질로 제조된 베이스 멤브레인을 포함한다. 아미노 폴리올 리간드, 예컨대 n-메틸글루카민은, 원수를 필터 매질로 여과하는 단계에 의해 정제수 (초순수)를 형성하는 방법에서, 원수로부터 금속 이온을 제거하기 위해 (예를 들어, 비-체질 여과 메커니즘에 의해) 필터 매질의 표면에 배치시 효과적인 것으로 식별되었다.
아미노 폴리올 리간드는 n-메틸글루카민 또는 여과에 의해 (예를 들어, 비-체질 여과 메커니즘에 의해) 원수로부터 금속 이온을 제거하기에 효과적인 또 다른 아미노 폴리올 리간드일 수 있다. n-메틸글루카민 이외의 아미노 폴리올 리간드의 구체적 예는 미국 특허 공개 2020/0254398에 기재되어 있으며, 이는 그 전문이 본원에 참조로 포함된다.
공개 2020/0254398에 기재된 바와 같이, "아미노 폴리올 리간드"는 3개 이상의 히드록실 기를 함유하는 폴리올 부분 및 질소를 포함하는 화학 모이어티이다. 3개의 히드록실 기를 갖는 아미노 폴리올의 예는 3-아미노부탄-1,2,4-트리올 (트레오사미니톨), 4-아미노부탄-1,2,3-트리올, 메틸아미노글리세롤 (1-(메틸아미노)프로판-1,2,3-트리올), 2-(메틸아미노)프로판-5-아미노펜탄-1,2,4-트리올, 및 5-아미노펜탄-1,2,3-트리올을 포함한다.
4개의 히드록실 기를 갖는 아미노 폴리올의 예는 1-아미노펜탄-1,2,3,5-테트롤, 1-아미노펜탄-1,1,2,2-테트롤, 1-아미노-2,2-비스(히드록시메틸)프로판-1,3-디올, 1-아미노헥산-2,3,4,5-테트롤, 1-(메틸아미노)헥산-2,3,4,5-테트롤, 2-아미노펜탄-1,2,4,5-테트롤, 2-아미노펜탄-1,2,3,4-테트롤, 3-아미노펜탄-1,2,4,5-테트롤, 4-아미노펜탄-1,1,2,3-테트롤, 4-아미노펜탄-1,2,3,5-테트롤, 5-아미노펜탄-1,2,3,4-테트롤 (리바민); 1-아미노-1-데옥시펜티톨), 5-아미노펜탄-1,1,1,5-테트롤, 6-아미노헥산-1,2,3,4-테트롤, 및 6-(메틸아미노)헥산-1,2,4,5-테트롤을 포함한다.
５개의 히드록실 기를 갖는 아미노 폴리올의 예는 1-아미노펜탄-1,2,3,4,5-펜톨, 1-(메틸아미노)헥산-1,2,3,4,6-펜톨, 5-(메틸아미노)헥산-1,2,3,4,6-펜톨, 6-아미노헥산-1,2,3,4,5-펜톨, 5-(메틸아미노)헥산-1,2,3,4,6-펜톨, 6-(메틸아미노)헥산-1,2,3,4,5-펜톨 (n-메틸글루카민), 1-데옥시-1-(메틸아미노)-D-글루시톨), 및 6-(부틸아미노)헥산-1,2,3,4,5-펜톨을 포함한다.
６개의 히드록실 기를 갖는 아미노 폴리올의 예는 6-(3-히드록시프로필 아미노)헥산-1,2,3,4,5-펜톨, 6-(2-히드록시에틸아미노)헥산-1,2,3,4,5-펜톨, 6-(2-히드록시에틸아미노)헥산-1,2,3,4,5-펜톨, 1-(프로필아미노)헥산-1,2,3,4,5,6-헥솔, 6-(메틸아미노)헥산-1,1,2,3,4,5-헥솔, 7-(메틸아미노)헵탄-1,2,3,4,5,6-헥솔, 및 7-(프로필아미노)헵탄-1,2,3,4,5,6-헥솔을 포함한다.
７개의 히드록실 기를 갖는 아미노 폴리올의 예는 6-(2,3-디히드록시프로필아미노)헥산-1,2,3,4,5-펜톨, 1-(에틸아미노)헥산-1,1,2,3,4,5,6-헵톨, 1-(2-히드록시에틸아미노)헥산-1,2,3,4,5,6-헥솔, 및 8-(메틸아미노)옥탄-1,2,3,4,5,6,7-헵톨을 포함한다.
７개 초과의 히드록실 기를 갖는 아미노 폴리올의 예는 6-(2,2,2-트리히드록시에틸아미노)헥산-1,2,3,4,5-펜톨, 1-(2,3-디히드록시프로필아미노)헥산-1,2,3,4,5,6-헥솔, 및 6-(2,3,4,5,6-펜타히드록시헥실아미노)헥산-1,2,3,4,5-펜톨을 포함한다.
본 개시내용은 또한, 본원에 기재된 것과 같은 아미노 폴리올의 모든 거울상이성질체 및 입체이성질체를 고려한다.
아미노 폴리올 리간드를 포함하도록 화학적으로 개질된 중합체 베이스 멤브레인을 포함하는 예시 필터 멤브레인은, 베이스 멤브레인의 표면에 유용한 방식으로 부착된 아미노 폴리올 리간드를 가질 수 있다. 예는 베이스 멤브레인 중합체에 대한, 즉, 폴리올레핀에 대한 직접적 아미노 폴리올 리간드의 부착에 의해 화학적으로 개질된 폴리올레핀 (예: 폴리에틸렌)으로 제조된 다공성 중합체 베이스 멤브레인을 포함한다. 필터 멤브레인은 여과 공정 동안 액체 원수에 접촉하는 표면을 가질 수 있고, 표면은 부착된 아미노 폴리올 리간드를 원수에 제시한다. 일부 경우에, 필터 멤브레인의 아미노 폴리올 리간드-개질된 표면은 하기 화학식으로 나타낼 수 있으며: MF-N-P, 여기서 MF는 필터의 물질 (예: 폴리올레핀)이고, N은 질소이고, P는 아미노 폴리올 리간드의 폴리올 부분을 나타낸다. 다른 경우에, 아미노 폴리올 리간드-개질된 표면은 MF-L-N-P로 나타낼 수 있으며, 여기서 MF, N, 및 P는 본원에서의 정의를 갖고, L은 아미노 폴리올을 필터 물질에 연결하는 화학적 링커이다. 예시 아미노 폴리올 리간드는 베이스 멤브레인의 중합체에 화학적으로 부착 (즉, 공유 결합)된다. 다른 실시양태에서, 아미노 폴리올 리간드-개질된 표면은 Poly-N-P로 나타낼 수 있으며, 여기서 N 및 P는 본원에서의 정의를 갖고, Poly는 폴리올이 부착된 중합체 백본이다. 이 실시양태의 경우, 필터 물질은, 또한 가교될 수 있는 개질된 중합체 코팅에 의해 내부적으로 코팅된다.
베이스 멤브레인(10)의 중합체 (예: 폴리올레핀)에 직접 부착된 아미노 폴리올 리간드 (예시된 바와 같은 n-메틸글루카민)의 예가 도 1에 나타나 있다.
다공성 필터 멤브레인은 필터 멤브레인을 함유하는 하우징을 포함하고 여과 단계를 위해 액체를 멤브레인을 통해 통과시키는 필터 어셈블리의 부분으로서 존재할 수 있다. 필터 멤브레인은 필터 카트리지 또는 하우징으로서 작용하는 다른 필터 생성물 또는 어셈블리의 부분으로서 포함될 수 있다. 필터 카트리지 및 필터 멤브레인을 함유하는 하우징은 유입구 및 유출구 포트를 제외하고 유동적으로 밀봉되어 있으며, 액체가 멤브레인을 우회하지 않고 하우징에 함유된 멤브레인을 통해 유입구 포트를 통과하고 이어서 유출구 포트를 통해 하우징을 빠져나오는 것을 가능하게 할 수 있다. 하우징은 서로 일렬로 (직렬로) 있는 다수의 여과 또는 정제 디바이스를 추가로 포함할 수 있는 보다 큰 여과 또는 물 정제 시스템의 구성요소로서 포함될 수 있다.
보다 큰 여과 시스템은, 액체의 유동의 적어도 일부를 필터 멤브레인을 통해 통과시키도록, 액체 (원수)의 유동 경로에서, 예를 들어, 필터 어셈블리의 부분으로서 또는 필터 카트리지의 부분으로서, 기재된 바와 같은 필터 멤브레인을 포함할 것이고, 그에 따라 필터 멤브레인은 액체로부터 일정량의 불순물 또는 오염물을 제거한다. 구체적으로, 기재된 바와 같은 필터 멤브레인을 통과한 원수는 용해된 금속 및 금속 이온 (예: 용해된 철, 티타늄, 붕소), 용해된 실리카, 실리카의 입자 (콜로이드 또는 고체 입자)로부터 선택된 불순물을 제거하는 데 효과적일 수 있다.
필터 어셈블리 또는 필터 카트리지의 구조는, 유체를 필터 유입구로부터 필터 물질 (예: 필터 멤브레인)을 통해, 또한 필터 유출구를 통해 유동시키도록 필터 어셈블리 또는 필터 카트리지 내의 필터 멤브레인을 지지하는 다양한 추가의 물질 및 구조 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 필터 어셈블리 또는 필터 카트리지에 의해 지지되는 필터 멤브레인은 임의의 유용한 형상, 예를 들어, 다른 것들 중에서도 특히, 주름진 실린더, 실린더형 패드, 하나 이상의 주름지지 않은 (편평한) 실린더형 시트, 주름진 시트일 수 있다.
도 2를 참조하면, 필터 장치의 일례의 개략도, 및 유동하는 액체 원수로부터의 금속 오염물의 제거 방법이 예시되어 있으며, 여기서 원수는 아미노 폴리올 리간드를 포함하는 다공성 중합체 필터 멤브레인을 통과한다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 필터 장치(100)는 다공성 중합체 베이스 멤브레인의 표면에 부착된 아민 폴리올 리간드를 포함하는 다공성 중합체 필터 멤브레인(102)을 포함한다. 필터 장치(100)는, 필터 장치(100)의 외부 구조를 제공하고, 필터 멤브레인(102)을 함유하는 필터의 내부 부분을 유동적으로 밀봉하는 하우징(104)을 포함한다. 하우징(104)은 실린더형, 다각형 등과 같은 임의의 형상 및 크기일 수 있다.
필터 장치(100)는 여과될 원수를 수용하기 위한 유입구 포트(106)를 포함한다. 유입구 포트(106)는 원수의 유동을 공급하는 유체 공급 라인 (나타내지 않음)에 연결되도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 유입구 포트(106)는 유체 공급으로의 연결을 용이하게 하기 위해 밸브, 개스킷 등 (나타내지 않음)을 포함할 수 있다. 원수는 유입구 포트(106)를 통해 화살표(116)로 표시된 방향으로, 또한 다공성 중합체 필터 멤브레인(102)의 입력부-대면 표면(124), 하우징(104)의 내부 표면, 및 유입구 포트(106)에 의해 정의되는 헤드스페이스(114) 내로 유동할 수 있다.
필터 장치(100)의 내부 부분은 임의의 적합한 배치 또는 배열로 필터 멤브레인(102)을 함유하며, 도 2는 디스크-유사 형상을 갖는 필터 멤브레인(102)을 나타낸다 (단면도가 나타나 있음). 멤브레인의 외부 원주와 같은 필터 멤브레인(102)의 하나의 연부(122)는 하우징(104)의 내부 표면과 접촉하거나 다른 방식으로 그와 액밀 밀봉을 형성할 수 있다. 필터 멤브레인(102)은 또한, 원수와 최초 접촉하는 입력부-대면 표면(124), 및 감소된 양의 오염물 (금속, 금속 이온 등)을 갖는 처리된 (여과된) 원수가 유동하는 출력부-대면 표면(126)을 포함한다.
필터 장치(100)는 임의로 필터 장치의 내부에서 필터 멤브레인(102)을 지지하는 하나 이상의 구조를 포함한다. 프레임, 프레임, 브래킷, 클립, 웹, 네트, 카트리지, 또는 케이지, 또는 접착제 등의 필터 멤브레인(102)을 지지하기 위한 임의의 배열이 사용될 수 있고, 멤브레인(102)을 지지하는 데 유용할 수 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 필터 장치(100)는 프레임 부분(110 및 112)을 갖는 프레임을 포함하며, 프레임 부분(110)은 하우징(104)의 내부 표면과 접촉하고, 이는 부분(112)에 부착된다. 부분(112)은 멤브레인(102)의 출력부-대면 표면(124)과 접촉할 수 있고, 여과 동안 멤브레인(102)에 대한 지지를 제공할 수 있다. 프레임 부분(112)은, 멤브레인(102)을 통한 원수의 유동에 의해 유발되는 유체 압력 하에 중합체 다공성 필터 멤브레인(102)의 구조적 지지를 여전히 제공하면서, 여과된 액체가 필터 장치(100)의 내부의 백스페이스(120) 내로 통과하도록 자유롭게 허용하기 위한 그리드-유사 구조를 가질 수 있다.
사용시, 원수와 같은 액체는 화살표(116)로 표시된 방향으로 유입구 포트(106)를 통해 필터 장치(100)로 들어가고, 이어서 필터 장치(100) 내의 헤드스페이스(114)를 충전시킨다. 원수를 다공성 중합체 필터 멤브레인(102)을 통해 요망되는 유속으로 이동시키기 위해 충분한 유체 압력이 적용된다. 필터 멤브레인(102)을 통과한 후, 원수는 백스페이스(120)로 들어가고 이어서 유출구(108)를 통해 하우징(104)을 빠져나온다.
여과 공정에서 사용 동안, 기재된 바와 같은 필터 멤브레인, 또는 기재된 바와 같은 적어도 하나의 필터 멤브레인을 포함하는 복합체 ("적층형") 필터 멤브레인 (하기 참조)은, 필터 멤브레인을 통한 유체 (예: 원수)의 유용한 유속 (시간 당 부피)을 가능하게 하여야 한다. 유체 유동의 유용한 속도는, 정제수의 필요한 유동 (시간 당 부피)을 갖는 반도체 가공처리 장비 등의 장비를 공급하기 위해, 필터 멤브레인으로, 여과 시스템의 효율적인 (바람직하게는 경제적으로 효율적인) 작동을 가능하게 하는 속도이다.
기재된 바와 같은 다공성 멤브레인에 대한 예시적 유속은 약 0.1 L/min 내지 약 40 L/min, 또는 보다 바람직하게는 약 10 L/min 내지 약 30 L/min (리터/분)의 범위일 수 있다. 대안적으로, 다공성 멤브레인을 통한 유체의 유속은 압력 및 시간 당 필터의 면적 당 액체 유동량 (예: 리터/m2/h = LMH), 예컨대 약 100 LMH/bar 내지 약 30,000 LMH/bar, 또는 보다 바람직하게는 약 5,000 LMH/bar 내지 약 15,000 LMH/bar로 표현될 수 있다.
기재된 바와 같은 특정 예시 필터 멤브레인에 따라, 필터 멤브레인은 멤브레인을 통해 유동하는 원수로부터 동일한 또는 상이한 오염물을 제거하기에 효과적인 2개 이상의 필터 멤브레인을 포함하는 복합체 멤브레인 (즉, "적층형 멤브레인")의 하나의 층일 수 있다. 복합체 멤브레인은, 기재된 바와 같이, 부착된 아미노 폴리올 리간드를 갖는 베이스 중합체로 제조된 적어도 하나의 필터 멤브레인을 포함할 수 있다. 이 멤브레인은, 예를 들어, 비-체질 여과 메커니즘에 의해, 필터 멤브레인을 통한 원수의 유동으로부터 용해된 금속-함유 오염물 (예: 용해된 금속, 금속 이온, 또는 금속 화합물), 예컨대 붕소 뿐만 아니라 실리카 등의 오염물을 효과적으로 제거할 것이다. 제2 멤브레인은 제1 멤브레인과 상이할 수 있고, 원수로부터 다른 (예: 비-금속 또는 비-용해된 금속 또는 금속 이온) 유형의 오염물을 제거하기에 효과적일 수 있고, 예를 들어, 고체 미립자 오염물, 예컨대 실리카 (SiO2) 입자를 제거하기에 효과적일 수 있다.
고체 미립자 오염물, 예컨대 실리카 입자를 제거하는 데 유용한 다공성 중합체 필터 멤브레인은 공지되어 있고, (예를 들어) 아미노 폴리올 리간드를 필요로 하지 않는 본원에 기재된 중합체 필터 멤브레인의 형태일 수 있다. 일반적으로, 유용한 필터 멤브레인은 미세다공성이고 (예를 들어, 10 나노미터 내지 10 마이크로미터 범위의 평균 기공 크기를 가짐), 유용한 중합체, 예컨대 폴리술폰, 폴리올레핀 (예: 폴리에틸렌), 또는 플루오로중합체 (예: 플루오린화된 폴리올레핀) (제한 없이)로 제조된 것일 수 있다. 예시 멤브레인은 약 10 내지 100, 예를 들어, 40 내지 60 psi 범위의 기포점 (HFE로 측정됨)을 가질 수 있고, 체질 메커니즘 및 비-체질 메커니즘의 조합에 의해 실리카 입자를 제거하기에 효과적일 수 있다.
복합체 멤브레인은 또한, 복합체의 구조를 유지하도록 작용하는 하나 이상의 추가의 층, 즉, 하나 이상의 지지 층을 함유할 수 있다. 지지 층은, 원수가 멤브레인을 통해 한쪽 측면으로부터 다른 측면으로 유동할 수 있게 하면서, 복합체 멤브레인에 대한 지지를 제공하기 위해 복합체 멤브레인에 지지형으로 부착된 다공성 멤브레인 또는 필름이다. 예시 지지 층은 임의의 여과 기능을 수행할 필요가 없고, 지지 층을 통한 원수의 유동에 대한 저항이 복합체 멤브레인의 필터 멤브레인의 유동에 대한 저항보다 더 낮도록, 복합체의 필터 멤브레인의 것들보다 실질적으로 더 큰 기공 또는 개구를 가질 수 있다.
예시 지지 멤브레인은, 복합체에 대한 지지를 추가하기 위한 구조 및 두께를 갖는 임의의 유용한 중합체로 제조된 거대다공성 중합체 필름을 포함할 수 있다. 기공은 확대 없이 가시적인 개구부 또는 천공부일 수 있다. 중합체는 폴리올레핀 또는 개질된 폴리올레핀 중합체, 예를 들어, 고밀도 폴리올레핀, 폴리프로필렌, 퍼플루오로 알콕실 등과 같은 충분히 구조적이고 비-화학 반응성인 (불활성인) 임의의 중합체일 수 있다.
도 3은 본 설명의 복합체 멤브레인의 하나의 단일 예의 개략도이다. 개략적으로 나타낸 바와 같이, 복합체 멤브레인(150)은 상류 표면(152), 하류 표면(162), 상류 비-여과 지지 멤브레인(154), 필터 멤브레인(156), 추가의 필터 멤브레인(158), 및 하류 비-여과 지지 멤브레인(160)을 포함한다.
상류 비-여과 지지 멤브레인(154)은 복합체 멤브레인(150)에 대한 물리적 및 구조적 지지를 제공하는 비-여과 멤브레인 바디이다. 상류 지지 멤브레인(154)은 다공성이고, 복합체의 유동에 대한 총 저항에 비해 비교적 낮은 저항으로 멤브레인을 통한 원수의 유동을 가능하게 한다. 필터 멤브레인(156)은, 화학적으로 부착된 아미노 폴리올 리간드를 갖는 기재된 바와 같은 다공성 중합체 베이스 멤브레인을 포함하는, 기재된 바와 같은 필터 멤브레인이다. 필터 멤브레인(158)은 실리카 입자 등의 고체 입자를 포함하는 오염물의 여과 기능을 수행하도록 적합화된 멤브레인이다. 하류 지지 멤브레인(160)은 다공성이고, 복합체의 유동에 대한 총 저항에 비해 비교적 낮은 저항으로 멤브레인을 통한 원수의 유동을 가능하게 한다.
사용시, 원수는 상류 표면(152)으로 들어가고, 상류 비-여과 지지 멤브레인(154)을 통과하고, 화학적으로 부착된 아미노 폴리올 리간드를 갖는 기재된 바와 같은 다공성 중합체 베이스 멤브레인을 포함하는 필터 멤브레인(156)에 접촉하고 이를 통과한다. 필터 멤브레인(156)을 통한 원수의 통과는, 멤브레인(156)이, 예를 들어, 비-체질 여과 메커니즘에 의해, 원수로부터 용해된 오염물, 예컨대 용해된 금속을 제거하는 것을 가능하게 한다. 다음으로 원수는 필터 멤브레인(158)을 통과하고, 이는, 체질 여과 메커니즘에 의해, 원수로부터 입자 오염물, 예컨대 실리카 입자를 제거할 수 있다. 이어서 원수는 하류 비-여과 지지 멤브레인(160)을 통과한다.
도 4에 나타낸 또 다른 예에서, 필터 장치(200)는 제1 다공성 중합체 멤브레인(202) 및 제2 다공성 중합체 멤브레인(222)을 포함한다. 2개의 중합체 멤브레인(202, 222)은 복합체 멤브레인에 포함될 수 있거나, 제2 다공성 중합체 멤브레인(222)의 입력부-대면 표면과 직접 접촉하는 제1 다공성 중합체 멤브레인(202)의 출력부-대면 표면을 가지며 직렬로 배열된 별도의 멤브레인일 수 있다. 제1 및 제2 다공성 중합체 멤브레인(202, 222) 중 적어도 하나는 기재된 바와 같은 그에 부착된 아미노 폴리올 리간드를 갖는다. 필터 장치(200)는 하우징(204), 유입구 포트(206), 헤드스페이스(214), 여과 동안 멤브레인을 지지하기 위한 프레임 부분(210 및 212)을 갖는 프레임, 백스페이스(220), 및 유출구 포트(208)를 포함한다.
멤브레인(202 및 222)의 유용한 조합의 하나의 단일 예에 따라, 필터 멤브레인(222)은 다공성 중합체 베이스 멤브레인 및 아미노 폴리올 리간드를 함유하는 기재된 바와 같은 필터 멤브레인일 수 있다. 이 멤브레인은, 예를 들어, 비-체질 여과 메커니즘에 의해, 필터 멤브레인(222)을 통한 원수의 유동으로부터 일정량의 용해된 금속, 금속 이온, 또는 금속-함유 화합물, 예컨대 붕소를 효과적으로 제거할 것이다. 멤브레인(202)은, 예를 들어, 고체 미립자 오염물, 예컨대 실리카 (SiO2) 입자를 제거하기에 효과적인, 원수로부터 다른 (비-용해된 금속 또는 금속 이온) 오염물을 제거하기에 효과적인 다공성 중합체 멤브레인일 수 있다.
또한 도 4에 나타낸 필터 장치(200)는 프레임 부분(210 및 212)을 갖는 프레임을 포함하며, 여기서 프레임 부분(210)은 하우징(204)의 내부 표면과 접촉되고, 이는 부분(212)에 부착된다. 부분(212)은 멤브레인(222)의 출력부-대면 표면(224)과 접촉될 수 있고, 여과 동안 멤브레인(202 및 222)에 대한 지지를 제공할 수 있다.
예시 여과 시스템에서, 기재된 바와 같은 필터 멤브레인 또는 기재된 바와 같은 필터 멤브레인을 포함하는 필터 장치는, 설명의 필터 멤브레인 (베이스 멤브레인 및 부착된 아미노 폴리올 리간드를 함유함)을 통해 또한 여과되는 원수의 유동으로부터 불순물을 또한 제거하는 하나 이상의 추가의 여과 또는 정제 디바이스를 추가로 함유하는 보다 큰 여과 시스템에서 유용할 수 있다. 하나 이상의 추가의 여과 또는 정제 디바이스는, 예를 들어, 다른 것들 중에서도 특히, 설명의 필터 멤브레인 (베이스 멤브레인 및 부착된 아미노 폴리올 리간드를 함유함)을 통해 원수가 통과하기 전 또는 통과한 후에 원수로부터 미량의 불순물을 제거하는 이온-교환 시스템, UV-조사 디바이스, 역삼투압 디바이스를 포함할 수 있다.
이온-교환 수지는 액체로부터 불순물을 제거하는 다양한 특정 응용에 대해 공지되어 있다. 이들은, 일반적으로, 산업용 수 처리, 발전, 제약 응용, 폐수 및 회수를 위한, 또한 초순수 제조에서의 사용을 위한 것을 포함한다. 초순수의 제조 또는 가공처리에서의 사용을 위해 특별히 지시된 이온-교환 수지의 예는 스티렌계 중합체 (예: 폴리스티렌 술포네이트)로 제조된 수지를 포함한다. 이온-교환 수지는 "강산성 양이온 교환 수지" 또는 "강염기성 음이온 교환 수지"로서 언급되는 유형 또는 이들 둘 다를 포함하는 혼합 유형의 것일 수 있다. 이온-교환 수지는 겔의 형태일 수 있거나, 다공성 또는 비-다공성일 수 있거나, 고체 입자 (예: 비드 또는 펠릿)의 형태일 수 있다. 일부 이온-교환 수지는 사용 기간 후에 재생될 수 있고 ("재생가능"임), 다른 수지는 재생될 수 없다.
도 5a에 나타낸 바와 같이, 여과 시스템(300)은 필터 장치(310)를 포함하고, 이는 베이스 멤브레인 및 부착된 아미노 폴리올 리간드를 함유하는, 기재된 바와 같은 다공성 필터 멤브레인(302)을 함유하고 둘러싸는 하우징(308)을 포함한다. 일부 실시양태에서는, 상기에 기재된 복합체 멤브레인(150)과 같은 복합체 멤브레인이 도 5a 및 5b에 나타낸 필터 장치(310)에 배치된 필터 멤브레인으로서 사용될 수 있다. 필터 장치(310)와 직렬로 그의 하류에는, 이온-교환 수지(322)를 포함하는 필터 장치(320)가 있다. 여과 시스템(300)의 작동 동안, 원수(316)는 필터 장치(310)의 유입구(306) 내로 유동하고, 이어서 필터 멤브레인(302)을 통과하고, 여기서는 원수가 멤브레인(302)을 통과함에 따라 금속-함유 오염물이 원수로부터 제거된다. 이어서 여과된 원수는 도관(328)을 통해, 또한 필터 장치(320)의 하우징(324) 내로 통과한다. 원수는 이온-교환 수지(322)의 고체 입자 (예: 비드, 펠릿)를 통해, 이들을 지나, 또는 이들 사이를 통과하여, 추가량의 불순물이 원수로부터 제거되도록 한다. 예시 이온-교환 수지는 일정량의 용해된 금속 오염물, 예컨대 용해된 철, 티타늄, 및 붕소, 뿐만 아니라 다른 금속 (음이온성, 양이온성, 또는 중성 전하일 수 있음)을 제거하는 데 유용할 수 있다. 필터 장치(320) 및 이온 교환 수지(322)를 통과한 후, 원수는 초정제수로 고려될 수 있는 정제수(340)로서 하우징(324)을 빠져나온다.
도 5b는 필터 장치(310) 및 필터 장치(320)를 반대 순서로 포함하는 대안적 여과 시스템(300)을 나타낸다. 도 5b에서, 원수는 먼저 필터 장치(320)를 통과하고, 이어서 필터 장치(310)를 통과한다.
본 개시내용의 필터 멤브레인 또는 이러한 필터 멤브레인을 포함하는 복합체 멤브레인은, 비교적 낮은 수준의 불순물을 포함하는, 예를 들어, 이미 실질적으로 순수한 또는 여과 또는 정제 단계에 의해 이전에 가공처리된 수원 ("원수")의 여과에 유용할 수 있다. 예시 방법에서, 이전에 불순물 제거를 위해 가공처리된 원수가 제공될 수 있고, 원수를 기재된 바와 같은 필터 멤브레인을 사용하여 가공처리하여 일정량의 잔류 불순물, 예컨대 용해된 금속 불순물을 제거하여, 더욱 더 정제된 물 (즉, "정제수" 또는 "초순수")을 생성할 수 있다. 특히, 기재된 바와 같은 다공성 중합체 필터 멤브레인은 멤브레인을 통해 유동하는 원수로부터 하나 이상의 용해된 및/또는 현탁된 금속-함유 불순물을 제거하는 데 유용할 수 있다. 고체 입자 불순물은 체질 메커니즘에 의해 또는 비-체질 메커니즘에 의해, 또는 이들 둘 다에 의해 원수로부터 제거될 수 있고, 용해된 금속 불순물은 필터 멤브레인의 아미노 폴리올 리간드의 히드록실 기에 대한 용해된 불순물의 결합을 포함하는 비-체질 메커니즘에 의해 원수로부터 제거될 수 있다. 비교적 큰 금속-함유 입자는 기공 크기에 따른 크기 제한에 의해 필터에 의해 포획될 수 있고, 그렇지 않은 경우 필터 멤브레인의 기공을 통과하기에 충분히 작은 금속 이온은 멤브레인 표면에 고정화되어 부착된 아미노 폴리올 리간드와의 화학적 상호작용에 의해 포집된다.
구체적 방법에서는, 베이스 멤브레인에 부착된 아미노 폴리올 리간드를 포함하는, 기재된 바와 같은 필터 멤브레인을 사용하여, 예를 들어 요망되는 제조 공정, 예를 들어 반도체 또는 마이크로전자 디바이스 제조 공정에서 물을 사용하기 위해, 바람직하게 감소될 수 있는 이들 물질의 수준을 함유하는 원수로부터 금속 오염물 (용해된 금속 및 금속 이온)을 제거할 수 있다. 금속 오염물 ("불순물")은 용해된 금속 및 금속 화합물, 예컨대 붕소, 철, 티타늄, 규소, 다른 용해된 금속, 금속 화합물 (예: 콜로이드 또는 고체 실리카)의 입자를 포함하고, 이는 대전 (이온성, 예를 들어, 음이온성 또는 양이온성) 또는 비-대전 (비-이온성, 중성 전하)될 수 있다.
원수는 요망되는 높은 또는 매우 높은 수준의 순도로 물을 가공처리하기 위한, 예를 들어 물을 초순수로서 언급되는 물로 가공처리하기 위한 단계로서, 오염물, 입자, 침강물을 제거하기 위해 이전에 가공처리된 물일 수 있다.
초순수는 하천수, 지하수, 산업용수 등과 같은 저장수(stock water) (비-정제수)의 공급원을 저장수 중의 일정량의 현탁 물질 및 유기 물질을 제거하기 위한 "전처리" 공정으로 처리하여, "1차 순수"로서 언급되는 것을 생성함으로써 생성된다. 1차 순수는 초순수의 하나 이상의 물리적 특성 또는 불순물 수준을 나타낼 수 있지만 (하기 표 1 참조), 용해된 금속 또는 용해된 고체, 또는 콜로이드 실리카 등의 잔류 불순물의 일부를 제거하기 위한 추가 처리로부터 이익을 얻을 수도 있다. 1차 순수는 물로부터 매우 높은 정도의 잔류 불순물을 제거하기 위한 하나 이상의 추가의 여과 또는 정제 단계에 의해 처리될 수 있다.
초순수를 제조하는 후속 단계에서는, 1차 순수를 자외선 조사, 이온-교환, 전기탈이온화 (EDI), 역삼투압 (RO), 탈기, 한외여과 (멤브레인 사용) 등의 임의의 하나 이상의 단계에 의해 처리하여, 1차 순수 중에 존재할 수 있는 일정량의 미량 불순물, 예컨대 미량의 이온, 유기 물질, 미세 입자, 용해된 기체 등을 제거할 수 있다.
초순수의 불순물 함량은 총 유기 탄소 함량 (TOC), 비저항 및 전도도, 총 고체 입자 함량, pH, 및 특정 이온의 특수 측정으로 측정될 수 있다.
기재된 바와 같은 수원은 초순수 제조를 위한 적어도 하나의 정제 (예: 여과) 단계를 거친 물인 "1차 순수"로서 언급되는 수원일 수 있다. 대안적으로, 수원은 "1차 순수"를 형성하기 위한 제1 정제 단계 뿐만 아니라 자외선 조사, 이온-교환, 역삼투압, 한외여과 (멤브레인 사용), 또는 이들 중 둘 이상으로부터 선택된 하나 이상의 추가의 정제 단계를 거친 수원일 수 있다. 이러한 수원은 여전히 미량의 용해된 금속-함유 오염물, 예컨대 용해된 붕소, 철, 티타늄, 또는 규소를 함유할 수 있으며, 또한 미량 또는 소량의 고체 입자, 예컨대 실리카 입자를 함유할 수 있다. 본 설명의 필터 멤브레인, 필터 장치, 또는 여과 시스템은 잔류 오염물의 적어도 일부를 제거하는 데 유용하다.
기재된 바와 같은 방법은 불순물의 하기 수준 중 하나 이상을 나타내는 초순수를 생성하기에 효과적일 수 있다:
표 1
Figure pct00001
반도체 응용에서의 사용을 위해 통상적으로, 0.01 μg/L 이하의 개개의 금속 불순물 농도를 갖는 초순수가 사용된다. 보다 최근에는, 훨씬 더 높은 수준의 순도, 예컨대 1 ng/L 이하의 개개의 금속 불순물 농도가 요구될 수 있다.
기재된 바와 같은 필터 멤브레인은, 일례에서, 예를 들어, 제조 동안, 마이크로전자 디바이스 기판 또는 반도체 디바이스 기판의 표면을 세정하거나 제조하기 위한 헹굼수로서, 반도체 또는 마이크로전자 디바이스 가공처리 시스템에 정제수 (예: 초순수)를 공급하는 데 유용할 수 있다.
도 6은 집적 회로 또는 반도체 물질과 같은 마이크로전자 구성요소가 제작되는 챔버(402)를 포함하는 반도체 제작 시스템(400)을 나타낸다. 챔버(402)는 챔버(402) 내에 함유된 마이크로전자 디바이스 또는 반도체 기판의 가공처리 (예: 세척)를 위한 정제수 (예: 초순수)를 수용할 수 있다. 정제수는 공급원(412)으로부터 함유되고 전달된 원수로부터 제공될 수 있고, 필터(435)를 사용하여 추가로 가공될 수 있다. 도관(416)을 통한 원수의 이동은 펌프(414)에 의해 영향 받을 수 있다. 밸브(430)는 도관(416)과 유체 소통되고 필터(435)로의, 또한 이후에 도관(438)을 통해 챔버(402)로의 원수의 유동을 조절할 수 있다. 필터(435)는 베이스 멤브레인에 부착된 아미노 폴리올 리간드와 베이스 멤브레인을 포함하는, 본원에 기재된 바와 같은 필터 멤브레인을 포함할 수 있다. 필터(435)에 의해 제거된 불순물과 상이한 또는 그 이외의 불순물을 제거하기 위해 필터(435)와 직렬의 하나 이상의 추가의 여과 또는 정제 디바이스가 포함될 수 있다. 임의적 추가의 필터 디바이스 (나타내지 않음)는, 필터(435)로부터 상류 또는 하류에 있을 수 있는 이온-교환 수지, 자외선 조사 장비, 역삼투압 장비 등 중 하나 이상일 수 있다.
사용시, 원수는 공급원(412)으로부터, 펌프(430)를 통해, 일정량의 미량 오염물, 예컨대 용해된 금속-함유 오염물 (예: 붕소, 규소 등)을 제거하는 필터(435)를 통해 유동한다. 원수는 또한 임의적 이온-교환 시스템을 통해 유동하고, 필터(435) 및 임의적 이온-교환 시스템에 의해 여과된 물은, 마이크로전자 디바이스 또는 반도체 디바이스 기판의 표면의 세척을 위한 것과 같은 챔버(402) 내에서 수행되는 가공처리 단계에서 사용될 수 있다.
실시예
입자 보유 시험
본 설명의 필터 멤브레인을 입자 보유를 포함한 여과 성능에 대해 시험하였다. 입자 보유는 유체 스트림 중에 배치된 멤브레인에 의해 유체 스트림으로부터 제거되는 시험 입자의 수를 측정함으로써 평가될 수 있다. 하나의 방법에 의해, 입자 보유는, 기지의 양 (농도)의 시험 입자 (기지의 농도, 평균 크기, 및 크기 분포의 입자의 집합)를 함유하는 시험 공급 액체의 유동을 멤브레인을 통해 시험 공급 액체의 일정한 유동으로 통과시키고, 투과물을 수집하여 투과물의 입자 함량을 측정함으로써 측정될 수 있다. 시험은 필터의 다양한 수준의 입자 커버리지 ("필터 커버리지"로서 언급됨, 예를 들어 0.05 단층, 0.1 단층 및 0.2 단층 커버리지, 즉 5 퍼센트 필터 커버리지, 10 퍼센트 필터 커버리지, 및 20 퍼센트 필터 커버리지)에서 수행될 수 있다. 여과물 (또는 "투과물") 중의 시험 입자의 농도는 투과물의 흡광도로부터 계산될 수 있다. 이어서, 여과물 중의 입자의 농도 ([여과물])에 대한 공급물 중의 입자의 농도 ([공급물])를 기반으로 하는, 하기 등식을 사용하여 입자 보유가 계산된다.
입자 보유 = ([공급물]-[여과물])/[공급물] x 100
SEMI C79 시험 방법 (2019년 8월)을 사용하여 본 설명의 필터 멤브레인의 입자 보유 시험을 수행하였다. 도 7은 효과적인 시험 방법의 개략도이다 (하기 참조: https://store-us.semi.org/products/c07900-semi-c79-guide-to-evaluate-the-efficacy-of-sub-15-nm-filters-used-in-ultrapure-water-upw-distribution-systems).
도 7을 참조하면, 하기 물질, 장비, 및 조건을 사용하여 시험을 수행하였다:
플러쉬 유속: 10 리터/분 (LPM)
시험 동안 유속: 멤브레인 표면적 기준 (본 발명자들의 시험에서는: 11.2 LPM)
입자 유형: SiO2
입자 크기: 6-32 nm (다분산성)
측정 도구: DMA / CPC 기반 LNS
1.5E9 입자 ≥ 6 nm의 표적 챌린지를 갖는 챌린지 필터
DMA = 차동 이동도 분석기
CPC = 응축 입자 카운터
LNS = 액체 나노사이저
2개의 필터를 시험하였다: 필터 1 (비교용) 및 필터 2 (본 발명).
불균질 모폴로지를 갖는 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE) 베이스 멤브레인으로부터 필터 1을 제조하였고, 이는 임의의 아미노 폴리올 리간드, 예컨대 화학적으로 부착된 4급 암모늄을 포함하도록 가공처리되지 않은 것이다. 필터 1의 특성은 하기를 포함한다: 기포점: 30 내지 60 psi, 염료 결합 용량 < 0.1 μg/cm2.
필터 2는 중합체 표면에 부착된 4급 암모늄을 포함하도록 개질된 필터 1의 베이스 멤브레인이다. 필터 2의 특성은 하기를 포함한다: 기포점: 30 내지 60 psi, 염료 결합 용량 (DBC): 적어도 10 μg/cm2.
시험 결과가 도 8, 9, 및 10에 나타나 있다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 다양한 입자 직경에 걸친 비교용 필터 1에 의한 시험 입자의 보유는 모든 직경에서 100 퍼센트 훨씬 미만 범위이지만, 그 범위의 입자 직경에 걸친 본 발명의 필터 2에 의한 시험 입자의 보유는 모든 직경에서 100 퍼센트에 있다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 다양한 입자 직경 및 다양한 필터 커버리지 (퍼센트 단층)에 걸친 비교용 필터 1에 의한 시험 입자의 보유는 모든 직경 및 필터 커버리지 양에서 100 퍼센트 훨씬 미만 범위이다. 그에 비해, 도 10은, 본 발명의 필터 2의 경우, 입자 보유가 모든 입자 직경에서, 또한 그 범위의 필터 커버리지 (퍼센트 단층)에 걸쳐 100 퍼센트임을 보여준다.
붕소 제거에 대한 정적 시험
본 설명의 멤브레인을 정적 담금 (비-유동) 조건 하에 붕소를 제거하는 그의 능력에 대하여 시험하였다. 이 시험에 의하면, 필터 멤브레인의 샘플을 기지의 양 (농도)의 용해된 붕소를 함유하는 기지의 부피의 액체 시험 용액 ("스파이킹된 공급물")에 노출시킨다. 샘플 필터 멤브레인을, 스파이킹된 공급물로부터의 붕소가 비-체질 여과 메커니즘에 의해, 예를 들어, 샘플 필터 멤브레인의 표면에 대한 붕소의 정전기 또는 화학적 인력, 흡착, 또는 또 다른 유형의 부착 또는 인력에 의해, 스파이킹된 공급물로부터 제거될 수 있게 하는 시간 동안, 스파이킹된 공급물에 접촉시킨다 (스파이킹된 공급물 중에 침지시킴). 필터 멤브레인에 대한 붕소의 비-체질 인력을 가능하게 하는 양의 시간 후, 필터 멤브레인 샘플과 접촉된 액체 시험 용액 중의 붕소의 농도를 측정한다. 액체 시험 용액 중의 붕소의 농도 감소는 샘플 필터 멤브레인에 의해 제거된 붕소의 양을 나타낸다.
3개의 샘플 필터 멤브레인을 시험하였다: Tech A (본 발명), Tech B (비교용, 본 발명의 것이 아님), 및 Tech C (비교용, 본 발명의 것이 아님).
Tech A 멤브레인을 실질적으로 균질한 모폴로지 및 0.2 um의 평균 기공 크기, 80 마이크로미터의 두께를 갖는 폴리에틸렌 초고분자량 폴리에틸렌 (UPE)의 베이스 멤브레인으로부터 제조하였다. 멤브레인을 N-메틸-D-글루카민의 안정적 코팅으로 표면 개질하였다. 멤브레인의 표면 상에서 접근가능한 대전된 아민의 양을 나타내는 DBC 시험을 수행함으로써 N-메틸-D-글루카민 개질의 양을 정량화하였다. Tech A의 DBC는 120 μg/cm2로 결정되었다.
Tech B 멤브레인을 실질적으로 균질한 모폴로지 및 30 nm의 평균 기공 크기, 25-60 마이크로미터의 두께, 및 적어도 10 μg/cm2의 DBC를 갖는 4급 암모늄의 안정적 코팅으로 표면 개질된 PTFE 멤브레인으로부터 제조하였다.
Tech C는 실질적으로 균질한 모폴로지 및 0.2 마이크로미터의 평균 기공 크기, 및 80 마이크로미터의 두께를 갖는, 술폰산 관능기로 개질된 초고분자량 폴리에틸렌 멤브레인이었다. 술폰산 관능기로 개질된 UPE 멤브레인은 4.2 meq/m2의 이온-교환 용량을 나타낸다.
샘플 필터 멤브레인의 크기는 47 밀리미터 원형 쿠폰이었다. 시험 용액의 부피는 25 밀리리터였다. 샘플 필터 멤브레인의 양을 시험 용액 중에 침지시켰다: 16시간. ICP-MS를 사용하여 액체 시험 용액 중의 붕소의 농도를 측정하였다.
결과가 도 11에 나타나 있다. 나타낸 바와 같이, 본 발명의 필터 멤브레인 (Tech A)은 용해된 붕소의 본질적으로 전량을 제거하였지만, 비교용의 본 발명의 것이 아닌 필터 멤브레인 (Tech B 및 Tech C)은 시험 용액 중의 용해된 붕소의 단지 소량을 제거하였다.
N-메틸-D-글루카민이 부착된 양으로 대전된 멤브레인의 염료 결합 용량의 결정.
실시예는, 음으로 대전된 염료 분자 폰세우(Ponceau) S의 흡취(uptake)를 측정함으로써 다공성 멤브레인 상에 존재하는 양전하의 정도를 근사화할 수 있는 방법을 보여준다.
이 방법을 사용하여 표면 개질된 UPE 멤브레인 (Tech A)에 적용된 전하의 양을 측정한다. 먼저, 50% 이소프로판올 중의 50 mL의 희석 (0.005% 중량 백분율) 폰세우 S 적색 염료 (시그마 알드리치(Sigma Aldrich)) 공급 용액을 함유하는 50 mL 원추형 튜브 내에 기지의 면적을 갖는 쿠폰을 배치하고, 즉시 튜브를 캡핑하고 16시간 동안 회전시킨다. 16시간 회전 후, 멤브레인 쿠폰을 폰세우 S 용액으로부터 제거한다. 회전된 용액과 비교하여 원래의 용액으로부터의 UV 흡광도 차이를 결정함으로써, 최종 "염료-결합 용량" (DBC)을 계산하고 μg/cm2로 표현할 수 있다. 이 수치는 멤브레인의 표면 상의 대전된 관능 기의 수준의 근사치이며, 멤브레인 이온-교환 용량의 수준과 상관된다. 부착된 N-메틸-D-글루카민의 존재로 인해 대전된 아민이 존재하는 경우, DBC는 멤브레인 표면 상의 코팅에 부착된 N-메틸-D-글루카민의 양을 나타낸다. 개질되지 않은 UPE 멤브레인 (베이스 멤브레인)의 폰세우 S DBC는 0.00 μg/cm2였고, N-메틸-D-글루카민 표면-개질된 멤브레인에 대한 DBC는 120 μg/cm2인 것으로 결정되었다. 동일한 방법이 이들 실시예의 다른 멤브레인의 DBC를 결정하는 데 유용할 수 있다.
붕소 제거에 대한 동적 시험
Tech A 멤브레인을 동적 조건 하에 붕소를 포함한 용해된 금속을 제거하는 용량에 대하여 시험하였다. 이 시험에 의하면, 필터 멤브레인의 샘플 (쿠폰)을 기지의 양 (농도)의 붕소를 포함한 용해된 금속을 함유하는 액체 시험 용액 ("공급물")의 유동 중에서 유지한다. 시험 용액을 샘플 필터 멤브레인을 통해 설정량의 시간 동안 유동시킨다. 도 12 참조. 선택된 양의 시간 후, 여과물의 샘플을 취하고, 여과물 중의 용해된 금속의 농도를 측정한다. 시험 용액 중의 용해된 금속의 양에 대한 여과물 중의 용해된 금속의 농도 감소는 샘플 필터 멤브레인에 의해 제거된 용해된 금속의 양을 나타낸다.
도 13을 참조하면, 하기 물질, 장비, 및 조건을 사용하여 시험을 수행하였다:
유속: 10 mL/min (단일 통과, 모니터링 및 제어됨)
멤브레인 형식:
Figure pct00002
mm 쿠폰
시험 금속 및 공급물 농도:
B: 5 십억분율 (ppb)
Ti: 3.6 십억분율 (ppb) (높은 챌린지)
Fe: 6.4 십억분율 (ppb) (높은 챌린지)
Fe: 0.68 십억분율 (ppb) (낮은 챌린지)
Ni: 0.13 십억분율 (ppb) (낮은 챌린지)
Cu: 0.13 십억분율 (ppb) (낮은 챌린지)
샘플링 방법: 시간 기반
샘플링 위치: 멤브레인의 하류
측정 도구: ICP-MS
ICP-MS를 사용하여 시험 용액 및 여과물 중의 용해된 금속의 농도를 측정하였다.
용해된 붕소의 제거에서의 유효성의 결과가 도 13에 나타나 있다. 나타낸 바와 같이, 본 발명의 필터 멤브레인 (Tech A)은 5, 10, 15, 및 20분의 샘플 시간에서 용해된 붕소의 본질적으로 전량을 제거하였다.
"높은 챌린지" 공급물 농도 및 "낮은 챌린지" 공급물 농도에서 다른 용해된 금속의 제거에서의 유효성의 결과가 각각 도 14 및 15에 나타나 있다. 시험은, Tech A 필터 멤브레인이 높은 챌린지 및 낮은 챌린지 조건 둘 다에서 (>80% Fe, >95% Ti, >50% Ni, >60% Cu) 시험 용액으로부터 상당량의 이들 금속을 제거하는 능력을 가짐을 보여준다.
붕소 용량의 동적 시험
유사한 동적 시험 배열 및 시험 조건 등을 사용하여, 테크놀로지 A (Tech A) 샘플 필터 멤브레인을 연장된 단일 통과 기간 동안 시험하여 시험 용액으로부터 제거된 붕소를 함유하는 Tech A 필터 멤브레인의 용량을 평가하였다.
유속: 10 mL/min (단일 통과, 모니터링 및 제어됨)
멤브레인 형식: 90 밀리미터 멤브레인 디스크
붕소 공급물 농도: 5 십억분율 (ppb)
샘플링 방법: 시간 기반
샘플링 위치: 멤브레인의 하류
측정 도구: ICP-MS
ICP-MS를 사용하여 시험 용액 및 여과물 중의 용해된 금속의 농도를 측정하여 평가하였다.
시험 용액으로부터 붕소를 제거하고 함유하는 용량의 결과가 도 16에 나타나 있다. 시험은, Tech A 필터 멤브레인이 2 마이크로그램의 붕소가 필터 멤브레인을 통과한 후에도 시험 용액으로부터 붕소의 100 퍼센트를 제거할 수 있음을 보여준다. 이는 10 인치 필터 카트리지를 사용하여 약 800 마이크로그램의 붕소가 제거되는 것과 비교가능하다.
이와 같이 본 개시내용의 여러 예시적 실시양태를 설명하였지만, 관련 기술분야의 통상의 기술자는 본원에 첨부된 청구범위의 범주 내에서 또 다른 실시양태가 만들어지고 사용될 수 있음을 쉽게 인지할 것이다. 본 문서에 의해 다루어지는 본 개시내용의 많은 이점이 상기 설명에서 기재되었다. 그러나, 본 개시내용은, 많은 점에서, 단지 예시적인 것임을 이해할 것이다. 본 개시내용의 범주는, 물론, 첨부된 청구범위가 표현되는 언어로 정의된다.

Claims (25)

  1. 다공성 중합체 베이스 멤브레인, 및
    중합체 베이스 멤브레인에 부착된 3개 이상의 히드록실 기를 갖는 아미노 폴리올 리간드
    를 포함하는 중합체 필터 멤브레인.
  2. 제1항에 있어서, 아미노 폴리올 리간드가 N-메틸-D-글루카민인 멤브레인.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 중합체 베이스 멤브레인이 폴리에틸렌을 포함하는 것인 멤브레인.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 실리카 입자를 제거하기에 효과적인 다공성 중합체 필터 멤브레인을 추가로 포함하는 복합체 멤브레인인 멤브레인.
  5. 다공성 중합체 베이스 멤브레인, 및
    중합체 베이스 멤브레인에 부착된 3개 이상의 히드록실 기를 갖는 아미노 폴리올 리간드
    를 포함하는 중합체 필터 멤브레인,
    이온-교환 수지, 및
    중합체 필터 멤브레인 및 이온-교환 수지를 통과하는 원수의 유동
    을 포함하는, 원수의 유동으로부터 불순물을 제거하는 데 유용한 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 아미노 폴리올 리간드가 N-메틸-D-글루카민인 시스템.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 중합체 베이스 멤브레인이 폴리에틸렌을 포함하는 것인 시스템.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 멤브레인이 실리카 입자를 제거하기에 효과적인 다공성 중합체 필터 멤브레인을 추가로 포함하는 복합체 멤브레인인 시스템.
  9. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 원수의 유동이 먼저 이온 교환 수지를 통과하고, 두 번째로 중합체 필터 멤브레인을 통과하도록 구성된 시스템.
  10. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 원수의 유동이 먼저 중합체 필터 멤브레인을 통과하고, 두 번째로 이온 교환 수지를 통과하도록 구성된 시스템.
  11. 제5항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 원수가 하기 중 하나 이상을 나타내는 1차 순수인 시스템:
    비저항: > 18.18 MΩ·cm,
    총 유기 탄소: < 1 μg/L,
    온라인 용해된 산소: < 10 μg/L, 및
    박테리아: < 1 CFU/100 mL.
  12. 제5항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 중합체 필터 멤브레인 및 이온-교환 수지를 통과한 후의 원수의 유동이 0.1 μg/L 이하의 개개의 금속 불순물 농도를 갖는 것인 시스템.
  13. 제5항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 중합체 필터 멤브레인 및 이온-교환 수지를 통과한 후의 원수의 유동이 0.1 μg/L 이하의 붕소 농도를 갖는 것인 시스템.
  14. 다공성 중합체 베이스 멤브레인, 및
    중합체 베이스 멤브레인에 부착된 3개 이상의 히드록실 기를 갖는 아미노 폴리올 리간드
    를 포함하는 중합체 필터 멤브레인을 통해 원수를 유동시키는 것을 포함하는, 원수의 유동으로부터 불순물을 제거하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 아미노 폴리올 리간드가 N-메틸-D-글루카민인 방법.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 중합체 베이스 멤브레인이 폴리에틸렌을 포함하는 것인 방법.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 원수의 유동을 중합체 필터 멤브레인을 통해 통과시키기 전에 또는 통과시킨 후에 원수의 유동을 이온 교환 수지를 통해 통과시키는 것을 포함하는 방법.
  18. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 원수가 하기 중 하나 이상을 나타내는 1차 순수인 방법:
    비저항: > 18.18 MΩ·cm,
    총 유기 탄소: < 1 μg/L,
    온라인 용해된 산소: < 10 μg/L, 및
    박테리아: < 1 CFU/100 mL.
  19. 제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 원수가 이온-교환 수지, 자외선 조사, 한외여과, 또는 이들 둘 이상의 조합에 의해 이전에 가공처리된 물인 방법.
  20. 제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 불순물이 용해된 금속 또는 실리카인 방법.
  21. 제14항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 불순물이 붕소인 방법.
  22. 제14항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 중합체 필터 멤브레인을 통한 원수의 통과 전 또는 후에, 원수를 실리카 입자를 제거하기에 효과적인 제2 다공성 중합체 필터 멤브레인을 통해 통과시킴으로써 원수로부터 실리카 입자를 제거하는 것을 포함하는 방법.
  23. 제12항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 초순수를 생성하는 방법.
  24. 제12항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 0.1 μg/L 이하의 개개의 금속 불순물 농도를 갖는 물을 생성하는 방법.
  25. 제12항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 0.1 μg/L 이하의 붕소 농도를 갖는 물을 생성하는 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6767460B1 (en) * 2002-04-08 2004-07-27 Ensci Inc. Filter media containing ion exchange additives
JP2004337749A (ja) * 2003-05-16 2004-12-02 Kankyo Joka Kenkyusho:Kk ホウ素捕集材料及びその製造方法
US20050040109A1 (en) * 2003-08-22 2005-02-24 Smith Barbara F. Method of separation of small molecules from aqueous solutions
CN101512438A (zh) * 2006-07-21 2009-08-19 恩特格林斯公司 用于调节浸渍流体的装置和方法
WO2013023006A2 (en) * 2011-08-08 2013-02-14 California Institute Of Technology Filtration membranes, and related nano and/or micro fibers, composites, methods and systems
WO2017044668A1 (en) * 2015-09-08 2017-03-16 Gradiant Corporation Systems and methods for removal of boron from water, such as oilfield wastewater
WO2017125300A1 (en) * 2016-01-22 2017-07-27 Basf Se Processes for removing boron containing compounds from aqueous systems
US11285443B2 (en) * 2016-05-27 2022-03-29 Entegris, Inc. Coated porous polymeric membranes
US11465104B2 (en) * 2019-02-08 2022-10-11 Entegris, Inc. Ligand-modified filter and methods for reducing metals from liquid compositions

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