KR20230089417A - Integral hybrid reducing device using separation membrane and hybrid reducing method using the same - Google Patents

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KR20230089417A
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전재덕
권순진
최원길
이형근
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한국에너지기술연구원
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Abstract

본 개시의 실시예들은 수분 및 친수성 VOC를 분리하는 제1 저감모듈 및 소수성 VOC를 분리하는 제2 저감모듈을 포함하는 저감카트리지를 포함하는 일체형 복합저감장치를 제공함으로써, VOC 저감 효율이 우수하고, 효율적인 공간 활용 및 이에 따른 비용 절감이 가능한 일체형 복합저감장치 및 이를 이용한 복합저감방법을 제공할 수 있다.Embodiments of the present disclosure provide an integrated composite reduction device including a reduction cartridge including a first reduction module for separating water and hydrophilic VOCs and a second reduction module for separating hydrophobic VOCs, thereby providing excellent VOC reduction efficiency, It is possible to provide an integrated composite reduction device capable of efficient space utilization and cost reduction and a composite reduction method using the same.

Description

분리막을 이용한 일체형 복합저감장치 및 이를 이용한 복합저감방법 {INTEGRAL HYBRID REDUCING DEVICE USING SEPARATION MEMBRANE AND HYBRID REDUCING METHOD USING THE SAME}Integrated composite reduction device using separation membrane and composite reduction method using the same {INTEGRAL HYBRID REDUCING DEVICE USING SEPARATION MEMBRANE AND HYBRID REDUCING METHOD USING THE SAME}

본 개시의 실시예들은 분리막을 이용한 일체형 복합저감장치 및 이를 이용한 복합저감방법에 관한 것이다.Embodiments of the present disclosure relate to an integrated composite reduction device using a separator and a composite reduction method using the same.

VOC(휘발성 유기화합물, Volatile organic compound)은 상온, 상압에서 기체상태로 존재하는 모든 유기성 물질을 통칭하는 의미로 사용되고 있다. VOC는 대기 중에서 질소산화물(NOX)과 광화학 반응을 일으켜 인체 및 동식물에 유해한 오존 등 2차 오염물질로 광화학 산화물을 형성하는 전구 물질로 작용할 수 있다. 이러한 VOC는 대부분의 산업 현장에서 배출되지만, 그 중에서도 도장시설이 국내 전체 VOC 발생량의 약 34%로 가장 큰 배출원이다.VOC (Volatile organic compound) is used as a general term for all organic substances that exist in a gaseous state at room temperature and pressure. VOCs can act as precursors that form photochemical oxides as secondary pollutants such as ozone that are harmful to humans and animals and plants by causing photochemical reactions with nitrogen oxides (NO X ) in the air. These VOCs are emitted from most industrial sites, but among them, painting facilities are the largest emission source, accounting for about 34% of the total amount of VOCs generated in Korea.

도장시설에서 배출되는 VOC는 분진 및 수분 등을 함유하고 있는 것이 특징이며 대부분의 도장시설은 하부에 습식 세정 방식으로 VOC를 제거하고 있다. 습식 세정 방식을 채택하지 않는 일반 도장시설도 우리나라 연간 평균 상대습도가 67%로 높은 편이며, 특히 여름철 평균 상대습도는 74%로 매우 높기 때문에 수분이 많은 편이다. 이러한 수분 유입은 배출가스 처리량이 증가함과 동시에 상대적으로 VOC 농도가 희석되어 낮아지며, 수분의 물 분자와 VOC 사이에 경쟁적 상호 작용이 발생하거나 수분에 의해 VOC 분자들이 처리 소재의 표면에서 탈착되기 때문에 VOC 제거 효율이 감소한다.VOCs emitted from painting facilities are characterized by containing dust and moisture, and most painting facilities remove VOCs by wet cleaning at the bottom. Even in general painting facilities that do not adopt the wet cleaning method, the annual average relative humidity in Korea is high at 67%, and the average relative humidity in summer is very high at 74%, so there is a lot of moisture. This water inflow is reduced due to the relatively diluted VOC concentration as the exhaust gas throughput increases, and competitive interactions between water molecules and VOC occur or VOC molecules are desorbed from the surface of the treated material by moisture. The removal efficiency is reduced.

또한, VOC를 처리할 수 있는 기술은 생물학적 처리, 열 처리, 흡착 처리 및 분리막 처리 등이 있으며, 현재 가장 많이 사용되고 있는 처리 방법으로는 열 처리 및 흡착 처리를 들 수 있다. 열 처리 공정은 VOC의 농도가 비교적 높을 때 유리한 기술로 공정이 단순하고 설치비도 저렴한 장점이 있으나, 유입부의 VOC의 농도가 낮은 경우에는 보조연료를 사용해야 하므로 운영비가 높아질 수 있다는 단점이 있다. 흡착 처리 공정은 대기 중으로 방출되는 VOC를 가장 쉽게 처리할 수 있다는 장점 때문에 여러 공정에 적용되고 있으나 고농도 시 운전비가 급상승하며, 시간에 따라 효율이 감소하고 흡착제 재생에너지가 과다하다는 문제들이 단점으로 지적되고 있다.In addition, technologies capable of treating VOCs include biological treatment, thermal treatment, adsorption treatment, and membrane treatment, and the most commonly used treatment methods include thermal treatment and adsorption treatment. The heat treatment process is an advantageous technology when the concentration of VOC is relatively high, and the process is simple and the installation cost is low. The adsorption treatment process is applied to various processes because of the advantage of being able to treat VOC emitted into the atmosphere most easily, but the operating cost increases rapidly when the concentration is high, the efficiency decreases over time, and the problem of excessive renewable energy for the adsorbent is pointed out as a disadvantage. there is.

분리막을 이용한 VOC 처리 기술은 공기에 비해 VOC와 친화도가 높은 소재를 이용하여 제조하기 때문에 VOC가 다른 기체에 비해 빠르게 분리막 표면에 용해되고, 분리막 내에서 빠르게 확산되는 용해-확산(Solution-diffusion) 이론에 의해 투과가 일어난다.Since the VOC treatment technology using a membrane is manufactured using a material that has a higher affinity for VOC than air, VOC dissolves on the surface of the membrane faster than other gases and diffuses rapidly within the membrane. Permeation occurs according to the theory.

하지만 습도가 높은 공정에서는 VOC 처리 효율이 감소되고, VOC 및 수분에 의해 팽윤(Swelling) 현상이 발생하여 VOC 제거 효율이 감소될 수 있다. 또한, 유기용매인 VOC에 의해 분리막 소재가 열화되어 성능이 급격히 감소되는 등의 문제점이 발생할 수 있다.However, in a process with high humidity, the VOC treatment efficiency is reduced, and a swelling phenomenon occurs due to VOC and moisture, which may reduce the VOC removal efficiency. In addition, problems such as a rapid decrease in performance may occur due to degradation of the separator material by the organic solvent VOC.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 개시의 발명자들은 분리막을 이용한 일체형 복합저감장치 및 이를 이용한 복합저감방법을 발명하였다.In order to solve the above problems, the inventors of the present disclosure invented an integrated composite reduction device using a separator and a composite reduction method using the same.

본 개시의 실시예들은 VOC에 대해 내화학성이 우수한 일체형 복합저감장치를 제공한다.Embodiments of the present disclosure provide an integrated composite reduction device having excellent chemical resistance to VOC.

본 개시의 실시예들은 효율적인 공간 활용이 가능하고 이에 따른 비용 절감이 가능한 일체형 복합저감장치를 제공한다.Embodiments of the present disclosure provide an integrated composite reduction device capable of efficient space utilization and cost reduction accordingly.

본 개시의 실시예들은 수분 및 VOC 저감 효율이 우수한 복합저감방법을 제공한다.Embodiments of the present disclosure provide a composite reduction method with excellent moisture and VOC reduction efficiency.

본 개시의 실시예들은 유입구, 저감카트리지 및 배출구를 포함하는 일체형 복합저감장치를 제공할 수 있다.Embodiments of the present disclosure may provide an integrated composite reduction device including an inlet, a reduction cartridge, and an outlet.

저감카트리지는 제1 저감모듈 및 제2 저감모듈을 포함한다. 제1 저감모듈은 친수성나노입자를 포함한다. 제2 저감모듈은 소수성나노입자를 포함한다.The reduction cartridge includes a first reduction module and a second reduction module. The first reduction module includes hydrophilic nanoparticles. The second reduction module includes hydrophobic nanoparticles.

본 개시의 실시예들은 기체공급단계, 제1 저감단계, 제2 저감단계 및 기체배출단계를 포함하는 복합저감방법을 제공할 수 있다.Embodiments of the present disclosure may provide a complex reduction method including a gas supply step, a first reduction step, a second reduction step and a gas discharge step.

기체공급단계는 기체공급부로 기체가 공급되는 단계이다. 제1 저감단계는 공급된 기체의 수분 및 친수성 VOC가 저감되는 단계이다. 제2 저감단계는 공급된 기체의 소수성 VOC가 저감되는 단계이다. 기체배출단계는 제1 저감단계 및 제2 저감단계를 통해 정제된 기체가 기체배출부에서 배출되는 단계이다.The gas supply step is a step in which gas is supplied to the gas supply unit. The first reduction step is a step in which moisture and hydrophilic VOC of the supplied gas are reduced. The second reduction step is a step in which hydrophobic VOCs in the supplied gas are reduced. The gas discharge step is a step in which the gas purified through the first reduction step and the second reduction step is discharged from the gas discharge unit.

본 개시의 실시예들에 의하면, 친수성나노입자 및 소수성나노입자를 이용함으로써, VOC에 대해 내화학성이 우수한 일체형 복합저감장치를 제공할 수 있다.According to embodiments of the present disclosure, by using hydrophilic nanoparticles and hydrophobic nanoparticles, it is possible to provide an integrated composite reduction device having excellent chemical resistance to VOC.

본 개시의 실시예들에 의하면, 수분 및 친수성 VOC와 소수성 VOC를 동시에 저감시키므로, 효율적인 공간 활용이 가능하고 이에 따른 비용 절감이 가능한 일체형 복합저감장치를 제공할 수 있다.According to embodiments of the present disclosure, since water and hydrophilic VOCs and hydrophobic VOCs are reduced at the same time, it is possible to efficiently utilize space and provide an integrated composite reduction device capable of reducing costs accordingly.

본 개시의 실시예들에 의하면, 수분 및 친수성 VOC가 저감되는 제1 저감모듈과 소수성 VOC가 저감되는 제2 저감모듈을 이용함으로써, VOC 저감 효율이 우수한 복합저감방법을 제공할 수 있다.According to embodiments of the present disclosure, by using a first reduction module for reducing water and hydrophilic VOC and a second reduction module for reducing hydrophobic VOC, it is possible to provide a composite reduction method with excellent VOC reduction efficiency.

도 1은 본 개시의 실시예들에 따른 일체형 복합저감장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 개시의 다른 실시예에 따른 일체형 복합저감장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 개시의 실시예들에 따른 저감카트리지와 진공라인을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 제1 저감모듈을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 제1 분리막의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 제1 분리막의 일 예의 일부 단면을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 5의 제1 분리막의 다른 예의 일부 단면을 나타낸 도면이다.
도 8은 도 3의 제2 저감모듈을 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8의 제2 분리막을 나타낸 도면이다.
도 10은 도 9의 제2 분리막의 일 예의 일부 단면을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 개시의 실시예들에 따른 분리막의 코팅단계를 나타낸 도면이다.
도 12는 도 11에 따라 제조한 분리막의 구조를 나타낸 도면이다.
1 is a view showing an integrated composite reduction device according to embodiments of the present disclosure.
Figure 2 is a view showing an integrated composite reduction device according to another embodiment of the present disclosure.
3 is a view showing a reduction cartridge and a vacuum line according to embodiments of the present disclosure.
4 is a view showing the first reduction module of FIG. 3 .
5 is a view showing an example of the first separator of FIG. 4 .
6 is a partial cross-sectional view of an example of the first separator of FIG. 5 .
FIG. 7 is a partial cross-sectional view of another example of the first separator of FIG. 5 .
8 is a view showing the second reduction module of FIG. 3 .
9 is a view showing the second separator of FIG. 8 .
10 is a partial cross-sectional view of an example of the second separator of FIG. 9 .
11 is a view showing a coating step of a separator according to embodiments of the present disclosure.
12 is a view showing the structure of the separator prepared according to FIG. 11.

이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 개시를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다. 본 명세서 상에서 언급된 "포함한다", "갖는다", "이루어진다" 등이 사용되는 경우 "~만"이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별한 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함할 수 있다.DETAILED DESCRIPTION Some embodiments of the present disclosure are described in detail below with reference to exemplary drawings. In adding reference numerals to components of each drawing, the same components may have the same numerals as much as possible even if they are displayed on different drawings. In addition, in describing the present disclosure, when it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present disclosure, the detailed description may be omitted. When "comprises", "has", "consists of", etc. mentioned in this specification is used, other parts may be added unless "only" is used. In the case where a component is expressed in the singular, it may include the case of including the plural unless otherwise explicitly stated.

또한, 본 개시의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. Also, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used in describing the components of the present disclosure. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, sequence, order, or number of the corresponding component is not limited by the term.

구성 요소들의 위치 관계에 대한 설명에 있어서, 둘 이상의 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속" 등이 된다고 기재된 경우, 둘 이상의 구성 요소가 직접적으로 "연결", "결합" 또는 "접속" 될 수 있지만, 둘 이상의 구성 요소와 다른 구성 요소가 더 "개재"되어 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 여기서, 다른 구성 요소는 서로 "연결", "결합" 또는 "접속" 되는 둘 이상의 구성 요소 중 하나 이상에 포함될 수도 있다. In the description of the positional relationship of components, when it is described that two or more components are "connected", "coupled" or "connected", the two or more components are directly "connected", "coupled" or "connected". ", but it will be understood that two or more components and other components may be further "interposed" and "connected", "coupled" or "connected". Here, other components may be included in one or more of two or more components that are “connected”, “coupled” or “connected” to each other.

구성 요소들이나, 동작 방법이나 제작 방법 등과 관련한 시간적 흐름 관계에 대한 설명에 있어서, 예를 들어, "~후에", "~에 이어서", "~다음에", "~전에" 등으로 시간적 선후 관계 또는 흐름적 선후 관계가 설명되는 경우, "바로" 또는 "직접"이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.In the description of the temporal flow relationship related to components, operation methods, production methods, etc., for example, "after", "continued to", "after", "before", etc. Alternatively, when a flow sequence relationship is described, it may also include non-continuous cases unless “immediately” or “directly” is used.

한편, 구성 요소에 대한 수치 또는 그 대응 정보(예: 레벨 등)가 언급된 경우, 별도의 명시적 기재가 없더라도, 수치 또는 그 대응 정보는 각종 요인(예: 공정상의 요인, 내부 또는 외부 충격, 노이즈 등)에 의해 발생할 수 있는 오차 범위를 포함하는 것으로 해석될 수 있다.On the other hand, when a numerical value or corresponding information (eg, level, etc.) for a component is mentioned, even if there is no separate explicit description, the numerical value or its corresponding information is not indicated by various factors (eg, process factors, internal or external shocks, noise, etc.) may be interpreted as including an error range that may occur.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 다양한 실시예들을 상세히 설명한다. Hereinafter, various embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 개시의 실시예들에 따른 일체형 복합저감장치(1000)를 나타낸 도면이다.1 is a view showing an integrated composite reduction device 1000 according to embodiments of the present disclosure.

도 1을 참조하면, 기체공급부(1100), 유입구(1200), 저감카트리지(1300), 배출구(1400) 및 기체배출부(1500)를 포함하는 일체형 복합저감장치(1000)를 제공할 수 있다.Referring to FIG. 1, it is possible to provide an integrated composite reduction device 1000 including a gas supply unit 1100, an inlet 1200, a reduction cartridge 1300, an outlet 1400 and a gas discharge unit 1500.

기체공급부(1100)는 일체형 복합저감장치(1000) 내로 기체가 공급되는 부분이고, 유입구(1200)는 기체공급부(1100)를 통해 공급된 기체가 저감카트리지(1300)로 유입되는 부분이다.The gas supply unit 1100 is a part through which gas is supplied into the integrated composite reduction device 1000, and the inlet 1200 is a part through which the gas supplied through the gas supply unit 1100 flows into the reduction cartridge 1300.

저감카트리지(1300)는 유입구(1200)와 배출구(1400) 사이에 위치하고, 친수성나노입자를 포함하는 제1 저감모듈(1310) 및 소수성나노입자를 포함하는 제2 저감모듈(1320)을 포함한다.The reduction cartridge 1300 is located between the inlet 1200 and the outlet 1400, and includes a first reduction module 1310 including hydrophilic nanoparticles and a second reduction module 1320 including hydrophobic nanoparticles.

제 1 저감모듈(1310)은 공급된 기체의 수분 및 친수성 VOC를 저감시키는 기능을 하고, 제2 저감모듈(1320)은 공급된 기체의 소수성 VOC를 저감시키는 기능을 한다. 배출구(1400)는 제1 저감모듈(1310) 및 제2 저감모듈(1320)을 통해 정제된 기체가 저감카트리지(1300)로부터 배출되는 부분이고, 기체배출부(1500)는 정제된 기체가 일체형 복함저감장치(1000) 밖으로 배출되는 부분이다.The first reduction module 1310 functions to reduce moisture and hydrophilic VOCs in the supplied gas, and the second reduction module 1320 functions to reduce hydrophobic VOCs in the supplied gas. The outlet 1400 is a part through which gas purified through the first reduction module 1310 and the second reduction module 1320 is discharged from the reduction cartridge 1300, and the gas discharge unit 1500 is integrated with the purified gas. This is the part discharged out of the reduction device 1000.

도 2는 본 개시의 다른 실시예에 따른 일체형 복합저감장치(1000)를 나타낸 도면이다.Figure 2 is a view showing an integrated composite reduction device 1000 according to another embodiment of the present disclosure.

도 2를 참조하면, 필터(1600) 및 진공라인(1325)을 추가로 포함하는 일체형 복합저감장치(1000)를 제공할 수 있다. 기체공급부(1100)를 통해 일체형 복합저감장치(1000) 내로 공급된 기체는 필터(1600)를 거쳐 저감카트리지(1300)로 유입된다. 필터(1600)는 공급된 기체에 포함된 미세먼지를 제거하는 역할을 할 수 있다.Referring to Figure 2, it is possible to provide an integrated composite reduction device 1000 further comprising a filter 1600 and a vacuum line 1325. The gas supplied into the integrated composite reduction device 1000 through the gas supply unit 1100 is introduced into the reduction cartridge 1300 through the filter 1600. The filter 1600 may serve to remove fine dust included in the supplied gas.

필터(1600)는 기체공급부(1100) 또는 유입구(1200) 내에 위치할 수 있다. 필터는(1600) 기체공급부(1100)로 공급된 기체가 저감카트리지(1300)로 유입되기 전까지 지나는 경로 내에 위치하기만 하면, 필터(1600)의 위치에 대해서는 특별하게 제한하지 않는다.The filter 1600 may be located in the gas supply unit 1100 or the inlet 1200 . As long as the filter (1600) is located within the path through which the gas supplied to the gas supply unit 1100 flows into the reduction cartridge 1300, the location of the filter 1600 is not particularly limited.

진공라인(1325)은 제1 진공라인(1330)과 제2 진공라인(1340)을 포함하고, 제1 진공라인(1330) 및 제2 진공라인(1340)은 저감카트리지(1300) 내에 위치한다.The vacuum line 1325 includes a first vacuum line 1330 and a second vacuum line 1340, and the first vacuum line 1330 and the second vacuum line 1340 are located in the reduction cartridge 1300.

제1 진공라인(1330)은 제1 저감모듈(1310)에서 분리된 수분 및 친수성 VOC가 배출되는 부분이다. 제2 진공라인(1340)은 제2 저감모듈(1320)에서 분리된 소수성 VOC가 배출되는 부분이다.The first vacuum line 1330 is a part through which moisture and hydrophilic VOC separated from the first reduction module 1310 are discharged. The second vacuum line 1340 is a part through which the hydrophobic VOC separated from the second reduction module 1320 is discharged.

도 3은 본 개시의 실시예들에 따른 저감카트리지(1300)와 진공라인(1325)을 나타낸 도면이다. 도 4는 도 3의 제1 저감모듈(1310)을 나타낸 도면이고, 도 8은 도 3의 제2 저감모듈(1320)을 나타낸 도면이다.3 is a diagram showing a reduction cartridge 1300 and a vacuum line 1325 according to embodiments of the present disclosure. 4 is a view showing the first reduction module 1310 of FIG. 3, and FIG. 8 is a view showing the second reduction module 1320 of FIG.

도 3을 참조하면, 제1 진공라인(1330)은 제1 저감모듈(1310)과 연결되고, 제2 진공라인(1340)은 제2 저감모듈(1320)과 연결된다. 제1 진공라인(1330) 및 제2 진공라인(1340)은 각각 제1 저감모듈(1310) 및 제2 저감모듈(1320)에 연결되기 때문에, 수분 및 친수성 VOC와 소수성 VOC를 개별적으로 분리 및 회수할 수 있다. Referring to FIG. 3 , the first vacuum line 1330 is connected to the first reduction module 1310 and the second vacuum line 1340 is connected to the second reduction module 1320 . Since the first vacuum line 1330 and the second vacuum line 1340 are connected to the first reduction module 1310 and the second reduction module 1320, respectively, water and hydrophilic VOCs and hydrophobic VOCs are separately separated and recovered. can do.

도 3에 도시한 바와 같이, 저감카트리지(1300)는 복수 개의 제1 저감모듈(1310) 및 복수 개의 제2 저감모듈(1320)을 포함할 수 있다. 저감카트리지(1300) 내에서, 제1 저감모듈(1310) 및 제2 저감모듈(1320)의 배치 및 비율은 저감카트리지(1300)가 적용되는 분야 또는 공급되는 기체에 포함된 친수성 VOC 및 소수성 VOC의 배출량에 따라 조절하여 적용할 수 있다. 예를 들면, 제1 저감모듈(1310) 및 제2 저감모듈(1320)의 배치는 복수 개의 제1 저감모듈(1310)이 유입구(1200)에 인접하여 위치하고 복수 개의 제2 저감모듈(1320)이 배출구(1400)에 인접하여 위치하는 배치일 수 있고, 복수 개의 제1 저감모듈(1310)이 배출구(1400)에 인접하여 위치하고 복수 개의 제2 저감모듈(1320)이 유입구(1200)에 인접하여 위치하는 배치일 수도 있다. 또한, 복수 개의 제1 저감모듈(1310) 및 복수 개의 제2 저감모듈(1320)이 교대로 위치하는 배치일 수도 있다.As shown in FIG. 3, the reduction cartridge 1300 may include a plurality of first reduction modules 1310 and a plurality of second reduction modules 1320. Within the abatement cartridge 1300, the arrangement and ratio of the first abatement module 1310 and the second abatement module 1320 are the field to which the abatement cartridge 1300 is applied or the hydrophilic VOC and hydrophobic VOC contained in the supplied gas. It can be adjusted and applied according to the amount of discharge. For example, in the arrangement of the first reduction module 1310 and the second reduction module 1320, a plurality of first reduction modules 1310 are located adjacent to the inlet 1200 and a plurality of second reduction modules 1320 It may be arranged adjacent to the outlet 1400, a plurality of first reduction modules 1310 are located adjacent to the outlet 1400 and a plurality of second reduction modules 1320 are located adjacent to the inlet 1200 It may be an arrangement that In addition, a plurality of first reduction modules 1310 and a plurality of second reduction modules 1320 may be arranged alternately.

본 개시의 실시예들에 있어서, 예를 들면, 저감카트리지(1300)는 복수 개의 제1 저감모듈(1310)이 유입구(1200)에 인접하여 위치하고 복수 개의 제2 저감모듈(1320)이 배출구(1400)에 인접하여 위치하는 배치를 가질 수 있다. 저감카트리지(1300)가 상기 배치를 가질 경우, 제1 저감모듈(1310)에서 수분 및 친수성 VOC가 먼저 저감되고 제2 저감모듈(1320)에서 소수성 VOC가 저감되어 우수한 수분 및 VOC 저감효율을 나타낼 수 있다.In embodiments of the present disclosure, for example, in the reduction cartridge 1300, a plurality of first reduction modules 1310 are located adjacent to the inlet 1200 and a plurality of second reduction modules 1320 are disposed adjacent to the outlet 1400. ) may have an arrangement located adjacent to. When the reduction cartridge 1300 has the above arrangement, water and hydrophilic VOCs are first reduced in the first reduction module 1310 and hydrophobic VOCs are reduced in the second reduction module 1320, thereby exhibiting excellent water and VOC reduction efficiency. there is.

도 4를 참조하면, 제1 저감모듈(1310)은 제1 분리막(1311), 제1 분리막(1311) 상부와 연결되는 상부 헤더(1312) 및 제1 분리막(1311) 하부와 연결되는 하부 헤더(1313)를 포함한다.4, the first reduction module 1310 includes a first separator 1311, an upper header 1312 connected to the upper part of the first separator 1311, and a lower header connected to the lower part of the first separator 1311 ( 1313).

제1 저감모듈(1310)에서 분리된 수분 및 친수성 VOC는 상부 헤더(1312) 또는 하부 헤더(1313)에 보관되고, 상부 헤더(1312) 또는 하부 헤더(1313)에 연결된 제1 진공라인(1330)을 통해 저감카트리지(1300) 밖으로 배출될 수 있다.The moisture and hydrophilic VOCs separated in the first reduction module 1310 are stored in the upper header 1312 or lower header 1313, and the first vacuum line 1330 connected to the upper header 1312 or lower header 1313 It can be discharged out of the reduction cartridge 1300 through.

여기에서, 제1 진공라인(1330)은 복수 개의 제1 저감모듈(1310)의 상부 헤더(1312) 또는 하부 헤더(1313)와 연결된 형태로 위치할 수 있다. 예를 들면, 제1 진공라인(1330)은 복수 개의 상부 헤더(1312) 좌측 또는 우측에 연결된 형태로 위치할 수 있고, 복수 개의 하부 헤더(1313) 좌측 또는 우측에 연결된 형태로 위치할 수 있다. 또한, 제1 진공라인(1330)은 복수 개의 상부 헤더(1312) 및 복수 개의 하부 헤더(1313) 양 측면에 모두 연결된 형태로 위치할 수도 있다. 본 개시의 실시예들에 있어서, 제1 진공라인(1330)은 상부 헤더(1312) 또는 하부 헤더(1313)에 연결된 형태로 위치하기만 하면, 제1 진공라인(1330)의 개수 및 위치에 있어서 특별하게 제한하지 않는다.Here, the first vacuum line 1330 may be located in a form connected to the upper header 1312 or the lower header 1313 of the plurality of first reduction modules 1310. For example, the first vacuum line 1330 may be positioned in a form connected to the left or right side of the plurality of upper headers 1312, and may be positioned in a form connected to the left or right side of the plurality of lower headers 1313. In addition, the first vacuum line 1330 may be located in a form connected to both side surfaces of the plurality of upper headers 1312 and the plurality of lower headers 1313 . In the embodiments of the present disclosure, as long as the first vacuum line 1330 is located in a form connected to the upper header 1312 or the lower header 1313, the number and position of the first vacuum line 1330 not particularly limited

도 3 및 도 4를 참조해서 설명한 상부 헤더(1312) 및 하부 헤더(1313)를 포함하는 제1 저감모듈(1310)과 제1 진공라인(1330)에 대한 내용은, 도 3 및 도 8에 도시된 상부 헤더(1322) 및 하부 헤더(1323)를 포함하는 제2 저감모듈(1320)과 제2 진공라인(1340)에 대한 설명과 동일하며, 제1 저감모듈(1310)에 포함된 제1 분리막(1311)과 제2 저감모듈(1320)에 포함된 제2 분리막(1321)에만 차이가 있다. 따라서, 도 5 내지 도 7에 대한 설명에서 제1 분리막(1311)에 대해 설명하고, 도 9 및 도 10에 대한 설명에서 제2 분리막(1321)에 대해 설명한다.The contents of the first reduction module 1310 and the first vacuum line 1330 including the upper header 1312 and the lower header 1313 described with reference to FIGS. 3 and 4 are shown in FIGS. 3 and 8 It is the same as the description of the second reduction module 1320 and the second vacuum line 1340 including the upper header 1322 and the lower header 1323, and the first separator included in the first reduction module 1310. There is a difference only in the second separation membrane 1321 included in (1311) and the second reduction module 1320. Therefore, the first separator 1311 will be described in the description of FIGS. 5 to 7 , and the second separator 1321 will be described in the description of FIGS. 9 and 10 .

도 5는 도 4의 제1 분리막(1311)의 일 예를 나타낸 도면이고, 도 6은 도 5의 제1 분리막(1311)의 일부 단면을 나타낸 도면이다.FIG. 5 is a view showing an example of the first separator 1311 of FIG. 4 , and FIG. 6 is a view showing a partial cross-section of the first separator 1311 of FIG. 5 .

도 5 및 도 6을 참조하면, 제1 분리막(1311)은 제1 다공성지지체(1311A); 및 친수성나노입자(1311Ba)를 포함하고 제1 다공성지지체(1311A) 표면에 위치하는 제1 코팅층(1311B)을 포함한다.5 and 6, the first separator 1311 includes a first porous support 1311A; and a first coating layer 1311B including hydrophilic nanoparticles 1311Ba and positioned on the surface of the first porous support 1311A.

제1 코팅층(1311B) 표면에 흡착된 수분 및 친수성 VOC는 제1 코팅층(1311B)을 통해 확산되고, 제1 다공성지지체(1311A) 내부로 탈착된다. 제1 분리막(1311)은 상기 과정을 통해 수분 및 친수성 VOC 저감효과를 나타낼 수 있다.Moisture and hydrophilic VOC adsorbed on the surface of the first coating layer 1311B diffuse through the first coating layer 1311B and are desorbed into the first porous support 1311A. The first separation membrane 1311 may exhibit moisture and hydrophilic VOC reduction effects through the above process.

제1 코팅층(1311B)은 제1 다공성지지체(1311A) 표면에 위치한다. 제1 다공성지지체(1311A)는 제1 코팅층(1311B)을 기계적으로 지지해주는 역할을 할 수 있다.The first coating layer 1311B is positioned on the surface of the first porous support 1311A. The first porous support 1311A may serve to mechanically support the first coating layer 1311B.

제1 다공성지지체(1311A)는 제1 분리막(1311)의 형태에 따라 선택될 수 있다. 제1 다공성지지체(1311A)는 중공사형, 평판형, 관상형 또는 나권형으로 이루어진 군에서 선택되는 형태의 분리막일 수 있다. 예를 들면, 제1 다공성지지체(1311A)는 중공사형 분리막일 수 있다.The first porous support 1311A may be selected according to the shape of the first separator 1311. The first porous support 1311A may be a separator having a shape selected from the group consisting of a hollow fiber type, a flat plate type, a tubular type, and a spiral wound type. For example, the first porous support 1311A may be a hollow fiber separator.

또한, 제1 다공성지지체(1311A)는 제1 분리막(1311)의 재질에 따라 선택될 수 있다. 제1 다공성지지체(1311A)는 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 설폰화폴리설폰, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리에스테르, 폴리벤즈이미다졸 및 폴리아미드로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 다공성지지체(1311A)는 폴리설폰을 포함할 수 있다.In addition, the first porous support 1311A may be selected according to the material of the first separator 1311. The first porous support 1311A is made of polysulfone, polyethersulfone, sulfonated polysulfone, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polyimide, polyetherimide, polyester, polybenzimidazole and polyamide. It may contain one or more selected from the group. For example, the first porous support 1311A may include polysulfone.

본 개시의 실시예들에 있어서, 예를 들면, 제1 다공성지지체(1311A)는 폴리설폰을 포함하는 중공사형 분리막일 수 있으나 제1 다공성지지체(1311A)가 이로 제한되는 것은 아니다.In embodiments of the present disclosure, the first porous support 1311A may be, for example, a hollow fiber separator containing polysulfone, but the first porous support 1311A is not limited thereto.

제1 코팅층(1311B)은 친수성나노입자(1311Ba)를 포함하고, 제1 다공성지지체(1311A) 표면에 위치한다. 제1 코팅층(1311B)은 수분 및 친수성 VOC와 선택적으로 반응하기 때문에 선택적 코팅층 또는 선택층으로 지칭할 수 있다.The first coating layer 1311B includes hydrophilic nanoparticles 1311Ba and is positioned on the surface of the first porous support 1311A. Since the first coating layer 1311B selectively reacts with moisture and hydrophilic VOCs, it may be referred to as a selective coating layer or a selective layer.

제1 코팅층(1311B)은 수용성단량체와 유기성단량체를 중합하여 합성한 고분자 매트릭스 및 친수성나노입자(1311Ba)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 코팅층(1311B)은 수용성단량체인 디에틸렌트리아민(Diethylene triamine, 이하 “DETA”라 함)과 유기성단량체인 트리메소일 클로라이드(Trimesoyl chloride, 이하 “TMC”라 함)를 계면중합하여 합성한 고분자 매트릭스 및 ETS-4(Engelhard Titanosilicate-4) 나노입자를 포함할 수 있다.The first coating layer 1311B may include a polymer matrix synthesized by polymerizing a water-soluble monomer and an organic monomer and hydrophilic nanoparticles 1311Ba. For example, the first coating layer 1311B is an interface between diethylene triamine (hereinafter referred to as "DETA"), which is a water-soluble monomer, and trimesoyl chloride (hereinafter referred to as "TMC", which is an organic monomer). It may include a polymer matrix synthesized by polymerization and Engelhard Titanosilicate-4 (ETS-4) nanoparticles.

예를 들면, DETA와 ETS-4 나노입자를 포함하는 용액 및 TMC를 포함하는 용액을 이용하여 용액 간의 계면에서 중합하면, 고분자 매트릭스에 ETS-4 나노입자가 분산된 형태로 제1 코팅층(1311B)을 형성할 수 있다.For example, when a solution containing DETA and ETS-4 nanoparticles and a solution containing TMC are polymerized at the interface between the solutions, the ETS-4 nanoparticles are dispersed in the polymer matrix to form the first coating layer 1311B. can form

상기 ETS-4 나노입자는 VOC에 대해 내화학성을 가지고, 미세다공성이며 친수성인 입자이다.The ETS-4 nanoparticles are chemically resistant to VOCs, microporous and hydrophilic.

ETS-4 나노입자는 VOC에 대해 내화학성이 우수한 무기물인 Ti, Si, O 원소로만 구성되어 있기 때문에, ETS-4 나노입자를 포함하는 제1 코팅층(1311B)은 VOC에 대해 우수한 내화학성을 가질 수 있다.Since the ETS-4 nanoparticles are composed of only Ti, Si, and O elements, which are inorganic materials having excellent chemical resistance to VOC, the first coating layer 1311B including the ETS-4 nanoparticles has excellent chemical resistance to VOC. can

또한, ETS-4 나노입자의 기공은 약 4Å이지만, 물 분자의 크기는 2.65Å이고 소수성 VOC인 톨루엔 분자의 크기는 5.85Å로, ETS-4 나노입자의 기공보다 크기 때문에 ETS-4 나노입자를 포함하는 제1 코팅층(1311B)은 기공크기 배제 효과(size exclusion effect)에 의해 수분을 선택적으로 투과시키는 역할을 할 수 있다.In addition, the pores of ETS-4 nanoparticles are about 4 Å, but the size of water molecules is 2.65 Å and the size of toluene molecules, which is a hydrophobic VOC, is 5.85 Å, which is larger than the pores of ETS-4 nanoparticles. The included first coating layer 1311B may serve to selectively transmit moisture due to a pore size exclusion effect.

또한, ETS-4 나노입자는 친수성 물질로 알려져 있어 ETS-4 나노입자를 포함하는 제1 코팅층(1311B)은 수분 및 친수성 VOC 분리에 우수한 효과를 나타낼 수 있다.In addition, since ETS-4 nanoparticles are known as hydrophilic materials, the first coating layer 1311B including ETS-4 nanoparticles may exhibit excellent effects in separating moisture and hydrophilic VOCs.

도 7은 도 5의 제1 분리막(1311)의 다른 예의 일부 단면을 나타낸 도면이다.FIG. 7 is a partial cross-sectional view of another example of the first separator 1311 of FIG. 5 .

도 7을 참조하면, 제1 분리막(1311)은 제2 코팅층(1311C)을 추가로 포함할 수 있다. 제2 코팅층(1311C)은 제1 다공성지지체(1311A)와 제1 코팅층(1311B) 사이에 위치할 수 있다. 제1 다공성지지체(1311A) 상에 제1 코팅층(1311B)을 형성하는 과정에서, 제2 코팅층(1311C)은 제1 코팅층(1311B)의 코팅 시 사용되는 코팅용액과 반응하여 제1 코팅층(1311B)이 제1 다공성지지체(1311A) 상에 용이하게 코팅될 수 있도록 하는 역할을 할 수 있다.Referring to FIG. 7 , the first separator 1311 may further include a second coating layer 1311C. The second coating layer 1311C may be positioned between the first porous support 1311A and the first coating layer 1311B. In the process of forming the first coating layer 1311B on the first porous support 1311A, the second coating layer 1311C reacts with the coating solution used for coating the first coating layer 1311B to form the first coating layer 1311B. It may serve to facilitate coating on the first porous support 1311A.

제2 코팅층(1311C)은 친수성물질과 반응성이 있는 물질(이하 “반응제”라 함)을 포함할 수 있다. 친수성물질의 반응제로는 친수성물질의 가교제, 응고제 및 반응개질제 등을 사용할 수 있다. 친수성물질의 반응제는 사용되는 예를 들면, 염화칼슘, 질산알루미늄, 황산알루미늄, 황산구리, 염산, 황산 및 글루타알데히드로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.The second coating layer 1311C may include a material reactive with a hydrophilic material (hereinafter referred to as a “reactive agent”). As the reactive agent for the hydrophilic material, a cross-linking agent, a coagulant, and a reaction modifier for the hydrophilic material may be used. The reactive agent of the hydrophilic material may be selected from the group consisting of, for example, calcium chloride, aluminum nitrate, aluminum sulfate, copper sulfate, hydrochloric acid, sulfuric acid and glutaraldehyde.

예를 들면, 소수성인 폴리설폰을 포함하는 제1 다공성지지체(1311A) 상에 ETS-4 나노입자를 포함하는 제1 코팅층(1311B)을 코팅하는 과정에 있어서, 친수성물질의 반응제를 포함하는 제2 코팅층(1311C)이 제1 다공성지지체(1311A) 표면에 위치하여 제1 코팅층(1311B)의 코팅을 용이하게 하는 역할을 할 수 있다.For example, in the process of coating the first coating layer 1311B containing ETS-4 nanoparticles on the first porous support 1311A containing hydrophobic polysulfone, the first coating layer 1311B containing a hydrophilic reactant The second coating layer 1311C may be positioned on the surface of the first porous support 1311A to facilitate coating of the first coating layer 1311B.

도 9는 도 8의 제2 분리막(1321)을 나타낸 도면이고, 도 10은 도 9의 제2 분리막(1321)의 일 예의 일부 단면을 나타낸 도면이다.FIG. 9 is a view showing the second separator 1321 of FIG. 8 , and FIG. 10 is a partial cross-sectional view of an example of the second separator 1321 of FIG. 9 .

도 9 및 도 10을 참조하면, 제2 분리막(1321)은 제2 다공성지지체(1321A); 및 소수성나노입자(1321Ba)를 포함하고 제2 다공성지지체(1321A) 표면에 위치하는 제3 코팅층(1321B)을 포함한다.9 and 10, the second separator 1321 includes a second porous support 1321A; and a third coating layer 1321B including hydrophobic nanoparticles 1321Ba and positioned on the surface of the second porous support 1321A.

제3 코팅층(1321B) 표면에 흡착된 소수성 VOC는 제3 코팅층(1321B)을 통해 확산되고, 제2 다공성지지체(1321A) 내부로 탈착된다. 제2 분리막(1321)은 상기 과정을 통해 소수성 VOC 저감 효과를 나타낼 수 있다.The hydrophobic VOC adsorbed on the surface of the third coating layer 1321B diffuses through the third coating layer 1321B and is desorbed into the second porous support 1321A. The second separator 1321 may exhibit a hydrophobic VOC reduction effect through the above process.

제2 다공성지지체(1321A)는 제2 분리막(1321)의 형태에 따라 선택될 수 있다. 제2 다공성지지체(1321A)는 중공사형, 평판형, 관상형 또는 나권형으로 이루어진 군에서 선택되는 형태의 분리막일 수 있다. 예를 들면, 제2 다공성지지체(1321A)는 중공사형 분리막일 수 있다.The second porous support 1321A may be selected according to the shape of the second separator 1321 . The second porous support 1321A may be a separator having a shape selected from the group consisting of a hollow fiber shape, a flat plate shape, a tubular shape, and a spiral wound shape. For example, the second porous support 1321A may be a hollow fiber separator.

또한, 제2 다공성지지체(1321A)는 제2 분리막(1321)의 재질에 따라 선택될 수 있다. 제2 다공성지지체(1321A)는 불소계 고분자, 설폰계 고분자, 올레핀계 고분자로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제2 다공성지지체(1321A)는 불소계 고분자인 폴리비닐리덴플루오라이드를 포함할 수 있다.In addition, the second porous support 1321A may be selected according to the material of the second separator 1321. The second porous support 1321A may include one or more selected from the group consisting of fluorine-based polymers, sulfone-based polymers, and olefin-based polymers. For example, the second porous support 1321A may include polyvinylidene fluoride, which is a fluorine-based polymer.

본 개시의 실시예들에 있어서, 예를 들면, 제2 다공성지지체(1321A)는 폴리비닐리덴플루오라이드를 포함하는 중공사형 분리막일 수 있으나 제2 다공성지지체(1321A)가 이로 제한되는 것은 아니다.In embodiments of the present disclosure, for example, the second porous support 1321A may be a hollow fiber separator containing polyvinylidene fluoride, but the second porous support 1321A is not limited thereto.

상기 폴리비닐리덴플루오라이드 고분자는 다른 고분자에 비해 높은 기계적 강도, 열적 안정성 및 우수한 내화학성을 나타낸다. 특히, 폴리비닐리덴플루오라이드는 VOC와 같은 유기 오염원에 대해 내화학성을 갖는 고분자이다.The polyvinylidene fluoride polymer exhibits high mechanical strength, thermal stability and excellent chemical resistance compared to other polymers. In particular, polyvinylidene fluoride is a polymer having chemical resistance to organic contaminants such as VOC.

제3 코팅층(1321B)을 제2 다공성지지체(1321A) 표면에 코팅하기 위해서 소수성 고무상고분자를 포함하는 코팅용액을 사용할 수 있다. 소수성 고무상고분자로는 기체 투과도가 높고 코팅이 용이한 고무상고분자를 사용할 수 있다. 소수성 고무상고분자를 포함하는 제3 코팅층(1321B)은 VOC와의 친화도가 높으며 높은 자유용적을 가지고 있어 VOC의 확산을 용이하게 하는 역할을 할 수 있다. 소수성 고무상고분자는 폴리에테르블록아미드(PEBA), 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 및 실록산계 고분자로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 예를 들면, 제3 코팅층(1321B)에 포함되는 소수성 고무상고분자는 실록산계 고분자인 폴리디메틸실록산(PDMS)일 수 있다.In order to coat the surface of the second porous support 1321A with the third coating layer 1321B, a coating solution containing a hydrophobic rubbery polymer may be used. As the hydrophobic rubbery polymer, a rubbery polymer having high gas permeability and easy coating may be used. The third coating layer 1321B including the hydrophobic rubbery polymer has a high affinity for VOCs and has a high free volume, so it can play a role of facilitating the diffusion of VOCs. The hydrophobic rubbery polymer may be selected from the group consisting of polyether block amide (PEBA), ethylene vinyl acetate (EVA) and siloxane-based polymers. For example, the hydrophobic rubbery polymer included in the third coating layer 1321B may be polydimethylsiloxane (PDMS), which is a siloxane-based polymer.

제3 코팅층(1321B)은 소수성 VOC 저감 효율 향상을 위해 소수성나노입자(1321Ba)를 포함할 수 있다. 소수성나노입자(1321Ba)로는 비표면적이 크고 기공의 크기가 매우 작으며 소수성인 나노입자를 사용할 수 있다. 예를 들면, 제3 코팅층(1321B)은 텅스텐트리옥사이드(WO3) 나노입자를 포함할 수 있다.The third coating layer 1321B may include hydrophobic nanoparticles 1321Ba to improve hydrophobic VOC reduction efficiency. As the hydrophobic nanoparticles 1321Ba, hydrophobic nanoparticles having a large specific surface area and a very small pore size may be used. For example, the third coating layer 1321B may include tungsten trioxide (WO 3 ) nanoparticles.

도 11는 본 개시의 실시예들에 따른 분리막(2301)의 코팅단계를 나타낸 도면이고, 도 12는 도11에 따라 제조한 분리막(2301)의 구조를 나타낸 도면이다.FIG. 11 is a view showing a coating step of the separator 2301 according to embodiments of the present disclosure, and FIG. 12 is a view showing the structure of the separator 2301 manufactured according to FIG. 11 .

도 11을 참조하면, 다공성지지체(2301A)를 전처리(Pre-treatment)한 후, 나노입자(2301Ba)가 분산된 코팅용액에 함침한다. 이후, 열처리(Heat treatment)를 통해 다공성지지체(2301A) 표면에 코팅층(2301B)을 형성하여 분리막(2301)을 제조한다.Referring to FIG. 11, after pre-treatment of the porous support 2301A, it is impregnated into a coating solution in which nanoparticles 2301Ba are dispersed. Thereafter, the separator 2301 is manufactured by forming a coating layer 2301B on the surface of the porous support 2301A through heat treatment.

다공성지지체(2301A)의 전처리는 막의 보호 및 Fouling의 제어를 목적으로 진행하는 공정을 의미한다. 여기에서, Fouling이란 원수의 용질이 막에 의해 저지됨에 따라 막힘이나 부착층의 형성이 초래되는 현상으로서 막의 여과기능을 저하시킨다. 전처리 공정으로는 협잡물을 제거하기 위한 스크린, 프리필터나 strainer 등, 여과성능 향상 등을 위한 응집제 주입, 혹은 살조, 막에의 유기물 부착방지, 철, 망간 등의 산화를 위한 염소제의 주입 등의 공정이 있다고 알려져 있다.The pretreatment of the porous support (2301A) means a process for the purpose of protecting the membrane and controlling fouling. Here, fouling is a phenomenon in which clogging or the formation of an adhesive layer is caused as solutes in raw water are blocked by the membrane, which reduces the filtering function of the membrane. As a pretreatment process, a screen to remove impurities, a pre-filter or strainer, etc., injection of coagulant to improve filtration performance, or injection of chlorine agent to prevent adhesion of organic matter to algae, membranes, and oxidation of iron, manganese, etc. It is known that there is fairness.

상기 코팅단계로 만들어지는 분리막(2301)은 다공성지지체(2301A) 및 다공성지지체(2301A) 표면에 위치하는 코팅층(2301B)을 포함한다. 본 개시의 실시예들에 있어서, 코팅층(2301B)은 제1 코팅층(1311B) 또는 제3 코팅층(1321B) 또는 제1 코팅층(1311B) 및 제2 코팅층(1311C)을 포함하는 코팅층일 수 있다.The separator 2301 made by the coating step includes a porous support 2301A and a coating layer 2301B located on the surface of the porous support 2301A. In embodiments of the present disclosure, the coating layer 2301B may be a coating layer including a first coating layer 1311B or a third coating layer 1321B or a first coating layer 1311B and a second coating layer 1311C.

나노입자(2301Ba)는 적어도 한 차원이 1nm 내지 100nm의 크기를 갖는 입자로 정의한다. 나노입자(2301Ba)는 양자점(Quantum Dot), 금속 나노입자, 자성나노입자, 탄소나노튜브 등으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 본 개시의 실시예들에 있어서, 나노입자(2301Ba)는 전이금속 나노입자일 수 있다. 예를 들면, 제1 분리막(1311) 및 제2 분리막(1321)에 포함되는 나노입자는 각각 티타늄(Ti) 나노입자 및 텅스텐(W) 나노입자일 수 있다.The nanoparticle 2301Ba is defined as a particle having a size of 1 nm to 100 nm in at least one dimension. The nanoparticles 2301Ba may be selected from the group consisting of quantum dots, metal nanoparticles, magnetic nanoparticles, and carbon nanotubes. In embodiments of the present disclosure, the nanoparticle 2301Ba may be a transition metal nanoparticle. For example, the nanoparticles included in the first separator 1311 and the second separator 1321 may be titanium (Ti) nanoparticles and tungsten (W) nanoparticles, respectively.

나노입자(2301Ba)는 코어 입자 표면에 작용기가 위치하는 형태일 수 있다. 상기 작용기는 유기화학에서 분자들의 특징적인 화학 반응을 담당하는 분자 내의 특정 치환기 또는 부분으로 정의한다. 배위화합물에서 중심 원자에 결합하는 작용기는 리간드라고 지칭한다. 본 개시의 실시예들에 있어서, 상기 작용기는 전이금속 나노입자의 표면에 위치하는 리간드일 수 있다. 예를 들면, 표면에 상기 리간드를 포함하는 나노입자(2301Ba)가 고분자 매트릭스에 분산된 형태로 코팅층(2021B)에 포함되어 다공성지지체(2301A) 표면에 위치할 수 있다.The nanoparticles 2301Ba may have a functional group located on the surface of the core particle. In organic chemistry, the functional group is defined as a specific substituent or moiety in a molecule responsible for a chemical reaction characteristic of molecules. The functional group that binds to the central atom in a coordination compound is called a ligand. In embodiments of the present disclosure, the functional group may be a ligand located on the surface of the transition metal nanoparticle. For example, the nanoparticles 2301Ba including the ligand on the surface may be included in the coating layer 2021B in a dispersed form in a polymer matrix and positioned on the surface of the porous support 2301A.

본 개시의 다른 실시예들에 의하면, 일체형 복합저감장치(1000)를 이용한 복합저감방법을 제공할 수 있다. 기체공급단계는 기체공급부(1100)로 기체가 공급되는 단계이다. 제1 저감단계는 공급된 기체의 수분 및 친수성 VOC가 저감되는 단계이다. 제2 저감단계는 공급된 기체의 소수성 VOC가 저감되는 단계이다. 기체배출단계는 상기 제1 저감단계 및 상기 제2 저감단계를 통해 정제된 기체가 기체배출부(1500)로 배출되는 단계이다.According to other embodiments of the present disclosure, it is possible to provide a composite reduction method using the integrated composite reduction device (1000). The gas supply step is a step in which gas is supplied to the gas supply unit 1100 . The first reduction step is a step in which moisture and hydrophilic VOC of the supplied gas are reduced. The second reduction step is a step in which hydrophobic VOCs in the supplied gas are reduced. The gas discharge step is a step in which the gas purified through the first reduction step and the second reduction step is discharged to the gas discharge unit 1500 .

제1 저감단계는 공급된 기체의 상대습도가 50% 이하로 저감되는 단계일 수 있다. 예를 들면, 상대습도가 70%인 공급된 기체가 ETS-4 나노입자를 포함하는 제1 저감모듈(1310)을 통해 50% 이하로 저감되는 단계일 수 있다.The first reduction step may be a step in which the relative humidity of the supplied gas is reduced to 50% or less. For example, it may be a step in which supplied gas having a relative humidity of 70% is reduced to 50% or less through the first reduction module 1310 including ETS-4 nanoparticles.

제2 저감단계는 공급된 기체의 소수성 VOC가 60% 내지 90% 저감되는 단계일 수 있다. 예를 들면, WO3 나노입자를 포함하는 제2 저감모듈(1320)을 통해 공급된 기체에 포함된 소수성 VOC가 60% 내지 90% 저감되는 단계일 수 있다.The second reduction step may be a step in which the hydrophobic VOC of the supplied gas is reduced by 60% to 90%. For example, the hydrophobic VOC contained in the gas supplied through the second reduction module 1320 including WO 3 nanoparticles may be reduced by 60% to 90%.

이하에서는 상술한 구성에 따른 본 개시의 실험예들에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, experimental examples according to the present disclosure according to the above configuration will be described.

실험예 1. 제1 저감모듈(1310)의 장기 내구성 평가Experimental Example 1. Long-term durability evaluation of the first reduction module 1310

ETS-4 나노입자를 포함하는 제1 분리막(1311)을 포함하는 제1 저감모듈(1310)의 내구성을 평가하기 위한 실험을 진행하였다. 톨루엔 400ppm을 질소와 혼합한 혼합기체를 제1 저감모듈(1310)에 한 달 동안 흘린 후 제1 저감모듈(1310)의 투과도를 측정하여 장기 내구성 평가 전의 수분 투과도 값과 비교함으로써 제1 저감모듈(1310)의 장기 내구성을 평가하였다. 평가를 위해 제조한 제1 분리막(1311)은 폴리설폰 중공사막인 제1 다공성지지체(1311A) 상에 ETS-4 나노입자를 DETA의 중량 대비 0.2wt% 첨가한 코팅용액으로 제1 코팅층(1311B)을 코팅하여 제조하였다. 장기 내구성 평가의 결과는 다음과 같다.An experiment was conducted to evaluate the durability of the first reduction module 1310 including the first separator 1311 containing ETS-4 nanoparticles. After flowing a mixed gas of 400 ppm of toluene with nitrogen through the first reduction module 1310 for one month, the permeability of the first reduction module 1310 is measured and compared with the moisture permeability value before long-term durability evaluation. The first reduction module ( 1310) was evaluated for long-term durability. The first separator 1311 prepared for evaluation is a coating solution in which 0.2 wt% of ETS-4 nanoparticles are added relative to the weight of DETA on the first porous support 1311A, which is a polysulfone hollow fiber membrane, and the first coating layer 1311B It was prepared by coating. The results of long-term durability evaluation are as follows.

Figure pat00001
Figure pat00001

장기 내구성 평가 전의 제1 저감모듈(1310)은 20% 내지 80%의 상대습도에서 평균 1428 GPU의 투과도를 보였고, 기준 상대습도인 70%에서는 1578 GPU의 투과도를 보였다.The first reduction module 1310 before long-term durability evaluation showed an average transmittance of 1428 GPU at a relative humidity of 20% to 80%, and showed a transmittance of 1578 GPU at a reference relative humidity of 70%.

이후, 한 달 동안 톨루엔 400 ppm을 질소와 혼합한 혼합기체를 20ml/min 유속으로 흘려준 후, 투과도를 다시 측정하였다.Thereafter, a mixed gas in which 400 ppm of toluene was mixed with nitrogen was flowed at a flow rate of 20 ml/min for one month, and then the permeability was measured again.

20% 내지 80%의 상대습도에서 평균 투과도는 1435 GPU로, 장기 내구성 평가 전보다 오히려 7 GPU가 증가하였고, 기준 상대습도인 70%에서는 1565 GPU로 평가 전보다는 13 GPU (약 13%) 감소하였다. 이러한 결과로, 실험예 1의 제1 저감모듈(1310)은 톨루엔을 포함하는 VOC에 대해 장기 내구성이 우수하다고 판단할 수 있다.At 20% to 80% relative humidity, the average permeability was 1435 GPU, 7 GPU increased rather than before long-term durability evaluation, and at 70%, the standard relative humidity, 1565 GPU, 13 GPU (about 13%) decreased than before evaluation. As a result, it can be determined that the first reduction module 1310 of Experimental Example 1 has excellent long-term durability against VOCs including toluene.

또한, 같은 방법으로 제1 저감모듈(1310)의 선택도를 측정하였다. 장기 내구성 평가 전의 제1 저감모듈(1310)은 20% 내지 80%의 상대습도에서 평균 357의 선택도를 보였고, 기준 상대습도인 70%에서는 479의 선택도를 보였다.In addition, the selectivity of the first reduction module 1310 was measured in the same way. The first reduction module 1310 before long-term durability evaluation showed an average selectivity of 357 at a relative humidity of 20% to 80%, and a selectivity of 479 at a standard relative humidity of 70%.

장기 재구성 평가 후의 제1 저감모듈(1310)은 20% 내지 80%의 상대습도에서 평균 278의 선택도를 보였고, 기준 상대습도인 70%에서는 379의 선택도를 보였다.The first reduction module 1310 after long-term reconstitution evaluation showed an average selectivity of 278 at a relative humidity of 20% to 80%, and a selectivity of 379 at a reference relative humidity of 70%.

이러한 결과는 투과도와 마찬가지로, 실험예 1의 제1 저감모듈(1310)이 톨루엔을 포함하는 VOC에 대해 장기 내구성이 우수하다고 판단할 수 있다.Similar to the transmittance, it can be determined that the first reduction module 1310 of Experimental Example 1 has excellent long-term durability against VOCs containing toluene.

실험예 2. 제2 저감모듈(1320)의 저감 효율 평가.Experimental Example 2. Evaluation of reduction efficiency of the second reduction module 1320.

PVDF 중공사막인 제2 다공성지지체(1321A) 표면에 PDMS 및 WO3 나노입자를 포함하는 제3 코팅층(1321B)을 코팅하여 제2 분리막(1321)을 제조하였고, 제2 분리막(1321)으로 구성된 제2 저감모듈(1320)의 톨루엔 제거 효율을 측정하였다. 측정을 위해 톨루엔 400ppm을 질소와 혼합한 혼합기체를 사용하였고, 측정 결과는 다음과 같다.The second separator 1321 was prepared by coating the third coating layer 1321B containing PDMS and WO 3 nanoparticles on the surface of the second porous support 1321A, which is a PVDF hollow fiber membrane, and the second separator 1321 was formed. 2 The toluene removal efficiency of the reduction module 1320 was measured. For the measurement, a mixed gas in which 400 ppm of toluene was mixed with nitrogen was used, and the measurement results are as follows.

Figure pat00002
Figure pat00002

PDMS의 함량이 증가할수록, 투과되는 톨루엔의 농도가 낮아지는 것을 확인할 수 있었고, 이는 톨루엔의 제거 효율이 향상됨을 나타낸다. 20wt% PDMS가 포함된 제2 저감모듈(1320)은 76.0%의 제거 효율을 보였고, 여기에 0.1wt%의 WO3 나노입자를 추가로 포함하는 제2 저감모듈(1320)은 80.1%의 제거 효율을 보였다. 제2 저감모듈(1320)에 WO3 나노입자가 포함됨으로써 효율이 4.1% 향상되는 효과를 나타냈다. 25wt% PDMS가 포함된 제2 저감모듈(1320)에서 최대 87.9%의 톨루엔 제거 효율을 보였다. 이러한 결과로, 실험예 2의 제2 저감모듈(1320)이 우수한 톨루엔 제거 효율을 보인다고 판단할 수 있다.As the content of PDMS increased, it was confirmed that the concentration of permeated toluene decreased, indicating that the toluene removal efficiency was improved. The second reduction module 1320 containing 20wt% PDMS showed a removal efficiency of 76.0%, and the second reduction module 1320 further including 0.1wt% WO 3 nanoparticles had a removal efficiency of 80.1%. showed The inclusion of WO 3 nanoparticles in the second reduction module 1320 showed an effect of improving efficiency by 4.1%. The toluene removal efficiency of up to 87.9% was shown in the second reduction module 1320 containing 25wt% PDMS. As a result, it can be determined that the second reduction module 1320 of Experimental Example 2 exhibits excellent toluene removal efficiency.

이상 상술한 구성에 따른 실험예들을 설명하였으나, 제1 저감모듈(1310) 및 제2 저감모듈(1320)을 전술한 다른 구성 성분 또는 재료로 대체하더라도 동일한 효과를 얻을 수 있다.Experimental examples according to the above-described configuration have been described, but the same effect can be obtained even if the first reduction module 1310 and the second reduction module 1320 are replaced with other components or materials described above.

본 개시의 실시예들에 의하면, 친수성나노입자 및 소수성나노입자를 이용함으로써, VOC에 대해 내화학성이 우수한 일체형 복합저감장치를 제공할 수 있다.According to embodiments of the present disclosure, by using hydrophilic nanoparticles and hydrophobic nanoparticles, it is possible to provide an integrated composite reduction device having excellent chemical resistance to VOC.

본 개시의 실시예들에 의하면, 수분 및 친수성 VOC와 소수성 VOC를 동시에 저감시키므로, 효율적인 공간 활용이 가능하고 이에 따른 비용 절감이 가능한 일체형 복합저감장치를 제공할 수 있다.According to embodiments of the present disclosure, since water and hydrophilic VOCs and hydrophobic VOCs are reduced at the same time, it is possible to efficiently utilize space and provide an integrated composite reduction device capable of reducing costs accordingly.

본 개시의 실시예들에 의하면, 수분 및 친수성 VOC가 저감되는 저감모듈과 소수성 VOC가 저감되는 저감모듈을 이용함으로써, VOC 저감 효율이 우수한 복합저감방법을 제공할 수 있다.According to embodiments of the present disclosure, by using a reduction module for reducing moisture and hydrophilic VOC and a reduction module for reducing hydrophobic VOC, it is possible to provide a composite reduction method with excellent VOC reduction efficiency.

이상의 설명은 본 개시의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 개시의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 또한, 본 개시에 개시된 실시예들은 본 개시의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 이러한 실시예에 의하여 본 개시의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 개시의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 개시의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an example of the technical idea of the present disclosure, and various modifications and variations may be made to those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present disclosure. In addition, the embodiments disclosed in this disclosure are not intended to limit the technical idea of the present disclosure, but rather to explain the scope of the technical idea of the present disclosure by these embodiments. The scope of protection of the present disclosure should be construed by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of rights of the present disclosure.

1000: 일체형 복합저감장치 1100: 기체공급부
1200: 유입구 1300: 저감카트리지
1310: 제1 저감모듈 1311: 제1 분리막
1311A: 제1 다공성지지체 1311B: 제1 코팅층
1311Ba: 친수성나노입자 1311C: 제2 코팅층
1320: 제2 저감모듈 1321: 제2 분리막
1321A: 제2 다공성지지체 1321B: 제3 코팅층
1321Ba: 소수성나노입자 1325: 진공라인
1330: 제1 진공라인 1340: 제2 진공라인
1400: 배출구 1500: 기체배출부
1600: 필터
1000: integrated composite reduction device 1100: gas supply unit
1200: inlet 1300: reduction cartridge
1310: first reduction module 1311: first separator
1311A: first porous support 1311B: first coating layer
1311Ba: hydrophilic nanoparticles 1311C: second coating layer
1320: second reduction module 1321: second separator
1321A: second porous support 1321B: third coating layer
1321Ba: hydrophobic nanoparticles 1325: vacuum line
1330: first vacuum line 1340: second vacuum line
1400: outlet 1500: gas outlet
1600: filter

Claims (14)

유입구;
친수성나노입자를 포함하는 제1 저감모듈과 소수성나노입자를 포함하는 제2 저감모듈을 포함하는 저감카트리지; 및
배출구를 포함하는 일체형 복합저감장치.
inlet;
A reduction cartridge including a first reduction module including hydrophilic nanoparticles and a second reduction module including hydrophobic nanoparticles; and
All-in-one combined reduction device including an outlet.
제1 항에 있어서,
상기 유입구에 연결되는 기체공급부 및
상기 기체공급부 또는 상기 유입구 내에 위치하는 필터를 추가로 포함하는 일체형 복합저감장치.
According to claim 1,
A gas supply unit connected to the inlet and
Integrated composite reduction device further comprising a filter located in the gas supply unit or the inlet.
제1 항에 있어서,
상기 제1 저감모듈과 연결되는 제1 진공라인 및
상기 제2 저감모듈과 연결되는 제2 진공라인을 추가로 포함하는 일체형 복합저감장치.
According to claim 1,
A first vacuum line connected to the first reduction module and
An integrated composite reduction device further comprising a second vacuum line connected to the second reduction module.
제1 항에 있어서,
상기 제1 저감모듈은 상기 유입구에 인접해서 위치하고, 상기 제2 저감모듈은 상기 배출구에 인접해서 위치하는 일체형 복합저감장치.
According to claim 1,
The first reduction module is located adjacent to the inlet, and the second reduction module is an integrated composite reduction device located adjacent to the outlet.
제1 항에 있어서,
상기 제1 저감모듈은 제1 다공성지지체 및 상기 친수성나노입자를 포함하는 제1 코팅층을 포함하는 제1 분리막을 포함하는 일체형 복합저감장치.
According to claim 1,
The first reduction module is an integrated composite reduction device including a first separator including a first porous support and a first coating layer including the hydrophilic nanoparticles.
제5 항에 있어서,
상기 제1 분리막은 상기 제1 다공성지지체와 상기 제1 코팅층 사이에 위치하는 제2 코팅층을 추가로 포함하는 일체형 복합저감장치.
According to claim 5,
The first separator is an integrated composite reduction device further comprising a second coating layer located between the first porous support and the first coating layer.
제5 항에 있어서,
상기 제1 다공성지지체는 설폰계 고분자를 포함하는 중공사막인 일체형 복합저감장치.
According to claim 5,
Wherein the first porous support is a hollow fiber membrane containing a sulfone-based polymer integrated composite reduction device.
제1 항에 있어서,
상기 친수성나노입자는 ETS-4(Engelhard Titanosilicate-4) 나노입자인 일체형 복합저감장치.
According to claim 1,
The hydrophilic nanoparticles are ETS-4 (Engelhard Titanosilicate-4) nanoparticles integrated composite reduction device.
제1 항에 있어서,
상기 제2 저감모듈은 제2 다공성지지체 및 상기 소수성나노입자를 포함하는 제3 코팅층을 포함하는 제2 분리막을 포함하는 일체형 복합저감장치.
According to claim 1,
The second reduction module is an integrated composite reduction device including a second separator including a second porous support and a third coating layer including the hydrophobic nanoparticles.
제9 항에 있어서,
상기 제2 다공성지지체는 불소계 고분자를 포함하는 중공사막인 일체형 복합저감장치.
According to claim 9,
The second porous support is an integrated composite reduction device of a hollow fiber membrane containing a fluorine-based polymer.
제1 항에 있어서,
상기 소수성나노입자는 텅스텐트리옥사이드(WO3) 나노입자인 일체형 복합저감장치.
According to claim 1,
The hydrophobic nanoparticles are tungsten trioxide (WO 3 ) nanoparticles integrated composite reduction device.
기체공급부로 기체가 공급되는 기체공급단계;
공급된 기체의 수분 및 친수성 VOC가 저감되는 제1 저감단계;
공급된 기체의 소수성 VOC가 저감되는 제2 저감단계; 및
상기 제1 저감단계와 상기 제2 저감단계를 통해 정제된 기체가 기체배출부에서 배출되는 기체배출단계를 포함하는 복합저감방법.
a gas supply step in which gas is supplied to the gas supply unit;
A first reduction step in which moisture and hydrophilic VOC of the supplied gas are reduced;
a second reduction step in which hydrophobic VOCs in the supplied gas are reduced; and
A complex reduction method comprising a gas discharge step in which the gas purified through the first reduction step and the second reduction step is discharged from a gas discharge unit.
제12 항에 있어서,
상기 제1 저감단계는 공급된 기체의 상대습도가 50% 이하로 저감되는 단계인 복합저감방법.
According to claim 12,
The first reduction step is a step of reducing the relative humidity of the supplied gas to 50% or less.
제12 항에 있어서,
상기 제2 저감단계는 공급된 기체의 소수성 VOC가 60% 내지 90% 저감되는 단계인 복합저감방법.
According to claim 12,
The second reduction step is a complex reduction method in which the hydrophobic VOC of the supplied gas is reduced by 60% to 90%.
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