KR100800305B1 - Separator Device for Water-treatment and Water-treatment System Employed with the Same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 (i) 그라파이트 시트, (ii) 카본계 물질 함유 고분자 분리막, 및 (iii) 스페이서의 적층구조를 포함하고, 상기 그라파이트 시트에 미소 전압이 인가되는 것으로 구성된 향상된 분해능의 분리막 장치, 및 이를 포함하는 것으로 구성된 수처리 시스템을 제공한다.The present invention includes (i) a graphite sheet, (ii) a carbon-based material-containing polymer separator, and (iii) a laminate structure of spacers, and an improved resolution separator device configured to apply a small voltage to the graphite sheet, and It provides a water treatment system consisting of.
Description
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 수처리용 분리막 장치의 구조를 나타낸 모식도이다;1 is a schematic diagram showing the structure of a membrane device for water treatment according to an embodiment of the present invention;
도 2는 본 발명에 따른 분리막 장치를 포함하는 하나의 예시적인 수처리 시스템의 구성도이다.2 is a schematic diagram of one exemplary water treatment system including a separator device according to the present invention.
본 발명은 수처리용 분리막 장치 및 이를 포함하는 것으로 구성된 수처리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게 (i) 그라파이트 시트, (ii) 카본계 물질을 포함하는 고분자 분리막, 및 (iii) 스페이서의 적층 구조를 포함하고, 상기 그라파이트 시트에 미소 전압이 인가되는 것으로 구성되어 있는 수처리용 분리막 장치 등에 관한 것이다.The present invention relates to a water treatment membrane device and a water treatment system comprising the same, in more detail comprising (i) a graphite sheet, (ii) a polymer membrane comprising a carbon-based material, and (iii) a laminated structure of spacers The present invention relates to a separation membrane device for water treatment and the like, wherein a minute voltage is applied to the graphite sheet.
일반적으로 염(TDS : Total dissolved solids)의 제거 또는 농축에 사용되는 다양한 방법들이 알려져 있으며, 이와 관련하여, 예를 들어, 역삼투분리, 전기투석, 증발, 기타 방법들이 있다. In general, various methods are known which are used for the removal or concentration of total dissolved solids (TDS), and in this regard, for example, reverse osmosis, electrodialysis, evaporation, and other methods.
그 중에서도 분리막을 이용하는 공정은 기존의 분리 및 농축공정과 비교하여 여러 가지 특징을 가진다. 즉, 막분리 공정은 상변화 없이 물질을 선별적으로 분리시키므로 공정이 단순하고 다른 분리공정에 비해 에너지 효율이 우수하다는 장점이 있다. 기존 방법들은 주로 상변화를 유도하여 물질을 분리하기 때문에 막분리 공정과 비교하여 에너지 소모량이 많은 편이며, 상변화를 위하여 높은 온도를 요구하므로 분리하는 물질의 특성이 변화는 경우가 많다. 그러나, 막분리 공정은 기계적인 압력을 가하여 물질의 분리가 일어나기 때문에, 특정 성분의 분리와 정제, 그리고 농축 공정에서 새로운 대안으로 많이 응용되고 있으며 적용 범위가 점차 넓어지고 있다. 예를 들어, 막의 재질 및 형태, 여과방식에 따라 부유물질, 콜로이드, 효소, 단백질, 유기 용매, 염 등을 분리할 수 있으며, 혼합 기체에서 특정 성분을 분리하여 농축할 수도 있으므로, 새로운 공정개발에 대한 연구가 계속 진행중이다. 응용분야로는 식품산업의 원료분리 및 농축, 보일러 및 반도체 세척공정에 응용되는 초순수의 제조, 폐수내 유효물질회수 및 재활용기술 등을 들 수 있다.Among them, the process using the membrane has a number of characteristics compared to the conventional separation and concentration process. In other words, the membrane separation process selectively separates materials without a phase change, and thus has a simple process and an energy efficiency superior to other separation processes. Existing methods tend to consume more energy than membrane separation processes because they mainly separate phases by inducing phase change, and the characteristics of the separating material often change because high temperatures are required for phase change. However, the membrane separation process is applied as a mechanical pressure, so that the separation of the material is applied as a new alternative in the separation, purification and concentration process of specific components, and the application range is gradually widening. For example, it is possible to separate suspended solids, colloids, enzymes, proteins, organic solvents, salts, etc. according to the material, form, and filtration method of the membrane, and to concentrate specific components in a mixed gas. Research is ongoing. Applications include the separation and concentration of raw materials in the food industry, the production of ultrapure water for boiler and semiconductor cleaning processes, the recovery of active substances in wastewater and recycling technologies.
또한, 막분리 공정은 전체적인 시스템 구성이 타 공정에 비하여 간단하기 때문에, 파일럿 실험 후 설계인자에 대한 정보가 확보되면 실제 공정설계 및 시설확장이 편리하며 시설자체의 체적을 작게 할 수 있으므로 설치면적을 최소로 유도할 수 있는 장점을 갖고 있다. 특히, 막분리 공정을 이용하여 폐수를 처리하는 경우 처리과정에서 약품사용이 적기 때문에 슬러지 발생량을 최소화 시킬 수 있다. 분 리막 공정에서 얻어진 처리수는 원수로 사용되거나 수질에 따라 직접 제조 공정에 사용될 수 있다. 또한, 농축된 폐수의 용량은 전체 발생 폐수량의 10% 미만으로 줄일 수 있어서, 무방류 폐수처리 시스템 개발에 막분리 공정이 핵심기술로 자리잡고 있다. In addition, since the overall system configuration is simpler than other processes, the membrane separation process is simpler when the information on the design factors is secured after the pilot experiment, so that the actual process design and facility expansion are convenient and the volume of the facility itself can be reduced. It has the advantage of being minimally derived. In particular, when the wastewater is treated by using a membrane separation process, the amount of sludge generated can be minimized because there is less chemical use in the treatment process. The treated water obtained in the separation membrane process can be used as raw water or directly in the manufacturing process depending on the water quality. In addition, the capacity of the concentrated wastewater can be reduced to less than 10% of the total generated wastewater, so that the membrane separation process is a key technology for the development of a zero discharge wastewater treatment system.
그러나, 이러한 막분리 공정은 대량의 플럭스(Flux)를 처리하기가 어렵고, pH, 화학약품, 고온고압 등의 환경조건에 약하며, 규모의 잇점(scale merit)이 크지 않아 시스템의 최적화가 필요하다는 문제가 있으므로, 이에 대한 해결책이 절실한 상황이다.However, this membrane separation process is difficult to treat a large amount of flux, weak to environmental conditions such as pH, chemicals, high temperature and high pressure, and the scale merit is not large, so the system needs to be optimized. There is a need for a solution.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to solve the problems of the prior art as described above and the technical problems that have been requested from the past.
본 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 분리막용 고분자 막으로서 카본계 물질 및/또는 CNT(카본나노튜브)를 사용하고, 전극용 부재로서 그라파이트 시트를 사용하여 미소 전류를 인가하는 경우, 놀랍게도 외부 환경 변화에 대한 내성이 강하면서도, 용이한 분리와 분리막의 분해능이 획기적으로 향상될 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. After extensive research and various experiments, the present inventors used a carbon-based material and / or CNT (carbon nanotube) as a polymer film for a separator, and applied a small current using a graphite sheet as an electrode member. Surprisingly, while being resistant to external environmental changes, it has been found that easy separation and resolution of the membrane can be dramatically improved, and have completed the present invention.
따라서, 본 발명에 따른 수처리용 분리막 장치는, (i) 그라파이트 시트, (ii) 카본계 물질을 포함하는 고분자 분리막 (카본계 분리막), 및 (iii) 스페이서(spacer)의 적층 구조를 포함하고, 상기 그라파이트 시트에 미소 전압이 인가되는 것으로 구성되어 있다.Accordingly, the separator for water treatment according to the present invention includes a laminated structure of (i) a graphite sheet, (ii) a polymer separator (carbon-based separator) containing a carbon-based material, and (iii) a spacer, It is comprised by applying a small voltage to the said graphite sheet.
상기 그라파이트 시트는 전류를 인가하기 위한 전극용 부재로서 사용되는 바, 본 발명에 따른 적층 구조의 분리막 장치에서 그라파이트 시트 상에 전압을 인가하게 되면, (+) 및 (-)의 전위에 따라 용액속에 존재하는 이온 및 이온성 유/무기물이 인접한 카본계 분리막으로 이동하는 구동력이 제공된다. 즉, 카본계 분리막 사이에 적층된 그라파이트 시트는 교대로 양극과 음극의 역할을 하면서 분리막 장치 전체적으로 균일한 전위차가 반복적으로 발생하게 된다. The graphite sheet is used as an electrode member for applying an electric current, and when a voltage is applied on the graphite sheet in the separator device of the laminated structure according to the present invention, the graphite sheet is added into the solution according to the potential of (+) and (-). A driving force is provided to move the ions and ionic organics and inorganics present to the adjacent carbon-based separator. That is, the graphite sheets stacked between the carbon-based separators alternately serve as anodes and cathodes, and thus a uniform potential difference is repeatedly generated throughout the separator apparatus.
상기 그라파이트 시트 상에는, 앞서 정의한 바와 같이, 전위차가 크지 않은 미소 전압이 인가된다. 인접하는 그라파이트 시트 사이의 전위차가 커지게 되면, 유입되는 물질의 상변화 내지 전기분해가 일어나 물질의 특성이 변할 수 있고, 많은 양의 에너지를 요구하여 효율이 떨어지는 문제가 있다. 따라서, 이러한 문제점을 최소화하고 분리막의 분해능을 최적화하기 위해서는 1.5 V 이하의 직류 전압을 인가하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직한 인가 전압은 0.5 내지 1.5 V일 수 있다.On the graphite sheet, as defined above, a small voltage with a small potential difference is applied. If the potential difference between adjacent graphite sheets is increased, phase change or electrolysis of the incoming material may occur, and thus the properties of the material may be changed, and a large amount of energy may be required to reduce efficiency. Therefore, in order to minimize this problem and optimize the resolution of the separator, it is preferable to apply a DC voltage of 1.5 V or less. More preferred applied voltage may be 0.5 to 1.5V.
상기 카본계 물질을 포함하는 고분자 분리막(카본계 분리막)은 분리막에 공급되는 전위차로 인한 극성에 따라 유도되는 이온성 물질을 흡착하는 역할을 한다. 카본계 물질은 다공성이 커서 물질을 흡착하는 성질이 뛰어나며, 온도나 pH등 외부 환경의 급격한 변화에 대한 내성이 우수한 흡착제로서 사용될 수 있다. 상기 고분 자 분리막은 탄소계 물질을 고정하는 바인더(binder) 및 메트릭스(matrix)로서 역할을 하며, 동시에 유입되는 유/무기물을 걸러 주는 물리적 여과부재로서 작용한다.The polymer separator (carbon-based separator) including the carbon-based material serves to adsorb the ionic material induced according to the polarity due to the potential difference supplied to the separator. The carbon-based material has a high porosity, which is excellent in adsorbing the material, and may be used as an adsorbent having excellent resistance to rapid changes in the external environment such as temperature or pH. The polymer separator serves as a binder and a matrix for fixing the carbon-based material, and at the same time, serves as a physical filtration member for filtering the incoming organic and inorganic materials.
상기 카본계 물질은 앞서 설명한 바와 같은 작용을 할 수 있는 소재라면 특별히 제한되는 것은 아니지만, CNT(카본나노튜브)가 특히 바람직하다. CNT는 탄소 6개로 이루어진 육각형 모양이 서로 연결되어 관 모양을 이루고 있으며, 관의 지름이 수 ~ 수십 나노미터에 불과하다. 따라서, 단위 체적당 표면적이 현저히 크기 때문에 유입되는 물질에 대한 흡착도 역시 월등하게 나타난다. 또한, CNT 안에서의 유체흐름의 속도는 매우 빠르며, 특히 물의 경우 가장 빠른 유속을 보이는 것으로 알려져 있다. 이는 물 분자들 사이의 수소 결합과 물 분자와 나노튜브 벽 사이의 약한 친화력으로 인해 거의 마찰이 없는 흐름을 가지기 때문이다. 반면에, 이온 내지 이온성 유/무기물들은 CNT와 보다 많은 반응을 하기 때문에 상대적으로 유속이 떨어지게 된다. 따라서, 이러한 성질을 이용하여 효율적이면서 선택적인 흡착이 가능하다. The carbon-based material is not particularly limited as long as it is a material capable of functioning as described above, but CNT (carbon nanotube) is particularly preferable. CNTs have six carbon hexagons connected to each other to form a tubular shape, and the diameter of the tube is only a few tens of nanometers. Therefore, the adsorption to the incoming material is also excellent because the surface area per unit volume is remarkably large. In addition, the rate of fluid flow in the CNTs is very fast, especially in the case of water is known to show the fastest flow rate. This is due to the almost frictionless flow due to the hydrogen bonds between the water molecules and the weak affinity between the water molecules and the nanotube walls. On the other hand, the ionic to ionic organics / inorganic matters react more with CNTs, so the flow rate decreases relatively. Thus, using this property, efficient and selective adsorption is possible.
더욱이, CNT는 전기 전도도가 구리와 비슷하고, 열전도율은 자연계에서 가장 뛰어난 다이아몬드와 같으며, 강도는 철강보다 100 배나 우수하고, 탄소섬유는 1%만 변형시켜도 끊어지는 것에 비하여 CNT는 15%가 변형되어도 견딜 수 있는 기계적 강도를 보유하고 있다. 상기와 같은 물리 화학적 특성으로 인해, CNT를 활용한 고분자 분리막은 pH, 화학약품, 고온 고압 등의 환경조건에 견디는 성질이 뛰어나고, 우수한 기계적 강도를 나타내기 때문에 다양한 형태와 크기로 제조하는 것이 가능 하다Moreover, CNTs are similar in electrical conductivity to copper, thermal conductivity is the best diamond in nature, 100 times stronger than steel, and 15% of CNTs are deformed compared to 1% of carbon fiber. It has mechanical strength to withstand. Due to the above physicochemical properties, polymer membranes using CNTs can be manufactured in various shapes and sizes because they have excellent properties to withstand environmental conditions such as pH, chemicals, high temperature and high pressure, and exhibit excellent mechanical strength.
상기 스페이서(spacer)는 적층구조의 평막 사이에 유입 용액이 흐를 수 있는 통로의 역할을 한다. 막과 막의 표면 사이에 반응성이 없는 망상 구조의 재질을 갖는 스페이서를 삽입할 경우, 와류를 증대시켜 물질전달을 촉진시키고 농도 분극을 감소시킨다. 유입된 용액은 스페이서를 통과하면서, 이온 내지 이온성 유/무기물들은 고분자 막에 흡착되고, 순수한 용매는 스페이서를 통해 분리막의 반대편으로 빠져 나가게 된다. 상기 스페이서의 재질은 분리막 장치의 작동 환경 하의 다양한 요인들(화학약품, 온도, pH 등)에 대해 반응성이 없는 소재라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 고분자 수지로 이루어질 수 있다. The spacer serves as a passage through which the inflow solution can flow between the flat membranes of the laminated structure. Inserting a spacer with a non-reactive network material between the membrane and the surface of the membrane increases the vortex to promote mass transfer and reduce concentration polarization. As the introduced solution passes through the spacer, ionic or ionic organic / inorganic substances are adsorbed onto the polymer membrane, and the pure solvent passes through the spacer to the opposite side of the separator. The material of the spacer is not particularly limited as long as it is a material that is not reactive to various factors (chemicals, temperature, pH, etc.) under the operating environment of the separator device. For example, the spacer may be made of a polymer resin.
하나의 바람직한 예에서, 상기 스페이서는 적층 구조를 지지하며 유체의 흐름이 용이할 수 있도록 다공성 망상 구조로 이루어져 있을 수 있다. In one preferred example, the spacer supports a laminated structure and may be made of a porous network structure to facilitate the flow of fluid.
본 발명에 따른 분리막 장치의 크기는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 하나의 바람직한 예에서 분리막 장치를 구성하는 각 평막의 가로, 세로의 길이는 각각 50 내지 300 mm이고, 적층간격은 2 mm로 구성될 수 있다. 각 구성 평막의 가로 길이(유입 용액의 공급방향에 대한 수직상의 길이)는 분리막의 처리 용량과 상관관계를 가지며, 세로 길이(유입 용액의 공급 방향상의 길이)는 분리막의 분해능을 결정하는 인수로 작용한다. 즉, 평막의 가로의 길이가 300 mm를 초과하면, 유입 용액의 농도 구배를 균일하게 유지하기 힘들어 효율이 떨어지게 되고, 50 mm 미만이면 유입 용액에 대한 처리 용량이 저하될 수 있다. 또한, 세로의 길이가 300 mm를 초과하면, 유입 용액에 대한 저항값이 커지게 되고 증가된 압력에 의해 분리막의 구조가 변형될 수 있고, 50 mm 미만이면 유입 용액의 분리막 투과거리가 짧아 소망하는 수준의 분해능을 얻어지지 않을 수 있다. 따라서, 이러한 점들을 고려할 때, 분리막 장치의 가로, 세로의 길이는 각각 200 mm인 것이 더욱 바람직하다.The size of the membrane device according to the present invention is not particularly limited, but in one preferred example, the horizontal and vertical lengths of the flat membranes constituting the membrane device are 50 to 300 mm, respectively, and the stacking interval may be 2 mm. have. The horizontal length (vertical length relative to the feed direction of the influent solution) of each component flat membrane is correlated with the treatment capacity of the separator, and the vertical length (length in the feed direction of the influent solution) serves as a factor for determining the resolution of the separator. do. That is, when the horizontal length of the flat membrane exceeds 300 mm, it is difficult to maintain the concentration gradient of the influent solution uniformly, and the efficiency decreases, and when it is less than 50 mm, the treatment capacity for the influent solution may be lowered. In addition, when the longitudinal length exceeds 300 mm, the resistance to the influent solution becomes large, and the structure of the separator may be deformed by the increased pressure. When the length is less than 50 mm, the permeate separation distance of the influent solution is short. Levels of resolution may not be achieved. Therefore, in consideration of these points, it is more preferable that the lengths of the width and length of the separator device are 200 mm, respectively.
상기 분리막 장치를 구성하는 각 평막의 적층구조는 스페이서를 기준으로 대칭구조로 이루어져 있다. The laminated structure of each flat membrane constituting the separator device has a symmetrical structure with respect to the spacer.
본 발명의 하나의 실시예에 따른 분리막 장치이 도 1을 참조하여 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Although the separator device according to an embodiment of the present invention is further described with reference to FIG. 1, the scope of the present invention is not limited thereto.
도 1을 참조하면, 스페이서(110)를 기준으로 인접하는 상하층에 카본 고분자막(121, 122)이 적층되어 있고, 이러한 적층구조의 위 아래로 다시 그라파이트 시트(131, 132)가 적층되어 있다. Referring to FIG. 1,
그라파이트 시트(131, 132)에는 전압공급장치(140)를 통해 전압이 인가되는데, 상단의 그라파이트 시트(131)를 양극으로, 하단의 그라파이트 시트(132)를 음극으로 하여 전압을 인가하면, 망상 구조의 스페이서(110)를 통해 유입되는 용액에서 (-) 극성을 띠는 물질은 양극 방향인 위쪽을 유도되어 스페이서(110) 상단의 카본 고분자막(121)에 흡착되고, (+) 극성을 띠는 물질은 반대로 하단의 카본 고분자막(122)에 흡착된다. 따라서, 스페이서(110)에는 순수한 용매만이 남게 되고 이는 분리막(100)의 반대편으로 흘러나가게 된다.Voltage is applied to the
따라서, 상기의 적층 구조를 동일하게 반복함으로써 다량의 용액을 처리할 수 있게 된다. 즉, 각 구성 평막의 적층수는 분리막의 처리 용량과 직결되는 것으로, 최소 150 장 이상을 척층함으로써 소망하는 수준의 처리 용량을 얻을 수 있으며, 반대로 구성 평막의 척층수가 360 장을 초과하는 경우에는 유입 용액을 분리막의 적층 구조에 균일하게 공급하는 것이 어려워져 효율이 저하될 수 있다. 따라 서, 바람직하게는 120 내지 260 장의 범위에서 적층하는 것으로 구성할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 240 장을 적층하는 것으로 구성할 수 있다.Therefore, a large amount of solution can be processed by repeating the above laminated structure in the same manner. That is, the number of laminated flat membranes is directly connected to the capacity of the separation membrane, and the desired treatment capacity can be obtained by chucking at least 150 sheets, and conversely, when the number of constituent flat membranes exceeds 360 sheets, It is difficult to uniformly supply the inflow solution to the laminated structure of the separator, which may lower the efficiency. Therefore, Preferably it can be comprised by laminating in the range of 120-260 sheets, More preferably, it can be comprised by laminating | stacking 240 sheets.
이러한 특정한 구성의 본 발명에 따른 분리막 장치은 다양한 응용 분양에 적용이 가능하다. 구체적으로 살펴보면, 먼저 수처리 분야에서는 물속의 유, 무기물질을 제거한 후 정수(음용수)나 순수 용도로 사용할 수 있으며, 중금속 및 질산성질소에 오염된 지하수 처리 및 분리막의 농축수를 처리하여 처리율도 증가시킬 수 있다. 또한, 전처리된 오하수 및 폐수처리 시에도 적용될 수 있다. 제약분야 및 식품 분야에서는 액상 상태의 특정 물질을 농축 시 적용할 수 있다. 또한, 해수 담수화시 해수의 염을 제거하여 담수로 만드는데도 사용될 수 있다.The membrane device according to the present invention in this particular configuration is applicable to a variety of applications. Specifically, in the water treatment field, first of all, oil and inorganic substances in the water can be removed and used for purified water (drinking water) or pure water. You can. It can also be applied to pretreated sewage and wastewater treatment. In the pharmaceutical and food sectors, certain substances in liquid form can be applied for concentration. It can also be used to remove salts from seawater to make freshwater during seawater desalination.
또한, 본 발명에는 평판형 분리막을 사용함으로써, 각 평막 사이의 간격 조절이 가능하며, 고농도의 현탁물질을 함유한 원수에도 적용 가능하다. 또한, 분해 조립이 가능하여 세정이 용이하고, 각각의 평막 자체만의 교체가 가능하다.In addition, in the present invention, by using a flat separator, the spacing between the flat membranes can be adjusted, and the present invention can also be applied to raw water containing a high concentration of suspended solids. In addition, disassembly and assembly are possible, and cleaning is easy, and each flat membrane itself can be replaced.
본 발명은 또한 상기의 분리막을 포함한 수처리 시스템을 제공한다. 본 발명에 따른 수처리 시스템은 제 1 저장소, 펌프, 필터, 유량계, 상기 분리막 장치, 및 제 2 저장소를 포함하는 것으로 구성되어 있다.The present invention also provides a water treatment system including the separation membrane. The water treatment system according to the present invention consists of a first reservoir, a pump, a filter, a flow meter, the separator device, and a second reservoir.
본 발명의 하나의 실시예에 따른 수처리 시스템이 모식적으로 도시되어 있는 도 2를 참조하면, 먼저, 처리하고자 하는 용액을 제 1 저장소에 넣은 후, 펌프를 이용하여 물리적 여과 단계인 필터를 통과한 용액을 분리막에 공급하게 된다. 이때, 선택적으로 유량계를 설치, 용액의 유입량을 측정하여 분리막에 공급되는 용액의 압력을 조절할 수 있다. 분리막에서 걸러진 유,무기물은 별도의 공정을 거쳐, 슬러리 내지 고농축액의 형태로 수거되며, 여과과정을 거친 순수한 용매는 제 2 저장소에 저장된다.Referring to FIG. 2, which schematically illustrates a water treatment system according to an embodiment of the present invention, first, a solution to be treated is placed in a first reservoir, and then passed through a filter, which is a physical filtration step using a pump. The solution is supplied to the separator. At this time, by selectively installing a flow meter, by measuring the inflow of the solution it is possible to adjust the pressure of the solution supplied to the membrane. The organic and inorganic substances filtered from the separator are collected in a separate process, in the form of a slurry or a highly concentrated liquid, and the filtered solvent is stored in a second reservoir.
본 발명은 또한 상기 카본계 분리막을 포함하는 분리막 장치의 제조방법을 제공한다. 이를 예시하면 다음과 같다.The present invention also provides a method of manufacturing a separator device comprising the carbon-based separator. An example of this is as follows.
우선, 분리막의 메트릭스 성분으로서의 고분자 분리막 재료, NMP(N-methylpyrrolidone), PVDF(Polyvinylidene fluoride), 및 기타 첨가제를 조성 비율에 따라 혼합액을 제조한다. 이때, NMP는 고분자 재료의 용매로 사용되며, PVDF는 분리막 조성물의 바인더 역할을 한다. 상기 혼합물을 200℃ 이상으로 가열한 프레스를 이용하여 일정한 두께로 캐스팅(casting)하여 각 평막을 제조할 수 있다. First, a mixed solution is prepared according to a composition ratio of a polymer membrane material, N-methylpyrrolidone (NMP), polyvinylidene fluoride (PVDF), and other additives as matrix components of the separator. At this time, NMP is used as a solvent of the polymer material, PVDF serves as a binder of the membrane composition. Each flat membrane may be manufactured by casting the mixture to a predetermined thickness using a press heated to 200 ° C. or more.
또 다른 방법으로는 상기의 혼합물을 가열된 롤러를 통해 롤링(Rolling)하여 일정 두께의 시트형태로 제조한 후, 상온으로 냉각하여 각 평막을 제조하는 것이 가능하다.In another method, the mixture may be rolled through a heated roller to prepare a sheet having a predetermined thickness, and then cooled to room temperature to manufacture each flat membrane.
상기의 방법으로 제조된 각 평막을 일정 크기로 재단한 후, 이를 순서대로 적층하고, 그라파이트 시트에 전원공급장치를 연결하여 원하는 전압을 공급하여 분리막 장치를 제조할 수 있다.Each flat membrane manufactured by the above method may be cut to a predetermined size, and then stacked in order, and a separator device may be manufactured by supplying a desired voltage by connecting a power supply device to a graphite sheet.
이상의 설명과 같이, 본 발명은 분리막용 고분자 막으로서 카본계 물질 및/또는 CNT(카본나노튜브)를 사용하고, 전극용 부재로서 그라파이트 시트를 사용하여 미소 전류를 인가함으로써, pH, 화학약품, 고온고압 등의 환경조건에 강하면서도, 기계적 특성이 우수하고, 분해능이 뛰어난 분리막 장치를 제조할 수 있다.As described above, the present invention uses a carbon-based material and / or CNT (carbon nanotube) as the polymer membrane for the separator, and using a graphite sheet as a member for the electrode to apply a small current, so that the pH, chemicals, high temperature It is possible to manufacture a separator device that is resistant to environmental conditions such as high pressure and has excellent mechanical properties and excellent resolution.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to perform various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above contents.
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