KR101511232B1 - Forward Osmosis membrane packed with draw material, the preparing method thereof and the forward osmosis apparatus comprising the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 유도물질 내재형 정삼투 분리막, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 정삼투 장치에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an inductively-permeable positive osmosis membrane, a method for manufacturing the same, and a positive osmosis unit including the same.
현재 기존의 역삼투 분리막(RO, reverse osmosis membrane)을 이용한 해수담수화 공정에 비해 에너지 저감 효율이 높은 분리막에 대한 연구가 이루어지고 있다. 그 대표적인 연구가 정삼투 분리막(FO, forward osmosis membrane)에 대한 연구라 할 수 있다. 일례로 기존 역삼투 분리막 공정의 경우 2 - 4 kwh/ton의 에너지가 소비되었으나, 정삼투 분리막 공정의 경우 이론적으로 1 - 1.5 kwh/ton 정도로 에너지 소비량을 저감할 수 있는 것으로 나타난다.
Currently, separation membranes with higher efficiency of energy reduction than conventional seawater desalination using reverse osmosis membranes (RO) have been studied. A representative study is the study of the forward osmosis membrane (FO). For example, the conventional reverse osmosis membrane process consumes 2 - 4 kwh / ton of energy, but theoretically, it can reduce the energy consumption by about 1 - 1.5 kwh / ton.
정삼투 분리막의 수투과 메커니즘을 살펴보면, 기존의 역삼투 분리막과 유사한 분리막을 통해 정삼투가 수행된다. 즉, 반투막(semipermeable membrane)을 중심으로 일면은 해수와 같이 염 등을 포함한 처리하고자 하는 혼합수가 접하면 혼합수보다 화학적 포텐셜(chemical potential)이 높은 유도물질이 혼합되어 있는 유도용액이 접하여 화학적 포텐셜의 차이에 의해 발생되는 삼투압에 의해 분리투과가 이루어진다.
As for the water permeation mechanism of the positive osmosis membrane, positive osmosis is performed through a membrane similar to the conventional reverse osmosis membrane. In other words, the center of the semipermeable membrane is the induction solution in which the chemical potential is higher than that of the mixed water, such as salt, The osmotic pressure generated by the difference causes separation permeation.
이와 같은 정삼투 분리막 공정은 도 1에 나타낸 바와 같이 기존의 역삼투 분리막의 염을 배제할 수 있는 분리막을 중심으로 유입수부(Feed side; 해수, 폐수 등을 포함한 처리하고자 하는 공급수)와 투과부(Permeate side; 삼투압을 유발시킬 수 있는 유도물질(draw material)를 포함하는 유도용액부(draw solution)가 있으며, 이와 함께 투과부에는 분리막을 통해 투과된 투과수와 유도용액(draw solution)을 분리하는 유도용액 재생장치로 구성되어 있다. 유도용액 재생장치는 투과수로부터 유도물질(draw material)를 분리, 회수 및 용해과정을 걸쳐 유도용액을 분리막의 투과부를 순환하도록 구성된다.
As shown in FIG. 1, the reverse osmosis membrane separation process is a process in which a feed side (a feed water to be treated including seawater and wastewater) and a permeate portion There is a draw solution containing a draw material that can induce osmotic pressure. In addition, there is a draw solution which separates the permeated water permeated through the membrane and the draw solution, Solution regenerating apparatus. The induction solution regenerating apparatus is configured to circulate the inducing solution through the permeate portion of the separator through a process of separating, recovering and dissolving the draw material from the permeated water.
이하, 정삼투 분리막 공정을 각 구성요소별로 살펴보면 하기 제시된 바와 같다. 상기 정삼투 분리막 공정에 있어서, 정삼투 분리막은 기존의 역삼투막과 같이 폴리설폰(ploysulfone) 등의 유리상고분자들을 이용하여 제조된 다공성 지지체(porous supporter) 위에 계면중합(interface polymerization)을 통해 폴리아마이드(polyamide) 박막형태로 코팅한 TFC 막(thin film composite membrane) 형태로사용할 수 있으나, 아직 상용화되지 않았다.
Hereinafter, the positive osmosis membrane separation process will be described as follows. In the above-mentioned positive osmosis membrane separation process, the positive osmosis membrane may be prepared by polymerizing polyamides (polyamides) through interface polymerization on a porous supporter made of glassy polymers such as polysulfone, ) Thin film composite membrane coated TFC film, but it has not been commercialized yet.
또한, 현재 HTI사에서 정삼투막으로 상용화된 셀룰로스(cellulose)계 고분자막(CTA 막)이 있으며, HTI사의 CTA막은 평막(sheet membrane) 형태로 두 종류의 분리막을 시판하고 있고 편의상 일반적으로 카트리지 타입(cartridge type)과 파우치 타입(pouch type)으로 분류한다. 카트리지 타입의 분리막은 내부에 매시(mesh)가 내재되어 기계적 강도를 유지할 수 있도록 설계되어 있으며 분리막의 매시를 중심으로 대칭구조라는 것이 특징이라 할 수 있다. 이와 달리 파우치 타입의 분리막은 조밀한 부직포 위에 CTA고분자를 캐스팅(casting)한 방법으로 제조된 비대칭구조의 분리막이 있다. 상기 HTI사의 정삼투 전용 분리막은 염배제율이 비교적 우수한 편이나 NaCl 0.6 mol. 기준의 유도용액에서 수투과도가 약 7 LMH로 매우 낮은 수투과도를 나타내고 있다. 따라서 현재 국내외적으로 정삼투 분리막 개발과 관련된 연구들이 매우 다양하게 수행되고 있다.
In addition, currently, HTI has a cellulose-based polymer membrane (CTA membrane) commercialized as a quasi-osmosis membrane. HTI's CTA membrane has two types of membranes in the form of a sheet membrane. cartridge type and pouch type. The cartridge type separator is designed to maintain mechanical strength by having a mesh inside, and is characterized by a symmetrical structure centered on the mesh of the separator. In contrast, the pouch type separator has an asymmetric separator made by casting a CTA polymer onto a dense nonwoven fabric. The HTI company's pure osmosis separation membrane has a relatively high salt rejection ratio, but NaCl 0.6 mol. The water permeability of the reference inductive solution is about 7 LMH, which shows very low water permeability. Therefore, there are a lot of studies related to the development of the osmotic membrane at home and abroad.
나아가, 유도용액, 화학적 포텐셜을 발생시킬 수 있는 유도물질에 대한 연구가 다각적으로 이루어지고 있으나 아직 정삼투 분리막 공정에 맞는 뚜렷한 유도물질은 개발되어 있지 않은 실정이다. 이에 화학적 포텐셜 즉, 삼투압의 발현이 높고, 물에 대한 용해도가 크며 분리회수 및 재용해 즉, 재생이 용이한 용질이 요구되고 있다.
Further, studies on inducing materials capable of generating an inducing solution and a chemical potential have been conducted in various ways, but no inducible substances suitable for a positive osmosis membrane process have been developed yet. Therefore, there is a demand for a solute which has high chemical potential, i.e., osmotic pressure, has high solubility in water, and is easy to separate and recover, i.e., to regenerate.
현재 연구되고 있는 용질로는 크게 유기유도물질(organic draw solute)로 메틸이미다?(methylimidazole) 유도체, 무기유도물질(inorganic draw solute)로 암모니아 바이카보네이트(ammonia bicarbonate) 및 입자유도용질(particle draw solute)로 iron(III) acetylacetonate[Fe(acac)3]에 TEG, 2-pyrrolidone 또는 PAA 등을 코팅한 자성나노입자(magnetic nanoparticle, MNP) 등이 있다.
Currently, the solutes studied are organic draw solute, methylimidazole derivative, inorganic draw solute, ammonia bicarbonate, and particle draw solute. Magnetic nanoparticles (MNP) coated with iron (III) acetylacetonate [Fe (acac) 3] with TEG, 2-pyrrolidone or PAA.
이와 같은 다양한 유도물질의 연구에도 불구하고 현재 정삼투 분리막 공정을 구현함에 있어 매우 큰 기술적 장벽은 유도물질의 재사용에 관한 것이다. 즉, 투과부에서 투과수와 유도물질의 분리회수 공정이 매우 복잡하고 많은 에너지가 소모되고 있다는 점이 기술적 문제로 대두되고 있으며, 이를 해결할 수 있는 유도물질에 대한 연구가 수행되고 있다.
Despite the research of these various inducing materials, a great technical barrier in the implementation of the current osmosis membrane process is the reuse of inductive materials. That is, the process of separating and recovering the permeate and the inducer from the permeate is very complicated and consumes a lot of energy, which is a technical problem, and researches have been conducted on inducing materials that can solve this problem.
이때, 상기 유기유도물질의 경우 막증류(membrane distillation, MD) 방법 등을 이용하여 분리회수한 다음 다시 물에 용해시키는 과정을 걸쳐야 하는데, 이때, 막증류 공정에서의 에너지가 많이 소비되며 또한 공정이 매우 복잡해지는 단점이 있다. 또한, 무기유도물질의 경우 막증류 및 역삼투 방법을 통해 위와 같은 재생 및 용해공정이 이루어짐에 따라 이 역시 많은 에너지 소비와 복잡한 공정이 걸치게 된다는 문제점이 있다. 또한, 이러한 방법과 달리 보다 용이한 방법으로 입자유도물질을 이용하여 분리회수를 자성분리기(magnetic separator)를 이용하려는 시도를 하고 있으나 공정의 특성상 매우 느리게 분리된다는 단점이 있다.
At this time, in the case of the above-mentioned organic inducing substance, it is necessary to carry out a process of separating and recovering by using a membrane distillation (MD) method and then dissolving in water. At this time, energy is consumed in the membrane distillation step, There is a disadvantage that it becomes very complicated. In addition, in the case of the inorganic induction material, the above-mentioned regeneration and dissolution process is performed through the membrane distillation and reverse osmosis process, which also causes a lot of energy consumption and complicated processes. In addition, unlike this method, an attempt has been made to use a magnetic separator for separating and recovering the particles using a particle inducing material in a more convenient manner, but it is disadvantageously separated very slowly due to the nature of the process.
이에, 본 발명의 발명자들은 정삼투용 분리막 및 이를 이용한 공정에 대하여 연구하던 중, 유도물질을 분리막 내에 내재시켜 분리막을 제조하면 유도물질의 분리회수 공정 없이도 정삼투를 수행할 수 있어 공정단계 및 공정상 에너지 효율이 향상된다는 것을 알게 되어 본 발명을 완성하였다.
Accordingly, the inventors of the present invention have found that, when studying a membrane for positive osmosis and a process using the same, it is possible to perform a positive osmosis without the step of separating and recovering the inductive material by preparing the separator by incorporating the inducing material into the separator. Phase energy efficiency is improved, thereby completing the present invention.
본 발명의 목적은 유도물질 내재형 정삼투 분리막을 제공하는 데 있다. An object of the present invention is to provide a purified osmosis membrane with an induction material.
또한, 본 발명의 목적은 상기의 유도물질 내재형 정삼투 분리막의 제조방법을 제공하는 데 있다.It is also an object of the present invention to provide a method for manufacturing the above-described inductive imbedded intrinsic type osmotic membrane.
또한, 본 발명의 목적은 유도물질 내재형 정삼투 분리막을 포함하는 정삼투 장치를 제공하는 데 있다.It is also an object of the present invention to provide a positive osmotic device including an inductive imbedded positive osmosis membrane.
나아가, 본 발명의 목적은 상기 정삼투 장치를 이용한 정삼투 방법을 제공하는 데 있다.
Further, it is an object of the present invention to provide a method of cleansing osmosis using the above-mentioned osmotic osmotic device.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은In order to achieve the above object,
다공성 지지체층;A porous support layer;
상기 다공성 지지체 일면에 물리적 또는 화학적으로 고정되고, The porous support is physically or chemically fixed to one surface of the porous support,
이온 교환 수지(Ion exchange resin), 금속 산화물을 포함하는 불용성 염(Insoluble salt) 및 고분자 전해질(Polyelectrolyte)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 종 이상의 삼투압을 유발하는 유도물질을 포함하는 유도물질층; 및An inducer layer containing at least one osmotic pressure inducing substance selected from the group consisting of an ion exchange resin, an insoluble salt containing a metal oxide, and a polyelectrolyte; And
상기 유도물질층 상에 코팅된 활성층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도물질 내재형 정삼투 분리막을 제공한다.
And an active layer coated on the layer of inducing material.
또한, 본 발명은In addition,
삼투압을 유발하는 유도물질을 제조하여 다공성 지지체층의 일면에 이온 교환 수지(Ion exchange resin), 금속 산화물을 포함하는 불용성 염(Insoluble salt) 및 고분자 전해질(Polyelectrolyte)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 종 이상의 삼투압을 유발하는 유도물질을 물리적 또는 화학적으로 고정시켜 유도물질층을 형성하는 단계(단계 1); 및An inducible substance inducing osmotic pressure is prepared, and one or more members selected from the group consisting of an ion exchange resin, an insoluble salt containing a metal oxide, and a polyelectrolyte are formed on one surface of a porous support layer. A step of physically or chemically immobilizing an inducing substance causing osmotic pressure to form an inducing substance layer (step 1); And
상기 단계 1에서 형성된 유도물질층의 표면에 활성층을 코팅하는 단계(단계 2);를 포함하는 유도물질 내재형 정삼투 분리막의 제조방법을 제공한다.
And coating the active layer on the surface of the induction material layer formed in step 1 (step 2).
나아가, 본 발명은Further,
유입수가 유입되는 유입구 및 유입수가 유출되는 유출구를 포함하는 유입수부, 유입수부와 일면에서 접하는 상기의 유도물질 내재형 정삼투 분리막 및 상기 분리막의 타면과 접하는 투과부를 포함하되, 상기 유입수부는 상기 분리막의 활성층과 접하고, 상기 투과부는 상기 분리막의 다공성 지지체층과 접하는 정삼투용 셀; 및An inflow water portion including an inflow port through which inflow water flows and an inflow port through which inflow water flows out; a permeable portion in contact with the other surface of the inductive material-embedded positive osmosis membrane and the separator contacting with the inflow water portion in one surface, Wherein the permeable portion is in contact with the porous support layer of the separation membrane; And
상기 투과부와 연결되고, 상기 분리막을 통해 투과되어 유입된 투과용액을 투과부로 유동시키기 위한 진공펌프;를 포함하는 유도물질 내재형 정삼투 분리막을 포함하는 정삼투 장치를 제공한다.
And a vacuum pump connected to the permeable portion and configured to permeate the permeated solution permeated through the permeable membrane to the permeable portion. The present invention also provides a positive osmotic device including the inductively coupled material positive osmotic membrane.
더욱 나아가, 본 발명은Further,
정삼투용 셀에 상기 유도물질 내재형 정삼투 분리막을 장착하되, 상기 분리막의 활성층은 정삼투용 셀의 유입수부와 접하고 상기 분리막의 다공성지지체층은 정삼투용 셀의 투과부와 접하도록 장착하는 단계(단계 1):A step of mounting the induction material-embedded positive osmosis membrane in a cell for positive osmosis, wherein the active layer of the separation membrane is in contact with the inflow part of the cell for osmosis and the porous support layer of the separation membrane is in contact with the transmission part of the cell for osmosis permeation (Step 1):
상기 정삼투용 셀의 유입수부에 유입수를 공급하여 정삼투를 수행하는 단계(단계 2); 및Supplying inflow water to the inflow water portion of the forward osmosis cell to perform positive infiltration (Step 2); And
상기 단계 2에서 정삼투되어 유입된 투과용액을 전공펌프를 이용하여 투과부로 유동시키는 단계(단계 3);를 포함하는 것을 특징으로 하는 정삼투 방법을 제공한다.
And a step (3) of flowing the permeated solution, which has been infused in the step 2, to the permeated part by using a pneumatic pump (step 3).
본 발명에 따르면, 삼투압을 발생시키는 유도물질이 막에 내장되어 있으므로, 종래의 방식과 같이 분리막을 투과한 투과용액이 유도물질과 혼합되지 않아 이를 분리해내기 위한 유도용액 재생장치를 설치할 필요가 없고, 따라서 공정상 경제성이 향상될 수 있는 효과가 있다.
According to the present invention, since the inducing substance for generating osmotic pressure is embedded in the membrane, it is not necessary to provide an inductive solution regeneration device for separating the permeate solution permeated through the separating membrane, Therefore, the economical efficiency of the process can be improved.
도 1은 종래의 정삼투 분리막 공정을 나타낸 개략도이다.1 is a schematic view showing a conventional positive osmosis membrane separation process.
본 발명은The present invention
다공성 지지체층;A porous support layer;
상기 다공성 지지체 일면에 물리적 또는 화학적으로 고정되고, The porous support is physically or chemically fixed to one surface of the porous support,
이온 교환 수지(Ion exchange resin), 금속 산화물을 포함하는 불용성 염(Insoluble salt) 및 고분자 전해질(Polyelectrolyte)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 종 이상의 삼투압을 유발하는 유도물질을 포함하는 유도물질층; 및An inducer layer containing at least one osmotic pressure inducing substance selected from the group consisting of an ion exchange resin, an insoluble salt containing a metal oxide, and a polyelectrolyte; And
상기 유도물질층 상에 코팅된 활성층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도물질 내재형 정삼투 분리막을 제공한다.
And an active layer coated on the layer of inducing material.
이하, 본 발명에 따른 유도물질 내재형 정삼투 분리막에 대하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, the induction material-embedded positive osmosis membrane according to the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 유도물질 내재형 정삼투 분리막은 다공성 지지체층을 포함한다. 상기 다공성 지지체층은 삼투압을 유발하는 유도물질층을 지지하고, 또한 다공성을 가짐으로써 삼투현상으로 투과된 물을 이동시킬 수 있는 통로를 제공한다. 이때, 상기 다공성 지지체층은 지상구조(finger like structure) 또는 스폰지구조(sponge like structure)일 수 있다.
The induction material-embedded positive osmosis membrane according to the present invention comprises a porous support layer. The porous support layer supports a layer of inducible material that induces osmotic pressure and also provides a passage through which water permeated by osmotic phenomenon can be transferred by having porosity. At this time, the porous support layer may be a finger-like structure or a sponge-like structure.
본 발명에 따른 유도물질 내재형 정삼투 분리막에 있어서, 상기 다공성 지지체는 폴리설폰(PSf, polysulfon), 폴리이서설폰(PES, polyethersulfone), 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF, polyvinyl), 폴리이미드(PI, polyimide), 폴리이서이미드(PEI, polyetherimide), 폴리프로필렌(PP, polypropylene) 및 폴리에틸렌(PE, polyethylene)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종으로 제조되는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 다공성 지지체들은 상전이 등의 방법으로 다공성으로 용이하게 제조될 수 있고 물리화학적 특성이 우수하여 지지체로 사용될 수 있다.
The porous support may be made of polysulfone (PSf), polyethersulfone (PES), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl chloride (PI), polyimide polyimide, polyetherimide (PEI), polypropylene (PP), and polyethylene (PE), but the present invention is not limited thereto. The porous supports can be easily prepared into a porous structure by phase transformation or the like, and are excellent in physicochemical properties and can be used as a support.
본 발명에 따른 유도물질 내재형 정삼투 분리막은 상기 다공성 지지체 일면에 물리적 또는 화학적으로 고정되고, 삼투압을 유발하는 유도물질을 포함하는 유도물질층을 포함한다. The induction material-embedded positive osmosis membrane according to the present invention includes an inducing material layer that is physically or chemically fixed to one surface of the porous support and includes an inducing substance that induces osmotic pressure.
본 발명에 따른 정삼투 분리막은 상기 유도물질층을 포함함으로써 유입수의 정삼투를 발생시킬 수 있는 동력을 제공할 수 있다.The positive osmosis membrane according to the present invention can provide power for generating positive osmosis of influent water by including the above-mentioned inducer layer.
또한, 종래의 정삼투 분리막 공정에 따르면 반투막(semipermeable membrane)을 중심으로 한쪽면은 해수와 같이 염 등을 포함한 처리하고자 하는 혼합수가 접하고 그 반대쪽면은 혼합수보다 화학적 포텐셜(chemical potential)이 높은 유도물질이 혼합되어 있는 유도용액이 접해 화학적 포텐셜의 차이에 의해 발생되는 삼투압에 의해 분리투과가 이루어진다. 따라서, 투과부에는 분리막을 통해 투과된 투과수와 유도용액(draw solution)을 분리하는 유도용액 재생장치가 구성되어 있다. 상기 유도용액 재생장치는 투과수로부터 유도물질(draw solute)을 분리, 회수 및 용해과정을 걸쳐 분리막의 투과부를 순환하도록 구성된다.In addition, according to the conventional positive osmosis membrane separation process, one side of the semipermeable membrane is in contact with the mixed water to be treated including salt and the like, and the opposite side thereof has a chemical potential higher than that of the mixed water The induction solution in which the substance is mixed is separated and permeated by the osmotic pressure caused by the difference of the chemical potential. Therefore, an inductive solution regeneration device for separating the permeated water permeated through the separation membrane from the draw solution is formed in the permeable portion. The induction solution regeneration device is configured to circulate the permeate portion of the separation membrane through separation, recovery and dissolution processes of the draw solute from the permeated water.
그러나 본 발명에 따르면 삼투압을 발생시키는 유도물질이 막에 내장되어 있으므로, 종래의 방식과 같이 분리막을 투과한 투과용액이 유도물질과 혼합되지 않아 이를 분리해내기 위한 유도용액 재생장치를 설치할 필요가 없고, 따라서 공정상 경제성이 향상될 수 있는 효과가 있다.
However, according to the present invention, since the inducing substance for generating osmotic pressure is embedded in the membrane, it is not necessary to provide an induction solution regeneration device for separating the permeation solution permeated through the membrane, Therefore, the economical efficiency of the process can be improved.
본 발명에 따른 유도물질 내재형 정삼투 분리막에 있어서, 상기 유도물질은 이온 교환 수지(Ion exchange resin), 금속 산화물을 포함하는 불용성 염(Insoluble salt) 및 고분자 전해질(Polyelectrolyte)인 것이 바람직하다.
In the induction material-embedded positive osmosis membrane according to the present invention, the inducing material is preferably an ion exchange resin, an insoluble salt containing a metal oxide, and a polyelectrolyte.
이때, 상기 유도물질은, 일례로써 이온 교환 능력이 있는 양이온 교환수지 또는 음이온 교환수지를 사용할 수 있으며, 산화망간(MnO2), 황산바륨(BaSO4), 황화구리(CuS), 탄산마그네숨(MgCO3), 탄산칼슘(CaCO3), 탄산은(Ag2CO3) 및 수산화 마그네슘(Mg(OH)2) 등의 불용성 염, 카라기난(Carrageenan)과 같은 다당류, 단백질류, 폴리 메타크릴레이트 엑시드(Polymethacrylic acid)와 같은 합성 고분자를 포함하는 고분자 전해질을 사용할 수 있다.
The inducing material may be, for example, a cation exchange resin having an ion exchange ability or an anion exchange resin. Examples of the inductive material include MnO 2 , BaSO 4 , CuS, MgCO 3), calcium carbonate (CaCO 3), carbonate (Ag 2 CO 3) and magnesium hydroxide (Mg (OH) 2) polysaccharides, proteins, such as the water-insoluble salt, carrageenan (carrageenan), such as, polymethacrylate acid A polymer electrolyte including a synthetic polymer such as polymethacrylic acid may be used.
또한, 상기 유도물질은 다공성 지지체층 쪽에서 진공펌프를 이용하여 투과된 물을 유동시키는 과정에서 물리적 힘에 의해 추출되지 않는 것이 바람직하다. 이에, 상기 유도물질을 물리적 점착, 화학적 점착 또는 화학결합을 통해 다공성 지지체에 물리적 또는 화학적으로 고정시키는 것이 바람직하다. 상기 고정 방법은 사용되는 유도물질의 종류에 따라 적절히 선택될 수 있다.
In addition, it is preferable that the inductive material is not extracted by physical force in the process of flowing the permeated water by using a vacuum pump at the porous support layer side. Thus, it is preferable that the inducing material is physically or chemically fixed to the porous support through physical adhesion, chemical adhesion, or chemical bonding. The fixing method can be appropriately selected depending on the kind of the inducing material used.
한편, 상기 유도물질은 다공성 지지체 상에 물리적 또는 화학적으로 고정되어 삼투압을 유발할 수 있다.
On the other hand, the inducer may be physically or chemically fixed on the porous support to induce osmotic pressure.
본 발명에 따른 유도물질 내재형 정삼투 분리막은 상기 유도물질층 상에 코팅된 활성층을 포함한다. The induction material-embedded positive osmosis membrane according to the present invention includes an active layer coated on the induction material layer.
상기 활성층은 유도물질 상에 박막형태로 코팅되어 유입수에서 염 등과 같은 불순물을 배제하고 순수물만 선택적으로 투과될 수 있는 치밀층이어야 한다. 상기 활성층은 정삼투 분리막 셀에 공급되는 유입수와 대면하도록 위치한다.
The active layer should be a dense layer that is coated on the inductive material in the form of a thin film so that impurities such as salts and the like are removed from the inflow water and only pure water can be selectively transmitted. The active layer is positioned to face the inflow water supplied to the positive osmosis membrane cell.
이때, 상기 활성층의 소재는 폴리아마이드(PA, polyamide), 셀룰로스 아세테이트(CA, cellulose acetate) 및 셀룰로스 트리아세테이트(CTA, cellulose triacetate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종인 것이 바람직하나, 물분자에 대한 선택적 투과성을 갖는다면 이에 한정되는 것은 아니다.
At this time, the material of the active layer is preferably one selected from the group consisting of polyamide (PA), cellulose acetate (CA) and cellulose triacetate (CTA). However, But is not limited thereto as long as it has transparency.
본 발명에 따른 유도물질 내재형 정삼투 분리막은 평막(sheet membrane) 또는 중공사막(hollow fiber membrane)의 형태일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
The induction material-embedded positive osmosis membrane according to the present invention may be in the form of a sheet membrane or a hollow fiber membrane, but is not limited thereto.
또한, 본 발명은 In addition,
삼투압을 유발하는 유도물질을 제조하여 다공성 지지체층의 일면에 이온 교환 수지(Ion exchange resin), 금속 산화물을 포함하는 불용성 염(Insoluble salt) 및 고분자 전해질(Polyelectrolyte)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 종 이상의 삼투압을 유발하는 유도물질을 물리적 또는 화학적으로 고정시켜 유도물질층을 형성하는 단계(단계 1); 및An inducible substance inducing osmotic pressure is prepared, and one or more members selected from the group consisting of an ion exchange resin, an insoluble salt containing a metal oxide, and a polyelectrolyte are formed on one surface of a porous support layer. A step of physically or chemically immobilizing an inducing substance causing osmotic pressure to form an inducing substance layer (step 1); And
상기 단계 1에서 형성된 유도물질층의 표면에 활성층을 코팅하는 단계(단계 2);를 포함하는 유도물질 내재형 정삼투 분리막의 제조방법을 제공한다.
And coating the active layer on the surface of the induction material layer formed in step 1 (step 2).
이하, 본 발명에 따른 유도물질 내재형 정삼투 분리막의 제조방법에 대하여 각 단계별로 상세히 설명한다.
Hereinafter, a method of manufacturing the in-line type osmotic membrane according to the present invention will be described in detail.
먼저, 본 발명에 따른 유도물질 내재형 정삼투 분리막의 제조방법에 있어서, 단계 1은 삼투압을 유발하는 유도물질을 제조하여 다공성 지지체층의 일면에 이온 교환 수지(Ion exchange resin), 금속 산화물을 포함하는 불용성 염(Insoluble salt) 및 고분자 전해질(Polyelectrolyte)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 종 이상의 삼투압을 유발하는 유도물질을 물리적 또는 화학적으로 고정시켜 유도물질층을 형성하는 단계이다.First, in the method for producing an in-situ pure osmosis membrane according to the present invention, step 1 is performed by preparing an inducing substance that induces osmotic pressure, and adding an ion exchange resin, a metal oxide And at least one inducing substance inducing osmotic pressure selected from the group consisting of an insoluble salt and a polyelectrolyte is physically or chemically fixed to form an inducing material layer.
상기 다공성 지지체층은 삼투압을 발생시킬 수 있는 동력을 제공하는 유도물질층을 지지하는 기능을 하고, 다공성을 가짐으로써 삼투현상으로 투과된 물을 이동시킬 수 있는 통로를 제공한다. 이때, 상기 유도물질은 다공성 지지체층 쪽에서 진공펌프를 이용하여 투과된 물을 유동시키는 과정에서 물리적 힘에 의해 추출되지 않는 것이 바람직하다. 이에, 물리적 점착, 화학적 점착 및 화학결합을 통해 다공성 지지체에 물리적 또는 화학적으로 고정시키는 것이 바람직하다. 상기 고정 방법은 사용되는 유도물질의 종류에 따라 적절히 선택될 수 있다.
The porous support layer serves to support a layer of inducing material that provides power to generate osmotic pressure and provides a passage through which osmotic phenomenon can be transferred by having porosity. At this time, it is preferable that the inductive material is not extracted by the physical force in the course of flowing the permeated water by using the vacuum pump at the porous support layer side. Thus, it is preferable to physically or chemically fix to the porous support through physical adhesion, chemical adhesion, and chemical bonding. The fixing method can be appropriately selected depending on the kind of the inducing material used.
구체적으로, 상기 단계 1의 유도물질은 이온 교환 수지(Ion exchange resin), 금속 산화물을 포함하는 불용성 염(Insoluble salt) 및 고분자 전해질(Polyelectrolyte)인 것이 바람직하다.
Specifically, the induction material in step 1 is preferably an ion exchange resin, an insoluble salt including a metal oxide, and a polymer electrolyte.
이때, 상기 단계 1의 유도물질은, 이온 교환 능력이 있는 양이온 교환수지 또는 음이온 교환수지를 사용할 수 있으며, 산화망간(MnO2), 황산바륨(BaSO4), 황화구리(CuS), 탄산마그네숨(MgCO3), 탄산칼슘(CaCO3), 탄산은(Ag2CO3) 및 수산화 마그네슘(Mg(OH)2) 등의 불용성 염, 카라기난(Carrageenan)과 같은 다당류, 단백질류, 폴리 메타크릴레이트 엑시드(Polymethacrylic acid)와 같은 합성 고분자를 포함하는 고분자 전해질을 사용할 수 있다.
At this time, the induction material of step 1 may be a cation exchange resin having an ion exchange ability or an anion exchange resin, and may be selected from the group consisting of MnO 2 , BaSO 4 , Insoluble salts such as calcium carbonate (MgCO 3 ), calcium carbonate (CaCO 3 ), silver carbonate (Ag 2 CO 3 ) and magnesium hydroxide (Mg (OH) 2 ), polysaccharides such as Carrageenan, A polymer electrolyte including a synthetic polymer such as Polymethacrylic acid may be used.
또한, 상기 단계 1의 유도물질은 다공성 지지체층 쪽에서 진공펌프를 이용하여 투과된 물을 유동시키는 과정에서 물리적 힘에 의해 추출되지 않는 것이 바람직하다. 이에, 상기 단계 1의 유도물질을 물리적 점착, 화학적 점착 또는 화학결합을 통해 다공성 지지체에 물리적 또는 화학적으로 고정시키는 것이 바람직하다. 상기 고정 방법은 사용되는 유도물질의 종류에 따라 적절히 선택될 수 있다.
In addition, it is preferable that the induction material of step 1 is not extracted by physical force in the course of flowing the permeated water by using a vacuum pump at the porous support layer side. Thus, it is preferable to physically or chemically fix the inducer of step 1 to the porous support through physical adhesion, chemical adhesion, or chemical bonding. The fixing method can be appropriately selected depending on the kind of the inducing material used.
한편, 상기 단계 1의 유도물질은 다공성 지지체 상에 물리적 또는 화학적으로 고정되어 삼투압을 유발할 수 있다.
On the other hand, the inducer of step 1 may be physically or chemically fixed on the porous support to induce osmotic pressure.
다음으로, 본 발명에 따른 유도물질 내재형 정삼투 분리막의 제조방법에 있어서, 단계 2는 상기 단계 1에서 형성된 유도물질층의 표면에 활성층을 코팅하는 단계이다.Next, in the manufacturing method of the inductively coupled positive osmosis membrane according to the present invention, step 2 is a step of coating the active layer on the surface of the induction material layer formed in step 1 above.
구체적으로, 상기 코팅은 친수성 고분자 물질을 박막 형태로 코팅할 수 있는 습식 코팅법으로 수행될 수 있고, 딥 코팅, 스핀 코팅, 스프레이 코팅 및 계면중합 등 공지된 바의 방법이 가능하며, 연속공정 또는 핸디코팅 등을 이용할 수 있다.
Specifically, the coating can be carried out by a wet coating method in which a hydrophilic polymer material can be coated in a thin film form, and known methods such as dip coating, spin coating, spray coating and interface polymerization are possible, Handy coating or the like can be used.
이때, 상기 단계 2에서 활성층의 소재는 폴리아마이드(PA, polyamide), 셀룰로스 아세테이트(CA, cellulose acetate) 및 셀룰로스 트리아세테이트(CTA, cellulose triacetate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종인 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다.
At this time, the material of the active layer in step 2 is preferably one selected from the group consisting of polyamide (PA), cellulose acetate (CA), and cellulose triacetate (CTA) It is not.
나아가, 본 발명은 Further,
유입수가 유입되는 유입구 및 유입수가 유출되는 유출구를 포함하는 유입수부, 유입수부와 일면에서 접하는 상기의 유도물질 내재형 정삼투 분리막 및 상기 분리막의 타면과 접하는 투과부를 포함하되, 상기 유입수부는 상기 분리막의 활성층과 접하고, 상기 투과부는 상기 분리막의 다공성지지체층과 접하는 정삼투용 셀; 및An inflow water portion including an inflow port through which inflow water flows and an inflow port through which inflow water flows out; a permeable portion in contact with the other surface of the induction material-embedded positive osmosis membrane and the separator contacting with the inflow water portion in one surface, Wherein the permeable portion is in contact with the porous support layer of the separation membrane; And
상기 투과부와 연결되고, 상기 분리막을 통해 투과되어 유입된 투과용액을 투과부로 유동시키기 위한 진공펌프;를 포함하는 유도물질 내재형 정삼투 분리막을 포함하는 정삼투 장치를 제공한다.
And a vacuum pump connected to the permeable portion and configured to permeate the permeated solution permeated through the permeable membrane to the permeable portion. The present invention also provides a positive osmotic device including the inductively coupled material positive osmotic membrane.
이하, 본 발명에 따른 정삼투 장치에 대하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, a positive osmotic device according to the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 정삼투 장치는 유입수가 유입되는 유입구 및 유입수가 유출되는 유출구를 포함하는 유입수부, 유입수부와 일면에서 접하는 상기의 유도물질 내재형 정삼투 분리막 및 상기 분리막의 타면과 접하는 투과부를 포함하되, 상기 유입수부는 상기 분리막의 활성층과 접하고, 상기 투과부는 상기 분리막의 다공성지지체층과 접하는 정삼투용 셀을 포함한다.
The positive osmosis device according to the present invention includes an inflow portion including an inflow port through which inflow water flows and an outflow port through which inflow water flows, a permeate portion contacting the other surface of the separator, and the inductive material- Wherein the inflow water portion is in contact with the active layer of the separation membrane, and the permeation portion is in contact with the porous support layer of the separation membrane.
상기 정삼투용 셀에서 유입구를 통해 유입수가 공급될 수 있다. 일정량의 유입수가 유입수부로 공급되면, 유입수부와 일면에서 접하는 상기의 유도물질 내재형 정삼투 분리막에서 삼투현상이 발생할 수 있다. 이는 상기 분리막에 유도물질이 내재되어 있어 삼투압을 발생시키므로, 유입수에 포함된 염 등의 불순물을 제외한 물분자만이 상기 분리막의 활성층으로 투과하는 현상이 발생한다. 상기 활성층을 통과한 물분자들은 유도물질층 및 다공성 지지체층을 통과하여 투과부로 이동할 수 있다.
The inflow water can be supplied through the inlet port in the cell for osmosis. When a certain amount of influent water is supplied to the influent water portion, osmotic phenomenon may occur in the above-described inductive material built-in positive osmosis membrane contacting with the influent water portion. This is because the induction material is contained in the separation membrane and osmotic pressure is generated. Therefore, only water molecules except impurities such as salts contained in the influent water permeate into the active layer of the separation membrane. The water molecules passing through the active layer may pass through the inductive material layer and the porous support layer and then into the transmission portion.
본 발명에 따른 정삼투 장치는 상기 투과부와 연결되고, 상기 분리막을 통해 투과되어 유입된 투과용액을 투과부로 유동시키기 위한 진공펌프를 포함한다. The positive osmosis device according to the present invention includes a vacuum pump connected to the permeable portion and configured to flow the permeated solution permeated through the permeable membrane to the permeable portion.
본 발명에 따른 분리막은 유도물질이 내재되어 삼투압을 유발시켜 유입수가 분리막을 투과할 수 있는 동력을 제공한다. 상기 분리막의 활성층을 투과한 후 유도물질층 및 다공성 지지체층에 머무르는 물분자들을 유동시키고, 이를 정삼투용 셀의 투과부로 이동시키기 위한 추가적인 동력을 제공하기 위하여 진공펌프를 연결할 수 있다. 또한, 스위핑 가스(sweeping gas)를 사용할 수 있다.
The separation membrane according to the present invention includes an inducing substance to induce osmotic pressure, thereby providing power for allowing inflow water to permeate the separation membrane. A vacuum pump may be connected to flow the water molecules remaining in the induction material layer and the porous support layer after permeating the active layer of the separation membrane and to provide additional power for moving the water molecules to the permeation portion of the cell for osmosis. Also, a sweeping gas may be used.
더욱 나아가, 본 발명은 Further,
정삼투용 셀에 상기의 유도물질 내재형 정삼투 분리막을 장착하되, 상기 분리막의 활성층은 정삼투용 셀의 유입수부와 접하고 상기 분리막의 다공성지지체층은 정삼투용 셀의 투과부와 접하도록 장착하는 단계(단계 1):The active layer of the separation membrane is in contact with the inflow portion of the cell for osmosis and the porous support layer of the separation membrane is mounted in contact with the transmission portion of the cell for osmosis permeation Step (Step 1):
상기 정삼투용 셀의 유입수부에 유입수를 공급하여 정삼투를 수행하는 단계(단계 2); 및Supplying inflow water to the inflow water portion of the forward osmosis cell to perform positive infiltration (Step 2); And
상기 단계 2에서 정삼투되어 유입된 투과용액을 전공펌프를 이용하여 투과부로 유동시키는 단계(단계 3);를 포함하는 것을 특징으로 하는 정삼투 방법을 제공한다.
And a step (3) of flowing the permeated solution, which has been infused in the step 2, to the permeated part by using a pneumatic pump (step 3).
이하, 본 발명에 따른 정삼투 방법에 대하여 각 단계별로 상세히 설명한다.
Hereinafter, the positive osmosis method according to the present invention will be described in detail for each step.
먼저, 본 발명에 따른 정삼투 방법에 있어서, 단계 1은 정삼투용 셀에 상기의 유도물질 내재형 정삼투 분리막을 장착하되, 상기 분리막의 활성층은 정삼투용 셀의 유입수부와 접하고 상기 분리막의 다공성 지지체층은 정삼투용 셀의 투과부와 접하도록 장착하는 단계이다. First, in the forward osmosis method according to the present invention, step 1 is carried out by mounting the above-mentioned inductive material-containing positive osmosis membrane of the present invention in a cell for positive osmosis, wherein the active layer of the membrane is in contact with an influent part of the cell for osmosis, The porous support layer is attached so as to be in contact with the transmissive portion of the cell for positive osmosis.
상기 분리막은 활성층이 유입수부와 대면하도록 배치됨으로써, 이후의 단계에서 유입수에 포함된 물분자들이 분리막의 활성층을 통해 투과하여 이동할 수 있다.
The separation membrane is disposed such that the active layer faces the water inflow section, so that water molecules contained in the inflow water can be transmitted through the active layer of the separation membrane in a subsequent step.
다음으로, 본 발명에 따른 정삼투 방법에 있어서, 단계 2는 상기 정삼투용 셀의 유입수부에 유입수를 공급하여 정삼투를 수행하는 단계이다. Next, in the forward osmosis method according to the present invention, Step 2 is a step of supplying inflow water to the inflow water portion of the forward osmosis membrane cell to perform positive osmosis.
상기 정삼투용 셀에서 유입구를 통해 유입수가 공급될 수 있다. 일정량의 유입수가 유입수부로 공급되면, 유입수부와 일면에서 접하는 상기의 유도물질 내재형 정삼투 분리막에서 삼투현상이 발생할 수 있다. 이는 상기 분리막에 유도물질이 내재되어 있어 삼투압을 발생시키므로, 유입수에 포함된 염 등의 불순물을 제외한 물분자만이 상기 분리막의 활성층으로 투과한다. 상기 활성층을 통과한 물분자들은 유도물질층 및 다공성 지지체층을 통과하여 투과부로 이동할 수 있다.
The inflow water can be supplied through the inlet port in the cell for osmosis. When a certain amount of influent water is supplied to the influent water portion, osmotic phenomenon may occur in the above-described inductive material built-in positive osmosis membrane contacting with the influent water portion. This is because the induction material is contained in the separation membrane and osmotic pressure is generated, so that only water molecules except the impurities such as salts contained in the influent water permeate to the active layer of the separation membrane. The water molecules passing through the active layer may pass through the inductive material layer and the porous support layer and then into the transmission portion.
다음으로, 본 발명에 따른 정삼투 방법에 있어서, 단계 3은 상기 단계 2에서 정삼투되어 유입된 투과용액을 전공펌프를 이용하여 정삼투용 셀의 투과부로 유동시키는 단계이다.Next, in the forward osmosis method according to the present invention, the step 3 is a step of flowing the permeated solution, which has been infused in the normal osmosis in the step 2, to the permeate part of the cell for osmosis using the electric pump.
본 발명에 따른 분리막에서 물분자들이 활성층을 투과한 후 유도물질층 및 다공성 지지체층에 머무르는 물분자들을 진공펌프를 이용하여 유동시키고, 또한 유도물질 이외에 삼투현상을 발생시키기 위한 추가적인 동력을 제공할 수 있다.
The water molecules flowing through the active layer in the separation membrane according to the present invention and then the water molecules staying in the inductive layer and the porous support layer are flowed by using a vacuum pump and further power for inducing osmosis in addition to the induction material can be provided have.
이하, 본 발명을 하기 실시예에 의하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following examples.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 발명의 범위가 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
However, the following examples are illustrative of the present invention and the scope of the invention is not limited by the examples.
<실시예 1> 정삼투 분리막의 제조 1≪ Example 1 > Preparation of a positive osmosis membrane
단계 1: 폴리비닐리덴 플로라이드(PVDF, polyvinylidene fluoride)를 20 중량%, 용매인 노말메틸피롤리돈(n-Methyl Pyrrolidone)을 65 중량%, 기공형성제로 폴리에틸렌 글라이콜(polyethylene glycol)을 15 중량%의 조성으로 혼합하여 도포용액을 제조한 후 이를 유리판에 고정시킨 부직포(non-woven) 위에 도포(casting)하여 다공성 지지체를 준비하였다. 이때, 상기 도포용액은 부직포 기준으로 500 ㎛ 두께로 설정한 닥터 블레이드(doctor blade)를 이용하여 도포되었다. Step 1: 20% by weight of polyvinylidene fluoride (PVDF), 65% by weight of n-methyl pyrrolidone as a solvent, 15% by weight of polyethylene glycol as a pore forming agent, % By weight to prepare a coating solution, which was then cast on a nonwoven fabric fixed on a glass plate to prepare a porous support. At this time, the coating solution was applied using a doctor blade set to a thickness of 500 mu m on the basis of a nonwoven fabric.
또한, 상기 다공성 지지체 위에 양이온 교환수지를 포함하는 용액을 도포(casting)한 후 비용매유도상전이(NIPS, Nonsolvent-Induced Phase Separation) 방법으로 다공성의 유도물질층이 형성된 평막(flat membrane) 형태의 분리막을 제조하였다. 이때, 상기 비용매유도상전이 방법은 비용매인 초순수가 담겨있는 응고조(coagulation bath)에 침지시켜 수행되었다.
In addition, a solution containing a cation exchange resin is cast on the porous support, and then a flat membrane-type membrane having a porous induction material layer formed by Nonsolvent-Induced Phase Separation (NIPS) . At this time, the NW-induced phase transformation method was carried out by immersing in a coagulation bath containing supercritical water.
단계 2: 셀룰로즈 트리아세테이트(CTA, cellulose triacetate) 13 중량%, 1,4-다이옥산(1,4-dioxane)과 아세톤(acetone)의 혼합용매(3:1) 80 중량%, 메탄올(methanol) 4.5 중량%, 및 말산(malic acid) 2.5 중량%의 조성으로 혼합용액을 제조한 후 상기 단계 1에서 제조된 유도물질을 포함하는 평막형 다공성 지지체 위에 코팅하여 활성층을 형성함으로써 유도물질 내재형 정삼투 분리막을 제조하였다.
Step 2: 13 wt% of cellulose triacetate (CTA), 80 wt% of a mixed solvent of 1,4-dioxane and acetone (3: 1), methanol 4.5 By weight, and 2.5% by weight of malic acid, and then coating the mixture on a flat membrane-type porous support containing the inducer prepared in the step 1 to form an active layer, .
<실시예 2> 정삼투 분리막의 제조 2Example 2: Production of a positive osmosis membrane 2
상기 실시예 1의 단계 1에서 다공성 지지체 위에 음이온 교환수지를 포함하는 용액을 도포한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 유도물질 내재형 정삼투 분리막을 제조하였다.
The procedure of Example 1 was repeated except that a solution containing an anion exchange resin was applied on the porous support in the step 1 of Example 1 to prepare an induction material-embedded positive osmosis membrane.
<실시예 3> 정삼투 분리막의 제조 3≪ Example 3 > Preparation of positive osmosis membrane
상기 실시예 1의 단계 1에서 다공성 지지체 위에 산화망간(MnO2)을 포함하는 용액을 도포한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 유도물질 내재형 정삼투 분리막을 제조하였다.
The procedure of Example 1 was repeated except that a solution containing manganese oxide (MnO 2 ) was applied on the porous support in the step 1 of Example 1 to prepare an induction material-embedded positive osmosis membrane.
<실시예 4> 정삼투 분리막의 제조 4≪ Example 4 > Preparation of a positive osmosis membrane
상기 실시예 1의 단계 1에서 다공성 지지체 위에 황산바륨(BaSO4)을 포함하는 용액을 도포한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 유도물질 내재형 정삼투 분리막을 제조하였다.
The procedure of Example 1 was repeated except that a solution containing barium sulphate (BaSO 4 ) was applied on the porous support in the step 1 of Example 1 to prepare an induction material-embedded positive osmosis membrane.
<실시예 5> 정삼투 분리막의 제조 5Example 5 Production of a Positive Osmosis Membrane 5
상기 실시예 1의 단계 1에서 다공성 지지체 위에 황화구리(CuS)를 포함하는 용액을 도포한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 유도물질 내재형 정삼투 분리막을 제조하였다.
The procedure of Example 1 was repeated except that a solution containing copper sulphide (CuS) was applied on the porous support in step 1 of Example 1 to prepare an induction material-embedded positive osmosis membrane.
<실시예 6> 정삼투 분리막의 제조 6Example 6: Production of a forward osmosis membrane 6
상기 실시예 1의 단계 1에서 다공성 지지체 위에 탄산마그네숨(MgCO3)을 포함하는 용액을 도포한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 유도물질 내재형 정삼투 분리막을 제조하였다.
The procedure of Example 1 was repeated except that a solution containing magnesium carbonate (MgCO 3 ) was applied onto the porous support in the step 1 of Example 1 to prepare an induction material-embedded positive osmosis membrane.
<실시예 7> 정삼투 분리막의 제조 7<Example 7> Preparation of a forward osmosis membrane 7
상기 실시예 1의 단계 1에서 다공성 지지체 위에 탄산칼슘(CaCO3)을 포함하는 용액을 도포한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 유도물질 내재형 정삼투 분리막을 제조하였다.
The procedure of Example 1 was repeated except that a solution containing calcium carbonate (CaCO 3 ) was applied on the porous support in the step 1 of Example 1 to prepare an induction material-embedded positive osmosis membrane.
<실시예 8> 정삼투 분리막의 제조 8≪ Example 8 > Preparation of a positive osmosis membrane
상기 실시예 1의 단계 1에서 다공성 지지체 위에 탄산은(Ag2CO3)을 포함하는 용액을 도포한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 유도물질 내재형 정삼투 분리막을 제조하였다.
The procedure of Example 1 was repeated except that a solution containing silver carbonate (Ag 2 CO 3 ) was applied on the porous support in the step 1 of Example 1 to prepare an induction material-embedded positive osmosis membrane.
<실시예 9> 정삼투 분리막의 제조 9≪ Example 9 > Preparation of a positive osmosis membrane 9
상기 실시예 1의 단계 1에서 다공성 지지체 위에 수산화 마그네슘(Mg(OH)2)을 포함하는 용액을 도포한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 유도물질 내재형 정삼투 분리막을 제조하였다.
The procedure of Example 1 was repeated except that a solution containing magnesium hydroxide (Mg (OH) 2 ) was applied onto the porous support in the step 1 of Example 1 to prepare an induction material-embedded positive osmosis membrane .
<실시예 10> 정삼투 분리막의 제조 10<Example 10> Preparation of a forward osmosis membrane 10
상기 실시예 1의 단계 1에서 다공성 지지체 위에 카라기난(Carrageenan) 용액을 도포한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 유도물질 내재형 정삼투 분리막을 제조하였다.
The procedure of Example 1 was repeated except that Carrageenan solution was applied on the porous support in step 1 of Example 1 to prepare the induction material-embedded positive osmosis membrane.
<실시예 11> 정삼투 분리막의 제조 11Example 11: Production of a positive osmosis membrane 11
상기 실시예 1의 단계 1에서 다공성 지지체 위에 폴리 메타크릴레이트 엑시드(Polymethacrylic acid) 용액을 도포한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 유도물질 내재형 정삼투 분리막을 제조하였다.
The procedure of Example 1 was repeated except that a polymethacrylic acid solution was applied on the porous support in the step 1 of Example 1 to prepare an induction material-embedded positive osmosis membrane.
<실시예 12~22> 정삼투 분리막 공정≪ Examples 12 to 22 >
단계 1: 정삼투용 셀에 상기 실시예 1~11에서 제조한 유도물질 내재형 정삼투 분리막을 장착하되, 상기 분리막의 활성층은 정삼투용 셀의 유입수부와 접하고 상기 분리막의 다공성 지지체층은 정삼투용 셀의 투과부와 접하도록 장착하였다.Step 1: The in-situ positive osmosis membrane prepared in Examples 1 to 11 was mounted on a cell for positive osmosis, and the active layer of the separator was in contact with the inflow portion of the osmosis membrane cell, So as to be in contact with the transmissive portion of the osmotic cell.
단계 2: 상기 정삼투용 셀의 유입수부에 초순수를 50 ml/min의 유량으로 공급한 후 정삼투를 수행하였다.Step 2: Purified water was supplied to the inflow water portion of the forward osmosis cell at a flow rate of 50 ml / min and then subjected to positive osmosis.
단계 3: 상기 단계 2에서 정삼투되어 유입된 투과용액을 전공펌프를 이용하여 투과부로 유동시켜 투과된 초순수를 5 l/m2h 로 회수하였다.Step 3: In the step 2, the permeated solution flowing through the permeate was flowed to the permeate portion by using a pumping pump to recover permeated ultrapure water at a rate of 5 l / m 2 h.
Claims (9)
상기 다공성 지지체 일면에 물리적 또는 화학적으로 고정되고,
이온 교환 수지(Ion exchange resin), 금속 산화물을 포함하는 불용성 염(Insoluble salt) 및 고분자 전해질(Polyelectrolyte)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 종 이상의 삼투압을 유발하는 유도물질을 포함하는 유도물질층; 및
상기 유도물질층 상에 코팅된 활성층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도물질 내재형 정삼투 분리막.
A porous support layer;
The porous support is physically or chemically fixed to one surface of the porous support,
An inducer layer containing at least one osmotic pressure inducing substance selected from the group consisting of an ion exchange resin, an insoluble salt containing a metal oxide, and a polyelectrolyte; And
And an active layer coated on the inductive material layer.
상기 다공성 지지체는 폴리설폰(PSf, polysulfon), 폴리이서설폰(PES, polyethersulfone), 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF, polyvinyl), 폴리이미드(PI, polyimide), 폴리이서이미드(PEI, polyetherimide), 폴리프로필렌(PP, polypropylene) 및 폴리에틸렌(PE, polyethylene)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 유도물질 내재형 정삼투 분리막.
The method according to claim 1,
The porous support may be selected from the group consisting of polysulfone (PSf), polyethersulfone (PES), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyimide (PI), polyetherimide (PEI) Wherein the membrane is one selected from the group consisting of polypropylene (PP), polyethylene (PE), and polyethylene (PE).
상기 이온 교환 수지는 양이온 교환수지 또는 음이온 교환수지인 것을 특징으로 하는 유도물질 내재형 정삼투 분리막.
The method according to claim 1,
Wherein the ion exchange resin is a cation exchange resin or an anion exchange resin.
상기 불용성 염은 산화망간(MnO2), 황산바륨(BaSO4), 황화구리(CuS), 탄산마그네슘(MgCO3), 탄산칼슘(CaCO3), 탄산은(Ag2CO3) 및 수산화 마그네슘(Mg(OH)2)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 유도물질 내재형 정삼투 분리막.
The method according to claim 1,
The insoluble salt may be selected from the group consisting of manganese oxide (MnO 2 ), barium sulfate (BaSO 4 ), copper sulfide (CuS), magnesium carbonate (MgCO 3 ), calcium carbonate (CaCO 3 ), silver carbonate (Ag 2 CO 3 ) Mg (OH) 2 ). ≪ IMAGE >
상기 고분자 전해질은 카라기난(Carrageenan)을 포함하는 다당류, 단백질류, 폴리 메타크릴레이트 엑시드(Polymethacrylic acid)를 포함하는 합성 고분자로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 유도물질 내재형 정삼투 분리막.
The method according to claim 1,
Wherein the polymer electrolyte is at least one selected from the group consisting of polysaccharides including carrageenan, proteins, synthetic polymers including polymethacrylic acid, and the like. .
상기 활성층의 소재는 폴리아마이드(PA, polyamide), 셀룰로스 아세테이트(CA, cellulose acetate) 및 셀룰로스 트리아세테이트(CTA, cellulose triacetate)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 종인 것을 특징으로 하는 유도물질 내재형 정삼투 분리막.
The method according to claim 1,
Wherein the material of the active layer is one selected from the group consisting of polyamide (PA), cellulose acetate (CA), cellulose triacetate (CTA), and cellulose triacetate .
상기 단계 1에서 형성된 유도물질층의 표면에 활성층을 코팅하는 단계(단계 2);를 포함하는 유도물질 내재형 정삼투 분리막의 제조방법.
An inducible substance inducing osmotic pressure is prepared, and one or more members selected from the group consisting of an ion exchange resin, an insoluble salt containing a metal oxide, and a polyelectrolyte are formed on one surface of a porous support layer. A step of physically or chemically immobilizing an inducing substance causing osmotic pressure to form an inducing substance layer (step 1); And
And coating the active layer on the surface of the inducing material layer formed in step 1 (step 2).
상기 투과부와 연결되고, 상기 분리막을 통해 투과되어 유입된 투과용액을 투과부로 유동시키기 위한 진공펌프;를 포함하는 유도물질 내재형 정삼투 분리막을 포함하는 정삼투 장치.
An inflow water portion including an inflow port through which inflow water flows and an inflow port through which inflow water flows out; an inductive material internal positive osmosis membrane according to claim 1 which is in contact with the inflow water portion at one surface; and a permeable portion contacting with the other surface of the separation membrane, And the permeable portion is in contact with the porous support layer of the separation membrane. And
And a vacuum pump connected to the permeable portion and configured to permeate the permeated solution permeated through the permeable membrane to the permeable portion.
상기 정삼투용 셀의 유입수부에 유입수를 공급하여 정삼투를 수행하는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2에서 정삼투되어 유입된 투과용액을 전공펌프를 이용하여 투과부로 유동시키는 단계(단계 3);를 포함하는 것을 특징으로 하는 정삼투 방법.Wherein the active layer of the separation membrane is in contact with the inflow portion of the cell for osmosis and the porous support layer of the separation membrane is in contact with the permeate portion of the cell for positive osmosis, (Step 1):
Supplying inflow water to the inflow water portion of the forward osmosis cell to perform positive infiltration (Step 2); And
And a step (3) of flowing the permeated solution, which has been infused in the step 2, to the permeated part by using a pneumatic pump.
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|---|---|---|---|---|
| KR20170052711A (en) * | 2015-11-03 | 2017-05-15 | 금오공과대학교 산학협력단 | Hybrid forward osmosis membrane for seawater desalination, Filter containing the same, and Forward osmosis type seawater desalination system using the same |
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|---|---|---|---|---|
| JP2010527772A (en) * | 2007-05-26 | 2010-08-19 | ストニーブルック ウォーター ピュリフィケーション | High flux fluid separation membrane containing cellulose or cellulose derivatives |
| KR20120031713A (en) * | 2010-09-27 | 2012-04-04 | 현대중공업 주식회사 | Forward osmosis membranes and method for manufacturing the same |
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2014
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