KR101803604B1 - Hybrid Carbon Nanotube-Reverse Osmosis Membrane Vessel - Google Patents
Hybrid Carbon Nanotube-Reverse Osmosis Membrane Vessel Download PDFInfo
- Publication number
- KR101803604B1 KR101803604B1 KR1020150124132A KR20150124132A KR101803604B1 KR 101803604 B1 KR101803604 B1 KR 101803604B1 KR 1020150124132 A KR1020150124132 A KR 1020150124132A KR 20150124132 A KR20150124132 A KR 20150124132A KR 101803604 B1 KR101803604 B1 KR 101803604B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- carbon nanotubes
- reverse osmosis
- osmosis membrane
- module
- pressure vessel
- Prior art date
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 229
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 title claims abstract description 183
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 281
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title description 14
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 86
- 239000013535 sea water Substances 0.000 claims abstract description 62
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 24
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 269
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 265
- VYFYYTLLBUKUHU-UHFFFAOYSA-N dopamine Chemical compound NCCC1=CC=C(O)C(O)=C1 VYFYYTLLBUKUHU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 102
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 88
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 87
- 229960003638 dopamine Drugs 0.000 claims description 50
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 41
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 41
- LENZDBCJOHFCAS-UHFFFAOYSA-N tris Chemical compound OCC(N)(CO)CO LENZDBCJOHFCAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 41
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 39
- 239000007983 Tris buffer Substances 0.000 claims description 38
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 34
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 claims description 29
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 26
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 25
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 claims description 19
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 claims description 19
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 claims description 12
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 11
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 8
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 claims description 7
- WZCQRUWWHSTZEM-UHFFFAOYSA-N 1,3-phenylenediamine Chemical compound NC1=CC=CC(N)=C1 WZCQRUWWHSTZEM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229920002430 Fibre-reinforced plastic Polymers 0.000 claims description 6
- GLUUGHFHXGJENI-UHFFFAOYSA-N Piperazine Chemical compound C1CNCCN1 GLUUGHFHXGJENI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- VHRGRCVQAFMJIZ-UHFFFAOYSA-N cadaverine Chemical compound NCCCCCN VHRGRCVQAFMJIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 6
- 239000011151 fibre-reinforced plastic Substances 0.000 claims description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 5
- GEYOCULIXLDCMW-UHFFFAOYSA-N 1,2-phenylenediamine Chemical compound NC1=CC=CC=C1N GEYOCULIXLDCMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- CBCKQZAAMUWICA-UHFFFAOYSA-N 1,4-phenylenediamine Chemical compound NC1=CC=C(N)C=C1 CBCKQZAAMUWICA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N Ethylenediamine Chemical compound NCCN PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 claims description 3
- 239000012466 permeate Substances 0.000 abstract description 10
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 42
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 34
- 230000008569 process Effects 0.000 description 30
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 24
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 22
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 22
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 description 21
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 16
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 12
- 229920001690 polydopamine Polymers 0.000 description 12
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 10
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 9
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 9
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 8
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 8
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 8
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 8
- 238000002411 thermogravimetry Methods 0.000 description 8
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 7
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 7
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 5
- 238000012695 Interfacial polymerization Methods 0.000 description 4
- 239000004695 Polyether sulfone Substances 0.000 description 4
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 4
- 238000001479 atomic absorption spectroscopy Methods 0.000 description 4
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 4
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 description 4
- 238000000870 ultraviolet spectroscopy Methods 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 3
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 3
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 3
- 239000008235 industrial water Substances 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 description 3
- 230000003204 osmotic effect Effects 0.000 description 3
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 3
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 3
- 238000003828 vacuum filtration Methods 0.000 description 3
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 2
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 2
- UWCPYKQBIPYOLX-UHFFFAOYSA-N benzene-1,3,5-tricarbonyl chloride Chemical compound ClC(=O)C1=CC(C(Cl)=O)=CC(C(Cl)=O)=C1 UWCPYKQBIPYOLX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- SNRUBQQJIBEYMU-UHFFFAOYSA-N dodecane Chemical compound CCCCCCCCCCCC SNRUBQQJIBEYMU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- CTENFNNZBMHDDG-UHFFFAOYSA-N Dopamine hydrochloride Chemical compound Cl.NCCC1=CC=C(O)C(O)=C1 CTENFNNZBMHDDG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004566 IR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 241000237536 Mytilus edulis Species 0.000 description 1
- -1 Polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 239000002977 biomimetic material Substances 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 238000005660 chlorination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000009295 crossflow filtration Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 150000004985 diamines Chemical class 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 229960001149 dopamine hydrochloride Drugs 0.000 description 1
- 239000002079 double walled nanotube Substances 0.000 description 1
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 1
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 238000009730 filament winding Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 description 1
- 239000007970 homogeneous dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000005556 hormone Substances 0.000 description 1
- 229940088597 hormone Drugs 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003014 ion exchange membrane Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 235000020638 mussel Nutrition 0.000 description 1
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 1
- 239000002858 neurotransmitter agent Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 230000001151 other effect Effects 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 150000008442 polyphenolic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 235000013824 polyphenols Nutrition 0.000 description 1
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 239000002109 single walled nanotube Substances 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 1
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
- B01D61/08—Apparatus therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
- B01D61/025—Reverse osmosis; Hyperfiltration
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
- B01D61/10—Accessories; Auxiliary operations
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
- C02F1/441—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis by reverse osmosis
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
- C02F2103/08—Seawater, e.g. for desalination
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
- Y02A20/124—Water desalination
- Y02A20/131—Reverse-osmosis
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
- Y02A20/124—Water desalination
- Y02A20/138—Water desalination using renewable energy
- Y02A20/144—Wave energy
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
Abstract
본 발명은 하이브리드 CNT-RO막 압력용기에 관한 것이다. 본 발명의 일예와 관련된 역삼투 분리막는 압력용기는 해수 유입구, 복수의 역삼투 분리막 모듈, 투과수 유로, 투과수 배출구 및 농축수 배출구를 포함하고, 상기 복수의 역삼투 분리막 모듈 중 상기 압력용기의 전단부에 위치한 적어도 하나의 모듈은 제 1 모듈부를 구성하고, 상기 제 1 모듈부보다 후단에 위치한 모듈은 제 2 모듈부를 구성하며, 상기 제 2 모듈부를 구성하는 각 모듈의 유량은 상기 제 1 모듈부를 구성하는 각 모듈의 유량보다 많을 수 있다.The present invention relates to a hybrid CNT-RO membrane pressure vessel. The reverse osmosis membrane separation membrane according to one embodiment of the present invention is characterized in that the pressure vessel includes a seawater inlet, a plurality of reverse osmosis membrane modules, a permeate passage, a permeate outlet and a concentrated water outlet, Wherein at least one module located at the front end constitutes a first module part, and a module located at a rear end of the first module part constitutes a second module part, and a flow rate of each module constituting the second module part, May be greater than the flow rate of each module constituting the part.
Description
본 발명은 하이브리드 CNT-RO막 압력용기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 후단부에 배치된 역삼투 분리막 보다 높은 염배제율을 가지는 역삼투 분리막 모듈을 압력용기의 전단부에 배치하여 담수 회수율을 높이는 압력용기에 관한 것이다.The present invention relates to a hybrid CNT-RO membrane pressure vessel, and more particularly, to a hybrid CNT-RO membrane pressure vessel having a reverse osmosis membrane module having a salt rejection ratio higher than that of a reverse osmosis membrane disposed at the rear end, Pressure vessel.
해수 담수화는 생활용수나 공업용수로 직접 사용하기 힘든 바닷물로부터 염분을 포함한 용해물질을 제거하여 순도 높은 음용수 및 생활용수, 공업용수 등을 얻어내는 일련의 수처리 과정을 말한다. 해수탈염이라고도 하며, 해수를 담수로 생산하는데 사용되는 설비를 해수담수화 설비 또는 해수담수화 플랜트라고 한다.Seawater desalination is a series of water treatment processes that remove high-purity drinking water, domestic water, industrial water, etc. by removing dissolved substances including salinity from seawater, which is difficult to use directly as domestic water or industrial water. It is also called seawater desalination, and facilities used to produce seawater in fresh water are called seawater desalination plants or seawater desalination plants.
담수화 설비는 지구 상의 물 중 98%나 되는 해수나 기수를 인류의 생활에 유용하게 쓸 수 있도록 경제적인 방법으로 염분을 제거하여 담수로 만드는 설비이다. 비가 땅 위에 떨어지면 여러 경로를 통해 바다로 흘러 가게 되는데, 물이 땅 위와 땅속으로 흐르는 동안 무기염류(Mineral)와 다른 물질 등이 용해되어 점점 염도가 증가한다. 바다나 저지대에 도착한 물은 태양에너지에 의해 증발하게 되며, 이 증발 과정에서 염을 남기며 순수한 물만이 구름을 형성하고 비가 되는 순환을 한다. 이것은 물리적인 분리가 이루어지는 증발과정 및 수증기가 찬 공기를 만나서 빗물로 변하는 응축과정을 잘 나타내고 있는데, 이러한 과정이 자연현상에서 볼 수 있는 대표적인 담수화(Desalination)라 할 수 있다.The desalination plant is a facility that removes salt to make fresh water by economical method so that 98% of the earth's water or sea water can be used for human life. When the rain falls on the ground, it flows into the sea through various paths. As the water flows over the ground and into the ground, minerals and other substances dissolve and salinity increases gradually. Water arriving in the sea or lowlands is evaporated by solar energy, leaving a salt in this evaporation process, and only pure water forms clouds and circulates. This is evident in the process of evaporation where physical separation takes place and the condensation process in which water vapor meets cold air and turns into rainwater. This process is a typical desalination in natural phenomena.
해수담수화의 방식은 크게 기본원리에 따라 분류된다. 열원을 이용하여 해수를 가열하고 발생한 증기를 응축시켜 담수를 얻는 증발법과 삼투현상(Osmosis)을 역으로 이용하여 해수를 반투막(Semi-permeable Membrane)을 통과시켜 담수를 생산하는 역삼투법(Reverse Osmosis)이 해수담수화의 대표적인 방식이다. 열원을 이용하는 증발법은 유체의 흐름 양상에 따라 다단증발법(Multi-Stage Flash: MSF)과 다중효용법(Multi-Effect Distillation: MED)으로 구분된다. 이외에도 결정화법, 이온교환막법, 용제추출법, 가압흡착법 등이 해수담수화에 적용되고 있으나, 현재 널리 상용화된 해수담수화 방식은 MSF, MED와 RO의 3가지 기술이며, MSF 또는 MED와 RO를 혼용하여 담수를 생산하는 Hybrid 방식이 적용되는 경우도 있다.The method of seawater desalination is largely classified according to the basic principle. Reverse osmosis (reverse osmosis), which produces fresh water by passing seawater through semi-permeable membranes by reversing the evaporation method and the osmosis phenomenon by heating seawater using a heat source and condensing the generated steam to obtain fresh water, It is a representative method of seawater desalination. The evaporation method using a heat source is divided into a multi-stage flash (MSF) and a multi-effect distillation (MED) according to the flow pattern of the fluid. In addition, crystallization method, ion exchange membrane method, solvent extraction method and pressure adsorption method are applied to seawater desalination. However, currently widely used seawater desalination methods are MSF, MED and RO technologies. Hybrid method, which produces high-quality products, may be applied.
여러 방식의 해수담수화 장치 중 역삼투법을 사용하여 해수를 담수화 하는 장치에는 역삼투 분리막 압력용기가 사용된다.Reverse osmosis membrane pressure vessels are used for desalination of seawater using reverse osmosis method among several types of seawater desalination apparatus.
압력용기에는 직렬로 연결된 복수의 역삼투 분리막 모듈이 내재되어 있고, 압력용기의 전단부의 유입구로 원수가 유입되어 압력용기의 후단부에 위치한 생산수 배출구로 담수화된 생산수가 배출되고 압력용기의 후단부에 위치한 농축수 배출구로 담수화 되지 못한 농축수가 배출된다.The pressure vessel includes a plurality of reverse osmosis membrane modules connected in series. The raw water flows into the inlet of the front end of the pressure vessel and the desalinated production water is discharged to the outlet water outlet located at the rear end of the pressure vessel. The concentrated water discharged through the concentrated water discharge port located in the desalination plant is not desalinated.
해수담수화 장치의 역삼투 분리막 압력용기에는 역삼투 분리막 모듈 복수개가 직렬로 배열되어 있다. 모듈이 직렬로 연결되어 있으므로 전단부에 위치한 역삼투 분리막 모듈에서 담수화 되지 못한 해수의 염분농도는 후단부로 흐를수록 진해진다.The reverse osmosis membrane pressure vessel of the seawater desalination unit has a plurality of reverse osmosis membrane modules arranged in series. Since the modules are connected in series, the salt concentration of the seawater that is not desalinated in the reverse osmosis membrane module located at the front end becomes darker as it flows to the rear end.
종래의 역삼투 분리막 압력용기 내에는 같은 종류의 분리막 모듈이 장착되고, 후단부에 위치한 모듈은 염분농도가 높은 해수를 처리해야 되므로 후단부에 위치한 모듈의 생산수 유량은 전단부에 위치한 모듈에 비해 현저히 낮았다. 이는 결국 전체 생산수 유량 감소를 초래하여 문제가 되었다.Since the conventional reverse osmosis membrane pressure vessel is equipped with the same type of membrane module and the module located at the rear end needs to treat seawater having a high salt concentration, the production flow rate of the module located at the rear end is higher than that of the module located at the front end It was significantly lower. This resulted in a decrease in the total production water flow, which became a problem.
따라서 후단부에 위치한 분리막 모듈에서도 생산수 유량이 감소되지 않도록 하는 역삼투 분리막 압력용기의 개발이 필요한 실정이다.Therefore, it is necessary to develop a reverse osmosis membrane pressure vessel that does not reduce the production flow rate in the membrane module located at the rear end.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 담수 회수율이 높은 하이브리드 CNT-RO막 압력용기를 사용자에게 제공하는 데 그 목적이 있다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a user with a hybrid CNT-RO membrane pressure vessel having a high fresh water recovery rate.
구체적으로, 전단부에 배치된 역삼투 분리막 모듈의 담수 생산량과 후단부에 배치된 역삼투 분리막 모듈의 담수 생산량의 차이를 줄이고자 하는 데 그 목적이 있다.In particular, the object of the present invention is to reduce the difference between the fresh water production amount of the reverse osmosis membrane module disposed at the front end portion and the fresh water production amount of the reverse osmosis membrane module disposed at the rear end portion.
또한, 역삼투 분리막 모듈에 탄소나노튜브를 혼합함으로써 역삼투 분리막 모듈의 수투과율을 50%이상 증가시키고자 하는 데 그 목적이 있다.Also, the object of the present invention is to increase the water permeability of the reverse osmosis membrane module by 50% or more by mixing carbon nanotubes with the reverse osmosis membrane module.
또한, 유입하는 해수량을 줄이고 담수 생산장치를 운영하기 위해 소비되는 비용을 줄이고자 하는 데 그 목적이 있다.It also aims to reduce the amount of seawater flowing in and the cost of running the fresh water production system.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description of the present invention are exemplary and explanatory and are not intended to limit the invention to the precise form disclosed. It can be understood.
상술한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일예와 관련된 역삼투 분리막 압력용기는 해수를 담수화 하는 역삼투 분리막 압력용기에 있어서, 상기 압력용기 전단의 적어도 일부에 위치하는 해수 유입구; 상기 압력용기의 내부에 직렬로 배치된 복수의 역삼투 분리막 모듈; 상기 복수의 역삼투 분리막 모듈 각각의 중심부를 통과하며, 상기 복수의 역삼투 분리막 모듈과 접하는 면에 복수의 구멍이 형성된 투과수 유로; 상기 압력용기 후단의 적어도 일부에 위치하는 투과수 배출구; 및 상기 압력용기 후단의 적어도 일부에 위치하는 농축수 배출구;를 포함하되, 상기 해수는 상기 해수 유입구를 통해 유입되고, 유입된 해수는 상기 복수의 역삼투 분리막 모듈을 투과하며 담수화되고, 상기 복수의 역삼투 분리막 모듈을 투과한 해수는 상기 복수의 구멍을 통해 상기 투과수 유로로 유입되고, 상기 투과수 유로로 유입된 해수는 상기 투과수 배출구를 통해 배출되며, 상기 투과수 유로로 유입되지 못한 해수는 상기 농축수 배출구를 통해 배출되고, 상기 복수의 역삼투 분리막 모듈 중 상기 압력용기의 전단부에 위치한 적어도 하나의 모듈은 제 1 모듈부를 구성하고, 상기 제 1 모듈부보다 후단에 위치한 모듈은 제 2 모듈부를 구성하며, 상기 제 2 모듈부를 구성하는 각 모듈의 유량은 상기 제 1 모듈부를 구성하는 각 모듈의 유량보다 많을 수 있다.A reverse osmosis membrane pressure vessel according to one embodiment of the present invention for realizing the above-mentioned problems is a reverse osmosis membrane pressure vessel for desalinating seawater, comprising: a seawater inlet located at least a part of a front end of the pressure vessel; A plurality of reverse osmosis membrane modules disposed in series in the pressure vessel; A permeable water passage passing through the center of each of the plurality of reverse osmosis membrane modules and having a plurality of holes formed in a surface thereof in contact with the plurality of reverse osmosis membrane modules; A permeated water outlet located at least a part of a rear end of the pressure vessel; And a concentrated water outlet located at least a part of the downstream end of the pressure vessel, wherein the seawater is introduced through the seawater inlet, the inflowing seawater is desalted through the plurality of reverse osmosis membrane modules, The seawater having passed through the reverse osmosis membrane module is introduced into the permeated water channel through the plurality of holes and the seawater flowing into the permeated water channel is discharged through the permeated water outlet, Wherein at least one of the plurality of reverse osmosis membrane modules located at the front end of the pressure vessel constitutes a first module unit and a module located at a rear end of the first module unit is connected to the outlet of the concentrated water outlet, Wherein the flow rate of each module constituting the second module unit is larger than the flow rate of each module constituting the first module unit .
또한, 상기 제 1 모듈부를 구성하는 각 모듈의 염 배제율은 상기 제 2 모듈부를 구성하는 각 모듈의 염 배제율보다 높을 수 있다.The salt rejection rate of each module constituting the first module unit may be higher than the salt rejection rate of each module constituting the second module unit.
또한, 상기 제 1 모듈부 및 상기 제 2 모듈부 중 적어도 하나의 모듈부의 분리막에는 탄소나노튜브가 혼합될 수 있다.In addition, carbon nanotubes may be mixed into a separation membrane of at least one of the first module unit and the second module unit.
또한, 상기 탄소나노튜브는 상기 분리막의 폴리아미드층 및 지지층 중 적어도 어느 하나의 층에 혼합될 수 있다.The carbon nanotubes may be mixed with at least one of the polyamide layer and the support layer of the separation membrane.
또한, 상기 탄소나노튜브에 폴리 도파민이 코팅되어 상기 탄소나노튜브가 도포를 고르게 할 수 있다.In addition, the carbon nanotubes may be coated with polydodamine to uniformly apply the carbon nanotubes.
또한, 상기 제 1 모듈부의 모듈은 2개이고, 상기 제 2 모듈부의 모듈은 4개일 수 있다.In addition, the number of modules of the first module unit may be two, and the number of modules of the second module unit may be four.
또한, 상기 압력용기의 재질은 섬유강화플라스틱(FRP, Fiber Reinforced Plastics)일 수 있다.The material of the pressure vessel may be fiber reinforced plastic (FRP).
삭제delete
삭제delete
삭제delete
한편, 상술한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일예와 관련된 압력용기 스테이지는 역삼투 분리막 압력용기 복수개를 병렬로 연결한 것일 수 있다.Meanwhile, the pressure vessel stage related to an embodiment of the present invention for realizing the above-mentioned problems may be a plurality of reverse osmosis membrane pressure vessels connected in parallel.
상술한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일예와 관련된 해수 담수화 장치는 역삼투 분리막 압력용기 스테이지 복수개를 직렬로 연결한 것일 수 있다.The seawater desalination apparatus according to an embodiment of the present invention for realizing the above-described problems may be a plurality of reverse osmosis membrane pressure vessel stages connected in series.
또한, 상기 탄소나노튜브는, 상기 탄소나노튜브를 50~70℃의 H2O2 용액 내에 30분 ~ 2시간 동안 유지시키는 단계; 상기 H2O2 용액을 증발시키고 800~1000℃에서 비활성기체를 주입하면서 1~3시간 동안 탄소나노튜브를 산화시키는 단계; 상기 탄소나노튜브를 상온에서 25~40℃ 까지 냉각하는 단계; 상기 탄소나노튜브를 300~600℃로 승온하여 2~4시간 동안 유지하는 단계; 및 비활성기체를 주입하여 상기 탄소나노튜브를 상온까지 냉각시켜 열산화법을 통해 말단이 개봉하는 단계;를 통하여 얻어진 평균 길이는 1~2㎛이고, 평균 직경은 5~8nm인 탄소나노튜브일 수 있다.The carbon nanotubes may be prepared by maintaining the carbon nanotubes in an H2O2 solution at 50 to 70 DEG C for 30 minutes to 2 hours; Evaporating the H 2
또한, 상기 탄소나노튜브는 아민 용액에 분산된 후 계면중합법에 의하여 상기 분리막에 혼합될 수 있다.In addition, the carbon nanotubes may be dispersed in an amine solution and then mixed into the separation membrane by an interface polymerization method.
또한, 상기 아민 용액에 포함되는 아민은 오르소-페닐렌다이아민(ortho-phenylenediamine), 메타-페닐렌다이아민 (meta-phenylenediamine), 파라-페닐렌다이아민(para-phenylenediamine), 피페라진(piperazine), 에틸렌다이아민(ethylene diamine), 카다버린(cadaverine), 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다.Also, the amine included in the amine solution may be selected from the group consisting of ortho-phenylenediamine, meta-phenylenediamine, para-phenylenediamine, piperazine, ethylene diamine, cadaverine, and a mixture thereof.
또한, 상기 폴리 도파민이 코팅되는 것은, 상기 탄소나노튜브를 트리스-버퍼 용액에 혼합하여 초음파 분산하는 제 1 단계; 상기 탄소나노튜브가 혼합된 트리스-버퍼 용액에 산소를 프리퍼징 하는 제 2 단계; 상기 산소가 프리퍼징된 트리스-버퍼 용액에 도파민을 주입하는 제 3 단계; 상기 도파민이 주입된 트리스-버퍼 용액에 산소를 주입하여 상기 탄소나노튜브와 상기 도파민을 반응시키는 제 4 단계; 상기 탄소나노튜브와 상기 도파민이 반응된 트리스-버퍼 용액에 초음파 분산을 가하는 제 5 단계; 상기 초음파 분산된 트리스-버퍼 용액에 산소를 주입하여 상기 탄소나노튜브와 상기 도파민을 반응시키는 제 6 단계; 상기 트리스-버퍼 용액의 pH를 낮추는 제 7 단계; 및 상기 트리스-버퍼 용액을 건조하는 제 8 단계;에 의할 수 있다.The polydopamine coating may include a first step of mixing the carbon nanotubes with a tris-buffer solution and ultrasonic dispersion; A second step of pre-purifying oxygen in the tris-buffer solution mixed with the carbon nanotubes; A third step of injecting dopamine into the oxygen-pre-purged tris-buffer solution; A fourth step of injecting oxygen into the tris-buffer solution doped with dopamine to react the carbon nanotubes with the dopamine; A fifth step of applying ultrasonic dispersion to the tris-buffer solution reacted with the carbon nanotubes and the dopamine; A sixth step of injecting oxygen into the ultrasonic dispersed tris-buffer solution to react the carbon nanotubes with the dopamine; A seventh step of lowering the pH of the tris-buffer solution; And an eighth step of drying the tris-buffer solution.
또한, 상기 제 1 단계에서, 상기 트리스-버퍼 용액은 pH가 8.5 이상으로 조절될 수 있다.Further, in the first step, the Tris-buffer solution can be adjusted to have a pH of at least 8.5.
한편, 상술한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일예와 관련된 역삼투 분리막 압력용기 제조 방법은 탄소나노튜브가 혼합된 역삼투 분리막을 사용하는 압력용기를 제조하는 방법에 있어서, 상기 탄소나노튜브를 50~70℃의 H2O2 용액 내에 30분 ~ 2시간 동안 유지시키는 단계; 상기 H2O2 용액을 증발시키고 800~1000℃에서 비활성기체를 주입하면서 1~3시간 동안 탄소나노튜브를 산화시키는 단계; 상기 탄소나노튜브를 상온에서 25~40℃ 까지 냉각하는 단계; 상기 탄소나노튜브를 300~600℃로 승온하여 2~4시간 동안 유지하는 단계; 및 비활성기체를 주입하여 상기 탄소나노튜브를 상온까지 냉각시켜 열산화법을 통해 말단이 개봉되도록 하는 단계;를 포함하고, 상기 탄소나노튜브의 평균 길이는 1~2㎛이고, 평균 직경은 5~8nm일 수 있다.The method for manufacturing a reverse osmosis membrane pressure vessel according to an embodiment of the present invention for realizing the above-mentioned problems is a method for manufacturing a pressure vessel using a reverse osmosis membrane in which carbon nanotubes are mixed, Maintaining in a H2O2 solution at ~ 70 < 0 > C for 30 minutes to 2 hours; Evaporating the H 2
또한, 상기 탄소나노튜브의 말단이 개봉되도록 하는 단계 후, 상기 탄소나노튜브를 트리스-버퍼 용액에 혼합하여 초음파 분산하는 단계; 상기 탄소나노튜브가 혼합된 트리스-버퍼 용액에 산소를 프리퍼징 하는 단계; 상기 산소가 프리퍼징된 트리스-버퍼 용액에 도파민을 주입하는 단계; 상기 도파민이 주입된 트리스-버퍼 용액에 산소를 주입하여 상기 탄소나노튜브와 상기 도파민을 반응시키는 단계; 상기 탄소나노튜브와 상기 도파민이 반응된 트리스-버퍼 용액에 초음파 분산을 가하는 단계; 상기 초음파 분산된 트리스-버퍼 용액에 산소를 주입하여 상기 탄소나노튜브와 상기 도파민을 반응시키는 단계; 상기 트리스-버퍼 용액의 pH를 낮추는 단계; 및 상기 트리스-버퍼 용액을 건조하는 단계;를 더 포함할 수 있다.Mixing the carbon nanotubes with a tris-buffer solution and ultrasonic dispersing the carbon nanotubes; Pre-purifying oxygen in the tris-buffer solution mixed with the carbon nanotubes; Injecting dopamine into the oxygen-pre-purged tris-buffer solution; Injecting oxygen into the doped tris-buffer solution to react the carbon nanotubes with the dopamine; Applying ultrasonic dispersion to the tris-buffer solution in which the carbon nanotubes and the dopamine are reacted; Injecting oxygen into the ultrasonic dispersed tris-buffer solution to react the carbon nanotubes with the dopamine; Lowering the pH of the tris-buffer solution; And drying the tris-buffer solution.
본 발명은 담수 회수율이 높은 하이브리드 CNT-RO막 압력용기 사용자에게 제공할 수 있다.The present invention can provide a user of a hybrid CNT-RO membrane pressure vessel having a high fresh water recovery rate.
구체적으로, 전단부에 배치된 역삼투 분리막 모듈의 담수 생산량과 후단부에 배치된 역삼투 분리막 모듈의 담수 생산량의 차이를 줄일 수 있다.Specifically, the difference between the fresh water production amount of the reverse osmosis membrane module disposed at the front end portion and the fresh water production amount of the reverse osmosis membrane module disposed at the rear end portion can be reduced.
또한, 역삼투 분리막 모듈에 탄소나노튜브를 혼합함으로써 역삼투 분리막 모듈의 수투과율을 50%이상 증가시킬 수 있다.Also, by mixing carbon nanotubes with the reverse osmosis membrane module, the water permeability of the reverse osmosis membrane module can be increased by 50% or more.
또한, 유입하는 해수량을 줄이고 담수 생산장치를 운영하기 위해 소비되는 비용을 줄일 수 있다.It also reduces the amount of seawater flowing in and the cost of running the desalination plant.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description of the present invention are exemplary and explanatory and are not intended to limit the invention to the precise form disclosed. It can be understood.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It should be understood, however, that the effects obtained by the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned may be clearly understood by those skilled in the art to which the present invention belongs It will be possible.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시례를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 나권형 분리막 모듈의 일례를 나타낸 사시도이다.
도 2는 종래의 역삼투 분리막 압력용기의 단면도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시례에 따른 하이브리드 역삼투 분리막 압력 용기의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시례에 따른 역삼투 분리막 모듈에 사용되는 역삼투 분리막의 단면을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시례에 따른 역삼투 분리막에 혼합된 탄소나노튜브가 불균형하게 분산된 것을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시례에 따른 폴리 도파민이 코팅된 탄소나노튜브가 혼합된 역삼투 분리막을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시례에 따른 해수를 담수화 시키는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 8는 본 발명의 일 실시례에 따른 하이브리드 CNT 역삼투 분리막 압력용기와 종래의 역삼투 분리막 압력용기를 사용하여 해수를 담수화할 때의 모듈 위치에 따른 유량을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시례에 따른 역삼투 분리막 모듈을 병렬로 연결한 단(Stage)를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 일 실시례에 따른 역삼투 분리막 압력용기 단을 직렬로 연결한 다단 시스템을 나타낸다.
도 11은 제조예 2에 따른 분산 결과를 보여주는 사진 및 UV 분광계 분석의 결과를 보여주는 그림이다.
도 12는 도파민으로 코팅하지 않은 것에 따른 분산 결과를 보여주는 사진 및 UV 분광계 분석의 결과를 보여주는
그림이다.
도 13은 실시예 1에 의해 열산화법을 처리하여 말단이 개봉된 탄소나노튜브를 보여주는 사진이다.
도 14는 비교예 1에 의해 열산화법을 처리하지 않아 말단이 개봉되지 않은 탄소나노튜브를 보여주는 사진이다.
도 15는 비교예 1로부터 제조된 분리막의 수투과율을 나타내는 그래프이다.
도 16은 비교예 3으로부터 제조된 분리막의 수투과율을 나타내는 그래프이다.
도 17은 열산화법 처리 유무에 따른 탄소나노튜브의 열중량분석(TGA) 결과이다.
도 18은 열산화법 처리에 의해 원자흡광분석에서 변화하는 피크 양상을 보여주는 그래프이다.
도 19는 도파민이 코팅된 탄소나노튜브를 보여주는 TEM 이미지 이다.
도 20은 본 발명의 실시예 1에 따라 탄소나노튜브-폴리아미드 복합 분리막을 제조하는 공정도이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따라 전처리를 하지 않은 경우, Air 조건 전처리를 한 경우 및 H2O2 전처리를 추가한 경우의 탄소나노튜브 기공의 인텐시티 값을 비교한 그래프이다.
도 22는 본 발명의 실시예 1에 따라 폴리도파민이 코팅된 탄소나노튜브의 주사전자현미경(SEM) (a) 및 투과전자 현미경(TEM) 사진 (b)이다.
도 23은 본 발명의 실시예 2에 따라 폴리도파민이 코팅된 탄소나노튜브의 주사전자현미경(SEM) (a) 및 투과전자 현미경(TEM) 사진 (b)이다.
도 24는 본 발명의 비교예에 따라 폴리도파민이 코팅된 탄소나노튜브의 주사전자현미경(SEM) (a) 및 투과전자현미경(TEM) 사진 (b)이다.
도 25는 폴리도파민이 코팅되지 않은 탄소나노튜브와 본 발명의 실시예 1, 2 및 비교예에 따라 폴리도파민이 코팅된 탄소나노튜브의 열중량분석(TGA) 결과이다.
도 26은 폴리도파민이 코팅되지 않은 탄소나노튜브와 본 발명의 실시예 1, 2 및 비교예에 따라 폴리도파민이 코팅된 탄소나노튜브의 적외선분광분석(FT-IR) 결과이다.
도 27은 본 발명의 비교예에 따라 폴리도파민이 코팅된 탄소나노튜브의 광전자분광분석(XPS) 결과 (a) 및 본 발 명의 실시예 1에 따라 폴리도파민이 코팅된 탄소나노튜브의 광전자분광분석(XPS) 결과 (b)이다.
도 28은 본 발명의 비교예에 따라 폴리도파민이 코팅된 탄소나노튜브의 분광광도계분석(UV-vis) 결과 (a) 및 본 발명의 실시예 1에 따라 폴리도파민이 코팅된 탄소나노튜브의 분광광도계분석(UV-vis) 결과 (b)이다.
도 29는 폴리도파민이 코팅되지 않은 탄소나노튜브의 다양한 용매에서의 분산성을 촬영한 사진이다.
도 30은 본 발명의 실시예 1에 따라 폴리도파민이 코팅된 탄소나노튜브의 다양한 용매에서의 분산성을 촬영한 사진이다.
도 31은 본 발명의 일 실시예에 따라 수계 분산성이 향상된 CNT의 수계 분산액 이미지 및 UV-vis 분석 결과를 나타낸다.
도 32는 본 발명의 일 실시예에 따른 역삼투막 압력용기와 종래의 역삼투막 압력용기를 사용하여 담수화를 한 경우 동일한 유량에 대한 소요 전력을 비교한 그래프이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate a preferred embodiment of the invention and, together with the description, serve to provide a further understanding of the technical idea of the invention, It should not be construed as limited.
1 is a perspective view showing an example of a bipolar separation membrane module.
2 is a cross-sectional view of a conventional reverse osmosis membrane pressure vessel.
3 is a cross-sectional view of a hybrid reverse osmosis membrane pressure vessel according to one embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view of a reverse osmosis membrane used in a reverse osmosis membrane module according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 shows that the carbon nanotubes mixed in the reverse osmosis membrane according to an embodiment of the present invention are unevenly dispersed.
FIG. 6 shows a reverse osmosis separator in which carbon nanotubes coated with polydodamine are mixed according to an embodiment of the present invention.
7 is a flowchart illustrating a method of desalinating seawater according to one embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a graph showing a flow rate according to a module position at the time of desalination of seawater using a hybrid CNT reverse osmosis membrane pressure vessel and a conventional reverse osmosis membrane pressure vessel according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 shows a stage in which reverse osmosis membrane modules according to an embodiment of the present invention are connected in parallel.
FIG. 10 shows a multi-stage system in which the reverse osmosis membrane pressure vessel stages according to one embodiment of the present invention are connected in series.
11 is a photograph showing a result of dispersion according to Preparation Example 2 and a result of UV spectrometry analysis.
Figure 12 shows photographs showing the dispersion results with no dopamine coating and the results of UV spectrometry analysis
It is a picture.
FIG. 13 is a photograph showing carbon nanotubes opened at the ends by the thermal oxidation method according to Example 1. FIG.
Fig. 14 is a photograph showing carbon nanotubes whose ends were not opened by the thermal oxidation method according to Comparative Example 1. Fig.
15 is a graph showing the water permeability of the separation membrane produced from Comparative Example 1. Fig.
16 is a graph showing the water permeability of the separation membrane produced from Comparative Example 3. Fig.
17 is a thermogravimetric analysis (TGA) result of carbon nanotubes with or without thermal oxidation treatment.
FIG. 18 is a graph showing the peak shape changing in the atomic absorption analysis by the thermal oxidation process. FIG.
19 is a TEM image showing dopamine-coated carbon nanotubes.
20 is a process diagram for producing a carbon nanotube-polyamide composite separator according to Example 1 of the present invention.
FIG. 21 is a graph showing the results of the case where the pretreatment is not performed, the case where the air condition is pretreated, and the case where H 2 O 2 And the intensities of the carbon nanotube pores in the case of adding the pretreatment.
22 is a scanning electron microscope (SEM) (a) and a transmission electron microscope (TEM) photograph (b) of carbon nanotubes coated with polydodamine according to Example 1 of the present invention.
23 is a scanning electron microscope (SEM) (a) and a transmission electron microscope (TEM) photograph (b) of carbon nanotubes coated with polydodamine according to Example 2 of the present invention.
24 is a scanning electron microscope (SEM) (a) and a transmission electron microscope (TEM) photograph (b) of a carbon nanotube coated with polydodamine according to a comparative example of the present invention.
25 is a thermogravimetric analysis (TGA) result of carbon nanotubes not coated with polydodamine, and carbon nanotubes coated with polydodamine according to Examples 1 and 2 and Comparative Examples of the present invention.
26 is a result of infrared spectroscopy (FT-IR) of carbon nanotubes not coated with polydodamine, and carbon nanotubes coated with polydodamine according to Examples 1 and 2 and Comparative Examples of the present invention.
27 is a graph showing the results of photoelectron spectroscopic analysis (XPS) (a) of a carbon nanotube coated with a polydodamine according to a comparative example of the present invention and a photoelectron spectroscopic analysis of a carbon nanotube coated with a polydodamine according to Example 1 of the present invention (XPS) result (b).
28 is a graph showing the results of spectrophotometer analysis (UV-vis) (a) of polydodamine-coated carbon nanotubes and spectroscopic analysis of polydopamine-coated carbon nanotubes according to Example 1 of the present invention The result is a photometer (UV-vis) result (b).
29 is a photograph showing the dispersibility of carbon nanotubes not coated with polypodamine in various solvents.
FIG. 30 is a photograph of the dispersibility of polypodamine-coated carbon nanotubes in various solvents according to Example 1 of the present invention. FIG.
FIG. 31 shows an image of an aqueous dispersion of CNTs improved in aqueous dispersion and a UV-vis analysis result according to an embodiment of the present invention.
32 is a graph comparing power requirements for the same flow rate when desalination is performed using a reverse osmosis membrane pressure vessel and a conventional reverse osmosis membrane pressure vessel according to an embodiment of the present invention.
역삼투 분리막은 염수나 해수 등의 염분을 제거하여 산업용수, 농업용수, 가정용수 등의 비교적 저염도 이면서 많은 양의 물로 담수화하는데 사용된다. 역삼투 분리막을 이용한 반염수 탈염이나 또는 해수의 담수화란 염분이나 이온등이 녹아있는 수용액을 가압하여 역삼투 분리막을 통과시킬 때 수용액중 염분이나 이온등은 막을 통과 하지 못하여 걸러지고 정제된 물은 막을 통과하여 일정한 용수가 되는 것을 의미한다.The reverse osmosis membrane is used to desalinate salts such as brine and seawater to desalinate water with a relatively low amount of water, such as industrial water, agricultural water, and household water. Reverse osmosis desalination using a reverse osmosis membrane or desalination of seawater means that when an aqueous solution containing salts or ions is passed through a reverse osmosis separator, salts or ions in the aqueous solution can not pass through the membrane and are filtered, It means that the water becomes a constant water passing through.
이 때 가해지는 압력은 수용액이 가지는 삼투압 이상이어야 하고 그 작용은 삼투과정의 역방향이며, 또한 수용액의 농도가 높을수록 삼투압이 커지므로 공급수에 가해지는 상기 압력은 더 높아지게 된다.At this time, the applied pressure should be equal to or higher than the osmotic pressure of the aqueous solution, and the action thereof is in the reverse direction of the osmotic process, and the higher the concentration of the aqueous solution, the greater the osmotic pressure.
염수나 해수 등의 물은 다량의 염을 함유하고 있기 때문에 이들 용액을 담수화하는 역삼투 분리막은 염 제거능력이 뛰어나야 하고, 또한 고농도의 염수를 운전하는데 필연적인 펌프의 대형화나 그로 인한 소음, 낮은 에너지효율문제 등을 개선하기 위해 공정압력이 낮아져야 하는 과제를 안고 있다.Since water such as brine or seawater contains a large amount of salt, the reverse osmosis membrane that desalinates these solutions must have excellent salt removing ability. In addition, it is necessary to increase the pump size, noise due to the operation of high concentration brine, The process pressure has to be lowered in order to improve the efficiency problem.
또한, 막의 투과유량은 용도에 따라 염배제율보다 고유량이 중요하거나 이와 반대로 염배제율이 중요한 경우도 있다.In addition, the permeate flow rate of the membrane may be more important than the salt removal rate depending on the application, or conversely, the salt removal rate may be important.
통상적으로 분리막을 산업적 규모의 액체분리에 적용시키려면 상당히 넓은 막면적이 요구된다. 넓은 막면적을 컴팩트한 규모로 집적시킨 장치단위를 분리막 모듈(membrane module)이라 하며, 현재 평판형모듈, 관형모듈, 중공사형모듈, 나권형모듈 등 여러 종류의 막모듈 형식이 개발되어 있고, 특히 최근 상업화되고 있는 역삼투방식의 분리막으로는 나권형(spiralwound type) 막모듈이 주로 쓰이고 있다.Conventionally, a large membrane area is required to apply the separator to an industrial-scale liquid separation. A device unit integrating a large membrane area in a compact scale is called a membrane module and various types of membrane modules such as a flat plate module, a tubular module, a hollow fiber module, and a bare module have been developed. Spiralwound type membrane module is mainly used as a reverse osmosis membrane separation membrane that is being commercialized recently.
도 1은 나권형 분리막 모듈의 일례를 나타낸 사시도로서, 나권형모듈은 분리막으로 평판막(flat sheet membrane)을 사용하는데, 도 1을 참조하면 유입수유로(feed spacer)인 mesh(9)와 분리막(7)과 투과수 유로(permeate spacer, 8), 또하나의 분리막(7)을 샌드위치 방식으로 접합시킨 후 이를 중앙에 위치한 다공성 유출관(central pipe, 10)에 롤(roll)형태로 감아서 분리막 모듈을 형성시킨다.FIG. 1 is a perspective view showing an example of a biaxial separator module. Referring to FIG. 1, the biaxial module uses a flat sheet membrane as a separation membrane. 7, a
이러한 분리막 모듈의 기능을 보면, 일정한 압력이 가해진 유입수가 유입수유로인 mesh(9)를 거쳐 분리막(7)을 통과하게 되는데 분리막 통과과정에서 용존염 및 유기물 등이 배제되고 순수한 물만이 분리된다. 분리된 물은 분리막 사이에 위치한 투과수 유로(8)를 따라 흐르게 되고, 이 투과액은 투과수 배출구(5)를 통해 압력용기 외부로 배출된다.In view of the function of the separation membrane module, the inflow water having a constant pressure is passed through the
또한 유입수 일부는 농축되어 연결된 또다른 분리막의 유입수로 작용하게 되며, 이때 초기 각 모듈에 있어서 유입수 대비 투과수의 비율을 개별 모듈 회수율(Recovery)로 정하여 관리하게 된다.In addition, a part of the influent water is concentrated and acts as an influent of another connected membrane. In this case, the ratio of the permeate to the influent water in the initial module is determined as the recovery rate of the individual module.
이와 같이 전단부에 위치한 역삼투 분리막 모듈에서 배출된 농축수가 후단부에 위치한 역삼투 분리막 모듈로 유입므로 후단부로 해수가 후단부로 흐를수록 해수의 염분농도는 진해진다.Since the concentrated water discharged from the reverse osmosis membrane module located at the front end flows into the reverse osmosis membrane module located at the rear end, the salinity of the seawater increases as the seawater flows to the rear end.
도 2는 종래의 역삼투 분리막 압력용기의 단면도를 나타내는 것으로서, 도 2를 참조하면 종래의 역삼투 분리막 압력용기에 내재된 역삼투 분리막 모듈로 모두 같은 종류의 모듈들이 배열되어 고농도의 농축수를 처리하는 후단부의 역삼투 분리막 모듈의 생산수 유량은 전단부 모듈에 비해 매우 낮아 문제가 되었다.FIG. 2 is a cross-sectional view of a conventional reverse osmosis membrane pressure vessel. Referring to FIG. 2, the reverse osmosis membrane module contained in the conventional reverse osmosis membrane pressure vessel is arranged with modules of the same type, The reverse flow reverse osmosis membrane module produced by the reverse osmosis membrane module was much lower than that of the front module.
본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 역삼투 분리막 압력용기 내에 다른 특성의 역삼투 분리막 모듈을 배열하여 담수 회수율이 높은 역삼투 분리막 압력용기를 제공하고자 한다.In order to solve such a problem, the present invention provides a reverse osmosis membrane pressure vessel having a high fresh water recovery rate by arranging reverse osmosis membrane modules having different characteristics in a reverse osmosis membrane pressure vessel.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시례에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 일실시례는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하지 않으며, 본 실시 형태에서 설명되는 구성 전체가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고는 할 수 없다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the embodiment described below does not unduly limit the contents of the present invention described in the claims, and the entire configuration described in this embodiment is not necessarily essential as the solution means of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시례에 따른 하이브리드 역삼투 분리막 압력 용기의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of a hybrid reverse osmosis membrane pressure vessel according to one embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면 하이브리드 역삼투 분리막 압력 용기는 압력용기(100), 유입구(200), 복수의 역삼투 분리막 모듈(300), 다공성 유출관(400), 투과수 배출구(500) 및 농축수 배출구(600) 등을 포함할 수 있다.3, the hybrid reverse osmosis membrane pressure vessel includes a
먼저, 압력용기(100)는 다른 구성들이 장착되는 용기이다.First, the
압력용기(100)로 에폭시레진과 유리섬유 등의 원료물질을 사용하여 필라멘트 와인딩법으로 제작될 수 있고, 내부에 라이너가 없으며 겔코팅을 하지 않으면서도 가벼우며 고압에 견딜 수 있는 FRP(Fiber Reinforced Plastics) 압력용기(100)가 사용될 수 있다.The
또한, 유입구(200)는 압력용기(100)의 전단부에 위치하고 해수가 유입되는 구멍이다.The
다음으로, 복수의 역삼투 분리막 모듈(300)은 유입된 해수를 담수화 하는 역할을 하며, 도 1과 같은 나권형 역삼투 분리막 모듈이 사용된다.Next, the plurality of reverse
또한, 도 4는 본 발명의 일 실시례에 따른 역삼투 분리막 모듈에 사용되는 역삼투 분리막의 단면을 나타내는 것으로서, 역삼투 분리막(310)은 PA(Poly Amide)층(311), 지지층(312) 및 부직포(313) 등을 포함할 수 있다. 또한, 지지층(312)은 PES(Poly Ethersulfone)로 구성될 수 있다.4 illustrates a cross section of a reverse osmosis membrane used in a reverse osmosis membrane module according to an embodiment of the present invention. The reverse osmosis membrane module 310 includes a PA (poly amide)
한편, 역삼투 분리막 모듈(300)은 역삼투 분리막(310)의 염배제율에 따라 분류될 수 있다. 염배제율이 높고 생산수 유량이 적은 역삼투 분리막 모듈을 고염배제율형 역삼투 분리막 모듈(HR형 역삼투 분리막 모듈, High Rejection Membrane Module)(320)이라 하고, 상대적으로 염배제율이 낮고 생산수 유량이 많은 역삼투 분리막 모듈을 고유량형 역삼투 분리막 모듈(HF형 역삼투 분리막 모듈, High Flux Membrane)(330)이라 한다.Meanwhile, the reverse
본 발명에서 하이브리드 역삼투 분리막 압력용기의 전단부에는 HR형 역삼투 분리막 모듈(320)이 배치되고 후단부에는 HF형 역삼투 분리막 모듈(330)이 배치된다.In the present invention, the HR type reverse
압력용기(100)의 전단부에 HF형 분리막 모듈(330)을 배치시키면 유량이 증가하고, 유량이 증가함에 따라 역삼투 분리막의 공극이 막히는 속도도 빨라져 막이 오염되는 현상인 파울링(Fouling) 현상이 나타날 수 있다. 따라서 압력용기(100)의 전단부에는 유량이 상대적으로 느리고 염배제율이 높은 HR형 역삼투 분리막 모듈(320)을 배치한다.When the HF
또한, 앞서 설명한 바와 같이 압력용기(100)의 전단부에 위치한 역삼투 분리막 모듈(300)을 투과하지 못한 해수는 후단부에 위치한 역삼투 분리막 모듈(300)로 흐르기 때문에 해수가 압력용기(100)의 후단으로 갈수록 염분농도가 진해진다.As described above, since the seawater that does not pass through the reverse
따라서 압력용기(100)의 후단에 배치된 역삼투 분리막 모듈(300)은 고농도의 해수를 처리해야 하므로 담수 생산량은 전단에 배치된 역삼투 분리막 모듈(300)에 비해 적다. 이러한 현상에 대응하여 압력용기(100)의 후단부에는 상대적으로 투과율이 높은 HF형 역삼투 분리막 모듈(330)을 배치한다.Therefore, since the reverse
이와 같이 전단부에는 HR형 역삼투 분리막 모듈(320)을 배치하고 후단부에는 HF형 역삼투 분리막 모듈(330)을 배치하면 종래의 역삼투 분리막 모듈을 사용하였을 때와 비교하여 담수 회수율이 증가한다.When the HR type reverse
압력용기(100)에는 사용되는 복수의 역삼투 분리막 모듈(300)의 개수는 도 3에 도시된 바와 같이 HR형 역삼투 분리막 모듈(320) 2개 및 HF형 역삼투 분리막 모듈(330) 4개에 한정되는 것은 아니고, 필요에 따라 그 개수가 변경될 수 있다.3, the number of the reverse
한편, 역삼투 분리막에는 탄소나노튜브(CNT, Carbon nanotube)(314)가 혼합될 수 있다.Meanwhile, a carbon nanotube (CNT) 314 may be mixed with the reverse osmosis membrane.
이러한 탄소나노튜브(314)는 역삼투 분리막의 PA(Poly Amide)층(311) 또는 PES(Poly Ethersulfone) 층(312)에 코팅될 수 있다.The
이러한 탄소나노튜브(314)가 혼합된 역삼투 분리막을 사용하면 높은 수투과도와 염제거율을 지닌 동시에 내오염성 및 내염소성이 우수한 역삼투 분리막 모듈(300)을 제공할 수 있다.When the reverse osmosis membrane having the
한편, 전처리 공정을 수행한 탄소나노튜브(314)를 역삼투 분리막(310)에 혼합하면 수투과율과 염배제율을 동시에 향상시킬 수 있다. 이러한 전처리 공정에 대해서는 아래에서 자세히 설명한다.On the other hand, mixing the
본 발명의 역삼투 분리막 압력용기의 후단부에 배치되는 HF형 역삼투 분리막 모듈(330)에는 빠르게 해수를 담수화하기 위해 높은 투과도가 요구된다. 따라서 HF형 역삼투 분리막 모듈(330)의 역삼투 분리막(310)에 탄소나노튜브(314)가 혼합되는 경우 생산수 회수율을 더욱 높일 수 있다. 다만, 탄소나노튜브(314)는 HF형 역삼투 분리막 모듈(320)에만 적용될 수 있는 것은 아니고 HR형 역삼투 분리막 모듈(330)에도 적용될 수 있다.The HF type reverse
한편, 탄소나노튜브(314)는 극성을 띄고 있어 탄소나노튜브(314) 사이에 인력이 작용하여 역삼투 분리막에 고르게 혼합되지 않고 탄소나노튜브(314)가 역삼투 분리막(310)의 일부에만 혼합될 수 있다.The
도 5는 본 발명의 일 실시례에 따른 역삼투 분리막에 혼합된 탄소나노튜브가 불균형하게 분산된 것을 나타낸다.FIG. 5 shows that the carbon nanotubes mixed in the reverse osmosis membrane according to an embodiment of the present invention are unevenly dispersed.
도 5와 같이 탄소나노튜브가 불균형하게 분산되면 역삼투 분리막 모듈(300)의 성능이 떨어져 정상적으로 담수화가 될 수 없다.If the carbon nanotubes are unevenly dispersed as shown in FIG. 5, the performance of the reverse
이러한 문제를 해결하기 위해 역삼투 분리막(310)에 혼합되는 탄소나노튜브에 폴리 도파민(315)이 코팅될 수 있다.In order to solve this problem, the carbon nanotubes mixed in the reverse osmosis membrane (310) may be coated with the polydodamine (315).
도 6은 본 발명의 일 실시례에 따른 폴리 도파민이 코팅된 탄소나노튜브가 혼합된 역삼투 분리막을 나타낸 것으로서, 도 6을 참조하면 탄소나노튜브(314)에 코팅된 폴리 도파민(315)에 의해 탄소나노튜브(314)는 역삼투 분리막(310)에 균일하게 분산될 수 있다.6 is a cross-sectional view of a reverse osmosis separator in which carbon nanotubes coated with polydodamine are mixed according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, the
이와 같이 역삼투 분리막(310)에 탄소나노튜브(314)를 균일하게 분산시키기 위해서 폴리도파민을 코팅하는 공정에 대한 자세한 내용을 아래에서 자세히 설명한다.Details of the process of coating the polypodamine to uniformly disperse the
다음으로, 다공성 유출관(400)은 복수의 역삼투 분리막 모듈(300)을 직렬로 연결하고, 복수의 역삼투 분리막 모듈(300)을 투과하며 담수화된 물이 흐르는 통로이다.Next, the
다공성 유출관(400)에는 도 1의 역삼투 분리막 모듈에 도시된 바와 같이 복수의 구멍이 형성되어 역삼투 분리막(310)을 투과한 물이 다공성 유출관(400) 내부로 유입될 수 있다.As shown in the reverse osmosis membrane module of FIG. 1, a plurality of holes may be formed in the
또한, 투과수 배출구(500)는 다공성 유출관(400)으로 유입된 물이 배출되는 구멍이고, 농축수 배출구(600)는 다공성 유출관(400)으로 유입되지 못하여 담수가 되지 못한 염분이 농축된 농축수가 배출되는 구멍이다.The permeated
투과수 배출구(500)와 농축수 배출구(600)는 압력용기(100)의 후단부에 위치한다.The permeated
다음으로, 이하에서는 도 7을 참조하여 전술한 구성들을 기초로 해수를 담수화 시키는 방법에 대해 구체적으로 설명한다.Next, a method of desalinating seawater based on the above-described structures with reference to FIG. 7 will be described in detail.
도 7은 본 발명의 일 실시례에 따른 해수를 담수화 시키는 방법을 나타낸 순서도이다.7 is a flowchart illustrating a method of desalinating seawater according to one embodiment of the present invention.
해수가 역삼투 분리막 압력용기에 유입된다(S100).The seawater flows into the reverse osmosis membrane pressure vessel (S100).
상기 유입된 해수가 상기 압력용기 내의 복수의 역삼투 분리막 모듈을 투과하여 담수화된다(S200).The inflowing seawater is desalted through the plurality of reverse osmosis membrane modules in the pressure vessel (S200).
복수의 역삼투 분리막 모듈 중 상기 압력용기의 전단부에 위치한 적어도 하나의 모듈은 제 1 모듈부를 구성하고, 상기 제 1 모듈부보다 후단에 위치한 나머지 모듈은 제 2 모듈부를 구성한다.At least one module located at the front end of the pressure vessel among the plurality of reverse osmosis membrane modules constitutes a first module unit and the remaining module located at a rear end of the first module unit constitutes a second module unit.
제 1 모듈부의 역삼투 분리막 모듈은 HR형 역삼투 분리막 모듈(320)이고, 제 2 모듈부의 역삼투 분리막 모듈은 HF형 역삼투 분리막 모듈(330)이다.The reverse osmosis membrane module of the first module part is the HR type reverse
또한, 제 1 모듈부의 역삼투 분리막 모듈은 복수의 HR형 역삼투 분리막 모듈(320)을 포함할 수 있고, 제 2 모듈부의 역삼투 분리막 모듈은 복수의 HF형 역삼투 분리막 모듈(330)을 포함할 수 있다.The reverse osmosis membrane module of the first module part may include a plurality of HR type reverse
상기 담수화된 해수가 상기 압력용기의 투과수 배출구를 통해 배출된다(S300).The desalinated seawater is discharged through the permeate outlet of the pressure vessel (S300).
다음으로, 본 발명의 하이브리드 CNT 역삼투 분리막 압력용기(100)를 사용하여 해수를 담수화 한 실험예에 대해 설명한다.Next, an experimental example in which seawater is desalinated using the hybrid CNT reverse osmosis
도 8는 본 발명의 일 실시례에 따른 하이브리드 CNT 역삼투 분리막 압력용기와 종래의 역삼투 분리막 압력용기를 사용하여 해수를 담수화할 때의 모듈 위치에 따른 유량을 나타낸 그래프이다.FIG. 8 is a graph showing a flow rate according to a module position at the time of desalination of seawater using a hybrid CNT reverse osmosis membrane pressure vessel and a conventional reverse osmosis membrane pressure vessel according to an embodiment of the present invention.
도 8에서 Y축은 압력용기 내에서 위치별 유량을 나타내며 각 그래프와 X축이 이루는 면적이 각 분리막을 사용하였을 때의 총 담수 생산량이다.In FIG. 8, the Y axis represents the flow rate in the pressure vessel, and the area formed by each graph and the X axis is the total freshwater production using each membrane.
본 실험예에서 압력용기(100)의 전단부에는 2개의 HR형 역삼투 분리막 모듈(320) 후단부에는 4개의 HF형 역삼투 분리막 모듈(330)을 사용하였다.In the present experimental example, two HR type reverse
도 8을 참조하면 종래의 분리막을 사용하는 경우 압력용기(100)의 후단부로 갈수록 유량이 줄어든다. 그러나 본원발명의 분리막을 사용하는 경우 두 번째 모듈까지 유량이 줄다가 세 번째 모듈에서는 HF형 역삼투 분리막 모듈(330)이므로 고농도의 해수를 담수화함에도 유량이 늘어난다. 그리고 후단부로 갈수록 유량이 줄어든다.Referring to FIG. 8, when the conventional separation membrane is used, the flow rate decreases toward the rear end of the
종래의 역삼투 분리막 압력용기와 본 발명의 역삼투 분리막 압력용기를 사용하여 얻은 생산수량을 비교하면 두 번째 모듈까지의 담수 생산량은 종래의 역삼투 분리막 압력용기를 사용할 때 더 많지만 세 번째 모듈부터 여섯 번째 모듈까지의 담수 생산량은 본 발명의 하이브리드 CNT 역삼투 분리막을 사용한 경우에 더 많다.Comparing the production yields obtained using the conventional reverse osmosis membrane pressure vessel and the reverse osmosis membrane pressure vessel of the present invention, the fresh water production up to the second module is higher when the conventional reverse osmosis membrane pressure vessel is used, The fresh water production up to the first module is more when the hybrid CNT reverse osmosis membrane of the present invention is used.
a와 b의 면적을 비교해보면 b의 면적이 더 크다는 것을 알 수 있고 종래의 역삼투막에 비해 CNT 역삼투 분리막을 사용하는 경우 생산수 회수율이 높다는 것을 알 수 있다.Comparing the areas of a and b, it can be seen that the area of b is larger, and that the CNT reverse osmosis membrane has a higher yield than the conventional reverse osmosis membrane.
다음으로, 전술한 하이브리드 역삼투 분리막 압력용기(100)의 적용례에 대해 설명한다.Next, an application example of the above-described hybrid reverse osmosis
해수의 담수화는 큰 규모로 수행되므로 일반적으로 압력용기(100)를 여러개 이어 사용한다.Since desalination of seawater is performed on a large scale, generally,
도 9는 본 발명의 일 실시례에 따른 역삼투 분리막 모듈(300)을 병렬로 연결한 단(Stage)를 나타낸다.FIG. 9 shows a stage in which the reverse
도 9와 같이 상기 압력용기(100)를 여러개 병렬로 연결한 것을 단(Stage)(700)이라고 한다. 압력용기(100)를 병렬로 연결하여 단(700)을 형성하면 연결한 압력용기(100)의 개수만큼 담수화 용량이 늘어난다.As shown in FIG. 9, a plurality of
도 10은 본 발명의 일 실시례에 따른 역삼투 분리막 압력용기 단을 직렬로 연결한 다단 시스템을 나타낸다.FIG. 10 shows a multi-stage system in which the reverse osmosis membrane pressure vessel stages according to one embodiment of the present invention are connected in series.
또한, 유입수에 대한 전체적인 회수율을 높이기 위하여 도 10과 같이 복수의 압력용기(100)가 연결된 단(Stage)(700)을 복수개 직렬로 연결한 시스템을 사용하기도 한다.In addition, a system in which a plurality of
이 경우, 첫 번째 단이 1단(First stage)이 되고 두 번째 단이 2단(Second stage)이 된다.In this case, the first stage becomes the first stage and the second stage becomes the second stage.
이하에서는 탄소나노튜브(314)를 개질하여 역삼투 분리막을 제조하는 방법에 대해 설명한다. 즉, 역삼투 분리막(310)의 수투과율과 염배제율을 향상시키며, 탄소나노튜브(314)가 균일하게 분산되기 위한 공정에 대해 설명한다.Hereinafter, a method for preparing a reverse osmosis membrane by reforming the
열산화법은 고온의 열을 가하여 산화시키는 방법을 말하며, 역삼투 분리막은 도파민으로 코팅된 탄소나노튜브를 포함할 수 있다.The thermal oxidation method refers to a method of oxidizing by applying heat at a high temperature, and the reverse osmosis membrane may include carbon nanotubes coated with dopamine.
상기 도파민은 생체 모방 물질중 하나로서, 홍합 추출물에서 발견된다. 도파민은 특정 조건에서 다양한 물질에 자발적으로 흡착 반응이 일어나며, 하이드록실 그룹 (-OH) 및 아민 (-NH2)기능기를 가지고 있어 흡착된 물질의 친수성을 향상시킬 수 있다. The dopamine is one of the biomimic materials and is found in mussel extract. Dopamine spontaneously adsorbs to various substances under certain conditions and has hydroxyl group (-OH) and amine (-NH2) functional groups, which can improve the hydrophilicity of the adsorbed material.
상기 탄소나노튜브에 도파민이 코팅됨으로 인해 역삼투 분리막의 제조시 사용되는 용액 내에서 상기 탄소나노튜브의 분산성이 향상되게 된다. The dispersion of doped carbon nanotubes improves the dispersibility of the carbon nanotubes in the solution used in the preparation of the reverse osmosis membrane.
본 발명에 사용되는 탄소나노튜브는 말단이 개봉되고 도파민으로 코팅되며, 상기 탄소나노튜브의 평균 길이는 1~2㎛이며, 평균 직경은 5~8㎚이다. The carbon nanotubes used in the present invention are opened at their terminals and coated with dopamine. The carbon nanotubes have an average length of 1 to 2 탆 and an average diameter of 5 to 8 nm.
특히 상기 탄소나노튜브의 말단은 열산화법으로 탄소나노튜브를 처리해 개봉하는 것이 바람직하다. In particular, it is preferable that the ends of the carbon nanotubes are treated by treating the carbon nanotubes by thermal oxidation.
상기 열산화법으로 처리하여 탄소나노튜브의 말단을 개봉하는 경우 처리전 말단이 닫혀 있는 평균 길이는 3~5㎛였던 탄소나노튜브가 처리후 1~2㎛로 짧아지게 된다. 또한 상기 열산화법으로 처리하여 탄소나노튜브의 말단을 개봉하는 경우 처리전의 평균 직경은 6~10㎚였던 탄소나노튜브가 처리후 5~8㎚로 작아지게 된다. When the ends of the carbon nanotubes are opened by the thermal oxidation method, the average length of the closed end of the carbon nanotubes before treatment is 3 to 5 탆, which is shortened to 1 to 2 탆 after the treatment. Also, when the ends of the carbon nanotubes are opened by the thermal oxidation method, the carbon nanotubes having an average diameter of 6 to 10 nm before treatment become 5 to 8 nm after treatment.
상기 말단이 개봉된 탄소나노튜브의 평균 길이가 1㎛ 미만인 경우에는 그 길이가 너무 짧아져 선택층 내에 탄소나노튜브 내부를 통한 수투과 성능의 향상을 기대하기 어려워 바람직하지 않다. 또한 상기 말단이 개봉된 탄소나노튜브의 길이가 2㎛ 를 초과하는 경우에는 그 길이가 너무 길어져 상기 선택층에서 돌출된 부위가 발생하여 바람직하지 않다. When the average length of the opened carbon nanotubes is less than 1 탆, the length of the carbon nanotubes becomes too short, and it is difficult to expect improvement in water permeability through the inside of the carbon nanotubes in the selected layer. When the length of the opened carbon nanotubes exceeds 2 탆, the length of the carbon nanotubes is too long to protrude from the selected layer, which is not preferable.
상기 말단이 개봉된 탄소나노튜브의 평균 직경이 작아질수록 일반적으로 성능이 향상되나, 5nm 미만인 경우에는 수투과율이 지나치게 떨어져 바람직하지 않으며, 8nm를 초과하는 경우에는 본 발명에서 달성하려는 염배제율이 지나치게 떨어지게 되어 바람직하지 않다. However, when the average diameter of the carbon nanotubes is less than 5 nm, the water permeability is undesirably low. When the average diameter of the carbon nanotubes exceeds 8 nm, the salt rejection rate to be achieved in the present invention is not preferable Which is undesirable.
또한 상기 도파민이 코팅됨으로써 역삼투 분리막의 제조시 사용되는 용액 내에서 상기 탄소나노튜브의 분산성이 향상되게 된다. Also, the dispersion of the carbon nanotubes in the solution used in the preparation of the reverse osmosis membrane is improved by coating the dopamine.
한편, 상기 열산화법에 의해 탄소나노튜브의 말단을 개봉하는 경우에는 탄소나노튜브 내에 산소가 많아져서 탄소와 산소의 결합이 증가하게 된다. On the other hand, when the ends of the carbon nanotubes are opened by the thermal oxidation method, oxygen is increased in the carbon nanotubes and the bond of carbon and oxygen is increased.
그러므로 원자흡광분석법에 의해 상기 말단이 개봉된 탄소나노튜브를 분석하는 경우, 탄소와 산소의 결합에 따른 결합에너지는 288~290 eV 에서 피크가 형성된다. 상기 탄소나노튜브를 열산화법에 의해 처리하기 전에 원자흡광분석법에 의해 분석하는 경우 상기 288~290 eV 에서 열산화법 처리 후와 같은 특징적인 피크(peak)는 관찰되지 않는다. Therefore, when analyzing carbon nanotubes that are opened at the ends by atomic absorption spectrometry, the binding energy due to the bond of carbon and oxygen peaks at 288 to 290 eV. When the carbon nanotubes are analyzed by atomic absorption spectrometry before the treatment by the thermal oxidation method, characteristic peaks such as those after the thermal oxidation treatment at 288 to 290 eV are not observed.
이러한 특징을 지닌 탄소나노튜브가 혼합된 역삼투 분리막은 수투과율 및 염배제율이 우수하다.The reverse osmosis membrane containing carbon nanotubes having such characteristics is excellent in water permeability and salt rejection.
본 발명의 역삼투 분리막을 제조하는 방법은The method for producing the reverse osmosis membrane of the present invention comprises
1) 열산화법을 통해 말단이 개봉된 탄소나노튜브를 얻는 단계; 1) obtaining a carbon nanotube whose end is opened through thermal oxidation;
2) 상기 1)단계에 의해 말단이 개봉된 탄소나노튜브를 도파민으로 코팅하는 단계; 및2) coating the carbon nanotubes having the ends opened by the step 1) with dopamine; And
3) 상기 2)단계에서 얻어진 탄소나노튜브를 아민 용액에 분산시킨 후 계면중합법에 의하여 탄소나노튜브-폴리아미드 복합 분리막을 제조하는 단계;3) dispersing the carbon nanotubes obtained in the step 2) in an amine solution, preparing a carbon nanotube-polyamide composite separator by an interfacial polymerization method;
를 포함한다. .
먼저, 탄소나노튜브는 상기 1)단계의 열산화법에 의해 말단이 개봉된다. First, the ends of the carbon nanotubes are opened by the thermal oxidation method in the step 1).
열산화법은 열을 주입하여 탄소나노튜브를 산화시키면서 그 말단을 개봉하는 것이라면 특별한 제한이 있는 것은 아니지만, 바람직하게는 800~1,000℃에서 비활성기체를 주입하면서 1~3시간 동안 탄소나노튜브를 산화시킨 후, 이를 상온에서 25~40℃까지 냉각하고, 그 후 이를 300~600℃로 승온하여 2~4시간 동안 유지한 다음, 비활성기체를 주입하여 상온까지 냉각시키는 것을 특징으로 한다.The thermal oxidation method is not particularly limited as far as it opens the ends while oxidizing the carbon nanotubes by injecting heat. Preferably, the carbon nanotubes are oxidized for 1 to 3 hours while injecting an inert gas at 800 to 1,000 ° C After that, it is cooled to room temperature to 25 to 40 ° C, then heated to 300 to 600 ° C, maintained for 2 to 4 hours, and then cooled to room temperature by injecting an inert gas.
이러한 열산화법에 의하여 탄소나노튜브의 말단이 개봉되게 된다. 상기 말단이 개봉된 탄소나노튜브를 포함하여 역삼투 분리막을 제조하게 되면 탄소나노튜브 내부로의 빠른 수투과 현상을 가능하게 하고, 말단이 개봉되기 이전과 비교하여 수투과율이 우수한 역삼투 분리막의 제공이 가능하게 된다.The ends of the carbon nanotubes are opened by this thermal oxidation method. If the reverse osmosis membrane containing the carbon nanotubes having the opened ends is prepared, rapid reverse osmosis can be effected into the inside of the carbon nanotubes, and the reverse osmosis membrane having excellent water permeability Lt; / RTI >
또한 상기 열산화법에 의하여 탄소나노튜브의 말단을 개봉하게 되면 탄소나노튜브의 평균 직경이 5~8nm로 줄어들게 되어 활성층에서의 염배제율 감소에 대한 영향을 줄일 수 있다.Also, when the ends of the carbon nanotubes are opened by the thermal oxidation method, the average diameter of the carbon nanotubes is reduced to 5 to 8 nm, thereby reducing the influence on the reduction of the salt rejection rate in the active layer.
또한 상기 열산화법에 의하여 탄소나노튜브의 말단을 개봉하게 되면 탄소나노튜브의 평균 길이가 1~2㎛가 되어 돌출된 부위가 없음과 동시에 탄소나노튜브가 분리막의 내부에 완전히 포위되어 수투과율이 저하되는 현상을 방지할 수 있어 바람직하다. Also, when the ends of the carbon nanotubes are opened by the thermal oxidation method, the average length of the carbon nanotubes becomes 1 to 2 占 퐉, and there is no protruded portion. At the same time, the carbon nanotubes are completely surrounded by the separation membrane, Can be prevented.
상기 2)단계에서 탄소나노튜브를 도파민으로 코팅함으로써 분리막 제조에 사용되는 용액 내에서 탄소나노튜브의 분산성을 향상시킬 수 있다.By coating the carbon nanotubes with dopamine in the step 2), it is possible to improve the dispersibility of the carbon nanotubes in the solution used for preparing the separation membrane.
보통 분리막 제조시에 사용되는 용액에는 탄소나노튜브의 분산성을 향상시키기 위해 계면활성제를 투여하는 것이 일반적이나, 이러한 계면활성제의 투입에도 불구하고 탄소나노튜브의 분산성이 떨어져 뭉침 현상이 발생되는 문제점이 존재하였다. 하지만, 도파민으로 탄소나노튜브를 코팅함으로써 탄소나노튜브의 분산성이 현저하게 향상되게 된다. Generally, it is common to add a surfactant to improve the dispersibility of carbon nanotubes in the solution used in the preparation of the separator. However, in spite of the introduction of the surfactant, the dispersibility of the carbon nanotubes is reduced, . However, by coating the carbon nanotubes with dopamine, the dispersibility of the carbon nanotubes is remarkably improved.
또한 상기 2)단계에서 탄소나노튜브를 코팅하기 위하여 사용되는 도파민의 양은 상기 말단이 개봉된 탄소나노튜브 100중량부에 대하여 1,000중량부를 사용하여 코팅하는 것을 특징으로 한다. Also, the amount of dopamine used for coating the carbon nanotubes in the step 2) is 1000 parts by weight based on 100 parts by weight of the carbon nanotubes.
다음으로, 상기 2)단계에서 얻어진 탄소나노튜브를 아민 용액에 분산시킨 후 계면중합법에 의하여 탄소나노튜브-폴리아미드 복합 분리막을 형성하는 단계를 포함한다. 이때 탄소나튜브는 도파민에 의해 코팅되어 아민 용액 내에서 분산성이 우수하고, 뭉침 현상이 현저히 줄어들게 된다. Next, the carbon nanotubes obtained in step 2) are dispersed in an amine solution, and then the carbon nanotube-polyamide composite separator is formed by an interfacial polymerization method. At this time, the carbon or the tube is coated with dopamine, so that the dispersibility in the amine solution is excellent and the aggregation phenomenon is remarkably reduced.
또한 상기 아민 용액에 포함되는 아민은 오르소-페닐렌다이아민(ortho-phenylenediamine), 메타-페닐렌다이아민(meta-phenylenediamine), 파라-페닐렌다이아민(para-phenylenediamine), 피페라진(piperazine), 에틸렌다이아민(ethylene diamine), 카다버린(cadaverine), 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다. Also, the amine contained in the amine solution may be selected from the group consisting of ortho-phenylenediamine, meta-phenylenediamine, para-phenylenediamine, piperazine ), Ethylene diamine, cadaverine, and a mixture thereof.
이하 본 발명을 바람직한 실시예를 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.
실시예Example
<< 제조예Manufacturing example 1: One: 열산화법Thermal oxidation 처리에 의해 말단이 개봉된 탄소나노튜브의 제조> Production of Carbon Nanotubes End-Opened by Treatment>
열산화법의 처리과정은 첫 단계로 비정질계 탄소 및 불순물을 제거하기 위하여 thermal annealing 공정을 거쳤다. 탄소나노튜브를 퍼니스(furnace) 내부에 위치하고, 알곤 분위기 상에서 900 ℃로 2시간 동안 반응을 진행하였다. 두 번째 단계로, 탄소나노튜브의 말단을 개봉하기 위하여 열산화 반응공정을 진행하였다. 고순도 공기로 퍼니스 내부를 채우고, 탄소나노튜브를 Air조건에서 분당 10℃ 의 속도로 400℃까지 가열 후 400℃ 온도에서 등온으로 3시간을 유지, 분당 10℃ 의 속도로 퍼니스 내부온도를 500℃ 로 올린 후 500℃에서 30분간 유지, 비활성기체(알곤)를 주입하면서 상온까지 냉각하여 말단이 개봉된 탄소나노튜브를 제조하였다. The thermal oxidation process was firstly subjected to a thermal annealing process to remove amorphous carbon and impurities. The carbon nanotubes were placed in a furnace and reacted at 900 DEG C for 2 hours in an argon atmosphere. As a second step, a thermal oxidation process was carried out to open the ends of the carbon nanotubes. The interior of the furnace was filled with high purity air, and carbon nanotubes were heated to 400 ° C at a rate of 10 ° C per minute under air conditions, maintained at 400 ° C for 3 hours, at a rate of 10 ° C per minute to 500 ° C And the mixture was kept at 500 ° C for 30 minutes. The mixture was cooled to room temperature while injecting an inert gas (argon) to prepare carbon nanotubes having open ends.
<< 제조예Manufacturing example 2: 도파민이 코팅된 탄소나노튜브의 제조> 2: Preparation of dopamine-coated carbon nanotube>
제조예 1에 따라 말단이 개봉된 탄소나노튜브의 분산성능을 높이기 위하여 폴리도파민 코팅 공정을 도입하였다. 폴리도파민의 전구체인 도파민용액(2,000 ppm Dopamine hydrochloride)을 특정한 조건(15mM의 Trizma 용액에 1M NaOH용액을 사용하여 pH 8.5이상으로 pH를 조절함)으로 제조 후, 공지의 교반 코팅 방법을 이용하여 탄소나노튜브와 함께 반응을 진행하였다.A polydopamine coating process was introduced to improve dispersion performance of carbon nanotubes having open ends according to Preparation Example 1. A dopamine solution (2,000 ppm Dopamine hydrochloride), which is a precursor of polydodamine, was prepared under a specific condition (pH was adjusted to pH 8.5 or higher by using 1 M NaOH solution in 15 mM Trizma solution) The reaction was carried out with the nanotubes.
또한 균일한 코팅을 위하여 초음파 균질계로 반응을 시키면서 코팅 공정을 진행하였으며, 폴리도파민이 균일하게 코팅된 탄소나노 튜브를 분리하기 위해 원심분리 공정으로 정제하였다. 하기 도 19는 폴리 도파민이 코팅된 탄소나노튜브의 구조를 TEM 분석을 통하여 확인한 것이다. For uniform coating, the coating process was carried out while reacting with an ultrasonic homogenizer. In order to separate carbon nanotubes uniformly coated with polydodamine, the particles were purified by a centrifugal separation process. FIG. 19 shows the structure of carbon nanotubes coated with polypodamine through TEM analysis.
<< 실시예Example 1: 계면중합법을 이용한 탄소나노튜브-폴리아미드 복합 분리막의 제조> 1: Preparation of carbon nanotube-polyamide composite membrane using interfacial polymerization method>
상기 제조예 1에 의해 전처리 되고, 상기 제조예 2에 의해 도파민이 코팅된 탄소나노튜브를 계면활성제와 함께 수계에서 분산 시킨 뒤에 메타-페닐렌다이아민(MPD)과 교반시켜 MPD 용액을 얻고, TMC(Trimesoyl chloride)를 Dodecane 용매에 녹여 유기계 용액을 얻은 후, 두 용액을 계면중합법을 이용하여 말단이 개봉된 탄소나노튜브-폴리아미드 복합 분리막을 제조하였다. 그리고 분산 성능을 확인하기 위하여 탄소나노튜브의 농도를 높여가며 UV-vis 분광 분석을 진행하였다.The carbon nanotubes pretreated with Preparation Example 1 and prepared in Preparation Example 2 were dispersed in a water system together with a surfactant and stirred with meta-phenylenediamine (MPD) to obtain MPD solution. TMC (Trimesoyl chloride) was dissolved in Dodecane solvent to obtain an organic solution, and then the solution was subjected to interfacial polymerization to prepare a carbon nanotube-polyamide composite membrane having open ends. To confirm the dispersion performance, the UV-vis spectroscopic analysis was carried out with increasing the concentration of carbon nanotubes.
비교예Comparative Example
비교예Comparative Example 1 One
제조예 1 및 제조예 2의 과정을 수행하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소나노튜브-폴리아미드 복합 분리막을 제조하였다. A carbon nanotube-polyamide composite membrane was prepared in the same manner as in Example 1, except that the processes of Preparation Example 1 and Preparation Example 2 were not carried out.
비교예Comparative Example 2 2
제조예 1의 과정을 수행하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소나노튜브-폴리아미드 복합 분리막을 제조하였다. A carbon nanotube-polyamide composite membrane was prepared in the same manner as in Example 1, except that the procedure of Preparation Example 1 was not carried out.
비교예Comparative Example 3 3
제조예 2의 과정을 수행하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소나노튜브-폴리아미드 복합 분리막을 제조하였다. A carbon nanotube-polyamide composite membrane was prepared in the same manner as in Example 1, except that the procedure of Preparation Example 2 was not carried out.
실험예Experimental Example
실험예Experimental Example 1: 분산성 측정 1: Measurement of dispersibility
도파민의 코팅 유무에 따라 용액 내에서 분산성에 미치는 영향을 측정하는 실험을 진행하였다. 이의 실험은 초음파 균질계 분산 및 UV 분광계 분석(UV/Vis spectroscopy) 방법을 통해 진행하였으며, 이를 관찰한 사진 및 UV 분광계 분석의 결과를 하기 도 11 및 도 12에 나타냈다.Experiments were carried out to measure the effect of dopamine on the dispersibility in solution according to the presence or absence of the coating. This experiment was carried out by ultrasonic homogeneous dispersion and UV / Vis spectroscopy. The results of the observation and UV spectrometry analysis are shown in FIGS. 11 and 12.
도 11에서 확인할 수 있는 바와 같이 도파민을 탄소나노튜브에 코팅한 제조예 2의 경우는 분산이 잘 이뤄지는 결과를 확인할 수 있었다(도 11a). 또한 UV 분광분석의 결과에서도 탄소나노튜브의 농도를 높이더라도 분산이 잘되는 결과를 확인할 수 있었다(도 11b). As can be seen from FIG. 11, in the case of Production Example 2 in which dopamine was coated on carbon nanotubes, it was confirmed that the dispersion was good (FIG. 11A). As a result of the UV spectroscopic analysis, even if the concentration of the carbon nanotubes was increased, the dispersion was found to be good (FIG. 11B).
하지만 도 12에서 보는 바와 같이 도파민을 탄소나노튜브에 코팅하지 않은 경우에는 분산이 원활하게 이뤄지지 않은 것을 확인할 수 있었다. 또한 농도를 높여갈수록 분산이 더욱 잘 이뤄지지 않는 것을 확인할 수 있었다. However, as shown in FIG. 12, when dopamine was not coated on carbon nanotubes, it was confirmed that dispersion was not smoothly performed. It was also confirmed that the more the concentration was increased, the better the dispersion was not achieved.
실험예Experimental Example 2: 탄소나노튜브의 말단 개봉 여부 측정 2: Determination of the open end of carbon nanotubes
제조예 1에 의하여 열산화법을 실시한 탄소나노튜브의 말단이 개봉되었는지를 확인하는 실험을 진행하였다. 이의 실험은 TEM 사진을 찍어 확인하는 방법으로 진행하였으며, 이의 비교를 위하여 열산화법을 실시하지 않은 탄소나노튜브에 대하여도 TEM을 찍었다. An experiment was conducted to confirm whether the end of the carbon nanotubes subjected to the thermal oxidation method was opened by Preparation Example 1. This experiment was carried out by confirming the TEM image by photographing. For comparison, the TEM was also taken for carbon nanotubes not subjected to thermal oxidation.
도 13은 제조예 1에 의하여 열산화법을 실시한 경우, 도 14는 열산화법을 실시하지 않은 경우의 탄소나노튜브의 말단을 촬영한 TEM 사진이다. Fig. 13 is a TEM photograph of the end of the carbon nanotube in the case where the thermal oxidation method is not performed, and Fig. 14 is a TEM photograph of the end of the carbon nanotube.
하기 도 13 및 도 14에서 보는 바와 같이 열산화법을 실시한 제조예 1의 경우는 탄소나노튜브의 말단이 개봉되어 비교예 1의 경우와 차이가 있음을 확인하였다. As shown in FIGS. 13 and 14, in the case of Production Example 1 in which the thermal oxidation process was performed, it was confirmed that the end of the carbon nanotubes was opened, which is different from that in Comparative Example 1.
한편, 열산화법을 실시하지 않아 말단이 개봉되지 않은 탄소나노튜브의 경우에는 그 평균 길이가 3~5㎛이며, 열산화법을 실시하여 말단을 개봉시킨 경우는 평균 길이 1~2㎛인 것을 확인할 수 있어 열산화법에 따른 말단 개봉으로 인해 상기 탄소나노튜브의 평균 길이도 짧아짐을 확인할 수 있었다. 또한 열산화법을 실시하지 않아 말단이 개봉되지 않은 탄소나노튜브의 경우에는 그 평균 직경이 6~10nm이며, 열산화법을 실시하여 말단을 개봉시킨 경우는 평균 직경이 5~8nm인 것을 확인할 수 있어 열산화법에 따른 말단 개봉으로 인해 상기 탄소나노튜브의 평균 직경도 작아짐을 확인할 수 있었다.On the other hand, in the case of carbon nanotubes not subjected to the thermal oxidation method, the average length of the carbon nanotubes is 3 to 5 占 퐉, and when the ends are opened by thermal oxidation, the average length is 1 to 2 占 퐉 And the average length of the carbon nanotubes is also shortened due to the end opening according to the thermal oxidation method. In the case of carbon nanotubes not subjected to thermal oxidation and not opened at their ends, the average diameter is 6 to 10 nm, and when the ends are opened by thermal oxidation, the average diameter is 5 to 8 nm. It was confirmed that the average diameter of the carbon nanotubes became smaller due to the end opening according to the oxidation method.
한편 말단이 개봉된 탄소나노튜브와 말단이 개봉되지 않은 탄소나노튜브를 사용하여 제조한 각각의 분리막의 수투과율을 분석하는 실험을 진행하였다. 이의 결과는 하기 도 15 및 도 16에 나타내었고, 도 15는 비교예 1에 따라 말단이 개봉되지 않고 도파민도 코팅되지 않은 탄소나노튜브를 사용한 경우이며, 도 16은 비교예 3에 따라 도파민은 코팅되지 않았지만 말단이 개봉된 탄소나노튜브를 사용한 경우이다. 여기서 확인할 수 있는 바와 같이 말단이 개봉된 탄소나노튜브를 사용한 경우에는 말단이 개봉되지 않은 경우보다 수투과율이 증가하는 것임을 확인할 수 있었다. On the other hand, experiments were conducted to analyze the water permeability of each membrane prepared by using the carbon nanotubes having open ends and the carbon nanotubes having no open ends. The results are shown in FIG. 15 and FIG. 16, and FIG. 15 shows a case of using carbon nanotubes which are not opened at the ends and dopamine coated according to Comparative Example 1, and FIG. However, carbon nanotubes with open ends are used. As can be seen here, in the case of using the carbon nanotubes having open ends, it was confirmed that the water permeability was increased as compared with the case where the ends were not opened.
실험예Experimental Example 3: 말단이 개봉된 탄소나노튜브의 3: Carbon nanotubes having open ends 열중량분석Thermogravimetry (( TGATGA ) 및 ) And 원자흡광분석Atomic absorption analysis (AAA) (AAA)
제조예 1에 따라 열산화법을 실시하여 말단이 개봉된 탄소나노튜브와 열산화법을 실시하지 않아 말단이 개봉되지 않은 탄소나노튜브의 구조적인 차이점이 존재하는지를 확인하기 위해 열중량분석 및 원자흡광분석 실험을 진행하였다. 이의 결과는 하기 도 17 및 도 18에 나타냈다. In order to confirm the structural difference between the carbon nanotubes opened at the ends and the carbon nanotubes not subjected to the thermal oxidation by performing the thermal oxidation method according to Production Example 1, thermogravimetric analysis and atomic absorption spectrometry . The results are shown in Fig. 17 and Fig. 18 below.
하기 도 17에서 확인할 수 있는 바와 제조예 1에 따라 열산화법을 적용한 경우는 탄소나노튜브의 중량이 고온으로 올라갈수록 감소함을 확인할 수 있었다. 또한 도 18에서 확인할 수 있는 바와 같이 제조예 1의 경우 원자흡광분석에 의해 상기 말단이 개봉된 탄소나노튜브를 분석한 경우, 탄소와 산소의 결합에 따른 결합에너지(Binding Energy)는 288~290 eV 에서 피크가 형성되는 것을 확인할 수 있었다. 하지만 열산화법을 적용하지 않은 경우에는 288~290 eV에서 특징적인 피크가 관찰되지 않았다. 이는 제조예 1의 경우에는 열산화법을 통하여 말단에 생성된 산소의 원자 개수가 증가하여 탄소와 산소의 결합이 증가하므로 상기 288~290 eV에서 특징적인 피크가 나타난 것으로 해석할 수 있다. As shown in FIG. 17, when the thermal oxidation method was applied according to Preparation Example 1, it was confirmed that the weight of the carbon nanotubes decreased as the temperature increased. As can be seen from FIG. 18, in the case of Production Example 1, when the carbon nanotubes were analyzed by atomic absorption spectrometry, the binding energy according to the carbon-oxygen bond was 288 to 290 eV It was confirmed that a peak was formed in the sample. However, no characteristic peak was observed at 288 ~ 290 eV when the thermal oxidation method was not applied. In the case of Production Example 1, since the number of atoms of oxygen generated at the end increases through the thermal oxidation method, the bond between carbon and oxygen increases, which can be interpreted as a characteristic peak at 288 to 290 eV.
실험예Experimental Example 4: 4: 실시예Example 1로부터 제조된 복합 분리막의 1 < / RTI > 수투과율Water permeability 및 And 염배제율Salt exclusion rate 측정 Measure
실시예 1 및 비교예 1로부터 제조된 각 분리막의 수투과율 및 염배제율을 측정하는 실험을 진행하였다. 분리막의 성능은 crossflow방식 여과시스템 장비를 이용하여 측정하였다. 성능평가는 NaCl 2,000 ppm 농도의 용액을 피드(feed)로 사용했으며, flow rate: 2LPM, 15.5bar, 25℃ 의 운전 조건에서 진행되었으며, 수투과도는 장치에 연결된 전자저울을 이용한 프로그램으로 측정하였고, 염배제율은 이온전도도 미터를 이용하여 측정하였다. 하기 표 1은 일반 폴리아미드 분리막(PA), 탄소나노튜브 함량이 0.25㎎인 비교예 1로부터 제조된 분리막, 탄소나노튜브 함량이 0.25㎎인 비교예 3으로부터 제조된 분리막의 수투과율과 염배제율을 측정하여 나타낸 결과이다. 또한 하기 표 2는 실시예 1로부터 제조된 분리막을 사용하여 탄소나노튜브의 함량을 증가시킴에 따라 막의 수투과율 및 염배제율을 측정하여 나타낸 결과이다. 또한 하기 표 3은 비교예 3으로부터 제조된 분리막의 수투과율 및 염배제율을 측정하여 나타낸 결과이다. Experiments were conducted to measure the water permeability and the salt rejection ratio of each membrane prepared in Example 1 and Comparative Example 1. [ Membrane performance was measured using a crossflow filtration system. The performance evaluation was carried out at a flow rate of 2 LPM, 15.5 bar, and 25 ° C, and the water permeability was measured by a program using an electronic balance connected to the apparatus. The salt rejection rate was measured using an ion conductivity meter. The following Table 1 shows the water permeability and salt exclusion ratio of the separator prepared from Comparative Polyethylene Separation Membrane (PA), the separator prepared from Comparative Example 1 having a carbon nanotube content of 0.25 mg, and Comparative Example 3 having a carbon nanotube content of 0.25 mg As shown in Fig. Table 2 shows the results of measurement of the water permeability and the salt rejection rate of the membrane by increasing the content of carbon nanotubes using the membrane prepared in Example 1. [ Table 3 below shows the measurement results of the water permeability and the salt rejection rate of the separator prepared from Comparative Example 3. [
표 1에서 보는 바와 같이 말단이 개봉된 탄소나노튜브를 사용하면(비교예 3), 그렇지 않은 것(비교예 1)과 대비하여 수투과율이 기본적으로 증가함을 알 수 있다. As shown in Table 1, it can be seen that the water permeability is basically increased as compared with the carbon nanotube having the open end (Comparative Example 3) and the carbon nanotube having no end (Comparative Example 1).
또한 상기 표 2에서 확인할 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 실시예 1의 경우는 탄소나노튜브의 함량을 증가하여도 수투과율 및 염배제율이 우수하게 향상되거나 유지되는 것을 확인하였다. 이에 반하여 표 3에서는 비교예 3의 경우 탄소나노튜브의 함량을 증가시켜도 수투과율이 증가하지 않으며, 또한 염배제율도 떨어지게 되는 결과를 확인할 수 있었다. 이를 통해 말단이 개봉된 탄소나노튜브에 도파민을 코팅하는 것이 수투과율 및 염배제율의 향상에 기여하는 것임을 확인할 수 있었다. As can be seen from Table 2, in the case of Example 1 according to the present invention, it was confirmed that the water permeation rate and the salt rejection rate were improved or maintained by increasing the content of carbon nanotubes. On the other hand, in Table 3, it was confirmed that, in the case of Comparative Example 3, the water permeability did not increase even when the content of carbon nanotubes was increased, and the salt rejection rate also decreased. It was confirmed that coating the doped carbon nanotubes with the end openings contributes to improvement of the water permeability and the salt rejection rate.
한편, 전술한 역삼투 분리막 제조방법의 단계에서 탄소나노튜브의 말단이 개방되는 비율을 향상시키기 위해 다음과 같은 공정이 추가될 수 있다.Meanwhile, the following process may be added to improve the ratio of opening the ends of the carbon nanotubes in the above-described reverse osmosis membrane production method.
상기 제조예 1의 과정을 수행하기 전 탄소나노튜브를 60°C의 H2O2 30% 용액에주입하는 공정이다. 이러한 공정은 H2O2 약산화 조건에서 전처리하여 이후 공정에서 열처리 시 말단 개방 효과를 높이는 것이다.The carbon nanotubes are injected into a 30% solution of H 2 O 2 at 60 ° C before the process of Production Example 1 is performed. This process is to pre-treat under H 2 O 2 weak oxidizing conditions and to enhance the end opening effect in heat treatment in the subsequent process.
이와 같은 H2O2 전처리 공정을 추가함으로써 기존의 Air 조건에서 산화하기만 한 결과보다 기공 크기에 대한 인텐시티 값이 상승되었다.By adding the H 2 O 2 pretreatment process, the intensity value of the pore size was increased as compared with the result of oxidizing only in the conventional air condition.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따라 전처리를 하지 않은 경우, Air 조건 전처리를 한 경우 및 H2O2 전처리를 추가한 경우의 탄소나노튜브 기공의 인텐시티 값을 비교한 그래프이다.FIG. 21 is a graph showing the results of the case where the pretreatment is not performed, the case where the air condition is pretreated, and the case where H 2 O 2 And the intensities of the carbon nanotube pores in the case of adding the pretreatment.
도 21에서 x축은 기공의 지름이고, y축은 기공의 볼륨을 나타내며 이는 인텐시티 값이라고 볼 수 있다. y축 값이 클수록 해당하는 지름의 기공 개수가 많고, 말단개방 비율이 높다는 것을 의미한다.In FIG. 21, the x-axis represents the diameter of the pores, and the y-axis represents the volume of the pores, which can be regarded as an intensity value. The larger the y-axis value, the greater the number of pores of the corresponding diameter and the higher the end opening ratio.
BET N2 가스 측정 결과 2.6 nm 및 3.3 nm 에 해당하는 기공 크기에 대한 인텐시티 값이 확인 되었다.The BET N2 gas measurement results confirm the intensities for pore sizes corresponding to 2.6 nm and 3.3 nm.
그래프에서 전처리되지 않은 CNT의 경우 y축 값이 낮으나, 에어 조건에서 산화 처리한 경우가 2.6 nm 및 3.3 nm 에 해당하는 인텐시티가 크게 증가하는 것을 확인할 수 있고, H2O2 처리를 하면 인텐시티가 더욱 증가하는 것을 확인할 수 있다. 따라서 H2O2 처리를 한 경우 개방율이 가장 높다는 것을 알 수 있다.In the graph, CNTs that were not preprocessed had a low y-axis value. However, in the case of oxidation treatment under air conditions, the intensities corresponding to 2.6 nm and 3.3 nm were greatly increased, and when H 2 O 2 treatment was performed, , Respectively. Therefore, it can be seen that the open rate is the highest when H 2 O 2 treatment is performed.
이하에서는 역삼투 분리막에서 탄소나노튜브의 분산성을 높이기 위한 상기 제조예 2에서 진보된 폴리도파민이 코팅공정에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the advanced polydopamine coating process in Preparation Example 2 for improving the dispersibility of carbon nanotubes in the reverse osmosis membrane will be described in detail.
도파민[2-(3,4-디히드록시페닐)에틸아민]은 다양한 동물의 호르몬 및 신경전달물질이고, 많은 식물에서 폴리페놀의 전구체인 생체모방소재로서 기질에 쉽게 흡착하며 다양한 표면에 특정 조건에서 자발적으로 반응하는 성질을 갖는다. 특히, 수용성이면서 다양한 소재에 흡착하는 성질 때문에 본 발명에서도 탄소나노튜브 표면에 잘 흡착할 수 있는 도파민을 코팅 소재로 사용한다.Dopamine [2- (3,4-dihydroxyphenyl) ethylamine] is a hormone and neurotransmitter of various animals. It is a biomimetic material which is a precursor of polyphenol in many plants. It is easily adsorbed to a substrate. And the like. Particularly, due to the property of being water-soluble and adsorbing to various materials, dopamine, which can be adsorbed well on the surface of carbon nanotubes, is used as a coating material in the present invention.
게다가 도파민의 중성 용액은 공기와 접촉하면 이내 산화하게 되는데, 이는 실질적으로 자발적인 산화 중합에 의하여 폴리도파민으로 변하고 탄소나노튜브와 같은 소재의 표면에 코팅될 수 있는 것이다. 그러나 종래에는 탄소나노튜브에 폴리도파민을 충분히 코팅하기 위하여 공기 분위기 하에서 코팅공정을 수행하였으나, 코팅공정이 12~24 시간으로 오래 걸리고, 통상적인 탄소나노튜브의 두께인 6~20 nm에 비하여 코팅층의 두께가 6~12 nm로 상대적으로 두껍고 균일한 코팅을 얻기가 어려운 문제점이 있었다.In addition, the neutral solution of dopamine is oxidized on contact with air, which is converted to polydopamine by virtue of spontaneous oxidation polymerization and can be coated on the surface of a material such as carbon nanotubes. However, conventionally, in order to sufficiently coat polydodamine on carbon nanotubes, the coating process was performed in an air atmosphere. However, the coating process takes 12 to 24 hours, and the coating process is longer than the conventional carbon nanotubes There is a problem that it is difficult to obtain a relatively thick and uniform coating with a thickness of 6 to 12 nm.
따라서 본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하고자 i) 도파민을 트리스-버퍼 용액에 용해시켜 폴리도파민의 전구체 용액을 얻는 단계; ii) 상기 i) 단계의 폴리도파민의 전구체 용액에 탄소나노튜브를 부가하여 산소 분위기 하에서 코팅공정을 수행하는 단계; 및 iii) 상기 ii) 단계에서 코팅공정이 완료된 용액을 원심분리, 진공여과 및 건조하는 단계;를 포함하는 폴리도파민이 코팅된 탄소나노튜브의 제조방법을 제공한다.Accordingly, in order to solve the above problems, the present invention provides a method for preparing polypodamine, comprising: i) dissolving dopamine in a tris-buffer solution to obtain a precursor solution of polypodamine; ii) adding carbon nanotubes to the precursor solution of the polydodamine in step i), and performing a coating process under an oxygen atmosphere; And iii) centrifuging, vacuum filtration and drying the solution in which the coating process has been completed in the step ii). The present invention also provides a method for producing polypodamine-coated carbon nanotubes.
먼저, 도파민을 트리스-버퍼 용액에 용해시켜 폴리도파민의 전구체 용액을 얻게 되는바, 상기 폴리도파민의 전구체 용액은 트리즈마(Trizma) 용액에 1M NaOH 용액을 사용하여 pH를 8.5 이상으로 조절한 것을 바람직하게 사용할 수 있다. 이어서 폴리도파민의 전구체 용액에 탄소나노튜브를 부가하여 산소 분위기 하에서 코팅공정을 수행하게 되는데, 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브(single wall carbon nanotube), 이중벽 탄소나노튜브(double wall carbon nanotube), 다중벽 탄소나노튜브(multi wall carbon nanotube), 및 다발형 탄소나노튜브(rope carbon nanotube)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 것일 수 있고, 다중벽 탄소나노튜브를 보다 바람직하게 사용할 수 있다.First, dopamine is dissolved in a tris-buffer solution to obtain a precursor solution of polydodamine. The precondensate solution of the polydodamine is preferably prepared by adjusting the pH to 8.5 or more by using a 1M NaOH solution in a Trizma solution Can be used. Then, carbon nanotubes are added to the precursor solution of polydodamine and the coating process is performed in an oxygen atmosphere. The carbon nanotubes may be single wall carbon nanotubes, double wall carbon nanotubes, A multi-wall carbon nanotube, and a rope carbon nanotube. The multi-wall carbon nanotube may be more preferably used.
또한, 상기 코팅공정은 산소 분위기 하에서 15 분 내지 1 시간에 걸쳐 수행할 수 있는데, 코팅공정 시간이 15 분 미만이면 균일한 코팅층을 얻기 어렵고, 1 시간을 초과하면 코팅층의 두께가 두꺼워지는 단점이 있으므로, 상기 범위 내에서 코팅시간을 조절하며, 30 분 동안 코팅공정을 수행하는 것이 더욱 바람직하다.The coating process can be performed in an oxygen atmosphere over a period of 15 minutes to 1 hour. If the coating process time is less than 15 minutes, it is difficult to obtain a uniform coating layer. If the coating process time exceeds 1 hour, the thickness of the coating layer becomes thick , It is more preferable to adjust the coating time within the above range and perform the coating process for 30 minutes.
마지막으로 코팅공정이 완료된 용액을 원심분리, 진공여과 및 건조하는 단계를 거쳐, 본 발명에 따른 폴리도파민이 코팅된 탄소나노튜브를 제조한다.Finally, the coated solution is subjected to centrifugation, vacuum filtration, and drying to prepare the polydodamine-coated carbon nanotubes according to the present invention.
이하 구체적인 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, specific examples will be described in detail.
(( 실시예Example 1) One)
도파민 100 mg을 10 mM의 트리즈마(Trizma) 용액 100 mL에 용해시켜(pH 8.5로 조절) 폴리도파민의 전구체 용액을 얻었다. 상기 얻어진 폴리도파민의 전구체 용액에 다중벽 탄소나노튜브 50 mg을 부가하여 산소 분위기 하의 상온에서 30 분 동안 코팅공정을 수행하였다. 코팅공정 후, 통상의 원심분리, 진공여과 및 건조과정을 순차적으로 거쳐 폴리도파민이 코팅된 탄소나노튜브를 제조하였다.100 mg of dopamine was dissolved in 100 mL of 10 mM Trizma solution (adjusted to pH 8.5) to obtain a precursor solution of polypodamine. 50 mg of multi-wall carbon nanotubes was added to the precursor solution of the obtained polydodamine, and the coating process was performed at room temperature under an oxygen atmosphere for 30 minutes. After the coating process, the carbon nanotubes coated with the polypodamine were sequentially prepared through the usual centrifugal separation, vacuum filtration and drying.
(( 실시예Example 2) 2)
15 분 동안 코팅공정을 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리도파민이 코팅된 탄소나노튜브를 제조하였다.Polydodamine-coated carbon nanotubes were prepared in the same manner as in Example 1, except that the coating process was performed for 15 minutes.
(( 비교예Comparative Example ))
공기 분위기 하의 상온에서 12 시간 동안 코팅공정을 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리도파민이 코팅된 탄소나노튜브를 제조하였다.Polydodamine-coated carbon nanotubes were prepared in the same manner as in Example 1, except that the coating process was performed at room temperature under an air atmosphere for 12 hours.
도 22는 본 발명의 실시예 1에 따른 폴리도파민이 코팅된 탄소나노튜브의 주사전자현미경(SEM) (a) 및 투과전자현미경(TEM) 사진 (b)을 나타내었다. 도 22에서 보는 바와 같이 코팅층이 균일하게 형성되고, 코팅층의 두께도 2 nm로 매우 적절함을 알 수 있다.22 shows a scanning electron microscope (SEM) (a) and a transmission electron microscope (TEM) photograph (b) of a carbon nanotube coated with polydodamine according to Example 1 of the present invention. As shown in FIG. 22, it can be seen that the coating layer is uniformly formed, and the thickness of the coating layer is 2 nm.
도 23은 본 발명의 실시예 2에 따라 코팅공정을 15 분 동안 수행하여 제조된 폴리도파민이 코팅된 탄소나노튜브의 주사전자현미경(SEM) (a) 및 투과전자현미경(TEM) 사진 (b)을 나타낸 것으로, 코팅층의 두께가 1.7 nm인 균일한 코팅층을 확인할 수 있다.23 is a scanning electron microscope (SEM) (a) and a transmission electron microscope (TEM) photograph (b) of a polydodamine-coated carbon nanotube prepared by performing a coating process for 15 minutes according to Example 2 of the present invention. Showing a uniform coating layer having a coating layer thickness of 1.7 nm.
도 24는 본 발명의 비교예에 따라 폴리도파민이 코팅된 탄소나노튜브의 주사전자현미경(SEM) (a) 및 투과전자현미경(TEM) 사진 (b)을 나타낸 것인데, 코팅공정을 12 시간 동안 수행하여도 균일한 코팅층이 형성되지 않고, 코팅층의 두께도 10 nm로서 상대적으로 두꺼운 것을 확인할 수 있다.FIG. 24 shows a scanning electron microscope (SEM) (a) and a transmission electron microscope (TEM) photograph (b) of a carbon nanotube coated with polydodamine according to a comparative example of the present invention. , It can be confirmed that a uniform coating layer is not formed and the thickness of the coating layer is relatively thick as 10 nm.
또한, 도 25에는 폴리도파민이 코팅되지 않은 탄소나노튜브와 함께 본 발명의 실시예 1 , 2 및 비교예에 따라 폴리도파민이 코팅된 탄소나노튜브를 질소 분위기 하에서 10℃/min 승온 속도로 열중량분석(TGA)을 수행한 결과를 나타내었는바, 도 25에서 보는 바와 같이 개질되지 않은 탄소나노튜브는 고온까지 중량감소가 거의 없으나, 폴리도파민 입자의 경우 약 40% 이상의 중량감소를 보인다. 따라서 개질된 탄소나노튜브의 중량 감소량은 폴리도파민의 코팅량에 비례함을 알 수 있다. 비교예에 따라 코팅된 탄소나노튜브의 경우 약 20% 의 중량감소를 보인다. 반면, 실시예 1, 2에 따라 산소 분위기 하에서의 짧은 시간 코팅된 탄소나노튜브의 경우 각각 약 10~15 %의 중량감소를 보였다. 이는 짧은 공정시간에도 폴리도파민이 탄소나노튜브에 성공적으로 코팅되었음을 보여준다.25, the carbon nanotubes coated with the polydodamine were coated on the carbon nanotubes coated with the polydodamine according to Examples 1 and 2 and Comparative Example of the present invention together with the carbon nanotubes not coated with the polydodamine, (TGA). As shown in FIG. 25, unmodified carbon nanotubes show little decrease in weight up to high temperature, but show weight loss of about 40% or more in the case of polydopamine particles. Therefore, it can be seen that the weight loss of the modified carbon nanotubes is proportional to the coating amount of the polypodamine. According to the comparative example, the coated carbon nanotubes show a weight loss of about 20%. On the other hand, according to Examples 1 and 2, each of the carbon nanotubes coated in a short time under an oxygen atmosphere showed a weight reduction of about 10 to 15%. This shows that polydopamine has been successfully coated onto carbon nanotubes even during short process times.
그리고 도 26에는 폴리도파민이 코팅되지 않은 탄소나노튜브와 본 발명의 실시예 1, 2 및 비교예에 따라 폴리도파민이 코팅된 탄소나노튜브의 적외선분광분석(FT-IR) 결과를 나타내었는바, 도 26에서 보는 바와 같이 폴리도파민이 코팅되지 않은 탄소나노튜브는 기능기가 거의 없기 때문에 1,000~2,000 (cm-1) 구간에서 특정한 피크를 보이지 않는다. 폴리도파민 입자의 경우 1610 및 1500 (cm-1) 구간에서 도파민의 특성 피크가 나타난다. 실시예 1, 2 및 비교예에 따른 탄소나노튜브 모두 폴리도파민의 피크가 측정되었으며, 이는 폴리도파민이 탄소나노튜브에 코팅이 잘 되었음을 보여준다. FIG. 26 shows infrared spectroscopic (FT-IR) results of carbon nanotubes not coated with polydodamine and carbon nanotubes coated with polydodamine according to Examples 1 and 2 and Comparative Examples of the present invention, As shown in FIG. 26, carbon nanotubes not coated with polydodamine do not show a specific peak in the range of 1,000 to 2,000 (cm-1) since there are few functional groups. The characteristic peaks of dopamine appear at 1610 and 1500 (cm < -1 >) for polydopamine particles. Peaks of polydodamine were measured in both carbon nanotubes according to Examples 1 and 2 and Comparative Example, indicating that polydodamine was well coated on carbon nanotubes.
또한, 도 27에는 본 발명의 비교예에 따라 폴리도파민이 코팅된 탄소나노튜브의 광전자분광분석(XPS) 결과 (a) 및 본 발명의 실시예 1에 따라 폴리도파민이 코팅된 탄소나노튜브의 광전자분광분석(XPS) 결과 (b)를 나타내었다. 도 27에서 보는 바와 같이 도파민 입자가 코팅되는 경우 O와 N 원소의 비율이 증가하며, 이는 탄소나노튜브 대비 도파민의 코팅량에 따라 증가한다. 비교예에 의하면, O 원소의 비율이 20.57%, N 원소의 비율은 7.38% 로 측정된 반면, 실시예 1에 따르면, O 원소의 비율이 11.56%, N 원소의 비율이 3.27%로서 상대적으로 적은 원소비율 결과를 보였다. 이는 산소 조건에서 코팅된 탄소나노튜브가 폴리도파민의 코팅량이 적다는 것을 보여주며, 또한 얇게 코팅된 탄소나노튜브의 코팅량에 대한 정량적 값을 보여준다.27 is a graph showing the results of XPS analysis (a) of the carbon nanotubes coated with polydodamine according to the comparative example of the present invention (a) and the photoelectron of the carbon nanotubes coated with the polydodamine according to Example 1 of the present invention Spectroscopic analysis (XPS) shows the result (b). As shown in FIG. 27, when dopamine particles are coated, the ratio of O and N elements increases, which increases with the amount of dopamine coating compared to carbon nanotubes. According to the comparative example, the proportion of O element was 20.57% and the proportion of N element was 7.38%, while according to Example 1, the proportion of O element was 11.56% and the proportion of N element was 3.27% Element ratio results. This shows that coated carbon nanotubes at oxygen conditions have a low coating amount of polydodamine and also quantitative values of coating amount of thinly coated carbon nanotubes.
도 28에는 본 발명의 비교예에 따라 폴리도파민이 코팅된 탄소나노튜브의 분광광도계분석(UV-vis) 결과 (a) 및 본 발명의 실시예 1에 따라 폴리도파민이 코팅된 탄소나노튜브의 분광광도계분석(UV-vis) 결과 (b)를 나타내었다. 도 28에서 보는 바와 같이 폴리도파민이 코팅된 탄소나노튜브의 경우 UV-vis 내에서 약 260-270 nm 부근에서 흡광 피크를 보인다. 흡광도 (absorbance)는 용액 내에서 분산이 잘 될수록 증가하는 값을 보이며, 산소 조건하에서 코팅된 탄소나노튜브가 공기 조건에서 코팅된 탄소나노튜브 대비 전 구간 (0.25, 0.75, 1.25 mg/100g, 탄소나노튜브(mg)/초순수(DI, g))에서 높은 흡광도 값을 보이며, 이를 통하여 종래 공기 분위기 하에서 장시간 코팅 공정을 수행하여 폴리도파민이 코팅된 탄소나노튜브에 비하여 그 분산도가 크게 향상되었음을 알 수 있다.28 shows spectral photometer (UV-vis) results (a) of polydodamine-coated carbon nanotubes and spectroscopic analysis of polydopamine-coated carbon nanotubes according to Example 1 of the present invention The result of the photometer (UV-vis) (b) is shown. As shown in FIG. 28, in the case of a carbon nanotube coated with polydodamine, the absorption peak appears in the vicinity of about 260 to 270 nm in the UV-vis. The absorbance of the carbon nanotubes increased with increasing dispersion in the solution. The absorbance of the coated carbon nanotubes under the oxygen condition was higher than that of the coated carbon nanotubes (0.25, 0.75, 1.25 mg / It can be seen that the dispersibility of the carbon nanotubes is remarkably improved as compared with the case of using poly (diamine) / ultrapure water (DI, g) have.
도 29의 사진으로부터는 폴리도파민이 코팅되지 않은 탄소나노튜브의 수계를 포함한 다양한 용매에서의 분산성을 확인할 수 있는데, 탈이온수(deionized water : DI)에서 뿐만 아니라, 아세톤 및 알코올 등 다양한 유기용매에서 분산성이 떨어짐을 알 수 있으나, 본 발명의 실시예 1에 따라 폴리도파민이 코팅된 탄소나노튜브의 다양한 용매에서의 분산성을 촬영한 도 30의 사진으로부터는 아세톤 및 알코올 등의 유기용매에서 분산성은 여전히 떨어지지만, 탈이온수와 같은 수계에서는 분산성이 극히 향상되었음을 확인할 수 있다.29, the dispersibility of carbon nanotubes not coated with polydodamine can be confirmed in various solvents including a water system. In the case of deionized water (DI), as well as in various organic solvents such as acetone and alcohol It can be seen from the photograph of FIG. 30 that the dispersibility of the polydodamine-coated carbon nanotubes in various solvents is photographed according to Example 1 of the present invention, Although the sludge still falls, it can be confirmed that the dispersibility is greatly improved in a water system such as deionized water.
따라서 본 발명의 폴리도파민이 코팅된 탄소나노튜브의 제조방법에 따르면, 산소분위기 하에서 단시간 내에 폴리도파민을 탄소나노튜브에 코팅함으로써 균일한 코팅 및 코팅공정 시간의 현저한 단축을 달성할 수 있으며, 그에 의하여 제조되는 폴리도파민이 코팅된 탄소나노튜브는 코팅층의 두께가 1.7~2 nm로 매우 얇고, 수계에서의 분산성이 향상되어 탄소나노튜브/고분자 복합막을 비롯한 폴리도파민이 코팅된 탄소나노튜브를 포함하는 고분자 복합체의 대량 생산에 적용 가능하다.Therefore, according to the method for producing a polydodamine-coated carbon nanotube according to the present invention, it is possible to achieve uniform coating and remarkably shortening the coating time by coating the carbon nanotubes with polydodamine in a short time in an oxygen atmosphere, The prepared poly-dopamine-coated carbon nanotubes have a very thin coating layer thickness of 1.7 to 2 nm and have improved dispersibility in the aqueous system. Thus, the present invention can provide a carbon nanotube-coated carbon nanotube including a carbon nanotube / It is applicable to the mass production of polymer complexes.
한편, 전술한 폴리도파민 코팅방법의 단계에서 탄소나노튜브의 분산도가 시간의 경과에도 유지될 수 있도록 다음과 같이 공정을 추가 수정할 수 있다.Meanwhile, in order to maintain the degree of dispersion of the carbon nanotubes in the step of the above-described polydopamine coating method over time, the following process can be further modified.
즉, 기존의 도파민 코팅 공정은 (i) 200mg/1L 농도의 탄소나노튜브를 pH 8.5의 15mM tris-buffer 용액에서 1시간 초음파 분산하고, (ii) 용액에 도파민을 2000 ppm 농도로 주입하며, (iii) O2를 주입하며 15분간 반응시키고, (iv) pH 낮추며 반응 종결하고, (v) 건조시키는 것으로 진행되었으나, 분산도 증가를 위한 공정이 추가 수정되어 (i) 200mg/1L 농도의 탄소나노튜브를 pH 8.5의 15mM tris-buffer 용액에서 1시간 초음파 분산하고, (ii) 용액에 O 2 를 5분~ 10분동안 프리퍼지(Pre-purge)하며 , (iii) 용액에 도파민을 2000 ppm 농도로 주입하며, (iv) O 2 를 주입하며 5분간 반응시키고, (v) 탄소나노튜브의 뭉침을 방지하기 위해 5분 동안 초음파 분산시키며, (vi) 다시 O 2 를 주입하며 5분간 반응시키며, (vii) pH 낮추며 반응 종결하고, (v) 건조시킬 수 있다.That is, the conventional dopamine coating process involves (i) ultrasonically dispersing 200 mg / 1L carbon nanotubes in a 15 mM tris-buffer solution of pH 8.5 for 1 hour, (ii) injecting dopamine at a concentration of 2000 ppm into the solution, iii) injection of O 2, and allowed to react 15 minutes, (iv) pH lowering of the reaction and, (v) been brought to drying, the dispersity is modified adding the process for the increase (i) 200mg / 1L concentration of carbon nano The tube was ultrasonically dispersed in a 15 mM tris-buffer solution of pH 8.5 for 1 hour, (ii) O 2 was added to the solution for 5 minutes to 10 minutes (Iv) injecting O 2 for 5 min, (v) adding 5 min to avoid carbon nanotube aggregation , (iii) pre-purge the solution, (Vi) reacting with O 2 for 5 minutes, (vii) terminating the reaction by lowering the pH, and (v) drying.
이와 같이 도파민 코팅을 위한 추가공정을 수행하고 CNT의 분산도를 비교하기 위해 시간대별로 필터링을 하여 분산도를 측정해보았다.In this way, additional processing for dopamine coating was performed and the degree of dispersion was measured by filtering by time to compare the dispersion of CNTs.
도 31은 본 발명의 일 실시예에 따라 수계 분산성이 향상된 CNT의 수계 분산액 이미지 및 UV-vis 분석 결과를 나타낸다.FIG. 31 shows an image of an aqueous dispersion of CNTs improved in aqueous dispersion and a UV-vis analysis result according to an embodiment of the present invention.
도 31에 나타난 바와 같이 기존의 공정에 의한 탄소나노튜브는 시간이 경과할수록 분산도가 감소하지만, 추가수정된 공정에 의한 탄소나노튜브는 시간이 경과하여도 분산도가 유지된다는 것을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 31, the dispersion of carbon nanotubes according to the conventional process decreases with time, but it can be confirmed that the dispersion of carbon nanotubes by the modified process is maintained even after a lapse of time.
결론적으로, 탄소나노튜브의 도파민과의 빠른 반응을 이루기 위해 O2 가스를 용액에 미리 주입함으로써 용액에 O2가 미리 용해되도록 하여 도파민과의 접촉을 빠르게 한 것이다.In conclusion, O 2 gas was pre-dissolved in the solution by pre-dissolving O 2 in the solution to accelerate the contact with dopamine to achieve rapid reaction with the dopamine of the carbon nanotube.
또한, 반응 중의 CNT-self aggregation(뭉침현상)을 해소하기 위해 중간에 약한 분산 과정을 추가하였으며, 그 결과로 장기 분산 안전성이 크게 향상된다는 것을 확인할 수 있다.In addition, a weak dispersion process was added to solve the CNT-self aggregation during the reaction, and as a result, the stability of long-term dispersion is greatly improved.
상기 설명한 탄소나노튜브를 혼합한 역삼투 분리막을 적용한 역삼투막 압력용기를 이용하여 해수담수화를 실시해보았다.Seawater desalination was carried out using a reverse osmosis membrane pressure vessel using a reverse osmosis membrane containing carbon nanotubes as described above.
도 32는 본 발명의 일 실시예에 따른 역삼투막 압력용기와 종래의 역삼투막 압력용기를 사용하여 담수화를 한 경우 동일한 유량에 대한 소요 전력을 비교한 그래프이다.32 is a graph comparing power requirements for the same flow rate when desalination is performed using a reverse osmosis membrane pressure vessel and a conventional reverse osmosis membrane pressure vessel according to an embodiment of the present invention.
도 32에 나타난 바와 같이 동일한 양의 담수를 얻기 위해 사용되는 전력이 본 발명의 일 실시예에 따른 역삼투막 압력용기를 사용한 경우 더 적었고, 이는 동일한 전력을 사용하여 더 많은 담수화를 할 수 있다는 것을 의미한다.As shown in FIG. 32, the power used to obtain the same amount of fresh water is less when the reverse osmosis membrane pressure vessel according to an embodiment of the present invention is used, which means that more desalination can be performed using the same power .
따라서 본 발명의 역삼투막 압력용기를 사용하면 소비 에너지를 저감할 수 있다는 효과도 발생한다는 것을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that when the reverse osmosis membrane pressure vessel of the present invention is used, the consumption energy can be reduced.
상기와 같이 설명된 하이브리드 역삼투 분리막 압력용기는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.The above-described hybrid reverse osmosis membrane pressure vessel is not limited to the configuration and method of the above-described embodiments, but the embodiments may be modified so that all or some of the embodiments may be selectively And may be configured in combination.
전술한 구성을 적용한 본 발명은 담수 회수율이 높은 하이브리드 CNT-RO막 압력용기 사용자에게 제공할 수 있다.The present invention to which the above-described configuration is applied can be provided to a user of a hybrid CNT-RO membrane pressure vessel having a high fresh water recovery rate.
구체적으로, 전단부에 배치된 역삼투 분리막 모듈의 담수 생산량과 후단부에 배치된 역삼투 분리막 모듈의 담수 생산량의 차이를 줄일 수 있다.Specifically, the difference between the fresh water production amount of the reverse osmosis membrane module disposed at the front end portion and the fresh water production amount of the reverse osmosis membrane module disposed at the rear end portion can be reduced.
또한, 역삼투 분리막 모듈에 탄소나노튜브를 혼합함으로써 역삼투 분리막 모듈의 수투과율을 50%이상 증가시킬 수 있다.Also, by mixing carbon nanotubes with the reverse osmosis membrane module, the water permeability of the reverse osmosis membrane module can be increased by 50% or more.
또한, 유입하는 해수량을 줄이고 담수 생산장치를 운영하기 위해 소비되는 비용을 줄일 수 있다.It also reduces the amount of seawater flowing in and the cost of running the desalination plant.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description of the present invention are exemplary and explanatory and are not intended to limit the invention to the precise form disclosed. It can be understood.
100 : 압력용기
200 : 유입구
300 : 역삼투 분리막 모듈
310 : 역삼투 분리막
311 : PA층
312 : 지지층
313 : 부직포
314 : 탄소나노튜브(CNT)
315 : 폴리 도파민
320 : HR형 역삼투 분리막 모듈
330 : HF형 역삼투 분리막 모듈
400 : 다공성 유출관
500 : 투과수 배출구
600 : 농축수 배출구
700 : 단(Stage)100: pressure vessel
200: inlet
300: Reverse Osmosis Membrane Module
310: reverse osmosis membrane
311: PA layer
312: support layer
313: Nonwoven fabric
314: Carbon Nanotube (CNT)
315: Polydodamine
320: HR type reverse osmosis membrane module
330: HF type reverse osmosis membrane module
400: porous outlet pipe
500: Permeated water outlet
600: Concentrated water outlet
700: Stage
Claims (19)
상기 압력용기 전단의 적어도 일부에 위치하는 해수 유입구;
상기 압력용기의 내부에 직렬로 배치된 복수의 역삼투 분리막 모듈;
상기 복수의 역삼투 분리막 모듈 각각의 중심부를 통과하며, 상기 복수의 역삼투 분리막 모듈과 접하는 면에 복수의 구멍이 형성된 투과수 유로;
상기 압력용기 후단의 적어도 일부에 위치하는 투과수 배출구; 및
상기 압력용기 후단의 적어도 일부에 위치하는 농축수 배출구;를 포함하되,
상기 해수는 상기 해수 유입구를 통해 유입되고,
상기 해수 유입구를 통해 유입된 해수는 상기 복수의 역삼투 분리막 모듈을 투과하며 담수화되고,
상기 복수의 역삼투 분리막 모듈을 투과한 해수는 상기 복수의 구멍을 통해 상기 투과수 유로로 유입되고,
상기 투과수 유로로 유입된 해수는 상기 투과수 배출구를 통해 배출되며,
상기 투과수 유로로 유입되지 못한 해수는 상기 농축수 배출구를 통해 배출되고,
상기 복수의 역삼투 분리막 모듈 중 상기 압력용기의 전단부에 위치한 적어도 하나의 모듈은 제 1 모듈부를 구성하고, 상기 제 1 모듈부보다 후단에 위치한 모듈은 제 2 모듈부를 구성하며,
상기 제 2 모듈부를 구성하는 각 모듈의 유량은 상기 제 1 모듈부를 구성하는 각 모듈의 유량보다 많고,
상기 제 1 모듈부 및 상기 제 2 모듈부 중 적어도 하나의 모듈부의 분리막에는 탄소나노튜브가 혼합되고,
상기 탄소나노튜브는,
상기 탄소나노튜브를 50~70℃의 H2O2 용액 내에 30분 ~ 2시간 동안 유지시키는 단계;
상기 H2O2 용액을 증발시키고 800~1000℃에서 비활성기체를 주입하면서 1~3시간 동안 탄소나노튜브를 산화시키는 단계;
상기 탄소나노튜브를 상온에서 25~40℃ 까지 냉각하는 단계;
상기 탄소나노튜브를 300~600℃로 승온하여 2~4시간 동안 유지하는 단계; 및
비활성기체를 주입하여 상기 탄소나노튜브를 상온까지 냉각시켜 열산화법을 통해 말단이 개봉하는 단계;를 통하여 얻어진 평균 길이는 1~2㎛이고, 평균 직경은 5~8nm인 탄소나노튜브인 것을 특징으로 하는 역삼투 분리막 압력용기.A reverse osmosis membrane pressure vessel for desalinating sea water,
A seawater inlet located at least a portion of the front end of the pressure vessel;
A plurality of reverse osmosis membrane modules disposed in series in the pressure vessel;
A permeable water passage passing through the center of each of the plurality of reverse osmosis membrane modules and having a plurality of holes formed in a surface thereof in contact with the plurality of reverse osmosis membrane modules;
A permeated water outlet located at least a part of a rear end of the pressure vessel; And
And a concentrated water outlet located at least a part of the downstream end of the pressure vessel,
The seawater is introduced through the seawater inlet,
The seawater introduced through the seawater inlet port is desalinated through the plurality of reverse osmosis membrane modules,
The seawater permeated through the plurality of reverse osmosis membrane modules is introduced into the permeated water channel through the plurality of holes,
The seawater flowing into the permeated water channel is discharged through the permeated water outlet,
The seawater which has not flowed into the permeated water channel is discharged through the concentrated water outlet,
Wherein at least one module located at a front end of the pressure vessel among the plurality of reverse osmosis membrane modules constitutes a first module unit and a module located at a rear end of the first module unit constitutes a second module unit,
Wherein a flow rate of each module constituting the second module section is larger than a flow rate of each module constituting the first module section,
The carbon nanotubes are mixed in the separation membrane of at least one of the first module unit and the second module unit,
The carbon nanotubes may include,
Maintaining the carbon nanotubes in H 2 O 2 solution at 50 to 70 ° C for 30 minutes to 2 hours;
Evaporating the H 2 O 2 solution and oxidizing the carbon nanotubes for 1 to 3 hours while injecting an inert gas at 800 to 1000 ° C;
Cooling the carbon nanotubes to room temperature to 25 to 40 ° C;
Heating the carbon nanotubes to 300 to 600 ° C. and maintaining the carbon nanotubes for 2 to 4 hours; And
The carbon nanotubes having an average length of 1 to 2 탆 and an average diameter of 5 to 8 nm obtained through the step of opening the ends of the carbon nanotubes by a thermal oxidation method by cooling the carbon nanotubes to room temperature by injecting an inert gas, Reverse osmosis membrane pressure vessel.
상기 제 1 모듈부를 구성하는 각 모듈의 염 배제율은 상기 제 2 모듈부를 구성하는 각 모듈의 염 배제율보다 높은 것을 특징으로 하는 역삼투 분리막 압력용기.The method according to claim 1,
Wherein the salt rejection rate of each module constituting the first module unit is higher than the salt rejection rate of each module constituting the second module unit.
상기 탄소나노튜브는 상기 분리막의 폴리아미드층 및 지지층 중 적어도 어느 하나의 층에 혼합되는 것을 특징으로 하는 역삼투 분리막 압력용기.The method according to claim 1,
Wherein the carbon nanotubes are mixed with at least one of a polyamide layer and a support layer of the separation membrane.
상기 탄소나노튜브에 폴리 도파민이 코팅되어 상기 탄소나노튜브가 도포를 고르게 하는 것을 특징으로 하는 역삼투 분리막 압력용기.The method according to claim 1,
Wherein the carbon nanotubes are coated with polydodamine to uniformly apply the carbon nanotubes to the reverse osmosis membrane.
상기 제 1 모듈부의 모듈은 2개이고,
상기 제 2 모듈부의 모듈은 4개인 것을 특징으로 하는 역삼투 분리막 압력용기.The method according to claim 1,
The number of modules of the first module unit is two,
Wherein the module of the second module part has four modules.
상기 압력용기의 재질은 섬유강화플라스틱(FRP, Fiber Reinforced Plastics)인 것을 특징으로 하는 역삼투 분리막 압력용기.The method according to claim 1,
Wherein the material of the pressure vessel is fiber reinforced plastic (FRP).
상기 탄소나노튜브는 아민 용액에 분산된 후 계면중합법에 의하여 상기 분리막에 혼합되는 것을 특징으로 하는 역삼투 분리막 압력용기.The method of claim 3,
Wherein the carbon nanotubes are dispersed in an amine solution and then mixed in the separation membrane by an interface polymerization method.
상기 아민 용액에 포함되는 아민은 오르소-페닐렌다이아민(ortho-phenylenediamine), 메타-페닐렌다이아민 (meta-phenylenediamine), 파라-페닐렌다이아민(para-phenylenediamine), 피페라진(piperazine), 에틸렌다이아민(ethylene diamine), 카다버린(cadaverine), 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 역삼투 분리막 압력용기.10. The method of claim 9,
Amines included in the amine solution include ortho-phenylenediamine, meta-phenylenediamine, para-phenylenediamine, piperazine, , Ethylene diamine, cadaverine, and a mixture thereof. 2. The reverse osmosis membrane pressure vessel of claim 1,
상기 폴리 도파민이 코팅되는 것은,
상기 탄소나노튜브를 트리스-버퍼 용액에 혼합하여 초음파 분산하는 제 1 단계;
상기 탄소나노튜브가 혼합된 트리스-버퍼 용액에 산소를 프리퍼징 하는 제 2 단계;
상기 산소가 프리퍼징된 트리스-버퍼 용액에 도파민을 주입하는 제 3 단계;
상기 도파민이 주입된 트리스-버퍼 용액에 산소를 주입하여 상기 탄소나노튜브와 상기 도파민을 반응시키는 제 4 단계;
상기 탄소나노튜브와 상기 도파민이 반응된 트리스-버퍼 용액에 초음파 분산을 가하는 제 5 단계;
상기 초음파 분산된 트리스-버퍼 용액에 산소를 주입하여 상기 탄소나노튜브와 상기 도파민을 반응시키는 제 6 단계;
상기 트리스-버퍼 용액의 pH를 낮추는 제 7 단계; 및
상기 트리스-버퍼 용액을 건조하는 제 8 단계;에 의한 것을 특징으로 하는 역삼투 분리막 압력용기.5. The method of claim 4,
The above-mentioned polypodamine is coated,
Mixing the carbon nanotubes with a tris-buffer solution and performing ultrasonic dispersion;
A second step of pre-purifying oxygen in the tris-buffer solution mixed with the carbon nanotubes;
A third step of injecting dopamine into the oxygen-pre-purged tris-buffer solution;
A fourth step of injecting oxygen into the tris-buffer solution doped with dopamine to react the carbon nanotubes with the dopamine;
A fifth step of applying ultrasonic dispersion to the tris-buffer solution reacted with the carbon nanotubes and the dopamine;
A sixth step of injecting oxygen into the ultrasonic dispersed tris-buffer solution to react the carbon nanotubes with the dopamine;
A seventh step of lowering the pH of the tris-buffer solution; And
And then drying the tris-buffer solution.
상기 제 1 단계에서,
상기 트리스-버퍼 용액은 pH가 8.5 이상으로 조절된 것을 특징으로 하는 역삼투 분리막 압력용기.12. The method of claim 11,
In the first step,
Wherein the tris-buffer solution has a pH of at least 8.5.
상기 탄소나노튜브를 50~70℃의 H2O2 용액 내에 30분 ~ 2시간 동안 유지시키는 단계;
상기 H2O2 용액을 증발시키고 800~1000℃에서 비활성기체를 주입하면서 1~3시간 동안 탄소나노튜브를 산화시키는 단계;
상기 탄소나노튜브를 상온에서 25~40℃ 까지 냉각하는 단계;
상기 탄소나노튜브를 300~600℃로 승온하여 2~4시간 동안 유지하는 단계; 및
비활성기체를 주입하여 상기 탄소나노튜브를 상온까지 냉각시켜 열산화법을 통해 말단이 개봉되도록 하는 단계;를 포함하고,
상기 탄소나노튜브의 평균 길이는 1~2㎛이고, 평균 직경은 5~8nm인 것을 특징으로 하는 역삼투 분리막 압력용기 제조 방법.A method for producing a pressure vessel using a reverse osmosis membrane having carbon nanotubes mixed therein,
Maintaining the carbon nanotubes in H 2 O 2 solution at 50 to 70 ° C for 30 minutes to 2 hours;
Evaporating the H 2 O 2 solution and oxidizing the carbon nanotubes for 1 to 3 hours while injecting an inert gas at 800 to 1000 ° C;
Cooling the carbon nanotubes to room temperature to 25 to 40 ° C;
Heating the carbon nanotubes to 300 to 600 ° C. and maintaining the carbon nanotubes for 2 to 4 hours; And
Injecting an inert gas to cool the carbon nanotubes to room temperature and allowing the ends to be opened by thermal oxidation;
Wherein the carbon nanotubes have an average length of 1 to 2 탆 and an average diameter of 5 to 8 nm.
상기 탄소나노튜브의 말단이 개봉되도록 하는 단계 후,
상기 탄소나노튜브를 트리스-버퍼 용액에 혼합하여 초음파 분산하는 단계;
상기 탄소나노튜브가 혼합된 트리스-버퍼 용액에 산소를 프리퍼징 하는 단계;
상기 산소가 프리퍼징된 트리스-버퍼 용액에 도파민을 주입하는 단계;
상기 도파민이 주입된 트리스-버퍼 용액에 산소를 주입하여 상기 탄소나노튜브와 상기 도파민을 반응시키는 단계;
상기 탄소나노튜브와 상기 도파민이 반응된 트리스-버퍼 용액에 초음파 분산을 가하는 단계;
상기 초음파 분산된 트리스-버퍼 용액에 산소를 주입하여 상기 탄소나노튜브와 상기 도파민을 반응시키는 단계;
상기 트리스-버퍼 용액의 pH를 낮추는 단계; 및
상기 트리스-버퍼 용액을 건조하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 역삼투 분리막 압력용기 제조 방법. 14. The method of claim 13,
After the end of the carbon nanotubes is opened,
Mixing the carbon nanotubes in a tris-buffer solution and ultrasonic dispersion;
Pre-purifying oxygen in the tris-buffer solution mixed with the carbon nanotubes;
Injecting dopamine into the oxygen-pre-purged tris-buffer solution;
Injecting oxygen into the doped tris-buffer solution to react the carbon nanotubes with the dopamine;
Applying ultrasonic dispersion to the tris-buffer solution in which the carbon nanotubes and the dopamine are reacted;
Injecting oxygen into the ultrasonic dispersed tris-buffer solution to react the carbon nanotubes with the dopamine;
Lowering the pH of the tris-buffer solution; And
And drying the tris-buffer solution. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20140116266 | 2014-09-02 | ||
| KR1020140116266 | 2014-09-02 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20160028391A KR20160028391A (en) | 2016-03-11 |
| KR101803604B1 true KR101803604B1 (en) | 2017-12-01 |
Family
ID=55440096
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020150124132A KR101803604B1 (en) | 2014-09-02 | 2015-09-02 | Hybrid Carbon Nanotube-Reverse Osmosis Membrane Vessel |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101803604B1 (en) |
| WO (1) | WO2016036125A1 (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2680904B1 (en) * | 2017-03-06 | 2020-01-23 | Romeo Manuel Lahuerta | Underwater desalination plant |
| CN106925121B (en) * | 2017-05-02 | 2020-04-24 | 华东理工大学 | Mg2+And Li+Separating three-channel inner skin layer positively-charged nanofiltration membrane and preparation method thereof |
| CN113101807B (en) * | 2021-04-06 | 2022-07-29 | 中芯恒润环境科技(北京)有限公司 | Membrane module, membrane equipment with membrane module and membrane system |
| CN113121859B (en) * | 2021-04-22 | 2022-09-02 | 哈尔滨工业大学 | Preparation method of electropolymerized polydopamine-carbon nanotube composite membrane |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100658423B1 (en) * | 2006-01-12 | 2006-12-15 | 주식회사 새 한 | Multistage separation system using reverse osmosis membrane |
| JP2012130839A (en) * | 2010-12-20 | 2012-07-12 | Hitachi Plant Technologies Ltd | Reverse osmosis treatment apparatus |
| KR101374279B1 (en) * | 2012-01-03 | 2014-03-14 | 한국화학연구원 | Carbon nanotube reverse osmosis composite membrane and preparation method thereof |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3351127B2 (en) * | 1994-10-20 | 2002-11-25 | 東レ株式会社 | Reverse osmosis membrane separation device and fresh water producing method |
| US8286803B2 (en) * | 2009-06-18 | 2012-10-16 | The Boeing Company | Methods and systems for incorporating carbon nanotubes into thin film composite reverse osmosis membranes |
| KR20110098503A (en) * | 2010-02-26 | 2011-09-01 | 고려대학교 산학협력단 | Polyamide reverse osmosis membranes with enhanced chlorine resistance and method for manufacturing the same |
-
2015
- 2015-09-02 KR KR1020150124132A patent/KR101803604B1/en active IP Right Grant
- 2015-09-02 WO PCT/KR2015/009225 patent/WO2016036125A1/en active Application Filing
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100658423B1 (en) * | 2006-01-12 | 2006-12-15 | 주식회사 새 한 | Multistage separation system using reverse osmosis membrane |
| JP2012130839A (en) * | 2010-12-20 | 2012-07-12 | Hitachi Plant Technologies Ltd | Reverse osmosis treatment apparatus |
| KR101374279B1 (en) * | 2012-01-03 | 2014-03-14 | 한국화학연구원 | Carbon nanotube reverse osmosis composite membrane and preparation method thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20160028391A (en) | 2016-03-11 |
| WO2016036125A1 (en) | 2016-03-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liang et al. | Water permeance, permeability and desalination properties of the sulfonic acid functionalized composite pervaporation membranes | |
| Khumalo et al. | Water recovery from hydrolysed human urine samples via direct contact membrane distillation using PVDF/PTFE membrane | |
| CN103508602B (en) | Membrane and evaporation crystallization integrated process with zero discharge of high-salinity industrial wastewater | |
| JP6183945B2 (en) | Method for producing polyamide composite membrane | |
| JP5262668B2 (en) | Composite nanofiltration membrane | |
| KR101803604B1 (en) | Hybrid Carbon Nanotube-Reverse Osmosis Membrane Vessel | |
| Muhamad et al. | Preparation and characterization of PES/SiO 2 composite ultrafiltration membrane for advanced water treatment | |
| Zhu et al. | Fabrication of composite membrane with adsorption property and its application to the removal of endocrine disrupting compounds during filtration process | |
| US10918998B2 (en) | Functionalized single-layer graphene-based thin film composite and method of producing the same | |
| Aryanti et al. | Fouling and rejection characteristic of humic substances in polysulfone ultrafiltration membrane | |
| WO2013118859A1 (en) | Hollow fiber semipermeable membrane, method for manufacturing same, module, and water treatment method | |
| Shaban et al. | Water desalination and dyes separation from industrial wastewater by PES/TiO2NTs mixed matrix membranes | |
| US20230302415A1 (en) | Membranes | |
| Neo et al. | Hydroxyl-terminated poly (ethyleneimine) polymer enhanced ultrafiltration for boron removal | |
| WO2021054368A1 (en) | Purification system, purification method, membrane separation device, and method for producing solvent | |
| Sun et al. | Poly (vinyl alcohol)-based highly permeable TFC nanofiltration membranes for selective dye/salt separation | |
| Gayeda et al. | Surface modification of composite polyamide reverse osmosis membrane by irradiated chitosan and TiO | |
| Zhang et al. | Based on high cross-linked structure design to fabricate PEI-based nanofiltration membranes for Mg2+/Li+ separation | |
| Francis et al. | Fabrication and characterization of functionally graded poly (vinylidine fluoride)-silver nanocomposite hollow fibers for sustainable water recovery | |
| Hegde et al. | New CPS-PPEES blend membranes for CaCl2 and NaCl rejection | |
| Wei et al. | Preparation and characterization of low-pressure nanofiltration membranes and the application in the separation process of dye molecules | |
| KR20180107605A (en) | Reverse-osmosis membrane having excellent salt rejection and method for manufacturing thereof | |
| KR101958262B1 (en) | Reverse osmosis membrane comprising carbon nanotube-contaning surpport and preparation method thereof | |
| EP3813990A1 (en) | Alkali-stable nanofiltration composite membrane and method of manufacture thereof | |
| CN114749035B (en) | Low-pressure large-flux hollow fiber nanofiltration membrane, and preparation method and application thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |