KR20150129737A - Process for using a cross-flow filter membrane to remove particles from a liquid stream - Google Patents
Process for using a cross-flow filter membrane to remove particles from a liquid stream Download PDFInfo
- Publication number
- KR20150129737A KR20150129737A KR1020157025118A KR20157025118A KR20150129737A KR 20150129737 A KR20150129737 A KR 20150129737A KR 1020157025118 A KR1020157025118 A KR 1020157025118A KR 20157025118 A KR20157025118 A KR 20157025118A KR 20150129737 A KR20150129737 A KR 20150129737A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- membrane
- liquid stream
- nonwoven
- micrometers
- nanoweb
- Prior art date
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 104
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 230000008569 process Effects 0.000 title description 20
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 46
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 claims description 31
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 claims description 17
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 17
- 239000004695 Polyether sulfone Substances 0.000 claims description 5
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims description 5
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 claims description 5
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 claims description 5
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 claims description 5
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 5
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims description 5
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims description 4
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims description 4
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 claims description 3
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 claims description 3
- 230000002950 deficient Effects 0.000 claims description 3
- -1 polypropylene Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 claims 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 claims 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 20
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 13
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 13
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 11
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 11
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 8
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 8
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 8
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 8
- 238000009295 crossflow filtration Methods 0.000 description 7
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 4
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 4
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000003490 calendering Methods 0.000 description 3
- 238000007596 consolidation process Methods 0.000 description 3
- 238000001523 electrospinning Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 3
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 239000002759 woven fabric Substances 0.000 description 3
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 2
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 2
- 229920012266 Poly(ether sulfone) PES Polymers 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 2
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 2
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- 101100439262 Caenorhabditis elegans cfp-1 gene Proteins 0.000 description 1
- 229920003043 Cellulose fiber Polymers 0.000 description 1
- 108010073178 Glucan 1,4-alpha-Glucosidase Proteins 0.000 description 1
- 102100022624 Glucoamylase Human genes 0.000 description 1
- 108090000604 Hydrolases Proteins 0.000 description 1
- 102000004157 Hydrolases Human genes 0.000 description 1
- 229920001410 Microfiber Polymers 0.000 description 1
- 241000499912 Trichoderma reesei Species 0.000 description 1
- 241001557886 Trichoderma sp. Species 0.000 description 1
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 1
- 150000001408 amides Chemical class 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 1
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 description 1
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 description 1
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 description 1
- HCDGVLDPFQMKDK-UHFFFAOYSA-N hexafluoropropylene Chemical compound FC(F)=C(F)C(F)(F)F HCDGVLDPFQMKDK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002198 insoluble material Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000009533 lab test Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 239000004750 melt-blown nonwoven Substances 0.000 description 1
- 238000009285 membrane fouling Methods 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 239000003658 microfiber Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 238000002731 protein assay Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 238000007655 standard test method Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
- B01D67/0002—Organic membrane manufacture
- B01D67/0004—Organic membrane manufacture by agglomeration of particles
- B01D67/00042—Organic membrane manufacture by agglomeration of particles by deposition of fibres, nanofibres or nanofibrils
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
- B01D67/0002—Organic membrane manufacture
- B01D67/0004—Organic membrane manufacture by agglomeration of particles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/02—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor characterised by their properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/06—Organic material
- B01D71/58—Other polymers having nitrogen in the main chain, with or without oxygen or carbon only
- B01D71/62—Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain
- B01D71/64—Polyimides; Polyamide-imides; Polyester-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/06—Organic material
- B01D71/66—Polymers having sulfur in the main chain, with or without nitrogen, oxygen or carbon only
- B01D71/68—Polysulfones; Polyethersulfones
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M2202/00—Special media to be introduced, removed or treated
- A61M2202/04—Liquids
- A61M2202/0413—Blood
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M2205/00—General characteristics of the apparatus
- A61M2205/75—General characteristics of the apparatus with filters
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2323/00—Details relating to membrane preparation
- B01D2323/39—Electrospinning
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
- B01D2325/02—Details relating to pores or porosity of the membranes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
- B01D2325/02—Details relating to pores or porosity of the membranes
- B01D2325/0283—Pore size
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
- B01D2325/04—Characteristic thickness
Abstract
교차-유동 메커니즘에 의해 입자를 액체 스트림으로부터 분리하기 위한 방법이 제공된다. 액체 스트림은 멤브레인을 접선방향으로 가로질러 지나가고, 멤브레인은 부직포 형태의 섬유질 구조물을 갖는 활성 층을 포함하고, 부직포는 i) 평균 유동 기공 크기가 0.03 내지 1.7 마이크로미터이고, ii) 최대 기공 크기가 3.1 마이크로미터이고, 평균 두께가 300 마이크로미터미만인 활성 층을 갖는다.A method is provided for separating particles from a liquid stream by a cross-flow mechanism. The liquid stream passes across the membrane in a tangential direction and the membrane comprises an active layer having a fibrous structure in the form of a nonwoven, the nonwoven comprising i) an average flow pore size of 0.03 to 1.7 micrometers, ii) a maximum pore size of 3.1 Micrometer and has an active layer with an average thickness of less than 300 micrometers.
Description
본 발명은 액체 스트림으로부터 입자를 제거하기 위한 교차-유동 필터 멤브레인을 이용하기 위한 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for utilizing a cross-flow filter membrane for removing particles from a liquid stream.
교차-유동 (또는 접선 유동) 여과는 여과될 액체(예를 들어, 현탁액, 분산물, 또는 용액)를 멤브레인의 일 면을 접선방향으로 가로질러 통과시키는 것을 수반한다. 인가된 압력은 전형적으로, 액체의 일부가 멤브레인을 통하여 여과액 또는 멤브레인의 하류 측으로 강제로 가도록 하는 데 사용된다. 종래의 "수직 유동" 또는 "폐쇄 단부(dead end)" 여과 공정에서와 같이, 멤브레인을 통과하기에 너무 큰 입자들은 공급물 또는 멤브레인의 상류 측 상에 보유된다. 그러나, 수직 유동 여과와 대조적으로, 이들 입자는 멤브레인 상의 입자의 "축적(build-up)"이 없도록 접선 유동을 따라서 스윕(sweep)된다. 교차-유동 여과를 위해 사용되는 멤브레인은 전형적으로 플라스틱이나 세라믹 또는 그렇지 않으면 유리나 금속으로 구성된 비섬유질 기공-포함 필름이다. 이러한 멤브레인은 전형적으로 20 μm 미만의 얇은 활성 영역을 갖는데, 활성 영역은 실제 여과가 일어나는 멤브레인의 그러한 영역을 말하는 것으로 이해된다. 멤브레인은 활성 영역이 전형적으로 입자 풍부 측 상에 위치되도록 사용된다. 전형적인 교차-유동 필터 멤브레인의 경우에, 활성 영역은 통상적으로 단지 멤브레인의 두께가 작은 부분이다. 멤브레인의 나머지 부분은 주로 지지체로서 역할을 하고 여과에 제한된 영향을 미친다.Cross-flow (or tangential flow) filtration entails passing a liquid (e.g., a suspension, dispersion, or solution) to be filtered across the membrane in a tangential direction. The applied pressure is typically used to force a portion of the liquid through the membrane to the filtrate or to the downstream side of the membrane. Particles too large to pass through the membrane, such as in conventional "vertical flow" or "dead end" filtration processes, are retained on the upstream side of the feed or membrane. However, in contrast to vertical flow filtration, these particles are swept along a tangential flow such that there is no "build-up" of particles on the membrane. Membranes used for cross-flow filtration are non-fibrous pore-containing films typically comprised of plastic or ceramic or otherwise glass or metal. Such membranes typically have a thin active area of less than 20 [mu] m, which is understood to refer to such an area of the membrane where actual filtration occurs. The membrane is used such that the active area is typically located on the particle-rich side. In the case of a typical cross-flow filter membrane, the active area is typically only a small portion of the membrane. The remainder of the membrane serves primarily as a support and has a limited effect on filtration.
전형적인 멤브레인은 그의 구조로 인하여 제한된 투과성(즉, 낮은 관통 유량)을 갖는다. 이러한 결함을 극복하기 위하여, 경제적인 여과 공정을 갖도록, 사용자는 수용가능한 전체 공정 유속(flux)을 얻도록 멤브레인의 전체 면적을 증가시킬 수 있거나, 멤브레인을 가로지른 액체의 압력 차(즉, 멤브레인 관통 압력 또는 TMP)를 증가시켜 더 많은 액체가 강제로 그를 통과하도록 한다. 전형적으로, 이들 두 작동 모두가 취해진다. TMP의 증가는 종종 조기 멤브레인 오염(fouling)을 야기함으로써 여과 더 짧은 사이클 및/또는 멤브레인 수명을 야기할 것이다(즉, 입자는 더 높은 액체 압력으로 인해 더 큰 정도로 구조물 내로 힘 또는 압력을 받는다).Typical membranes have limited permeability due to their structure (i. E. Low throughflow rate). To overcome these deficiencies, to have an economical filtration process, the user may increase the total area of the membrane to obtain an acceptable overall process flow, or the pressure differential of the liquid across the membrane (i.e., Pressure or TMP) to allow more liquid to pass through it. Typically, both of these operations are taken. The increase in TMP will often cause premature membrane fouling, resulting in shorter filtration cycles and / or membrane lifetime (i.e., the particles are subjected to forces or pressure into the structure to a greater extent due to the higher liquid pressure).
멤브레인의 표면을 가로지른 액체의 접선방향 유량(즉, 교차-유동 유량)이 제어되어, 여과 성능을 감소시킬 수 있는 멤브레인의 활성 층(예를 들어, 케이크(cake) 또는 겔 층)의 표면 상의 침적물의 제어를 시도한다.The tangential flow rate of the liquid across the surface of the membrane (i.e., the cross-flow rate) is controlled such that on the surface of the active layer of the membrane (e.g., a cake or gel layer) Try to control deposits.
여과 공정은, 오염된 멤브레인을 재생시켜 그의 전체 유효 수명을 연장시키는 데 사용되는 클리닝 사이클에 의해 중단된다. 클리닝 사이클은 모든 오염 종들을 제거할 수 없고 멤브레인 열화를 초래할 수 있다. 플라스틱 및 세라믹 멤브레인 둘 모두에 대해 경제적인 여과 공정을 갖기 위해서는 긴 멤브레인 수명이 요구된다.The filtration process is stopped by a cleaning cycle used to regenerate the contaminated membrane and extend its overall useful life. The cleaning cycle can not remove all the contaminants and can lead to membrane deterioration. Long membrane lifetime is required to have an economical filtration process for both plastic and ceramic membranes.
공지된 교차-유동 여과 방법 및 멤브레인의 단점의 극복이 요망된다.It is desirable to overcome the disadvantages of known cross-flow filtration methods and membranes.
본 발명은 액체 스트림으로부터 입자를 분리하기 위한 방법에 관한 것으로서, 방법은The present invention relates to a method for separating particles from a liquid stream,
(a) 입자를 포함하는 여과될 액체 스트림을 제공하고, 제1 표면 및 제1 표면에 반대편인 제2 표면을 갖는 입자를 분리하기 위한 멤브레인을 제공하는 단계;(a) Providing a liquid to be filtered comprising a particle and providing a membrane for separating particles having a first surface and a second surface opposite to the first surface;
(b) 멤브레인의 제1 표면을 접선방향으로 가로질러 액체 스트림을 지나가게 하는 단계;(b) Causing the first surface of the membrane to pass tangentially across the liquid stream;
(c) 액체 스트림의 입자 풍부 분획을 멤브레인의 제1 표면으로부터 회수하는 단계; 및(c) Recovering the particle rich fraction of the liquid stream from the first surface of the membrane; And
(d) 액체 스트림의 입자 부족 분획을 멤브레인의 제2 표면으로부터 회수하는 단계를 포함하고,(d) Withdrawing a particle-deficient fraction of the liquid stream from the second surface of the membrane,
멤브레인은 부직포 형태의 섬유질 구조물을 갖는, 또는 일부 실시 형태에서는 그로 이루어진, 활성 층을 포함하고, 부직포는 i) 평균 유동 기공 크기가 0.03 내지 1.7 마이크로미터이고, ii) 최대 기공 크기가 3.1 마이크로미터 이하이고, iii) 평균 두께가 300 마이크로미터 미만인 활성 층을 갖는다.The membrane comprises an active layer having, or in some embodiments, a fibrous structure in the form of a nonwoven fabric, the nonwoven comprising: i) an average flow pore size of 0.03 to 1.7 micrometers, ii) a maximum pore size of less than or equal to 3.1 micrometers And iii) an active layer having an average thickness of less than 300 micrometers.
본 발명 또한 교차-유동 여과 멤브레인, 또는 멤브레인을 갖는 여과 장치를 제공하고, 멤브레인은 부직포 형태의 섬유질 구조물을 갖거나 그로 이루어진 활성 층을 포함하고, 부직포는 I) 평균 유동 기공 크기가 0.03 내지 1.7 마이크로미터이고, ii) 최대 기공 크기가 3.1 마이크로미터 이하이고, iii) 평균 두께가 300 마이크로미터 미만인 활성 층을 갖는다.The present invention also provides a filtration apparatus having a cross-flow filtration membrane, or membrane, wherein the membrane comprises an active layer having or consisting of a fibrous structure in the form of a nonwoven fabric, the nonwoven fabric comprising: I) an average flow pore size of from 0.03 to 1.7 micrograms Meter, ii) a maximum pore size of less than 3.1 micrometers, and iii) an average thickness of less than 300 micrometers.
도 1은 비교예 1(C1)의 상측 표면의 주사 전자 현미경(SEM) 이미지를 저 배율(상측 사진) 및 고 배율(하측 사진)로 도시한다.
도 2는 비교예 1(C1)의 단면의 SEM 이미지를 저 배율(상측 사진) 및 고 배율(하측 사진)로 도시한다.
도 3은 비교예 7(C7)의 상측 표면의 SEM 이미지를 저 배율(상측 사진) 및 고 배율(하측 사진)로 도시한다.
도 4는 비교예 7(C7)의 단면의 SEM 이미지를 저 배율(상측 사진) 및 고 배율(하측 사진)로 도시한다.
도 5는 PES 샘플 1의 SEM 이미지, 상측 표면을 저 배율(상측 사진) 및 고 배율(하측 사진)로 도시한다.
도 6은 PES 샘플 1의 SEM 이미지, 단면을 저 배율(상측 사진) 및 고 배율(하측 사진)로 도시한다.
도 7은 PES 샘플 3의 SEM 이미지, 상측 표면을 저 배율(상측 사진) 및 고 배율(하측 사진)로 도시한다.
도 8은 PES 샘플 3의 SEM 이미지, 단면을 저 배율(상측 사진) 및 고 배율(하측 사진)로 도시한다.1 shows a scanning electron microscope (SEM) image of the upper surface of Comparative Example 1 (C1) at low magnification (upper image) and high magnification (lower image).
2 shows an SEM image of a cross section of Comparative Example 1 (C1) at a low magnification (upper image) and a high magnification (lower image).
3 shows an SEM image of the upper surface of Comparative Example 7 (C7) at low magnification (upper image) and high magnification (lower image).
4 shows an SEM image of the cross section of Comparative Example 7 (C7) at a low magnification (upper image) and a high magnification (lower image).
5 shows an SEM image of the PES sample 1, the upper surface of which is shown as a low magnification (upper image) and a high magnification (lower image).
FIG. 6 shows an SEM image of the PES sample 1, whose cross section is shown at a low magnification (upper image) and at a high magnification (lower image).
7 shows an SEM image of the PES sample 3, the upper surface of which is shown by a low magnification (upper image) and a high magnification (lower image).
Fig. 8 shows an SEM image of the PES sample 3, sectioned at a low magnification (upper image) and a high magnification (lower image).
본 발명자는 모든 언급된 참고문헌의 전체 내용을 본 발명에서 구체적으로 포함한다. 또한, 양, 농도 또는 다른 값 또는 파라미터가 범위, 바람직한 범위 또는 바람직한 상한 값 및 바람직한 하한 값의 목록으로 주어질 때, 이는 범위가 별도로 개시되는 지와는 상관없이 임의의 상한 범위 한계치 또는 바람직한 값 및 임의의 하한 범위 한계치 또는 바람직한 값의 임의의 쌍으로 형성된 모든 범위를 구체적으로 개시하는 것으로 이해되어야 한다. 수치 값의 범위가 본 명세서에서 언급될 경우, 달리 기술되지 않는다면, 범위는 그 종점 및 범위 내의 모든 정수와 분수를 포함하려는 것이다.The present inventors specifically include in the present invention the entire contents of all the mentioned references. Also, when an amount, concentration, or other value or parameter is given as a range, a preferred range, or a list of preferred upper and lower preferred values, this means that any upper range limit or desired value and any Lt; RTI ID = 0.0 > a < / RTI > lower limit threshold value or a desired value. Where a range of numerical values is mentioned herein, unless otherwise stated, the range is intended to include all integers and fractions within its endpoints and ranges.
본 명세서에 사용되는 바와 같은 용어 "멤브레인"은 액체 스트림으로부터 입자를 분리하는 역할을 하는 여과 장치의 요소를 말한다. 멤브레인은, 제한 없이, 필름, 부직포, 직조 패브릭(woven fabric), 네트(net) 또는 메시(mesh)일 수 있지만, 대체적으로 반대편인 표면들 및 표면들의 치수들에 비해 매우 더 작은 치수의 표면들 사이의 두께를 갖는 2차원 구조물을 가짐으로써 특성화된다.The term "membrane" as used herein refers to a component of a filtration device that serves to separate particles from a liquid stream. The membrane can be, without limitation, a film, a nonwoven fabric, a woven fabric, a net, or a mesh, but with surfaces that are generally opposite and surfaces of much smaller dimensions than those of the surfaces Lt; RTI ID = 0.0 > thickness. ≪ / RTI >
본 명세서에 사용되는 바와 같은 용어 "입자"는 유형, 크기, 형상, 또는 조성의 관점에서 제한되지 않는다.The term "particle" as used herein is not limited in terms of type, size, shape, or composition.
용어 "부직포"는 다수의 무작위로 분포된 섬유를 포함하는 웨브를 의미한다. 섬유는 일반적으로 서로 접합되거나 접합되지 않을 수 있다. 섬유는 스테이플 섬유 또는 연속 섬유일 수 있다. 섬유는 상이한 섬유의 조합으로서 또는 각각 상이한 재료로 구성된 유사한 섬유의 조합으로서 다수의 재료 또는 단일 재료를 포함할 수 있다. "나노웨브"는 나노섬유들을 포함하는 부직 웨브다. 본 명세서에 사용되는 바와 같은 용어 "나노웨브"는 용어 "나노섬유 웨브 "와 동의어다. 부직포 웨브를 형성하는 섬유는, 예를 들어 나노섬유를 포함하여, 다양한 섬유 직경 크기를 갖는다. 본 발명의 일 실시 형태에서, 부직포 웨브를 형성하는 섬유는 수평균 섬유 직경이 약 7000 nm 미만, 또는 심지어 5000 nm 미만, 또는 심지어 3000 nm 미만일 수 있다.The term "nonwoven fabric" refers to a web comprising a plurality of randomly distributed fibers. The fibers may generally be bonded to each other or not. The fibers may be staple fibers or continuous fibers. The fibers may comprise a plurality of materials or a single material as a combination of different fibers or a combination of similar fibers each made of a different material. "NanoWeb" is a nonwoven web containing nanofibers. The term "nanoweb" as used herein is synonymous with the term "nanofiber web ". The fibers forming the nonwoven web have various fiber diameter sizes, including, for example, nanofibers. In an embodiment of the invention, the fibers forming the nonwoven web may have a number average fiber diameter of less than about 7000 nm, or even less than 5000 nm, or even less than 3000 nm.
섬유에 적용되는 경우에 용어 "연속적"은 섬유가 부직포 구조물의 제조 동안, 파단 또는 절단되는 것과 대조적으로, 하나의 연속적인 스트림으로 레이 다운(lay down)되는 것을 의미한다.The term "continuous" when applied to a fiber means that the fiber is laid down in a single continuous stream, as opposed to being broken or cut during manufacture of the nonwoven structure.
본 명세서에 사용되는 바와 같은 용어 "나노섬유"는 수평균 직경 또는 단면이 약 1000 nm 미만, 심지어 약 800 nm 미만, 심지어 약 50 nm 내지 500 nm, 그리고 심지어 약 100 내지 400 nm 또는 심지어 150 내지 600 nm인 섬유를 말한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같은 용어 직경은 비원형 형상의 최대 단면을 포함한다.The term "nanofiber" as used herein refers to fibers having a number average diameter or cross section of less than about 1000 nm, even less than about 800 nm, even between about 50 nm and 500 nm, and even between about 100 and 400 nm, nm < / RTI > The term diameter as used herein includes the maximum cross-section of a non-circular shape.
본 발명에 적용되는 바와 같은 용어 "나노웨브"는 또한 나노섬유로 주로 구성된 부직 웨브를 말한다. 대부분은 웨브 내의 50% 초과의 섬유가 나노섬유인 것을 의미한다. 비원형 단면의 나노섬유의 경우, 본 명세서에 사용되는 바와 같은 "직경"이라는 용어는 최대 단면 치수를 지칭한다. 본 발명의 나노웨브는 또한 70%, 또는 90% 초과의 나노섬유를 가질 수 있거나, 또는 심지어 100%의 나노섬유를 함유할 수 있다.The term "nanoweb" as applied to the present invention also refers to a nonwoven web composed mainly of nanofibers. Mostly, it means that more than 50% of the fibers in the web are nanofibers. In the case of non-circular cross-section nanofibers, the term "diameter " as used herein refers to the maximum cross-sectional dimension. The nanowebs of the present invention may also have 70%, or greater than 90% of the nanofibers, or even 100% of the nanofibers.
본 발명의 방사된 그대로의 부직포 또는 나노웨브는 물리적 특성의 원하는 향상을 부여하기 위하여 본 기술 분야에서 공지된 공정(예를 들어, 캘린더링)에 의해 압밀될 수 있다. 용어 "압밀된"은 대체적으로, 부직포 또는 나노웨브가 압축되고 그의 전체 다공도가 감소되는 공정을 거치는 것을 의미한다. 본 발명의 일 실시 형태에서, 방사된 그대로의 부직포 또는 나노웨브는, 2개의 무패턴 롤들 사이의 닙(nip) 내로 공급되는데, 하나의 롤은 무패턴 연질 롤이고 하나의 롤은 무패턴 경질 롤이다. 하나의 또는 둘 모두의 롤의 온도, 롤의 조성 및 경도, 및 부직포에 인가되는 압력은 원하는 최종 사용 특성을 산출하도록 가변될 수 있다. 본 발명의 일 실시 형태에서, 하나의 롤은 스테인리스강과 같은 초경금속(hard metal)이고, 나머지는 연금속 또는 중합체가 코팅된 롤이나 로크웰 B 70 미만의 경도를 갖는 복합 롤이다. 2개의 롤들 사이의 닙 내에서의 웨브의 체류 시간은 웨브의 선속도에 의해, 바람직하게 약 1 m/min 내지 약 50 m/min으로 제어되고, 2개의 롤들 사이의 풋프린트(footprint)는 웨브가 양 롤과 동시에 접촉하여 이동하는 기계 방향(MD) 거리이다. 풋프린트는 2개의 롤들 사이의 닙에서 가해진 압력에 의해 제어되고 일반적으로 롤의 선형 횡방향(CD) 치수 당 힘으로 측정되며, 바람직하게는 약 1 mm 내지 약 30 mm이다.The as-spun nonwoven fabric or nanowebs of the present invention can be consolidated by processes (e.g., calendering) known in the art to impart desired improvements in physical properties. The term "consolidated" means generally that the nonwoven or nanoweb is subjected to a process in which it is compressed and its overall porosity is reduced. In one embodiment of the invention, the as-spun nonwoven or nanoweb is fed into a nip between two unpatterned rolls, one roll being a patternless soft roll and one roll being a patternless hard roll to be. The temperature of one or both rolls, the composition and hardness of the rolls, and the pressure applied to the nonwoven fabric can be varied to produce the desired end use properties. In one embodiment of the present invention, one roll is a hard metal such as stainless steel and the remainder is a roll coated with a polymer in the parentheses or polymer or a composite roll having a hardness of less than Rockwell B 70. The residence time of the web in the nip between the two rolls is controlled by the linear velocity of the web, preferably from about 1 m / min to about 50 m / min, and a footprint between the two rolls, Is the machine direction (MD) distance at which the two rolls move in contact with both rolls at the same time. The footprint is controlled by the applied pressure in the nip between the two rolls and is generally measured by force per linear cross-direction (CD) dimension of the roll, preferably from about 1 mm to about 30 mm.
또한, 부직포 웨브는, 선택적으로 섬유 중합체의 유리 전이 온도(Tg)와 최저 용융 시작 온도(Tom) 사이인 온도로 가열되는 동안, 신장될 수 있다. 신장은 웨브가 캘린더 롤 닙을 통과하기 전 그리고/또는 후 언제든, 그리고 MD 또는 CD, 또는 이들 둘 모두의 방향으로 발생될 수 있다.In addition, the nonwoven web can optionally be stretched while being heated to a temperature between the glass transition temperature (T g ) and the lowest melting start temperature (T om ) of the fiber polymer. The elongation can be generated either before and / or after the web passes through the calender roll nip and in the direction of the MD or CD, or both.
부직포, 예를 들어 나노웨브의 표면의 상태에서 "부분적으로 융합된"은, 비록 섬유의 윤곽을 알아볼 수 있게 융합된 섬유들이 보일 수 있더라도, 표면 상의 섬유의 적어도 일 부분이 그 부분에서의 개별 섬유 구조물이 부직포의 표면 상의 현미경 사진에서 보이지 않도록 융합되는 영역이 존재하는 것을 의미한다.A "partially fused" in the state of a nonwoven fabric, for example, a surface of a nano-web, means that at least a portion of the fibers on the surface are in the form of individual fibers Means that there is a region where the structure is fused so that it is not visible in the micrograph on the surface of the nonwoven fabric.
부직포 구조물에 적용될 때 "독립된" 또는 "지지되지 않은"은, 작동 중에, 구조물이, 비록 그의 에지에 의해 지지될 수 있더라도, 그의 표면의 일부 또는 전부에 걸쳐 배킹 매체(backing medium) 또는 스크림(scrim)을 필요로 하지 않는다는 것을 의미한다.&Quot; Independent "or" unsupported ", when applied to a nonwoven structure, means that, during operation, the structure, even though it may be supported by its edge, has a backing medium or scrim ). ≪ / RTI >
용어 "교차-유동 여과"의 이용은, 유체(즉, 공급물)를 멤브레인의 표면에 평행하게 또는 접선방향으로 지나가도록 하거나 순환하도록 함으로써 입자를 유체(예를 들어, 액체 혈액)로부터 분리하는 것을 의미한다. 유체의 일부는 멤브레인을 통과하고(즉, 여과액), 동시에 유체의 나머지는 멤브레인의 상류 측을 따라서 접선방향으로 계속 유동한다(즉, 농축물). 농축물은 전형적으로 입자가 더 농축되는 한편, 여과액은 전형적으로 공급 유체보다 입자가 덜 농축된다. 필요한 경우, 농축물의 전부 또는 일부는 멤브레인의 표면을 가로질러 다수 회 재순환되고 지나가게 될 수 있다. 그러한 기술은 본 기술 분야에 잘 알려져 있다. 그러나, 섬유질 멤브레인, 특히 본 명세서에 기술된 바람직한 멤브레인은 교차-유동 여과를 위하여 활용되지 않았었다. 본 명세서에 사용되는 바와 같은 용어 "액체 스트림"은 용어 "유체" 및 "유체 스트림"과 동의어다.The use of the term " cross-flow filtration "involves separating particles from a fluid (e.g., liquid blood) by causing the fluid (i.e., feed) to pass or tangentially run parallel or tangentially to the surface of the membrane it means. A portion of the fluid passes through the membrane (i.e., the filtrate) and at the same time the remainder of the fluid continues to flow tangentially along the upstream side of the membrane (i.e., the concentrate). The concentrate is typically more concentrated than the particles, while the filtrate is typically less concentrated than the feed fluid. If desired, all or a portion of the concentrate may be recycled and passed over a number of times across the surface of the membrane. Such techniques are well known in the art. However, fibrous membranes, particularly the preferred membranes described herein, have not been utilized for cross-flow filtration. The term "liquid stream" as used herein is synonymous with the terms "fluid" and "fluid stream ".
용어 "활성 층"은 유체의 여과가 일어나는 멤브레인의 영역을 말한다. 활성 층을 통과한 여과액의 경우, 활성 층을 통과한 후의 여과액 중 입자의 농도는 멤브레인을 나온 여과액의 농도와 본질적으로 동일하다. 여과 멤브레인이 단지 부직포, 예를 들어 나노웨브 층 또는 미세 섬유 층으로만 이루어진 시스템에서, 활성 층은 부직포의 두께와 동의어로 간주되어야 한다. 부직포(예를 들어, 나노웨브 층 또는 미세 섬유 층)가 더 많이 개방된 기재, 스크림, 또는 거친 섬유 층 상에 지지되는 시스템에서, 활성 층은 부직포의 두께와 동의어로 간주되어야 하는 데, 이는 고체 입자의 무시할만한 제거가 개방 기재, 스크림, 또는 거친 섬유 층에서 일어나기 때문이다.The term "active layer" refers to the area of the membrane where filtration of the fluid takes place. In the case of a filtrate that has passed through the active layer, the concentration of the particles in the filtrate after passing through the active layer is essentially the same as the concentration of the filtrate from the membrane. In systems where the filtration membrane consists solely of a nonwoven fabric, for example a nano-web layer or a fine fiber layer, the active layer should be regarded as synonymous with the thickness of the nonwoven fabric. In a system in which a nonwoven (e.g., a nano-web layer or a microfiber layer) is supported on a more open substrate, scrim, or rough fiber layer, the active layer should be considered synonymous with the thickness of the nonwoven, Since negligible removal of the particles occurs in the open substrate, the scrim, or the coarse fiber layer.
일 실시 형태에서, 본 발명은 액체 스트림으로부터 입자를 분리하기 위한 방법에 관한 것으로서, 방법은In one embodiment, the present invention is directed to a method for separating particles from a liquid stream,
(i) 입자를 포함하는 액체 스트림을 제공하고, 제1 표면 및 제1 표면에 반대편인 제2 표면을 갖는 멤브레인을 제공하는 단계;(i) providing a liquid stream comprising particles and providing a membrane having a first surface and a second surface opposite to the first surface;
(ii) 멤브레인의 제1 표면을 접선방향으로 가로질러 여과될 액체 스트림을 지나가게 하는 단계;(ii) passing the first surface of the membrane across the liquid stream to be filtered across in a tangential direction;
(iii) 액체 스트림의 입자 풍부 분획을 멤브레인의 제1 표면으로부터 회수하는 단계; 및(iii) recovering the particle-rich fraction of the liquid stream from the first surface of the membrane; And
(iv) 액체 스트림의 입자 부족 분획을 멤브레인의 제2 표면으로부터 회수하는 단계를 포함하고,(iv) recovering a particle-deficient fraction of the liquid stream from a second surface of the membrane,
멤브레인은 부직포 형태의 섬유질 구조물을 갖는, 그리고/또는 그로 이루어진 활성 층을 포함하고, 부직포는The membrane comprises an active layer having and / or made of a fibrous structure in the form of a nonwoven fabric,
i) 평균 유동 기공 크기가 0.03 내지 1.7 마이크로미터이고 최대 유동 기공 크기가 3.1 마이크로미터 미만이며;i) an average flow pore size of 0.03 to 1.7 micrometers and a maximum flow pore size of less than 3.1 micrometers;
ii) 부직포의 평균 두께는 300 마이크로미터 미만이다.ii) The average thickness of the nonwoven fabric is less than 300 micrometers.
추가 실시 형태에서, 부직포의 두께는 100 마이크로미터 미만, 50 마이크로미터 미만, 또는 심지어 40 마이크로미터 미만일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 부직포의 활성 층의 두께는 300 마이크로미터 미만, 또는 심지어 100 마이크로미터 미만, 50 마이크로미터 미만, 또는 40 마이크로미터 미만이다.In a further embodiment, the thickness of the nonwoven may be less than 100 micrometers, less than 50 micrometers, or even less than 40 micrometers. In some embodiments, the thickness of the active layer of the nonwoven is less than 300 micrometers, or even less than 100 micrometers, less than 50 micrometers, or less than 40 micrometers.
섬유질 구조물은 중합체를 포함할 수 있는 섬유를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 중합체는 폴리에테르 설폰(PES), 폴리설폰(PS), 폴리이미드(PI), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리프로필렌(PP), 폴리아미드(PA), 또는 셀룰로스 또는 이들의 조합 중 적어도 하나로부터 선택된다.The fibrous structure includes fibers that can comprise a polymer. In some embodiments, the polymer is selected from the group consisting of polyethersulfone (PES), polysulfone (PS), polyimide (PI), polyvinylidene fluoride (PVdF), polyacrylonitrile (PAN), polypropylene Amide (PA), or cellulose, or a combination thereof.
활성 층은 복수의 구별되는 섬유질 층들을 서로 엉키지 않은 면 대 면 관계(face to face relationship)로 포함할 수 있다.The active layer may include a plurality of distinct fibrous layers in an untangled face to face relationship.
추가 실시 형태에서, 부직포는 나노웨브이고, 나노웨브는 나노섬유를 포함한다. 나노섬유는 연속적일 수 있다. 나노웨브는 여과될 액체와 접촉하는 면의 반대편인 나노웨브의 면 상에 위치되는 지지 층에 부착될 수 있다. 지지 층은 멤브레인의 활성 층의 일부가 아니다.In a further embodiment, the nonwoven fabric is a nanoweb, and the nanoweb includes nanofibers. The nanofibers can be continuous. The nanoweb can be attached to a support layer located on the side of the nanoweb that is opposite the side in contact with the liquid to be filtered. The support layer is not part of the active layer of the membrane.
여과될 액체 스트림과 접촉하는 나노웨브의 표면은 적어도 부분적으로 융합될 수 있다.The surface of the nanoweb in contact with the liquid stream to be filtered may be at least partially fused.
본 발명의 섬유질 구조물은 방사된 그대로의 상태인 부직포일 수 있거나 또는 압밀되거나 신장될 수 있다. 부직포는 나노웨브일 수 있다. 이러한 방사된 그대로의 나노웨브는 전기방사(electrospinning) 또는 일렉트로블로잉(electroblowing)에 의해, 그리고 소정 환경에서는 멜트블로잉(meltblowing) 또는 기타 그러한 적합한 공정에 의해 유리하게 생성된 나노섬유를 주로 또는 나노섬유만을 포함한다. 전통적인 일렉트로스피닝은, 예를 들어, 나노섬유 및 부직 매트(nonwoven mat)를 생성하기 위해 고전압이 용액 중의 중합체에 인가되는, 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는 미국 특허 제4,127,706호에 예시된 기술이다. 그러나, 전기방사 공정에서의 총 처리량은 더 무거운 평량의 웨브를 형성함에 있어서 상업적으로 실행가능하기에는 너무 낮다.The fibrous structure of the present invention may be a nonwoven fabric in its as-released state, or may be consolidated or elongated. The nonwoven fabric may be a nano-web. Such radiated nano-webs can be prepared by electrospinning or electroblowing, and in some circumstances by selectively melting nanofibers that are advantageously produced by meltblowing or other such suitable process, . Conventional electrospinning is a technique exemplified in U.S. Patent No. 4,127,706, which is incorporated herein by reference in its entirety, in which a high voltage is applied to a polymer in a solution to produce a nanofiber and a nonwoven mat. However, the total throughput in the electrospinning process is too low to be commercially viable in forming webs of heavier weights.
본 발명의 부직포를 제조하는 데 유용한 "일렉트로블로잉" 공정의 일 예가, 전체가 참고로 포함되는 PCT 특허 출원 공개 WO 03/080905호에 개시되어 있다. 중합체 및 용매를 포함하는 중합체 용액의 스트림이 저장 탱크로부터, 고전압이 인가되고 중합체 용액이 통과하여 배출되게 하는 방사구 내의 일련의 방사 노즐로 공급된다. 한편, 선택적으로 가열된 압축 공기가 방사 노즐의 측면 또는 주변부에 배치된 공기 노즐로부터 방출된다. 공기는 블로잉 기체 스트림으로서 대체로 하방으로 지향되며, 이 블로잉 기체 스트림은 새로 방출된 중합체 용액을 둘러싸서 전진시키고, 진공 챔버 위의 접지된 다공성 수집 벨트 상에 수집되는 섬유질 웨브의 형성을 돕는다. 일렉트로블로잉 공정은 상대적으로 단기간에 제곱미터당 약 1 그램(약 1 g/m2) 초과, 심지어 약 40 g/m2 이상만큼 높은 평량에서의 나노웨브의 상업적 크기 및 양의 형성을 가능하게 한다.One example of an "electrobroking" process useful for making the nonwoven fabric of the present invention is disclosed in PCT Patent Application Publication No. WO 03/080905, which is incorporated by reference in its entirety. A stream of the polymer solution comprising the polymer and solvent is fed from the storage tank to a series of spinning nozzles in the spinnerette which allows a high voltage to be applied and the polymer solution to pass through. On the other hand, selectively heated compressed air is discharged from an air nozzle disposed on the side or periphery of the spinning nozzle. Air is directed generally downwardly as a blowing gas stream which surrounds and advances the newly released polymer solution and assists in the formation of fibrous webs collected on a grounded porous collection belt on a vacuum chamber. The electro-blowing process enables the formation of commercial size and quantity of nanowebs at a basis weight in excess of about 1 gram per square meter (about 1 g / m < 2 >) and even more than about 40 g / m 2 in a relatively short period of time.
본 발명에서 유용한 나노웨브와 같은 부직포는 또한 원심 방사의 공정에 의해 생성될 수 있다. 원심 방사는 적어도 하나의 중합체가 적어도 하나의 용매 중에 선택적으로 용해된 방사 용액 또는 용융물을, 오목한 내측 표면 및 전방 표면 배출 에지를 갖는 회전 원추형 노즐을 구비한 회전식 분무기에 공급하는 단계; 상기 방사 용액을 노즐의 배출 에지의 전방 표면을 향해 분배하도록 방사 용액을 회전식 분무기로부터 오목한 내측 표면을 따라 방출하는 단계; 및 전계의 존재 또는 부재 하에서 용매가 기화되어 중합체 섬유를 생성하는 동안 방사 용액으로부터 개별 섬유질 스트림을 형성하는 단계를 포함하는 섬유 형성 공정이다. 방사 용액을 회전식 분무기로부터 멀어지는 쪽으로 지향시키기 위해 형상화 유체가 노즐 둘레에서 유동할 수 있다. 섬유는 수집기 상으로 수집되어 섬유질 웨브를 형성할 수 있다. 원심 방사 공정의 예는 그 전체가 참고로 본 명세서에 포함되는 미국 특허 제8,277,711호 및 제8,303,874호에 밝혀져 있다.Nonwovens such as nanowebs useful in the present invention may also be produced by a process of centrifugal spinning. The centrifugal spinning comprises the steps of: supplying a spinning solution or melt, wherein at least one polymer is selectively dissolved in at least one solvent, to a rotary atomizer having a rotating conical nozzle having a concave inner surface and a front surface discharge edge; Releasing the spinning solution from the rotary atomizer along the concave inner surface to distribute the spinning solution towards the front surface of the discharge edge of the nozzle; And forming a separate fibrous stream from the spinning solution while the solvent is vaporized to produce polymeric fibers in the presence or absence of an electric field. A shaping fluid may flow around the nozzle to direct the spinning solution away from the rotary atomizer. The fibers may be collected on a collector to form a fibrous web. Examples of centrifugal spinning processes are disclosed in U.S. Patent Nos. 8,277,711 and 8,303,874, the entire disclosures of which are incorporated herein by reference.
기재 또는 스크림이 수집기 장치 상에 배열되어 나노섬유 웨브가 수집 및 조합될 수 있다. 기재/스크림의 예에는 다양한 부직포 천, 예를 들어 멜트블로운 또는 스펀본드 부직포 천, 니들-펀칭된(needle-punched) 또는 스펀레이싱된(spunlaced) 부직포 천, 직포 천, 편직포 천, 종이 등이 포함되며, 나노섬유 층이 기재/스크림 상에 부가될 수 있는 한 제한 없이 사용될 수 있다. 부직포 천은 스펀본드 섬유, 건식-레이드(dry-laid) 또는 습식-레이드(wet-laid) 섬유, 셀룰로오스 섬유, 멜트블로운 섬유, 유리 섬유, 또는 이들의 블렌드를 포함할 수 있다.A substrate or scrim may be arranged on the collector device to collect and combine the nanofiber webs. Examples of substrates / scrims include various nonwoven fabrics such as meltblown or spunbond nonwoven fabrics, needle-punched or spunlaced nonwoven fabrics, woven fabrics, knitted fabrics, paper, etc. And can be used without limitation as long as the nanofiber layer can be added on the substrate / scrim. The nonwoven fabric may include spunbond fibers, dry-laid or wet-laid fibers, cellulose fibers, meltblown fibers, glass fibers, or blends thereof.
본 발명의 일 실시 형태에서, 부직포는 나노웨브이고, 추가 실시 형태에서, 섬유의 적어도 50%는 섬유 직경이 1,000 nm 미만이다.In one embodiment of the invention, the nonwoven is a nanoweb, and in a further embodiment at least 50% of the fibers have a fiber diameter of less than 1,000 nm.
부직포는 또한 수평균 섬유 직경이 0.2 내지 10 마이크로미터인 섬유를 포함할 수 있다. 그러한 부직포의 일 예는 멜트 블로운 부직포 패브릭일 수 있다. 상업적인 멜트 블로잉 공정은, 예를 들어 미국 특허 제 3,849,241호(분틴(Buntin), 등)에 교시된 바와 같이, 압출된 섬유를 세장형으로 하고 분획화하도록 공기 압력원으로부터 발달된 가열된 고속 공기 스트림 및 중합체 유동을 사용한다. 이러한 공정은 또한 섬유 직경을 상당히 감소시킨다. 전형적인 멜트블로운 다이는 오리피스에 인접하게 위치된 2개의 반대편의 노즐들로부터의 공기 유동을, 이들이 중합체 오리피스 출구 아래의 고정된 거리에서 예각으로 만나도록, 지향시킨다. 공기 압력 및 속도 및 중합체 유량에 따라서, 생성된 섬유는 불연속적 또는 실질적으로 연속적일 수 있다.The nonwoven fabric may also comprise fibers having a number average fiber diameter of 0.2 to 10 micrometers. One example of such a nonwoven fabric may be a meltblown nonwoven fabric. A commercial meltblowing process may be carried out using a heated high velocity air stream (not shown) developed from an air pressure source to elongate and fractionate the extruded fibers, as taught, for example, in U.S. Patent No. 3,849,241 (Buntin, And polymer flow. This process also significantly reduces the fiber diameter. A typical meltblown die directs air flow from two opposing nozzles located adjacent the orifices so that they meet at an acute angle at a fixed distance below the polymer orifice outlet. Depending on the air pressure and speed and the polymer flow rate, the resulting fibers may be discontinuous or substantially continuous.
따라서, 부직포는, 섬유 직경이 개별적으로 0.2 내지 10 마이크로미터, 그리고 바람직하게는 0.2 내지 7 마이크로미터 범위인 섬유를 포함할 수 있다.Thus, the nonwoven fabric may comprise fibers having fiber diameters in the range of 0.2 to 10 micrometers, and preferably in the range of 0.2 to 7 micrometers.
부직포 또는 나노웨브는 독립된 구조물일 (즉, "지지되지 않을") 수 있거나, 또는 액체 스트림과 접촉하는 면의 반대편인 부직포 또는 나노웨브의 면 상에 위치되는 지지 층에 부착될 수 있다. 지지 층이 사용되는 그러한 실시 형태에서, 지지 층은 멤브레인의 활성 층의 일부가 아니다. 지지 층은 더 거친 기공 크기를 갖는다. 지지 층은 예를 들어 투과성 필름, 부직포, 직조 패브릭, 네트 또는 메시일 수 있다.The nonwoven or nanoweb can be a separate structure (i.e., "not supported") or attached to a support layer that is located on a side of a nonwoven or nanoweb opposite the side in contact with the liquid stream. In such embodiments where a support layer is used, the support layer is not part of the active layer of the membrane. The support layer has a coarser pore size. The support layer may be, for example, a transmissive film, a nonwoven fabric, a woven fabric, a net or a mesh.
따라서, 본 발명에 따른 섬유질 구조물 구성은 단일 또는 다중 부직포 층을 포함할 수 있다. 일 실시 형태에서, 최소의 기공 크기를 갖는 부직포 층은 바람직하게는 여과될 유체와 접촉하고 활성 층을 구성하는 구조물의 표면 상에 위치된다.Thus, the fibrous structure construction according to the present invention may comprise single or multiple nonwoven layers. In one embodiment, a nonwoven layer having a minimum pore size is preferably placed on the surface of the structure that contacts the fluid to be filtered and constitutes the active layer.
지지 층이 존재하든 존재하지 않든, 활성 층의 평균 기공 크기는 0.03 내지 5 마이크로미터, 또는 0.2 내지 2 마이크로미터, 또는 심지어 0.45 내지 1 마이크로미터일 수 있다. 최대 기공 크기는, 예를 들어 3.1 마이크로미터 이하일 수 있다. 일 실시 형태에서, 평균 유동 기공 크기는 0.3 내지 1.7 마이크로미터이고, 최대 기공 크기는 3.1 마이크로미터이다.The average pore size of the active layer, whether present or absent, may be 0.03 to 5 micrometers, or 0.2 to 2 micrometers, or even 0.45 to 1 micrometer. The maximum pore size may be, for example, 3.1 micrometers or less. In one embodiment, the average flow pore size is 0.3 to 1.7 micrometers and the maximum pore size is 3.1 micrometers.
일 실시 형태에서, 제1 지지 층은, 평균 직경이 적어도 10 마이크로미터, 전형적으로는 그리고 바람직하게는 약 12 (또는 14) 내지 30 마이크로미터인 섬유를 갖는 투과성의 거친 섬유질 재료를 포함한다.In one embodiment, the first support layer comprises a permeable, coarse fibrous material having fibers having an average diameter of at least 10 micrometers, typically and preferably between about 12 (or 14) and 30 micrometers.
투과성의 거친 섬유질 재료의 제1 층은, 일부 실시 형태에서, 평량이 약 300 g/m2 이하 그리고 15 g/m2 이상인 매체를 포함할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 평량은 약 70 내지 270 g/m2일 수 있다. 일 실시 형태에서, 투과성의 거친 섬유질 매체의 제1 층은 두께가 적어도 0.0005 인치(12 마이크로미터)이며, 전형적으로는 그리고 바람직하게는 약 0.001 내지 0.030 인치(25 내지 800 마이크로미터)이다.The first layer of permeable, coarse fibrous material may, in some embodiments, comprise a medium having a basis weight of about 300 g / m 2 or less and 15 g / m 2 or more. In another embodiment, the basis weight may be about 70 to 270 g / m < 2 >. In one embodiment, the first layer of permeable, coarse fibrous media has a thickness of at least 0.0005 inches (12 micrometers), typically and preferably from about 0.001 to 0.030 inches (25 to 800 micrometers).
일 실시 형태에서, 액체 스트림은 0.1 내지 2 m/s, 또는 심지어 0.1 내지 7 m/s, 그리고 특히 0.1 내지 1 m/s의 유량(즉, 교차-유동 유량)으로 멤브레인을 가로질러 접선방향으로 공급된다. 이러한 유량 범위에서, 특히 효율적인 필터 성능이 가능하다. 액체를 재순환시키는 에너지는 종래 방법과 비교하여 낮은 속도에 의해 감소된다.In one embodiment, the liquid stream is flowed in a tangential direction across the membrane at a flow rate of 0.1 to 2 m / s, or even 0.1 to 7 m / s, and especially 0.1 to 1 m / s (i.e. . In this flow range, particularly efficient filter performance is possible. The energy to recycle the liquid is reduced by a lower rate compared to the conventional method.
멤브레인 관통 압력(TMP)은 대체적으로 0.1 내지 2 바(bar)이고 심지어 4 바일 수 있다.The membrane throughput pressure (TMP) is typically between 0.1 and 2 bar and may even be 4 bar.
멤브레인을 통과한 투과액의 유량(관통 유량)은, 예를 들어 멤브레인을 가로질러 TMP를 조절함으로써, 여과 공정 변수에 의해 유리하게 조절될 수 있다. 관통 유량은 일정한 값으로 조절될 수 있지만, 사전결정된 시간 프로파일이 또한 유리할 수 있다. 유량은, 예를 들어, 음료수의 여과의 경우 100 내지 200 리터/m2/h일 수 있다.The flow rate (permeate flow) of the permeate through the membrane can be advantageously controlled by the filtration process parameters, for example, by adjusting the TMP across the membrane. The through flow rate can be adjusted to a constant value, but a predetermined time profile can also be advantageous. The flow rate can be, for example, 100 to 200 liters / m 2 / h for the filtration of drinking water.
본 발명의 멤브레인은 임의의 적합한 설계의 필터 장치, 예를 들어 나선 권취형 요소, 플레이트-프레임 시스템, 관형 장치, 또는 여과를 달성하기 위한 교차-유동 원리에 의거한 다른 구성 내로 통합될 수 있다. 따라서, 본 발명은 또한 본 명세서에 기술된 바와 같이 본 발명에 유용한 멤브레인을 포함하는 필터 장치에 관한 것이다.The membranes of the present invention may be incorporated into any suitable design of filter device, for example a spiral wound element, a plate-frame system, a tubular device, or other configurations based on a cross-flow principle to achieve filtration. Accordingly, the present invention also relates to a filter device comprising a membrane useful in the present invention as described herein.
추가 실시 형태에서, 섬유질 구조물은 중합체를 포함하는 섬유를 포함한다. 섬유질 구조물은 폴리에테르 설폰(PES), 폴리설폰(PS), 폴리이미드(PI), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리프로필렌(PP), 폴리아미드(PA), 또는 셀룰로스 또는 이들의 조합 중 적어도 하나로부터 형성된 섬유를 추가로 포함할 수 있다.In a further embodiment, the fibrous structure comprises fibers comprising a polymer. The fibrous structure may be selected from the group consisting of polyethersulfone (PES), polysulfone (PS), polyimide (PI), polyvinylidene fluoride (PVdF), polyacrylonitrile (PAN), polypropylene (PP) , ≪ / RTI > cellulose, or a combination thereof.
다른 추가 실시 형태에서, 섬유질 구조물은, 섬유질 구조물이 그의 에지에 의해 지지되는 것을 제외하고는 지지 층이 존재하지 않는 독립된 구조물이다.In another further embodiment, the fibrous structure is a separate structure wherein the fibrous structure is supported by its edges, but no support layer is present.
멤브레인의 활성 층은 또한 면 대 면 관계에 있고 서로 엉키지 않은 복수의 구별되는 층들을 포함할 수 있다.The active layer of the membrane may also include a plurality of distinct layers that are face to face and are not tangled with each other.
다른 실시 형태에서, 멤브레인의 제1 표면은 액체 스트림과 직접 접촉하는 부직포의 제1 표면이다. 그러한 실시 형태에서, 멤브레인은 선택적으로 하나 이상의 지지 층을 추가로 포함할 수 있는데, 지지 층은 액체 스트림과 접촉하는 제1 표면의 반대편인 부직포의 제2 표면 상에 부착된다. 일부 실시 형태에서, 멤브레인의 제1 표면을 제공하는 부직포는 나노웨브일 수 있다.In another embodiment, the first surface of the membrane is the first surface of the nonwoven fabric in direct contact with the liquid stream. In such an embodiment, the membrane may optionally further comprise at least one support layer, wherein the support layer is attached on the second surface of the nonwoven fabric opposite the first surface in contact with the liquid stream. In some embodiments, the nonwoven providing the first surface of the membrane may be a nanoweb.
본 방법의 일 실시 형태에서, 공급 액체와 접촉하는 나노웨브는 적어도 부분적으로 압밀된다. 그러한 압밀은, 본 명세서에서 설명된, 예를 들어 캘린더링 공정에 의해 수행될 수 있다.In one embodiment of the method, the nanoweb in contact with the feed liquid is at least partially consolidated. Such consolidation may be performed by, for example, a calendering process as described herein.
실시예Example
시험 방법Test Methods
평균 유동 기공 크기 및 최대 기공 크기(기포점)는, 모세관 유체 기공측정기(capillary flow porometer)(미국 뉴욕주 이타카 소재의 포러스 머티리얼즈, 인크.(Porous Materials, Inc.; PMI)의 모델 번호 CFP-34RTF8A-3-6- L4)를 사용하여 ASTM 규정 F 316의 자동 기포점 방법(automated bubble point method)을 사용함으로써 0.05 μm 내지 300 μm의 기공 크기 직경을 갖는 멤브레인의 기공 크기 특징을 근사적으로 측정하는 ASTM 규정 E 1294-89 "자동 액체 기공측정기를 사용하는 멤브레인 필터의 기공 크기 특징에 대한 표준 시험 방법"(Standard Test Method for Pore Size Characteristics of Membrane Filters Using Automated Liquid Porosimeter)에 따라 측정하였다. 개별 샘플(8, 20 또는 30 mm 직경)을 저 표면 장력 유체(16 다인(dyne)/cm의 표면 장력을 갖는 1,1,2,3,3,3-헥사플루오로프로펜 또는 "갈위크(Galwick)")로 습윤시켰다. 각각의 샘플을 홀더 내에 배치하였으며, 공기의 차압을 가하여 샘플로부터 유체를 제거하였다. 습윤 유동이 건조 유동(습윤 용매가 없는 유동)의 절반과 동일해지는 차동 압력은 제공된 소프트웨어를 사용하여 평균 유동 기공 크기를 계산하는 데 사용된다. 기포점 또는 최대 유동 기공은 최대 기공 크기와 관련된다.The average flow pore size and the maximum pore size (bubble point) were determined using a capillary flow porometer (model number CFP-1 from Porous Materials, Inc .; PMI, Ithaca, 34RTF8A-3-6- L4) was used to approximate the pore size characteristics of membranes with pore size diameters from 0.05 μm to 300 μm by using the automated bubble point method of ASTM Regulation F 316 Was determined according to ASTM Specification E 1294-89 "Standard Test Method for Pore Size Characteristics of Membrane Filters Using Automated Liquid Porosimeter " Individual samples (8, 20 or 30 mm diameter) were coated with a low surface tension fluid (1,1,2,3,3,3-hexafluoropropene or " (&Quot; Galwick "). Each sample was placed in a holder and a differential pressure of air was applied to remove fluid from the sample. The differential pressure at which the wet flow equals half the dry flow (flow without wet solvent) is used to calculate the average flow pore size using the software provided. The bubble point or maximum flow pore is related to the maximum pore size.
평량(Basis Weight, BW)은 본 명세서에 참고로 포함된 ASTM D-3776에 따라 측정하여 g/m2(gsm)으로 기록하였다. The Basis Weight (BW) was measured in g / m 2 (gsm) as measured according to ASTM D-3776, incorporated herein by reference.
본 명세서에 참고로 포함되는 ASTM D-645 (또는 ISO 534)에 의해 10 kpa의 인가된 하중과 200 mm2의 앤빌(anvil) 표면적 하에서 두께를 측정하였다. 두께는 밀 단위로 기록되어 마이크로미터로 변환되어 있다.The thickness was measured under an applied load of 10 kPa and anvil surface area of 200 mm 2 by ASTM D-645 (or ISO 534), which is incorporated herein by reference. The thickness is recorded in millimeters and converted to micrometers.
시험된 샘플The tested sample
마이크로미터 등급은 필터가 현탁액으로부터 제거할 수 있는 미생물의 공칭 크기를 나타낸다. 비교 샘플의 등급은 제조자에 의해 공급되었다.The micrometer grade represents the nominal size of the microorganism that the filter can remove from the suspension. The grade of the comparative sample was supplied by the manufacturer.
시험된 비교 샘플은The comparative sample tested
도 1 내지 도 4는 비교예 1(C1) 및 비교예 7(C7)의 주사 전자 현미경(SEM) 이미지를 도시한다. 이들은 이들 샘플의 전형적인 모폴로지(morphology)를 도시한다. 멤브레인 표면은 평활(평탄)하고, 필름과 유사하고, 두께 내로 관통하는 잘 한정된 기공을 도시한다. 단면 이미지는 멤브레인 및 지지 층을 도시한다. 멤브레인의 두께를 통하는 기공의 구조는, 예를 들어, 상호 연결된 기공들의 구조와 같은 "폼(foam)"이 보일 수 있는 상 반전 공정(phase inversion process)과 같은 본 기술 분야에서 공지된 다양한 공정들에 의해 생성되는 멤브레인의 전형이다. 멤브레인 관통 기공은 유체가 지나가도록 갭(gap)을 남겨 놓는 서로에 대한 제위치에서의 섬유의 레잉 다운에 의해 형성되지 않는다.Figs. 1 to 4 show scanning electron microscope (SEM) images of Comparative Examples 1 (C1) and 7 (C7). These represent the typical morphology of these samples. The membrane surface is smooth, similar to the film, and shows well-defined pores penetrating into the thickness. The cross-sectional image shows the membrane and the support layer. The structure of the pores through the thickness of the membrane can be controlled by various processes known in the art, such as, for example, a phase inversion process in which a "foam" ≪ / RTI > The membrane through pores are not formed by laying down of the fibers in position relative to each other that leaves a gap through which the fluid passes.
부직포 멤브레인(샘플 1 내지 샘플 5)을, 그 전체가 참고로 본 명세서에 포함되는 미국 특허 제7,618,579호에 기술된 바와 같이 일렉트로블로잉 공정에 의해 제조하였다. 이어서, 방사된 그대로의 부직포를, 2009년 10월 29일자로 공개된 미국 특허 출원 공개 제2009/0261035호에 기술된 바와 같이 압밀하였다.The nonwoven membranes (Samples 1 to 5) were prepared by an electroblowing process as described in U.S. Patent No. 7,618,579, the entirety of which is incorporated herein by reference. The as-spun nonwoven fabric was then consolidated, as described in U.S. Patent Application Publication No. 2009/0261035, published October 29, 2009.
샘플 1 내지 샘플 5의 기본적인 특성은 하기 표에 기술되어 있다.The basic characteristics of samples 1 to 5 are described in the following table.
[표 1][Table 1]
도 5 내지 도 8은 샘플 모두의 구조물을 대표하는 샘플 1 및 샘플 3의 SEM 이미지를 도시한다. 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같은 상측 표면 현미경 사진은 샘플의 섬유질 특질을 도시한다. 기공은 섬유의 서로에 대한 레잉 다운에 의해 형성된다. 이들 샘플에서, 도시된 나노웨브는 캘린더링하였고 표면의 부분적인 압밀이 일어났었다. 섬유들이 서로에 융합된 영역들이 보일 수 있다.5 to 8 show SEM images of Sample 1 and Sample 3, which represent structures of both samples. An upper surface micrograph, as shown in Figures 5 and 7, shows the fibrous nature of the sample. The pores are formed by laying down of the fibers relative to each other. In these samples, the illustrated nanoweb was calendered and partial consolidation of the surface occurred. The areas where the fibers are fused to each other can be seen.
도 6 및 도 8은 각각 샘플 1 및 샘플 3의 단면을 도시한다. 섬유의 레잉 다운은 멤브레인의 두께를 통과하는 기공의 복잡한 네트워크를 생성한다. 기공 크기 분포는 방사 및 압밀 공정을 통하여 제어된다. 이는 기공이 상당히 적은 비틀림으로 하나의 표면에서 다른 하나의 표면으로 연장되는 경향이 있는 비교예의 멤브레인과 대조적이다.6 and 8 show cross sections of Sample 1 and Sample 3, respectively. Leaning down of the fibers creates a complex network of pores that pass through the thickness of the membrane. The pore size distribution is controlled through a spinning and consolidation process. This is in contrast to comparative membranes where the pores tend to extend from one surface to the other with significantly less twisting.
현재 청구되는 방법의 구별되는 특징부는 교차-유동 여과 멤브레인이 섬유질 구조물이고 필름(예를 들어, 본 기술 분야에서 공지된 캐스팅된, 상 반전된, 소섬유로 된, 또는 임의의 다른 필름)이 아니라는 것이다. 기공은 섬유 레이다운(laydown)으로부터 형성되고 구멍, 심지어는 멤브레인을 형성할 수 있는 필름 내에 존재할 수 있는 임의의 소섬유로 된 구조물 내의 구멍에 의해 형성되지 않는다.The distinguishing feature of the presently claimed method is that the cross-flow filtration membrane is a fibrous structure and is not a film (e.g., cast, phase reversed, fibrillated, or any other film known in the art) will be. The pores are not formed by holes in the structure of any small fiber that may form in the film, which may be formed from fiber laydown and form pores, or even membranes.
실험Experiment
멤브레인 설치 및 제조Membrane installation and manufacturing
멤브레인의 견본(10 cm × 14 cm)을 적절하게 크기가 설정된 형판(template)을 이용하여 절단하였다. 멤브레인을, 공급물 채널을 위한 80 밀의 평행한 스페이서를 이용하여, (세파(Sepa) CF) 내로 설치하였다.A sample of the membrane (10 cm x 14 cm) was cut using a suitably sized template. The membrane was installed into a Sepa CF using 80 mm parallel spacers for the feed channel.
이어서, 멤브레인을, 사용 전에 멤브레인으로부터 잔류 글리세롤 및 다른 화학물질을 제거하는 공정에서 사용하기 전에 전처리하였다.The membrane was then pretreated prior to use in the process to remove residual glycerol and other chemicals from the membrane prior to use.
코흐 멤브레인에 대한 전처리는 하기 단계들로 이루어졌다:The pretreatment for the Koch membrane consisted of the following steps:
i. 3 리터/min의 교차-유동 유량 및 0.7 바의 (입구에서의) 압력으로 10 min 동안 시스템을 물로 수세하는 단계.i. Flushing the system with water for 10 min at a cross-flow rate of 3 liters / min and a pressure of 0.7 bar (at the inlet).
ii. 교반 플레이트 상에서 0.5L의 물 중에 클리닝 화학물질(20 mL의 울트라실(Ultrasil) 110 및 1 g의 에코랩스(Ecolabs)로부터의 KX7011)을 예비용해하는 단계.ii. Pre-dissolving the cleaning chemicals (20 mL of Ultrasil 110 and 1 g of KX7011 from Ecolabs) in 0.5 L of water on a stirring plate.
iii. 물을 시스템 내에서 0.5 h 동안 순환시킨 후, 공급물 탱크 내의 온도를 확인하는 단계. 온도가 50℃ ± 5℃에 도달했으면, 용해된 클리닝 화학물질을 첨가함. 온도가 50℃ ± 5℃에 도달하지 않았으면, 클리닝 화학물질의 첨가를 그 온도에 도달할 때까지 지연시켰고 그 온도에 도달하는 데 필요한 추가 시간을 기록하였다.iii. Circulating water for 0.5 h in the system, and then confirming the temperature in the feed tank. If the temperature has reached 50 ° C ± 5 ° C, add dissolved cleaning chemicals. If the temperature had not reached 50 ° C ± 5 ° C, the addition of cleaning chemicals was delayed until the temperature was reached and the additional time required to reach that temperature was recorded.
화학물질 첨가 후, 공급물을 추가 0.5 시간 동안 순환시켰다. 상기에 나열된 단계들을 20mL의 울트라실 110, 1 g의 KX7011 및 8 mL의 클로록스(Clorox)@ 표백제로 반복하였다. 0.5h 사이클이 수행된 후, 시스템을 투과액(여과액) 및 농축물(공급물 측) 라인들을 중성이 될 때까지 수세하였다.After addition of the chemicals, the feed was cycled for an additional 0.5 hour. The steps listed above were repeated with 20 mL of Ultrasil 110, 1 g of KX7011, and 8 mL of Clorox @ bleach. After a 0.5 h cycle was performed, the system was washed with water until the permeate (filtrate) and concentrate (feed side) lines became neutral.
모든 다른 멤브레인에 대한 전처리는 하기 단계들로 이루어졌다:Pretreatment for all other membranes consisted of the following steps:
i. 3 L/min의 교차-유동 및 0.7 바의 (입구에서의) 압력으로 10 min 동안 시스템을 물로 수세하는 단계.i. Washing the system with water for 10 minutes with a cross-flow of 3 L / min and a pressure of 0.7 bar (at the inlet).
ii. 시스템을 3 L의 물로 충전하고 수조를 50℃로 설정하는 단계.ii. Charging the system with 3 L of water and setting the water bath to 50 캜.
iii. 40℃에 도달하도록 15 분 동안 물을 순환시키는 단계: 교차-유동은 3 L/min이었고 (입구에서의) 압력은 0.7 바였음.iii. Circulating water for 15 minutes to reach 40 DEG C: the cross-flow was 3 L / min and the pressure (at the inlet) was 0.7 bar.
iv. 10mL의 울트라실 110을 측정하는 단계.iv. Measuring 10 mL of Ultrasil 110.
물을 시스템 내에서 15 분 동안 순환시킨 후, 공급물 탱크 내의 온도를 확인하였다. 온도가 40℃ ± 5℃에 도달했으면, 클리닝 화학물질을 첨가하였다. 온도가 40℃ ± 5℃에 도달하지 않았으면, 그 온도에 도달할 때까지 클리닝 화학물질을 첨가하지 않았고 온도가 되는 데 필요한 추가 시간을 기록하였다.After circulating the water in the system for 15 minutes, the temperature in the feed tank was checked. When the temperature reached 40 ° C ± 5 ° C, a cleaning chemical was added. If the temperature had not reached 40 ° C ± 5 ° C, the cleaning chemistry was not added until the temperature was reached and the additional time required to reach the temperature was recorded.
화학물질 첨가 후, 공급물이 15 분 동안 계속 순환하도록 하였다. 15 분 동안의 재순환 후에, 시스템을 투과액(여과액) 및 농축물(공급물 측) 라인들을 pH 중성이 될 때까지 수세하였다.After chemical addition, the feed was allowed to circulate continuously for 15 minutes. After 15 minutes of recirculation, the system was flushed with permeate (filtrate) and concentrate (feed side) lines until pH neutral.
여과 시험Filtration test
하기 식에 따라서 청정수 유속을 측정하였다.The flow rate of clean water was measured according to the following formula.
여기서,here,
스파셀(SepaCell)을 통하여 물을 재순환시켰고 3개의 상이한 TMP(0.9, 1.4, 1.9)에서 투과율을 측정하였다. 온도를 기록하였고, 이어서 각각의 TMP 설정점에 대한 CWF를 상기 식으로부터 계산하였다.Water was recycled through the SepaCell and permeability was measured at three different TMP (0.9, 1.4, 1.9). The temperature was recorded, and then the CWF for each TMP setpoint was calculated from the above equation.
여과 실험을 재순환 모드에서 수행하였고, 투과액 및 농축물 둘 모두를 공급물 탱크로 복귀시켰다. 1.5 리터의 발효 브로쓰(broth) 및 1.5 리터의 물을 재킷형 공급물 용기에 첨가하였다. 공급물 펌프(발도르-일렉트릭(Baldor-Electric) 56C, 1.5 HP 원심 펌프) 속도를 0.5 바의 입구 압력을 초과하지 않으면서 8 리터/min으로 설정하였다. 대부분의 실험을 6 내지 7 리터/min에서 수행하였고, 입구 압력은 가장 중요한 파라미터였다.Filtration experiments were performed in recirculation mode and both permeate and concentrate were returned to the feed tank. 1.5 liters of fermented broth and 1.5 liters of water were added to the jacketed feed vessel. The feed water pump (Baldor-Electric 56C, 1.5 HP centrifugal pump) was set at a rate of 8 liters / min without exceeding the inlet pressure of 0.5 bar. Most experiments were run at 6 to 7 liters / min and inlet pressure was the most important parameter.
공급물을 3 시간 동안 재순환시켜서, 특정 브로쓰에 대해 요구되는 온도 설정점을 유지시켰다. 농축물 및 투과액을 매 시간마다 샘플링하여 멤브레인을 통과한 효소 전달율의 레벨을 결정하였다. 투과액 유량, 농축물 재순환 속도, 온도 및 압력을 매 시간마다 기록하였다. 공정 유속은 재순환의 1, 2 및 3 시간에서 기록된 유속의 평균으로서 기록된다. 평균 효소 전달율은 재순환의 1, 2 및 3 시간에서의 평균 단백질 통과율로서 기록된다.The feed was recirculated for 3 hours to maintain the temperature setpoint required for the particular broth. The concentrate and permeate were sampled every hour to determine the level of enzyme delivery rate through the membrane. The permeate flow rate, concentrate recycle rate, temperature and pressure were recorded every hour. The process flow rates are recorded as the average of the flow rates recorded at 1, 2 and 3 hours of recirculation. The average enzyme transfer rate is reported as the average protein permeability at 1, 2 and 3 hours of recirculation.
5 분 후, 투과액 샘플을 파과(breakthrough) 시험을 위해 취하였다. 투과액을 마이크로원심분리기(microfuge)에서 5 분 동안 14,000 rpm으로 원심분리하였다. 원심분리된 투과액을 펠릿에 대해 시각적으로 검사하였다. 상청액 탁도를 OD550 nm에서 측정하였고 비방사 투과액과 원심분리된 투과액 사이의 탁도 차이로서 기록하였다. 0.05 미만의 임의의 결과는, 측정 방법에서의 고유 변수로 인해, 등가로 여겨진다.After 5 minutes, the permeate sample was taken for a breakthrough test. The permeate was centrifuged at 14,000 rpm for 5 minutes in a microfuge. The centrifuged permeate was visually inspected for the pellet. The supernatant turbidity was measured at OD550 nm and recorded as the turbidity difference between the non-radiating permeate and the centrifuged permeate. Any result below 0.05 is considered equivalent due to the inherent variable in the measurement method.
제1 세트의 실험(실험 1)에 대해, 분석을 위해 사용된 발효 브로쓰는 글루코아밀라제였다. 불용성 물질 없는 규정된 배지 내에 전세포(whole cell)들로 이루어진 균주는 트리코더마 레세이(Trichoderma reesei)였다. 공정을 25℃에서 수행하였다.For the first set of experiments (Experiment 1), the fermentation broth used for the analysis was glucoamylase. The strain of whole cells in the defined medium without insoluble material was Trichoderma reesei. The process was carried out at 25 ° C.
제2 세트의 실험(실험 2)은 다수의 가수분해 효소를 생성하는 트리코더마 균주를 사용하였고, 따라서 총 단백질 검정을 수행하여 단백질 통과율을 평가하였다.In the second set of experiments (Experiment 2), Trichoderma sp. Producing a large number of hydrolases was used, and therefore total protein assays were performed to evaluate protein permeability.
결과result
하기 표(표 2)는 본 발명의 멤브레인 및 비교 멤브레인에 대해 얻어진 실험 결과를 요약하고 있다.The following table (Table 2) summarizes the experimental results obtained for the membranes of the invention and comparison membranes.
[표 2][Table 2]
이들 결과는 실험실 시험에서 사용된 조건 하에서 본 발명의 멤브레인이 등가의 공정 유속에 대해 상당히 우수한 단백질 통과율을 갖는 것을 보여준다.These results show that the membranes of the present invention under the conditions used in laboratory tests have a significantly better protein throughput for equivalent process flow rates.
더욱이, 청정수 유속은 비교 멤브레인보다 대략 한 자릿수가 우수하다. 이러한 결과는 본 분야의 사용자가 멤브레인 관통 압력(TMP)을 낮추고 높은 투과액 유속을 여전히 유지하게 하기 때문에 중요하다. TMP를 낮추는 것은 본 기술 분야에서 알려져 있어서 결과적으로 멤브레인의 오염의 감소를 가져와서 멤브레인 클리닝 사이클과 전체 연장된 멤브레인 수명 사이에서 더 긴 작동을 야기한다.Moreover, the clean water flow rate is approximately one order better than the comparative membrane. This result is important because the user of the field lowers the membrane throughput pressure (TMP) and still maintains a high permeate flow rate. Lowering the TMP is known in the art and consequently leads to a reduction in contamination of the membrane resulting in longer operation between the membrane cleaning cycle and the entire extended membrane lifetime.
여과 효율 및 멤브레인 완전성은 멤브레인을 통한 누설을 분석함으로써 확인하였다(표 3). 본 발명의 탁도 차이값은 (나머지 것들을 나타내는) 비교 멤브레인(C4)과 동등하다. 본 시험의 조건 하에서, 본 발명의 완전성은 원심분리기에서 관찰되는 펠릿의 결핍에 의해 판정되는 바와 같이 비교 샘플의 완전성보다 우수하다.Filtration efficiency and membrane integrity were verified by analyzing leakage through the membrane (Table 3). The turbidity difference values of the present invention are equivalent to comparative membrane C4 (representing the rest). Under the conditions of this test, the completeness of the present invention is superior to the completeness of the comparative sample, as determined by the absence of pellets observed in the centrifuge.
[표 3][Table 3]
본 발명의 우수한 완전성은 지지 층(스크림) 없는 사용을 허용하고, 따라서 장치에서 분리 요소의 두께를 감소시킨다. 이는 추가 멤브레인이 주어진 장치 (한정된 부피) 내에 포함되게 하여, 결과적으로 증가된 총 여과 용량, 또는 주어진 용량에서 공정의 풋프린트의 감소를 가져온다.The excellent integrity of the present invention allows use without a support layer (scrim) and thus reduces the thickness of the separating element in the apparatus. This causes additional membranes to be included in a given device (defined volume), resulting in increased total filtration capacity, or a reduction in the footprint of the process at a given capacity.
본 발명은 또한 높은 관통-유량을 가질 수 있고 비용 효율적인 교차-유동 여과를 위한 멤브레인을 제공한다.The present invention also provides a membrane for cross-flow filtration which can have a high through-flow and is cost effective.
Claims (10)
(a) 입자를 포함하는 여과될 액체 스트림, 및 제1 표면 및 제1 표면에 반대편인 제2 표면을 갖는 입자를 분리하기 위한 멤브레인을 제공하는 단계;
(b) 멤브레인의 제1 표면을 접선방향으로 가로질러 액체 스트림을 지나가게 하는 단계;
(c) 액체 스트림의 입자 풍부 분획을 멤브레인의 제1 표면으로부터 회수하는 단계; 및
(d) 액체 스트림의 입자 부족 분획을 멤브레인의 제2 표면으로부터 회수하는 단계를 포함하고,
멤브레인은 부직포 형태의 섬유질 구조물을 갖는 활성 층을 포함하고, 부직포는 i) 평균 유동 기공 크기가 0.03 내지 1.7 마이크로미터이고, ii) 최대 기공 크기가 3.1 마이크로미터 이하이고, iii) 활성 층의 평균 두께가 300 마이크로미터 미만인, 방법.A method for separating particles from a liquid stream,
(a) providing a membrane for separating particles having a liquid stream to be filtered comprising particles and particles having a first surface and a second surface opposite to the first surface;
(b) passing the liquid stream across the first surface of the membrane in a tangential direction;
(c) recovering the particle-rich fraction of the liquid stream from the first surface of the membrane; And
(d) withdrawing a particle-deficient fraction of the liquid stream from the second surface of the membrane,
Wherein the membrane comprises an active layer having a fibrous structure in the form of a nonwoven, the nonwoven comprising: i) an average pore size of 0.03 to 1.7 micrometers, ii) a maximum pore size of less than 3.1 micrometers, and iii) Is less than 300 micrometers.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201361782988P | 2013-03-14 | 2013-03-14 | |
| US61/782,988 | 2013-03-14 | ||
| PCT/US2014/022057 WO2014159124A1 (en) | 2013-03-14 | 2014-03-07 | Process for using a cross-flow filter membrane to remove particles from a liquid stream |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20150129737A true KR20150129737A (en) | 2015-11-20 |
Family
ID=50382732
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020157025118A KR20150129737A (en) | 2013-03-14 | 2014-03-07 | Process for using a cross-flow filter membrane to remove particles from a liquid stream |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP2969151A1 (en) |
| JP (1) | JP2016516568A (en) |
| KR (1) | KR20150129737A (en) |
| CN (1) | CN105188892A (en) |
| WO (1) | WO2014159124A1 (en) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SG10201605780QA (en) | 2009-03-19 | 2016-09-29 | Emd Millipore Corp | Removal of microorganisms from fluid samples using nanofiber filtration media |
| EP2603611B1 (en) | 2010-08-10 | 2019-12-18 | EMD Millipore Corporation | Method for retrovirus removal |
| US11154821B2 (en) | 2011-04-01 | 2021-10-26 | Emd Millipore Corporation | Nanofiber containing composite membrane structures |
| CN107614771A (en) * | 2015-04-03 | 2018-01-19 | 株式会社未来科学 | Nanofibrous structures |
| KR20170113638A (en) * | 2015-04-17 | 2017-10-12 | 이엠디 밀리포어 코포레이션 | A method for purifying a biological material of interest in a sample using nanofiber ultrafiltration membranes operating in tangential flow filtration mode |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3353682A (en) * | 1966-02-28 | 1967-11-21 | Pall Corp | Fluid-permeable fibrous multilayer materials and process of making the same |
| US3849241A (en) | 1968-12-23 | 1974-11-19 | Exxon Research Engineering Co | Non-woven mats by melt blowing |
| GB1522605A (en) | 1974-09-26 | 1978-08-23 | Ici Ltd | Preparation of fibrous sheet product |
| US5582907A (en) * | 1994-07-28 | 1996-12-10 | Pall Corporation | Melt-blown fibrous web |
| KR100549140B1 (en) | 2002-03-26 | 2006-02-03 | 이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니 | A electro-blown spinning process of preparing for the nanofiber web |
| US8303874B2 (en) | 2006-03-28 | 2012-11-06 | E I Du Pont De Nemours And Company | Solution spun fiber process |
| US20080070463A1 (en) * | 2006-09-20 | 2008-03-20 | Pankaj Arora | Nanowebs |
| US8277711B2 (en) | 2007-03-29 | 2012-10-02 | E I Du Pont De Nemours And Company | Production of nanofibers by melt spinning |
| KR101308519B1 (en) * | 2010-06-30 | 2013-09-17 | 주식회사 아모그린텍 | Filter Media for Liquid Filter Using Nano-Fiber Web by Electrospinning, Method of Manufacturing the Same and Liquid Filter using the Same |
-
2014
- 2014-03-07 WO PCT/US2014/022057 patent/WO2014159124A1/en active Application Filing
- 2014-03-07 CN CN201480015319.XA patent/CN105188892A/en active Pending
- 2014-03-07 JP JP2016500900A patent/JP2016516568A/en active Pending
- 2014-03-07 KR KR1020157025118A patent/KR20150129737A/en not_active Application Discontinuation
- 2014-03-07 EP EP14712995.1A patent/EP2969151A1/en not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105188892A (en) | 2015-12-23 |
| EP2969151A1 (en) | 2016-01-20 |
| JP2016516568A (en) | 2016-06-09 |
| WO2014159124A1 (en) | 2014-10-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103459006B (en) | Composite structure containing nanofiber | |
| JP5483878B2 (en) | Filter media for liquid filtration | |
| JP6050752B2 (en) | Cartridge filter including combination of depth filter and submicron filter and RO pretreatment method | |
| KR101833336B1 (en) | Nanofiber containing composite structures | |
| JP5593344B2 (en) | Engine fuel filtration method | |
| TWI580833B (en) | High loft spunbonded web | |
| EP2654920B1 (en) | High porosity filter media | |
| KR20150129737A (en) | Process for using a cross-flow filter membrane to remove particles from a liquid stream | |
| KR20110102366A (en) | Non-woven polymeric webs | |
| BRPI0517573B1 (en) | composite fabric and process for forming a composite fabric | |
| US8372292B2 (en) | Melt blown polymeric filtration medium for high efficiency fluid filtration | |
| CN108472566B (en) | Cartridge filter using nanofiber composite fiber yarn and method for manufacturing the same | |
| CA2832872C (en) | Liquid filtration media | |
| US20150251138A1 (en) | Process for Using a Cross-Flow Filter Membrane to Remove Particles from a Liquid Stream | |
| CN114602245A (en) | Laminated sheet for water filtration, cylindrical filter element, and filter kit | |
| JP2023120047A (en) | Filter medium for liquid filter | |
| WO2016159794A2 (en) | Multilayer, non-woven filter for emulsion separation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |