친수성 다공성 지지체를 이용한 정삼투용 박막 복합체 분리막의 제조방법
Method of Preparing Thin Film Composite Forward Osmosis Membranes Using Hydrophilic Porous Supports
특허 요약
본 발명은 친수성 다공성 지지체를 이용한 고성능 정삼투용 박막 복합체 분리막의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트의 간단한 광경화 중합을 통해 다공성 지지체를 수득한 뒤, 계면중합을 이용하여 선택층을 형성하는 단계를 포함하는 박막 복합체 분리막의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 제조방법에 의하여 제조되는 분리막은 높은 수투과도 및 선택도를 가지므로, 정삼투(foward osmosis), 압력지연삼투(pressure-retarded osmosis)를 비롯하여, 나노여과(nanofiltration, NF), 역삼투(revere osmosis, RO) 분리막 등에 적용 가능하다. 또한, 지지체의 높은 친수성으로 인해, 정삼투 및 압력지연삼투 공정시, 우수한 내오염성을 기대할 수 있다.
청구항
번호청구항
1

다음의 단계를 포함하는 친수성 다공성 지지체를 이용한 박막 복합체 분리막의 제조방법:(a) 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(Polyethyleneglycol Diacrylate, PEGDA), 광개시제 및 용제를 혼합하여 예비중합용액을 제조하는 단계;(b) 상기 예비중합용액에 광을 조사하여 중합시켜 PEGDA 다공성 지지체를 수득하는 단계; 및(c) 상기 PEGDA 다공성 지지체 위에 선택층을 형성하는 단계.

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제1항에 있어서, 상기 (c) 단계의 선택층은 (i) 계면중합;(ii) 유기단량체를 포함하는 유기용매에 다공성 지지체를 디핑(Dipping)하는 딥코팅(Dip coating); 또는(iii) 고분자 전해질 또는 유기단량체의 교차적층(층상조립기술, Layer-by-Layer, LbL)의 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 박막 복합체 분리막의 제조방법.

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제1항에 있어서 상기 (c) 단계의 선택층은 다음의 단계를 통하여 제조되는 것을 특징으로 하는 박막 복합체 분리막의 제조방법:(i) 극성용매에 제1 단량체가 용해되어 있는 극성용액과 비극성용매에 제2 단량체가 용해되어 있는 비극성용액을 이용하여 상기 두 용액 사이에 계면을 형성시키는 단계; 및(ii) 상기 형성된 계면에서 상기 제1 단량체와 제2 단량체 간의 중합반응을 유도하여 선택층을 형성시키는 단계.

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제1항에 있어서, 상기 광개시제는 1-하이드록시시클로헥실 페닐 케톤(1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, HCPK), 다이메톡시-2페닐아세토페논 (DMPA), 2-하이드록시-1-(4-(하이드로씨엑톡시페닐)-2-메틸-1-프로파논(Irgacure 2959), Genomer ITX, Genocure TPO, Genocure LTM 또는 2-하이드록시-2-메틸 프로피오페논 (Darocur)인 것을 특징으로 하는 박막 복합체 분리막의 제조방법.

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제1항에 있어서, 상기 용제는 에탄올(ethanol), 메탄올,(methanol), 아세톤(acetone), 프로판올(propanol), 부탄올(butanol), 펜탄올(pentanol), 헥산올(hexanol), 증류수(DI water), 테트라하이드로퓨란(THF), 디메틸설폭사이드(DMSO), 디메틸포름아마이드(DMF) 또는 N-메틸-2-피롤리디온(NMP)인 것을 특징으로 하는 박막 복합체 분리막의 제조방법.

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제1항에 있어서, 상기 예비중합용액은 가교제 또는 보강제를 추가로 포함하는 박막 복합체 분리막의 제조방법.

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제6항에 있어서, 상기 가교제는 트리스[2-(아크릴로일록시)에틸]이소시아누레이트, 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 펜타-/헥사 아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트라이아크릴레이트 또는 트리메틸올프로판 트라이아크릴레이트인 것을 특징으로 하는 박막 복합체 분리막의 제조방법.

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제6항에 있어서, 상기 보강제는 TiO2 입자, mesoporous SiO2 입자 또는 mesoporous TiO2 입자인 것을 특징으로 하는 박막 복합체 분리막의 제조방법.

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제1항에 있어서, 상기 광은 250~400nm의 파장을 가지는 자외선인 것을 특징으로 하는 박막 복합체 분리막의 제조방법.

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제1항에 있어서, 상기 다공성 지지체는 0.1 nm∼100 μm의 공극 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 박막 복합체 분리막의 제조방법.

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제3항에 있어서, 상기 제1 단량체는 아민 또는 하이드록실 말단기를 가지는 분자인 것을 특징으로 하는 박막 복합체 분리막의 제조방법.

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제11항에 있어서, 상기 아민 또는 하이드록실 말단기를 가지는 분자는 디에틸렌 트리아민(diethylene triamine: DETA), 트리에틸렌 테트라민(triethylene tetramine: TETA), 디에틸아미노 프로필 아민(diethyl propyl amine: DEPA), 메탄 디아민(methane diamine: MDA), N-아미노에틸 피퍼라진(N-aminoethyl piperazine: N-AEP), m-자일렌 디아민(m-xylene diamine: MXDA), 이소포론디아민(isophoroediamine: IPDA), m-페닐렌 이아민(m-phenylene diamine: MPD), 4,4’-디아미노디페닐메탄(4,4’-diaminodiphenyl methane: DDM), 4,4’-디아미노디페닐술폰(4,4’-diaminodiphenyl sulphone: DDS) 및 하이드록시알킬아민(hydroxyakylamine)으로 구성된 군에서 선택된 분자인 것을 특징으로 하는 박막 복합체 분리막의 제조방법.

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제3항에 있어서, 상기 제2 단량체는 아실 클로라이드 말단기를 가지는 분자인 것을 특징으로 하는 박막 복합체 분리막의 제조방법.

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제13항에 있어서, 상기 아실 클로라이드 말단기를 가지는 분자는 트리메소일 클로라이드(Trimesoyl chloride: TMC), 테레프탈로일 클로라이드(Terephthaloyl chloride), 시클로헥산-1,3,5-트리카보닐 클로라이드(Cyclohexane-1,3,5-Tricarbonyl chloride), 1-이소시아네이토-3,5-벤젠디카보닐 클로라이드(1-isocyanato-3,5-Benzenedicarbonyl chloride) 및 이소프탈로일 클로라이드(Isophthaloyl chloride)로 구성된 군에서 선택된 분자인 것을 특징으로 하는 박막 복합체 분리막의 제조방법.

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제3항에 있어서, 상기 극성용매는 물, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 이소프로판올, 에틸아세테이트, 아세톤, 클로로포름, 테트라하이드로퓨란(THF), 디메틸설폭사이드(DMSO), 디메틸포름아마이드(DMF) 및 N-메틸-2-피롤리디온(NMP)으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 박막 복합체 분리막의 제조방법.

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제3항에 있어서, 상기 비극성용매는 헥산, 펜탄, 사이클로헥산, 헵탄, 옥탄, 사염화탄소, 벤젠 및 톨루엔으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 박막 복합체 분리막의 제조방법.

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제1항 내지 제16항 중 어느 한 항의 방법으로 제조되고, 1 nm~10 μm 두께의 선택층이 PEDGA 다공성 지지체에 부착되어 있는 박막 복합체 분리막.

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제17항의 박막 복합체 분리막을 이용한 수처리 방법.

19

제17항의 박막 복합체 분리막을 이용한 유용물질의 농축방법.

20

제17항의 박막 복합체 분리막을 이용한 불순물의 제거방법.

21

제17항의 박막 복합체 분리막을 이용한 해수담수화 방법.

22

제17항의 박막 복합체 분리막을 이용한 염분차 발전 방법.