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KR101146137B1 - Oxygen permeable tube and Manufacturing method thereof - Google Patents

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KR101146137B1
KR101146137B1 KR1020100054049A KR20100054049A KR101146137B1 KR 101146137 B1 KR101146137 B1 KR 101146137B1 KR 1020100054049 A KR1020100054049 A KR 1020100054049A KR 20100054049 A KR20100054049 A KR 20100054049A KR 101146137 B1 KR101146137 B1 KR 101146137B1
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Abstract

본 발명은 서로 다른 기공율을 갖는 2개 이상의 다공질층으로 이루어진 다공질 지지체; 및 상기 다공질 지지체의 내벽에 코팅되고, 상기 다공질 지지체의 내부를 통과하는 공기 중의 산소를 분리하는 산소분리막을 포함하는 산소분리용 튜브를 제공함으로써, 산소분리막의 손상을 방지하고 산소투과성 및 산소분리막 형성 용이성을 동시에 확보할 수 있다.
본 발명은 또다른 일측면으로서, 서로 다른 기공율을 갖는 2개 이상의 다공질층으로 이루어진 다공질 지지체를 제조하는 단계; 상기 다공질 지지체 내부에 산소분리막 코팅액을 충진하는 단계; 상기 산소분리막 코팅액을 상기 다공질 지지체 내부에서 일정시간 동안 체류시켜 상기 다공질 지지체의 내벽에 산소분리막을 형성하는 단계; 상기 다공질 지지체에서 잔여의 산소분리막 코팅액을 배출하는 단계; 상기 산소분리막이 형성된 다공질 지지체를 건조하는 단계; 및 상기 건조된 산소분리막이 형성된 다공질 지지체를 소성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소분리용 튜브 제조방법을 제공함으로써, 균일하고 치밀한 산소분리막을 형성하여 산소분리용 튜브의 산소분리성능을 향상시킬 수 있다.
The present invention is a porous support consisting of two or more porous layers having different porosity; And an oxygen separation tube coated on the inner wall of the porous support and separating the oxygen in the air passing through the inside of the porous support, thereby preventing damage to the oxygen separation membrane and forming oxygen permeability and oxygen separation membrane. Ease of use can be secured at the same time.
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a porous support including two or more porous layers having different porosities; Filling an oxygen separation membrane coating solution into the porous support; Forming an oxygen separation membrane on the inner wall of the porous support by remaining the oxygen separation membrane coating solution in the porous support for a predetermined time; Discharging the remaining oxygen separation membrane coating solution from the porous support; Drying the porous support on which the oxygen separation membrane is formed; And calcining the porous support on which the dried oxygen separation membrane is formed, thereby forming a uniform and dense oxygen separation membrane to improve oxygen separation performance of the oxygen separation tube. Can be.

Description

산소분리용 튜브 및 그 제조방법{Oxygen permeable tube and Manufacturing method thereof}Oxygen permeable tube and manufacturing method

본 발명은 다공질 지지체의 내벽에 산소분리막이 코팅된 산소 분리용 튜브 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 서로 다른 기공율을 갖는 다수의 다공질층으로 이루어진 다공질 지지체의 내벽에 산소분리막이 형성된 산소분리용 튜브 및 그 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an oxygen separation tube coated with an oxygen separation membrane on the inner wall of the porous support and a method of manufacturing the same. More specifically, the oxygen separation membrane is formed on the inner wall of the porous support made of a plurality of porous layers having different porosities. An oxygen separation tube and a method of manufacturing the same.

최근 환경과 에너지에 대한 관심이 높아짐에 따라 산소분리막에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 산소분리막은 공기 중에서 순수한 산소만을 추출해내는 것으로, 암모니아 합성이나 그 밖의 합성 화학 공업, 야금, 금속의 용접, 절단 등의 분야에서 널리 사용되고 있다.
Recently, as interest in the environment and energy has increased, research on oxygen separation membranes has been actively conducted. The oxygen separation membrane extracts only pure oxygen from the air, and is widely used in ammonia synthesis, other synthetic chemical industries, metallurgy, metal welding and cutting.

산소분리막은 막에 대한 산소의 선택적인 투과원리에 의해 공기로부터 산소가 분리되도록 하는 것이다. 즉, 공기중의 여러 성분 중 산소가 선택적으로 산소분리막에 결합하여 산소이온과 전자로 분리된다. 분리된 산소이온과 전자는 각각 산소분리막을 투과하여 이동되고, 상기 이동된 산소이온과 전자는 다시 결합하여 산소분자가 상기 산소분리막의 외부로 빠져나오게 되어 순수한 산소가 분리되는 것이다.
Oxygen separation membranes are those in which oxygen is separated from air by the selective transmission principle of oxygen to the membrane. That is, oxygen among the various components in the air is selectively bonded to the oxygen separation membrane and separated into oxygen ions and electrons. The separated oxygen ions and electrons are moved through the oxygen separation membrane, respectively, and the transferred oxygen ions and the electrons are combined again to release oxygen molecules to the outside of the oxygen separation membrane to separate pure oxygen.

그러나, 산소분리막은 그 자체로는 기계적 강도가 약해서 단독으로 사용되기 어렵다. 따라서, 종래에는 가스 투과성 높은 지지체 상에 전자전도성의 성질을 지닌 세라믹 또는 금속산화물을 산소분리막으로서 코팅하는 방식으로 형성하는 것이 일반적이었다. 그러나, 이러한 종래의 산소분리막의 경우, 산소분리막이 지지체의 외벽에 형성되는 등 외부로 노출되는 형태로 제작되었기 때문에, 연소나 화학 반응 과정에서 그을음 등에 의해 산소분리막이 손상되기 쉽다는 문제점이 있었다.
However, the oxygen separation membrane itself is difficult to be used alone because of its weak mechanical strength. Therefore, it was conventionally formed by coating a ceramic or metal oxide having an electron conductive property as an oxygen separation membrane on a gas permeable support. However, in the conventional oxygen separation membrane, since the oxygen separation membrane is manufactured to be exposed to the outside such as formed on the outer wall of the support, there is a problem that the oxygen separation membrane is easily damaged by soot during combustion or chemical reaction.

한편, 산소분리막을 지지체 상에 코팅하는 종래의 방법으로는 스프레이 방식이 주로 사용되었다. 그러나 스프레이 코팅방식으로 산소분리막을 형성할 경우, 산소분리막의 두께 또는 평탄도를 제어하기 어렵다는 문제점이 있었다.
On the other hand, the spray method is mainly used as a conventional method for coating the oxygen separation membrane on the support. However, when forming the oxygen separation membrane by the spray coating method, there was a problem that it is difficult to control the thickness or flatness of the oxygen separation membrane.

또한, 산소분리막의 산소 투과율은 분리막의 두께에 반비례하여 증가하는 것으로 알려져 있는데, 스프레이 코팅방식을 사용하는 경우 산소분리막이 두껍게 되어 산소투과율이 감소하고, 그 결과 화학공정의 효율이 떨어지게 된다는 문제점이 있다.
In addition, the oxygen transmission rate of the oxygen separation membrane is known to increase in inverse proportion to the thickness of the separation membrane, but when using the spray coating method, there is a problem that the oxygen separation membrane is thickened to decrease the oxygen transmission rate, and as a result, the efficiency of the chemical process decreases. .

본 발명은 산소분리막이 치밀하고 용이하게 형성될 수 있도록 서로 다른 기공율을 갖는 2개 이상의 다공질층으로 이루어진 다공질 지지체를 제조하고, 연소 및 화학 반응 공정에서의 산소분리막의 손상을 방지할 수 있도록 중공 형상의 다공질 지지체의 내벽에 산소분리막이 코팅된 산소분리용 튜브 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
The present invention is to prepare a porous support composed of two or more porous layers having different porosity so that the oxygen separation membrane can be formed dense and easily, and hollow shape to prevent damage to the oxygen separation membrane in the combustion and chemical reaction process An oxygen separation tube coated with an oxygen separation membrane on an inner wall of the porous support may be provided, and a method of manufacturing the same.

본 발명은 서로 다른 기공율을 갖는 2개 이상의 다공질층으로 이루어진 다공질 지지체; 및 상기 다공질 지지체의 내벽에 코팅되고, 상기 다공질 지지체의 내부를 통과하는 공기 중의 산소를 분리하는 산소분리막을 포함하는 것을 특징으로 하는 산소분리용 튜브를 제공한다.
The present invention is a porous support consisting of two or more porous layers having different porosity; And it is coated on the inner wall of the porous support, and provides an oxygen separation tube comprising an oxygen separation membrane for separating the oxygen in the air passing through the interior of the porous support.

본 발명은 또다른 일측면으로서, 서로 다른 기공율을 갖는 2개 이상의 다공질층으로 이루어진 다공질 지지체를 제조하는 단계; 상기 다공질 지지체 내부에 산소분리막 코팅액을 충진하는 단계; 상기 산소분리막 코팅액을 상기 다공질 지지체 내부에서 일정시간 동안 체류시켜 상기 다공질 지지체의 내벽에 산소분리막을 형성하는 단계; 상기 다공질 지지체에서 잔여의 산소분리막 코팅액을 배출하는 단계; 상기 산소분리막이 형성된 다공질 지지체를 건조하는 단계; 및 상기 건조된 산소분리막이 형성된 다공질 지지체를 소성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소분리용 튜브 제조방법을 제공한다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a porous support including two or more porous layers having different porosities; Filling an oxygen separation membrane coating solution into the porous support; Forming an oxygen separation membrane on the inner wall of the porous support by remaining the oxygen separation membrane coating solution in the porous support for a predetermined time; Discharging the remaining oxygen separation membrane coating solution from the porous support; Drying the porous support on which the oxygen separation membrane is formed; And it provides a method for producing an oxygen separation tube comprising the step of firing the porous support on which the dried oxygen separation membrane is formed.

본 발명에 따르면, 연소 및 화학 반응 공정에서 산소분리용 튜브의 산소분리막이 손상되는 것을 방지할 수 있고, 산소분리막을 용이하고 치밀하며 균일하게 형성시킬 수 있어 산소분리용 튜브의 산소분리성능을 향상시킬 수 있다.
According to the present invention, the oxygen separation membrane of the oxygen separation tube can be prevented from being damaged in the combustion and chemical reaction processes, and the oxygen separation membrane can be easily, precisely and uniformly formed, thereby improving the oxygen separation performance of the oxygen separation tube. You can.

도 1은 산소분리용 튜브의 내부를 전자현미경(SEM)으로 관찰한 사진이다.
도 2는 다공성 알루미나 지지체 제작과정의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 3은 산소분리막 형성과정의 일례를 나타내는 개략도이다.
Figure 1 is a photograph of the inside of the oxygen separation tube observed with an electron microscope (SEM).
Figure 2 is a schematic diagram showing an example of a porous alumina support fabrication process.
3 is a schematic view showing an example of an oxygen separation membrane formation process.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
However, embodiments of the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. In addition, the embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.

이하, 먼저 본 발명의 산소분리용 튜브를 상세히 설명한다.Hereinafter, first, the oxygen separation tube of the present invention will be described in detail.

본 발명의 산소분리용 튜브는 상기 서로 다른 기공율을 갖는 다공질층으로 이루어진 다공질 지지체와 상기 다공질 지지체의 내벽에 형성되는 산소분리막을 포함한다.
The oxygen separation tube of the present invention includes a porous support made of a porous layer having different porosities and an oxygen separation membrane formed on an inner wall of the porous support.

상기 다공질 지지체는 산소분리막을 지지하기 위한 것으로, 중공 형상을 가질 수 있다.
The porous support is to support the oxygen separation membrane, it may have a hollow shape.

상기 다공질 지지체의 중공의 내부는 공기가 지나가는 통로로서, 중공 내부로 유입된 공기는 상기 다공질 지지체의 내벽에 형성된 산소분리막과 접촉되고, 접촉된 공기 중 산소가 산소분리막에 의해 분리된 후, 지지체의 기공을 통해 외부로 빠져나가게 된다.The inside of the hollow of the porous support is a passage through which air passes, and the air introduced into the hollow is in contact with the oxygen separation membrane formed on the inner wall of the porous support, and oxygen in the contacted air is separated by the oxygen separation membrane, The pores will escape to the outside.

구체적으로, 상기 산소분리막과 접촉된 공기중의 산소는 하기 화학식 1과 같은 반응을 통해 산소분자는 환원되어 산소이온으로 된다.Specifically, oxygen in the air in contact with the oxygen separation membrane is reduced to an oxygen ion through the reaction as shown in the formula (1) to become oxygen ions.

[화학식 1][Formula 1]

½O2 (g) + 2e- → O2 - ½O 2 (g) + 2e - → O 2 -

상기 산소이온은 산소분리막을 투과하여 하기 화학식 2와 같이 산화되어 산소분자로 생성된다.The oxygen ions are oxidized as shown in the following Chemical Formula 2 through the oxygen separation membrane to generate oxygen molecules.

[화학식 2][Formula 2]

O2 - → ½O2 (g) + 2e- O 2 - → ½O 2 (g ) + 2e -

상기 생성된 산소분자는 다공질 지지체의 기공을 통해 지지체를 통과하여 외부로 빠져나간다.
The generated oxygen molecules pass through the support and exit to the outside through the pores of the porous support.

한편, 상기 다공질 지지체가 기공율이 높은 하나의 다공질층으로 이루어질 경우 산소투과성을 얻을 수 있는 효과가 있으나, 기공에 의해 지지체의 표면이 거칠어 산소분리막의 형성 자체가 어려울 수 있다.
On the other hand, when the porous support is made of one porous layer having a high porosity, there is an effect of obtaining oxygen permeability, but the surface of the support by the pores may be difficult to form the oxygen separation membrane itself.

따라서, 본 발명의 다공질 지지체는 서로 다른 기공율을 갖는 2개 이상의 다공질층으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이때, 다공질 지지체의 최내곽에 있는 다공질층의 기공율이 다른 다공질층의 기공율보다 낮은 것이 바람직하다.
Therefore, the porous support of the present invention is characterized by consisting of two or more porous layers having different porosities. At this time, it is preferable that the porosity of the porous layer at the innermost part of the porous support is lower than that of the other porous layers.

즉, 상기 다공질 지지체의 최내곽에 위치한 다공질층을 제외한 다공질층은 상대적으로 높은 기공율을 갖도록 하는 것이 산소투과성 확보를 위해 효과적이지만, 다공질 지지체의 최내곽에 위치한 다공질층은 지지체의 내벽이 되어 그 위에 산소분리막이 코팅되기 때문에 상대적으로 기공율이 낮은 것이 표면의 거칠음(roughness)을 방지하여 막 형성에 유리할 수 있다.
In other words, it is effective to secure the oxygen permeability of the porous layer except for the porous layer located at the innermost part of the porous support to secure oxygen permeability, but the porous layer located at the innermost part of the porous support becomes the inner wall of the support. Since the oxygen separation membrane is coated, a relatively low porosity may be advantageous in forming a membrane by preventing roughness of the surface.

특히, 상기 다공질 지지체의 최내곽에 위치한 다공질층의 기공율은 2 내지 18 vol%인 것이 보다 바람직하다. 상기 기공율이 2 vol% 미만이면 기공이 너무 적어 다공질층을 얇게 구성하더라도 산소가 통과하기 어렵고, 18 vol% 를 초과하면 다공질층의 표면 거칠음이 발생하여 산소분리막 형성에 곤란한 점이 있다. 여기서 vol%는 튜브 부피에 대한 기공 부피의 퍼센트 단위이다.
In particular, the porosity of the porous layer located on the innermost side of the porous support is more preferably 2 to 18 vol%. If the porosity is less than 2 vol%, the porosity is too small, and even though the porous layer is made thin, oxygen is difficult to pass. If the porosity exceeds 18 vol%, surface roughness of the porous layer is generated, which makes it difficult to form an oxygen separation membrane. Where vol% is in percent of the pore volume relative to the tube volume.

반면, 상기 다공질 지지체의 최내곽에 위치한 다공질층을 제외한 다른 다공질층의 기공율은 20 내지 50 vol%인 것이 보다 바람직하다. 상기 기공율이 20 vol% 미만이면, 산소분리막을 투과한 산소가 용이하게 상기 다공질 지지체를 빠져나갈 수 없다. 또한, 상기 기공율이 50 vol%를 초과하면 다공질 지지체의 기계적 강도를 약화시킬 수 있다.
On the other hand, the porosity of the porous layer other than the porous layer located at the innermost portion of the porous support is more preferably 20 to 50 vol%. When the porosity is less than 20 vol%, oxygen that has passed through the oxygen separation membrane may not easily exit the porous support. In addition, when the porosity exceeds 50 vol%, the mechanical strength of the porous support may be weakened.

한편, 상기 다공질 지지체는 금속 산화물, 세라믹 또는 이들의 조합물 중 적어도 하나 및 증류수를 포함하는데, 상기 금속 산화물, 세라믹 또는 이들의 조합물은 다공질 지지체의 기계적 강도 및 다공질 특성을 부여하는 것으로, 특히 알루미나는 분리기체의 투과성, 기계적 강도, 화학적 안정성 및 내열성이 높아 지지체의 재료로 적합하다.
On the other hand, the porous support comprises at least one of a metal oxide, a ceramic or a combination thereof and distilled water, the metal oxide, ceramic or a combination thereof gives the mechanical strength and porous properties of the porous support, in particular alumina The permeability, mechanical strength, chemical stability and heat resistance of the separator are high, making it suitable as a material for the support.

또한, 상기 금속 산화물, 세라믹 또는 이들의 조합물은 입경이 0.5 내지 1㎛인 것이 보다 바람직하다. 즉, 상기 금속 산화물 등의 입경을 상기의 범위로 제어함으로써 다공질 지지체의 제조시 증류수에 용해가 잘 되고 분산도 잘 일어나므로, 원하는 기공율을 얻기에 유리하고 기공도 더욱 균일해진다.
In addition, the metal oxide, the ceramic or a combination thereof is more preferably a particle diameter of 0.5 to 1㎛. That is, by controlling the particle diameter of the metal oxide and the like in the above range, it is well dissolved in distilled water and well dispersed in the preparation of the porous support, which is advantageous for obtaining a desired porosity and more uniform pores.

한편, 상기 산소분리막은 공기로부터 산소를 분리하기 위한 것으로, 상기 다공질 지지체의 내벽에 코팅되어 형성되는 것을 특징으로 한다. 만약, 상기 산소분리막이 다공질 지지체의 외벽에 형성될 경우, 연소시 또는 화학공정시에 산소분리막이 손상되기 쉽기 때문에 지지체의 내벽에 형성되는 것이 바람직하다.
On the other hand, the oxygen separation membrane is to separate the oxygen from the air, characterized in that formed on the inner wall of the porous support is formed. If the oxygen separation membrane is formed on the outer wall of the porous support, it is preferable that the oxygen separation membrane is formed on the inner wall of the support because it is easy to damage the oxygen separation membrane during combustion or during chemical processes.

이때, 산소분리막은 2층 이상으로 형성할 수도 있다. 산소분리막이 다수의 층으로 형성될 경우 첫 번째로 형성되는 산소분리막층은 치밀하고 균일하게 형성되는 것이 바람직하고, 그 위에 코팅되는 산소분리막층은 어느 정도 울퉁불퉁한 굴곡면을 가지게 되는데, 이에 따라 산소분리막의 표면적이 넓어져 공기와의 접촉도 용이하고 산소분리반응도 활발해져 더욱 우수한 효과를 가진 산소분리막을 얻을 수 있다.
At this time, the oxygen separation membrane may be formed of two or more layers. When the oxygen separation membrane is formed of a plurality of layers, the first oxygen separation membrane layer is preferably formed to be dense and uniform, and the oxygen separation membrane layer coated thereon has a somewhat bumpy curved surface. The surface area of the separator is widened to facilitate contact with air and the oxygen separation reaction is also active, thereby obtaining an oxygen separator having a more excellent effect.

또한, 상기 산소분리막은 금속 산화물을 포함하여 이루어지는 것이 바람직한데, 상기 금속 산화물은 하기 화학식 3을 가진다.In addition, the oxygen separation membrane preferably comprises a metal oxide, the metal oxide has the following formula (3).

[화학식 3](3)

BaCo1 -X- YAXBYO3 BaCo 1 -X- Y A X B Y O 3 + δ

상기 식에서 A 및 B는 전이금속으로, 일반적으로 주기율표의 d-영역에 속하는 금속이다. 예를 들어, La, Co, Sr, Mn, Al, Cr, Ga, Nb, Ti, Cu, Zn, Ga 등을 들 수 있다. 또한, 상기 금속산화물은 상기 금속들로 이루어진 페로브스카이트의 구조일 수 있고, 상기 화학식 3에서 X와 Y의 합이 0 ≤ X+Y ≤ 1 이고, δ 값은 2.7~3.3 인 것이 바람직하다.
Where A and B are transition metals, generally metals belonging to the d-region of the periodic table. For example, La, Co, Sr, Mn, Al, Cr, Ga, Nb, Ti, Cu, Zn, Ga, etc. are mentioned. In addition, the metal oxide may be a structure of the perovskite consisting of the metals, the sum of X and Y in the formula (3) is 0 ≤ X + Y ≤ 1, δ value is preferably 2.7 ~ 3.3 .

다음으로, 본 발명의 또다른 일측면으로서, 산소분리용 튜브 제조방법을 상세히 설명한다.
Next, as another aspect of the present invention, a method for producing an oxygen separation tube will be described in detail.

본 발명의 산소분리용 튜브 제조방법은 서로 다른 기공율을 갖는 적어도 2이상의 다공질층으로 이루어진 다공질 지지체를 제조하는 단계; 상기 다공질 지지체 내부에 산소분리막 코팅액을 충진하는 단계; 상기 산소분리막 코팅액을 상기 다공질 지지체 내부에서 일정시간 동안 체류시켜 상기 다공질 지지체의 내벽에 산소분리막을 형성하는 단계; 상기 다공질 지지체에서 잔여의 산소분리막 코팅액을 배출하는 단계; 상기 산소분리막이 형성된 다공질 지지체를 건조하는 단계; 및 상기 건조된 산소분리막이 형성된 다공질 지지체를 소성하는 단계를 포함한다.
Oxygen separation tube manufacturing method of the present invention comprises the steps of preparing a porous support consisting of at least two porous layers having different porosity; Filling an oxygen separation membrane coating solution into the porous support; Forming an oxygen separation membrane on the inner wall of the porous support by remaining the oxygen separation membrane coating solution in the porous support for a predetermined time; Discharging the remaining oxygen separation membrane coating solution from the porous support; Drying the porous support on which the oxygen separation membrane is formed; And firing the porous support on which the dried oxygen separation membrane is formed.

상기 다공질 지지체를 제조하는 단계는 도 2를 들어 설명한다. 도 2는 (ⅰ)~(ⅵ)까지의 과정 중 일례가 도시되어 있는데, 도 2를 참고하면, 다공질 지지체를 제조하는 방법은 (ⅰ) 제1 슬러리(101)를 제조하는 단계, (ⅱ) 상기 제1 슬러리(101)를 성형틀(102)에 충진하고 일정시간 동안 체류시켜 상기 성형틀(102)의 내벽에 제1 슬러리(101)를 고착시키는 단계, (ⅲ) 상기 성형틀로부터 고착되지 않은 잔여의 제1 슬러리(101)를 배출하여 제1 다공질층(103)을 성형하는 단계, (ⅳ) 제1 슬러리(101)와 기공형성제의 비율이 다른 제2 슬러리(104)를 제조하는 단계, (ⅴ) 상기 제2 슬러리(104)를 제1 다공질층(103)이 고착되어 있는 성형틀(102)에 충진하고 일정시간 동안 체류시켜 상기 제1 다공질층(103)의 내벽에 제2 슬러리(104)를 고착시키는 단계, (ⅵ) 상기 제1 다공질층(103)으로부터 고착되지 않은 제2 슬러리(104)를 배출하여 제2 다공질층(105)을 형성함으로써 외곽의 제1 다공질층(103) 및 내곽의 제2 다공질층(105)으로 이루어지는 다공질 지지체(106)를 성형하는 단계, (ⅶ) 상기 성형된 다공질 지지체(106)를 건조하는 단계, (ⅷ) 상기 건조된 다공질 지지체(106)를 소성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
The step of preparing the porous support will be described with reference to FIG. 2. Figure 2 shows an example of the process from (i) to (iii), referring to Figure 2, the method for producing a porous support is (i) preparing a first slurry 101, (ii) Filling the first slurry 101 in the mold 102 and staying for a predetermined time to fix the first slurry 101 to the inner wall of the mold 102, (i) not sticking from the mold Discharging the remaining first slurry 101 to form the first porous layer 103, (i) preparing a second slurry 104 having a different ratio of the first slurry 101 to the pore-forming agent. Step (i) Filling the second slurry 104 in the forming mold 102 to which the first porous layer 103 is fixed and dwelling for a predetermined time so that the second slurry 104 is formed on the inner wall of the first porous layer 103. Fixing the slurry 104, (i) discharging the unfixed second slurry 104 from the first porous layer 103 to mold the second porous layer 105. Thereby forming a porous support 106 composed of an outer first porous layer 103 and an inner second porous layer 105, (iii) drying the formed porous support 106, (iii) Firing the dried porous support 106.

이하, 상기한 각 단계들에 대하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, each step will be described in detail.

먼저, 상기 슬러리는 금속 산화물, 세라믹 또는 이들의 조합물 중 적어도 하나, 증류수, 기공형성제 및 분산제를 혼합하여 제조할 수 있다.
First, the slurry may be prepared by mixing at least one of metal oxides, ceramics or combinations thereof, distilled water, pore formers and dispersants.

구체적으로, 상기 금속 산화물, 세라믹 또는 이들의 조합물 중 적어도 하나는 상기 슬러리에 14 내지 34중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 만약, 14중량% 미만이면 다공질 지지체의 기계적 강도가 약화되므로 지지체의 역할을 제대로 할 수 없고, 34중량%를 초과하면 슬러리의 점도가 과도하게 증가하여 다공질 지지체의 두께 조절이 용이하지 않은 문제가 생긴다.
Specifically, at least one of the metal oxide, ceramic, or a combination thereof is preferably included in the slurry of 14 to 34% by weight. If it is less than 14% by weight, the mechanical strength of the porous support is weakened, and thus, the support may not function properly. If the content is more than 34% by weight, the viscosity of the slurry is excessively increased, which makes it difficult to control the thickness of the porous support. .

또한, 상기 증류수는 상기 금속 산화물, 세라믹 또는 이들의 조합물을 용해시키는 역할을 하는 용매로서, 상기 슬러리에 66 내지 86중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 증류수가 66중량% 미만이면 슬러리의 점도가 높아서 다공질 지지체의 두께가 고르지 않게 형성된다. 또한, 상기 증류수가 86중량%를 초과하면 슬러리의 점도가 너무 묽어져 상기 성형틀로부터 배출되는 슬러리액이 많아져서 성형된 다공질 지지체의 두께가 너무 얇아지고, 이로 인하여 다공질 지지체의 기계적 강도가 낮아진다.
In addition, the distilled water is a solvent that serves to dissolve the metal oxide, ceramic or a combination thereof, it is preferably included in the slurry at 66 to 86% by weight. If the distilled water is less than 66% by weight, the viscosity of the slurry is high, so that the thickness of the porous support is unevenly formed. In addition, when the distilled water exceeds 86% by weight, the viscosity of the slurry is so thin that the slurry liquid discharged from the mold increases, so that the thickness of the formed porous support becomes too thin, thereby lowering the mechanical strength of the porous support.

상기 기공형성제는 상기 지지체에 기공을 형성시키고, 기공들 사이를 연결해 통기성을 확보하기 위해 첨가되는 것으로, 예를 들어, 카본, 그라파이트, 전분, 수지, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 등을 들 수 있다. 전술한 바와 같이 기공율은 다공질 지지체의 최외곽에 위치한 다공질층이 최내곽에 위치한 다공질층보다 높은 것이 바람직하기 때문에, 그에 따라 상기 기공형성제도 다르게 첨가하는 것이 효과적이다.
The pore-forming agent is added to form pores in the support, to connect the pores to ensure breathability, for example, carbon, graphite, starch, resin, polymethyl methacrylate (PMMA), etc. Can be. As described above, the porosity is preferably higher than that of the porous layer located at the outermost portion of the porous support, so it is effective to add the pore forming agent differently accordingly.

먼저, 상기 다공질 지지체의 최내곽에 위치한 다공질층을 형성하는 슬러리는 금속 산화물, 세라믹 또는 이들의 조합물 중 적어도 하나의 총량 100중량부에 대하여 기공형성제 1 내지 10 중량부를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 기공형성제가 1중량부 미만이면 다공질층을 얇게 구성하더라도 산소투과성에 한계가 있으며, 상기 기공제가 10중량부를 초과하면 최내곽 다공질층에는 산소분리막이 코팅되기 때문에 표면거칠음에 의해 막 형성이 곤란한 문제가 있다.
First, the slurry for forming the porous layer located on the innermost side of the porous support preferably includes 1 to 10 parts by weight of the pore-forming agent based on 100 parts by weight of the total amount of at least one of the metal oxide, the ceramic, or a combination thereof. If the pore-forming agent is less than 1 part by weight, even if the porous layer is made thin, oxygen permeability is limited. If the pore-forming agent is more than 10 parts by weight, the innermost porous layer is coated with an oxygen separation membrane, making it difficult to form a film due to surface roughness. There is.

반면, 상기 다공질 지지체의 최내곽에 위치한 다공질층을 제외한 다른 다공질층을 형성하는 슬러리는 금속 산화물, 세라믹 또는 이들의 조합물 중 적어도 하나의 총량 100중량부에 대하여 기공형성제 15 내지 40 중량부를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 기공형성제가 15중량부 미만이면 다공질 지지체에 충분한 기공이 형성되지 않아 산소투과율이 좋지 못하고, 상기 기공형성제가 40중량부을 초과하면 과도하게 기공이 형성됨으로써 지지체의 기계적 강도가 떨어지는 문제가 생긴다.
On the other hand, the slurry for forming a porous layer other than the porous layer located at the innermost portion of the porous support includes 15 to 40 parts by weight of the pore-forming agent based on 100 parts by weight of the total amount of at least one of the metal oxide, the ceramic, or a combination thereof. It is desirable to. If the pore-forming agent is less than 15 parts by weight, sufficient porosity is not formed in the porous support, and oxygen permeability is not good. If the pore-forming agent exceeds 40 parts by weight, the pores are excessively formed, resulting in a drop in mechanical strength of the support.

또한, 상기 분산제는 상기 증류수에 용해된 금속 산화물, 세라믹 또는 이들의 조합물 중 어느 하나의 분포가 고르게 되도록 하기 위해 첨가되는 것이다. 상기 분산제는 수계 분산제로 수계에서 금속이온을 침전시키지 않고 다른 성분들을 분산시킬 수 있는 에테닐 벤젠 수계 분산제가 사용될 수 있다. 상기 분산제는 금속 산화물, 세라믹 또는 이들의 조합물 중 적어도 하나의 총량 100중량부에 대하여 0.5 내지 1.5 중량부로 첨가되는 것이 바람직하다. 상기 분산제가 0.5중량부 미만이면 금속 산화물 등이 증류수에 고르게 분산되지 않으며, 1.5중량부를 초과하면 슬러리의 점도가 떨어진다.
In addition, the dispersant is added to make the distribution of any one of the metal oxide, ceramic or combination thereof dissolved in the distilled water even. The dispersant may be an ethenyl benzene aqueous dispersant which is capable of dispersing other components without precipitating metal ions in the aqueous system as an aqueous dispersant. The dispersant is preferably added in an amount of 0.5 to 1.5 parts by weight based on 100 parts by weight of the total amount of at least one of the metal oxide, the ceramic, or a combination thereof. When the dispersant is less than 0.5 parts by weight, metal oxides and the like are not evenly dispersed in distilled water. When the dispersant is more than 1.5 parts by weight, the viscosity of the slurry is lowered.

한편, 상기 슬러리는 소포제 및 강도증강제 중 적어도 하나를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 소포제는 상기 슬러리가 배출될 때 생길 수 있는 기포의 생성을 막기 위한 것으로, 디메틸폴리실록산, 메틸페닐폴리실록산, 메틸비닐폴리실록산 등의 직쇄형 실리콘 오일을 주성분으로 한 오일 배합물이 이용될 수 있다. 또한, 상기 강도증강제는 다공질 지지체의 강도를 증가시키는 것으로 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌 글리콜 또는 이들의 혼합물 등을 들 수 있다.
On the other hand, the slurry preferably further comprises at least one of an antifoaming agent and a strength enhancer. The antifoaming agent is to prevent the generation of bubbles that may occur when the slurry is discharged, an oil blend containing a linear silicone oil such as dimethylpolysiloxane, methylphenylpolysiloxane, methylvinylpolysiloxane may be used. In addition, the strength enhancer to increase the strength of the porous support may include polyvinyl alcohol, polyethylene glycol or a mixture thereof.

또한, 상기 슬러리는 촉매를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 촉매는 산소투과를 촉진시키기 위한 것으로, A1- xSrxCo1 - yFeyO3 이고 A는 La, Ba인 물질 등 산소투과 멤브레인(membrane) 소재가 폭넓게 사용될 수 있다. 특히, 20atm 이하의 낮은 산소부분압력 하에서 상이 변하지 않는 물질이 효과적인데, 이러한 촉매는 다공질층의 표면적을 확대시키고, 다공질층의 상변이를 막아 산소투과의 촉진에 기여할 수 있다.In addition, the slurry preferably further includes a catalyst. The catalyst is for promoting oxygen permeation, and oxygen permeation membrane (membrane) material such as A 1- x Sr x Co 1 - y Fe y O 3 and A is La and Ba may be widely used. In particular, a material which does not change phase under a low oxygen partial pressure of 20 atm or less is effective. Such a catalyst can contribute to the promotion of oxygen permeation by enlarging the surface area of the porous layer and preventing the phase change of the porous layer.

결국, 상기 다공질 지지체의 최내곽에 위치한 다공질층을 형성하는 슬러리는 금속 산화물, 세라믹 또는 이들의 조합물 중 적어도 하나가 14 내지 34%이고, 증류수가 66 내지 86%이며, 금속 산화물, 세라믹 또는 이들의 조합물 중 적어도 하나의 총량 100중량부에 대하여 기공 형성제 1 내지 10 중량부 및 금속 산화물, 세라믹 또는 이들의 조합물 중 적어도 하나의 총량 100중량부에 대하여 분산제 0.5 내지 1.5 중량부를 혼합함으로써 제조된다.
As a result, the slurry forming the porous layer located at the innermost part of the porous support is 14 to 34% of at least one of metal oxide, ceramic or combination thereof, 66 to 86% of distilled water, metal oxide, ceramic or Prepared by mixing 1 to 10 parts by weight of the pore-forming agent and 0.5 to 1.5 parts by weight of the dispersant based on 100 parts by weight of the total amount of at least one of the metal oxide, ceramic or a combination thereof based on 100 parts by weight of the total amount of at least one of the combinations thereof. do.

반면, 상기 다공질 지지체의 최내곽에 위치한 다공질층을 제외한 다른 다공질층을 형성하는 슬러리는 금속 산화물, 세라믹 또는 이들의 조합물 중 적어도 하나가 14 내지 34%이고, 증류수가 66 내지 86%이며, 금속 산화물, 세라믹 또는 이들의 조합물 중 적어도 하나의 총량 100중량부에 대하여 기공 형성제 15 내지 40중량부 및 금속 산화물, 세라믹 또는 이들의 조합물 중 적어도 하나의 총량 100중량부에 대하여 분산제 0.5 내지 1.5 중량부를 혼합함으로써 제조된다.
On the other hand, the slurry forming the porous layer other than the porous layer located at the innermost portion of the porous support is 14 to 34%, distilled water 66 to 86%, at least one of the metal oxide, ceramic or combination thereof, 15 to 40 parts by weight of pore formers and 100 to parts by weight of total amount of at least one of metal oxides, ceramics or combinations thereof, and 0.5 to 1.5 parts by weight of 100 parts by weight of the total amount of at least one of the oxides, ceramics or combinations thereof. It is prepared by mixing parts by weight.

또한, 상기 금속 산화물, 세라믹 또는 이들의 조합물은 평균입경이 0.5 내지 1.0㎛인 것이 보다 효과적이다.
In addition, the metal oxide, the ceramic or a combination thereof is more effective that the average particle diameter is 0.5 to 1.0㎛.

한편, 상기와 같이 슬러리를 제조한 다음, 제조된 제1 슬러리를 상기 성형틀에 충진한다. 상기 성형틀은 유입구, 배출구 및 밸브를 포함하여 이루어진다. 상기 유입구는 슬러리가 성형틀 내로 유입되는 곳이고, 상기 배출구는 성형틀 내로 유입된 슬러리가 밖으로 배출되는 곳을 말한다. 또한, 상기 밸브는 슬러리의 배출 여부, 배출 속도 및 배출량을 결정하는 것으로, 상기 배출구에 포함되어 형성될 수도 있고 상기 배출구와 별개로 상기 성형틀에 형성될 수도 있다.
On the other hand, after the slurry is prepared as described above, the prepared first slurry is filled in the mold. The mold includes an inlet, an outlet and a valve. The inlet is where the slurry is introduced into the mold, and the outlet is where the slurry introduced into the mold is discharged out. In addition, the valve is to determine whether the discharge of the slurry, the discharge rate and the discharge, may be included in the discharge port may be formed separately from the discharge port may be formed in the mold.

한편, 상기 제1 슬러리를 상기 성형틀에 일정시간 동안 체류시켜 상기 성형틀의 내벽에 일정 두께로 고르게 슬러리를 고착시키는데, 시간이 지나 다공질층으로 고착되면 이것이 다공질 지지체의 외관을 형성하게 되는 것이다. 따라서, 성형틀의 모양에 따라 다공질 지지체의 외관을 달리할 수 있다.
On the other hand, by retaining the first slurry in the mold for a predetermined time to evenly adhere the slurry to the inner wall of the mold to a certain thickness, if it is fixed to the porous layer over time, this will form the appearance of the porous support. Therefore, the appearance of the porous support may vary depending on the shape of the mold.

한편, 고착된 제1 다공질층을 다공질 지지체로 성형하기 위해 상기 성형틀에 고착되지 않은 잔여의 제1 슬러리를 배출함으로써 제1 다공질층을 얻게 되는데, 상기 배출시에 기포가 생성될 수 있어 상기 밸브를 조절하여 서서히 배출시키는 것이 바람직하다. 상기 배출된 슬러리는 본 발명에 따른 다공질 지지체 제조를 위해 재활용될 수 있다.
Meanwhile, a first porous layer is obtained by discharging the remaining first slurry that is not fixed to the mold to mold the first porous layer fixed to the porous support, and bubbles may be generated during the discharge, so that the valve It is preferable to discharge slowly by adjusting. The discharged slurry can be recycled to prepare a porous support according to the present invention.

상술한 제1 슬러리 제조단계, 고착단계 및 잔여의 제1 슬러리 배출단계를 통해 제1 다공질층을 형성한 후, 제2 슬러리 제조단계, 고착단계 및 잔여의 제2 슬러리 배출단계를 마찬가지로 반복함으로써 제2 다공질층을 형성하는 것이다. 도 2에는 제2 다공질층 형성과정까지만 나타내었지만, 상기 과정을 3번 이상 반복함으로써 3개 이상의 다공질층을 형성할 수도 있다. 즉, 본 발명은 이러한 과정을 반복하여 적어도 2개의 다공질층으로 이루어진 다공질 지지체를 준비하는 단계를 포함하는 것이다.
After the first porous layer is formed through the above-described first slurry manufacturing step, fixing step, and remaining first slurry discharge step, the second slurry manufacturing step, fixing step, and remaining second slurry discharge step are similarly repeated. 2 It forms a porous layer. Although only the second porous layer forming process is shown in FIG. 2, three or more porous layers may be formed by repeating the above process three or more times. That is, the present invention includes the step of preparing a porous support composed of at least two porous layers by repeating this process.

상기 다공질층는 2개 이상이기만 하면 그 수에는 제한이 없으며, 필요에 따라 조절할 수 있다. 만약, 높은 기공율을 갖는 다공질층 하나만으로 다공질 지지체가 이루어지면 산소투과성 확보 면에서는 유리할 수 있으나, 산소분리막이 상기 다공질 지지체의 내벽에 형성되기 때문에 기공이 많으면 표면거칠음으로 인해 막 형성이 어렵게 되기 때문이다. 따라서, 상기 다공질층을 2개 이상으로 한 것은 다공질 지지체의 외곽에는 상대적으로 높은 기공율을 갖는 다공질층을 구성하되, 산소분리막이 코팅되는 다공질 지지체의 최내곽에는 상대적으로 낮은 기공율을 갖는 다공질층을 구성하기 위함이다.
The number of the porous layers is not limited so long as it is two or more, and can be adjusted as necessary. If the porous support is made of only one porous layer having a high porosity, it may be advantageous in terms of securing oxygen permeability, but since the oxygen separation membrane is formed on the inner wall of the porous support, it is difficult to form the film due to the surface roughness if there are many pores. . Therefore, the two or more porous layers constitute a porous layer having a relatively high porosity at the outer periphery of the porous support, but a porous layer having a relatively low porosity at the innermost of the porous support coated with the oxygen separation membrane. To do this.

즉, 상기 다공질 지지체의 최내곽에 위치한 다공질층의 기공율은 다른 다공질층의 기공율보다 낮도록 하는 것이 바람직하고. 특히, 2 내지 18 vol%가 되도록 하고, 상기 다른 다공질층의 기공율은 20 내지 50 vol%이 되도록 하는 것이 보다 바람직하다.
That is, the porosity of the porous layer located on the innermost side of the porous support is preferably lower than the porosity of other porous layers. In particular, the porosity of the other porous layer is more preferably 20 to 50 vol%, more preferably 2 to 18 vol%.

한편, 다공질 지지체의 제조단계 중 상기 성형틀에 슬러리를 체류시키는 시간은 2 내지 10분인 것이 바람직하다. 상기 시간이 2분 미만이면, 상기 슬러리가 상기 성형틀의 내벽에 충분한 두께를 갖는 지지체가 형성되지 않아 다공질 지지체의 기계적 강도가 저하될 수 있다. 또한, 상기 시간이 10분을 초과하면, 상기 성형틀에 내벽에 고착되는 슬러리의 양이 과도하게 많아져 다공질 지지체의 내벽이 지나치게 두꺼워지고, 이에 따라 다공질 지지체 내부로 공급되는 공기와 접촉하는 면적이 좁아지는데 반해 산소분리막을 통과한 산소가 상기 다공질 지지체의 내의 기공을 통과하는데 걸리는 시간이 길어지므로 효율성이 떨어진다.
On the other hand, it is preferable that the slurry residence time in the mold during the manufacturing step of the porous support is 2 to 10 minutes . If the time is less than 2 minutes, the slurry is not formed on the inner wall of the molding die having a sufficient thickness may reduce the mechanical strength of the porous support. In addition, when the time exceeds 10 minutes, the amount of slurry fixed to the inner wall of the mold is excessively increased, the inner wall of the porous support becomes too thick, and thus the area in contact with the air supplied into the porous support is On the other hand, the efficiency of the oxygen passed through the oxygen separation membrane becomes longer because the time taken for the oxygen to pass through the pores in the porous support becomes longer.

또한, 상기 다공질 지지체에 남아있는 수분을 제거하기 위해 열을 가하거나 열풍을 통과시켜서 건조하는 단계를 거친다. 상기 성형된 다공질 지지체의 건조는 상온에서 24 내지 48시간 동안 건조한 후, 70 내지 80℃의 온도에서 12시간 내지 24시간 동안 더 건조하는 것이 바람직하다.
In addition, in order to remove the water remaining in the porous support is subjected to a step of drying by passing heat or passing through hot air. The molded porous support is dried at room temperature for 24 to 48 hours, and then further dried at a temperature of 70 to 80 ° C for 12 to 24 hours.

또한, 상기 건조된 다공질 지지체는 지지체의 기계적 강도를 증가시키고, 지지체 내에 기공이 잘 형성되도록 하기 위해 소성하는 단계를 거친다. 상기 소성은 1000 내지 1300℃의 온도에서 2 내지 10시간으로 하는 것이 바람직하다. 상기 소성온도가 1000℃ 미만이면 강도가 저하되며, 소성온도가 1300℃를 초과하면 지지체의 치밀화가 발생하여 기공률이 떨어지며 경제적이지 않다. 또한, 소성시간이 2시간 미만이면, 지지체가 제대로 소성되지 않아 기계적 강도가 떨어지고, 소성시간이 1300℃를 초과하면 지지체 내에서 금속산화물 등의 입자가 과도한 성장을 하여 균일한 기공률을 확보하기 곤란해지는 문제가 생긴다.
In addition, the dried porous support is subjected to baking to increase the mechanical strength of the support and to form pores in the support. It is preferable to make the baking into 2 to 10 hours at the temperature of 1000-1300 degreeC. If the firing temperature is less than 1000 ℃ the strength is lowered, if the firing temperature exceeds 1300 ℃ densification of the support occurs, the porosity is lowered and is not economical. In addition, if the firing time is less than 2 hours, the support is not properly calcined and the mechanical strength is lowered. If the firing time exceeds 1300 ° C, particles such as metal oxides are excessively grown in the support, making it difficult to secure a uniform porosity. There is a problem.

한편, 상술한 과정을 통해 준비된 다공질 지지체 내부에 산소분리막 코팅을 충진한다. 종래에는 산소분리막을 지지체 상에 코팅하는 방법으로 스프레이 방식을 사용하였으나, 이에 의해서는 균일한 산소분리막을 형성하기 어렵다는 문제가 있었다. 따라서, 본 발명에서는 상기 산소분리막을 형성하기 위한 코팅액을 지지체 내부에 일정시간 동안 체류시켜 지지체의 내벽에 코팅액이 고착되도록 한 다음, 잔여의 코팅액을 배출하는 방법으로 산소분리막을 형성한다. 이와 같은 방법으로 산소분리막을 형성할 경우, 지지체 내벽에 치밀질의 균일한 박막의 코팅막을 형성할 수 있다.
On the other hand, the oxygen separation membrane coating is filled into the porous support prepared through the above-described process. Conventionally, the spray method was used as a method of coating the oxygen separation membrane on the support, but there was a problem that it is difficult to form a uniform oxygen separation membrane. Therefore, in the present invention, the coating liquid for forming the oxygen separation membrane is maintained in the support for a predetermined time so that the coating liquid is fixed to the inner wall of the support, and then the oxygen coating membrane is formed by discharging the remaining coating liquid. When forming the oxygen separation membrane in this manner, it is possible to form a dense uniform thin coating film on the inner wall of the support.

상기 준비된 다공질 지지체에 산소분리막을 코팅하는 단계는 도 3을 들어 설명한다. 도 3은 하기 (ⅰ)~(ⅲ)까지의 과정이 도시되어 있는데, 도 3을 참고하면, 산소분리막이 형성된 산소 분리용 튜브를 제조하는 방법은 (ⅰ)준비된 상기 다공질 지지체(202) 내부에 산소분리막 코팅액(201)을 충진하는 단계, (ⅱ) 상기 산소분리막 코팅액(201)을 상기 다공질 지지체(202) 내부에서 일정시간 동안 체류시켜 상기 다공질 지지체(202)의 내벽에 산소분리막(204)을 형성하는 단계, (ⅲ) 상기 다공질 지지체(202)에서 잔여의 산소분리막 코팅액(201)을 배출하는 단계, (ⅳ) 상기 산소분리막(204)이 형성된 다공질 지지체(202)를 건조하는 단계, (ⅴ) 상기 건조된 다공질 지지체(202)를 소성하는 단계를 포함한다.
Coating the oxygen separation membrane on the prepared porous support will be described with reference to FIG. 3. 3 shows a process from (iii) to (iii), referring to FIG. 3, a method of manufacturing an oxygen separation tube in which an oxygen separation membrane is formed is (iii) prepared in the porous support 202. Filling the oxygen separation membrane coating liquid 201, (ii) the oxygen separation membrane coating liquid 201 is maintained in the porous support 202 for a predetermined time to the oxygen separation membrane 204 on the inner wall of the porous support 202 Forming (iii) discharging the remaining oxygen separation membrane coating liquid 201 from the porous support 202, (iii) drying the porous support 202 on which the oxygen separation membrane 204 is formed, (iii) ) Calcining the dried porous support 202.

상기 산소분리막 코팅액은 상기 화학식 3로 이루어진 금속 산화물 1중량부 및 극성용매 10 내지 30중량부를 포함한다. 상기 극성용매로는 예를 들어, 물, 알코올, 부탄올, 아세토니트릴, 아세톤, 에칠아세테이트, 디클로로메탄, 클로로 포름일 수 있으며, 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 극성용매가 10중량부 미만으로 상기 산소분리막 코팅액에 포함되면 금속산화물의 분산이 용이하지 않으므로 균일한 산소분리막을 형성할 수 없고, 30중량부를 초과하면 상기 산소분리막 코팅액의 점도가 너무 묽어서 상기 다공질 지지체의 내벽에 고착되기 어려워 치밀한 산소분리막을 형성하기 곤란해진다.
The oxygen separation membrane coating solution includes 1 part by weight of the metal oxide and 10 to 30 parts by weight of the polar solvent consisting of Chemical Formula 3. The polar solvent may be, for example, water, alcohol, butanol, acetonitrile, acetone, acetylacetate, dichloromethane, chloroform, or a mixture thereof. When the polar solvent is included in the oxygen separation membrane coating liquid at less than 10 parts by weight, it is not easy to disperse the metal oxide, so that a uniform oxygen separation membrane cannot be formed. When the polar solvent exceeds 30 parts by weight, the viscosity of the oxygen separation membrane coating liquid is too thin. It is difficult to adhere to the inner wall of the porous support, making it difficult to form a dense oxygen separation membrane.

그리고나서, 상기 산소분리막 코팅액을 상기 다공질 지지체의 내부에 충진한다. 상기 다공질 지지체는 상하가 통하는 중공 형상이므로, 상기 산소분리막 코팅액이 일정시간 체류하고 배출될 수 있도록 마개나 뚜껑이 구비될 수 있다. 상기 마개 대신에 테이프로 봉할 수도 있다. 상기 산소분리막 코팅액을 체류시킨 후, 상기 산소분리막 코팅액을 배출할 때에 상기 뚜껑, 마개 또는 테이프를 제거할 수도 있다.
Then, the oxygen separator coating liquid is filled into the porous support. Since the porous support has a hollow shape through which the upper and lower sides pass, a stopper or a lid may be provided to allow the oxygen separation membrane coating liquid to stay and be discharged for a predetermined time. It may be sealed with tape instead of the plug. After the oxygen separation membrane coating solution is retained, the lid, stopper or tape may be removed when discharging the oxygen separation membrane coating solution.

상기 산소분리막 코팅액은 상기 다공질 지지체에 급격히 충진하는 경우 기포가 생겨 형성된 산소분리막이 치밀하게 형성되지 않을 수 있으므로 천천히 충진하는 것이 바람직하다.
When the oxygen separation membrane coating liquid is rapidly filled in the porous support, bubbles are generated, and thus the oxygen separation membrane may not be formed densely, and thus, the oxygen separation membrane coating liquid may be slowly filled.

상기 다공질 지지체에 상기 산소분리막 코팅액을 완전히 충진한 후, 일정 시간 동안 체류시켜, 상기 산소분리막 코팅액이 상기 다공질 지지체의 내벽에 고르게 고착되도록 한다.After filling the porous support completely with the oxygen separation membrane coating solution, the oxygen separation membrane coating solution is held for a predetermined time so that the oxygen separation membrane coating solution is evenly fixed to the inner wall of the porous support.

상기 체류시간은 2 내지 10분인 것이 바람직하다. 상기 체류 시간이 2분 미만이면 상기 산소분리막 코팅액이 상기 다공질 지지체의 내벽과 결합하는 시간이 부족하고, 이에 따라 상기 산소분리막 코팅액이 상기 다공질 지지체의 내벽에 고착되지 않아 산소분리막이 불충분하게 형성되므로 공기가 그대로 통과하여 순수한 산소로 분리되지 않는다. 또한, 상기 체류시간이 10분을 초과하면 형성된 산소분리막이 지나치게 두꺼워져서 산소투과율이 떨어지는 문제가 있다.
The residence time is preferably 2 to 10 minutes. When the residence time is less than 2 minutes, the oxygen separation membrane coating liquid is insufficient to combine with the inner wall of the porous support, and thus the oxygen separation membrane coating liquid is not adhered to the inner wall of the porous support, thus insufficient oxygen separation membrane is formed in the air. Does not pass through as it is and does not separate into pure oxygen. In addition, if the residence time exceeds 10 minutes, the formed oxygen separation membrane is too thick, there is a problem that the oxygen transmittance falls.

다공질 지지체의 내벽에 적당한 양의 상기 산소분리막 코팅액이 고착되어 산소분리막이 형성되면, 상기 다공질 지지체에서 잔여의 산소분리막 코팅액을 배출하여야 한다. 상기 잔여의 산소분리막 코팅액의 배출은 잔여의 산소분리막 코팅액을 다른 용기로 옮기거나 다공질 지지체에서 마개를 제거하여 배출될 수 있다. 상기 배출된 코팅조성물 코팅액은 본 발명에 따른 코팅 방법에 재활용될 수 있다.
When the oxygen separation membrane is fixed in an appropriate amount on the inner wall of the porous support to form an oxygen separation membrane, the remaining oxygen separation membrane coating liquid must be discharged from the porous support. Discharge of the residual oxygen separation membrane coating liquid may be discharged by transferring the residual oxygen separation membrane coating liquid to another container or removing the stopper from the porous support. The discharged coating composition coating liquid can be recycled to the coating method according to the present invention.

또한, 상기 산소분리막 코팅액의 충진단계, 체류단계 및 잔여의 코팅액 배출단계를 2회 이상 반복함으로써 2개 이상의 산소분리막층이 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 산소분리막이 2개 이상의 층으로 형성되었을 경우의 효과는 산소분리용 튜브에서 전술한 바와 같다.
In addition, it is preferable to form two or more oxygen separation membrane layers by repeating the filling step, the residence step and the remaining coating liquid discharge step of the oxygen separation membrane coating solution two or more times. The effect when the oxygen separation membrane is formed of two or more layers is as described above in the oxygen separation tube.

한편, 상기 다공질 지지체는 다공질 지지체의 내벽에 형성된 산소분리막에 존재하는 수분을 제거하고, 상기 다공질 지지체의 내벽에 보다 완전하게 고착시키기 위해 건조된다. 상기 건조는 산소분리막이 형성된 다공질 지지체를 상온에서 12 내지 24시간 동안 건조한 후, 70 내지 80℃에서 6시간 내지 12시간 동안 더 건조하는 것이 바람직하다.
On the other hand, the porous support is dried to remove moisture present in the oxygen separation membrane formed on the inner wall of the porous support, and to more completely adhere to the inner wall of the porous support. In the drying, the porous support on which the oxygen separation membrane is formed is dried at room temperature for 12 to 24 hours, and then further dried at 70 to 80 ° C. for 6 to 12 hours.

상온에서의 건조시간이 12시간 미만으로 하면 건조시간이 적어 상기 산소분리막의 건조가 불충분하며, 24시간을 초과하면 다공질 지지체로부터 산소분리막이 탈락되는 문제가 생길 수 있다. 상기 1차 건조 후 70 내지 80℃에서 6시간 내지 12시간 동안 2차 건조를 하는데, 2차 건조온도가 70℃ 미만이면 온도가 너무 낮아 건조가 불충분하며, 80℃를 초과하면 과도한 건조가 일어나 상기 산소분리막에 균열이 생길 수 있다. 또한, 2차 건조시간이 6시간 미만이면 시간이 적어 건조가 완전하게 되지 않으며, 12시간을 초과하면 과도한 건조로 인하여 균열이 생길 수 있다.If the drying time at room temperature is less than 12 hours, the drying time is insufficient to dry the oxygen separation membrane, and if the drying time exceeds 24 hours, the oxygen separation membrane may be dropped from the porous support. After the first drying, the second drying is carried out for 6 to 12 hours at 70 to 80 ℃, if the secondary drying temperature is less than 70 ℃ temperature is too low drying is insufficient, if it exceeds 80 ℃ excessive drying occurs Cracks may occur in the oxygen separation membrane. In addition, if the secondary drying time is less than 6 hours, the drying time is less than perfect, and if it exceeds 12 hours, cracks may occur due to excessive drying.

특히, 이와 같이 1차 및 2차로 나누어 건조하는 것은 상기 산소분리막이 형성된 다공질 지지체의 건조시에 건조시간과 건조온도를 급격히 올리는 경우 산소분리막이 다공질 지지체의 내벽에 고착되지 않고 분리될 수 있으며, 산소분리막에 균열이 생길 수 있기 때문에, 이를 방지하기 위함이다.
In particular, the drying is divided into primary and secondary as described above, when the drying time and drying temperature are rapidly increased during drying of the porous support on which the oxygen separation membrane is formed, the oxygen separation membrane may be separated without being fixed to the inner wall of the porous support. This is to prevent the cracks may occur in the separator.

상술한 바와 같이 건조된 다공질 지지체는 강도를 충분히 증가시키고, 다공성 지지체의 내벽이 산소분리막 코팅액으로 인해 녹지 않도록 하기 위해 소성된다. 상기 산소분리막이 형성된 다공질 지지체는 소성시간이 12 내지 24시간이고, 소성온도가 1000 내지 1500℃인 것이 바람직하다.
The porous support dried as described above is fired to sufficiently increase the strength and to prevent the inner wall of the porous support from melting due to the oxygen separator coating liquid. The porous support on which the oxygen separation membrane is formed has a firing time of 12 to 24 hours and a firing temperature of 1000 to 1500 ° C.

만약, 상기 소성온도가 1000℃ 미만이면 다공질 지지체의 내벽에 산소분리막이 치밀하게 형성되지 않고, 1500℃ 초과이면 산소분리막 코팅액 중의 금속 산화물 등이 휘발하여 치밀질의 산소분리막이 형성되지 않는 문제가 생긴다. 또한, 상기 소성시간이 12시간 미만이면 시간이 적어 소성의 효과가 불충분하고, 24시간을 초과하면 산소분리막이 탈락하는 문제가 생길 수 있다.
If the firing temperature is less than 1000 ° C., the oxygen separation membrane is not formed densely on the inner wall of the porous support. If the firing temperature is higher than 1500 ° C., the metal oxide, etc., in the oxygen separation membrane coating solution is volatilized, and thus a dense oxygen separation membrane is not formed. In addition, when the firing time is less than 12 hours, the time is short, and the effect of firing is insufficient, and when the firing time exceeds 24 hours, the oxygen separation membrane may be dropped.

상술한 본 발명의 산소분리용 튜브 및 그 제조방법은 서로 다른 기공율을 갖는 적어도 2이상의 다공질층으로 이루어진 다공질 지지체를 포함하여 표면거칠음이 방지되어 산소분리막 형성에 유리할 수 있고, 상기 다공질 지지체의 내벽에 형성된 산소분리막을 포함함으로써 연소시 또는 화학공정시에 산소분리막의 손상을 방지하여 산소투과율을 높일 수 있는 것이다. 즉, 본 발명은 우수한 산소투과성 및 산소분리막 형성 용이성을 동시에 확보하기 위한 것이다.
The above-described oxygen separation tube of the present invention and a method of manufacturing the same may include a porous support composed of at least two porous layers having different porosities, thereby preventing surface roughness, which may be advantageous for forming an oxygen separation membrane, and may be formed on the inner wall of the porous support. By including the formed oxygen separation membrane to prevent damage to the oxygen separation membrane during combustion or during the chemical process it is possible to increase the oxygen permeability. That is, the present invention is to ensure the excellent oxygen permeability and ease of forming the oxygen separation membrane at the same time.

한편, 상기에 따라 제조된 본 발명의 산소분리용 튜브는 보일러, 화학약품공업, 합성가스, 메탄을 부분 산화시키는 공정 등에 사용될 수 있다. 본 발명의 산소 분리용 튜브를 보일러에 적용할 경우, 상기 산소 분리용 튜브를 연소실 내에 설치함으로써, 연소 공정에 순산소를 공급할 수 있어 연소 효율을 향상시킬 수 있고, 상기 산소분리용 튜브는 필요에 따라 여러 개를 함께 사용할 수도 있다.
On the other hand, the oxygen separation tube of the present invention prepared according to the above can be used in boilers, chemical industry, synthesis gas, a process of partially oxidizing methane. When the oxygen separation tube of the present invention is applied to a boiler, by installing the oxygen separation tube in the combustion chamber, pure oxygen can be supplied to the combustion process, thereby improving combustion efficiency, and the oxygen separation tube is required. You can use several together.

또한, 본 발명의 튜브는 산소분리용에 한정하여 기술하였지만, 수소분리용 등으로 다른 기체의 분리용으로 사용될 수도 있다.
In addition, although the tube of the present invention has been described as being limited to oxygen separation, it may be used for separation of other gases, for example, for hydrogen separation.

이하에서는 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 완전하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described more fully through specific examples.

(실시예)(Example)

하기의 실험과정을 간략히 요약하면, (a) 상대적으로 기공율이 높은 하나의 다공질층으로 이루어진 다공질 지지체에 산소분리막이 코팅된 산소분리용 튜브, (b) 상대적으로 기공율이 낮은 하나의 다공질층으로 이루어진 다공질 지지체에 산소분리막이 코팅된 산소분리용 튜브, (c) 상대적으로 기공율이 높은 다공질층 위에 상대적으로 기공율이 낮은 다공질층이 더 형성되어 있는 총 2개의 다공질층으로 이루어진 다공질 지지체에 산소분리막이 코팅된 산소분리용 튜브, (d) (c)와 같은 다공질 지지체에 산소분리막이 2층으로 코팅된 산소분리용 튜브에 대한 전자현미경(SEM) 사진 각각 찍어 그 결과를 분석하였다. (a) 및 (b)는 비교예이고, (c) 및 (d)는 발명예에 해당한다.
To summarize briefly the following experimental procedure, (a) an oxygen separation tube coated with an oxygen separation membrane on a porous support composed of one porous layer having a relatively high porosity, and (b) one porous layer having a relatively low porosity. Oxygen separation tube coated with oxygen separation membrane on the porous support, (c) Oxygen separation membrane is coated on the porous support consisting of a total of two porous layers in which a porous layer having a relatively low porosity is further formed on the porous layer having a relatively high porosity. Electron microscopy (SEM) photographs of the oxygen separation tube coated with two layers of the oxygen separation membrane on the porous support such as the oxygen separation tube and (d) (c) were analyzed. (a) and (b) are comparative examples, and (c) and (d) correspond to invention examples.

(a)튜브 제조과정(a) Tube manufacturing process

먼저, 평균 입자 크기가 0.54㎛ 정도인 알루미나 분체(Al2O3, 76중량%), 증류수(24중량%) 및 분산제 Cera4sperse(알루미나 및 증류수의 총량 100중량부에 대해 0.9 중량부, 5468CF)을 각각 칭량하여 준비하였다. 이를 충분히 혼합되도록 2기간 동안 밀링하여 슬러리를 제조하였다. 또한, 여기에 소포제로서 폴리에테르 타입의 SN-Defoamer 485(알루미나 및 증류수의 총량 100중량부에 대해 0.02중량부), 강도증강제로서 폴리비닐알코올(PVA, 알루미나 및 증류수의 총량 100중량부에 대해 0.8중량부) 및 폴리에틸렌 글리콜(PEG 400, 알루미나 및 증류수의 총량 100중량부에 대해 0.125중량부) 및 기공형성제로서 PMMA S 400(알루미나 및 증류수의 총량 100중량부에 대해 30중량부)을 첨가하여, 충분히 혼합되도록 2시간 동안 밀링하여 슬러리를 제조하였다.
First, alumina powder (Al 2 O 3 , 76% by weight), distilled water (24% by weight) and dispersant Cera4sperse (0.9 parts by weight based on 100 parts by weight of the total amount of alumina and distilled water) having an average particle size of about 0.54 µm were prepared. Each was weighed and prepared. The slurry was prepared by milling for 2 periods to ensure sufficient mixing. In addition, a polyether type SN-Defoamer 485 (0.02 parts by weight based on 100 parts by weight of total amount of alumina and distilled water) as an antifoaming agent, and 0.8 parts by weight of 100 parts by weight of polyvinyl alcohol (PVA, alumina and distilled water as a strength enhancer). Parts by weight) and polyethylene glycol (PEG 400, 0.125 parts by weight based on 100 parts by weight of alumina and distilled water) and PMMA S 400 (30 parts by weight based on 100 parts by weight of total amount of alumina and distilled water) as pore-forming agents The slurry was prepared by milling for 2 hours to mix sufficiently.

상기 슬러리를 가로가 25㎠, 세로가 30㎠, 높이가 40㎠의 외형을 지닌 다공성의 석고 몰드로 이루어진 성형틀에 30~60초에 걸쳐 주입하여 충진하였다. 상기 성형틀은 내부에 직경 4cm, 높이 40cm의 주형을 형성할 수 있게 되어 있다. 그리고나서, 상기 충진된 슬러리를 3~4분 동안 체류시킨 후, 고착되지 않은 잔여의 슬러리를 성형틀로부터 30~60초에 걸쳐서 배출하여 다공질층을 형성시켰다.
The slurry was filled and filled in a mold formed of a porous gypsum mold having an appearance of 25 cm 2, 30 cm 2, and 40 cm 2 in height over 30 to 60 seconds. The mold is capable of forming a mold having a diameter of 4 cm and a height of 40 cm therein. Thereafter, the packed slurry was held for 3-4 minutes, and the remaining unsettled slurry was discharged from the mold over 30 to 60 seconds to form a porous layer.

그 후, 상기 형성된 다공질 지지체를 48시간 동안 성형틀 내에서 건조하였다. 상기 성형틀로부터 다공질 지지체를 약 70℃의 오븐에서 약 24시간동안 건조하였다. 상기 건조된 다공질 지지체를 전기로를 이용하여 1200℃에서 5시간 유지하여 소성하여 다공질 지지체를 완성하였다.
Thereafter, the formed porous support was dried in a mold for 48 hours. From the mold, the porous support was dried in an oven at about 70 ° C. for about 24 hours. The dried porous support was calcined by holding at an electric furnace for 5 hours at 1200 ° C. to complete the porous support.

그리고나서, 상기 다공질 지지체 내벽에 산소분리막을 형성시키기 위해 BaCo0.7Fe0.22Nb0.08O3+δ분말을 메틸셀룰로오스 용액(0.67% sol)에 혼합하여 산소분리막 코팅액을 제조하였다. 상기 금속 산화물 분말과 메틸셀룰로오스 용액의 혼합 질량비는 1:4로 하였다. 즉, 상기 금속 산화물 25g을 메틸셀룰로오스 용액 100g에 혼합하여 산소분리막 코팅액을 완성하였다.
Then, BaCo 0.7 Fe 0.22 Nb 0.08 O 3 + δ powder was mixed with a methyl cellulose solution (0.67% sol) to form an oxygen separator on the inner wall of the porous support to prepare an oxygen separator coating solution. The mixed mass ratio of the metal oxide powder and the methyl cellulose solution was 1: 4. That is, 25 g of the metal oxide was mixed with 100 g of a methyl cellulose solution to complete an oxygen separator coating solution.

그리고나서, 상기 다공질 지지체의 한쪽 끝을 테이프를 이용해서 막고, 상기 산소분리막 코팅액을 30~60초 동안 지지체의 상단 끝까지 충진하였다. 그 후, 상기 산소분리막 코팅액을 상기 다공질 지지체 내에 4분 정도 체류시킨 후, 고착되지 않은 잔여의 산소분리막 코팅액을 배출시켜 제거하였다. 그리고나서, 다공질 지지체의 내벽이 산소분리막으로 코팅된 산소분리용 튜브를 상온에서 6시간 자연건조시켰으며, 이 후 80℃의 오븐에서 12시간 건조시켰다.Then, one end of the porous support was blocked with a tape, and the oxygen separator coating liquid was filled to the upper end of the support for 30 to 60 seconds. Thereafter, the oxygen separation membrane coating solution was kept in the porous support for about 4 minutes, and then the remaining oxygen separation membrane coating liquid which was not fixed was discharged and removed. Then, an oxygen separation tube coated with an oxygen separation membrane on the inner wall of the porous support was naturally dried at room temperature for 6 hours, and then dried in an oven at 80 ° C. for 12 hours.

이를 전자현미경 사진으로 찍어 (a)에 나타내었다.
This was taken with an electron microscope photograph and is shown in (a).

(b)튜브 제조과정(b) tube manufacturing process

상기 (a)와 같은 제조과정을 거치나, 슬러리 제조시 기공형성제의 첨가량을 알루미나 및 증류수 총량 100중량부에 대해 5중량부로 다르게 포함시킨 산소분리용 튜브를 제조하였다.After the preparation process as described above (a), the oxygen separation tube containing a pore-forming agent added to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the total amount of alumina and distilled water was prepared.

이를 전자현미경 사진으로 찍어 (b)에 나타내었다.
This was taken with an electron microscope photograph and is shown in (b).

(c)튜브 제조과정(c) tube manufacturing process

(a)와 같은 비율로 제조된 제1 슬러리를 이용하여 제1 다공질층을 형성시키고 2~5분이 경과한 후, (b)와 같은 비율로 제조된 제2 슬러리를 제1 다공질층이 형성되어 있는 성형틀 내에 충진시켜 제2 다공질층까지 형성시켰다. 그 후의 제조과정은 상기와 같게 행함으로써 산소분리용 튜브를 제조하였다.After the first porous layer was formed using the first slurry prepared in the same ratio as (a), and after 2 to 5 minutes, the first porous layer was formed from the second slurry prepared in the same ratio as (b). The mold was filled into a mold to form a second porous layer. Subsequent manufacturing processes were carried out as above to prepare a tube for oxygen separation.

이를 전자현미경 사진으로 찍어 (c)에 나타내었다.
This was taken with an electron microscope photograph and is shown in (c).

(d)튜브 제조과정(d) Tube manufacturing process

(c)와 같게 제1 및 제2 다공질층으로 이루어진 다공질 지지체를 제조하였다. 그 후, 상기의 산소코팅액을 지지체에 충진, 체류시키고, 잔여의 코팅액을 배출시켜 제1 산소분리막을 형성시키고 1시간이 경과한 후, 같은 과정을 반복함으로써 제2 산소분리막까지 형성시켰다. 그 후의 제조과정은 상기와 같게 행함으로써 산소분리용 튜브를 제조하였다.As in (c), a porous support composed of the first and second porous layers was prepared. Thereafter, the oxygen coating solution was filled and retained in the support, and the remaining coating solution was discharged to form the first oxygen separation membrane. After 1 hour, the same process was repeated to form the second oxygen separation membrane. Subsequent manufacturing processes were carried out as above to prepare an oxygen separation tube.

이를 전자현미경 사진으로 찍어 (d)에 나타내었다.
This was taken with an electron microscope photograph and shown in (d).

결과분석Result Analysis

먼저, (a)사진을 보면, 산소분리막의 형성력이 좋지 않아 치밀성이 매우 떨어지고, 막의 균일성도 상당히 좋지 못하다는 것을 알 수 있다. 이는 지지체에 첨가된 기공형성제가 상대적으로 많아 기공율이 높기 때문에, 막 형성에 매우 불리한 영향을 주었음을 의미한다. 따라서, 이러한 높은 기공율을 가진 지지체 위에 산소분리막이 형성된 산소분리용 튜브는 산소분리성능이 좋지 못함을 알 수 있다.
First, looking at the (a) picture, it can be seen that the formation force of the oxygen separation membrane is not very good, the density is very poor, and the uniformity of the membrane is also not very good. This means that the pore-forming agent added to the support has a relatively high porosity, which has a very detrimental effect on film formation. Therefore, it can be seen that the oxygen separation tube having the oxygen separation membrane formed on the support having such a high porosity has poor oxygen separation performance.

그리고, (b)사진을 보면, 산소분리막은 매우 치밀하고 균일하게 잘 형성되었음을 알 수 있다. 이는 기공형성제가 상대적으로 적어 기공율이 낮기 때문에, 막 형성이 용이했음을 의미한다. 다만, 지지체 전체가 기공율이 낮아 산소투과성이 떨어지는 문제가 있다.
And, looking at the (b) picture, it can be seen that the oxygen separation membrane is very dense and uniformly formed well. This means that since the pore-forming agent is relatively small and the porosity is low, film formation was easy. However, there is a problem in that the entire support has a low porosity and poor oxygen permeability.

그러나, (c)사진을 보면, 산소분리막이 코팅되어 있는 제2 다공질층은 (b)와 같이 기공형성제의 비율이 낮기 때문에 (b)와 마찬가지로 매우 치밀하고 균일한 산소분리막이 형성되었음을 알 수 있다. 그러면서도, 제1 다공질층에서 충분한 기공형성제를 포함하고 있어 전체 다공질 지지체의 통기성은 우수하게 유지함으로써, 막형성 용이성 및 산소투과성을 동시에 우수하게 확보할 수 있는 것이다.
However, in the (c) picture, it can be seen that the second porous layer coated with the oxygen separation membrane has a very dense and uniform oxygen separation membrane as in (b) because the ratio of the pore-forming agent is low as in (b). have. At the same time, sufficient pore-forming agent is included in the first porous layer, so that the air permeability of the entire porous support can be kept excellent, thereby ensuring excellent membrane formation ease and oxygen permeability.

또한, (d)사진을 보면, (c)와 같은 층 위에 산소분리막을 하나 더 형성시킨 것으로서, 추가로 형성된 제2 산소분리막은 제1 산소분리막과 어느 정도 울퉁불퉁한 표면을 가지기 때문에, 표면적이 넓어져 공기 중의 산소와 반응성이 커지므로 산소분리성능을 보다 우수하게 확보할 수 있게 된다.
In addition, in the (d) picture, the oxygen separation membrane is formed on the same layer as (c), and the additionally formed second oxygen separation membrane has a somewhat uneven surface with the first oxygen separation membrane. As a result, the reactivity with oxygen in the air is increased, so that the oxygen separation performance can be more excellently secured.

101: 제1 슬러리
102: 성형틀
103: 제1 다공질층
104: 제2 슬러리
105: 제2 다공질층
106, 202: 다공질 지지체
201: 산소분리막 코팅액
203: 마개
204: 산소분리막
101: first slurry
102: forming mold
103: first porous layer
104: second slurry
105: second porous layer
106, 202: porous support
201: oxygen separator coating liquid
203: stopper
204: oxygen separation membrane

Claims (24)

서로 다른 기공율을 갖는 2개 이상의 다공질층으로 이루어진 다공질 지지체; 및
상기 다공질 지지체의 내벽에 코팅되고, 상기 다공질 지지체의 내부를 통과하는 공기 중의 산소를 분리하고, 하기 화학식 3으로 이루어진 금속 산화물을 포함하는 산소분리막을 포함하는 것을 특징으로 하는 산소분리용 튜브.
[화학식 3]
BaCo1-X-YAXBYO3+δ
상기 식에서 A 및 B는 전이금속으로 이루어진 군으로부터 적어도 하나를 선택한 금속이며, X와 Y의 합이 0 ≤ X+Y ≤ 1 이고, δ 값은 2.7~3.3 임.
A porous support composed of two or more porous layers having different porosities; And
The oxygen separation tube coated on the inner wall of the porous support, to separate the oxygen in the air passing through the interior of the porous support, comprising an oxygen separation membrane comprising a metal oxide of the formula (3).
(3)
BaCo 1-XY A X B Y O 3 + δ
Wherein A and B are at least one metal selected from the group consisting of transition metals, and the sum of X and Y is 0 ≦ X + Y ≦ 1, and the value of δ is 2.7 to 3.3.
제1항에 있어서,
상기 다공질층은 금속 산화물, 세라믹 또는 이들의 조합물 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소분리용 튜브.
The method of claim 1,
The porous layer is oxygen separation tube, characterized in that it comprises at least one of a metal oxide, a ceramic or a combination thereof.
제1항에 있어서,
상기 다공질 지지체의 최내곽에 위치한 다공질층의 기공율이 다른 다공질층의 기공율보다 낮은 것을 특징으로 하는 산소분리용 튜브.
The method of claim 1,
An oxygen separation tube, characterized in that the porosity of the porous layer located on the innermost side of the porous support is lower than that of other porous layers.
제3항에 있어서,
상기 최내곽에 위치한 다공질층의 기공율은 2 내지 18 vol%이고, 상기 다른 다공질층의 기공율은 20 내지 50 vol%인 것을 특징으로 하는 산소분리용 튜브.
The method of claim 3,
The porosity of the porous layer located in the innermost is 2 to 18 vol%, the porosity of the other porous layer is 20 to 50 vol%, the tube for oxygen separation.
제2항에 있어서,
상기 금속 산화물, 세라믹 또는 이들의 조합물은 평균입경이 0.5 내지 1㎛인 것을 특징으로 하는 산소분리용 튜브.
The method of claim 2,
The metal oxide, ceramic or a combination thereof is an oxygen separation tube, characterized in that the average particle diameter of 0.5 to 1㎛.
삭제delete 서로 다른 기공율을 갖는 2개 이상의 다공질층으로 이루어진 다공질 지지체를 제조하는 단계;
상기 다공질 지지체 내부에 산소분리막 코팅액을 충진하는 단계;
상기 산소분리막 코팅액을 상기 다공질 지지체 내부에서 일정시간 동안 체류시켜 상기 다공질 지지체의 내벽에 산소분리막을 형성하는 단계;
상기 다공질 지지체에서 잔여의 산소분리막 코팅액을 배출하는 단계;
상기 산소분리막이 형성된 다공질 지지체를 건조하는 단계; 및
상기 건조된 산소분리막이 형성된 다공질 지지체를 소성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소분리용 튜브 제조방법.
Preparing a porous support composed of two or more porous layers having different porosities;
Filling an oxygen separation membrane coating solution into the porous support;
Forming an oxygen separation membrane on the inner wall of the porous support by remaining the oxygen separation membrane coating solution in the porous support for a predetermined time;
Discharging the remaining oxygen separation membrane coating solution from the porous support;
Drying the porous support on which the oxygen separation membrane is formed; And
Method for producing an oxygen separation tube comprising the step of firing the porous support on which the dried oxygen separation membrane is formed.
제7항에 있어서,
상기 다공질 지지체를 제조하는 단계는,
금속 산화물, 세라믹 또는 이들의 조합물 중 적어도 하나, 증류수, 기공형성제 및 분산제를 혼합하여 제1 슬러리를 제조하는 단계;
상기 제1 슬러리를 성형틀에 충진하고 일정시간 동안 체류시켜 상기 성형틀의 내벽에 제1 슬러리를 고착시키는 단계;
상기 성형틀로부터 고착되지 않은 잔여의 제1 슬러리를 배출하여 제1 다공질층을 형성하는 단계;
금속 산화물, 세라믹 또는 이들의 조합물 중 적어도 하나, 증류수, 기공형성제 및 분산제를 혼합하여 상기 제1 슬러리와 기공형성제의 첨가비율이 다른 제2 슬러리를 제조하는 단계;
상기 제2 슬러리를 제1 다공질층이 고착되어 있는 성형틀에 충진하고 일정시간 동안 체류시켜 상기 제1 다공질층의 내벽에 제2 슬러리를 고착시키는 단계;
상기 제1 다공질층으로부터 고착되지 않은 제2 슬러리를 배출하여 외곽의 제1 다공질층 및 내곽의 제2 다공질층으로 이루어지는 다공질 지지체를 성형하는 단계;
상기 성형된 다공질 지지체를 건조하는 단계; 및
상기 건조된 다공질 지지체를 소성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소분리용 튜브 제조방법.
The method of claim 7, wherein
Preparing the porous support,
Preparing a first slurry by mixing at least one of a metal oxide, a ceramic, or a combination thereof, distilled water, a pore former, and a dispersant;
Filling the first slurry in a mold and staying for a predetermined time to fix the first slurry on an inner wall of the mold;
Discharging the remaining first slurry that is not fixed from the mold to form a first porous layer;
Mixing at least one of a metal oxide, a ceramic, or a combination thereof, distilled water, a pore former, and a dispersant to prepare a second slurry having a different addition ratio of the first slurry and the pore former;
Filling the second slurry in a molding mold to which the first porous layer is fixed and retaining for a predetermined time to fix the second slurry on the inner wall of the first porous layer;
Discharging the second slurry not adhered from the first porous layer to form a porous support including an outer first porous layer and an inner second porous layer;
Drying the molded porous support; And
Method for producing an oxygen separation tube comprising the step of firing the dried porous support.
제8항에 있어서,
상기 슬러리 제조단계, 고착단계 및 잔여의 슬러리 배출단계를 3번 이상 반복하여 서로 다른 기공율을 갖는 3개 이상의 다공질층으로 이루어진 다공질 지지체를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소분리용 튜브 제조방법.
The method of claim 8,
Repeating the slurry manufacturing step, the fixing step and the remaining slurry discharge step three or more times to prepare a porous support consisting of three or more porous layers having different porosity, characterized in that it comprises a step of producing a tube for oxygen separation. .
제8항에 있어서,
상기 다공질 지지체의 최내곽에 위치한 다공질층의 기공율이 다른 다공질층의 기공율보다 낮도록 하는 것을 특징으로 하는 산소분리용 튜브 제조방법.
The method of claim 8,
And a porosity of the porous layer located at the innermost part of the porous support is lower than that of other porous layers.
제10항에 있어서,
상기 최내곽에 위치한 다공질층의 기공율은 2 내지 18 vol%이고, 상기 다른 다공질층의 기공율은 20 내지 50 vol%이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 산소분리용 튜브 제조방법 .
The method of claim 10,
The porosity of the porous layer located in the innermost is 2 to 18 vol%, the porosity of the other porous layer is characterized in that 20 to 50 vol% oxygen separation tube manufacturing method.
제10항에 있어서,
상기 다공질 지지체의 최내곽에 위치한 다공질층을 형성하는 슬러리는 중량%로, 금속 산화물, 세라믹 또는 이들의 조합물 중 적어도 하나가 14 내지 34%이고, 증류수가 66 내지 86%이며, 금속 산화물, 세라믹 또는 이들의 조합물 중 적어도 하나의 총량 100중량부에 대하여 기공 형성제 1 내지 10 중량부 및 금속 산화물, 세라믹 또는 이들의 조합물 중 적어도 하나의 총량 100중량부에 대하여 분산제 0.5 내지 1.5중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소분리용 튜브 제조방법.
The method of claim 10,
The slurry forming the porous layer located at the innermost part of the porous support is in weight percent, at least one of metal oxides, ceramics or combinations thereof is 14 to 34%, distilled water is 66 to 86%, metal oxides, ceramics Or 1 to 10 parts by weight of the pore-forming agent and 100 to 5 parts by weight of the dispersant based on 100 parts by weight of the total amount of the metal oxide, the ceramic or the combination thereof. Oxygen separation tube manufacturing method characterized in that.
제10항에 있어서,
상기 다공질 지지체의 최내곽에 위치한 다공질층을 제외한 다른 다공질층을 형성하는 슬러리는 금속 산화물, 세라믹 또는 이들의 조합물 중 적어도 하나가 14 내지 34중량%이고, 증류수가 66 내지 86중량%이며, 금속 산화물, 세라믹 또는 이들의 조합물 중 적어도 하나의 총량 100중량부에 대하여 기공 형성제 15 내지 40 중량부 및 금속 산화물, 세라믹 또는 이들의 조합물 중 적어도 하나의 총량 100중량부에 대하여 분산제 0.5 내지 1.5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소분리용 튜브 제조방법.
The method of claim 10,
The slurry for forming a porous layer other than the porous layer located at the innermost portion of the porous support may include 14 to 34% by weight of metal oxide, ceramic or a combination thereof, 66 to 86% by weight of distilled water, and 15 to 40 parts by weight of the pore former and 100 to parts by weight of the total amount of at least one of the metal oxides, ceramics or combinations thereof, and 0.5 to 1.5 parts by weight of the total amount of at least one of the oxides, ceramics or combinations thereof. Oxygen separation tube manufacturing method comprising a weight part.
제12항 또는 제13항에 있어서,
상기 슬러리는 소포제 및 강도증강제 중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산소분리용 튜브 제조방법.
The method according to claim 12 or 13,
Said slurry further comprises at least one of an antifoaming agent and a strength enhancer.
제12항 또는 제13항에 있어서,
상기 슬러리는 촉매를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산소분리용 튜브 제조방법.
The method according to claim 12 or 13,
The slurry is an oxygen separation tube manufacturing method characterized in that it further comprises a catalyst.
제12항 또는 제13항에 있어서,
상기 금속 산화물, 세라믹 또는 이들의 조합물은 평균입경이 0.5 내지 1㎛인 것을 특징으로 하는 산소분리용 튜브 제조방법.
The method according to claim 12 or 13,
The metal oxide, ceramic or a combination thereof is an oxygen separation tube manufacturing method, characterized in that the average particle diameter of 0.5 to 1㎛.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 성형틀은 슬러리를 유입하기 위한 유입구, 슬러리를 배출하기 위한 배출구 및 상기 슬러리의 배출 속도를 조절하기 위한 밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 산소분리용 튜브 제조방법.
The method according to claim 8 or 9,
The forming mold has an inlet for injecting a slurry, an outlet for discharging the slurry and a valve for adjusting the discharge rate of the slurry characterized in that it comprises a valve.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 슬러리의 체류 시간은 2 내지 10분인 것을 특징으로 하는 산소분리용 튜브 제조방법.
The method according to claim 8 or 9,
Retention time of the slurry is 2 to 10 minutes, characterized in that the oxygen separation tube manufacturing method.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 성형된 다공질 지지체를 상온에서 24 내지 48시간 동안 건조한 후 70 내지 80℃에서 12 내지 24시간 동안 더 건조하는 것을 특징으로 하는 산소분리용 튜브 제조방법.
The method according to claim 8 or 9,
The molded porous support is dried at room temperature for 24 to 48 hours and then further dried for 70 to 80 hours at 12 to 24 hours at 70 to 80 ℃ oxygen separation tube manufacturing method.
제7항에 있어서,
상기 산소분리막 코팅액은 하기 화학식 3으로 이루어진 금속 산화물 1중량부 및 물, 알코올, 부탄올, 아세토니트릴, 아세톤, 에칠아세테이트, 디클로로메탄, 클로로 포름으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 극성용매를 10 내지 30중량부로 포함하는 것을 특징으로 하는 산소분리용 튜브 제조방법.
[화학식 3]
BaCo1 -X- YAXBYO3
상기 식에서 A 및 B는 전이금속으로 이루어진 군으로부터 적어도 하나를 선택한 금속이며, X와 Y의 합이 0 ≤ X+Y ≤ 1 이고, δ 값은 2.7~3.3 임.
The method of claim 7, wherein
The oxygen separation membrane coating solution is 10 to 30% by weight of at least one polar solvent selected from the group consisting of water, alcohol, butanol, acetonitrile, acetone, acetylacetate, dichloromethane, chloroform and the like 1 parts by weight of the metal oxide consisting of the formula Oxygen separation tube manufacturing method comprising a portion.
(3)
BaCo 1 -X- Y A X B Y O 3 + δ
Wherein A and B are at least one metal selected from the group consisting of transition metals, and the sum of X and Y is 0 ≦ X + Y ≦ 1, and the value of δ is 2.7 to 3.3.
제7항에 있어서,
상기 산소분리막 코팅액을 상기 다공질 지지체 내부에서 일정시간 동안 체류시키는 단계는 2 내지 10분 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 산소분리용 튜브 제조방법.
The method of claim 7, wherein
Retaining the oxygen separation membrane coating solution for a predetermined time in the porous support is a method for producing an oxygen separation tube, characterized in that made for 2 to 10 minutes.
제7항에 있어서,
상기 산소코팅액 충진단계, 체류단계 및 잔여의 코팅액 배출단계를 2회 이상 반복함으로써 2개 이상의 산소분리막층이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 산소분리용 튜브 제조방법.
The method of claim 7, wherein
Method for producing an oxygen separation tube, characterized in that to form two or more oxygen separation membrane layer by repeating the oxygen coating liquid filling step, the retention step and the remaining coating liquid discharge step two or more times.
제7항에 있어서,
상기 산소분리막이 형성된 다공질 지지체를 건조하는 단계는 상온에서 12 내지 24시간 동안 건조한 후 70 내지 80℃에서 6 내지 12시간 동안 더 건조하는 것을 특징으로 하는 산소분리용 튜브 제조방법.
The method of claim 7, wherein
Drying the porous support on which the oxygen separation membrane is formed is dried for 12 to 24 hours at room temperature and then further dried for 6 to 12 hours at 70 to 80 ℃ oxygen separation tube manufacturing method.
제7항에 있어서,
상기 건조된 산소분리막이 형성된 다공질 지지체를 소성하는 단계는 1000 내지 1500℃에서 12 내지 24시간 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 산소분리용 튜브 제조방법.
The method of claim 7, wherein
The firing of the porous support on which the dried oxygen separation membrane is formed is a method for producing an oxygen separation tube, characterized in that for 12 to 24 hours at 1000 to 1500 ℃.
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