KR20130040625A - Polyvinylidenefluoride hollow fiber membrane with secondary barrier for water treatment and preparation thereof - Google Patents
Polyvinylidenefluoride hollow fiber membrane with secondary barrier for water treatment and preparation thereof Download PDFInfo
- Publication number
- KR20130040625A KR20130040625A KR1020110105511A KR20110105511A KR20130040625A KR 20130040625 A KR20130040625 A KR 20130040625A KR 1020110105511 A KR1020110105511 A KR 1020110105511A KR 20110105511 A KR20110105511 A KR 20110105511A KR 20130040625 A KR20130040625 A KR 20130040625A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- hollow fiber
- polyvinylidene fluoride
- fiber membrane
- blocking layer
- secondary blocking
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 122
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 title claims abstract description 107
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 43
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 title claims description 41
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 title claims description 41
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title description 7
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 title 1
- 238000009987 spinning Methods 0.000 claims abstract description 41
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims abstract description 29
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 48
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 48
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 26
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 26
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 22
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 22
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M lithium chloride Chemical compound [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 19
- TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L Magnesium chloride Chemical compound [Mg+2].[Cl-].[Cl-] TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 15
- CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L Magnesium sulfate Chemical compound [Mg+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 14
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L zinc dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Zn+2] JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 12
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 claims description 11
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims description 11
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 9
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 claims description 9
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 claims description 9
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 claims description 9
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 claims description 9
- FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylacetamide Chemical compound CN(C)C(C)=O FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 8
- YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 4-Butyrolactone Chemical compound O=C1CCCO1 YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 claims description 7
- 229910001629 magnesium chloride Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 235000011147 magnesium chloride Nutrition 0.000 claims description 7
- 229910052943 magnesium sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 235000019341 magnesium sulphate Nutrition 0.000 claims description 7
- 229920002307 Dextran Polymers 0.000 claims description 6
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 6
- JHIVVAPYMSGYDF-UHFFFAOYSA-N cyclohexanone Chemical compound O=C1CCCCC1 JHIVVAPYMSGYDF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- DOIRQSBPFJWKBE-UHFFFAOYSA-N dibutyl phthalate Chemical compound CCCCOC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCCCC DOIRQSBPFJWKBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- HJOVHMDZYOCNQW-UHFFFAOYSA-N isophorone Chemical compound CC1=CC(=O)CC(C)(C)C1 HJOVHMDZYOCNQW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229920002689 polyvinyl acetate Polymers 0.000 claims description 6
- 239000011118 polyvinyl acetate Substances 0.000 claims description 6
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 6
- 239000011592 zinc chloride Substances 0.000 claims description 6
- 235000005074 zinc chloride Nutrition 0.000 claims description 6
- BJQHLKABXJIVAM-BGYRXZFFSA-N 1-o-[(2r)-2-ethylhexyl] 2-o-[(2s)-2-ethylhexyl] benzene-1,2-dicarboxylate Chemical compound CCCC[C@H](CC)COC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OC[C@H](CC)CCCC BJQHLKABXJIVAM-BGYRXZFFSA-N 0.000 claims description 3
- BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N Diethylhexyl phthalate Natural products CCCCC(CC)COC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCC(CC)CCCC BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229960002380 dibutyl phthalate Drugs 0.000 claims description 3
- IFKPLJWIEQBPGG-QGZVFWFLSA-N (5s)-6-(dimethylamino)-5-methyl-4,4-diphenylhexan-3-one Chemical compound C=1C=CC=CC=1C([C@H](C)CN(C)C)(C(=O)CC)C1=CC=CC=C1 IFKPLJWIEQBPGG-QGZVFWFLSA-N 0.000 claims 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 abstract description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 44
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 37
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 23
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 20
- 239000000701 coagulant Substances 0.000 description 18
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 15
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 15
- 239000002952 polymeric resin Substances 0.000 description 15
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 15
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 14
- 230000008569 process Effects 0.000 description 13
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 11
- -1 Polyethylene Polymers 0.000 description 10
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 10
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 8
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 7
- 239000006259 organic additive Substances 0.000 description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 6
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 6
- 229920001477 hydrophilic polymer Polymers 0.000 description 6
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 description 6
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 6
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 5
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- 238000002145 thermally induced phase separation Methods 0.000 description 5
- ZAMLGGRVTAXBHI-UHFFFAOYSA-N 3-(4-bromophenyl)-3-[(2-methylpropan-2-yl)oxycarbonylamino]propanoic acid Chemical compound CC(C)(C)OC(=O)NC(CC(O)=O)C1=CC=C(Br)C=C1 ZAMLGGRVTAXBHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920002284 Cellulose triacetate Polymers 0.000 description 4
- NNLVGZFZQQXQNW-ADJNRHBOSA-N [(2r,3r,4s,5r,6s)-4,5-diacetyloxy-3-[(2s,3r,4s,5r,6r)-3,4,5-triacetyloxy-6-(acetyloxymethyl)oxan-2-yl]oxy-6-[(2r,3r,4s,5r,6s)-4,5,6-triacetyloxy-2-(acetyloxymethyl)oxan-3-yl]oxyoxan-2-yl]methyl acetate Chemical compound O([C@@H]1O[C@@H]([C@H]([C@H](OC(C)=O)[C@H]1OC(C)=O)O[C@H]1[C@@H]([C@@H](OC(C)=O)[C@H](OC(C)=O)[C@@H](COC(C)=O)O1)OC(C)=O)COC(=O)C)[C@@H]1[C@@H](COC(C)=O)O[C@@H](OC(C)=O)[C@H](OC(C)=O)[C@H]1OC(C)=O NNLVGZFZQQXQNW-ADJNRHBOSA-N 0.000 description 4
- 229940081735 acetylcellulose Drugs 0.000 description 4
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 4
- 229920002301 cellulose acetate Polymers 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 4
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 4
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 4
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 3
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 3
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 3
- 230000006837 decompression Effects 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 239000000543 intermediate Substances 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 3
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 description 3
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 3
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 3
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 3
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 3
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 3
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 3
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 3
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 3
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 3
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 3
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000020 Nitrocellulose Substances 0.000 description 2
- 229920012266 Poly(ether sulfone) PES Polymers 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 2
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000005374 membrane filtration Methods 0.000 description 2
- 238000001471 micro-filtration Methods 0.000 description 2
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 description 2
- 229920001220 nitrocellulos Polymers 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 239000004627 regenerated cellulose Substances 0.000 description 2
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 description 2
- STGNLGBPLOVYMA-TZKOHIRVSA-N (z)-but-2-enedioic acid Chemical compound OC(=O)\C=C/C(O)=O.OC(=O)\C=C/C(O)=O STGNLGBPLOVYMA-TZKOHIRVSA-N 0.000 description 1
- FJWGYAHXMCUOOM-QHOUIDNNSA-N [(2s,3r,4s,5r,6r)-2-[(2r,3r,4s,5r,6s)-4,5-dinitrooxy-2-(nitrooxymethyl)-6-[(2r,3r,4s,5r,6s)-4,5,6-trinitrooxy-2-(nitrooxymethyl)oxan-3-yl]oxyoxan-3-yl]oxy-3,5-dinitrooxy-6-(nitrooxymethyl)oxan-4-yl] nitrate Chemical compound O([C@@H]1O[C@@H]([C@H]([C@H](O[N+]([O-])=O)[C@H]1O[N+]([O-])=O)O[C@H]1[C@@H]([C@@H](O[N+]([O-])=O)[C@H](O[N+]([O-])=O)[C@@H](CO[N+]([O-])=O)O1)O[N+]([O-])=O)CO[N+](=O)[O-])[C@@H]1[C@@H](CO[N+]([O-])=O)O[C@@H](O[N+]([O-])=O)[C@H](O[N+]([O-])=O)[C@H]1O[N+]([O-])=O FJWGYAHXMCUOOM-QHOUIDNNSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 230000003113 alkalizing effect Effects 0.000 description 1
- 125000003368 amide group Chemical group 0.000 description 1
- 244000052616 bacterial pathogen Species 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 230000001112 coagulating effect Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 229920006332 epoxy adhesive Polymers 0.000 description 1
- 125000003700 epoxy group Chemical group 0.000 description 1
- 125000004185 ester group Chemical group 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000010559 graft polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012456 homogeneous solution Substances 0.000 description 1
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 1
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005865 ionizing radiation Effects 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- YVFINSRLCWMBHN-UHFFFAOYSA-L lithium;zinc;dichloride Chemical compound [Li+].[Cl-].[Cl-].[Zn+2] YVFINSRLCWMBHN-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 1
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 1
- 239000002667 nucleating agent Substances 0.000 description 1
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 238000005373 pervaporation Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 229920001601 polyetherimide Polymers 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 150000003254 radicals Chemical class 0.000 description 1
- 230000008707 rearrangement Effects 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000009751 slip forming Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 238000010557 suspension polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 description 1
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 description 1
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000002166 wet spinning Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- B01D69/10—Supported membranes; Membrane supports
-
- 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
- B01D67/0009—Organic membrane manufacture by phase separation, sol-gel transition, evaporation or solvent quenching
- B01D67/0016—Coagulation
-
- 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
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/08—Hollow fibre membranes
-
- 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
- B01D69/12—Composite membranes; Ultra-thin membranes
- B01D69/1216—Three or more layers
-
- 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
- B01D71/30—Polyalkenyl halides
- B01D71/32—Polyalkenyl halides containing fluorine atoms
- B01D71/34—Polyvinylidene fluoride
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2323/00—Details relating to membrane preparation
- B01D2323/15—Use of additives
- B01D2323/218—Additive materials
- B01D2323/2181—Inorganic additives
- B01D2323/21817—Salts
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2323/00—Details relating to membrane preparation
- B01D2323/15—Use of additives
- B01D2323/218—Additive materials
- B01D2323/2182—Organic additives
- B01D2323/21839—Polymeric additives
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2323/00—Details relating to membrane preparation
- B01D2323/219—Specific solvent system
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2323/00—Details relating to membrane preparation
- B01D2323/46—Impregnation
-
- 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
- B01D2325/026—Sponge structure
-
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
본 발명은 중공사 분리막의 내부로부터 순차적으로 중공사지지층(40), 이차저지층(30), 활성지지층(20), 분리활성층(10)으로 이루어진 수처리용 중공사 분리막에 관한 것으로, 용매 혹은 용융에 의해 방사용액을 제조하고 방사용액을 이중구금을 통해 중공사 분리막으로 성형하며, 중공사 분리막을 재용해조에서 표면 용해를 시킨 후 재응고시키는 것에 의해 이차저지층(30)을 갖는 중공사 분리막의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a hollow fiber membrane for water treatment comprising a hollow fiber support layer 40, a secondary blocking layer 30, an active support layer 20, and a separation active layer 10 sequentially from the inside of the hollow fiber separator. Of the hollow fiber membrane having the secondary blocking layer 30 by preparing the spinning solution and molding the spinning solution into a hollow fiber membrane through double-detention, and then dissolving the surface of the hollow fiber membrane in a re-dissolution tank. It relates to a manufacturing method.
Description
본 발명은 이차저지층(30)을 갖는 수처리용 폴리불화비닐리덴 중공사 분리막에 있어서,The present invention is a polyvinylidene fluoride hollow fiber separator for water treatment having a secondary blocking layer (30),
분리막은 외부에 분리활성층(10)을 갖는 외압형 중공사 분리막으로서 내부에 거대기공을 갖는 중공사지지층(40)과 분리활성층(10)을 지지하는 활성지지층(20), 중공사지지층(40)과 활성지지층(20) 사이에 이차저지층(30)을 갖는 것을 특징으로 하는 수처리용 중공사 분리막 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The separation membrane is an external pressure hollow fiber membrane having a separation
한외여과 또는 정밀여과 중공사막을 제조하는데 주로 사용되는 고분자 소재로서 폴리설폰 (Polysulfone; PSf), 폴리이서설폰(Polyethersulfone; PES), 폴리불화비닐리덴(Polyvinylidenefluoride; PVDF), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리프로필렌(Polypropylene; PP), 폴리테트라플루오르에틸렌(Polytetrafluoroethylene; PTFE), 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC), 폴리아미드(Polyamide; PA), 폴리에스터(Polyester), 폴리염화비닐(Polyvinylchloride: PVC), 셀룰로오즈나이트레이트(Cellulose nitrate), 재생셀룰로오즈(Regenerated Cellulose), 셀룰로오즈아세테이트(Celluloseacetate; CA), 셀룰로오즈트리아세테이트(Cellulosetriacetate; CTA), 폴리아크릴로나이트릴(Polyacrylonitrile; PAN) 등이 사용된다. 폴리설폰 (Polysulfone; PSf), 폴리이서설폰(Polyethersulfone; PES), 폴리불화비닐리덴(Polyvinylidenefluoride; PVDF)은 소수성 소재로서 일반적으로 상전이법을 이용하여 한외여과막이나 정밀여과 중공사막을 제조한다. 폴리설폰이나 폴리이서설폰은 폴리불화비닐리덴보다 상전이 속도가 훨씬 빠르고 점도가 낮기 때문에 짧은 시간에 많은 양의 중공사막을 제조할 수 있으나, 기계적 강도가 약하여 쉽게 막 표면이 손상되거나 절단되고, 낮은 내화학성으로 인해 장기간 사용시 분리막의 급속한 열화를 초래하며, 상대적으로 막의 공극이 커서 막오염으로 인한 장기 사용상의 문제점이 있었다. 투과속도는 크지만 막의 오염 현상이 심하고 미세 유기물질의 통과를 유발하는 문제점이 있었다. 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌은 대표적인 결정성 고분자로서 주로 고분자를 용융하여 압출방사한 후 연신에 의해 결정과 결정 사이에 존재하는 비결정 영역을 찢음으로서 공극을 형성시켜 매우 높은 공극율을 가진다. 따라서 이러한 방법에 의해 제조된 중공사막은 높은 투과유속을 가지게 되지만, 공극이 슬릿모양을 띠고, 상대적으로 큰 공극과 공극분포를 가지게 되어 막오염 제어가 어렵고, 분리성능에 한계를 가지므로 하폐수 처리 등에 극히 제한적으로 사용되는 문제점이 있다. 폴리카보네이트나 폴리에스터 소재는 소재의 특성상 트랙에칭법을 사용하여 분리막으로 제조하지만, 이러한 방법은 균일한 공극을 제조할 수 있는 장점이 있으나, 공극율이 극히 적고, 공극이 큰 정밀여과막에 한정되며, 대규모 분리막 생산이 어려운 문제점을 지닌다. 셀룰로오즈나이트레이트(Cellulosenitrate), 재생셀룰로오즈(Regenerated Cellulose), 셀룰로오즈아세테이트(Celluloseacetate; CA), 셀룰로오즈트리아세테이트(Cellulosetriacetate; CTA), 폴리아크릴로나이트릴(Polyacrylonitrile; PAN)등의 고분자는 상대적으로 친수성의 고분자로서 용매유도상전이법을 이용하여 분리막을 제조하고, 높은 투과유속을 가지지만, 내화학성과 내구성이 약한 문제점을 가지고 있어, 중공사막으로 성형시 쉽게 파단되거나 손상으로 장기 사용상의 문제점을 가지고 있다. Polysulfone (Polysulfone; PSf), Polyethersulfone (PES), Polyvinylidenefluoride (PVDF), Polyethylene, Polypropylene (Polypropylene; PP), Polytetrafluoroethylene (PTFE), Polycarbonate (PC), Polyamide (PA), Polyester, Polyvinylchloride (PVC), Cellulose Nitride Cellulose nitrate, Regenerated Cellulose, Celluloseacetate (CA), Cellulosetriacetate (CTA), Polyacrylonitrile (PAN) and the like are used. Polysulfone (PSf), polyethersulfone (PES), and polyvinylidene fluoride (PVDF) are hydrophobic materials, and generally, ultrafiltration membranes or microfiltration hollow fiber membranes are prepared using a phase transfer method. Polysulfone or polyisulfone have a much higher phase transition speed and lower viscosity than polyvinylidene fluoride, so that a large amount of hollow fiber membranes can be produced in a short time, but the mechanical strength is weak, so that the membrane surface is easily damaged or cut, Due to chemistry, the membrane deteriorates rapidly during long-term use, and there is a problem of long-term use due to membrane contamination due to the relatively large pore size of the membrane. Although the permeation rate is large, the fouling phenomenon of the membrane is severe and there is a problem of causing the passage of fine organic materials. Polyethylene or polypropylene is a typical crystalline polymer, and mainly melts the polymer and extrudes it, and then stretches the amorphous region existing between the crystal and the crystal to form voids, thereby having a very high porosity. Therefore, the hollow fiber membrane produced by this method has a high permeation flux, but the pores are slit-shaped, have a relatively large pore and pore distribution, it is difficult to control the membrane contamination, and the separation performance is limited, so sewage treatment There is a problem that is used extremely limited. Polycarbonate or polyester material is manufactured as a separation membrane using the track etching method due to the characteristics of the material, but this method has the advantage of producing a uniform void, but is extremely limited in the microfiltration membrane with a very small porosity, a large void, Large scale membrane production has a difficult problem. Polymers such as cellulosenitrate, Regenerated Cellulose, Celluloseacetate (CA), Cellulosetriacetate (CTA), Polyacrylonitrile (Polyacrylonitrile; PAN) As a separator, a separation membrane is manufactured by using a solvent induction phase transition method, and has a high permeation flux, but has a weak chemical resistance and durability, and has a problem of long-term use due to breakage or damage when forming into a hollow fiber membrane.
대한민국 특허공개 제2005-18624호에서는 삼차원 메쉬상 구조와 구상구조를 모두 갖는 다공질막의 제조 및 이의 응용을 개시하고 있다. 본 특허에서는 상기 다공질막의 달성을 위하여 열가소성 수지를 용매에 용해시키고, 상기 수지용액을 방사 노즐로부터 냉각 액체 중에 토출함으로써 고화시켜 다공질막을 제조함에 있어서 상기막의 한쪽 면과 다른 쪽 면에서 냉각 액체의 조성을 변화시켜 삼차원 메쉬상 구조와 구상구조를 모두 갖는 방법, 구상구조로 이루어진 다공질막의 적어도 한쪽 측에 수지 용액을 도포한 후 응고액에 침지함으로써 삼차원 메쉬상 구조를 형성하는 방법, 삼차원 메쉬상 구조 형성용 수지 용액과 구상 구조 형성용 수지용액을 3중 방사 노즐로부터 동시에 토출한 후 고화시킨 삼차원 메쉬상 구조와 구상구조를 모두 갖는 방법을 개시하고 있다. 그러나 이러한 중공사막 제조방법은 공정이 지나치게 복잡하여 제조단가가 상승할 수 없고, 또한 각 층간의 이질적인 공정과 제조공정으로 계면간 접착 불량으로 인한 박리 등의 문제를 일으킬 수 있다. 불테 등은 1996년 출간된 문헌 [A.M.W. Bulte, M.H.V. Mulder, C.A. Smolders, H. Strathmann, Diffusion induced separation with crystallizable nylons. II. Relation to final membrane morphology, Journal of membrane science, 121, 51-58(1996)]에서 열가소성 수지를 이용하여 분리막을 제조할 경우 고온에서 용해시킨 후 낮은 온도의 응고조에 침지함에 의해 구상구조를 갖는 분리막의 제조를 개시하고 있다. 1994년 출간된 리 등의 문헌 [S.-G. Li, G.H. Koops, M.H.V. Mulder, T. van den Boomgaard, C.A. Smolders, Wet spinning of integrally skinned hollow fiber membranes by a modified dual-bath coagulation method using a triple orifice spinneret, Journal of membrane science, 94, 329-340 (1994)], 2005년 출간된 알브레츠 등의 문헌 [W. Albrecht, K. Kneifel, Th. Weigel, R. Hilke, R. Just, M. Schossig, K. Ebert, A. Lendlein, Preparation of highly asymmetric hollow fiber membranes from poly(ether imide) by a modified dry-wet phase inversion techniquie using a triple spinneret, Journal of membrane science, 262, 69-80 (2005)] 등에서 3중 방사 노즐을 이용하여 투과증발용 중공사 분리막의 제조를 개시하고 있다. 대한민국 특허 공개 제2007-102012호에서는 평균입경이 5 마이크론 내외이고, 길이가 5 마이크론 이상의 다수의 막대형 입자 및 평균입경이 5 마이크론 이하의 다수의 구형입자를 포함하는 친수성 폴리불화비닐리덴 수지 다공성 중공사막의 제조를 개시하고 있다. 대한민국 특허 공개 제 2007-113374에서는 중공사막의 중공 중심부로부터 외부 쪽으로, 분리막 내부에 위치하고 평균직경 500 나노미터 이하의 다수의 고분자 나노섬유가 막단면상에 노출되어 있고, 동시에 평균입경 1 내지 5 마이크론 이하의 다수의 미세구형입자를 포함하는 내부층, 상기 내부층의 상부에 위치하고 평균직경 500 나노미터 이하의 다수의 고분자 나노섬유가 막단면에 노출되어 있고, 동시에 평균입경 5 마이크론 초과 10 마이크론의 다수의 중간구형입자를 포함하는 중간층, 및 상기 중간층의 상부에 위치하고 평균직경 500 나노미터 이하의 다수의 고분자 나노섬유가 막단면상에 노출되어 있고, 동시에 평균입경 1 내지 5 마이크론 이하의 다수의 미세구형입자를 포함하는 표면층을 포함하는 폴리불화비닐리덴게 다공성 중공사막의 제조를 개시하고 있다. 또한 대한민국 특허공개 제 2007-113375에서는 중공사막의 중공 중심부로부터 구형 입자의 입경을 달리하는 네 개의 층을 갖는 폴리불화비닐리덴 수지 다공성 중공사막의 제조를 개시하고 있고, 대한민국 특허 공개 제 2007-103187에서는 중공사막의 중심부로부터 바깥쪽으로 내부층은 다수의 구형입자를 포함하고 있으며, 표면층은 다수의 구형 섬유상 입자를 포함하는 폴리불화비닐리덴 수지 다공성 중공사막의 제조를 개시하고 있다. 그러나 이러한 방법은 내부의 두꺼운 층을 형성하고 있는 지지층의 구상구조로 인하여 입자와 입자 사이의 공극이 작아 거대 공극 형성이 어려우므로 수투과를 제한하는 결점을 가지고 있다. 또한 다공성막의 표면에 분리활성층(10)을 갖고 있지 않으므로 미세입자나 병원성 세균, 미생물 등의 제거 효율이 높지 않은 결점을 지닌다. 대한민국 특허공개 제2005-0056245호에서는 폴리불화비닐리덴 미다공막에 전리성 방사선의 조사를 이용하여 친수성 비닐 단량체의 라디칼생성을 유도한 뒤 막표면에 이들 라디칼들을 그래프트 중합시키는 방법을 통해 친수화된 막의 형성을 개시하고 있다. 또한, 대한민국 특허공개 제2006-0003347호에서는 에폭시기, 히드록시기, 카르복시기, 에스테르기, 아미드기를 함유한 친수성 단량체를 현탁중합을 통해 폴리불화비닐리덴 단량체와 공중합하여 제조된 친수화된 폴리불화비닐리덴 수지 다공막을 개시하고 있다. 대한민국 특허공개 제2005-0078747호에서는 친수화된 유기점토를 함유한 나노복합체 중공사막의 제조예를 개시하고 있다. 이외에, 알칼리, 산화제를 이용한 화학적 처리를 통한 친수화된 폴리불화비닐리덴 수지 다공성막의 제조예가 또한 개시되어 있다. 그러나, 이러한 종래 기술에는 중합과 같은 부가적인 공정, 방사선의 사용 같은 고비용 공정 등이 사용되고 있으며, 특히 화학적 처리방법은 흔히 폴리불화비닐리덴 수지 고유의 기계적 강도를 손상시킬 수 있는 결점을 가지고 있다. Korean Patent Publication No. 2005-18624 discloses the preparation and application of a porous membrane having both a three-dimensional mesh structure and a spherical structure. In this patent, in order to achieve the porous membrane, the thermoplastic resin is dissolved in a solvent, and the resin solution is solidified by ejecting the resin solution from the spinning nozzle into the cooling liquid to change the composition of the cooling liquid on one side and the other side of the membrane. A method having both a three-dimensional mesh structure and a spherical structure, a method of forming a three-dimensional mesh structure by applying a resin solution to at least one side of the porous membrane having a spherical structure, and then immersing in a coagulating solution, and a resin for forming a three-dimensional mesh structure A method having both a three-dimensional mesh structure and a spherical structure in which a solution and a resin solution for forming a spherical structure are simultaneously discharged from a triple spinning nozzle and then solidified. However, such a hollow fiber membrane manufacturing method is too complicated to increase the manufacturing cost, and also may cause problems such as peeling due to the interfacial adhesion failure in the heterogeneous process and manufacturing process between each layer. Bulte et al., Published in 1996, published by A.M.W. Bulte, M.H.V. Mulder, C. A. Smolders, H. Strathmann, Diffusion induced separation with crystallizable nylons. II. (Relation to final membrane morphology, Journal of membrane science, 121, 51-58 (1996)], when preparing a membrane using a thermoplastic resin, the membrane having a spherical structure by dissolving at high temperature and immersing in a low temperature coagulation bath The production is started. Lee et al., Published in 1994, S.-G. Li, G.H. Koops, M.H.V. Mulder, T. van den Boomgaard, C.A. Smolders, Wet spinning of integrally skinned hollow fiber membranes by a modified dual-bath coagulation method using a triple orifice spinneret, Journal of membrane science, 94, 329-340 (1994), albretz et al. W. Albrecht, K. Kneifel, Th. Weigel, R. Hilke, R. Just, M. Schossig, K. Ebert, A. Lendlein, Preparation of highly asymmetric hollow fiber membranes from poly (ether imide) by a modified dry-wet phase inversion techniquie using a triple spinneret, Journal of membrane science, 262, 69-80 (2005)] discloses the production of hollow fiber membranes for pervaporation using triple spinning nozzles. Korean Patent Publication No. 2007-102012 discloses a hydrophilic polyvinylidene fluoride resin porous hollow comprising a plurality of rod-shaped particles having an average particle diameter of about 5 microns, a length of 5 microns or more, and a plurality of spherical particles having an average particle diameter of 5 microns or less. Started manufacturing of the desert. In Korean Patent Laid-Open Publication No. 2007-113374, a plurality of polymer nanofibers, which are located inside the separation membrane from the hollow center of the hollow fiber membrane to the outside, are exposed on the cross-section of the membrane and have an average particle diameter of 1 to 5 microns or less. An inner layer comprising a plurality of microspherical particles, a plurality of polymer nanofibers located on top of the inner layer and having an average diameter of 500 nanometers or less are exposed to the cross-section, and at the same time, a plurality of intermediates having an average particle diameter of more than 5 microns and 10 microns An intermediate layer comprising spherical particles, and a plurality of polymer nanofibers, which are located on top of the intermediate layer and have an average diameter of 500 nanometers or less, are exposed on the cross-section, and at the same time, include a plurality of microspherical particles having an average particle diameter of 1 to 5 microns or less. Production of polyvinylidene fluoride porous hollow fiber membrane comprising surface layer And. In addition, Korean Patent Publication No. 2007-113375 discloses the production of a polyvinylidene fluoride resin porous hollow fiber membrane having four layers having different particle diameters from a hollow central part of a hollow fiber membrane. Disclosed is a production of a polyvinylidene fluoride resin porous hollow fiber membrane comprising an inner layer comprising a plurality of spherical particles outward from a central portion of the hollow fiber membrane and a surface layer comprising a plurality of spherical fibrous particles. However, this method has a drawback of limiting water permeation because it is difficult to form large voids due to the small voids between the particles due to the spherical structure of the support layer forming the thick layer inside. In addition, since there is no separation
이에, 본 발명자들은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 고분자 수지에 무기계 첨가제, 유기계 첨가제, 용매계 첨가제에서 하나이상 선택되어진 것을 첨가한 후 용매로 용해시켜 용매유도상분리법(Non-solvent induced phase separation; NIPS) 혹은 확산유도산분리법(Diffusion induced phase separation; DIPS)을 통해 중공사 분리막을 제조하거나, 용융시켜 방사용액을 제조한 뒤 이를 열유도상분리법(Thermally induced phase separation method; TIPS)을 통해 중공사 분리막을 제조한 후 건조시킨 다음, 노말메틸피롤리돈, 디메틸포름아미드, 디메틸설퍼옥사이드, 디메틸아세트아미드 등과 같은 용매에 침지시킨 후 물과 같은 비용매에 침지하여 표면의 용해와 상분리가 일어나 표면 재정렬과 내부 이차저지층(30)을 갖게 함으로써 본 발명을 완성하였다. In order to solve the above problems, the present inventors add one or more selected from inorganic additives, organic additives, and solvent additives to a polymer resin, and then dissolve it in a solvent to dissolve the solvent in a non-solvent induced phase separation method (NIPS). ) Or hollow fiber membranes through diffusion induced phase separation (DIPS), or melted to prepare spinning solutions, and then hollow fiber membranes through thermally induced phase separation (TIPS). After preparing, drying, and then immersed in a solvent such as normal methylpyrrolidone, dimethylformamide, dimethylsulfuroxide, dimethylacetamide, etc., and then immersed in a non-solvent such as water to dissolve and phase-separate the surface rearrangement and The present invention has been completed by having the inner
이차저지층(30)을 갖는 수처리용 중공사 분리막에 있어서,In the hollow fiber membrane for water treatment having a
분리막은 내부로부터 순차적으로 중공사지지층(40), 이차저지층(30), 활성지지층(20), 분리활성층(10)으로 이루어져 있으며, 분리활성층(10)은 0.1 내지 3㎛ 정도의 두께로 공극의 크기는 0.001 내지 0.1㎛로 이루어져 있다. 그러나 수처리에 적용시 가혹한 운전 조건과 환경에 의해 본 분리활성층(10)이 손상을 입었을 경우 심각한 오염피해를 막을 수 있도록 0.1 내지 3㎛의 공극크기를 갖는 이차저지층(30)을 가지고 있다. Separation membrane consists of hollow
분리막은 고분자와 첨가제를 혼합한 후 용매로 용해시키거나 용융시켜 방사용액을 만드는 단계, 방사용액을 이중구금을 통해 내부응고제와 함께 외부 응고조로 방사하는 단계, 외부응고조에서 응고된 중공사막을 건조하는 단계, 건조된 중공사막을 용매와 각종 첨가제가 첨가된 재용해조에 침지시켜 표면을 용해시키는 재용해단계, 마지막으로 재용해응고조로 이루어져 있다. Separation membrane is a step of making a spinning solution by mixing a polymer and an additive and then dissolving or melting with a solvent, spinning the spinning solution to an external coagulation tank with an internal coagulant through a double detention, drying the hollow fiber membrane solidified in the external coagulation bath The step of immersing the dried hollow fiber membrane in a re-dissolution tank to which a solvent and various additives are added, and the re-dissolution step of dissolving the surface, and finally the re-dissolution coagulation tank.
특히, 본 발명은 일차 중공사막 제조단계에서 용매유도상분리법 또는 열유도상분리법을 통해 중공사 분리막으로 성형할 수 있는 다양한 고분자 수지에 투과유속을 향상시키기 위한 친수성 고분자를 첨가하거나 기공형성을 촉진시키거나 고분자의 액상(Liquid phase)-고상(solid phase) 상전이를 촉진시키기 위한 기핵제, 성형성을 향상시키고, 기공형성을 조절하기 위한 용매계 첨가제 등을 첨가해 용매에 용해시켜 방사용액을 제조하거나 용융시켜 방사용액을 제조한 후 이중구금을 통해 방사하여 건조시킨 후 재용해과정을 거쳐 이차저지층(30)을 갖는 중공사 분리막을 제조함으로써 수처리 분야에 안정적으로 사용이 가능하도록 하는 데 있다.In particular, the present invention is to add a hydrophilic polymer for improving the permeation flow rate or to promote pore formation to various polymer resins that can be formed into a hollow fiber membrane by the solvent induction phase separation method or thermal induction phase separation method in the first hollow fiber membrane manufacturing step Or by adding a nucleating agent to promote the liquid phase-solid phase phase transition of the polymer, improve the formability, and solvent-based additives for controlling pore formation, etc., to prepare a spinning solution After manufacturing a spinning solution by melting and spinning through a double-deposit, dried and then re-dissolution process to produce a hollow fiber membrane having a
이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
1) 용매에 의한 방사용액의 제조1) Preparation of spinning solution by solvent
고분자 수지를 이용한 중공사 분리막 제조는 용매유도상분리법(Non-solvent phase separation method), 열유도상분리법(Thermally phase separation method), 연신법(Stretching method), 소결법(Sintering method), 트랙에칭법(Track-etching method) 등으로 구분할 수 있다. 용매유도 상분리법과 열유도 상분리법이 본 발명에 유효하다. 용매유도상분리법은 고분자 수지를 용매에 용해시켜 방사용액을 제조한 후 용액속에 남아있는 기포를 제거하기 위해 통상적으로 감압 등의 방법으로 탈기시킨다. 탈기된 방사용액은 액 중에 있을 불순물 특히 고형의 불순물을 제거하기 위해 필터링을 한다. 필터링 후에는 중공사로 성형하기 위해 방사노즐로 보내게 되는데, 일정한 토출량이 매우 중요하므로 정량 펌프를 사용하거나 질소압 등을 사용한다. 방사노즐은 일반적으로 동심원의 이중노즐로 이루어져 중심부에는 내부응고제가 투입된다. 내부응고제는 비용매가 주로 사용되지만, 필요에 따라 빈용매, 용매 등이 혼합된 혼합용매가 사용되기도 한다. 내부응고제 대신 질소나 공기 등 기체를 불어넣기도 한다. 내부응고제와 함께 토출된 중공사 형태의 고분자 수지는 외부 응고조로 투입되면서 외부응고조에 있는 비용매가 중공사로 성형된 고분자 수지 용액으로 침투하여 고분자와 용매의 분리가 발생, 고분자 수지의 고화로 최종 고체상의 중공사가 완성된다. 직전에 고분자와 용매가 불안정 상태가 되어 부분적으로 고분자액상과 용매의 상분리, 즉, 액체-액체 상분리(Liquid-liquid demixing)가 발생하여 용매가 비용매로 대체되면서 분리막의 공극으로 존재하게 된다. 통상적으로 고분자 수지는 단독 혹은 복합적으로 사용된다. 특히 친수성을 부여하기 위해서 친수성 고분자인 폴리에틸렌글리콜(Polyethyleneglycol), 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone), 폴리에틸렌옥사이드(Polyethyleneoxide), 덱스트란(Dextrane), 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate)등을 블렌딩하거나 염화리튬, 염화아연, 황산마그네슘, 염화마그네슘 등을 첨가하기도 한다. 외부응고제는 통산 비용매를 사용하며 바람직하게는 물이 사용된다. 방사용액은 고분자를 용매로 녹이기 때문에 통상적으로 실온에서 제조하고 방사하지만, 대체로 20℃ 내지 80℃ 정도에서 수행한다. 방사온도가 20℃ 미만이면 공극크기가 작고 공극율이 감소하여 투과유속이 감소한다. 반면에 배제율이 증가하고 기계적 강도가 증가하는 경향이 있다. 80℃를 초과하는 방사조건에서는 20℃ 미만의 방사조건과는 대비되는데, 공극크기가 증가하고 공극율이 증가하여 투과유속이 증가하지만, 배제율이 감소하고 기계적 강도가 감소하는 경향이 있다. 내부응고제의 온도는 가늘고 긴 스테인레스스틸관을 통과하기 때문에 방사용액의 온도에 거의 의존하므로, 방사용액과 온도차가 크지 않으면, 그 온도에 따른 차별효과는 거의 나타나지 않는다. 외부응고조의 온도도 중공사막의 성능이나 물성에 영향을 미친다. 이 밖에 내부응고제의 조성, 외부응고제의 조성도 공극의 크기, 공극율, 기계적강도 등에 큰 영향을 미친다. 고분자 수지의 중량평균 분자량도 매우 중요하다. 분자량이 크면 점도가 높아 방사가 어렵고 공극의 크기가 작아지며, 공극율도 감소하여 투과유속의 감소가 발생하지만, 기계적 강도 증가한다. 용매유도상분리법에 의해 중공사막을 제조할 경우, 통상적으로 고분자는 10 내지 30 중량%의 범위에서 이루어진다. 만약 10 중량% 미만이면, 기계적 강도가 작아서 쉽게 판단되고, 공극이 커서 분리목적을 달성하기 어렵다. 30 중량%를 초과할 경우에는 점도가 너무 높아 방사가 어려우며, 공극이 작고 공극율이 작아서, 투과유속이 너무 작아 모듈로 제작하여 수처리 공정에 적용할 경우 경제성을 확보하기 어렵다. 일례로 폴리불화비닐리덴 수지로 용매유도상분리법을 통해 중공사 분리막을 제조할 경우, 폴리불화비닐리덴 수지 10 내지 25 중량%를 넣고 무기첨가제, 유기첨가제를 첨가한 후 20℃ 내지 100℃의 온도에서 용매에 용해시켜 방사용액을 제조한다. 폴리불화비닐리덴 수지는 중량평균 분자량 200,000 달톤 내지 700,000 달톤인 것이 본 발명의 목적에 부합한다. 폴리불화비닐리덴 수지의 중량평균 분자량이 200,000 달톤 미만일 경우 중공사막으로 성형하면 투과유속은 높게 나타나지만, 기계적 강도가 작아서 수처리 공정에 적용하면 쉽게 파단되거나 손상을 받게 되어 장기간 사용시 문제된다. 폴리불화비닐리덴 수지가 700,000 달톤을 초과하는 중량평균 분자량을 갖게 되면 점도가 매우 높아 방사에 어려움이 있고 작은공극으로 투과유속의 감소 문제가 있다. Hollow fiber membranes using polymer resins can be manufactured using non-solvent phase separation method, thermally phase separation method, stretching method, sintering method, track etching method ( Track-etching method). Solvent-induced phase separation and heat-induced phase separation are effective in the present invention. The solvent induction phase separation method is to degas the polymer resin in a solvent to prepare a spinning solution, and to remove bubbles remaining in the solution by decompression or the like. The degassed spinning solution is filtered to remove impurities, particularly solid impurities, in the liquid. After filtering, it is sent to the spinning nozzle for molding into hollow fiber. Since a constant discharge amount is very important, a metering pump or nitrogen pressure is used. Spinning nozzles generally consist of concentric double nozzles with an internal coagulant in the center. The internal coagulant is mainly a non-solvent, but a mixed solvent in which a poor solvent and a solvent are mixed may be used, if necessary. Instead of internal coagulants, some gases such as nitrogen and air are blown. The hollow fiber-type polymer resin discharged together with the internal coagulant is introduced into the external coagulation bath while the nonsolvent in the external coagulation bath penetrates into the polymer resin solution molded into the hollow fiber, resulting in separation of the polymer and the solvent. Hollow yarn is completed. Immediately before the polymer and the solvent become unstable, the polymer liquid phase and the solvent phase separation, that is, liquid-liquid demixing occurs, whereby the solvent is replaced by a non-solvent and exists as pores of the separator. Usually, the polymer resin is used alone or in combination. Particularly, in order to impart hydrophilicity, a blend of a hydrophilic polymer, polyethyleneglycol, polyvinylpyrrolidone, polyethyleneoxide, dextran, polymethylmethacrylate, or lithium chloride Zinc chloride, magnesium sulfate and magnesium chloride may also be added. The external coagulant uses a total nonsolvent, preferably water. The spinning solution is usually prepared at room temperature and spun because the polymer is dissolved in a solvent, but is generally performed at about 20 ° C to 80 ° C. If the spinning temperature is less than 20 ℃, the pore size is small and the porosity is reduced to reduce the permeation flux. On the other hand, the rejection rate increases and the mechanical strength tends to increase. In the spinning conditions exceeding 80 ℃, compared with the spinning conditions of less than 20 ℃, the pore size increases and the porosity increases, the permeation flux increases, but the exclusion rate tends to decrease and the mechanical strength tends to decrease. Since the temperature of the internal coagulant passes through the elongated stainless steel tube, it is almost dependent on the temperature of the spinning solution. Therefore, if the temperature difference between the spinning solution and the spinning solution is not large, there is almost no difference in the temperature. The temperature of the external coagulation bath also affects the performance and properties of the hollow fiber membranes. In addition, the composition of the internal coagulant, the composition of the external coagulant also greatly influences the size of the pores, the porosity, the mechanical strength. The weight average molecular weight of the polymer resin is also very important. If the molecular weight is high, the viscosity is high, it is difficult to spin, the pore size is small, the porosity is also reduced to decrease the permeation flux, but the mechanical strength increases. When the hollow fiber membrane is prepared by the solvent induction phase separation method, the polymer is usually in the range of 10 to 30% by weight. If less than 10% by weight, the mechanical strength is small and easily judged, and the voids are so large that it is difficult to achieve the purpose of separation. If it exceeds 30% by weight, the viscosity is too high to be difficult to spin, the pore is small and the porosity is small, the permeation flow rate is too small to produce a module and applied to the water treatment process is difficult to secure economic feasibility. For example, when preparing a hollow fiber membrane using a solvent-induced phase separation method with polyvinylidene fluoride resin, 10 to 25% by weight of polyvinylidene fluoride resin is added, and an inorganic additive and an organic additive are added, and then the temperature is 20 ° C. to 100 ° C. It was dissolved in a solvent to prepare a spinning solution. The polyvinylidene fluoride resin has a weight average molecular weight of 200,000 Daltons to 700,000 Daltons in accordance with the object of the present invention. If the weight average molecular weight of the polyvinylidene fluoride resin is less than 200,000 Daltons, the permeation flux is high when molded into the hollow fiber membrane, but the mechanical strength is small, so it is easily broken or damaged when applied to the water treatment process. When the polyvinylidene fluoride resin has a weight average molecular weight of more than 700,000 Daltons, the viscosity is very high, so it is difficult to spin and there is a problem of decreasing the permeation flux with small pores.
2) 용융에 의한 방사 용액의 제조2) Preparation of Spinning Solution by Melting
열유도상분리법(Thermally induced phase separation)은 일반적으로 상온에서 적정 용매가 없는 고분자 소재를 이용하여 고분자-가소제 2성분계의 혼합물을 적절한 냉각 속도로 상분리 온도 이하로 급냉시켜 연속상과 분산상의 상 분리를 일으킨 후 매트릭스 전체에 다공성을 부여하여 분리막을 제조하는 공정으로서, 통상, 고분자와 가소제를 용융 블렌딩(melt-blending)을 통해 균일한 용액을 만든 후 이를 중공사로 성형한 다음, 냉각시킴으로써 상 분리를 유도하고 고분자를 고화시킨다. 그 후 가소제를 제거하여 미세 다공 구조를 제조한다. 열유도상분리법으로 중공사막을 제조하는 고분자는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리불화비닐리덴, 폴리테트라플루오르에틸렌, 폴리아미드 등이다. 고분자 수지에 염화리튬이나 염화아연, 황산마그네슘, 염화마그네슘 등이나 실리카와 같은 기공형성제, 빈용매 혹은 가소제, 친수화를 목적으로 하는 친수성 고분자 등을 첨가하여 고온에서 용융시켜 방사용액을 제조한다. 고분자 수지는 통상 용매유도상분리법과 달리 비교적 고농도를 사용하므로 중공사막으로 성형 후 기계적 강도가 높다. 일례로 폴리불화비닐리덴 수지를 이용한 열유도상분리법에 의한 중공사 분리막의 성형은 고분자 수지에 무기첨가제, 유기첨가제, 가소제 등과 분리막의 유연성 강화를 목적으로 용매를 혼합하여 110℃ 내지 200℃의 온도에서 용융시켜 방사용액을 제조한다. 보다 상세하게는, 폴리불화비닐리덴 수지 20 내지 60 중량%로서 중량평균 분자량 200,000 달톤 내지 700,000달톤으로 단독 혹은 2종 이상 혼합물로 구성하되, 단독으로 사용할 경우에는 250,000 달톤 내지 700,000 달톤의 고분자를 사용하는 것이 바람직하고 2종 이상의 혼합물로 구성할 경우에는 200,000달톤 내지 400,000달톤의 저분자량 폴리불화비닐리덴 수지와 400,000달톤 내지 700,000달톤의 고분자량 폴리불화비닐리덴 수지를 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 고분자가 20 중량% 미만이면 기계적 강도가 약하여 중공사막으로 성형하여 수처리용으로 사용할 경우 쉽게 절단되어 사용상 불편함을 초래하고, 60 중량%를 초과할 경우에는 높은 점도로 인하여 성형이 어렵고, 공극이 작아서 투과유속이 낮아 수처리용 중공사막으로 사용하기에 부적합하다. 고분자의 중량평균 분자량이 200,000 달톤 이하가 되면 기계적 강도가 약하여 수처리용 중공사막으로 사용하기에는 부적합하고, 중량평균 분자량이 700,000 달톤 이상일 경우에는 점도가 높아 방사하기 어렵거나 형성되는 공극이 작아서 낮은 투과유속을 가지므로 목적하는 수처리용 중공사막으로 사용하기에 부적합하다. 폴리불화비닐리덴 수지는 소수성이므로 물과의 친화성이 약하기 때문에 상전이 속도를 높이고, 이를 조절하기 위해서 무기첨가제를 사용하게 되는데 이들 무기첨가제는 폴리불화비닐리덴 수지 중공사막의 공극 형성에 중요한 역할을 한다. 염화리튬(LiCl), 염화아연(ZnCl2), 염화마그네슘(MgCl2), 황산마그네슘(MgSO4)에서 선택되는 어느 하나 이상의 무기첨가제가 1 내지 20 중량%가 사용된다. 무기첨가제가 1 중량% 미만일 경우 그 첨가 효과가 미미하여 공극형성이 잘 이루어지지 않고, 20 중량%를 초과할 경우 불용 첨가제의 존재와 분산성이 나빠져서 불규칙한 거대공극의 형성과 제조시 불량 중공사막이 형성되는 문제점이 있다. 유기첨가제는 친수성 고분자나 물질로서 폴리에틸렌글리콜(Polyethylenglycol; PEG), 덱스트란(Dextrane), 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone; PVP), 폴리비닐알콜(Polyvinylalcohol; PVA), 폴리에틸렌옥사이드(Polyethyleneoxide; PEO), 폴리비닐아세테이트(Polyvinylacetate; PVAc), 말레인산(Maleic acid)에서 하나이상 선택하여 1 내지 20 중량%를 혼합한다. 친수성 유기첨가제가 1 중량% 미만일 경우 친수성을 나타내는 효과가 미미하여 중공사막으로 성형시 낮은 투과유속을 나타내며, 20 중량%를 넘을 경우 높은 투과유속을 나타내지만, 기계적 강도가 약하여 쉽게 막손상이 발생하거나 낮은 내화학성으로 장기 사용시 문제점이 있다. 용매는 디메틸포름아마이드(N,N-Dimethylformamide; DMF), 디메틸아세트아미드(N,N-Dimethylacetamide; DMAc), 노말메틸피롤리돈(N-Methyl-2-pyrrolidone; NMP), 디메틸설퍼옥사이드(Dimethylsulfoxide; DMSO)에서 어느 하나 이상으로 1 내지 10 중량%를 사용하는데, 양용매가 1 중량% 미만일 경우 용매 첨가의 효과가 실질적으로 잘 나타나지 않고, 10 중량%를 초과할 경우 고분자 수지의 용매에 의한 과다 용해로 인해 중공사 분리막으로 성형 후 공극의 크기가 크고, 물성이 낮아지는 단점이 있다. 3 내지 50 중량%의 가소제를 첨가하는데 감마부티로락톤(γ-Butyrolactone), 사이클로헥사논(Cyclohexanone), 이소포론(Isophorone), 디부틸프탈레이트(Dibutylphthalate; DBP), 디에틸헥실프탈레이트(Di-2-ethylhexylphthaltate; DOP) 등이 대표적인다. 이들 가소제에서 선택되어진 하나이상의 혼합 용매를 사용하는데 이는 중공사막 성형시 성형을 용이하게 하고, 공극형성에 매우 중요한 역할을 한다. 가소제가 3 중량% 이하가 되면 그 효과를 얻기 어렵고, 60 중량% 이상이면 큰 공극과 공극율을 가질 수 있어 투과유속은 크지만, 막오염에 취약하고 기계적 강도가 낮아 수처리용 중공사막으로 사용하는데 적합하지 않다. Thermally induced phase separation is generally performed by quenching a mixture of a polymer-plasticizer two-component system below the phase separation temperature at an appropriate cooling rate using a polymer material without a proper solvent at room temperature to prevent phase separation between the continuous phase and the dispersed phase. A process of manufacturing a separator by imparting porosity to the entire matrix after the formation of the polymer, and in general, a polymer and a plasticizer are made through melt blending to form a homogeneous solution, molded into hollow fibers, and then cooled to induce phase separation. And solidify the polymer. The plasticizer is then removed to produce a microporous structure. Polymers for preparing the hollow fiber membranes by thermally induced phase separation are polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyamide, and the like. The spinning solution is prepared by adding a pore-forming agent such as lithium chloride, zinc chloride, magnesium sulfate, magnesium chloride, magnesium chloride, silica, poor solvent or plasticizer, and a hydrophilic polymer for hydrophilicity to the polymer resin. Unlike the solvent-induced phase separation method, polymer resins generally use relatively high concentrations, and thus have high mechanical strength after molding into hollow fiber membranes. For example, forming the hollow fiber membrane by the thermal induction phase separation method using polyvinylidene fluoride resin is a temperature of 110 ℃ to 200 ℃ by mixing a solvent with a polymer resin for the purpose of strengthening the flexibility of the inorganic additive, organic additive, plasticizer, etc. Melt at to prepare a spinning solution. More specifically, the
3) 중공사막의 제조3) Preparation of Hollow Fiber Membrane
상기 1) 및 2) 단계에서 제조된 방사용액을 이중구금의 바깥 관으로 흘려보내고, 내부 응고제는 이중구금의 중심관으로 흘려서 외부응고조로 방사하여 방사용액을 고화시켜 중공사막을 제조하고, 제조된 중공사막은 세정조에서 남아 있는 용매와 유기첨가제가 제거된 후 권취된다. 이중구금의 온도는 용매유도상분리법의 경우 20℃ 내지 100℃이고 바람직하게는 30℃ 내지 80℃이다. 열유도상분리법의 경우에는 고분자 수지의 용융온도나 결정화 온도에 의존하므로 다양한 온도 범위가 적용된다. 용매유도상분리법에서 이중구금의 온도가 20℃ 미만에서는 방사용액의 점도가 너무 높아 방사가 어렵고, 100℃를 초과하면 방사용액의 낮은 점도로 관경과 중공사막의 두께가 작아져서 기계적 강도가 낮아져 쉽게 절단되므로 중공사막이 연속 성형되지 못한다. 세정조는 물이 단독으로 사용되며 장기 사용시 추출된 용매가 증가하므로 일정량을 지속적으로 교환하여 추출된 용매의 증가를 제어할 수 있도록 구성한다.The spinning solution prepared in step 1) and 2) is flowed into the outer tube of the double detention, and the inner coagulant flows into the central tube of the double detention, and is spun into an external coagulation bath to solidify the spinning solution to prepare a hollow fiber membrane. The hollow fiber membrane is wound up after the solvent and organic additives remaining in the washing tank are removed. The temperature of the double detention is in the range of 20 ° C to 100 ° C and preferably 30 ° C to 80 ° C in the case of the solvent induction phase separation method. In the case of thermally induced phase separation, various temperature ranges are applied because they depend on the melting temperature or the crystallization temperature of the polymer resin. In the solvent-induced phase separation method, when the temperature of the double-detention is less than 20 ° C., the spinning solution has a high viscosity, which makes it difficult to spin. The hollow fiber membranes cannot be continuously formed because they are cut. The washing tank is configured to control the increase of the extracted solvent by continuously exchanging a predetermined amount because water is used alone and the extracted solvent increases during long-term use.
4) 재용해과정4) Re-melting process
상기 3) 단계에서 제조된 중공사 분리막은 표면 재용해 과정을 거쳐 재배열된다. 표면 재용해는 기본적으로 표면재용해조에서 이루어지는데, 표면재용해조에는 디메틸포름아마이드, 디메틸아세트아미드, 노말메틸피롤리돈, 디메틸설퍼옥사이드 등의 용매와 함께 염화리튬, 염화아연, 황산마그네슘, 염화마그네슘과 같은 무기첨가제, 폴리에틸렌글리콜, 덱스트란, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐알콜, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐아세테이트 등과 같은 친수화 물질이 첨가된다. 3) 단계에서 제조된 중공사 분리막은 먼저 건조시켜 표면에 남아있는 물을 제거한 다음, 재용해조에 침지시켜 표면에서의 재용해 과정이 일어나도록 한다. 너무 오래 침지할 경우 재용해가 너무 깊게 일어나 액상의 고분자가 흐를 수 있으므로 조심해야 한다. 재용해가 발생하면 이를 응고조에 담가 상분리와 중공사 분리막의 고화가 일어나도록 한다. The hollow fiber separator prepared in step 3) is rearranged through a surface remelting process. Surface dissolution is basically done in the surface dissolution tank. The surface dissolution tank contains solvents such as dimethylformamide, dimethylacetamide, normal methylpyrrolidone and dimethyl sulfoxide, such as lithium chloride, zinc chloride, magnesium sulfate and magnesium chloride. Hydrophilic substances such as inorganic additives, polyethylene glycol, dextran, polyvinylpyrrolidone, polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, polyvinylacetate and the like are added. The hollow fiber membrane prepared in step 3) is first dried to remove water remaining on the surface, and then immersed in a re-dissolution tank to allow re-dissolution process on the surface. If soaked for too long, re-dissolution may be too deep and liquid polymer may flow, so be careful. If re-dissolution occurs, soak it in the coagulation bath to cause the phase separation and the hollow fiber membrane to solidify.
5) 세척과정5) washing process
재용해와 응고가 일어나 최종 이차저지층(30)을 갖는 중공사막이 제조되면 중공사막의 내외에 잔존하는 용매를 포함한 유기물을 제거하기 위해 세척과정을 더욱 포함할 수 있다. 세척액으로 물의 사용이 바람직하며, 세척시간은 특별히 한정되지는 않으나, 적어도 4시간 이상 2일 이하가 바람직하다.When re-dissolution and coagulation occurs to produce a hollow fiber membrane having the final
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따라 제조된 이차저지층(30)을 갖는 중공사 분리막을 모듈로 제조하여 수처리에 적용할 경우 가혹한 조건에서 사용하여 분리활성층(10)이 파괴되어 손상되더라도 이차저지층(30)에 의해 물의 오염사고를 방지할 수 있으므로 수처리 막여과 공정, 특히 정수용 막여과 공정에 사용할 수 있다. As described in detail above, when the hollow fiber separator having the
도 1은 중공사막의 내부로부터 순차적으로 중공사지지층(40), 이차저지층(30), 활성지지층(20), 분리활성층(10)으로 이루어진 중공사막의 단면을 개략적으로 나타낸 개략도
도 2는 이차저지층(30)이 존재하는 중공사막의 단면에 대한 주사전자현미경사진.
도 3은 본 발명에 의해 제조된 분리막의 이차저지층(30)에 대한 주사전자현미경사진.1 is a schematic diagram schematically showing a cross section of a hollow fiber membrane composed of a hollow
2 is a scanning electron micrograph of the cross section of the hollow fiber membrane in which the
Figure 3 is a scanning electron micrograph of the
이하, 본 발명을 실시 예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited by the following Examples.
실시예Example
[실시예 1]Example 1
중량평균 분자량 573,000 달톤의 폴리불화비닐리덴 수지 42 중량%에 기공을 형성시키기 위한 무기첨가제인 염화리튬 8 중량%, 친수화 고분자인 폴리에틸렌글리콜 3 중량%와 폴리비닐피롤리돈 5 중량%, 디에틸렌글리콜 2중량%, 노말메틸피롤리돈 5 중량%, 감마부티로락톤 35 중량%를 혼합하여 150에서 교반하여 방사 용액을 제조하였다. 제조된 방사용액은 150를 유지하면서 감압장치를 이용하여 용액 중에 존재하는 기포를 제거하였다. 내부응고제는 물과 노말메틸피롤리돈의 비를 6 대 4로 하여 실온에서 제조한 후 역시 감압장치를 이용하여 탈포하였고 방사시 25℃ 온도로 유지하였다. 외부 응고제는 순수한 물을 사용하였으며 1℃ 내지 2℃가 되도록 냉각장치를 이용하여 냉각하였다. 방사용액은 150℃를 유지하고 있는 이중구금의 바깥 관으로 펄스가 없는 정량 기어펌프에 의해 이송되고, 내부응고제 역시 정량 기어펌프를 이용하여 이중구금의 중심관으로 이송되어 외부응고조로 방사하였다. 방사된 고분자용액은 외부응고제로 유입되면서 상전이가 발생하면서 고화되어 중공사막으로 성형되고 성형된 중공사막은 세정조를 거쳐 권취되었다. 권취된 중공사막은 열풍에 의해 건조 후 재용해조에 침지하였다. 재용해조는 노말메틸피롤리돈에 염화리튬 9 중량%, 폴리에틸렌글리콜 5 중량%를 첨가하였고 30℃를 유지하였다. 재용해조에서 꺼낸 중공사 분리막을 물이 담긴 응고조에 침지하여 재용해된 고분자 수지를 재응고시켜 본 이차저지층(30)을 갖는 중공사 분리막을 완성하였다. 마지막으로 제조된 중공사막은 남아있는 용매 제거를 위해 순수에 4시간 정도 침지하였다. 침지된 중공사막을 꺼내어 건조한 후 실험용 미니모듈을 제작하여 순수투과도와 배제율을 측정하였으며 표면 손상 후 동일값 측정을 수행하였다. 또한 중공사막의 파단강도를 만능시험기를 이용하여 측정하였다.8 wt% of lithium chloride, an inorganic additive for forming pores in 42 wt% of polyvinylidene fluoride resin having a weight average molecular weight of 573,000 Daltons, 3 wt% of hydrophilic polymer polyethylene glycol, 5 wt% of polyvinylpyrrolidone, and diethylene 2 wt% of glycol, 5 wt% of normal methylpyrrolidone, and 35 wt% of gamma butyrolactone were mixed and stirred at 150 to prepare a spinning solution. The prepared spinning solution was maintained at 150 to remove bubbles present in the solution by using a pressure reduction device. The internal coagulant was prepared at room temperature with a ratio of water to normal methylpyrrolidone 6 to 4, and then degassed using a decompression device and maintained at 25 ° C. during spinning. The external coagulant used pure water and cooled using a chiller to be 1 ℃ to 2 ℃. The spinning solution is transferred to the outer tube of the double-detention holding the 150 ℃ by a pulse-free metering gear pump, and the internal coagulant is also transferred to the center tube of the double-detention using a fixed-quantity gear pump and spun into an external coagulation tank. The spun polymer solution solidified as the phase transition occurred as it flowed into the external coagulant, was formed into a hollow fiber membrane, and the molded hollow fiber membrane was wound up through a washing tank. The hollow fiber membrane wound up was immersed in a re-dissolution tank after drying by hot air. The redissolver was added to the normal methylpyrrolidone 9% by weight of lithium chloride, 5% by weight of polyethylene glycol and maintained at 30 ℃. The hollow fiber membrane removed from the remelting tank was immersed in a coagulation bath containing water to resolidify the redissolved polymer resin to complete the hollow fiber membrane having the
[실시예 2][Example 2]
중량평균 분자량 573,000 달톤의 폴리불화비닐리덴 수지 15 중량%에 기공을 형성시키기 위한 무기첨가제인 염화리튬 5 중량%, 친수화 고분자인 폴리에틸렌글리콜 2 중량%와 폴리비닐피롤리돈 2 중량%을 첨가한 후 80℃ 디메틸포름아미드에 용해시켜 방사 용액을 제조하였다. 제조된 방사용액은 80℃를 유지하면서 감압장치를 이용하여 용액 중에 존재하는 기포를 제거하였다. 내부응고제는 물과 디메틸포름아미드의 비를 7 대 3으로 하여 실온에서 제조한 후 역시 감압장치를 이용하여 탈포하였고 방사시 25℃ 온도로 유지하였다. 외부 응고제는 순수한 물을 사용하였으며 30℃를 유지하였다. 방사용액은 80℃를 유지하고 있는 이중구금의 바깥 관으로 펄스가 없는 정량 기어펌프에 의해 이송되고, 내부응고제 역시 정량 기어펌프를 이용하여 이중구금의 중심관으로 이송되어 외부응고조로 방사하였다. 방사된 고분자용액은 외부응고제로 유입되면서 상전이가 발생하면서 고화되어 중공사막으로 성형되고 성형된 중공사막은 세정조를 거쳐 권취되었다. 권취된 중공사막은 열풍에 의해 건조 후 재용해조에 침지하였다. 재용해조는 노말메틸피롤리돈에 염화리튬 9 중량%, 폴리에틸렌글리콜 5 중량%를 첨가하였고 30℃를 유지하였다. 재용해조에서 꺼낸 중공사 분리막을 물이 담긴 응고조에 침지하여 재용해된 고분자 수지를 재응고시켜 본 이차저지층(30)을 갖는 중공사 분리막을 완성하였다. 마지막으로 제조된 중공사막은 남아있는 용매 제거를 위해 순수에 4시간 정도 침지하였다. 침지된 중공사막을 꺼내어 건조한 후 실험용 미니모듈을 제작하여 순수투과도와 배제율을 측정하였으며 표면 손상 후 동일값 측정을 수행하였다. 또한 중공사막의 파단강도를 만능시험기를 이용하여 측정하였다. To 15% by weight of polyvinylidene fluoride resin having a weight average molecular weight of 573,000 Daltons, 5% by weight of lithium chloride, an inorganic additive for forming pores, 2% by weight of hydrophilic polymer polyethylene glycol and 2% by weight of polyvinylpyrrolidone were added. After dissolving in 80 ℃ dimethylformamide to prepare a spinning solution. The prepared spinning solution was used to remove the air bubbles in the solution by using a pressure reduction device while maintaining the 80 ℃. The internal coagulant was prepared at room temperature with a ratio of water to dimethylformamide of 7 to 3, and then degassed using a decompression device and maintained at 25 ° C. during spinning. The external coagulant used pure water and maintained at 30 ° C. The spinning solution was transferred to the outer tube of the double-detention holding the 80 ° C by a pulse-free metering gear pump, and the internal coagulant was also transferred to the central tube of the double-detention using a fixed-quantity gear pump and spun into an external coagulation tank. The spun polymer solution solidified as the phase transition occurred as it flowed into the external coagulant, was formed into a hollow fiber membrane, and the molded hollow fiber membrane was wound up through a washing tank. The hollow fiber membrane wound up was immersed in a re-dissolution tank after drying by hot air. The redissolver was added to the normal methylpyrrolidone 9% by weight of lithium chloride, 5% by weight of polyethylene glycol and maintained at 30 ℃. The hollow fiber membrane removed from the remelting tank was immersed in a coagulation bath containing water to resolidify the redissolved polymer resin to complete the hollow fiber membrane having the
[비교예 1]Comparative Example 1
상기 실시예 1에서 후공정인 재용해조 공정을 생략하여 실시예 1과 같이 하여 중공사막을 제조하였다.In Example 1, a hollow fiber membrane was manufactured in the same manner as in Example 1, by omitting a re-dissolution tank process.
[비교예 2]Comparative Example 2
상기 실시예 2에서 후공정인 재용해조 공정을 생략하여 실시예 2와 같이 하여 중공사막을 제조하였다.In Example 2, a hollow fiber membrane was manufactured in the same manner as in Example 2, except that the re-dissolution tank process, which is a post-process, was omitted.
[실험예 1][Experimental Example 1]
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 중공사막들을 모듈로 제조하여 순수투과도, 배제율 (폴리스티렌 단분산 입자; 직경 100 나노미터) 및 인장강도를 하기한 방법으로 측정하였다.The hollow fiber membranes prepared in Examples and Comparative Examples were prepared as modules to measure pure permeability, rejection rate (polystyrene monodisperse particles; diameter of 100 nanometers), and tensile strength by the following method.
순수투과도의 측정;Measurement of pure permeability;
제조된 중공사막 50가닥을 30cm의 폴리카보네이트 투명관에 장입하고 양쪽 끝을 폴리우레탄이나 에폭시 접착제를 이용하여 포팅하여 유효막면적 0.0651㎡인 실험용 미니모듈을 제조하였다. 20℃ 순수를 50kPa 하에 십자흐름 방식의 외압형으로 모듈의 한 측면으로 공급하여 투과된 물의 양을 측정한 뒤, 단위시간, 단위막면적당 투과량으로 환산하였다.50 hollow fiber membranes were inserted into a 30 cm polycarbonate transparent tube, and both ends were potted using a polyurethane or epoxy adhesive to prepare an experimental minimodule having an effective membrane area of 0.0651 m 2. 20 ° C. pure water was supplied to one side of the module in a cross flow method under 50 kPa to measure the amount of permeated water, and then converted into unit time and per unit membrane area.
배제율의 측정;Measurement of exclusion rate;
100 나노미터 크기인 단분산 폴리스티렌 입자 수용액을 20℃의 순수에 분산시켜 500 피피엠 입자수용액을 제조하였다. 중공사막 2가닥을 20cm의 투명관에 삽입하고 양측을 포팅하여 배제율 측정용 미니 모듈을 제작하였다. 상기 제조된 모듈의 일측면으로 입자수용액을 50kPa의 압력으로 공급하여 투과된 수용액 및 초기 공급된 원수에 분산된 폴리스티렌 농도를 자외선 분광기 (Shimadzu사, UV-1601PC)를 이용하여 측정하였다.A 500 nanometer aqueous solution was prepared by dispersing an aqueous solution of monodisperse polystyrene particles having a size of 100 nanometers in pure water at 20 ° C. Two hollow fiber membranes were inserted into a 20 cm transparent tube, and both sides were potted to prepare a mini-module for measuring exclusion rate. Particle aqueous solution was supplied to one side of the prepared module at a pressure of 50 kPa to measure the permeated aqueous solution and polystyrene concentration dispersed in the initially supplied raw water using an ultraviolet spectrometer (Shimadzu, UV-1601PC).
이후, 240 나노미터의 파장에서 측정된 흡수피크의 상대적인 비를 하기의 식을 이용하여 백분율로 환산하여 배제율을 결정하였다.Then, the exclusion rate was determined by converting the relative ratio of the absorption peak measured at a wavelength of 240 nanometers into a percentage using the following equation.
배제율(퍼센트) = (공급수 농도-투과수 농도) ÷ 공급수 농도 X 100Exclusion rate (percent) = (feed water concentration-permeate concentration) ÷ feed water concentration X 100
인장강도 신도의 측정;Measurement of tensile strength elongation;
인장강도 및 신도는 인장시험기를 이용하여, 파지거리 60 밀리미터의 시료를 크로스헤드 스피드를 분당 50 밀리미터의 속도로 5회 측정하여 평균값을 취하였다.Tensile strength and elongation were averaged by measuring a crosshead speed 5 times at a rate of 50 millimeters per minute using a tensile tester.
각각의 투과실험의 결과를 표 1에 나타내었다.The results of each transmission experiment are shown in Table 1.
(L/㎡-hr) at 20℃, 50kPaPure Permeate Flux
(L / ㎡-hr) at 20 ℃, 50kPa
at 20℃, 50kPa% Rejection
at 20 ℃, 50kPa
상기 표 1에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 실시예 2의 경우 파단강도는 비교예와 비교하여 약간 감소하였으나 큰 차이를 보이지 않았고, 순수투과플럭스는 387 내지 421 L/㎡-hr에서 312 내지 320 L/㎡-hr으로 감소하였다. 그러나 배제율은 88.7 내지 89.5에서 99.1 내지 99.8로 상승하였다. 또한 실시예의 경우 표면을 손상시킨 후 배제율이 68% 이상인데 비해 비교예의 경우 5% 이하로 현격히 감소하는 것을 볼 수 있다. As shown in Table 1, in the case of Examples 1 to 2 according to the present invention, the breaking strength slightly decreased compared with the comparative example but did not show a big difference, and the pure permeate flux was 387 to 421 L / m 2 -hr. At 312 to 320 L / m 2 -hr. However, the exclusion rate rose from 88.7 to 89.5 to 99.1 to 99.8. In addition, in the case of Example, after the surface is damaged, the rejection rate is 68% or more, while in the Comparative Example, it can be seen that the reduction is significantly less than 5%.
이차저지층(30)을 갖는 수처리용 중공사막을 모듈로 제조하여 정수처리, 하수처리, 하수 재이용, 해수담수화 전처리 공정 등에 사용할 경우 이차저지층(30)을 통한 높은 안정성을 가짐으로써 가혹한 조건에서 분리막이 파단되거나 손상되는 문제가 발생하더라도 즉각적인 발생할 수 있는 수징오염을 예방할 수 있으므로 안정성이 확보된 차세대 고효율 수처리용 중공사막으로 사용할 수 있다.When the hollow fiber membrane for water treatment having the
(10) 분리활성층 (20) 활성지지층
(30) 이차저지층 (40) 중공사지지층(10) Separation active layer (20) Active support layer
(30) Secondary Jersey Floor (40) Hollow Fiber Support Floor
Claims (8)
중공사 분리막의 내부로터 순차적으로 중공사지지층(40), 이차저지층(30), 활성지지층(20), 분리활성층(10)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차저지층(30)을 갖는 폴리불화비닐리덴계 중공사 분리막. In the polyvinylidene fluoride hollow fiber separator for water treatment having a secondary blocking layer (30),
Polyvinylidene fluoride having a secondary blocking layer 30, characterized in that the inner rotor of the hollow fiber membrane is sequentially composed of a hollow fiber support layer 40, a secondary blocking layer 30, an active support layer 20, a separation active layer 10 Liden hollow fiber separator.
중공사지지층(40)은 100 내지 300㎛의 두께로서 5 내지 20㎛의 평균공극크기를 갖는 것을 특징으로 하는 이차저지층(30)을 갖는 폴리불화비닐리덴계 중공사 분리막. The method of claim 1,
Polyvinylidene fluoride-based hollow fiber membrane having a secondary blocking layer 30, characterized in that the hollow fiber support layer 40 has an average pore size of 5 to 20㎛ with a thickness of 100 to 300㎛.
이차저지층(30)은 1 내지 10㎛의 두께로서 스폰지형의 구조를 가지며, 평균공극크기가 0.1 내지 3㎛를 갖는 것을 특징으로 하는 이차저지층(30)을 갖는 폴리불화비닐리덴계 중공사 분리막. The method of claim 1,
The secondary blocking layer 30 has a sponge-like structure with a thickness of 1 to 10 μm, and has an average pore size of 0.1 to 3 μm, and polyvinylidene fluoride-based hollow fiber having a secondary blocking layer 30. Separator.
활성지지층(20)은 5 내지 50㎛의 두께로서 원통 다관형 구조로 이루어지고 원통 다관형의 지름이 5 내지 30㎛인 것을 특징으로 하는 이차저지층(30)을 갖는 폴리불화비닐리덴계 중공사 분리막. The method of claim 1,
The active support layer 20 is a polyvinylidene fluoride-based hollow fiber having a secondary blocking layer 30, wherein the active support layer 20 has a thickness of 5 to 50 μm, and has a cylindrical multi-tubular structure, and has a diameter of 5 to 30 μm. Separator.
분리활성층(10)은 0.1 내지 3㎛의 두께로서 0.001 내지 0.1의 평균공극크기를 갖는 것을 특징으로 하는 이차저지층(30)을 갖는 폴리불화비닐리덴계 중공사 분리막. The method of claim 1,
Separation active layer 10 is a polyvinylidene fluoride-based hollow fiber membrane having a secondary blocking layer 30, characterized in that the average pore size of 0.001 to 0.1 with a thickness of 0.1 to 3㎛.
재용해조는 디메틸포름아마이드, 디메틸아세트아미드, 노말메틸피롤리돈, 디메틸설퍼옥사이드에서 선택되어진 하나이상의 용매에 염화리튬, 염화마그네슘, 염화아연, 황산마그네슘에서 선택되어진 하나이상의 첨가제와 폴리에틸렌글리콜, 덱스트란, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐알콜, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐아세테이트에서 선택되어진 하나이상의 첨가제가 첨가된 것을 특징으로 하는 이차저지층(30)을 갖는 폴리불화비닐리덴계 중공사 분리막의 제조방법.The method according to any one of claims 6 to 7,
The remelting bath is one or more solvents selected from dimethylformamide, dimethylacetamide, normal methylpyrrolidone and dimethylsulfuroxide, and at least one additive selected from lithium chloride, magnesium chloride, zinc chloride, magnesium sulfate, polyethylene glycol and dextran. And polyvinylpyrrolidone, polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, polyvinylacetate, and a method for producing a polyvinylidene fluoride-based hollow fiber separator having a secondary blocking layer (30), wherein the additive is added.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110105511A KR20130040625A (en) | 2011-10-14 | 2011-10-14 | Polyvinylidenefluoride hollow fiber membrane with secondary barrier for water treatment and preparation thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110105511A KR20130040625A (en) | 2011-10-14 | 2011-10-14 | Polyvinylidenefluoride hollow fiber membrane with secondary barrier for water treatment and preparation thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20130040625A true KR20130040625A (en) | 2013-04-24 |
Family
ID=48440399
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020110105511A Ceased KR20130040625A (en) | 2011-10-14 | 2011-10-14 | Polyvinylidenefluoride hollow fiber membrane with secondary barrier for water treatment and preparation thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20130040625A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101536585B1 (en) * | 2013-09-30 | 2015-07-22 | (주)티피에스 | Method for manufacturing hollw fiber membrane and hollow fiber membrane using same |
| KR20180052978A (en) * | 2016-11-11 | 2018-05-21 | 엘지전자 주식회사 | Hollow fiber membrane |
-
2011
- 2011-10-14 KR KR1020110105511A patent/KR20130040625A/en not_active Ceased
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101536585B1 (en) * | 2013-09-30 | 2015-07-22 | (주)티피에스 | Method for manufacturing hollw fiber membrane and hollow fiber membrane using same |
| KR20180052978A (en) * | 2016-11-11 | 2018-05-21 | 엘지전자 주식회사 | Hollow fiber membrane |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105120992B (en) | Polyvinylidene fluoride hollow fiber membrane and its preparation | |
| KR101597829B1 (en) | Porous membranes and methods for their preparation | |
| KR101462939B1 (en) | Hydrophilic Polyvinylidene Fluoride Based Hollow Fiber Membrane and Preparing Method Thereof | |
| KR101026690B1 (en) | High porosity hollow fiber membrane and its manufacturing method | |
| KR20100114808A (en) | Method for asymmetric microporous hollow fiber membrane | |
| KR20070113375A (en) | Asymmetric Polyvinylidene Fluoride Porous Hollow Fiber Membrane and Its Manufacturing Method | |
| KR20160081612A (en) | PVDF porous hollow fiber membrane and the preparing method thereof | |
| KR20130040620A (en) | Preparation method of hollow fiber membrane with high mechanical properties made of hydrophilic modified polyvinylidenefluoride for water treatment | |
| KR20140046638A (en) | Method for manufacturing asymmetric hollow fiber membrane and asymmetric hollow fiber membrane manufactured using the same | |
| KR101939328B1 (en) | Hollow Fiber Membrane Having Novel Structure and Method of Preparing the Same | |
| KR20120059755A (en) | Method for manufacturing a hollow fiber membrane for water treatment using cellulose resin | |
| KR101308998B1 (en) | The Preparation method of hollow fiber membrane with high mechanical properties using hydrophilized polyvinylidenefluoride for water treatment | |
| KR101308996B1 (en) | The Preparation method of hollow fiber membrane with high permeation using hydrophilic polyvinylidenefluoride composites for water treatment | |
| KR20130040625A (en) | Polyvinylidenefluoride hollow fiber membrane with secondary barrier for water treatment and preparation thereof | |
| KR20120077011A (en) | Water treatment membrane of poly(ethylenechlorotrifluoroethylene) and manufacturing method thereof | |
| KR20180015797A (en) | Inner coagulant for producing polysulfone-based hollow fiber membrange and method of producing polysulfone-based hollow fiber membrane by using the same | |
| CN113195081A (en) | Porous membranes for high pressure filtration | |
| KR101025754B1 (en) | Hollow fiber membrane without macropore and manufacturing method | |
| KR20130040622A (en) | The preparation method of hollow fiber membrane with high permeation using hydrophilized polyvinylidenefluoride for water treatment | |
| KR101380550B1 (en) | Pvdf porous hollow fiber membrane and manufacturing method thereof | |
| KR101982909B1 (en) | Hollow fiber membrane and method for preparing the same | |
| KR20160079325A (en) | Composition of PVDF porous hollow fiber membrane and PVDF porous hollow fiber membrane having asymmetry sandwich structure using the same | |
| KR20070103187A (en) | Polyvinylidene fluoride-based porous hollow fiber and manufacturing method thereof | |
| KR20070113374A (en) | Polyvinylidene fluoride-based porous hollow fiber membrane composed of spherical particles containing polymer nanofibers and method for preparing same | |
| CN113195082A (en) | Porous membranes for high pressure filtration |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20111014 |
|
| PA0201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20121123 Patent event code: PE09021S01D |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| PE0601 | Decision on rejection of patent |
Patent event date: 20130530 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D Patent event date: 20121123 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I |