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KR20170034018A - Hollow Fiber Membrane for Separating Oxygen and Method for Manufacturing thereof - Google Patents

Hollow Fiber Membrane for Separating Oxygen and Method for Manufacturing thereof Download PDF

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KR20170034018A
KR20170034018A KR1020150132138A KR20150132138A KR20170034018A KR 20170034018 A KR20170034018 A KR 20170034018A KR 1020150132138 A KR1020150132138 A KR 1020150132138A KR 20150132138 A KR20150132138 A KR 20150132138A KR 20170034018 A KR20170034018 A KR 20170034018A
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유정균
최욱
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Abstract

본 발명은 산소 분리용 중공사 막에 관한 것으로, 특히 전이금속화합물을 포함하는 코팅층이 형성된 산소 분리용 중공사 막에 관한 것이다. 본 발명의 산소 분리용 중공사 막은 전이금속 화합물을 포함하는 조성물을 다공성 관형 고분자 막에 코팅함에 따라 낮은 압력에서도 산소기체의 선택도 및 투과도가 높아 특히 연소 배가스 중 산소기체 분리에 높은 효율성을 나타낸다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hollow fiber membrane for oxygen separation, and more particularly to a hollow fiber membrane for oxygen separation in which a coating layer containing a transition metal compound is formed. The hollow fiber membrane for oxygen separation according to the present invention exhibits high efficiency in separation of oxygen gas in combustion exhaust gas by coating the composition containing the transition metal compound on the porous tubular polymer membrane, and thus has high oxygen gas selectivity and permeability even at low pressure.

Description

산소 분리용 중공사 막 및 그 제조방법 {Hollow Fiber Membrane for Separating Oxygen and Method for Manufacturing thereof}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hollow fiber membrane for oxygen separation,

본 발명은 산소 분리용 중공사 막에 관한 것으로, 특히 전이금속화합물을 포함하는 코팅층이 형성된 산소 분리용 중공사 막에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hollow fiber membrane for oxygen separation, and more particularly to a hollow fiber membrane for oxygen separation in which a coating layer containing a transition metal compound is formed.

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. 특히 이산화탄소 포집 기술과 관련하여 연소 후 연도가스에 포함된 이산화탄소를 포집하는 기술인 연소 후 포집 공정에도 사용되고 있다. 연소 후 포집 공정 중 가장 널리 이용되고 있는 습식 흡수제를 이용한 분리 공정에서 중요한 설계 인자로 흡수제의 이산화탄소 제거 효율 및 속도를 들 수 있는데, 이때 연도가스에 산소가 존재 할 경우 습식 흡수제가 산소와 반응하여 산화 분해(Oxidative Degradation)되면서 이산화탄소 흡수능이 낮아지는 문제점을 나타낸다.Recently, interest in the environment and energy has been increasing, and researches on oxygen membranes have been actively carried out. Oxygen separation membrane extracts only pure oxygen from the air and is widely used in the field of ammonia synthesis and other synthetic chemical industries, metallurgy, metal welding, and cutting. It is also used in the post-combustion capture process, which is a technique for capturing the carbon dioxide contained in the post-combustion flue gas in relation to the carbon dioxide capture technique. The most important design factor in the separation process using the wet sorbent which is most widely used during the post-combustion capture process is the efficiency and rate of carbon dioxide removal of the sorbent. In this case, when oxygen is present in the flue gas, The carbon dioxide absorbing ability is lowered due to the oxidative degradation.

산소분리 방법으로는 심냉법(cryogenic method), 압력가변식흡착법(Pressure Swing Adsorption method), 막분리법(membrane separation method) 등이 있다. 이 중 심냉법과 PSA 상업화되어 있지만 대용량의 산소 분리 공정에는 설비특성상 많은 투자비와 에너지가 필요한 단점이 있다. 이에 반해 최근에 연구가 활발히 진행되고 있는 분리막을 이용한 산소분리 공정은 기존 기체 분리기술과 비교하여 높은 효율과 낮은 공정비용으로 향후 기존 공정을 대체할 것으로 기대된다. Examples of the oxygen separation method include a cryogenic method, a pressure swing adsorption method, and a membrane separation method. Although PSA and PSA are commercialized in this process, there is a disadvantage in that a large amount of oxygen separation process requires a large amount of investment and energy due to the characteristics of the equipment. On the other hand, the oxygen separation process using membranes, which has been actively researched recently, is expected to replace the existing processes with high efficiency and low process cost as compared with the existing gas separation technology.

분리막을 이용한 산소분리법에는 세라믹 분리막 또는 고분자 분리막을 이용한 분리법이 있다. 세라믹 분리막을 이용한 산소 분리법은 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. 그러나 세라믹 분리막은 고온에서 구동되며, 귀금속이 포함된 촉매등을 필요로하여 제조 비용이 높다. 고분자 분리막을 이용한 산소 분리법은 기체 분자의 크기에 따라 산소를 분리해 내는 분자체의 원리를 이용한 것으로, 기존의 고분자 분리막을 이용한 산소 분리법은 선택도와 투과도가 반비례하는 문제점이 있다. 따라서 산소 선택도를 향상시키기 위해 산소 분자를 고정하는 화합물을 사용한다. 이와 같이 선택적으로 산소를 결합할 수 있는 물질로서는, 예를 들면, 포르피린 분자 중심에 코발트가 배위한 코발트 포르피린 유도체가 알려져 있다. 코발트 포르피린 유도체는 헤모글로빈과 동일한 모양으로, 공기의 일단 투과로 산소 분자를 선택적으로 또한 가역적으로 결합할 수 있다. 그러나 코발트 포르피린 유도체 자체는 고체 형태의 입자로 형성되어 있어 자체적으로 막 형태를 유지할 수 없기 때문에, 고분자 막에 코발트 포르피린 유도체의 선택적 산소 고정 및 방출 기능, 즉 고분자 막의 산소 투과 기능을 충분히 발휘하기 위한 코팅 방법이 필요하다.The oxygen separation method using a separation membrane is a separation method using a ceramic separation membrane or a polymer separation membrane. Oxygen separation using a ceramic membrane separates oxygen and electrons from oxygen in various components of the air. The separated oxygen ions and electrons are respectively transmitted through the oxygen separation membrane, and the transferred oxygen ions and electrons are recombined to allow oxygen molecules to escape to the outside of the oxygen separation membrane, thereby separating pure oxygen. However, the ceramic separator is driven at a high temperature, requires a catalyst containing a noble metal, and is expensive to manufacture. The oxygen separation method using the polymer membrane uses the principle of molecular sieve to separate oxygen according to the size of the gas molecules. The oxygen separation method using the conventional polymer membrane has a problem in that the selectivity and the permeability are inversely proportional to each other. Therefore, compounds that fix oxygen molecules are used to improve oxygen selectivity. As such a substance capable of selectively binding oxygen, for example, a cobalt porphyrin derivative for cobalt-doping at the center of a porphyrin molecule is known. Cobalt porphyrin derivatives have the same shape as hemoglobin and can selectively and reversibly bind oxygen molecules through a single permeation of air. However, since the cobalt porphyrin derivative itself is formed of solid particles, it can not maintain its own film shape. Therefore, it is necessary to coat the polymer membrane with a selective oxygen fixing and releasing function of the cobalt porphyrin derivative, A method is needed.

일본 공개특허 2013-03372호는 선택적 산소투과막에 관한 것으로, 전이금속 착물이 코팅된 무기계 다공질인 세라믹 등의 평판형 전극을 개시한다. 그러나 이는 전지에 사용하기 위한 평판형 분리막이고, 또한 세라믹을 사용하여 제조 단가가 높고 고온의 분리 조건이 필요하다. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-03372 discloses a plate-type electrode such as ceramic, which is an inorganic porous substrate coated with a transition metal complex, with respect to a selective oxygen permeable membrane. However, this is a flat plate type separator for use in a battery, and a separation cost of high temperature and high temperature is required by using a ceramic.

한국 등록특허 0646312호는 중공사 산소분리막 및 그 제조방법에 관한 것으로, 선택투과성을 가지는 고분자물질을 이용하여 제조한 중공사 막을 진공펌프로 운전하는 소형 분리막 시스템을 개시한다. 그러나 이는 고압의 기체 공급이 필요하며, 저압의 기체 공급에서는 선택도 및 투과도의 효율이 낮다.Korean Patent No. 0646312 discloses a hollow-fiber oxygen separator and a method for producing the hollow-oxygen separator, and discloses a small separation membrane system in which a hollow fiber membrane manufactured using a polymer material having permselectivity is operated by a vacuum pump. However, this requires the supply of a high pressure gas, and the selectivity and the transmission efficiency are low in a low pressure gas supply.

따라서 높은 선택도 및 투과도를 갖추고 저압에서도 고효율을 나타내는 산소 분리막 개발이 필요하다. Therefore, it is necessary to develop an oxygen separation membrane having high selectivity and permeability and exhibiting high efficiency even at low pressure.

일본 공개특허 2013-03372호Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2013-03372 한국 등록특허 0646312호Korean Patent No. 0646312

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 전이금속 화합물을 포함하는 코팅층이 형성된 산소분리용 중공사 막을 제공하고자 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a hollow fiber membrane for oxygen separation in which a coating layer containing a transition metal compound is formed.

본 발명자들은 연소 후 연도가스에 포함된 이산화탄소를 포집하는 기술인 연소 후 포집 공정에서 산소 분리용 중공사 막을 이용하여 연도가스 내의 산소를 분리하여 산소가 제거된 연도가스를 흡수탑에 주입함으로써, 흡수제의 흡수능을 극대화할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하였다.The present inventors have succeeded in separating the oxygen in the flue gas using a hollow fiber membrane for oxygen separation in the post-combustion collecting process of collecting carbon dioxide contained in the flue gas after combustion and injecting the oxygen-depleted flue gas into the absorption tower, Absorbing ability can be maximized, thus completing the present invention.

한 양태에서 본 발명은 을 다공성 관형 고분자 막; 및 상기 관형 고분자 막 외측에 형성된 다공성 코팅층을 포함하고, 상기 코팅층은 전이금속-포피린 화합물 및 고분자 화합물을 포함하는, 산소 분리용 중공사 막을 제공한다. In one aspect, the present invention provides a porous tubular polymer membrane; And a porous coating layer formed outside the tubular polymer membrane, wherein the coating layer comprises a transition metal-porphyrin compound and a polymer compound.

본 발명은 또한, 상기 고분자 막 및 고분자 화합물은 동일하거나 서로 다른 고분자 소재로 구성되며, 상기 고분자 소재는 폴리술폰계 고분자, 폴리아미드계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리메타크릴레이트계 고분자, 폴리에스테르계 고분자, 올레핀계 고분자, 폴리벤조이미다졸 고분자 또는 폴리비닐리덴플루오라이드로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인, 산소 분리용 중공사 막을 제공한다.The polymer film and the polymer compound may be made of the same or different polymer materials, and the polymer material may be a polysulfone polymer, a polyamide polymer, a polyimide polymer, a polymethacrylate polymer, a polyester Wherein the polymer is at least one selected from the group consisting of a polymer, an olefin polymer, a polybenzimidazole polymer, and polyvinylidene fluoride.

본 발명은 또한, 상기 전이금속-포피린 화합물은 코발트(Co), 구리(Cu), 철(Fe), 니켈(Ni), 망간(Mn), 루테늄(Ru) 및 로듐(Rh), 백금(Pt), 마그네슘(Mg), 납(Pb), 팔라듐(Pd), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 은(Ag), 금(Au)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 전이금속; 포피린 또는 테트라페닐포피린(tetraphenylporphtrin) 중 선택되는 포피린 리간드 및 이미다졸(imidazole), 피리딘(pyridine), 벤조이미다졸(benzoimidazole), 벤조피리딘(benzopyridine) 및 벤질이미다졸(Benzylimidazole)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 축방향 리간드를 포함하는, 산소 분리용 중공사 막을 제공한다.The transition metal-porphyrin compound may be at least one selected from the group consisting of Co, Cu, Fe, Ni, Mn, Ru and Rh, ), Magnesium (Mg), lead (Pb), palladium (Pd), zinc (Zn), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr) One or more transition metals selected; A porphyrin or a tetraphenylporphyrin selected from the group consisting of porphyrin ligand and imidazole, pyridine, benzoimidazole, benzopyridine and benzylimidazole. ≪ / RTI > wherein the at least one axial ligand is at least one of the axial ligands.

본 발명은 또한, 상기 코팅층은 0.5nm 내지 400nm 두께인, 산소 분리용 중공사 막을 제공한다.The present invention also provides a hollow fiber membrane for oxygen separation, wherein the coating layer is 0.5 nm to 400 nm thick.

본 발명은 또한, 상기 방법은 고분자를 포함하는 방사용액을 제조하는 단계;상기 방사용액을 노즐을 통해 다공성 관형 고분자 막을 제조하는 단계; 상기 다공성 관형 고분자 막에 코팅되는 코팅용액을 제조하는 단계; 및 상기 코팅용액을 다공성 관형 고분자 막에 코팅하는 단계를 포함하고, 상기 코팅용액을 제조하는 단계는 전이금속-포피린 화합물을 제조하는 단계; 및 상기 전이금속-포피린 화합물, 고분자 화합물 및 유기용매를 혼합하는 단계를 포함하는, 산소 분리용 중공사 막의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method of preparing a porous tubular polymer membrane, comprising the steps of: preparing a spinning solution containing a polymer; Preparing a coating solution coated on the porous tubular polymer membrane; And coating the coating solution on the porous tubular polymeric membrane, wherein the step of preparing the coating solution comprises: preparing a transition metal-porphyrin compound; And a step of mixing the transition metal-porphyrin compound, the polymer compound, and the organic solvent to prepare a hollow fiber membrane for oxygen separation.

본 발명은 또한, 상기 전이금속-포피린 화합물은 코발트(Co), 구리(Cu), 철(Fe), 니켈(Ni), 망간(Mn), 루테늄(Ru) 및 로듐(Rh), 백금(Pt), 마그네슘(Mg), 납(Pb), 팔라듐(Pd), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 은(Ag) 및 금(Au)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 전이금속; 포피린 또는 테트라페닐포피린(tetraphenylporphtrin) 및 이미다졸(imidazole), 피리딘(pyridine), 벤조이미다졸(benzoimidazole), 벤조피리딘(benzopyridine) 및 벤질이미다졸(Benzylimidazole)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 축방향 리간드를 포함하는, 산소 분리용 중공사 막의 제조방법을 제공한다.The transition metal-porphyrin compound may be at least one selected from the group consisting of Co, Cu, Fe, Ni, Mn, Ru and Rh, ), Magnesium (Mg), lead (Pb), palladium (Pd), zinc (Zn), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr) One or more transition metals selected; Wherein the at least one compound is selected from the group consisting of porphyrin or tetraphenylporphyrin and imidazole, pyridine, benzoimidazole, benzopyridine and benzylimidazole. A method for producing a hollow fiber membrane for oxygen separation, comprising a ligand.

본 발명은 또한, 상기 방사용액은 10 내지 30 중량%의 폴리술폰계 고분자, 폴리아미드계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리메타크릴레이트계 고분자, 폴리에스테르계 고분자, 올레핀계 고분자, 폴리벤조이미다졸 고분자 또는 폴리비닐리덴플루오라이드로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 하나 이상의 혼합물, 70 내지 80 중량%의 N-메틸피롤리돈, 및 2 내지 10 중량%의 염화리튬의 혼합물인, 산소 분리용 중공사 막의 제조방법을 제공한다.In the present invention, it is preferable that the spinning solution contains 10 to 30% by weight of a polysulfone polymer, a polyamide polymer, a polyimide polymer, a polymethacrylate polymer, a polyester polymer, an olefin polymer, Polymer or polyvinylidene fluoride, a mixture of 70 to 80% by weight of N-methylpyrrolidone, and 2 to 10% by weight of lithium chloride, A method for producing a membrane is provided.

본 발명은 또한, 상기 코팅용액은 전이금속-포피린 화합물 및 고분자 화합물이 100:1 내지 100:50의 중량비로 혼합된 혼합물을 포함하며, 상기 고분자 화합물은 폴리술폰계 고분자, 폴리아미드계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리메타크릴레이트계 고분자, 폴리에스테르계 고분자, 올레핀계 고분자, 폴리벤조이미다졸 고분자 또는 폴리비닐리덴플루오라이드로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 하나 이상인, 산소 분리용 중공사 막의 제조방법을 제공한다.The coating solution may further comprise a mixture of a transition metal-porphyrin compound and a polymer compound in a weight ratio of 100: 1 to 100: 50, and the polymer compound may be a polysulfone polymer, a polyamide polymer, A method for producing a hollow fiber membrane for oxygen separation, wherein the hollow fiber membrane is one or more selected from the group consisting of a mid polymer, a polymethacrylate polymer, a polyester polymer, an olefin polymer, a polybenzimidazole polymer, or polyvinylidene fluoride .

본 발명은 또한, 상기 코팅하는 단계는 다공성 관형 고분자 막을 25℃ 내지 100℃의 코팅용액에 1 내지 60초 동안 침지 후, 50℃ 내지 100℃에서 건조하여 권취기로 감는 것인, 산소 분리용 중공사 막의 제조방법을 제공한다.The coating step may be performed by dipping the porous tubular polymer membrane in a coating solution at 25 DEG C to 100 DEG C for 1 to 60 seconds and then drying at 50 DEG C to 100 DEG C to wind the coating film on a winding machine. A method for producing a membrane is provided.

본 발명의 산소 분리용 중공사 막은 전이금속 화합물을 포함하는 조성물을 다공성 관형 고분자 막에 코팅함에 따라 낮은 압력에서도 산소기체의 선택도 및 투과도가 높아 연소 배가스 중 산소기체 분리에 높은 효율성을 나타낸다.The hollow fiber membrane for oxygen separation according to the present invention exhibits high efficiency in separation of oxygen gas in the combustion exhaust gas due to high selectivity and permeability of oxygen gas even at low pressure by coating a composition containing the transition metal compound on the porous tubular polymer membrane.

도 1은 본 발명의 한 구현예에 따른 다공성 관형 고분자 막의 제조방법을 도식화한 것이다.
도 2는 본 발명의 한 구현예에 따라 다공성 관형 고분자 막의 외측에 코팅층 형성방법을 도식화한 것이다.
도 3은 본 발명의 한 구현예에 따른 다공성 관형 고분자 막 및 코팅층이 형성된 다공성 관형 고분자 막의 ATR-IR 스펙트럼이다.
도 4은 본 발명의 한 구현예에 따른 산소 분리용 중공사 막의 단면을 나타낸 SEM 이미지이다.
도 5은 본 발명의 한 구현예에 따른 기체 투과도 측정시스템을 도시화한 것이다.
도 6은 본 발명의 한 구현예에 따른 산소분리용 중공사 막에 의한 산소 및 질소의 기체투과도를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 한 구현예에 따른 산소분리용 중공사 막에 의한 기체 선택도를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 한 구현예에 따른 산소분리용 중공사 막에 의한 산소, 질소 및 이산화탄소의 기체 선택도 및 투과도를 나타내는 그래프이다.
1 is a schematic view illustrating a method of manufacturing a porous tubular polymer membrane according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 illustrates a method of forming a coating layer on the outer side of a porous tubular polymer membrane according to an embodiment of the present invention.
3 is an ATR-IR spectrum of a porous tubular polymer membrane having a porous tubular polymer membrane and a coating layer according to an embodiment of the present invention.
4 is an SEM image showing a cross section of a hollow fiber membrane for oxygen separation according to one embodiment of the present invention.
FIG. 5 illustrates a gas permeability measurement system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing gas permeabilities of oxygen and nitrogen by a hollow fiber membrane for oxygen separation according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph showing gas selectivity by the hollow fiber membrane for oxygen separation according to one embodiment of the present invention.
8 is a graph showing gas selectivity and permeability of oxygen, nitrogen, and carbon dioxide by a hollow fiber membrane for oxygen separation according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 된다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. Prior to the detailed description of the present invention, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms. Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.

한 양태에서 본 발명은 다공성 관형 고분자 막; 및 상기 관형 고분자 막 외측에 형성된 다공성 코팅층을 포함하고, 상기 코팅층은 전이금속-포피린 화합물 및 고분자 화합물을 포함하는, 산소 분리용 중공사 막이다. 분리막이란 2상 사이에서 물질의 이동을 선택적으로 제한하는 기능을 갖는 재질의 계면(Interphase)이라고 정의될 수 있다. 막을 이용한 기체분리는 막에 대한 선택적인 가스투과원리에 의하여 진행된다. 즉 기체혼합물이 막 표면에 접촉하였을때 기체성분은 막 속으로 용해, 확산하게 되는데 이때 각각의 기체성분의 용해도와 투과도는 막물질에 대하여 서로 다르게 나타나게 된다. 기체분리에 대한 추진력은 막 양단에 가해지는 특정기체성분에 대한 분압차이다. 특히 분리막을 이용한 막분리공정은 상(Phase)변화가 없고 에너지 소모가 적은 장점 때문에 여러 분야에서 광범위하게 응용되고 있다. 본 발명에서는 이산화탄소 포집에 공급되는 연소 후 배가스에서 산소를 분리해내는 산소분리용 중공사 막을 제공한다.In one aspect, the present invention provides a porous tubular polymer membrane; And a porous coating layer formed outside the tubular polymer membrane, wherein the coating layer comprises a transition metal-porphyrin compound and a polymer compound. The separation membrane can be defined as an interface (material) having a function of selectively restricting the movement of a substance between two phases. Gas separation using membranes proceeds by selective gas permeation principle for membranes. That is, when the gas mixture contacts the surface of the membrane, the gas component dissolves and diffuses into the membrane, where the solubility and permeability of each gas component is different for the membrane material. The propulsive force for gas separation is the partial pressure difference for the particular gas component applied across the membrane. In particular, the membrane separation process using a separation membrane has been widely used in various fields because it has no phase change and energy consumption is low. The present invention provides a hollow fiber membrane for oxygen separation which separates oxygen from the post-combustion exhaust gas supplied to the carbon dioxide capture.

본 발명의 산소분리용 중공사 막은 다공성 관형 고분자 막을 지지체로 하고, 이에 코팅층이 형성된 이중층 구조이다. 한 구현예에서 상기 관형 중공사 막의 재질은 폴리술폰계 고분자, 폴리아미드계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리메타크릴레이트계 고분자, 폴리에스테르계 고분자, 올레핀계 고분자, 폴리벤조이미다졸 고분자 또는 폴리비닐리덴플루오라이드로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 고분자 막이며, 바람직하게 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 설폰화폴리설폰, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리에스테르, 폴리벤즈이미다졸 및 폴리아미드로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 고분자 막이다. 상기 관형 고분자 막은 직경이 100㎛ 내지 1,500㎛이며 바람직하게 400㎛ 내지 1,000㎛이다. 또한 막의 표면은 기체가 투과할 수 있는 다공성이며, 상기 다공 크기는 10nm 내지 400nm이다. The hollow fiber membrane for oxygen separation of the present invention is a two-layer structure in which a porous tubular polymer membrane is used as a support and a coating layer is formed thereon. In one embodiment, the material of the tubular hollow fiber membrane is selected from the group consisting of a polysulfone polymer, a polyamide polymer, a polyimide polymer, a polymethacrylate polymer, a polyester polymer, an olefin polymer, a polybenzimidazole polymer, A polyether sulfone, a polyether sulfone, a polyether sulfone, and a fluoride, and preferably a polysulfone, a polyether sulfone, a sulfonated polysulfone, a polyvinylidene fluoride, a polyacrylonitrile, a polyimide, Polybenzimidazole, polyamide, and the like. The tubular polymer membrane has a diameter of 100 mu m to 1,500 mu m, preferably 400 mu m to 1,000 mu m. Also, the surface of the membrane is porous allowing gas to permeate, and the pore size is from 10 nm to 400 nm.

본 발명의 관형 고분자 막 외측에 코팅되는 코팅층은 전이금속-포피린 화합물 및 고분자 화합물을 포함한다. 산소 함유 혼합가스 예를 들면 연소배가스가 산소분리용 중공사 막에 주입되면 분리막에 확산되어 상기 관형 고분자 막의 외측에 코팅된 전이금속 포피린 화합물과 접촉되고, 가역적 화학흡착에 의해 산소가 전이금속-포피린 화합물에 흡착 및 탈착되어 혼합가스에서 산소가 분리된다. 한 구현예에서 상기 전이금속-포피린 화합물은 고분자 화합물 및 용매에 혼합하여 액체 상태의 코팅용액을 제조하여 지지체인 관형 고분자 막에 효율적으로 코팅될 수 있다. 상기 코팅용액은 관형 고분자 막의 성능을 저하시키지 않기 위해 예를 들면 점도가 낮고, 지지체에 얇게 형성되는 것이 바람직하다. 한 구현예에서 상기 전이금속은 코발트(Co), 구리(Cu), 철(Fe), 니켈(Ni), 망간(Mn), 루테늄(Ru) 및 로듐(Rh), 백금(Pt), 마그네슘(Mg), 납(Pb), 팔라듐(Pd), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 은(Ag), 금(Au)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 전이금속이고, 바람직하게 코발트(Co)이다. 본 발명의 포피린은 금속이 배위할 수 있는 리간드로 포피린 또는 포피린 유도체를 통칭하며 바람직하게 테트라페닐포피린(tetraphenylporphtrin)이다. 상기 전이금속-포피린 화합물은 포피린 리간드 외에 포피린 리간드의 축방향 리간드를 포함한다. 상기 축방향 리간드는 전이금속-포피린 화합물의 산소 흡착 활성자리를 유도하여 산소 선택도를 높이고 산소 수송을 촉진할 수 있다. 한 구현예에서 상기 축방향 리간드는 이미다졸(imidazole), 피리딘(pyridine), 벤조이미다졸(benzoimidazole), 벤조피리딘(benzopyridine) 및 벤질이미다졸(Benzylimidazole)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이며, 바람직하게 벤조이미다졸이다.The coating layer coated on the outside of the tubular polymer membrane of the present invention includes a transition metal-porphyrin compound and a polymer compound. When an oxygen-containing mixed gas, for example, a combustion gas, is injected into a hollow fiber membrane for oxygen separation, it is diffused into a separation membrane to be in contact with a transition metal porphyrin compound coated on the outer side of the tubular polymer membrane, and oxygen is converted into a transition metal- Adsorbed and desorbed on the compound to separate oxygen from the mixed gas. In one embodiment, the transition metal-porphyrin compound may be efficiently coated on the tubular polymer membrane as a support by preparing a coating solution in a liquid state by mixing with a polymer compound and a solvent. The coating solution is preferably low in viscosity and thinly formed on the support so as not to deteriorate the performance of the tubular polymer membrane. In one embodiment, the transition metal is selected from the group consisting of Co, Cu, Fe, Ni, Mn, Ru and Rh, Pt, At least one element selected from the group consisting of Mg, Pb, Pd, Zn, Ti, V, Cr, Ag, Transition metal, preferably cobalt (Co). The porphyrin of the present invention is a ligand to which a metal can be coordinated, and is collectively referred to as a porphyrin or porphyrin derivative, and is preferably tetraphenylporphyrin. The transition metal-porphyrin compound comprises, in addition to the porphyrin ligand, an axial ligand of the porphyrin ligand. The axial ligand can induce oxygen adsorption active sites of the transition metal-porphyrin compound to enhance oxygen selectivity and promote oxygen transport. In one embodiment, the axial ligand is at least one selected from the group consisting of imidazole, pyridine, benzoimidazole, benzopyridine, and benzylimidazole, Preferably a benzimidazole.

본 발명의 코팅층은 고분자 화합물을 포함한다. 상기 고분자 화합물은 다공성 관형 고분자 막 외측에 전이금속-포피린 화합물을 포함하는 코팅층 형성을 용이하게 하기 위한 것으로 코팅층 형성시 코팅층과 관형 고분자 막 간의 부착성을 향상시키고 전이금속-포피린 화합물을 코팅층에 고르게 분포시킬 수 있으며 코팅층을 견고하게 한다. 한 구현예에서 상기 고분자 화합물은 상기 다공성 관형 고분자 막의 재질과 같거나 다르고, 상기 고분자는 폴리술폰계 고분자, 폴리아미드계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리메타크릴레이트계 고분자, 폴리에스테르계 고분자, 올레핀계 고분자, 폴리벤조이미다졸 고분자 또는 폴리비닐리덴플루오라이드로 이루어진 군에서 선택되는 하나이상이며, 바람직하게 바람직하게 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 설폰화폴리설폰, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리에스테르, 폴리벤즈이미다졸 및 폴리아미드로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 고분자이다. 상기 전이금속-포피린 화합물 및 고분자 화합물을 포함하는 코팅층은 0.5nm 내지 400nm의 두께로 상기 다공성 관형 고분자 막 외측에 코팅되며, 바람직하게 50nm 내지 400nm 두께로 코팅된다. 0.5nm 이하 두께의 코팅층은 산소 선택성이 떨어지고, 400nm 이상 두께의 코팅층은 투과도가 낮아진다. 본 발명의 산소분리용 중공사 막은 이산화탄소 포집장치에 산소가 포함된 연소 배가스를 공급하는데 있어서 이산화탄소 포집장치에 공급하기 전에 연소 배가스내의 산소를 분리하는데 사용될 수 있다. 기존의 산소 분리 또는 산소 제거 장치는 높은 압력으로 산소를 공급하거나 또는 세라믹 분리막의 경우는 고온의 구동환경이 필요하다. 그러나 본 발명의 산소분리용 중공사 막은 다공성 관형 고분자 막에 가역적 산소 흡착 화합물인 전이금속-포피린 화합물을 코팅함에 따라 저압, 저온의 비교적 온화한 조건에서 높은 효율로 산소분리를 수행할 수 있다.The coating layer of the present invention includes a polymer compound. The polymer compound is intended to facilitate the formation of a coating layer containing a transition metal-porphyrin compound on the outside of the porous tubular polymer membrane. It is preferable that the adhesion between the coating layer and the tubular polymer membrane is improved during formation of the coating layer and the transition metal- And the coating layer is solidified. In one embodiment, the polymer compound is the same as or different from the material of the porous tubular polymer membrane, and the polymer is selected from the group consisting of a polysulfone polymer, a polyamide polymer, a polyimide polymer, a polymethacrylate polymer, a polyester polymer, Based polymer, a polybenzimidazole polymer, or polyvinylidene fluoride, and is preferably at least one selected from the group consisting of polysulfone, polyethersulfone, sulfonated polysulfone, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile , Polyimide, polyetherimide, polyester, polybenzimidazole, and polyamide. The coating layer comprising the transition metal-porphyrin compound and the polymer compound is coated on the outside of the porous tubular polymer membrane with a thickness of 0.5 nm to 400 nm, preferably 50 nm to 400 nm. The coating layer having a thickness of 0.5 nm or less has poor oxygen selectivity, and the coating layer having a thickness of 400 nm or more has a low transmittance. The hollow fiber membrane for oxygen separation of the present invention can be used to separate the oxygen in the combustion exhaust gas before feeding it to the carbon dioxide capture device in supplying oxygen-containing combustion exhaust to the carbon dioxide capture device. Conventional oxygen separation or deoxygenation apparatuses require oxygen at a high pressure or a high temperature driving environment in the case of a ceramic separation membrane. However, according to the present invention, a porous tubular polymer membrane can be coated with a transition metal-porphyrin compound, which is a reversible oxygen adsorption compound, to perform oxygen separation at a relatively mild condition of low pressure and low temperature with high efficiency.

또 다른 측면에서 본 발명은 산소 분리용 중공사 막의 제조방법으로, 상기 방법은 고분자를 포함하는 방사용액을 제조하는 단계; 상기 방사용액을 노즐을 통해 다공성 관형 고분자 막을 제조하는 단계; 상기 다공성 관형 고분자 막에 코팅되는 코팅용액을 제조하는 단계; 및 상기 코팅용액을 다공성 관형 고분자 막에 코팅하는 단계를 포함하고, 상기 코팅용액을 제조하는 단계는 전이금속-포피린 화합물을 제조하는 단계; 및 상기 전이금속-포피린 화합물, 고분자 화합물 및 유기용매를 혼합하는 단계를 포함하는, 산소 분리용 중공사 막의 제조방법이다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method for producing a hollow fiber membrane for oxygen separation, comprising the steps of: preparing a spinning solution containing a polymer; Preparing a porous tubular polymer membrane through the nozzle with the spinning solution; Preparing a coating solution coated on the porous tubular polymer membrane; And coating the coating solution on the porous tubular polymeric membrane, wherein the step of preparing the coating solution comprises: preparing a transition metal-porphyrin compound; And a step of mixing the transition metal-porphyrin compound, a polymer compound and an organic solvent.

다공성 관형 고분자 막은 예를 들면 습식 상 전환(dry-wet phase inversion) 방법으로 제조할 수 있다. 방사용액을 제조하고, 이를 노즐을 통해 관형 고분자 막으로 제조한다. 한 구현예에서 상기 방사용액은 10 내지 30 중량%의 폴리술폰계 고분자, 폴리아미드계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리메타크릴레이트계 고분자, 폴리에스테르계 고분자, 올레핀계 고분자, 폴리벤조이미다졸 고분자 또는 폴리비닐리덴플루오라이드로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 하나 이상의 혼합물과 70 내지 80 중량%의 N-메틸피롤리돈 및 2 내지 10 중량%인 염화리튬의 혼합물이다. 도 1은 본 발명의 한 구현예에 따른 다공성 관형 고분자 막의 제조방법을 도식화 한 것이다. 질소 환경하에 방사용액(a)과 내부 응고제(b)를 기어펌프(c) 와 HPLC 펌프(d)로 각각 공급하고 상기 펌프들로부터 각각 워터배스(e) 및 냉각기(k)를 거쳐 방사장치(f)로 공급된다. 상기 방사장치(f)에서 방사되는 고분자 막은 제1 응고욕(g) 및 제2 응고욕(h)을 거쳐 장력테스트(i) 후 권취기(j)에 감기게된다.The porous tubular polymer membrane can be produced by, for example, a dry-wet phase inversion method. A spinning solution is prepared, which is made into a tubular polymer membrane through a nozzle. In one embodiment, the spinning solution comprises 10 to 30% by weight of a polysulfone polymer, a polyamide polymer, a polyimide polymer, a polymethacrylate polymer, a polyester polymer, an olefin polymer, a polybenzimidazole polymer Or polyvinylidene fluoride, and a mixture of 70 to 80% by weight of N-methylpyrrolidone and 2 to 10% by weight of lithium chloride. 1 is a schematic view illustrating a method of manufacturing a porous tubular polymer membrane according to an embodiment of the present invention. The spinning solution (a) and the internal coagulating agent (b) are supplied to the gear pump (c) and the HPLC pump (d) under a nitrogen atmosphere, and the water bath (e) and the cooler (k) f. The polymer film emitted from the spinning device f is wound on the take-up device j after the tension test i through the first coagulation bath g and the second coagulation bath h.

다공성 관형 고분자 막의 외측에 코팅되는 코팅층은 전이금속-포피린 화합물, 고분자 화합물 및 용매를 혼합하여 코팅용액을 제조하고 코팅 장치를 이용하여 코팅할 수 있다. 한 구현에에서 상기 코팅용액은 전이금속-포피린 화합물 및 고분자 화합물이 100:1 내지 100:50의 중량비로 혼합된 혼합물을 포함하며, 상기 고분자 화합물은 폴리술폰계 고분자, 폴리아미드계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리메타크릴레이트계 고분자, 폴리에스테르계 고분자, 올레핀계 고분자, 폴리벤조이미다졸 고분자 또는 폴리비닐리덴플루오라이드로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 하나 이상의 혼합물이다. 상기 전이금속-포피린 화합물과 고분자 화합물은 유기용매에 용해하여 코팅용액을 제조한다. 상기 유기용매는 예를 들면 톨루엔, 클로로포름, 디메틸포름아미드, 아세톤, 벤젠, 에탄올 등을 사용할 수 있다. 상기 코팅하는 단계는 코팅용액을 코팅장치에 주입하고 관형 고분자 막을 코팅하는 단계이다. 도 2를 참조하면 상기 코팅장치는 보빈(100), 코팅부(110), 건조부(120) 권취부(140) 포함하며 상기 보빈(100)에 감긴 관형 고분자 막은 코팅액이 담겨진 코팅부(110)를 지나면서 막 외부표면에 코팅층을 형성한다. 상기 코팅된 관형 고분자 막(130)은 건조부(120)에서 되어 권취부(140)에서 감기게 된다. 한 구현예에서 상기 코팅하는 단계는 다공성 관형 고분자 막을 25℃ 내지 100℃의 코팅용액에 1 내지 60초 동안 방사용액에 침지 후, 50℃ 내지 100℃에서 건조하여 권취기에 감기는 것이다.The coating layer coated on the outer side of the porous tubular polymer membrane may be coated with a coating solution by preparing a coating solution by mixing a transition metal-porphyrin compound, a polymer compound, and a solvent. In one embodiment, the coating solution comprises a mixture of a transition metal-porphyrin compound and a polymer compound in a weight ratio of 100: 1 to 100: 50, the polymer compound being selected from the group consisting of a polysulfone polymer, a polyamide polymer, Based polymer, a polyimethacrylate-based polymer, a polyester-based polymer, an olefin-based polymer, a polybenzimidazole polymer, or a polyvinylidene fluoride. The transition metal-porphyrin compound and the polymer compound are dissolved in an organic solvent to prepare a coating solution. As the organic solvent, for example, toluene, chloroform, dimethylformamide, acetone, benzene, ethanol and the like can be used. The coating step is a step of injecting a coating solution into a coating apparatus and coating a tubular polymer membrane. 2, the coating apparatus includes a bobbin 100, a coating unit 110, and a winding unit 140. The tubular polymer film wound around the bobbin 100 is coated with a coating unit 110, The coating layer is formed on the outer surface of the film. The coated tubular polymer membrane 130 is wound in the winding unit 140 at the drying unit 120. In one embodiment, the coating is performed by immersing the porous tubular polymer membrane in a spinning solution in a coating solution at 25 ° C to 100 ° C for 1 to 60 seconds, drying at 50 ° C to 100 ° C, and winding on a spinning machine.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해서 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments are provided to facilitate understanding of the present invention. However, the following examples are provided only for the purpose of easier understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

실시예Example 1 다공성 관형 고분자 막의 제조 1 Preparation of Porous Tubular Polymer Membrane

산소분리용 중공사 막의 지지체가되는 다공성 관형 고분자 막을 제조하기 위해 열 안정성 및 높은 체인 강도를 나타내는 폴리에테르술폰(PES, Ultrason® E6020P, BASF, Germany)으로 습식 상 전환법을 사용하여 제조하였다.(도 1 참조) 18.0wt%의 PES 용액을 80℃에서 3일간 건조 하였으며, 여기에 5wt%의 N-메틸피롤리돈(NMP, Merck) 및 염화리튬(LiCl, 시그마 알드리치, USA)을 첨가하여 총 조성비율이 표 1과 같이 되도록 혼합하였다. (PES, Ultrason E6020P, BASF, Germany), which exhibits thermal stability and high chain strength to produce a porous tubular polymeric membrane that serves as a support for oxygen-separated hollow fiber membranes. 18.0 wt% of PES solution was dried at 80 ° C for 3 days, and 5 wt% of N-methylpyrrolidone (NMP, Merck) and lithium chloride (LiCl, Sigma Aldrich, USA) The composition ratios were mixed as shown in Table 1.

[표 1][Table 1]

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상기 제조된 방사용액을 내측 대향 직경 0.12 / 0.6mm 인 이중관 방사 노즐에 내부 응고제로 증류수를 사용하였으며, 에어 갭은 0-20cm 유지시키면서 방사하여 다공성 관형 고분자 막을 제조하였다. 방사 후, 섬유가 계속 남아있는 용매를 제거 6일간 313K의 50cm3/min으로 흐르는 물에 세척하였다. 세척된 다공성 관형 고분자 막을 2시간 동안 메탄올로 후 처리하고 6일 동안 건조하였다. Distilled water was used as an internal coagulating agent in the double tube spinning nozzle having the inner facing diameter of 0.12 / 0.6 mm and spinning while maintaining the air gap at 0-20 cm to prepare a porous tubular polymer membrane. After spinning, the solvent with which the fibers remained was washed for 6 days in flowing water at a flow rate of 313 K of 50 cm 3 / min. The washed porous tubular polymer membrane was post-treated with methanol for 2 hours and dried for 6 days.

30.3mL의 벤즈알데히드 (약 0.67 M)을 환류 다음, 5분 후에, 반응 용액에 첨가하고, (50㎖ 프로피온산에서) 한 후 21mL의 신선한 증류 피롤을 (141℃를 비점 400㎖) 환류 프로피온산을 가하여 1시간 동안. 냉각 후, 반응 혼합물을 부 흐너 깔대기를 통해 여과하였다. 짙은 보라색 필터 잔류 여액을 무색 후, 잔류 프로피온산을 제거하는 탈 이온수로 세척하고 처음까지 메탄올로 세척하였다. 마지막으로, TPP 입자는 8시간 동안 진공 건조 하였다.After refluxing 30.3 mL of benzaldehyde (about 0.67 M), 5 minutes later, add to the reaction solution (in 50 mL of propionic acid), add 21 mL of fresh distillation pyrrole (141 DEG C, boiling point 400 mL) For hours. After cooling, the reaction mixture was filtered through a Buchner funnel. The dark purple filter residue filtrate was colorless, washed with deionized water to remove residual propionic acid and washed with methanol until the beginning. Finally, the TPP particles were vacuum dried for 8 hours.

실시예Example 2-1  2-1 테트라페닐포피린(TPP)의Of the tetraphenylporphyrin (TPP) 제조 Produce

30.3mL의 벤즈알데히드 (약 0.67 M)를 첨가한 141℃의 프로피온산 400ml를 반응용액으로 환류하고, 5분 후 21mL의 증류된 피롤(50㎖ 프로피온산에서)을 상기 반응용액에 첨가하고 1시간 동안 환류하였다. 반응용액을 냉각하고 생성물을 여과하였다. 여과된 보라색 새성물을 메탄올로 투명해 질 때까지 세척하고, 무색이 되면 잔류 프로피온산을 제거하기 위해 증류수로 세척하였다. 생성된 TPP 입자는 8시간 동안 진공 건조 하였다.400 ml of propionic acid at 141 ° C added with 30.3 ml of benzaldehyde (about 0.67 M) was refluxed into the reaction solution, and after 5 minutes, 21 ml of distilled pyrrole (in 50 ml of propionic acid) was added to the reaction solution and refluxed for 1 hour . The reaction solution was cooled and the product was filtered. The filtered purple birds were washed with methanol until clear and, when colorless, washed with distilled water to remove residual propionic acid. The resulting TPP particles were vacuum dried for 8 hours.

실시예Example 2-2 코발트  2-2 Cobalt 배위Coordination 테트라페닐포피린(CoTPP)의Of tetraphenylporphyrin (CoTPP) 제조  Produce

상기 실시예 2-1에 따른 TPP를 이용하여 금속화 반응을 수행하였다. TPP (3.5g)과 DMF 150ml을 250ml 둥근바닥 플라스크에 주입하고 가열 맨틀을 이용하여 140℃로 교반하면서 가열하였다. 상기 가열된 반응용액에 무수 코발트디클로라이드 (3.0g)를 첨가하여 6시간 동안 환류하였다. 반응이 끝난 반응용액은 진공회전농축기를 이용하여 용매를 제거하고 농축하였다. 농축한 생성물에 150mL의 무수 에탄올을 첨가하고 하루 동안 1 내지 15℃의 냉장상태에서 결정화를 수행하여 보라색 결정의 CoTPP를 수득하였다. 생성된 CoTPP를 여과하여 소량의 증류수 및 무수 에탄올로 세척한 후 8시간 동안 진공 건조 하였다. The metallization reaction was carried out using TPP according to Example 2-1. TPP (3.5 g) and DMF (150 ml) were charged into a 250 ml round bottom flask and heated with stirring in a heating mantle at 140 < 0 > C. Anhydrous cobalt dichloride (3.0 g) was added to the heated reaction solution and refluxed for 6 hours. After the reaction was completed, the solvent was removed by using a vacuum rotary evaporator and concentrated. To the concentrated product, 150 mL of anhydrous ethanol was added and crystallization was carried out in a refrigerated state at 1 to 15 DEG C for one day to obtain CoTPP of purple crystals. The resulting CoTPP was filtered, washed with a small amount of distilled water and anhydrous ethanol, and vacuum-dried for 8 hours.

실시예Example 3 산소분리용 중공사 막의 제작 3 Preparation of Hollow Fiber Membrane for Oxygen Separation

산소분리용 중공사 막을 제작하기 위해 먼저 상기 실시예 1에 따라 제조된 다공성 관형 고분자 막에 상기 실시예 2-1 및 2-2에 따라 제조한 CoTPP를 코팅하기 위해 코팅용액을 제조하였다. 상기 코팅용액은 폴리부틸메타크릴레이트(PBMA) 및 CoTPP를 표 2와 같이 톨루엔에 혼합하여 코팅 용액을 제조하였다. 도 2에 도시된 바와 같이 연속 코팅 시스템으로 다공성 관형 고분자 막 외측에 코팅을 수행하였다. 보빈에 감긴 다공성 관형 고분자 막이 상온의 코팅용액으로 투입되어 외측에 코팅층이 형성되면 3.2m의 수직형 건조부로 보내어 80℃로 코팅층의 경화 및 건조를 수행하였다. 건조된 산소분리용 중공사 막은 권취기에서 감기도록 하였으며 코팅층의 두께는 권취기의 속도를 조절하여 결정하였다. To prepare a hollow fiber membrane for oxygen separation, a coating solution was prepared to coat CoTPP prepared according to Examples 2-1 and 2-2 on the porous tubular polymer membrane prepared in Example 1 above. The coating solution was prepared by mixing polybutyl methacrylate (PBMA) and CoTPP in toluene as shown in Table 2. As shown in FIG. 2, a coating was performed outside the porous tubular polymer membrane with a continuous coating system. When the porous tubular polymer membrane wrapped on the bobbin was put into a coating solution at room temperature and a coating layer was formed on the outer side, it was sent to a vertical drying unit of 3.2 m to cure and dry the coating layer at 80 ° C. The dried membrane for oxygen separation was wound on a winder and the thickness of the coating layer was determined by controlling the speed of the winder.

[표 2][Table 2]

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Figure pat00002

실시예Example 4 산소분리용 중공사 막의 분석 Analysis of Hollow Fiber Membrane for Oxygen Separation

상기 실시예 1 내지 3에 따른 산소분리용 중공사 막의 표면을 분석하기 위해 600 내지 4,000cm-1 범위에서 PES 관형 고분자 막, PBMA-PES 및 CoTPP-PBMA-PES의 각각 ATR-FTIR 스펙트럼(Bruker)를 측정하였다. 그 결과를 도 3에 나타냈다. PES 관형 고분자 막의 ATR-FTIR 스펙트럼은 1105, 1149, 1240, 1290, 1321, 1,484cm-1에서 관측되었으며 이는 C-O 스트레칭, O = S = O의 대칭 스트레칭, 방향족 에테르 및 C-N 스트레칭, O = S = O의 비대칭 스트레칭, 방향족 C = C는 스트레칭에 해당한다. 1487 및 1578cm-1 피크는 PES의 특이적 피크이다. PBMA-PES의 ATR-FTIR 스펙트럼은 측정에서 2800 내지 3000cm-1 영역에서의 -OH에 해당하는 넓은 밴드형 피크가 측정되었다. CoTPP-PBMA-PES의 ATR-FTIR 스펙트럼은 PBMA의 특징적인 흡수 밴드 와 대부분 중첩되었으나 중첩된 스페트럼을 제외한 CoTPP의 특징적인 흡수 밴드는 1,069cm-1에서 나타났다. 상기 세가지 스펙트럼을 비교한 결과 고분자 PBMA과 CoTPP의 혼합이 잘 형성된 것으로 판단된다.Example 1 to 3 ATR-FTIR spectrum (Bruker) of PES tubular polymer film at 600 to 4,000cm -1 range to analyze the surface of hollow fiber membranes for oxygen separation, PBMA-PES and CoTPP-PBMA-PES in accordance with the Were measured. The results are shown in Fig. The ATR-FTIR spectra of the PES tubular polymer membranes were observed at 1105, 1149, 1240, 1290, 1321 and 1,484 cm -1 , indicating CO stretching, symmetrical stretching of O = S = O, aromatic ether and CN stretching, O = S = O Asymmetric stretching, aromatic C = C corresponds to stretching. The 1487 and 1578 cm <" 1 > peaks are specific peaks of PES. In the ATR-FTIR spectrum of PBMA-PES, a broad band-type peak corresponding to -OH in the region of 2800 to 3000 cm -1 was measured. The ATR-FTIR spectra of CoTPP-PBMA-PES overlapped most of the characteristic absorption bands of PBMA, but the characteristic absorption bands of CoTPP except overlapped spectra were 1,069 cm -1 . As a result of comparing the above three spectra, it is judged that the mixture of polymer PBMA and CoTPP is well formed.

주사전자현미경(SEM, S-4700, HITACHI)을 이용하여 상기 표 2에 따른 산소분리용 중공사 막의 실험예에 대한 SEM 이미지를 도 4에 나타냈다. ((a) PBMA : CoTPP (100: 1 ratio wt.%), (b) PBMA : CoTPP (100: 5 ratio wt.%), (c) PBMA : CoTPP (100: 10 ratio wt.%), (d) PBMA : CoTPP (100: 50 ratio wt.%)) 각 혼합 비율에 따라 (a)115nm, (b)127nm, (c)191nm, (d)305nm의 명확한 두께 차이를 나타내며 CoTPP의 비율이 높아질수록 코팅층이 두꺼워지는 경향을 보였다. 다공성 관형 고분자 막의 다공크기는 100 내지 300nm를 나타냈으며, 또한 모든 분리막이 외측표면의 코팅층과 내측의 관형 다공성 고분자 막의 비대칭 구조를 가지고 있음을 확인 할 수 있었다. 따라서 본 발명의 산소분리용 중공사 막은 기체의 투과도 및 선택도를 향상 시킬수 있는 것으로 판단된다. An SEM image of an experimental example of a hollow fiber membrane for oxygen separation according to Table 2 is shown in FIG. 4 using a scanning electron microscope (SEM, S-4700, HITACHI). (a) PBMA: CoTPP (100: 1 ratio wt.%), (b) PBMA: CoTPP (100: 5 ratio wt.%), (c) PBMA: CoTPP (a) 115 nm, (b) 127 nm, (c) 191 nm and (d) 305 nm depending on the mixing ratios of PBMA: CoTPP (100: 50 ratio wt. The coating layer tended to become thicker. The porosity of the porous tubular polymer membrane ranged from 100 to 300 nm. It was also confirmed that all the membranes had asymmetric structures of the coating layer on the outer surface and the inner tubular porous polymer membrane. Therefore, it is considered that the hollow fiber membrane for oxygen separation of the present invention can improve the permeability and selectivity of the gas.

실시예Example 5 산소분리용 중공사 막의 산소분리 기능 측정 5 Measurement of oxygen separation function of hollow membrane for oxygen separation

전술된 실시예에 따라 제작된 산소분리용 중공사 막의 산소분리 기능을 측정하기 위해 실험예 1 내지 4에 해당하는 중공사 막의 산소 및 질소(99.99%, SAFETY GAS, Korea)의 투과도를 각각 측정하였다. 도 5는 가스 투과도 측정방법을 도식화 한 것이다. 산소(10) 및 질소(20) 각각을 표 3과 같은 조건으로 투과도를 측정하였다. 0.1 내지 1.0 kgf/cm2으로 가스를 주입하였으며, 분리막을 기준으로 투과되는 쪽은 대기압을 유지하였다. 작동 온도는 산소분리용 중공사 막모듈과 공급 가스의 흐름의 균형을 유지하기 위해 장치 내의 오븐(30)의 공기 순환을 이용하여 25℃로 일정하게 유지하였다. 모듈을 통과한 가스 유량은 버블 유량계(40)로 측정하였다. 기체 투과도는 다음의 방정식 (1)을 사용하여 계산하였다 :The permeability of oxygen and nitrogen (99.99%, SAFETY GAS, Korea) in the hollow fiber membranes corresponding to Experimental Examples 1 to 4 was measured to measure the oxygen separation function of the hollow fiber membrane for oxygen separation manufactured according to the above-described embodiment . FIG. 5 is a schematic representation of a method for measuring gas permeability. The permeability was measured for each of oxygen (10) and nitrogen (20) under the same conditions as in Table 3. The gas was injected at 0.1 to 1.0 kgf / cm 2 , and the permeate side of the separator was kept at atmospheric pressure. The operating temperature was kept constant at 25 占 폚 using the air circulation of the oven (30) in order to balance the feed gas flow with the oxygen separation membrane module. The gas flow rate through the module was measured with a bubble flow meter (40). Gas permeability was calculated using the following equation (1): < RTI ID = 0.0 >

Figure pat00003
(1)
Figure pat00003
(One)

Qp는 막을 통과한 투과유속이며 ΔP는 막을 통과한 기체의 압력이고, A는 막의 면적이다. P의 단위는 GPU (1 GPU = 1 x 10-6 cm3 (STP)/cm2 ·cmHg ·sec)이다. Q p is the permeation flux through the membrane, ΔP is the pressure of the gas passing through the membrane, and A is the membrane area. The unit of P is GPU (1 GPU = 1 x 10 -6 cm 3 (STP) / cm 2 · cmHg · sec).

기체의 투과도를 측정한 결과를 도 6에 나타냈다. (A)는 산소투과도를 나타내며 (B)는 질소 투과도를 나타낸다. 산소 투과도의 경우 압력전체 범위에 걸쳐 압력이 높아질수록 투과도가 감소하는 경향을 보였으며, 실험예의 가장 낮은 압력인 0.1 kgf/cm2에서 4가지의 중공사 막 모두 가장 높은 투과도를 보였다. 이는 압력이 증가할수록 CoTPP에서 산소 활성자리가 포화되어 높은 압력에서는 비교적 투과도가 낮아지는 것으로 판단된다. 1.0 kgf/cm2의 압력에서는 코팅층의 CoTPP의 비율이 증가할수록 낮은 산소투과도를 나타낸다. CoTPP를 포함하는 코팅층이 두꺼워지면서 투과되는 기체의 양이 감소하는 것으로 판단된다. 반면 1.0 kgf/cm2이하의 압력에서는 PBMA:CoTPP가 100:5일 때 가장 높은 투과도를 나타냈다. 질소 투과도의 경우 전체 압력범위에서 코팅층의 CoTPP의 비율이 감소할수록 높은 투과도를 나타내는 것을 알 수 있었다. 이는 질소의 경우 CoTPP의 영향을 받지 않고 단순히 얇은 코팅층에서 높은 투과도를 나타내는 것으로 판단된다.The measurement results of the permeability of the gas are shown in Fig. (A) shows oxygen permeability and (B) shows nitrogen permeability. In the case of oxygen permeability, the permeability tended to decrease as the pressure increased over the entire pressure range. In the lowest pressure of 0.1 kgf / cm 2 , all four hollow membranes showed the highest permeability. It is considered that as the pressure increases, the oxygen vacancies are saturated in CoTPP and the comparative permeability decreases at high pressure. At a pressure of 1.0 kgf / cm 2 , as the ratio of CoTPP in the coating layer increases, it shows a lower oxygen permeability. The coating layer containing CoTPP is thickened and the amount of gas permeated is considered to be reduced. On the other hand, at the pressure of 1.0 kgf / cm 2 or less, the highest permeability was shown when PBMA: CoTPP was 100: 5. In the case of nitrogen permeability, it was found that the permeability was higher as the ratio of CoTPP in the coating layer decreased in the entire pressure range. It is considered that nitrogen is not influenced by CoTPP and shows high transmittance only in thin coating layer.

기체 선택도는 다음의 방적식 (2)를 사용하여 계산하였다: The gas selectivity was calculated using the following equation (2): < RTI ID = 0.0 >

Figure pat00004
(2)
Figure pat00004
(2)

a는 2가지의 가스 i, j 의 압력비를 나타내고 있으며, 이와 같은 압력비는 각 기체의 투과도이며 이의 비는 기체 선택도를 나타낸다. 기체선택도의 결과를 도 7에 나타냈다. 도 7 (A)는 실험 압력에 따른 기체 선택도를 나타내며 (B)는 코팅 비율에 따른 0.1 kgf/cm2 및 1.0 kgf/cm2 에서의 선택도를 나타낸다. (A)에 따르면 압력범위 전반적으로 산소/질소의 선택도가 1 이상으로 산소의 선택도가 높은 것을 알 수 있다. 그 중 0.1 kgf/cm2 압력에서 PBMA:CoTPP가 100:50일 때 가장 높은 산소 선택도를 나타냈다. (B)에 따르면 0.1 kgf/cm2 및 1.0 kgf/cm2압력에서 코팅층의 CoTPP의 비율이 높아질수록 선택도도 높아진다. 0.1 kgf/cm2 의 압력에서 1.0 kgf/cm2의 압력보다 산소 선택도가 전반적으로 높은 것을 알 수 있다. a represents the pressure ratio of the two gases i and j, and the pressure ratio is the permeability of each gas, and the ratio thereof represents gas selectivity. The results of gas selectivity are shown in Fig. FIG. 7 (A) shows gas selectivity according to the experimental pressure, and FIG. 7 (B) shows the selectivity at 0.1 kgf / cm 2 and 1.0 kgf / cm 2 depending on the coating ratio. (A), it can be seen that the selectivity of oxygen / nitrogen is higher than that of oxygen / nitrogen in the entire pressure range. Among them, the highest oxygen selectivity was obtained when PBMA: CoTPP was 100: 50 at 0.1 kgf / cm 2 pressure. (B), the higher the ratio of CoTPP in the coating layer at 0.1 kgf / cm 2 and 1.0 kgf / cm 2 , the higher the selectivity. It can be seen that the oxygen selectivity is generally higher than the pressure of 1.0 kgf / cm 2 at a pressure of 0.1 kgf / cm 2 .

도 8은 상기 실시 예에 따른 PBMA:CoTPP가 100:5의 비율로 코팅된 산소 분리용 중공사 막을 이용한 이산화탄소, 질소 및 산소의 투과도 및 선택도를 측정한 결과이다. (A)는 압력에 따른 각 기체의 투과도를 나타내는 그래프로, 각 기체의 투과도를 도 5와 같은 방식으로 측정하고 방정식 (1)을 사용하여 계산하였다. 그 결과 1.0 kgf/cm2의 압력에서 산소 투과도가 질소 및 이산화탄소에 비해 가장 높게 측정되었으며, 압력이 증가할수록 이산화탄소 및 질소는 투과도가 증가하나, 산소는 비교적 감소하는 경향을 보였다. 이는 압력이 증가할수록 CoTPP의 산소 활성이 낮아져 높은 압력에서는 비교적 투과도가 낮아지는 것으로 판단된다. (B)는 산소 및 질소 가스, 산소 및 이산화탄소 가스에 대한 각각 투과 실험한 결과로, 투입된 가스(Retentate)와 투과된 가스(Permeate)의 압력차에 따른 선택도를 나타낸다. 가장 낮은 0.1 kgf/cm2 압력에서 산소/질소 및 산소/이산화탄소의 모두 가장 높은 선택도를 나타낸다. 이는 본 발명의 산소 분리용 중공사 막은 낮은 압력에서 CoTPP에 의한 산소와의 친화력의 증가로 낮은 압력에서의 산소 투과도가 높아 선택도 또한 높은 것으로 판단된다. 따라서 본 발명의 CoTPP를 포함하는 코팅층이 형성된 산소분리용 중공사 막은 저압에서 보다 우수한 산소분리 효과를 나타내는 것으로 판단된다.FIG. 8 shows the results of measurement of permeability and selectivity of carbon dioxide, nitrogen and oxygen using a hollow fiber membrane for oxygen separation coated with a PBMA: CoTPP ratio of 100: 5 according to the above embodiment. (A) is a graph showing the permeability of each gas according to pressure. The permeability of each gas was measured in the same manner as in Fig. 5 and calculated using Equation (1). As a result, the oxygen permeability was the highest at 1.0 kgf / cm 2 compared to nitrogen and carbon dioxide. As the pressure increased, the permeability of carbon dioxide and nitrogen increased, but the oxygen tended to decrease relatively. It is considered that as the pressure increases, the oxygen activity of CoTPP decreases, and the comparative permeability decreases at high pressure. (B) shows the selectivity according to the pressure difference between the injected gas (Retentate) and the permeated gas (Permeate) as a result of each permeation experiment for oxygen and nitrogen gas, oxygen and carbon dioxide gas. Both oxygen / nitrogen and oxygen / carbon dioxide exhibit the highest selectivity at the lowest pressure of 0.1 kgf / cm 2 . It is considered that the hollow fiber membrane for oxygen separation according to the present invention has high selectivity due to high oxygen permeability at low pressure due to the increase of affinity with oxygen by CoTPP at low pressure. Therefore, it is considered that the hollow fiber membrane for oxygen separation, in which the coating layer containing CoTPP of the present invention is formed, shows better oxygen separation effect at low pressure.

이상에서 본원의 예시적인 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본원의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본원의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본원의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the preferred embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, .

본 발명에서 사용되는 모든 기술용어는, 달리 정의되지 않는 이상, 본 발명의 관련 분야에서 통상의 당업자가 일반적으로 이해하는 바와 같은 의미로 사용된다. 본 명세서에 참고문헌으로 기재되는 모든 간행물의 내용은 본 발명에 도입된다. All technical terms used in the present invention are used in the sense that they are generally understood by those of ordinary skill in the relevant field of the present invention unless otherwise defined. The contents of all publications referred to herein are incorporated herein by reference.

Claims (9)

다공성 관형 고분자 막; 및
상기 관형 고분자 막 외측에 형성된 다공성 코팅층을 포함하고,
상기 코팅층은 전이금속-포피린 화합물 및 고분자 화합물을 포함하는,
산소 분리용 중공사 막.
Porous tubular polymer membrane; And
And a porous coating layer formed outside the tubular polymer membrane,
Wherein the coating layer comprises a transition metal-porphyrin compound and a polymer compound.
A hollow fiber membrane for oxygen separation.
제 1 항에 있어서,
상기 고분자 막 및 고분자 화합물은 동일하거나 서로 다른 고분자 소재로 구성되며,
상기 고분자 소재는 폴리술폰계 고분자, 폴리아미드계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리메타크릴레이트계 고분자, 폴리에스테르계 고분자, 올레핀계 고분자, 폴리벤조이미다졸 고분자 또는 폴리비닐리덴플루오라이드로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인,
산소 분리용 중공사 막.
The method according to claim 1,
The polymer membrane and the polymer compound are made of the same or different polymer materials,
The polymer material may be selected from the group consisting of a polysulfone polymer, a polyamide polymer, a polyimide polymer, a polymethacrylate polymer, a polyester polymer, an olefin polymer, a polybenzimidazole polymer or polyvinylidene fluoride One or more selected,
A hollow fiber membrane for oxygen separation.
제 1 항에 있어서,
상기 전이금속-포피린 화합물은 코발트(Co), 구리(Cu), 철(Fe), 니켈(Ni), 망간(Mn), 루테늄(Ru) 및 로듐(Rh), 백금(Pt), 마그네슘(Mg), 납(Pb), 팔라듐(Pd), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 은(Ag) 및 금(Au)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 전이금속;
포피린 또는 테트라페닐포피린(tetraphenylporphtrin) 중 선택되는 포피린 리간드 및
이미다졸(imidazole), 피리딘(pyridine), 벤조이미다졸(benzoimidazole), 벤조피리딘(benzopyridine) 및 벤질이미다졸(Benzylimidazole)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 축방향 리간드를 포함하는,
산소 분리용 중공사 막.
The method according to claim 1,
The transition metal-porphyrin compound may be at least one selected from the group consisting of Co, Cu, Fe, Ni, Mn, Ru and Rh, Pt, At least one transition selected from the group consisting of lead (Pb), palladium (Pd), zinc (Zn), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), silver (Ag) metal;
A porphyrin ligand selected from porphyrin or tetraphenylporphtrin and
The method of claim 1 wherein the at least one axial ligand is selected from the group consisting of imidazole, pyridine, benzoimidazole, benzopyridine, and benzylimidazole.
A hollow fiber membrane for oxygen separation.
제 1 항에 있어서,
상기 코팅층은 0.5nm 내지 400nm 두께인,
산소 분리용 중공사 막.
The method according to claim 1,
Wherein the coating layer has a thickness of 0.5 nm to 400 nm,
A hollow fiber membrane for oxygen separation.
산소 분리용 중공사 막의 제조방법으로,
상기 방법은 고분자를 포함하는 방사용액을 제조하는 단계;
상기 방사용액을 노즐을 통해 다공성 관형 고분자 막을 제조하는 단계;
상기 다공성 관형 고분자 막에 코팅되는 코팅용액을 제조하는 단계; 및
상기 코팅용액을 다공성 관형 고분자 막에 코팅하는 단계를 포함하고,
상기 코팅용액을 제조하는 단계는 전이금속-포피린 화합물을 제조하는 단계; 및
상기 전이금속-포피린 화합물, 고분자 화합물 및 유기용매를 혼합하는 단계를 포함하는,
산소 분리용 중공사 막의 제조방법.
As a method of producing a hollow fiber membrane for oxygen separation,
The method comprises the steps of: preparing a spinning solution containing a polymer;
Preparing a porous tubular polymer membrane through the nozzle with the spinning solution;
Preparing a coating solution coated on the porous tubular polymer membrane; And
And coating the coating solution on the porous tubular polymeric membrane,
The step of preparing the coating solution comprises the steps of: preparing a transition metal-porphyrin compound; And
Comprising: mixing said transition metal-porphyrin compound, a polymeric compound, and an organic solvent.
A method for producing a hollow fiber membrane for oxygen separation.
제 5 항에 있어서,
상기 전이금속-포피린 화합물은 코발트(Co), 구리(Cu), 철(Fe), 니켈(Ni), 망간(Mn), 루테늄(Ru) 및 로듐(Rh), 백금(Pt), 마그네슘(Mg), 납(Pb), 팔라듐(Pd), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 은(Ag) 및 금(Au)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 전이금속;
포피린 또는 테트라페닐포피린(tetraphenylporphtrin) 중 선택되는 포피린 리간드 및
이미다졸(imidazole), 피리딘(pyridine), 벤조이미다졸(benzoimidazole), 벤조피리딘(benzopyridine) 및 벤질이미다졸(Benzylimidazole)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 축방향 리간드를 포함하는,
산소 분리용 중공사 막의 제조방법.
6. The method of claim 5,
The transition metal-porphyrin compound may be at least one selected from the group consisting of Co, Cu, Fe, Ni, Mn, Ru and Rh, Pt, At least one transition selected from the group consisting of lead (Pb), palladium (Pd), zinc (Zn), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), silver (Ag) metal;
A porphyrin ligand selected from porphyrin or tetraphenylporphtrin and
The method of claim 1 wherein the at least one axial ligand is selected from the group consisting of imidazole, pyridine, benzoimidazole, benzopyridine, and benzylimidazole.
A method for producing a hollow fiber membrane for oxygen separation.
제 5 항에 있어서,
상기 방사용액은 10 내지 30 중량%의 폴리술폰계 고분자, 폴리아미드계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리메타크릴레이트계 고분자, 폴리에스테르계 고분자, 올레핀계 고분자, 폴리벤조이미다졸 고분자 또는 폴리비닐리덴플루오라이드로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 하나 이상의 혼합물,
70 내지 80 중량%의 N-메틸피롤리돈, 및
2 내지 10 중량%의 염화리튬의 혼합물인,
산소 분리용 중공사 막의 제조방법.
6. The method of claim 5,
The spinning solution may contain 10 to 30 wt% of a polysulfone polymer, a polyamide polymer, a polyimide polymer, a polymethacrylate polymer, a polyester polymer, an olefin polymer, a polybenzimidazole polymer, or a polyvinylidene Fluoride, or a mixture of one or more thereof selected from the group consisting of fluoride,
70 to 80% by weight of N-methylpyrrolidone, and
2 to 10% by weight of lithium chloride,
A method for producing a hollow fiber membrane for oxygen separation.
제 5 항에 있어서,
상기 코팅용액은 전이금속-포피린 화합물 및 고분자 화합물이 100:1 내지 100:50의 중량비로 혼합된 혼합물을 포함하며,
상기 고분자 화합물은 폴리술폰계 고분자, 폴리아미드계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리메타크릴레이트계 고분자, 폴리에스테르계 고분자, 올레핀계 고분자, 폴리벤조이미다졸 고분자 또는 폴리비닐리덴플루오라이드로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 하나 이상인,
산소 분리용 중공사 막의 제조방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the coating solution comprises a mixture of a transition metal-porphyrin compound and a polymer compound in a weight ratio of 100: 1 to 100: 50,
The polymer compound may be selected from the group consisting of a polysulfone polymer, a polyamide polymer, a polyimide polymer, a polymethacrylate polymer, a polyester polymer, an olefin polymer, a polybenzimidazole polymer or polyvinylidene fluoride One or more selected,
A method for producing a hollow fiber membrane for oxygen separation.
제 5 항에 있어서,
상기 코팅하는 단계는 다공성 관형 고분자 막을 25℃ 내지 100℃의 코팅용액에 1 내지 60초 동안 침지 후, 50℃내지 100℃에서 건조하여 권취기로 감는 것인,
산소 분리용 중공사 막의 제조방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the coating is performed by immersing the porous tubular polymer membrane in a coating solution at 25 캜 to 100 캜 for 1 to 60 seconds and then drying at 50 캜 to 100 캜 and winding with a take-
A method for producing a hollow fiber membrane for oxygen separation.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102177251B1 (en) * 2019-08-14 2020-11-10 한국화학연구원 Transition metal supported acidic polymer complex membrane and method for producing the same
WO2024221707A1 (en) * 2023-04-23 2024-10-31 福建德尔科技股份有限公司 Modification method for air separation membrane

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100646312B1 (en) 2005-06-10 2006-11-23 (주)에어레인 Hollow fiber oxygen separation membrane and manufacturing method
JP2013003372A (en) 2011-06-17 2013-01-07 Konica Minolta Business Technologies Inc Hologram image forming method, hologram image forming apparatus, and toner for hologram image formation

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003053125A (en) * 2001-08-22 2003-02-25 Univ Waseda Oxygen permeable polymer membrane
JP2007301734A (en) 2006-05-08 2007-11-22 Hidetoshi Tsuchida Laminated film structure including albumin-metal porphyrin composite, and oxygen adsorbent, oxygen enriching film, oxygen permeable film, oxygen removing film or gas selective separation film containing the same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100646312B1 (en) 2005-06-10 2006-11-23 (주)에어레인 Hollow fiber oxygen separation membrane and manufacturing method
JP2013003372A (en) 2011-06-17 2013-01-07 Konica Minolta Business Technologies Inc Hologram image forming method, hologram image forming apparatus, and toner for hologram image formation

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102177251B1 (en) * 2019-08-14 2020-11-10 한국화학연구원 Transition metal supported acidic polymer complex membrane and method for producing the same
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