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KR20180097700A - 막의 제조 방법 및 관련 막 및 필터 요소 - Google Patents

막의 제조 방법 및 관련 막 및 필터 요소 Download PDF

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KR20180097700A
KR20180097700A KR1020187021171A KR20187021171A KR20180097700A KR 20180097700 A KR20180097700 A KR 20180097700A KR 1020187021171 A KR1020187021171 A KR 1020187021171A KR 20187021171 A KR20187021171 A KR 20187021171A KR 20180097700 A KR20180097700 A KR 20180097700A
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KR
South Korea
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porous substrate
membrane
solution
porous
film
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Withdrawn
Application number
KR1020187021171A
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English (en)
Inventor
링루 양
펑 왕
수 루
전 리우
윈 펑
로렌스 씨 코스타
Original Assignee
제너럴 일렉트릭 캄파니
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 제너럴 일렉트릭 캄파니 filed Critical 제너럴 일렉트릭 캄파니
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Abstract

본 발명은 막의 제조 방법 및 관련 막 및 필터 요소에 관한 것이다. 상기 방법은 다수의 공극을 갖는 다공성 기재를 제공하는 단계; 및 예비-충전제 용액을 적용하여 상기 다공성 기재 내의 공극을 적어도 부분적으로 점유하도록 하는 단계를 포함한다. 상기 막은 다공성 기재 및 상기 다공성 기재 상에 형성된 필터 층을 포함한다. 필터 요소는 코어 튜브; 및 코어 튜브 주위에 제조되고 롤링된 막을 포함한다.

Description

막의 제조 방법 및 관련 막 및 필터 요소
본 발명은 막(membrane)의 제조 방법 및 관련 막 및 필터 요소(filter element)에 관한 것이다.
막을 포함하는 현재 이용가능한 필터 요소는 어떤 면에서 만족스럽지 못하다. 예를 들어, 일부 적용례의 경우, 필터 요소의 두께는 너무 클 수 있고, 필터 요소의 플럭스(flux)는 너무 낮을 수 있다. 또한, 막 및 필터 요소의 단순화는 항상 바람직하다.
따라서, 막의 신규한 제조 방법 및 관련 막 및 필터 요소을 제공할 필요가 있다.
본 발명의 예시적인 양태의 목적은 종래 기술의 상기 및/또는 다른 결점을 극복하는 것이다.
한 양상에서, 본 발명의 양태는 (1) 50 내지 1,000 μm의 평균 공극 크기를 갖는 다공성 기재(substrate)를 제공하는 단계; (2) 예비-충전제(pre-filler) 용액을 적용하여 상기 다공성 기재의 공극을 적어도 부분적으로 점유하도록 하는 단계; (3) 막 용액을 상기 예비-충전제 용액이 적용된 다공성 기재에 적용하는 단계; 및 (4) 상기 막 용액을 응고시켜 상기 다공성 기재 상에 필터 층을 형성하는 단계를 포함한다.
다른 양상에서, 본 발명의 양태는 본 발명의 양태에 따라 제조된 막에 관한 것이다.
또 다른 양상에서, 본 발명의 양태는 (1) 코어 튜브(core tube); 및 (2) 본 발명의 양태에 따라 제조되고 상기 코어 튜브 주위에 롤링(rolling)된 막을 포함하는 필터 요소에 관한 것이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 예시적인 양태의 설명에 비추어 더욱 잘 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일부 양태에 따른 유동 채널(flow channel)을 포함하는 다공성 기재의 측면의 주사 전자 현미경(SEM) 이미지를 도시한다.
도 2는 도 1의 다공성 기재의 다수의 공극을 포함하는 다른 측면의 SEM 이미지를 도시한다.
도 3은 본 발명의 하나의 예시적인 양태에 따른 막의 제조 방법의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 다른 예시적인 양태에 따른 막의 제조 방법의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 예시적인 양태에 따른 막의 제조 방법의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 예시적인 양태에 따른 필터 요소의 제조 방법의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 다른 예시적인 양태에 따른 필터 요소의 제조 방법의 개략도이다.
도 8은 실시예 5에서 제조된 막 상의 역삼투(RO) 코팅의 SEM 이미지를 도시한다.
달리 정의되지 않는 한, 청구범위 및 상세한 설명에 사용된 모든 기술 또는 과학 용어는 본원이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 가져야 한다.
상세한 설명 및 청구범위에서 용어 "제1", "제2" 등은 임의의 순차적 순서, 번호 또는 중요성을 의미하는 것이 아니라, 단지 상이한 성분을 구별하기 위해서 사용된다.
단수형 용어는 양의 제한을 나타내지 않지만, 하나 이상의 존재를 나타낸다.
용어 "포함하다", "포함하는", "함유하다", "함유하는", "갖다", "갖는" 등은 "포함하다", "포함하는", "함유하다", "함유하는", "갖다", "갖는" 앞의 요소 또는 객체가 "포함하다", "포함하는", "함유하다", "함유하는", "갖다", "갖는"에 이어서 설명되는 요소 또는 객체 및 이들의 등가물을 포괄하지만, 다른 요소 또는 객체를 제외하지 않음을 의미한다.
용어 "결합된" 등은 물리적으로 또는 기계적으로 연결된 것으로 제한되지 않고, 직접적으로 또는 간접적으로 연결된 것으로 제한되지 않는다.
용어 "적용하는"은, 비제한적으로, 직접적으로 또는 간접적으로 접촉하는 것으로 제한되지 않고, 부분적으로 또는 완전히 적용되는 것으로 제한되지 않고, 첨가, 코팅(예를 들어, 분사 코팅), 도포(covering) 등을 포함한다.
본원에 개시된 다공성 기재는 다공성 구조를 갖는 기재를 지칭한다. 일부 양태에서, 다공성 기재는 투과물 담체(permeate carrier)를 포함한다. 본원에 개시된 투과물 담체는 투과된 유동을 안내하는 다공성 구조를 갖는 중합체 담체를 지칭한다. 투과물 담체에 사용되는 중합체는, 비제한적으로, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리올레핀, 폴리에스터 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다.
일부 양태에서, 다공성 기재(1)는 비대칭 구조를 갖는다. 일부 양태에서, 다공성 기재(1)의 제1 측면(2)은 유동 채널(3)을 포함하고(도 1 참조), 또한 유동 채널 측면으로 지칭될 수 있다. 다공성 기재(1)의 반대편 제2 측면(4)은 다수의 공극(5)을 포함하고(도 2 참조), 또한 다공성 측면으로 지칭될 수 있다.
일부 양태에서, 다공성 기재는 250 내지 500 μm, 250 내지 400 μm, 또는 280 내지 350 μm의 두께를 갖는다. 일부 양태에서, 다공성 기재의 평균 공극 크기는 50 내지 1,000 μm, 150 내지 800 μm, 150 내지 400 μm, 150 내지 300 μm 또는 350 내지 1,000 μm이다. 본원에 개시된 평균 공극 크기는 섬유질 다공성 기재의 경우 GB/T 2679.14-1996에 따라 측정될 수 있거나, 비-섬유질 다공성 기재의 경우 광학 또는 전자 현미경 직접 측정법을 사용하여 측정될 수 있다.
일부 양태에서, 제1 측면(2)에는 예비-충전제 용액이 적용되고, 제2 측면(4)에는 막 용액이 적용된다. 일부 양태에서, 제2 측면(4)에는 예비-충전제 용액이 적용되고, 제1 측면(2)에는 막 용액이 적용된다.
본원에 개시된 예비-충전제 용액은 다공성 구조를 충전하기 위해 사용되는 용액을 지칭한다. 일부 양태에서, 예비-충전제 용액은 물, 유기 액체 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 일부 양태에서, 유기 액체는 알코올, 글리세롤, 에틸렌 글리콜, N,N-다이메틸 포름아미드(DMF), N-메틸 피롤리돈(NMP), 다이메틸 설폭사이드(DMSO), 다이메틸 아세트아미드(DMAc) 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 일부 양태에서, 알코올은 메탄올, 에탄올, 이소프로판올 또는 이의 임의의 조합을 포함한다.
일부 양태에서, 예비-충전제 용액은 이후에 적용된 막 용액을 응고시키기 위한 성분을 포함한다. 성분은 물, 에탄올, 에틸렌 글리콜 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다.
막 용액은 필터 층을 형성하기 위한 용액을 지칭한다. 일부 양태에서, 필터 층은 정밀여과(microfiltration: MF) 층, 한외여과(UF) 층, 나노여과(NF) 층, 역삼투(RO) 층 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 일부 양태에서, 필터 층은 막 용액을 응고(경화)시킴으로써 형성된다.
일부 양태에서, 막 용액은 폴리설폰(PSU), 폴리프로필렌(PP), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVF), 폴리에터설폰(PES), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리비닐 클로라이드(PVC), 폴리비닐 알코올(PVA), 셀룰로스 아세테이트(CA), 폴리이미드(PI), 폴리테트라플루오로에틸렌(ePTFE 또는 PTFE), 폴리아미드, 폴리비닐 포름알데하이드 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 한 예시적인 양태에 따른 막의 제조 방법은 다공성 기재를 제공하는 단계; 예비-충전제 용액(31)을 상기 다공성 기재에 적용하여 상기 다공성 기재의 공극을 적어도 부분적으로 점유하도록 하는 단계; 막 용액(예컨대, PSU 용액)을 상기 다공성 기재(32)에 적용하는 단계; 및 상기 막 용액을 응고시켜 필터 층(33)을 형성하는 단계를 포함한다.
일부 양태에서, 다공성 기재의 상부 부분 상의 예비-충전제 용액은, 예를 들어 종이 또는 흡수 매트 또는 고무 롤러에 의해 제공된 압력에 의해 제거될 수 있다.
일부 양태에서, 막 용액을 적용하는 단계는 막 용액의 첨가, 코팅(예를 들어, 분사 코팅) 및/또는 도포를 포함한다.
일부 양태에서, 막 용액을 응고시키는 단계는 가열 경화, 물 또는 알코올 겔 욕 내로의 배치(disposing) 및/또는 막 용액의 자외선 경화를 포함한다.
도 4를 참고하면, 도 4는 연속적인 습윤 공정으로 막을 제조하기 위한 본 발명의 다른 예시적인 양태를 도시한다. 연속적인 습윤 공정에서, 다공성 기재의 2개의 단부는 한 쌍의 롤러(41, 43) 상으로 롤링된다. 한 쌍의 롤러 사이에서, 한 열의 노즐(42)이 다공성 기재 아래에 배치되고, 이때 노즐(42)의 열은 예비-충전제 용액을 포함하는 용기와 유체 연통(fluid communication)된다. 노즐의 열은 1 내지 5 bar의 작동 압력(operation pressure)에서 작동될 수 있다.
작동 중에, 다공성 기재는 롤러로부터 권출(unwinding)되고 노즐을 통과하여 다른 롤러 주위에 재-권취(re-winding)된다. 속도는 1 내지 200 m/분일 수 있다.
다공성 기재가 노즐을 통과할 때, 예비-충전제 용액은 다공성 기재의 유동 채널 측면에 분사 코팅되어 다공성 기재의 예비-충전제 용액 로딩(loading)된 부분을 제공할 수 있다. 이어서, 막 용액은 예비-충전제 로딩된 다공성 기재의 다공성 측면으로 캐스팅(casting)된다. 막 용액이 응고된 후, 필터 층이 다공성 기재 상에 형성된다.
일부 양태에서, 예비-충전제 용액은 다공성 기재의 다공성 측면에 분사 코팅되어 다공성 기재의 예비-충전제 용액 로딩된 부분을 제공한다.
도 5를 참고하면, 도 5는 연속 습윤 공정으로 막을 제조하기 위한 본 발명의 다른 예시적인 양태를 도시한다. 일부 양태에서, 250 내지 450 μm의 두께를 갖는 다공성 기재가 롤러(51)로부터 권출된다. 권출되지 않은 다공성 기재는 용기(52) 내의 예비-충전제 용액으로 침지 코팅된다. 예비-충전제 용액이 로딩된 다공성 기재를 닙 롤(53)에 통과시킴으로써, 예비-충전제 용액의 일부가 다공성 기재로부터 제거된다. 이어서, 다공성 기재는 한 쌍의 슬롯 다이(54, 55)를 통과하여 막 용액으로 적용된다. 막 용액이 응고된 후, 2개의 필터 층이 다공성 기재의 양 측면 상에 형성된다.
일부 양태에서, 두께가 450 내지 600 μm인 다공성 기재는 약 150 내지 400 μm의 공극 크기를 갖는 다수의 공극을 갖고, 롤러(51)로부터 권출된다. 권출된 다공성 기재는 용기(52) 중에서 예비-충전제 용액으로 침지 코팅된다. 예비-충전제 용액을 포함하는 다공성 기재를 닙 롤(53)에 통과시킨 후에, 예비-충전제 용액을 다공성 기재의 표면 부분으로부터 제거하여, 단지 다공성 기재의 중간 부분을 점유하는 예비-충전제 층을 제공한다. 이어서, 예비-충전제 층이 단지 다공성 기재의 중간 부분을 점유하는 다공성 기재를 한 쌍의 슬롯 다이(54, 55)에 통과시켜, 다공성 기재의 표면을 막 용액으로 코팅한다. 막 용액이 응고된 후에, 다공성 기재의 2개의 측면 부분에 인접하게 2개의 필터 층이 형성된다.
일부 양태에서, 예비-충전제 용액은, 다공성 기재의 유동 채널 측면이 유리 기재를 향하도록, 유리 기재 상에 위치하는 다공성 기재 상에 부어진다. 다공성 기재의 상부 부분 상의 예비-충전제 용액은 막 용액이 예비-충전제 로딩된 다공성 기재에 캐스팅되기 전에 제거될 수 있고, 이어서 신속하게 응고될 수 있다. 이어서, 다공성 기재는 역전되고, 그의 유동 채널 측면 상에 예비-충전제 용액이 로딩된다. 다공성 기재의 상부 부분 상의 예비-충전제 용액을 제거한 후에, 막 용액을 예비-충전제 로딩된 다공성 기재 상에 캐스팅하고, 이어서 신속하게 응고시킴으로써 양면 막을 형성한다.
본 발명의 양태는 다공성 기재 및 상기 다공성 기재 상의 필터 층을 포함하는 막에 관한 것이다. 본 발명의 양태에 따라 제조된 막은 한외여과(UF), 역삼투(RO), 정삼투(FO), 나노여과(NF), 기체 분리막, 바이오-연료(bio-fuel) 전지 막 등에 사용될 수 있다.
일부 양태에서, 통합 막으로도 지칭되는 막은 100 내지 1,000 μm, 300 내지 800 μm, 또는 300 내지 500 μm의 두께를 갖는다. 일부 양태에서, 막은 다공성 기재 및 다공성 기재의 한 측면의 표면 부분 상의 하나의 필터 층을 포함하고(즉, 단면(single-side) 막), 이때 상기 막은 100 내지 1,000 μm, 300 내지 800 μm, 또는 300 내지 350 μm의 두께를 갖는다. 일부 양태에서, 막은 다공성 기재 및 상 다공성 기재의 양 측면의 표면 부분 상의 2개의 필터 층을 포함하고(즉, 양면(double-side) 막), 이때 상기 막은 100 내지 1,000 μm, 300 내지 800 μm 또는 300 내지 450 μm의 두께를 갖는다.
필터 층을 지지하기 위한 전통적인 막에 사용된 직조/부직 재료와 비교하여, PET, PTFE, PP 등과 같은 다공성 기재의 재료는 특히 더욱 알칼리성인 환경에서 더욱 내구성이 있다.
하기 실시예에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 양태의 막의 필터 층은 매끄럽고 균일하고 핀-홀(pin-hole)이 없다. 본 발명의 양태에 따른 막은 필터 기능 및 유출 기능을 막으로 통합하고(즉, 투과물 운반/수집 막), 개별 다공성 기재 및 개별 다공성 기재에 용접된 개별 필터 막 시트를 포함하는 필터 막과 비교하여 막의 두께가 감소된다.
또한, 막 제품, 예컨대 UF, RO, NF, 정삼투(FO) 등을 위한 필터 요소의 구조는 단순화된다.
일부 양태에서, 막(62 및 63)은 코어 튜브(61) 주위에 롤링되어 필터 요소(100)를 제조한다(도 6 참조). 본원에 개시된 코어 튜브는 튜브 벽 상에 유체 연통을 위한 다수의 구멍을 갖는 중공 튜브를 의미한다.
일부 양태에서, 2개의 막(62, 63)과 상기 2개의 막(62, 63) 사이에 배치된 피드 스페이서(feed spacer: 64)가 코어 튜브(61) 주위에 적층되고 롤링되어 필터 요소(100)를 제조한다.
본원에 개시된 피드 스페이서는 다공성 구조를 포함하는 중합체 기재를 지칭한다. 피드 스페이서는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리올레핀, 폴리에스터 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다.
일부 양태에서, 막(75)은 코어 튜브(71) 주위에 롤링되어 필터 요소(200)를 제조한다. 일부 양태에서, 납 다공성 기재의 단부는 코어 튜브(71) 주위에 래핑(wrapping)될 수 있다. 일부 양태에서, 다수의 막은 표면 부분이 내측을 향하도록 접혀질 수 있고, 이때 피드 스페이서가 접혀진 막 사이에 삽입되어 막의 외피(envelope)를 제공한다. 다수의 외피가 납 다공성 기재 상에 적층되고, 외피의 외부 부분은 서로 결합된다. 이어서, 외피를 코어 튜브 주위에 롤링하여 필터 요소를 얻는다.
하기 실시예서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 양태에 따라 수득된 필터 요소는 통상적인 필터 요소와 비교하여 우수한 플럭스 및 상당한 염 제거 성능을 갖는다.
실시예
실시예 1
막의 제조
두께 250 μm의 두께를 갖는 투과물 담체를 제공하였다. 투과물 담체는 150 내지 400 μm의 직경을 갖는 다수의 공극을 가졌다. 투과물 담체는 비대칭 구조를 가졌다. 한 측면은 유동 채널(도 1)을 포함하고 다른 측면은 다공성 구조(도 2)를 포함한다.
이어서, 예비-충전제 용액으로서 물을, 유동 채널 측면이 유리 기재를 향하도록, 유리 기재 상에 위치하는 투과물 담체 상에 부었다. 투과물 담체의 상부 부분 상의 예비-충전제 용액을 고무 롤러의 압력 하에 종이 또는 흡수 매트로 제거하였다.
N,N-다이메틸 포름아미드 중 17 중량% PSU 도프(dope) 용액을 예비-충전제 로딩된 투과물 담체 상으로 캐스팅하고, 이어서 물 겔 욕으로 신속하게 옮겨 필터 층을 응고시켰다.
제조된 막이 약 370 μm의 두께를 갖는 균일하고 매끄러운 코팅 표면을 포함하였고, PSU 막의 표면 상에서 어떠한 핀-홀 결함도 눈으로 볼 수 없음이 관찰되었다.
실시예 2 및 3
막의 제조
에탄올(실시예 2) 및 글리세롤(실시예 3)을 각각 예비-충전제 용액으로 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 유사하게 막을 제조하였다.
모든 PSU 필터 층이 균일하고 매끄러운 코팅 표면을 포함하였고, PSU 필터 층의 표면 상에서 어떠한 핀-홀 결함도 눈으로 볼 수 없음이 관찰되었다.
실시예 4
양면 막의 제조
약 150 내지 400 μm의 공극 크기를 갖는 다수의 공극을 갖는 350 μm의 두께를 갖는 투과물 담체를 제공하였다. 투과물 담체는 비대칭 구조를 가졌다. 한 측면은 유동 채널을 포함하였고, 다른 측면은 다공성 구조를 포함하였다. 이어서, 예비-충전제 용액으로서 물을, 유동 채널 측면이 유리 기재를 향하도록, 유리 기재 상에 위차하는 투과물 담체 상에 부었다. 투과물 담체의 상부 부분 상의 예비-충전제 용액을 고무 롤러의 압력 하에 종이 또는 흡수 매트로 제거하였다.
N,N-다이메틸 포름아미드(막 용액) 중 17 중량% PSU 도프 용액을 예비-충전제 로딩된 투과물 담체 상에 캐스팅하고, 이어서 물 겔 욕으로 신속하게 옮겨 막 용액을 응고시켰다.
수득된 막을, 유동 채널 측면이 위를 향하도록, 유리판 상에 고정하였고, 유동 채널 측면 상으로 예비-충전제 용액을 로딩하였다. 이어서, 투과물 담체의 상부 부분의 예비-충전제 용액을 또한 고무 롤러의 압력 하에 종이 또는 흡수 매트에 의해 제거하였다.
N,N-다이메틸 포름아미드 중 17 중량% PSU 도프 용액을 예비-충전제 로딩된 투과물 담체 상으로 캐스팅하고, 이어서 물 겔 욕으로 신속하게 옮겨 막 용액을 응고시켰다.
막이 약 450 μm의 두께를 갖는 균일하고 매끄러운 코팅 표면을 포함하였고, PSU 필터 막의 표면 상에서 어떠한 핀-홀 결함도 눈으로 볼 수 없음이 관찰되었다.
실시예 5
RO 막의 제조
1 m/분의 선 속도를 갖는 PSU 막 용액을 사용하는 연속적인 RO 코팅 공정에 의해 RO 막을 제조하였다. 투과물 담체를 먼저 2.6 중량% 메타-페닐렌다이아민(MPD), 3.1 중량% 캄포설폰산 및 1.4 중량% 트라이메틸아민을 함유하는 수용액에서 7 내지 8초 동안 항온처리하였다. 이어서, 투과물 담체를 상기 실시예와 유사한 PSU 막 용액으로 코팅하였다. 코팅된 막을 윈드 나이프(wind knife)로 취입하여 과량의 수용액을 제거하였다. 이어서, 코팅된 막을 이소파르(Isopar) G 용매 중 트라이메조일 클로라이드(TMC)의 0.2 중량% 용액에 7 내지 8초 동안 침지시킨 후 100℃에서 2분 동안 베이킹(baking)하였다. 도 8은 막 상의 역삼투(RO) 코팅의 SEM 이미지를 도시한다. RO 막의 성능을 200 psi에서 2,000 ppm NaCl로 측정하였다. 염 제거율은 94.5%였고, 플럭스는 30.4 갤런/피트2·일(gfd)였다.
실시예 6
필터 요소의 제조
코어 튜브 및 다수의 수득된 막을 코어 튜브 주위에 다음과 같이 롤링하였다(도 6 참조): (1) 납 투과물 담체의 단부가 래핑되는 코어 튜브를 제공하는 단계; (2) 표면 부분이 내측을 향하도록 막을 접는 단계; (3) 피드 스페이서를 접혀진 막 사이에 삽입하여 막의 외피를 제공하는 단계; (4) 외피의 외부 부분이 서로 결합되도록 다수의 외피를 납 투과물 담체 상에 적층하는 단계; 및 (5) 외피를 코어 튜브 주위에 래핑하여 필터 요소를 제공하는 단계.
막은 1시간 동안 2,000 ppm NaCl 및 220 psi 시험에서 120 gpd의 플럭스 및 94% 제거율을 갖는 1812 필터 요소로 롤링됨이 관찰되었다. 필터 요소를 추가로 200시간 동안 시험하였고, 이때 필터 요소는 200시간 시험의 종료 시 110 gpd의 플럭스 및 96% 제거율을 가졌고, 이는 막이 가압 하에 내구성이 있음을 나타낸다.
실시예 7
실시예 4에서 수득된 막 및 대조군으로서의 반투과 막에 각각 염 제거 시험 및 플럭스 측정을 수행하였다.
대조군으로서, 두께가 150 μm인 PSU 층을 갖는 PET 부직포의 배킹(backing)을 2 중량% 메타-페닐렌다이아민(MPD), 4.6 중량% 캄퍼설폰산 및 2 중량% 트라이메틸아민을 함유하는 수용액에 30초 동안 침액시켰다. PET 부직포는 1.6 μm의 평균 공극 크기를 가졌다. PSU 용액으로 코팅한 후, 코팅된 막을 윈드 나이프로 취입하여 과량의 수용액을 제거하였다. 이어서, 코팅된 막을 이소파르 G 용매 중 트라이메소일(TMC)의 0.11 중량% 용액에 60초 동안 침지시킨 후, 과량의 용액을 윈드 나이프로 제거하였다. 이어서, 수득된 막을 배기 오븐에서 100℃에서 6분 동안 베이킹하여 역삼투(RO) 막을 제조하였다.
RO 막의 성능을 200 psi에서 2,000 ppm NaCl로 측정하였다. 염 제거율은 98.8%였고, 플럭스는 23.5 gfd였다. 대조군에 대하여, 염 제거율은 98.7%였고, 플럭스는 22.8 gfd였다.
상기 설명은 단지 본 발명의 양태에 불과하고, 본 발명의 범주를 제한하고자하는 것은 아니다. 모든 종류의 변형 및 수정이 당업자에 의해 본 발명에 대해 행해질 수 있다. 본 발명의 사상 및 원리 내에서 이루어진 임의의 수정, 변경 및 개선은 첨부된 청구범위의 범주 내에 속해야 한다.

Claims (20)

  1. (1) 50 내지 1,000 μm의 평균 공극 크기를 갖는 다공성 기재(substrate)를 제공하는 단계;
    (2) 예비-충전제(pre-filler) 용액을 적용하여 상기 다공성 기재의 공극을 적어도 부분적으로 점유하도록 하는 단계;
    (3) 막(membrane) 용액을 상기 예비-충전제 용액이 적용된 다공성 기재에 적용하는 단계; 및
    (4) 막 용액을 응고시켜 상기 다공성 기재 상에 필터 층을 형성하는 단계
    를 포함하는, 막의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    예비-충전제 용액이 물, 유기 액체 또는 이들의 조합을 포함하는, 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    유기 액체가 알코올, 글리세롤, 에틸렌 글리콜, N,N-다이메틸 포름아미드(DMF), N-메틸 피롤리돈(NMP), 다이메틸 설폭사이드(DMSO), 다이메틸 아세트아미드(DMAc) 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는, 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    다공성 기재가 비대칭 구조를 갖고, 상기 다공성 기재의 제1 측면이 유동 채널을 포함하고, 상기 다공성 기재의 제2 측면이 다공성 구조를 포함하는, 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    예비-충전제 용액이 유동 채널을 포함하는 다공성 기재의 제1 측면 상에 적용되고, 막 용액이 다공성 구조를 포함하는 다공성 기재의 제2 측면 상에 적용되는, 제조 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    적용 단계가 분사 코팅을 포함하는, 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    예비-충전제 용액이 막 용액을 응고시키기 위한 성분을 포함하는, 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    다공성 기재가 100 내지 1,000 μm의 평균 공극 크기를 갖는, 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    막이 300 내지 1,000 μm의 두께를 포함하는, 제조 방법.
  10. 제1항에 따른 제조 방법에 의해 제조된 막.
  11. 제10항에 있어서,
    다공성 기재가 100 내지 1,000 μm의 공극 크기를 갖는 다수의 공극을 포함하는, 막.
  12. 제10항에 있어서,
    다공성 기재가 비대칭 구조를 갖는, 막.
  13. 제10항에 있어서,
    다공성 기재의 제1 측면이 유동 채널을 포함하고, 다공성 기재의 제2 측면이 다공성 구조를 포함하는, 막.
  14. 제10항에 있어서,
    다공성 기재의 2개의 반대편 측면 각각 상에 필터 층을 포함하는 막.
  15. 제10항에 있어서,
    300 내지 800 μm의 두께를 갖는 막.
  16. 제10항에 있어서,
    300 내지 500 μm의 두께를 갖는 막.
  17. 제10항에 있어서,
    100 내지 1,000 μm의 두께를 포함하는 막.
  18. (1) 코어 튜브(core tube); 및
    (2) 제1항에 따른 제조 방법에 따라 제조되고 상기 코어 튜브 주위에 롤링(rolling)된 막
    을 포함하는 필터 요소.
  19. 제18항에 있어서,
    피드 스페이서(feed spacer)를 포함하는 필터 요소.
  20. 제18항에 있어서,
    납 다공성 기재를 포함하는 필터 요소.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3912834A (en) * 1972-06-05 1975-10-14 Kanegafuchi Chemical Ind Process for producing a selectively permeable composite
US4259183A (en) * 1978-11-07 1981-03-31 Midwest Research Institute Reverse osmosis membrane
US4980069A (en) * 1987-06-25 1990-12-25 Gauger Juergen F Process for production of a semi-permeable membrane, a membrane manufactured by said process and the use of such a membrane for gas or liquid separation
US5702503A (en) * 1994-06-03 1997-12-30 Uop Composite gas separation membranes and making thereof
US5570503A (en) 1995-04-28 1996-11-05 General Electric Company Method for making an electric motor stator
EP1117468B1 (en) * 1998-10-05 2003-03-19 Cuno Incorporated Filter and method of filtering a fluid
ATE306312T1 (de) * 1999-06-08 2005-10-15 Nitto Denko Corp Membranmodul zur trennung von flüssigkeiten und verfahren zu seiner herstellung
US7048855B2 (en) * 2000-12-22 2006-05-23 Ge Osmonics, Inc. Cross flow filtration materials and cartridges
JP2004202382A (ja) * 2002-12-25 2004-07-22 Nitto Denko Corp スパイラル型膜エレメントの製造方法
US8231013B2 (en) * 2006-12-05 2012-07-31 The Research Foundation Of State University Of New York Articles comprising a fibrous support
EP2262580A1 (en) * 2008-04-08 2010-12-22 Fujifilm Manufacturing Europe BV Composite membranes
CN102131566B (zh) * 2008-06-30 2013-09-18 3M创新有限公司 形成非对称膜的方法
US20100075101A1 (en) * 2008-09-25 2010-03-25 Man-Wing Tang Cast-on-Tricot Asymmetric and Composite Separation Membranes
WO2011069050A1 (en) * 2009-12-03 2011-06-09 Yale University High flux thin-film composite forward osmosis and pressure-retarded osmosis membranes
WO2011153085A2 (en) 2010-06-01 2011-12-08 3M Innovative Properties Company Process for making coated porous materials
CN106914139A (zh) * 2015-12-24 2017-07-04 通用电气公司 制备膜的方法及相应的膜和过滤元件

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