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TW201902564A - 水處理膜及其製法 - Google Patents

水處理膜及其製法 Download PDF

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TW201902564A
TW201902564A TW107113165A TW107113165A TW201902564A TW 201902564 A TW201902564 A TW 201902564A TW 107113165 A TW107113165 A TW 107113165A TW 107113165 A TW107113165 A TW 107113165A TW 201902564 A TW201902564 A TW 201902564A
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邊恩慶
申程圭
李暎周
全亨濬
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南韓商Lg化學股份有限公司
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Abstract

本說明書關於一種水處理膜,其包括:多孔載體;及設置於該多孔載體上之聚醯胺活性層,其中該聚醯胺活性層包括選自化學式1所示之單元、化學式2所示之單元、化學式3所示之單元及化學式4所示之單元中的一或多者;及該水處理膜之製造方法。

Description

水處理膜及其製法
本案主張2017年4月19日於韓國智慧財產局申請之韓國專利申請案第10-2017-0050529號的優先權及權益,在此以引用之方式將其全文併入本文。
本說明書關於一種水處理膜及其製法。
由於近期水質環境之嚴重污染及水資源短缺,使開發新之水資源已成為一個緊迫的問題。關於水質環境污染之研究旨在獲得高品質的住宅及工業用水,且各種生活污水和工業廢水的處理及於使用具有節能優勢之膜的水處理程序方面的興趣一直在增加。此外,加速加強環境法規有望推動膜技術的活化。傳統水處理程序難以滿足嚴格之法規要求,但膜技術確保了優異之處理效率及穩定處理,因此有望成為未來水處理領域之領先技術。
液體分離根據膜的孔隙分為微過濾、超濾、奈米過濾、逆滲透、鍍錫(stannizing)、主動運輸(active transport)、電透析(electrodialysis)等。其中,逆滲透表示藉由使用滲透水但對鹽不滲透之半透膜(semi-permeable membrane)進行脫鹽作業之程序,且當溶解有鹽之高壓水被引入該半透膜之一表面時,將使已除去鹽之純水釋入另一個於低壓之表面。
明確地說,該水處理膜之代表性實例係聚醯胺系水處理膜、且該聚醯胺系水處理膜係藉由以下方法製造:將聚碸層形成於不織布上以形成微孔性載體,將該微孔性載體浸入間-苯二胺(mPD)水溶液中形成mPD層,將該微孔性載體再浸入1,3,5-苯三甲醯氯(TMC)之有機溶劑或用該有機溶劑塗佈該微孔性載體使該mPD層與TMC接觸,並進行界面聚合(interfacial polymerization)以形成聚醯胺活性層(polyamide active layer)。
持續不斷地研究增加聚醯胺系複合膜之脫鹽率(salt rejection)或通量(flux)。 [相關技藝之參考資料] [專利文件]
日本專利案公開第2015-231624號
[技術問題]
本說明書旨在提供一種具有改良過濾效能之水處理膜及其製法。 [技術方案]
本說明書之示範的具體實例提供一種水處理膜,其包括:   多孔載體;及   設置於該多孔載體上之聚醯胺活性層,   其中該聚醯胺活性層包含選自下列化學式1所示之單元、下列化學式2所示之單元、下列化學式3所示的單元及下列化學式4所示之單元中的一或多者。
於化學式1至4中,   U1 及U2 彼此相同或不同,且各自獨立地為經取代或未經取代之二價脂族基團;經取代或未經取代之二價脂環族基團;或經取代或未經取代之二價芳族基團,   U3 係經取代或未經取代之三價脂族基團;經取代或未經取代之三價脂環族基團;或經取代或未經取代之三價芳族基團,   A1 至A9 彼此相同或不同,且係各自獨立地以選自下列化學式5至7中之任一者表示,   A10 係以下列化學式5或8表示, 於化學式5至8中,   V1 及V2 彼此相同或不同,且各自獨立地為經取代或未經取代之伸苯基,   V3 係經取代或未經取代之三價苯環基,且   先決條件為,A1 至A3 中之一者、A4 及A5 中之一者,A6 及A7 中之一者及A8 及A9 中之一者係以化學式5表示。
再者,本說明書之示範的具體實例提供一種水處理膜,其包括:多孔載體;及設置於該多孔載體上之聚醯胺活性層,其中1H-NMR分析的結果顯示,在酸或鹼中解離之前和之後,該水處理膜包括介於6.8 ppm與7.8 ppm之間的苯環峰。
此外,本說明書之示範的具體實例提供一種水處理膜,其包括:多孔載體;及設置於該多孔載體上之聚醯胺活性層,其中IR分析的結果顯示,在酸或鹼中解離之前和之後,該水處理膜包括C=N鍵及N-C-N鍵之峰。
此外,本說明書之示範的具體實例提供一種水處理膜包括:多孔載體;及設置於該多孔載體上之聚醯胺活性層,其中MS分析的結果顯示,在酸或鹼中解離之前和之後,該水處理膜包括277、193、178、102、85或60之m/z值。
再者,本說明書之示範的具體實例提供一種製造水處理膜之方法,該方法包括:製備多孔載體;且   將聚醯胺活性層形成於該多孔載體上,   其中該聚醯胺活性層之形成包括使用包含胺系化合物之水溶液及包含醯鹵化合物之有機溶液的界面聚合,   該包含胺系化合物之水溶液及該包含醯鹵化合物之有機溶液的至少一者包括一或多種下列化學式9或化學式10所示之雙胍化合物(biguanidine compound),且   該雙胍化合物與該聚醯胺活性層中之該胺系化合物或該醯鹵化合物形成共價鍵: 於化學式9及10中,   U4 係經取代或未經取代之二價脂族基團;經取代或未經取代之二價脂環族基團;或經取代或未經取代之二價芳族基團,且   T1 至T4 彼此相同或不同,且各自獨立地為氫;氘;腈基;羥基;鹵化醯基;異氰酸酯基;經取代或未經取代之烷氧基;經取代或未經取代之芳氧基;經取代或未經取代之烷硫基;經取代或未經取代之芳硫基;經取代或未經取代之烷亞磺醯基(alkylsulfoxy group);經取代或未經取代之芳亞磺醯基(arylsulfoxyl);經取代或未經取代之胺基;經取代或未經取代之脂環族基團;或經取代或未經取代之芳族基團。
此外,本說明書之示範的具體實例提供一種水處理模組,其包括上述水處理膜。 [有益效果]
根據本說明書之示範的具體實例,與現有方法所製造之水處理膜相比,具有包括選自化學式1所示之單元、化學式2所示之單元、化學式3所示之單元及化學式4所示之單元中的一或多者之聚醯胺活性層的水處理膜具有能改良的脫鹽率及/或通量特性之效果。
此外,根據本說明書之示範的具體實例,與現有方法所製造之水處理膜相比,包括藉由包含胺系化合物之水溶液及/或包含醯鹵化合物之有機溶液的界面聚合形成之聚醯胺活性層的水處理膜,該包含胺系化合物之水溶液及/或該包括醯鹵化合物之有機溶液包括一或多種化學式9或化學式10所示之雙胍化合物,具有能改良的脫鹽率及/或通量特性之效果。
當本說明書中將一個構件設置於另一個構件“上”時,這不僅包括一個構件與另一個構件接觸之情況,而且還包括於兩個構件之間存有又另一個構件之情況。
當一個零件“包括”本說明書中之一個構成元件時,除非另行具體指明,否則這並非意指排除另一個構成元件,而是意指可另包括另一個構成要件。
根據本說明書之示範的具體實例的水處理膜包括:多孔載體;及設置於該多孔載體上之聚醯胺活性層,其中該聚醯胺活性層可包括選自下列化學式1所示之單元、下列化學式2所示之單元、下列化學式3所示的單元及下列化學式4所示之單元中的一或多者: 於化學式1至4中,   U1 及U2 彼此相同或不同,且各自獨立地為經取代或未經取代之二價脂族基團;經取代或未經取代之二價脂環族基團;或經取代或未經取代之二價芳族基團,   U3 係經取代或未經取代之三價脂族基團;經取代或未經取代之三價脂環族基團;或經取代或未經取代之三價芳族基團,   A1 至A9 彼此相同或不同,且係各自獨立地以選自下列化學式5至7中之任一者表示,   A10 係以下列化學式5或8表示, 於化學式5至8中,   V1 及V2 彼此相同或不同,且各自獨立地為經取代或未經取代之伸苯基,   V3 係經取代或未經取代之三價苯環基,且   先決條件為,A1 至A3 中之一者、A4 及A5 中之一者,A6 及A7 中之一者及A8 及A9 中之一者係以化學式5表示。
通常,藉由添加雙胍化合物作為添加劑所製造之水處理膜沒有得到任何有關將相應之官能基引入其主鏈中作為共價鍵的任何分析結果,且當使用雙胍基團作為添加劑時,缺點在於不可能確認該雙胍化合物是否存於聚醯胺活性層內或被洗掉。然而,根據本說明書之示範具體實體的水處理膜係為雙胍化合物以共價鍵形式存於該聚醯胺活性層中之水處理膜,並可通過本實施例所述之分析結果確認該事實。
根據本說明書之示範的具體實例,該聚醯胺活性層包括含有三個或更多個氮原子之雙胍化合物,且雙胍化合物之兩端藉由與該聚醯胺活性層中之胺系化合物或醯鹵化合物形成共價鍵而鍵結於其主鏈。結果,與包括該雙胍化合物作為該聚醯胺活性層之添加劑的膜或不包括該雙胍化合物之膜相比,可表現出高之脫鹽率。
明確地說,當包括雙胍化合物作為添加劑時,指定的官能基在該雙胍化合物嵌入該聚醯胺活性層之狀態下完全表現出活性,且在此情況下,該聚醯胺活性層中之雙胍化合物可在結構上受到另一種單體或聚合物屏蔽。然而,根據本說明書之示範的具體實例,當該雙胍化合物通過與胺系化合物或醯鹵化合物之共價鍵穩定存於該聚醯胺活性層中時,無論驅動時間及條件為何,皆可保持高脫鹽率及脫硼率(boron rejection)。此外,由於共價鍵之形成使該水處理膜之自由體積增加,結果,還表現出通量增加效果。由於自由體積之增加而引起之通量增加效果係於引入雙胍作為添加劑的情況下不會發生之效果,且當引入雙胍作為添加劑時,通過實驗確認通量下降相當多。
根據本說明書之另一個示範的具體實例,1H-NMR分析的結果顯示,在酸或鹼中解離之前和之後,包括多孔載體及設置在該多孔載體上之聚醯胺活性層的水處理膜可能包括介於6.8 ppm與7.8 ppm之間的苯環峰。
明確地說,該水處理膜可能包括介於6.8 ppm與7.8 ppm之間的四個苯環峰。
相關先前技術中之包括聚醯胺活性層的水處理膜不能獲得上述1H-NMR分析的結果顯示之峰,但是上述包括含化學式1所示之單元、化學式2所示之單元、化學式3所示之單元及化學式4所示之單元中的一或多者之聚醯胺活性層的水處理膜可包括1H-NMR分析結果顯示之介於6.8 ppm與7.8 ppm之間的苯環峰,且如1H-NMR分析結果顯示,在解離之前,連在酸或鹼中離離之後也相同,可包括介於6.8 ppm與7.8 ppm之間的苯環峰。
於本說明書中,該1H-NMR分析係於室溫藉由使用NMR光譜儀進行,該NMR光譜儀包括配備有三共振5mm探針之Varian Unity Inova(500MHZ)光譜儀。待分析之材料係藉由以約10 mg/ml之濃度稀釋於溶劑(D2 O)中而用於NMR測量。
於本說明書中,該13C-NMR分析係於室溫藉由使用NMR光譜儀進行,該NMR光譜儀包括配備有三共振5mm探針之Varian Unity Inova(500MHz)光譜儀。待分析之材料係藉由以約10 mg/ml之濃度稀釋於溶劑(D2 O)中而用於NMR測量。也就是說,該13C-NMR分析用與該1H-NMR分析裝置相同之儀器測量,並僅在測量時以不同設定的脈衝序列而測量。
根據本說明書之又另一個示範的具體實例,IR分析峰的結果顯示,在酸或鹼中解離之前和之後,包括多孔載體及設置於該多孔載體上之聚醯胺活性層的水處理膜可能包括C=N鍵及N-C-N鍵。
於本說明書中,關於IR分析,使用FT-IR光譜儀透過ATR模式測量光譜。進行兩種方法,包括測量膜表面之方法及將在酸或鹼中解離之前和之後乾燥的薄膜與KBr混合而測量光譜之方法。
在添加雙胍化合物作為添加劑之水處理膜的情況下,當測量膜表面時,C=N及N-C-N峰可能基於雙胍基嵌入該水處理膜中而出現,但是當在酸或鹼中解離時,該雙胍化合物被解離,結果顯示該峰消失。然而,於根據本說明書之示範的具體實例的水處理膜中,該雙胍化合物共價鍵合於該聚醯胺活性層中,所以只有該共價鍵合之雙胍留於該聚醯胺活性層中,即使在酸或鹼中解離之前和之後亦同,結果出現C=N及N-C-N峰。
根據本說明書之示範的具體實例的水處理膜可包括:多孔載體;及設置於該多孔載體上之聚醯胺活性層,且該聚醯胺活性層可包括選自化學式1所示之單元、化學式2所示之單元、化學式3所示之單元及化學式4所示之單元中的一或多者,並在酸或鹼中解離之前和之後,可包括如1H-NMR分析的結果顯示之介於6.8 ppm與7.8 ppm之間的苯環峰。
根據本說明書之示範的具體實例的水處理膜可包括:多孔載體;及設置於該多孔載體上之聚醯胺活性層,且該聚醯胺活性層可包括選自化學式1所示之單元、化學式2所示之單元、化學式3所示之單元及化學式4所示之單元中的一或多者,並在酸或鹼中解離之前和之後可包括IR分析的結果得到之C=N鍵及N-C-N鍵之峰。
根據本說明書之示範的具體實例的水處理膜可包括:多孔載體;及設置於該多孔載體上之聚醯胺活性層,且該聚醯胺活性層在酸或鹼中解離之前和之後可包括1H-NMR分析的結果得到之介於6.8 ppm與7.8 ppm之間的苯環峰,並在酸或鹼中解離之前和之後可包括IR分析的結果得到之C=N鍵及N-C-N鍵之峰。
根據本說明書之示範的具體實例的水處理膜可包括:多孔載體;及設置於該多孔載體上之聚醯胺活性層,且該聚醯胺活性層可包括選自化學式1所示之單元、化學式2所示之單元、化學式3所示之單元及化學式4所示之單元中的一或多者,在酸或鹼中解離之前和之後可包括1H-NMR分析的結果得到之介於6.8 ppm與7.8 ppm之間的苯環峰,並在酸或鹼中解離之前和之後可包括IR分析的結果得到之C=N鍵及N-C-N鍵之峰。
根據本說明書之另一個示範的具體實例,包括多孔載體及設置於該多孔載體上之聚醯胺活性層的水處理膜在酸或鹼中解離之前和之後可包括,MS分析的結果得到之 277、193、178、102、85及/或60的m/z值。
例如,當兩個雙胍基以共價鍵方式鍵結於作為包含於根據本說明書之示範的具體實例的該聚醯胺活性層中之胺化合物的mPD兩端時,該m/z值係藉由計算等該水處理膜在酸或鹼中解離之後該水處理膜的MS分析結果得到之斷片的分子量(m/z)而得到的值。
於本說明書中,關於MS分析,藉由應用ESI陽離子化方法(positive ionization method)於40℃用C18管柱進行LC/MS分析。
根據本說明書之示範的具體實例的水處理膜可包括:多孔載體;及設置於該多孔載體上之聚醯胺活性層,且該聚醯胺活性層可包括選自化學式1所示之單元、化學式2所示之單元、化學式3所示之單元及化學式4所示之單元中的一或多者,並在酸或鹼中解離之前和之後可包括MS分析的結果得到之277、193、178、102、85及/或60之m/z值。
根據本說明書之示範的具體實例的水處理膜可包括:多孔載體;及設置於該多孔載體上之聚醯胺活性層,且該聚醯胺活性層在酸或鹼中解離之前和之後可包括1H-NMR分析的結果得到之介於6.8 ppm與7.8 ppm之間的苯環峰,並在酸或鹼中解離之前和之後可包括MS分析的結果得到之277、193、178、102、85及/或60之m/z值。
根據本說明書之示範的具體實例的水處理膜可包括:多孔載體;及設置於該多孔載體上之聚醯胺活性層,且該聚醯胺活性層包括選自化學式1所示之單元、化學式2所示之單元、化學式3所示之單元及化學式4所示之單元中的一或多者,在酸或鹼中解離之前和之後可包括1H-NMR分析的結果得到之介於6.8 ppm與7.8 ppm之間的苯環峰,並在酸或鹼中解離之前和之後可包括MS分析的結果得到之277、193、178、102、85及/或60之m/z值。
根據本說明書之示範的具體實例的水處理膜可包括:多孔載體;及設置於該多孔載體上之聚醯胺活性層,在酸或鹼中解離之前和之後可包括MS分析的結果得到之277、193、178、102、85及/或60之m/z值,並在酸或鹼中解離之前和之後可包括IR分析的結果得到之C=N鍵及N-C-N鍵之峰。
根據本說明書之示範的具體實例的水處理膜可包括:多孔載體;及設置於該多孔載體上之聚醯胺活性層,且該聚醯胺活性層可包括選自化學式1所示之單元、化學式2所示之單元、化學式3所示之單元及化學式4所示之單元中的一或多者,在酸或鹼中解離之前和之後可包括MS分析的結果得到之277、193、178、102、85及/或60之m/z值,並在酸或鹼中解離之前和之後可包括IR分析的結果得到之C=N鍵及N-C-N鍵之峰。
根據本說明書之示範的具體實例的水處理膜可包括:多孔載體;及設置於該多孔載體上之聚醯胺活性層,且該聚醯胺活性層在酸或鹼中解離之前和之後可包括1H-NMR分析的結果得到之介於6.8 ppm與7.8 ppm之間的苯環峰,在酸或鹼中解離之前和之後可包括MS分析的結果得到之277、193、178、102、85及/或60之m/z值,並在酸或鹼中解離之前和之後可包括IR分析的結果得到之C=N鍵及N-C-N鍵之峰。
根據本說明書之示範的具體實例的水處理膜可包括:多孔載體;及設置於該多孔載體上之聚醯胺活性層,且該聚醯胺活性層可包括選自化學式1所示之單元、化學式2所示之單元、化學式3所示之單元及化學式4所示之單元中的一或多者,在酸或鹼中解離之前和之後可包括1H-NMR分析的結果得到之介於6.8 ppm與7.8 ppm之間的苯環峰,在酸或鹼中解離之前和之後可包括MS分析的結果得到之277、193、178、102、85及/或60之m/z值,並在酸或鹼中解離之前和之後可包括IR分析的結果得到之C=N鍵及N-C-N鍵之峰。
於本說明書中,當該水處理膜在酸或鹼中解離時,該酸可為鹽酸、硝酸或硫酸等,該鹼可為氫氧化鈉或氫氧化鉀等,且該酸及該鹼不限於此。
於本說明書中,措辭“取代”意指使鍵結於化合物之碳原子的氫原子變為另一個取代基,且待取代之位置不受限制,只要該位置係氫原子被取代之位置,也就是說,取代基可被取代之位置,且當二或更多個取代基被取代時,該二或多個取代基可以彼此相同或不同。
於本說明書中,措辭“經取代或未經取代”意指被一或二或更多個選自由以下所組成之群組的取代基取代:氘;鹵素基團;腈基;羥基;烷基;環烷基;烯基;烷氧基;胺基;芳胺基;芳基;及包括N、O、S、Se和Si原子中之一個或多者的雜環基團;被與例示的取代基中之二或更多個取代基連接在一起之取代基取代;或沒有取代基。
於本說明書中,鹵素基團之實例包括氟、氯、溴或碘。
於本說明書中,脂族基團係烷基;烯基;或炔基,脂環族基團係環烷基;或包括N、O及S中之一個或多者的脂族雜環基團,且芳族基團係芳基;或雜芳基。
於本說明書中,烷基可為直鏈或支鏈,且其碳數沒有特別限制,但是較佳為1個至30個。明確地說,其碳數較佳為1個至20個。更明確地說,其碳數較佳為1個至10個。其明確實例包括甲基;乙基;丙基;正丙基;異丙基;丁基;正丁基;異丁基;第三丁基;第二丁基;1-甲基-丁基;1-乙基丁基;戊基;正戊基;異戊基;新戊基;第三戊基;己基;正己基;1-甲基戊基;2-甲基戊基;4-甲基-2-戊基;3,3-二甲基丁基;2-乙基丁基;庚基;正庚基;1-甲基己基;環戊基甲基;環己基甲基;辛基;正辛基;第三辛基;1-甲基庚基;2-乙基己基;2-丙基戊基;正壬基;2,2-二甲基庚基;1-乙基丙基;1,1-二甲基丙基;異己基;2-甲基戊基;4-甲基己基;5-甲基己基等等,但不限於此。
於本說明書中,環烷基沒有特別限制,但是較佳地具有3個至30個碳原子,更佳地3個至20個碳原子。其明確的實例包括環丙基;環丁基;環戊基;3-甲基環戊基;2,3-二甲基環戊基;環己基;3-甲基環己基;4-甲基環己基;2,3-二甲基環己基;3,4,5-三甲基環己基;4-第三丁基環己基;環庚基;環辛基等等,但不限於此。
於本說明書中,烷氧基可為直鏈、支鏈或環狀的。烷氧基之碳原子數沒有特別限制,但是較佳為1個至30個。明確地說,其碳原子數較佳為1個至20個。更明確地說,其碳原子數較佳為1個至10個。其明確的實例包括甲氧基;乙氧基;正丙氧基;異丙氧基;異丙氧基;正丁氧基;異丁氧基;第三丁氧基;第二丁氧基;正戊氧基;新戊氧基;異戊氧基;正己氧基;3,3-二甲基丁氧基;2-乙基丁氧基;正辛氧基;正壬氧基;正癸氧基;苯甲氧基;對-甲基苯甲氧基等等,但不限於此。
於本說明書中,胺基可選自-NH2 ;烷基胺基;N-烷基芳胺基;芳胺基;N-芳基雜芳基胺基;N-烷基雜芳基胺基;及雜芳基胺基,且其碳原子數沒有特別限制,但是較佳為1個至30個。胺基的明確實例包括甲胺基;二甲胺基;乙胺基;二乙胺基;苯胺基;萘胺基;聯苯胺基;蒽胺基;9-甲基蒽胺基;二苯胺基;N-苯基萘胺基;二(甲苯基)胺基;N-苯基甲苯胺基;三苯胺基;N-苯基聯苯胺基;N-苯基萘胺基;N-聯苯基萘胺基;N-萘基茀胺基;N-苯基菲胺基;N-聯苯基菲胺基;N-苯基茀胺基;N-苯基三聯苯胺基;N-菲基茀胺基;N-聯苯基茀胺基等等,但不限於此。
於本說明書中,該烷基胺基中之烷基、N-芳基烷基胺基、烷硫氧基、烷亞磺醯基和N-烷基雜芳基胺基與上述烷基實例相同。明確地說,該烷硫氧基之實例包括甲硫氧基;乙硫氧基、第三丁硫氧基;己硫氧基;辛硫氧基等等,且該烷亞磺醯基之實例包括甲磺醯基;乙亞磺醯基;丙亞磺醯基;丁亞磺醯基等等,但實例不限於此。
於本說明書中,烯基可為直鏈或支鏈,且其碳原子數沒有特別限制,但是較佳為2個至30個,且更明確地說,其碳原子數較佳為2個至20個。其具體實例包括乙烯基;1-丙烯基;異丙烯基;1-丁烯基;2-丁烯基;3-丁烯基;1-戊烯基;2-戊烯基;3-戊烯基;3-甲基-1-丁烯基;1,3-丁二烯基;烯丙基;1-苯基乙烯基-1-基;2-苯基乙烯基-1-基;2,2-二苯基乙烯基-1-基;2-苯基-2-(萘基-1-基)乙烯基-1-基;2,2-雙(二苯基-1-基)乙烯基-1-基;伸二苯乙烯基(stilbenyl group);苯乙烯基等等,但不限於此。
於本說明書中,芳基沒有特別限制,但是較佳地具有6個至30個碳原子,更佳地具有6個至20個碳原子。該芳基可為單環或多環。當該芳基係單環芳基時,其碳原子數沒有特別限制,但是較佳為6個至30個。該單環芳基之明確實例包括苯基;聯苯基;三聯苯基等等,但不限於此。當該芳基係多環芳基時,其碳原子數沒有特別限制,但是較佳為10個至30個。該多環芳基之明確實例包括萘基;蒽基;菲基;三聯苯基;芘基;萉基(phenalenyl);苝基;䓛基;茀基等等,但不限於此。
於本說明書中,該芳氧基、芳硫基(arylthioxy group)、N-芳基烷胺基及N-芳基雜芳胺基中之芳基與上述芳基之實例相同。明確地說,該芳氧基之實例包括苯氧基;對甲苯氧基;間甲苯氧基;3,5-二甲基苯氧基;2,4,6-三甲基苯氧基;對第三丁基苯氧基;3-聯苯氧基;4-聯苯氧基;1-萘氧基;2-萘氧基;4-甲基-1-萘氧基;5-甲基-2-萘氧基;1-蒽氧基;2-蒽氧基;9-蒽氧基;1-菲氧基;3-菲氧基;9-菲基氧基等等,該芳硫基之實例包括苯硫基;2-甲基苯硫基;4-第三丁基苯硫基等等;且該芳亞磺醯基之實例包括苯亞磺醯基;對甲苯亞磺醯基等等,但實例不限於此。
於本說明書中,雜芳基包括一或多個碳之外的原子,即一或多個雜原子,明確地說,該雜原子可包括選自由O、N、S等所組成之群組中的一或多個原子。其碳原子數沒有特別限制,但是較佳為2個至30個,更佳為2個至20個,且該雜芳基可為單環或多環。該雜芳基之實例包括噻吩基;呋喃基;吡咯基;咪唑基;噻唑基;噁唑基;噁二唑基;吡啶基;聯吡啶基;嘧啶基;三嗪基;三唑基;吖啶基;噠嗪基;吡嗪基;喹啉基;喹唑啉基;喹噁啉基;酞嗪基;吡啶并嘧啶基;吡啶并吡嗪基;吡嗪并吡嗪基;異喹啉基;吲哚基;咔唑基;苯并噁唑基;苯并咪唑基;苯并噻唑基;苯并咔唑基;苯并噻吩基;二苯并噻吩基;苯并呋喃基;菲啉基(菲啉);異噁唑基;噻二唑基;吩噻嗪基;二苯并呋喃基等等,但不限於此。
於本說明書中,伸烷基意指烷基中具有兩個鍵合位置之基團,也就是說,二價基團。除了二價伸烷基之外,上述對該烷基之描述皆可適用於該伸烷基。
於本說明書中,伸芳基意指芳基中有兩個鍵合位置,也就是說,二價基團。除了二價伸芳基之外,上述芳基之描述皆可適用於該伸芳基。
於本說明書中,脂族雜環基團包括一或多個碳之外的原子,也就是說,一或多個雜原子,該雜原子可為包括選自由O、N、S等所組成之群組中的一或多個原子之環狀烷基。其碳原子數沒有特別限制,但是較佳為2個至30個,更佳為2個至20個,又更佳為2個至10個,且該芳族雜環基團可為單環或多環。其明確實例包括環氧基;吖啶基等等,但不限於此。
根據本說明書之示範的具體實例,U1 和U2 彼此相同或不同,且各自獨立地為經取代或未經取代之伸烷基;經取代或未經取代之二價烯基;經取代或未經取代之二價環烷基;經取代或未經取代之二價脂族雜環基團;或經取代或未經取代之伸芳基。
根據本說明書之示範的具體實例,U1 和U2 彼此相同或不同,且各自獨立地為具有1個至10個碳原子之經取代或未經取代的伸烷基;或具有6個至20個碳原子之經取代或未經取代的伸芳基。該伸烷基可為亞甲基、伸乙基、伸丙基、伸丁基、伸戊基、伸己基、伸庚基、伸辛基、伸壬基、伸癸基等,該伸芳基可為伸苯基、伸聯苯基、伸萘基、伸蒽基、伸菲基、伸苝基、伸螢蒽基、伸三聯苯基、伸芘基、伸茀基等,但是這些群基團不限於此。
根據本說明書之示範的具體實例,U1 和U2 彼此相同或不同,且各自獨立地為未經取代或經羥基、鹵素基團或胺基取代之伸烷基;或未經取代之或經羥基、鹵素基團或胺基取代之伸芳基。
根據本說明書之示範的具體實例,U1 和U2 彼此相同或不同,且各自獨立地為經取代或未經取代之伸芳基。
根據本說明書之示範的具體實例,U1 和U2 彼此相同或不同,且各自獨立地為未經取代或經羥基、鹵素基團或胺基取代之伸芳基。
根據本說明書之示範的具體實例,U1 和U2 彼此相同或不同,且各自獨立地為經取代或未經取代之伸苯基。
根據本說明書之示範的具體實例,U1 和U2 彼此相同或不同,且各自獨立地為未經取代或經羥基、鹵素基團或胺基取代之伸苯基。
根據本說明書之示範的具體實例,U1 和U2 彼此相同或不同,且各自獨立地為未經取代或經羥基、氟基或胺基取代之伸苯基。
根據本說明書之示範的具體實例,U3 係經取代或未經取代之三價烷基;經取代或未經取代之三價環烷基;經取代或未經取代之三價脂族雜環基團;或經取代或未經取代之三價芳基。
根據本說明書之示範的具體實例,U3 係經取代或未經取代之三價芳基。
根據本說明書之示範的具體實例,U3 係經取代或未經取代之三價苯基。
根據本說明書之示範的具體實例,U3 係三價苯環基團。
根據本說明書之示範的具體實例,V1 和V2 彼此相同或不同,且各自獨立地為經取代或未經取代之伸苯基。
根據本說明書之示範的具體實例,V1 和V2 彼此相同或不同,且各自獨立地為未經取代或經鹵素基團或胺基取代之伸苯基。
根據本說明書之示範的具體實例,V1 和V2 彼此相同或不同,且各自獨立地為未經取代或經氟基或胺基取代之伸苯基。
根據本說明書之示範的具體實例,V3 係經取代或未經取代之三價苯環基團。
根據本說明書之示範的具體實例,V3 係三價苯環基團。根據本說明書之示範的具體實例,化學式2可藉由下列化學式2-1至2-6中任一者表示。
於化學式2-1至2-6中,A4 和A5 之定義與化學式2中界定義者相同。
根據本說明書之示範的具體實例,化學式3可藉由下列化學式3-1或3-2表示。
於化學式3-1和3-2中,A6 和A7 之定義與化學式3中界定義者相同。
根據本說明書之示範的具體實例,化學式4可藉由下列化學式4-1表示。
於化學式4-1中,A8 至A10 之定義與化學式4中界定義者相同。
根據本說明書之示範的具體實例,該聚醯胺活性層中選自化學式1所示之單元、化學式2所示之單元、化學式3所示之單元及化學式4所示之單元中的一或多者之含量可為0.01重量%至10重量%。
根據本說明書之示範的具體實例,選自化學式1所示之單元、化學式2所示之單元、化學式3所示之單元及化學式4所示之單元中的一或多者可形成共聚物。
根據本說明書之示範的具體實例,該包括選自化學式1所示之單元、化學式2所示之單元、化學式3所示之單元及化學式4所示之單元中的一或多者之共聚物具有100 g/mol至1,200 g/mol之重量平均分子量,較佳地200 g/mol至1,000 g/mol,更佳為400 g/mol至950 g/mol。
根據本說明書之示範的具體實例,當共聚物具有100 g/mol或更高之重量平均分子量時,具有能夠防止由於該共聚物逐漸被洗掉而不殘留於薄膜中之依據膜之使用時期而定的脫鹽率降低之現象的效果,且當該共聚物具有1200 g/mol或更低之重量平均分子量時,具有能夠防止由於隨著分子量增加而降低的水溶性使該共聚物沒有分散於水溶液中之現象的效果,且由於該共聚物存留於該活性層中而能夠確保具有合適的脫硼率之效果。
第1圖例示根據本說明書之示範的具體實例的水處理膜。明確地說,第1圖例示一個水處理膜,其中依序設置不織布100、多孔載體200和聚醯胺活性層300,且鹽水400流入該聚醯胺活性層300,從而使純水500通過該不織布100而釋放,並使濃縮水600釋放至外部而不經過該聚醯胺活性層300。在此,該聚醯胺活性層300包括根據上述示範的具體實例之選自化學式1所示之單元,化學式2所示之單元,化學式3所示之單元及化學式4所示之單元中的一或多者。然而,該根據本說明書之示範的具體實例的水處理膜不限於第1圖之結構,且可另包括其他構型。
根據本說明書之示範的具體實例,該水處理膜的脫鹽率可為97%或更高,較佳為98%或更高,更佳為99%或更高,又更佳為99.80%或更高,甚至又更佳為99.83%或更高。
根據本說明書之示範的具體實例,該水處理膜之通量可為5 gfd或更高且20 gfd或更低,較佳為10 gfd或更高且20 gfd或更低,更佳為15 gfd或更高且20 gfd或更低。
再者,該水處理膜可具有100 μm或更大且250 μm或更小之厚度,且當該水處理膜具有100 μm或更高之厚度時,具有能夠防止該膜之通量和脫鹽率降低的現象之效果,且當該水處理膜具有250 μm或更小之厚度時,具有能夠防止該膜之脫鹽率降低的現象之效果。
根據本說明書之示範的具體實例,該多孔載體可具有60 μm至100 μm之厚度,但是該厚度不限於此,且如果需要可加以調整。再者,該多孔載體較佳為具有1 nm至500 nm之孔徑,但是該孔徑不限於此。
此外,本說明書之示範的具體實例提供一種製造水處理膜之方法,該方法包括:製備多孔載體;且將聚醯胺活性層形成於該多孔載體上,其中該聚醯胺活性層之形成包括使用包含胺系化合物之水溶液及包含醯鹵化合物之有機溶液的界面聚合,且該包含胺系化合物之水溶液及該包含醯鹵化合物之有機溶液的至少一者包括一或多種下列化學式9或化學式10所示之雙胍化合物:
於化學式9及10中,   U4 係經取代或未經取代之二價脂族基團;經取代或未經取代之二價脂環族基團;或經取代或未經取代之二價芳族基團,   T1 至T4 彼此相同或不同,且各自獨立地為氫;氘;腈基;羥基;鹵化醯基;異氰酸酯基;經取代或未經取代之烷氧基;經取代或未經取代之芳氧基;經取代或未經取代之烷硫基;經取代或未經取代之芳硫基;經取代或未經取代之烷亞磺醯基;經取代或未經取代之芳亞磺醯基;經取代或未經取代之胺基;經取代或未經取代之脂環族基團;或經取代或未經取代之芳族基團。
根據本說明書之示範的具體實例,U4 係經取代或未經取代之伸烷基;經取代或未經取代之二價烯基;經取代或未經取代之二價環烷基;或經取代或未經取代之伸芳基。
根據本說明書之示範的具體實例,U4 係具有1個至10個碳原子之經取代或未經取代的伸烷基;或具有6個至20個碳原子之經取代或未經取代的伸芳基。該伸烷基可為亞甲基、伸乙基、伸丙基、伸丁基、伸戊基、伸己基、伸庚基、伸辛基、伸壬基、伸癸基等,該伸芳基可為伸苯基、伸聯苯基、伸萘基、伸蒽基、伸菲基、伸苝基、伸螢蒽基、伸三聯苯基、伸芘基、伸茀基等,但是這些群基團不限於此。
根據本說明書之示範的具體實例,U4 係未經取代或經羥基、鹵化醯基、鹵素基團或胺基取代之伸烷基;或未經取代之或經羥基、鹵化醯基、鹵素基團或胺基取代之伸芳基。
根據本說明書之示範的具體實例,U4 係經取代或未經取代之伸芳基。
根據本說明書之示範的具體實例,U4 係未經取代或經羥基、鹵化醯基、鹵素基團或胺基取代之伸芳基。
根據本說明書之示範的具體實例,U4 係經取代或未經取代之伸苯基。
根據本說明書之示範的具體實例,U4 係未經取代或經羥基、鹵化醯基、鹵素基團或胺基取代之伸苯基。
根據本說明書之示範的具體實例,U4 係未經取代或經羥基、鹵化醯基、氟基或胺基取代之伸苯基。
根據本說明書之示範的具體實例,T1 至T4 彼此相同或不同,且各自獨立地為氫;氘;腈基;羥基;鹵化醯基;異氰酸酯基;經取代或未經取代之烷氧基;經取代或未經取代之芳氧基;經取代或未經取代之烷硫基;經取代或未經取代之芳硫基;經取代或未經取代之烷亞磺醯基;經取代或未經取代之芳亞磺醯基;經取代或未經取代之胺基;經取代或未經取代之環烷基;經取代或未經取代之脂族雜環基團;經取代或未經取代之芳基;或經取代或未經取代之雜芳基。
根據本說明書之示範的具體實例,T1 至T4 彼此相同或不同,且各自獨立地為氫;氘;腈基;羥基;鹵化醯基;異氰酸酯基;烷氧基;芳氧基;烷硫基;芳硫基;烷亞磺醯基;芳亞磺醯基;胺基;芳胺基;雜芳胺基;包括N、O及S中之一或多者的脂族雜環基團;芳基;或雜芳基。
根據本說明書之示範的具體實例,T1 至T4 彼此相同或不同,且各自獨立地為未經取代或經選自由腈基、鹵素基團、羥基、鹵化醯基、異氰酸酯基、烷氧基、芳氧基、烷硫基、芳硫基、烷亞磺醯基、芳亞磺醯基及胺基所組成之群組中的一或多者取代之芳基。
根據本說明書之示範的具體實例,T1 至T4 彼此相同或不同,且各自獨立地為具有6個至20個碳原子之芳基,其係未經取代或經選自由腈基、鹵素基團、羥基、鹵化醯基、異氰酸酯基、烷氧基、芳氧基、烷硫基、芳硫基、烷亞磺醯基、芳亞磺醯基及胺基所組成之群組中的一或多者取代,該芳基可為苯基、聯苯基、萘基、蒽基、菲基、苝基、螢蒽基、三聯苯基、芘基或茀基,但是不限於此。
根據本說明書之示範的具體實例,T1 至T4 彼此相同或不同,且各自獨立地為未經取代或經選自由腈基、鹵素基團、羥基、鹵化醯基、異氰酸酯基、烷氧基、芳氧基、烷硫基、芳硫基、烷亞磺醯基、芳亞磺醯基及胺基所組成之群組中的一或多者取代之苯基。
根據本說明書之示範的具體實例,T1 至T4 係胺基(-NH2 )。
根據本說明書之示範的具體實例,化學式9可藉由下列化學式9-1表示,且化學式10可藉由下列化學式10-1表示。
根據本說明書之示範的具體實例,該聚醯胺活性層可透過以下方式形成:將包括胺系化合物之水溶液形成於多孔載體上;且藉由使包括醯鹵化合物之有機溶液與該包括胺系化合物之水溶液接觸而形成聚醯胺活性層。在此情況下,該包括胺系化合物之水溶液及該包括醯鹵化合物之有機溶液中的至少一者包括一或多種化學式9或10所示之雙胍化合物。
根據本說明書之示範的具體實例,該一或多種化學式9或10所示之雙胍化合物的含量可為該包括胺系化合物之水溶液或該包括醯鹵化合物之有機溶液的0.01重量%至10重量%。較佳地,該一或多種雙胍化合物的含量可為2重量%至10重量%。當前述範圍獲得滿足時,該存於水處理膜中之雙胍化合物由於與該胺系化合物或該醯鹵化合物之共價鍵沒被洗掉而留下來,結果使脫鹽率及脫硼率得以維持,且由於該共價鍵形成引起該水處理膜之自由體積(free volume)增加而顯現通量增加的效果。
根據本說明書之示範的具體實例,當該水溶液或有機溶液中之化學式9或10所示之雙胍化合物的含量小於0.01重量%時,並不能防止該水處理膜之脫鹽率降低的現象,因為無法確保該聚醯胺活性層中具有適當含量的共聚物,且當其含量大於10重量%時,無法確保該膜之功能,因為儘管有高脫鹽率,通量卻降低了。特別是,當其含量為10重量%或更小時,導致該水溶液或該有機溶液形成不透明狀態,從而發生沉澱,結果,具有能夠防止膜製造設施的污染問題之效果。
根據本說明書之示範的具體實例,該包括胺系化合物之水溶液的形成沒有特別限定,且可沒有限制地使用任何方法,只要該方法可於多孔載體上形成水溶液層即可。明確地說,於該多孔載體上形成該包括胺系化合物之水溶液層的方法之實例包括噴塗、施敷、浸漬、滴加(dropwise addition)等。
根據本說明書之示範的具體實例,當該包括胺系化合物之水溶液層與該包括醯鹵化合物之有機溶液接觸時,塗於該膜表面上之該胺化合物與該醯鹵化合物互相反應的同時藉由界面聚合而製造聚醯胺,且該聚醯胺係吸附於微孔性載體上,因而形成薄膜。此外,根據本說明書之示範的具體實例,可透過諸如浸漬、噴塗或塗覆之方法形成活性層。
根據本說明書之示範的具體實例,如果需要,可另外對該水溶液層進行移除過量的包括胺系化合物之水溶液。當該存於多孔載體上之水溶液存有過量時,形成於該多孔載體上之水溶液層可能分佈不均勻,且當該水溶液分佈不均勻時,可能由於隨後之界面聚合而形成不均勻之活性層。因此,等到於該載體上形成該水溶液層之後,較佳為移除過量之水溶液。該過量之水溶液的移除沒有特別限制,但是可藉由使用例如海綿、氣刀、氮氣吹製、自然乾燥或壓縮輥等來進行。
根據本說明書之示範的具體實例,對於該多孔載體,可使用聚合物材料製成之塗層形成於不織布上的多孔載體。作為該聚合物材料,可使用例如聚碸、聚醚碸、聚碳酸酯、聚環氧乙烷、聚醯亞胺、聚醚醯亞胺、聚醚醚酮、聚丙烯、聚甲基戊烯、聚甲基氯、聚偏二氟乙烯等,但是該聚合物材料不限於此。明確地說,作為該聚合物材料,可使用聚碸。
根據本說明書之示範的具體實例,該方法可在製備多孔載體及將聚醯胺活性層形成於該多孔載體上之前進一步施加添加劑如樟腦磺酸三乙銨(TEACSA),也就是說,將包括胺系化合物之水溶液施於該載體上。
根據本說明書之示範的具體實例,該包括胺系化合物之水溶液中之胺系化合物的種類沒有限制,只要該胺系化合物係用於製造水處理膜之胺系化合物,但是作為其明確實例,較佳為選自由間苯二胺、對苯二胺、1,3,6-苯三胺、4-氯-1,3-苯二胺、3-氯-1,4-苯二胺及其混合物所組成之群組的一或多者。
根據本說明書之示範的具體實例,該醯鹵化合物沒有特別限制,但是可為,例如,選自由1,3,5-苯三甲醯氯(trimesolyl chloride)、間-苯二甲醯氯、對-苯二甲醯氯及其混合物所組成之群組的一或多者之混合物,作為具有2種至3種羧醯鹵之芳族化合物。
根據本說明書之示範的具體實例,該胺系化合物之含量可為以該包括胺系化合物之水溶液為基準計0.1重量%或更高且15重量%或更低,較佳為0.1重量%或更高且10重量%或更低。當該胺系化合物之含量低於0.1重量%時,與該包括醯鹵化合物之有機溶液的反應可能無法順利進行,且當其含量高於15重量%時,可能難以使該胺系化合物穩定地溶於該水溶液。
再者,根據本說明書之示範的具體實例,該醯鹵化合物的含量可為以該包括醯鹵化合物之有機溶液的基準計0.1重量%或更高且0.5重量%或更低。也就是說,根據本說明書之示範的具體實例,當該醯鹵化合物之含量為以該包括醯鹵化合物之有機溶液的基準計0.1重量%或更高時,具有能夠防止最終製造之膜的脫鹽率及通量降低之現象的效果,且當其含量為以該包括醯鹵化合物之有機溶液的基準計0.5重量%或更低時,具有能夠防止最終製造之膜的脫鹽率降低之現象的效果。
根據本說明書之示範的具體實例,該水溶液可另包括表面活性劑。
根據本說明書之示範的具體實例,該表面活性劑可選自非離子、陽離子、陰離子及兩性表面活性劑。根據本說明書之示範的具體實例,該表面活性劑可為選自以下之表面活性劑:硫酸月桂酯鈉(SLS);烷基醚硫酸酯鹽;硫酸烷酯鹽;烯屬磺酸酯鹽;烷基醚羧酸酯鹽;磺基琥珀酸酯鹽;芳族磺酸酯鹽;辛基酚乙氧基化物;乙氧基化壬基酚;烷基聚(環氧乙烷);聚(環氧乙烷)和聚(環氧丙烷)之共聚物;烷基聚葡糖苷如辛基葡糖苷和癸基麥芽糖苷;脂肪酸醇如鯨蠟醇、油醇、椰油醯胺MEA、椰油醯胺DEA、氯化(烷基)(羥乙基)(二甲基)銨、溴化鯨蠟基三甲基銨、氯化鯨蠟基三甲基銨、溴化十六烷基三甲基銨、及氯化十六烷基三甲基銨;及烷基甜菜鹼。明確地說,該表面活性劑可為SLS、辛基酚乙氧化物或乙氧化壬基酚。
根據本說明書之示範的具體實例,該表面活性劑之含量可為以該水溶液為基準計0.005重量%或更高且0.5重量%或更低。
此外,根據本說明書之示範的具體實例,該有機溶液可另包括有機溶劑,且作為該有機溶劑,可使用脂族烴溶劑例如氟氯烷(Freon);及與水不混溶之疏水性液體如己烷、環己烷、庚烷及具有5至12個碳原子之烷類(例如具有5至12個碳原子之烷類);及其混合物:IsoPar (Exxon)、ISOL-C(SK Chem.)、ISOL-G(Exxon)等,但是有機溶劑不限於此。
根據本說明書之示範的具體實例,該有機溶劑之量可為以100重量份之有機溶液為基準計80重量份或更多且99.499重量份或更少。當該有機溶劑之含量為以100重量份之有機溶液為基準計80重量份或更多時,具有能夠防止最終製造之膜的脫鹽率及通量降低之現象的效果。且當其含量為以100重量份之有機溶液為基準計99.499重量份或更少時,具有能夠防止最終製造之膜的脫鹽率降低之現象的效果。
根據本說明書之示範的具體實例,該水處理膜可用作微過濾膜(microfiltration membrane)、超過濾膜、奈米過濾膜或逆滲透膜(reverse osmosis membrane)等,明確地說,該水處理膜可以逆滲透膜之方式使用。
本說明書之另一個示範的具體實例提供一種包括上述水處理膜之水處理模組。
水處理模組的明確類型沒有特別限制,且其實例包括板框模組、管狀模組、中空纖維模組或螺旋纏繞模組等。再者,該水處理模組之其他構造及製造方法等沒有特別限制,只要該水處理模組包括上述根據本說明書之示範的具體實例的水處理膜,且此領域中周知之一般意義皆可採用而沒有限制。
此時,根據本說明書之示範具體實施例的水處理模組具有優良脫鹽率和通量及優良化學安定性,從而可有效地用於諸如家用/工業用水淨化裝置、污水處理設備及海水和淡水處理裝置之水處理設備。
在下文中,本說明書將參照實施例詳細描述以具體說明本說明書。然而,根據本說明書之實施例可採不同形式修改,且不得解釋為本說明書之範疇受限於下文中詳細描述之實施例。本說明書之實施例係供向具有通常技術者更完整地解釋本說明書。 <實施例> 水處理膜之製造 <實施例1>
將18重量%之聚碸固體成分置於N,N-二甲基甲醯胺(DMF)中,使得到之混合物於80℃至85℃溶解12小時或更久以獲得均勻液相。在厚度為95 μm至100 μm之聚酯不織布上將該溶液鑄成150 μm之厚度。然後,將該鑄成之不織布置於水中以製造多孔性聚碸載體。在此情況下,製造出寬度為400 nm之載體。
藉由狹縫式塗佈法(slot-coating method)將包括10重量%之樟腦磺酸三乙銨(TEACSA)之溶液(以整個溶液和水為基準計)施敷於該多孔性聚碸載體上。
其後,藉由狹縫式塗佈法將包括以整個水溶液為基準計5重量%間苯二胺(mPD)及0.1重量%之下列化合物A的水溶液以16 m/min之速度施敷於該多孔性聚碸載體上以形成水溶液層。再者,藉由使用氣刀除去施敷期間產生之額外水溶液。
藉由狹縫式塗佈法將包括以整個有機溶液為基準計0.3重量%之TMC及有機溶劑(IsoPar G)的有機溶液以16 m/min之速度施敷於該水溶液層上。然後,於95℃將該液相組分乾燥到所有該液相組分汽化為止,接著用超純水(DIW)清洗以製造水處理膜。在此情況下,將該膜製成380 nm之寬度。 <實施例2>
除了於實施例1中,使用包括5重量%間苯二胺(mPD)及0.2重量%之下列化合物A的水溶液代替該包括以整個水溶液為基準計5重量%間苯二胺(mPD)及0.1重量%之下列化合物A的水溶液之外,以與實施例1相同之方式製造水處理膜。 <實施例3>
除了於實施例1中,使用包括5重量%間苯二胺(mPD)及0.3重量%之下列化合物A的水溶液代替該包括以整個水溶液為基準計5重量%間苯二胺(mPD)及0.1重量%之下列化合物A的水溶液之外,以與實施例1相同之方式製造水處理膜。 <實施例4>
除了於實施例1中,使用包括5重量%間苯二胺(mPD)及0.4重量%之下列化合物A的水溶液代替該包括以整個水溶液為基準計5重量%間苯二胺(mPD)及0.1重量%之下列化合物A的水溶液之外,以與實施例1相同之方式製造水處理膜。 <實施例5>
除了於實施例1中,使用包括5重量%間苯二胺(mPD)及0.5重量%之下列化合物A的水溶液代替該包括以整個水溶液為基準計5重量%間苯二胺(mPD)及0.1重量%之下列化合物A的水溶液之外,以與實施例1相同之方式製造水處理膜。 <實施例6>
將18重量%之聚碸固體成分置於N,N-二甲基甲醯胺(DMF)中,使得到之混合物於80℃至85℃溶解12小時或更久以獲得均勻液相。在厚度為95 μm至100 μm之聚酯不織布上將該溶液鑄成150 μm之厚度。然後,將該鑄成之不織布置於水中以製造多孔性聚碸載體。在此情況下,製造出寬度為400 nm之載體。
藉由狹縫式塗佈法將包括以整個溶液和水為基準計10重量%之樟腦磺酸三乙銨(TEACSA)之溶液施敷於該多孔性聚碸載體上。
其後,藉由狹縫式塗佈法將包括以整個水溶液為基準計5重量%間苯二胺(mPD)及0.1重量%之下列化合物B的水溶液以16 m/min之速度施敷於該多孔性聚碸載體上以形成水溶液層。再者,藉由使用氣刀除去施敷期間產生之額外水溶液。
藉由狹縫式塗佈法將包括以整個有機溶液為基準計0.3重量%之TMC及有機溶劑(IsoPar G)的有機溶液以16 m/min之速度施敷於該水溶液層上。然後,於95℃將該液相組分乾燥到所有該液相組分汽化為止,接著用超純水(DIW)清洗以製造水處理膜。在此情況下,將該膜製成380 nm之寬度。 <實施例7>
除了於實施例6中,使用包括5重量%間苯二胺(mPD)及0.3重量%之下列化合物B的水溶液代替該包括以整個水溶液為基準計5重量%間苯二胺(mPD)及0.1重量%之下列化合物B的水溶液之外,以與實施例6相同之方式製造水處理膜。 <比較例1>
除了於實施例1中,使用包括5重量%間苯二胺(mPD)(其包括雙胍化合物)的水溶液代替該包括以整個水溶液為基準計5重量%間苯二胺(mPD)及0.1重量%之下列化合物A的水溶液之外,以與實施例1相同之方式製造水處理膜。 <比較例2>
將18重量%之聚碸固體成分置於N,N-二甲基甲醯胺(DMF)中,使得到之混合物於80℃至85℃溶解12小時或更久以獲得均勻液相。在厚度為95 μm至100 μm之聚酯不織布上將該溶液鑄成150 μm之厚度。然後,將該鑄成之不織布置於水中以製造多孔性聚碸載體。在此情況下,製造出寬度為400 nm之載體。
藉由狹縫式塗佈法將包括以整個溶液和水為基準計10重量%之樟腦磺酸三乙銨(TEACSA)之溶液施敷於該多孔性聚碸載體上。
其後,藉由狹縫式塗佈法將包括以整個水溶液為基準計5重量%間苯二胺(mPD)及0.1重量%之下列化合物C的水溶液以16 m/min之速度施敷於該多孔性聚碸載體上以形成水溶液層。再者,藉由使用氣刀除去施敷期間產生之額外水溶液。
藉由狹縫式塗佈法將包括以整個有機溶液為基準計0.3重量%之TMC及有機溶劑(IsoPar G)的有機溶液以16 m/min之速度施敷於該水溶液層上。然後,於95℃將該液相組分乾燥到所有該液相組分汽化為止,接著用超純水(DIW)清洗以製造水處理膜。在此情況下,將該膜製成380 nm之寬度。 <比較例3>
除了於比較例2中,使用包括5重量%間苯二胺(mPD)及0.2重量%之下列化合物C的水溶液代替該包括以整個水溶液為基準計5重量%間苯二胺(mPD)及0.1重量%之下列化合物C的水溶液之外,以與比較例2相同之方式製造水處理膜。 <比較例4>
除了於比較例2中,使用包括5重量%間苯二胺(mPD)及0.3重量%之下列化合物C的水溶液代替該包括以整個水溶液為基準計5重量%間苯二胺(mPD)及0.1重量%之下列化合物C的水溶液之外,以與比較例2相同之方式製造水處理膜。 <比較例5>
除了於比較例2中,使用包括5重量%間苯二胺(mPD)及0.4重量%之下列化合物C的水溶液代替該包括以整個水溶液為基準計5重量%間苯二胺(mPD)及0.1重量%之下列化合物C的水溶液之外,以與比較例2相同之方式製造水處理膜。 <比較例6>
除了於比較例2中,使用包括5重量%間苯二胺(mPD)及0.5重量%之下列化合物C的水溶液代替該包括以整個水溶液為基準計5重量%間苯二胺(mPD)及0.1重量%之下列化合物C的水溶液之外,以與比較例2相同之方式製造水處理膜。<實驗例1> 1) NMR分析
將實施例3製造之水處理膜的NMR分析結果描述於下文。
該1H-NMR分析係於室溫藉由使用NMR光譜儀進行,該NMR光譜儀包括配備有三共振5 mm探針之Varian Unity Inova(500MHZ)光譜儀。待分析之材料係藉由以約10 mg/ml之濃度稀釋於溶劑(D2 O)中而用於NMR測量。
該13C-NMR分析係於室溫藉由使用NMR光譜儀進行,該NMR光譜儀包括配備有三共振5mm探針之Varian Unity Inova(500MHz)光譜儀。待分析之材料係藉由以約10 mg/ml之濃度稀釋於溶劑(D2 O)中而用於NMR測量。
該13C-NMR分析用與該1H-NMR分析裝置相同之儀器測量,並藉由在測量時僅不同地設置脈衝序列而測量。
進行包括在酸或鹼中解離之前測量膜表面之方法及在酸(HCl)或鹼(NaOH)中解離之後測量膜表面之方法在內的兩種測量方法,將結果顯示於下列表1,並將1H-NMR分析結果例示於第1圖。
即使是該水處理膜在酸或鹼中解離,或同時在酸和鹼中解離,也會測出類似結果,且該酸或鹼處理意指對該形成共價鍵之膜造成嚴重損害。2) IR分析
將實施例3製造之水處理膜的IR分析結果描述於下文。
使用FT-IR光譜學通過ATR模式測量光譜。進行包括在酸或鹼中解離之前測量膜表面之方法及藉由混合在酸(HCl)或鹼(NaOH)中解離之後乾燥的膜與KBr而測量膜表面之方法在內的兩種測量方法,將結果顯示於下列表2。3) MS分析
在該水處理膜於酸或鹼中解離之後將實施例3製造之水處理膜的MS分析結果描述於下文。
對於m/z分析,藉由使用ESI陽離子化方法用C18管柱於40℃進行LC/MS分析,將結果顯示於下列及第3圖中。
ESI-MS分析:由於在酸(HCl)或鹼(NaOH)中解離之結果,m/z=227, 193, 178, 102, 85, 60[M+H]+
根據實驗例1,可見到該根據本說明書之示範的具體實例的水處理膜在該1H-NMR分析期間具有存於6.8 ppm與7.8 ppm之間的4個苯環峰。
根據實驗例1,可見到該根據本說明書之示範的具體實例的水處理膜表現出C=N及N-C-N峰,因為該雙胍化合物以共價鍵形式存於該聚醯胺活性層中,因此只有共價鍵合之雙胍才能保留於該聚醯胺活性層中,即使等該水處理膜在酸或鹼中解離之後亦同。
然而,藉由添加雙胍化合物作為添加物而製造之水處理膜沒有得到任何有關將相應之官能基引入其主鏈中作為共價鍵的任何分析結果,且當使用雙胍基團作為添加物時,缺點在於不能確認該雙胍基是否存於聚胺活性層內或被洗掉。此外,當測量該膜表面(固體)時,由於嵌入該水處理膜中之雙胍基,可能出現C=N及N-C-N峰,但是當該水處理膜在酸或鹼中解離時,該雙胍化合物被解離,結果顯示該峰消失。
根據如上所述的實驗例1之結果,可確認在由本發明之示範的具體實例製造之水處理膜中,該雙胍化合物與該胺系化合物或該醯鹵化合物形成共價鍵。 <實驗例2>
等到確認實施例1至7及比較例1至6製造之水處理膜使用32,000 ppm及4.5 L/min通量之NaCl水溶液於800 psi進行約1小時之設備操作而穩定化之後,藉由測量於25℃滲透10分鐘之水量而計算通量(加侖/平方呎/天)(gfd))的結果,及藉由使用導電度計分析滲透前後之鹽濃度而計算脫鹽率,結果顯示於下列表 3。
於表3中,通量變化率及脫鹽率變化量係關於實施例1至7及比較例2至6與比較例1相比之通量變化率及脫鹽率變化量的值。
根據表3之結果,可確認該根據本說明書之示範的具體實例的水處理膜與該聚醯胺層中不包括該雙胍化合物之比較例1至6相比具有改進許多之脫鹽率。
這是因為當該雙胍化合物經由與該胺系化合物或該醯鹵化合物所形成之共價鍵而穩定地存於該聚醯胺活性層中時,不管驅動時間(driving time)及條件為何,皆能保持高脫鹽率及脫硼率。
此外,當脫鹽率之變化量互相比較時,可見到該聚醯胺活性層中包括雙胍化合物之實施例1至5與包括該胍化合物之比較例2至6展現類似的通量變化率,但具有改善脫鹽率之優良效果。 <實驗例3>
對於化合物A及聚(六亞甲基雙胍)(PHB)聚合物(分子量為600至900 g/mol),以與實驗例1中相同之方式進行13C-NMR分析,結果顯示於第4圖。可以確認,於PHB之案例中,由於在其末端不存在能夠與mPD或TMC形成共價鍵之官能基,不能在該聚醯胺活性層中形成鍵,因此僅檢測到TMC之C=O,但是在化合物A之案例中,由於在其末端存在胺基,因此可形成共價鍵,不僅TMC之C=O,同時還檢測到雙胍。
儘管上文已經描述了本發明之較佳示範的具體實例,但是本發明不限於此,且不同修改可在申請專利範圍及本發明詳述之範疇內完成並進行,且也落在本發明之範疇內。
100‧‧‧不織布
200‧‧‧多孔載體層
300‧‧‧聚醯胺活性層
400‧‧‧鹽水
500‧‧‧純水
600‧‧‧濃縮水
第1圖係例示根據本說明書之示範的具體實例的水處理膜之圖式。
第2圖係例示該根據本說明書之示範的具體實例的水處理膜在酸或鹼中解離之前和之後的1H-NMR光譜之圖式。
第3圖係例示該根據本說明書之示範的具體實例的水處理膜在酸或鹼中解離之前和之後的ESI-MS光譜之圖式。
第4圖係例示化合物A及PHB聚合物之13C-NMR分析結果之圖式。

Claims (13)

  1. 一種水處理膜,其包含:   多孔載體;及   設置於該多孔載體上之聚醯胺活性層,   其中該聚醯胺活性層包含選自下列化學式1所示之單元、下列化學式2所示之單元、下列化學式3所示的單元及下列化學式4所示之單元中的一或多者: 於化學式1至4中,   U1 及U2 彼此相同或不同,且各自獨立地為經取代或未經取代之二價脂族基團;經取代或未經取代之二價脂環族基團;或經取代或未經取代之二價芳族基團,   U3 係經取代或未經取代之三價脂族基團;經取代或未經取代之三價脂環族基團;或經取代或未經取代之三價芳族基團,   A1 至A9 彼此相同或不同,且係各自獨立地以選自下列化學式5至7中之任一者表示,   A10 係以下列化學式5或8表示, 於化學式5至8中,   V1 及V2 彼此相同或不同,且各自獨立地為經取代或未經取代之伸苯基,   V3 係經取代或未經取代之三價苯環基,且   先決條件為,A1 至A3 中之一者、A4 及A5 中之一者,A6 及A7 中之一者及A8 及A9 中之一者係以化學式5表示。
  2. 一種水處理膜,其包含:   多孔載體;及   設置於該多孔載體上之聚醯胺活性層,   其中1H-NMR分析的結果顯示,在酸或鹼中解離之前和之後,該水處理膜包含介於6.8 ppm與7.8 ppm之間的苯環峰。
  3. 如申請專利範圍第1項之水處理膜,其中1H-NMR分析的結果顯示,在酸或鹼中解離之前和之後,該水處理膜包含介於6.8 ppm與7.8 ppm之間的苯環峰。
  4. 如申請專利範圍第1項之水處理膜,其中該聚醯胺活性層中之選自該化學式1所示之單元、該化學式2所示之單元、該化學式3所示之單元及該化學式4所示之單元中的一或多者之含量係為0.01重量%至10重量%。
  5. 一種水處理膜,其包含:   多孔載體;及   設置於該多孔載體上之聚醯胺活性層,   其中IR分析的結果顯示,在酸或鹼中解離之前和之後,該水處理膜包含C=N鍵及N-C-N鍵之峰。
  6. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之水處理膜,其中IR分析的結果顯示,在酸或鹼中解離之前和之後,該水處理膜包含C=N鍵及N-C-N鍵之峰。
  7. 一種水處理膜,其包含:   多孔載體;及   設置於該多孔載體上之聚醯胺活性層,   其中MS分析的結果顯示,在酸或鹼中解離之前和之後,該水處理膜包含277、193、178、102、85或60之m/z值。
  8. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之水處理膜,其中MS分析的結果顯示,在酸或鹼中解離之前和之後,該水處理膜包含277、193、178、102、85或60之m/z值。
  9. 一種製造申請專利範圍第1至5及7項中任一項之水處理膜之方法,該方法包含:   製備多孔載體;且   將聚醯胺活性層形成於該多孔載體上,   其中該聚醯胺活性層之形成包括使用包含胺系化合物之水溶液及包含醯鹵化合物之有機溶液的界面聚合,   該包含胺系化合物之水溶液及該包含醯鹵化合物之有機溶液的至少一者包括一或多種下列化學式9或化學式10所示之雙胍化合物(biguanidine compound),且   該雙胍化合物與該聚醯胺活性層中之該胺系化合物或該醯鹵化合物形成共價鍵: 於化學式9及10中,   U4 係經取代或未經取代之二價脂族基團;經取代或未經取代之二價脂環族基團;或經取代或未經取代之二價芳族基團,且   T1 至T4 彼此相同或不同,且各自獨立地為氫;氘;腈基;羥基;鹵化醯基;異氰酸酯基;經取代或未經取代之烷氧基;經取代或未經取代之芳氧基;經取代或未經取代之烷硫基;經取代或未經取代之芳硫基;經取代或未經取代之烷亞磺醯基(alkylsulfoxy group);經取代或未經取代之芳亞磺醯基(arylsulfoxyl);經取代或未經取代之胺基;經取代或未經取代之脂環族基團;或經取代或未經取代之芳族基團。
  10. 如申請專利範圍第9項之方法,其中該雙胍化合物之含量為該包含胺系化合物之水溶液或該包含醯鹵化合物之有機溶液的0.01重量%至10重量%。
  11. 如申請專利範圍第9項之方法,其中該胺系化合物係選自由間-苯二胺、對-苯二胺、1,3,6-苯三胺、4-氯-1,3-苯二胺、3-氯-1,4-苯二胺及其混合物所組成之群組的一或多者。
  12. 如申請專利範圍第9項之方法,其中該醯鹵化合物係選自由1,3,5-苯三甲醯氯(trimesolyl chloride)、間-苯二甲醯氯、對-苯二甲醯氯及其混合物所組成之群組的一或多者。
  13. 一種水處理模組,其包含申請專利範圍第1至5及7項中任一項之水處理膜。
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