KR101809127B1 - Anammox reactor containing polyketone membrane and method for treating wastewater using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 아나목스 반응조 및 이를 이용한 폐수 처리 방법에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 폴리케톤으로 제조된 멤브레인을 이용하여 폐수에 함유된 유기물 및 질소를 경제적으로 제거함과 동시에 생물학적 반응으로 제거되지 않는 입자상 및 용존 오염물을 효과적으로 제거함으로써 최종 유출수의 수질을 개선할 수 있다.The present invention relates to an anammox reaction tank and a method for treating wastewater using the same. More specifically, the present invention relates to an anaerobic bioreactor that can economically remove organic matter and nitrogen contained in wastewater by using a membrane made of polyketone, The effective removal of dissolved contaminants can improve the quality of the final effluent.
Description
본 발명은 아나목스 반응조 및 이를 이용한 폐수 처리 방법에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 폴리케톤 멤브레인을 이용하여 폐수에 함유된 유기물 및 질소를 경제적으로 제거함과 동시에 생물학적 반응으로 제거되지 않는 입자상 및 용존 오염물을 효과적으로 제거함으로써 최종 유출수의 수질을 개선할 수 있는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an Anamx reaction tank and a method for treating wastewater using the same. More particularly, the present invention relates to an Anamx reaction tank that economically removes organic matter and nitrogen contained in wastewater by using a polyketone membrane and simultaneously removes particulate matter and dissolved contaminants Thereby effectively improving the quality of the final effluent by removing the effluent.
수질 오염의 원인으로는 유기물과 질소 및 인과 같은 무기물 등이 있다. 질소는 영양염류의 하나로 부영향화와 적조를 일으켜 유해 부유생물의 발생을 촉진하고 화학적 산소요구량의 증가 원인이 되며, 유기물은 수계의 용존 산소량 등을 감소시키기 때문에, 제거되어야 한다.The causes of water pollution include organic matter and minerals such as nitrogen and phosphorus. Nitrogen is one of the nutrients, which causes eutrophication and red tide, promotes the generation of harmful living organisms, increases the chemical oxygen demand, and organic matter should be removed because it reduces the amount of dissolved oxygen in the water system.
이러한 각종 오염물질을 함유하는 폐수를 처리하는 방법으로는, 수중미생물의 신진 대사 작용을 이용하고 있다.As a method of treating wastewater containing various pollutants, the metabolism of aquatic microorganisms is utilized.
일반적인 폐수 처리방법은 반응조에서 폐수 중의 유기물을 호기성 미생물을 이용하여 분해하여 처리하는 형태가 대부분이다. 그러나, 상기와 같은 일반적인 폐수 처리 방법은 반응조 내에 공기를 공급하기 위한 산기관이나 블로워의 운전에 필요한 소비 전력량이 많다고 하는 단점이 있다. 우리나라의 경우 하수처리장 전체 전력 소비량의 약 40% 정도를 블로워 운전에 소모하고 있다고 알려져 있다. 또한 폐수 중의 질소는 일반적으로 질산화/탈질(종속영양탈질) 공정(예, MLE, A2O 공정 등)으로 제거하고 있다.Typical wastewater treatment methods are decomposition and treatment of organic matter in wastewater using aerobic microorganisms in a reaction tank. However, the conventional wastewater treatment method has a disadvantage in that a large amount of power is required for operation of an oxidant or blower for supplying air into the reaction tank. In Korea, it is known that about 40% of the total power consumption of the sewage treatment plant is consumed in the operation of the blower. In addition, nitrogen in wastewater is generally removed by nitrification / denitrification (heterotrophic denitrification) processes (eg, MLE, A2O processes, etc.).
그러나 일반적인 질산화/탈질 공정으로 질소를 제거할 경우에는 암모니아를 질산염으로 질산화시키기 위해 많은 양의 공기를 공급해야 하며, 탈질시 유기물이 필요하기에 추가적으로 유기물을 첨가해야 하고, 동시에 다량의 슬러지가 발생하여 비용이 증가하는 문제가 있다.However, in the case of removing nitrogen by a general nitrification / denitrification process, it is necessary to supply a large amount of air to nitrify ammonia with nitrate. In case of denitrification, an organic matter is required and an organic matter is additionally added. At the same time, a large amount of sludge is generated There is a problem that the cost increases.
이를 해결하기 위하여 제시된 질소 제거 공정이 아나목스 공정이다. 이는 암모니아와 아질산염을 반응시켜 질소가스를 생성시킴으로써 질소를 제거하는 것으로, 암모니아 산화에 필요한 전력 소모를 줄일 수 있으며, 유기물 첨가가 필요하지 않고, 일반적인 질산화/탈질 공정에 비해 슬러지 발생량의 감소를 도모할 수 있어 매우 경제적이다. To solve this problem, the proposed nitrogen removal process is the Anamox process. This is because the nitrogen is removed by reacting ammonia and nitrite to generate nitrogen gas, which can reduce the power consumption required for ammonia oxidation, does not require addition of organic matter, and can reduce the amount of sludge generated compared to a general nitrification / denitrification process It is very economical.
그러나 상기한 아나목스 공정은 아나목스 미생물의 성장 속도가 느리기 때문에 반응과정에서 반응조 내부의 미생물을 오랜시간동안 계속해서 유지시켜야 하는 문제점이 있다. 이러한 반응조내의 미생물의 농도유지는 아나목스 공정에서 매우 중요한데 특히 반응조에서 미생물 유실이 일어날 경우에는 폐수의 정화효과가 떨어진다. 따라서 아나목스 공정은 고농도의 질소 폐수의 처리에만 적용되어 왔고, 저농도에서는 적용 사례가 거의 없는 것이 현실이다.However, since the growth rate of the anammox microorganism is slow, it is necessary to continuously maintain the microorganism in the reaction tank for a long time. Maintaining the concentration of microorganisms in these reaction vessels is very important in the Anammox process, especially when the microbial loss occurs in the reaction tank. Therefore, the Anammox process has only been applied to the treatment of high concentrations of nitrogen wastewater, and it is a reality that there are few applications at low concentrations.
본 발명은 폴리케톤 멤브레인 반응조를 사용하여 하나의 반응조에서 유기물과 질소를 동시에 제거함과 아울러 생물학적 반응으로 제거되지 않는 입자상 및 일부 용존 오염물질도 제거함으로써 처리수의 수질을 향상시킬 수 있는 질소와 유기물 동시 제거방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention relates to a method and apparatus for simultaneously removing organic matter and nitrogen in a reaction tank by using a polyketone membrane reaction tank and removing particulate matter and some dissolved contaminants which are not removed by a biological reaction, And to provide a method for removing the same.
상기한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 아나목스 미생물을 포함하고 있는 반응조 본체와; 상기 반응조 본체 내부에서 아나목스 미생물이 부착되어 유동하는 유동입자와; 상기 반응조 본체의 상부에 마련된 가스-유동입자 분리부와; 상기 반응조 본체 내에 침지되어 미생물에 의해 제거되지 않은 유출수중의 입자상 및 용존 오염물질을 제거하는 폴리케톤 재질의 멤브레인과; 상기 반응조 본체 내부의 유출수를 순환시키기 위한 순환유닛과; 상기 반응조 본체 내부에 아나목스 공정에 필요한 저농도의 용존 산소를 공급/조절하는 공기공급유닛과; 상기 멤브레인에 연결되어 반응조 본체 내부의 유출수를 외부로 유출시키기 위한 유출펌프;로 구성되는 것을 특징으로 하는 아나목스 반응조를 과제 해결을 위한 수단으로 제공한다. In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a biosensor comprising a reaction tank body containing anammox microorganisms; Fluidized particles flowing in the reaction tank body with an anomaly microorganism attached thereto; A gas-flowing particle separator provided at an upper portion of the reactor body; A membrane made of polyketone which removes particulate matter and dissolved contaminants in the effluent water immersed in the reaction tank body and not removed by microorganisms; A circulation unit for circulating the effluent in the reaction tank body; An air supply unit for supplying / adjusting dissolved oxygen at a low concentration required for the anammox process in the reaction vessel main body; And an outflow pump connected to the membrane to discharge the effluent in the reaction tank body to the outside.
본 발명의 폴리케톤 재질의 멤브레인은 다수의 미세기공을 구비하는 중공사막 또는 평막으로 형성되는 것을 특징으로 하고, 본 발명의 분리막의 재질로 사용된 폴리케톤은 일산화탄소와 에틸렌이 공중합된 이원 코폴리머(copolymer) 또는 일산화탄소, 에틸렌 및 프로필렌이 공중합된 터폴리머(terpolymer)인 것을 특징으로 한다.The polyketone membrane of the present invention is formed of a hollow fiber membrane or a flat membrane having a plurality of micropores. The polyketone used as the membrane of the present invention is a copolymer of carbon monoxide and ethylene copolymer or a terpolymer obtained by copolymerizing carbon monoxide, ethylene and propylene.
본 발명은 폴리케톤 멤브레인 반응조를 이용하여 폐수의 질소와 유기물 동시 제거함에 있어서 저농도의 용존산소(즉, 0.1 내지 0.3 mg/L 정도)를 유지하여 암모니아의 일부를 아질산염으로 산화시킨 다음, 아나목스 공정을 이용하여 폐수 중의 질소를 제거하기 때문에, 암모니아를 산화시키는데 필요한 공기를 공급하기 위한 전력소모를 대폭 줄일 수 있으며, 질소 제거를 위한 유기물 첨가가 필요하지 않고, 슬러지 발생량이 기존 공정에 비해 적으며, 유입 폐수에 잔류하는 유기물이 아질산염 또는 아나목스 공정의 부산물인 질산염을 질소 가스로 환원시키는데 소비되며 처리되므로 수질 개선을 도모할 수 있는 장점이 있다. In the present invention, a portion of ammonia is oxidized into nitrite by maintaining a low concentration of dissolved oxygen (that is, about 0.1 to 0.3 mg / L) in the simultaneous removal of nitrogen and organic substances in the wastewater by using a polyketone membrane reaction tank, It is possible to greatly reduce power consumption for supplying air necessary for oxidizing ammonia, and it is unnecessary to add organic matter for nitrogen removal, the amount of sludge generated is smaller than that of the conventional process, The organic matter remaining in the influent wastewater is consumed and treated for reducing nitrite, which is a by-product of the nitrite process or the by-product of the anamox process, to nitrogen gas, thereby improving water quality.
도 1은 종래의 아나목스 반응조를 이용한 폐수의 질소와 유기물 동시 제거방법을 구현하기 위한 폐수 처리 시스템의 요부를 나타낸 도면이다1 is a view showing a main part of a wastewater treatment system for implementing a method of simultaneously removing nitrogen and organic substances from wastewater using an Anammox reaction tank
이하 도면과 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the present invention has been described with reference to certain embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and similarities. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular presentation includes plural representations unless the context clearly dictates otherwise
본 발명의 아나목스 반응조는 아나목스 미생물을 포함하고 있는 반응조 본체, 상기 반응조 본체 내부에서 아나목스 미생물이 부착되어 유동하는 유동입자, 상기 반응조 본체의 상부에 마련된 가스-유동입자 분리부, 상기 반응조 본체 내에 침지되어 미생물에 의해 제거되지 않은 유출수중의 입자상 및 용존 오염물질을 제거하는 멤브레인, 상기 반응조 본체 내부의 유출수를 순환시키기 위한 순환유닛, 상기 반응조 본체 내부에 아나목스 공정에 필요한 저농도의 용존 산소를 공급/조절하는 공기공급유닛 및 상기 멤브레인에 연결되어 반응조 본체 내부의 유출수를 외부로 유출시키기 위한 유출펌프 등을 구비한다.The anammox reaction tank of the present invention comprises a reaction tank body containing anammox microorganisms, a fluidized particle flowing inside the reaction tank body with an anammox microorganism attached thereto, a gas-flowing particle separation portion provided on the reaction tank body, A membrane for removing particulate matter and dissolved contaminants from the effluent water immersed in the effluent water that has not been removed by the microorganisms, a circulation unit for circulating the effluent in the reaction vessel body, a low concentration dissolved oxygen required for the anammox process inside the reaction vessel body And an outflow pump connected to the membrane for discharging the effluent in the reaction tank body to the outside.
상기 유동입자는 아나목스 미생물을 위한 지지매질 및 멤브레인과 접촉하여 그 표면에 축적된 입자를 제거함으로써 멤브레인의 막힘 현상을 제어하는 작용을 하며, 이러한 유동입자로는 입상 활성탄(GAC)이 바람직하게 사용될 수 있다.The flowable particles act to control the clogging of the membrane by contacting the support medium for the anammox microorganisms and the membrane and removing the accumulated particles on the surface thereof. As such fluidized particles, granular activated carbon (GAC) .
본 발명에서는 상기 멤브레인을 폴리케톤 재질로 사용한 폴리케톤 재질의 멤브레인을 사용하는 것에 특징이 있다.In the present invention, a polyketone membrane using the membrane as a polyketone material is used.
한편 상기 가스-유동입자 분리부에는 반응조 본체에서 유동하는 유동입자의 유실을 방지하기 위한 유실 방지장치가 설치되어 있다. 또한, 필요에 따라 상기 가스-유동입자 분리부에는 반응조 본체에서 유동하는 유동입자의 유실을 2차로 방지하기 위한 제2유실방지장치가 설치된 제2가스-유동입자 분리부가 연결될 수 있다.On the other hand, the gas-fluidized particle separation unit is provided with an oil-loss prevention device for preventing the fluidized particles flowing in the reaction tank body from being lost. If necessary, a second gas-fluidized particle separator may be connected to the gas-fluidized particle separator. The second gas-fluidized particle separator may be provided with a second fluid-loss preventing device for preventing the fluidized particles from flowing in the reaction tank.
또한, 상기 가스-유동입자 분리부에는 상기 반응조 본체에 발생되는 가스를 외부로 배출시키기 위한 가스 배출관이 연결되어 있으며, 또한, 상기 반응조 본체의 수위를 감지하기 위한 수위감지센서가 설치되어 있다.A gas discharge pipe for discharging the gas generated in the reaction tank body to the outside is connected to the gas-flowing particle separation unit, and a water level sensor for detecting the water level of the reaction tank body is installed.
상기 수위감지센서에 의한 반응조 본체 내의 수위 감지 신호에 따라 제어부가 폐수 이송펌프의 구동을 제어하여 반응조 본체로 유입되는 폐수의 양을 적절하게 조절한다.The control unit controls the operation of the waste water transfer pump according to the water level detection signal in the reaction tank body by the water level sensor to appropriately adjust the amount of wastewater flowing into the reaction tank body.
한편, 상기 폴리케톤 재질의 멤브레인은 다수의 미세기공을 구비하는 중공사막 또는 평막으로 형성될 수 있으며, 상기 미세기공은 유출수는 통과시키나 다른 입자상 오염물은 통과시키지 않음에 따라 유출수 중의 오염입자를 필터링하여 제거한다.Meanwhile, the polyketone membrane may be formed of a hollow fiber membrane or a flat membrane having a plurality of micropores. The micropores filter the contaminant particles in the effluent water by passing the effluent but not passing other particulate contaminants Remove.
아울러, 이와 같이, 유출수 중의 아나목스 공정에 관여하는 미생물이 유동상 분리막 아나목스 반응조에 잔류하기 때문에, 아나목스 공정의 가장 약점으로 알려진 미생물 유실로 인한 문제를 해결할 수 있다. 또한, 아나목스 공정을 사용하기 때문에 슬러지 발생량이 기존의 종속영양탈질 공정에 비해 매우 적고, 기타 미생물들도 체류시간이 매우 길기 때문에, 슬러지 발생량이 최소화되어 후속 공정에서의 슬러지 처리 부담을 경감할 수 있다.In addition, since the microorganisms involved in the anammox process in the effluent water remain in the fluidized bed separation membrane Anamox reaction tank, the problem caused by the microbial loss known as the weakest point of the anammox process can be solved. In addition, since the Anammox process is used, the amount of sludge generated is much smaller than that of the conventional heterotrophic denitrification process, and other microorganisms have a very long residence time. Therefore, the amount of sludge generated is minimized, have.
상기 순환유닛은 상기 반응조 본체 내의 유출수를 순환시키기 위한 것으로, 상기 반응조 본체의 하부에서 상기 가스-유동입자 분리부(도시예와 같이, 제2가스-유동입자 분리부를 구비한 경우에는 제2가스-유동입자 분리부를 연결하는 순환라인, 상기 순환라인에 설치된 순환펌프 및 유량계를 구비한다. 상기 순환라인에 폐수 이송펌프가 연결되어 순환유닛에 폐수가 공급된다.The circulation unit circulates the effluent in the reactor main body. In the lower part of the reactor main body, the gas-flowing particle separator (in the case of the second gas-fluidized particle separator, A circulation line for connecting the fluidized particle separation unit, a circulation pump installed in the circulation line, and a flowmeter. A waste water transfer pump is connected to the circulation line to supply waste water to the circulation unit.
상기 폐수 이송펌프에 의해 이송되는 폐수가 상기 순환펌프가 구동함에 따라 상기 순환라인을 따라 이송하여, 상기 반응조 본체의 하부로부터 유입됨으로써 반응조 본체 내에는 유체의 유동이 일어나고 이에 따라 반응조 본체 내의 유동입자가 상향 유동한다. 여기서, 상기 유동입자는 입자 주변을 흐르는 유체의 상향 속도와 밸런스를 이루며 유동하는데, 가스-유동입자 분리부에 설치된 유실방지장치에 의해 유실되지 않고 반응조 본체에 잔류하게 된다.The wastewater transferred by the wastewater transfer pump is transferred along the circulation line as the circulation pump is driven and flows from the lower portion of the reactor main body to cause fluid flow in the reactor main body, Flow upward. Here, the flowing particles flow in balance with the upward velocity of the fluid flowing around the particles, and remain in the reaction vessel body without being lost by the loss prevention device installed in the gas-fluidized particle separation portion.
상기와 같은 시스템을 이용한 멤브레인 반응조를 이용한 폐수의 질소와 유기물 동시 제거방법은 다음과 같다.The simultaneous removal of nitrogen and organic substances from wastewater using a membrane reactor using the above system is as follows.
폐수를 폐수 이동펌프에 의해 유동상 분리막 아나목스 반응조로 이송하는 단계; 상기 유동상 분리막 아나목스 반응조의 체류하는 미생물을 이용하여 폐수 속 질소를 제거하는 단계; 상기 유동상 분리막 아나목스 반응조에 침지된 폴리케톤 재질의 멤브레인을 이용하여 폐수 내 입자상 및 용존 오염물질을 제거하는 단계;를 포함하며, 공기공급유닛을 이용하여 상기 유동상 분리막 아나목스 반응조에 공기를 공급하여 저농도의 용존 산소를 공급/조절하는 단계; 및 상기 오염물질이 제거된 폐수를 유출펌프로 외부로 유출시키는 단계를 포함한다.Transferring the wastewater to a fluid bed membrane anammox reactor by a wastewater transfer pump; Removing nitrogen in the wastewater by using a microorganism staying in the fluid bed separation membrane Anamox reaction tank; And removing the particulate matter and dissolved contaminants in the wastewater by using a polyketone membrane immersed in the fluid bed separation membrane Anamox reaction tank, wherein air is supplied to the fluid bed separation membrane Anamox reactor Supplying / adjusting a low concentration of dissolved oxygen; And discharging the wastewater from which the pollutants have been removed to the outside through an outflow pump.
구체적으로, 폐수는 폐수 이송펌프에 의해 유동상 분리막 아나목스 반응조로 이송되며, 반응조 본체에 저류된 폐수는 순환유닛에 의해 유동하면서 후술하는 바와 같은 생물학적 반응 및 오염물 필터링 등의 공정이 수행된다.Specifically, the wastewater is transferred to the liquid phase separation membrane anammosis reactor by the wastewater transfer pump, and the wastewater stored in the reactor body flows by the circulation unit, and processes such as biological reaction and contaminant filtering as described later are performed.
구체적으로, 상기 유동상 분리막 아나목스 반응조에서 질소는 아질산염으로 부분질산화 후 아나목스 공정에 의해 제거되며, 유입수 중 유기물은 아질산염 및 질산염의 탈질에 이용되거나 일부는 산화에 의해 제거되고, 생물학적 반응으로 제거되지 않는 유출수 중의 입자상 및 용존 오염물은 본 발명의 폴리케톤 멤브레인에 의해 필터링되어 제거된다.Specifically, the nitrogen in the fluid bed separation membrane Anamox reaction tank is partially nitrified with nitrite and then removed by the anammox process. The organic matter in the influent water is used for denitrification of nitrite and nitrate, or partially removed by oxidation, The particulate phase and dissolved contaminants in the effluent that are not filtered out are filtered out by the polyketone membrane of the present invention.
한편, 상기 반응조 몸체에는 아나목스 공정에 필요한 저농도의 용존 산소 분위기를 조성하기 위하여 공기공급유닛으로부터 용존 산소가 주입되며, 또한, 멤브레인에 의한 입자상 오염물을 필터링하기 위해, 유출펌프가 멤브레인을 통하여 반응조 본체 내의 폐수를 펌핑하여 유출시킨다.Meanwhile, dissolved oxygen is injected from the air supply unit in order to form a low-concentration dissolved oxygen atmosphere necessary for the anammox process. In order to filter the particulate contaminants by the membrane, the outflow pump is connected to the reaction vessel body through a membrane, Thereby discharging the waste water.
즉, 본 발명의 폴리케톤 멤브레인을 포함하는 반응조를 이용한 폐수의 질소와 유기물 동시 제거방법은 하나의 유동상 분리막 아나목스 반응조를 이용하여 폐수의 질소 및 유기물을 제거하는 작용과 폴리케톤 멤브레인을 이용하여 유출수 중의 입자상및 용존 오염물질을 제거하는 작용이 거의 동시에 일어나면서 폐수를 정화처리한다.That is, the simultaneous removal of nitrogen and organic substances from the wastewater using the reaction tank including the polyketone membrane of the present invention can be performed by using a fluidized bed separation membrane Anamox reaction tank to remove nitrogen and organic substances from the wastewater, The action of removing particulate matter and dissolved contaminants in the effluent water takes place almost at the same time, and the wastewater is purified.
본 발명에서 상기 멤브레인으로는 폴리케톤 소재를 사용하는데, 바람직한 폴리케톤은 단량체 단위가 교대로 배열되어 있다. 즉, 중합체가 일반식-(CO)-A'-(여기서 A'는 적용된 단량체 A로부터 유래된 단량체 단위를 나타냄) 단위로 구성되며 하나 이상의 올레핀형 불포화 화합물(간단히 A로 나타냄)과 일산화탄소의 고분자량 선형중합체는, 중합체가 녹지 않거나 실제로 녹지 않는 희석액 내에서 단량체를 팔라듐-함유 촉매 조성물 용액과 접촉시켜 제조할 수 있다. 중합 과정 동안, 중합체는 희석액 내에서 현탁액의 형태로 얻어진다. 중합체 제조는 주로 배치식(batchwise)으로 수행된다.In the present invention, a polyketone material is used as the membrane, and preferred polyketones have monomer units alternately arranged. That is, when the polymer is composed of units represented by the general formula - (CO) -A '- (wherein A' represents a monomer unit derived from the applied monomer A) and contains at least one olefinically unsaturated compound (represented simply by A) Molecular weight linear polymers can be prepared by contacting the monomers with a solution of a palladium-containing catalyst composition in a dilute solution in which the polymer is insoluble or substantially insoluble. During the polymerization process, the polymer is obtained in the form of a suspension in a diluent. The polymer preparation is carried out primarily batchwise.
중합체의 배치식 제조는 통상적으로 희석액 및 단량체를 함유하고 원하는 온도 및 압력을 갖는 반응기에 촉매를 도입시킴으로써 수행한다. 폴리케톤의 중합이 진행됨에 따라 압력이 떨어지고 희석액 내 중합체의 농도가 올라가며 현탁액의 점성이 높아진다. 현탁액의 점성이, 예를 들어 열 제거와 관련한 어려움이 생길 정도까지 높은 값에 도달할 때까지, 중합을 계속한다. 배치식 중합체 제조 동안, 원한다면 중합 동안 반응기에 단량체를 첨가하여 온도 뿐만 아니라 압력을 일정하게 유지할 수 있다.The batchwise preparation of the polymer is typically carried out by introducing the catalyst into a reactor containing the diluent and the monomer and having the desired temperature and pressure. As the polymerization of the polyketone proceeds, the pressure drops, the concentration of the polymer in the diluent increases, and the viscosity of the suspension increases. The polymerization is continued until the viscosity of the suspension reaches a high value, for example, to the point where difficulties associated with heat removal occur. During batch polymer preparation, monomers can be added to the reactor during polymerization, if desired, to maintain the temperature as well as the pressure constant.
본 발명에서는 폴리케톤 중합에 이용하는 액상 매체로서 종래 폴리케톤의 제조에 주로 사용되어 오던 메탄올, 디클로로메탄 또는 니트로메탄 뿐 아니라, 초산과 물로 이루어지는 혼합용매, 에탄올과 프로파놀, 이소프로파놀 등을 사용할 수 있다. 특히 폴리케톤의 제조에 액상 매체로서 초산과 물의 혼합용매를 사용하면, 폴리케톤의 제조비용을 절감시키면서 촉매활성도 향상시킬 수 있다. 또한, 메탄올 또는 디클로로메탄 용매의 사용은 중합 단계 중 정지 반응을 유발하는 메카니즘을 형성하므로 용매에서 메탄올 또는 디클로로메탄을 제외한 초산, 물의 사용은 확률적으로 촉매 활성의 중단 효과를 가지고 있지 않으므로 중합 활성의 향상에 지대한 역할을 한다.In the present invention, as a liquid medium used for polyketone polymerization, a mixed solvent composed of acetic acid and water as well as methanol, propanol, and isopropanol can be used as well as methanol, dichloromethane, or nitromethane, have. Particularly, when a mixed solvent of acetic acid and water is used as a liquid medium in the production of polyketone, the catalyst activity can be improved while reducing the production cost of polyketone. Further, since the use of methanol or a dichloromethane solvent forms a mechanism for causing a stopping reaction during the polymerization step, the use of acetic acid or water other than methanol or dichloromethane in the solvent does not have an effect of stopping the catalytic activity stochastically, It plays a big role in improvement.
액상매체로서 초산과 물의 혼합용매를 사용 시, 물의 농도가 10용량% 미만으로 적을 때는 촉매활성에 영향을 덜 미치지만, 10용량% 이상의 농도가 되면 촉매활성이 급격히 증가한다. 반면, 물의 농도가 30용량%를 초과하면 촉매활성은 감소하는 경향을 보인다. 본 발명에서는 액상매체로서 70~90용량%의 초산과 30~10용량%의 물로 이루어지는 혼합용매를 사용하는 것이 바람직하다.When a mixed solvent of acetic acid and water is used as a liquid medium, when the concentration of water is less than 10% by volume, the activity is less affected by the catalytic activity, but when the concentration is 10% by volume or more, the catalytic activity increases sharply. On the other hand, when the concentration of water exceeds 30% by volume, the catalytic activity tends to decrease. In the present invention, it is preferable to use a mixed solvent comprising 70 to 90% by volume of acetic acid and 30 to 10% by volume of water as the liquid medium.
본 발명에 있어서 유기금속착체 촉매는, 주기율표 (IUPAC 무기화학 명명법 개정판, 1989)의 (a) 제9족, 제10족 또는 제11족 전이금속 화합물, (b) 제15족의 원소를 포함하는 리간드, 및 (c) pKa가 4 이하인 산의 음이온으로 이루어진다.In the present invention, the organometallic complex catalyst comprises (a) a Group 9, Group 10 or Group 11 transition metal compound of the Periodic Table of the Elements (IUPAC Inorganic Chemical Nomenclature Revised Edition, 1989), (b) And (c) an anion of an acid having a pKa of 4 or less.
제9족, 제10족 또는 제11족 전이금속 화합물(a) 중 제 9족 전이금속 화합물의 예로서는, 코발트 또는 루테늄의 착체, 카본산염, 인산염, 카바민산염, 술폰산염 등을 들 수 있고, 그 구체적인 예로서는 초산 코발트, 코발트 아세틸아세테이트, 초산 루테늄, 트리플루오로 초산 루테늄, 루테늄 아세틸아세테이트, 트리플루오로메탄 술폰산 루테늄 등을 들 수 있다.Examples of the Group 9 transition metal compound in the ninth, tenth, or eleventh group transition metal compound (a) include complexes of cobalt or ruthenium, carbonates, phosphates, carbamates, and sulfonates, Specific examples thereof include cobalt acetate, cobalt acetylacetate, ruthenium acetate, ruthenium trifluoroacetate, ruthenium acetylacetate and ruthenium trifluoromethanesulfonate.
제 10족 전이금속 화합물의 예로서는, 니켈 또는 팔라듐의 착체, 카본산염, 인산염, 카바민산염, 술폰산염 등을 들 수 있고, 그 구체적인 예로서는 초산 니켈, 니켈 아세틸아세테이트, 초산 팔라듐, 트리플루오로 초산 팔라듐, 팔라듐 아세틸아세테이트, 염화 팔라듐, 비스(N,N-디에틸카바메이트)비스(디에틸아민)팔라듐, 황산 팔라듐 등을 들 수 있다.Examples of the Group 10 transition metal compounds include complexes of nickel or palladium, carbonates, phosphates, carbamates, and sulfonates. Specific examples thereof include nickel acetate, nickel acetyl acetate, palladium acetate, palladium trifluoroacetate , Palladium acetylacetate, palladium chloride, bis (N, N-diethylcarbamate) bis (diethylamine) palladium and palladium sulfate.
제11족 전이금속 화합물의 예로서는, 구리 떠는 은의 착체, 카본산염, 인산염, 카바민산염, 술폰산염 등을 들 수 있고, 그 구체적인 예로서는 초산 구리, 트리플루오로 초산 구리, 구리 아세틸아세테이트, 초산 은, 트리플루오로 초산 은, 은 아세틸아세테이트, 트리플루오로메탄 술폰산 은 등을 들 수 있다.Examples of the Group 11 transition metal compound include a complex of copper and silver, a carbonate, a phosphate, a carbamate, and a sulfonate, and specific examples thereof include copper acetate, copper trifluoroacetate, copper acetylacetate, Examples of the trifluoroacetic acid include silver acetyl acetate, trifluoromethanesulfonic acid and the like.
이들 중에서 값싸고 경제적으로 바람직한 전이금속 화합물 (a)는 니켈 및 구리 화합물이고, 폴리케톤의 수득량 및 분자량의 면에서 바람직한 전이금속 화합물 (a)는 팔라듐 화합물이며, 촉매활성 및 고유점도 향상의 면에서는 초산 팔라듐을 사용하는 것이 가장 바람직하다.Of these, transition metal compounds (a), which are inexpensive and economically preferable, are nickel and copper compounds, and preferable transition metal compounds (a) in terms of yield and molecular weight of polyketones are palladium compounds, It is most preferable to use palladium acetate.
제 15족의 원자를 가지는 리간드(b)의 예로서는, 2,2-비피리딜, 4,4-디메틸-2,2-비피리딜, 2,2-비-4-피콜린, 2,2-비키놀린 등의 질소 리간드, 1,2-비스(디페닐포스피노)에탄, 1,3-비스(디페닐포스피노)프로판, 1,4-비스(디페닐포스피노)부탄, 1,3-비스[디(2-메틸)포스피노]프로판, 1,3-비스[디(2-이소프로필)포스피노]프로판, 1,3-비스[디(2-메톡시페닐) 포스피노]프로판, 1,3-비스[디(2-메톡시-4-술폰산나트륨-페닐)포스피노] 프로판, 1,2-비스(디페닐포스피노)시클로헥산, 1,2-비스(디페닐포스피노)벤젠, 1,2-비스[(디페닐포스피노)메틸]벤젠, 1,2-비스[[디(2-메톡시페닐)포스피노] 메틸]벤젠, 1,2-비스[[디(2-메톡시-4-술폰산나트륨-페닐)포스피노]메틸] 벤젠, 1,1-비스(디페닐포스피노)페로센, 2-히드록시-1,3-비스[디(2-메톡시페닐)포스피노]프로판, 2,2-디메틸-1,3-비스[디(2-메톡시페닐) 포스피노]프로판 등의 인 리간드를 들 수 있다.Examples of ligands (b) having a Group 15 atom include 2,2-bipyridyl, 4,4-dimethyl-2,2-bipyridyl, 2,2- (Diphenylphosphino) propane, 1,4-bis (diphenylphosphino) butane, 1,3-bis (diphenylphosphino) Bis [di (2-methylphenyl) phosphino] propane, 1,3-bis [di (2-isopropyl) Bis (diphenylphosphino) cyclohexane, 1,2-bis (diphenylphosphino) phosphine, ) Benzene, 1,2-bis [(diphenylphosphino) methyl] benzene, 1,2-bis [[di (2-methoxyphenyl) Bis (diphenylphosphino) ferrocene, 2-hydroxy-1,3-bis [di (2-methoxyphenyl) ) Phosphino] propane, 2,2-dimethyl-1,3-bis [di (2-methoxyphenyl) Phosphino] propane, and the like.
이들 중에서 바람직한 제 15족의 원소를 가지는 리간드(b)는, 제 15족의 원자를 가지는 인 리간드이고, 특히 폴리케톤의 수득량의 면에서 바람직한 인 리간드는 1,3-비스[디(2-메톡시페닐)포스피노]프로판, 1,2-비스[[디(2-메톡시페닐)포스피노]메틸]벤젠이고, 폴리케톤의 분자량의 측면에서는 2-히드록시-1,3-비스[디(2-메톡시페닐)포스피노]프로판, 2,2-디메틸-1,3-비스[디(2-메톡시페닐)포스피노]프로판이고, 유기용제를 필요로 하지 않고 안전하다는 면에서는 수용성의 1,3-비스[디(2-메톡시-4-술폰산나트륨-페닐)포스피노]프로판, 1,2-비스[[디(2-메톡시-4-술폰산 나트륨-페닐)포스피노]메틸]벤젠이고, 합성이 용이하고 대량으로 입수가 가능하고 경제면에 있어서 바람직한 것은 1,3-비스(디페닐포스피노)프로판, 1,4-비스(디페닐포스피노)부탄이다.Among these ligands, preferred ligands (b) having a Group 15 element are phosphorus ligands having an atom of Group 15, and particularly preferred ligands in terms of yield of polyketone are 1,3-bis [di (2- Methoxyphenyl) phosphino] propane and 1,2-bis [[di (2-methoxyphenyl) phosphino] methyl] benzene, Di (2-methoxyphenyl) phosphino] propane, and it is safe in that it does not require an organic solvent. Soluble sodium salts such as 1,3-bis [di (2-methoxy-4-sulfonic acid sodium-phenyl) phosphino] propane, 1,2- ] Methyl] benzene, and 1,3-bis (diphenylphosphino) propane and 1,4-bis (diphenylphosphino) butane are preferred for ease of synthesis and availability in large quantities and economically.
폴리케톤의 고유점도 및 촉매활성의 향상에 중점을 둔 본 발명에 있어서 바람직한 제15족 원자를 가지는 리간드 (b)는 1,3-비스-[디(2-메톡시페닐)포스피노]프로판 또는 ((2,2-디메틸-1,3-디옥산-5,5-디일)비스(메틸렌))비스(비스(2-메톡시페닐)포스핀)이고, 보다 바람직하게는 1,3-비스-[디(2-메톡시페닐)포스피노]프로판 또는 ((2,2-디메틸-1,3-디옥산-5,5-디일)비스(메틸렌))비스(비스(2-메톡시페닐)포스핀)이 더 좋다.The ligand (b) having a group 15 atom preferred in the present invention, which focuses on the intrinsic viscosity and catalytic activity of the polyketone, is 1,3-bis- [di (2-methoxyphenyl) Bis (bis (methylene)) bis (bis (2-methoxyphenyl) phosphine), and more preferably 1,3-bis Bis (methylene)) bis (bis (2-methoxyphenyl) phosphino] propane or ((2,2-dimethyl-1,3-dioxane-5,5- ) Phosphine) is better.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
상기 화학식 1의 ((2,2-디메틸-1,3-디옥산-5,5-디일)비스(메틸렌))비스(비스(2-메톡시페닐)포스핀)은 현재까지 소개된 폴리케톤 중합촉매 중 최고활성을 보이는 것으로 알려진 3,3-비스-[비스-(2-메톡시페닐)포스파닐메틸]-1,5-디옥사-스파이로[5,5]운데칸과 동등한 활성 발현을 보이되 그 구조는 더욱 단순하고 분자량 또한 더욱 낮은 물질이다. 그 결과, 본 발명은 당분야의 폴리케톤 중합촉매로서 최고활성을 확보하면서도 그 제조비용 및 원가는 더욱 절감된 신규한 폴리케톤 중합촉매를 제공할 수 있게 되었다. 폴리케톤 중합촉매용 리간드의 제조방법은은 다음과 같다. 비스(2-메톡시페닐)포스핀, 5,5-비스(브로모메틸)-2,2-디메틸-1,3-디옥산 및 수소화나트륨(NaH)을 사용하여 ((2,2-디메틸-1,3-디옥산-5,5-디일)비스(메틸렌))비스(비스(2-메톡시페닐)포스핀)을 얻는 것을 특징으로 하는 폴리케톤 중합촉매용 리간드의 제조방법이 제공된다. 본 발명의 폴리케톤 중합촉매용 리간드 제조방법은 종래 3,3-비스-[비스-(2-메톡시페닐)포스파닐메틸]-1,5-디옥사-스파이로[5,5]운데칸의 합성법과는 달리 리튬이 사용되지 않는 안전한 환경하에서 용이한 프로세스를 통해 ((2,2-디메틸-1,3-디옥산-5,5-디일)비스(메틸렌))비스(비스(2-메톡시페닐)포스핀)을 상업적으로 대량합성할 수 있다. Bis (bis (2-methoxyphenyl) phosphine) bis ((2,2-dimethyl-1,3-dioxane-5,5-diyl) bis Activity equivalent to that of 3,3-bis- [bis- (2-methoxyphenyl) phosphanylmethyl] -1,5-dioxa-spiro [5,5] undecane, which is known to exhibit the highest activity among polymerization catalysts The structure is simpler and has a lower molecular weight. As a result, the present invention has been able to provide a novel polyketone polymerization catalyst having the highest activity as a polyketone polymerization catalyst of the present invention, while further reducing its manufacturing cost and cost. A method for producing a ligand for a polyketone polymerization catalyst is as follows. ((2,2-dimethyl) -2,3-dioxolane was obtained by using bis (2-methoxyphenyl) phosphine, 5,5-bis (bromomethyl) Bis (bis (methylene)) bis (bis (2-methoxyphenyl) phosphine) is obtained by reacting a bis (methylene) . The process for preparing a ligand for a polyketone polymerization catalyst according to the present invention is a process for producing a ligand for a polyketone polymerization catalyst which comprises reacting 3,3-bis- [bis- (2-methoxyphenyl) phosphanylmethyl] -1,5-dioxa-spiro [5,5] ((2,2-dimethyl-1,3-dioxane-5,5-diyl) bis (methylene)) bis (bis (2- Methoxyphenyl) phosphine) can be commercially synthesized in a large amount.
바람직한 일 구체예에서, 본 발명의 폴리케톤 중합촉매용 리간드 제조방법은 (a) 질소 대기하에서 비스(2-메톡시페닐)포스핀 및 디메틸설폭시드(DMSO)를 반응용기에 투입하고 상온에서 수소화나트륨을 가한 뒤 교반하는 단계; (b) 얻어진 혼합액에 5,5-비스(브로모메틸)-2,2-디메틸-1,3-디옥산 및 디메틸설폭시드를 가한 뒤 교반하여 반응시키는 단계; (c) 반응 완료 후 메탄올을 투입하고 교반하는 단계;(d) 톨루엔 및 물을 투입하고 층분리 후 유층을 물로 세척한 다음 무수황산나트륨으로 건조 후 감압 여과를 하고 감압 농축하는 단계; 및 (e) 잔류물을 메탄올 하에서 재결정하여 ((2,2-디메틸-1,3-디옥산-5,5-디일)비스(메틸렌))비스(비스(2-메톡시페닐)포스핀)를 얻는 단계;를 거쳐 수행될 수 있다. In a preferred embodiment, the process for preparing a ligand for a polyketone polymerization catalyst of the present invention comprises: (a) introducing bis (2-methoxyphenyl) phosphine and dimethylsulfoxide (DMSO) into a reaction vessel under nitrogen atmosphere, Adding sodium and stirring; (b) adding 5,5-bis (bromomethyl) -2,2-dimethyl-1,3-dioxane and dimethylsulfoxide to the resulting mixture, followed by stirring and reacting; (c) adding methanol and stirring after completion of the reaction; (d) adding toluene and water, separating the layers, washing the oil layer with water, drying with anhydrous sodium sulfate, filtering under reduced pressure, and concentrating under reduced pressure; And (e) the residue was recrystallized from methanol to obtain ((2,2-dimethyl-1,3-dioxane-5,5- diyl) bis (methylene)) bis (bis (2- methoxyphenyl) And a step of acquiring the image data.
제 9족, 제 10족 또는 제 11족 전이금속 화합물 (a)의 사용량은, 선택되는 에틸렌성 불포화 화합물의 종류나 다른 중합조건에 따라 그 적합한 값이 달라지기 때문에, 일률적으로 그 범위를 한정할 수는 없으나, 통상 반응대역의 용량 1리터당 0.01~100밀리몰, 바람직하게는 0.01~10밀리몰이다. 반응대역의 용량이라는 것은, 반응기의 액상의 용량을 말한다.The amount of the Group 9, Group 10 or Group 11 transition metal compound (a) varies depending on the kind of the ethylenically unsaturated compound to be selected and other polymerization conditions. But is usually 0.01 to 100 mmol, preferably 0.01 to 10 mmol, per liter of the reaction volume of the reaction zone. The capacity of the reaction zone means the liquid phase capacity of the reactor.
pKa가 4 이하인 산의 음이온(c)의 예로서는, 트리플루오로 초산, 트리플루오로메탄 술폰산, p-톨루엔 술폰산, m-톨루엔 술폰산 등의 pKa가 4 이하인 유기산의 음이온; 과염소산, 황산, 질산, 인산, 헤테로폴리산, 테트라플루오로붕산, 헥사플루오로인산, 플루오로규산 등의 pKa가 4 이하인 무기산의 음이온; 트리스펜타플루오로페닐보란, 트리스페닐카르베늄 테트라키스(펜타플루오로 페닐)보레이트, N,N-디메틸아리늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트 등의 붕소화합물의 음이온을 들 수 있다.Examples of the anion (c) of the acid having a pKa of 4 or less include an anion of an organic acid having a pKa of 4 or less, such as trifluoroacetic acid, trifluoromethanesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, or m-toluenesulfonic acid; Anions of inorganic acids having a pKa of 4 or less such as perchloric acid, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, heteropoly acid, tetrafluoroboric acid, hexafluorophosphoric acid, and fluorosilicic acid; And anions of boron compounds such as trispentafluorophenylborane, trisphenylcarbenium tetrakis (pentafluorophenyl) borate, and N, N-dimethylarinium tetrakis (pentafluorophenyl) borate.
특히 본 발명에 있어서 바람직한 pKa가 4 이하인 산의 음이온 (c)는 p-톨루엔 술폰산인데, 이는 액상매체로서 초산과 물의 혼합용매와 함께 사용하는 경우에, 높은 촉매 활성을 가질 뿐 아니라, 높은 고유점도를 가지는 폴리케톤의 제조가 가능해진다.In particular, the anion (c) of the acid having a pKa of 4 or less, which is preferred in the present invention, is p-toluenesulfonic acid. When used together with a mixed solvent of acetic acid and water as a liquid medium, It is possible to prepare a polyketone having a functional group
상기 (a) 제 9족, 제 10족 또는 제 11족 전이금속 화합물과 (b) 제15족의 원소를 가지는 리간드의 몰비는 팔라듐 원소 1몰당 리간드의 제 15족 원소 0.1 내지 20몰, 바람직하게는 0.1 내지 10몰, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 5몰의 비율로 첨가되는 것이 좋다. 리간드가 팔라듐 원소 대비 0.1몰 미만으로 첨가되면, 리간드와 전이금속간의 결속력이 저하되어 반응 도중 팔라듐의 탈착이 가속화되며, 반응이 빨리 종결되는 단점이 발생하고, 리간드가 팔라듐 원소 대비 20몰을 초과하여 첨가되면, 유기금속 착체 촉매에 의한 중합반응에 리간드가 가리움효과를 발생시켜 반응속도가 현저히 저하되는 단점이 생길 수 있다.The molar ratio of (a) the ninth, tenth or eleventh group transition metal compound and (b) the ligand having an element of Group 15 element is 0.1 to 20 moles of the Group 15 element of the ligand per 1 mole of the palladium element, Is preferably added in a proportion of 0.1 to 10 moles, more preferably 0.1 to 5 moles. When the ligand is added in an amount of less than 0.1 mole based on the palladium element, the binding force between the ligand and the transition metal decreases, accelerating the desorption of the palladium during the reaction, and causing the reaction to terminate quickly. When the ligand exceeds 20 moles When added, the ligand is shielded from the polymerization reaction by the organometallic complex catalyst, so that the reaction rate is remarkably lowered.
(a) 제 9족, 제 10족 또는 제 11족 전이금속 화합물과 (c) pKa가 4 이하인 산의 음이온의 몰비는 팔라듐 원소 1몰당 산의 몰비가 0.1 내지 20몰, 바람직하게는 0.1 내지 10몰, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 5몰의 비율로 첨가되는 것이 좋다. 산이 팔라듐 원소 대비 0.1몰 미만으로 첨가되면, 폴리케톤의 고유점도 향상의 효과가 만족스럽지 못하고, 산이 팔라듐 원소 대비 20몰을 초과하여 첨가되면, 폴리케톤 제조용 촉매 활성이 오히려 감소하는 경향이 있으므로 바람직하지 않다.The molar ratio of (a) the anion of the ninth, tenth or eleventh group transition metal compound and (c) the anion of the acid having a pKa of 4 or less is 0.1 to 20 mol, preferably 0.1 to 10 mol, Mol, and more preferably 0.1 to 5 mol. When the acid is added in an amount of less than 0.1 mol based on the palladium element, the effect of improving the intrinsic viscosity of the polyketone is unsatisfactory. If the acid is added in an amount exceeding 20 mol based on the palladium element, the catalytic activity for producing the polyketone tends to be rather reduced. not.
본 발명에 있어서, 상기 폴리케톤 제조용 촉매와 반응시키는 반응가스는 일산화탄소와 에틸렌성 불포화 화합물을 적절히 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. In the present invention, the reaction gas to be reacted with the catalyst for producing polyketone is preferably a mixture of carbon monoxide and an ethylenically unsaturated compound.
일산화탄소와 공중합하는 에틸렌성 불포화 화합물의 예로서는, 에틸렌, 프로필렌, 1-부텐, 1-헥센, 4-메틸-1-펜텐, 1-옥텐, 1-데센, 1-도데센, 1-테트라데센, 1-헥사데센, 비닐시클로헥산을 포함하는 C2 내지 C20의 α-올레핀; 스티렌, α-메틸스티렌을 포함하는 C2 내지 C20의 알케닐 방향족 화합물; 시클로펜텐, 노르보르넨, 5-메틸노르보르넨, 5-페닐노르보르넨, 테트라시클로도데센, 트리시클로도데센, 트리시클로운데센, 펜타시클로펜타데센, 펜타시클로헥사데센, 8-에틸테트라시클로도데센을 포함하는 C4 내지 C40의 환상 올레핀; 염화비닐을 포함하는 C2 내지 C10의 할로겐화 비닐; 에틸아크릴레이트, 메틸아크릴레이트를 포함하는 C3 내지 C30의 아크릴산 에스테르 중 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 선택하여 사용할 수 있다. 이들 에틸렌성 불포화 화합물은 단독 또는 복수종의 혼합물로서 사용된다. 이들 중에서 바람직한 에틸렌성 불포화 화합물은 α-올레핀이고, 더욱 바람직하게는 탄소수가 2 내지 4인 α-올레핀, 가장 바람직하게는 에틸렌이다.Examples of the ethylenically unsaturated compound copolymerized with carbon monoxide include ethylene, propylene, 1-butene, 1-hexene, 4-methyl-1-pentene, 1-octene, C2-C20 alpha-olefins including hexadecene, vinylcyclohexane; Styrene, C2-C20 alkenyl aromatic compounds including? -Methylstyrene; But are not limited to, cyclopentene, norbornene, 5-methylnorbornene, 5-phenylnorbornene, tetracyclododecene, tricyclododecene, tricyclo undecene, pentacyclopentadecene, pentacyclohexadecene, C4 to C40 cyclic olefins including cyclododecene; C2 to C10 halogenated vinyls containing vinyl chloride; Ethyl acrylate, methyl acrylate, and mixtures of two or more selected from among C3 to C30 acrylic esters. These ethylenically unsaturated compounds are used singly or as a mixture of plural kinds. Of these, preferred ethylenically unsaturated compounds are? -Olefins, more preferably? -Olefins having 2 to 4 carbon atoms, and most preferably ethylene.
폴리케톤의 제조시, 일산화탄소와 에틸렌성 불포화 화합물의 투입비를 1:1로 하는 것이 일반적이지만, 본 발명에서는 일산화탄소와 에틸렌성 불포화 화합물의 투입비는 몰비율 1:10 내지 10:1로 조절하여 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에서와 같이 에틸렌성 불포화 화합물과 일산화탄소를 적절한 비율로 혼합하여 사용할 경우, 촉매활성 면에서도 효과적이며, 제조된 폴리케톤의 고유점도 향상 효과를 동시에 달성할 수 있다. 일산화탄소 또는 에틸렌을 5몰% 미만 또는 95몰%를 초과하여 투입할 경우, 반응성이 떨어지며, 제조된 폴리케톤의 물성이 나빠질 수 있다. In the production of polyketones, the charging ratio of the carbon monoxide and the ethylenic unsaturated compound is generally 1: 1. In the present invention, the charging ratio of the carbon monoxide and the ethylenic unsaturated compound is adjusted to a molar ratio of 1:10 to 10: 1 . As in the present invention, when an ethylenically unsaturated compound and carbon monoxide are mixed in an appropriate ratio, they are effective also in terms of catalytic activity, and the intrinsic viscosity improvement effect of the produced polyketone can be simultaneously achieved. When carbon monoxide or ethylene is added in an amount of less than 5 mol% or more than 95 mol%, the reactivity is poor and the physical properties of the produced polyketone may be deteriorated.
본 발명에서 바람직하게 사용되는 폴리케톤 폴리머는 일산화탄소와 에텐(ethene)과의 코폴리머 또는 일산화탄소와 에텐과 적어도 3개의 탄소원자를 가지는 제2의 올레핀계 불포화 탄화수소, 특히 프로펜(propene) 같은 α-올레핀과의 터폴리머(terpolymer)이다. The polyketone polymer preferably used in the present invention is a copolymer of carbon monoxide and ethene or a second olefinically unsaturated hydrocarbon having carbon monoxide, ethene and at least three carbon atoms, in particular alpha-olefins such as propene Is a terpolymer.
상기 폴리케톤 터폴리머를 본 발명의 블랜드의 주요 폴리머 성분으로서 사용할 때에, 터폴리머내의 제2의 탄화수소 부분을 포함하고 있는 각단위에 대하여, 에틸렌 부분을 포함하고 있는 단위가 적어도 2개 있다. 제2의 탄화수소 부분을 포함하고 있는 단위가 10~100개 있는 것이 바람직하다.When the polyketone terpolymer is used as the main polymer component of the blend of the present invention, there are at least two units containing an ethylene moiety in each unit containing the second hydrocarbon moiety in the terpolymer. It is preferable that the number of units containing the second hydrocarbon moiety is from 10 to 100.
일 구체예로, 상기 폴리케톤 폴리머는 일반식 (1)과 (2)로 표시되는 반복 단위로 이루어진 공중합체로서, y/x가 0.01 이하 인 것이 바람직하다. 상기 y/x값의 수치가 0.01을 초과하는 경우는 기계적 물성이 떨어진다. In one embodiment, the polyketone polymer is a copolymer comprising repeating units represented by the general formulas (1) and (2), and it is preferable that y / x is 0.01 or less. When the value of the y / x value exceeds 0.01, the mechanical properties are deteriorated.
-[-CH2CH2-CO]x- (1)- [- CH2CH2-CO] x- (1)
-[-CH2-CH(CH3)-CO]y- (2)- [- CH2 --CH (CH3) - CO] y - (2)
한편, 본 발명에서 사용하는 폴리머의 통산의 융점은 175℃~300℃이고, 또한 일반적으로는 210℃~270℃ 이다. 표준 세관점도 측정장치를 사용하고 HFIP(Hexafluoroisopropylalcohol)로 60℃에 측정한 폴리머의 극한 점도 수(LVN)는0.5dl/g~10dl/g, 또한 바람직하게는 5.0dl/g~7.0dl/g이다. 이 때, 폴리케톤 폴리머의 고유점도가 5.0 미만일 경우 분리막으로 제조 시 기계적 강도(내마모성)가 떨어지며, 7.0을 초과하는 경우 작업성이 떨어진다.On the other hand, the total melting point of the polymer used in the present invention is 175 ° C to 300 ° C, and generally 210 ° C to 270 ° C. The intrinsic viscosity (LVN) of the polymer measured by HFIP (Hexafluoroisopropylalcohol) at 60 DEG C using a standard tubular viscosity measuring apparatus is 0.5 dl / g to 10 dl / g, and preferably 5.0 dl / g to 7.0 dl / g . When the intrinsic viscosity of the polyketone polymer is less than 5.0, the mechanical strength (abrasion resistance) of the separator is lowered. When the intrinsic viscosity is more than 7.0, the workability is deteriorated.
폴리케톤 폴리머의 바람직한 제조 방법은 미국 특허 제4,843,144호에 개시되어 있다. 본 발명에서는 액상 매체로서 초산과 물의 혼합용매를 사용하고, 중합 반응은 (a)팔라듐 화합물과 (b)인의 2좌 배위자 및 (c)pKa 4이하의 산의 음이온으로 구성된 촉매 조성물에 의해 일어나는 것으로, 상기 촉매는 상기 3성분을 접촉시킴으로써 생성된다. 접촉시키는 방법은 임의의 방법을 채용할 수 있는데, 적당한 용매 중에 3성분을 미리 혼합한 용액을 만들어 사용해도 좋고, 중합계에 3성분을 각기 공급하여 중합계 내에서 접촉시켜도 무방하다. A preferred process for producing a polyketone polymer is disclosed in U.S. Patent No. 4,843,144. In the present invention, a mixed solvent of acetic acid and water is used as a liquid medium, and the polymerization reaction is caused by a catalyst composition composed of (a) a palladium compound, (b) a bidentate ligand and (c) an anion of an acid having a pKa of 4 or less , The catalyst is produced by contacting the three components. Any method may be employed. A solution prepared by preliminarily mixing three components in a suitable solvent may be used, or the three components may be supplied to the polymerization system and contacted in the polymerization system.
한편, 폴리케톤의 분자량 분포는 2.5 내지 3.5인 것이 바람직한데, 2.5 미만은 중합수율이 떨어지며, 3.5 이상은 성형성이 떨어지는 문제점이 있었다. 상기 분자량 분포를 조절하기 위해서는 팔라듐 촉매의 양과 중합온도에 따라 비례하여 조절이 가능하다. 즉, 팔라듐 촉매의 양이 많아지거나, 중합온도가 100℃ 이상이면 분자량 분포가 커지는 양상을 보인다.On the other hand, it is preferable that the molecular weight distribution of the polyketone is 2.5 to 3.5, and if it is less than 2.5, the polymerization yield is lowered. In order to control the molecular weight distribution, it is possible to adjust proportionally according to the amount of the palladium catalyst and the polymerization temperature. That is, when the amount of the palladium catalyst is increased or when the polymerization temperature is 100 ° C or higher, the molecular weight distribution becomes larger.
본 발명을 실시함에 있어서, 중합법으로서는 액상 매체를 사용하는 용액중합법, 현탁중합법, 소량의 중합체에 고농도의 촉매 용액을 함침시키는 기상중합법 등이 사용된다. 중합은 배치식 또는 연속식 중 어느 것이어도 좋다. 중합에 사용하는 반응기는, 공지의 것을 그대로, 또는 가공하여 사용할 수 있다. 중합온도에 대해서는 특별히 제한은 없고, 일반적으로 40 내지 250℃, 바람직하게는 50 내지 180℃가 채용된다. 반응온도가 40℃ 미만이면 중합반응성이 나빠 반응이 진행되지 않으며, 반응온도가 250℃를 초과하면 고분자로의 중합반응보다 올리고머 또는 단량체 제조 및 분해반응과 같은 부반응이 활발하게 일어나 폴리케톤 수율이 떨어진다. 중합시의 압력에 대해서도 제한은 없으나, 일반적으로 상압 내지 20MPa, 바람직하게는 4 내지 15MPa이다. 상압 이하의 압력에서는 중합반응의 속도가 매우 낮으며, 20MPa 이상의 압력에서는 부반응속도가 높아지는 단점이 있다. In carrying out the present invention, the polymerization method includes a solution polymerization method using a liquid medium, a suspension polymerization method, a vapor phase polymerization method in which a small amount of a polymer is impregnated with a high concentration catalyst solution, and the like. The polymerization may be either batchwise or continuous. The reactor used in the polymerization can be used as it is or in a known manner. The polymerization temperature is not particularly limited and generally 40 to 250 占 폚, preferably 50 to 180 占 폚 is employed. If the reaction temperature is less than 40 ° C, the polymerization reaction is poor and the reaction does not proceed. If the reaction temperature exceeds 250 ° C, a side reaction such as oligomerization or monomer preparation and decomposition reaction is more active than polymerization reaction with a polymer, . The pressure at the time of polymerization is not particularly limited, but is generally from normal pressure to 20 MPa, preferably from 4 to 15 MPa. The polymerization reaction rate is very low at a pressure lower than the atmospheric pressure, and the side reaction speed is increased at a pressure of 20 MPa or higher.
이하, 상기 제조된 폴리케톤을 이용하여 도프를 제조하여 폴리케톤 멤브레인을 제조하는 방법을 설명한다.Hereinafter, a method for producing a polyketone membrane by preparing a dope using the polyketone will be described.
본 발명에서는 ZnCl2, CaCl2 및 LiCl로 구성된 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 금속염을 용매인 물에 용해하여 금속염 수용액을 제조한 후 상기 금속염 수용액에 상기 폴리케톤 공중합체를 용해시킨 도프 용액을 사용한다. 여기서 금속염 수용액은 ZnCl2/CaCl2, ZnCl2/LiCL, ZnCl2/CaSCN, ZnCl2/CaCl2/LiCl 및 ZnCl2/Cacl2/CaSCN으로 구성되는 군에서 선택되는 금속염의 수용액인 것이 바람직하다.In the present invention, a dope solution is prepared by dissolving one or more metal salts selected from the group consisting of ZnCl 2, CaCl 2, and LiCl in water as a solvent to prepare a metal salt aqueous solution, and then dissolving the polyketone copolymer in the metal salt aqueous solution . Wherein the aqueous metal salt solution is an aqueous solution of a metal salt selected from the group consisting of ZnCl2 / CaCl2, ZnCl2 / LiCL, ZnCl2 / CaSCN, ZnCl2 / CaCl2 / LiCl and ZnCl2 / CaCl2 / CaSCN.
도프 용액이 제조되면, 제조된 도프 용액을 일정한 두께로 지지체 상에 도포한다. 먼저 지지체가 이동하면서 드럼과 나이프 사이의 일정한 간격을 통과함에 따라 도프 용액이 지지체의 한 면에 균일한 두께로 도포된다. 본 발명의 다양한 구현 예들에 의하면 도프 용액을 도포하는 수단으로 나이프와 드럼 이외에, 나이프와 유리판, 나이프와 표면이 매끈하게 가공된 단단한 재질의 판 또는 드럼과 유리판, 드럼과 드럼, 드럼과 표면이 매끈하게 가공된 단단한 재질의 판 또는 익스트루더와 유리판, 익스트루더와 드럼, 익스트루더와 표면이 매끈하게 가공된 단단한 재질의 판 등이 이용될 수 있다.When the dope solution is prepared, the prepared dope solution is applied on the support to a constant thickness. The dope solution is applied to one side of the support uniformly as the support first passes through a certain distance between the drum and the knife while moving. According to various embodiments of the present invention, in addition to the knife and the drum, the means for applying the dope solution includes a knife and a glass plate, a plate or a drum made of a smooth material having a knife and a surface smoothly processed and a glass plate, a drum and a drum, Extruders and extruders, extruders and drums, extruders and plates of solid material whose surfaces have been smoothly worked.
상기 지지체는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하는 것이 바람직하다.The support preferably uses polyethylene terephthalate.
상기와 같은 구성의 아나목스 반응조를 이용하여 폐수의 질소 및 유기물을 제거하여 유출수 중의 입자상 및 용존 오염물질을 제거하는 작용이 거의 동시에 일어나면서 폐수를 정화처리한다. 따라서, 여러개의 반응조를 구비할 필요가 없으며, 슬러지 발생량이 감소되어 슬러지 처리를 위한 시설을 구비하지 않아도 되거나 구비하여도 소규모로 구비하면 되는 등 폐수 처리 시스템의 시설을 간소화할 수 있고 부지 면적도 줄일 수 있다.The nitrogen and organic matter of the wastewater is removed using the Anamox reaction tank having the above-described structure, and the action of removing particulate matter and dissolved contaminants from the effluent water is almost simultaneously occurred, and the wastewater is purified. Accordingly, it is not necessary to provide a plurality of reaction vessels, and the amount of sludge generated is reduced, so that it is possible to simplify the facilities of the wastewater treatment system such that the facilities for sludge treatment are not provided, .
45;폐수 이송펌프, 51;반응조 본체,
52;유동입자, 53,53-1;가스-유동입자 분리부,
54;멤브레인, 55;순환유닛,
56;공기공급유닛, 57;유출펌프,
58;가스 배출관, 59;수위감지센서,
60;제어부45, a waste water transfer pump, 51, a reactor main body,
52, flow particles, 53, 53-1, gas-flow particle separator,
54, membrane, 55, circulation unit,
56, an
58, a gas discharge pipe, 59, a water level sensor,
60,
Claims (5)
상기 반응조 본체 내부에서 아나목스 미생물이 부착되어 유동하는 유동입자;
상기 반응조 본체의 상부에 마련된 가스-유동입자 분리부;
상기 반응조 본체 내에 침지되어 미생물에 의해 제거되지 않은 유출수중의 입자상 및 용존 오염물질을 제거하는 폴리케톤 재질의 멤브레인;
상기 반응조 본체 내부의 유출수를 순환시키기 위한 순환유닛;
상기 반응조 본체 내부에 아나목스 공정에 필요한 저농도의 용존 산소를 공급/조절하는 공기공급유닛; 및
상기 멤브레인에 연결되어 반응조 본체 내부의 유출수를 외부로 유출시키기 위한 유출펌프;로 구성되고,
상기 멤브레인의 재질로 이용되는 폴리케톤은 하기 화학식 (1)과 (2)로 표시되는 반복 단위로 이루어진 공중합체로서, y/x가 0.01 이하이고, 분자량 분포는 2.5 내지 3.5이며, 점도는 5.0 내지 7.0dl/g인 것을 특징으로 하는 아나목스 반응조.
-[-CH2CH2-CO]x- (1)
-[-CH2-CH(CH3)-CO]y- (2)
A reaction tank body containing anammox microorganisms;
Flowing particles in which anammox microorganisms adhere to the inside of the reaction tank body;
A gas-flowing particle separator provided on an upper portion of the reaction vessel body;
A membrane of a polyketone material which removes particulate matter and dissolved contaminants in the effluent water immersed in the reaction tank body and not removed by microorganisms;
A circulation unit for circulating the effluent in the reaction tank body;
An air supply unit for supplying / regulating the low concentration of dissolved oxygen required for the anammox process in the reaction vessel body; And
And a drain pump connected to the membrane for discharging the effluent in the reaction tank body to the outside,
The polyketone used as the material of the membrane is a copolymer comprising repeating units represented by the following chemical formulas (1) and (2), wherein y / x is 0.01 or less, the molecular weight distribution is 2.5 to 3.5, 7.0 dl / g.
- [- CH2CH2-CO] x- (1)
- [- CH2 --CH (CH3) - CO] y - (2)
상기 폴리케톤 재질의 멤브레인은 다수의 미세기공을 구비하는 중공사막 또는 평막으로 형성되는 것을 특징으로 한 아나목스 반응조.
The method according to claim 1,
Wherein the membrane of the polyketone is formed of a hollow fiber membrane or flat membrane having a plurality of micropores.
상기 폴리케톤 재질의 멤브레인은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 지지체 상에 폴리케톤 도프 용액을 도포함으로 제조된 것을 특징으로 하는 아나목스 반응조.
The method according to claim 1,
Wherein the polyketone membrane is made by applying a polyketone doping solution onto a polyethylene terephthalate support.
상기 유동상 분리막 아나목스 반응조의 체류하는 미생물을 이용하여 폐수 속 질소를 제거하는 단계;
상기 유동상 분리막 아나목스 반응조에 침지된 폴리케톤 재질의 멤브레인을 이용하여 폐수 내 입자상 및 용존 오염물질을 제거하는 단계;
공기공급유닛을 이용하여 상기 유동상 분리막 아나목스 반응조에 공기를 공급하여 저농도의 용존 산소를 공급/조절하는 단계; 및
상기 오염물질이 제거된 폐수를 유출펌프로 외부로 유출시키는 단계를 포함하고,
상기 멤브레인의 재질로 이용되는 폴리케톤은 하기 화학식 (1)과 (2)로 표시되는 반복 단위로 이루어진 공중합체로서, y/x가 0.01 이하이고, 분자량 분포는 2.5 내지 3.5이며, 점도는 5.0 내지 7.0dl/g인 것을 특징으로 하는 아나목스 반응조를 이용한 폐수 처리 방법.
-[-CH2CH2-CO]x- (1)
-[-CH2-CH(CH3)-CO]y- (2)
Transferring the wastewater to a fluid bed membrane anammox reactor by a wastewater transfer pump;
Removing nitrogen in the wastewater by using a microorganism staying in the fluid bed separation membrane Anamox reaction tank;
Removing the particulate matter and dissolved contaminants in the wastewater by using a polyketone membrane immersed in the fluid bed separation membrane Anamox reaction tank;
Supplying air to the fluidized-bed separation membrane anammosis tank using an air supply unit to supply / regulate low-concentration dissolved oxygen; And
And discharging the wastewater from which the pollutants have been removed to the outside through an outflow pump,
The polyketone used as the material of the membrane is a copolymer comprising repeating units represented by the following chemical formulas (1) and (2), wherein y / x is 0.01 or less, the molecular weight distribution is 2.5 to 3.5, 7.0 dl / g. ≪ / RTI >
- [- CH2CH2-CO] x- (1)
- [- CH2 --CH (CH3) - CO] y - (2)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |