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KR102054204B1 - Defect-free membrane formed on mesh support layer, method for manufacturing the same and subtle energy harvesting device using the same - Google Patents

Defect-free membrane formed on mesh support layer, method for manufacturing the same and subtle energy harvesting device using the same Download PDF

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KR102054204B1
KR102054204B1 KR1020180055091A KR20180055091A KR102054204B1 KR 102054204 B1 KR102054204 B1 KR 102054204B1 KR 1020180055091 A KR1020180055091 A KR 1020180055091A KR 20180055091 A KR20180055091 A KR 20180055091A KR 102054204 B1 KR102054204 B1 KR 102054204B1
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박철호
김대진
유철
최정철
이광세
최지연
남주연
장문석
곽성조
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한국에너지기술연구원
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Abstract

본 발명은 다공성 지지체 위에 형성된 무결점 분리막 및 이의 제조 방법 및 이를 이용한 미소 에너지 추출 소자에 관한 것으로 더욱 상세하게는 다공성 지지체 위에 무결점 분리막을 제조하는 방법과 상기 제조방법으로 제조된 분리막 및 이를 이용한 미소 에너지 추출 소자에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 클로라이드기를 함유하고 있는 유기용매를 사용함으로써 1 마이크로미터 이상의 기공 크기를 가지고 있는 다공성 지지체 위에 대면적으로 무결점막을 형성시킬 수 있다. 또한 유기산 처리를 통해 다공성 지지체에 나노박막의 결합력을 향상시킬 수 있다. 또한 분리막 표면에 양이온 및 음이온을 과량으로 도입하여 선택성을 증가시킬 수 있다.
The present invention relates to a defect-free separator formed on a porous support, a method of manufacturing the same, and a microenergy extraction device using the same. It relates to an element.
According to the present invention, by using an organic solvent containing a chloride group 1 Large area defect-free membranes can be formed on a porous support having a pore size of at least micrometers. In addition, it is possible to improve the binding strength of the nano thin film to the porous support through the organic acid treatment. In addition, the selectivity may be increased by introducing an excess of cations and anions to the separator surface.

Description

다공성 지지체 위에 형성된 무결점 분리막 및 이의 제조방법 및 이를 이용한 미소 에너지 추출 소자{DEFECT-FREE MEMBRANE FORMED ON MESH SUPPORT LAYER, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME AND SUBTLE ENERGY HARVESTING DEVICE USING THE SAME}DEFECT-FREE MEMBRANE FORMED ON MESH SUPPORT LAYER, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME AND SUBTLE ENERGY HARVESTING DEVICE USING THE SAME}

본 발명은 다공성 지지체 위에 형성된 무결점 분리막 및 이의 제조 방법 및 이를 이용한 미소 에너지 추출 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a defect-free separator formed on a porous support, a method for manufacturing the same, and a micro energy extraction device using the same.

계면중합기술은 혼합되지 않은 두 가지 계면에서 축합반응을 할 수 있는 서로 다른 단량체들이 고분자로 성장하는 기술로 다양한 응용분야에 적용되고 있다. 환경 및 에너지의 신산업 확장으로 인해 고성능 분리막 개발의 요구가 지속적으로 요구되고 있다. 계면중합기술을 기반으로 하는 역삼투막, 나노분리막 등이 실제 양산화에 적용되고 있으며, 기체 분리막, 유기용액 분리막 등 다양한 분리응용분야에 적용되고 있다. The interfacial polymerization technology is a technique in which different monomers capable of condensation reaction at two unmixed interfaces grow into polymers and are applied to various applications. Due to the expansion of new industries of environment and energy, there is a continuous demand for the development of high performance separators. Reverse osmosis membranes and nano separation membranes based on interfacial polymerization technology have been applied to actual mass production, and are applied to various separation applications such as gas separation membranes and organic solution separation membranes.

계면중합은 나노두께의 막을 형성하기 때문에 기계적강도가 매우 약하다. 따라서 나노두께의 막이 분리막으로써 성능을 유지하기 위해서는 필수적으로 지지층(support layer)을 사용해야 한다. 이때 지지층 구조에 따라 평막 및 중공사막으로 나뉘지만, 지지층 모양에 상관없이, 나노박막이 코팅되는 지지층의 표면기공크기는 도 1에서처럼 매우 작은 기공 (일반적으로 수 나노미터 크기)을 가져야 한다. 이러한 이유는 도 2에서처럼 일반적인 계면중합을 통해 형성되는 나노분리막의 구조는 융선골 구조 (ridge-and-valley formations)를 가지는데, 이런 구조들은 기본적으로 결점의 존재를 의미하기도 한다. 나노분리막의 결점을 최소화하기 위해서는 지지층의 기공크기가 용선골 크기보다 작고, 결점의 부분은 지지층의 기공이 있는 부분이 아닌 다른 부분과 결합을 하고 있을 때 결점에 의한 성능저하를 감소시킬 수 있다. 이와 관련된 현상들은 최근 논문에서도 보고되고 있다(Macromol. Res., Vol. 24, No. 4, 2016). 이러한 현상을 극복하는 방안으로 지지층이 없는 상태에서 계면중합법을 하는 free-standing 방법이 최근 제시되고 있다(Journal of Membrane Science,Volume 526, 15 March 2017, Pages 52-59). 하지만 이 방법 역시 계면 중합법을 통해 제작된 막은 수 나노 이하의 기공 크기를 가지고 있는 지지층 위에 다시 올려서 결점 발생에 의한 영향을 지지층으로 최소화하고 있기 때문에 실제 대면적 무결점 분리막 제조방법이라고 할 수 없다.Interfacial polymerization is very weak in mechanical strength because it forms a nano-thick film. Therefore, in order to maintain the performance of the nano-thickness membrane as a separator, it is necessary to use a support layer. At this time, it is divided into a flat membrane and a hollow fiber membrane according to the structure of the support layer, regardless of the shape of the support layer, the surface pore size of the support layer on which the nano thin film is coated should have very small pores (generally several nanometers in size) as shown in FIG. For this reason, as shown in FIG. 2, the structure of the nano separator formed through general interfacial polymerization has ridge-and-valley formations, and these structures basically indicate the presence of defects. In order to minimize the defects of the nano-membrane membrane, the pore size of the support layer is smaller than the size of the molten bone, and the portion of the defect may reduce the performance degradation due to the defect when combined with a portion other than the pore portion of the support layer. Related phenomena are also reported in recent papers (Macromol. Res., Vol. 24, No. 4, 2016). In order to overcome this phenomenon, a free-standing method using interfacial polymerization in the absence of a supporting layer has recently been proposed (Journal of Membrane Science, Volume 526, 15 March 2017, Pages 52-59). However, this method also cannot be said to be a real large area defect-free membrane manufacturing method because the membrane produced by the interfacial polymerization method is minimized by the support layer by the back layer on the support layer having a pore size of several nanometers or less.

물질 투과 개념을 바탕으로 지지층은 계면 중합을 통해 제작된 나노막을 통해 투과되는 물질 투과양을 저감시키는 역할을 한다. 특히, 압력지연삼투 및 정삼투 방법처럼 지지층을 사이로 농도가 다른 용액이 존재하고 있을 때 삼투압에 따른 물투과현상에 있어서는 내부농도분극(internal concentration polarization)에 의한 유효농도분극 감소현상을 가지게 된다. 유효농도분극 감소는 전체 시스템의 성능저하를 발생시켜 에너지소비 및 생산단가 증가를 가져오기 때문에 구조인자 (structure parameter, S=τㆍt/ε, thickness(t), porosity(ε), and tortuosity(τ))가 작은 지지층을 사용해야만 한다. 일반적인 지지층은 비용매유도 상분리법(non-solvent induced phase separation)을 통해 제작되는데, 이때의 기공은 수십마이크로이하를 가지고 있으며, 불규칙한 기공의 형성으로 인해 비틀림정도(tortuosity)는 1의 값을 가질 수 없는 구조이다. 또한 이러한 구조는 만약 분리막 성능을 저하시키는 오염인자(fouling materials) 들의 존재하고 있을 경우, 쉽게 지지층의 기공을 막게 되어 공정시간에 따른 성능저하는 급격하게 나타나게 된다. Based on the concept of material permeation, the support layer serves to reduce the amount of material permeated through the nano-membrane produced through interfacial polymerization. In particular, when a solution having a different concentration exists between the supporting layers, such as pressure delay osmosis and forward osmosis, the effective concentration polarization decreases due to internal concentration polarization in water permeation due to osmotic pressure. The reduction of effective concentration polarization leads to a decrease in the performance of the entire system, leading to an increase in energy consumption and production cost. Therefore, structural factors (structure parameter, S = τ · t / ε, thickness (t), porosity (ε), and tortuosity ( τ)) must be used with a small support layer. Typical support layers are fabricated through non-solvent induced phase separation, where the pores have tens of micrometers or less, and the tortuosity may have a value of 1 due to the formation of irregular pores. There is no structure. In addition, this structure, if the presence of fouling materials (fouling materials) that degrade the membrane performance, it is easy to block the pores of the support layer, the performance degradation over the process time will appear suddenly.

이상적인 지지층은 수십 마이크로이상의 기공크기를 가지고 있어야 할뿐만 아니라, 내부농도분극을 최소화시킬 수 있는 비틀림 정도가 1의 값을 가져야 한다. 이러한 지지층은 메쉬(mesh)가 대표적이지만, 앞선 언급처럼 현재까지 제시된 기존 계면중합법으로는 무결점 막을 형성시킬 수 없기 때문에, 현재까지 지지층으로 사용되지 않고 있다. 만약 이러한 무결점 나노박막을 메쉬 위에 코팅할 수 있게 되면, 내부농도분극 최소화로 인해 성능을 극대화 할 수 있을 뿐만 아니라, 새로운 적용분야도 찾을 수 있다.The ideal support layer should have a pore size of more than a few tens of micrometers, as well as a twist of 1 to minimize internal concentration polarization. Such a support layer is typically a mesh, but as mentioned above, since the existing interfacial polymerization method cannot form a defect-free film, it has not been used as a support layer to date. If these flawless nano thin films can be coated on the mesh, not only can maximize performance due to minimizing internal concentration polarization, but also find new applications.

무결점 나노박막이 물만 통과시키거나, 양이온과 음이온의 선택 투과도를 조절하는 기능을 가지게 되면 분리막 전위차를 형성시킬 수 있게 된다. 분리막의 성능에 따라 이온 및 물의 투과 속도는 다르지만, 기본적으로 물분자의 크기가 1가 이온 (Na+, Cl-)보다 작기 때문에 최소 4배 이상 빠른 투과속도를 가지게 된다(J. Phys. Chem. B 2004, 108, 16064-16070). 투과속도는 이온 또는 분자의 크기와 직접적인 관련이 있기 때문에 2가 이온과 물의 투과속도를 비교하게 되면, 물분자의 투과는 더욱 빠르게 된다. 특히 메쉬와 같은 비틀림 지수가 1의 값을 가지는 지지층에서는 대류에 의한 혼합속도 증가로 인해 더욱더 빠른 물의 확산속도를 가지게 되고, 이는 분리막 전위차를 더욱 크게 할 수 있게 된다. If the defect-free nano thin film has a function of passing only water or controlling the selective permeability of cations and anions, it is possible to form a membrane potential difference. Depending on the performance of the separation membrane ion and water permeability rate will vary, basically, the size of the water molecules 1 ion (Na +, Cl -) is smaller than will have the fast transmission rate at least four fold (J. Phys Chem.. B 2004, 108, 16064-16070). Since the permeation rate is directly related to the size of ions or molecules, the permeation rate of water molecules becomes faster when comparing the permeation rates of divalent ions with water. Particularly, in the support layer having a torsion index of 1, such as a mesh, the diffusion rate of water becomes faster due to the increase in the mixing rate due to convection, which makes the separator potential difference even larger.

분리막 전위차는 자연계의 세포에 모두 존재하는 현상으로, 다양한 생체반응에 사용되고 있다. 만약 투과속도가 빠른 물분자를 이용한 전위차 형성을 하게 되면, 외부의 어떤 자극(예를 들면, 진동, 압력, 휨등)에 의해 쉽게 전위차를 형성시킬 수 있다. 기존 연구에서 압력지연삼투용 분리막이 전위차를 동시에 형성시킬 수 있으며, 이 전위차를 바탕으로 전기를 생산할 수 있다는 새로운 연구결과가 보고되었다(Phys. Chem. Chem. Phys., 2016,18, 23469-23473). 압력지연삼투막은 물만 통과시키는 막으로써, 앞선 이야기처럼 전위차 형성이 가능하고, 이로 인해 직접적으로 전기를 형성시킬 수 있다는 것을 보여주고 있다. 특히 분리막을 기반으로 하는 전위차 형성은 자유에너지 수식을 바탕으로 하고 있다. 달리 이야기하면 자유에너지는 평형상태의 변화를 대변하기 때문에 어떤 외부 변화를 모두 인지한다고 할 수 있다. 즉 물만 투과시키는 분리막, 또는 이온선택성이 있는 막을 이용하게 되면 모든 외부에너지원에 대해 막 전위차를 형성할 수 있다. 따라서 이상적인 분리막 제조기술 및 지지층이 결합된 복합나노분리막이 전기화학반응을 할 수 있는 이온이 용해되어 있는 셀을 형성시킬 경우, 압력, 온도, 진동 등에 의한 깁스프리에너지의 변화가 자발적으로 발생하게 되고, 이로 인해 직접적으로 전기를 형성시킬 수 있게 된다. 특히 메쉬 위에 코팅된 나노분리막은 유연성이 매우 뛰어나기 때문에, 소자가 유연성을 가지게 되면, 진동, 휨, 구부림, 압력, 온도 등에 의한 변화하게 되어 역시 막전위차를 형성할 수 있게 된다. 이를 이용하게 되면, 폐열회수, 풍력발전, 압전소자 등처럼 매우 다양한 응용분야에 적용할 수 있는 신개념의 새로운 소자가 만들어 질 수 있게 된다. Membrane potential difference is a phenomenon existing in all cells of nature, and is used for various biological reactions. If the potential difference is formed using water molecules having a high permeation rate, the potential difference can be easily formed by an external magnetic pole (for example, vibration, pressure, and bending). In a previous study, a new study reported that a pressure delay osmosis membrane can simultaneously form a potential difference and generate electricity based on this potential difference (Phys. Chem. Chem. Phys., 2016, 18, 23469-23473). ). The pressure delay osmosis membrane is a membrane that allows only water to pass through, which shows that the potential difference can be formed and thus electricity can be directly generated. In particular, the potential difference formation based on the separator is based on a free energy equation. In other words, since free energy represents a change in equilibrium, any external change is perceived. That is, by using a membrane that only permeates water or a membrane having ion selectivity, a membrane potential difference can be formed for all external energy sources. Therefore, when the composite nano membrane combined with the ideal membrane manufacturing technology and the support layer forms a cell in which ions capable of electrochemical reaction are dissolved, Gibbs-free energy changes spontaneously due to pressure, temperature, and vibration. This makes it possible to directly generate electricity. In particular, since the nano-separation membrane coated on the mesh is very flexible, if the device has flexibility, it is also possible to form a film potential difference by changing due to vibration, bending, bending, pressure, temperature, and the like. By using this, a new concept of a new concept that can be applied to a wide variety of applications such as waste heat recovery, wind power generation, piezoelectric elements, etc. can be made.

대한민국 공개특허 제10-2016-0128771호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2016-0128771

본 발명은 다공성 지지체 위에 형성된 무결점 분리막 및 이의 제조 방법 및 이를 이용한 미소 에너지 추출 소자를 제공한다.The present invention provides a defect-free separator formed on a porous support, a method for manufacturing the same, and a micro energy extraction device using the same.

본 발명의 일 실시예에 따른 분리막의 제조방법은 (a) 다공성 지지체를 다관능성 아민 용액에 함침시키는 단계, (b) 상기 (a)단계에서 함침된 다공성 지지체로부터 다관능성 아민 용액을 제거한 후, 다공성 지지체를 다관능성 유기 용매와 반응시키는 단계 및 (c) 상기 (b)단계에서 반응이 완료된 다공성 지지체를 유기산이 함유된 용액에 침지시켜 후처리하는 단계를 포함하고, 상기 (b)단계에서 다관능성 유기 용매는 다관능성 아실 할라이드 및 클로라이드기를 갖는 유기용매를 포함한다.In the method for preparing a separator according to an embodiment of the present invention, (a) impregnating a porous support in a polyfunctional amine solution, (b) removing the polyfunctional amine solution from the porous support impregnated in step (a), Reacting the porous support with a polyfunctional organic solvent, and (c) immersing the porous support, in which the reaction is completed in step (b), in a solution containing an organic acid and post-treatment, and in step (b), Functional organic solvents include organic solvents having polyfunctional acyl halides and chloride groups.

상기 다공성 지지체의 기공 크기는 1~150μm, 바람직하게는 10 ~ 90μm, 더욱 바람직하게는 35μm일 수 있다. 지지층의 성능은 structure parameter (S = t×t/ε, t=분리막 두께, t=비트림지수, ε=기공도)에 의해 결정된다. 즉 structure parameter가 작을수록 물질투과측면에서 분리막 성능이 증가한다. 일반적으로 기공의 크기의 증가는 기공도의 증가와 관련이 있지만, 분리막의 기계적 강도를 저하시키기도 한다. 기공도는 10 ~ 50 %까지 다양하게 사용될 수 있으며, 내부 농도분극을 최소화하기 위해 다공성 지지체의 두께는 10 ~ 500μm를 사용하는 것이 적합하다. 상기 다공성 지지체은, 비틀림 지수(tortuosity)가 1의 값을 가지는 바 분리막의 내부농도분극을 최소화할 수 있다. 비틀림 지수가 1의 값은 고속도로처럼 기공이 직선으로 뚫려 있는 경우를 이야기 한다. The pore size of the porous support may be 1 ~ 150μm, preferably 10 ~ 90μm, more preferably 35μm. The performance of the support layer is determined by the structure parameter (S = t x t / ε, t = separator thickness, t = bitrim index, ε = porosity). In other words, the smaller the structure parameter, the greater the membrane performance in terms of material permeation. In general, an increase in pore size is associated with an increase in porosity, but may also lower the mechanical strength of the separator. Porosity can be used in a variety of 10 to 50%, it is appropriate to use a thickness of the porous support 10 ~ 500μm to minimize the internal concentration polarization. The porous support may minimize the internal concentration polarization of the separator bar having a tortuosity of 1. A torsional index of 1 refers to the case where the pores are straight, like highways.

상기 다공성 지지체는 폴리에스터, 폴리아미드 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종인 소재로 구성될 수 있다.The porous support may be composed of at least one material selected from the group consisting of polyester, polyamide, and mixtures thereof.

상기 다관능성 아민은 피페라진, m-페닐렌디아민, p-페닐렌디아민, 1,3,5-벤젠트리아민, 4-클로로-1,3-페닐렌디아민, 5-클로로-1,3-페닐렌디아민, 3-클로로-1,4-페닐렌디아민 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종일 수 있다.The polyfunctional amine is piperazine, m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, 1,3,5-benzenetriamine, 4-chloro-1,3-phenylenediamine, 5-chloro-1,3- At least one selected from the group consisting of phenylenediamine, 3-chloro-1,4-phenylenediamine and mixtures thereof.

상기 아민 용액은 아민 수용액일 수 있으며, 여기서 아민 수용액은 물에 아민 1~20wt%, 바람직하게는 5wt%을 용해시켜 제조한 것일 수 있다.The amine solution may be an aqueous amine solution, wherein the aqueous amine solution may be prepared by dissolving 1 to 20 wt% of amine in water, preferably 5 wt%.

상기 다공성 지지체를 아민 용액에 함침시키는 시간은 2 ~ 10초일 수 있다.The time for impregnating the porous support into the amine solution may be 2 to 10 seconds.

상기 다관능성 아실 할라이드는 트리메조일 클로라이드, 이소프탈로일 클로라이드, 벤젠-1,3-다이설포닐 클로라이드, 시아누릭 클로라이드, 알킬 클로라이드(ClCO-R1-COCl, R1은 CH2 또는 CH=CH로 구성된 화합물) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종, 바람직하게는 아실 클로라이드일 수 있다.The polyfunctional acyl halide may be trimezoyl chloride, isophthaloyl chloride, benzene-1,3-disulfonyl chloride, cyanuric chloride, alkyl chloride (ClCO-R 1 -COCl, R 1 is CH 2 or CH = CH Compound) and mixtures thereof, and may be at least one selected from the group consisting of acyl chloride.

상기 클로라이드기를 갖는 유기용매는 클로라이드 벤젠, 1,2-다이클로로 벤젠 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종일 수 있다.The organic solvent having a chloride group may be at least one selected from the group consisting of chloride benzene, 1,2-dichloro benzene and mixtures thereof.

일반적인 계면중합에서 사용하는 유기용매는 헥산 (n-hexane)을 사용하는데, 이는 아실클로라이드의 화학적 불안정성을 증대시켜 용해도를 저감시킴으로써 성능이 급격히 변화하는 단점을 가지고 있다. 또한 일반적으로 계면중합에 의해 형성된 나노분리막의 모습은 융선골구조를 가지고 있기 때문에 결점이 매우 많이 존재하고 있다. 그러나 유기용매에 클로라이드가 결합된 용매를 사용하게 되면 아실클로라이드의 화학불안정성을 극복할 수 있게 된다. 또한 벤젠구조를 가지고 있을 경우 반응하는 다관능성 아민물질은 아실클로라이드의 분자와 벤젠-벤젠 (pi-pi interaction)에 의해 계면에서 분리막 형성 시 방향성 제어가 가능하여 무결점 막을 형성할 수 있게 된다. In general, the organic solvent used in interfacial polymerization uses hexane (n-hexane), which has a disadvantage in that its performance changes drastically by reducing solubility by increasing chemical instability of acyl chloride. In general, the nano-membrane formed by interfacial polymerization has a ridge bone structure, so there are many defects. However, the use of a solvent in which the chloride is bonded to the organic solvent can overcome the chemical instability of the acyl chloride. In addition, the polyfunctional amine material reacting when having a benzene structure is capable of directional control when forming a separator at an interface by molecules of acyl chloride and benzene-benzene (pi-pi interaction), thereby forming a defect-free film.

상기 아실 할라이드가 혼합된 유기용매는 아실 클로라이드를 0.1 ~ 5 중량%, 바람직하게는 1 중량% 포함할 수 있다. The organic solvent in which the acyl halide is mixed may contain 0.1 to 5 wt%, preferably 1 wt% of acyl chloride.

아실 클로라이드 용액의 접촉(반응)은 30초 ~ 30분, 바람직하게는 10분 동안 상온(15 ~ 40℃)에서 수행할 수 있다.The contact (reaction) of the acyl chloride solution may be performed at room temperature (15-40 ° C.) for 30 seconds to 30 minutes, preferably 10 minutes.

상기 (c)단계에서 유기산이 함유된 용액은 2가 금속이온, 아민, 하이드록시기가 포함된 다관능성 유기물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종일 수 있다.The solution containing the organic acid in step (c) may be at least one selected from the group consisting of divalent metal ions, amines, polyfunctional organic materials including hydroxy groups and mixtures thereof.

상기 유기산은 포름산(formic acid), 아세트산(acetic acid), 프로피온산(propinic aicd), 부티르산(butyric acid), 발레르산(valeric acid), 카프로산(caproic acid), 옥살산(oxalic acid), 락트산(lactic acid), 말산(malic acid), 시트르산(citric acid), 벤조산(benzoic acid), 탄산(carbonic acid), 요산(uric acid), 타우린(taurine), 톨루엔술폰산(toluenesulfonic acid), 트리플루오로메탄술폰산(trifluoromethanesulfonic acid), 아미노메틸포스포닉산(aminomethylphosphonic acid), 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종일 수 있다.The organic acid is formic acid (acetic acid), acetic acid (acetic acid), propionic acid (propinic aicd), butyric acid (butyric acid), valeric acid (valeric acid), caproic acid (caproic acid), oxalic acid, lactic acid (lactic) acid, malic acid, citric acid, benzoic acid, carbonic acid, carbonic acid, uric acid, taurine, toluenesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid (trifluoromethanesulfonic acid), aminomethylphosphonic acid (aminomethylphosphonic acid), and at least one selected from the group consisting of a mixture thereof.

상기 2가 금속 이온은 Mg2+, Ca2+, Cu2+, Zr2+ 또는 Zn2+, 바람직하게는 Zr2+일 수 있다.The divalent metal ion may be Mg 2+ , Ca 2+ , Cu 2+ , Zr 2+ or Zn 2+ , preferably Zr 2+ .

상기 유기산이 함유된 용액은 용매로 물 또는 유기용매를 사용할 수 있다.The organic acid-containing solution may be water or an organic solvent as a solvent.

상기 유기용매는 다이메틸포름아마이드,N-메틸-2-피롤리돈, 테트라하이드로퓰란로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.The organic solvent may include one or more selected from the group consisting of dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, and tetrahydrofuran.

상기 유기산이 함유된 용액은 유기산을 10~50중량% 포함할 수 있다.The solution containing the organic acid may include 10 to 50% by weight of the organic acid.

상기 유기산이 함유된 용액은 2가 금속이온 등을 5~30중량% 포함할 수 있다.The solution containing the organic acid may contain 5 to 30% by weight of divalent metal ions and the like.

상기 후처리는 유기산이 함유된 용액에 다공성 지지체에 형성된 분리막을 1분 ~ 1시간, 바람직하게는 10분 동안)침지시키는 방법으로 수행할 수 있다.The post-treatment may be performed by immersing the separator formed on the porous support in a solution containing an organic acid for 1 minute to 1 hour, preferably 10 minutes).

상기 (c)단계 이후에 (d) 다공성 지지체를 80~130℃, 바람직하게는 90℃의 온도 하에서 30초~10분, 바람직하게는 5분 동안 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.After the step (c) (d) may further comprise the step of heat-treating the porous support for 30 seconds to 10 minutes, preferably 5 minutes at a temperature of 80 ~ 130 ℃, preferably 90 ℃.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 분리막은 다공성 지지체를 다관능성 아민 용액에 함침시킨 후, 클로라이드기를 갖는 유기용매에 혼합된 다관능성 아실 할라이드와 반응시킨 다음 유기산이 함유된 용액으로 후처리하여 제조된다.A separator according to another embodiment of the present invention is prepared by impregnating a porous support in a polyfunctional amine solution, reacting with a polyfunctional acyl halide mixed in an organic solvent having a chloride group, and then working up with a solution containing an organic acid. .

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 나노분리막의 제조방법은 (a-1) 다공성 지지체를 다관능성 아민 용액, 이중결합을 가지고 있는 양이온 및 음이온 단량체, 가교제, 및 개시제가 함유된 용액에 함침시키는 단계, (b-1) 상기 (a-1)단계에서 함침된 다공성 지지체로부터 용액을 제거한 후, 다공성 지지체 상에 다관능성 유기 용매를 부어 계면 중합하는 단계 및 (c-1) 상기 (b-1)단계에서 중합이 완료된 다공성 지지체에 촉매가 함유된 용액을 부어 중합을 유도하는 단계를 포함한다. According to another embodiment of the present invention, a method of preparing a nanomembrane (a-1) impregnates a porous support with a solution containing a polyfunctional amine solution, a cation and anion monomer having a double bond, a crosslinking agent, and an initiator. Step, (b-1) after removing the solution from the porous support impregnated in the step (a-1), the step of interfacial polymerization by pouring a polyfunctional organic solvent on the porous support and (c-1) the (b-1) In step), the polymerization is completed by pouring a solution containing a catalyst onto the porous support.

상기 (a-1)단계에서 다관능성 아민은 피페라진, m-페닐렌디아민, p-페닐렌디아민, 1,3,5-벤젠트리아민, 4-클로로-1,3-페닐렌디아민, 5-클로로-1,3-페닐렌디아민, 3-클로로-1,4-페닐렌디아민 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종일 수 있다.In the step (a-1), the polyfunctional amine is piperazine, m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, 1,3,5-benzenetriamine, 4-chloro-1,3-phenylenediamine, 5 At least one member selected from the group consisting of -chloro-1,3-phenylenediamine, 3-chloro-1,4-phenylenediamine, and mixtures thereof.

상기 (a-1)단계에서 가교제는 이중결합을 적어도 2개 이상 포함하는 유기화합물일 수 있다.In the step (a-1), the crosslinking agent may be an organic compound including at least two or more double bonds.

상기 (a-1)단계에서 개시제는 아조계, 퍼옥사이드계 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종일 수 있다.In the step (a-1), the initiator may be at least one selected from the group consisting of azo, peroxide, and mixtures thereof.

상기 (b-1)단계에서 다관능성 유기 용매는 다관능성 아실 할라이드 및 클로라이드기를 갖는 유기용매를 포함할 수 있다.In the step (b-1), the multifunctional organic solvent may include an organic solvent having a polyfunctional acyl halide and a chloride group.

상기 (b-1)단계에서 다관능성 아실할라이드는 트리메조일 클로라이드(trimesoyl chloride), 이소프탈로일 클로라이드(isophthaloyl chloride), 벤젠-1,3-다이설포닐 클로라이드(benzene-1,3-disulfonyl chloride), 시아누릭 클로라이드(cyanuric chloride), 알킬 클로라이드 (alkyl chloride, ClCO-R1-COCl, R1은 CH2 또는 CH=CH로 구성된 화합물) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종일 수 있다.In the step (b-1), the polyfunctional acyl halide is trimesoyl chloride, isophthaloyl chloride, benzene-1,3-disulfonyl chloride ), Cyanuric chloride (cyanuric chloride), alkyl chloride (alkyl chloride, ClCO-R1-COCl, R1 may be at least one selected from the group consisting of CH2 or CH = CH) and mixtures thereof.

상기 (c-1)단계에서 촉매는 아민이 포함된 유기물이고, 상기 용액은 유기 용매일 수 있다.In the step (c-1), the catalyst is an organic material including an amine, and the solution may be an organic solvent.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 나노분리막은 다공성 지지체를 다관능성 아민 용액, 이중결합을 가지고 있는 양이온 및 음이온 단량체, 가교제, 개시제가 함유된 용액에 함침시킨 후, 다관능성 아실 할라이드와 계면 중합시킨 다음 촉매가 함유된 용액으로 중합을 유도하여 제조된 표면에 양전하 및 음전하가 존재한다.According to another embodiment of the present invention, the nano-membrane is impregnated with a porous support in a solution containing a polyfunctional amine solution, a cation and anion monomer having a double bond, a crosslinking agent, and an initiator, followed by interfacial polymerization with the polyfunctional acyl halide. Positive and negative charges are present on the surface prepared by inducing polymerization with a solution containing a catalyst.

2가의 이온을 배제하고 물만 선택적으로 투과시키는 분리막을 형성하여 전위차를 형성시킬수 있는 분리막의 경우, 분리막 표면에 양전하 또는 음전하를 과량으로 유도해야 한다. 이를 위해 다관능성 아민용액에 이중결합을 하나이상 가지고 있는 단량체와 개시제를 혼합 한 후, 계면중합을 통해 먼저 다관능성 아민과 다관능성 아실클로라이드를 반응하여 분리막을 형성시킨다. 이후 혼합된 단량체를 중합하기 위한 촉매를 물과 혼합되지 않은 유기용매에 용해시킨 후 분리막이 형성된 막위에 도포를 한다. 이렇게 되면, 촉매는 유기상에서 물상으로 확산되어가고, 이때 분리막 표면에서부터 개시제에 라디칼과 같은 고반응성 물질이 형성되고, 단량체들이 중합이 일어나게 되어, 아주 쉽게 분리막 표면에 과량의 음전하 또는 양전하 분리막을 유도할 수 있다. 양전하 또는 음전하는 선택되는 단량체의 특성에 의해 결정되는 사항으로, 예를 들면 4가 암모늄기의 기능기와 이중결합을 가지고 있는 단량체를 사용할 경우 양전하 분리막이, 카르복시기와 같은 기능기와 이중결합을 가지고 있는 단량체를 사용할 경우에는 과량의 음전하 분리막이 만들어지게 된다. 본 기술은 연속공정이 가능하기 때문에, 특히 기존 계면중합에서 형성된 계면이 지속적으로 유지되기 때문에, 양전하 및 음전하들이 분리막 표면 및 내부에만 형성된다는 강한 차별성이 존재를 하고 있다.In the case of a separator capable of forming a potential difference by excluding a divalent ion and selectively permeating only water, an excess of positive or negative charge must be induced on the surface of the separator. To this end, a monomer and an initiator having one or more double bonds are mixed with a polyfunctional amine solution, and then, through interfacial polymerization, a polyfunctional amine and a polyfunctional acyl chloride are first reacted to form a separator. Thereafter, the catalyst for polymerizing the mixed monomer is dissolved in an organic solvent not mixed with water, and then coated on the membrane on which the separator is formed. This causes the catalyst to diffuse from the organic phase to the water phase, at which time a highly reactive substance such as radicals is formed from the membrane surface to the initiator, and the monomers polymerize, which makes it very easy to induce excess negative or positive charge separators on the membrane surface. Can be. Positive charge or negative charge is determined by the characteristics of the monomer selected. For example, when a monomer having a double bond with a functional group of a tetravalent ammonium group is used, the positive charge separation membrane is a monomer having a double bond with a functional group such as a carboxyl group. In case of use, an excess negative charge separator is produced. Since the present technology is capable of continuous processes, in particular, since the interface formed in the existing interfacial polymerization is continuously maintained, there is a strong distinction that positive and negative charges are formed only on the surface and inside of the separator.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 에너지 추출 소자는 제1 전극, 상기 제1 전극 위에 적층된, 전해질 수용액이 채워진 제1 개스킷, 상기 제1 개스킷 위에 적층된 분리막, 상기 분리막 위에 적층된, 전해질 수용액이 채워진 제2 개스킷 및 상기 제2 개스킷 위에 적층된 제2 전극을 포함하여 구성되는 에너지 추출 소자로서,상기 분리막은 외부 에너지원을 선택적으로 투과시켜 상기 전해질 내로 제공한다. According to another embodiment of the present invention, an energy extraction device includes a first electrode, a first gasket filled with an electrolyte solution, a separator stacked on the first gasket, and an electrolyte stacked on the separator. An energy extraction device comprising a second gasket filled with an aqueous solution and a second electrode stacked on the second gasket, wherein the separator selectively penetrates an external energy source to provide the electrolyte.

상기 분리막은 다공성 지지체를 다관능성 아민 용액에 함침시킨 후, 클로라이드기를 갖는 유기용매에 혼합된 다관능성 아실 할라이드를 접촉시킨 다음 후공정을 통해 분리막의 특성을 강화하여 제작된 분리막을 이용하여 에너지 추출 소자를 제공한다. 상기 분리막은 물은 투과시키고, 2가 이온은 배제시킬 수 있다. The membrane is impregnated with a porous support in a polyfunctional amine solution, the polyfunctional acyl halide mixed in an organic solvent having a chloride group is contacted, and then the energy extraction device using the separator produced by enhancing the characteristics of the separator through a post-process To provide. The separator may permeate water and exclude divalent ions.

상기 전해질은 2가 금속 이온을 포함한 염류, 1가 염을 포함한 염류 페리시아네이트를 포함한 염류로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하여 구성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니고 전기화학반응을 할 수 있는 물질이라면 제한 없이 사용할 수 있다. 1가 이온을 함유한 전해질의 경우에는 후처리로 금속을 처리하는 분리막, 2가 이온을 함유한 전해질의 경우에는 양전하/음전하가 과량으로 도입된 분리막을 이용하는 것이 적합하다. The electrolyte may include one or more selected from the group consisting of salts containing divalent metal ions, salts including monovalent salts and ferricyanates, but are not limited thereto and may be subjected to an electrochemical reaction. Any substance can be used without limitation. In the case of an electrolyte containing monovalent ions, it is suitable to use a separator in which metals are treated by post-treatment, and in the case of an electrolyte containing divalent ions, a separator in which excess positive / negative charges are introduced.

상기 전해질 수용액은 1 ~ 50wt%의 농도로 유지될 수 있으며 더욱 바람직하게는 10 wt%의 농도로 유지될 수 있다.The electrolyte solution may be maintained at a concentration of 1 to 50wt% and more preferably at a concentration of 10wt%.

상기 에너지 추출 소자는 유연 소자일 수 있다.The energy extraction device may be a flexible device.

상기 에너지 추출 소자는 다양한 구조로 변형가능하며 상기 전해질 수용액에는 유동 나노입자 전극이 포함될 수 있다.The energy extraction device may be modified into various structures, and the electrolyte solution may include a flowing nanoparticle electrode.

본 발명에 따르면, 클로라이드기를 함유하고 있는 유기용매를 사용함으로써 1마이크로미터 이상의 기공 크기를 가지고 있는 다공성 지지체 위에 계면중합으로 대면적 무결점막을 형성시킬 수 있다. 또한, 후처리기술을 통해 다공성 지지체와 나노박막의 결합력을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 분리막의 기계적 강도를 향상시킬 수 있다. 또한 분리막 표면에 양전하 및 음전하를 도입할 수 있다. According to the present invention, a large area defect-free membrane can be formed by interfacial polymerization on a porous support having a pore size of 1 micrometer or more by using an organic solvent containing a chloride group. In addition, the post-treatment technology may not only improve the bonding strength between the porous support and the nano thin film, but also improve the mechanical strength of the separator. In addition, positive and negative charges may be introduced to the separator surface.

또한, 본 발명은 비틀림 지수 1의 값을 가지는 다공성 지지체를 적용함으로써 내부 농도 분극 현상을 최소화할 수 있다.In addition, the present invention can minimize the internal concentration polarization phenomenon by applying a porous support having a value of torsion index 1.

또한, 본 발명에 따라 제조된 분리막을 활용하여 다중 미소에너지 추출 소자를 저렴한 가격으로 용이하게 제조할 수 있으며, 이러한 에너지 추출소자는 유연소자로서 깨짐이 없기 때문에 소자 구조의 다변성으로 다양한 적용분야 응용되기 쉬울 것이다. In addition, it is possible to easily manufacture a multi-energy extracting device at a low price by using the separator prepared according to the present invention, since the energy extracting device is not broken as a flexible device is applied to various applications due to the diversity of the device structure Will be easy.

아울러 본 발명에 따른 에너지 추출 소자에 압력, 진동, 구부림, 휨, 온도 변화를 주었을 때 모두 에너지가 생성되었으며, 특히 에너지 저장이 장기간 지속되는 것이 확인되었다.In addition, energy was generated when pressure, vibration, bending, warping, and temperature change were applied to the energy extracting device according to the present invention, and it was confirmed that energy storage is particularly long-lasting.

도 1a, 도 1b는 용매 유도 상분리법을 통해 제작된 지지층(일반적으로 사용되는 지지층)의 이미지이다. 도 1b는 도 1a의 네모 부분을 확대한 것이다.
도 2a는 일반적인 계면중합법을 통해 형성된 나노박막의 융선골 구조의 이미지를 나타내는 것이다.
도 2b는 무결점 나노분리막 구조 이미지이다.
도 3는 실시예 1에 따라 제조된 무결점 나노분리막의 이미지이다.
도 4는 실시예 1에서 후처리를 하지 않았을 때 나노필름이 찢어지는 현상을 보여주는 이미지이다.
도 5a는 실시예 3에 따라 다중 미소에너지 추출 소자의 개념도이다.
도 5b는 도 5a의 다중 미소 에너지 추출 소자에 구부림(bending) 또는 진동(vibration)을 가했을 때를 나타내는 것이다.
도 5c는 도 5a의 다중 미소 에너지 추출 소자에 압력(compression energy)을 가했을 때를 나타내는 것이다.
도 5d는 도 5a의 다중 미소 에너지 추출 소자에 열(thermal energy)을 가했을 때를 나타내는 것이다.
도 5e는 실제 제작된 분리막이 삽입된 미소에너지 추출 소자를 나타내는 것이다.
도 6은 실시예 3에 따라 제작된 소자에 지속적으로 휨 에너지를 가했을 때 전위차가 증가하는 것을 나타내는 그래프이다.
도 7은 실시예 3에 따라 제작된 소자에 지속적으로 압력 및 구부림 에너지를 가했을 때 전류가 증가하는 것을 나타내는 그래프이다.
도 8은 실시예 3에 따라 제작된 소자가 오랫동안 전력을 보유하는 것과 온도 변화에 의해 내부에너지가 증가하는 것을 나타내는 그래프이다.
도 9은 양이온 음이온 분리막을 순차적으로 적층하였을 때, 적층 수 에 따라 변화하는 전위차를 나타내는 그래프이다.
도 10은 전해질의 농도에 따른 발생하는 전류를 보여주는 그래프이다.
1A and 1B are images of a support layer (generally used support layer) fabricated through solvent induced phase separation. FIG. 1B is an enlarged view of the square of FIG. 1A.
Figure 2a shows an image of the ridge bone structure of the nano-film formed through the general interfacial polymerization method.
2B is an image of a defect-free nanoseparation membrane structure.
Figure 3 is an image of a defect-free nano separator prepared in accordance with Example 1.
Figure 4 is an image showing a phenomenon that the nanofilm is torn when not subjected to the post-treatment in Example 1.
5A is a conceptual diagram of a multiple microenergy extraction device according to a third embodiment.
FIG. 5B illustrates when bending or vibration is applied to the multiple microenergy extraction elements of FIG. 5A.
FIG. 5C illustrates a case in which compression energy is applied to the multiple microenergy extraction elements of FIG. 5A.
FIG. 5D illustrates when thermal energy is applied to the multiple microenergy extraction device of FIG. 5A.
Figure 5e shows the microenergy extraction device is inserted into the separator actually manufactured.
6 is a graph showing that the potential difference increases when bending energy is continuously applied to a device manufactured according to Example 3. FIG.
FIG. 7 is a graph showing an increase in current when pressure and bending energy are continuously applied to a device manufactured according to Example 3. FIG.
8 is a graph showing that the device manufactured according to Example 3 retains power for a long time and increases internal energy due to temperature change.
9 is a graph showing a potential difference that varies according to the number of stacked layers when the cationic anion separators are sequentially stacked.
10 is a graph showing the generated current according to the concentration of the electrolyte.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 본 발명의 목적, 특징, 장점은 이하의 실시예를 통하여 쉽게 이해될 것이다. 본 발명은 여기서 설명하는 실시예에 한정되지 않고, 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 이하의 실시예에 의해 본 발명이 제한되어서는 안 된다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. The objects, features and advantages of the present invention will be readily understood through the following examples. The present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. The embodiments introduced herein are provided to sufficiently convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. Therefore, the present invention should not be limited by the following examples.

본 발명의 일 실시예에 따른, 계면 중합에 의한 무결점 복합 분리막 제조방법을 간략히 설명하면 다음과 같다.According to one embodiment of the present invention, a method of manufacturing a defect-free composite separator by interfacial polymerization is briefly described as follows.

일반적인 계면중합에 사용되는 아민수용액(MPD, m-pheneylenediamine)에 35 um의 기공크기를 가지고 있는 다공성 지지체를 적신 후 과량의 MPD 용액을 고무롤러를 사용하여 제거한다. 이후 아실클로라이드(TMC, trimesoyl chloride)를 1,2-다이클로로벤젠 또는 클로로벤젠에 용해시킨 유기용액을 부어 계면중합을 수행하여 나노분리막을 제조한다. 일반적인 계면중합에서 사용하는 유기용매는 헥산(n-hexane)을 사용하는데, 이는 아실클로라이드의 화학적 불안정성을 증대시켜 용해도를 저감시킴으로써 성능이 급격히 변화하는 단점을 가지고 있다. 또한 형성된 나노분리막의 모습은 융선골 구조를 가지고 있기 때문에 결점이 매우 많이 존재하고 있다. 그러나 유기용매에 클로라이드가 결합된 용매를 사용하게 되면 아실클로라이드의 화학불안정성을 극복할 수 있게 된다. 또한, 벤젠구조를 가지고 있을 경우 반응하는 물질은 아실클로라이드의 벤젠-벤젠(pi-pi interaction)에 의해 계면에서 분리막 형성 시 방향성 제어가 가능하여 무결점 막을 형성할 수 있게 된다. Wet a porous support with a pore size of 35 um in amine aqueous solution (MPD, m-pheneylenediamine) used for general interfacial polymerization, and remove excess MPD solution using a rubber roller. Subsequently, an organic solution obtained by dissolving acyl chloride (TMC, trimesoyl chloride) in 1,2-dichlorobenzene or chlorobenzene is poured to perform interfacial polymerization to prepare a nano separator. In general, the organic solvent used in interfacial polymerization uses hexane (n-hexane), which has a drawback in that its performance changes drastically by increasing chemical instability of acyl chloride and reducing solubility. In addition, the formed nano-separated membrane has a ridge bone structure, so there are many defects. However, the use of a solvent in which the chloride is bonded to the organic solvent can overcome the chemical instability of the acyl chloride. In addition, when the benzene structure has a benzene structure, the reacting material can be directionally controlled when forming a separator at the interface by benzene-benzene (pi-pi interaction) of acyl chloride, thereby forming a defect-free film.

다만 이렇게 형성된 나노 박막(복합막)의 경우 다공성 지지체 위에 코팅할 경우 충분한 물리화학적 결합력을 가지고 있지 않다. 따라서 이들 간의 결합력을 향상시킬 수 있는 후공정이 필요하다. 사용하는 다공성 지지체의 재질은 폴리에스터, 폴리아미드 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종이 좋으며, 이들의 경우 좀 더 화학적 결합력을 증대시킬 수 있어야 한다. 여기에서 제시된 후처리 공정은 용매처리 기술이다. 후처리 공정은 이들 다공성 지지체 표면의 유리전이온도를 떨어트릴 뿐만 아니라 표면에 전하를 유도할 수 있는 유기산을 사용하는 것이 적합하다. 여기서, 유기산은 포름산(formic acid), 아세트산(acetic acid), 프로피온산(propinic aicd), 부티르산(butyric acid), 발레르산(valeric acid), 카프로산(caproic acid), 옥살산(oxalic acid), 락트산(lactic acid), 말산(malic acid), 시트르산(citric acid), 벤조산(benzoic acid), 탄산(carbonic acid), 요산(uric acid), 타우린(taurine), 톨루엔술폰산(toluenesulfonic acid), 트리플루오로메탄술폰산(trifluoromethanesulfonic acid), 아미노메틸포스포닉산(aminomethylphosphonic acid), 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종, 바람직하게는 포름산(formic acid), 아세트산(acetic acid)을 사용할 수 있다. 그리고 약간의 유기용매, 예를 들면 다이메틸폼아마이드 (n,n-dimethyformaide) 또는 물을 사용할 수 있다. 추가적으로 나노분리막에 존재하는 결점을 없애기 위해 후처리 용매에 다양한 2가 이상의 금속 등을 포함하는 것이 적합하다. 2가 이상의 금속(Mg, Ca, Cu, Zr, Zn등)이 사용될 수 있다. 이후 열처리를 하여 최종적으로 안정적인 분리막을 형성시킬 수 있다(도 3). 도 3에서는 열처리까지 하였을 때 분리막이 안정적으로 다공성 지지체 위에 결점 없이 형성되어 있는 모습을 나타낸다. 도 4에서는 유기산 용액을 통해 후처리를 하지 않을 경우 계면 중합법을 통해 제작된 막이 쉽게 찢어지는 모습을 나타낸다.However, the formed nano thin film (composite membrane) does not have sufficient physicochemical bonding strength when coated on the porous support. Therefore, there is a need for a post-process that can improve the bonding force between them. The material of the porous support to be used is preferably at least one selected from the group consisting of polyesters, polyamides, and mixtures thereof, in which case it should be possible to increase the chemical bonding force. The post treatment process presented here is a solvent treatment technique. The post-treatment process suitably uses organic acids which not only lower the glass transition temperature of the surface of these porous supports but also induce charge on the surface. Here, the organic acid is formic acid (acetic acid), acetic acid (acetic acid), propionic acid (propinic aicd), butyric acid (butyric acid), valeric acid (valeric acid), caproic acid (caproic acid), oxalic acid, lactic acid ( lactic acid, malic acid, citric acid, citric acid, benzoic acid, carbonic acid, uric acid, taurine, toluenesulfonic acid, trifluoromethane At least one selected from the group consisting of sulfoic acid (trifluoromethanesulfonic acid), aminomethylphosphonic acid, and mixtures thereof, preferably formic acid (acetic acid), acetic acid (acetic acid) can be used. And some organic solvent such as dimethylformamide (n, n-dimethyformaide) or water may be used. In addition, it is suitable to include various divalent or more metals in the post-treatment solvent in order to eliminate the defects present in the nano separator. Divalent or more metals (Mg, Ca, Cu, Zr, Zn, etc.) may be used. After the heat treatment can finally form a stable separator (Fig. 3). 3 shows that the separator is stably formed on the porous support without defects when the heat treatment is performed. In FIG. 4, the membrane prepared by the interfacial polymerization method is easily torn when not treated through the organic acid solution.

다관능성 아민류로 MPD를 사용할 경우, 1가 이온 배제율은 최대 99% 이상까지 올릴 수 있다. 하지만 이는 분리막의 이온저항을 증가시키기 때문에, 2가 이온을 함유하는 전해질을 사용해야 할 경우도 발생할 수 있다. 2가 이온만 선택적으로 배제하는 분리막을 제조하기 위해서는 MPD를 사용할 수 있으나, 이온투과 저항 및 화학적 안정성 측면에서 피페라진(piperazine) 또는 폴리에틸렌이민 (polyethyleneimine) 사용하는 것이 적합하다. 여기에 2가 이온이 함유된 전해질 내에 양이온 및 음이온의 선택적 배제율을 강화시키기 위해서 분리막 표면에 양전하 및 음전하 도입을 후처리 방법을 통해 증가시킬 수 있다. 일반적으로 양전하 및 음전하 도입은 계면 중합 후 잔존하고 있는 아실클로라이드와의 화학적 방법을 통해 유도 할 수 있다. (grafting 방법) 하지만, 반응 물질은 아실클로라이드와 반응할 수 있는 아민 또는 알콜류만 제한되기고, 가교도를 증가시킬 수 없어, 그라프팅 후 분리막이 물에 들어갈 경우 팽창력(swelling)이 급격하게 증가하게 된다. 이는 이온배제율을 감소시킬 뿐만 아니라, 분리막의 기계적 강도 저하를 유발하게 된다. When MPD is used as the polyfunctional amine, the monovalent ion exclusion rate can be increased up to 99% or more. However, since this increases the ion resistance of the separator, it may occur when an electrolyte containing divalent ions must be used. MPD may be used to prepare a separator that selectively excludes divalent ions, but it is suitable to use piperazine or polyethyleneimine in terms of ion permeation resistance and chemical stability. In order to enhance the selective rejection of cations and anions in the electrolyte containing divalent ions, positive and negative charges may be increased through a post-treatment method to the separator surface. In general, the introduction of positive and negative charges can be induced through a chemical method with acyl chloride remaining after interfacial polymerization. However, the reactants are limited to amines or alcohols that can react with acyl chlorides and cannot increase the degree of crosslinking, which leads to a sharp increase in swelling when the membrane enters water after grafting. . This not only reduces the ion exclusion rate, but also causes a decrease in mechanical strength of the separator.

따라서, 새로운 표면전하 유도법이 필요로 하다. 이를 위해 새롭게 제시된 기술이 바로 후처리 기술이다. 먼저 아민용액에 라디칼 개시제 그리고 이중결합을 가지고 있으며, 양전하 또는 음전하를 포함하고 있는 단량체, 그리고 필요에 따라 가교제를 함께 녹여 준비한다. 그런 후, 역시 다공성 지지체에 적층을 시킨 후 과량의 용액은 고무롤러와 같은 장치를 이용하여 제거한다. 이후 TMC를 클로로벤젠에 1wt%로 용해시켜 도포를 한 후 10~30℃, 적합하게는 22℃의 온도에서 약 10분 가량 반응을 시킨다. 이후 n-hexane을 이용하여 미반응 TMC를 세척 한 후 라디칼반응 촉매를 n-hexane에 0.1~50%, 적합하는 2%로 용해시켜 다시 도포를 한다. 이때 지지층에는 아직 물이 있어 계면중합과 동일한 계면이 형성되고, 이 계면에서 라디칼 중합이 일어나게 된다. 정확하게 분리막 표면에서 중합이 발생하고, 기존 방법과 다르게 분리막이 형성된 조건에서 발생하기 때문에 막의 성능에 영향을 주지 않게 된다. 이 후 22℃의 상온에서 10분간 반응시킨 후 n-hexane을 통해 잔존 촉매를 제거하여 무결점 막을 제작할 수 있다. 이 분리막의 특징은 2가의 전해질을 사용할 경우, 역시 물만 투과할 수 있는 특징을 가지고 있게 된다.  Therefore, a new surface charge induction method is needed. The newly proposed technology is the post-processing technology. First, a monomer having a radical initiator and a double bond in an amine solution, including a positive or negative charge, and a crosslinking agent are prepared as necessary. Then, after lamination to the porous support, excess solution is removed using a device such as a rubber roller. After the TMC is dissolved in 1wt% in chlorobenzene and applied, the reaction is performed for about 10 minutes at a temperature of 10 ~ 30 ℃, suitably 22 ℃. After washing the unreacted TMC using n-hexane, the radical reaction catalyst is dissolved in n-hexane 0.1 ~ 50%, suitable 2% and reapplied. At this time, there is still water in the support layer to form the same interface as the interfacial polymerization, and radical polymerization occurs at this interface. Polymerization occurs precisely on the surface of the separator, and unlike the conventional method, polymerization does not affect the performance of the membrane because it occurs under conditions where the separator is formed. After the reaction for 10 minutes at 22 ℃ room temperature to remove the residual catalyst through n-hexane can be produced a defect-free membrane. The separator is characterized in that only water can pass through the divalent electrolyte.

상기 다관능성 아민은 m-페닐렌디아민, p-페닐렌디아민, 1,3,5-벤젠트리아민, 4-클로로-1,3-페닐렌디아민, 5-클로로-1,3-페닐렌디아민, 3-클로로-1,4-페닐렌디아민, 피페라진 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 아민 용액은 아민 수용액일 수 있으며, 여기서, 아민 수용액은 물에 1~20wt%, 바림직하게는 5wt% 아민을 용해시켜 제조한 것일 수 있다. The polyfunctional amine is m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, 1,3,5-benzenetriamine, 4-chloro-1,3-phenylenediamine, 5-chloro-1,3-phenylenediamine , 3-chloro-1,4-phenylenediamine, piperazine, and mixtures thereof. The amine solution may be an aqueous amine solution, wherein the aqueous amine solution may be prepared by dissolving 1 to 20 wt%, preferably 5 wt% amine in water.

상기 다공성 지지체를 아민 용액에 함침시키는 시간은 2 ~ 10초일 수 있다.The time for impregnating the porous support into the amine solution may be 2 to 10 seconds.

이렇게 제작된 분리막을 이용하여 다중미소에너지 추출을 할 수 있는 에너지 추출 소자를 제작하였다(도 5). An energy extraction device capable of extracting multiple micro energy using the separator thus prepared was manufactured (FIG. 5).

이러한, 에너지 추출 소자는 제1 전극, 상기 제1 전극 위에 적층된, 전해질 수용액이 채워진 제1 개스킷, 상기 제1 개스킷 위에 적층된 분리막, 상기 분리막 위에 적층된 전해질 수용액이 채워진 제2 개스킷 및 상기 제2 개스킷 위에 적층된 제2 전극을 포함하여 구성된다.The energy extracting device includes a first electrode, a first gasket filled with an electrolyte solution stacked on the first electrode, a separator stacked on the first gasket, a second gasket filled with an electrolyte solution stacked on the separator, and the first gasket. And a second electrode laminated on the two gaskets.

상기 제1 또는 제2 전극은 구리전극을 사용하였으며, 전기화학반응을 할 수 있는 용액으로 Cu(NO3)2를 사용하였다. 1~50wt%, 더욱 바람직하게는 약 10wt%로 물에 용해시켜 사용할 수 있다. 우선 유연기판 위에 용액을 채울 수 있는 개스킷에 붙인 후, 구리용액을 채운다. 이 후 제작된 분리막을 그 위에 올린 후 용액이 흘러나오지 않도록 실링을 한다. 이후 반대편 쪽도 역시 개스킷을 붙인 후, 구리용액을 채워 최종적으로 셀을 조립한다. 이때 용액이 새어나오지 않도록 실링을 확실하게 해야 한다. As the first or second electrode, a copper electrode was used, and Cu (NO 3 ) 2 was used as a solution capable of electrochemical reaction. 1 to 50wt%, more preferably about 10wt% can be used by dissolving in water. First, attach the solution to the gasket to fill the solution on the flexible substrate, and then fill the copper solution. After that, put the prepared membrane on it and seal it so that the solution does not flow out. After that, the other side is also attached with a gasket and filled with copper solution to finally assemble the cell. At this time, seal should be secured to prevent leakage of solution.

전기화학반응을 할 수 있는 물질들은 무기 유기 모두 사용할 수 있으며, 본 실시예에서는 구리가 함유된 용액을 사용하였다. 제작된 분리막이 외부 에너지원을 선택적으로 투과시켜 상기 전해질 내로 제공할 수 있으며, 상세하게는 선택적으로 물만 통과시켜 전위차형성을 형성시키는 메카니즘이기 때문에, 2가 이상의 이온을 가지는 것을 선택하는 것이 좋다. 사용되는 전극 및 전기화학물질들은 농도분극을 형성시킬 수 있는 모든 물질들이 사용할 수 있다. Materials capable of electrochemical reactions can be used both inorganic organic, in this embodiment was used a solution containing copper. Since the prepared membrane can selectively penetrate an external energy source to provide the electrolyte, and in detail, it is a mechanism for selectively forming only the water to form a potential difference. The electrodes and electrochemicals used can be used with any material that can form concentration polarization.

실시예 1. 분리막 제조Example 1 Membrane Preparation

폴리에스터로 이루어진 다공성 지지체를 준비하였다(기공크기 50㎛, 두께 250㎛). 다관능성 아민용액(MPD, m-pheneylenediamine)은 아민이 5wt%로 용해된 수용액으로 제조하였다. 이후 다공성 지지체는 기공도가 없는 평평한 유리 또는 필름위에 올린 후 다관능성 아민용액에 22℃에서 5초 동안 함침시켰다. 기공도가 크기 때문에 함침시간은 수초면 충분하다. 이후 과량의 아민 용액을 기계적 방법, 적합하게는 고무롤러를 통해 제거하자마자 다관능성 아실클로라이드(TMC, trimesoyl chloride) 용액을 부어주었다. 다관능성 아실클로라이드 용액은 1,2-다이클로라이드 벤젠에 TMC를 용해시킨 것으로 TMC 1중량%가 되도록 제조하였다. 반응 시간은 10분 정도로 하였고 상온에서 반응을 수행하였다. 이후 다관능성 유기용매를 제거한 후 헥산을 통해 미반응 다관능성 아실클로라이드를 제거하였다. 30wt% 포름산 수용액을 제조한 후 지르코늄 이온을 투입하여 용액 내에 10wt%로 포함되도록 하였다. 다공성 지지체 위에 코팅된 박막을 준비된 포름산 수용액에 25℃에서 10분 동안 침지시켰다. 이후 물을 통해 미반응 물질을 세척 한 후, 90℃ 오븐에서 5분 동안 열처리 하였다.A porous support made of polyester was prepared (pore size 50 μm, thickness 250 μm). Multifunctional amine solution (MPD, m-pheneylenediamine) was prepared as an aqueous solution of amine dissolved in 5wt%. The porous support was then placed on a flat glass or film without porosity and then impregnated in the polyfunctional amine solution at 22 ° C. for 5 seconds. Since the porosity is large, impregnation time is sufficient for several seconds. Then, as soon as the excess amine solution was removed through mechanical methods, suitably rubber rollers, a polyfunctional acyl chloride (TMC) trimesoyl chloride (TMC) solution was poured. The polyfunctional acylchloride solution was prepared by dissolving TMC in 1,2-dichloride benzene to 1% by weight of TMC. The reaction time was about 10 minutes and the reaction was performed at room temperature. Thereafter, the polyfunctional organic solvent was removed and then unreacted polyfunctional acyl chloride was removed through hexane. After preparing a 30 wt% formic acid aqueous solution, zirconium ions were added to make it 10 wt% in the solution. The thin film coated on the porous support was immersed in the prepared aqueous formic acid solution at 25 ° C. for 10 minutes. After washing the unreacted material through water, it was heat-treated for 5 minutes in a 90 ℃ oven.

실시예 2. 양/음전하 과량의 나노분리막Example 2. Positive / Negative Charge Excess Nanoseparation Membranes

과량의 양이온 또는 음이온이 고정된 나노 박막을 형성시킬 수 있다. 먼저 음이온을 함유하는 분리막의 경우, 음전하 단량체(예를 들면 아크릴릭산, acrylic acid) 또는 아세테이트를 가지고 있는 단량체(예를 들면 바이닐 아크릭 모노머, vinyl acetate monomer) 물에 중량비 1~90%, 적합하게는 30%로 용해시킨다. 이후 이중결합을 2개 이상 가지고 있는 가교제(예를 들면, 메틸렌비스아크릴아마이드, N,N-methylenebisacrylamide)를 중량비 1~90%, 적합하게는 10% 용해시킨다. 그리고 여기에 개시제(예를 들면, ammonium persulfate)를 중량비 0.1~30%, 적합하게는 5%로 용해시킨다. 여기에 용해된 용액에 피페라진(piperazine)는 물에 중량비 1~20wt%, 적합하게는 5wt%로 용해시킨다. Excessive cations or anions may be formed to form a nano thin film. First, in the case of a membrane containing an anion, a weight ratio of 1 to 90%, preferably, in water of a negatively charged monomer (for example acrylic acid) or a monomer having an acetate (for example vinyl acryl monomer, vinyl acetate monomer) Dissolve at 30%. Thereafter, a crosslinking agent having two or more double bonds (eg, methylenebisacrylamide, N, N-methylenebisacrylamide) is dissolved in a weight ratio of 1 to 90%, preferably 10%. And an initiator (for example, ammonium persulfate) is dissolved in 0.1-30% by weight, suitably 5% here. In the solution dissolved therein, piperazine (piperazine) is dissolved in water at a weight ratio of 1 to 20 wt%, suitably 5 wt%.

과량의 양이온이 함유된 분리막을 위해서는, 이중결합을 가지고 있는 양전하 과량의 단량체(4가 아민을 함유하고 있는 단량체들, 예를 들면 바이닐 벤젠 트리메틸암모늄, vinylbenzyl trimethylammonium, diallydimethylammonium chloride), 아세테이트를 가지고 있는 단량체(예를 들면, 바이닐 아크릭 모노머, vinyl acetate monomer)를 물에 중량비 1~90%, 적합하게는 30%로 용해시킨다. 이후 이중결합을 2개 이상 가지고 있는 가교제(예를 들면, 메틸렌비스아크릴아마이드, N,N-methylenebisacrylamide)를 중량비 1~90%, 적합하게는 10% 용해시킨다. 그리고 여기에 개시제(예를 들면, ammonium persulfate)를 중량비 0.1~30%, 적합하게는 5%로 용해시킨다. 여기에 용해된 용액에 PEI(Mw=1,000)를 물에 중량비 1~20wt%, 적합하게는 5wt%로 용해시킨다. For membranes containing excess cations, positively charged excess monomers with double bonds (monomers containing tetravalent amines, such as vinyl benzene trimethylammonium, vinylbenzyl trimethylammonium, diallydimethylammonium chloride), monomers with acetate (Eg, vinyl acryl monomer, vinyl acetate monomer) is dissolved in water at a weight ratio of 1 to 90%, suitably 30%. Thereafter, a crosslinking agent having two or more double bonds (eg, methylenebisacrylamide, N, N-methylenebisacrylamide) is dissolved in a weight ratio of 1 to 90%, preferably 10%. And an initiator (for example, ammonium persulfate) is dissolved in 0.1-30% by weight, suitably 5% here. PEI (Mw = 1,000) was dissolved in a solution dissolved in water at a weight ratio of 1 to 20 wt%, suitably 5 wt%.

이후, 반응은 동일하게 진행한다. TMC를 클로로폼(chloroform)에 중량비로 0.1~10%, 적합하게는 2%로 용해시킨 후, 단량체 및 피페라진 또는 PEI, 개시제가 함침된 지지층 표면에 과량의 용액을 제거한 곳에 적층시킨 후 계면중합을 약 1~40분, 적합하게는 약 10분간 반응을 보낸다. 이후, n-hexane을 통해 미반응 TMC를 제거한 후, 촉매(예를 들면, 테트라메틸에틸렌다이아민, N,N,N,N-tetramethylethylenediamine)를 n-hexane에 중량비 0.1~50%, 적합하게는 2%로 용해시킨 후 계면중합이 된 표면에 적신 후 1~40분, 적합하게는 10분 동안 반응을 시킨다. 이후 n-hexane을 통해 세척한 후 60℃ 이상의 환경에서 약 0.5~30분, 적합하게는 3분정도 반응시켜 반응을 종결시킨다. 이렇게 제조된 분리막의 표면에는 과량의 전하가 존재하고 있으며, 이를 통해 막에 표면전하밀도를 향상시킬 수 있게 된다. Thereafter, the reaction proceeds in the same manner. TMC was dissolved in chloroform at a weight ratio of 0.1 to 10%, suitably 2%, and then laminated in a place where excess solution was removed on the surface of the support layer impregnated with monomers and piperazine or PEI and an initiator, followed by interfacial polymerization. Reaction is about 1-40 minutes, suitably about 10 minutes. Then, after removing the unreacted TMC through n-hexane, a catalyst (for example, tetramethylethylenediamine, N, N, N, N-tetramethylethylenediamine) in n-hexane weight ratio of 0.1 to 50%, suitably After dissolving at 2%, the surface is wetted with interfacial polymerization and reacted for 1 to 40 minutes, preferably 10 minutes. After washing through n-hexane to terminate the reaction by reacting about 0.5 ~ 30 minutes, suitably 3 minutes in an environment of 60 ℃ or more. Excess charge is present on the surface of the prepared membrane, thereby improving the surface charge density on the membrane.

하기는 양전하 및 음전하, 그리고 이를 도입하지 않은 분리막의 2가 선택성 및 open circuit voltage의 결과치를 보이고 있다. 아래 실험은 전극은 Pt wire를 사용하였으며, 전해질로는 Cu(NO3)2를 사용하였으며, 고농도에는 1M 저농도에는 0.001M을 사용하였다. 측정된 open circuit voltage는 분리막의 표면전하밀도와 직접적인 관련성이 있는 것을 확인 할 수 있었으며, 최대 전압이 280mV까지 나오는 것을 확인할 수 있었다. 분리막 표면에 양전하 또는 음전하를 도입하지 않은 경우에는 100mV는 보임을 알 수 있었다. 2가 선택성 실험의 경우에는 0.2wt%로 MgCl2 용액을 사용하였으며, 5bar에서 투과된 물에서의 2가 이온의 농도를 측정하여 선택성을 측정하였다. 양이온 또는 음이온을 도입한 경우 99%이상의 매우 높은 선택성을 보인 반면 이를 도입하지 않은 막의 경우 95%의 선택성을 보였다. The following shows the results of the bivalent selectivity and open circuit voltage of the separator without positive and negative charges and introduced. In the experiment below, Pt wire was used as the electrode, Cu (NO 3 ) 2 was used as the electrolyte, and 0.001M was used for the 1M low concentration. The measured open circuit voltage was directly related to the surface charge density of the separator, and the maximum voltage was found to be up to 280mV. When no positive or negative charge was introduced on the surface of the separator, it could be seen that 100mV. In the case of divalent selectivity experiment, MgCl 2 solution was used at 0.2 wt%, and selectivity was measured by measuring the concentration of divalent ions in water permeated at 5 bar. The introduction of cations or anions showed very high selectivity of more than 99%, whereas for membranes without the introduction of cations or anions, the selectivity was 95%.

단량체Monomer 개시제Initiator 가교제 Crosslinking agent TMCTMC 촉매catalyst 2가 이온 선택성Divalent ion selectivity OCV(1M:0.001M)Cu(NO)3 2 OCV (1M: 0.001M) Cu (NO) 3 2 피페라진Piperazine vinylbenzyl trimethylammoniumvinylbenzyl trimethylammonium Ammonium peroxideAmmonium peroxide N,N-methylenebisacrylamideN, N-methylenebisacrylamide TMCTMC N,N,N,N-tetramethylethylenediamineN, N, N, N-tetramethylethylenediamine 99%(Mg+, Ca+, Ca+ etc)99% (Mg +, Ca +, Ca + etc) 280mV280 mV 피페라진Piperazine acrylic acidacrylic acid N,N-methylenebisacrylamideN, N-methylenebisacrylamide N,N-methylenebisacrylamideN, N-methylenebisacrylamide TMCTMC N,N,N,N-tetramethylethylenediamineN, N, N, N-tetramethylethylenediamine >99%(SO2 4-, etc)> 99% (SO 2 4- , etc) -270mV-270mV 피페라진Piperazine TMCTMC > 95%> 95% 100mV100 mV

실시예 3. 다중 미소에너지 추출 소자 제작Example 3 Fabrication of Multiple Microenergy Extraction Devices

먼저 PET 투명 필름위에 구리전극을 필름 크기와 동일하게 붙였다. 이후 1cm의 변의 크기를 가지는 정사각형 개스킷을 붙인 후 개스킷에 10wt% Cu(NO3)2 수용액을 채웠다. 이후 실시예 1에 따라 제조된 분리막을 올린 후 수용액이 흘러나오지 않도록 실링하였다. 이후 반대편 동일하게 개스킷을 붙인 후 10wt% Cu(NO3)2 수용액을 채운 다음 구리 전극을 적층하여 셀을 완성하였다.First, a copper electrode was attached on the PET transparent film in the same size as the film. Then, after attaching a square gasket having a side size of 1 cm, the gasket was filled with a 10 wt% Cu (NO 3 ) 2 aqueous solution. Then, after raising the separator prepared according to Example 1 was sealed so that the aqueous solution does not flow out. After attaching the gasket on the other side in the same manner, and filled with 10wt% Cu (NO 3 ) 2 aqueous solution, and then laminated a copper electrode to complete the cell.

다만 실시예 3에서 제시한 구조는 하나의 방법일 뿐, 어떤 구조로 변화될 수 있다.However, the structure shown in Example 3 is only one method and may be changed to any structure.

실험예 1. 다중 미소 에너지 추출 Experimental Example 1. Multiple Microenergy Extraction

실시예 3에 따라 제작된 다중미소에너지 추출 소자는 선택적 물투과 능력을 기본으로 자유에너지 유도 메카니즘 특징으로 하고 있다. 이러한 특성을 가져야 하는 이유는 물의 확산속도가 다른 이온보다 크기 때문에, 외부자극에 의한 응답 속도가 빠르기 때문이다. 또한 분리막이 선택적 이온을 투과시키게 되면 분리막 소재와 투과하는 이온들과의 pH변화 및 화학적 변화에 의해 성능 저하가 발생될 수 있기 때문이다.The multi-micro energy extraction device fabricated according to Example 3 is characterized by a free energy induction mechanism based on the selective water permeation ability. The reason for having this characteristic is that since the diffusion rate of water is larger than that of other ions, the response speed due to external stimulation is faster. In addition, when the membrane permeates selective ions, performance degradation may occur due to pH changes and chemical changes between the membrane material and the permeating ions.

실시예 3에 따라 제작된 소자가 지속적인 휨에너지를 받았을 때 소자의 전위차가 지속적으로 향상되는 것으로 확인되었다(도 6). 또한 실시예 2에 따라 제작된 소자에 압력을 가했을 때 구부렸을 때 소자에서 전류가 발생되는 것으로 확인되었다(도 7). 또한 실시예 3에 따라 제작된 소자에 지속적으로 압력을 가한 후 가만히 두었을 때 약 5일 동안 에너지가 서서히 감소하는 경향을 나타내었으며, 이후 주위 온도를 변화시켰을 때 소자의 내부에너지가 변화하는 것이 확인되었다(도 8). When the device fabricated according to Example 3 receives continuous bending energy, it was confirmed that the potential difference of the device is continuously improved (FIG. 6). In addition, it was confirmed that a current is generated in the device when it is bent when a pressure is applied to the device manufactured according to Example 2 (FIG. 7). In addition, after continuously applying pressure to the device fabricated according to Example 3, the energy tended to decrease gradually for about 5 days, and then the internal energy of the device was changed when the ambient temperature was changed. (FIG. 8).

실험예 2. 추출 에너지 증가Experimental Example 2 Extraction Energy Increase

실시예 3에 따라 제작된 소자의 전위차를 증대시키기 위한 방법은 양전하-음전하 분리막이 마치 전기 뱀장어의 구조처럼 직렬로 연결되는 것이다. 이를 위한 실시예 3과 동일한 구성을 가지지만, 분리막을 순차적으로 적층하였을 때, 도 9에서 보여지듯이 전압이 적층수에 관련하여 상승하다는 것을 확인 할 수 있다. 분리막이 없는 경우, 소자에 압력을 인가하였을 경우, 발생하지 않았으며, 1장의 과량의 음이온 분리막을 사용할 경우, 약 0.02V, 음이온 2장-양이온 1장을 사용할 경우 약 0.04V, 음이온 3장-양이온 2장을 사용할 경우 0.08V가 나오는 것을 확인하였다. 전해질의 농도를 달리할 경우, 전압의 변화보다는 발생하는 전류량이 변화하는 것을 도 10에서 보여주고 있다. A method for increasing the potential difference of the device fabricated in accordance with Example 3 is that the positive-negative charge separators are connected in series like the structure of an electric eel. It has the same configuration as in Example 3 for this purpose, but when the separator is sequentially stacked, it can be seen that the voltage rises in relation to the number of stacked as shown in FIG. In the absence of a membrane, it did not occur when pressure was applied to the device, about 0.02V when using an excess of one anion separator, about 0.04V when using two anions, and about 0.04V when using one cation. When using two cations, 0.08V was confirmed to come out. When the concentration of the electrolyte is different, it is shown in FIG. 10 that the amount of current generated rather than the change in voltage is changed.

Claims (22)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete (a-1) 다공성 지지체를 다관능성 아민 용액, 이중결합을 가지고 있는 양이온 및 음이온 단량체, 가교제, 및 개시제가 함유된 용액에 함침시키는 단계;
(b-1) 상기 (a-1)단계에서 함침된 다공성 지지체로부터 용액을 제거한 후, 다공성 지지체 상에 다관능성 유기 용매를 부어 계면 중합하는 단계; 및
(c-1) 상기 (b-1)단계에서 중합이 완료된 다공성 지지체에 촉매가 함유된 용액을 부어 중합을 유도하는 단계를 포함하는 나노분리막의 제조방법.
(a-1) impregnating the porous support with a solution containing a polyfunctional amine solution, a cation and anionic monomer having a double bond, a crosslinking agent, and an initiator;
(b-1) removing the solution from the porous support impregnated in step (a-1), and then performing interfacial polymerization by pouring a multifunctional organic solvent on the porous support; And
(C-1) The method of manufacturing a nano-membrane comprising the step of inducing polymerization by pouring a solution containing a catalyst on the porous support in which the polymerization is completed in the step (b-1).
◈청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 14 was abandoned upon payment of a set-up fee. 제13항에 있어서,
상기 (a-1)단계에서 다관능성 아민은 피페라진, m-페닐렌디아민, p-페닐렌디아민, 1,3,5-벤젠트리아민, 4-클로로-1,3-페닐렌디아민, 5-클로로-1,3-페닐렌디아민, 3-클로로-1,4-페닐렌디아민 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종인 나노분리막의 제조방법.
The method of claim 13,
In the step (a-1), the polyfunctional amine is piperazine, m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, 1,3,5-benzenetriamine, 4-chloro-1,3-phenylenediamine, 5 -Chloro-1,3-phenylenediamine, 3-chloro-1,4-phenylenediamine, and a mixture thereof.
제13항에 있어서,
상기 (a-1)단계에서 가교제는 이중결합을 적어도 2개 이상 포함하는 유기화합물인 나노분리막의 제조방법.
The method of claim 13,
The cross-linking agent in the step (a-1) is a method for producing a nano separation membrane which is an organic compound containing at least two double bonds.
제13항에 있어서,
상기 (a-1)단계에서 개시제는 아조계, 퍼옥사이드계 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종인 나노분리막의 제조방법.
The method of claim 13,
In the step (a-1), the initiator is at least one selected from the group consisting of azo-based, peroxide-based and mixtures thereof.
제13항에 있어서,
상기 (b-1)단계에서 다관능성 유기 용매는 다관능성 아실 할라이드 및 클로라이드기를 갖는 유기용매를 포함하는 나노분리막의 제조방법.
The method of claim 13,
The multifunctional organic solvent in the step (b-1) is a method for producing a nano separation membrane comprising an organic solvent having a polyfunctional acyl halide and chloride group.
◈청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 18 has been abandoned upon payment of a setup registration fee. 제17항에 있어서,
상기 (b-1)단계에서 다관능성 아실할라이드는 트리메조일 클로라이드(trimesoyl chloride), 이소프탈로일 클로라이드(isophthaloyl chloride), 벤젠-1,3-다이설포닐 클로라이드(benzene-1,3-disulfonyl chloride), 시아누릭 클로라이드(cyanuric chloride), 알킬 클로라이드 (alkyl chloride, ClCO-R1-COCl, R1은 CH2 또는 CH=CH로 구성된 화합물) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종인 나노분리막의 제조방법.
The method of claim 17,
In the step (b-1), the multifunctional acyl halide is trimesoyl chloride, isophthaloyl chloride, benzene-1,3-disulfonyl chloride ), Cyanuric chloride (cyanuric chloride), alkyl chloride (alkyl chloride, ClCO-R1-COCl, R1 is a compound consisting of CH2 or CH = CH) and mixtures thereof at least one selected from the group consisting of nano-membranes Way.
제13항에 있어서,
상기 (c-1)단계에서 촉매는 아민이 포함된 유기물이고, 상기 용액은 유기 용매인 나노분리막의 제조방법.
The method of claim 13,
In the step (c-1), the catalyst is an organic material containing an amine, and the solution is an organic solvent manufacturing method of the nano separator.
다공성 지지체를 다관능성 아민 용액, 이중결합을 가지고 있는 양이온 및 음이온 단량체, 가교제, 개시제가 함유된 용액에 함침시킨 후, 다관능성 아실 할라이드와 계면 중합시킨 다음 촉매가 함유된 용액으로 중합을 유도하는 제13항의 제조방법에 따라 제조된 표면에 양전하 및 음전하가 존재하는 나노분리막.
The porous support is impregnated into a solution containing a polyfunctional amine solution, a cation and anionic monomer having a double bond, a crosslinking agent, and an initiator, followed by interfacial polymerization with a polyfunctional acyl halide, and then a polymerization agent to induce polymerization into a solution containing a catalyst. Nano-separation membrane having a positive charge and a negative charge on the surface prepared according to the manufacturing method of claim 13.
제1 전극;
상기 제1 전극 위에 적층된, 전해질 수용액이 채워진 제1 개스킷;
상기 제1 개스킷 위에 적층된 제20항에 따른 나노분리막;
상기 분리막 위에 적층된, 전해질 수용액이 채워진 제2 개스킷; 및
상기 제2 개스킷 위에 적층된 제2 전극을 포함하여 구성되는 에너지 추출 소자로서,
상기 분리막은 외부 에너지원을 선택적으로 투과시켜 상기 전해질 내로 제공하는 에너지 추출 소자.
A first electrode;
A first gasket filled with an aqueous electrolyte solution stacked on the first electrode;
A nano separator according to claim 20 stacked on the first gasket;
A second gasket filled with the electrolyte solution stacked on the separator; And
An energy extraction device comprising a second electrode stacked on the second gasket,
And the separator selectively penetrates an external energy source to provide the electrolyte into the electrolyte.
제21항에 있어서,
상기 분리막은 물은 투과시키고, 2가 이온은 배제하는 에너지 추출 소자.
The method of claim 21,
The separator permeates water and excludes divalent ions.
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