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KR102603906B1 - Gas separation membrane, gas separation membrane module comprising the same and preparation method for the same - Google Patents

Gas separation membrane, gas separation membrane module comprising the same and preparation method for the same Download PDF

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KR102603906B1
KR102603906B1 KR1020180167622A KR20180167622A KR102603906B1 KR 102603906 B1 KR102603906 B1 KR 102603906B1 KR 1020180167622 A KR1020180167622 A KR 1020180167622A KR 20180167622 A KR20180167622 A KR 20180167622A KR 102603906 B1 KR102603906 B1 KR 102603906B1
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gas separation
separation membrane
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pores
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이병수
방소라
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 명세서는 기체 분리막, 이를 포함하는 기체 분리막 모듈 및 이의 제조방법을 제공한다.This specification provides a gas separation membrane, a gas separation membrane module including the same, and a method for manufacturing the same.

Description

기체 분리막, 이를 포함하는 기체 분리막 모듈 및 이의 제조방법{GAS SEPARATION MEMBRANE, GAS SEPARATION MEMBRANE MODULE COMPRISING THE SAME AND PREPARATION METHOD FOR THE SAME}Gas separation membrane, gas separation membrane module including the same, and manufacturing method thereof {GAS SEPARATION MEMBRANE, GAS SEPARATION MEMBRANE MODULE COMPRISING THE SAME AND PREPARATION METHOD FOR THE SAME}

본 출원은 2018년 5월 3일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2018-0051111호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.This application claims the benefit of the filing date of Korean Patent Application No. 10-2018-0051111 filed with the Korea Intellectual Property Office on May 3, 2018, the entire contents of which are incorporated into this specification.

또한, 본 출원은 2018년 7월 17일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2018-0082865호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.In addition, this application claims the benefit of the filing date of Korean Patent Application No. 10-2018-0082865 filed with the Korea Intellectual Property Office on July 17, 2018, the entire contents of which are incorporated into this specification.

본 명세서는 기체 분리막, 이를 포함하는 기체 분리막 모듈 및 이의 제조방법에 관한 것이다.This specification relates to a gas separation membrane, a gas separation membrane module including the same, and a method of manufacturing the same.

기체 분리막은 다공성층 및 활성층으로 구성되어 있으며, 활성층의 공극 크기 및 구조적 특성을 이용하여 혼합기체로부터 선택적으로 기체를 분리하는 막이다. 따라서 기체 투과도와 선택도는 막의 성능을 나타내는 중요한 지표로 사용되며, 이러한 성능은 활성층을 구성하는 고분자 물질에 의해 큰 영향을 받는다.The gas separation membrane is composed of a porous layer and an active layer, and is a membrane that selectively separates gas from the mixed gas using the pore size and structural characteristics of the active layer. Therefore, gas permeability and selectivity are used as important indicators of membrane performance, and these performances are greatly influenced by the polymer material that makes up the active layer.

따라서, 기체 분리막의 투과도 및 선택도를 증가시키기 위한 방법의 개발이 요구되고 있다.Therefore, there is a need to develop a method to increase the permeability and selectivity of gas separation membranes.

한국 특허공개공보 제10-2013-0137238호Korean Patent Publication No. 10-2013-0137238

본 명세서는 헬륨을 선택적으로 분리하는 기체 분리막, 이를 포함하는 기체 분리막 모듈 및 이의 제조방법을 제공한다.This specification provides a gas separation membrane that selectively separates helium, a gas separation membrane module including the same, and a method of manufacturing the same.

본 명세서의 일 실시상태는 다공성층; 및 활성층을 포함하는 기체 분리막으로서, 상기 활성층은 폴리아미드를 포함하며, 상기 폴리아미드는 방향족 폴리아미드인 기체 분리막으로서, 상기 활성층은 공극들을 포함하고, 상기 공극들의 평균 공극 반경이 0.239 nm 내지 0.45 nm인 기체 분리막을 제공한다. An exemplary embodiment of the present specification includes a porous layer; and a gas separation membrane including an active layer, wherein the active layer includes polyamide, and the polyamide is an aromatic polyamide, wherein the active layer includes pores, and the average pore radius of the pores is 0.239 nm to 0.45 nm. Provides a phosphorus gas separation membrane.

본 명세서의 일 실시상태는 다공성층; 및 활성층을 포함하는 기체 분리막으로서, 상기 활성층은 아민 화합물을 포함하는 수용액과 아실 할라이드 화합물을 포함하는 유기용액의 계면 중합에 의해 형성되고, 상기 활성층은 공극들을 포함하고, 상기 공극들의 평균 공극 반경이 0.239 nm 내지 0.45 nm인 기체 분리막을 제공한다. An exemplary embodiment of the present specification includes a porous layer; and an active layer, wherein the active layer is formed by interfacial polymerization of an aqueous solution containing an amine compound and an organic solution containing an acyl halide compound, the active layer includes pores, and the average pore radius of the pores is A gas separation membrane of 0.239 nm to 0.45 nm is provided.

본 명세서의 일 실시상태는 다공성층; 및 활성층을 포함하는 기체 분리막으로서, 상기 활성층은 공극들을 포함하고, 상기 공극들의 평균 공극 반경이 0.239 nm 내지 0.45 nm이고, 상기 기체 분리막의 헬륨의 투과도가 40 내지 400 GPU이며, 상기 기체 분리막의 이산화탄소를 기준으로 헬륨의 선택도가 4 내지 55이고, 상기 평균 공극 반경은 양전자 소멸시간 분광분석(positron annihilation lifetime spectroscopy, PALS)에 의해 측정된 것인 기체 분리막을 제공한다.An exemplary embodiment of the present specification includes a porous layer; and a gas separation membrane including an active layer, wherein the active layer includes pores, the average pore radius of the pores is 0.239 nm to 0.45 nm, the helium permeability of the gas separation membrane is 40 to 400 GPU, and the gas separation membrane has a helium permeability of 40 to 400 GPU. A gas separation membrane is provided in which the selectivity for helium is 4 to 55, and the average pore radius is measured by positron annihilation lifetime spectroscopy (PALS).

본 명세서의 일 실시상태는 상기 기체 분리막을 포함하는 기체 분리막 모듈을 제공한다. An exemplary embodiment of the present specification provides a gas separation membrane module including the gas separation membrane.

본 명세서의 또 하나의 일 실시상태는 제1 다공성 지지체 상에 친수성 고분자 용액을 도포하여 제2 다공성 지지체를 형성하는 단계; 및 상기 제2 다공성 지지체 상에 아민 화합물을 포함하는 수용액과 아실 할라이드 화합물을 포함하는 유기용액이 계면 중합에 의해 활성층을 형성하는 단계를 포함하는 상기 기체 분리막의 제조 방법으로서, 상기 활성층은 공극들을 포함하고, 상기 공극들의 평균 공극 반경이 0.239 nm 내지 0.45 nm인 기체 분리막의 제조 방법을 제공한다. Another exemplary embodiment of the present specification includes forming a second porous support by applying a hydrophilic polymer solution on a first porous support; and forming an active layer on the second porous support by interfacial polymerization of an aqueous solution containing an amine compound and an organic solution containing an acyl halide compound, wherein the active layer includes pores. and provides a method of manufacturing a gas separation membrane in which the average pore radius of the pores is 0.239 nm to 0.45 nm.

본 명세서의 일 실시상태에 따른 기체 분리막을 이용하여, 가스 혼합물로부터 헬륨 기체를 선택적으로 분리할 수 있다. 즉, 본 발명은 높은 헬륨의 투과도 및 선택도를 갖는 기체 분리막을 제공할 수 있다.Helium gas can be selectively separated from a gas mixture using a gas separation membrane according to an exemplary embodiment of the present specification. That is, the present invention can provide a gas separation membrane with high helium permeability and selectivity.

도 1은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 기체 분리막을 도시한 것이다.
도 2는 실시예 2에 따른 기체 분리막의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
Figure 1 shows a gas separation membrane according to an exemplary embodiment of the present specification.
Figure 2 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the gas separation membrane according to Example 2.

이하 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, this specification will be described in more detail.

본 명세서에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.In this specification, when a member is said to be located “on” another member, this includes not only the case where a member is in contact with another member, but also the case where another member exists between the two members.

본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.In this specification, when a part "includes" a certain component, this does not mean that other components are excluded, but may further include other components, unless specifically stated to the contrary.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 는 다른 치환기 또는 결합부에 결합되는 분위를 의미한다.In one embodiment of the present specification, means a moiety that is bonded to another substituent or binding portion.

본 명세서의 일 실시상태는 다공성층; 및 활성층을 포함하는 기체 분리막으로서, 상기 활성층은 폴리아미드를 포함하며, 상기 폴리아미드는 방향족 폴리아미드인 기체 분리막으로서, 상기 활성층은 공극들을 포함하고, 상기 공극들의 평균 공극 반경이 0.239nm 내지 0.45nm인 기체 분리막을 제공한다. An exemplary embodiment of the present specification includes a porous layer; and a gas separation membrane including an active layer, wherein the active layer includes polyamide, wherein the polyamide is an aromatic polyamide, wherein the active layer includes pores, and the average pore radius of the pores is 0.239 nm to 0.45 nm. Provides a phosphorus gas separation membrane.

또한, 다공성층; 및 활성층을 포함하는 기체 분리막으로서, 상기 활성층은 공극들을 포함하고, 상기 공극들의 평균 공극 반경이 0.239 nm 내지 0.45 nm이고, 상기 기체 분리막의 헬륨의 투과도가 40 내지 400 GPU이며, 상기 기체 분리막의 이산화탄소를 기준으로 헬륨의 선택도가 4 내지 55이고, 상기 평균 공극 반경은 양전자 소멸시간 분광분석(positron annihilation lifetime spectroscopy, PALS)에 의해 측정된 것인 기체 분리막을 제공한다. Additionally, the porous layer; and a gas separation membrane including an active layer, wherein the active layer includes pores, the average pore radius of the pores is 0.239 nm to 0.45 nm, the helium permeability of the gas separation membrane is 40 to 400 GPU, and the gas separation membrane has a helium permeability of 40 to 400 GPU. A gas separation membrane is provided in which the selectivity for helium is 4 to 55, and the average pore radius is measured by positron annihilation lifetime spectroscopy (PALS).

상기 투과도는 물질 전달 속도를 의미하며, 상기 헬륨의 투과도는 표준 온도와 압력(STP, Standard Temperature and Pressure) 조건인 25 내지 60℃, 14 내지 600 psi(0.096 내지 4.14 MPa)에서 버블 플로우 미터(Bubble Flow Meter)로 측정될 수 있다.The permeability refers to the mass transfer rate, and the permeability of helium is measured by a bubble flow meter at 25 to 60°C and 14 to 600 psi (0.096 to 4.14 MPa) under standard temperature and pressure (STP) conditions. It can be measured with a flow meter.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 헬륨의 투과도 및 이산화탄소를 기준으로 헬륨의 선택도는 단일 기체를 이용하는 경우 온도 25 내지 60℃, 압력 14 내지 600 psi에서 측정될 수 있다. 상기 단일 기체란 헬륨 100 vol% 또는 이산화탄소 100 vol%를 의미한다. In one embodiment of the present specification, the permeability of helium and selectivity of helium based on carbon dioxide can be measured at a temperature of 25 to 60°C and a pressure of 14 to 600 psi when using a single gas. The single gas means 100 vol% helium or 100 vol% carbon dioxide.

또한, 상기 헬륨의 투과도 및 이산화탄소를 기준으로 헬륨의 선택도는 혼합 기체를 이용하는 경우 온도 25 내지 60℃, 압력 14 내지 600 psi에서 측정될 수 있다. 상기 혼합 기체란, 헬륨 0.001 내지 10 vol%, 이산화탄소 0.001 내지 40 vol%, 질소 1 내지 45 vol% 및 메탄 5% 내지 98 vol%를 포함하는 것을 의미한다. Additionally, the permeability of helium and selectivity of helium based on carbon dioxide can be measured at a temperature of 25 to 60°C and a pressure of 14 to 600 psi when using a mixed gas. The mixed gas means containing 0.001 to 10 vol% of helium, 0.001 to 40 vol% of carbon dioxide, 1 to 45 vol% of nitrogen, and 5% to 98 vol% of methane.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 기체 분리막의 헬륨의 투과도가 40 내지 400 GPU이다. 바람직하게 상기 헬륨의 투과도는 100 내지 360 GPU일 수 있다. 더욱 바람직하게 상기 헬륨의 투과도는 200 내지 360 GPU일 수 있다. 또한, 상기 헬륨의 투과도는 235 내지 356 GPU일 수 있다. 상기 헬륨의 투과도 범위와 함께, 이산화탄소를 기준으로 헬륨의 선택도 범위를 동시에 만족하는 경우, 기체 분리 공정 비용을 절감할 수 있다. 상기 GPU는 Gas Permeation Unit으로 10-6cm3(STP)/cm2·s·cmHg를 의미한다. In one embodiment of the present specification, the helium permeability of the gas separation membrane is 40 to 400 GPU. Preferably, the helium transmittance may be 100 to 360 GPU. More preferably, the helium transmittance may be 200 to 360 GPU. Additionally, the helium permeability may be 235 to 356 GPU. If the selectivity range of helium relative to carbon dioxide is simultaneously satisfied along with the permeability range of helium, the cost of the gas separation process can be reduced. The GPU is a Gas Permeation Unit, meaning 10 -6 cm 3 (STP)/cm 2 ·s ·cmHg.

상기 헬륨의 투과도는 상기 활성층의 평균 공극 반경이 커질수록 증가할 수 있다. The helium permeability may increase as the average pore radius of the active layer increases.

상기 이산화탄소를 기준으로 헬륨의 선택도란, 이산화탄소를 기준으로 측정한 헬륨의 투과 속도의 비를 의미한다. 구체적으로, 상기 이산화탄소를 기준으로 헬륨의 선택도는 표준 온도와 압력(STP, Standard Temperature and Pressure)의 조건인 25 내지 60℃, 14 내지 600 psi에서 측정된 헬륨의 투과도를 이산화탄소의 투과도로 나눈 값을 일컫는다. The selectivity of helium based on carbon dioxide refers to the ratio of the permeation speed of helium measured based on carbon dioxide. Specifically, the selectivity of helium based on carbon dioxide is the helium permeability measured at 25 to 60°C and 14 to 600 psi, which is the standard temperature and pressure (STP) condition, divided by the permeability of carbon dioxide. It refers to

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 기체 분리막의 이산화탄소를 기준으로 헬륨의 선택도가 4 내지 55이다. 바람직하게 상기 이산화탄소를 기준으로 헬륨의 선택도는 5 내지 30일 수 있다. 더욱 바람직하게 상기 이산화탄소를 기준으로 헬륨의 선택도는 5 내지 10일 수 있다. 일 예에 따르면, 상기 이산화탄소를 기준으로 헬륨의 선택도는 5.4 내지 6.5일 수 있다. 또한, 상기 이산화탄소를 기준으로 헬륨의 선택도 범위와 상기 헬륨의 투과도 범위를 동시에 만족하는 경우, 기체 분리 공정 비용을 절감할 수 있다.In an exemplary embodiment of the present specification, the selectivity of helium based on carbon dioxide of the gas separation membrane is 4 to 55. Preferably, the selectivity of helium based on carbon dioxide may be 5 to 30. More preferably, the selectivity of helium based on carbon dioxide may be 5 to 10. According to one example, the selectivity of helium based on carbon dioxide may be 5.4 to 6.5. In addition, when the selectivity range of helium and the permeability range of helium are simultaneously satisfied based on the carbon dioxide, the cost of the gas separation process can be reduced.

상기 공극들은 디펙트(defect)를 포함할 수 있다. 상기 디펙트(defect)의 공극 반경 크기는 0.33 nm 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 디펙트의 공극 반경 크기는 0.33 nm 내지 0.45 nm일 수 있다. The voids may include defects. The size of the pore radius of the defect may be 0.33 nm or more. Specifically, the size of the pore radius of the defect may be 0.33 nm to 0.45 nm.

상기 디펙트(defect)란 본 명세서에 따른 기체 분리막 제조 시, 수용액과 유기 용액의 불균일 코팅에 의한 불균일한 계면 중합에 의해 생성된 것을 의미한다. The defect refers to a defect produced by heterogeneous interfacial polymerization due to heterogeneous coating of an aqueous solution and an organic solution when manufacturing a gas separation membrane according to the present specification.

상기 디펙트(defect)의 공극 반경 크기는 양전자 소멸시간 분광분석(positron annihilation lifetime spectroscopy, PALS)에 의해 측정될 수 있으며, 상기 양전자 소멸시간 분광분석은 후술할 계산식을 이용하여 계산할 수 있다.The size of the pore radius of the defect can be measured by positron annihilation lifetime spectroscopy (PALS), and the positron annihilation time spectroscopy can be calculated using a formula to be described later.

상기 디펙트(defect)가 존재하지 않는다는 가정 하에, 상기 이산화탄소를 기준으로 헬륨의 선택도는 상기 활성층의 평균 공극 반경이 작을수록 증가할 수 있다. 그러나, 일정 공극 크기 이상의 디펙트가 존재할 경우, 헬륨 및 이산화탄소 모두 결함을 통해 투과되므로 헬륨의 선택도는 낮아진다.Under the assumption that the defect does not exist, the selectivity of helium relative to carbon dioxide may increase as the average pore radius of the active layer decreases. However, when there is a defect larger than a certain pore size, both helium and carbon dioxide permeate through the defect, so the selectivity for helium decreases.

상기 일정 공극 크기 이상의 디펙트가 존재하는 경우란, 전술한 바와 같이 상기 디펙트의 공극 반경 크기가 0.33 nm 이상인 디펙트를 포함하는 것을 의미한다.The case where a defect of a certain pore size or more exists means that the defect includes a defect whose pore radius size is 0.33 nm or more, as described above.

본 명세서의 일 실시상태에 따른 기체 분리막은 활성층의 자유체적(free volume)의 크기에 따라, 특정 기체의 투과도 및 선택도가 달라질 수 있다. 상기 활성층의 자유 체적은 상기 활성층의 평균 공극 반경의 크기에 의해 조절될 수 있다.The gas separation membrane according to an exemplary embodiment of the present specification may have different permeability and selectivity for a specific gas depending on the size of the free volume of the active layer. The free volume of the active layer can be adjusted by the size of the average pore radius of the active layer.

상기 활성층의 평균 공극 반경의 크기는 상기 활성층을 형성하는데 사용되는 아민 화합물을 포함하는 수용액에 포함되는 아민 화합물의 함량, 아실 할라이드 화합물을 포함하는 유기용액에 포함되는 아실 할라이드 함량 또는 상기 아민 화합물을 포함하는 수용액 또는 상기 아실 할리이드를 포함하는 유기용액 내 포함되는 계면활성제의 종류 및 함량 또는 상기 아민 화합물을 포함하는 수용액 내 포함되는 염의 종류 및 함량에 따라 조절될 수 있다.The size of the average pore radius of the active layer includes the content of the amine compound contained in the aqueous solution containing the amine compound used to form the active layer, the content of the acyl halide contained in the organic solution containing the acyl halide compound, or the amine compound. It can be adjusted depending on the type and content of the surfactant contained in the aqueous solution or the organic solution containing the acyl halide, or the type and content of the salt contained in the aqueous solution containing the amine compound.

기체 분리막에 있어서, 기체의 투과도와 선택도가 동시에 클수록 좋으나, 대부분의 기체 분리막 소재는 투과도 및 선택도가 역의 상관관계를 가지고 있다. In a gas separation membrane, the greater the gas permeability and selectivity at the same time, the better. However, for most gas separation membrane materials, permeability and selectivity have an inverse correlation.

그러나 본 명세서의 일 실시상태에 의한 기체 분리막은 투과도 및 선택도의 역의 상관관계를 개선할 수 있다. 즉, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 기체 분리막은 헬륨 투과도를 비교적 높게 유지하면서도, 이산화탄소를 기준으로 헬륨의 선택도를 매우 높일 수 있다.However, the gas separation membrane according to an exemplary embodiment of the present specification can improve the inverse correlation between permeability and selectivity. That is, the gas separation membrane according to an exemplary embodiment of the present specification can greatly increase the selectivity of helium relative to carbon dioxide while maintaining relatively high helium permeability.

기존에 존재하는 헬륨 회수 시장의 경우, 제한된 천연 가스 및 원전에서 고가의 극저온 증류법을 활용하여 헬륨을 회수하고 있으며, 기체 분리막을 이용한 헬륨의 회수 방법은 제한적이다. In the case of the existing helium recovery market, helium is recovered using expensive cryogenic distillation from limited natural gas and nuclear power plants, and helium recovery methods using gas separation membranes are limited.

그러나, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 기체 분리막을 이용하여, 비교적 저가의 비용으로 가스 혼합물로부터 헬륨을 선택적으로 분리할 수 있다. However, by using the gas separation membrane according to an exemplary embodiment of the present specification, helium can be selectively separated from the gas mixture at a relatively low cost.

상기 헬륨을 선택적으로 분리할 수 있다는 것은, 헬륨의 투과도 및 이산화탄소를 기준으로 헬륨의 선택도가 높다는 것을 의미한다. Being able to selectively separate helium means that the selectivity of helium is high based on the permeability of helium and carbon dioxide.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 방향족 폴리아미드는 하기 화학식 A로 표시되는 구조를 포함한다. In one embodiment of the present specification, the aromatic polyamide includes a structure represented by the following formula (A).

[화학식 A][Formula A]

상기 화학식 A에 있어서, Ar1은 치환 또는 비치환된 아릴렌기이다. In Formula A, Ar1 is a substituted or unsubstituted arylene group.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar1은 탄소수 6 내지 30의 치환 또는 비치환된 아릴렌기이다. In one embodiment of the present specification, Ar1 is a substituted or unsubstituted arylene group having 6 to 30 carbon atoms.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar1은 탄소수 6 내지 20의 치환 또는 비치환된 아릴렌기이다. In one embodiment of the present specification, Ar1 is a substituted or unsubstituted arylene group having 6 to 20 carbon atoms.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar1은 탄소수 6 내지 12의 치환 또는 비치환된 아릴렌기이다. In one embodiment of the present specification, Ar1 is a substituted or unsubstituted arylene group having 6 to 12 carbon atoms.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar1은 치환 또는 비치환된 페닐렌기이다. In one embodiment of the present specification, Ar1 is a substituted or unsubstituted phenylene group.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar1은 수소, 치환 또는 비치환된 알킬기, -SOOH, 또는 -COOH로 치환 또는 비치환된 페닐렌기이다.In one embodiment of the present specification, Ar1 is hydrogen, a substituted or unsubstituted alkyl group, -SOOH, or -COOH, and a phenylene group substituted or unsubstituted.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar1은 수소, 메틸기, -SOOH, 또는 -COOH로 치환 또는 비치환된 페닐렌기이다.In one embodiment of the present specification, Ar1 is a phenylene group unsubstituted or substituted with hydrogen, a methyl group, -SOOH, or -COOH.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar1은 수소, 메틸기, -SOOH, 또는 -COOH로 치환된 페닐렌기이다.In one embodiment of the present specification, Ar1 is a phenylene group substituted with hydrogen, a methyl group, -SOOH, or -COOH.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 본 명세서에 있어서, 아릴기는 특별히 한정되지 않으나 탄소수 6 내지 60인 것이 바람직하며, 단환식 아릴기 또는 다환식 아릴기일 수 있다. 일 실시상태에 따르면, 상기 아릴기의 탄소수는 6 내지 30이다. 일 실시상태에 따르면, 상기 아릴기의 탄소수는 6 내지 20이다. 상기 아릴기가 단환식 아릴기로는 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 다환식 아릴기로는 나프틸기, 안트라세닐기, 인데닐기, 페난트레닐기, 파이레닐기, 페릴레닐기, 트리페닐기, 크라이세닐기, 플루오레닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게 상기 아릴기는 페닐기이다. In one embodiment of the present specification, the aryl group is not particularly limited, but preferably has 6 to 60 carbon atoms, and may be a monocyclic aryl group or a polycyclic aryl group. According to one embodiment, the aryl group has 6 to 30 carbon atoms. According to one embodiment, the aryl group has 6 to 20 carbon atoms. The aryl group may be a monocyclic aryl group, such as a phenyl group, biphenyl group, or terphenyl group, but is not limited thereto. The polycyclic aryl group may include a naphthyl group, anthracenyl group, indenyl group, phenanthrenyl group, pyrenyl group, perylenyl group, triphenyl group, chrysenyl group, fluorenyl group, etc., but is not limited thereto. Preferably, the aryl group is a phenyl group.

본 명세서에 있어서, 아릴렌기는 아릴기에 결합 위치가 두 개 있는 것 즉 2가기를 의미한다. 이들은 각각 2가기인 것을 제외하고는 전술한 아릴기의 설명이 적용될 수 있다.In the present specification, an arylene group refers to an aryl group having two bonding positions, that is, a bivalent group. The description of the aryl group described above can be applied, except that each of these is a divalent group.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 방향족 폴리아미드는 하기 화학식 1로 표시되는 구조를 포함한다. In one embodiment of the present specification, the aromatic polyamide includes a structure represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

상기 화학식 1에 있어서, R1은 수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; -SOOH; 또는 -COOH이고, r1은 0 내지 4의 정수이며, r1이 2 이상인 경우 R1은 서로 같거나 상이하다. In Formula 1, R1 is hydrogen; Substituted or unsubstituted alkyl group; -SOOH; or -COOH, r1 is an integer from 0 to 4, and when r1 is 2 or more, R1 are the same or different from each other.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R1은 수소; 탄소수 1 내지 30의 치환 또는 비치환된 알킬기; -SOOH; 또는 -COOH이다. In one embodiment of the present specification, R1 is hydrogen; A substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 30 carbon atoms; -SOOH; or -COOH.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R1은 수소; 탄소수 1 내지 20의 치환 또는 비치환된 알킬기; -SOOH; 또는 -COOH이다. In one embodiment of the present specification, R1 is hydrogen; A substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 20 carbon atoms; -SOOH; or -COOH.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R1은 수소; 탄소수 1 내지 10의 치환 또는 비치환된 알킬기; -SOOH; 또는 -COOH이다. In one embodiment of the present specification, R1 is hydrogen; A substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 10 carbon atoms; -SOOH; or -COOH.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R1은 수소; 치환 또는 비치환된 메틸기; -SOOH; 또는 -COOH이다. In one embodiment of the present specification, R1 is hydrogen; Substituted or unsubstituted methyl group; -SOOH; or -COOH.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R1은 수소; 메틸기; -SOOH; 또는 -COOH이다. In one embodiment of the present specification, R1 is hydrogen; methyl group; -SOOH; or -COOH.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 방향족 폴리아미드는 하기 화학식 B-1 및 B-2 중 어느 하나 또는 둘 모두로 표시되는 구조를 더 포함할 수 있다. In one embodiment of the present specification, the aromatic polyamide may further include a structure represented by one or both of the following formulas B-1 and B-2.

[화학식 B-1][Formula B-1]

[화학식 B-2][Formula B-2]

상기 화학식 B-1 및 B-2에 있어서, Ra 및 Rb는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; -COOH; 또는 아실할라이드기이고, ra은 0 내지 3의 정수이고, ra이 2 이상인 경우 Ra은 서로 같거나 상이하고, rb는 0 내지 4의 정수이고 rb가 2 이상인 경우 Rb는 서로 같거나 상이하다. In Formulas B-1 and B-2, Ra and Rb are the same or different from each other and are each independently hydrogen; -COOH; Or, it is an acyl halide group, and ra is an integer of 0 to 3. When ra is 2 or more, Ra is the same or different from each other, rb is an integer of 0 to 4, and when rb is 2 or more, Rb is the same or different.

상기 화학식 B-1 및 B-2에 있어서, Ra 및 Rb는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; -COOH; 또는 -COCl이고, ra은 0 내지 3의 정수이고, ra이 2 이상인 경우 Ra은 서로 같거나 상이하고, rb는 0 내지 4의 정수이고 rb가 2 이상인 경우 Rb는 서로 같거나 상이하다. In Formulas B-1 and B-2, Ra and Rb are the same or different from each other and are each independently hydrogen; -COOH; or -COCl, ra is an integer from 0 to 3, and when ra is 2 or more, Ra is the same or different from each other, rb is an integer from 0 to 4, and when rb is 2 or more, Rb is the same or different from each other.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, Ra는 수소이다. In one embodiment of the present specification, Ra is hydrogen.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, Rb는 수소; COOH; 또는 -COCl이다. In one embodiment of the present specification, Rb is hydrogen; COOH; or -COCl.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 방향족 폴리아미드는 상기 화학식 1로 표시되는 구조; 및 상기 화학식 B-1 및 상기 화학식 B-2로 표시되는 구조 중 어느 하나 또는 둘 모두로 표시되는 구조를 포함한다. In one embodiment of the present specification, the aromatic polyamide has a structure represented by Formula 1; and structures represented by either or both of the structures represented by Formula B-1 and Formula B-2.

본 명세서에 있어서, 아실 할라이드기는 R100COX로 표시될 수 있으며, 상기 R100은 치환 또는 비치환된 알킬기 또는 치환 또는 비치환된 아릴기일 수 있고 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 X는 할로겐기를 의미한다. In the present specification, the acyl halide group may be represented by R 100 COX, where R 100 may be a substituted or unsubstituted alkyl group or a substituted or unsubstituted aryl group, but is not limited thereto, and X represents a halogen group. .

본 명세서에 있어서, 할로겐기의 예로는 불소, 염소, 브롬 또는 요오드가 있다. In this specification, examples of halogen groups include fluorine, chlorine, bromine, or iodine.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 방향족 폴리아미드는 하기 화학식 1-1로 표시되는 화합물의 아민기(-NH2)와 및 아실 할라이드 화합물의 아실 할라이드기(구체적으로는 아실클로라이드기, -COCl)가 중합하여 형성된 아미드 결합(-CONH-)을 포함한다. In one embodiment of the present specification, the aromatic polyamide is composed of an amine group (-NH 2 ) of a compound represented by the following formula 1-1 and an acyl halide group (specifically, an acyl chloride group, -COCl) of an acyl halide compound. ) contains an amide bond (-CONH-) formed by polymerization.

[화학식 1-1][Formula 1-1]

상기 화학식 1-1에 있어서, R14는 수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; -SOOH; 또는 -COOH이고, r14는 0 내지 5의 정수이고, r14가 2 이상인 경우 R14는 서로 같거나 상이하고, m은 1 또는 2의 정수이다. In Formula 1-1, R14 is hydrogen; Substituted or unsubstituted alkyl group; -SOOH; or -COOH, r14 is an integer of 0 to 5, and when r14 is 2 or more, R14 is the same or different from each other, and m is an integer of 1 or 2.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, m+r14는 1 내지 6의 정수이다.In one embodiment of the present specification, m+r14 is an integer from 1 to 6.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R14는 수소; 탄소수 1 내지 30의 치환 또는 비치환된 알킬기; -SOOH; 또는 -COOH이다. In one embodiment of the present specification, R14 is hydrogen; A substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 30 carbon atoms; -SOOH; or -COOH.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R14는 수소; 탄소수 1 내지 20의 치환 또는 비치환된 알킬기; -SOOH; 또는 -COOH이다. In one embodiment of the present specification, R14 is hydrogen; A substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 20 carbon atoms; -SOOH; or -COOH.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R14는 수소; 탄소수 1 내지 10의 치환 또는 비치환된 알킬기; -SOOH; 또는 -COOH이다. In one embodiment of the present specification, R14 is hydrogen; A substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 10 carbon atoms; -SOOH; or -COOH.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R14는 수소; 치환 또는 비치환된 메틸기; -SOOH; 또는 -COOH이다. In one embodiment of the present specification, R14 is hydrogen; Substituted or unsubstituted methyl group; -SOOH; or -COOH.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R14는 수소; 메틸기; -SOOH; 또는 -COOH이다. In one embodiment of the present specification, R14 is hydrogen; methyl group; -SOOH; or -COOH.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1-1의 r14는 0이고, m은 2이다.In an exemplary embodiment of the present specification, r14 in Formula 1-1 is 0 and m is 2.

본 명세서에 있어서, 상기 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 일 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 30이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 20이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 10이다. 알킬기의 구체적인 예로는 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기, n-펜틸기, n-헥실기, n-헵틸기, n-옥틸기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.In the present specification, the alkyl group may be straight chain or branched, and according to one embodiment, the alkyl group has 1 to 30 carbon atoms. According to another embodiment, the carbon number of the alkyl group is 1 to 20. According to another embodiment, the carbon number of the alkyl group is 1 to 10. Specific examples of alkyl groups include methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, tert-butyl group, n-pentyl group, n-hexyl group, n-heptyl group, and n-oxyl group. There is a til group, etc., but it is not limited to these.

본 명세서에 있어서, 시클로알킬기는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 3 내지 30인 것이 바람직하며, 특히 시클로펜틸기, 시클로헥실기가 바람직하나, 이들에 한정되지 않는다.In the present specification, the cycloalkyl group is not particularly limited, but preferably has 3 to 30 carbon atoms, and is particularly preferably a cyclopentyl group or a cyclohexyl group, but is not limited to these.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 방향족 폴리아미드(aromatic polyamide)는 완전 방향족 폴리아미드(Fully aromatic polyamide)일 수 있다. 상기 완전 방향족 폴리아미드란, 상기 완전 방향족 폴리아미드를 중합하는데 사용되는 상기 아민 화합물 및 상기 아실 할라이드 화합물이 모두 방향족인 것을 의미한다. In one embodiment of the present specification, the aromatic polyamide may be a fully aromatic polyamide. The fully aromatic polyamide means that both the amine compound and the acyl halide compound used to polymerize the fully aromatic polyamide are aromatic.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 아민 화합물을 포함하는 수용액에 포함되는 아민 화합물은 방향족 아민 화합물일 수 있다. In one embodiment of the present specification, the amine compound included in the aqueous solution containing the amine compound may be an aromatic amine compound.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 아민 화합물은 상기 화학식 1-1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다. 상기 화학식 1-1로 표시되는 화합물은 예를 들면, m-페닐렌디아민, p-페닐렌디아민, 2,3-디아미노톨루엔, 2,4-디아미노톨루엔, 2,5-디아미노톨루엔, 2,6-디아미노톨루엔, 3,4-디아미노톨루엔, m-톨루이딘, p-톨루이딘, 또는 o-톨루이딘 등이 사용될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. In one embodiment of the present specification, the amine compound may include a compound represented by Formula 1-1. Compounds represented by Formula 1-1 include, for example, m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, 2,3-diaminotoluene, 2,4-diaminotoluene, 2,5-diaminotoluene, 2,6-diaminotoluene, 3,4-diaminotoluene, m-toluidine, p-toluidine, or o-toluidine may be used, but are not necessarily limited thereto.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 아실 할라이드 화합물을 포함하는 유기용액에 포함되는 아실 할라이드 화합물은 방향족 아실 할라이드 화합물일 수 있다. In one embodiment of the present specification, the acyl halide compound included in the organic solution containing the acyl halide compound may be an aromatic acyl halide compound.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 아실 할라이드 화합물을 포함하는 유기용액에 포함되는 아실 할라이드 화합물로는 폴리아미드의 중합에 사용될 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않으나, 2개 또는 3개의 카르복실산 할라이드를 갖는 방향족 화합물일 수 있다. In an exemplary embodiment of the present specification, the acyl halide compound contained in the organic solution containing the acyl halide compound is not particularly limited as long as it can be used in the polymerization of polyamide, but may include two or three carboxylic acid halides. It may be an aromatic compound having

예를 들면, 상기 아실 할라이드 화합물로 트리메조일클로라이드, 이소프탈로일클로라이드 및 테레프탈로일클로라이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 트리메조일클로라이드가 사용될 수 있다.For example, the acyl halide compound may be one or a mixture of two or more selected from the group consisting of trimesoyl chloride, isophthaloyl chloride, and terephthaloyl chloride, and trimesoyl chloride is preferably used. You can.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 방향족 폴리아미드는 하기 화학식 C로 표시되는 구조를 포함할 수 있다. In one embodiment of the present specification, the aromatic polyamide may include a structure represented by the following formula C.

[화학식 C][Formula C]

상기 화학식 C에 있어서, Ar2 및 Ar3은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴렌기이다. In the above formula C, Ar2 and Ar3 are the same or different from each other and each independently represents a substituted or unsubstituted arylene group.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2 및 Ar3은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 탄소수 6 내지 30의 치환 또는 비치환된 아릴렌기이다.In one embodiment of the present specification, Ar2 and Ar3 are the same as or different from each other, and each independently represents a substituted or unsubstituted arylene group having 6 to 30 carbon atoms.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2 및 Ar3은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 탄소수 6 내지 20의 치환 또는 비치환된 아릴렌기이다.In an exemplary embodiment of the present specification, Ar2 and Ar3 are the same or different from each other, and each independently represents a substituted or unsubstituted arylene group having 6 to 20 carbon atoms.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2 및 Ar3은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 탄소수 6 내지 12의 치환 또는 비치환된 아릴렌기이다.In an exemplary embodiment of the present specification, Ar2 and Ar3 are the same as or different from each other, and each independently represents a substituted or unsubstituted arylene group having 6 to 12 carbon atoms.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2 및 Ar3은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐렌기이다.In an exemplary embodiment of the present specification, Ar2 and Ar3 are the same or different from each other and are each independently a substituted or unsubstituted phenylene group.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 방향족 폴리아미드는 하기 화학식 D-1 내지 D-3 중 어느 하나 또는 둘 이상으로 표시되는 구조를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. In one embodiment of the present specification, the aromatic polyamide may include a structure represented by any one or two or more of the following formulas D-1 to D-3, but is not limited thereto.

[화학식 D-1][Formula D-1]

[화학식 D-2][Formula D-2]

[화학식 D-3][Formula D-3]

상기 화학식 D-1 내지 D-3에 있어서, In the above formulas D-1 to D-3,

R21 내지 R23은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; -COOH; 또는 -COCl이고, R21 to R23 are the same or different from each other, and are each independently hydrogen; -COOH; or -COCl,

R'는 히드록시기(-OH); 또는 염소(-Cl)이며, R' is a hydroxy group (-OH); or chlorine (-Cl),

R11 내지 R13은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; -SOOH; 또는 -COOH이고, R11 to R13 are the same as or different from each other, and are each independently hydrogen; Substituted or unsubstituted alkyl group; -SOOH; or -COOH,

r21 내지 r23 및 r11 내지 r13은 각각 0 내지 4의 정수이고, r21 내지 r23 및 r11 내지 r13이 2 이상인 경우, 괄호 안의 구조는 각각 서로 같거나 상이하다. r21 to r23 and r11 to r13 are each integers of 0 to 4, and when r21 to r23 and r11 to r13 are 2 or more, the structures in parentheses are the same or different from each other.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 방향족 폴리아미드는 하기 화학식 F-1 내지 F-3 중 어느 하나 또는 둘 이상으로 표시되는 구조를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. In one embodiment of the present specification, the aromatic polyamide may include a structure represented by any one or two or more of the following formulas F-1 to F-3, but is not limited thereto.

[화학식 F-1][Formula F-1]

[화학식 F-2][Formula F-2]

[화학식 F-3][Formula F-3]

상기 화학식 F-1 내지 F-3에 있어서, R''는 히드록시기(-OH); 또는 염소(-Cl)이다. In the above formulas F-1 to F-3, R'' is a hydroxy group (-OH); or chlorine (-Cl).

상기 활성층이 완전 방향족 폴리아미드를 포함하는 것이 아닌, 세미 방향족 폴리아미드(Semi-aromatic polyamide) 또는 지방족과 방향족의 혼합 폴리아미드(mixed aromatic polyamide)를 포함하는 경우, 상기 활성층을 포함하는 기체 분리막을 백금(Pt) 표면 코팅 후에 주사 전자 현미경(SEM)를 이용하여 표면 사진을 찍었을 때, 표면 돌기가 관찰되지 않는다. When the active layer does not contain fully aromatic polyamide but rather semi-aromatic polyamide or mixed aromatic polyamide of aliphatic and aromatic, the gas separation membrane containing the active layer is made of platinum. (Pt) When the surface was photographed using a scanning electron microscope (SEM) after surface coating, no surface protrusions were observed.

도 2를 참고하면, 전술한 바와 같이 본 명세서의 기체 분리막을 주사 전자 현미경(SEM)을 이용하여 표면 사진을 찍었을 때, 표면 돌기가 관찰되는 것은 본 명세서의 기체 분리막에 포함되는 상기 활성층이 완전 방향족 폴리아미드(Fully aromatic polyamide)를 포함하기 때문이다. 상기 표면 돌기가 존재함으로써 본 명세서의 기체 분리막에 기체가 접촉하는 표면적이 넓어져 헬륨의 투과도가 향상되는 효과가 있다. Referring to FIG. 2, when the surface of the gas separation membrane of the present specification was photographed using a scanning electron microscope (SEM) as described above, the surface protrusions observed indicate that the active layer included in the gas separation membrane of the present specification is complete. This is because it contains fully aromatic polyamide. The presence of the surface protrusions increases the surface area where gas contacts the gas separation membrane of the present specification, thereby improving helium permeability.

본 명세서에 있어서, 중량평균 분자량이란 분자량이 균일하지 않고 어떤 고분자 물질의 분자량이 기준으로 사용되는 평균 분자량 중의 하나로, 분자량 분포가 있는 고분자 화합물의 성분 분자종의 분자량을 중량 분율로 평균하여 얻어지는 값이다.In this specification, the weight average molecular weight is one of the average molecular weights that are used as a standard for the molecular weight of certain polymer materials where the molecular weight is not uniform, and is a value obtained by averaging the molecular weights of the component molecular species of a polymer compound with a molecular weight distribution by weight fraction. .

상기 중량평균 분자량은 Gel Permeation Chromatography (GPC) 분석을 통하여 측정될 수 있다.The weight average molecular weight can be measured through Gel Permeation Chromatography (GPC) analysis.

본 명세서의 일 실시상태에 따른 기체 분리막은 푸리에 변환 적외선 분광계(FT-IR)에 의해 1650 cm-1 내지 1700 cm-1 영역의 피크가 검출될 수 있다. 상기 1650 cm-1 내지 1700 cm-1 영역의 피크를 포함함으로써, 상기 기체 분리막에 포함되는 상기 활성층에 -C(=O)-가 포함되어 있음을 확인할 수 있다. In the gas separation membrane according to an exemplary embodiment of the present specification, a peak in the region of 1650 cm -1 to 1700 cm -1 can be detected by Fourier transform infrared spectrometry (FT-IR). By including a peak in the region of 1650 cm -1 to 1700 cm -1 , it can be confirmed that -C(=O)- is included in the active layer included in the gas separation membrane.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 기체 분리막의 헬륨의 투과도는 40 내지 400 GPU이다. In one embodiment of the present specification, the helium permeability of the gas separation membrane is 40 to 400 GPU.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 활성층은 공극들을 포함하고, 상기 공극들의 평균 공극 반경이 0.239 nm 내지 0.45 nm이다. In one embodiment of the present specification, the active layer includes pores, and the average pore radius of the pores is 0.239 nm to 0.45 nm.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 활성층은 공극들을 포함하고, 상기 공극은 다수 개일 수 있다. In one embodiment of the present specification, the active layer includes pores, and the pores may be plural.

상기 공극들은 전술한 바와 같이 디펙트(defect)를 포함할 수 있다.The voids may include defects as described above.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 활성층은 공극들을 포함하고, 상기 공극들의 평균 공극 반경은 0.239 nm 내지 0.45 nm일 수 있다. 바람직하게 상기 평균 공극 반경은 0.25 nm 내지 0.275 nm일 수 있다. 더욱 바람직하게 상기 평균 공극 반경은 0.255 nm 내지 0.271 nm일 수 있다. In one embodiment of the present specification, the active layer includes pores, and the average pore radius of the pores may be 0.239 nm to 0.45 nm. Preferably, the average pore radius may be 0.25 nm to 0.275 nm. More preferably, the average pore radius may be 0.255 nm to 0.271 nm.

상기 활성층의 평균 공극 반경이 상기 범위에 해당하는 경우, 기체 분리막의 헬륨의 투과도 및 이산화탄소를 기준으로 헬륨의 선택도를 향상시킬 수 있다. 상기 활성층의 평균 공극 반경이 0.239 nm 미만 또는 0.45 nm 초과인 경우, 헬륨의 투과도 및 이산화탄소 기준으로 헬륨의 선택도의 특성을 모두 향상시킬 수 없고, 하나의 특성만이 향상되고 나머지 특성은 대폭 감소할 수 있다. When the average pore radius of the active layer falls within the above range, helium permeability of the gas separation membrane and helium selectivity based on carbon dioxide can be improved. If the average pore radius of the active layer is less than 0.239 nm or more than 0.45 nm, both the helium permeability and the helium selectivity characteristics based on carbon dioxide cannot be improved, and only one characteristic is improved and the remaining characteristics are significantly reduced. You can.

상기 평균 공극 반경이란, 상기 활성층에 포함되는 공극들의 중심을 지나는 직경의 절반의 평균 값을 의미한다. The average pore radius refers to the average value of half the diameter passing through the center of the pores included in the active layer.

상기 활성층에 포함되는 공극 반경의 범위는 0.2 nm 내지 0.32 nm이다. 또 다른 일 실시상태에 있어서, 상기 공극 반경의 범위는 0.21 nm 내지 0.32 nm 이다. 또 다른 일 실시상태에 있어서, 상기 공극 반경의 범위는 0.22 nm 내지 0.30 nm이다. The range of pore radius included in the active layer is 0.2 nm to 0.32 nm. In another exemplary embodiment, the range of the pore radius is 0.21 nm to 0.32 nm. In another exemplary embodiment, the range of the pore radius is 0.22 nm to 0.30 nm.

상기 활성층에 포함되는 공극 반경의 범위가 상기 수치 범위만을 만족하는 경우, 기체 분리막의 헬륨 투과도 및 이산화탄소를 기준으로 헬륨의 선택도를 향상시킬 수 있다.When the range of pore radii included in the active layer satisfies only the above numerical range, helium permeability of the gas separation membrane and helium selectivity based on carbon dioxide can be improved.

상기 공극 반경은 후술하는 양전자 소멸시간 분광 분석에 의해 측정할 수 있다. The cavity radius can be measured by positron extinction time spectroscopic analysis, which will be described later.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 평균 공극 반경은 양전자 소멸시간 분광분석(positron annihilation lifetime spectroscopy, PALS)에 의해 측정된다.In one embodiment of the present specification, the average pore radius is measured by positron annihilation lifetime spectroscopy (PALS).

구체적으로, 상기 양전자 소멸시간 분광분석을 이용한 평균 공극 반경의 측정은, 양전자의 평균 수명을 측정하여, 하기와 같은 계산식을 이용하여 계산한 후, 계산된 모든 공극 반경 수치를 평균으로 계산하여 구할 수 있다.Specifically, the measurement of the average pore radius using the positron annihilation time spectroscopic analysis can be obtained by measuring the average lifetime of the positron, calculating it using the following calculation formula, and then calculating the average of all calculated pore radius values. there is.

[계산식][formula]

상기 계산식에 있어서, In the above calculation formula,

τ는 양전자의 평균 수명(ns)이고, R은 공극 반경(nm)이다. τ is the average lifetime of the positron (ns), and R is the cavity radius (nm).

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 양전자 소멸시간 분광분석에 사용되는 기기는 FUJI IMVAC사의 소형 양전자 빔(beam) 발생장치 PALS-200A 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In one embodiment of the present specification, the device used for the positron extinction time spectroscopic analysis may be a small positron beam generator PALS-200A manufactured by FUJI IMVAC, but is not limited thereto.

상기 공극 반경의 의미는 상기 디펙트에 관한 전술한 설명에도 적용될 수 있다.The meaning of the gap radius can also be applied to the above description of the defect.

상기 평균 공극 반경은, 상기 계산식을 이용하여 계산한 공극 반경들의 총 합의 평균 값으로 구할 수 있으며, 구체적으로 약 500만 개의 공극들을 기준으로 계산된 공극 반경들의 평균 값으로 구할 수 있다.The average pore radius can be obtained as the average value of the total sum of pore radii calculated using the above calculation formula. Specifically, it can be obtained as the average value of pore radii calculated based on about 5 million pores.

본 명세서의 일 실시상태는 다공성층; 및 활성층을 포함하는 기체 분리막으로서, 상기 활성층은 아민 화합물을 포함하는 수용액과 아실 할라이드 화합물을 포함하는 유기용액의 계면 중합에 의해 형성되고, 상기 활성층은 공극들을 포함하고, 상기 공극들의 평균 공극 반경이 0.239nm 내지 0.45nm인 기체 분리막을 제공한다. An exemplary embodiment of the present specification includes a porous layer; and an active layer, wherein the active layer is formed by interfacial polymerization of an aqueous solution containing an amine compound and an organic solution containing an acyl halide compound, the active layer includes pores, and the average pore radius of the pores is A gas separation membrane of 0.239 nm to 0.45 nm is provided.

본 명세서의 또 하나의 일 실시상태는 다공성층; 및 활성층을 포함하는 기체 분리막으로서, 상기 활성층은 공극들을 포함하고, 상기 공극들의 평균 공극 반경이 0.239 nm 내지 0.45 nm이고, 상기 기체 분리막의 헬륨의 투과도가 40 내지 400 GPU이며, 상기 기체 분리막의 이산화탄소를 기준으로 헬륨의 선택도가 4 내지 55이고, 상기 평균 공극 반경은 양전자 소멸시간 분광분석(positron annihilation lifetime spectroscopy, PALS)에 의해 측정된 것인 기체 분리막을 제공한다. Another exemplary embodiment of the present specification includes a porous layer; and a gas separation membrane including an active layer, wherein the active layer includes pores, the average pore radius of the pores is 0.239 nm to 0.45 nm, the helium permeability of the gas separation membrane is 40 to 400 GPU, and the gas separation membrane has a helium permeability of 40 to 400 GPU. A gas separation membrane is provided in which the selectivity for helium is 4 to 55, and the average pore radius is measured by positron annihilation lifetime spectroscopy (PALS).

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 활성층은 방향족 폴리아미드를 포함한다. In one embodiment of the present specification, the active layer includes aromatic polyamide.

상기 활성층이 아민 화합물을 포함하는 수용액과 아실 할라이드 화합물을 포함하는 유기용액의 계면 중합에 의해 형성됨으로써, 상기 활성층 하부의 다공성층의 내구성을 유지하면서 방향족 폴리아미드를 적층하여 코팅할 수 있는 효과가 있다. Since the active layer is formed by interfacial polymerization of an aqueous solution containing an amine compound and an organic solution containing an acyl halide compound, it is possible to laminate and coat the aromatic polyamide while maintaining the durability of the porous layer below the active layer. .

상기 활성층이 방향족 폴리아미드(aromatic polyamide)를 포함함으로써 상기 활성층에 포함되는 공극들의 평균 공극 간격을 줄일 수 있어, 상기 활성층을 포함하는 기체 분리막의 헬륨 투과도 및 이산화탄소를 기준으로 헬륨 선택도를 높일 수 있다.As the active layer includes aromatic polyamide, the average pore spacing of pores included in the active layer can be reduced, thereby increasing the helium permeability and helium selectivity based on carbon dioxide of the gas separation membrane including the active layer. .

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 기체 분리막이란 가스 혼합물에서 특정 기체 분자를 선택적으로 분리할 수 있는 배리어(barrier) 분리막을 의미한다. 기체 분리막은 한 쪽 면에 가스 혼합물이 접촉되면서 반대쪽 면이 저압 상태로 될 때, 가스 혼합물 중 특정 기체만이 투과하는 현상을 이용한다. 구체적으로, 분리막과 친화성이 좋은 특정 기체가 분리막 표면에 용해된 후, 확산을 통해 내부를 통과하고, 다른 면에서 탈착되는 원리를 이용한다. 본 명세서에 있어서, 상기 특정 기체 분자는 헬륨일 수 있다. In one embodiment of the present specification, the gas separation membrane refers to a barrier membrane capable of selectively separating specific gas molecules from a gas mixture. The gas separation membrane uses the phenomenon that when a gas mixture is contacted on one side and the other side is in a low pressure state, only specific gases in the gas mixture permeate. Specifically, it uses the principle that a specific gas with good affinity to the separator is dissolved on the surface of the separator, then passes through the interior through diffusion and is desorbed from the other side. In this specification, the specific gas molecule may be helium.

상기 가스 혼합물이란 수소, 헬륨, 일산화탄소, 이산화탄소, 황화수소, 산소, 질소, 암모니아, 유황 산화물, 질소 산화물, 메탄, 에탄 등의 탄화수소, 프로필렌 등의 불포화 탄화수소 등의 가스와 수증기를 함유하는 것을 의미할 수 있다. The gas mixture may mean containing gases such as hydrogen, helium, carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen sulfide, oxygen, nitrogen, ammonia, sulfur oxides, nitrogen oxides, hydrocarbons such as methane and ethane, and unsaturated hydrocarbons such as propylene and water vapor. there is.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 가스 혼합물이란 전술한 혼합 기체에 대한 설명이 적용될 수 있다. In an exemplary embodiment of the present specification, the description of the gas mixture described above may be applied.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 활성층은 상기 화학식 1-1로 표시되는 화합물을 포함하는 수용액과 상기 아실 할라이드 화합물을 포함하는 유기용액의 계면 중합에 의해 형성될 수 있다.In one embodiment of the present specification, the active layer may be formed by interfacial polymerization of an aqueous solution containing the compound represented by Formula 1-1 and an organic solution containing the acyl halide compound.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 다공성층은 제1 다공성 지지체 및 제2 다공성 지지체를 포함한다. 상기 다공성 지지층은 상기 제1 다공성 지지체 상에 상기 제2 다공성 지지체가 적층된 구조일 수 있다.In one embodiment of the present specification, the porous layer includes a first porous support and a second porous support. The porous support layer may have a structure in which the second porous support is stacked on the first porous support.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 다공성 지지체에 포함되는 재질은 기체 분리막의 지지체로 사용되는 재질이라면 제한 없이 사용될 수 있으나, 바람직하게는 부직포일 수 있다. 상기 부직포는 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 나일론, 또는 폴리에틸렌으로 제조될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In one embodiment of the present specification, the material included in the first porous support may be used without limitation as long as it is a material used as a support for a gas separation membrane, but is preferably a non-woven fabric. The nonwoven fabric may be made of polyester, polypropylene, nylon, or polyethylene, but is not limited thereto.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 다공성 지지체는 부직포를 포함한다. In one embodiment of the present specification, the first porous support includes a non-woven fabric.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 다공성 지지체의 두께는 90 μm 내지 200 μm일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 조절될 수 있다. 또한, 상기 제1 다공성 지지체는 기공을 포함할 수 있으며, 상기 제1 다공성 지지체에 포함되는 기공 크기는 500 ㎚ 내지 10 μm인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제1 다공성 지지체의 두께 및 상기 제1 다공성 지지체에 포함되는 기공 크기는 각각 디지털 두께 게이지와 포로미터(Porometer)를 사용하여 측정할 수 있다. 상기 제1 다공성 지지체가 상기 두께의 범위를 만족하는 경우, 기체 분리막의 다공성층으로서 적절한 내구성을 유지할 수 있다. 또한, 상기 제1 다공성 지지체에 포함되는 기공이 상기 크기의 범위를 만족하는 경우, 기체 분리막의 다공성층으로서 적절한 내구성을 유지할 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the thickness of the first porous support may be 90 μm to 200 μm, but is not limited thereto and may be adjusted as needed. Additionally, the first porous support may include pores, and the pore size included in the first porous support is preferably 500 nm to 10 μm, but is not limited thereto. The thickness of the first porous support and the size of pores included in the first porous support can be measured using a digital thickness gauge and a porometer, respectively. When the first porous support satisfies the above thickness range, it can maintain appropriate durability as a porous layer of a gas separation membrane. Additionally, when the pores included in the first porous support satisfy the above size range, appropriate durability can be maintained as a porous layer of a gas separation membrane.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 다공성층은 상기 제1 다공성 지지체 상에 친수성 고분자 용액을 도포하여 형성된 상기 제2 다공성 지지체를 포함할 수 있다. In one embodiment of the present specification, the porous layer may include the second porous support formed by applying a hydrophilic polymer solution on the first porous support.

상기 친수성 고분자 용액은 친수성 고분자를 용매에 녹여 형성할 수 있다. 상기 친수성 고분자는 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리프로필렌, 폴리메틸펜텐, 폴리메틸클로라이드, 또는 폴리비닐리덴플루오라이드 등이 사용될 수 있으나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다. 구체적으로, 상기 친수성 고분자는 폴리설폰일 수 있다.The hydrophilic polymer solution can be formed by dissolving the hydrophilic polymer in a solvent. The hydrophilic polymer may be polysulfone, polyethersulfone, polycarbonate, polyethylene oxide, polyimide, polyetherimide, polyetheretherketone, polypropylene, polymethylpentene, polymethylchloride, or polyvinylidene fluoride. However, it is not necessarily limited to these. Specifically, the hydrophilic polymer may be polysulfone.

상기 친수성 고분자 용액에 포함되는 상기 용매는 친수성 고분자를 용해할 수 있는 용매라면 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들어, 아세톤(acetone), 아세토니트릴(acetonitrile), 테트라하이드로퓨란(THF), 디메틸설폭사이드(DMSO), 디메틸포름아미드(DMF), 또는 헥사메틸포스포아미드(HMPA) 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 친수성 고분자는 친수성 고분자 용액의 총 중량을 기준으로 10 중량% 내지 30중량% 포함될 수 있으며, 상기 범위를 만족하는 경우, 상기 제2 다공성 지지체가 기체 분리막의 다공성층으로서 적절한 내구성을 유지할 수 있다. The solvent included in the hydrophilic polymer solution can be used without limitation as long as it is a solvent that can dissolve the hydrophilic polymer. For example, acetone, acetonitrile, tetrahydrofuran (THF), dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), or hexamethylphosphoramide (HMPA). It is not limited. The hydrophilic polymer may be included in an amount of 10% to 30% by weight based on the total weight of the hydrophilic polymer solution, and when the above range is satisfied, the second porous support can maintain appropriate durability as a porous layer of a gas separation membrane.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 친수성 고분자 용액을 도포하는 방법은 침지, 스프레이 또는 코팅 등의 방법을 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. In one embodiment of the present specification, the method of applying the hydrophilic polymer solution may be a method such as dipping, spraying, or coating, but is not limited thereto.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 다공성 지지체의 두께는 30 μm 내지 160 μm 일 수 있다. 상기 제2 다공성 지지체의 두께가 상기 범위를 만족하는 경우, 기체 분리막의 다공성층으로서의 적절한 내구성을 유지할 수 있다. 상기 제2 다공성 지지체의 두께는 주사 전자 현미경(SEM)으로 관찰되는 화면을 사용하여 측정할 수 있다. In one embodiment of the present specification, the thickness of the second porous support may be 30 μm to 160 μm. When the thickness of the second porous support satisfies the above range, appropriate durability as a porous layer of a gas separation membrane can be maintained. The thickness of the second porous support can be measured using a screen observed with a scanning electron microscope (SEM).

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 활성층은 폴리아미드 활성층이다. 또 다른 일 실시상태에 있어서, 상기 활성층은 방향족 폴리아미드 활성층이다. In one embodiment of the present specification, the active layer is a polyamide active layer. In another exemplary embodiment, the active layer is an aromatic polyamide active layer.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1-1로 표시되는 화합물은 아민 화합물이며, 상기 화학식 1-1로 표시되는 화합물을 포함하는 수용액은 아민 화합물을 포함하는 수용액일 수 있다. In one embodiment of the present specification, the compound represented by Formula 1-1 is an amine compound, and the aqueous solution containing the compound represented by Formula 1-1 may be an aqueous solution containing an amine compound.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 활성층은 상기 화학식 1-1로 표시되는 화합물을 포함하는 수용액과 상기 아실 할라이드 화합물을 포함하는 유기용액이 계면 중합에 의해 상기 방향족 폴리아미드를 형성할 수 있다.In one embodiment of the present specification, the active layer may form the aromatic polyamide through interfacial polymerization of an aqueous solution containing the compound represented by Formula 1-1 and an organic solution containing the acyl halide compound.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 아민 화합물의 함량은 상기 아민 화합물을 포함하는 수용액 총 중량을 기준으로 0.1 중량% 이상 20 중량% 이하일 수 있으며, 바람직하게는 0.5 중량% 내지 15 중량%, 더욱 바람직하게는 1 중량% 내지 10 중량%일 수 있다. 상기 아민 화합물의 함량이 상기 범위를 만족하는 경우 균일한 폴리아미드 활성층을 제조할 수 있다. In one embodiment of the present specification, the content of the amine compound may be 0.1% by weight or more and 20% by weight or less, preferably 0.5% by weight to 15% by weight, based on the total weight of the aqueous solution containing the amine compound. Preferably it may be 1% by weight to 10% by weight. When the content of the amine compound satisfies the above range, a uniform polyamide active layer can be manufactured.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 아민 화합물을 포함하는 수용액은 필요에 따라 계면활성제를 추가로 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment of the present specification, the aqueous solution containing the amine compound may further include a surfactant if necessary.

폴리아미드 활성층의 계면 중합 시, 상기 아민 화합물을 포함하는 수용액 층과 상기 아실 할라이드 화합물을 포함하는 유기용액 층의 계면에서 빠르게 폴리아미드가 형성되는데, 이 때 상기 계면활성제는 상기 아민 화합물을 포함하는 수용액 층을 얇고 균일하게 만들어 상기 아민 화합물을 포함하는 수용액 층에 존재하는 상기 아민 화합물이 쉽게 상기 아실 할라이드 화합물을 포함하는 유기용액층으로 이동하여 균일한 폴리아미드 활성층이 형성되도록 할 수 있다. During interfacial polymerization of the polyamide active layer, polyamide is rapidly formed at the interface between the aqueous solution layer containing the amine compound and the organic solution layer containing the acyl halide compound. At this time, the surfactant is an aqueous solution containing the amine compound. By making the layer thin and uniform, the amine compound present in the aqueous solution layer containing the amine compound can easily move to the organic solution layer containing the acyl halide compound to form a uniform polyamide active layer.

상기 계면활성제는 비이온성, 양이온성, 음이온성 및 양쪽성 계면활성제 중에서 선택될 수 있다. The surfactant may be selected from nonionic, cationic, anionic and amphoteric surfactants.

상기 계면활성제는 예컨대, 소듐 라우릴 설페이트(SLS), 알킬 에테르 설페이트류, 알킬 설페이트류, 올레핀 술포네이트류, 알킬 에테르 카르복실레이트류, 술포석시네이트류, 방향족 술포네이트류, 옥틸페놀 에톡실레이트류, 에톡시화 노닐페놀류, 알킬 폴리(에틸렌 옥사이드), 폴리(에틸렌 옥사이드) 및 폴리(프로필렌 옥사이드)의 공중합체, 옥틸 글루코시드 또는 데실 말토시드 등의 알킬 폴리글루코시드류, 세틸 알코올 또는 올레일 알코올, 코카미드 MEA, 코카미드 DEA, 알킬 히드록시 에틸 디메틸 암모늄 클로라이드, 세틸트리메틸 암모늄 브로마이드 또는 클로라이드, 헥사데실트리메틸암모늄 브로마이드 또는 클로라이드 등의 지방산 알코올류 및 알킬 베타인류에서 선택되는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 계면활성제는 SLS, 옥틸페놀 에톡실레이트류 또는 에톡시화 노닐페놀류일 수 있다.The surfactant is, for example, sodium lauryl sulfate (SLS), alkyl ether sulfate, alkyl sulfate, olefin sulfonate, alkyl ether carboxylate, sulfosuccinate, aromatic sulfonate, octylphenol ethoxyl esters, ethoxylated nonylphenols, alkyl poly(ethylene oxide), copolymers of poly(ethylene oxide) and poly(propylene oxide), alkyl polyglucosides such as octyl glucoside or decyl maltoside, cetyl alcohol or oleyl. It may be selected from fatty alcohols and alkyl betaines such as alcohol, cocamide MEA, cocamide DEA, alkyl hydroxy ethyl dimethyl ammonium chloride, cetyltrimethyl ammonium bromide or chloride, and hexadecyltrimethylammonium bromide or chloride. Specifically, the surfactant may be SLS, octylphenol ethoxylate, or ethoxylated nonylphenol.

특히, 상기 계면활성제로서 소듐 라우릴 설페이트(SLS)를 이용할 경우, 상기 소듐 라우릴 설페이트(SLS)는 물과 기름에 대한 친화성 정도(Hydrophile-Lipophile Balance, HLB)가 높아 물에 잘 녹으며, 임계 미셸 농도(Critical Michelle Concentration, CMC)도 높기 때문에 과량으로 투입해도 폴리아미드 활성층을 형성을 저해하지 않는다.In particular, when using sodium lauryl sulfate (SLS) as the surfactant, the sodium lauryl sulfate (SLS) has a high affinity for water and oil (Hydrophile-Lipophile Balance, HLB) and is easily soluble in water. Because the Critical Michelle Concentration (CMC) is high, even if added in excessive amounts, the formation of the polyamide active layer is not inhibited.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 계면활성제는 상기 아민 화합물을 포함하는 수용액 총 중량을 기준으로 0.005 중량% 내지 0.5 중량%일 수 있다. 상기 계면활성제가 상기 범위를 만족하여 상기 아민 화합물을 포함하는 수용액에 포함되는 경우, 균일한 폴리아미드 활성층이 형성되도록 할 수 있다. In one embodiment of the present specification, the surfactant may be 0.005% by weight to 0.5% by weight based on the total weight of the aqueous solution containing the amine compound. When the surfactant satisfies the above range and is included in an aqueous solution containing the amine compound, a uniform polyamide active layer can be formed.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 아민 화합물을 포함하는 수용액은 필요에 따라 염을 추가로 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment of the present specification, the aqueous solution containing the amine compound may additionally include a salt if necessary.

폴리아미드 활성층의 계면 중합 시, 상기 아민 화합물을 포함하는 수용액 층과 상기 아실 할라이드 화합물을 포함하는 유기용액 층의 계면에서 빠르게 폴리아미드가 형성되는데, 이 때 상기 염은 계면 중합시 생성되는 HCl을 캡처(capture)하는 역할을 한다. During interfacial polymerization of the polyamide active layer, polyamide is rapidly formed at the interface between the aqueous solution layer containing the amine compound and the organic solution layer containing the acyl halide compound. At this time, the salt captures HCl generated during interfacial polymerization. It plays the role of capture.

상기 염은 예컨대, 트리메틸아민(trimethylamine), 트리에틸아민(triethylamine), 캄포르술폰산(camphorsulfonc aicd) 및 도데실벤젠 술폰산(dodecylbenze sulfonic acid)으로 이루어진 군에서 선택되는 단독 또는 혼합물일 수 있다.The salt may be, for example, singly or in a mixture selected from the group consisting of trimethylamine, triethylamine, camphorsulfonic acid, and dodecylbenze sulfonic acid.

바람직하게 상기 염은 트리에틸아민(triethylamine), 캄포르술폰산(camphorsulfonc aicd) 및 도데실벤젠 술폰산(dodecylbenze sulfonic acid)의 염 혼합물일 수 있다.Preferably, the salt may be a salt mixture of triethylamine, camphorsulfonic acid, and dodecylbenze sulfonic acid.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 염은 상기 염 혼합물일 수 있고, 상기 염 혼합물 총 중량을 기준으로 상기 트릴에틸아민 1 내지 10 중량%, 상기 캄포르술폰산 1 내지 10 중량% 및 상기 도데실벤젠 술폰산 0.1 내지 5 중량%를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present specification, the salt may be the salt mixture, and based on the total weight of the salt mixture, 1 to 10% by weight of the trilethylamine, 1 to 10% by weight of the camphorsulfonic acid, and the dodecyl It may contain 0.1 to 5% by weight of benzene sulfonic acid.

상기 염 혼합물의 함량이 상기 범위를 만족하는 경우, 본 명세서에 따른 폴리아미드 활성층의 계면 중합 시 생성되는 HCl을 원활하게 캡쳐(capture)할 수 있다.When the content of the salt mixture satisfies the above range, HCl generated during interfacial polymerization of the polyamide active layer according to the present specification can be smoothly captured.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 염은 상기 아민 화합물을 포함하는 수용액 총 중량을 기준으로 1 중량% 내지 15 중량%일 수 있다. 바람직하게, 상기 염은 상기 아민 화합물을 포함하는 수용액 총 중량을 기준으로 3 중량% 내지 12 중량%일 수 있다. 상기 염이 상기 범위를 만족하여 상기 아민 화합물을 포함하는 수용액에 포함되는 경우, 균일한 폴리아미드 활성층이 형성되도록 할 수 있다. In one embodiment of the present specification, the salt may be 1% by weight to 15% by weight based on the total weight of the aqueous solution containing the amine compound. Preferably, the salt may be 3% to 12% by weight based on the total weight of the aqueous solution containing the amine compound. When the salt satisfies the above range and is included in an aqueous solution containing the amine compound, a uniform polyamide active layer can be formed.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 아민 화합물을 포함하는 수용액의 용매는 물일 수 있다. 구체적으로 상기 아민 화합물을 포함하는 수용액에서 상기 아민 화합물, 상기 계면활성제 및 상기 염을 제외한 잔부는 물일 수 있다. In one embodiment of the present specification, the solvent of the aqueous solution containing the amine compound may be water. Specifically, in an aqueous solution containing the amine compound, the remainder excluding the amine compound, the surfactant, and the salt may be water.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 다공성층 상에 상기 아민 화합물을 포함하는 수용액 층을 형성하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 상기 다공성층 상에 상기 아민 화합물을 포함하는 수용액 층을 형성할 수 있는 방법이라면 제한되지 않고 사용할 수 있다. 구체적으로, 분무, 도포, 침지 또는 적하 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In one embodiment of the present specification, the method of forming an aqueous solution layer containing the amine compound on the porous layer is not particularly limited, and an aqueous solution layer containing the amine compound can be formed on the porous layer. Any method can be used without restrictions. Specifically, spraying, application, dipping, or dripping may be used, but are not limited thereto.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 아민 화합물을 포함하는 수용액 층은 필요에 따라 과잉의 아민 화합물을 포함하는 수용액을 제거하는 단계를 추가적으로 수행할 수 있다. In one embodiment of the present specification, the aqueous solution layer containing the amine compound may be additionally subjected to the step of removing the aqueous solution containing an excess amine compound, if necessary.

상기 다공성층 상에 형성된 상기 아민 화합물을 포함하는 수용액 층은 상기 다공성층 상에 존재하는 상기 아민 화합물을 포함하는 수용액이 지나치게 많은 경우에 불균일하게 분포할 수 있는데, 상기 아민 화합물을 포함하는 수용액이 불균일하게 분포하는 경우 이후의 계면 중합에 의해 불균일한 폴리아미드 활성층이 형성될 수 있다. The aqueous solution layer containing the amine compound formed on the porous layer may be distributed unevenly when the aqueous solution containing the amine compound present on the porous layer is too much, and the aqueous solution containing the amine compound is heterogeneous. If distributed unevenly, a non-uniform polyamide active layer may be formed by subsequent interfacial polymerization.

따라서, 상기 다공성층 상에 상기 아민 화합물을 포함하는 수용액 층을 형성한 후 과잉의 아민 화합물을 포함하는 수용액을 제거하는 것이 바람직하다. 상기 과잉의 아민 화합물을 포함하는 수용액의 제거하는 방법은 특별히 제한되지는 않으나, 예컨대, 스펀지, 에어나이프, 질소 가스 블로잉, 자연건조, 또는 압축 롤 등을 이용하여 수행할 수 있다.Therefore, it is preferable to form an aqueous solution layer containing the amine compound on the porous layer and then remove the aqueous solution containing an excess amine compound. The method of removing the aqueous solution containing the excess amine compound is not particularly limited, but may be performed using, for example, a sponge, an air knife, nitrogen gas blowing, natural drying, or a compression roll.

본 명세서에 있어서, 상기 "다공성층 상에"의 의미는 "상기 제2 다공성 지지체 상에"의 의미일 수 있다.In the present specification, the meaning of “on the porous layer” may mean “on the second porous support.”

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 아실 할라이드 화합물을 포함하는 유기용액에 포함되는 유기용매는 계면중합 반응에 참여하지 않는 것이 바람직하다. 상기 유기용매는 지방족 탄화수소 용매, 예를 들면, 프레온류와 탄소수가 5 내지 12인 알칸 및 알칸 혼합물질인 이소파라핀계 용매 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 헥산, 헵탄, 옥탄, 노난, 데칸, 운데칸, 도데칸, 사이클로헥산, IsoPar(Exxon), IsoPar G(Exxon), ISOL-C(SK Chem) 또는 ISOL-G(Exxon)등이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present specification, it is preferable that the organic solvent included in the organic solution containing the acyl halide compound does not participate in the interfacial polymerization reaction. The organic solvent may include at least one selected from aliphatic hydrocarbon solvents, for example, freons, alkanes having 5 to 12 carbon atoms, and isoparaffin-based solvents that are alkane mixtures. Specifically, hexane, heptane, octane, nonane, decane, undecane, dodecane, cyclohexane, IsoPar (Exxon), IsoPar G (Exxon), ISOL-C (SK Chem), or ISOL-G (Exxon) may be used. However, it is not limited to this.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 아실 할라이드 화합물의 함량은 상기 아실 할라이드 화합물을 포함하는 유기용액 총 중량을 기준으로 0.05 중량% 내지 1 중량%, 바람직하게는 0.05% 내지 0.75%, 더욱 바람직하게는 0.05% 내지 0.5%일 수 있다. 상기 아실 할라이드 화합물의 함량이 상기 범위를 만족하는 경우, 균일한 폴리아미드 활성층을 제조할 수 있다.In one embodiment of the present specification, the content of the acyl halide compound is 0.05% to 1% by weight, preferably 0.05% to 0.75%, more preferably, based on the total weight of the organic solution containing the acyl halide compound. may be 0.05% to 0.5%. When the content of the acyl halide compound satisfies the above range, a uniform polyamide active layer can be manufactured.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 아실 할라이드 화합물을 포함하는 유기용액을 이용하여, 상기 아민 화합물을 포함하는 수용액층 상에 아실 할라이드 화합물을 포함하는 유기용액 층을 형성할 수 있다.In one embodiment of the present specification, an organic solution layer containing an acyl halide compound can be formed on an aqueous solution layer containing the amine compound using an organic solution containing the acyl halide compound.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 다공성층 상에 형성된, 상기 아민 화합물을 포함하는 수용액 층 상에, 상기 아실 할라이드 화합물을 포함하는 유기용액 층을 형성하는 방법은 특별히 한정하지 않으며, 상기 아민 화합물을 포함하는 수용액 층 상에 상기 아실 할라이드 화합물을 포함하는 유기용액 층을 형성할 수 있는 방법이라면 특별히 제한하지 않고 사용할 수 있다. 구체적으로, 분무, 도포, 침지 또는 적하 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. In one embodiment of the present specification, the method of forming an organic solution layer containing the acyl halide compound on the aqueous solution layer containing the amine compound formed on the porous layer is not particularly limited, and the amine compound Any method that can form an organic solution layer containing the acyl halide compound on an aqueous solution layer containing can be used without particular limitation. Specifically, spraying, application, dipping, or dripping may be used, but are not limited thereto.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 아실 할라이드 화합물을 포함하는 유기용액 중 상기 아실 할라이드 화합물을 제외한 잔부는 상기 유기용매일 수 있다.In one embodiment of the present specification, the remainder of the organic solution containing the acyl halide compound, excluding the acyl halide compound, may be the organic solvent.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 활성층의 두께는 100 nm 내지 500 nm이다. 상기 활성층의 두께는 상기 활성층을 형성하는데 사용되는 상기 아민 화합물을 포함하는 수용액 및 상기 아실 할라이드 화합물을 포함하는 유기용액을 포함하는 활성층 형성용 조성물의 농도 및 코팅 조건에 따라 달라질 수 있다. 상기 활성층의 두께가 상기 범위를 만족하는 경우, 본 명세서에서 목적하는 기체 분리막의 투과도 및 선택도를 얻을 수 있다. 구체적으로 상기 활성층의 두께가 100 nm 미만인 경우, 이산화탄소를 기준으로 헬륨의 선택도가 감소할 수 있고, 상기 활성층의 두께가 500 nm 초과인 경우, 헬륨 투과도가 감소할 수 있다.In one embodiment of the present specification, the thickness of the active layer is 100 nm to 500 nm. The thickness of the active layer may vary depending on the concentration and coating conditions of the active layer forming composition including an aqueous solution containing the amine compound and an organic solution containing the acyl halide compound used to form the active layer. When the thickness of the active layer satisfies the above range, the permeability and selectivity of the gas separation membrane desired in this specification can be obtained. Specifically, when the thickness of the active layer is less than 100 nm, the selectivity of helium relative to carbon dioxide may decrease, and when the thickness of the active layer is more than 500 nm, helium permeability may decrease.

상기 활성층의 두께는 주사 전자 현미경(SEM)으로 관찰되는 화면을 사용하여 측정할 수 있다. 구체적으로, 0.2cm의 샘플의 단면을 마이크로톰(microtome)을 통해 절단한 후, 백금(Pt) 코팅한 후, 주사 전자 현미경(SEM)을 이용하여 상기 활성층의 두께를 측정하여 평균 값으로 계산할 수 있다. The thickness of the active layer can be measured using a screen observed with a scanning electron microscope (SEM). Specifically, a cross-section of a 0.2 cm sample is cut through a microtome, coated with platinum (Pt), and the thickness of the active layer can be measured using a scanning electron microscope (SEM) and calculated as an average value. .

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 기체 분리막은 평막(flat sheet) 또는 나권형(spiral-wound)일 수 있다. 기체 분리막에는 평막(flat-sheet), 나권형(spiral-wound), 관형(tube-in-shell) 또는 중공사형(hollow-fiber) 형태 등이 있으나, 본 명세서의 일 실시상태는 평막(flat sheet) 또는 나권형(spiral-wound)이 바람직하다. In one embodiment of the present specification, the gas separation membrane may be a flat sheet or spiral-wound type. Gas separation membranes include flat-sheet, spiral-wound, tube-in-shell, or hollow-fiber forms, but one embodiment of the present specification is a flat sheet. ) or spiral-wound type is preferred.

본 명세서의 일 실시상태는, 상기 기체 분리막을 하나 이상 포함하는 기체 분리막 모듈을 제공한다. An exemplary embodiment of the present specification provides a gas separation membrane module including one or more of the gas separation membranes.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 기체 분리막 모듈에 포함되는 상기 기체 분리막은 1 내지 50개일 수 있으며, 구체적으로 20 내지 30개일 수 있고, 더욱 구체적으로 25 내지 30개일 수 있다.In an exemplary embodiment of the present specification, the number of gas separation membranes included in the gas separation membrane module may be 1 to 50, specifically 20 to 30, and more specifically 25 to 30.

상기 기체 분리막 모듈은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 기체 분리막을 압력 용기에 넣어 일체화한 것을 의미할 수 있다. 구체적으로, 하나 이상의 상기 기체 분리막을 내부 코어 튜브(core tube)를 중심으로 감아 롤링(rolling)한 후 표면에 섬유강화 플라스틱(Fiber reinforced plastic)으로 최종 와인딩(winding)하여 상기 기체 분리막 모듈을 제조할 수 있다.The gas separation membrane module may mean that the gas separation membrane according to an exemplary embodiment of the present specification is integrated into a pressure vessel. Specifically, the gas separation membrane module is manufactured by rolling one or more of the gas separation membranes around an inner core tube and then final winding the surface with fiber reinforced plastic. You can.

상기 기체 분리막 모듈은 본 명세서에 따른 기체 분리막을 포함하는 한, 그 외의 기타 구성 및 제조 방법 등은 특별히 한정되지 않고, 이 분야에서 공지된 일반적인 수단을 제한 없이 채용할 수 있다. As long as the gas separation membrane module includes the gas separation membrane according to the present specification, other configurations and manufacturing methods are not particularly limited, and general means known in the field can be employed without limitation.

본 명세서의 일 실시상태는 제1 다공성 지지체 상에 친수성 고분자 용액을 도포하여 제2 다공성 지지체를 형성하는 단계; 및 상기 제2 다공성 지지체 상에 아민 화합물을 포함하는 수용액과 아실 할라이드 화합물을 포함하는 유기용액이 계면 중합에 의해 활성층을 형성하는 단계를 포함하는 전술한 기체 분리막의 제조 방법으로서, 상기 활성층을 공극들을 포함하고, 상기 공극들의 평균 공극 반경이 0.239 nm 내지 0.45 nm인 기체 분리막의 제조 방법을 제공한다. An exemplary embodiment of the present specification includes forming a second porous support by applying a hydrophilic polymer solution on a first porous support; and forming an active layer on the second porous support by interfacial polymerization of an aqueous solution containing an amine compound and an organic solution containing an acyl halide compound, wherein the active layer is formed into pores. It provides a method of manufacturing a gas separation membrane including, and the average pore radius of the pores is 0.239 nm to 0.45 nm.

상기 기체 분리막의 제조 방법에 있어서, 상기 다공성층 및 활성층에 대한 설명은 전술한 바에 의한다. In the method of manufacturing the gas separation membrane, the description of the porous layer and the active layer is as described above.

상기 제1 다공성 지지체 상에 친수성 고분자 용액을 도포하여 제2 다공성 지지체를 형성하는 단계에 있어서, 상기 도포하는 방법은 침지, 스프레이 또는 코팅 등의 방법을 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 친수성 고분자 용액은 전술한 바에 의한다. In the step of forming a second porous support by applying a hydrophilic polymer solution on the first porous support, the application method may include dipping, spraying, or coating, but is not limited thereto. The hydrophilic polymer solution is as described above.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 다공성 지지체 상에 아민 화합물을 포함하는 수용액과 아실 할라이드 화합물을 포함하는 유기용액이 계면 중합에 의해 활성층을 형성하는 단계는, 상기 제2 다공성 지지체 상에 아민 화합물을 포함하는 수용액을 도포하는 단계: 및 상기 아실 할라이드 화합물을 포함하는 유기용액을 도포하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present specification, the step of forming an active layer by interfacial polymerization of an aqueous solution containing an amine compound and an organic solution containing an acyl halide compound on the second porous support includes: It may include applying an aqueous solution containing an amine compound: and applying an organic solution containing the acyl halide compound.

상기 도포 방법은 특별히 제한되지 않으나, 침지, 스프레이 또는 코팅 등의 방법을 이용할 수 있다. The application method is not particularly limited, but methods such as dipping, spraying, or coating may be used.

본 명세서의 또 다른 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 다공성 지지체 상에 아민 화합물을 포함하는 수용액과 아실 할라이드 화합물을 포함하는 유기용액이 계면 중합에 의해 활성층을 형성하는 단계는, 상기 다공성층 상에 아민 화합물을 포함하는 수용액층을 형성하는 단계; 및 상기 아민 화합물을 포함하는 수용액층 상에 상기 아실 할라이드 화합물을 포함하는 유기용액을 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다.In another embodiment of the present specification, the step of forming an active layer by interfacial polymerization of an aqueous solution containing an amine compound and an organic solution containing an acyl halide compound on the second porous support includes forming an active layer on the porous layer. Forming an aqueous solution layer containing an amine compound; And it may include contacting an organic solution containing the acyl halide compound on the aqueous solution layer containing the amine compound.

상기 아민 화합물을 포함하는 수용액과 상기 아실 할라이드 화합물을 포함하는 유기용액의 접촉 시, 상기 제2 다공성 지지체의 표면에 상기 아민 화합물과 상기 아실 할라이드 화합물이 반응하면서 계면 중합에 의해 폴리아미드를 생성할 수 있으며, 생성된 폴리아미드가 포함된 폴리아미드 활성층을 형성할 수 있다. 이후, 상기 제2 다공성 지지체에 상기 폴리아미드 활성층이 흡착되어 박막이 형성될 수 있다. 상기 접촉 방법은 특별히 제한되지 않으나, 침지, 스프레이 또는 코팅 등의 방법을 사용할 수 있다.When the aqueous solution containing the amine compound comes into contact with the organic solution containing the acyl halide compound, the amine compound and the acyl halide compound react on the surface of the second porous support to produce polyamide by interfacial polymerization. and a polyamide active layer containing the produced polyamide can be formed. Thereafter, the polyamide active layer may be adsorbed to the second porous support to form a thin film. The contact method is not particularly limited, but methods such as dipping, spraying, or coating may be used.

도 1은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 기체 분리막의 구조를 예시한 것이다. 도 1에는 제1 다공성 지지체(10) 상에 친수성 고분자 용액을 도포하여 형성한 제2 다공성 지지체(11), 상기 제2 다공성 지지체(11) 상에 아민 화합물을 포함하는 수용액과 아실 할라이드 화합물을 포함하는 유기용액이 계면 중합에 의해 형성된 활성층(12)을 포함하는 기체 분리막이 예시되어 있다. 상기 제1 다공성 지지체(10) 및 상기 제2 다공성 지지체(11)를 포함하는 구조는 다공성층이다. 상기 활성층(12)은 공극들을 포함할 수 있으며, 상기 공극들의 평균 공극 반경은 0.239 nm 내지 0.45 nm이고, 평균 공극 반경이 0.33 nm 이상의 디펙트를 포함하지 않으며, 상기 기체 분리막의 이산화탄소를 기준으로 헬륨의 선택도가 4 이상이다. Figure 1 illustrates the structure of a gas separation membrane according to an exemplary embodiment of the present specification. 1 shows a second porous support 11 formed by applying a hydrophilic polymer solution on a first porous support 10, and an aqueous solution containing an amine compound and an acyl halide compound on the second porous support 11. A gas separation membrane including an active layer 12 formed by interfacial polymerization of an organic solution is exemplified. The structure including the first porous support 10 and the second porous support 11 is a porous layer. The active layer 12 may include pores, and the average pore radius of the pores is 0.239 nm to 0.45 nm, does not include defects with an average pore radius of 0.33 nm or more, and contains helium based on carbon dioxide in the gas separation membrane. The selectivity is 4 or more.

도 2는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 기체 분리막을 백금(Pt) 코팅 후에 주사 전자 현미경(SEM)으로 측정한 표면사진이다. 본 명세서의 다공성층; 및 활성층을 포함하는 기체 분리막에 있어서, 상기 활성층이 방향족 폴리아미드를 포함하는 경우, 본 발명의 기체 분리막을 백금(Pt) 코팅 후에 주사 전자 현미경(SEM)을 이용하여 표면을 측정하였을 때, 표면 돌기가 존재함을 알 수 있다. 상기 표면 돌기가 존재함으로써 본 명세서의 기체 분리막에 기체가 접촉하는 표면적이 넓어져 헬륨의 투과도가 향상되는 효과가 있다. 도 2에 따른 기체 분리막에 포함되는 상기 활성층은 아민 화합물을 포함하는 수용액 총 중량을 기준으로 상기 아민 화합물을 6 중량% 포함하는 아민 화합물을 이용하여 제조한 것이다. Figure 2 is a surface photograph of a gas separation membrane according to an exemplary embodiment of the present specification measured with a scanning electron microscope (SEM) after coating with platinum (Pt). Porous layer of the present specification; And in the gas separation membrane including an active layer, when the active layer includes aromatic polyamide, when the surface is measured using a scanning electron microscope (SEM) after coating the gas separation membrane of the present invention with platinum (Pt), surface protrusions are observed. It can be seen that exists. The presence of the surface protrusions increases the surface area where gas contacts the gas separation membrane of the present specification, thereby improving helium permeability. The active layer included in the gas separation membrane according to FIG. 2 is manufactured using an amine compound containing 6% by weight of the amine compound based on the total weight of the aqueous solution containing the amine compound.

이하, 본 명세서를 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 명세서에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 명세서의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, in order to explain the present specification in detail, examples will be given in detail. However, the embodiments according to the present specification may be modified into various other forms, and the scope of the present specification is not to be construed as being limited to the embodiments described in detail below. The embodiments of this specification are provided to more completely explain the present specification to those with average knowledge in the art.

실시예 1.Example 1.

DMF(N,N-디메틸포름아미드) 용액에 폴리술폰 고형분을 넣고 80℃ 내지 85℃에서 12시간 이상 녹여 균일한 친수성 고분자 용액을 얻었다. 상기 친수성 고분자 용액에서 폴리술폰 고형분의 함량은 상기 용액 총 중량을 기준으로 18 중량%이었다. Polysulfone solids were added to DMF (N,N-dimethylformamide) solution and dissolved at 80°C to 85°C for more than 12 hours to obtain a uniform hydrophilic polymer solution. The polysulfone solid content in the hydrophilic polymer solution was 18% by weight based on the total weight of the solution.

상기 용액을 폴리에스테르 재질의 95㎛ 내지 100㎛ 두께의 부직포(제1 다공성 지지체) 위에 150㎛ 두께로 캐스팅하여 고분자 코팅층(제2 다공성 지지체)을 형성하였다. 그런 다음, 캐스팅된 부직포를 물에 넣어 다공성층을 제조하였다.The solution was cast to a thickness of 150 μm on a 95 μm to 100 μm thick polyester nonwoven fabric (first porous support) to form a polymer coating layer (second porous support). Then, the cast nonwoven fabric was placed in water to prepare a porous layer.

상기 다공성층 상에 활성층을 형성하기 위하여, 아민 화합물을 포함하는 수용액 총 중량을 기준으로 하기 화학식 1-1로 표시되는 화합물 8 중량%, 계면활성제로서 소듐 라우릴 설페이트(SLS, Sodium Lauryl Sulphate) 0.5 중량%, 염 혼합물 10 중량%, 및 물 81.5 중량%를 포함하는 수용액을 도포하여 아민 화합물을 포함하는 수용액층을 형성하였다. 상기 염 혼합물이란, 트리에틸아민(triethylamine), 캄포르술폰산(camphorsulfonc aicd) 및 도데실벤젠 술폰산(dodecylbenze sulfonic acid)을 포함하는 혼합물이며, 상기 염 혼합물 총 중량을 기준으로 각각 트릴에틸아민 5중량%, 캄포르술폰산 4중량% 및 도데실벤젠 술폰산 1 중량%를 포함시켰다.In order to form an active layer on the porous layer, 8% by weight of a compound represented by the following formula 1-1 based on the total weight of the aqueous solution containing the amine compound, and 0.5% by weight of sodium lauryl sulfate (SLS) as a surfactant. % by weight, an aqueous solution containing 10 wt% of the salt mixture, and 81.5 wt% of water was applied to form an aqueous solution layer containing an amine compound. The salt mixture is a mixture containing triethylamine, camphorsulfonic acid, and dodecylbenze sulfonic acid, and 5% by weight of trilethylamine each based on the total weight of the salt mixture. , 4% by weight of camphorsulfonic acid and 1% by weight of dodecylbenzene sulfonic acid.

[화학식 1-1][Formula 1-1]

상기 화학식 1-1에 있어서, R14는 메틸기이고, r14는 0이며, m은 2이다. In Formula 1-1, R14 is a methyl group, r14 is 0, and m is 2.

이후, 아실 할라이드 화합물을 포함하는 유기용액 총 중량을 기준으로 트리메조일클로라이드(TMC) 0.3 중량%, 헥산(hexane) 99.7 중량%를 포함하는 아실 할라이드 화합물을 포함하는 유기용액을 상기 아민 화합물을 포함하는 수용액층 상에 도포하여 상기 아실 할라이드 화합물을 포함하는 유기용액 층을 형성하고, 계면중합을 수행함으로써 활성층을 250 nm의 두께로 형성한 후, 90℃ 오븐에서 5분간 건조하였다. 이를 통해, 평막의 기체 분리막을 제조하였다.Thereafter, based on the total weight of the organic solution containing the acyl halide compound, an organic solution containing an acyl halide compound containing 0.3% by weight of trimesoyl chloride (TMC) and 99.7% by weight of hexane was mixed with the amine compound. was applied on an aqueous solution layer to form an organic solution layer containing the acyl halide compound, and an active layer was formed to a thickness of 250 nm by performing interfacial polymerization, followed by drying in an oven at 90°C for 5 minutes. Through this, a flat membrane gas separation membrane was manufactured.

제조된 활성층의 두께는 0.2 cm2의 샘플의 단면을 마이크로톰(microtome)을 통해 절단한 후, 백금(Pt) 코팅한 후, 주사 전자 현미경(SEM)을 이용하여 각 두께를 측정하여 평균 값으로 계산하여 확인하였다. The thickness of the manufactured active layer was calculated as the average value by cutting a cross-section of a 0.2 cm 2 sample using a microtome, coating it with platinum (Pt), and measuring each thickness using a scanning electron microscope (SEM). It was confirmed.

실시예 2.Example 2.

상기 실시예 1에서 아민 화합물을 포함하는 수용액 총 중량을 기준으로 상기 화학식 1-1로 표시되는 화합물 6 중량%, 계면활성제로서 소듐 라우릴 설페이트(SLS, Sodium Lauryl Sulphate) 0.5 중량%, 염 혼합물 10 중량%, 및 물 83.5 중량%를 포함하는 수용액을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 기체 분리막을 제조하였다. In Example 1, based on the total weight of the aqueous solution containing the amine compound, 6% by weight of the compound represented by Formula 1-1, 0.5% by weight of Sodium Lauryl Sulphate (SLS) as a surfactant, and 10% salt mixture. A gas separation membrane was prepared in the same manner as Example 1, except that an aqueous solution containing 83.5% by weight of water was used.

실시예 3.Example 3.

상기 실시예 1에서 아민 화합물을 포함하는 수용액 총 중량을 기준으로 상기 화학식 1-1로 표시되는 화합물 4 중량%, 계면활성제로서 소듐 라우릴 설페이트(SLS, Sodium Lauryl Sulphate) 0.5 중량%, 염 혼합물 10 중량%, 및 물 85.5 중량%를 포함하는 수용액을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 기체 분리막을 제조하였다.In Example 1, based on the total weight of the aqueous solution containing the amine compound, 4% by weight of the compound represented by Formula 1-1, 0.5% by weight of Sodium Lauryl Sulphate (SLS) as a surfactant, and 10% salt mixture. A gas separation membrane was prepared in the same manner as Example 1, except that an aqueous solution containing 85.5% by weight of water was used.

비교예 1.Comparative Example 1.

Dow사로부터 입수한 기체 분리막(BW30-400)을 90℃의 DI(Deionized) water에 30분 동안 침지하였다. 침지한 기체 분리막을 60℃ 오븐에서 10분 동안 건조하여 기체 분리막을 제조하였다. A gas separation membrane (BW30-400) obtained from Dow was immersed in DI (Deionized) water at 90°C for 30 minutes. The immersed gas separation membrane was dried in an oven at 60°C for 10 minutes to prepare a gas separation membrane.

비교예 2.Comparative Example 2.

상기 비교예 1에서 Dow사로부터 입수한 기체 분리막을 BW30-400 대신 DOW TW30-1812-100HR 제품을 사용한 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 침지 및 건조하여 기체 분리막을 제조하였다.In Comparative Example 1, a gas separation membrane obtained from Dow was prepared by immersing and drying in the same manner as Comparative Example 1, except that DOW TW30-1812-100HR product was used instead of BW30-400.

실험예.Experiment example.

(활성층의 공극 반경의 측정)(Measurement of pore radius of active layer)

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 기체 분리막의 활성층에 포함되는 평균 공극 반경 및 공극 반경 범위를 양전자 소멸시간 분광 분석(positron annihilation lifetime spectroscopy, PALS)에 의해 측정하여, 하기 표 1에 기재하였다. The average pore radius and pore radius range included in the active layer of the gas separation membrane prepared in the above Examples and Comparative Examples were measured by positron annihilation lifetime spectroscopy (PALS) and are listed in Table 1 below.

구체적으로, 하기 계산식을 이용하여, 측정하였다. Specifically, it was measured using the following calculation formula.

[계산식][formula]

상기 계산식에 있어서, τ는 양전자의 평균 수명(ns)이고, R은 공극 반경(nm)이다. 상기 공극 반경 범위는 상기 계산식을 이용하여 계산하였고, 상기 평균 공극 반경은 계산된 공극 반경 값들의 평균 값이다.In the above calculation formula, τ is the average lifetime of the positron (ns), and R is the cavity radius (nm). The pore radius range was calculated using the above formula, and the average pore radius is the average of the calculated pore radius values.

또한, 상기 화학식 1로 표시되는 아민 화합물의 농도(중량%)를 정리하여 하기 표 1에 기재하였다. In addition, the concentration (% by weight) of the amine compound represented by Formula 1 is summarized and listed in Table 1 below.

PALS 측정 결과PALS measurement results 아민 화합물을 포함하는 수용액에서의 상기 화학식 1로 표시되는 아민 화합물의 농도(중량%)Concentration (% by weight) of the amine compound represented by Formula 1 in an aqueous solution containing the amine compound τ(양전자의 평균 수명, ns)τ (average lifetime of a positron, ns) R(평균공극 반경, nm)R (average pore radius, nm) 측정된 공극 반경 범위 (nm)Measured pore radius range (nm) 실시예 1Example 1 1.691.69 0.2550.255 0.20~0.320.20~0.32 88 실시예 2Example 2 1.721.72 0.2580.258 0.22~0.300.22~0.30 66 실시예 3Example 3 1.851.85 0.2710.271 0.21~0.320.21~0.32 44 비교예 1Comparative Example 1 1.531.53 0.2380.238 0.15~0.330.15~0.33 -- 비교예 2Comparative Example 2 1.231.23 0.2010.201 0.15~0.25,0.36~0.450.15~0.25,0.36~0.45 --

(헬륨 투과도 및 선택도의 평가)(Evaluation of helium permeability and selectivity)

상온(25℃)에서 기체 분리막 셀(면적 14 cm2)에 제조된 기체 분리막을 체결한 후, 상기 셀의 상부에 압력조절기(Pressure Regulator)를 이용하여 일정 압력의 단일 기체를 주입하여 막 상부와 하부의 압력차로 인한 기체 투과를 유도했다. 구체적으로 25℃, 80 psi에서 단일 기체 조건(헬륨 100 vol% 또는 이산화탄소 100 vol%)에서 평가하였다. After fastening the manufactured gas separation membrane to a gas separation membrane cell (area of 14 cm 2 ) at room temperature (25°C), a single gas at a certain pressure is injected into the upper part of the cell using a pressure regulator to separate the upper part of the membrane and the upper part of the membrane. Gas permeation was induced due to the pressure difference at the bottom. Specifically, the evaluation was conducted at 25°C and 80 psi under single gas conditions (helium 100 vol% or carbon dioxide 100 vol%).

이 때, 기체 분리막 셀을 투과한 기체의 유량을 버블 플로우 미터(Bubble Flow Meter)를 이용하여 측정하고 안정화 시간(> 1 hour)을 고려하여 기체 분리막의 헬륨 투과도 및 이산화탄소 투과도를 평가하였고, 이를 하기 표 2에 기재하였다. At this time, the flow rate of the gas passing through the gas separation membrane cell was measured using a bubble flow meter, and the helium permeability and carbon dioxide permeability of the gas separation membrane were evaluated considering the stabilization time (> 1 hour). It is listed in Table 2.

투과도Transmittance 선택도(He/CO2)Selectivity (He/CO 2 ) PHe(GPU)P He (GPU) PCO2(GPU)P CO2 (GPU) 실시예 1Example 1 235235 36.136.1 6.56.5 실시예 2Example 2 301301 50.150.1 66 실시예 3Example 3 356356 65.965.9 5.45.4 비교예 1Comparative Example 1 427427 129129 3.33.3 비교예 2Comparative Example 2 383383 111111 3.43.4

상기 표 2에 있어서, 선택도(He/CO2)는 이산화탄소를 기준으로 헬륨의 선택도를 의미한다. 상기 표 2에 따르면, 실시예 1 내지 3에 따른 기체 분리막은 비교예 1 및 2에 따른 기체 분리막보다 0.33 nm 이상의 디펙트를 포함하지 않기 때문에 이산화탄소를 기준으로 헬륨의 선택도가 높아, 본 명세서에 따른 기체 분리막이 우수한 선택도를 나타냄을 확인할 수 있었다.In Table 2, selectivity (He/CO 2 ) refers to the selectivity of helium based on carbon dioxide. According to Table 2, the gas separation membranes according to Examples 1 to 3 do not contain defects larger than 0.33 nm than the gas separation membranes according to Comparative Examples 1 and 2, and thus have a higher selectivity for helium based on carbon dioxide, and are described herein. It was confirmed that the gas separation membrane according to the present invention exhibits excellent selectivity.

통상적인 기체 분리막에 있어서, 투과도가 높을 경우, 선택도는 낮아지는 경향을 가진다. 그러나, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 기체 분리막은 헬륨 투과도를 비교적 높게 유지하면서도, 이산화탄소를 기준으로 헬륨의 선택도를 매우 높일 수 있다는 장점이 있음을 확인할 수 있었다. In a typical gas separation membrane, when the permeability is high, the selectivity tends to be low. However, it was confirmed that the gas separation membrane according to an exemplary embodiment of the present specification has the advantage of greatly increasing the selectivity of helium relative to carbon dioxide while maintaining relatively high helium permeability.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 발명의 범주에 속한다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and can be implemented with various modifications within the scope of the claims and the detailed description of the invention, and this also falls within the scope of the invention. .

10: 제1 다공성 지지체
11: 제2 다공성 지지체
12: 활성층
10: First porous support
11: Second porous support
12: active layer

Claims (12)

다공성층; 및 활성층을 포함하는 기체 분리막으로서,
상기 활성층은 폴리아미드를 포함하며,
상기 폴리아미드는 방향족 폴리아미드인 기체 분리막으로서,
상기 활성층은 공극들을 포함하고, 상기 공극들의 공극 반경이 0.2nm 내지 0.32nm 이고, 상기 공극들의 평균 공극 반경이 0.25 nm 내지 0.275 nm 이며,
상기 기체 분리막의 헬륨의 투과도가 40 내지 400 GPU이고,
상기 기체 분리막의 이산화탄소를 기준으로 헬륨의 선택도가 4 내지 55이며,
상기 평균 공극 반경은 상기 활성층에 포함되는 공극들의 중심을 지나는 직경의 절반의 평균값을 의미하며, 양전자 소멸시간 분광 분석(positron annihilation lifetime spectroscopy, PALS)에 의해 측정된 것인 기체 분리막.
porous layer; And a gas separation membrane comprising an active layer,
The active layer includes polyamide,
The polyamide is a gas separation membrane that is an aromatic polyamide,
The active layer includes pores, the pores have a pore radius of 0.2 nm to 0.32 nm, and the pores have an average pore radius of 0.25 nm to 0.275 nm,
The helium permeability of the gas separation membrane is 40 to 400 GPU,
The selectivity of helium based on carbon dioxide of the gas separation membrane is 4 to 55,
The average pore radius refers to the average value of half the diameter passing through the center of the pores included in the active layer, and is measured by positron annihilation lifetime spectroscopy (PALS).
청구항 1에 있어서, 상기 방향족 폴리아미드는 하기 화학식 1로 표시되는 구조를 포함하는 것인 기체 분리막:
[화학식 1]

상기 화학식 1에 있어서,
R1은 수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; -SOOH; 또는 -COOH이고,
r1은 1 내지 4의 정수이며, r1이 2 이상인 경우 R1은 서로 같거나 상이하다.
The gas separation membrane of claim 1, wherein the aromatic polyamide comprises a structure represented by the following formula (1):
[Formula 1]

In Formula 1,
R1 is hydrogen; Substituted or unsubstituted alkyl group; -SOOH; or -COOH,
r1 is an integer from 1 to 4, and when r1 is 2 or more, R1 is the same or different.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 다공성층; 및 활성층을 포함하는 기체 분리막으로서,
상기 활성층은 아민 화합물을 포함하는 수용액과 아실 할라이드 화합물을 포함하는 유기용액의 계면 중합에 의해 형성되고,
상기 활성층은 공극들을 포함하고, 상기 공극들의 공극 반경이 0.2 nm 내지 0.32 nm 이고, 상기 공극들의 평균 공극 반경이 0.25 nm 내지 0.275 nm이며,
상기 기체 분리막의 헬륨의 투과도는 40 내지 400 GPU이고,
상기 기체 분리막의 이산화탄소를 기준으로 헬륨의 선택도가 4 내지 55이며,
상기 평균 공극 반경은 상기 활성층에 포함되는 공극들의 중심을 지나는 직경의 절반의 평균값을 의미하며, 양전자 소멸시간 분광 분석(positron annihilation lifetime spectroscopy, PALS)에 의해 측정된 것인 기체 분리막.
porous layer; And a gas separation membrane comprising an active layer,
The active layer is formed by interfacial polymerization of an aqueous solution containing an amine compound and an organic solution containing an acyl halide compound,
The active layer includes pores, the pores have a pore radius of 0.2 nm to 0.32 nm, and the pores have an average pore radius of 0.25 nm to 0.275 nm,
The helium permeability of the gas separation membrane is 40 to 400 GPU,
The selectivity of helium based on carbon dioxide of the gas separation membrane is 4 to 55,
The average pore radius refers to the average value of half the diameter passing through the center of the pores included in the active layer, and is measured by positron annihilation lifetime spectroscopy (PALS).
삭제delete 청구항 6에 있어서, 상기 활성층은 방향족 폴리아미드를 포함하는 것인 기체 분리막.The gas separation membrane of claim 6, wherein the active layer includes aromatic polyamide. 청구항 1, 2 및 6 중 어느 한 항에 있어서, 상기 활성층의 두께는 100 nm 내지 500 nm인 기체 분리막.The gas separation membrane according to any one of claims 1, 2, and 6, wherein the active layer has a thickness of 100 nm to 500 nm. 청구항 1, 2 및 6 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기체 분리막은 평막(flat sheet) 또는 나권형(spiral-wound)인 것인 기체 분리막.The gas separation membrane according to any one of claims 1, 2, and 6, wherein the gas separation membrane is a flat sheet or spiral-wound type. 청구항 1, 2 및 6 중 어느 한 항의 기체 분리막을 하나 이상 포함하는 기체 분리막 모듈.A gas separation membrane module comprising at least one gas separation membrane of any one of claims 1, 2, and 6. 제1 다공성 지지체 상에 친수성 고분자 용액을 도포하여 제2 다공성 지지체를 형성하는 단계; 및
상기 제2 다공성 지지체 상에 아민 화합물을 포함하는 수용액과 아실 할라이드 화합물을 포함하는 유기용액이 계면 중합에 의해 활성층을 형성하는 단계를 포함하는 청구항 1, 2 및 6 중 어느 한 항에 따른 기체 분리막의 제조 방법으로서,
상기 활성층은 공극들을 포함하고, 상기 공극들의 공극 반경이 0.2 nm 내지0.32nm 이고, 상기 공극들의 평균 공극 반경이 0.25 nm 내지 0.275 nm이며,
상기 평균 공극 반경은 상기 활성층에 포함되는 공극들의 중심을 지나는 직경의 절반의 평균값을 의미하며, 양전자 소멸시간 분광 분석(positron annihilation lifetime spectroscopy, PALS)에 의해 측정된 것인 기체 분리막의 제조 방법.
forming a second porous support by applying a hydrophilic polymer solution on the first porous support; and
The gas separation membrane according to any one of claims 1, 2, and 6, comprising forming an active layer by interfacial polymerization of an aqueous solution containing an amine compound and an organic solution containing an acyl halide compound on the second porous support. As a manufacturing method,
The active layer includes pores, the pores have a pore radius of 0.2 nm to 0.32 nm, and the pores have an average pore radius of 0.25 nm to 0.275 nm,
The average pore radius refers to the average value of half the diameter passing through the center of the pores included in the active layer, and is measured by positron annihilation lifetime spectroscopy (PALS).
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