纳米多孔性有机-无机混合膜及其制备方法以及纳米多孔性分离膜的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及纳米多孔性膜，更详细地涉及混合有(hybrid)有机物质及无机物质的纳米多孔性有机-无机混合膜的制备方法、通过该方法制备的纳米多孔性有机-无机混合膜及采用该方法的纳米多孔性分离膜。
【背景技术】
[0002]最近在各种领域中进行开发的纳米多孔性材料是指具有分散小气孔的气孔特性的材料，上述气孔的大小为介观(Meso)、微观(Micro)，基于这种结构特征或宽的表面积特性，正在积极的进行为了应用于环境、新催化剂或组织工程等的新领域的研究。这些纳米多孔性材料由有机材料、无机材料或混合有机材料和无机材料的有机-无机混合材料等正在多样地被制备。
[0003]其中，有机-无机混合材料是指对有机材料和无机材料进行复合化的材料，上述有机材料和无机材料为具有相互不同特性的两种物质。有机-无机混合材料为使有机材料和无机材料复合，从而，根据以纳米水准控制分散相的大小能够赋予高功能性，上述有机材料虽然柔韧性高，并容易加工，但硬度低、不耐热，上述无机材料虽然柔韧性低，但硬度及强度高、并耐热。
[0004]通常，正在进行很多对由有机-无机混合材料形成的纳米多孔性膜的研究，上述有机-无机混合材料将固相的无机物粒子引进到作为有机物的高分子基质(matrix)中，赋予无机物的导电性及气孔性。但是，在作为有机物的高分子基质中引进固相的无机物粒子的工序中，上述高分子基质和上述无机物粒子的界面之间形成缝隙，从而生成缺陷，并难以制备由高质量的有机-无机混合材料形成的纳米多孔性膜。并且，不容易使上述无机物粒子均匀地分散在上述高分子基质内，因此，形成内部结构时受限，上述内部结构微细地由纳米大小的多个气孔及三维网格连接。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的问题在于，提供具有三维微细结构的纳米多孔性有机-无机混合膜的制备及采用该纳米多孔性有机-无机混合膜的纳米多孔性分离膜。
[0006]用于实现上述问题的本发明的一实施方式，能够提供纳米多孔性有机-无机混合膜的制备方法，其特征在于，包括:准备包含具有氨基的化合物、具有异氰酸酯基的化合物以及溶剂的有机溶胶的步骤；在上述有机溶胶中添加无机氧化物前体来形成混合溶液的步骤；及对上述有机溶胶进行热处理，来形成上述有机溶胶凝胶化的有机分子网结构体以及沿着上述有机分子网结构体的表面形成的无机分子网结构体的步骤。
[0007]通过上述热处理，具有上述氨基的化合物的氨基的一部分以及具有上述异氰酸酯基的化合物的异氰酸酯基的一部分相结合的上述有机溶胶可被凝胶化，来形成三维的纳米多孔性微细结构的上述有机分子网结构体。
[0008]上述无机氧化物前体具有烷氧基，能够通过上述热处理，包含于上述有机分子网结构体的氨基与上述无机氧化物前体的烷氧基相结合，从而形成上述无机分子网结构体。
[0009]上述无机氧化物前体可能是选自硅醇盐或铬(Cr)、钒(V)、铁(Fe)、镍(Ni)、钴(Co)、铜(Cu)、钛(Ti)、锆(Zr)、锰(Mn)、钇(Y)、铈(Ce)及镧(La)等的金属醇盐中的一种以上的物质。
[0010]能够通过调节添加于上述混合溶液的上述无机氧化物前体的含量，来控制上述纳米多孔性有机-无机混合膜的气孔体积。
[0011]相对于上述有机溶胶，上述无机氧化物前体能够以10重量百分比至90重量百分比的含量添加。
[0012]上述无机氧化物前体能够使用沸点比上述有机溶胶的溶剂的沸点高的物质。
[0013]对上述混合溶液进行热处理之前，还可包括将上述混合溶液涂敷于基板的步骤。
[0014]对上述混合溶液进行热处理的步骤能够在50°C至200°C的温度范围内执行。
[0015]本发明的另一实施方式，能够提供纳米多孔性有机-无机混合膜，其特征在于，包括:三维纳米多孔性微细结构的有机分子网结构体；以及三维纳米多孔性微细结构的无机分子网结构体，沿着上述有机分子网结构体的内部及外部表面形成。
[0016]上述纳米多孔性有机-无机混合膜可能是气孔直径大小为lnm至lOOnm，比表面积为 lm2/g 至 300m2/g。
[0017]本发明的再一实施方式，能够提供采用上述纳米多孔性有机-无机混合膜的纳米多孔性分离膜。
[0018]上述纳米多孔性分离膜可具有10L/m2h至2000L/m2h的水渗透度。
[0019]上述纳米多孔性分离膜能够去除具有5nm以上大小的溶质。
[0020]本发明通过利用有机溶胶的凝胶化及无机氧化物前体的缩合反应的简单的制备工序，能够容易地制备三维微细结构的纳米多孔性有机-无机混合膜。
[0021]并且，纳米多孔性分离膜能够具有高的水渗透度及高的溶质除去率，上述纳米多孔性分离膜采用了具有宽的比表面积的上述纳米多孔性有机-无机混合膜。
[0022]但是，本发明的效果不局限于上述所提到的效果，未提到的其他效果能够通过以下的记载明确地被技术人员理解。
【附图说明】
[0023]图1为表示本发明一实施例的纳米多孔性有机-无机混合膜的简要的制备方法的示意图。
[0024]图2a至图2d为表示在上述图1中涂敷于基板的混合溶液通过热处理形成为纳米多孔性有机-无机混合膜的过程的示意图。
[0025]图3(a)及图3(b)为表示根据本发明的实施例1制备的纳米多孔性有机-无机混合膜的透射电子显微镜(TEM，Transmiss1nelectron microscope)图像及能量分散光谱法(EDS, energy dispersive spectroscopy)分析结果的图表。
[0026]图4(a)至图4(d)为表示以70wt/vol %的含量添加本发明实施例1的无机氧化物前体的纳米多孔性有机-无机混合膜的扫描电子显微镜(SEM，Scanning ElectronicMicroscopy)图像及对于娃(Si)及氮(N)的元素映射(elemental mapping)结果的图表。
[0027]图5(a)至图5(d)为表示基于本发明的实施例1制备的无机氧化物前体含量的纳米多孔性有机-无机混合膜的扫描电子显微镜图像。
[0028]图6(a)至图6(b)为比较基于本发明的实施例1制备的纳米多孔性有机-无机混合膜的无机氧化物前体含量的气孔大小及比表面积的图表。
[0029]图7为表示根据本发明的实施例1、比较例1制备的纳米多孔性膜的红外光谱(Infrared Spectroscopy)分析结果的图表。
[0030]图8 (a)至图8 (d)为表示在本发明的比较例2至比较例3及实施例1至实施例2制备的纳米多孔性有机-无机混合膜的扫描电子显微镜图像。
[0031]图9(a)及图9(b)为根据本发明的实施例3制备的纳米多孔性分离膜的水渗透度(Water permeat1n)及溶质抑制测试(reject1n test)结果的图。
[0032]附图标记的说明
[0033]100:有机溶胶120:溶剂
[0034]150:有机分子网结构体200:无机氧化物前体
[0035]250:无机分子网结构体300:纳米气孔
【具体实施方式】
[0036]以下，参照附图详细说明本发明的实施例如下。
[0037]本发明允许各种修改及变形的同时，以附图例示其特定的实施例。但是，本发明不局限于所公开的特别形态，而是，包括与基于本发明的发明要求保护范围而定义的本发明思想的全部修改、等同及替代技术方案。
[0038]在附图中，层及区域的厚度可能是为了明确性而放大或缩小的。说明书全文中相同的附图标记表示相同的结构要素。
[0039]本发明的一实施方式，能够提供纳米多孔性有机-无机混合膜的制备方法。具体地，本发明的纳米多孔性有机-无机混合膜的制备方法包括:步骤1)，准备包含具有氨基的化合物、具有异氰酸酯基的化合物以及溶剂的有机溶胶；步骤2)，在上述有机溶胶中添加无机氧化物前体来形成混合溶液；以及步骤3)，对上述有机溶胶进行热处理，来形成上述有机溶胶凝胶化的有机分子网结构体以及沿着上述有机分子网结构体的表面形成的无机分子网结构体。
[0040]上述步骤1)是准备包含具有氨基的化合物、具有异氰酸酯基的化合物以及溶剂的有机溶胶的步骤。
[0041]具有上述氨基的化合物可以为具有两个以上氨基的化合物。具有上述氨基的化合物可以为例如'2个至4个氨基被取代的碳原子数1至碳原子数20的脂肪族化合物或2个至4个氨基被取代的碳原子数6至碳原子数30的芳香族化合物。
[0042]具有