CN102596377A - 分离膜单元和具备该分离膜单元的分离膜元件 - Google Patents

Abstract

本发明具备2片分离膜（1），其通过在各自的片状多孔基材3中的一侧的表面形成分离活性层（4）、且以上述分离活性层（4）相互对置的方式进行重合从而形成；通过上述2片分离膜（1）折回多次成褶皱状，从而在该2片分离膜（1）的一侧和另一侧（图4A中的上方和下方）交替形成折回部（5）。这样，2片分离膜（1）以分离活性层（4）相互对置的方式重合，所以分离活性层（4）没有露出，能够以简单的构成防止分离活性层（4）的损伤。

Description

分离膜单元和具备该分离膜单元的分离膜元件

技术领域

本发明涉及一种用于通过过滤过滤对象物而生成透过物的分离膜单元和具备该分离膜单元的分离膜元件。

背景技术

作为使用反渗透法等过滤排水、海水等原水（过滤对象物）的方法，一般已知有全量过滤方式和交叉流过滤方式。全量过滤方式是过滤全部供给的原水的方式，例如在与分离膜正交的方向供给原水。另一方面，交叉流过滤方式是通过在与分离膜平行的方向供给原水，一边用分离膜过滤该原水的一部分一边根据需要使原水循环，从而能够在抑制分离膜的堵塞的同时进行过滤的方式。

作为用交叉流过滤方式过滤原水时可以使用的分离膜单元的一例，如下述专利文献1中公开的内容所示，已知有具备以在一侧和另一侧交替形成折回部的方式折回多次成褶皱状的分离膜的分离膜单元。在该专利文献1中公开的构成中，1片分离膜折回多次成褶皱状，在因折回而邻接的分离膜间配置有用于形成流路的流路材料（网状间隔件）。

对于分离膜，例如在片状的多孔基材中的一侧的表面形成分离活性层（表皮层），通过向该分离活性层侧供给原水并使其通过分离活性层和多孔基材，可以得到透过水。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭54-17378号公报

发明内容

如上所述，将在多孔基材的一侧的表面形成有分离活性层的分离膜折回多次成褶皱状时，由于在形成有折回部的一侧或另一侧露出分离活性层，所以在处理该分离膜单元时可能损伤分离活性层。在专利文献1中，由于用保护层（塑料膜）覆盖折回成褶皱状的分离膜的外侧，所以可以防止分离活性层的损伤，但是设置这样的保护层使构成变得复杂，存在制造成本变高这样的问题。

另外，如上所述，将仅在多孔基材的一侧的表面形成有分离活性层的分离膜折回多次成褶皱状时，分离膜单元成为非对称结构。这种情况下，有时容易引起偏流，无法良好地进行利用交叉流过滤方式的过滤。

本发明鉴于上述情况而完成，其目的在于提供一种能够以简单的构成防止分离活性层的损伤的分离膜单元及具备该分离膜单元的分离膜元件。另外，本发明的目的在于提供一种能够良好地进行利用交叉流过滤方式的过滤的分离膜单元及具备该分离膜单元的分离膜元件。

本发明的分离膜单元，其特征在于：是用于通过过滤过滤对象物而生成透过物的分离膜单元；具备2片分离膜，其通过在各自的片状多孔基材中的一侧的表面形成分离活性层、且以所述分离活性层彼此相对的方式进行重合从而形成；通过所述2片分离膜折回多次成褶皱状，从而在该2片分离膜的一侧和另一侧交替形成折回部。

根据这样的构成，由于在各自的片状多孔基材中的一侧的表面形成分离活性层的2片分离膜以分离活性层相互对置的方式进行重合，所以在形成折回部的一侧和另一侧等没有露出分离活性层。因此，能够以简单的结构防止分离活性层的损伤。

另外，以分离活性层相互对置的方式进行重合的2片分离膜成为对称的结构，即便在该2片分离膜折回多次成褶皱状的状态下也是对称的结构。因此，与在一侧的表面形成有分离活性层的1片分离膜折回多次成褶皱状而形成的非对称结构的情况相比较，不易引起偏流，能够良好地进行利用交叉流过滤方式的过滤。

本发明的分离膜单元，其特征在于，在所述2片分离膜间，形成有作为供给的过滤对象物的流路的供给侧流路。

根据这样的构成，通过向在2片分离膜间形成的供给侧流路内供给过滤对象物，能够利用2片分离膜过滤过滤对象物，在该2片分离膜的外部生成透过物。

本发明的分离膜单元，其特征在于，具备设置在所述2片分离膜间、且用于形成所述供给侧流路的供给侧流路材料。

根据这样的构成，能够利用在2片分离膜间设置的供给侧流路材料可靠地形成供给侧流路，所以即便是在折回部等也可以良好地过滤过滤对象物。

本发明的分离膜单元，其特征在于，在所述2片分离膜的一侧和另一侧，分别形成作为透过物的流路的透过侧流路。

根据这样的构成，能够介由分别在该2片分离膜的一侧和另一侧形成的透过侧流路、高效地输送通过用2片分离膜过滤过滤对象物而生成的透过物。特别是对于以形成对称结构的方式折回的2片分离膜，如果在它的一侧和另一侧对称配置透过侧流路，则作为全体成为对称的结构，因此可以更稳定地进行过滤。另外，例如对于在由圆筒状的剖面构成的外壳材料的内部收纳该分离膜单元的情况等，由于可以在分别形成于2片分离膜的一侧和另一侧的与外壳材料的内周面之间的空隙空间内设置透过侧流路，所以能够最大限度确保2片分离膜的设置空间，能够更高效地进行过滤。

本发明的分离膜单元，优选所述分离活性层含有聚酰胺系树脂。

本发明的分离膜元件，其特征在于，具备所述分离膜单元和覆盖所述分离膜单元外侧的外壳材料。

附图说明

图1是表示构成本发明的一个实施方式的分离膜单元的分离膜的层叠方式的一例的分解剖视图。

图2是表示分离膜单元的构成例的示意立体图。

图3A是表示折回分离膜时的方式的示意剖视图。

图3B是表示折回分离膜时的方式的示意剖视图。

图3C是表示折回分离膜时的方式的示意剖视图。

图4A是表示分离膜元件的构成例的示意立体图。

图4B是表示分离膜元件的构成例的示意立体图。

图4C是表示分离膜元件的构成例的示意立体图。

具体实施方式

图1是表示构成本发明的一个实施方式的分离膜单元的分离膜1的层叠方式的一例的分解剖视图。在该例中，在2片分离膜1间夹入有作为间隔件的流路材料2。分离膜1可以是超滤膜、纳米过滤膜、反渗透膜、透析膜等中的任意一种，但从原水的压力和透过水的流量等的关系考虑，如果是反渗透膜或超滤膜时有效。

2片分离膜1，互相是相同的结构，分别具有片状的多孔基材3和在该多孔基材3的一侧的表面形成的分离活性层（表层）4。分离膜1不仅含有多孔基材3和分离活性层4，还可以含有其它层。该2片分离膜1以分离活性层4相互对置的方式、隔着流路材料2在两侧重合。由此，以各分离膜1的分离活性层4与对置的流路材料2的表面相接的状态，层叠2片分离膜1和流路材料2。

多孔基材3可以使用例如聚砜、聚醚砜、PVDF、聚乙烯、聚酰亚胺、环氧树脂等形成。该多孔基材3除上述材料以外，还可使用无纺布、织布、编织物、网等加强材料进行加强。多孔基材3的厚度为20~1000μm左右。分离活性层4由致密且非多孔质的薄膜形成，其形成材料没有特别限制，例如，可举出醋酸纤维素、乙基纤维素、聚醚、聚酯、聚酰胺和硅等。流路材料2可以使用例如编织物、网等形成。

在本发明中，优选是含有将多官能胺成分和多官能酰卤成分聚合而成的聚酰胺系树脂的分离活性层4。

多官能胺成分是指具有2个以上反应性氨基的多官能胺，可举出芳香族、脂肪族以及脂环式多官能胺。

作为芳香族多官能胺，例如可举出间苯二胺、对苯二胺、邻苯二胺、1,3,5-三氨基苯、1,2,4-三氨基苯、3,5-二氨基苯甲酸、2,4-二氨基甲苯、2,6-二氨基甲苯、N,N’-二甲基间苯二胺、2,4-二氨基苯甲醚、阿多米、苯二甲基二胺等。

作为脂肪族多官能胺，例如，可举出乙二胺、丙二胺、三(2-氨基乙基)胺、n-苯基-乙二胺等。

作为脂环式多官能胺，例如可举出1,3-二氨基环己烷、1,2-二氨基环己烷、1,4-二氨基环己烷、哌嗪、2,5-二甲基哌嗪、4-氨基甲基哌嗪等。

这些多官能胺可以使用1种，也可以并用2种以上。为了得到高盐阻止性能的分离活性层4，优选使用芳香族多官能胺。

多官能酰卤成分是指具有2个以上反应性羰基的多官能酰卤。

作为多官能酰卤，可举出芳香族、脂肪族以及脂环式的多官能酰卤。

作为芳香族多官能酰卤，例如，可举出均苯三甲酰氯、对苯二甲酰氯、间苯二甲酰氯、联苯二甲酰氯、萘二甲酰氯、苯三磺酰氯、苯二磺酰氯、氯磺酰基苯二甲酰氯等。

作为脂肪族多官能酰卤，例如，可举出丙烷二甲酰氯、丁烷二甲酰氯、戊烷二甲酰氯、丙烷三甲酰氯、丁烷三甲酰氯、戊烷三甲酰氯、戊二酰卤、己二酰卤等。

作为脂环式多官能酰卤，例如可举出环丙烷三甲酰氯、环丁烷四甲酰氯、环戊烷三甲酰氯、环戊烷四甲酰氯、环己烷三甲酰氯、四氢呋喃四甲酰氯、环戊烷二甲酰氯、环丁烷二甲酰氯、环己烷二甲酰氯、四氢呋喃二甲酰氯等。

这些多官能酰卤可以使用1种，也可以并用2种以上。为了得到高盐阻止性能的分离活性层4，优选使用芳香族多官能酰卤。另外，优选在多官能酰卤成分的至少一部分中使用3价以上的多官能酰卤、形成交联结构。

另外，为了提高含有聚酰胺系树脂的分离活性层4的性能，可以使聚乙烯基醇、聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸等聚合物、山梨醇、甘油等多元醇等共聚。

在上述多孔基材3的表面上形成含有聚酰胺系树脂的分离活性层4的方法没有特别限制，可以使用所有公知的方法。例如，可举出界面缩聚法、相分离法、薄膜涂布法等。界面缩聚法具体指通过使含有多官能胺成分的胺水溶液和含有多官能酰卤成分的有机溶液接触并进行界面聚合而形成分离活性层4、在多孔基材3上载置该分离活性层4的方法，或通过在多孔基材3上的所述界面聚合而在多孔基材3上直接形成聚酰胺系树脂的分离活性层4的方法。该界面缩聚法的条件等详细内容记载在日本特开昭58-24303号公报、日本特开平1-180208号公报等中，可以适当采用这些公知技术。

在本发明中，优选下述的方法：通过在多孔基材3上形成由含有多官能胺成分的胺水溶液构成的水溶液覆盖层，接着使含有多官能酰卤成分的有机溶液与水溶液覆盖层接触并进行界面聚合从而形成分离活性层4。

在上述界面聚合法中，胺水溶液中的多官能胺成分的浓度没有特别限制，优选为0.1~5重量%，进一步优选为1~4重量%。多官能胺成分的浓度过低时，存在在分离活性层4中容易产生气孔等缺陷、另外阻盐性能降低的趋势。另一方面，多官能胺成分的浓度过高时，存在膜厚变得过厚进而透过阻力变大导致透过流束降低的趋势。

上述有机溶液中的多官能酰卤成分的浓度没有特别限制，优选为0.01~5重量%，进一步优选为0.05~3重量%。多官能酰卤成分的浓度过低时，存在未反应多官能胺成分容易残留、在分离活性层4中容易产生气孔等缺陷导致阻盐性能降低的趋势。另一方面，多官能酰卤成分的浓度过高时，存在未反应多官能酰卤成分容易残留、膜厚变得过厚进而透过阻力变大导致透过流束降低的趋势。

作为在上述有机溶液中使用的有机溶剂，只要是对水的溶解度低、不使多孔基材3劣化、可溶解多官能酰卤成分的有机溶剂，就没有特别限定，例如，可举出环己烷、庚烷、辛烷、和壬烷等饱和烃，1,1,2-三氯三氟乙烷等卤代烃等。优选沸点为300℃以下的饱和烃，进一步优选沸点为200℃以下的饱和烃。

在上述胺水溶液或有机溶液中，出于达到容易制膜、提高得到的复合半透膜的性能的目的，可以加入各种添加剂。作为上述添加剂，例如可举出十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠以及月桂醇硫酸钠等表面活性剂，用于除去因聚合而生成的卤化氢的氢氧化钠、磷酸三钠以及三乙胺等碱性化合物，酰化催化剂，日本特开平8-224452号公报记载的溶解度参数为8~14（cal/cm³）^1/2的化合物等。

在多孔基材3上形成的分离活性层4的厚度没有特别限制，通常为0.05~2μm左右，优选为0.1~1μm。

在本实施方式中，如上所述，互相重合的2片分离膜1和流路材料2以折回多次成褶皱状（蛇腹状）的状态使用。因此，优选2片分离膜1和流路材料2均具有挠性，优选即便重复3次以上180°弯曲也不破裂的耐性。

图2是表示分离膜单元10的构成例的示意立体图。该分离膜单元10是用于通过过滤原水（过滤对象物）而生成透过水（透过物）的分离膜单元，以图1所示的方式互相重合的2片分离膜1和流路材料2，通过如图2所示那样折回多次成褶皱状，从而在2片分离膜1的一侧和另一侧（图2中的上方和下方）交替形成折回部5。

这样折回多次成褶皱状的2片分离膜1和流路材料2，成为折回部分互相邻接并在一定方向A层叠的状态。各折回部5在与如上所述的分离膜1和流路材料2的层叠方向A正交的方向B上延伸，邻接的折回部5彼此在上述层叠方向A上并列。

在该分离膜单元10中，采用沿着与分离膜1平行的方向B供给排水、海水等原水的交叉流过滤方式，从折回多次成褶皱状的2片分离膜1和流路材料2中的供给方向B的上游侧的一端供给原水。被供给的原水是通过由流路材料2形成在2片分离膜1间的原水流路（供给侧流路）而进入2片分离膜1间，在与分离膜1平行的方向（供给方向B）流动的过程中被该分离膜1过滤。由于此时的流路材料2作为用于形成供给测流路的供给侧流路材料发挥功能，利用该供给侧流路材料能够可靠地形成供给测流路，所以即便是在折回部5等也可以良好地过滤原水。

在与折回多次成褶皱状的2片分离膜1和流路材料2中的层叠方向A和供给方向B正交的方向C的两侧（图2中的上侧和下侧），设置与作为原水的流通方向的供给方向B平行地延伸的集水管6。这些集水管6，相对于折回多次成褶皱状的2片分离膜1和流路材料2，设置在形成有折回部5的一侧和另一侧，在其内部形成作为透过水的流路的透过侧流路7。

通过用该分离膜1过滤沿供给方向B流过2片分离膜1间的原水而生成的透过水，向2片分离膜1的外部、更具体地向图2中的上侧和下侧流出，介由未图示的集水构造收集到集水管6内。这样，收集的透过水通过集水管6内被导向分离膜单元10的外部。

在该例中，在折回多次成褶皱状的2片分离膜1和流路材料2、与在它的一侧和另一侧设置的集水管6之间，分别形成密封部8。该密封部8用于将通过2片分离膜1间的原水与在该2片分离膜1的外部生成的透过水分离，仅透过水通过密封部8导向集水管6。上述集水机构可以形成在该密封部8上，也可以形成在与密封部8不同的位置。

在本实施方式中，在各自的片状多孔基材3的一侧的表面形成有分离活性层4的2片分离膜1，由于以分离活性层4相互对置的方式重合，所以在形成折回部5的一侧和另一侧（图2中的上方和下方）等没有露出分离活性层4。因此，能够以简单的构成来防止分离活性层4的损伤。

另外，以分离活性层4相互对置的方式重合的2片分离膜1成为对称的结构，如图2所示，即便是该2片分离膜1折回多次成褶皱状的状态也是对称的结构。因此，与在一侧的表面形成有分离活性层4的1片分离膜1折回多次成褶皱状而得的非对称结构的情况相比，不易引起偏流，能够良好地进行利用交叉流过滤方式的过滤。

另外，介由在该2片分离膜1的一侧和另一侧（图2的上方和下方）分别设置的集水管6，能够高效地输送通过用2片分离膜1过滤原水而生成的透过水。特别是对于以形成对称结构的方式折回的2片分离膜1，如果在它的一侧和另一侧对称配置集水管6，则作为整体成为对称的构造，因此能够更稳定地进行过滤。

图3A~图3C是表示折回分离膜1时的方式的示意剖视图。图3A是表示相互重合的2片分离膜1和流路材料2折回多次成褶皱状过程中的状态的例子，折回部5以成为锐角的方式弯曲成V字状。图3B与图3A相同，是表示互相重合的2片分离膜1和流路材料2折回多次成褶皱状过程中的状态的例子，但折回部5成为弯曲成U字状的形状。

在上述实施方式中，虽然对在2片分离膜1间夹入流路材料2的构成进行了说明，但是如果能够在2片分离膜1间确保原水的流路，则也可以省略流路材料2。例如，如图3C中示出的例子，如果将2片分离膜1中的各分离活性层4制成不是平坦面而是具有凹凸的面，则以这些分离活性层4抵接的方式重合2片分离膜1的情况下，各分离活性层4的凸部彼此抵接，在凹部间能够形成原水的流路。作为上述凸部的形状，只要是可以确保原水的流路的形状，则可以采用菱形、平行四边形、椭圆形、长圆形、圆形、正方形、三角形等各种形状。在该图3C的例子中，分离膜1的折回部5弯曲成V字状，但不限于这样的形状，例如也可以是折回部5弯曲成U字状的形状。

图3A~图3C仅表示折回分离膜1时的方式的一个例子，只要是2片分离膜1折回多次而成的形状，也可以采用其它各种形状。作为折回2片分离膜1的方法，例如有以重合2片分离膜1的状态进行折回的方法和折回各分离膜1后进行重合的方法。在这些任意的一种方法中，例如可以通过将闸刀刃等部件挤压在分离膜1上，在该挤压的部分折回分离膜1，从而形成与上述部件相对应的形状的折回部5。另外也可以考虑使用夹送辊或夹送棒来折回分离膜1的方法等。

图4A~图4C是表示分离膜元件100的构成例的示意立体图。分离膜单元10可以以根据需要用外壳材料9等覆盖其外侧的状态、或以在轴向端部设置端部件（未图示）的状态使用。在该例中，通过在圆筒状的外壳材料9内设置分离膜单元10，从而构成分离膜元件100。

图4A是表示在外壳材料9内设置图2的分离膜单元10而得的分离膜元件100的一例。折回多次成褶皱状的2片分离膜1和流路材料2由于剖面成为矩形状，所以优选使用具有比其对角线的长度稍大的内径的外壳材料9。

在该例中，通过在折回多次成褶皱状的2片分离膜1和流路材料2的一侧和另一侧（图4A中的上方和下方）分别设置密封部8，从而在这些密封部8间形成用于流通原水的空间101，并且在各密封部8与对置的外壳材料9的内周面之间形成用于流通透过水的空间102。为了不透水地分离上述空间101和空间102，优选各密封部8的边缘与外壳材料9的内周面密合，因此也可以在各密封部8的边缘上设置密封部件。

在图4B和图4C的例子中，上述空间102除透过侧流路7外由密封部8填埋，因此，密封部8的外周面变成与外壳材料9的内周面相对应的形状。根据这样的构成，如图4B和图4C所示，根据在密封部8的内部形成的孔的形状，可以形成由任意的剖面积构成的透过侧流路7。

如图4A~图4C所示，对于在由圆筒状的剖面构成的外壳材料9的内部收纳分离膜单元10的情况等，由于可以在分别形成于2片分离膜1的一侧和另一侧（图4A~图4C中的上方和下方）的与外壳材料9的内周面之间的空隙空间（空间102）设置透过侧流路7，所以能够最大限度确保2片分离膜1的设置空间，能够更高效地进行过滤。

其中，外壳材料9的剖面不限于圆形，例如也可以是矩形等其它形状，还可以省略外壳材料9。即便是省略外壳材料9的情况下，在本实施方式中，由于2片分离膜1以分离活性层4相互对置的方式进行重合，分离活性层4没有露出，所以不可能损伤分离活性层4。

在以上的实施方式中，虽然对过滤对象物为原水的情况进行了说明，但也可以不是水而是油等其它原液，还可以是气体等。

符号说明

1…分离膜，2…流路材料，3…多孔基材，4…分离活性层，5…折回部，6…集水管，7…透过侧流路，8…密封部，9…外壳材料，10…分离膜单元，100…分离膜元件，101…空间，102…空间

Claims (6)

1.一种分离膜单元，其特征在于：

是用于通过将过滤对象物过滤而生成透过物的分离膜单元；

具备2片分离膜，通过在各自的片状多孔基材中的一侧的表面形成分离活性层、且以所述分离活性层彼此相对的方式进行重合而形成；

通过所述2片分离膜折回多次成褶皱状，从而在该2片分离膜的一侧和另一侧交替形成折回部。

2.根据权利要求1所述的分离膜单元，其特征在于，在所述2片分离膜间，形成有作为供给的过滤对象物的流路的供给侧流路。

3.根据权利要求2所述的分离膜单元，其特征在于，具备设置在所述2片分离膜间、且用于形成所述供给侧流路的供给侧流路材料。

4.根据权利要求1所述的分离膜单元，其特征在于，在所述2片分离膜的一侧和另一侧，分别形成有作为透过物的流路的透过侧流路。

5.根据权利要求1所述的分离膜单元，其特征在于，所述分离活性层含有聚酰胺系树脂。

6.一种分离膜元件，其特征在于，具备：权利要求1~5中任一项所述的分离膜单元，和覆盖所述分离膜单元的外侧的外壳材料。

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