CN103987446A - 分离膜元件及分离膜元件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种螺旋型分离膜元件,其具备:集水管;分离膜,其被卷绕于上述集水管的周围,具有供给侧的面和透过侧的面,并且在上述集水管的长度方向上上述供给侧的面的至少一个端部具备带状区域;以及流路件,其热熔接于上述带状区域。
Description
技术领域
本发明涉及使用分离膜通过反渗透技术或过滤技术等将流体的成分进行分离的螺旋型分离膜元件。
背景技术
将液体等进行分离的分离膜根据其孔径尺寸和分离功能的差异而分成各种类型。然而,即使是类型不同的分离膜,在如果向分离膜的一个面供给原流体,则通过透过分离膜而从原流体分离出来的透过流体从另一个面获得的方面也是共同的。分离膜能够适用于反渗透过滤所用的分离膜元件。例如,螺旋型分离膜元件具备有孔集水管,并且具备卷缠于其周围的供给侧流路件、分离膜和透过侧流路件。供给侧流路件将原流体向分离膜的供给流体侧供给。分离膜将原流体所包含的成分进行分离。透过侧流路件将透过分离膜并从原流体分离出来的透过流体导向有孔集水管。螺旋型分离膜元件通过对原流体赋予压力,从而可以大量取出透过流体。
原流体在螺旋型分离膜元件的供给侧流路流动而引起的阻力(即压力损失)受到供给侧流路件的大的控制。因此,报告了以使压力损失变小为目的,具有各种结构的网(例如,参照专利文献1~3)。
另一方面,在专利文献4的螺旋型膜分离装置中,相当于供给侧流路件的网状的原液流路用材(5)被配置于膜分离装置的两端部。
专利文献5指出专利文献4的原液流路用材未被固定于分离膜的问题,为了解决该问题,提出了以下螺旋型膜元件。即,在专利文献5的螺旋型膜元件中,原水隔离物(11a)和(11b)被固定于分离膜(13)的原水流入侧端部(15)、或原水流入侧端部(15)与浓缩水流出侧端部(16)。原水隔离物利用粘接剂而被粘接,或者2折后的原水隔离物以将分离膜的端部从两面夹持的方式被配置,从而被固定于分离膜的端部。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2000-000437号公报
专利文献2:日本特开2000-042378号公报
专利文献3:日本特开2005-305422号公报
专利文献4:日本实开昭59-44506号公报
专利文献5:日本特开2004-50081号公报
发明内容
发明所要解决的课题
现有的技术中,也不能说原流体的阻力和压力损失的降低是充分的,对于造水量的提高有改良的余地。特别是在现有技术中,供给侧流路件的形状被限定于网,形状变更的自由度小。
本发明的目的是提供通过提高供给侧流路件的形状变更的自由度,从而能够根据原流体的种类、或应得的透过流体或浓缩流体来变更供给侧流路件的形状的技术。
用于解决课题的方法
为了解决上述课题,本发明的分离膜元件为具备集水管、具有供给侧的面和透过侧的面的分离膜、和设置于上述供给侧的面的流路件的分离膜元件,上述流路件具有熔接于上述供给侧的面的多个树脂体。
发明的效果
本发明通过提高供给侧流路件的形状变更的自由度,从而能够根据原流体的种类、或应得的透过流体或浓缩流体来变更供给侧流路件的形状。
附图说明
图1为将本发明的第1方式涉及的螺旋型分离膜元件的一部分展开了的立体图。
图2为第1方式的螺旋型分离膜元件的展开立体图。
图3为显示作为供给侧流路件的一例的条状流路件的平面图。
图4为显示作为供给侧流路件的其它例的点状流路件的平面图。
图5为显示在相对的2张分离膜中供给侧流路件重叠了的状态的平面图。
图6为显示使供给侧的面为内侧而折叠的分离膜的立体图。
图7A为显示供给侧流路件的一例的截面图。
图7B为显示供给侧流路件的其它例的截面图。
图7C为显示供给侧流路件的再其它例的截面图。
图7D为显示供给侧流路件的再其它例的截面图。
图8为第2方式的螺旋型分离膜元件的展开立体图。
具体实施方式
1.分离膜元件的概要
对于螺旋型分离膜元件(以下,简称为分离膜元件。)的形态的一例,参照图1和图2进行说明。
如图1和图2所示,分离膜元件1具备集水管2、分离膜3、供给侧流路件4、透过侧流路件5、供给侧端板7和透过侧端板8。分离膜元件1可以将原流体101分离成透过流体102和浓缩流体103。
集水管2为在一个方向(图中的x轴方向)上较长的圆筒状的构件。在集水管2的侧面设置有多个孔。
分离膜3只要为具有所期望的分离性能的膜即可。关于作为分离膜3能够适用的膜的例子,在下文进行说明。分离膜3具有与原流体101相接的供给侧的面31和与透过流体102相接的透过侧的面32。
供给侧流路件4被设置于分离膜3的供给侧的面31。在供给侧的面31上设置有树脂体的密度较高的区域和较低的区域。
作为透过侧流路件5,能够适用以往的流路件,可使用例如特里科经编织物等编织物。透过侧流路件5在封套状膜6中配置于相对的2个透过侧的面32之间。然而,透过侧流路件5能够变更为可以在分离膜3之间形成透过侧流路的其它构件。此外,还可以通过使用形成了凹凸的分离膜作为分离膜3,从而省略透过侧流路件5。关于透过侧流路件的详细情况和其它例,在下文进行说明。
封套状膜6由以透过侧的面32成为内侧的方式重叠了的2张分离膜形成,或由折叠了的1张分离膜3形成。封套状膜6的平面形状为长方形,封套状膜3在3边闭合,1边开口。封套状膜6以其开口部朝向集水管2的方式被配置,进而被卷缠于集水管2的周围。在分离膜元件1中,多个封套状膜6以重叠的方式被卷绕。封套状膜6的外侧的面为供给侧的面31,相邻的封套状膜6以供给侧的面31相对的方式被配置。即,在相邻的封套状膜6之间形成供给侧流路,在封套状膜6的内侧形成透过侧流路。
供给侧端板7和透过侧端板8分别安装于卷绕体的上游侧端部21和下游侧端部22。
另外,分离膜元件可以具备上述构件以外的构件。例如,分离膜的卷绕体的周围可以被膜等其它构件覆盖。
原流体101介由供给侧端板7而被供给至分离膜3的供给侧的面31。透过了分离膜3的透过流体102穿过由透过侧流路件5在封套状膜6内所形成的流路,流入至集水管2。在集水管2中流动的透过流体穿过端板8而被排出至分离膜元件1的外部。此外,浓缩流体103穿过供给侧的面31间而从端板8被排出至外部。这样,原流体101被分离为透过流体102和浓缩流体103。
2.供给侧流路件
供给侧的面31上设置有流路件4的密度较高的区域(第1区域)和流路件4的密度较低的区域(第2区域)。第1区域有时被称为树脂体区域。
在第1区域中,以规定的值以下的间隔配置有供给侧流路件4(构成流路件4的树脂体)。第2区域为与第1区域不相当的区域,具体而言,为未配置树脂体,或其间隔大于规定的值的区域。这里,所谓规定的值,是指根据元件的运转条件、流路件的材质等来设定的值,不限定于具体的数值。例如,优选为50mm,更优选为30mm、20mm或10mm。
第1区域与第2区域的面积比,即(第1区域的面积/第2区域的面积)优选为1/99以上,更优选为10/90以上,进一步优选为15/85以上。此外,该面积比优选为80/20以下,更优选为60/40以下,进一步优选为40/60以下。通过使面积比为1/99以上,从而可抑制浓差极化的发生,通过使面积比为80/20以下,从而可抑制流动阻力的增大。
另外,第1区域与第2区域的边界可以特定为以50mm以下的间隔设置着的树脂体的集合体的外缘。所谓第1区域与第2区域,在除了供给侧流路件的密度以外的方面不需要可以区别。即,带状区域中所包含的分离膜与带状区域外的分离膜可以具有相同组成和结构,也可以具有不同的组成或结构。
关于这样的分离膜和流路件,以下更具体地说明。以下所说明的方式中,能够适用本文先前所述的数值范围等的构成。
[第1方式]
(带状区域)
图1~图2等所示的方式中,作为第1区域的一例,在集水管2的长度方向(即x轴方向)上的分离膜3的端部设置有带状区域33和34。在上游侧的供给侧流路件4与下游侧的供给侧流路件4之间,作为第2区域的一例,设置有中央区域37。
带状区域33和34的边缘不需要与分离膜3的边缘一致,带状区域可以远离分离膜的边缘。然而,带状区域33与分离膜的上游侧的边缘的距离、和带状区域34与分离膜的下游侧的边缘的距离为例如,x轴方向上的分离膜3的宽度W0的5%以下、或1%以下。这样,通过供给侧流路件4被设置于x轴方向上的分离膜的边缘的附近,特别是上游侧的边缘的附近,从而对供给侧的面31高效率地供给原流体101。
此外,设置有带状区域的“端部”,具体而言,是指距离分离膜3的x轴方向上的边缘为x轴方向上的分离膜3的宽度W0的20%以内的区域。即,供给侧流路件4被配置于距离分离膜3的x轴方向上的边缘为x轴方向上的分离膜3的宽度W0的20%的范围内。由此,中央区域37的宽度W3,即第2区域的宽度为宽度W0的80%以上。
此外,带状区域33的宽度W1和带状区域34的宽度W2分别为宽度W0的1%以上,从而原流体被稳定地供给至供给侧的面31。
此外,带状区域的宽度W1~W2的合计可以被设定为宽度W0的10%~60%左右。通过使宽度W1~W2相对于宽度W0的比率为60%以下,从而流动阻力和压力损失被降低。此外,通过使该比率为10%以上,从而可以通过湍流效果抑制浓差极化发生。此外,宽度W1和W2可以分别为W0的10%以上。
作为这样的形态的例子,在本实施方式中,带状区域33和34的形状和大小相同。即,图2中的宽度W1与W2相同。此外,宽度W1和W2分别为恒定。
这样,通过在供给侧的面31的端部配置有供给侧流路件4,从而在相对的2个供给侧的面31之间确保原流体101的流路。另外,在本实施方式中,1个供给侧的面31上设置有2个带状区域33和34,但本发明不限定于该形态,带状区域可以仅设置于x轴方向上的一个端部,即上游侧或下游侧的一个端部。
在分离膜3被弯折的情况下,虽然与构成供给侧流路件4的树脂的刚性有关,但为了提高分离膜3的折叠性,优选在折叠线上及其附近不配置供给侧流路件4。
在本实施方式中,除了通过热熔接而被设置的供给侧流路件4以外,在供给侧的面31上未设置流路件。由此,流动阻力和压力损失被降低,造水量提高。特别是,通过在中央区域37不设置网和特里科经编织物等具有连续形状的构件,从而可获得流动阻力和压力损失大幅降低这样的效果。此外,中央区域37在卷绕方向上从分离膜3的外侧端部至内侧端部连续着,因此该效果进一步提高。然而,在供给侧的面31上,在带状区域33和34以外的区域,为了提高螺旋型分离膜元件的刚性,可以在从流动阻力和压力损失的观点出发可以容许的程度,通过热熔接或通过其它方法设置有构件。
封套状膜的粘接部分优选不产生空隙。如果产生空隙,则将元件进行加压运转时在透过流路与供给流路之间发生泄漏,因此在透过流体中混入原流体或浓缩流体。这样的泄漏的发生概率高意味着分离膜元件的生产收率低。所谓元件的生产收率,为将生产出的分离膜元件在水中进行漏气试验,计数发生了泄漏的分离膜元件数时的(发生了漏气的分离膜元件数/供于评价的分离膜元件数)的比率。
与此相对,如果通过熔接而设置有流路件,则分离膜的刚性提高,因此变得不易发生卷围时的分离膜的弯曲或褶皱的发生等。因此,相对的透过侧的面之间变得不易产生空隙。其结果是可以抑制分离膜元件的脱盐率降低、生产收率的降低。
第1区域和第2区域优选规则地配置着。作为这样的构成的一例,带状区域33和34的宽度分别为恒定,并且带状区域33与带状区域34互相平行。此外,带状区域33和34为在卷绕方向上(在图2中z轴方向上)从分离膜3的外侧端部到内侧端部连续的方式被设置。即,带状区域33与带状区域34具有相同的面积。另外,中央区域37的宽度也均一。通过这样地规则地配置流路件,从而可获得稳定的刚性和强度。特别是通过在卷绕方向上连续地设置,在卷绕方向上分离膜整体刚性和强度提高。
在本形态中,全部第1区域的面积相同,但在一张分离膜上设置3个以上第1区域的情况下,优选至少2个第1区域的面积相同。
另外,所谓“相同”,例如被比较的2个值的差优选为15%以下,更优选为10%以下,更优选为5%以下。此外,所谓“恒定”,最大值与最小值的差优选为15%以下,优选为10%以下,或包含5%以下的情况。
在本实施方式中,供给侧流路件4为通过熔接而被设置的树脂体或多个树脂体的集合体。通过熔接而设置有流路件,从而供给侧流路件的形状的自由度非常高。因此,根据各种条件,流路件的形状能够变更。
例如,流路件4可以具有连续的形状,也可以具有不连续的形状。然而,为了降低原流体的流动阻力,优选流路件4具有不连续的形状。
所谓“连续”,是指相对于分离膜的面,流路件的投影像为连续的形状。作为具有这样的形状的构件,可举出针织物(例如特里科经编织物等)、编织物(例如网等)、非织造织物、多孔性材料(多孔性膜等)等。
所谓“不连续”,是指在带状区域,相对于分离膜的面,投影像为不连续的形状。作为不连续,可举出多个树脂体在分离膜上互相隔开间隔而设置着的形态。此外,所谓不连续,换句话说为以透过流体可以在树脂体之间流动的程度,在1张分离膜上相邻的树脂体的距离远离。
如上所述,带状区域33和34与第1区域相当。在本实施方式中,在这些区域中,树脂体以树脂体的顶点间的距离D成为50mm的方式被配置。另外,所谓顶点,为树脂体的最高部分,即距离供给侧的面31最远的部分。关于距离D的例子,如图3、图4、图7A~图7D所示。
此外,各个树脂体的形状以使供给侧流路的流动阻力少,使供给侧流路稳定化的方式来选择。
作为各个树脂体的形状,适用粒状、线状、半球状、柱状(包含圆柱状、棱柱状等)、或壁状等。设置于1张分离膜上的线状或壁状的多个流路件只要以互相不交叉的方式被配置即可,例如可以互相平行地被配置。
此外,在平面方向上,各个树脂体可以具有例如,直线(例如图3)、曲线、椭圆(包含正圆和长圆)、多边形(三角形、长方形、正方形、平行四边形、菱形、梯形)、不定形等形状。
在与分离膜的面方向垂直的截面上,流路件4(和其中所包含的树脂体)可以具有例如,椭圆、多边形、不定形等形状。椭圆包含正圆和长圆,还包含它们的一部分缺了的形状(例如图7B)。作为多边形,可以具有梯形(例如图7A、图7C)、三角形、长方形(例如图7D)、正方形、平行四边形、菱形、不定形的形状。此外,在与分离膜的面方向垂直的截面上,供给侧流路件可以为从上部向下部(即,从厚度方向上的供给侧流路件的顶点向分离膜的供给侧的面),宽度扩大的形状(例如图7A、图7B)、缩小的形状(例如图7C),显示恒定宽度的形状(例如图7D)中的任一种。
流路件4的高度(流路件4与供给侧的面31的高低差)优选为80μm以上或100μm以上。此外,流路件4的高度优选为2000μm以下、1500μm以下、或1000μm以下。通过使高低差为2000μm以下,从而可以增大每1个元件的膜面积,通过使高低差为80μm以上,从而可以减小流动阻力。另外,所谓流路件4的高度,换句话说为流路件4的厚度,与各个树脂体的高度一致。
在各个树脂体的形状为线状的情况下,为了制造的方便和供给侧流路的稳定的形成,树脂体的配置图案优选为条状。在条状图案时,线状的树脂体以互相不交叉的方式被配置。所谓线状,可以为直线和曲线中的任一种。线状的树脂体的宽度优选为0.2mm以上,更优选为0.5mm以上。此外,线状的树脂体的宽度优选为10mm以下,更优选为3mm以下。相邻的树脂体彼此的间隔能够在树脂体的宽度的10分之1至50倍之间选择。
此外,在各个树脂体的形状为点状的情况下,点状的树脂体的直径优选为0.1mm以上,更优选为0.5mm以上。此外,树脂体的直径优选为5.0mm以下,更具体而言可以为1.0mm以下。作为点状的树脂体的配置图案的例子,可举出锯齿状和格子状。树脂体的间隔优选为0.2mm以上,更优选为1.0mm以上。此外,树脂体的间隔优选为20.0mm以下,更优选为15.0mm以下。
此外,在各第1区域中,相对于供给侧的面31,供给侧流路件4的投影面积比优选为0.05以上。由此,可以更确实地形成流路。此外,投影面积比优选为小于0.2。由此,可以降低原流体的阻力,将压力损失抑制得低,并且确保有效膜面积。
供给侧流路件4和其中所包含的树脂材的宽度、直径、间隔、高度等的值可以使用市售的形状测定系统来计测。例如,关于宽度、间隔,使用扫描型电子显微镜(S-800)(日立制作所制)对30个任意截面以500倍进行照片拍摄,由结果算出算术平均值来求出。此外,树脂体的高度(厚度)为通过使用了激光显微镜(キーエンス制高精度形状测定系统KS-1100等)的表面测定或截面测定,对于存在流路件的30个任意位置进行测定,由结果算出算术平均值来求出。
另外,关于供给侧流路件的截面形状、和从膜上部观察的情况下的表面形状,只要在不损害作为螺旋型分离膜元件的所期望的效果的范围内,其形状就没有特别限定。
构成流路件4的树脂优选为聚烯烃、改性聚烯烃、聚酯、聚酰胺、氨基甲酸酯、环氧树脂等热塑性树脂。特别是从加工性和费用方面考虑,作为树脂,更优选为乙烯乙酸乙烯酯共聚树脂等聚烯烃树脂和聚酯树脂,特别优选为能够在100℃以下加工的乙烯乙酸乙烯酯共聚树脂等聚烯烃树脂和聚酯树脂。
通过变更树脂的种类、热熔接等热处理时的温度等,从而可以调整流路件4的截面形状、厚度(高低差)等。
作为以上所述的流路件的配置图案的例子,在图3和图4中,可举出条状的流路件41和点状的流路件42。另外,在图3和图4中,示出上游侧的带状区域33,在本实施方式中,在下游侧的带状区域34也配置与上游侧的带状区域33同样的形状和配置图案的流路件。然而,下游侧的带状区域34所配置的流路件的形状和配置图案与带状区域33所配置的流路件的形状和配置图案可以相同也可以不同。
在图3所示的例子中,流路件41具备多个树脂体411,树脂体411为直线,并且相对于集水管2的长度方向(x轴方向)倾斜地较长的形状。特别是,在图3中,树脂体411互相平行地被配置着。所谓倾斜,是指除了平行和正交以外的情况。即,树脂体411的长度方向与x轴方向之间的角度θ为0°以上且小于90°。另外,角度θ是指绝对值。即,相对于x轴互相线对称的2个树脂体显示相同角度θ。
通过使角度θ小于90°,从而原流体101的流动被打乱,因此不易发生浓差极化,可实现良好的分离性能。通过使角度θ大于0°,由此进一步提高浓差极化的抑制效果。此外,通过使角度θ为60°以下,由此原流体的流动阻力比较低,并且可以获得对浓差极化高的抑制效果。进一步,为了降低流动阻力,并且产生湍流效果,更优选为大于15°且45°以下。
另外,在条状的配置中,上游侧的流路件与下游侧的流路件可以为平行,也可以为不平行。例如,在条状的配置中,上游侧的流路件与下游侧的流路件相对于z轴可以为线对称,也可以为不对称。
图4所示的流路件42具备多个点形状的树脂体421。各个树脂体421的平面形状为圆形,树脂体421锯齿状地被配置着。
如上所述,分离膜3以供给侧的面31相对的方式重叠着。关于流路件4,通过这样地重叠分离膜3,相对的供给侧的面31所设置的树脂体可以以互相重叠的方式被配置着。
作为这样的构成的例子,图5显示图3的流路件41的重叠情况。如果分离膜3落入树脂体411间,则供给侧流路变窄,但通过如图5所示那样以各个树脂体411交叉的方式重叠,从而可以抑制这样的落入。
另外,在将分离膜3这样地重叠时,可以如图6那样以供给侧的面31成为内侧的方式折叠分离膜3,可以将2张分离膜3以供给侧的面31相对的方式贴合。如上所述,在折叠分离膜3的情况下,除了折叠线及其附近以外配置流路件41。
[第2方式]
参照图8,对于第1区域和第2区域的其它方式进行说明。关于适用已经说明了的构成的要素,附上相同符号而省略其说明。在本方式中,供给侧流路件被设置于3个位置。这样,通过存在3个以上第1区域,从而进一步提高分离膜元件的刚性。
如图8所示,在本方式中,作为第1区域,除了上述带状区域33和34以外,进一步具备第3个带状区域35。带状区域35的形状和大小与带状区域33和34相同。此外,带状区域35与带状区域33和34平行地被设置。进一步,带状区域35在x轴方向上被设置于分离膜的中央。此外,带状区域35也以在卷绕方向上从分离膜3的外侧至内侧连续的方式被设置。
带状区域33~35之间为与第2区域相当的区域,为未设置流路件的区域38和39。即,在x轴方向上,第1区域与第2区域交替地被配置。
这样,通过除去作为第2区域的区域38和39而在分离膜整体设置流路件4,从而如上所述,在卷绕方向上遍及全长对分离膜赋予刚性。
(其它方式)
(a)第1区域的数目和第2区域的数目不限定于第1和第2方式。例如,第1区域在1张分离膜中可以仅被设置于1个位置,也可以被设置于4个位置以上。
(b)在第1和第2方式中,第1区域33~35的宽度为恒定,并且区域33与区域34互相平行,第1区域33~35也为互相平行的形状。因此,在第1和第2实施方式中,在分离膜中第1区域所占的面积的比例与分离膜的宽度W0中的第1区域的宽度的合计值的比例一致。此外,第1区域的宽度W1和W2(以及宽度W4)的合计值与第2区域的宽度的合计值之比,与第1区域的面积与第2区域的面积之比一致。
如上所述,优选至少2个第1区域的宽度或面积相同。然而,本发明不限定于此,2个以上的第1区域可以具有互相不同的面积或宽度。此外,在设置2个以上的第1区域的情况下,它们不需要为互相平行。对于第2区域也同样。
(c)在第1和第2方式中,带状区域33~35的形状相同。然而,在设置2个以上的第1区域的情况下,全部第1区域可以为互相不同的形状,优选至少2个第1区域具有相同的形状。
(d)1个第1区域的宽度不需要为恒定。然而,在第1区域的宽度不恒定的情况下,或2个以上的第1区域不互相平行的情况下,也可以适用上述的面积的比率、和宽度的比率的数值范围。对于第2区域也同样。
(e)在设置2个以上的第1区域的情况下,优选在集水管的长度方向上,依次排列第1区域、第2区域、第1区域。上述第1和第2方式为这样的构成的具体例。
(f)以上所说明的构成各自单独适用的元件、和组合适用的元件也包含在本发明的技术范围内。
3.透过侧流路件
透过侧流路件5(以下,有时简称为“流路件”),只要以透过流体可以到达有孔集水管的方式构成即可,形状、大小、原材料等不限定于具体的构成。
在本实施方式中,透过侧流路件5由与分离膜不同的原材料构成。所谓“透过侧流路件5由与分离膜不同的原材料构成”,包括透过侧流路件5的组成与分离膜的组成不同的情况。所谓“具有与分离膜不同的组成”,在分离膜具备分离功能层、支持层和基材这三层结构的情况下,是指透过侧流路件5的组成与任一层的组成都不同。此外,所谓“具有不同的组成”,是指化学组成不同,包括所含有的成分的至少一部分不同,以及所含有的成分相同但其含有率不同的情况。特别是,作为透过侧流路件5的主成分的化合物与作为分离膜的各层的主成分的化合物可以不同。此外,透过侧流路件5包含构成支持层的成分的至少一部分与构成基材的成分的至少一部分的情况等也包括在“组成不同”方式中。
例如,透过侧流路件5通过具有与分离膜不同的组成,从而相对于压力可以显示比分离膜高的耐性。具体而言,透过侧流路件5,特别优选由相对于与分离膜的面方向垂直的方向上的压力,具有比分离膜高的形状保持力的材料形成。由此,透过侧流路件5即使经过反复的通水或高压下的通水,也可以确保透过侧流路。
此外,透过侧流路件5只要以利用分离膜进行流体的分离的方式被设置即可。即,只要分离膜的一部分以与流体接触的方式露出,流体与分离膜接触的同时可以移动的方式,设置有透过侧流路件5即可。即,透过侧流路件5,在分离膜的面方向上,具有与分离膜不同的形状。
例如,作为透过侧流路件5,可以使用网眼粗的网状物、棒状、圆柱状、点状物、发泡物、粉末状物、它们的组合等。作为组成,没有特别限定,从耐化学性方面考虑,优选为乙烯乙酸乙烯酯共聚物树脂、聚乙烯、聚聚丙烯等聚烯烃、共聚聚烯烃、聚酯、氨基甲酸酯、环氧等树脂等,不仅可以使用热塑性树脂,还可以使用利用热、光的固化性树脂。它们可以单独使用或作为包含2种以上的混合物使用。然而,如果为热塑性树脂,则成型容易,因此可以均匀形成流路件的形状。
还能够适用作为母材含有这些树脂,进一步含有填充材的复合材。流路件的压缩弹性模量通过在母材中添加多孔质无机物等填充材来提高。具体而言,可以使用硅酸钠、硅酸钙、硅酸镁等碱土类金属的硅酸盐、二氧化硅、氧化铝、氧化钛等金属氧化物、碳酸钙、碳酸镁等碱土类金属的碳酸盐等作为填充材。另外,填充材的添加量只要为不损害本发明的效果的范围,就没有特别限定。
在分离膜3中,更具体而言,在基材中可以含浸透过侧流路件5的成分。如果在分离膜的基材侧,即在透过侧配置流路件5,用热熔法等从基材侧进行加热,则从分离膜的里侧向表侧进行透过侧流路件5的含浸。随着含浸进行,流路件与基材的粘接变得牢固,即使进行加压过滤,流路件也变得不易从基材剥离。
然而,如果透过侧流路件5的成分含浸直至分离功能层(供给侧的面31)的附近,则加压过滤时含浸了的流路件会破坏分离功能层。因此,在透过侧流路件5的成分含浸于基材的情况下,透过侧流路件5的含浸厚度相对于基材的厚度的比例(即含浸率)优选为5%以上95%以下的范围,更优选为10%以上80%以下的范围,进一步优选为20%以上60%以下的范围。另外,所谓含浸厚度,是指流路件最大含浸厚度,所谓流路件最大含浸厚度,是指在1个截面上与该流路件对应的含浸部的厚度的最大值。
关于透过侧流路件5的含浸厚度,例如,能够通过变更构成透过侧流路件5的材料的种类(更具体而言树脂的种类)和/或材料的量来进行调整。此外,在通过热熔法来设置透过侧流路件5的情况下,也可以通过变更处理温度等来调整含浸厚度。
另外,通过将包含透过侧流路件5的含浸部的基材供于差示扫描量热测定这样的热分析,从而如果获得不同于基材的起因于透过侧流路件5的成分的峰,则可以确认流路件5含浸于基材中。
流路件5在基材中的含浸率可以通过扫描型电子显微镜、透射型电子显微镜、原子力显微镜,观察存在流路件5的分离膜的截面来算出流路件含浸厚度和基材厚度。例如如果用扫描型电子显微镜进行观察,则将分离膜与流路件5一起在深度方向上切断,将截面用扫描型电子显微镜进行观察,测定流路件含浸厚度和基材厚度。而且,可以由基材中的含浸最多流路件5的流路件最大含浸厚度与基材厚度之比来算出。另外,所谓算出含浸深度的情况下的“基材厚度”,为与测定了最大含浸厚度的部分相同位置处的基材的厚度。
透过侧流路件5可以为连续形状,也可以为不连续形状。
作为透过侧流路件5,作为具有连续形状的构件的例子,关于特里科经编织物已经举出了。关于连续的定义已经描述了。作为具有连续形状的构件,另外,可举出针织物、编织物(网等)、非织造织物、多孔性材料(多孔性膜等)等。
此外,关于不连续的定义也如已经描述的那样。作为不连续的流路件的形状,具体而言,可举出点状、粒状、线状、半球状、柱状(包含圆柱状、棱柱状等)、或壁状等。设置于1张分离膜上的线状或壁状的多个流路件只要以互相不交叉地方式被配置即可,具体而言,可以互相平行地被配置。
构成不连续形状的透过侧流路件的各个树脂体的形状没有特别限定,但优选为使透过流体流路的流动阻力减少,并且向分离膜元件供给原流体、并使其透过时的流路稳定化。作为从与分离膜的透过侧的面垂直的方向观察不连续形状的透过侧流路件的一单元而得的俯视形状,可举出例如,椭圆、圆、长圆、梯形、三角形、长方形、正方形、平行四边形、菱形、不定形。此外,在与分离膜的面方向垂直的截面上,透过侧流路件可以为从上部向下部(即,从厚度方向上的透过侧流路件的顶点向设置有透过侧流路件的分离膜)宽度扩大的形状、缩小的形状、显示恒定宽度的形状中的任一种。
分离膜元件中的透过侧流路件的厚度优选为30μm以上1000μm以下,更优选为50μm以上700μm以下,进一步优选为50μm以上500μm以下,如果为这些范围,则可以确保稳定的透过流体的流路。
关于透过侧流路件的厚度,例如在用热熔加工法配置不连续形状的透过侧流路件的情况下,可以通过变更处理温度、所选择的热熔用的树脂来自由地调整使其可以满足所要求的分离特性、透过性能的条件。
透过侧流路件的厚度可以使用市售的形状测定系统等来计测。例如,可以通过利用激光显微镜进行的截面的厚度测定、キーエンス制高精度形状测定系统KS-1100等进行测定。测定对于任意的存在透过侧流路件的位置来实施,将各厚度的值求和而得的值除以测定总位置数来求出。
4.分离膜
<分离膜的构成的概要>
分离膜可以分离原流体中的成分。
分离膜,例如,i)可以具备基材、分离功能层、配置于基材与分离功能层之间的多孔性支持层,或者,ii)可以为具备分离功能层和基材,在基材与分离功能层之间未设置多孔性支持层的构成。另外,ii)的分离膜可以具备具有与i)的分离膜中的多孔性支持层同样的构成的层作为分离功能层。
分离膜具备供给侧的面和透过侧的面。如果向供给侧的面供给原流体,则原流体分离为透过分离膜而向面的侧移动的透过流体、与停留在供给侧的面侧的浓缩流体。
<分离功能层>
上述i)的形态的分离膜中,作为分离功能层,例如,从孔径控制、耐久性方面考虑,可以使用交联高分子。具体而言,从分离性能方面考虑,在后述那样的多孔性支持层上,可以适合使用使多官能胺与多官能酰基卤缩聚而成的聚酰胺分离功能层、和有机无机混合功能层等。
上述i)的分离膜中的分离功能层可以含有聚酰胺作为主成分。该分离膜适合用于例如由海水、盐水、包含有害物的水等获得饮用水的情况;工业用超纯水的制造。聚酰胺为例如多官能胺与多官能酰基卤的缩聚物。
在本说明书中,在“组合物X含有物质Y作为主成分”的情况下,物质Y在组合物X中的含有率优选为50重量%以上,更优选为60重量%以上,特别优选为80重量%以上。此外,组合物X实质上可以仅由物质Y形成。所谓组合物,为包含混合物、复合物和化合物等的概念。
聚酰胺的构成、以及多官能胺和多官能酰基卤例示于制造方法栏中。此外,关于构成上述i)的分离膜的分离功能层,从耐化学性方面考虑,可以具有具有Si元素等的有机-无机混合结构。有机-无机混合结构的分离功能层的组成没有特别限定,可以含有例如,(A)具有烯属不饱和基的反应性基团和水解性基直接结合于硅原子的硅化合物;和/或(B)上述硅化合物以外的具有烯属不饱和基的化合物;的聚合物。
即,分离功能层可以含有:
·仅化合物(A)通过进行缩合和/或聚合而形成的聚合物,
·仅化合物(B)聚合而形成的聚合物,以及
·化合物(A)与化合物(B)的共聚物
中的至少1种聚合物。另外,聚合物中包含缩合物。此外,化合物(A)与化合物(B)的共聚物中,化合物(A)可以介由水解性基而缩合。化合物B可以介由烯属不饱和基而聚合。
在分离功能层中,化合物(A)的含有率优选为10重量%以上,更优选为20重量%以上50重量%以下。此外,分离功能层中的化合物(B)的含有率优选为90重量%以下,更优选为50重量%以上80重量%以下。此外,化合物(A):化合物(B)的重量比率可以为1:9~1:1。在这些范围中,分离功能层所包含的缩聚物可获得较高的交联度,因此在膜过滤时可抑制成分从分离功能层溶出,其结果是可实现稳定的过滤性能。
另外,化合物(A)、化合物(B)和其它化合物有时形成聚合物(包含缩合物)等化合物。由此,例如在讨论“分离功能层中的化合物(A)的含有率”的情况下,化合物(A)中,还包含缩聚物中的来源于化合物(A)的成分的量。对于化合物(B)和其它化合物也同样。
此外,分离功能层中,除了化合物(A)以外,可以含有来源于不具有具有烯属不饱和基的反应性基团,但具有水解性基的硅化合物(C)的成分。对于这样的化合物(C)的例子,在下文进行说明。
这些化合物(C),可以作为仅化合物(C)的缩合物被包含,也可以作为化合物(C)与由化合物(A)与化合物(B)形成的聚合物的缩合物被包含。
接下来,对于构成上述ii)的分离膜的分离功能层进行详述。上述ii)的分离膜在污水处理等中适合使用。
上述ii)的分离膜中的分离功能层只要具有分离功能和机械强度,就没有特别限定,例如,由纤维素、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚氯乙烯树脂、聚1,1-二氟乙烯树脂、聚砜树脂、聚醚砜树脂、聚酰亚胺树脂、聚醚酰亚胺树脂等形成。另外,分离功能层可以含有这些树脂作为主成分。
特别是,作为分离功能层的主成分,优选为利用溶液进行的制膜容易,且物理耐久性、耐化学性也优异的聚氯乙烯树脂、聚1,1-二氟乙烯树脂、聚砜树脂、聚醚砜树脂等。
关于分离功能层,如后述那样,例如,可以将聚砜的N,N-二甲基甲酰胺(以下,记载为DMF)溶液在后述的基材,即非织造织物上浇铸成一定的厚度,使其在水中湿式凝固从而进行制造。
上述ii)的分离膜中,多孔性树脂层(即分离功能层)的一个表面的平均孔径可以为另一个表面的平均孔径的2倍以上的大小。
对于任一分离功能层,厚度都没有限定。上述i)的分离膜适合采用例如,反渗透、正渗透、纳米过滤膜。在该情况下,关于分离功能层的厚度,从分离性能和透过性能方面考虑,优选为5nm以上3000nm以下,从透过性能方面考虑,特别优选为5nm以上300nm以下。
此外,上述i)的分离膜中,分离功能层的厚度可以按照迄今为止的分离膜的膜厚测定法,例如可以将分离膜利用树脂包埋后,制作超薄切片,进行染色等处理后,利用透射型电子显微镜进行观察从而测定。作为主要的测定法,在分离功能层具有褶结构的情况下,对于1个褶可以在位于比多孔性支持层靠上的褶结构的截面长度方向上以50nm间隔进行测定,对20个褶进行测定,由其平均值求出。
另一方面,上述ii)的形态的分离膜的情况下,分离功能层的厚度优选为1μm以上,更优选为5μm以上。分离功能层的厚度优选为200μm以下,更优选为500μm以下。在分离功能层的厚度为1μm以上的情况下,分离功能层中不易产生破裂等缺陷,因此可以维持过滤性能。在分离功能层的厚度为500μm以下的情况下,可以维持良好的透过性能。
<多孔性支持层>
多孔性支持层对分离膜赋予机械强度。此外,多孔性支持层中的孔的尺寸、分布没有特别限定,多孔性支持层相对于离子等分子尺寸小的成分可以不具有分离性能。具体而言,多孔性支持层,只要是一般被称为“多孔性支持膜”那样的物质即可,例如,是指具有均匀且微细的孔,或具有从形成分离功能层的侧的表面向另一面逐渐大的微细孔的层。优选使用在形成分离功能层的侧的表面使用原子力显微镜或电子显微镜等由表面进行测定得到的细孔的投影面积等效圆直径为1nm以上100nm以下那样的多孔性支持层。从界面聚合反应性和分离功能膜的保持性方面考虑,特别优选具有3nm以上50nm以下的投影面积等效圆直径。
多孔性支持层的厚度没有特别限定,从分离膜的强度、形成分离膜的高低差方面和供给侧流路的形态稳定性方面考虑,优选在20μm以上500μm以下的范围,更优选在30μm以上300μm以下的范围。
多孔性支持层的形态可以通过扫描型电子显微镜、透射型电子显微镜、原子力显微镜来观察。例如如果用扫描型电子显微镜进行观察,则从基材(非织造织物)剥离多孔性支持膜后,将其用冷冻切割法切断来制成截面观察的样品。对该样品薄薄地涂布铂或铂-钯或四氯化钌,优选为四氯化钌并以3~6kV的加速电压,用高分辨率场致发射型扫描电子显微镜(UHR-FE-SEM)进行观察。高分辨率场致发射型扫描电子显微镜可以使用日立制S-900型电子显微镜等。由所得的电子显微镜照片来决定多孔性支持层的膜厚、表面的投影面积等效圆直径。这样获得的支持层的厚度和孔径为平均值。此外,支持层的厚度为截面观察时在与厚度方向正交的方向上以20μm间隔测定的20点测定的平均值。此外,孔径为计数200个孔,各投影面积等效圆直径的平均值。
作为多孔性支持层的原材料,优选为聚砜、乙酸纤维素、聚氯乙烯、环氧树脂或将它们混合、叠层而成的材料,作为化学、机械、热稳定性高,孔径易于控制的原材料,优选为聚砜。
如上所述,本栏中说明的具有与多孔性支持层同样的构成的层有时作为分离功能层而被设置于基材上。在该情况下,多孔性支持层的孔径等根据作为分离对象的物质来设定。
<基材>
接下来,作为基材,从保持分离膜的分离性能和透过性能,并且赋予适度的机械强度,控制分离膜表面的高低差方面考虑,可以使用作为纤维状基材的非织造织物。
作为非织造织物,可以使用由聚烯烃、聚酯、纤维素等形成的非织造织物,从形成分离膜的高低差方面、形态保持性方面考虑,优选为由聚烯烃、聚酯形成的非织造织物。此外,还可以使用混合有多个原材料的非织造织物。
作为基材,可以优选使用长纤维非织造织物、短纤维非织造织物。基材优选满足:将高分子聚合物的溶液流延至基材时,高分子聚合物的溶液不易渗透至基材里面(透过侧);多孔性支持层不易剥离;以及不易产生由于基材的起毛等而引起的分离膜的不均匀化、针孔等缺陷;等等。因此,作为基材,特别优选使用长纤维非织造织物。基材可以为例如由热塑性连续长丝构成的长纤维非织造织物。此外,在分离膜的连续制膜中,由于对制膜方向施加张力,因此基材还优选使用尺寸稳定性优异的长纤维非织造织物。特别是在上述i)的形态的分离膜中,从强度和成本方面考虑,优选为长纤维非织造织物,进一步从基材的成型性方面考虑,优选为聚酯长纤维非织造织物。
关于长纤维非织造织物,从成型性、强度方面考虑,优选与多孔性支持层相反侧的表层的纤维,与多孔性支持层侧的表层的纤维相比为纵取向。按照这样的结构,可以保持强度而更有效果地抑制膜破裂等。进一步,通过这样的结构,包含多孔性支持层和基材的叠层体的成型性也提高,分离膜的凹凸部形状稳定。更具体地,长纤维非织造织物的与多孔性支持层相反侧的表层的纤维取向度优选为0°~25°,此外,与多孔性支持层侧表层的纤维取向度的取向度差优选为10°~90°。
分离膜的制造工序、元件的制造工序中包括进行加热的工序。通过加热,发生多孔性支持层或分离功能层收缩的现象。特别是在连续制膜中未赋予张力的宽度方向上,收缩显著。通过进行收缩,尺寸稳定性等产生问题,因此作为基材,优选热尺寸变化率小的基材。如果非织造织物中与多孔性支持层相反侧的表层的纤维取向度与多孔性支持层侧表层的纤维取向度之差为10°~90°,则还可以抑制由热引起的宽度方向的变化,因此优选。
这里,所谓纤维取向度,为表示构成多孔性支持层的非织造织物基材的纤维方向的指标,是指将进行连续制膜时的制膜方向设为0°,将与制膜方向成直角方向,即非织造织物基材的宽度方向设为90°时,构成非织造织物基材的纤维的平均角度。因此,纤维取向度越接近0°则表示为纵取向,越接近90°则表示为横取向。
纤维取向度为从非织造织物随机地采取小片样品10个,将这些样品的表面用扫描型电子显微镜以100~1000倍进行拍摄,从各样品各采集10根对共计100根纤维,测定将非织造织物的长度方向(纵向、制膜方向)设为0°,将非织造织物的宽度方向(横向)设为90°时的角度,将小数点以后第一位四舍五入求出它们的平均值,作为纤维取向度。
另外,分离膜中所包含的基材、多孔性支持层和分离功能层等各层中,除了上述成分以外,可以以5重量%以下、2重量%以下、或1重量%以下的比例含有着色剂、抗静电剂、增塑剂等添加物。
<凹凸>
从使分离膜元件的分离性能、透过性能、原流体侧流路形成提高的方面考虑,可以在分离膜3的供给侧或透过侧的面形成有高低差。所谓在分离膜上“形成有高低差”,在本说明书中,是指以分离膜本身具有凹凸的方式形成。
高低差可以为100μm以上2000μm以下的范围内。特别是,通过在供给侧的面设置有高低差,从而在未配置树脂的部分也可以产生湍流效果。其结果是抑制了浓差极化。进一步从使元件的供给侧流路稳定、提高分离性能和透过性能方面考虑,高低差优选为200μm以上1500μm以下,更优选为200μm以上1000μm以下。
分离膜3的表面,即分离功能层表面的高低差可以使用市售的形状测定系统等来计测。例如,可以通过利用激光显微镜进行的截面的高低差测定、キーエンス制高精度形状测定系统KS-1100等进行测定。
作为高低差,即凹凸的形状,没有特别限定,从能够从使流路的流动阻力减少,并且向分离膜元件供给流体、使其透过时的流路稳定化那样的形状中选择这些方面考虑,分离膜的高低差,即凸部或凹部的形状在膜的面方向上,从例如,椭圆、圆、长圆、梯形、三角形、长方形、正方形、平行四边形、菱形、不定形中的任一种中选择。此外,在分离膜的厚度方向上,凸部或凹部可以为在将分离膜的任一面为上进行配置时,从上方向下方宽度扩大的形状、缩小的形状、或显示恒定宽度的形状中的任一种。将高低差的1/2设为基准位置时,与基准位置相比位于上方的凸部的面积,在从与膜面垂直的方向的观察面积(二维面积)中,优选为整个膜面积的5%以上80%以下,从流动阻力和流路稳定性方面考虑,特别优选为10%以上60%以下。
分离膜的高低差优选设置于第2区域。即,优选在上述中央区域37、第2区域38和39中,分离膜中形成有凹凸,在作为第1区域的带状区域33~35中分离膜平坦。这样,通过在配置有供给侧流路件的位置的分离膜中不形成凹凸,从而容易进行流路件的配置。
5.分离膜元件的制造
5-1.分离膜的制造
<上述i)中的多孔性支持层和上述ii)中的分离功能层的形成>
在以下的说明中,将上述i)的分离膜中的多孔性支持层和上述ii)的分离膜中的分离功能层总称为“多孔性树脂层”。
作为多孔性树脂层的形成方法的具体例,对包含将树脂溶解于良溶剂中的工序、将所得的树脂溶液浇铸至基材的工序、使该树脂溶液与非溶剂接触的工序的方法进行说明。在该方法中,首先,在基材(例如非织造织物)的表面形成包含上述树脂和溶剂的原液的被膜,并且使该原液含浸于基材中。然后,仅使具有被膜的基材的被膜侧表面与包含非溶剂的凝固浴接触来使树脂凝固,在基材的表面形成作为分离功能层的多孔性树脂层。关于原液的温度,从制膜性的观点出发,通常优选在0~120℃的范围内进行选定。
对于树脂的种类,如已经描述的那样。
溶剂为溶解树脂的物质。溶剂作用于树脂和开孔剂来促进它们形成多孔性树脂层。作为溶剂,可以使用N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲亚砜(DMSO)、丙酮、甲基乙基酮等。其中,可以优选使用树脂的溶解性高的NMP、DMAc、DMF、DMSO。
还可以在原液中添加开孔剂。开孔剂为具有浸渍于凝固浴时被提取,使树脂层成为多孔质的作用的物质。开孔剂优选为在凝固浴中的溶解性高的物质。可以使用例如,氯化钙、碳酸钙等无机盐。此外,开孔剂可以从聚乙二醇、聚丙二醇等聚氧化烯类;聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚丙烯酸等水溶性高分子;和甘油中选择。
此外,还可以在原液中添加非溶剂。非溶剂为不溶解树脂的液体。非溶剂以控制树脂的凝固速度来控制细孔大小的方式起作用。作为非溶剂,可以使用水、甲醇、乙醇等醇类。其中,从废水处理的容易性、价格的方面考虑,优选为水、甲醇。可以为它们的混合物。
在原液中,树脂的浓度为例如5~40重量%或8~25重量%。溶剂的浓度为例如40~95重量%,55~94.9重量%,或60~90重量%。树脂如果极端地少,则有时多孔性树脂层的强度降低,如果过多,则有时透水性降低。此外,溶剂如果过少,则有时原液变得易于凝胶化,如果过多,则有时多孔性树脂层的强度降低。
特别是,在添加开孔剂和非溶剂的情况下,在原液中,树脂的含有率优选为5~40重量%,溶剂的含有率优选为40~94.9重量%。原液中的开孔剂的含有率优选为0.1~15重量%。开孔剂的含有率更优选为0.5~10重量%。此外,非溶剂的含有率优选为0~20重量%,更优选为0.5~15重量%。
开孔剂如果过少,则有时透水性降低,如果过多,则有时多孔性树脂层的强度降低。此外,在开孔剂的量极端地多的情况下,有时残存在多孔性树脂中。残存的开口剂由于在使用中溶出,从而有时引起透过水的水质的恶化、或透水性的变化。
作为凝固浴,可以使用非溶剂,或包含非溶剂与溶剂的混合液。凝固浴中的溶剂的含有率为例如40~95重量%,更具体而言为50~90重量%。凝固浴优选包含至少5重量%非溶剂。溶剂如果小于40重量%,则树脂的凝固速度变快,细孔径变小。此外,溶剂如果超过95重量%,则树脂变得不易凝固,多孔性树脂层变得不易形成。
可以通过凝固浴的温度来调整凝固速度。凝固浴的温度为例如0~100℃、或10~80℃。
仅使具有被膜的基材的被膜侧表面与凝固浴接触的方法没有特别限定。可以为例如,使具有被膜的基材的被膜侧表面以朝向下侧的方式与凝固浴表面接触的方法;在玻璃板、金属板等平滑的板上使与被膜侧相反侧接触,以凝固浴不进入里侧的方式粘贴,使具有被膜的基材连板一起浸渍于凝固浴中。在后者的方法中,可以在将基材粘贴于板之后形成原液的被膜,也可以在基材上形成原液的被膜之后粘贴于板。
在基材上形成原液的被膜通过在基材上涂布原液、或基材在原液中浸渍来进行。在涂布原液的情况下,可以涂布于基材的一面,也可以涂布于两面。此时,虽然与原液的组成有关,但如果使用密度为0.7g/cm3以下的多孔性基材,则原液相对于多孔性基材适度地含浸。
如以上那样制造的分离膜,在多孔性树脂层(即分离功能层)中,与凝固浴接触的侧表面的平均孔径为另一个表面的平均孔径的2倍以上的大小。这是因为,由于在凝固浴中包含40~95重量%溶剂,因此原液与凝固浴的置换速度较慢,在多孔性树脂层中,与凝固浴接触的侧表面的孔的生长进展而细孔径变大,与此相对,相反侧的表面不与凝固浴接触,因此仅通过原液的相分离来形成孔,比较而言细孔径变小。因此,这样获得的分离膜只要使与凝固浴接触的侧为被处理液侧,使其它侧为透过液侧来使用即可。
对于具体的形成方法进行说明。将规定量的聚砜溶解于DMF中,调制规定浓度的聚砜树脂溶液(原液)。接着,将该原液在由非织造织物形成的基材上涂布至大致恒定的厚度,然后在一定时间在空气中除去表面的溶剂,然后在凝固液中使聚砜凝固。此时,与凝固液接触的表面部分等随着溶剂的DMF迅速地挥发,聚砜的凝固迅速地进行,生成以存在DMF的部分为核的微细的连通孔。
此外,在从上述的表面部分向基材侧的内部中,DMF的挥发和聚砜的凝固与表面相比缓慢地进行,因此DMF凝集而易于形成大的核,因此,所生成的连通孔大径化。当然,上述的核生成的条件根据与表面的距离而逐渐地变化,因此形成没有明确的边界的、具有光滑的孔径分布的层。可以通过调节在该形成工序中使用的原液的温度、聚砜的浓度、进行涂布的气氛的相对湿度、涂布之后直至浸渍于凝固液的时间、凝固液的温度、组成等,从而控制平均空隙率和平均孔径。
对于以上所述的工序的详细内容、或没有特别提及的条件等,例如,可以按照“オフィスオブセイリーンウォーターリサーチアンドディベロップメントプログレスレポート”No.359(1968)中所记载的方法来进行。然而,为了获得具备目标的结构的层,可以变更聚合物浓度、溶剂的温度、不良溶剂。
<上述i)中的分离功能层的形成>
构成上述i)的分离膜的分离功能层可以如以下那样制造。
将聚酰胺作为主成分的分离功能层可以在多孔性支持层上通过多官能胺与多官能酰基卤的界面缩聚来形成。这里,作为多官能胺或多官能酰基卤的至少一方,优选使用至少1种3官能以上的化合物。
这里,所谓多官能胺,为一分子中具有至少2个伯氨基和/或仲氨基,在该氨基中至少1个为伯氨基的胺。
可举出例如,2个氨基以邻位、间位、对位的任一位置关系结合于苯环的苯二胺、苯二甲胺、1,3,5-三氨基苯、1,2,4-三氨基苯、3,5-二氨基苯甲酸、3-氨基苄基胺、4-氨基苄基胺等芳香族多官能胺、乙二胺、丙二胺等脂肪族胺、1,2-二氨基环己烷、1,4-二氨基环己烷、4-氨基哌啶、4-氨基乙基哌嗪等脂环式多官能胺等。
如果考虑膜的选择分离性、透过性、耐热性,则作为多官能胺,优选为一分子中具有2~4个伯氨基和/或仲氨基的芳香族多官能胺。作为这样的多官能芳香族胺,适合使用间苯二胺、对苯二胺、1,3,5-三氨基苯。其中,从获得的容易性、操作的容易性考虑,更优选为间苯二胺(以下,记为m-PDA)。
多官能胺可以单独使用,也可以组合使用2种以上的多官能胺。在使用2种以上的多官能胺的情况下,可以将如上所述例示的胺彼此组合,也可以将上述胺与一分子中具有至少2个仲氨基的胺进行组合。作为一分子中具有至少2个仲氨基的胺,可举出例如,哌嗪、1,3-双哌啶基丙烷等。
所谓多官能酰基卤,是指一分子中具有至少2个卤代羰基的酰基卤。
例如,作为3官能酰基卤,可举出均苯三甲酰氯、1,3,5-环己烷三甲酰三氯、1,2,4-环丁烷三甲酰三氯等。作为2官能酰基卤,可举出联苯二甲酰二氯、偶氮苯二甲酰二氯、对苯二甲酰氯、间苯二甲酰氯、萘二甲酰氯等芳香族2官能酰基卤、己二酰氯、癸二酰氯等脂肪族2官能酰基卤、环戊烷二甲酰二氯、环己烷二甲酰二氯、四氢呋喃二甲酰二氯等脂环式2官能酰基卤。
如果考虑与多官能胺的反应性,则多官能酰基卤优选为多官能酰基氯。此外,如果考虑膜的选择分离性、耐热性,则多官能酰基卤优选为一分子中具有2~4个氯代羰基的多官能芳香族酰基氯。特别是,从获得的容易性、操作的容易性的观点出发,更优选为均苯三甲酰氯。
这些多官能酰基卤可以单独使用,也可以2种以上同时使用。
作为多官能酰基卤,可以使用2官能酰基卤化合物和3官能卤化合物。从保持分离膜的分离性能的方面考虑,2官能酰基卤化合物与3官能卤化合物的比率以摩尔比(2官能酰基卤化合物的摩尔/3官能酰基卤化合物的摩尔)计优选为0.05~1.5,进一步优选为0.1~1.0。
对于形成聚酰胺层作为分离功能层的具体的方法进行说明。
在多孔性支持膜上涂布多官能胺水溶液,然后用气刀等除去多余的胺水溶液。在其上涂布含有多官能酰基卤的溶液,用气刀等除去多余的多官能酰基卤。
然后,可以通过洗涤来除去单体。此外,可以实施氯、酸、碱、亚硝酸等的化学处理。可以在化学处理后进行洗涤,可以在洗涤后进行化学处理。
作为含有多官能酰基卤的溶液的溶剂,可以使用有机溶剂。作为有机溶剂,优选为与水为非混合性,并且溶解多官能酰基卤,不破坏多孔性树脂的溶剂,只要为相对于多官能胺化合物和多官能酰基卤为非活性的溶剂即可。作为优选的例子,可举出正己烷、正辛烷、正癸烷等烃化合物。
此外,对于具有具有Si元素等的有机-无机混合结构的分离功能层的形成进行说明。如上所述,有机-无机混合结构的分离功能层通过化合物(A)的缩合、和化合物(A)与化合物(B)的聚合的至少一方的反应来获得。
首先,对于化合物(A)进行说明。
具有烯属不饱和基的反应性基团直接结合于硅原子。作为这样的反应性基团,可以例示乙烯基、烯丙基、甲基丙烯酰氧基乙基、甲基丙烯酰氧基丙基、丙烯酰氧基乙基、丙烯酰氧基丙基、苯乙烯基。从聚合性的观点出发,优选为甲基丙烯酰氧基丙基、丙烯酰氧基丙基、苯乙烯基。
化合物(A)经过直接结合于硅原子的水解性基变化为羟基等的工艺,通过硅化合物彼此以硅氧烷键结合这样的缩合反应而成为高分子。
作为水解性基,可以例示烷氧基、链烯基氧基、羧基、酮肟基、氨基羟基、卤原子和异氰酸酯基等官能团。作为烷氧基,优选为碳原子数1~10的烷氧基,进一步优选为碳原子数1~2的烷氧基。作为链烯基氧基,优选为碳原子数2~10的链烯基氧基,进一步为碳原子数2~4,进一步为3的链烯基氧基。作为羧基,优选为碳原子数2~10的羧基,进一步为碳原子数2的羧基,即乙酰氧基。作为酮肟基,可以例示甲基乙基酮肟基、二甲基酮肟基、二乙基酮肟基。氨基羟基是氨基介由氧原子而结合于硅原子的基团。作为这样的基团,可以例示二甲基氨基羟基、二乙基氨基羟基、甲基乙基氨基羟基。作为卤原子,优选使用氯原子。
在分离功能层的形成时,还可以使用上述水解性基的一部分水解,形成硅烷醇结构的硅化合物。此外还可以使用2个以上的硅化合物的水解性基的一部分水解、缩合,以不交联的程度高分子量化了的物质。
作为硅化合物(A),优选为下述通式(a)所示的化合物。
Si(R1)m(R2)n(R3)4-m-n···(a)
(R1表示包含烯属不饱和基的反应性基团。R2表示烷氧基、链烯基氧基、羧基、酮肟基、卤原子或异氰酸酯基中的任一种。R3表示H或烷基。m、n为满足m+n≤4的整数,满足m≥1,n≥1。在R1、R2、R3各个中,2个以上的官能团结合于硅原子的情况下,可以相同也可以不同。)
R1为包含烯属不饱和基的反应性基团,如以上所说明的那样。
R2为水解性基,它们如以上所说明的那样。作为成为R3的烷基的碳原子数,优选为1~10的烷基,进一步优选为1~2的烷基。
作为水解性基,在分离功能层的形成时,由于反应液具有粘性,因此优选使用烷氧基。
作为这样的硅化合物,可以例示乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、苯乙烯基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
除了化合物(A)以外,还可以一并使用不具有具有烯属不饱和基的反应性基团,但具有水解性基的硅化合物(C)。关于化合物(A),在通式(a)中定义为“m≥1”,与此相对,作为化合物(C),可以例示在通式(a)中m为零的化合物。作为化合物(C),可以例示四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷。
接下来,对于化合物(A)以外的、具有烯属不饱和基的化合物(B)进行说明。
烯属不饱和基具有加聚性。作为这样的化合物,可以例示乙烯、丙烯、甲基丙烯酸、丙烯酸、苯乙烯和它们的衍生物。
此外,关于该化合物,为了在将分离膜用于水溶液的分离等时提高水的选择性透过性,提高盐的阻止率,优选为具有酸基的碱溶性的化合物。
作为优选的酸的结构,为羧酸、膦酸、磷酸和磺酸,作为这些酸的结构,可以以酸的形态、酯化合物、和金属盐中的任一状态存在。这些具有1个以上烯属不饱和基的化合物可以含有2个以上的酸,特别优选为含有1个~2个酸基的化合物。
上述具有1个以上烯属不饱和基的化合物中,作为具有羧酸基的化合物,可以例示以下的化合物。可举出马来酸、马来酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸、2-(羟基甲基)丙烯酸、4-(甲基)丙烯酰氧基乙基偏苯三甲酸和对应的酐、10-甲基丙烯酰氧基癸基丙二酸、N-(2-羟基-3-甲基丙烯酰氧基丙基)-N-苯基甘氨酸和4-乙烯基苯甲酸。
上述具有1个以上烯属不饱和基的化合物中,作为具有膦酸基的化合物,可以例示乙烯基膦酸、4-乙烯基苯基膦酸、4-乙烯基苄基膦酸、2-甲基丙烯酰氧基乙基膦酸、2-甲基丙烯酰胺乙基膦酸、4-甲基丙烯酰胺-4-甲基-苯基-膦酸、2-[4-(二羟基磷酰基)-2-氧杂-丁基]-丙烯酸和2-[2-二羟基磷酰基)-乙氧基甲基]-丙烯酸-2,4,6-三甲基-苯基酯。
上述具有1个以上烯属不饱和基的化合物中,作为磷酸酯的化合物,可以例示2-甲基丙烯酰氧基丙基一氢磷酸酯和2-甲基丙烯酰氧基丙基二氢磷酸酯、2-甲基丙烯酰氧基乙基一氢磷酸酯和2-甲基丙烯酰氧基乙基二氢磷酸酯、2-甲基丙烯酰氧基乙基-苯基-氢磷酸酯、二季戊四醇-五甲基丙烯酰氧基磷酸酯、10-甲基丙烯酰氧基癸基-二氢磷酸酯、二季戊四醇五甲基丙烯酰氧基磷酸酯、磷酸单-(1-丙烯酰基-哌啶-4-基)-酯、6-(甲基丙烯酰胺)己基二氢磷酸酯以及1,3-双-(N-丙烯酰基-N-丙基-氨基)-丙烷-2-基-二氢磷酸酯。
上述具有1个以上烯属不饱和基的化合物中,作为具有磺酸基的化合物,可举出乙烯基磺酸、4-乙烯基苯基磺酸或3-(甲基丙烯酰胺)丙基磺酸。
在有机-无机混合结构的分离功能层的形成中,使用了包含化合物(A)、化合物(B)和聚合引发剂的反应液。将该反应液涂布于多孔性支持层上,使水解性基缩合,并且使烯属不饱和基聚合,从而可以将这些化合物进行高分子量化。
在化合物(A)单独缩合的情况下,由于交联链的结合集中于硅原子,因此硅原子周边与远离硅原子的部分的密度差变大。其结果是分离功能层中的孔径有变得不均匀的倾向。另一方面,除了化合物(A)本身的高分子量化和交联以外,化合物(B)通过与化合物(A)共聚,从而利用水解性基的缩合的交联点与利用烯属不饱和基的聚合的交联点适度地被分散。通过这样地交联点分散,从而分离膜中的孔径均匀化。其结果是可实现分离膜中的透水性能与除去性能的良好的平衡。此外,具有1个以上烯属不饱和基的低分子量化合物由于在分离膜使用时溶出,从而有时引起膜性能降低,但通过在分离功能层中化合物被高分子化,从而可以抑制这样的膜性能降低。
在这样的制造方法中,化合物(A)的含量相对于反应液中所含有的固体成分量100重量份优选为10重量份以上,进一步优选为20重量份~50重量份。这里,所谓反应液中所含有的固体成分,是指从反应液中所含有的全部成分中除去了溶剂和由缩合反应生成的水、醇等蒸馏除去成分后在所得的复合半透膜中最终作为分离功能层而被包含的成分。通过使化合物(A)的量充分,从而可获得充分的交联度,在膜过滤时分离功能层的成分溶出,分离性能降低等不良状况发生的可能性被降低。
化合物(B)的含量相对于反应液中所含有的固体成分量100重量份优选为90重量份以下,进一步优选为50重量份~80重量份。化合物(B)的含量在这些范围时,所得的分离功能层的交联度变高,因此分离功能层不会溶出而可以稳定地进行膜过滤。
接下来,对于将上述那样的具有有机-无机混合结构的分离功能层形成于多孔性支持层上的方法进行说明。
作为分离功能层形成方法,可以例示依次进行下述工序的方法:将含有化合物(A)和化合物(B)的反应液进行涂布的工序;除去溶剂的工序;使烯属不饱和基聚合的工序;使水解性基缩合的工序。在使乙烯不饱和基聚合的工序中,可以包括同时缩合水解性基。
首先,使含有化合物(A)和化合物(B)的反应液与后述的多孔性支持层进行接触。这样的反应液通常为含有溶剂的溶液,这样的溶剂只要不破坏多孔性支持层,溶解化合物(A)、化合物(B)和根据需要添加的聚合引发剂,就没有特别限定。通过在该反应液中,与无机酸或有机酸一起添加相对于化合物(A)的摩尔数为1~10倍摩尔量的水、优选为1~5倍摩尔量的水,从而可以促进化合物(A)的水解。
作为反应液的溶剂,优选为水、醇系有机溶剂、醚系有机溶剂、酮系有机溶剂以及将它们混合而成的溶剂。例如,作为醇系有机溶剂,可举出甲醇、乙氧基甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、环己醇、甲基环己醇、乙二醇单甲基醚(2-甲氧基乙醇)、乙二醇单乙酰酯、二甘醇单甲基醚、二甘醇单乙酸酯、丙二醇单乙基醚、丙二醇单乙酸酯、双丙甘醇单乙基醚、甲氧基丁醇等。此外,作为醚系有机溶剂,可举出甲缩醛、二乙基醚、二丙基醚、二丁基醚、二戊基醚、二乙基缩醛、二己基醚、三烷、二烷等。此外,作为酮系有机溶剂,可举出丙酮、甲基乙基酮、甲基丙基酮、甲基异丁基酮、甲基戊基酮、甲基环己基酮、二乙基酮、乙基丁基酮、三甲基壬酮、乙腈丙酮、二甲醚、佛尔酮、环己酮、双丙酮醇等。
此外,溶剂的添加量相对于反应液中所含有的固体成分量100重量份优选为50重量份以上,更优选为80重量份以上。通过使溶剂的添加量相对于固体成分量100重量份为50重量份以上,从而可以获得具有良好的透水性的膜。此外,通过使溶剂的添加量相对于固体成分量100重量份为以下,从而有膜不易产生缺陷这样的优点。
多孔性支持层与上述反应液的接触优选在多孔性支持层上均匀并且连续地进行。具体而言,可举出例如,使用旋转涂布机、线棒、淋涂机、模涂机、辊式涂布机、喷雾器等涂布装置将反应液涂布于多孔性支持层上的方法。此外可举出将多孔性支持层浸渍于反应液中的方法。
在进行浸渍的情况下,多孔性支持层与反应液的接触时间优选为0.5~10分钟的范围内,进一步优选为1~3分钟的范围内。优选使反应液与多孔性支持层接触后,以在多孔性支持层上不残留液滴的方式充分地排液。通过进行充分地排液,从而可以防止膜形成后,液滴残存部分成为膜缺陷而膜性能降低。作为排液的方法,可以使用在垂直方向上把持反应液接触后的多孔性支持层来使过剩的反应液自然流下的方法;由空气喷嘴喷射氮气等的风,强制地进行排液的方法(即气刀)等。此外,还可以在排液后,使膜面干燥,除去反应液的溶剂成分的一部分。
使硅的水解性基缩合的工序通过使反应液与多孔性支持层接触后进行加热处理来进行。要求此时的加热温度比多孔性支持层熔融并作为分离膜的性能降低的温度低。为了迅速地进行缩合反应,通常优选在0℃以上进行加热,更优选为20℃以上。此外,上述反应温度优选为150℃以下,更优选为100℃以下。如果反应温度为0℃以上,则水解和缩合反应迅速地进行,如果为150℃以下,则水解和缩合反应的控制变得容易。此外,通过添加促进水解或缩合的催化剂,从而即使在更低温也能够进行反应。进一步通过选定能够使分离功能层具有细孔的加热条件和湿度条件,从而可以适当地进行缩合反应。
作为化合物(A)和化合物(B)的具有烯属不饱和基的化合物的烯属不饱和基的聚合方法,可以通过热处理、电磁波照射、电子射线照射、等离子体照射来进行。这里所谓电磁波,包括红外线、紫外线、X射线、γ射线等。聚合方法只要进行适宜最佳的选择即可,但从运行成本、生产性等方面考虑,优选通过电磁波照射进行聚合。在电磁波中,从简便性的方面考虑,更优选为红外线照射、紫外线照射。在实际使用红外线或紫外线来进行聚合时,这些光源不需要选择性地仅产生该波长域的光,只要包含这些波长域的电磁波即可。然而,从聚合时间的缩短、聚合条件的控制等的容易性方面考虑,这些电磁波的强度优选比其它波长域的电磁波高。
电磁波可以由卤灯、氙灯、UV灯、受激准分子灯、金属卤化物灯、稀有气体荧光灯、水银灯等产生。电磁波的能量只要可以进行聚合,就没有特别限制,特别是高效率且低波长的紫外线的薄膜形成性高。这样的紫外线可以通过低压水银灯、准分子激光灯产生。分离功能层的厚度、形态有时根据各自的聚合条件也大幅变化,如果通过电磁波进行聚合,则有时根据电磁波的波长、强度、与被照射物的距离、处理时间而大幅变化。因此这些条件需要进行适宜最佳化。
以加快聚合速度为目的,优选在分离功能层形成时添加聚合引发剂、聚合促进剂等。这里,聚合引发剂、聚合促进剂没有特别限定,根据所用的化合物的结构、聚合方法等进行适宜选择。
以下例示聚合引发剂。作为通过电磁波进行聚合的引发剂,可以例示苯偶姻醚、二烷基苯偶酰缩酮、二烷氧基苯乙酮、酰基氧化膦或双酰基氧化膦、α-二酮(例如,9,10-菲醌)、二乙酰醌、呋喃基醌、茴香基醌、4,4’-二氯苄基醌和4,4’-二烷氧基苄基醌、和樟脑醌。作为通过热进行聚合的引发剂,可以例示偶氮化合物(例如,2,2’-偶氮二(异丁腈)(AIBN)或偶氮二-(4-氰基戊酸))、或过氧化物(例如,过氧化二苯甲酰、过氧化二月桂酰、过辛酸叔丁酯、过苯甲酸叔丁酯或二-(叔丁基)过氧化物)、以及芳香族重氮盐、双锍盐、芳香族碘盐、芳香族锍盐、过硫酸钾、过硫酸铵、烷基锂、枯基钾、萘基钠、二苯乙烯基二阴离子。其中苯并频哪醇和2,2’-二烷基苯并频哪醇作为用于自由基聚合的引发剂而特别优选。
过氧化物和α-二酮,为了加速引发,优选与芳香族胺组合使用。该组合也被称为氧化还原体系。作为这样的体系的例子,为过氧化苯甲酰或樟脑醌、与胺(例如,N,N-二甲基-对甲苯胺、N,N-二羟基乙基-对甲苯胺、对二甲基-氨基苯甲酸乙基酯或其衍生物)的组合。进一步也优选为将过氧化物与作为还原剂的抗坏血酸、巴比妥酸盐或亚磺酸组合而含有的体系。
接着,如果将其在约100~200℃进行加热处理,则发生缩聚反应,在多孔性支持层表面形成来源于硅烷偶联剂的分离功能层。加热温度虽然与多孔性支持层的原材料有关,但如果过高,则发生溶解,多孔性支持层的细孔闭塞,因此最终获得的分离膜的造水量降低。另一方面,在过低的情况下,缩聚反应变得不充分,由于分离功能层的溶出而除去率降低。
另外,在上述制造方法中,将硅烷偶联剂与具有1个以上烯属不饱和基的化合物进行高分子量化的工序,可以在硅烷偶联剂的缩聚工序之前进行,也可以在之后进行。此外,可以同时进行。
这样获得的具有有机-无机混合结构的分离膜也可以直接使用,但优选在使用之前通过例如含有醇的水溶液、碱性水溶液来使膜的表面亲水化。
<后处理>
在上述的i)和ii)的任一分离膜中,关于分离功能层,为了使透过性能、除去性能等基本性能提高,可以通过含氯化合物、酸、碱、亚硝酸、偶联剂等实施化学处理。可以进一步通过洗涤来除去未聚合的单体。
<凹凸的形成>
作为赋予高低差的方法,没有特别限定,可以对分离膜使用压纹成型、水压成型、压延加工等方法,使分离膜形成高低差之后,实施40~150℃的热处理,从而可以使凹凸形状的保持性提高。成型后的该热处理温度可以通过从分离膜仅剥取基材,测定基材的DSC,从而使用公知的方法来确定聚酯纤维的热处理温度。
作为高低差的成型工序,没有特别限定,可以优选使用到制作分离膜为止的阶段加工多孔性支持层的工序、加工基材的工序、加工叠层有多孔性支持层和基材的叠层体的工序、加工形成有分离功能层的分离膜的工序。
5-2.供给侧流路件的配置
供给侧流路件通过熔接而被设置于分离膜上。作为熔接,具体而言可举出热熔接。作为热熔接法,可以使用热风熔接、热板熔接、激光熔接、高频熔接、感应加热熔接、旋转熔接、振动熔接、超声波熔接、DSI成型等。
在通过涂布熔化了的树脂来配置供给侧流路件的情况下,只要可以在供给侧的面31的带状区域以目标的图案配置流路件4,则其方法没有特别限定,可举出例如喷嘴型的热熔涂抹、喷射型的热熔涂抹、平坦喷嘴型的热熔涂抹、辊型涂布、凹版法、挤出型涂布、印刷、喷雾等。
配置供给侧流路件的工序可以在分离膜制造中的任何时机进行。例如,可以在制作分离膜之前的阶段加工支持膜的工序、或加工支持膜和基材的叠层体的工序、加工分离膜的工序等中,涂布树脂。
5-3.透过侧流路件的配置
作为透过侧流路件的形成方法,没有特别限定,在连续形状的情况下,优选为将预先加工了的流路件叠层于分离膜的透过流体侧的方法。在不连续形状的情况下,可以使用将构成透过侧流路件的材料直接配置于分离膜的透过流体侧的方法,通过印刷、喷雾、涂抹器涂布、热熔加工等配置于分离膜的透过流体侧的方法。
5-4.元件的组装
可以使用以往的元件制作装置,制作例如叶数26张,有效面积37m2的8英寸元件。作为元件制作方法,可以使用参考文献(日本特公昭44-14216、日本特公平4-11928、日本特开平11-226366)中记载的方法。
分离膜被重叠,一边被卷缠于集水管的周围,一边被贴合。分离膜彼此的粘接所使用的粘接剂的粘度优选为40PS(泊)以上150PS以下的范围内,进一步更优选为50PS以上120PS以下。在粘接剂粘度过高的情况下,叠层了的叶卷围于集水管时,变得易于产生褶皱而分离膜元件的性能变得易于受到损害。相反地,在粘接剂粘度过低的情况下,粘接剂从叶的端部(粘接面部分)流出而污染装置,而且附着于不需要的部分而损害分离膜元件的性能,并且由于流出了的粘接剂的处理操作而操作效率显著降低。
粘接剂的涂布量可以以在将叶卷围于集水管之后,在分离膜上粘接剂附着的区域的宽度成为10mm以上100mm以下的方式来调整。通过使涂布宽度为10mm以上,从而可以抑制粘接不良的发生。因此,抑制供给流体的一部分流入至透过侧。另一方面,粘接剂在分离膜被卷绕时扩展,从而有时使与分离有关的分离膜的面积(即有效膜面积)降低。与此相对,通过使粘接剂附着的区域的宽度为100mm以下,从而可以确保有效膜面积。
作为粘接剂,优选为氨基甲酸酯系粘接剂,为了使粘度为40PS以上150PS以下的范围,优选为将主剂的异氰酸酯与固化剂的多元醇以异氰酸酯:多元醇=1:1~1:5的比例混合了的粘接剂。对于粘接剂的粘度,用B型粘度计(JIS K6833)预先测定了主剂、单独的固化剂和规定了配合比例的混合物的粘度。
6.元件的使用
分离膜元件通过串联或并列地连接而收纳于压力容器中,从而作为分离膜组件使用。
此外,上述分离膜元件和组件可以与向它们供给流体的泵、将该流体进行前处理的装置等组合,而构成流体分离装置。通过使用该分离装置,从而可以例如将原流体分离成饮用水等透过流体与未透过膜的浓缩流体,获得目标的水。
流体分离装置的操作压力高时,除去率提高,但运转所需要的能量也增加,此外,如果考虑膜元件的供给流路、透过流路的保持性,则被处理水透过膜组件时的操作压力优选为0.2MPa以上8.0MPa以下。原流体温度如果变高,则盐除去率降低,但随着原流体温度变低膜透过流量也减少,因此优选为3℃以上60℃以下。
通过本发明涉及的螺旋型分离膜元件来处理的流体没有特别限定,但在使用于水处理的情况下,作为原流体,可举出海水、盐水、排水等含有500mg/L~100g/L的TDS(Total Dissolved Solids:总溶解固体成分)的液体混合物。一般而言,TDS是指总溶解固体成分量,以“质量÷体积”或“重量比”表示。按照定义,可以通过使采用0.45微米的过滤器过滤了的溶液在39.5~40.5℃的温度蒸发,由残留物的重量算出,但为了更简便,由实用盐分(S)进行换算。
实施例
本发明不受以下实施例的任何限定。
(分离膜的制作)
在表1和表2所示的各种基材上,将聚砜16.0重量%、二甲基甲酰胺(DMF)溶液在室温(25℃)以180μm的厚度浇铸。浇铸后,立即浸渍于纯水中并放置5分钟。这样制作出包含纤维增强聚砜支持膜的多孔性支持层(厚度135μm)卷。
卷出(解开)多孔性支持层卷,在聚砜支持膜的表面涂布m-PDA1.5重量%、ε-己内酰胺5.0重量%的水溶液。由空气喷嘴喷射氮气,从而从支持膜表面除去多余的水溶液,然后将包含均苯三甲酰氯0.06重量%的25℃的正己烷溶液以支持膜表面完全被湿润的方式涂布。然后,通过鼓风从膜除去多余的溶液,用50℃的热水洗涤,在2%的甘油水溶液中浸渍1分钟,然后在100℃的热风炉中处理3分钟,获得了半干燥状态的分离膜卷。
这样,获得了基材、聚砜制支持膜、聚酰胺制分离功能层依次层叠了的分离膜。
(供给侧流路件的高度)
以包含设置有供给侧流路件的部分的方式,从分离膜切出1cm×5cm的大小的样品。使用キーエンス制高精度形状测定系统KS-1100,测定分离膜的供给侧的面的高低差,由其结果来解析平均的高低差。具体而言,关于1个样品,对有10μm以上的高低差的30个位置进行测定,将所得的高低差的总和除以测定位置的数目来求出流路件的高度。对3个样品进行该操作,作为流路件的高度,获得了由各样品得到的值的平均值。
(分离膜的高低差)
由未设置供给侧流路件的分离膜切出5cm×5cm的大小的样品,使用キーエンス制高精度形状测定系统KS-1100,测定供给侧的面的高低差,由结果来解析平均的高低差。具体而言,对有10μm以上的高低差的30个位置进行测定,将所得的高低差的总和除以测定位置的数目来求出分离膜的高低差。对3个样品进行该操作,作为分离膜的高低差,获得了由各样品得到的值的平均值。
(脱盐率(TDS除去率))
以原流体的食盐浓度:500mg/L,运转压力:0.75MPa,运转温度:25℃,pH7进行元件运转(回收率15%)。通过测定此时的透过流体中的盐浓度,从而由下式求出。
TDS除去率(%)=100×{1-(透过流体中的TDS浓度/原流体中的TDS浓度)}。
(造水量)
在与脱盐率的测定相同条件下将元件进行运转。对于此时的透过水量,将1个分离膜元件中每1天的透水量(立方米)作为造水量(m3/天)来表示。
(实施例1)
使用由聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维采用抄纸法获得的非织造织物(丝径:1分特,厚度:90μm,透气度:0.9cc/cm2/sec)作为基材,如上所述获得了分离膜。
接下来,相对于分离膜卷的分离膜表面(原流体侧)端部两侧,采用喷嘴式热熔加工机将乙烯乙酸乙烯酯共聚树脂(701A)以间隔5.0mm、线宽1.0mm、高度400μm、斜行角度θ45°、涂布宽度50mm条状地热熔接,配置供给侧流路件。另外,所谓涂布宽度,相当于x轴方向上的第1区域的宽度。
然后,将作为透过侧流路件的特里科经编织物(厚度:300μm,槽宽:200μm,脊宽:300μm,槽深:105μm)连续地叠层于分离膜的透过侧面。
切断与透过侧流路件叠层后的分离膜,进行折叠加工后,以1边开口的方式在分离膜上涂布氨基甲酸酯系粘接剂(异氰酸酯:多元醇=1:3),进行重叠,从而以分离膜元件的有效面积成为37.0m2的方式制作出宽度930mm的26张封套状分离膜。
然后,通过将封套状分离膜的叠层体螺旋状地卷绕于有孔集水管,从而获得了包含26张封套状分离膜的卷绕体。接着,将膜卷缠于外周,用带固定后,进行边缘切割、端板安装、长丝缠绕。这样,制作出8英寸螺旋型分离膜元件。另外,作为供给侧流路件而被设置于分离膜的树脂体以与相对的分离膜所设置的树脂体交叉的方式被配置。
将该元件放入至压力容器中,在上述条件下进行运转,结果脱盐率为99.35%,造水量为45.4m3/天。将各条件和元件的评价结果与其它实施例等一起示于表3中。
(实施例2~4)
在实施例2中,将供给侧流路件仅设置于原流体的供给侧端部(上游侧端部),除此以外,采用与实施例1同样的方法制作元件,进行评价。其结果是脱盐率为99.25%,造水量为44.1m3/天。
在实施例3中,将供给侧流路件的条的斜行角度θ变更为20°,除此以外,采用与实施例1同样的方法制作元件,进行评价。其结果是脱盐率为99.32%,造水量为45.7m3/天。
在实施例4中,将供给侧流路件的条形状变更为间隔20.0mm、线宽1.5mm、高度200μm、斜行角度θ30°、涂布宽度80mm,除此以外,采用与实施例1同样的方法制作元件,进行评价。其结果是脱盐率为99.28%,造水量为44.3m3/天。
(实施例5)
在实施例5中,将供给侧流路件的配置图案变更为格子状的点(间隔7.0mm,直径1.0mmφ,高度400μm,涂布宽度50mm),除此以外,采用与实施例1同样的方法制作出元件。其结果是脱盐率为99.30%,造水量为42.5m3/天。
(实施例6)
在实施例6中,将基材变更为聚酯长纤维非织造织物(丝径:1分特,厚度:约90μm,透气度:1.0cc/cm2/sec,多孔性支持层侧表层的纤维取向度:40°,与多孔性支持层相反侧的表层的纤维取向°:20°),除此以外,采用与实施例1同样的方法制作出元件。其结果是脱盐率为99.45%,造水量为45.5m3/天,可见由制膜时的膜缺陷减少带来的脱盐率的提高。
(实施例7)
在实施例7中,将基材变更为聚酯长纤维非织造织物(丝径:1分特,厚度:约90μm,透气度:1.0cc/cm2/sec,多孔性支持层侧表层的纤维取向度:40°,与多孔性支持层相反侧的表层的纤维取向度:20°),除此以外,采用与实施例2同样的方法制作出元件。其结果是脱盐率为99.33%,造水量为44.1m3/天,可见由制膜时的膜缺陷减少带来的脱盐率的提高。
(实施例8)
在实施例8中,将基材变更为聚酯长纤维非织造织物(丝径:1分特,厚度:约90μm,透气度:1.0cc/cm2/sec,多孔性支持层侧表层的纤维取向度:40°,与多孔性支持层相反侧的表层的纤维取向度:20°),除此以外,采用与实施例3同样的方法制作出元件。其结果是脱盐率为99.37%,造水量为45.9m3/天,可见由制膜时的膜缺陷减少带来的脱盐率的提高。
(实施例9)
在实施例9中,将基材变更为聚酯长纤维非织造织物(丝径:1分特,厚度:约90μm,透气度:1.0cc/cm2/sec,多孔性支持层侧表层的纤维取向度:40°,与多孔性支持层相反侧的表层的纤维取向度:20°),除此以外,采用与实施例4同样的方法制作出元件。其结果是脱盐率为99.35%,造水量为44.4m3/天,可见由制膜时的膜缺陷减少带来的脱盐率的提高。
(实施例10)
在实施例10中,将供给侧流路件的条形状的间隔变更为30.0mm,除此以外,采用与实施例6同样的方法制作出元件。其结果是脱盐率为99.41%,造水量为44.3m3/天。
(实施例11)
在实施例11中,将基材变更为多孔性支持层侧表层具有20°的纤维取向度、与多孔性支持层相反侧的表层具有40°的纤维取向度的基材,除此以外,采用与实施例6同样的方法制作出元件。其结果是脱盐率为98.30%,造水量为43.5m3/天,由于制膜时的膜缺陷增加,脱盐率、造水量减少了。
(实施例12)
将条加工的斜行角度θ变更为70°,除此以外,采用与实施例1同样的方法制作元件,进行评价。其结果是脱盐率为99.30%,造水量为42.2m3/天,原流体流入元件供给侧面时的阻力增加,造水量稍微降低了。
(实施例13)
将条加工的斜行角度θ变更为85°,除此以外,采用与实施例1同样的方法制作元件,进行评价。其结果是脱盐率为99.05%,造水量为35.2m3/天,原流体流入元件供给侧面时的阻力增加,造水量降低了。
(实施例14)
在实施例14中,在实施树脂对分离膜端部的热熔接之前,对分离膜进行网状的压纹加工,向分离膜表面(供给流体侧)赋予200μm的高低差,除此以外,采用与实施例1同样的方法制作出元件。其结果是脱盐率为99.51%,造水量为45.7m3/天,通过湍流效果抑制了浓差极化,脱盐率进一步提高了。
(实施例15)
将透过侧流路件由特里科经编织物变更为通过热熔来形成的、与卷绕方向平行的条状的构件,除此以外,与实施例1同样地制作出元件。即,使用安装有槽宽和线宽分别为450μm的梳形垫片(shim)的热熔涂抹器,以树脂温度125℃,移动速度3m/min,从分离膜的卷绕方向的内侧端部至外侧端部以相对于集水管的长度方向成为垂直的方式将乙烯乙酸乙烯酯共聚树脂(商品名:703A)直线状地涂布。这样获得的透过侧流路件为高度140μm,截面形状为梯形且其上底和下底为0.4mm和0.6mm,槽宽0.4mm,间隔1.0mm,且条状地被配置了的壁状构件。
将本实施例的元件运转得到的结果是,脱盐率为99.35%,造水量为52.5m3/天。
(实施例16)
在实施例16中,变更为聚酯长纤维非织造织物(丝径:1分特,厚度:约90μm,透气度:1.0cc/cm2/sec,多孔性支持层侧表层的纤维取向度:40°,与多孔性支持层相反侧的表层的纤维取向度:20°的基材,除此以外,采用与实施例15同样的方法制作出元件。其结果是,脱盐率为99.48%,造水量为52.6m3/天,可见由制膜时的膜缺陷减少带来的脱盐率的提高。
(实施例17)
在实施例17中,将供给侧流路件的涂布宽度设为30mm。此外,以分离膜元件中的有效面积成为0.5m2的方式,制作出宽度280mm的2张封套状膜。其它构件和步骤等与实施例1同样。使用该封套状分离膜,采用与实施例1同样的方法制作出2英寸的元件。其结果是脱盐率为99.30%,造水量为0.61m3/天。
(实施例18)
在实施例18中,将基材变更为聚酯长纤维非织造织物(丝径:1分特,厚度:约90μm,透气度:1.0cc/cm2/sec,多孔性支持层侧表层的纤维取向度:40°,与多孔性支持层相反侧的表层的纤维取向度:20°),除此以外,采用与实施例17同样的方法制作出元件。其结果是脱盐率为99.45%,造水量为0.61m3/天,可见由制膜时的膜缺陷减少带来的脱盐率的提高。
(实施例19)
在实施例19中,将透过侧流路件由特里科经编织物变更为乙烯乙酸乙烯酯共聚树脂制(商品名:701A)的壁状物(高度140μm,截面形状为梯形且其上底和下底为0.4mm和0.6mm,槽宽0.4mm,间隔1.0mm),除此以外,与实施例17同样地制作出元件。其结果是脱盐率为99.35%,造水量为0.73m3/天。该壁状物采用与实施例15同样的方法来涂布。
(实施例20)
在实施例20中,将基材变更为聚酯长纤维非织造织物(丝径:1分特,厚度:约90μm,透气度:1.0cc/cm2/sec,多孔性支持层侧表层的纤维取向度:40°,与多孔性支持层相反侧的表层的纤维取向度:20°),除此以外,采用与实施例19同样的方法制作出元件。其结果是脱盐率为99.44%,造水量为0.73m3/天,可见由制膜时的膜缺陷减少带来的脱盐率的提高。
(实施例21)
在实施例21中,以分离膜元件中的有效面积成为1.5m2的方式,制作出宽度280mm的6张封套状膜。使用该封套状膜,采用与实施例1同样的方法制作出3英寸元件。其结果是脱盐率为99.30%,造水量为1.84m3/天。
(比较例1)
作为供给侧流路件,代替在端部将树脂进行热熔接,而在分离膜表面整体配置网(厚度:900μm,间距:3mm×3mm),除此以外,采用与实施例1同样的方法制作出8英寸元件。其结果是脱盐率为99.30%,造水量为41.2m3/天。
(比较例2)
作为供给侧流路件,代替在端部两侧将树脂进行热熔接,而配置网(厚度:900μm,间距:3mm×3mm,宽度:50mm),除此以外,采用与实施例1同样的方法制作出8英寸元件。其结果是脱盐率为98.90%,造水量为41.4m3/天,造水量的提高少,还可见脱盐率的降低。
(比较例3)
作为供给侧流路件,代替在端部将树脂进行热熔接,而在分离膜表面整体配置网(厚度:900μm,间距:3mm×3mm),除此以外,采用与实施例16同样的方法制作出2英寸元件。其结果是脱盐率为99.30%,造水量为0.55m3/天。
(比较例4)
作为供给侧流路件,代替在端部两侧将树脂进行热熔接,而配置网(厚度:900μm,间距:3mm×3mm,宽度:50mm),除此以外,采用与实施例16同样的方法制作出2英寸元件。其结果是脱盐率为98.88%,造水量为0.56m3/天,造水量的提高少,还可见脱盐率的降低。
(比较例5)
作为供给侧流路件,代替在端部将树脂进行热熔接,而在分离膜表面整体配置网(厚度:900μm,间距:3mm×3mm),除此以外,采用与实施例20同样的方法制作出3英寸元件。其结果是脱盐率为99.31%,造水量为1.66m3/天。
(比较例6)
作为供给侧流路件,代替在端部两侧将树脂进行热熔接,而配置网(厚度:900μm,间距:3mm×3mm,宽度:50mm),除此以外,采用与实施例20同样的方法制作出3英寸元件。其结果是脱盐率为98.89%,造水量为1.70m3/天,造水量的提高少,还可见脱盐率的降低。
(实施例22)
将供给侧流路件设置于分离膜的两端部和中央部(距离分离膜的上游侧的端部435mm~495mm的范围),并且使热熔的涂布宽度为60mm,除此以外,采用与实施例1同样的方法制作元件,进行了评价。其结果是脱盐率为99.39%,造水量为43.8m3/天。
(实施例23~27)
在实施例23中,将树脂的涂布位置仅在原流体的供给侧端部(上游侧端部)和中央部实施,除此以外,采用与实施例22同样的方法制作出元件。将元件运转得到的结果是脱盐率为99.35%,造水量为44.2m3/天。
在实施例24中,将条加工的斜行角度变更为20°,除此以外,采用与实施例22同样的方法制作出元件。将元件运转得到的结果是脱盐率为99.37%,造水量为44.0m3/天。
在实施例25中,将条形状变更为间隔20.0mm、线宽1.5mm、高度200μm、斜行角度30°、涂布宽度80mm,除此以外,采用与实施例22同样的方法制作出元件。将该元件运转得到的结果是脱盐率为99.31%,造水量为43.2m3/天。
在实施例26中,在距离分离膜表面(原流体侧)的两侧端部60mm的范围、距离上游侧的端部290mm~350mm的范围和距离端部580mm~640mm的范围,将乙烯乙酸乙烯酯共聚树脂(701A)进行热熔接,除此以外,采用与实施例22同样的方法制作出元件。即,在通过热熔接而涂布有树脂的分离膜中,4个区域(第1区域)的宽度为60mm,是相同的,未涂布树脂的3个区域(第2区域)的宽度为230mm,是相同的。即,树脂体区域相对于分离膜的配置为均等的。将这样获得的元件运转得到的结果是,脱盐率为99.47%,造水量为43.4m3/天。
在实施例27中,将涂布宽度变更为90mm,除此以外,采用与实施例22同样的方法制作出元件。将该元件运转得到的结果是,脱盐率为99.48%,造水量为43.5m3/天。
(实施例28)
将树脂的涂布图案变更为格子状的点(间隔7.0mm,直径1.0mmφ,高度400μm,涂布宽度60mm),除此以外,采用与实施例22同样的方法制作出元件。其结果是脱盐率为99.40%,造水量为41.9m3/天。
(实施例29)
将基材变更为聚酯长纤维非织造织物(丝径:1分特,厚度:约90μm,透气度:1.0cc/cm2/sec,多孔性支持层侧表层的纤维取向度:40°,与多孔性支持层相反侧的表层的纤维取向度:20°),除此以外,采用与实施例22同样的方法制作出元件。将该元件运转得到的结果是,脱盐率为99.46%,造水量为43.8m3/天,可见由制膜时的膜缺陷减少带来的脱盐率的提高。
(实施例30)
将分离膜进行凹凸加工,除此以外,采用与实施例22同样的方法制作出元件。即,在实施树脂对分离膜端部的热熔接之前,在未配置供给侧流路件的区域,在100℃以40kg/cm通过形状为网形、间距5mm、投影面积比0.30的压纹辊实施分离膜卷的压纹加工,从而在分离膜表面(供给流体侧)形成了400μm(即,制成封套状分离膜的情况下为800μm)的高低差。其结果是脱盐率为99.57%,造水量为44.7m3/天,通过湍流效果抑制了浓差极化,脱盐率进一步提高了。
(实施例31)
将透过侧流路件变更为上述壁状构件,除此以外,与实施例22同样地制作出元件。
将元件运转得到的结果是脱盐率为99.41%,造水量为50.8m3/天。
(实施例32)
在实施例32中,将涂布宽度以30mm配置,以分离膜元件的有效面积成为0.5m2的方式,制作出宽度280mm的2张封套状膜。使用该封套状膜,采用与实施例22同样的方法制作出2英寸的元件。其结果是脱盐率为99.33%,造水量为0.59m3/天。
(实施例33)
在实施例33中,将基材变更为聚酯长纤维非织造织物(丝径:1分特,厚度:约90μm,透气度:1.0cc/cm2/sec,多孔性支持层侧表层的纤维取向度:40°,与多孔性支持层相反侧的表层的纤维取向度:20°),除此以外,采用与实施例32同样的方法制作出元件。其结果是脱盐率为99.45%,造水量为0.59m3/天,可见由制膜时的膜缺陷减少带来的脱盐率的提高。
(实施例34)
在实施例34中,将透过侧流路件从特里科经编织物变更为乙烯乙酸乙烯酯共聚树脂制(商品名:701A)的壁状物(高度140μm,截面形状为梯形且其上底和下底为0.4mm和0.6mm,槽宽0.4mm,间隔1.0mm),除此以外,与实施例32同样地制作出元件。其结果是脱盐率为99.35%,造水量为0.71m3/天。该壁状物采用与实施例15同样的方法来涂布。
(实施例35)
在实施例35中,将基材变更为聚酯长纤维非织造织物(丝径:1分特,厚度:约90μm,透气度:1.0cc/cm2/sec,多孔性支持层侧表层的纤维取向度:40°,与多孔性支持层相反侧的表层的纤维取向度:20°),除此以外,采用与实施例34同样的方法制作出元件。其结果是脱盐率为99.44%,造水量为0.71m3/天,可见由制膜时的膜缺陷减少带来的脱盐率的提高。
(实施例36)
在实施例36中,以分离膜元件的有效面积成为1.5m2的方式,制作出宽度280mm的6张封套状膜,除此以外,采用与实施例32同样的方法制作出3英寸螺旋型分离膜元件。其结果是脱盐率为99.30%,造水量为1.78m3/天。
(实施例37)
将供给侧流路件的斜行角度变更为70°,除此以外,采用与实施例22同样的方法制作出元件。将该元件运转得到的结果是脱盐率为99.33%,造水量为40.0m3/天,压力损失的增加影响而未见性能的提高。
(实施例38)
将条形状变更为间隔50.0mm、线宽1.5mm、高度400μm、斜行角度15°、涂布宽度50mm,除此以外,采用与实施例22同样的方法制作元件,进行评价。在本例中,供给侧流路件未形成交叉结构。其结果是脱盐率为98.79%,造水量为33.5m3/天。
[表1]
[表2]
[表3]
产业可利用性
本发明的分离膜和分离膜元件特别是可以适合用于盐水、海水的脱盐。
符号的说明
1 螺旋型分离膜元件
2 集水管
21 分离膜元件的上游侧的端部
22 分离膜元件的下游侧的端部
3 分离膜
31 分离膜的供给侧的面
32 分离膜的透过侧的面
33、34、35 带状区域(第1区域的例子)
37、38、39 中央区域(第2区域的例子)
4、41、42 供给侧流路件
411、421、43~46 树脂体
5 透过侧流路件
6 封套状膜
7 上游侧的端板
8 下游侧的端板
101 原液流体
102 透过流体
103 浓缩流体
W0 集水管长度方向上的分离膜的宽度
W1、W2、W4 同方向上的第1区域的宽度
W3 同方向上的被设置于分离膜端部的第1区域间的距离
D 树脂体的顶点间的距离。
Claims (16)
1.一种螺旋型分离膜元件,其具备:
集水管;
分离膜,其被卷绕于所述集水管的周围,具有供给侧的面和透过侧的面,并且在所述集水管的长度方向上所述供给侧的面的至少一个端部具备带状区域;以及
流路件,其熔接于所述带状区域。
2.根据权利要求1所述的螺旋型分离膜元件,所述流路件具有:在所述带状区域内互相隔开间隔、通过熔接而配置的多个树脂体。
3.根据权利要求2所述的螺旋型分离膜元件,所述多个树脂体以点状和/或条状的形态配置。
4.根据权利要求2或3所述的螺旋型分离膜元件,所述树脂体为在相对于所述集水管的长度方向倾斜的方向上较长的形状。
5.根据权利要求4所述的螺旋型分离膜元件,所述集水管的长度方向与所述树脂体的长度方向之间的角度为60°以下。
6.根据权利要求2~5的任一项所述的螺旋型分离膜元件,
所述分离膜以所述供给侧的面互相相对的方式配置,
所述流路件以相对的所述供给侧的面上所设置的树脂体互相重叠的方式配置。
7.根据权利要求6所述的螺旋型分离膜元件,所述树脂体具有在一个方向上较长的形状,并以重叠了的所述树脂体的长度方向交叉的方式配置。
8.根据权利要求1~7的任一项所述的螺旋型分离膜元件,所述流路件配置在所述集水管的长度方向上距离所述分离膜的边缘为所述分离膜的宽度的20%的范围内。
9.根据权利要求1~8的任一项所述的螺旋型分离膜元件,所述树脂体的高度为80μm以上2000μm以下。
10.根据权利要求1~9的任一项所述的螺旋型分离膜元件,所述供给侧的面和透过侧的至少一方包含具有100μm以上2000μm以下的高低差的区域。
11.根据权利要求1~10的任一项所述的螺旋型分离膜元件,所述分离膜具备:基材;形成于所述基材上的多孔性支持层;以及形成于所述多孔性支持层上的分离功能层。
12.根据权利要求11所述的螺旋型分离膜元件,所述基材为长纤维非织造织物。
13.根据权利要求12所述的螺旋型分离膜元件,所述长纤维非织造织物的与所述多孔性支持层相反侧的表层的纤维,与所述多孔性支持层侧的表层的纤维相比为纵取向。
14.根据权利要求1~13的任一项所述的螺旋型分离膜元件,在所述供给侧的面上,具备以顶点间的距离成为50mm以下的方式配置有树脂体的树脂体区域、和与所述树脂体区域不相当的区域,
所述树脂体区域与不相当的所述区域的面积比在1:99~80:20的范围内。
15.根据权利要求14所述的螺旋型分离膜元件,其特征在于,相对于1张分离膜,设置有3个以上的所述树脂体区域。
16.一种螺旋型分离膜元件的制造方法,所述螺旋型分离膜元件具备集水管和被卷绕于所述集水管的周围的分离膜,该制造方法具备下述工序(a)~(c):
(a)准备具有供给侧的面和透过侧的面的分离膜主体;
(b)使流路件热熔接于带状区域内,所述带状区域设置于所述集水管的长度方向上所述供给侧的面的至少一个端部;以及
(c)将经过了所述工序(b)的分离膜主体卷绕于集水管的周围。
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PB01 | Publication | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |