CN104857855A - 处理系统及处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施方式的处理系统具有渗透压处理部，所述渗透压处理部具有储存处理对象液的第一储存槽、储存驱动液的第二储存槽、以及介于第一储存槽与第二储存槽之间的半透膜。驱动液含有将载体用具有上限临界溶解温度或下限临界溶解温度的高分子进行化学修饰而成的渗透压诱发体和溶剂。
Description
技术领域
本发明的实施方式涉及处理系统及处理方法。
本申请基于2014年2月26日在日本申请的专利申请2014-035807号主张优先权，将其内容援引到本文中。
背景技术
作为海水的脱盐方法，已知有被称为正渗透膜海水淡化法(FO法)的方法。FO法中，在半透膜的透过侧配置比海水浓度高的碳酸铵水。这样，不对半透膜施加压力，利用碳酸铵的渗透压，能够将海水中的水从透过膜的供给侧引入到透过侧。将含有通过半透膜的水的碳酸铵溶液加热到60℃左右。由此，从含有水的碳酸铵溶液中去除碳酸铵，可得到水。
然而，FO法的处理效率不充分，不合算。此外，使用碳酸铵的FO法难以从含有取自海水的水的碳酸铵溶液中完全除去碳酸铵。因此，FO法没有被实用化。
此外，还有使用温度响应性聚合物控制渗透压，通过将海水中的水从半透膜的供给侧吸引到透过侧来取出水的方法。
但是，在以往的使用温度响应性聚合物的方法中，难以从含有通过了半透膜的水和温度响应性聚合物的溶液中分离温度响应性聚合物。因此，分离后的水中有时会残存温度响应性聚合物。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-194240号公报
非专利文献
非专利文献1：Stimuli-responsive polymer hydrogels as a new class ofdraw agent for forward osmosis desalination Chemical Communications(2011),47(6),1710-1712
发明内容
发明所要解决的课题
本发明所要解决的课题为提供在对处理对象液进行处理时混入的杂质不易残存的处理系统及处理方法。
用于解决课题的手段
实施方式的处理系统具有渗透压处理部，所述渗透压处理部具有储存处理对象液的第一储存槽、储存驱动液的第二储存槽、以及介于第一储存槽与第二储存槽之间的半透膜。驱动液含有将载体用具有上限临界溶解温度或下限临界溶解温度的高分子进行化学修饰而成的渗透压诱发体和溶剂。
附图说明
图1A为表示第一实施方式的处理系统的结构示意图。
图1B为表示第一实施方式的处理系统的变形例的结构示意图。
图2A为用于说明渗透压诱发体的制造方法的一个例子的说明图。
图2B为用于说明渗透压诱发体的制造方法的一个例子的说明图。
图3为表示第二实施方式的处理系统的结构示意图。
图4为用于说明实施例中作成的样品的说明图。
图5为用于说明实施例中作成的样品的说明图。
具体实施方式
下面参照附图对实施方式的处理系统及处理方法进行说明。另外，对实施方式中共同的结构附加同一附图标记，省略重复的说明。此外，各图为用于说明各实施方式的示意图，各图中记载的形状或尺寸比等有与实际不同的情况，可参考以下的说明和公知的技术进行适当设计变更。
(第一实施方式)
图1A为表示第一实施方式的处理系统的结构示意图。处理系统10为将作为处理对象液14的盐水脱盐、取出盐水中所含的作为溶剂的水的系统。如图1A所示，第一实施方式的处理系统10具有渗透压处理部1、分离部2、加热部(温度控制部)3以及冷却部(温度控制部)31。
图1A所示的处理系统10具有：向渗透压处理部1中供给作为处理对象液14的盐水的供给部6、将从处理对象液14中取出了作为溶剂的水之后的浓缩液从渗透压处理部1排出的排出部7、从渗透压处理部1向分离部2供给驱动液13的配管5、将在分离部2中分离的作为溶剂15的水(处理水)排出的处理液排出部8、以及从分离部2的供给槽2b向渗透压处理部1的透过槽1c供给渗透压诱发体12的配管4a(再利用部4)。
本实施方式的处理系统10中，可以具有用于从渗透压处理部1向分离部2供给驱动液13的泵(未图示)，也可以具有从分离部2向渗透压处理部1的驱动液13供给渗透压诱发体12的泵(未图示)。
渗透压处理部1具有处理槽1a、将处理槽1a内分离成供给槽(第一储存槽)1b和透过槽(第二储存槽)1c的半透膜11。供给槽1b为储存处理对象液14的槽。透过槽1c为储存驱动液13的槽。
半透膜11介于供给槽1b与透过槽1c之间。半透膜11对于处理对象液14所含的溶剂具有透过性，对于处理对象液14所含的除去对象物具有非透过性。本实施方式中，作为半透膜11，使用对于作为处理对象液14的盐水中所含的水具有透过性、对于盐具有非透过性的半透膜。
处理槽1a中也可以根据需要设置对处理槽1a内进行搅拌的机械搅拌装置和/或非接触的磁力搅拌装置。
渗透压处理部1为利用作为处理对象液14的盐水与驱动液13的渗透压差、使处理对象液14中的溶剂通过半透膜11、并转移到驱动液13中的部件。如图1A所示，驱动液13含有渗透压诱发体12和作为盐水的溶剂15的水。
渗透压诱发体12为将载体用具有下限临界溶解温度的高分子(温度响应性聚合物)进行化学修饰而成的物质。本实施方式中，渗透压处理部1的驱动液13中的渗透压诱发体12所含的温度响应性聚合物与驱动液13中的水进行水合而形成液体状(图1A中，为了容易理解在驱动液13中存在渗透压诱发体12，用○表示渗透压诱发体12)。由此，渗透压处理部1的驱动液13的渗透压变得比处理对象液14高。
分离部2具有处理槽2a和将处理槽2a内分离成供给槽(第三储存槽)2b和透过槽(第四储存槽)2c的分离膜21。供给槽2b为储存含有渗透压诱发体12的驱动液13的槽。透过槽2c为储存从驱动液13中分离的溶剂15的槽。
分离部2为由从渗透压处理部1向处理槽2a的供给槽2b供给的驱动液13中通过分离膜21来分离驱动液13中的溶剂15的部件。本实施方式中，分离部2的驱动液13中的渗透压诱发体12所含的温度响应性聚合物形成为固体状。因此，在如图1A所示的分离部2中，只有含有相变为固体状的渗透压诱发体12的驱动液13中的溶剂15通过分离膜21而被供给到透过槽2c中，作为溶剂15的水从驱动液13中被分离。
分离膜21介于供给槽2b与透过槽2c之间。分离膜21具有小于相变为固体状的渗透压诱发体12的大小的孔，对于相变为固体状的渗透压诱发体12具有非透过性。作为分离膜21的材料，没有特别的限定，例如可举出金属、玻璃、滤布、陶瓷、聚合物等。
如图1A所示，加热部(温度控制部)3沿分离部2的处理槽2a中的供给槽2b的外表面配置。加热部3为在分离部2中将从渗透压处理部1供给的驱动液13中的渗透压诱发体12直接地或间接地加热的部件。
本实施方式中，介由配管5供给到分离部2的驱动液13中的渗透压诱发体12即使具有低于下限临界溶解温度的温度，也可通过加热部3加热到下限临界溶解温度以上的温度。由此，渗透压诱发体12所含的温度响应性聚合物相变为固体状。
作为加热部3，只要是能够将渗透压诱发体12加热到下限临界溶解温度以上的温度的部件，可以使用任意的部件，例如可使用加热器、热泵等。作为加热部3的热源，可以利用锅炉等，也可以利用工厂等的废热等。此外，渗透压诱发体12所含的载体为磁体时，作为加热部3，优选使用可对载体施加交变磁场的部件。
如图1A所示，冷却部(温度控制部)31沿渗透压处理部1的处理槽1a中的透过槽1c的外表面配置。冷却部31为在渗透压处理部1中将驱动液13中的渗透压诱发体12直接地或间接地冷却的部件。
本实施方式中，设置处理系统10的周围环境温度为低于渗透压诱发体12所含的温度响应性聚合物的下限临界溶解温度的温度。因此，在使用处理系统10开始对处理对象液14进行处理的时刻，渗透压诱发体12所含的温度响应性聚合物相变为液体状。此外，介由再利用部4的配管4a供给到渗透压处理部1的透过槽1c中的渗透压诱发体12即使具有下限临界溶解温度以上的温度，也可以通过冷却部31冷却到低于下限临界溶解温度的温度。由此，透过槽1c内的渗透压诱发体12所含的温度响应性聚合物相变为液体状。
作为冷却部31，只要可以将渗透压诱发体12冷却到低于下限临界溶解温度的温度，可以使用任意的部件，例如可以使用冷却器等。
再利用部4为将通过分离部2从驱动液13中分离的渗透压诱发体12从处理槽2a的供给槽2b供给到渗透压处理部1的驱动液13中的部件。如图1A所示，再利用部4具有将分离部2的供给槽2b与渗透压处理部1的透过槽1c连接的配管4a。
本实施方式的处理系统10由于具有再利用部4，因而能够将渗透压诱发体12再利用。
接着，对本实施方式中使用的渗透压诱发体12进行详细地说明。
渗透压诱发体12为将载体用具有下限临界溶解温度的温度响应性聚合物进行化学修饰而成的物质。
作为载体，可以使用不溶于驱动液13中的溶剂的、能用具有下限临界溶解温度的温度响应性聚合物进行化学修饰的物质。
载体优选为磁体。形成载体的磁体优选为利用磁滞损耗的加热效率高的、含有铁、钴、镍中的任一种以上的粒子。
形成载体的磁体优选为在室温区域显示出强磁性的物质。作为这样的磁体，例如可举出铁以及含有铁的合金。具体地可举出磁铁矿、钛铁矿、磁黄铁矿、镁铁氧体、钴铁氧体、镍铁氧体、钡铁氧体等。处理对象液14为盐水时，上述载体材料中优选使用在水中的稳定性优异的铁氧体系化合物。例如，作为磁铁矿的磁石(magnetite)(Fe3O4)不仅廉价，在水中作为磁体也是稳定的，作为元素也是安全的，因此优选作为处理对象液14为盐水时的载体。
作为载体，可以使用由二氧化硅、二氧化钛、氧化铝、氧化锆中的任一种金属氧化物或半金属氧化物形成的粒子。
此外，作为载体，也可以使用由聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚苯乙烯树脂、聚氯乙烯树脂、聚对苯二甲酸乙二酯树脂、酚醛树脂、尿醛树脂、三聚氰胺树脂、环氧树脂、硅树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂等有机物形成的粒子。
载体也可以由基材粒子和被覆基材粒子的被覆层构成。作为基材粒子可以使用上述载体的材料。作为被覆层，例如可举出铁以及含有铁的合金。具体地可使用在由二氧化硅构成的基材粒子的周围形成有由磁石构成的被覆层的载体。此外，也可以对基材粒子实施镀铜、镀镍等镀覆处理，由此形成被覆层。
载体的形状没有特别的限定，例如可以形成为球状、多面体、不定形等形状。载体的形状优选为球状或圆角的多面体。
载体的平均粒径没有特别限定，优选为0.1～5000μm，更优选为10～500μm。载体的平均粒径为上述下限值以上时，载体12a具有充分的大小。因此，例如使用由磁体形成的物质作为载体时，可使用磁力从含有渗透压诱发体12的驱动液13中容易地回收渗透压诱发体12。此外，载体的平均粒径为上述上限值以下时，载体充分小。因此，载体的比表面积变得充分大，能够充分确保温度响应性聚合物的化学修饰量。因此，能够充分得到利用渗透压诱发体12提高渗透压处理部1的驱动液13的渗透压的功能。
载体的平均粒径例如可通过筛分法测定。具体地，可按照JISZ8901：2006“试验用粉体以及试验用粒子”，通过使用多个筛孔径在10μm至500μm之间的筛进行筛分来测定。
本实施方式中，作为对载体进行化学修饰的温度响应性聚合物，使用具有下限临界溶解温度(LCST：Lower Critical Solution Temperature)的温度响应性聚合物。
具体地，作为具有下限临界溶解温度(LCST)的温度响应性聚合物，例如可使用N-正丙基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、N-叔丁基丙烯酰胺、N-乙基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N-丙烯酰吡咯烷、N-丙烯酰哌啶、N-丙烯酰吗啉、N-正丙基甲基丙烯酰胺、N-异丙基甲基丙烯酰胺、N-乙基甲基丙烯酰胺、N,N-二甲基甲基丙烯酰胺、N-甲基丙烯酰吡咯烷、N-甲基丙烯酰哌啶、N-甲基丙烯酰吗啉等N取代(甲基)丙烯酰胺衍生物。此外，作为温度响应性聚合物，也可使用聚氧乙烯烷基胺衍生物、聚氧乙烯脱水山梨醇酯衍生物、聚氧乙烯烷基苯基醚(甲基)丙烯酸酯类、聚氧乙烯(甲基)丙烯酸酯衍生物等。具有下限临界溶解温度(LCST)的温度响应性聚合物可以为均聚物、共聚物中的任一种。
温度响应性聚合物的下限临界溶解温度优选为10℃以上且50℃以下。下限临界溶解温度为上述范围时，在将本实施方式的处理系统10设置在25℃左右的室温环境温度下使用时，由于可减少用于使温度响应性聚合物相变的加热和/或冷却所需的能量，因而优选。此外，下限临界溶解温度为上述范围时，容易利用工厂等的废热等作为加热部3的热源，因而优选。
渗透压诱发体12例如可以通过以下所示的方法来制造。
例如，载体由有机物形成时，可通过以对载体照射电子射线等而产生的自由基为起点、使温度响应性聚合物的单体进行接枝聚合来制造渗透压诱发体12。
接着，使用附图对载体由无机物形成时的渗透压诱发体12的制造方法进行说明。图2A和图B为用于说明渗透压诱发体12的制造方法的一个例子的说明图。
首先，如图2A中式(a)所示，用硅烷偶联剂修饰载体12a的表面。接着，如图2B中式(b)所示，以硅烷偶联剂的官能团为起点，使用自由基引发剂，通过自由基反应使温度响应性聚合物聚合。由此，能够制造渗透压诱发体12。另外，图2B中，作为一个例子，示出了使用偶氮二异丁腈(AIBN)作为自由基引发剂、使用N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)作为温度响应性聚合物的情况。关于用温度响应性聚合物化学修饰载体时的自由基反应，例如，可通过将温度响应性聚合物的单体和用硅烷偶联剂修饰了的载体加入到溶剂中、添加自由基引发剂在50℃～150℃下进行反应的方法来进行。
作为硅烷偶联剂，可使用具有乙烯基、硫醇基、氨基、卤基等的硅烷偶联剂。作为硅烷偶联剂，具体地可举出3-巯基丙基三甲氧基硅烷。
作为自由基引发剂，例如可使用过氧化物催化剂和/或偶氮催化剂。作为过氧化物催化剂，例如可举出过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰、叔丁基羟基过氧化物等。作为偶氮催化剂，可举出偶氮二异丁腈(AIBN)等。
渗透压诱发体12中，优选对载体进行了化学修饰的具有下限临界溶解温度的温度响应性聚合物的修饰量较多。温度响应性聚合物的修饰量越多，利用渗透压诱发体12得到的提高渗透压处理部1的驱动液13的渗透压的功能变得越高。
此外，渗透压诱发体12中，优选对载体进行了化学修饰的具有下限临界溶解温度的温度响应性聚合物的分子量较高。温度响应性聚合物的分子量越高，利用渗透压诱发体12得到的提高渗透压处理部1的驱动液13的渗透压的功能变得越高。具体地，渗透压诱发体12中，优选对载体进行了化学修饰的温度响应性聚合物的平均分子量为1000以上。
渗透压诱发体12向驱动液13中的投入量没有特别限定，可以以驱动液13的渗透压比处理对象液14高的方式适当地调节。
接着，对使用图1A所示的第一实施方式的处理系统10对处理对象液进行处理的处理方法进行说明。
首先，向处理槽1a内的透过槽1c中供给渗透压诱发体12。在开始利用处理系统10进行处理之前，为了预先润湿渗透压诱发体12与半透膜11的接触部位，也可以向处理槽1a内的透过槽1c中供给作为处理对象液14的溶剂15的水。供给到渗透压处理部1的透过槽1c中的渗透压诱发体12的温度为处理系统10的周围环境温度，且为低于下限临界溶解温度的温度。因此，渗透压诱发体12成为渗透压诱发体12所含的温度响应性聚合物与溶剂水合而溶解的状态。由此，得到提高驱动液13的渗透压的功能。
接着，如图1A所示，向渗透压处理部1的处理槽1a内的供给槽1b中供给作为处理对象液14的盐水。
处理系统10中，向处理槽1a内的供给槽1b中供给处理对象液14时，产生处理对象液14与预先储存在处理槽1a的透过槽1c中的驱动液13的渗透压差。该渗透压差成为使处理对象液14中的作为溶剂的水通过半透膜11的驱动力，处理对象液14中的水通过半透膜11转移到透过槽1c的驱动液13中(透过处理工序)。这样，通过半透膜11的溶剂15被半透膜11脱盐。
如图1A所示，从处理对象液14中取出了作为溶剂15的水后的处理对象液14的浓缩液经由排出部7从渗透压处理部1中排出。
接着，如图1A所示，从渗透压处理部1的处理槽1a的透过槽1c介由配管5向分离部2供给驱动液13。转移到分离部2中的驱动液13通过加热部3被加热到驱动液13中的渗透压诱发体12成为下限临界溶解温度以上的温度。其结果是，渗透压诱发体12所含的温度响应性聚合物相变为固体状。渗透压诱发体12达到下限临界溶解温度以上的温度时，由于水合的水分子从温度响应性聚合物的高分子链脱离，因而失去了诱发渗透压的能力。
本实施方式中，渗透压诱发体12所含的载体为磁体，作为加热部3，使用对磁体施加交变磁场的部件时，通过对载体施加交变磁场，发生磁滞损耗，作为磁体的载体发热。因此，能够以不与渗透压诱发体12接触的方式有效地对化学修饰了载体的温度响应性聚合物的高分子进行加热。例如，加热部3为加热器时，为了使在分离部2的处理槽2a内的供给槽2b中储存的驱动液13中的渗透压诱发体12成为下限临界溶解温度以上的温度，需要对储存于供给槽2b中的驱动液13整体进行加热。因而，在通过对载体施加交变磁场的方法来对化学修饰了载体的温度响应性聚合物的高分子进行加热的情况下，与加热部3为加热器的情况相比，可减少用于使温度响应性聚合物发生相变所需要的能量。
本实施方式中，如图1A所示，通过分离部2的分离膜21，从含有相变为固体状的渗透压诱发体12的驱动液13中分离出驱动液13中的溶剂15。并且，通过分离部2分离的溶剂15即水(处理水)经由处理液排出部8被排出。
本实施方式中，通过分离部2分离的相变为固体状的渗透压诱发体12从分离部2经由配管4a(再利用部4)供给到渗透压处理部1的驱动液13中，进行再利用。
本实施方式中，转移到渗透压处理部1的驱动液13中的渗透压诱发体12通过冷却部31冷却至低于下限临界溶解温度的温度。其结果是，渗透压诱发体12所含的温度响应性聚合物相变为液体状。
本实施方式的处理系统10具有渗透压处理部1，该渗透压处理部1具有储存处理对象液14的供给槽1b、储存驱动液13的透过槽1c、以及介于供给槽1b与透过槽1c之间的半透膜11，驱动液13含有将载体用具有下限临界溶解温度的温度响应性聚合物化学修饰而成的渗透压诱发体12和溶剂15。因此，处理对象液14中的溶剂15利用处理对象液14与驱动液13的渗透压差而通过半透膜11，转移到驱动液13。因此，本实施方式的系统10中，不需要用于使处理对象液14通过半透膜11的能量，可减少处理对象液14所需要的能量。
此外，本实施方式的处理系统10中，驱动液13含有将载体用具有下限临界溶解温度的温度响应性聚合物化学修饰而成的渗透压诱发体12和溶剂15。将载体用具有下限临界溶解温度的温度响应性聚合物化学修饰而成的渗透压诱发体12通过加热到下限临界溶解温度以上的温度，渗透压诱发体12所含的温度响应性聚合物相变为固体状。由于固体状的渗透压诱发体12溶解性非常低、形状稳定性良好，因而过滤速度快，处理性也良好。因此，能够容易且高精度地从含有渗透压诱发体12的驱动液13中分离。
因而，例如与替代渗透压诱发体12而仅使用具有下限临界溶解温度的温度响应性聚合物的情况相比，通过对处理对象液14进行处理而混入的杂质不易在处理后的液体(处理水)中残存，可得到高纯度的处理水。此外，能将再利用的渗透压诱发体12以高收率回收。
作为图1A所示的处理系统10的变形例，可举出以下所示的例子。
例如，本实施方式中，渗透压诱发体12所含的载体为磁体时，也可以使用磁力从含有渗透压诱发体12的驱动液13中回收渗透压诱发体12。通过该方法，也能够从含有渗透压诱发体12的驱动液13中分离驱动液13中的溶剂15。此时，也可以不使含有渗透压诱发体12的驱动液13通过分离部2的分离膜21。因此，分离膜21可省略。
图1A所示的处理系统10中，将加热部3设置在分离部2的处理槽2a中的供给槽2b的外表面，但加热部3也可以设置在从渗透压处理部1向分离部2供给驱动液13的配管5上。
图1A所示的处理系统10中，将冷却部31设置在渗透压处理部1的处理槽1a中的透过槽1c的外表面，但冷却部31也可以设置在从分离部2向渗透压处理部1的驱动液13供给渗透压诱发体12的配管4a(再利用部4)上。
图1A所示的处理系统10中，设置了冷却部31，但如图1B所示的处理系统10a那样，也可以没有图1A所示的冷却部31。即，设置有处理系统10a的周围环境温度低于渗透压诱发体12所含的温度响应性聚合物的下限临界溶解温度。此时，在使用处理系统10a开始对处理对象液14进行处理的时刻，即使不使用冷却部冷却，渗透压诱发体12所含的温度响应性聚合物也相变为液体状。因此，当不对在分离部2中相变化为固体状的渗透压诱发体12进行再利用时，不需要通过冷却部冷却渗透压诱发体12。
此外，经由配管4a供给到渗透压处理部1的驱动液13中的渗透压诱发体12即使为下限临界溶解温度以上的温度，也会被周围环境温度缓缓冷却而达到低于下限临界溶解温度的温度，渗透压诱发体12所含的温度响应性聚合物相变为液体状。因此，即使不设置冷却部，也能使温度响应性聚合物相变为液体状，可减少处理对象液14的处理所需要的能量。
(第二实施方式)
第一实施方式中，以使用将载体用具有下限临界溶解温度的温度响应性聚合物化学修饰而成的物质作为渗透压诱发体12的情况为例进行了说明。在第二实施方式的处理系统20中，对将载体用具有上限临界溶解温度(UCST：Upper Critical Solution Temperature)的温度响应性聚合物化学修饰而成的物质作为渗透压诱发体22的情况进行说明。
图3为表示第二实施方式的处理系统的结构示意图。图3所示的第二实施方式的处理系统20与图1A所示的第一实施方式的处理系统10的不同之处为渗透压诱发体22所含的温度响应性聚合物的种类、以及加热部3和冷却部31互换进行设置，因此对相同部件省略说明。
作为渗透压诱发体22所含的具有上限临界溶解温度(UCST)的温度响应性聚合物，例如可举出丙烯酰基甘氨酰胺、丙烯酰基哌啶甲酰胺、丙烯酰基天冬酰胺、丙烯酰胺、乙酰基丙烯酰胺、生物素丙烯酸酯、N-生物素基-N’-甲基丙烯酰基三亚甲基酰胺、丙烯酰基甘氨酰胺、丙烯酰基肌氨酰胺、甲基丙烯基肌氨酰胺、丙烯酰基甲基脲嘧啶、N-乙酰基丙烯酰胺-甲基丙烯酰胺共聚物等。具有上限临界溶解温度(UCST)的温度响应性聚合物可以为均聚物、共聚物中的任一种。
温度响应性聚合物的上限临界溶解温度优选为10℃以上且50℃以下。最高临界溶解温度为上述范围内时，在将本实施方式的处理系统20设置在25℃左右的室温环境温度下使用时，可减少用于使温度响应性聚合物相变的加热和/或冷却所需要的能量，因而优选。此外，上限临界溶解温度为上述范围内时，容易利用工厂等的废热等作为加热部3的热源，因而优选。
本实施方式中，加热部3(温度控制部)将渗透压处理部1的驱动液13中的渗透压诱发体22的温度加热到上限临界溶解温度以上的温度，使渗透压诱发体22所含的温度响应性聚合物相变为液体状。
此外，冷却部31(温度控制部)将分离部2的驱动液13中的渗透压诱发体22的温度冷却到低于上限临界溶解温度的温度，使渗透压诱发体22所含的温度响应性聚合物相变为固体状。
渗透压诱发体22可与第一实施方式中的渗透压诱发体12同样地制造。
下面，使用图3所示的第二实施方式的处理系统20说明对处理对象液进行处理的处理方法。
首先，向处理槽1a内的透过槽1c中供给渗透压诱发体22。在开始通过处理系统20进行处理之前，为了预先润湿渗透压诱发体22与半透膜11的接触部位，也可以向处理槽1a内的透过槽1c中供给作为处理对象液14的溶剂15的水。供给到渗透压处理部1的透过槽1c中的渗透压诱发体22通过加热部3被加热以使驱动液13中的渗透压诱发体22成为上限临界溶解温度以上的温度。其结果是，形成渗透压诱发体22所含的温度响应性聚合物与溶剂水合而溶解的状态。
本实施方式中，作为将渗透压处理部1的驱动液13中的渗透压诱发体22的温度加热到上限临界溶解温度以上的温度的方法，可以使用与上述第一实施方式中对在分离部2的处理槽2a中储存的驱动液13的渗透压诱发体12进行加热的方法相同的方法。
接着，如图3所示，向渗透压处理部1的处理槽1a内的供给槽1b中供给作为处理对象液14的盐水，与上述第一实施方式同样地操作，进行透过处理工序，从渗透压处理部1的处理槽1a内的透过槽1c经由配管5向分离部2供给驱动液13。
转移到分离部2中的驱动液13中的渗透压诱发体22的温度通过冷却部31冷却到低于上限临界溶解温度的温度。其结果是，渗透压诱发体22所含的温度响应性聚合物相变为固体状。
接着，与上述第一实施方式同样地操作，通过分离部2的分离膜21，从含有相变为固体状的渗透压诱发体22的驱动液13中分离驱动液13中的溶剂15。并且，经由处理液排出部8排出在分离部2中分离的溶剂15即水(处理水)。
此外，与上述第一实施方式同样地操作，在分离部2中分离的相变为固体状的渗透压诱发体22从分离部2经由配管4a(再利用部4)供给到渗透压处理部1的驱动液13中，进行再利用。
本实施方式的处理系统20具有渗透压处理部1，该渗透压处理部1具有储存处理对象液14的供给槽1b、储存驱动液13的透过槽1c、以及介于供给槽1b与透过槽1c之间的半透膜11，驱动液13含有将载体用具有上限临界溶解温度的温度响应性聚合物化学修饰而成的渗透压诱发体22和溶剂15。因此，与第一实施方式的处理系统10同样地，不需要用于使处理对象液14通过半透膜11的能量，可减少处理对象液14的处理所需要的能量。
此外，本实施方式的处理系统20中，驱动液13含有将载体用具有上限临界溶解温度的温度响应性聚合物化学修饰而成的渗透压诱发体22和溶剂15。通过使将载体用具有上限临界溶解温度的温度响应性聚合物化学修饰而成的渗透压诱发体22为低于上限临界溶解温度的温度，渗透压诱发体22所含的温度响应性聚合物相变为固体状。固体状的渗透压诱发体22由于溶解性非常低、形状稳定性优异，因而，过滤速度快，处理性能也良好。因此，能够容易且高精度地从含有渗透压诱发体22的驱动液13中分离。
因而，例如与替代渗透压诱发体22而仅使用具有上限临界溶解温度的温度响应性聚合物的情况相比，通过对处理对象液14进行处理而混入的杂质不易在处理后的液体(处理水)中残存，可得到高纯度的处理水。
接着，对本实施方式的处理系统的其它例子进行说明。
在上述各实施方式中，作为处理系统，以从盐水取出水的情况为例进行了说明，但上述处理系统并不限于从盐水中取出水。即，通过处理系统处理的处理对象液只要是可使用渗透压诱发体和半透膜通过渗透压处理进行处理的液体，可以使用任意的液体，例如可以为地下水、工业废水等。
上述各实施方式中，作为温度控制部，以具有加热部的情况为例进行了说明，但温度控制部也可以仅具有冷却渗透压诱发体的冷却部。温度控制部为可在渗透压处理部和/或分离部中对驱动液中的渗透压诱发体进行加热或冷却、使渗透压诱发体相变的部件，可以根据渗透压诱发体所含的温度响应性聚合物的种类和处理系统被设置的周围环境温度来适当地确定选择使用加热部和冷却部两者、仅加热部、仅冷却部中的哪一种。
根据以上说明的至少一种实施方式，通过具备具有储存处理对象液的第一储存槽、储存驱动液的第二储存槽、以及介于第一储存槽与第二储存槽之间的半透膜，驱动液具有将载体用具有上限临界溶解温度或下限临界溶解温度的高分子进行化学修饰而成的渗透压诱发体和溶剂，由此使得可减少处理对象液的处理所需要的能量，同时通过处理而混入的杂质不易在处理后的液体(处理水)中残存，可得到高纯度的处理水。
[实施例]
合成以下所示的渗透压诱发体进行评价。
(实施例1)
在硅胶7g中加入作为硅烷偶联剂的3-巯基丙基三甲氧基硅烷5g和丙酮20mL。用蒸发器除去溶剂，在90℃下干燥24小时。
在苯甲醚15mL中加入所得到的固体0.5g、N-异丙基丙烯酰胺(LCST＝32℃)1g、以及作为自由基引发剂的偶氮二异丁腈(AIBN)0.3g，在氮气氛围下、75℃下反应24小时。将所得到的固体过滤，用丙酮洗涤干净后，减压干燥，得到由白色固体构成的渗透压诱发体。
(实施例2)
除了使用磁石替代硅胶以外，与实施例1同样地操作，得到由褐色固体构成的渗透压诱发体。
(实施例3)
在纯水50mL中加入硅胶5g、氯化亚铁(II)四水合物9g以及氯化铁(III)六水合物24g，在75℃下搅拌后，滴加28％氨水溶液100mL，反应30分钟。反应后，过滤并用纯水充分洗涤，干燥。由此，得到由茶褐色的固体形成的磁石-二氧化硅载体，所述磁石-二氧化硅载体是由二氧化硅形成的基材粒子被由磁石形成的被覆层被覆而得到的。并且，除了使用所得到的磁石-二氧化硅载体替代硅胶以外，与实施例1同样地操作，得到由茶褐色固体形成的渗透压诱发体。
(比较例1)
作为渗透压诱发体，准备使聚-N-异丙基丙烯酰胺0.1g溶解于2mL的纯水而形成的物质。
使用这样得到的实施例1～3、比较例1的各渗透压诱发体进行以下所示的各个试验，进行评价。
(试验1：渗透压测定)
在图4所示的一侧的圆筒9a和另一侧的圆筒9b的内径为5mm的两个圆筒之间，夹持半透膜91(商品名：ES-20，日东电工制)和在其两侧配置的中心具有直径为5mm的圆形孔的橡胶制的衬垫92，如图5所示进行固定。图4中一并示出衬垫92的俯视图。
然后，在一侧的圆筒9a中加入作为处理对象液的0.01wt％的氯化钠水溶液。在另一侧的圆筒9b中加入渗透压诱发体0.1g。此外，在另一侧的圆筒9b中为了润湿浸透膜诱发体的膜接触部位，加入水1mL。
这样作成的样品在利用渗透压差使处理对象液中的溶剂通过半透膜时，一侧的圆筒9a的水减少，另一侧的圆筒9b的水增加。通过24小时后一侧的圆筒9a的水量变化来判断有无水经由半透膜转移。试验1的试验温度为25℃
(试验2：利用加热/冷却的再生试验)
将进行了试验1后的实施例1～3、比较例1的样品分别加热到40℃，使另一侧的圆筒9b的水减少至进行试验1之前的水量，冷却至室温。然后，再次进行与试验1相同的试验。
(试验3：利用施加磁场的再生试验)
对进行了试验1后的样品分别在下述条件下施加交变磁场，使另一侧的圆筒9b的水减少到进行试验1之前的水量。然后，再次进行与试验1相同的试验。
在放大器4005高速功率放大器(High speed power amplifier)(NFelectronic instruments制)的前端连接信号发生器(function generator)3310B(Yokogawa Hewlett Packard制)，在铜制的线圈(614T)上以300Hz、150mVp-p、75mAp-p通电，以在线圈内放入样品的状态产生磁通势1535AT/m，保持1小时。
(试验4：过滤速度的测定)
在实施例1～3的渗透压诱发体0.5g中加入纯水10mL，在保持于40℃的状态下，用桐山漏斗(滤纸：5c)进行抽滤，测定到过滤完成为止的时间。
对于比较例1，使用聚-N-异丙基丙烯酰胺0.5g作为渗透压诱发体。
(试验5：聚合物的溶出试验)
通过总有机碳测量仪测定在试验2中从另一侧的圆筒9b提取的水的有机成分(TOC)的有无。由此测定聚合物有无在水中溶出。
实施例1～3、比较例1的各试验的结果表示在表1中。
试验2和试验3的结果记载了以试验1中的通过速度为基准(1.0)、相对于其有无变化。
此外，实施例1～3、比较例1中，使用袖珍盐度计PAL-ES2(商品名：株式会社Atago制)调查通过膜的水的盐浓度。其结果是，实施例1～3、比较例1全部为检测限以下。
[表1]
(实施例4)
在硅胶7g中加入作为硅烷偶联剂的3-巯基丙基三甲氧基硅烷5g和丙酮20mL。接着，用蒸发器除去溶剂，在90℃下干燥24小时。
然后，在苯甲醚15mL中加入所得到的固体0.5g、N-乙酰基丙烯酰胺1.36g、甲基丙烯酰胺0.085g、以及作为自由基引发剂的偶氮二异丁腈(AIBN)0.3g，在氮气氛围下、75℃下反应24小时。将所得到的N-乙酰基丙烯酰胺-甲基丙烯酰胺共聚物(UCST＝21℃)修饰固体过滤，用丙酮洗涤后，减压干燥，得到由茶褐色固体构成的渗透压诱发体。
使用这样得到的实施例4的渗透压诱发体，进行以下所示的试验，进行评价。
(试验1：渗透压测定)
与上述实施例1同样地进行。
(试验2：利用加热/冷却的再生试验)
对于进行了试验1后的实施例4的样品，冷却到4℃，使另一侧的圆筒9b的水减少到进行试验1之前的水量，控制为室温。然后，再次进行与试验1相同的试验。
(试验4：过滤速度的测定)
在实施例4的渗透压诱发体0.5g中加入纯水10mL，在保持于4℃的状态下，使用桐山漏斗(滤纸：5c)进行抽滤，测定到过滤完成为止的时间。
(试验5：聚合物的溶出试验)
与上述实施例1同样地进行。
实施例4的各试验的结果表示在表1中。
试验2的结果记载了以试验1中的通过速度为基准(1.0)、相对于其有无变化。
此外，实施例4中，使用袖珍盐度计PAL-ES2(商品名：株式会社Atago制)调查通过膜的水的盐浓度。其结果为检测限以下。
如表1所示，通过使用实施例1～4的渗透压诱发体，利用渗透压差使处理对象液中的溶剂通过了半透膜。此外，可知通过将实施例1～3的渗透压诱发体加热到下限临界溶解温度以上的温度、将实施例4的渗透压诱发体冷却到上限临界溶解温度以下，能够使渗透压诱发体的渗透压诱发功能再生。
此外，从载体为磁体的实施例2和实施例3的试验3的结果可知，使用施加交变磁场的方法，能够使渗透压诱发体的渗透压诱发功能再生。
比较例1中，利用渗透压差使处理对象液中的溶剂通过了半透膜。但是，从比较例1的试验2的结果可知，加热到下限临界溶解温度以上的温度后的通过速度降低。
其理由可认为是，在比较例1中使用的聚合物中，在加热到下限临界溶解温度以上的温度的状态时，含有不溶解化不充分的分子量小的聚合物。此外，推测在加热到下限临界溶解温度以上的温度的状态时，还有以溶于水的状态存在的聚合物。比较例1中使用的聚合物由于不是被固定在固体的表面等上的聚合物，因而，推测在加热到下限临界溶解温度以上的温度的状态时，以溶解于水的状态存在的聚合物与除去的透过水一起被除去。其结果可推定渗透压诱发体的总量减少，加热到下限临界溶解温度以上的温度后的通过速度降低。
此外，比较例1中，发生了聚合物在水中的溶出。
此外，比较例1中，过滤速度非常慢，处理性也不良。
从以上的结果可知，实施例中得到的渗透压诱发体和处理方法处理性良好，再生后也能够以维持渗透压诱发力的状态进行运用。
对本发明的多个实施方式进行了说明，但这些实施方式仅是作为例子提出，其意图并不是限定发明的范围。这些实施方式可以以其它各种方式进行实施，在不脱离发明的要旨的范围内，可以进行各种省略、置换、变更。这些实施方式和其变形与包含在发明的范围和要旨中同样，包含在专利权利要求书所记载的发明及其均等的范围中。
附图标记说明
1…渗透压处理部
1a、2a…处理槽
1b…供给槽(第一储存槽)
1c…透过槽(第二储存槽)
2…分离部
2b…供给槽(第三储存槽)
2c…透过槽(第四储存槽)
3…加热部
4…再利用部
4a…配管
5…配管
6…供给部
7…排出部
8…处理液排出部
10、20…处理系统
11…半透膜
12、22…渗透压诱发体
13…驱动液
14…处理对象液
15…溶剂
21…分离膜
31…冷却部
Claims (9)
1.一种处理系统，其特征在于，其具有渗透压处理部，所述渗透压处理部具有储存处理对象液的第一储存槽、储存驱动液的第二储存槽、以及介于所述第一储存槽与所述第二储存槽之间的半透膜，
所述驱动液含有将载体用具有上限临界溶解温度或下限临界溶解温度的高分子进行化学修饰而成的渗透压诱发体和溶剂。
2.根据权利要求1所述的处理系统，其具有分离部，所述分离部具有储存含有所述渗透压诱发体的所述驱动液的第三储存槽、储存从所述驱动液中分离的所述溶剂的第四储存槽、以及介于所述第三储存槽与所述第四储存槽之间并具有小于相变为固体状的所述渗透压诱发体的大小的孔的分离膜，
所述渗透压处理部和/或所述分离部具有对所述驱动液中的所述渗透压诱发体进行加热或冷却的温度控制部。
3.根据权利要求1或2所述的处理系统，其中，所述渗透压诱发体为将载体用具有下限临界溶解温度的高分子进行化学修饰而成的物质，
所述分离部具有对所述分离部的所述驱动液中的所述渗透压诱发体进行加热的加热部。
4.根据权利要求1或2所述的处理系统，其中，所述渗透压诱发体为将载体用具有上限临界溶解温度的高分子进行化学修饰而成的物质，
所述渗透压处理部具有对所述渗透压处理部的所述驱动液中的所述渗透压诱发体进行加热的加热部。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的处理系统，其中，所述载体含有磁体。
6.根据权利要求3或4所述的处理系统，其中，所述载体含有磁体，所述加热部为对所述载体施加交变磁场的部件。
7.根据权利要求5或6所述的处理系统，其中，所述磁体为含有铁、钴、镍中的任一种以上的粒子。
8.根据权利要求2～7中任意一项所述的处理系统，其进一步具有再利用部，所述再利用部具有将所述第三储存槽与所述第二储存槽连接的配管。
9.一种处理方法，其特征在于，其是使用权利要求1～8中任意一项所述的处理系统对处理对象液进行处理的方法，
具有下述透过处理工序：将所述处理对象液供给到所述渗透压处理部的所述第一储存槽中，利用所述处理对象液与所述驱动液的渗透压差使所述处理对象液中的溶剂通过所述半透膜，并转移到所述第二储存槽中。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150826 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |