CN111447987A - 水处理用流路件 - Google Patents

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Abstract

提供一种抑制污垢的产生的水处理用流路件。本发明的水处理用流路件(1)由包含合成树脂和纳米碳材料的成型品构成。

Description

水处理用流路件
技术领域
本发明涉及一种水处理用流路件。
背景技术
以海水、盐水的淡水化、生活/工业用废水的净化等为目的，使用了膜分离装置(例如，专利文献1～3)。这种膜分离装置具备：微滤膜(以下，MF膜)、超滤膜(以下，UF膜)、纳滤膜(以下，NF膜)、反渗透膜(以下，RO膜)等处理膜。当在这样的处理膜的一侧导入废水等原水时，通过膜间的压差水等溶剂向处理膜的相反侧透过，得到分离了杂质的透过液。
膜分离装置以水处理的效率化等为目的，通常具备多个处理膜。这些处理膜隔着具有网结构的树脂制的原水间隔层(spacer)，相互层叠。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平10-323545号公报
专利文献2：日本特表2012-518538号公报
专利文献3：日本特开2014-8430号公报
(发明要解决的问题)
在成为海水、废水等处理对象的原水中，通常包含：有机成分(例如，蛋白质、多糖类、腐殖酸等)、无机成分(钙离子、钠离子等离子或盐)或有机无机的复合成分等。因此，若长时间使用像上述那样的膜分离装置，则在上述原水间隔层的周围，产生有机成分、无机成分等附着和堆积的现象(所谓，污垢)。
当产生这样的污垢时，在膜分离装置内流动的处理水(原水等)的流动阻力增大，因此用于向膜分离装置供给原水的泵(供给泵)的负荷变大。此外，当产生污垢时，处理膜恐怕也会被有机成分等污垢物质污染，膜性能降低。
因此，在这种膜分离装置中，为了抑制污垢，需要定期地通过化学清洗等清洗原水间隔层等水处理用流路件，其保养管理的成本和劳力成为大的问题。此外，在清洗原水间隔层等水处理用流路件时，也恐怕会损伤处理膜。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能抑制污垢的产生的水处理用流路件。
(用于解决问题的方案)
用于解决所述问题的方案如以下所述。即，
<1>一种水处理用流路件，其由包含合成树脂和纳米碳材料的成型品构成。
<2>根据所述<1>所述的水处理用流路件，其中，所述纳米碳材料由碳纳米管构成。
<3>根据所述<1>或<2>所述的水处理用流路件，其中，所述所述合成树脂由热塑性树脂构成。
<4>根据所述<3>所述的水处理用流路件，其中，所述热塑性树脂由聚丙烯构成。
<5>根据所述<1>～<4>中任一项所述的水处理用流路件，其中，相对于所述合成树脂100质量份，所述纳米碳材料的配合比例为1～30质量份。
(发明效果)
根据本申请发明，能提供一种能抑制污垢的产生的水处理用流路件。
附图说明
图1是表示实施例1和比较例1的间隔层的照片的图。
图2是表示实施例1和比较例1的间隔层的网部的放大照片和截面照片的图。
图3是表示实施例1的浸渍试验的结果(荧光显微镜照片)的图。
图4是表示比较例1的浸渍试验的结果(荧光显微镜照片)的图。
图5是表示基于实施例1的荧光显微镜图像的结果和比较例1的荧光显微镜图像的结果而分析出的时间与荧光强度的关系的曲线图。
图6是表示实施例2和比较例2的间隔层的网部的放大照片和截面照片的图。
图7是交叉流过滤方式的试验装置的概略图。
图8是表示实施例2的透水试验的结果(荧光显微镜照片)的图。
图9是表示实施例3的透水试验的结果(荧光显微镜照片)的图。
图10是表示实施例4的透水试验的结果(荧光显微镜照片)的图。
图11是表示比较例2的透水试验的结果(荧光显微镜照片)的图。
图12是表示基于实施例2的荧光显微镜图像的结果和比较例2的荧光显微镜图像的结果而分析出的时间与荧光强度的关系的曲线图。
图13是表示基于实施例3的荧光显微镜图像的结果和比较例2的荧光显微镜图像的结果而分析出的时间与荧光强度的关系的曲线图。
图14是表示基于实施例4的荧光显微镜图像的结果和比较例2的荧光显微镜图像的结果而分析出的时间与荧光强度的关系的曲线图。
图15是表示实施例5的透水试验的结果(荧光显微镜照片)的图。
图16是表示比较例3的透水试验的结果(荧光显微镜照片)的图。
图17是表示基于实施例5的荧光显微镜图像的结果和比较例3的荧光显微镜图像的结果而分析出的时间与荧光强度的关系的曲线图。
具体实施方式
水处理用流路件由将包含合成树脂和纳米碳材料的组合物成型为规定形状的成型品构成。水处理用流路件用于具备RO膜等处理膜的膜分离装置。水处理用流路件例如用作夹存于膜分离装置所使用的多个处理膜之间的网状的间隔层(原水间隔层)等。
作为水处理用流路件所使用的合成树脂，可列举出：热塑性树脂、热固性树脂等。需要说明的是，作为合成树脂，出于成型性优异且容易使纳米碳材料均匀地分散等理由，优选为热塑性树脂。
作为热固性树脂，例如可列举出：酚醛树脂、环氧树脂、三聚氰胺树脂、尿素树脂等。
作为热塑性树脂，例如可列举出：聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、乙烯-丙烯共聚物等聚烯烃系树脂，丙烯酸系树脂，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)等聚酯系树脂，聚苯乙烯系树脂，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)树脂、改性聚苯醚、聚苯硫醚、聚酰胺、聚碳酸酯、聚缩醛等。热塑性树脂可以单独使用或组合两种以上使用。需要说明的是，作为热塑性树脂，优选为聚烯烃系树脂。
纳米碳材料是sp2碳系的碳材料，包括碳纳米管、石墨烯、富勒烯等。它们可以单独或组合两种以上使用。
碳纳米管具备将石墨烯片材卷成圆筒状那样的结构，直径为数nm～数十nm，长度为直径的数十倍～数千倍以上。碳纳米管被分类为石墨烯片材实质上为一层的单层碳纳米管和为两层以上的多层碳纳米管。只要不损害本发明的目的，作为碳纳米管，可以使用单层碳纳米管、多层碳纳米管中的任意一种。
石墨烯通常指一个原子的厚度的sp2键合碳原子的片材(单层石墨烯)，但只要不损害本发明的目的，也可以将层叠有单层石墨烯的状态的物质用作石墨烯。
富勒烯是具有闭壳结构的碳簇，通常，其碳数为60～130中的偶数。作为富勒烯的具体例子，可列举出：C60、C70、C76、C78、C80、C82、C84、C86、C88、C90、C92、C94、C96以及具有比它们多的碳的高级碳簇。只要不损害本发明的目的，可以组合碳数不同的富勒烯来使用，也可以使用单独的富勒烯。
在纳米碳材料中，出于获取容易性、通用性等观点，最优选为碳纳米管。
纳米碳材料相对于合成树脂的配合比例只要不损害本发明的目的，就没有特别限制，例如，相对于合成树脂100质量份，以1～30质量份的比例配合有纳米碳材料。需要说明的是，出于使作为基底(base)材料的合成树脂的特性发挥作用并且确保耐污垢性能等理由，对于纳米碳材料的配合量而言，相对于合成树脂100质量份，优选为30质量份以下，更优选为20质量份以下，进一步优选为17.6质量份以下。
在水处理用流路件的成型中使用的组合物中，只要不损害本发明的目的，除上述的合成树脂、纳米碳材料以外，还可以适当地配合防紫外线剂、着色剂(颜料、染料)、增粘剂、填料、表面活性剂、增塑剂等各种添加剂。
水处理用流路件利用规定的模具来适当地成型。例如，在合成树脂由热塑性树脂构成的情况下，水处理用流路件利用规定的模具来适当地注塑成型。
推测为，水处理用流路件通过配合有规定量的纳米碳材料，其表面因纳米碳材料的影响而亲水性提高。并且，推测为，通过在这样的表面形成水分子的薄膜，与水处理用流路件接触的液体中所包含的各种成分(例如，蛋白质等有机成分、碳酸钙等无机成分、藻酸、藻酸盐、腐植酸、腐植酸盐等天然有机物(Natural Organic Matter，NOM)、有机无机复合成分)不能接近水处理用流路件的表面。这样的水处理用流路件的耐污垢性优异。此外，水处理用流路件的刚性高，滑动性、抗菌性等也优异。
实施例
以下，基于实施例对本发明进一步详细进行说明。需要说明的是，本发明不受这些实施例的任何限定。
〔实施例1〕
如图1所示，准备俯视呈圆形的网状的间隔层(水处理用流路件)。实施例1的间隔层1由利用规定的模具来对相对于聚丙烯树脂100质量份，配合有碳纳米管18质量份的组合物进行成型而得的成型品构成。实施例1中的间隔层1的网部的各尺寸如图2所示。
〔比较例1〕
如图1所示，准备与实施例1相同的俯视呈圆形的网状的间隔层1C。比较例1的间隔层1C由利用与实施例1相同的模具来对聚丙烯树脂进行成型而得的成型品构成。需要说明的是，比较例1的间隔层1C的网部的各尺寸也如图2所示与实施例1相同。
〔耐污垢性评价〕
(浸渍试验)
在以200ppm的浓度包含用异硫氰酸荧光素(FITC)标记的牛血清白蛋白(BSA)(以下，FITC-BSA)的结垢物溶液中，以用金属丝悬挂的状态浸渍实施例1和比较例1的各间隔层1、1C。
(荧光显微镜观察)
在浸渍试验开始时(0小时)、经过规定时间后(24小时后、48小时后、72小时后、96小时后、120小时后、144小时后)通过荧光显微镜观察实施例1和比较例1的各间隔层1、1C。实施例1的荧光显微镜图像在图3示出，比较例1的荧光显微镜图像在图4示出。
如图3所示，确认到：在实施例1的间隔层1几乎没有附着FITC-BSA(蛋白质的一例)。推测出这是因为，通过含有碳纳米管，间隔层1的表面的亲水性提高，在其表面形成有水分子的薄膜，由此FITC-BSA不会接近间隔层1的表面。与此相对，如图4所示，确认到：在比较例1的间隔层1C，从经过24小时的时候开始，FITC-BSA逐渐附着和堆积。
图5是表示基于实施例1的荧光显微镜图像的结果和比较例1的荧光显微镜图像的结果来分析的时间与荧光强度的关系的曲线图。图5的曲线图的横轴表示浸渍试验的经过时间(小时)，纵轴表示荧光强度。此外，在此，将如图3和图4所示的各时间的荧光显微镜照片整体作为分析范围。
如图5所示，确认到：在实施例1的间隔层1，在经过144小时后荧光强度也几乎与试验开始时未改变。与此相对，确认到：在比较例1的间隔层1C，荧光强度随着时间经过而逐渐升高。
〔实施例2〕
准备俯视与实施例1同样地呈圆形且网部的构成如图6所示的构成的网状的间隔层(水处理用流路件)。实施例2的间隔层由利用规定的模具对相对于聚丙烯树脂100质量份，配合碳纳米管(CNT)5.3质量份(CNT：5质量％)的组合物进行成型而得的成型品构成。需要说明的是，实施例2的间隔层的网部与实施例1不同，成为相对于相互平行排列的多个下侧线部m1，以俯视交叉的方式相互平行排列的多个上侧线部m2重叠的形状。实施例2中的间隔层的网部的各尺寸如图6所示。
〔实施例3〕
除将碳纳米管(CNT)相对于聚丙烯树脂100质量份的配合量变更为11.1质量份(CNT：10质量％)以外，与实施例2同样地制作出实施例3的间隔层(水处理用流路件)。
〔实施例4〕
除将碳纳米管(CNT)相对于聚丙烯树脂100质量份的配合量变更为17.6质量份(CNT：15质量％)以外，与实施例2同样地制作出实施例4的间隔层(水处理用流路件)。
〔比较例2〕
除不配合有碳纳米管(CNT)以外，与实施例2同样地制作出由聚丙烯树脂构成的比较例2的间隔层。需要说明的是，比较例2中的间隔层的网部的各尺寸也如图6所示，与实施例2相同。
〔相对于有机成分的耐污垢性评价〕
(透水试验)
利用如图7所示的交叉流过滤方式的试验装置10来对实施例2～4和比较例2的各构件的异物去除性进行评价。在此，首先，参照图7对试验装置10进行说明。
图7是交叉流过滤方式的试验装置10的概略图。试验装置10具备：上游侧配管部11、下游侧配管部12、过滤单元13、反渗透膜14、回收容器15、泵16、阀门17、透过液排出部19等。
过滤单元13是以使过滤对象溶液18沿着由实施例2的构件等构成的试验片S的表面流动的方式，将试验片S以重叠的状态容纳于市售的反渗透膜14(商品名“SWC5”，日东电工株式会社制)上，并且利用反渗透膜14来对过滤对象溶液18进行过滤的部分。需要说明的是，作为过滤对象溶液18，使用以100ppm的浓度包含用异硫氰酸荧光素(FITC)标记的牛血清白蛋白(BSA)(以下，FITC-BSA)的10mmol/L的NaCl水溶液。
透过液排出部19是将透过反渗透膜14的透过液向外部排出的部分，从透过液排出部19排出的透过液由未图示的收集容器收集。
通过上游侧配管部11向过滤单元13供给容纳于回收容器15内的过滤对象溶液18。在过滤单元13与回收容器15之间，通过上游侧配管部11来连接。此外，在上游侧配管部11的中途配设有用于向过滤单元13送出过滤对象溶液18的泵16。此外，过滤单元13与回收容器15之间，通过下游侧配管部12来连接，从过滤单元13排出的过滤对象溶液18通过下游侧配管部12再次返回至回收容器15。需要说明的是，在下游侧配管部12的中途设有阀门17，在下游侧配管部12等进行循环的过滤对象溶液18的流量通过阀门17的打开/关闭调节。
使用这样的试验装置10，进行将上述过滤对象溶液18持续过滤144小时的过滤试验(透水试验)。需要说明的是，将过滤对象溶液18的供给压力设定为0.7MPa，将过滤对象溶液18的流量设定为500ml/分钟。然后，在这样的过滤试验(透水试验)开始时(0小时)、从试验开始起48小时后、96小时后以及144小时后，分别利用荧光显微镜20确认在重叠于反渗透膜14上的试验片S的表面所附着的异物(FITC-BSA)。实施例2～4和比较例2的各荧光显微镜图像的结果在图8～图11示出。此外，在图12～图14示出表示基于各荧光显微镜图像的结果和比较例2的荧光显微镜图像的结果而分析出的时间与实施例2～4的各荧光强度的关系的曲线图。需要说明的是，图12～图14的曲线图的横轴表示透水试验的经过时间(小时)，纵轴表示荧光强度。此外，在此，将图8～图11所示出的各时间的荧光显微镜照片整体作为分析范围。
如图8～图10和图12～图14所示，确认了在使用了有机成分的透水试验中，FITC-BSA也几乎未附着于实施例2～4的间隔层。推测出：这是因为通过含有碳纳米管(CNT)，间隔层的表面的亲水性提高，在其表面形成有水分子的薄膜，由此，FITC-BSA不会接近间隔层的表面。与此相对，如图11等所示，推测出：在透水试验的比较例2的间隔层，从经过48小时的时候开始，FITC-BSA逐渐附着和堆积，荧光强度逐渐升高。
〔实施例5〕
作为实施例5的间隔层，准备与实施例4相同的构成的间隔层。就是说，实施例5的间隔层由以聚丙烯树脂100质量份为基础聚合物，且以17.6质量份的比例(CNT：15质量％)配合有碳纳米管的组合物的成型品构成。
〔比较例3〕
作为比较例3的间隔层，准备与比较例2相同的构成间隔层。就是说，比较例3的间隔层由不配合有碳纳米管的聚丙烯树脂的成型品构成。
〔对于无机成分的耐污垢性评价〕
(透水试验)
作为过滤对象溶液18，代替包含FITC-BSA的10mmol/L的NaCl水溶液，变更为以1000ppm的浓度包含氯化钙(CaCl2)和以100ppm的浓度包含碳酸氢钠(NaHCO3)的10mmol/L的NaCl水溶液，除此以外，实质上与上述透水试验相同，进行利用试验装置10的对于无机成分的耐污垢性评价。将过滤对象溶液18的供给压力与上述透水试验同样地设定为0.7MPa，也将过滤对象溶液18的流量同样地设定为500ml/分钟。
然后，在这样的过滤试验(透水试验)开始时(0小时)、从试验开始起48小时后、96小时后以及144小时后，分别利用荧光显微镜20来确认在重叠于反渗透膜14上的试验片S的表面所附着的异物(钙成分)。需要说明的是，在以规定时间观察试验片S时，代替包含氯化钙等的上述NaCl水溶液，供给包含荧光成分(Calcein：钙黄绿素)的荧光着色用水溶液，对污垢成分进行荧光着色。观察后，代替荧光着色用水溶液，再次供给包含氯化钙等的上述NaCl水溶液。实施例5和比较例3的各荧光显微镜图像的结果在图15和图16示出。此外，在图17中示出表示基于实施例5的荧光显微镜图像的结果和比较例3的荧光显微镜图像的结果而分析出的与荧光强度的关系的曲线图。
如图15和图17所示，在使用了无机成分的透水试验中，也确认到在实施例5的间隔层几乎未附着钙成分。推测出：这是因为通过含有碳纳米管(CNT)，间隔层的表面的亲水性提高，在其表面形成有水分子的薄膜，由此钙成分不会接近间隔层的表面。与此相对，如图16和图17所示，确认到：在使用了无机成分的透水试验中的比较例3的间隔层，从经过48小时的时候起，钙成分逐渐附着和堆积，荧光强度逐渐升高。
符号说明
1……水处理用流路件(间隔层)。

Claims (5)

1.一种水处理用流路件，其由包含合成树脂和纳米碳材料的成型品构成。
2.根据权利要求1所述的水处理用流路件，其中，所述纳米碳材料由碳纳米管构成。
3.根据权利要求1或2所述的水处理用流路件，其中，所述合成树脂由热塑性树脂构成。
4.根据权利要求3所述的水处理用流路件，其中，所述热塑性树脂由聚丙烯构成。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的水处理用流路件，其中，相对于所述合成树脂100质量份，所述纳米碳材料的配合比例为1～30质量份。
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