DE112016001523T5

DE112016001523T5 - Umkehrosmose-Verbundmembran und Verfahren zur Herstellung einer Umkehrosmose-Verbundmembran

Info

Publication number: DE112016001523T5
Application number: DE112016001523.2T
Authority: DE
Inventors: Morinobu Endo; Toru Nogughi; Shigeki INUKAI
Original assignee: Shinshu University NUC
Current assignee: Shinshu University NUC
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2016-03-29
Publication date: 2018-03-15
Also published as: JP6407408B2; US11000811B2; WO2016158992A1; US10376847B2; KR20170131387A; JPWO2016158992A1; US20190321788A1; CN107530649A; CN107530649B; US20180043312A1; KR102005951B1

Abstract

Eine Umkehrosmose-Verbundmembran (100) umfasst: einen porösen Träger (102); und eine Umkehrosmosemembran (104), die auf dem porösen Träger (102) angeordnet ist und ein vernetztes Polyamid und Kohlenstoffnanoröhren (110) enthält. Die Umkehrosmosemembran (104) enthält die Kohlenstoffnanoröhren (110), die im vernetzten Polyamid entwirrt sind. Eine Verteilung von engsten Abständen zwischen den Kohlenstoffnanoröhren (110) in der Umkehrosmosemembran (104) weist eine Spitze auf, die innerhalb eines Bereichs einer Dicke der Umkehrosmosemembran liegt, und eine Halbwertsbreite der Spitze ist gleich der oder geringer als die Dicke der Umkehrosmosemembran (104).

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Umkehrosmose-Verbundmembran unter Verwendung von Kohlenstoffnanoröhren und ein Verfahren zur Herstellung der Membran.
STAND DER TECHNIK
Um den globalen Wassermangel und die globale Wasserverunreinigung zu bekämpfen, hat eine Wasserbehandlungstechnologie, die die Verwendung einer Umkehrosmosemembran (R0-Membran) beinhaltet, Aufmerksamkeit erregt. Von solchen Membranen war eine Umkehrosmosemembran unter Verwendung eines aromatischen Polyamids, das sogar eine Ionenkomponente wie z. B. Salz entfernen kann, mit einem Porendurchmesser von 1 nm oder weniger in Meerwasserentsalzungsanlagen am weitesten verbreitet.
Bei einer Wasserbehandlung, die die Verwendung einer Umkehrosmosemembran beinhaltet, verringern sich ein Permeatfluss und eine Entsalzungsleistung (NaCl-Zurückweisungsrate) mit der Zeit infolge der Anhaftung von Schmutz an der Umkehrosmosemembran. Folglich müssen der Permeatfluss und die Entsalzungsleistung durch periodisches Waschen der Umkehrosmosemembran wiederhergestellt werden. Ein Waschverfahren, das für das Waschen der Umkehrosmosemembran gewünscht ist, ist Waschen mit einer wässerigen Lösung, die ein Hypochlorit oder aktives Chlor mit einer Oxidationsleistung enthält, da das Waschen in den Zersetzungs- und Entfernungseigenschaften für eine Proteinkomponente und dergleichen, der mikrobiziden Eigenschaft und Sterilisationseigenschaft ausgezeichnet ist.
Die Umkehrosmosemembran unter Verwendung des aromatischen Polyamids weist jedoch eine geringe Beständigkeit gegen Chlor mit einer Oxidationsleistung auf und daher verschlechtert sich ein Abschnitt in Kontakt mit Chlor. Folglich beinhaltet die Membran insofern ein Problem, als ihre Entsalzungsleistung sich nach dem Waschen mit oxidierendem Chlor relativ zu jener vor dem Waschen extrem verringert.
Umkehrosmosemembranen unter Verwendung von Kohlenstoffnanoröhren wurden auch vorgeschlagen (Nicht-Patent-Literaturen 1 bis 3). Jeder der Vorschläge ist jedoch in der Leistung einer Umkehrosmosemembran unterlegen, die derzeit auf dem Markt erhältlich ist, und zeigt keine drastische Verbesserung der Chlorbeständigkeit.
ENTGEGENHALTUNGSLISTE
NICHT-PATENT-LITERATUR

NPL 1: Hee Joong Kim und sieben weitere, ”High-Performance Reverse Osmosis CNT/Polyamide Nanocomposite Membrane by Controlled Interfacial Interactions”, ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 2819-2829
NPL 2: Hee Dae Lee und drei weitere, ”Experimental Evidence of Rapid Water Transport through Carbon Nanotubes Embedded in Polymeric Desalination Membranes”, Small, Band 10, Ausgabe 13, Seiten 2653–2660, 9. Juli 2014
NPL 3: Haiyang Zhao und fünf weitere, ”Improving the performance of polyamide reverse osmosis membrane by incorporation of modified multi-walled carbon nanotubes” Journal of Membrane Science, 450, 2014, 249–256

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Angesichts des Vorangehenden besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Umkehrosmose-Verbundmembran, die in der Chlorbeständigkeit ausgezeichnet ist, und ein Verfahren zur Herstellung der Umkehrosmose-Verbundmembran zu schaffen.
LÖSUNG FÜR DAS PROBLEM
Anwendungsbeispiel 1
Eine Umkehrosmose-Verbundmembran gemäß diesem Anwendungsbeispiel umfasst:
einen porösen Träger; und
eine Umkehrosmosemembran, die auf dem porösen Träger angeordnet ist und ein vernetztes Polyamid und Kohlenstoffnanoröhren enthält,
wobei die Umkehrosmosemembran entwirrte Kohlenstoffnanoröhren im vernetzten Polyamid enthält;
wobei eine Verteilung von engsten Abständen zwischen den Kohlenstoffnanoröhren in der Umkehrosmosemembran eine Spitze aufweist, die innerhalb eines Bereichs einer Dicke der Umkehrosmosemembran liegt; und
wobei eine Halbwertsbreite der Spitze gleich der oder geringer als die Dicke der Umkehrosmosemembran ist.
Anwendungsbeispiel 2
In der obigen Umkehrosmose-Verbundmembran können die entwirrten Kohlenstoffnanoröhren eine kontinuierliche dreidimensionale Struktur durch das vernetzte Polyamid bilden.
Anwendungsbeispiel 3
In der obigen Umkehrosmose-Verbundmembran
kann das vernetzte Polyamid ein vernetztes aromatisches Polyamid sein; und
die Umkehrosmosemembran kann ein molekular orientiertes vernetztes aromatisches Polyamid enthalten, das dazu konfiguriert ist, die Kohlenstoffnanoröhren zu bedecken.
Anwendungsbeispiel 4
In der obigen Umkehrosmose-Verbundmembran kann ein Gehalt der Kohlenstoffnanoröhren in der Umkehrosmosemembran 5 Masse-% oder mehr und 30 Masse-% oder weniger sein.
Anwendungsbeispiel 5
In der obigen Umkehrosmose-Verbundmembran kann die Verteilung eine Normalverteilung sein.
Anwendungsbeispiel 6
In der obigen Umkehrosmose-Verbundmembran können die Kohlenstoffnanoröhren einen mittleren Durchmesser von 5 nm oder mehr und 30 nm oder weniger aufweisen.
Anwendungsbeispiel 7
In der obigen Umkehrosmose-Verbundmembran kann das molekular orientierte vernetzte aromatische Polyamid eine Schicht auf einer Oberfläche von jeder der Kohlenstoffnanoröhren bilden, wobei die Schicht eine Dicke von 1 nm oder mehr und 50 nm oder weniger aufweist.
Anwendungsbeispiel 8
In der obigen Umkehrosmose-Verbundmembran
kann die Umkehrosmose-Verbundmembran einen Permeatfluss von 0,8 m³/(m²·Tag·MPa) oder mehr und eine NaCl-Zurückweisungsrate von 95% oder mehr aufweisen, wenn eine wässerige Lösung von NaCl mit einem pH-Wert von 7, einer Temperatur von 23°C und einer Konzentration von 2000 ppm mit einem Betriebsdruck von 1,55 MPa zugeführt wird; und
kann die Umkehrosmose-Verbundmembran eine Reduktionsrate der NaCl-Zurückweisungsrate von weniger als 10% aufweisen, nachdem sie in eine wässerige Lösung von Natriumhypochlorit mit einem pH-Wert von 9 ± 0,5, einer Temperatur von 23°C und einer Konzentration von 200 ppm für 24 Stunden eingetaucht wurde.
Anwendungsbeispiel 9
In der obigen Umkehrosmose-Verbundmembran kann die Umkehrosmose-Verbundmembran eine Reduktionsrate eines Permeatflusses von weniger als 35% aufweisen, nachdem sie mit einer wässerigen Lösung, die Rinderserumalbumin mit einer Konzentration von 200 ppm enthielt, für 72 Stunden in Kontakt gebracht wurde.
Anwendungsbeispiel 10
Ein Verfahren zur Herstellung einer Umkehrosmose-Verbundmembran gemäß diesem Anwendungsbeispiel umfasst:
Bringen einer gemischten Flüssigkeit, die Kohlenstoffnanoröhren, Wasser und eine Aminkomponente enthält, in Kontakt mit einem porösen Träger; und
dann Unterziehen der Aminkomponente in der gemischten Flüssigkeit, die am porösen Träger anhaftet, einer Vernetzungsreaktion,
wobei die gemischte Flüssigkeit durch einen Schritt der Druckbeaufschlagung und Kompression einer wässerigen Lösung, die die Kohlenstoffnanoröhren enthält, während die wässerige Lösung fließt, gefolgt von Abbau oder Verringerung eines Drucks, um ein Volumen der wässerigen Lösung auf ein ursprüngliches Volumen zurückzuführen, um die Kohlenstoffnanoröhren zu mischen, hergestellt wird.
Anwendungsbeispiel 11
Im obigen Verfahren zur Herstellung einer Umkehrosmose-Verbundmembran
kann ein Gehalt der Aminkomponente in der gemischten Flüssigkeit 1,0 Masse-% oder mehr und 3,0 Masse-% oder weniger sein, und
kann ein Gehalt der Kohlenstoffnanoröhren in der gemischten Flüssigkeit 0,11 Masse-% oder mehr und 1,3 Masse-% oder weniger sein.
Anwendungsbeispiel 12
Im obigen Verfahren zur Herstellung einer Umkehrosmose-Verbundmembran kann die Aminkomponente ein aromatisches Amin sein.
Anwendungsbeispiel 13
Im obigen Verfahren zur Herstellung einer Umkehrosmose-Verbundmembran kann die wässerige Lösung, die die Kohlenstoffnanoröhren enthält, ferner ein Tensid enthalten.
VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNG
Die Umkehrosmose-Verbundmembran gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht das Waschen mit einer wässerigen Lösung, die oxidierendes Chlor enthält. Außerdem ermöglicht das Verfahren zur Herstellung einer Umkehrosmose-Verbundmembran gemäß der vorliegenden Erfindung die Herstellung einer Umkehrosmose-Verbundmembran, die mit einer wässerigen Lösung gewaschen werden kann, die oxidierendes Chlor enthält.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Längsschnittansicht zum schematischen Darstellen einer Umkehrosmose-Verbundmembran 100.
2 ist eine Draufsicht zum schematischen Darstellen einer glatten Oberfläche einer Umkehrosmosemembran 104, die mit einem Rasterelektronenmikroskop beobachtet wird.
3 ist ein Graph zum Darstellen der Verteilung von engsten Abständen zwischen Kohlenstoffnanoröhren.
4 ist ein schematisches Diagramm einer Kohlenstoffnanoröhre 110 in der Umkehrosmosemembran 104.
5 ist ein Permeatfluss-NaCl-Zurückweisungsraten-Graph.
6 ist ein Graph einer NaCl-Zurückweisungsrate und eines Permeatflusses gegenüber dem Produkt einer Chlorkonzentration und einer Eintauchzeit.
7 ist eine Photographie einer zerrissenen Oberfläche der Umkehrosmose-Verbundmembran 100 von Beispiel 1, die mit einem Rasterelektronenmikroskop erhalten wird.
8 ist eine Photographie der Kohlenstoffnanoröhre 110 der Umkehrosmose-Verbundmembran 100 von Beispiel 1, die mit einem Transmissionselektronenmikroskop erhalten wird.
9 ist eine Transmissionselektronenmikroskop-Photographie eines vernetzten aromatischen Polyamids in einer Umkehrosmosemembran, die von irgendeiner Kohlenstoffnanoröhre frei ist.
10 ist eine Photographie einer Umkehrosmose-Verbundmembran von Vergleichsbeispiel 2.
11 ist eine Photographie, die durch Vergrößern eines Teils von 10 erhalten wird.
12 ist ein Graph zum Darstellen einer Änderung des Permeatflusses, wenn eine Umkehrosmose-Verbundmembran mit einer wässerigen Lösung, die Rinderserumalbumin mit einer Konzentration von 200 ppm enthält, für 96 Stunden in Kontakt gebracht wird.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen im Einzelnen beschrieben.
A. Umkehrosmose-Verbundmembran
Eine Umkehrosmose-Verbundmembran gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst: einen porösen Träger; und eine Umkehrosmosemembran, die auf dem porösen Träger angeordnet ist, wobei die Umkehrosmosemembran ein vernetztes Polyamid und Kohlenstoffnanoröhren enthält. Die Umkehrosmosemembran enthält entwirrte Kohlenstoffnanoröhren im vernetzten Polyamid. Eine Verteilung von engsten Abständen zwischen den Kohlenstoffnanoröhren in der Umkehrosmosemembran weist eine Spitze innerhalb eines Bereichs einer Dicke der Umkehrosmosemembran auf und eine Halbwertsbreite der Spitze ist gleich der oder geringer als die Dicke der Umkehrosmosemembran.
1 ist eine Längsschnittansicht zum schematischen Darstellen einer Umkehrosmose-Verbundmembran 100.
In der Umkehrosmose-Verbundmembran 100 ist eine Umkehrosmosemembran 104 auf einem porösen Träger 102 angeordnet. Mindestens eine Oberfläche des porösen Trägers 102 ist mit der Umkehrosmosemembran 104 bedeckt. Die Umkehrosmosemembran 104 enthält ein vernetztes Polyamid 120 (eine Beschreibung wird nachstehend durch Heranziehen eines vernetzten aromatischen Polyamids als Beispiel gegeben, aber das Polyamid ist nicht darauf begrenzt) und Kohlenstoffnanoröhren 110. Die Gesamtheit der Oberfläche (mit einem Mikroskop beobachtet) der Umkehrosmosemembran 104 ist mit einem vernetzten aromatischen Polyamid 120 bedeckt.
Die Umkehrosmosemembran 104 enthält die entwirrten Kohlenstoffnanoröhren 110 im vernetzten aromatischen Polyamid 120. Das vernetzte aromatische Polyamid 120 dient als Matrix und ein Spalt zwischen den zueinander benachbarten entwirrten Kohlenstoffnanoröhren 110 ist mit dem vernetzten aromatischen Polyamid 120 gefüllt. Rohmaterialien für die Kohlenstoffnanoröhren befinden sich typischerweise in einem solchen Aggregatzustand, dass sie durch eine intermolekulare Kraft miteinander in Kontakt gebracht werden, wodurch ein Agglomerat gebildet wird. Die Kohlenstoffnanoröhren werden jedoch durch einen später zu beschreibenden Schritt von dem Agglomerat entwirrt und daher werden die Kohlenstoffnanoröhren 110 in einen solchen entwirrten Zustand gebracht, dass sie im vernetzten aromatischen Polyamid 120 dispergiert sind. Die Tatsache, dass die Kohlenstoffnanoröhren 110 im vernetzten aromatischen Polyamid 120 entwirrt sind, kann durch die Verteilung von engsten Abständen zwischen den Kohlenstoffnanoröhren 110 in der Umkehrosmosemembran 104 bestätigt werden.
Die engsten Abstände zwischen den Kohlenstoffnanoröhren können durch Beobachtung mit einem Rasterelektronenmikroskop gemessen werden. Insbesondere wird ein dünnfilmartiges Teststück, in dem die Oberfläche der Umkehrosmosemembran 104 in eine glatte Oberfläche umgewandelt ist, durch Schneiden entlang der Oberfläche der Umkehrosmose-Verbundmembran 100 durch ein Kryomikrotomverfahren ausgeschnitten (z. B. Schneiden in einer Position, die durch den Pfeil angegeben ist, der in der linken Seite von 1 dargestellt ist) und die glatte Oberfläche (Umkehrosmosemembran 104) des Teststücks wird mit dem Rasterelektronenmikroskop beobachtet.
2 ist eine Draufsicht zum schematischen Darstellen der glatten Oberfläche der Umkehrosmosemembran 104, die mit dem Rasterelektronenmikroskop beobachtet wird. Wenn die glatte Oberfläche der Umkehrosmosemembran 104 mit dem Rasterelektronenmikroskop beobachtet wird, werden die geschnittenen Abschnitte der Kohlenstoffnanoröhren 110, die im vernetzten aromatischen Polyamid 120 verstreut sind, gefunden, wie in 2 dargestellt. In 2 sind die geschnittenen Abschnitte der Kohlenstoffnanoröhren 110 durch schwarze Punkte dargestellt. In der Umkehrosmosemembran 104 werden die engsten Abstände zwischen den Kohlenstoffnanoröhren jeweils nicht als Intervall zwischen den Oberflächen der Kohlenstoffnanoröhren, sondern als Abstand zwischen den Zentren der geschnittenen Oberflächen der Kohlenstoffnanoröhren gemessen.
Ein Verfahren zum Messen der engsten Abstände wird mit Bezug auf 2 speziell beschrieben.
Zuerst wird ein solches Bild der glatten Oberfläche der Umkehrosmosemembran 104, die mit dem Rasterelektronenmikroskop photographiert wird, wie in 2 dargestellt, in einem Computer erfasst.
Als nächstes zeigt ein Messender das Bild auf dem Bildschirm des Computers an und erfasst Koordinaten im Bild für jeden der geschnittenen Abschnitte einer vorbestimmten Anzahl (20000) der Kohlenstoffnanoröhren 110, die durch schwarze Punkte in 2 dargestellt sind, die in einer vorbestimmten Fläche (einer Messfläche von 441 μm²) vorhanden sind.
Wenn die Koordinaten einer vorbestimmten Anzahl von schwarzen Punkten nahe zueinander erfasst werden, wird als nächstes irgendein anderer schwarzer Punkt im engsten Abstand von jedem schwarzen Punkt gefunden und ein Abstand zwischen den zwei Punkten wird für jeden schwarzen Punkt bestimmt. Die Koordinaten eines schwarzen Punkts in einer Position am nächsten zu den Koordinaten einer Kohlenstoffnanoröhre 110a in 2 aus mehreren schwarzen Punkten, die um die Kohlenstoffnanoröhre 110a vorhanden sind, sind beispielsweise die Koordinaten einer Kohlenstoffnanoröhre 110b und ein Abstand zwischen den zwei Punkten ist ein engster Abstand L in der Kohlenstoffnanoröhre 110a. Die Operation der Bestimmung des engsten Abstandes L vom Abstand zwischen den zwei Punkten wird für jeden schwarzen Punkt durchgeführt. Die Operation des Findens der Koordinaten von irgendeinem anderen schwarzen Punkt am nächsten zu den Koordinaten eines schwarzen Punkts im Bild, die Operation des Messens eines Abstandes zwischen den zwei Punkten und die Operation der Bestimmung des engsten Abstandes L können automatisch mit dem Computer analysiert und verarbeitet werden.
Die Verteilung der engsten Abstände zwischen den Kohlenstoffnanoröhren 110 wird aus den Messergebnissen als Graph erzeugt, in dem die Ergebnisse gegen eine Abszissenachse, die einen engsten Abstand (nm) angibt, und eine Ordinatenachse, die die Anzahl von Messpunkten (Frequenz) angibt, aufgetragen werden. Eine Messfläche und die Anzahl von Messpunkten im Teststück sind 441 μm² bzw. 20000. Wenn die Messfläche und die Anzahl von Messpunkten im Teststück 200 μm² oder mehr bzw. 10000 oder mehr sind, und die nahe beieinander liegenden Kohlenstoffnanoröhren 110 einer Messung ohne Auslassung unterzogen werden, kann eine Verteilung, mit der, ob die Kohlenstoffnanoröhren 110 entwirrt sind oder nicht, beurteilt werden kann, erhalten werden. Es ist jedoch geeignet, dass die Messfläche 400 μm² oder mehr ist und die Anzahl von Messpunkten 20000 oder mehr ist.
In der vorliegenden Erfindung ist ein Zustand, in dem die Kohlenstoffnanoröhren 110 in der Umkehrosmosemembran 104 entwirrt sind, ein Zustand, in dem die Verteilung der engsten Abstände zwischen den Kohlenstoffnanoröhren 110 in der Umkehrosmosemembran 104 eine Spitze innerhalb des Bereichs der Dicke der Umkehrosmosemembran 104 zeigt, und die Halbwertsbreite der Spitze gleich der oder geringer als die Dicke der Umkehrosmosemembran 104 ist.
Die Verteilung der engsten Abstände zwischen den Kohlenstoffnanoröhren wird mit Bezug auf 3 beschrieben. 3 ist ein Graph zum Darstellen eines Beispiels der Verteilung der engsten Abstände zwischen den Kohlenstoffnanoröhren und die Messung der Verteilung wurde an den entwirrten Kohlenstoffnanoröhren durchgeführt. Eine Probe (entwirrte Probe), in der die Kohlenstoffnanoröhren entwirrt sind, die bei der Messung verwendet wird, ist ein Teststück, das aus einer Umkehrosmosemembran ausgeschnitten ist, die unter den Bedingungen des später zu beschreibenden Beispiels 1 hergestellt wurde. Wie in 3 dargestellt, weist die Verteilung der engsten Abstände zwischen den entwirrten Kohlenstoffnanoröhren eine Spitze innerhalb des Bereichs der Dicke (z. B. 100 nm) der Umkehrosmosemembran auf, wie durch Dreieckmarkierungen dargestellt. Außerdem ist die Halbwertsbreite der Spitze gleich oder geringer als die Dicke der Umkehrosmosemembran. Außerdem ist die Verteilung der engsten Abstände zwischen den entwirrten Kohlenstoffnanoröhren eine Normalverteilung. Wenn die Kohlenstoffnanoröhren nicht ausreichend entwirrt sind und daher ein Agglomerat der Kohlenstoffnanoröhren vorhanden ist, wie durch Kreismarkeirungen in 3 dargestellt, weist die Verteilung der engsten Abstände dazwischen keine klare Spitze innerhalb des Bereichs der Dicke der Umkehrosmosemembran auf und zeigt keine Normalverteilung. In dem in 3 dargestellten Beispiel ist eine Probe (verwirrte Probe), in der ein Agglomerat vorhanden ist und Kohlenstoffnanoröhren nicht entwirrt sind, ein Teststück, das aus einer Umkehrosmosemembran ausgeschnitten ist, die unter den Bedingungen des später zu beschreibenden Vergleichsbeispiels 2 hergestellt wurde. Ein Intervall zwischen Kohlenstoffnanoröhren in einem Agglomerat (in der Beschreibung der vorliegenden Anmeldung bezieht sich der Begriff ”Agglomerat” auf ein Agglomerat mit einem maximalen Durchmesser von 50 nm oder mehr) kann nicht gemessen werden. Dies liegt daran, dass, wenn die Umkehrosmosemembran 104 durch ein Kryomikrotomverfahren geschnitten wird, die Membran geschnitten wird, während ein Agglomerat gemieden wird, und daher kein Agglomerat auf einer glatten Oberfläche der Membran beobachtet werden kann.
Die Messergebnisse von 3 werden durch Durchführen der Messung nach dem Ausschneiden eines dünnfilmartigen Teststücks durchgeführt, in dem die Oberfläche der Umkehrosmosemembran 104 in eine glatte Oberfläche umgewandelt ist, wie in 1 dargestellt. Selbst wenn die Umkehrosmosemembran 104 in ihrer Dickenrichtung geschnitten wird und der resultierende Abschnitt der Messung unterzogen wird, wird jedoch grundsätzlich eine ähnliche Verteilung erhalten. Dies liegt daran, dass die Kohlenstoffnanoröhren 110 in einer im Wesentlichen dreidimensional isotropen Weise verteilt sind.
In der Umkehrosmosemembran, die die entwirrten Kohlenstoffnanoröhren enthält, sind die Kohlenstoffnanoröhren mit einer relativ hohen Konzentration (hohes Mischverhältnis) dispergiert und daher werden die engsten Abstände zwischen den Kohlenstoffnanoröhren selten größer als die Dicke der Umkehrosmosemembran. Die meisten der engsten Abstände zwischen den Kohlenstoffnanoröhren sind gleich der oder geringer als die Dicke der Umkehrosmosemembran und daher ist die Halbwertsbreite der Spitze in der Verteilung der engsten Abstände gleich der oder geringer als die Dicke der Umkehrosmosemembran und die Position der Spitze fällt in den Bereich der Dicke der Umkehrosmosemembran.
Wenn die Kohlenstoffnanoröhren nicht entwirrt sind, tritt außerdem ein Agglomerat auf, und daher ist an einem Ort, an dem kein Agglomerat vorhanden ist, die Konzentration der Kohlenstoffnanoröhren niedrig und die Kohlenstoffnanoröhren sind weit dispergiert. Folglich sind viele engste Abstände gleich der oder mehr als die Dicke der Umkehrosmosemembran vorhanden und daher wird eine breite Verteilung wie jene der verwirrten Probe von 3 erhalten und die Anzahl von solchen Messpunkten, an denen die engsten Abstände dazwischen gleich der oder geringer als die Dicke der Umkehrosmosemembran sind, ist klein.
Die Verteilung der engsten Abstände zwischen den Kohlenstoffnanoröhren in der Umkehrosmosemembran kann eine solche Normalverteilung sein, wie in 3 dargestellt. Dies liegt daran, dass, wenn die Kohlenstoffnanoröhren in der Umkehrosmosemembran entwirrt sind, die Variabilität der Verteilung der engsten Abstände kleiner wird und daher die Verteilung der engsten Abstände zwischen den Kohlenstoffnanoröhren eine Normalverteilung zeigt. Der Begriff ”Normalverteilung”, wie hier verwendet, umfasst auch eine Verteilung nahe der Normalverteilung. Außerdem kann die Verteilung der engsten Abstände zwischen den Kohlenstoffnanoröhren in der Umkehrosmosemembran eine Poisson-Verteilung oder eine Lorentz-Verteilung sein.
Die Erfahrung der Messung der Proben der Beispiele hat gezeigt, dass die engsten Abstände einer Probe, in denen Kohlenstoffnanoröhren entwirrt sind, eine Normalverteilung mit einem Mittelwert von 20 nm oder mehr und 80 nm oder weniger und einer Standardabweichung σ von 20 nm oder mehr und 75 nm oder weniger zeigen.
In einem solchen Graphen, der die Verteilung der engsten Abstände zwischen den Kohlenstoffnanoröhren zeigt, wie in 3 dargestellt, wenn die Konzentration der Kohlenstoffnanoröhren in der Umkehrosmosemembran höher wird, scheint sich die Spitze zu einer linken Seite zu verschieben; wenn die Konzentration der Kohlenstoffnanoröhren niedriger wird, scheint sich dagegen die Spitze zu einer rechten Seite zu verschieben.
Als nächstes wird eine dreidimensionale Struktur beschrieben. Wie in 1 dargestellt, können in der Umkehrosmosemembran 104 die entwirrten Kohlenstoffnanoröhren 110 eine dreidimensionale Struktur durch das vernetzte aromatische Polyamid bilden. Der Begriff ”dreidimensionale Struktur” bezieht sich auf eine Struktur, in der die Kohlenstoffnanoröhren 110, die im vernetzten aromatischen Polyamid der Umkehrosmosemembran 104 dispergiert sind, in einem Abschnitt miteinander verbunden sind, in dem die Nanoröhren durch das vernetzte aromatische Polyamid einander schneiden, so dass sie dreidimensional kontinuierlich sind. Mit anderen Worten, die dreidimensionale Struktur kann als Struktur umschrieben werden, in der die Kohlenstoffnanoröhren 110 zu einem sich dreidimensional ausbreitenden Netz ausgebildet sind. Das vernetzte aromatische Polyamid haftet an den Oberflächen der Kohlenstoffnanoröhren 110 in der dreidimensionalen Struktur und in einem Abschnitt, in dem die Kohlenstoffnanoröhren 110 miteinander verbunden sind, liegen die Kohlenstoffnanoröhren 110 nahe zueinander, während sie durch die Dicke des vernetzten aromatischen Polyamids, das an den Nanoröhren haftet, voneinander entfernt sind. Wenn die vielen entwirrten Kohlenstoffnanoröhren 110 in der Gesamtheit der Umkehrosmosemembran 104 dispergiert sind, bildet die dreidimensionale Struktur eine sterische kontinuierliche Struktur in der Gesamtheit der Membran.
Als nächstes wird die molekulare Orientierung beschrieben. 4 ist eine Ansicht zum schematischen Darstellen der Kohlenstoffnanoröhre 110 in der Umkehrosmosemembran 104. Die Kohlenstoffnanoröhre 110 in der Umkehrosmosemembran 104 kann eine molekular orientierte vernetzte aromatische Polyamidschicht 112 umfassen, die dazu konfiguriert ist, ihre Oberfläche zu bedecken. Das vernetzte aromatische Polyamid in Kontakt mit oder nahe den entwirrten Kohlenstoffnanoröhren 110 kann molekular orientiert sein. Wenn die molekular orientierte vernetzte aromatische Polyamidschicht 112 so ausgebildet wird, dass sie die Kohlenstoffnanoröhre 110 bedeckt, wird die vernetzte aromatische Polyamidschicht 112 durch die Kohlenstoffnanoröhre 110 mechanisch verstärkt und daher ist die Abschälfestigkeit der vernetzten aromatischen Polyamidschicht 112 an der Kohlenstoffnanoröhre 110 verbessert. Wenn der Gehalt der Kohlenstoffnanoröhren 110 zunimmt, nähern sich ferner die vernetzten aromatischen Polyamidschichten 112, die mit den Kohlenstoffnanoröhren 110 in Kontakt stehen oder nahe diesen liegen, so dass sie molekular orientiert sind, einander an oder überlappen einander. Dann nimmt das Volumen der molekular orientierten vernetzten aromatischen Polyamidschichten 112 in der Gesamtheit der Umkehrosmosemembran 104 zu und folglich werden die mechanische Festigkeit und chemische Beständigkeit in der Umkehrosmosemembran 104 verbessert. Folglich können die Abschälbeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit verbessert werden, während die Umkehrosmose-Verbundmembran 100 (1) eine hohe Entsalzungsleistung aufweist. Hier bedeutet der Begriff ”Abschälbeständigkeit”, dass die vernetzte aromatische Polyamidschicht 112 sich kaum von der Kohlenstoffnanoröhre 110 abschält, und der Begriff ”Oxidationsbeständigkeit” bedeutet eine Schwierigkeit bei der Verschlechterung durch oxidierendes Chlor, d. h. Chlorbeständigkeit. Damit die vernetzte aromatische Polyamidschicht 112 sich notwendigerweise in einem Zustand befinden kann, in dem sie zur Kohlenstoffnanoröhre in der Umkehrosmosemembran 104 benachbart ist, ist im Fall von beispielsweise den Kohlenstoffnanoröhren 110 mit einem mittleren Durchmesser von 5 nm oder mehr und 30 nm oder weniger, ihr Gehalt wünschenswerterweise 10 Masse-% oder mehr.
Unter einem solchen Gehalt der Kohlenstoffnanoröhren werden, selbst wenn das vernetzte aromatische Polyamid, das nicht molekular orientiert ist, das zwischen den vernetzten aromatischen Polyamidschichten 112 benachbart zueinander vorhanden ist, geringfügig in der Umkehrosmosemembran 104 bleibt, der Abschnitt, der nicht molekular orientiert ist, und die molekular orientierten vernetzten aromatischen Polyamidschichten 112 integriert und werden daher mechanisch verstärkt. Folglich kann die Gesamtheit der Membran eine relativ hohe Chlorbeständigkeit aufweisen.
Die molekulare Orientierung der vernetzten aromatischen Polyamidschicht 112 kann durch Unterziehen der Umkehrosmosemembran 104 einer Elektronenbeugungsanalyse mit einem Transmissionselektronenmikroskop bestätigt werden.
Wie aus der vorangehenden Beschreibung ersichtlich ist, ist ein Zustand, in dem die Verteilung der engsten Abstände L der Kohlenstoffnanoröhren 110 eine Spitze innerhalb des Bereichs der Dicke der Umkehrosmosemembran 104 (3) aufweist, ein Zustand, in dem die Kohlenstoffnanoröhren 110 so angeordnet sind, dass sie an irgendeiner Stelle der Umkehrosmosemembran 104 nahe zueinander liegen. Die Kohlenstoffnanoröhren 110, die so angeordnet sind, dass sie nahe zueinander liegen, sind durch die molekular orientierten vernetzten Polyamidschichten 112 miteinander verknüpft (4), um eine dreidimensionale Struktur mit einer hohen mechanischen Festigkeit in der Umkehrosmosemembran 104 zu bilden. Die vernetzte aromatische Polyamidschicht 112, die dazu konfiguriert ist, den Umfang der Kohlenstoffnanoröhre 110 zu bedecken, kann eine hohe Abschälbeständigkeit an der Kohlenstoffnanoröhre 110 aufweisen. Außerdem sind die molekular orientierten vernetzten aromatischen Polyamidschichten 112 in im Wesentlichen der Gesamtheit der Umkehrosmosemembran 104 zusammen mit den Kohlenstoffnanoröhren 110 vorhanden, und daher ist die Oxidationsbeständigkeit (Chlorbeständigkeit) verbessert, während die Entsalzungsleistung, die durch das vernetzte aromatische Polyamid aufgezeigt wird, sichergestellt ist.
Es ist erwünscht, dass die Umkehrosmosemembran 104 von irgendeinem Agglomerat der Kohlenstoffnanoröhren 110 im Wesentlichen frei ist. Wenn ein Agglomerat in der Umkehrosmosemembran 104 vorhanden ist, dient der Agglomeratabschnitt als Strukturdefekt, der die Festigkeit der Membran beeinträchtigt. Außerdem wird die Umkehrosmosemembran 104 mit vielen Agglomeraten wahrscheinlich durch Waschen mit oxidierendem Chlor verschlechtert, da ein Bereich, der nur aus dem vernetzten aromatischen Polyamid ausgebildet ist, in dem die Kohlenstoffnanoröhren 110 nicht vorhanden sind, insbesondere ein Bereich, der aus dem vernetzten aromatischen Polyamid ausgebildet ist, das nicht molekular orientiert ist, zwischen einem Agglomerat und einem benachbarten Agglomerat umfangreich vorhanden ist. In der Umkehrosmosemembran 104 mit vielen Agglomeraten tritt ferner das vernetzte aromatische Polyamid nicht in irgendein Agglomerat ein und daher wird die Entsalzungsleistung beeinträchtigt.
Der Gehalt der Kohlenstoffnanoröhren 110 in der Umkehrosmosemembran 104, die in 1 dargestellt ist, kann 5 Masse-% oder mehr und 30 Masse-% oder weniger sein. Ferner kann der Gehalt der Kohlenstoffnanoröhren 110 in der Umkehrosmosemembran 104 10 Masse-% oder mehr und 30 Masse-% oder weniger sein und kann insbesondere 12,5 Masse-% oder mehr und 30 Masse-% oder weniger sein. Wenn der Gehalt der Kohlenstoffnanoröhren 110 in der Umkehrosmosemembran 104 5 Masse-% oder mehr ist, kann eine dreidimensionale Struktur in der Gesamtheit der Umkehrosmosemembran 104 ausgebildet werden. Insbesondere wenn der Gehalt der Kohlenstoffnanoröhren 110 in der Umkehrosmosemembran 104 12,5 Masse-% oder mehr ist, sind die meisten der engsten Abstände L gleich der oder geringer als die Dicke der Umkehrosmosemembran 104. Wenn der Gehalt der Kohlenstoffnanoröhren 110 in der Umkehrosmosemembran 104 30 Masse-% oder geringer ist, können die Kohlenstoffnanoröhren 110 außerdem mit dem aromatischen Polyamid bedeckt sein.
Die Dicke der Umkehrosmosemembran 104 kann 50 nm oder mehr und 1000 nm oder weniger sein und kann 100 nm oder mehr und 500 nm oder weniger sein. Wenn die Dicke der Umkehrosmosemembran 104 50 nm oder mehr ist, kann die dreidimensionale Struktur der Kohlenstoffnanoröhren 110 ausgebildet werden, und wenn die Dicke 1000 nm oder weniger ist, kann ein praktischer Permeatfluss erhalten werden.
Die Umkehrosmose-Verbundmembran 100 kann selbst bei einem relativ hohen Betriebsdruck verwendet werden, da die Membran in der Druckbeständigkeit aufgrund eines Verstärkungseffekts, der durch die dreidimensionale Struktur der Kohlenstoffnanoröhren 110 aufgezeigt wird, ausgezeichnet ist. Die Tatsache, dass der Betriebsdruck erhöht werden kann, trägt zu einer Erhöhung des Permeatflusses bei.
Beispiele der Arten von Lösungen, die mit der Umkehrosmose-Verbundmembran 100 getrennt werden sollen, umfassen Salzlösung mit hoher Konzentration, Meerwasser und konzentriertes Meerwasser (Entsalzung).
Der Permeatfluss, die NaCl-Zurückweisungsrate, die Erhöhungsrate des Permeatflusses und die Reduktionsrate der NaCl-Zurückweisungsrate der Umkehrosmose-Verbundmembran 100 werden später beschrieben.
A-1. Kohlenstoffnanoröhren
Der mittlere Durchmesser (Faserdurchmesser) der Kohlenstoffnanoröhren kann 5 nm oder mehr und 30 nm oder weniger sein. Die Dicke einer kommerziellen Umkehrosmose-Verbundmembran ist 100 nm oder mehr und 500 nm oder weniger und daher sind dünne Kohlenstoffnanoröhren mit einem mittleren Durchmesser von 30 nm oder weniger bevorzugt und Kohlenstoffnanoröhren mit einem mittleren Durchmesser von 5 nm oder mehr sind hinsichtlich der leichten Handhabung in einem später zu beschreibenden Entwirrungsschritt bevorzugt.
In der ausführlichen Beschreibung der vorliegenden Erfindung können der mittlere Durchmesser und die mittlere Länge der Kohlenstoffnanoröhren erhalten werden durch: Messen von Durchmessern und Längen an 200 oder mehr Stellen, die aus einem Bild ausgewählt werden, das mit einem Elektronenmikroskop mit einer Vergrößerung von beispielsweise 5000 mal photographiert wird (die Vergrößerung kann gemäß den Größen der Kohlenstoffnanoröhren geeignet geändert werden); und Berechnen ihrer arithmetischen Mittelwerte.
Die Kohlenstoffnanoröhren können beispielsweise einer Oxidationsbehandlung unterzogen werden, damit das Reaktionsvermögen mit einer Flüssigkeit an jeder ihrer Oberflächen verbessert werden kann.
Die Kohlenstoffnanoröhren können sogenannte Kohlenstoffnanoröhren mit jeweils einer röhrenförmigen Gestalt sein, die durch Wickeln einer Plattenoberfläche (Graphenplatte) aus Graphit mit einer hexagonalen Kohlenstoff-Netzoberfläche erhalten wird, und können Kohlenstoffnanoröhren mit mehreren Wänden (MWCNT) sein.
Die Kohlenstoffnanoröhren mit einem mittleren Durchmesser von 5 nm oder mehr und 30 nm oder weniger können beispielsweise NC-7000 sein, das durch Nanocyl hergestellt wird.
Ein Kohlenstoffmaterial teilweise mit einer Kohlenstoffnanoröhrenstruktur kann auch verwendet werden. Die Kohlenstoffnanoröhren können mit dem Namen ”Graphitfibrillennanoröhre” oder ”dampfgezüchtete Kohlenstofffaser” zusätzlich zum Namen ”Kohlenstoffnanoröhre” benannt werden.
Die Kohlenstoffnanoröhren können durch chemische Gasphasenabscheidung erhalten werden. Die chemische Gasphasenabscheidung wird auch als ”katalytische chemische Gasphasenabscheidung (CCVD)” bezeichnet und ist ein Verfahren, das das Unterziehen eines Gases wie z. B. eines Kohlenwasserstoffs einer thermischen Gasphasenspaltung in Gegenwart eines Katalysators auf Metallbasis, um die Kohlenstoffnanoröhren herzustellen, beinhaltet. Die chemische Gasphasenabscheidung wird genauer beschrieben. Beispielsweise kann ein schwebendes Reaktionsverfahren, in dem eine organische Verbindung wie z. B. Benzol oder Toluol als Rohmaterial verwendet wird, eine organische Übergangsmetallverbindung wie z. B. Ferrocen oder Nickelocen als Katalysator auf Metallbasis verwendet wird, und die Verbindungen in einen Reaktionsofen, der auf eine Reaktionstemperatur eingestellt ist, die nicht niedriger ist als beispielsweise 400°C oder mehr und 1000°C oder weniger, zusammen mit einem Trägergas eingeführt werden, um die Kohlenstoffnanoröhren in einem schwebenden Zustand oder auf der Wand des Reaktionsofens herzustellen, oder ein Substratreaktionsverfahren, in dem Metall enthaltende Partikel, die im Voraus auf einer Keramik wie z. B. Aluminiumoxid oder Magnesiumoxid getragen werden, mit einer Kohlenstoff enthaltenden Verbindung bei hoher Temperatur in Kontakt gebracht werden, um die Kohlenstoffnanoröhren auf einem Substrat herzustellen, verwendet werden.
Die Kohlenstoffnanoröhren mit einem mittleren Durchmesser von 5 nm oder mehr und 30 nm oder weniger können durch das Substratreaktionsverfahren erhalten werden und Kohlenstoffnanoröhren mit einem mittleren Durchmesser von mehr als 30 nm und 110 nm oder weniger können durch das schwebende Reaktionsverfahren erhalten werden.
Die Durchmesser der Kohlenstoffnanoröhren können durch beispielsweise die Größen der Metall enthaltenden Partikel und eine Reaktionszeit reguliert werden. Die spezifische Stickstoffadsorptionsoberfläche der Kohlenstoffnanoröhren mit einem mittleren Durchmesser von 5 nm oder mehr und 30 nm oder weniger kann 10 m²/g oder mehr und 500 m²/g oder weniger sein. Ferner kann die spezifische Stickstoffadsorptionsoberfläche 100 m²/g oder mehr und 350 m²/g oder weniger sein und kann insbesondere 150 m²/g oder mehr und 300 m²/g oder weniger sein.
A-2. Polyamid
Das Polyamid kann ein aromatisches Polyamid sein. Das Polyamid in der Umkehrosmosemembran ist ein vernetzter Körper.
Das aromatische Polyamid enthält eine aromatische Aminkomponente. Das aromatische Polyamid kann ein völlig aromatisches Polyamid sein. Das aromatische Amin ist vorzugsweise mindestens ein aromatisches polyfunktionales Amin, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus m-Phenylendiamin, p-Phenylendiam in, 1,3,5-Triaminobenzol, 1,2,4-Triaminobenzol, 3,5-Diaminobenzoesäure, 2,4-Diaminotoluol, 2,4-Diaminoanisol, Amidol, Xylylendiamin, N-Methyl-m-phenylendiamin und N-Methyl-p-phenylendiamin besteht. Die aromatischen polyfunktionalen Amine können allein oder in Kombination davon verwendet werden.
Das vernetzte aromatische Polyamid kann eine Funktionsgruppe aufweisen, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus COO^–, NH₄ ⁺ und COOH besteht.
Die Umkehrosmosemembran kann ein molekular orientiertes vernetztes aromatisches Polyamid enthalten, das dazu konfiguriert ist, die Kohlenstoffnanoröhren zu bedecken. Das vernetzte aromatische Polyamid bildet die vernetzte aromatische Polyamidschicht 112, die dazu konfiguriert ist, die Oberfläche der Kohlenstoffnanoröhre 110 zu bedecken, wie in 4 dargestellt. Zumindest die vernetzte aromatische Polyamidschicht 112 benachbart zur Oberfläche der Kohlenstoffnanoröhre 110 ist in der Schicht molekular orientiert. Die molekulare Orientierung bezieht sich auf die Ausrichtung der feinen Kristall- oder Polymerkette des vernetzen aromatischen Polyamids in einer bestimmten Richtung und umfasst in dieser Beschreibung auch ein Polyamid, das eine Tendenz der molekularen Orientierung zeigt. Die molekulare Orientierung kann beispielsweise durch ein Elektronenbeugungsverfahren in einem Transmissionselektronenmikroskop bestätigt werden. Wenn ein Halomuster als Ergebnis des Elektronenbeugungsverfahrens erscheint, tritt keine molekulare Orientierung auf. Wenn die molekulare Orientierung auftritt, wird das Halomuster getrennt, um ein nicht ringförmiges Muster bereitzustellen, und wenn die molekulare Orientierung signifikant ist, erscheint ein Fleck. In dieser Beschreibung wird ein solches Polyamid, bei dem sein Halomuster, das durch das Elektronenbeugungsmuster erhalten wird, getrennt ist, um ein nicht ringförmiges Muster zu zeigen, auch als molekular orientiert betrachtet.
In 4 ist der Durchmesser der Kohlenstoffnanoröhre 110 durch D1 dargestellt und die Dicke der vernetzten aromatischen Polyamidschicht 112 ist durch D2 dargestellt. Die molekular orientierte vernetzte aromatische Polyamidschicht 112 kann eine Dicke D2 von 1 nm oder mehr und 50 nm oder weniger auf der Oberfläche der Kohlenstoffnanoröhre 110 aufweisen. Die vernetzte aromatische Polyamidschicht 112 kann als Ergebnis einer π-π-Wechselwirkung zwischen einem π-Elektron der Kohlenstoffnanoröhre 110 und einem π-Elektron des vernetzten aromatischen Polyamids molekular orientiert sein. Die vernetzte aromatische Polyamidschicht 112, die am Umfang der Kohlenstoffnanoröhre 110 haftet, weist eine hohe Beständigkeit gegen Waschen mit einer wässerigen Lösung, die oxidierendes Chlor enthält, auf.
A-3. Poröser Träger
Der poröse Träger 102, der in 1 dargestellt ist, ist angeordnet, um der Umkehrosmosemembran 104 mechanische Festigkeit zu verleihen. Der poröse Träger 102 kann von irgendeiner Trennleistung im Wesentlichen frei sein.
Der poröse Träger 102 weist feine Poren über einen Bereich von seiner vorderen Oberfläche zu seiner hinteren Oberfläche auf. Polysulfon, Celluloseacetat, Polyvinylchlorid, Polyacrylnitril, Polyphenylensulfid oder Polyphenylensulfidsulfon können als poröser Träger 102 verwendet werden. Das Polysulfon ist für den porösen Träger 102 aufgrund seiner hohen chemischen, mechanischen und thermischen Stabilitäten geeignet.
A-4. Permeatfluss und NaCl-Zurückweisungsrate
Die Umkehrosmose-Verbundmembran kann einen hohen Permeatfluss und eine hohe NaCl-Zurückweisungsrate selbst nach dem Waschen mit einer wässerigen Lösung, die oxidierendes Chlor enthält, beibehalten. Dies liegt daran, dass das vernetzte aromatische Polyamid der Umkehrosmosemembran durch das Waschen mit der wässerigen Lösung, die oxidierendes Chlor enthält, kaum beschädigt wird und daher eine vernetzte aromatische Polyamidschicht, die um einen Kohlenstoffnanoröhre vorhanden ist, kaum von der Oberfläche der Kohlenstoffnanoröhre abfällt.
Es liegt wahrscheinlich daran, da die Umkehrosmosemembran die dreidimensionale Struktur umfasst, die die Kohlenstoffnanoröhren in einem entwirrten Zustand und durch das vernetzte aromatische Polyamid bilden, dass die Umkehrosmosemembran eine hohe NaCl-Zurückweisungsrate selbst nach dem Waschen mit der wässerigen Lösung, die oxidierendes Chlor enthält, beibehält. Außerdem ist liegt auch wahrscheinlich daran, da die Umkehrosmose das molekular orientierte vernetzte aromatische Polyamid enthält, das dazu konfiguriert ist, die Kohlenstoffnanoröhren zu bedecken.
Die Umkehrosmose-Verbundmembran kann einen Permeatfluss von 0,8 m³/(m²·Tag·MPa) oder mehr und eine NaCl-Zurückweisungsrate von 95% oder mehr aufweisen, wenn eine wässerige Lösung von NaCl mit einem pH-Wert von 7, einer Temperatur von 23°C und einer Konzentration von 2000 ppm mit einem Betriebsdruck von 1,55 MPa zugeführt wird, und kann eine NaCl-Zurückweisungsrate von 95% oder mehr und 99,9% oder weniger aufweisen. Der Permeatfluss und die NaCl-Zurückweisungsrate der Umkehrosmose-Verbundmembran können beispielsweise mit einem Querströmungstestzellengerät mit einer effektiven Fläche von 140 cm² (TOSC Co., Ltd., SEPA CFII) gemessen werden.
Die Umkehrosmose-Verbundmembran kann eine Reduktionsrate der NaCl-Zurückweisungsrate von weniger als 10% aufweisen, nachdem sie in eine wässerige Lösung von Natriumhypochlorit mit einem pH-Wert von 9 ± 0,5, einer Temperatur von 23°C und einer Konzentration von 200 ppm für 24 Stunden eingetaucht wurde, und kann eine Reduktionsrate der NaCl-Zurückweisungsrate von 0% oder mehr und weniger als 10% aufweisen.
Außerdem ist die Reduktionsrate R_r (%) der NaCl-Zurückweisungsrate die Rate, mit der eine NaCl-Zurückweisungsrate R₂ nach dem Chlorwaschen sich relativ zu einer NaCl-Zurückweisungsrate R₁ vor dem Chlorwaschen verringert, und kann durch die Gleichung ”R_r = 100·(R₁ – R₂)/R₂” erhalten werden. Wenn die Reduktionsrate der NaCl-Zurückweisungsrate R₂ geringer ist als 10%, kann die Verschlechterung der Umkehrosmosemembran unterdrückt werden.
A-5. Bewuchsverhinderungseigenschaft
Das vernetzte aromatische Polyamid ist molekular orientiert und die Kohlenstoffnanoröhren befinden sich in einem entwirrten Zustand und bilden die dreidimensionale Struktur und daher kann die Umkehrosmose-Verbundmembran eine Reduktionsrate ihres Permeatflusses von 10% oder mehr und weniger als 40% aufweisen, nachdem sie mit einer wässerigen Lösung, die Rinderserumalbumin in einer Konzentration von 200 ppm enthält, für 72 Stunden in Kontakt gebracht wurde, und kann eine Reduktionsrate von 10% oder mehr und weniger als 35% aufweisen.
Die Umkehrosmose-Verbundmembran kann verwendet werden, indem sie beispielsweise in ein spiralförmiges, röhrenförmiges oder Platten- und Rahmen-Modul integriert wird oder in ein solches Modul integriert wird, nachdem hohle Garne gebündelt wurden.
B. Verfahren zur Herstellung der Umkehrosmose-Verbundmembran
Ein Verfahren zur Herstellung einer Umkehrosmose-Verbundmembran gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Umkehrosmose-Verbundmembran, das umfasst: Bringen einer gemischten Flüssigkeit, die Kohlenstoffnanoröhren, Wasser und eine Aminkomponente enthält, in Kontakt mit einem porösen Träger; und dann Unterziehen der Aminkomponente in der gemischten Flüssigkeit, die an dem porösen Träger anhaftet, einer Vernetzungsreaktion, in der die gemischte Flüssigkeit, die die Kohlenstoffnanoröhren, das Wasser und die Aminkomponente enthält, durch einen Schritt der Druckbeaufschlagung einer wässerigen Lösung, die die Kohlenstoffnanoröhren enthält, während die wässerige Lösung fließt, gefolgt von der Verringerung des Drucks, um die Kohlenstoffnanoröhren zu vermischen, hergestellt wird.
Der Schritt des Erhaltens der gemischten Flüssigkeit kann beispielsweise einen Schritt zum Mischen einer ersten wässerigen Lösung, die die Aminkomponente enthält, und einer zweiten wässerigen Lösung, die entwirrte Kohlenstoffnanoröhren enthält, um eine dritte wässerige Lösung, die die Aminkomponente und die Kohlenstoffnanoröhren enthält, bereitzustellen, umfassen.
B-1. Schritt zum Erhalten einer dritten wässerigen Lösung
Die erste wässerige Lösung enthält Wasser und die Aminkomponente. Mindestens eine Art kann aus den aromatischen Aminen, die in A-2 beschrieben sind, als Aminkomponente ausgewählt werden.
Die zweite wässerige Lösung enthält Wasser und die Kohlenstoffnanoröhren. In der zweiten wässerigen Lösung können die Kohlenstoffnanoröhren vorhanden sein, während sie gleichmäßig in der Gesamtheit der wässerigen Lösung in einem entwirrten Zustand dispergiert sind. Die zweite wässerige Lösung wird aus einem ersten Mischschritt und einem zweiten Mischschritt erhalten.
Im ersten Mischschritt kann eine vorbestimmte Menge des Wassers und der Kohlenstoffnanoröhren, die in einen Behälter geladen sind, manuell gerührt werden oder kann mit einem bekannten Rührer gerührt werden. Eine wässerige Lösung, die im ersten Mischschritt erhalten wird, befindet sich in einem Zustand, in dem die Kohlenstoffnanoröhren allein in einer partikelförmigen Weise im Wasser verteilt sind. Die Kohlenstoffnanoröhren, die in einer Umkehrosmosemembran des Standes der Technik verwendet werden, werden mit einem Ultraschallrührer oder dergleichen gerührt. Folglich ist ihr Agglomerat als unterteilte Agglomerate in einer wässerigen Lösung vorhanden und ist nicht entwirrt. Nach dem ersten Mischschritt wird der anschließende zweite Mischschritt an der wässerigen Lösung durchgeführt.
Der zweite Mischschritt umfasst einen Schritt zur Druckbeaufschlagung der wässerigen Lösung, die die Kohlenstoffnanoröhren enthält, die im ersten Mischschritt erhalten wird, während die wässerige Lösung fließt, um die wässerige Lösung zu komprimieren, gefolgt vom Abbau oder von der Verringerung des Drucks der wässerigen Lösung, um das Volumen der wässerigen Lösung auf ihr ursprüngliches Volumen zurückzuführen. Der zweite Mischschritt wird mehrere Male wiederholt durchgeführt. Eine Dreifachwalze kann beispielsweise im zweiten Mischschritt verwendet werden. Ein Walzenspalt zwischen den jeweiligen Walzen kann beispielsweise auf 0,001 mm oder mehr und 0,01 mm oder weniger eingestellt werden. Obwohl die Dreifachwalze hier verwendet wird, ist die Anzahl von Walzen nicht speziell begrenzt und mehrere Walzen wie z. B. eine Doppelwalze können verwendet werden, und in dem Fall kann die wässerige Lösung im gleichen Walzenspalt geknetet werden.
Im zweiten Mischschritt kann ein Geschwindigkeitsverhältnis zwischen den Walzen 1, 2 oder mehr und 9,0 oder weniger sein und kann 3,0 oder mehr und weniger als 9,0 sein. Dies liegt daran, dass, wenn das Geschwindigkeitsverhältnis zwischen den Walzen zunimmt, eine Scherkraft an der wässerigen Lösung sich vergrößert, so dass sie als Kraft zum Trennen der Kohlenstoffnanoröhren wirkt. Der Ausdruck ”Geschwindigkeitsverhältnis zwischen den Walzen”, wie hier verwendet, bezieht sich auf ein Geschwindigkeitsverhältnis zwischen benachbarten Walzen.
Im zweiten Mischschritt kann die Umfangsgeschwindigkeit jeder Walze 0,1 m/s oder mehr und 2,0 m/s oder weniger sein und kann 0,1 m/s oder mehr und 1,5 m/s oder weniger sein. Dies liegt daran, dass, wenn die Umfangsgeschwindigkeit jeder Walze zunimmt, selbst die wässerige Lösung unter Verwendung von Elastizität geknetet werden kann. Der Ausdruck ”Umfangsgeschwindigkeit jeder Walze”, wie hier verwendet, bezieht sich auf die Geschwindigkeit der Oberfläche der Walze.
Die wässerige Lösung, die zu den Walzen zugeführt wird, tritt in einen äußerst schmalen Spalt zwischen den Walzen ein. Die wässerige Lösung wird mit Druck beaufschlagt, während sie durch das Geschwindigkeitsverhältnis zwischen den Walzen geleitet wird, und ein vorbestimmtes Volumen davon wird anschließend zum Spalt zugeführt und am Spalt komprimiert, so dass sich das Volumen verringern kann. Danach, sobald die wässerige Lösung durch den Spalt hindurchgeht, wird ihr Druck abgebaut oder verringert und daher wird ihr Volumen auf das ursprüngliche Volumen zurückgeführt. In Zusammenhang mit der Rückführung des Volumens fließen dann die Kohlenstoffnanoröhren weitgehend und agglomerierte Kohlenstoffnanoröhren entwirren sich. Wenn die Reihe von Schritten wiederholt mehrere Male durchgeführt wird, schreitet die Entwirrung der Kohlenstoffnanoröhren in der wässerigen Lösung fort und daher kann die zweite wässerige Lösung erhalten werden. Der zweite Mischschritt kann beispielsweise für 3 Minuten oder mehr und 10 Minuten oder weniger durchgeführt werden. Wenn beispielsweise die Reihe von Schritten als einmal gezählt wird, kann der zweite Mischschritt 10-mal oder mehr und 30-mal oder weniger durchgeführt werden.
Außerdem kann der zweite Mischschritt durchgeführt werden, während die Temperatur der wässerigen Lösung, die im ersten Mischschritt erhalten wird, in den Bereich von 0°C oder mehr bis 60°C oder weniger eingestellt wird. Ferner kann der zweite Mischschritt durchgeführt werden, während die Temperatur der wässerigen Lösung, die im ersten Mischschritt erhalten wird, in den Bereich von 15°C oder mehr bis 50°C oder weniger eingestellt wird. Der zweite Mischschritt wird vorzugsweise bei einer so niedrigen Temperatur wie möglich durchgeführt, da der Schritt unter Verwendung des Kompressionsmoduls von Wasser durchgeführt wird. Der Kompressionsmodul steht in einer proportionalen Beziehung zu einem Elastizitätsmodul und ist der Kehrwert einer Komprimierbarkeit. Dies liegt daran, dass sich der Elastizitätsmodul mit zunehmender Temperatur verringert und die Komprimierbarkeit mit zunehmender Temperatur zunimmt und daher der Kompressionsmodul sich auch mit zunehmender Temperatur verringert. Daher kann die Temperatur der wässerigen Lösung auf 60°C oder weniger eingestellt werden und kann auf 50°C oder weniger eingestellt werden. Vom Gesichtspunkt der Produktivität kann die Temperatur der wässerigen Lösung auf 0°C oder mehr eingestellt werden und kann 15°C oder mehr sein. Dies liegt daran, dass, wenn die Temperatur einer Walze niedrig ist, ein Problem beispielsweise mit der Taukondensation in der Walze auftritt.
Der zweite Mischschritt ist nicht auf das Kneten mit Walzen wie z. B. die Dreifachwalze begrenzt und irgendein anderes Verfahren kann übernommen werden, solange das Verfahren ein Knetverfahren ist, durch das das Volumen der wässerigen Lösung zurückgeführt werden kann, nachdem sie komprimiert wurde. Beispielsweise kann ein Dispersionsgerät verwendet werden, das dazu konfiguriert ist: die wässerige Lösung mit Druck zu beaufschlagen, während die wässerige Lösung fließt, die wässerige Lösung zu komprimieren, um eine Kavitation oder Turbulenz zu verursachen; und dann den Druck abrupt zu verringern.
Aufgrund einer Scherkraft, die im zweiten Mischschritt erhalten wird, wirkt eine hohe Scherkraft auf das Wasser und die agglomerierten Kohlenstoffnanoröhren werden wiederholt durch die Walzen geführt, so dass sie allmählich voneinander getrennt, entwirrt und in der wässerigen Lösung dispergiert werden, und daher sind die Dispergierbarkeit und Dispersionsstabilität (Schwierigkeit, mit der die Kohlenstoffnanoröhren erneut agglomerieren) der Kohlenstoffnanoröhren ausgezeichnet.
Außerdem kann die zweite wässerige Lösung ferner ein Tensid für das Aufrechterhalten eines Zustandes enthalten, in dem die Kohlenstoffnanoröhren entwirrt sind. Beispiele des Tensids umfassen ionische Tenside und nichtionische Tenside. Beispiele der ionischen Tenside umfassen: anionische Tenside, wie z. B. Tenside vom Schwefelsäureestertyp, Phosphorsäureestertyp und Sufonsäuretyp; kationische Tenside wie z. B. ein Tensid vom quaternären Ammoniumsalztyp; und amphotere Tenside wie z. B. Tenside vom Alkylbetaintyp, Amidbetaintyp und Aninoxidtyp. Ferner umfassen Beispiele der nicht-ionischen Tenside Fettsäureester und Sorbitanfettsäureester.
Die dritte wässerige Lösung kann durch Mischen der ersten wässerigen Lösung und der zweiten wässerigen Lösung, die die entwirrten Kohlenstoffnanoröhren enthält, erhalten werden. Der Gehalt des aromatischen Amins in der dritten wässerigen Lösung wird auf 1,0 Masse-% oder mehr und 3,0 Masse-% oder weniger eingestellt und der Gehalt der Kohlenstoffnanoröhren darin wird auf 0,11 Masse-% oder mehr und 1,3 Masse-% oder weniger eingestellt. Der Gehalt des aromatischen Amins in der dritten wässerigen Lösung wird vorzugsweise aus den folgenden Gründen in den Bereich eingestellt; wenn der Gehalt geringer ist als 1,0 Masse-%, ist eine Vernetzungsdichte nicht ausreichend und daher wird eine Salzzurückweisungsrate kaum erhalten; und wenn der Gehalt mehr als 3,0 Masse-% ist, nimmt die Menge an nicht zur Reaktion gebrachtem restlichem Amin zu und daher wächst eine Sorge über seine Elution aus der Membran. Außerdem wird der Gehalt der Kohlenstoffnanoröhren in der dritten wässerigen Lösung vorzugsweise aus den folgenden Gründen in den Bereich eingestellt: wenn der Gehalt geringer ist als 0,11 Masse-%, wird eine dreidimensionale Struktur nicht in der Gesamtheit des Polyamids gebildet und daher wird die Chlorbeständigkeit kaum erhalten; und wenn der Gehalt mehr als 1,3 Masse-% ist, tritt das Abschälen einer Membran aus vernetztem aromatischem Polyamid von dem porösen Träger wahrscheinlich auf.
B-2. Schritt zum Erhalten der Umkehrosmose-Verbundmembran
Ein Schritt zum Erhalten der Umkehrosmose-Verbundmembran beinhaltet: Bringen der dritten wässerigen Lösung, die wie vorstehend beschrieben erhalten wird, in Kontakt mit dem porösen Träger; und dann Unterziehen des aromatischen Amins in der dritten wässerigen Lösung, die am porösen Träger anhaftet, der Vernetzungsreaktion.
Die dritte wässerige Lösung wird mit dem porösen Träger durch Aufbringen der Lösung auf den Träger in Kontakt gebracht, um den Träger mit der Lösung zu imprägnieren. Danach wird eine Lösung, die ein Vernetzungsmittel enthält, ferner auf die dritte wässerige Lösung aufgebracht und eine Wärmebehandlung wird durchgeführt, um eine Polykondensationsreaktion an einer Grenzfläche zwischen den beiden Lösungen zu verursachen, so dass das aromatische Amin vernetzt werden kann, um eine Umkehrosmosemembran zu bilden. Folglich kann die in ”A. Umkehrosmose-Verbundmembran” beschriebene Umkehrosmose-Verbundmembran hergestellt werden.
Eine organische Lösungsmittellösung, die eine Säurechloridkomponente wie z. B. Trimesoylchlorid, Terephthaloylchlorid, Isophthaloylchlorid oder Biphenyldicarbonsäurechlorid enthält, kann beispielsweise als Vernetzungsmittel verwendet werden.
Beispiele der Anwendungen der Umkehrosmose-Verbundmembran umfassen eine Behandlung vor der Entsalzung von Meerwasser oder Salzlösung, einen Sterilisationsbehandlungsprozess für Nahrungsmittelwaschwasser und einen Vorbehandlungssterilisationsprozess für Industriewasser oder Haushaltswasser, da seine Umkehrosmosemembran eine ausgezeichnete Chlorbeständigkeit aufweist. Weitere Beispiele der Anwendungen der Umkehrosmose-Verbundmembran umfassen eine Nahrungsmittelindustrieabwasserbehandlung, eine Industrieprozessabwasserbehandlung und eine RO-Vorbehandlung für mit Aktivschlamm behandeltes Wasser, da die Umkehrosmosemembran in der Bewuchsverhinderungseigenschaft ausgezeichnet ist.
In der vorliegenden Erfindung kann ein Teil ihrer Konstruktion weggelassen werden oder die jeweiligen Ausführungsformen oder Modifikationsbeispiele können in dem Umfang kombiniert werden, in dem Merkmale und Effekte, die in der vorliegenden Anmeldung beschrieben sind, aufrechterhalten werden.
Die vorliegende Erfindung umfasst im Wesentlichen dieselbe Konstruktion wie die in den Ausführungsformen beschriebene Konstruktion (eine Konstruktion mit denselben Funktionen, Verfahren und Ergebnissen oder eine Konstruktion mit derselben Aufgabe und denselben Effekten). Außerdem umfasst die vorliegende Erfindung eine Konstruktion, die durch Austauschen eines unwesentlichen Abschnitts der in den Ausführungsformen beschriebenen Konstruktion erhalten wird. Außerdem umfasst die vorliegende Erfindung eine Konstruktion, die dieselbe Wirkung und denselben Effekt wie jene der in den Ausführungsformen beschriebenen Konstruktion aufweist, oder eine Konstruktion, die dieselbe Aufgabe wie jene der vorangehenden Konstruktion erreichen kann. Außerdem umfasst die vorliegende Erfindung eine Konstruktion, die durch Hinzufügen einer bekannten Technologie zu der in den Ausführungsformen beschriebenen Konstruktion erhalten wird.
BEISPIELE
Beispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf begrenzt.
(1) Herstellung einer Probe von Beispiel 1
(1-1) Herstellung eines porösen Trägers
Eine N,N-Dimethylformamid-Lösung, die 13 Masse-% Polysulfon enthielt (nachstehend als ”Flüssigkeit A” bezeichnet), und eine N,N-Dimethylformamid-Lösung, die 20 Masse-% Polysulfon enthielt (nachstehend als ”Flüssigkeit B” bezeichnet), wurden jeweils durch Halten des Gemisches des Lösungsmittels und des gelösten Stoffs unter Erhitzen auf 90°C für 2 Stunden, während das Gemisch gerührt wurde, hergestellt.
Die jeweiligen hergestellten Flüssigkeiten wurden jeweils auf Raumtemperatur gekühlt und wurden zu separaten Extrudern zugeführt, damit sie Filtration mit hoher Genauigkeit unterzogen wurden. Danach wurden die jeweiligen gefilterten Flüssigkeiten gleichzeitig auf ein Vliesgewebe mit langen Fasern, das aus Polyethylenterephthalatfasern gebildet war (Garndurchmeser: 1 decitex, Dicke: etwa 90 μm, Luftpermeabilität: 1,3 cm³/cm²/s), durch eine Doppelschlitzdüse gegossen, so dass die Flüssigkeit A eine Dicke von 110 μm hatte und die Flüssigkeit B eine Dicke von 90 μm hatte. 2,8 Sekunden nach dem Gießen wurde das Ergebnis in reines Wasser eingetaucht und für 5 Minuten gewaschen. Folglich wurde ein poröser Träger erhalten.
(1-2) Herstellung einer dritten wässerigen Lösung
488 g einer ersten wässerigen Lösung, die durch Zugeben von 478 g destilliertem Wasser zu 10 g m-Phenylendiamin und Rühren und Mischen der Inhalte mit einem Magnetrührer erhalten wurde, und 12 g einer zweiten wässerigen Lösung, die entwirrte Kohlenstoffnanoröhren enthielt, wurden mit einem Magnetrührer gerührt und vermischt, um 500 g einer dritten wässerigen Lösung bereitzustellen, die 2,0 Masse-% m-Phenylendiamin und 0,4 Masse-% der Kohlenstoffnanoröhren enthielt.
Hier wird die zweite wässerige Lösung durch einen Schritt der Druckbeaufschlagung einer wässerigen Lösung, die die Kohlenstoffnanoröhren enthält, während die wässerige Lösung fließt, gefolgt von der Verringerung des Drucks, um die Kohlenstoffnanoröhren gleichmäßig zu vermischen, hergestellt. Insbesondere wurde die zweite Lösung erhalten durch: manuelles Rühren von 10 g destilliertem Wasser und 2 g Kohlenstoffnanoröhren mit mehreren Wänden (Nanocyl-7000, hergestellt von Nanocyl, mittlerer Durchmesser: 10 nm (der mittlere Durchmesser war ein Wert, der durch arithmetisches Mitteln von Werten, die an 200 oder mehr Stellen durch die Verwendung eines Bildes gemessen wurden, das mit einem Rasterelektronenmikroskop photographiert wurde, erhalten wurde)) in Bezug auf reines Wasser (erster Mischschritt); und dann Laden des Gemisches in eine Dreifachwalze mit einem Walzendurchmesser von 50 mm (EXAKT M-50 l, hergestellt von Nagase Screen Printing Research Co., Ltd.) (Walzentemperatur: 25°C oder mehr und 40°C oder weniger), gefolgt von Kneten für 3 Minuten oder mehr und 10 Minuten oder weniger (zweiter Mischschritt). Ein Walzenspalt war 0,001 mm oder mehr und weniger als 0,01 mm, Die Walzengeschwindigkeitsverhältnisse V1, V2 und V3 waren 1, 1,8 bzw. 3,3 und die Walzengeschwindigkeit war 1,2 m/s hinsichtlich einer Umfangsgeschwindigkeit.
(1-3) Herstellung der Umkehrosmose-Verbundmembran
Der poröse Träger mit einer Fläche von 400 cm² wurde in die dritte wässerige Lösung für 2 Minuten eingetaucht und wurde dann langsam angehoben, so dass eine Trägeroberfläche vertikal wurde. Stickstoff wurde aus einer Luftdüse gegen den Träger geblasen, um eine überschüssige wässerige Lösung von seiner Oberfläche zu entfernen, und dann wurden 50 ml einer n-Hexan-Lösung bei 25°C, die 0,1 Masse-% Trimesoylchlorid enthielt, aufgebracht, so dass die Trägeroberfläche vollständig nass war. Nachdem das Ergebnis für 1 Minute stehen gelassen wurde, damit eine überschüssige Lösung vom porösen Träger entfernt wurde, wurde Flüssigkeitsablaufen durch vertikales Halten der Trägeroberfläche für 1 Minute durchgeführt. Danach wurde der poröse Träger mit Wasser bei 45°C für 2 Minuten gewaschen. Folglich wurde eine Umkehrosmose-Verbundmembran von Beispiel 1 erhalten.
(1-4) Messung des Kohlenstoffnanoröhrengehalts
SII EXSTAR 6000 THERMAL ANALYZER TG/DTA6200 wurde bei der Messung des Gehalts der Kohlenstoffnanoröhren in einer Umkehrosmosemembran verwendet. Die Umkehrosmose-Verbundmembran wurde in einer Aluminiumpfanne erprobt und wurde auf ihren Kohlenstoffnanoröhrengehalt mit einer Rate einer Temperaturerhöhung von 10°C/min unter einer Luftatmosphäre unter Verwendung einer Differenz einer Starttemperatur für die thermische Zersetzung zwischen dem Polyamid und den Kohlenstoffnanoröhren bewertet. Die Umkehrosmosemembran von Beispiel 1 enthielt 15,5 Masse-% der Kohlenstoffnanoröhren.
(2) Herstellung einer Probe von Beispiel 2
Eine Probe von Beispiel 2 wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, abgesehen vom Schritt der Herstellung der dritten wässerigen Lösung von (1-2). In Beispiel 2 wurden 491 g einer ersten wässerigen Lösung, die durch Zugeben von 481 g destilliertem Wasser zu 10 g m-Phenylendiamin und Rühren und Mischen der Inhalte mit einem Magnetrührer erhalten wurde, und 9 g einer zweiten wässerigen Lösung, die entwirrte Kohlenstoffnanoröhren enthielt (die zweite wässerige Lösung war identisch zu jener von Beispiel 1), mit einem Magnetrührer gerührt und vermischt, um 500 g einer dritten wässerigen Lösung bereitzustellen, die 2,0 Masse-% m-Phenylendiamin und 0,3 Masse-% der Kohlenstoffnanoröhren enthielt.
Der Kohlenstoffnanoröhrengehalt der Probe von Beispiel 2 wurde in derselben Weise wie bei (1-4) gemessen. Die Umkehrosmosemembran von Beispiel 2 enthielt 12,5 Masse-% der Kohlenstoffnanoröhren.
(3) Herstellung einer Probe von Beispiel 3
Eine Probe von Beispiel 3 wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, abgesehen vom Schritt der Herstellung der dritten wässerigen Lösung von (1-2). In Beispiel 3 wurden 486,5 g einer ersten wässerigen Lösung, die durch Zugeben von 476,5 g destilliertem Wasser zu 10 g m-Phenylendiamin und Rühren und Mischen der Inhalte mit einem Magnetrührer erhalten wurde, und 13,5 g einer zweiten wässerigen Lösung, die entwirrte Kohlenstoffnanoröhren enthielt (die zweite wässerige Lösung war identisch zu jener von Beispiel 1), mit einem Magnetrührer gerührt und vermischt, um 500 g einer dritten wässerigen Lösung bereitzustellen, die 2,0 Masse-% m-Phenylendiamin und 0,45 Masse-% der Kohlenstoffnanoröhren enthielt.
Der Kohlenstoffnanoröhrengehalt der Probe von Beispiel 3 wurde in derselben Weise wie bei (1-4) gemessen. Die Umkehrosmosemembran von Beispiel 3 enthielt 17,5 Masse-% der Kohlenstoffnanoröhren.
(4) Herstellung einer Probe von Beispiel 4
Eine Probe von Beispiel 4 wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, abgesehen vom Schritt der Herstellung der dritten wässerigen Lösung von (1-2). In Beispiel 4 wurden 485 g einer ersten wässerigen Lösung, die durch Zugeben von 475 g destilliertem Wasser zu 10 g m-Phenylendiamin und Rühren und Mischen der Inhalte mit einem Magnetrührer erhalten wurde, und 15 g einer zweiten wässerigen Lösung, die entwirrte Kohlenstoffnanoröhren enthielt (die zweite wässerige Lösung war zu jener von Beispiel 1 identisch), mit einem Magnetrührer gerührt und vermischt, um 500 g einer dritten wässerigen Lösung bereitzustellen, die 2,0 Masse-% m-Phenylendiamin und 0,5 Masse-% der Kohlenstoffnanoröhren enthielt.
Der Kohlenstoffnanoröhrengehalt der Probe von Beispiel 4 wurde in derselben Weise wie bei (1-4) gemessen. Die Umkehrosmosemembran von Beispiel 4 enthielt 20,0 Masse-% der Kohlenstoffnanoröhren.
(5) Herstellung einer Probe von Beispiel 5
Eine Probe von Beispiel 5 wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, abgesehen vom Schritt der Herstellung der dritten wässerigen Lösung von (1-2). In Beispiel 5 wurden 496,7 g einer ersten wässerigen Lösung, die durch Zugeben von 486,7 g destilliertem Wasser zu 10 g m-Phenylendiamin und Rühren und Mischen der Inhalte mit einem Magnetrührer erhalten wurde, und 3,3 g einer zweiten wässerigen Lösung, die entwirrte Kohlenstoffnanoröhren enthielt (die zweite wässerige Lösung war identisch zu jener von Beispiel 1), mit einem Magnetrührer gerührt und vermischt, um 500 g einer dritten wässerigen Lösung bereitzustellen, die 2,0 Masse-% m-Phenylendiamin und 0,11 Masse-% der Kohlenstoffnanoröhren enthielt.
Der Kohlenstoffnanoröhrengehalt der Probe von Beispiel 5 wurde in derselben Weise wie bei (1-4) gemessen. Die Umkehrosmosemembran von Beispiel 5 enthielt 5,0 Masse-% der Kohlenstoffnanoröhren.
(6) Herstellung einer Probe von Beispiel 6
Eine Probe von Beispiel 6 wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, abgesehen vom Schritt der Herstellung der dritten wässerigen Lösung von (1-2). In Beispiel 6 wurden 494 g einer ersten wässerigen Lösung, die durch Zugeben von 484 g destilliertem Wasser und 10 g m-Phenylendiamin und Rühren und Mischen der Inhalte mit einem Magnetrührer erhalten wurde, und 6 g einer zweiten wässerigen Lösung, die entwirrte Kohlenstoffnanoröhren enthielt (die zweite wässerige Lösung war zu jener von Beispiel 1 identisch), mit einem Magnetrührer gerührt und vermischt, um 500 g einer dritten wässerigen Lösung bereitzustellen, die 2,0 Masse-% m-Phenylendiamin und 0,2 Masse-% der Kohlenstoffnanoröhren enthielt.
Der Kohlenstoffnanoröhrengehalt der Probe von Beispiel 6 wurde in derselben Weise wie bei (1-4) gemessen. Die Umkehrosmosemembran von Beispiel 6 enthielt 9,0 Masse-% der Kohlenstoffnanoröhren.
(7) Messung des Permeatflusses und der NaCl-Zurückweisungsrate
Eine wässerige Lösung von NaCl mit einem pH-Wert von 7, einer Temperatur von 23°C und einer Konzentration von 2000 ppm wurde zu jeder der Umkehrosmose-Verbundmembranen von Beispielen 1 bis 6 mit einem Querströmungstestzellengerät (TOSC Co., Ltd. SEPA CFII) mit einem Betriebsdruck von 1,55 MPa zugeführt und eine Filtrationsbehandlung wurde über 4 Stunden durchgeführt. Die elektrischen Leitfähigkeiten des zugeführten Wassers und durchgedrungenen Wassers, das durch die Filtrationsbehandlung erhalten wurde, wurden mit einem Messgerät für die elektrische Leitfähigkeit (ES-71), hergestellt von HORIBA, Ltd., gemessen, um eine praktische Salinität bereitzustellen. Eine NaCl-Zurückweisungsrate (%) wurde aus einer NaCl-Konzentration bestimmt, die durch Umsetzen der praktischen Salinität unter Verwendung der folgenden Gleichung erhalten wurde. NaCl-Zurückweisungsrate (%) = 100 × {1 – (NaCl-Konzentration in durchgedrungenem Wasser/NaCl-Konzentration in zugeführtem Wasser)}
Außerdem wurde die Menge des durchgedrungenen Wassers, die durch 24 Stunden der Filtrationsbehandlung erhalten wurde, in eine Wasserpermeabilität (m³) pro Fläche der Membranoberfläche von 1 m² pro 1 Tag und pro einem Betriebsdruck von 1 MPa umgesetzt und wurde als Permeatfluss (m³/(m²·Tag·MPa)) bestimmt.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 und im Graphen von 5 gezeigt. In 5 gibt eine Abszissenachse den Permeatfluss (m³/(m²·Tag·MPa)) an und eine Ordinatenachse gibt die NaCl-Zurückweisungsrate (%) an.

Als Vergleichsbeispiele wurden eine Umkehrosmose-Verbundmembran, die nur aus Polyamid gebildet war (Vergleichsbeispiel 1), die mit derselben Polyamid-Konzentration (keine Kohlenstoffnanoröhren) wie jener der vorstehend erwähnten dritten wässerigen Lösung hergestellt wurde, eine kommerzielle RO-Membran PMHA (Produktname), die von Toray Industries, Inc., hergestellt wird, und die Umkehrosmose-Verbundmembranen der Nicht-Patent-Literaturen 1 und 2 der Messung unter denselben Bedingungen unterzogen. Die gemessenen Werte sind in Tabelle 1 und 5 gezeigt. In 5 entspricht ein Punkt, der durch einen ungefüllten Kreis dargestellt ist, den gemessenen Werten von Beispiel 1, ein Punkt, der durch einen Stern dargestellt ist, entspricht den gemessenen Werten von Vergleichsbeispiel 1, ein Punkt, der durch eine ungefüllte Raute dargestellt ist, entspricht den gemessenen Werten der Nicht-Patent-Literatur 1 (Kim et al.), ein Punkt, der durch ein ungefülltes Quadrat dargestellt ist, entspricht den gemessenen Werten der Nicht-Patent-Literatur 2 (Lee et al.) und ein Punkt, der durch ein ungefülltes Dreieck dargestellt ist, entspricht den gemessenen Werten der Nicht-Patent-Literatur 3 (Zhao et al.). Tabelle 1

	CNT-Gehalt (%)	NaCl-Zurückweisungsrate (%)	Permeatfluss (m³/m²·d·MPa)
Beispiel 1	15,5	99,8	1,4
Beispiel 2	12,5	99,8	1,1
Beispiel 3	17,5	99,8	1,25
Beispiel 4	20,0	99,8	1,3
Beispiel 5	5,0	99,8	0,9
Beispiel 6	9,0	99,8	1,0
Vergleichsbeispiel 1	0,0	99,8	0,7
Nicht-Patent-Literatur 1		98,5	0,69
Nicht-Patent-Literatur 2		95,7	0,82
Nicht-Patent-Literatur 3		90,0	0,42

(8) Chlorbeständigkeit
Jede der Umkehrosmose-Verbundmembranen von Beispielen 1 bis 6 und der kommerziellen Umkehrosmose-Verbundmembran, die bei (7) verwendet wurde, wurde in eine wässerige Lösung von Natriumhypochlorit mit einem pH-Wert von 9 ± 0,5, einer Temperatur von 23°C und einer Konzentration von 200 ppm für 24 Stunden eingetaucht und dann wurden ihr Permeatfluss und ihre NaCl-Zurückweisungsrate in derselben Weise wie bei (7) gemessen. Änderungen der NaCl-Zurückweisungsrate und des Permeatflusses, die unter Verwendung der Messergebnisse aus dem Ausdruck ”100 × (gemessener Wert nach Eintauchen)/(gemessener Wert vor Eintauchen)” berechnet wurden, sind in 6 Bargestellt.
In 6 gibt eine Abszissenachse das Produkt einer Chlorkonzentration und einer Eintauchzeit (Kapazität von aktivem Chlor (ppm·h)) an, eine linke Ordinatenachse gibt die NaCl-Zurückweisungsrate an (die gemessenen Werte sind durch durchgezogene Linien dargestellt) (normierte Zurückweisung), und eine rechte Ordinatenachse gibt den Permeatfluss an (die gemessenen Werte sind durch gestrichelte Linien dargestellt) (normierter Fluss). In 6 entspricht ein durch eine gefüllte Raute dargestellter Punkt jedem der Beispiele 1 bis 4, ein durch ein gefülltes Quadrat dargestellter Punkt entspricht dem Beispiel 5, ein durch x dargestellter Punkt entspricht dem Beispiel 6, ein durch einen gefüllten Kreis dargestellter Punkt entspricht dem Vergleichsbeispiel 1 und ein durch ein gefülltes Dreieck dargestellter Punkt entspricht dem kommerziellen Produkt. Die jeweiligen Messergebnisse sind normiert, während die NaCl-Zurückweisungsrate und der Permeatfluss zur Zeit der Einleitung der Messung (o ppm·h) jeweils als 100% definiert sind.
Jede der Umkehrosmose-Verbundmembranen von Beispielen 1 bis 4 zeigte keine Änderungen des Permeatflusses und der NaCl-Zurückweisungsrate während einer Zeitdauer von der Einleitung der Messung (0 ppm·h) bis zur Vollendung der Messung 24 Stunden nach der Einleitung (4800 ppm·h) und daher blieb die Erhöhungsrate des Permeatflusses bei 0% und die Reduktionsrate der NaCl-Zurückweisungsrate blieb auch bei 0%.
Wie aus den Ergebnissen von (7) zu sehen ist, hatte außerdem die Umkehrosmose-Verbundmembran von Beispiel 1 einen Permeatfluss und eine NaCl-Zurückweisungsrate, die höher waren als jene der Umkehrosmose-Verbundmembranen der Nicht-Patent-Literaturen 1 bis 3, obwohl die Membran im Permeatfluss der kommerziellen Umkehrosmose-Verbundmembran unterlegen war. Es liegt wahrscheinlich daran, dass die Kohlenstoffnanoröhren nicht entwirrt waren und daher sich die Kohlenstoffnanoröhren in einem agglomerierten feinen Partikelzustand befanden, dass die NaCl-Zurückweisungsrate von jeder der Umkehrosmose-Verbundmembranen der Nicht-Patent-Literaturen 1 bis 3 niedrig war.
Wie aus den Ergebnissen von (8) zu sehen ist, war außerdem jede der Umkehrosmose-Verbundmembranen der Beispiele 1 bis 4 ausgezeichnet in der Chlorbeständigkeit und konnte ihre NaCl-Zurückweisungsrate und ihren Permeatfluss vor dem Waschen mit Chlor selbst nach dem Waschen aufrechterhalten. Jede der Umkehrosmose-Verbundmembranen von Beispielen 5 und 6 war in der Chlorbeständigkeit der Umkehrosmose-Verbundmembran von Vergleichsbeispiel 1 und dem kommerziellen Produkt überlegen und konnte ihre NaCl-Zurückweisungsrate vor dem Waschen mit Chlor gegenüber dem Verringern nach dem Waschen unterdrücken und konnte ihren Permeatfluss vor dem Waschen gegenüber dem Erhöhen nach dem Waschen unterdrücken.
(9) Elektronenmikroskopbeobachtung
7 ist eine Photographie einer zerrissenen Oberfläche der Umkehrosmose-Verbundmembran 100 von Beispiel 1, die mit einem Rasterelektronenmikroskop erhalten wurde. Die Oberfläche des porösen Trägers 102 war mit der Umkehrosmosemembran 104 bedeckt. Die Dicke der Umkehrosmosemembran 104 war etwa 100 nm. Wie in 7 dargestellt, konnte die dreidimensionale Struktur der Kohlenstoffnanoröhren 110 in der Umkehrosmosemembran 104 beobachtet werden. Insbesondere hatten die Kohlenstoffnanoröhren 110 eine kontinuierliche Netzstruktur (durch die vernetzten aromatischen Polyamidschichten 112, die die Kohlenstoffnanoröhren 110 bedeckten) in einer zerrissenen Oberfläche. Wenn die Oberfläche der Umkehrosmosemembran von Beispiel 1 mit einem Rasterelektronenmikroskop beobachtet wurde, wurde außerdem kein Agglomerat der Kohlenstoffnanoröhren gefunden.
8 ist eine Photographie der Kohlenstoffnanoröhre 110 der Umkehrosmose-Verbundmembran 100 von Beispiel 1, die mit einem Transmissionselektronenmikroskop erhalten wurde. Die Kohlenstoffnanoröhre 110 erstreckte sich in der linken und der rechten Richtung der Figur und die vernetzte aromatische Polyamidschicht 12 war um (über und unter) die Kohlenstoffnanoröhre 110 gebildet. Eine Photographie, die durch Unterziehen der vernetzten aromatischen Polyamidschicht 112 einer Elektronenbeugungsanalyse erhalten wurde, ist in einem durch einen weißen Rahmen umgebenen Abschnitt gezeigt. Die vernetzte aromatische Polyamidschicht 112 war molekular orientiert. Die vernetzte aromatische Polyamidschicht 112 kann infolge einer π-π-Wechselwirkung zwischen einem π-Elektron der Kohlenstoffnanoröhre 110 und einem π-Elektron des vernetzten aromatischen Polyamids molekular orientiert sein. Gemäß 8 war außerdem die Oberfläche der Kohlenstoffnanoröhre 110, die die dreidimensionale Struktur bildet, mit der vernetzten aromatischen Polyamidschicht 112 mit einer Dicke von etwa 5 nm bedeckt.
Zum Vergleich ist außerdem eine Transmissionselektronenmikroskop-Photographie des vernetzten aromatischen Polyamids in Vergleichsbeispiel 1, das als Umkehrosmosemembran dient, die von irgendeiner Kohlenstoffnanoröhre frei ist, in 9 dargestellt. Ein von einem weißen Rahmen umgebener Abschnitt ist ein Ergebnis der Elektronenbeugungsanalyse und das vernetzte aromatische Polyamid war nicht molekular orientiert.
Engste Abstände zwischen den Kohlenstoffnanoröhren wurden für die Probe von Beispiel 1 gemessen. Die Ergebnisse sind in 3 dargestellt. Ein dünnfilmartiges Teststück, in dem die Oberfläche der Umkehrosmosemembran in eine glatte Oberfläche umgewandelt war, wurde durch Schneiden entlang der Oberfläche der Umkehrosmose-Verbundmembran von Beispiel 1 durch ein Kryomikrotomverfahren ausgeschnitten und die glatte Oberfläche (Umkehrosmosemembran) des Teststücks wurde mit einem Rasterelektronenmikroskop beobachtet. Mehrere Beobachtungspunkte (Punkte entlang der Nähe der Mittelachse einer Faser) wurden für jede der Kohlenstoffnanoröhren in einem Rasterelektronenmikroskopbild vorbereitet und ein Abstand zwischen Beobachtungspunkten in Positionen am nächsten zueinander in den Beobachtungspunkten von benachbarten Kohlenstoffnanoröhren wurde als engster Abstand gemessen. 3 ist ein Graph, in dem die Messergebnisse als gefüllte Dreieckmarkierungen gegenüber einer Abszissenachse, die den engsten Abstand (nm) angibt, und einer Ordinatenachse, die die Anzahl von Messpunkten (Frequenz) angibt, aufgetragen sind. Eine Messfläche und die Anzahl von Messpunkten im Teststück waren 441 μm² bzw. 20000.
Wie in 3 dargestellt, zeigte der Graph, der die Frequenz des engsten Abstandes zeigt, die folgende Normalverteilung: die Verteilung hatte eine Spitze (ungefähr 60 nm) innerhalb des Bereichs der Dicke (100 nm) der Umkehrosmosemembran und die Halbwertsbreite (60 nm) der Spitze war gleich der oder geringer als die Dicke (100 nm) der Umkehrosmosemembran.
(10) Herstellung und Beobachtung einer Probe von Vergleichsbeispiel 2
Im Vergleichsbeispiel 2 wurden 477,6 g destilliertes Wasser und 0,4 g Natriumdodecylsulfat, das als Tensid diente, zu 2,0 g Kohlenstoffnanoröhren zugegeben und die Inhalte wurden mit einem Magnetrührer für 30 Minuten vermischt und gerührt. Die Lösung wurde einer Ultraschallbehandlung in einem Ultraschallbehandlungsbad für 6 Stunden unterzogen, um eine zweite wässerige Lösung bereitzustellen. 10 g m-Phenylendiamin wurden zur zweiten wässerigen Lösung nach der Ultraschallbehandlung zugegeben, und die Inhalte wurden mit einem Magnetrührer gerührt und vermischt, um 500 g einer dritten wässerigen Lösung bereitzustellen, die 2,0 Masse-% m-Phenylendiamin, 0,4 Masse-% der Kohlenstoffnanoröhren und 0,08 Masse-% des Tensids enthielt. Eine Umkehrosmose-Verbundmembranprobe von Vergleichsbeispiel 2 wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, abgesehen vom Schritt der Herstellung der dritten wässerigen Lösung.
Ein Permeatfluss und eine NaCl-Zurückweisungsrate wurden unter Verwendung der Probe von Vergleichsbeispiel 2 in derselben Weise wie bei (7) gemessen. Die Probe von Vergleichsbeispiel 2 hatte einen Permeatfluss von 8,3 m³/(m²·Tag·MPa) und eine NaCl-Zurückweisungsrate von 25%.
10 ist eine Photographie, die durch Photographieren der Gesamtheit der Probe (200 mm × 200 mm) von Vergleichsbeispiel 2 erhalten wurde, und 11 ist eine Photographie, die durch Vergrößern eines Teils von 10 erhalten wurde. Viele kleine schwarze Punkte in 11 sind Agglomerate der Kohlenstoffnanoröhren und konnten visuell beobachtet werden.
Engste Abstände zwischen den Kohlenstoffnanoröhren wurden für die Probe von Vergleichsbeispiel 2 in derselben Weise wie in Beispiel 1 gemessen und ein Graph wurde durch Auftragen der Ergebnisse als gefüllte Kreismarkierungen in 3 erzeugt. Wie in 3 dargestellt, wurde eine Spitze, die eine Normalverteilung zeigt, nicht innerhalb des Bereichs der Dicke der Umkehrosmosemembran erhalten, trotz der Tatsache, dass Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2 dieselbe Menge der Kohlenstoffnanoröhren enthielten. Keine engsten Abstände wurden für die Kohlenstoffnanoröhren in jedem der Agglomerate gemessen.
Die Umkehrosmose-Verbundmembran von Vergleichsbeispiel 2 war im Permeatfluss erhöht und in der NaCl-Zurückweisungsrate verringert, wahrscheinlich da die Kohlenstoffnanoröhren-Agglomeratpositionen die wässerige Lösung ohne Zurückweisen von NaCl passierten. Im Wesentlichen keine vernetzten Polyamidmembranen können in den Agglomeratabschnitten gebildet werden. Es wurde festgestellt, dass, wenn die Kohlenstoffnanoröhren nicht entwirrt waren, die Umkehrosmose-Verbundmembran nicht als Umkehrosmosemembran funktionieren konnte.
(11) Bewuchsverhinderungseigenschaft
Ein Permeatfluss, wenn jede der Umkehrosmose-Verbundmembranen von Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 und der kommerziellen Umkehrosmose-Verbundmembran mit einer wässerigen Lösung, die Rinderserumalbumin mit einer Konzentration von 200 ppm enthielt, für 96 Stunden in Kontakt gebracht wurde, wurde gemessen. Eine Änderungsrate mit der Zeit, wenn ein Permeatfluss zum Zeitpunkt der Einleitung der Messung (0 h) als 100% definiert ist, ist in 12 dargestellt.
In 12 entsprechen Punkte, die durch gefüllte Rauten dargestellt sind, den gemessenen Werten der Änderungsrate des Permeatflusses von Beispiel 1, Punkte, die durch gefüllte Dreiecke dargestellt sind, entsprechen den gemessenen Werten der Änderungsrate des Permeatflusses von Vergleichsbeispiel 1 und Punkte, die durch gefüllte Quadrate dargestellt sind, entsprechen den gemessenen Werten der Änderungsrate des Permeatflusses des kommerziellen Produkts.
Die Umkehrosmose-Verbundmembran von Beispiel 1 war in der Bewuchsverhinderungseigenschaft ausgezeichnet, da ihr Permeatfluss eine kleine Änderung etwa 20 Stunden nach der Einleitung der Messung zeigte und etwa 40 Stunden nach der Einleitung im Wesentlichen unverändert blieb, und die Änderungsrate des Permeatflusses 72 Stunden nach der Einleitung war geringer als 35%.
BEZUGSZEICHENLISTE

100: Umkehrosmose-Verbundmembran; 102: poröser Träger, 104: Umkehrosmosemembran, 110: Kohlenstoffnanoröhre, 112: vernetzte aromatische Polyamidschicht, 120: vernetztes aromatisches Polyamid

Claims

Umkehrosmose-Verbundmembran, die umfasst: einen porösen Träger; und eine Umkehrosmosemembran, die auf dem porösen Träger angeordnet ist und ein vernetztes Polyamid und Kohlenstoffnanoröhren enthält, wobei die Umkehrosmosemembran entwirrte Kohlenstoffnanoröhren im vernetzten Polyamid enthält; wobei eine Verteilung von engsten Abständen zwischen den Kohlenstoffnanoröhren in der Umkehrosmosemembran eine Spitze aufweist, die innerhalb eines Bereichs einer Dicke der Umkehrosmosemembran liegt; und wobei eine Halbwertsbreite der Spitze gleich der oder geringer ist als die Dicke der Umkehrosmosemembran.
Umkehrosmose-Verbundmembran nach Anspruch 1, wobei die entwirrten Kohlenstoffnanoröhren eine kontinuierliche dreidimensionale Struktur durch das vernetzte Polyamid bilden.
Umkehrosmose-Verbundmembran nach Anspruch 1 oder 2, wobei das vernetzte Polyamid ein vernetztes aromatisches Polyamid ist; und wobei die Umkehrosmosemembran ein molekular orientiertes vernetztes aromatisches Polyamid umfasst, das dazu konfiguriert ist, die Kohlenstoffnanoröhren zu bedecken.
Umkehrosmose-Verbundmembran nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Gehalt der Kohlenstoffnanoröhren in der Umkehrosmosemembran 5 Masse-% oder mehr und 30 Masse-% oder weniger ist.
Umkehrosmose-Verbundmembran nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Verteilung eine Normalverteilung ist.
Umkehrosmose-Verbundmembran nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Kohlenstoffnanoröhren einen mittleren Durchmesser von 5 nm oder mehr und 30 nm oder weniger aufweisen.
Umkehrosmose-Verbundmembran nach Anspruch 3, wobei das molekular orientierte vernetzte aromatische Polyamid eine Schicht auf einer Oberfläche von jeder der Kohlenstoffnanoröhren bildet, wobei die Schicht eine Dicke von 1 nm oder mehr und 50 nm oder weniger aufweist.
Umkehrosmose-Verbundmembran nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Umkehrosmose-Verbundmembran einen Permeatfluss von 0,8 m³/(m²·Tag·MPa) oder mehr und eine NaCl-Zurückweisungsrate von 95% oder mehr aufweist, wenn eine wässerige Lösung von NaCl mit einem pH-Wert von 7, einer Temperatur von 23°C und einer Konzentration von 2000 ppm mit einem Betriebsdruck von 1,55 MPa zugeführt wird; und wobei die Umkehrosmose-Verbundmembran eine Reduktionsrate der NaCl-Zurückweisungsrate von weniger als 10% aufweist, nachdem sie in eine wässerige Lösung von Natriumhypochlorit mit einem pH-Wert von 9 ± 0,5, einer Temperatur von 23°C und einer Konzentration von 200 ppm für 24 Stunden eingetaucht wurde.
Umkehrosmose-Verbundmembran nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Umkehrosmose-Verbundmembran eine Reduktionsrate eines Permeatflusses von weniger als 35% aufweist, nachdem sie mit einer wässerigen Lösung, die Rinderserumalbumin mit einer Konzentration von 200 ppm enthielt, für 72 Stunden in Kontakt gebracht wurde.
Verfahren zur Herstellung einer Umkehrosmose-Verbundmembran, das umfasst: Bringen einer gemischten Flüssigkeit, die Kohlenstoffnanoröhren, Wasser und eine Aminkomponente enthält, in Kontakt mit einem porösen Träger; und dann Unterziehen der Aminkomponente in der gemischten Flüssigkeit, die am porösen Träger anhaftet, einer Vernetzungsreaktion, wobei die gemischte Flüssigkeit durch einen Schritt der Druckbeaufschlagung und Kompression einer wässerigen Lösung, die die Kohlenstoffnanoröhren enthält, während die wässerige Lösung fließt, gefolgt von Abbau oder Verringerung eines Drucks, um ein Volumen der wässerigen Lösung auf ein ursprüngliches Volumen zurückzuführen, um die Kohlenstoffnanoröhren zu vermischen, hergestellt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Umkehrosmose-Verbundmembran nach Anspruch 10, wobei ein Gehalt der Aminkomponente in der gemischten Flüssigkeit 1,0 Masse-% oder mehr und 3,0 Masse-% oder weniger ist; und wobei ein Gehalt der Kohlenstoffnanoröhren in der gemischten Flüssigkeit 0,11 Masse-% oder mehr und 1,3 Masse-% oder weniger ist.
Verfahren zur Herstellung einer Umkehrosmose-Verbundmembran nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Aminkomponente ein aromatisches Amin ist.
Verfahren zur Herstellung einer Umkehrosmose-Verbundmembran nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die wässerige Lösung, die die Kohlenstoffnanoröhren enthält, ferner ein Tensid enthält.