JP2000281638A

JP2000281638A - 尿素の分離方法

Info

Publication number: JP2000281638A
Application number: JP11082721A
Authority: JP
Inventors: Minoru Morita; 稔守田; Atsushi Serizawa; 篤芹澤; Wataru Mochiji; 亘持地; Harutaka Yamamoto; 晴敬山本; Masaki Kotani; 雅紀小谷
Original assignee: Snow Brand Milk Products Co Ltd
Current assignee: Snow Brand Milk Products Co Ltd
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 1999-03-26
Publication date: 2000-10-10
Also published as: US20010047963A1; US6506305B2

Abstract

(57)【要約】【課題】膜分離の技術を利用して、天然物や排水
等の尿素を含む溶液から尿素を簡便に分離する方法の提
供。【解決手段】尿素を含む溶液をナノフィルトレーショ
ン（ＮＦ）膜又は逆浸透（ＲＯ）膜で処理して、透過液
側に尿素を透過させることによって尿素を分離する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、膜分離の技術を利
用して、尿素を含む溶液から尿素を簡便に分離する方法
に関する。本発明の分離方法を利用することにより、例
えば天然物から簡便に尿素を分離、回収することがで
き、また、排水からも簡便に尿素を分離、除去すること
ができる。

【０００２】

【従来の技術】化学式CO(NH_２)_２で表される化合物の尿
素は、1773年にF.M.Rouelle によって尿中に発見され、
1828年にF.Wohlerによって初めて合成に成功した有機化
合物である。以来、尿素を合成する方法について種々の
提案がなされており、現在では直接法によりアンモニア
及び二酸化炭素を出発原料として合成されている。この
尿素は、尿素樹脂等の工業用原料として、あるいは化学
肥料や医薬品の原料として、大量に製造され使用されて
いる。また、尿素はアミノ酸や核酸塩基中に存在する窒
素の最終分解生成物であり、天然界においては、脊椎動
物の血液や体液中、あるいは哺乳動物の尿中に含まれて
いることが知られており、線虫類、甲殻類、軟体動物、
きのこ、カビ等からも尿素が見出されている。そして、
サメ等の軟骨動物の筋肉中には１％を越える量の尿素が
含まれていることが知られており、ヒトの血液中には0.
02〜0.03％の濃度で尿素が含まれていることも知られて
いる。しかしながら、現在のところ、天然物から尿素を
簡便に分離、回収する方法は知られておらず、天然物由
来の尿素は有効利用されていない。一方、排水中に存在
する尿素は、アンモニアと共に窒素としての公的規制が
あり、アンモニア及び尿素の排水中の含有量を100ppm以
下とする必要がある。そこで、排水処理の改善が求めら
れており、尿素を除去する方法として、現在までに尿素
をアンモニアと二酸化炭素とに加水分解して除去する方
法や尿素に硝化細菌を作用させて除去する方法が提案さ
れている。しかし、これらの方法は、高熱を加えたり、
微生物を利用したりするというように操作が非常に繁雑
であり、現状としては、この排水における基準を達成す
ることは容易ではない。このような現状から、天然物か
ら尿素を簡便に分離、回収する方法、あるいは排水から
尿素を簡便に分離、除去する方法が求められている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、天然物
由来の尿素を有効利用する目的で、天然物から尿素を簡
便に分離、回収する方法を開発するべく、鋭意研究を進
めてきたところ、水や塩類のみしか透過しないと言われ
ていたナノフィルトレーション（ＮＦ）膜や逆浸透（Ｒ
Ｏ）膜が、実際には尿素をも透過することを見出した。
そこで、天然物から尿素を含む画分を抽出し、これをＮ
Ｆ膜やＲＯ膜で処理することにより、あるいは尿素を含
む排水をＮＦ膜やＲＯ膜で処理することにより、透過液
側に尿素を透過させることができることを見出し、本発
明を完成するに至った。したがって、本発明は、化成
品、医薬品、肥料等の原料として使用することができる
尿素を天然物から簡便に分離、回収する方法を提供する
ことを課題とし、また、本発明は、排水処理の過程にお
いて、尿素を排水から簡便に分離、除去する方法を提供
することを課題とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明では、尿素を含む
溶液から尿素を分離するのに、ＮＦ膜又はＲＯ膜を使用
する。ＮＦ膜やＲＯ膜は、限外濾過（ＵＦ）膜や精密濾
過（ＭＦ）膜とは異なり、膜面に細孔が存在していな
い。したがって、ＮＦ膜やＲＯ膜における膜透過の原理
は未だ明確になっておらず、従来は透過しないと言われ
ていた尿素が、ＮＦ膜やＲＯ膜をなぜ透過するかについ
て学問的に明確な解明は難しいが、膜透過に関する理論
のうち、透過する物質が膜中に溶解し、拡散して透過す
るという膜中における溶解拡散理論が知られており、尿
素がＮＦ膜やＲＯ膜を透過するのは、この膜中における
溶解拡散理論によるとうまく説明できると考えられる。
すなわち、尿素はＮＦ膜やＲＯ膜に溶解し易いと推察さ
れる。本発明で使用できるＲＯ膜としては、 Desal-3
(Desalination社製) 、HR-95(DOW DANMARK社製) 、 NTR
-729HF (日東電工社製) 等を例示することができ、ＮＦ
膜としては、Desal-5 (Desalination 社製) 、NF-45 (D
OW DANMARK社製) 、NTR-7450 (日東電工社製) 等を例示
することができる。使用する膜は、どのような形状であ
ってもよく、通液する溶液の状態により選択すればよ
い。また、サニタリー性を要求する場合、スパイラル膜
を使用することが望ましいが、粘度が高い溶液の場合や
大きな粒子が含まれている溶液の場合、ホローファイバ
ーの膜を使用することは適切ではない。

【０００５】尿素を含む溶液をＮＦ膜やＲＯ膜で処理す
る際の条件として、操作温度を５〜60℃の範囲とするこ
とが望ましい。操作温度が60℃を超えると、尿素が分解
する可能性があり、操作温度が５℃未満となると、処理
能力が低下する。また、圧力や透過流速等の条件につい
ては、ＮＦ膜やＲＯ膜の処理で通常行われている条件に
従えばよい。このように、尿素を含む溶液をＮＦ膜やＲ
Ｏ膜で処理することにより、透過液側に尿素を透過させ
て分離することができ、この分離した尿素を必要に応じ
て回収したり、除去したりすることができる。次に試験
例を示し、尿素がＮＦ膜やＲＯ膜を透過することを説明
する。なお、試験例では、ウレアーゼインドフェノール
法により尿素量を定量し、灰化法によりミネラル量を定
量した。

【０００６】

【試験例１】尿素 0.5％、塩化ナトリウム１％及び大豆
タンパク質１％を含む水溶液（モデル溶液）を調製し
た。このモデル溶液５kgについて、食塩阻止率が50％の
ＮＦ膜(Desal-5、Desalination社製) を使用し、５倍加
水濃縮を行なった。なお、膜処理は、操作温度15℃、圧
力1.2MPaの条件で行った。このＮＦ膜での処理により透
過液側に透過した溶液を回収し、エバポレーターで濃縮
した後、この濃縮液について、順次、陽イオン交換樹脂
(IR-120B、オルガノ社製）及び陰イオン交換樹脂(IRA-4
10、オルガノ社製）で脱塩を行った。脱塩した濃縮液中
に含まれる尿素量を測定したところ、この濃縮液中には
尿素24gが含まれていた。したがって、モデル液５kg中
には尿素 25gが含まれていたことから、96％の回収率で
モデル液から尿素を分離、回収できることが判った。な
お、脱塩した濃縮液中に含まれているミネラル量は測定
限界以下であった。

【０００７】

【試験例２】試験例１と同様、尿素 0.5％、塩化ナトリ
ウム１％及び大豆タンパク質１％を含むモデル溶液を調
製した。このモデル溶液５kgについて、食塩阻止率が95
％のＲＯ膜 (NTR-7450、日東電工社製) を使用し、５倍
加水濃縮を行なった。なお、膜処理は、操作温度15℃、
圧力1.8MPaの条件で行った。このＲＯ膜での処理により
透過液側に透過した溶液を回収し、エバポレーターで濃
縮を行った。脱塩した濃縮液中に含まれる尿素量を測定
したところ、この濃縮液中には尿素19gが含まれてい
た。したがって、モデル液５kg中には尿素 25gが含まれ
ていたことから、76％の回収率でモデル液から尿素を分
離、回収できることが判った。なお、脱塩した濃縮液中
に含まれているミネラル量は3gであった。

【０００８】

【発明の実施の形態】尿素を含む天然物又は天然物から
抽出した尿素を含む画分、あるいは尿素を含む排水等、
尿素を含む溶液をＮＦ膜又はＲＯ膜で処理して透過液側
に尿素を透過させて分離する。そして、尿素を使用する
場合は、分離した尿素を回収し、必要に応じて、通常行
われている方法により精製や濃縮、乾燥を行えばよい。
ところで、尿素を含む溶液の塩濃度が高いと、尿素を含
む透過液中の塩濃度も高くなる。したがって、予め脱塩
を行って尿素を含む溶液の塩濃度を低減させておくか、
あるいは尿素を含む透過液の脱塩を行って塩濃度を低減
させることが望ましい。なお、これらの脱塩について
は、イオン交換樹脂や電気透析（ＥＤ）膜で処理するこ
とにより行うことができる。このようにして、化成品、
医薬品、肥料等の原料として利用することができる尿素
を天然物から簡便に分離、回収することができる。ま
た、このようにして分離、回収した尿素には、ウレアー
ゼ等の尿素を分解する酵素が全く混在していないので、
アンモニア等の生成がないという特徴を有しており、非
常に利用し易い尿素となる。また、尿素を除去する場合
は、分離した尿素をそのまま除去すればよい。このよう
にして、排水中に含まれている尿素を簡便に分離、除去
することができる。次に実施例を示し、本発明をさらに
詳しく説明する。なお、実施例では、試験例と同様、ウ
レアーゼインドフェノール法により尿素量を定量し、灰
化法によりミネラル量を定量した。

【０００９】

【実施例１】11.6mg/100mlの割合で尿素を含んでいる脱
脂乳について、食塩阻止率が98％のＲＯ膜(Desal-3、De
salination社製) を使用し、２倍濃縮を行なった。な
お、膜処理は、操作温度50℃、圧力1.8MPaの条件で行っ
た。このＲＯ膜での処理により透過液側に透過した溶液
を分離、回収した。この溶液中に含まれる尿素量を測定
したところ、この溶液中には10mg/100mlの割合で尿素が
含まれていた (尿素回収率86.2％) 。なお、この溶液中
に含まれるミネラル量は12mg/100mlであった。

【００１０】

【実施例２】1.1mg/100ml の割合で尿素を含んでいる工
場排水について、食塩阻止率が50％のＮＦ膜(Desal-5、
Desalination社製) を使用し、３倍加水濃縮を行なっ
た。なお、膜処理は、操作温度15℃、圧力1.3MPaの条件
で行った。このＮＦ膜での処理により透過液側に透過し
た溶液を分離、回収した。この溶液中に含まれる尿素量
を測定したところ、この溶液中には0.98mg/100mlの割合
で尿素が含まれていた (尿素回収率89.0％) 。

【００１１】

【発明の効果】本発明のＮＦ膜又はＲＯ膜による尿素の
分離方法によると、尿素を含む天然物又は天然物から抽
出した尿素を含む画分から簡便に尿素を分離、回収する
ことができる。得られた尿素は、化成品、医薬品、肥料
等の原料として利用することができる。また、本発明の
ＮＦ膜又はＲＯ膜による尿素の分離方法によると、排水
中に含まれる尿素を簡便に分離、除去することができ
る。

フロントページの続き (72)発明者山本晴敬埼玉県川越市新宿町６−20−58 (72)発明者小谷雅紀埼玉県狭山市祇園17−32 秀英ビル302 Ｆターム(参考） 4D006 GA05 KA02 KA72 KB11 KB30 KE07P KE12P KE13P KE16R MA03 PA04 PB08 PB70 PC11 4H006 AA02 AD16 AD19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】尿素を含む溶液をナノフィルトレーショ
ン（ＮＦ）膜又は逆浸透（ＲＯ）膜で処理して透過液側
に尿素を透過させることを特徴とする尿素の分離方法。
【請求項２】尿素を含む溶液が、尿素を含む天然物又
は天然物から抽出した尿素を含む画分である請求項１記
載の分離方法。
【請求項３】尿素を含む溶液が、尿素を含む排水であ
る請求項１記載の分離方法。