JP2002113465A - 膜分離方法 - Google Patents
膜分離方法Info
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- JP2002113465A JP2002113465A JP2000307781A JP2000307781A JP2002113465A JP 2002113465 A JP2002113465 A JP 2002113465A JP 2000307781 A JP2000307781 A JP 2000307781A JP 2000307781 A JP2000307781 A JP 2000307781A JP 2002113465 A JP2002113465 A JP 2002113465A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 カン水や海水からの塩分除去やミネラル調
整、食品分野での塩分除去やミネラル調整などを低圧操
作で効率よく可能とするナノろ過膜を用いた膜分離方法
を提供する。 【解決手段】 一価イオンと二価イオンの除去性能差が
大きいナノろ過膜を用い、かつ、二次側に一次側より二
価イオンである硬度成分濃度が高く、一価イオン濃度が
低い二次側溶液を流すことにより、浸透圧差を小さく抑
え、低圧で硬度成分を保持しながら一価イオンを選択的
に二次側に移動させる膜分離方法。
整、食品分野での塩分除去やミネラル調整などを低圧操
作で効率よく可能とするナノろ過膜を用いた膜分離方法
を提供する。 【解決手段】 一価イオンと二価イオンの除去性能差が
大きいナノろ過膜を用い、かつ、二次側に一次側より二
価イオンである硬度成分濃度が高く、一価イオン濃度が
低い二次側溶液を流すことにより、浸透圧差を小さく抑
え、低圧で硬度成分を保持しながら一価イオンを選択的
に二次側に移動させる膜分離方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一価イオンと二価
イオンの混合溶液からナノろ過膜を用いて、一価イオン
と二価イオンの濃度バランスを調整する膜分離方法に関
する。これにより得られた膜分離方法で、カン水や海水
からの塩分除去やミネラル調整、食品分野での塩分除去
やミネラル調整などが可能となる。特に、海水を成分と
する溶液から、塩分である一価イオンを除去して、有用
なミネラルである二価イオン濃度を増加させることが低
圧操作で効率よく可能となる。
イオンの混合溶液からナノろ過膜を用いて、一価イオン
と二価イオンの濃度バランスを調整する膜分離方法に関
する。これにより得られた膜分離方法で、カン水や海水
からの塩分除去やミネラル調整、食品分野での塩分除去
やミネラル調整などが可能となる。特に、海水を成分と
する溶液から、塩分である一価イオンを除去して、有用
なミネラルである二価イオン濃度を増加させることが低
圧操作で効率よく可能となる。
【０００２】
【従来の技術】従来のナノろ過膜モジュールを用いた一
価イオンと二価イオンの分離方法は、一次側に原水を供
給、加圧することにより、一価イオンと二価イオンの分
離性能差を利用して二次側から透過する一価イオンが低
濃度の透過水を得る方法である。
価イオンと二価イオンの分離方法は、一次側に原水を供
給、加圧することにより、一価イオンと二価イオンの分
離性能差を利用して二次側から透過する一価イオンが低
濃度の透過水を得る方法である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな膜分離方法では、原水の塩濃度が高い場合、一次側
と二次側の浸透圧差が大きくなり、それを上回る供給圧
力を膜にかける必要があるため、加圧ポンプの動力が大
きくなる。また、ナノろ過膜の使用限界圧力を超える場
合はそのナノろ過膜が使用できなくなる。
うな膜分離方法では、原水の塩濃度が高い場合、一次側
と二次側の浸透圧差が大きくなり、それを上回る供給圧
力を膜にかける必要があるため、加圧ポンプの動力が大
きくなる。また、ナノろ過膜の使用限界圧力を超える場
合はそのナノろ過膜が使用できなくなる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的に鑑み鋭意研究
の結果、本発明者らは、一価イオンと二価イオンの除去
性能差が大きいナノろ過膜を用い、かつ、二次側に一次
側より二価イオンである硬度成分濃度が高く、一価イオ
ン濃度が低い二次側溶液を流すことにより、浸透圧差を
小さく抑え、硬度成分を保持しながら一価イオンを選択
的に二次側に移動させることが高い圧力をかけずに可能
となることを見いだし本発明に至った。
の結果、本発明者らは、一価イオンと二価イオンの除去
性能差が大きいナノろ過膜を用い、かつ、二次側に一次
側より二価イオンである硬度成分濃度が高く、一価イオ
ン濃度が低い二次側溶液を流すことにより、浸透圧差を
小さく抑え、硬度成分を保持しながら一価イオンを選択
的に二次側に移動させることが高い圧力をかけずに可能
となることを見いだし本発明に至った。
【０００５】すなわち、本発明は、下記のものである。 ナノろ過膜モジュールの一次側に供給する一次側溶液
より硬度成分濃度が高く、一価イオン濃度が低い二次側
溶液を該ナノろ過膜モジュールの二次側に通過させ、一
次側から二次側に一価イオンを選択的に移動させること
により一次側溶液から一価イオン濃度を低減させること
を特徴とする膜分離方法。 ナノろ過膜モジュールの塩化ナトリウムの除去率が２
０％以下でかつ、塩化カルシウムの除去率より２０ポイ
ント以上小さい上記に記載の膜分離方法。 ナノろ過膜モジュールが中空糸型の両端開口型膜モジ
ュールである上記またはに記載の膜分離方法。 中空糸膜が複合中空糸膜である上記に記載の膜分離
方法。 複合中空糸膜の分離活性層が主として架橋ポリアミド
からなる上記に記載の膜分離方法。 一次側の溶液が海水または海水を希釈した溶液である
上記ないしのいずれかに記載の膜分離方法。 一次側溶液と二次側溶液の浸透圧差が０．５ＭＰａ以
下である上記ないしのいずれかに記載の膜分離方
法。
より硬度成分濃度が高く、一価イオン濃度が低い二次側
溶液を該ナノろ過膜モジュールの二次側に通過させ、一
次側から二次側に一価イオンを選択的に移動させること
により一次側溶液から一価イオン濃度を低減させること
を特徴とする膜分離方法。 ナノろ過膜モジュールの塩化ナトリウムの除去率が２
０％以下でかつ、塩化カルシウムの除去率より２０ポイ
ント以上小さい上記に記載の膜分離方法。 ナノろ過膜モジュールが中空糸型の両端開口型膜モジ
ュールである上記またはに記載の膜分離方法。 中空糸膜が複合中空糸膜である上記に記載の膜分離
方法。 複合中空糸膜の分離活性層が主として架橋ポリアミド
からなる上記に記載の膜分離方法。 一次側の溶液が海水または海水を希釈した溶液である
上記ないしのいずれかに記載の膜分離方法。 一次側溶液と二次側溶液の浸透圧差が０．５ＭＰａ以
下である上記ないしのいずれかに記載の膜分離方
法。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明において、ナノろ過膜と
は、限外ろ過膜と逆浸透膜との間に位置づけられる分画
特性を有する領域の膜を意味する。具体的には、原水中
の一価イオンの除去性能に比べ、二価イオンの除去性能
が特に高いものである。特に、ｐＨ８における、塩化ナ
トリウムの除去率が２０％以下で、塩化カルシウムの除
去率が４０％以上であることが好ましい。また、硬度成
分とは、カルシウムやマグネシウムを意味する。
は、限外ろ過膜と逆浸透膜との間に位置づけられる分画
特性を有する領域の膜を意味する。具体的には、原水中
の一価イオンの除去性能に比べ、二価イオンの除去性能
が特に高いものである。特に、ｐＨ８における、塩化ナ
トリウムの除去率が２０％以下で、塩化カルシウムの除
去率が４０％以上であることが好ましい。また、硬度成
分とは、カルシウムやマグネシウムを意味する。
【０００７】本発明において、塩化ナトリウムや塩化カ
ルシウムの除去率は、供給液濃度０．０５重量％、供給
圧力０．３ＭＰａ、温度２５゜C 、回収率が１５％、ｐ
Ｈ８の条件で測定した場合の除去率であり、下記（１）
式で定義される。
ルシウムの除去率は、供給液濃度０．０５重量％、供給
圧力０．３ＭＰａ、温度２５゜C 、回収率が１５％、ｐ
Ｈ８の条件で測定した場合の除去率であり、下記（１）
式で定義される。
【数１】 ここで、塩とは、塩化ナトリウムまたは塩化カルシウム
を意味する。
を意味する。
【０００８】本発明において、膜モジュールの一次側と
は供給液が流れる側であり、二次側とは透過側であり、
二価イオン濃度が高い二次側溶液を流す側である。膜の
形状は平膜、中空糸膜など特に限定されないが、膜モジ
ュール当たりの膜面積を大きくできる中空糸膜が好まし
い。中空糸膜とは選択透過性を有する中空糸状の分離膜
であり、外圧型、内圧型いずれでもかまわない。有効膜
面積が大きくなる外圧型が好ましい。中空糸膜の場合に
その配置方法としては平行配置、交差配置、などがあ
り、両端開口型にして、二次側に二次側溶液を流す透析
型とすることができる構造となる。一次側が中空糸の内
側であっても外側であっても構わない。
は供給液が流れる側であり、二次側とは透過側であり、
二価イオン濃度が高い二次側溶液を流す側である。膜の
形状は平膜、中空糸膜など特に限定されないが、膜モジ
ュール当たりの膜面積を大きくできる中空糸膜が好まし
い。中空糸膜とは選択透過性を有する中空糸状の分離膜
であり、外圧型、内圧型いずれでもかまわない。有効膜
面積が大きくなる外圧型が好ましい。中空糸膜の場合に
その配置方法としては平行配置、交差配置、などがあ
り、両端開口型にして、二次側に二次側溶液を流す透析
型とすることができる構造となる。一次側が中空糸の内
側であっても外側であっても構わない。
【０００９】また、膜の形態としては、いわゆる非対称
膜、複合膜など特に限定されないが、性能の点から複合
膜が好ましく、複合中空糸膜が特に好ましい。複合中空
糸膜とは、多孔質中空糸支持膜の外表面及び／または内
表面に多孔質中空糸支持膜とは異なる素材からなる分離
活性層を設けたものである。外表面、内表面いずれの表
面に分離活性層を設けたものでもかまわないが、有効膜
面積が大きくなる外表面に設けたものが好ましい。
膜、複合膜など特に限定されないが、性能の点から複合
膜が好ましく、複合中空糸膜が特に好ましい。複合中空
糸膜とは、多孔質中空糸支持膜の外表面及び／または内
表面に多孔質中空糸支持膜とは異なる素材からなる分離
活性層を設けたものである。外表面、内表面いずれの表
面に分離活性層を設けたものでもかまわないが、有効膜
面積が大きくなる外表面に設けたものが好ましい。
【００１０】膜の素材は特に限定されない。例えば、複
合膜の場合、支持層としてポリスルホン系樹脂が好まし
く、分離活性層はポリアミド系重合体が好ましい。ポリ
アミド系重合体は多官能性アミンと多官能性酸ハロゲン
化物の界面重縮合反応により得られた架橋ポリアミド重
合体が特に好ましく、架橋ポリピペラジンアミド、全芳
香族架橋ポリアミドなどがあげられ、架橋ポリピペラジ
ンアミドが好適である。
合膜の場合、支持層としてポリスルホン系樹脂が好まし
く、分離活性層はポリアミド系重合体が好ましい。ポリ
アミド系重合体は多官能性アミンと多官能性酸ハロゲン
化物の界面重縮合反応により得られた架橋ポリアミド重
合体が特に好ましく、架橋ポリピペラジンアミド、全芳
香族架橋ポリアミドなどがあげられ、架橋ポリピペラジ
ンアミドが好適である。
【００１１】本発明において、海水とは、表層海水、深
層海水など海水であれば特に限定されない。また、希釈
水の希釈倍率も、１０倍、１００倍など、用途、使用目
的により適宜に設定され、特に限定されない。
層海水など海水であれば特に限定されない。また、希釈
水の希釈倍率も、１０倍、１００倍など、用途、使用目
的により適宜に設定され、特に限定されない。
【００１２】本発明において、一次側、二次側の浸透圧
差小さい方が、一次側にかける圧力が小さくなり好まし
く、０．５ＭＰａ以下が好ましい。海水の場合、一価イ
オンであるナトリウムの濃度が高く、二価イオンである
カルシウムの濃度が低いため、二次側に流す二次側溶液
はナトリウムなどの一価イオンの濃度を小さくし、カル
シウム濃度を高くすることにより浸透圧を調整すること
が好ましい。
差小さい方が、一次側にかける圧力が小さくなり好まし
く、０．５ＭＰａ以下が好ましい。海水の場合、一価イ
オンであるナトリウムの濃度が高く、二価イオンである
カルシウムの濃度が低いため、二次側に流す二次側溶液
はナトリウムなどの一価イオンの濃度を小さくし、カル
シウム濃度を高くすることにより浸透圧を調整すること
が好ましい。
【００１３】
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、
本発明はこれらの実施例により何ら制限されるものでは
ない。
本発明はこれらの実施例により何ら制限されるものでは
ない。
【００１４】実施例１ ポリスルホン２０重量部、トリエチレングリコ- ル４重
量部、Ｎ，Ｎ- ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）７
５．５重量部、ラウリルベンゼンスルホン酸ナトリウム
０．５重量部からなる製膜原液を、チュ−ブインオリフ
ィス型紡糸ノズルを用いて外周部から、ＤＭＡｃ３０重
量部、水７０重量部からなる芯液を内周部から、それぞ
れ同時に押し出し、６ｃｍの空気中を走行した後、ＤＭ
Ａｃ５重量部、水９５重量部からなる凝固液中に１５ｍ
／ｍｉｎの速度で引き取り、水洗工程を経て、中空糸型
多孔質支持体（外径３５０μｍ／内径２００μｍ）を得
た。該多孔質支持体を、ピペラジン２重量部、トリエチ
レンジアミン１重量部、ラウリルベンゼンスルホン酸ナ
トリウム０．０７重量部からなるアミン水溶液中に1分
間接触させ、該多孔質支持体を引き上げた後、余分なア
ミン水溶液を液切りし、トリメシン酸クロリド１重量部
を含むヘキサン溶液、フッ素系溶媒（フロリナ−ト Ｆ
Ｃ−７０、住友３Ｍ社製）、1 重量部酢酸水溶液に順次
接触させることで、該多孔質支持体の外表面にポリアミ
ド薄膜を形成させた複合中空糸膜を得た。
量部、Ｎ，Ｎ- ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）７
５．５重量部、ラウリルベンゼンスルホン酸ナトリウム
０．５重量部からなる製膜原液を、チュ−ブインオリフ
ィス型紡糸ノズルを用いて外周部から、ＤＭＡｃ３０重
量部、水７０重量部からなる芯液を内周部から、それぞ
れ同時に押し出し、６ｃｍの空気中を走行した後、ＤＭ
Ａｃ５重量部、水９５重量部からなる凝固液中に１５ｍ
／ｍｉｎの速度で引き取り、水洗工程を経て、中空糸型
多孔質支持体（外径３５０μｍ／内径２００μｍ）を得
た。該多孔質支持体を、ピペラジン２重量部、トリエチ
レンジアミン１重量部、ラウリルベンゼンスルホン酸ナ
トリウム０．０７重量部からなるアミン水溶液中に1分
間接触させ、該多孔質支持体を引き上げた後、余分なア
ミン水溶液を液切りし、トリメシン酸クロリド１重量部
を含むヘキサン溶液、フッ素系溶媒（フロリナ−ト Ｆ
Ｃ−７０、住友３Ｍ社製）、1 重量部酢酸水溶液に順次
接触させることで、該多孔質支持体の外表面にポリアミ
ド薄膜を形成させた複合中空糸膜を得た。
【００１５】これらの複合中空糸膜約４，６００本をほ
ぼ円筒状の束に配置して、ケースに装着して、乾燥後、
両端を樹脂で固化し、両端部を切断し中空糸膜を開口さ
せた。このナノろ過膜モジュールの膜面有効長は約２２
ｃｍであり、有効膜面積は約１ｍ2 であった。
ぼ円筒状の束に配置して、ケースに装着して、乾燥後、
両端を樹脂で固化し、両端部を切断し中空糸膜を開口さ
せた。このナノろ過膜モジュールの膜面有効長は約２２
ｃｍであり、有効膜面積は約１ｍ2 であった。
【００１６】このナノろ過膜モジュールに温度２５℃、
ｐＨ８にて塩化ナトリウムの５００ｇ／ｍ3 水溶液を膜
モジュールの供給水口に操作圧力０．３ＭＰａで供給し
て脱塩を行い、１０分後の塩濃度を測定した。この場合
の回収率は１５％であり、除去率は６％であった。
ｐＨ８にて塩化ナトリウムの５００ｇ／ｍ3 水溶液を膜
モジュールの供給水口に操作圧力０．３ＭＰａで供給し
て脱塩を行い、１０分後の塩濃度を測定した。この場合
の回収率は１５％であり、除去率は６％であった。
【００１７】同様にして、このナノろ過膜モジュールに
温度２５℃、ｐＨ８にて塩化カルシウムの５００ｇ／ｍ
3 水溶液を膜モジュールの供給水口に操作圧力０．３Ｍ
Ｐａで供給して脱塩を行い、１０分後の塩濃度を測定し
た。この場合の回収率は１５％であり、除去率は４３％
であった。
温度２５℃、ｐＨ８にて塩化カルシウムの５００ｇ／ｍ
3 水溶液を膜モジュールの供給水口に操作圧力０．３Ｍ
Ｐａで供給して脱塩を行い、１０分後の塩濃度を測定し
た。この場合の回収率は１５％であり、除去率は４３％
であった。
【００１８】実海水を砂ろ過で処理した後、このナノろ
過膜モジュールの供給水口に０．２Ｌ／分で供給し、中
空糸膜の一次側に流した。中空部側となる二次側には、
塩化カルシウム０．４１重量％と塩化マグネシウム０．
５重量％の混合水溶液を０．５Ｌ／分で流した。海水の
硬度成分濃度はカルシウム、マグネシウムの総和の濃度
として、１、６５０ｍｇ／Ｌであり、二次側溶液のカル
シウムイオン濃度は１，４８０ｍｇ／Ｌ、マグネシウム
イオン濃度は１、２７０ｍｇ／Ｌであり、総和として、
２、７５０ｍｇ／Ｌであった。また、同じく、一次側溶
液である海水のなかのナトリウム、塩素、などの一価イ
オン濃度の総和は約３０、０００ｍｇ／Ｌで、二次側溶
液の一価イオンである塩素イオン濃度は６、３９０ｍｇ
／Ｌであった。膜モジュールを通過した後の一次側溶液
処理水の一価イオン濃度は約２６，７００ｍｇ／Ｌとな
り、一価イオン濃度の低減が可能となった。なお、硬度
成分濃度は減少していなかった。
過膜モジュールの供給水口に０．２Ｌ／分で供給し、中
空糸膜の一次側に流した。中空部側となる二次側には、
塩化カルシウム０．４１重量％と塩化マグネシウム０．
５重量％の混合水溶液を０．５Ｌ／分で流した。海水の
硬度成分濃度はカルシウム、マグネシウムの総和の濃度
として、１、６５０ｍｇ／Ｌであり、二次側溶液のカル
シウムイオン濃度は１，４８０ｍｇ／Ｌ、マグネシウム
イオン濃度は１、２７０ｍｇ／Ｌであり、総和として、
２、７５０ｍｇ／Ｌであった。また、同じく、一次側溶
液である海水のなかのナトリウム、塩素、などの一価イ
オン濃度の総和は約３０、０００ｍｇ／Ｌで、二次側溶
液の一価イオンである塩素イオン濃度は６、３９０ｍｇ
／Ｌであった。膜モジュールを通過した後の一次側溶液
処理水の一価イオン濃度は約２６，７００ｍｇ／Ｌとな
り、一価イオン濃度の低減が可能となった。なお、硬度
成分濃度は減少していなかった。
【００１９】
【発明の効果】硬度成分を保持しながら一価イオンを選
択的に二次側に移動させ、原水のミネラル成分の調整が
高い圧力をかけずに可能となる。
択的に二次側に移動させ、原水のミネラル成分の調整が
高い圧力をかけずに可能となる。
Claims (7)
- 【請求項１】 ナノろ過膜モジュールの一次側に供給す
る一次側溶液より硬度成分濃度が高く、一価イオン濃度
が低い二次側溶液を該ナノろ過膜モジュールの二次側に
通過させ、一次側から二次側に一価イオンを選択的に移
動させることにより一次側溶液から一価イオン濃度を低
減させることを特徴とする膜分離方法。 - 【請求項２】 ナノろ過膜モジュールの塩化ナトリウム
の除去率が２０％以下でかつ、塩化カルシウムの除去率
より２０ポイント以上小さい請求項１に記載の膜分離方
法。 - 【請求項３】 ナノろ過膜モジュールが中空糸型の両端
開口型膜モジュールである請求項１または２に記載の膜
分離方法。 - 【請求項４】 中空糸膜が複合中空糸膜である請求項３
に記載の膜分離方法。 - 【請求項５】 複合中空糸膜の分離活性層が主として架
橋ポリアミドからなる請求項４に記載の膜分離方法。 - 【請求項６】 一次側の溶液が海水または海水を希釈し
た溶液である請求項１ないし５のいずれかに記載の膜分
離方法。 - 【請求項７】 一次側溶液と二次側溶液の浸透圧差が
０．５ＭＰａ以下である請求項１ないし６のいずれかに
記載の膜分離方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000307781A JP2002113465A (ja) | 2000-10-06 | 2000-10-06 | 膜分離方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000307781A JP2002113465A (ja) | 2000-10-06 | 2000-10-06 | 膜分離方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002113465A true JP2002113465A (ja) | 2002-04-16 |
Family
ID=18788228
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000307781A Pending JP2002113465A (ja) | 2000-10-06 | 2000-10-06 | 膜分離方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002113465A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107998900A (zh) * | 2017-07-21 | 2018-05-08 | 义乌赛蓝膜科技有限公司 | 一种具有单多价选择分离功能的阴离子交换膜的制备方法 |
| JP2018520874A (ja) * | 2015-07-24 | 2018-08-02 | ラブ・トゥ・マーケット・インコーポレイテッド | 溶質含有水溶液を高濃度に濃縮するための浸透圧を用いない逆浸透圧法 |
-
2000
- 2000-10-06 JP JP2000307781A patent/JP2002113465A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018520874A (ja) * | 2015-07-24 | 2018-08-02 | ラブ・トゥ・マーケット・インコーポレイテッド | 溶質含有水溶液を高濃度に濃縮するための浸透圧を用いない逆浸透圧法 |
| US10953367B2 (en) | 2015-07-24 | 2021-03-23 | Lab to Market Inc. | Method of osmotic pressure free reverse osmosis for enriching solute-containing solution to high concentration |
| CN107998900A (zh) * | 2017-07-21 | 2018-05-08 | 义乌赛蓝膜科技有限公司 | 一种具有单多价选择分离功能的阴离子交换膜的制备方法 |
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