JP2003053102A

JP2003053102A - 分離装置

Info

Publication number: JP2003053102A
Application number: JP2001248677A
Authority: JP
Inventors: Taro Kuroda; 太郎黒田; Kiyo Kuroda; 紀代黒田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-08-20
Filing date: 2001-08-20
Publication date: 2003-02-25

Abstract

(57)【要約】【課題】少ないエネルギーとコストでアルコール
を分離出来る分離装置を得る。【解決手段】超親アルコール性を示す物質、具体的に
は親水部と疎水部とがミクロに相分離した表面を有する
化合物１を使用してアルコールを分離する。このように
超親アルコール性を示す化合物は表面にアルコール分子
を強く束縛する（規則的に配列させる）性質を有するた
め、化合物１表面上に滴下したアルコール溶液２は低濃
度のアルコール溶液３と高濃度のアルコール溶液４とに
分離する事が出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、分子中に親水基と
疎水基を有する物質（アルコール、アミン化合物、カル
ボン酸、アルデヒド、界面活性剤など）を流体中より分
離する分離装置にに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】アルコールは、反応性、混和性、溶解性
などに優れているため、化学工業をはじめ、食品工業、
医薬品工業、電子部品工業などの分野で多用されていま
す。このアルコールは、その生産段階及び使用段階での
鈍化、あるいは廃棄段階での廃水の浄化や廃液からのア
ルコール資源の回収といった場面で、水とアルコールの
分離が必要となります。現在は、このアルコールの分離
を主に蒸留法によって行っています。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記した蒸留法は典型
的なエネルギー多消費型分離法で、近年の地球温暖化問
題との関連もあり、より省エネルギー的な方向への転換
が求められています（分離に多大なエネルギーを消費し
てしまうという問題があった。）。

【０００４】また、これとは別に蒸留操作では、共沸蒸
留工程で使用するベンゼンなどの人体に危険な添加物が
製品に微量残存する可能性があるため、食品工業や医薬
品工業などの分野ではこれらを使用しない新しい分離プ
ロセスの開発に期待が寄せられています（人体への安全
性でも問題があった）。

【０００５】本発明は、これらの問題の解決を課題とす
るものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に鋭意検討した。その結果、親水部と疎水部とがミクロ
に相分離している表面を有する化合物がアルコールに対
して（接触角にしておおむね１０°以下、条件によって
は５°以下と）極めて高い濡れ性（以下、超親アルコー
ル性と記載）を示す事を見出した。

【０００７】更にまた、アルコール水溶液を上記した
（親水部と疎水部とがミクロに相分離した表面を有する
化合物などの）超親アルコール性を示す表面に滴下した
場合、アルコール水溶液が高濃度のアルコール溶液と低
濃度のアルコール溶液とに分離されるのを見出した。よ
り具体的には、（親水部と疎水部とがミクロに相分離し
た表面を有する化合物などの）超親アルコール性を示す
表面上に滴下したアルコール水溶液中の主にアルコール
成分（高濃度のアルコール溶液）が薄く広がり、低濃度
のアルコール溶液が滴状に集まる事を見出し、本発明を
完成するに至った。

【０００８】本発明の請求項１に係る分離装置は、少な
くとも超親アルコール性を示す化合物１を使用して流体
を分離する事を特徴とする。

【０００９】本発明の請求項２に係る化合物１は、分子
中に親水部と疎水部をもつ化合物である事を特徴とす
る。

【００１０】本発明の請求項３に係る化合物１は、分子
レベルで親水部と疎水部とに分かれた表面を有する化合
物である事を特徴とする。

【００１１】本発明の請求項４に係る化合物１は、親水
部と疎水部とがミクロに相分離した表面を有する化合物
である事を特徴とする。

【００１２】本発明の請求項５に係る分離装置は、化合
物１が固体である事を特徴とする。なお、化合物１の形
状としては、シート状、膜状、多孔体状、ハニカム状、
糸状、中空糸状、布状、不織布状など多種多様の形態が
挙げられ、用途に合わせて適宜使用すれば良い。

【００１３】本発明の請求項６に係る分離装置は、化合
物１表面の親水部と疎水部が、海島構造、柱状構造、OB
DD構造、ラメラ構造、の何れかの構造を有している事を
特徴とする。

【００１４】本発明の請求項７に係る分離装置は、化合
物１表面の親水部及び疎水部のうち少なくともどちらか
一方の幅が１００ｎｍ以下である事を特徴とする。

【００１５】本発明の請求項８に係る分離装置は、化合
物１表面の親水部及び疎水部のうち少なくともどちらか
一方の幅が規則性を有している事を特徴とする。

【００１６】本発明の請求項９に係る分離装置は、化合
物１表面の親水部及び疎水部のうち少なくともどちらか
一方の幅が一定である事を特徴とする。

【００１７】本発明の請求項１０に係る分離装置は、化
合物１表面の親水部及び疎水部のうち少なくともどちら
か一方の間隔が周期性を有している事を特徴とする。

【００１８】本発明の請求項１１に係る分離装置は、化
合物１表面の親水部及び疎水部のうち少なくともどちら
か一方の間隔が、分離する分子の長さの１０倍以下であ
る事を特徴とする。

【００１９】本発明の請求項１２に係る分離装置は、蒸
留により流体を分離する事を特徴とする。

【００２０】本発明の請求項１３に係る分離装置は、流
体が化合物１を通過する事を特徴とする。

【００２１】本発明の請求項１４に係る分離装置は、化
合物１で流体を吸収する事を特徴とする。

【００２２】本発明の請求項１５に係る分離装置は、化
合物１で流体を吸着する事を特徴とする。

【００２３】本発明の請求項１６に係る分離装置は、分
離装置により分離する流体が、分子内に親水基と疎水基
とを有している事を特徴とする。

【００２４】本発明の請求項１７に係る分離装置は、分
離装置により分離する流体が、アルコールである事を特
徴とする。

【００２５】

【発明実施の形態】以下、発明実施の形態を実施例にも
とづき図面を参照にして説明する。

【００２６】図１は、本発明の一実施形態に係る分離装
置１０であって、極めて基礎試験的な実施形態を示して
いる。図中、１は超親アルコール性を示す化合物であっ
て本実施例ではシート状の形状を有している、２’はア
ルコール水溶液を示している。なお、超親アルコール性
を示す化合物１としては、表面が（面方向に）親水部と
疎水部とにミクロ相分離した化合物等が挙げられる。シ
ート状の化合物１にアルコール水溶液２’を滴下する事
により、アルコール水溶液２’は、低濃度のアルコール
水溶液３’と、高濃度のアルコール水溶液４’とに分離
される。より具体的には、化合物１の表面上を高濃度の
アルコール水溶液４’は極めて薄く広がり、この高濃度
のアルコール水溶液４’にあたかも押し出されるように
して、高濃度のアルコール水溶液４’の外周に低濃度の
アルコール水溶液３が滴状にとなって分離されるのであ
る。

【００２７】図２は、アルコール水溶液２’を（親水部
と疎水部とがミクロに相分離した表面を有する）化合物
１表面に滴下した場合における化合物１の表面雰囲気の
様子をモデル化したものである。図中、１１は化合物１
表面上の親水部を、１２は化合物１表面上の疎水部を、
１３はアルコール分子の親水基を、１４はアルコール分
子の疎水基を示している。

【００２８】化合物１表面上に滴下したアルコール水溶
液２’中のアルコール分子は、分子中に親水基１３と疎
水基１４を有するため、アルコール分子の親水基１３は
化合物１表面上の親水部１１側に、アルコール分子の疎
水基１４は化合物１表面上の疎水部１２側に規則的に配
列する。この規則的な配列により、化合物１表面は（文
章段落０００６，０００７にて記載した）超親アルコー
ル性を示していると考えられる。このようにアルコール
分子に規則的な配列が生じる事により、アルコール分子
以外の成分が、アルコール分子の規則的な配列部分より
押し出される。この効果により、図１にて示したように
化合物１に滴下したアルコール水溶液２’は、低濃度の
アルコール水溶液３’と、高濃度のアルコール水溶液
４’とに分離されたと考えられる。

【００２９】なお、文章段落００２８までの説明におい
ては、アルコール水溶液２’の分離について記載した
が、化合物１表面へのアルコール分子の規則的な配列
は、アルコール分子の分子構造によるものであるため、
アルコールを水以外の溶媒と混合した場合、例えば、ア
ルコールと極性の低い有機溶媒との混合液など各種のア
ルコール溶液２についても同様の分離効果が得られる事
は言うまでも無い。

【００３０】また、同様に、文章段落０００６〜００２
９の説明においてはアルコールの分離について記載した
が、分子中に親水基と疎水基とを有する分子であればア
ルコールと同様にして化合物１表面に配列するため（極
めて高い濡れ性を示し）、アルコールの場合と同様の分
離効果が得られる事は言うまでも無い。このように、分
子中に親水基と疎水基を有する分子の例としては、アル
コールの他に、アミン化合物、カルボン酸、アルデヒ
ド、界面活性剤などが挙げられ、これらの分子について
もアルコールの場合と同様の手法により分離効果が得ら
れる事は言うまでも無い。

【００３１】なお、文章段落００２７〜００３０におい
て、アルコール分子は化合物１表面に規則的に配列する
と記載したが、図２は理想的な配列状態をモデル化した
ものであり、実際には様々な要因により配列に乱れが生
じる場合がある事を予め記載しておく。

【００３２】化合物１の表面を親水部１１と疎水部１２
にミクロ相分離させる方策としては、化合物１の基材そ
のものを親水部１１と疎水部１２にミクロ相分離させる
方策と、化合物１表面を親水部１１と疎水部１２にミク
ロ相分離させる方策が挙げられる。なお、化合物１表面
を親水部１１と疎水部１２にミクロ相分離させる方策例
としては、親水部１１と疎水部１２にミクロ相分離する
塗料を塗装する方策が挙げられる。

【００３３】この化合物１の表面を親水部１１と疎水部
１２にミクロ相分離させる具体的な方策は先行技術が多
数報告されているため詳細は省略するが、基本的な考え
方の一例を記載すれば、重合時に親水性を示すモノマー
（以下、親水性モノマーと記載）と重合時に疎水部を示
すモノマー（以下、疎水性モノマーと記載）とで構成さ
れたブロック共重合体（親水部と疎水部とを有したブロ
ック重合体）により、化合物１の基材、あるいは、化合
物１に塗装する塗料を構成すれば良い。この場合、ブロ
ック共重合体上の親水部と疎水部のセグメントの長さ調
節する事により、化合物１表面上に親水部１１と疎水部
１２とがミクロに相分離した海島構造、柱状構造、OBDD
構造、交互ラメラ構造などを得る事が出来、親水部１１
及び疎水部１２の幅も調節する事が出来る。なお、目的
とする構造が得られる限りにおいて、ブロック重合体と
かわって、交互重合体、グラフト重合体等の各種重合体
を用いても良い。

【００３４】この様に表面が親水部１１と疎水部１２と
がミクロに相分離した構造を有する化合物１について既
に公知の先行技術を例示すれば、基材の例では、抗血栓
性材料（特開平６−１４９８９、共立出版高分子新材
料ＯｎｅＰｏｉｎｔ−１１生体適合性ポリマー８１頁
〜１０９頁など多数の先行技術有り）、特開平１０−８
７８５６が、塗料の例では、特開平５−６５４３４など
が挙げられる。（勿論、本文章段落にて記載したこれら
の先行技術においても、用途に合わせて親水部１１及び
疎水部１２の幅などの各種仕様を調節する必要が生じる
場合がある事は言うまでも無い。）

【００３５】なお、文章段落００２６〜００３１におい
て記載したアルコールの分離効果については、化合物１
の表面が親水部１１と疎水部１２とにミクロ相分離した
構造を有していれば（表面が超親アルコール性を示すた
め）得る事が出来るが、アルコール分子の大きさと比較
して親水部１１あるいは疎水部１２の幅が十分に大きい
場合には図３に示したように、アルコール分子の他の分
子も表面に吸着し（例えば、アルコール水溶液２’にあ
っては、水分子１５）分離性能が低下してしまうため、
親水部１１及び疎水部１２の幅は１００nm以下である事
が望ましい。

【００３６】また、前途したように、アルコール分子の
分離性能は化合物１表面へのアルコール分子の規則的な
配列に起因するものであるため、よりアルコール分子の
配列を規則的にするためにも、親水部１１と疎水部１２
の幅が規則性を有している事が望ましく、願わくは、親
水部１１の幅が一定であり、疎水部１２の幅も一定であ
る事が望ましい。また、同様の理由で、親水部１１と疎
水部１２の間隔も規則性を有している事が望ましく、願
わくは、親水部１１の間隔が一定であり、疎水部１２の
間隔も一定である事が望ましい。なお、このように親水
部１１と疎水部１２とが規則性を有する構造例として
は、文章段落００３３で記載した、海島構造、柱状構
造、OBDD構造、交互ラメラ構造などが挙げられる。

【００３７】さらにまた、文章段落００３５では親水部
１１及び疎水部１２の幅が狭いほど望ましいと記載した
が、親水部１１及び疎水部１２の幅が更に狭くなるとア
ルコール分子のサイズによっては、化合物１表面に配列
するアルコール分子の規則性が大きく異なってくる。

【００３８】図４（ａ）は（疎水部１２の幅が、図２の
場合よりも広い場合について）化合物１表面に分子量の
小さいアルコール分子１９が配列した様子を示してい
る。文章段落００２８にて記載したように、アルコール
分子１９の親水基１３は化合物１表面上の親水部１１側
に、アルコール分子１９の疎水基１４は化合物１表面上
の疎水部１２側に配列する。このため、化合物１表面上
の親水部１１と疎水部１２との境界部雰囲気に吸着した
アルコール分子１７は（図２の場合と同様にして）規則
的に配列する事が出来る。これに対し、化合物１表面上
の親水部１１と疎水部１２との境界部雰囲気より離れて
吸着したアルコール分子１８は、（例えば図４（ａ）に
示すように）アルコール分子１８の親水基１３と化合物
１表面の疎水部１２間に反発力が生じるため、規則的に
配列する事が出来難くなる。

【００３９】図４（ｂ）は図４（ａ）に、分子量の大き
いアルコール分子１６を加えた場合の化合物１表面雰囲
気の様子を示している。この場合、化合物１表面に分子
量の小さいアルコール分子１９が吸着するよりも、分子
量の大きいアルコール分子１６が吸着するほうが規則的
に配列する事が出来、エネルギー的にも安定するため、
アルコール分子１９にかわってアルコール分子１６が吸
着する事となる。

【００４０】即ち、化合物１表面の親水部１１及び疎水
部１２の幅によって、化合物１表面に吸着（あるいは、
規則的に配列）し易いアルコール分子が異なるため、ア
ルコール分子に対する選択性が生じる。特に、アルコー
ル分子が図２のように配列する場合にあっては、エネル
ギー的にも高い安定性を示すため、図２のように配列す
るアルコール分子に対して高い選択性を生じる事とな
る。

【００４１】なお、この選択性は、図２より化合物１表
面の親水部１１及び疎水部１２の幅が変化する事により
低下するため、親水部１１の間隔あるいは疎水部１２の
間隔は分離するアルコール分子の長さの１０倍以下、願
わくば５倍以下である事が望ましい。最も分子量の小さ
いアルコールがメタノールである事に注視すれば、化合
物１表面の親水部１１の幅あるいは疎水部１２の幅が
０．５〜２ｎｍオーダーと極めて狭い場合では、超親ア
ルコール性やアルコール分子の分離性に加え、分離する
アルコール分子も分子構造により選択（以下、アルコー
ル分子の選択性と記載）出来るようになる。なお、アル
コール分子の（親水基１３あるいは疎水基１４の）大き
さが大きくなるのに伴い、高いアルコール分子の選択性
を有する化合物１表面の親水部１１の幅あるいは疎水部
１２の幅が広くなるという事は言うまでも無い。

【００４２】なお、このように親水部１１の幅あるいは
疎水部１２の幅が狭い化合物１表面を形成するにあたっ
ても、基本的には文章段落００３２〜００３４に記載し
たのと同様にして化合物１表面を形成できるが、文章段
落００３４に記載した先行技術と比較して親水部１１の
幅あるいは疎水部１２の幅が一桁程度小さいため、それ
にあわせて適宜組成を調節する必要がある。

【００４３】例えば、特開平５−６５４３４において
は、特開平５−６５４３４本文中の文章段落０００６及
び０００７の１行目〜２行目において“親水化合物は、
重量平均分子量が約３００〜１００，０００の範囲を有
し”、“疎水化合物は、重量平均分子量が約３００〜１
００，０００の範囲を有し”と記載しているが、この下
限側を一桁程度小さく、即ち“親水化合物は、重量平均
分子量が約３０〜１００，０００の範囲を有し”、“疎
水化合物は、重量平均分子量が約３０〜１００，０００
の範囲を有し”としたもの等で化合物を構成する必要が
ある。（他の先行技術についても同様である事は言うま
でも無い。）

【００４４】また、親水性モノマーと疎水性モノマーと
のブロック重合体では、文章段落００４１に記載したよ
うな幅の狭い親水部１１あるいは疎水部１２の形成が困
難な場合、親水性モノマーと疎水性モノマーとの交互重
合体や、ブロック重合体と交互重合体の中間体などを使
用しても良い。

【００４５】さらにまた、ＰＥＴ樹脂やＰＰＧＡなどの
ように、分子内に分極の大きい部分（親水部１１に相
当）と分極の小さい部分（疎水部１２に相当）を有する
ものであっても良い。

【００４６】なお、図２〜図４はアルコール分子の化合
物１表面への吸着を示すモデル図であり、簡単のため化
合物１表面を平面として記載しているがこの形状に限ら
れる事無く、例えば凹凸有していても（平面状では無く
ても）良く、更には多孔体であっても良い。なお、文章
段落００２６〜００４５においては、超親アルコール性
を示す化合物１として、親水部１１と疎水部１２とがミ
クロに相分離した表面を有する化合物を主に例示したが
これに限られる事なく、超親アルコール性を有する化合
物であれば適宜使用出来る。また、化合物１の形態とし
ては、図１に示した様にシート状でも良いが、多孔体
状、ハニカム状、チューブ状、繊維状、不織布状、フィ
ルター状、糸状、膜状、中空糸状など様々な形態を適宜
用途に合わせて使用すれば良い。

【００４７】また、文章段落００２９、００３０の繰り
返しとなるが、文章段落００２６〜００４６にて記載し
た実施例並びに文章段落００４６以降に記載する実施例
についても、アルコール水溶液２’の分離だけでなく、
アルコールを水以外の溶媒と混合した場合、例えば、ア
ルコールと極性の低い有機溶媒との混合液など各種アル
コール溶液２についても同様の分離効果が得られる事は
言うまでも無い。また、分子中に親水基と疎水基とを有
する分子であれば、アルコールと同様にして、親水部１
１と疎水部１２とがミクロに相分離した化合物１表面に
配列するため、アルコールの場合と同様の分離効果が得
られる事は言うまでも無い。このように、分子中に親水
基と疎水基を有する分子の例としては、アルコールの他
に、アミン化合物、カルボン酸、アルデヒド、界面活性
剤などが挙げられ、これらの分子についても同様の手法
により分離効果が得られると言う事は言うまでも無い。

【００４８】以上の内容を踏まえ以下、この他の実施例
を説明していく。なお、発明実施の形態において、符号
を統一し、重複する説明を省略する。

【００４９】図５は、本発明の一実施例に係る分離装置
１０であって、古くより蒸留酒などの製造に使用されて
来た単蒸留装置を示している。図中、１は（親水部１１
と疎水部１２とがミクロに相分離した表面を有する化合
物などの）超親アルコール性を示す化合物、２はアルコ
ール溶液、５は容器、６は容器５を加熱する加熱器、７
は冷却器、２１は容器５にアルコール溶液２を供給する
供給口、２２は蒸発した成分の取出口である。

【００５０】供給口２１より容器５内部に供給されたア
ルコール溶液２は、容器５内部に設けられた化合物１と
接触する。アルコール溶液２が化合物１と接触する事に
より、文章段００２６〜００４７の説明と同様にして、
化合物１表面近傍でアルコール分子が規則的に配列す
る。このため、アルコール分子が化合物１表面に束縛さ
れ、化合物１表面雰囲気におけるアルコールの見かけの
沸点が上昇する事となる。

【００５１】従って、容器５内部に供給されたアルコー
ル溶液２がアルコールとの共沸成分を有する場合におい
ても分離が容易となる。例えば、アルコール溶液２がア
ルコールとの共沸成分を有する場合においては共沸成分
がアルコールよりも先に蒸発するため、共沸成分が冷却
器７で冷却され液化した状態で取出口２２より取り出さ
れる。

【００５２】化合物１の形状としては、アルコール溶液
２との接触面積を大きくするため、多孔質状、ハニカム
状など表面積が大きい形状を有する事が望ましい。ま
た、化合物１は固体ではなく、（親水性モノマーと疎水
性モノマーとの重合体の高分子などによる）ゾル状のコ
ロイドであっても良く、この場合、化合物１とアルコー
ル溶液２との接触面積が更に大きくなるため、化合物１
表面にアルコール分子が束縛され易くなり、アルコール
の見かけの沸点は上昇し、分離が容易となる。

【００５３】加熱器６にて容器５を更に過熱し、容器内
のアルコール溶液の温度を上昇させる事により、アルコ
ールはアルコールより高沸点成分と共に蒸発するため、
アルコールはアルコールよりも高沸点成分との混合液と
して取出口２２より取り出される。このようにして取り
出されたアルコールとアルコールよりも高沸点成分から
なる混合液はアルコールとの共沸成分を殆ど含んでいな
いため、通常の蒸留装置によるアルコールの分離が容易
となる。

【００５４】なお、文章段落００４９〜００５３におい
ては、簡単のため、単蒸留装置をベースにしたアルコー
ルの分離について記述したが、連続精留装置などの工業
的に使用されている各種蒸留装置に適用出来るという事
は言うまでも無い。例えば、連続精留装置にあっては、
蒸留筒内に設けられた多数の棚段のうち、１つ或いは複
数個の棚段に多孔板状の化合物１を使用すれば、多孔板
状の化合物１雰囲気におけるアルコールの見かけの沸点
を上げられるため、共沸成分との分離が容易となる。

【００５５】なお、文章段落００４９〜００５４にて記
載した蒸留装置は化合物１によりアルコールの見かけの
沸点を上げているが、化合物１が固体であるため化合物
１の分離が容易である（というより分離する必要が殆ど
無い）という特徴も有している。

【００５６】図６は、本発明の一実施例に係る分離装置
１０であって、クロスフロー方式の分離装置１０を例示
している。図中、１は（親水部１１と疎水部１２とがミ
クロに相分離した表面を有する化合物などの）超親アル
コール性を有する化合物、２はアルコール溶液、３は低
濃度のアルコール溶液、４は高濃度のアルコール溶液、
８は化合物１を支持する多孔質支持層、２１はアルコー
ル溶液２を供給する供給口、２２は低濃度のアルコール
溶液３を取り出す取出口、２３は高濃度のアルコール溶
液４を取り出す取出口である。

【００５７】化合物１はアルコールが通過可能な形態で
ある事が望ましく、具体的な形態例としては、多孔体
状、不織布等の布状、フィルター状など様々な形態が挙
げられる。なお、本実施例においてはアルコールが通過
可能な形態の一例として、化合物１の形態をアルコール
分子が内側より外側に向かって通過できる筒形状（ある
いは中空糸状）の多孔体として以下実施例を説明する。

【００５８】文章段落００２６〜００４７に記載したの
と同様の理由で、図６において供給口２１より筒形状の
化合物１内に供給されたアルコール溶液２中のアルコー
ル分子は化合物１表面に対し超親アルコール性を示す。
このため、アルコール分子は筒形状の多孔体である化合
物１の孔内部（孔の表面も親水部１１と疎水部１２とが
ミクロに相分離しているため）を拡散し、化合物１表面
は孔内部も含めアルコール分子で覆われることとなる。

【００５９】このように、（孔内部も含め）化合物１表
面を覆ったアルコール分子は、規則性を有して配列して
いるため、（アルコール以外の分子にとっては見かけの
孔径が小さくなり、）アルコール以外の分子が孔内部に
入り込み難くなる。このため、アルコール分子が容易に
化合物１を通過する場合においても、アルコール以外の
分子は化合物１を通過し難くなり、図６に示すように、
アルコール溶液２は低濃度のアルコール溶液３と高濃度
のアルコール溶液４とに分離され各々取出口２２、２３
より取り出される。

【００６０】なお、この場合、（化合物１で構成され
た）筒内部の圧力を筒外側の圧力よりも高く設定する事
により、化合物１を通過するアルコール分子は増加する
事は言うまでも無い。また、本実施例においては、クロ
スフロー方式の分離装置１０について例示したが、この
方式に限られる事無く、化合物１を通過させる事によ
り、アルコール溶液２は低濃度のアルコール溶液３と高
濃度のアルコール溶液４とに分離される事は言うまでも
無い。

【００６１】図７は、本発明の一実施例に係る分離装置
１０であって、化合物１にアルコールを吸収させる事に
より分離する分離装置１０を例示している。図中、１は
（親水部１１と疎水部１２とがミクロに相分離した表面
を有する化合物などの）超親アルコール性を示す化合物
１、２はアルコール溶液、３は低濃度のアルコール溶
液、４は高濃度のアルコール溶液、９は絞り装置であ
る。

【００６２】化合物１の形態としてはアルコールが吸収
される事が望ましく、具体的な形態例としては、多孔体
状、不織布等の布状、フィルター状、など様々な形態が
挙げられる。なお、本実施例においては化合物１の形態
を一例として、弾性を有する環状の多孔体として以下実
施例を説明する。

【００６３】文章段落００２６〜００４７、及び文章段
落００５６〜００６０に記載したのと同様の理由によ
り、図７において濾過装置１０に供給されたアルコール
溶液２中のアルコール分子は化合物１表面に対し、超親
アルコール性を示す。このとき、アルコール分子は環状
で多孔体状の化合物１の孔内部も拡散するため、孔内部
も含め化合物１表面はアルコール分子で覆われる（すな
わち、化合物１に吸収される）こととなる。

【００６４】このように、化合物１に吸収されたアルコ
ール分子は、規則性を有して配列しているため、（アル
コール以外の分子にとっては見かけの孔径が小さくな
り、）アルコール以外の分子が孔内部に入り込み難くな
る（即ち、吸収され難くなる）。このため、多孔体状の
化合物１にアルコール溶液２を吸収させる事により、ア
ルコール溶液２は、（化合物１に吸収されなかった）低
濃度のアルコール溶液３と（化合物１に吸収された）高
濃度のアルコール溶液４とに分離される事となる。

【００６５】この化合物１に吸収された高濃度のアルコ
ール溶液４は、絞り装置９にて化合物１を圧縮する事に
より搾り出されるため、化合物１より容易に分離する事
が出来る。なお、化合物１に吸収された高濃度のアルコ
ール溶液４を化合物１より分離する方策としては、上記
した加圧（あるいは圧縮）の他に、減圧や加熱などによ
り気化させる等、様々な方策がある事は言うまでも無
い。

【００６６】文章段落００２６〜００４７においては化
合物１の示す超親アルコール性を利用して基礎試験的な
分離装置１０を、文章段落００４９〜００６５において
は化合物１の示す超親アルコール性を利用して工業的に
も比較的適用が容易と考えられるより具体的な分離装置
１０について記載した。この、より具体的な分離装置１
０の構成としては上記した以外にも様々な方策が考えら
れ、その一方策例として吸着を利用した方策についての
実施例を以下に記述する。

【００６７】吸着剤の有する性質の一つとして、複数種
類の分子が存在する雰囲気においては、より吸着し易い
分子が選択的に吸着されるという性質を有する。従っ
て、超親アルコール性を有する化合物１で吸着剤を構成
すれば、アルコール分子を選択的に吸着することとな
る。化合物１の形態としては表面積を大きくする事が望
ましく、多孔体の利用などが考えられる。

【００６８】以下、分離プロセスについて記載する。化
合物１で構成した吸着剤をアルコール溶液２（あるいは
アルコールを含んだ気体）と接触させる事により、化合
物１で構成した吸着剤にはアルコール分子が選択的に吸
着する。（従って、アルコール溶液２は、化合物１に吸
着された高濃度のアルコール溶液４と、吸着されなかっ
た低濃度のアルコール溶液３とに分離されるのであ
る。）この化合物１に吸着したアルコールを化合物１よ
り（脱離させ）分離する事により高濃度のアルコール溶
４を得る事が出来る。

【００６９】この場合、アルコール分子を化合物１で構
成された吸着剤の飽和近くまで（破過点にまで）吸着さ
せる事が、分離性が良いため望ましい。また、アルコー
ルを化合物１より（脱離させ）分離する方策としては、
圧力スイング（PSA）法やサーマルスイング（TSA）法が
挙げられる。この吸着と脱離を繰り返す事により、繰り
返してアルコールを分離する事が出来る。

【００７０】なお、文章段落００５６〜００６５記載の
実施例においては、アルコール溶液２を分離する場合の
説明を記載したが、文章段落００６６〜００６９記載の
実施例と同様にして、アルコールを含んだ気体について
も同様の効果が得られる事は言うまでも無い。また、本
明細書においては、アルコールを単にアルコールと記載
したが、アルコールには身近な化合物であるメタノール
やエタノールなどの他にも実に多種多様な化合物があ
り、これらについても分離効果を有する事は言うまでも
無い。また、文章段落００２９，００３０の繰り返しと
なるが、これら上記した分離装置１０においては、分子
中に親水基と疎水基とを有するアルコール以外の分子
（アミン化合物、カルボン酸、アルデヒド、界面活性剤
など）ついてもアルコールの場合と同様の分離効果が得
られる事は言うまでも無い。

【００７１】

【発明の効果】本発明は、以上のように構成されている
ため、以下に記載されるような効果を奏する。

【００７２】超親アルコール性を示す化合物１は、化合
物１表面にアルコール溶液中のアルコール分子を強く束
縛する性質を有するため、化合物１を分離装置に適用す
ればアルコールの分離が容易となる。

【００７３】超親アルコール性を示す化合物１を得る手
段としては様々な方策が考えられる。その一方策とし
て、文章段落００２６〜００３１にて記載したように化
合物表面を親水部１１と疎水部１２とがミクロに相分離
するように構成すれば、アルコール分子中の親水基１３
は親水部１１側に、アルコール分子中の疎水基１４は疎
水部１２側に規則的に配列するため、超親アルコール性
を示す化合物を得る事が出来る。

【００７４】またこの超親アルコール性は、（ミクロ相
分離表面を有する化合物と重複するところもあるが）少
なくとも分子中に親水部と疎水部をもつ化合物や、少な
くとも分子レベルで親水部と疎水部とに分かれた表面を
有する化合物についても見られる。

【００７５】また、化合物１が固体である事により取り
扱いが容易となり、文章段落００２６〜００７０におけ
る各実施例で記載したように任意の形状の化合物１を得
る事が出来る。更に、化合物１が固体である事から文章
段落００５５においても記載した様に、化合物１を他の
物質から分離するのが容易である。

【００７６】また、親水部１１と疎水部１２とがミクロ
に相分離した表面を有する化合物１は文章段落００３２
〜００３４に記載した方策にて得る事が出来、その具体
的な表面構造としてはアルコール等の分離対象物質にあ
わせて親水部１１と疎水部１２の幅と構造を調節出来る
ため、海島構造、柱状構造、OBDD構造、ラメラ構造、の
何れかの構造を有している事が望ましい。

【００７７】また、文章段落００２６にて記載した化合
物１表面の有する超親アルコール性は、文章段落００２
７,００２８にて記載した様にアルコール分子の親水基
１３は化合物１の親水部１１側に、アルコール分子の疎
水基１４は化合物１の疎水部１２側に規則的に配列する
事により生じている。しかし、文章段落００３５にて記
載した様に、親水部１１あるいは疎水部１２の幅が十分
に大きい場合には、化合物１表面にアルコール分子以外
の分子も吸着してしまうため、親水部１１及び疎水部１
２のうち少なくともどちらか一方、願わくば両方の幅が
１００ｎｍ以下である事が望ましい。（親水部１１及び
疎水部１２の幅を十分狭くする事により、化合物１表面
へのアルコール以外の分子の吸着を低減出来る。）

【００７８】さらにまた、文章段落００３６にて記載し
たように、アルコール分子の分離性能は化合物１表面へ
のアルコール分子の規則的な配列に起因するものである
ため、よりアルコール分子の配列を規則的にするために
も、親水部１１と疎水部１２の幅が規則性を有している
事が望ましく、願わくは、親水部１１の幅が一定であ
り、疎水部１２の幅も一定である事が望ましい。また、
同様の理由で、親水部１１と疎水部１２の間隔も規則性
（周期性）を有している事が望ましく、願わくは、親水
部１１の間隔が一定であり、疎水部１２の間隔も一定で
ある事が望ましい。従って、親水部１１及び疎水部１２
の仕様を本文章段落に記載したように設定すれば、親水
部１１と疎水部１２とが高い規則性を有して配列してい
るため、アルコール分子も高い規則性を有して配列し易
くなる（より高い超親アルコール性が得られる）。

【００７９】さらにまた、文章段落００３７〜００４１
にて記載した様に、化合物１表面の親水部１１及び疎水
部１２のうち少なくともどちらか一方の間隔が、分離す
る分子（アルコール等）の長さの１０倍以下、願わくば
５倍以下とする事により、アルコール分子に対する選択
性もえる事が出来る。

【００８０】また、文章段落００４９〜００５５にて記
載した様に、化合物１を使用する事によりアルコールの
見かけの沸点が上がるため、蒸留では分離が困難であっ
た共沸成分を有する流体についても蒸留により容易に分
離する事が出来る。

【００８１】また、文章段落００５６〜００６０にて記
載した様に、化合物１を通過させる事によりアルコール
溶液２（流体）を低濃度のアルコール溶液３と高濃度の
アルコール溶液４とに分離出来、蒸留法と比較しても低
エネルギーでアルコールを分離出来る。さらにまた、文
章段落００５８,００５９にて記載した様に、例えば化
合物１で多孔体を構成した場合にあっては、化合物１の
有する超親アルコール性により、アルコールは孔内部を
拡散して透過するが、アルコール以外の分子は（見かけ
の孔径が小さくなるため）孔内部に入り込み難くなる。
すなわち、化合物１にアルコール溶液２を透過させる場
合にあっては、（多孔体状の）化合物１はアルコールに
対しては低圧損であり、アルコール以外の分子に対して
は高圧損となるため、既存の限外濾過膜等と比較しても
比較にならないレベルで分離エネルギー、圧損が共に小
さい分離装置を得る事が出来る。

【００８２】また、文章段落００６１〜００６５にて記
載した様に、化合物１で吸収する事によりアルコール溶
液２（流体）を低濃度のアルコール溶液３と高濃度のア
ルコール溶液４とに分離出来、文章段落００５６〜００
６０にて記載した分離装置と同様の理由で蒸留法と比較
しても低エネルギーでアルコールを分離出来る。

【００８３】また、文章段落００６６〜００６９にて記
載した様に、化合物１で構成した吸着剤はアルコール分
子を選択的に吸着するため、化合物１で（構成した吸着
剤にて）吸着する事によりアルコール溶液２あるいはア
ルコールを含む流体より容易にアルコールを分離する分
離装置１０を得る事が出来る。

【００８４】また、文章段落００２６〜００７０の実施
例にて記載した分離装置１０は何れも化合物１の有する
超親アルコール性を利用してアルコールを分離している
が、アルコールに限られる事なく分子内に親水基と疎水
基とを有している分子は化合物１表面に規則的に配列す
る性質を有するため、分子内に親水基と疎水基とを有し
ている分子であれば、文章段落００２６〜００７０の実
施例にて記載した分離装置１０により分離する事が出来
る。

【００８５】また文章段落０００４にて記載した様に、
食品工業や医薬品工業などでは人体に危険な添加物が残
存しない事が望まれるが、文章段落００２６〜００７０
の実施例にて記載した分離装置１０は何れも化合物１の
有する超親アルコール性を利用してアルコールを分離し
ているため、危険な添加物等を使用せずに分離する事が
出来、極めて安全性の高いアルコールを得る事が出来
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す分離装置の斜視図
である。

【図２】化合物１表面雰囲気におけるアルコール分子
の配列を示すモデル図である。

【図３】化合物１表面雰囲気におけるアルコール分子
の配列を示すモデル図である。

【図４】化合物１表面雰囲気におけるアルコール分子
の配列を示すモデル図である。

【図５】この発明の一実施例を示す分離装置の断面図
である。

【図６】この発明の一実施例を示す分離装置の断面図
である。

【図７】この発明の一実施例を示す分離装置の断面図
である。

【符号の説明】

１超親アルコール性を示す化合物２アルコール溶液２’ アルコール水溶液３低濃度のアルコール溶液３’ 低濃度のアルコール水溶液４高濃度のアルコール溶液４’ 高濃度のアルコール水溶液５容器６容器５を加熱する加熱器７冷却器８多孔質支持層９圧縮部１０分離装置１１化合物１表面上の親水部１２化合物１表面上の疎水部１３アルコール分子の親水基１４アルコール分子の疎水基１５水分子１６分子量の大きいアルコール分子１７化合物１表面上の親水部１１と疎水部１２との境
界部雰囲気に吸着したアルコール分子１８化合物１表面上の親水部１１と疎水部１２との境
界部雰囲気より離れて吸着したアルコール分子１９分子量の小さいアルコール分子２１供給口２２出口２３出口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも超親アルコール性を示す化合
物１を使用して流体を分離する事を特徴とする分離装
置。
【請求項２】超親アルコール性を示す化合物１が、分
子中に親水部と疎水部とをもつ化合物である事を特徴と
する請求項１記載の分離装置。
【請求項３】超親アルコール性を示す化合物１が、分
子レベルで親水部と疎水部とに分かれた表面を有する化
合物である事を特徴とする請求項１記載の分離装置。
【請求項４】超親アルコール性を示す化合物１が、親
水部と疎水部とがミクロに相分離した表面を有する化合
物である事を特徴とする請求項１記載の分離装置。
【請求項５】化合物１が固体である事を特徴とする請
求項１〜４記載の分離装置。
【請求項６】化合物１表面の親水部と疎水部とが、海
島構造、柱状構造、OBDD構造、ラメラ構造、の何れかの
構造を有している事を特徴とする請求項１〜５記載の分
離装置。
【請求項７】化合物１表面の親水部及び疎水部のうち
少なくともどちらか一方の幅が１００ｎｍ以下である事
を特徴とする請求項１〜６記載の分離装置。
【請求項８】化合物１表面の親水部及び疎水部のうち
少なくともどちらか一方の幅が規則性を有している事を
特徴とする請求項１〜７記載の分離装置。
【請求項９】化合物１表面の親水部及び疎水部のうち
少なくともどちらか一方の幅が一定である事を特徴とす
る請求項１〜８記載の分離装置。
【請求項１０】化合物１表面の親水部及び疎水部のう
ち少なくともどちらか一方の間隔が周期性を有している
事を特徴とする請求項１〜９記載の分離装置。
【請求項１１】化合物１表面の親水部及び疎水部のう
ち少なくともどちらか一方の間隔が、分離する分子の長
さの１０倍以下である事を特徴とする請求項１〜１０記
載の分離装置。
【請求項１２】蒸留により流体を分離する事を特徴と
する請求項１〜１１記載の分離装置。
【請求項１３】流体が化合物１を通過する事を特徴と
する請求項１〜１２記載の分離装置。
【請求項１４】化合物１が流体を吸収する事を特徴と
する請求項１〜１３記載の分離装置。
【請求項１５】化合物１が流体を吸着する事を特徴と
する請求項１〜１４記載の分離装置。
【請求項１６】分離装置により分離する流体が、分子
内に親水基と疎水基とを有している事を特徴とする請求
項１〜１５記載の分離装置。
【請求項１７】分離装置により分離する流体が、アル
コールである事を特徴とする請求項１６記載の分離装
置。