JP2003106971A

JP2003106971A - 膜特性評価方法

Info

Publication number: JP2003106971A
Application number: JP2001299692A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Yamamura; 忠史山村; Atsushi Abe; 淳阿部
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2003-04-09

Abstract

(57)【要約】【課題】浸透気化膜及び蒸気透過膜等の分子レベルの
細孔を有する膜の評価において、浸透気化試験を行うこ
となく、簡単な試験により簡便に膜の特性の評価を行う
ことができる膜特性評価方法を提案する。【解決手段】浸透気化膜、蒸気透過膜、又は、分子ふ
るい膜の特性の評価する際に、該膜の供給側を所定の圧
力に維持すると共に透過側を所定範囲内の真空度にし、
到達真空度と真空到達時間の関係、及び、該真空度にし
て放置した後の真空度の経時変化により、該膜の特性を
評価する。また、該膜の供給側に湿度を変えた計測用ガ
スを供給すると共に透過側を供給側より低圧にして、計
測ガスの通過量を計測し、該計測ガスの湿度と計測ガス
の透過量との関係から、該膜の特性を評価する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、混合物分離膜の供
給側に液体を接触させ、この膜の透過側から液体中の成
分を蒸気として取り出す浸透気化法等に使用する分子レ
ベルの細孔を有する膜の特性を簡単に評価することがで
きる膜特性評価方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、液体混合物や近沸点混合物等の蒸
留分離が困難な混合液体の場合には、これらの液体混合
物から一組成を分離するために膜分離法が用いられてい
る。この膜分離法においては、分子レベルの細孔を有す
る分離膜を隔てて、供給側（一次側）に供給した液体混
合物中の特定の成分を膜で選択的に透過させることによ
り、透過側（二次側）に蒸気として取り出す浸透気化法
（透過気化法：パーベーパレーション(Pervaporation)
法：ＰＶ法）が用いられている。

【０００３】この浸透気化法によれば、水分を含んだ有
機液体の脱水や数種類の有機液体から選択的に特定の液
体を分離することができる。例えば、アルコール中の水
分を分離除去してアルコールを濃縮する場合に、芳香族
ポリイミド膜や特開平８−３１８１４１号に示されるセ
ラミックス膜等の分離膜を用いて、一次側に液体混合物
を供給し、二次側を真空に近い負圧にすることによっ
て、液体混合物中の水分がこの分離膜を透過し、一次側
に供給される液体混合物のアルコール濃度を高めること
ができる。

【０００４】この有機溶剤の脱水に使用される浸透気化
膜（ＰＶ膜）としては、例えば、日本特許第２５０１８
２５号公報のシリカ源及びアルカリ金属源を含む水性混
合物をアルミナ多孔質担体の存在下で水熱合成して得ら
れたＮａＡ型ゼオライト膜や、特開平８−３１８１４１
号公報の多孔質支持体上にＡ型ゼオライト膜を析出させ
たものや、特開２０００−４２３８６号公報や特開２０
００−４２３８７号公報の混合物分離膜等がある。

【０００５】そして、耐熱性、耐薬品性、耐久性に優れ
たセラミック膜が開発されて、高分子膜では適用が難し
かった溶剤に対しても適用できるようになって来てい
る。

【０００６】また、この分子レベルの細孔を有する浸透
気化膜は、浸透気化法のＰＶ膜として使用されるだけで
なく、蒸気透過法（ベーパーパーエミーション(Vaper P
ermeation)法：ＶＰ法）に使用するＶＰ膜、更に、分子
ふるい膜としても使用できる。

【０００７】このセラミック膜の浸透気化膜は、例え
ば、外径１２ｍｍφ×長さ８００ｍｍで板厚１．５ｍｍ
のセラミック製チューブの外径表面にゼオライト膜をコ
ーティングして形成され、この膜チューブを必要に応じ
た本数だけ、ＳＵＳ３０４の管板で膜モジュールの筒内
に保持して膜モジュールを形成している。

【０００８】この浸透気化膜の使用に際しては、浸透気
化膜が工業的に使用に耐えらるものであるか否かを評価
してから出荷している。つまり、浸透気化膜やその支持
体が割れたりして大きな損傷を受けたり、シール部分が
損傷を受けている場合や、あるいは、ファウリング(Fou
ling) や吸着等の何らかの原因で膜の細孔が閉塞された
場合には、工業的に使用に耐えられない膜であるとして
出荷から除外する。

【０００９】従来技術においては、この浸透気化膜の品
質保証及び性能評価は、実際の運転状態に近い状態で、
膜の供給側（一次側）にヒータで加熱した混合液を供給
し、透過側（二次側）を真空にする浸透気化試験を行
い、一次側の透過成分を選択的に透過する量である分離
係数と、どれだけ膜を通過するかを示す透過流束を計測
し、この２つの値で、浸透気化膜の特性を評価してい
た。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この浸
透気化試験による膜評価方法では、溶剤の手配や真空管
理や温度管理が必要となるため、試験装置として大がか
りな専用試験装置が必要になり、また、試験に多くの時
間と労力が必要となるという問題があった。

【００１１】一方、ゼオライト膜には、ゼオライト固有
のゼオライト細孔（ゼオライトの種類により相違する）
と粒界隙間である非ゼオライト細孔とが形成されてお
り、これらの浸透気化法で活躍する細孔は、約０．５ｎ
ｍφ（５Åφ）程度の非常に小さな分子レベルの細孔で
あり、孔径よりも小さな分子を透過すると共に、親和性
のある分子でキャピラリコンデンス（毛管凝縮）を起こ
す特性を有していることが分かっている。

【００１２】本発明は、この知見を得て上記の問題を解
決するためになされたものであり、その目的は、浸透気
化試験を行うことなく、簡単な真空及びガス透過試験に
より、簡便に浸透気化膜、蒸気透過膜、及び、分子ふる
い膜等の分子レベルの細孔を有する膜の特性の評価を行
うことができる膜特性評価方法を提案することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】そして、上記の目的を達
成するための本発明の膜特性評価方法は、次のような方
法である。

【００１４】１）分子レベルの細孔を有する膜の特性を
評価する方法であって、該膜の供給側を所定の圧力に維
持すると共に透過側を真空度にし、到達した真空度と、
該真空度に到達するまでの到達時間との関係により、該
膜の特性を評価することを特徴とする膜特性評価方法で
ある。

【００１５】この供給側（一次側）の所定の圧力として
は、大気圧より高く設定しても、大気圧より低く設定し
てもよいが、大気圧にするのが簡単であり、供給側の一
部を大気開放に構成することにより、簡単に設定でき
る。また、膜の供給側を所定の圧力に維持する場合に、
必ずしも、一定圧力に維持する必要はなく、時間的に変
化してもよい。例えば、比較的大きな密閉容器内に膜を
配置し、膜の透過側を吸引するような場合には、密閉容
器内の圧力が吸引に連れて変化するが、このような場合
も含む。また、圧力を時間で変化させる場合も含む。

【００１６】また、この透過側の真空度は、手配し易い
真空ポンプで実現できる程度の真空度であればよく、例
えば、この真空度は、通常は、約１３３Pa（１．０Tor
r) 程度で、好ましくは約６７Pa（０．５Torr) 程度で
ある。

【００１７】この評価方法は、到達真空度と真空到達時
間との関係による膜評価試験方法であり、膜に欠陥があ
る場合にはガス透過量が多くなるため、到達真空度が供
給側圧力に近く、真空到達時間も長くなる。これを利用
して、比較的大きな膜の欠陥に関して膜を評価する方法
である。

【００１８】そして、膜チューブの場合は一方の端を封
止し、他方から真空ポンプ等で排気して、膜チューブ内
の到達真空度と真空到達時間を測定する。そして、この
測定結果から、膜の欠陥の有無を判断する。

【００１９】２）又は、分子レベルの細孔を有する膜の
特性を評価する方法であって、該膜の供給側を所定の圧
力に維持すると共に透過側を所定範囲内の真空度にし、
該真空度にした後の透過側を密封した放置状態における
真空度の経時変化により、該膜の特性を評価することを
特徴とする膜特性評価方法である。

【００２０】この供給側の所定の圧力、及び、透過側の
真空度に関しては、上記と同じである。

【００２１】この評価方法は、真空度の経時変化による
膜評価試験方法であり、膜に欠陥がある場合にはガス透
過量が多くなるため、透過側を密封した放置状態におけ
る真空保持能力が低くなり、真空度が比較的速く供給側
の圧力に近くなることを利用して、浸透気化膜、蒸気透
過膜、又は、分子ふるい膜の膜の真空保持能力をチェッ
クして、膜の特性を評価する方法である。

【００２２】そして、膜チューブの場合は一方の端を封
止し、他方から真空ポンプ等で排気して膜チューブ内を
真空状態にし、真空ポンプを停止し、そのまま膜チュー
ブ内側を気密状態に維持し、真空度の経時変化を測定す
る。

【００２３】この真空度の経時変化が所定の値よりも速
く低下し、所定の真空度保持範囲を逸脱して、供給側の
圧力に近づく場合には、大きな欠陥があるとして、不適
であると評価する。また、真空度が所定の時間まで維持
され、所定の真空度保持範囲内に入る場合には、大きな
欠陥が無いとして、適であると評価する。これらの評価
判定に使用する所定の真空度保持範囲は予め測定試験を
して求めておくことができる。

【００２４】また、所定の時間真空ポンプを駆動して
も、所定の真空度が得られない場合には、この膜は、工
業的には不適であると評価する。

【００２５】この方法によれば、膜及び支持体が割れた
り大きな損傷を受けたり、シール部分が損傷を受けたり
した場合のような比較的大きな欠陥を発見できる。

【００２６】３）あるいは、分子レベルの細孔を有する
膜の特性を評価する方法であって、該膜の供給側に湿度
を変えた計測用ガスを供給すると共に透過側を供給側よ
り低圧にして、計測ガスの通過量を計測し、該計測ガス
の湿度と計測ガスの透過量との関係から、該膜の特性を
評価することを特徴とする膜特性評価方法である。

【００２７】この方法は乾湿ガスの透過による膜評価試
験方法であり、真空度の経時変化による膜評価試験方法
に比べて、更に詳細に評価する方法である。

【００２８】浸透気化膜、蒸気透過膜、又は、分子ふる
い膜等の分子レベルの細孔を有する膜に使用されるゼオ
ライト膜等は親和力のある物質である場合が多く、キャ
ピラリコンデンスする特性があるので、乾燥した膜に対
して乾燥ガスと親和力のある物質を含む湿りガスを透過
させて、通過量を測定する。

【００２９】なお、親水性の膜である場合には、乾燥ガ
スとキャピラリコンデンス物質として水を含んだ湿りガ
ス、例えば、窒素ガス（Ｎ₂ガス）を供給する。

【００３０】そして、乾燥ガスの透過量が、所定の範囲
より多いときは、大きな欠陥があるとして、また、所定
の範囲より少ないときは、ファウリングや吸着により細
孔が閉塞しているとして、不適であると評価する。

【００３１】また、湿りガスに対する透過量と乾燥ガス
に対する透過量との関係を、予め試験で測定した結果と
比較することにより、キャピラリコンデンスができる細
孔であるか、閉塞された細孔か、キャピラリコンデンス
ができない程の大きな欠陥であるかを評価する。

【００３２】従って、乾湿ガスの透過による膜評価試験
方法によれば、窒素ガス等の乾燥ガスと湿りガスに対す
るガス通過量を計測することにより、膜の欠陥や閉塞状
態をも評価することができる。

【００３３】また、相対湿度と細孔径の間には「ケルビ
ンの式」の関係があるため、予め行われた膜の細孔分布
計測結果と比較することにより、より詳細な膜の評価が
できるようになる。

【００３４】そして、より詳細には、次のようにして、
膜が正常であるか、どのような欠陥を有しているかを評
価できる。

【００３５】キャピラリコンデンスを起こす細孔径はケ
ルビンの式より、相対湿度から求められる。例えば、湿
度１２％であれば約０．９ｎｍのケルビン径の細孔がキ
ャピラリコンデンスで埋まり、ガス透過が妨げられるこ
とになる。

【００３６】従って、浸透気化分離において、９５％以
上（装置の特性上１００％に到達できない場合があるた
め）の相対湿度ガスでキャピラリコンデンスしない、つ
まり、ガス透過が見られる場合には、分離膜として欠陥
があると評価できる。

【００３７】また、閉塞を伴う場合には、相対湿度が徐
々に上がるにつれ、小さな径の細孔から順番にキャピラ
リコンデンスを起こすため、ガス透過量は徐々に減少す
る。従って、この減少量が極端に少ない場合には、この
範囲のケルビン径を持つ細孔が存在しないか、又は、極
端に少ない、つまり、閉塞を起こしていると評価でき
る。

【００３８】特に、ある透過量をもつ欠陥と閉塞とがバ
ランスしている場合には、到達真空度と真空到達時間と
の関係による膜評価試験方法や真空度の経時変化による
膜評価試験方法だけでは評価が困難な場合があるが、こ
の場合でも乾湿ガスの透過による膜評価試験方法で評価
できる。

【００３９】例えば、正常な状態の膜のガス透過速度が
Ｑ０(cc/min)で、この正常な状態の膜にガス透過速度ｑ
(cc/min)の欠陥がある場合は、ガス通過速度が（Ｑ０＋
ｑ）(cc/min)となるために、この膜の真空保持時間ｔ’
は、チューブ内容量Ｖと透過速度の関係から、｛ｔ’＝
Ｖ／（Ｑ０＋ｑ）｝＜｛ｔ＝Ｖ／Ｑ０｝となり、欠陥の
無い場合の真空保持時間ｔより短くなるので、これによ
り膜に欠陥があると評価できる。

【００４０】また、細孔が閉塞している場合には、ガス
透過速度Ｑがゼロに近くなる（Ｑ≒０）ので、この減少
により膜の細孔が閉塞していると評価できる。

【００４１】しかしながら、閉塞した膜に欠陥がある場
合には、０＋ｑ(cc/min)の膜透過速度を示し、たまたま
ｑ＝Ｑ０であった場合（実際にはその程度の欠陥では問
題となることは極めて少ないが）は、真空到達度や真空
度の経時変化による膜評価試験方法では正常な膜と判断
されてしまう。しかし、このような場合でも、乾湿ガス
の透過による膜評価試験方法は有効で正しく評価でき
る。

【００４２】つまり、正常な膜の場合には、乾燥ガスか
ら湿りガスに変えて湿度を上げてガス透過量を計測する
と、ガス透過速度はＱ０からゼロに減少するが、「閉塞
＋欠陥」の膜では欠陥部分でキャピラリコンデンスしな
いので、ガス透過速度はＱのまま殆ど変化しない。その
ため、これにより膜に欠陥があると評価できる。

【００４３】従って、９５％以上の湿りガスでガス透過
がある場合には膜に欠陥があると評価でき、また、乾燥
ガスと湿りガスで差が無い場合には膜の有効な径の細孔
が閉塞していると評価できる。

【００４４】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明に係る
実施の形態の膜特性評価方法について説明する。

【００４５】図１及び図２に示すように、この膜特性評
価装置１，１Ａは、膜チューブ配設管１０と真空ポンプ
２０と真空度計２１とフィルタドライヤ１１と、それら
を接続する吸引配管１４、ガス導入配管１６と計測器２
１、２２や弁１５、１７等からからなる。

【００４６】この時の真空ポンプ２０の能力は、膜透過
流束以上であればよい。このような能力の真空ポンプ２
０は、実機では運転条件を整えるために常備しているの
で、実機を使用して膜の評価することも可能である。

【００４７】また、ここで例示する分子レベルの細孔を
有する膜は浸透気化膜で、外径１２ｍｍφ×長さ８００
ｍｍで板厚１．５ｍｍのセラミック製チューブ３０の外
周面にＡ型ゼオライト膜を析出させて、この多孔質支持
体上にＡ型ゼオライト膜をコーティングして形成され
る。

【００４８】〔到達真空度と真空到達時間との関係によ
る膜評価方法〕この膜評価方法は、到達真空度と真空到
達時間との関係による膜評価試験方法であり、膜に欠陥
がある場合にはガス透過量が多くなるため、到達可能な
真空度が供給側圧力に近く、この真空度に到達する時間
も長くなる。これを利用して、比較的大きな膜の欠陥に
関して膜を評価する。

【００４９】この膜評価方法では、浸透気化膜を有する
膜チューブ３０の一端３１を真空ポンプ２０に連通する
吸引部１２に接続し、この膜チューブ３０の他端３２は
密封栓１３により密封する。また、膜チューブ３０の外
側を、フィルタドライヤ１１を介して大気に連通する膜
チューブ配設管１０で覆う。このフィルタドライヤ１１
は、膜チューブ３０に流入する空気Ａを乾燥させ、キャ
ピタリコンデンスを防止する役割を果たす。

【００５０】次に、真空ポンプ２０を駆動し、膜チュー
ブ３０内が所定の圧力、即ち、真空度になるまで、膜チ
ューブ３０内の吸引する。この時の到達真空度と真空到
達時間との関係を計測し、到達真空度が所定の判定用真
空度に到達しない場合や所定の真空度に到達するまでの
時間が所定の判定用到達時間より長い場合には、膜に欠
陥があると評価する。

【００５１】これらの判定用真空度や判定用到達時間
は、予め、浸透気化試験法等で欠陥が無いことを確認し
た膜チューブ３０による評価で求めておく。

【００５２】〔真空度の経時変化による膜評価方法〕次
に、真空度の経時変化による膜評価方法について説明す
る。

【００５３】この膜評価方法は、真空度の経時変化によ
る膜評価方法であり、膜に欠陥がある場合にはガス透過
量が多くなるため、真空保持能力が低くなることを利用
して、浸透気化膜を有する膜チューブ３０の真空保持能
力をチェックして、膜の特性を評価する。

【００５４】この膜評価方法は、通常は、前記の到達真
空度と真空到達時間との関係による膜評価方法に継続し
て、膜チューブ３０内が所定の範囲内の圧力、即ち、真
空度になった膜チューブ３０に対して行う。

【００５５】上記の膜評価方法に継続する場合には、そ
のまま継続して行うが、改めて、この膜評価方法を実施
する場合には、膜チューブ３０の一端３１を真空ポンプ
２０に連通する吸引部１２に接続し、この膜チューブ３
０の他端３２は密封栓１３により密封し、膜チューブ３
０の外側を膜チューブ配設管１０で覆って、真空ポンプ
２０を駆動する。

【００５６】そして、所定の真空度に到達したら、真空
ポンプ２０の駆動を停止し、また、必要に応じて吸引配
管１４の弁１５を閉止し、透過側を密封した放置状態に
おける、膜チューブ３０内の圧力の経時変化を圧力セン
サ等で形成される真空度計２１で計測する。なお、温度
センサ２２等により、透過ガスの温度や湿度も計測して
おく。

【００５７】これにより、膜チューブ３０の供給側を所
定の圧力（ここでは大気圧）に維持すると共に透過側を
所定の範囲内の真空度にし、この所定の範囲内の真空度
にした後の真空度の経時変化により、膜チューブ３０の
膜の特性を評価する。なお、この透過側の真空度は、手
配し易い真空ポンプで実現できる程度の真空度であれば
よいが、短時間で大きな欠陥だけを見る場合は、約４０
０Pa（３Torr）〜約１３３Pa（１Torr）程度で約５min
〜１０min 程度、また、詳細な検査を行う場合には１３
３Pa（１Torr）以下で約３０min 〜６０min 程度行うこ
とが好ましい。但し、到達時間は、膜透過能力と真空ポ
ンプの排気能力に大きく影響される。

【００５８】この膜評価方法による膜の評価は、この真
空度の経時変化が所定の値よりも速く低下し、所定の真
空度保持範囲より逸脱して、供給側の圧力に近づく場合
には、大きな欠陥があるとして、不適であると評価す
る。また、真空度が所定の時間まで維持され、所定の真
空度保持範囲内に入る場合には、大きな欠陥が無いとし
て、適であると評価する。これらの評価判定に使用する
所定の真空度保持範囲は予め測定試験をして定めてお
く。

【００５９】また、所定の時間真空ポンプを駆動して
も、所定の真空度が得られない場合には、この膜は、工
業的には不適であると評価する。

【００６０】以上の膜特性評価方法で、膜モジュール３
０において、膜及び支持体が割れたり大きな損傷を受け
た場合、及び、シール部分が損傷を受けている場合等の
比較的大きな欠陥を発見することができる。

【００６１】〔乾湿ガスの透過による膜評価方法〕次
に、乾湿ガスの透過による膜評価方法について説明す
る。

【００６２】この乾湿ガスの透過による膜評価方法は、
更に詳細に評価する方法であり、親和力のあるゼオライ
ト膜の健全な膜の細孔には、キャピラリコンデンス（毛
管凝結）が生じることを利用し、キャピラリコンデンス
できない程大きな欠陥が有るか否か、また、どんなケル
ビン径の細孔があるかを評価する。

【００６３】この浸透気化膜の膜特性評価方法では、ガ
ス導入配管１４に、乾燥ガス供給通路１８と、湿潤ガス
供給通路１９を接続し、ガス供給タンク３０から乾燥し
た窒素ガス（Ｎ₂ガス）を供給する。そして、乾燥ガス
供給通路１８から乾燥ガスを供給し、湿潤ガス供給通路
１９からは水タンク２７を一部経由して水分を含んだ湿
潤Ｎ₂ガスを供給する。

【００６４】この乾燥Ｎ₂ガスと湿潤Ｎ₂ガスとの割合
を調整弁２８、２９で調整することにより、膜チューブ
３０の外側に供給されるＮ₂ガスの相対湿度を調整す
る。

【００６５】そして、膜チューブ３０の供給側（一次
側）に、相対湿度を例えば、０％、３０％、５０％、９
５％にしたＮ₂ガスをそれぞれれ供給し、それと共に、
真空ポンプ２０により透過側（二次側）を供給側より低
圧にして、それぞれの相対湿度のＮ₂ガスにおけるＮ₂
ガスの通過量を流量計２４により計測する。

【００６６】なお、真空ポンプで吸引する代りに、湿潤
Ｎ₂ガスが供給される供給側の圧力を高くすることによ
り、透過側が供給側よりも低圧になるようにしてもよ
い。

【００６７】つまり、膜の供給側に湿度を変えた計測用
ガスであるＮ₂ガスを供給すると共に透過側を供給側よ
り低圧にして、Ｎ₂ガスの通過量を計測し、このＮ₂ガ
スの湿度とＮ₂ガスの透過量との関係から、膜の特性を
評価する。

【００６８】そして、乾燥ガスの透過量が、所定の範囲
より多いときは、大きな欠陥があるとして、また、所定
の範囲より少ないときは、ファウリングや吸着により細
孔が閉塞しているとして、不適であると評価する。

【００６９】また、湿りガスに対する透過量と乾燥ガス
に対する透過量との関係を、予め試験で測定した結果と
比較することにより、キャピラリコンデンスができる細
孔であるか、閉塞された細孔か、キャピラリコンデンス
ができない程の大きな欠陥であるかを評価する。

【００７０】従って、乾湿ガスの透過による膜評価試験
方法によれば、窒素ガス等の乾燥ガスと湿りガスに対す
るガス通過量を計測することにより、膜の欠陥や閉塞状
態をも評価することができる。

【００７１】

【実施例】〔実施例１〕到達真空度と真空到達時間との
関係による膜評価方法表１に示すＭ０１，Ｍ０２，Ｍ０
３の３種類の浸透気化膜を使用して、それぞれ２回ずつ
真空到達時間と到達真空度を計測した。

【００７２】

【表１】この結果を図３と図４に示す。Ｍ０１−１が膜Ｍ０１の
１回目の結果を示し、Ｍ０１−２が膜Ｍ０１の２回目の
結果を示す。

【００７３】健全な膜であるＭ０１では、１回目と２回
目が共に３０(s) 程度で真空度で約０．5 (kPa）（３．
７(Torr)）になるのに対して、小さな欠陥を有する膜Ｍ
０２や外部的な損傷を受けた膜Ｍ０３では、それぞれ１
回目では到達真空度が低くなっている。また、２回目で
は３種類の膜の間で差が見られなくなっている。

【００７４】〔実施例２〕真空度の経時変化による膜評
価方法実施例１の膜評価方法に継続して、表１に示すＭ０１，
Ｍ０２，Ｍ０３の３種類の浸透気化膜を使用して、それ
ぞれ２回ずつ、透過側を密封した放置状態における真空
度の経時変化を計測した。この結果を図４に示す。Ｍ０
１−１が膜Ｍ０１の１回目の結果を示し、Ｍ０１−２が
膜Ｍ０１の２回目の結果を示す。

【００７５】図２の膜チューブ内真空度の経時変化を見
ると、健全な膜Ｍ０１は、６００（ｓ）経過しても真空
度で約３(kPa）（２２(Torr)）であり、健全な膜Ｍ０１
は１０分経過してもある程度の真空度を保持することが
できた。

【００７６】一方、欠陥が有る膜Ｍ０２では、約２５
（ｓ）経過で真空度が約６７(kPa）（５００(Torr)）以
上に、また、損傷を受けた膜Ｍ０３では、約２５（ｓ）
経過で真空度が約９３(kPa）（７００(Torr)）以上にな
っており、１分〜２分という短時間の内に、膜チューブ
内の圧力が大気圧になることが分かった。

【００７７】従って、この真空度の経時変化による膜評
価方法は、小さな欠陥や損傷を受けた膜の検出に有効な
手法であることが分かる。

【００７８】〔実施例３〕乾湿ガスによる膜評価方法表２に示すようなＭ０４〜Ｍ０８の５種類の浸透気化膜
に対して、相対湿度０％、３０％、５０％、９５％の窒
素ガス（Ｎ₂ガス）を使用して、Ｎ₂透過量を計測し
た。

【００７９】

【表２】この結果を図５と図６に示す。図６は、相対湿度が０％
の時のＮ₂ガス透過量で、相対湿度が３０％、５０％、
９５％の時のＮ₂ガス透過量を除して無次元化したもの
である。

【００８０】図５の相対湿度に対するＮ₂ガス透過量
（単位圧力、単位面積当たり）を示すグラフによれば、
健全な膜のＭ０４、Ｍ０５に比べ、損傷を受けた膜Ｍ０
６は明らかにＮ₂ガス透過量が大きく、１００％湿度に
近い９５％湿度でもＮ₂ガスの透過があることを示して
いる。これはキャピラリコンデンスでは閉塞されない程
大きな欠陥を持つことを意味している。

【００８１】また、図５の相対湿度に対するＮ₂ガス透
過量（単位圧力、単位面積当たり）を示すグラフによれ
ば、健全な膜のＭ０４、Ｍ０５に比べ、ファウリングや
吸着物質により細孔が閉塞した膜Ｍ０７、Ｍ０８では、
まだ、キャピラリコンデンスが発生しない乾燥状態の湿
度０％のＮ₂ガスにおけるＮ₂ガス透過量が明らかに小
さいことが分かる。なお、このファウリングとは、溶液
中の縣濁物や溶質が膜の表面・膜細孔の入口や内部に堆
積して膜性能の低下を引き起こす現象のことである。

【００８２】そして、図６の相対湿度に対する無次元Ｎ
₂ガス透過量を示すグラフによれば、キャピラリコンデ
ンスするような健全な膜のＭ０４、Ｍ０５では湿度の増
加により、無次元Ｎ₂ガス透過量が急激に低下している
のに比べ、ファウリングや吸着物質により細孔が閉塞し
た膜Ｍ０７、Ｍ０８では、湿度の増加による無次元Ｎ ₂
ガス透過量の低下は緩慢となっており、湿度の影響が少
ないことが分かる。

【００８３】従って、乾燥ガスと湿りガスのＮ₂ガス透
過量の絶対値及び無次元値を調べることで膜の欠陥状態
や閉塞状態を評価することができることが分かる。

【００８４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、浸透気
化膜（ＰＶ膜）や蒸気透過膜（ＶＰ膜）や分子ふるい膜
等の分子レベルの細孔を有する膜に関する、本発明に係
る膜特性評価方法によれば、次のような効果を奏するこ
とができる。

【００８５】到達真空度と真空到達時間との関係による
膜評価試験方法によれば、膜に欠陥がある場合にはガス
透過量が多くなるため、到達真空度が供給側圧力に近
く、真空到達時間も長くなることを利用して、簡便に、
比較的大きな膜の欠陥に関して膜を評価することができ
る。

【００８６】また、真空度の経時変化による膜評価試験
方法によれば、膜に欠陥がある場合にはガス透過量が多
くなるため、透過側を密封した放置状態における真空保
持能力が低くなることを利用して、浸透気化膜又は蒸気
透過膜を有する膜チューブの真空保持能力をチェックす
ることにより、簡便に、膜及び支持体が割れたり大きな
損傷を受けたり、シール部分が損傷を受けたりした場合
のような比較的大きな欠陥を発見できる。

【００８７】そして、乾湿ガスの透過による膜評価試験
方法によれば、浸透気化膜又は蒸気透過膜に使用される
ゼオライト膜等は親和力のある物質である場合が多く、
キャピラリコンデンスする特性があるので、乾燥した膜
に対して乾燥ガスと親和力のある物質を含む湿りガスを
透過させて、通過量を測定することにより、膜の欠陥や
閉塞状態をも評価することができる。

【００８８】つまり、乾燥ガスの透過量が、所定の範囲
より多いときは、大きな欠陥があるとして、また、所定
の範囲より少ないときは、ファウリングや吸着により細
孔が閉塞しているとして、不適であると評価することが
できる。

【００８９】また、湿りガスに対する透過量と乾燥ガス
に対する透過量との関係を、予め試験で測定した結果と
比較することにより、キャピラリコンデンスができる細
孔であるか、閉塞された細孔か、キャピラリコンデンス
ができない程の大きな欠陥であるか等を評価することが
できる。

【００９０】従って、従来の浸透透過試験法で膜を評価
する方法に比較して、膜評価装置が小規模で済むと共
に、数分という短時間で膜を評価できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る真空度の経時変化による膜評価試
験方法に使用する評価試験装置の模式的な構成図であ
る。

【図２】本発明に係る乾湿ガスの透過による膜評価試験
方法に使用する評価試験装置の模式的な構成図である。

【図３】本発明に係る真空度の経時変化による膜評価試
験方法の実施例における真空到達時間と真空到達度との
関係を示す図である。

【図４】本発明に係る真空度の経時変化による膜評価試
験方法の実施例における膜チューブ内真空度の経時変化
を示す図である。

【図５】本発明に係る乾湿ガスの透過による膜評価試験
方法の実施例における相対湿度とＮ₂透過量との関係を
示す図である。

【図６】本発明に係る乾湿ガスの透過による膜評価試験
方法の実施例における相対湿度と無次元Ｎ₂透過量との
関係を示す図である。

【符号の説明】

１，１Ａ膜評価試験装置１０膜チューブ配設管２０真空ポンプ２１真空度計３０膜チューブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4D006 GA25 HA21 MA02 MA09 MB06 MC03X NA46 PB14 PB32 PB63 PC80

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】分子レベルの細孔を有する膜の特性を評
価する方法であって、該膜の供給側を所定の圧力に維持
すると共に透過側を真空度にし、到達した真空度と、該
真空度に到達するまでの到達時間との関係により、該膜
の特性を評価することを特徴とする膜特性評価方法。
【請求項２】分子レベルの細孔を有する膜の特性を評
価する方法であって、該膜の供給側を所定の圧力に維持
すると共に透過側を所定範囲内の真空度にし、該真空度
にした後の透過側を密封した放置状態における真空度の
経時変化により、該膜の特性を評価することを特徴とす
る膜特性評価方法。
【請求項３】分子レベルの細孔を有する膜の特性を評
価する方法であって、該膜の供給側に湿度を変えた計測
用ガスを供給すると共に透過側を供給側より低圧にし
て、計測ガスの通過量を計測し、該計測ガスの湿度と計
測ガスの透過量との関係から、該膜の特性を評価するこ
とを特徴とする膜特性評価方法。
【請求項４】前記湿度を変えた計測用ガスの少なくと
も一部に、乾燥ガスを含むことを特徴とする請求項２記
載の膜特性評価方法。
【請求項５】前記分子レベルの細孔を有する膜が、浸
透気化膜、蒸気透過膜、又は、分子ふるい膜のいずれか
であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載
の膜特性評価方法。