JP2012011354A - Forward osmosis membrane, seawater treatment apparatus using forward osmosis membrane, and seawater treatment method using forward osmosis membrane - Google Patents

Forward osmosis membrane, seawater treatment apparatus using forward osmosis membrane, and seawater treatment method using forward osmosis membrane Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a forward osmosis membrane in which a permeation flow rate is high, and which is excellent also in strength.SOLUTION: The forward osmosis membrane includes a semipermeable membrane having the thickness of at most 1 μm, and a support which is in contact with the semipermeable membrane, wherein in a part into which a liquid of a membrane surface of the semipermeable membrane can permeate, at least 99% of the membrane surface of the semipermeable membrane is in a not adhering status with the support when observed by right projection.

Description

本発明は、順浸透法に用いる順浸透膜に関する。さらに、順浸透膜を用いた海水処理装置および海水処理方法に関する。   The present invention relates to a forward osmosis membrane used in a forward osmosis method. Furthermore, the present invention relates to a seawater treatment apparatus and a seawater treatment method using a forward osmosis membrane.

水不足は、世界中の乾燥地域や人口密度の高い地域において深刻な問題となっている。そこで、海水から塩を除去する海水処理技術が求められている。   Water shortages are a serious problem in dry and densely populated areas around the world. Thus, there is a need for seawater treatment technology that removes salt from seawater.

海水処理技術としては、膜処理法が知られており、該膜処理法では、通常、半透膜が用いられる。半透膜は、特定の大きさ以下の分子やイオンのみを透過させる膜として知られ、例えば、海水中の水は透過させるが塩は透過させない膜である。そして、溶質濃度が互いに異なる2種の溶液を、半透膜を隔てて接触させると、両溶液間に浸透圧差が生じ、溶質濃度が低い側、すなわち、浸透圧の低い側の溶液の溶媒が、溶質濃度が高い側、すなわち、浸透圧の高い側へ浸透する。この浸透現象は、理論的には、浸透圧差がゼロになる段階まで続く。例えば、海水と水とを半透膜を隔てて接触させた場合、水が海水側へ浸透して、平衡状態を形成しようとする。
このような半透膜を利用した膜処理法として、逆浸透法(RO法)と順浸透法(FO法)が知られている。
As a seawater treatment technique, a membrane treatment method is known, and a semipermeable membrane is usually used in the membrane treatment method. The semipermeable membrane is known as a membrane that allows only molecules and ions having a specific size or less to permeate. For example, the semipermeable membrane is a membrane that allows water in seawater to permeate but does not permeate salt. When two kinds of solutions having different solute concentrations are brought into contact with each other across the semipermeable membrane, an osmotic pressure difference is generated between the two solutions, and the solvent of the solution having the lower solute concentration, that is, the lower osmotic pressure side, is It penetrates to the higher solute concentration side, that is, the higher osmotic pressure side. This osmosis phenomenon theoretically continues until the osmotic pressure difference becomes zero. For example, when seawater and water are brought into contact with each other across a semipermeable membrane, the water permeates into the seawater and tries to form an equilibrium state.
As membrane treatment methods using such a semipermeable membrane, a reverse osmosis method (RO method) and a forward osmosis method (FO method) are known.

RO法は、浸透圧の高い側から浸透圧の低い側へ水等の低分子成分を逆行して浸透させる技術である。このような逆浸透を起こさせるため、RO法では、浸透圧が高い側に、両溶液の浸透圧差を超える高い圧力を印加する。例えば、海水から水を分離する場合、海水と水とを半透膜を隔てて接触させ、海水側に、海水と水の浸透圧差を超える圧力、通常は、該浸透圧差をはるかに上回る圧力を印加して、海水中の水を水側に浸透させる。   The RO method is a technique in which low molecular components such as water are permeated in reverse from a high osmotic pressure side to a low osmotic pressure side. In order to cause such reverse osmosis, in the RO method, a high pressure exceeding the osmotic pressure difference between the two solutions is applied to the side where the osmotic pressure is high. For example, when separating water from seawater, seawater and water are brought into contact with each other across a semipermeable membrane, and the seawater side is subjected to a pressure exceeding the osmotic pressure difference, usually far above the osmotic pressure difference. Apply and allow water in seawater to permeate into the water side.

これに対し、FO法は、特許文献1および特許文献2においても開示されているとおり、浸透圧の高いドロー溶液(draw溶液)を用いて、人為的に、2種の溶液間に浸透圧差を生じさせて溶媒を移動させる方法である。具体的には、原料溶液であるフィード溶液(feed溶液)と、該フィード溶液より浸透圧の高いドロー溶液とを半透膜を隔てて接触させる。そうすると、両溶液の浸透圧差により、フィード溶液の溶媒がドロー溶液側へ浸透する。その後、ドロー溶液中の溶質成分を揮発させて回収することにより、フィード溶液の溶媒を分取する。また、逆に、濃縮されたフィード溶液を分取する場合もある。
以下に、海水から水を分離する場合の一例を図1に従って説明する。
図1は、FO法を利用した海水処理装置の一例を示したものであって、実線の矢印は海水または海水から分離された水11の流れを、点線はドロー溶液またはドロー溶液の溶質12の流れを、それぞれ示している。最初に、海水11とドロー溶液12とが、半透膜13を介して接触する。海水11中の水は、半透膜13を介して、ドロー溶液12側に浸透する。そして、蒸留塔14中において、海水の水によって希釈されたドロー溶液からドロー溶液の溶質成分を揮発させることによって、水16と、ドロー溶液の溶質成分15とに分離する。ドロー溶液の溶質成分15は、ガス吸収器17を得てガス化された後、希釈されたドロー溶液に溶解され、ドロー溶液12として再利用される。尚、18は圧力計である。
On the other hand, as disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2, the FO method artificially creates an osmotic pressure difference between two types of solutions using a draw solution having a high osmotic pressure. This is a method of causing the solvent to move. Specifically, a feed solution (feed solution) that is a raw material solution and a draw solution having an osmotic pressure higher than that of the feed solution are brought into contact with each other across a semipermeable membrane. If it does so, the solvent of a feed solution osmose | permeates the draw solution side by the osmotic pressure difference of both solutions. Thereafter, the solvent of the feed solution is collected by volatilizing and collecting the solute components in the draw solution. Conversely, a concentrated feed solution may be collected.
Below, an example in the case of isolate | separating water from seawater is demonstrated according to FIG.
FIG. 1 shows an example of a seawater treatment apparatus using the FO method, where solid arrows indicate the flow of water 11 separated from seawater or seawater, and dotted lines indicate the draw solution or the solute 12 of the draw solution. Each flow is shown. First, the seawater 11 and the draw solution 12 come into contact with each other through the semipermeable membrane 13. Water in the seawater 11 permeates the draw solution 12 side through the semipermeable membrane 13. Then, in the distillation tower 14, the solute component of the draw solution is volatilized from the draw solution diluted with seawater water, thereby separating the water 16 and the solute component 15 of the draw solution. The solute component 15 of the draw solution is gasified by obtaining the gas absorber 17, and then dissolved in the diluted draw solution and reused as the draw solution 12. Reference numeral 18 denotes a pressure gauge.

このように、RO法とFO法は、半透膜を利用する点では共通するが、そのメカニズムは全く異なっている。そのため、RO法に用いられる逆浸透膜(RO膜)と、FO法に用いられる順浸透膜(FO膜)に求められる機能も大きく異なっている。
半透膜部分については、膜厚が薄いほど水の透過速度が向上し、実用的な透過速度を達成するために、どちらの場合も半透膜の膜厚は1μm以下と非常に薄い。ここで、半透膜が極薄であるため半透膜を支持体により保持する必要がある。
この支持体部分について、RO法では、浸透圧差をはるかに上回る高い圧力を印加して逆浸透を起こさせるため、支持体付与により半透膜に高い圧力耐性を持たせる必要がある。従って支持体は精密ろ過膜と不織布の積層構造のように、非常に孔径が小さく、膜厚も厚いものが必要となる。
これに対し、FO法では、溶液の濃度差が浸透の駆動力となるため、半透膜近傍における濃度勾配が重要なポイントとなる。図2は、FO膜の一般的な構成を示す概略図であって、21はフィード溶液側を、22はドロー溶液側を、23は半透膜を、24は支持体を示している。また、矢印は、フィード溶液の溶媒の流れを示している。また、図2では、支持体24はドロー溶液側22に設けられているが、フィード溶液側21に設けられている場合や両側に設けられている場合もある。ここで、支持体24にRO膜と同様のものを用いると、支持体中では、溶質成分の拡散が大きく低下する。この拡散の遅れは、支持体中での溶質濃度のさらなる低下を引き起こす。この現象を濃度分極といい、これにより、フィード溶液とドロー溶液の浸透圧差が大きく低下し、水の透過流速も減少してしまう。例えば、海水を、二酸化炭素とアンモニアを含むドロー溶液を用いて処理する場合、海水側の半透膜近傍では塩由来のナトリウムイオンや塩化物イオンの濃度が高くなり、ドロー溶液側の半透膜近傍では、特に支持体中では、二酸化炭素由来の炭酸イオンやアンモニア由来のアンモニウムイオンの濃度が低くなって、浸透圧差が小さくなり、海水中の水が半透膜を浸透しにくくなる。
従って、半透膜の両方の側において、このような濃度分極を抑制し、かつ、必要な強度を有するFO膜が求められる。
Thus, the RO method and the FO method are common in that a semipermeable membrane is used, but their mechanisms are completely different. Therefore, the functions required for the reverse osmosis membrane (RO membrane) used in the RO method and the forward osmosis membrane (FO membrane) used in the FO method are also greatly different.
As for the semipermeable membrane portion, the thinner the film thickness, the higher the water permeation rate. In order to achieve a practical permeation rate, the thickness of the semipermeable membrane is 1 μm or less in both cases. Here, since the semipermeable membrane is extremely thin, it is necessary to hold the semipermeable membrane by the support.
In this RO method, in the RO method, a high pressure far exceeding the osmotic pressure difference is applied to cause reverse osmosis, so it is necessary to give the semipermeable membrane a high pressure resistance by applying the support. Therefore, the support is required to have a very small pore diameter and a large film thickness like a laminated structure of a microfiltration membrane and a nonwoven fabric.
On the other hand, in the FO method, the concentration gradient in the vicinity of the semipermeable membrane is an important point because the concentration difference of the solution becomes the driving force for permeation. FIG. 2 is a schematic view showing a general configuration of the FO membrane, in which 21 is a feed solution side, 22 is a draw solution side, 23 is a semipermeable membrane, and 24 is a support. Moreover, the arrow has shown the flow of the solvent of feed solution. In FIG. 2, the support 24 is provided on the draw solution side 22, but may be provided on the feed solution side 21 or on both sides. Here, when the same material as the RO membrane is used for the support 24, the diffusion of the solute component is greatly reduced in the support. This diffusion delay causes a further decrease in solute concentration in the support. This phenomenon is called concentration polarization, and as a result, the osmotic pressure difference between the feed solution and the draw solution is greatly reduced, and the water permeation flow rate is also reduced. For example, when seawater is treated with a draw solution containing carbon dioxide and ammonia, the concentration of sodium ions and chloride ions derived from the salt increases in the vicinity of the semipermeable membrane on the seawater side, and the semipermeable membrane on the draw solution side In the vicinity, particularly in the support, the concentration of carbon dioxide-derived carbonate ions and ammonia-derived ammonium ions is reduced, the osmotic pressure difference is reduced, and water in seawater is less likely to penetrate the semipermeable membrane.
Therefore, on both sides of the semipermeable membrane, there is a need for an FO membrane that suppresses such concentration polarization and has the required strength.

上述のとおり、RO法とFO法では、浸透のメカニズムが異なることから、RO膜とFO膜に要求される性能は完全に異なっている。特に、RO膜は、浸透後の液体が、透過流速に影響を与えることがないため、FO膜のような半透膜の近傍における濃度分極が問題にならない。逆に、FO膜では、機械的圧力を付与しないため、RO膜のように高い圧力に耐えられる強度は求められない。   As described above, since the RO and FO methods have different permeation mechanisms, the performance required for the RO membrane and the FO membrane is completely different. In particular, the RO membrane does not have a problem of concentration polarization in the vicinity of the semipermeable membrane such as the FO membrane because the liquid after permeation does not affect the permeation flow rate. On the other hand, since the FO membrane does not apply mechanical pressure, the strength that can withstand high pressure unlike the RO membrane is not required.

ここで、FO法に使われるFO膜として、特許文献3には、半透膜をナノファイバー上に塗布して形成することにより、半透膜を補強することが記載されている。また、FO膜に関する技術ではないが、特許文献4には、多孔質膜と支持体を部分的に接着させる技術が知られている。   Here, as an FO film used in the FO method, Patent Document 3 describes that a semipermeable membrane is reinforced by coating and forming the semipermeable membrane on nanofibers. Moreover, although it is not the technique regarding FO film | membrane, the patent document 4 has known the technique which adhere | attaches a porous film | membrane and a support body partially.

ここで、RO法については種々の検討が行われてきたが、FO法については、これまで、研究が殆ど行われてこなかった。しかしながら、近年、環境問題が重要視されるようになっており、エネルギーの再利用の観点からFO法を活用することが求められつつある。すなわち、FO法では、エネルギーは、実質的には、上述のドロー溶液の分離のための蒸留の段階で使われる熱エネルギーのみであり、圧力を印加して浸透を促進させるRO法に比べて、電気エネルギーをほとんど使用しない。従って、FO法で用いるエネルギーは、排エネルギーの利用が見込め、FO法のさらなる開発が望まれる。   Here, various studies have been made on the RO method, but the FO method has hardly been studied so far. However, in recent years, environmental issues have come to be regarded as important, and the FO method is being demanded from the viewpoint of energy reuse. That is, in the FO method, the energy is substantially only the thermal energy used in the distillation stage for separating the draw solution described above, and compared with the RO method in which the pressure is applied to promote the penetration, Uses little electrical energy. Therefore, the energy used in the FO method can be expected to utilize waste energy, and further development of the FO method is desired.

米国特許第6391205号明細書US Pat. No. 6,391,205 米国特許出願公開第2005/0145568号明細書US Patent Application Publication No. 2005/0145568 国際公開WO2008/137082号パンフレットInternational Publication WO2008 / 137082 Pamphlet 特開平10−66847号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-66847

上述のとおり、FO法についてはさらなる技術の進歩が求められる。ここで、上記特許文献3に記載のFO膜について本願発明者が検討したところ、透過流速が十分ではないことが分かった。これは、FO膜の強度を向上させようとした結果、透過流速が低下してしまったものと考えられた。
本願発明はかかる問題点を解決するものであって、透過流速が高く、かつ、強度にも優れたFO膜を提供することを目的とする。
As described above, further technical progress is required for the FO method. Here, when this inventor examined about FO film | membrane of the said patent document 3, it turned out that permeation | transmission flow velocity is not enough. This was thought to be because the permeation flow rate was lowered as a result of trying to improve the strength of the FO film.
The present invention is intended to solve such problems, and an object thereof is to provide an FO membrane having a high permeation flow rate and excellent strength.

かかる状況のもと、本願発明者が、上記特許文献3について検討したところ、該特許文献3では、半透膜をナノファイバー上に塗布して製膜しているため、正射影で観察した場合、支持体としてのナノファイバーの、実質的に100%の領域について、半透膜と接着していることが原因であると考えられた。
ここで、FO膜に用いる半透膜を支持体で支持する際、半透膜を支持体に接着させることが必要不可欠であると考えられていた。しかしながら、本願発明者が検討したところ、この極めて常識的な技術が、透過流速の低下に起因していることが分かった。これは、FO膜における半透膜が非常に薄いことに基づく。すなわち、例えば、特許文献4のようなろ過膜では、ろ過膜の厚さを厚くできるため、該ろ過膜と支持体とが接着していても、液体は、ろ過膜を自由に流動できるため、液体の流速はそれほど低下しない。これに対し、FO膜では、半透膜の厚さが薄いことが求められるため、半透膜と支持体とが接着すると、半透膜内の液体の流動が著しく阻害され、結果、透過流速に大きく影響していることが分かった。一方、半透膜と支持体の接着面積の割合を減らすと、得られるFO膜の強度が劣ることが当然に予測された。
かかる状況のもと、本願発明者が、鋭意検討を行った結果、驚くべきことに、半透膜を支持体で支持する際、液体が浸透する部分においては、実質的に非接着状態としても、FO膜に必要な強度が得られることが分かった。すなわち、本発明は、半透膜を支持体で支持する際、液体が浸透する部分においては、実質的に非接着状態とすることを特徴とするものである。
具体的には、本発明は以下の手段により達成された。
Under such circumstances, the inventor of the present application examined the above-mentioned Patent Document 3. In Patent Document 3, since the semipermeable membrane is coated on the nanofiber to form a film, the projection is observed. It was considered that a substantially 100% region of the nanofiber as the support was adhered to the semipermeable membrane.
Here, when the semipermeable membrane used for the FO membrane is supported by the support, it has been considered essential to adhere the semipermeable membrane to the support. However, as a result of examination by the present inventor, it has been found that this very common-sense technique is caused by a decrease in permeation flow rate. This is based on the fact that the semipermeable membrane in the FO membrane is very thin. That is, for example, in the filtration membrane as in Patent Document 4, since the thickness of the filtration membrane can be increased, even if the filtration membrane and the support are adhered, the liquid can freely flow through the filtration membrane, The liquid flow rate does not decrease so much. On the other hand, in the FO membrane, since the semipermeable membrane is required to be thin, when the semipermeable membrane and the support are bonded, the flow of the liquid in the semipermeable membrane is remarkably inhibited, resulting in the permeation flow rate. It was found that it has a great influence on On the other hand, it was naturally predicted that the strength of the obtained FO film was inferior when the ratio of the adhesion area between the semipermeable membrane and the support was reduced.
Under such circumstances, the inventor of the present application has intensively studied, and surprisingly, when the semipermeable membrane is supported by the support, in the portion where the liquid permeates, it can be substantially non-adhered. It was found that the strength required for the FO film can be obtained. That is, the present invention is characterized in that when the semipermeable membrane is supported by the support, the portion where the liquid permeates is substantially non-adhered.
Specifically, the present invention has been achieved by the following means.

(1)厚みが1μm以下の半透膜と、該半透膜に接している支持体とを有し、かつ、前記半透膜の膜面の液体が浸透しうる部分が、正射影によって観察したとき半透膜の膜面の99%以上において、支持体と非接着状態にあることを特徴とする順浸透膜。
(2)支持体が、天然高分子、合成高分子、金属、ガラス、セラミック、炭素繊維、ならびに、これらの複合物から選択される少なくとも1種を含むことを特徴とする、(1)に記載の順浸透膜。
(3)支持体が、炭酸アンモニウム、アンモニア、炭酸およびアミン類のいずれか1種以上を含む溶液に対して耐性を有する、(1)または(2)に記載の順浸透膜。
(4)支持体がメッシュである、(1)〜(3)のいずれか1項に記載の順浸透膜。
(5)支持体が有する孔の80%以上についての孔径が、孔の平均孔径の±10μm以内に分布している、(4)に記載の順浸透膜。
(6)支持体が、孔径500μm以下の孔を有する、(1)〜(5)のいずれか1項に記載の順浸透膜。
(7)支持体の空隙率が、0.05以上である、(1)〜(6)のいずれか1項に記載の順浸透膜。
(8)支持体が半透膜の両側に設けられていることを特徴とする、(1)〜(7)に記載の順浸透膜。
(9)(1)〜(8)のいずれか1項に記載の順浸透膜を有する順浸透装置。
(10)海水処理に用いることを特徴とする(9)に記載の順浸透装置。
(11)(1)〜(8)のいずれか1項に記載の順浸透膜を用いることを特徴とする、海水処理方法。
(1) A portion having a semipermeable membrane having a thickness of 1 μm or less and a support in contact with the semipermeable membrane, and a portion where the liquid on the membrane surface of the semipermeable membrane can permeate is observed by orthogonal projection. A forward osmosis membrane characterized in that 99% or more of the membrane surface of the semipermeable membrane is in a non-adhesive state with the support.
(2) The support according to (1), wherein the support contains at least one selected from natural polymers, synthetic polymers, metals, glass, ceramics, carbon fibers, and composites thereof. Forward osmosis membrane.
(3) The forward osmosis membrane according to (1) or (2), wherein the support is resistant to a solution containing any one or more of ammonium carbonate, ammonia, carbonic acid, and amines.
(4) The forward osmosis membrane according to any one of (1) to (3), wherein the support is a mesh.
(5) The forward osmosis membrane according to (4), wherein the pore diameter of 80% or more of the pores of the support is distributed within ± 10 μm of the average pore diameter.
(6) The forward osmosis membrane according to any one of (1) to (5), wherein the support has pores having a pore diameter of 500 μm or less.
(7) The forward osmosis membrane according to any one of (1) to (6), wherein the porosity of the support is 0.05 or more.
(8) The forward osmosis membrane according to any one of (1) to (7), wherein the support is provided on both sides of the semipermeable membrane.
(9) A forward osmosis device having the forward osmosis membrane according to any one of (1) to (8).
(10) The forward osmosis device according to (9), which is used for seawater treatment.
(11) A seawater treatment method using the forward osmosis membrane according to any one of (1) to (8).

本発明により、強度に優れ、かつ、透過流速に優れたFO膜の提供が可能になった。   According to the present invention, it is possible to provide an FO membrane having excellent strength and excellent permeation flow rate.

図1は、FO法を用いて海水を処理する場合の従来技術を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a conventional technique when seawater is processed using the FO method. 図2は、従来のFO膜を用いて、FO法を行う場合を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic view showing a case where a FO method is performed using a conventional FO film.

以下において、本発明の内容について詳細に説明する。尚、本願明細書において「〜」とはその前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。   Hereinafter, the contents of the present invention will be described in detail. In the present specification, “to” is used to mean that the numerical values described before and after it are included as a lower limit value and an upper limit value.

本発明のFO膜は、厚みが1μm以下の半透膜と、該半透膜に接している支持体とを有し、かつ、前記半透膜の膜面の液体が浸透しうる部分が、正射影によって観察したとき半透膜の膜面の99%以上において、支持体と非接着状態にあることを特徴とする。このように、半透膜の液体が浸透しうる部分を支持体と実質的に非接着状態で接触させることにより、FO膜に必要な強度を保ちつつ、透過流速を向上させることができる。   The FO membrane of the present invention has a semipermeable membrane having a thickness of 1 μm or less and a support in contact with the semipermeable membrane, and the portion of the membrane surface of the semipermeable membrane through which liquid can permeate is It is characterized in that 99% or more of the film surface of the semipermeable membrane is in a non-adhered state with the support when observed by orthographic projection. Thus, the permeation | transmission flow rate can be improved, maintaining the intensity | strength required for a FO film | membrane by making the part which can permeate | transmit the liquid of a semipermeable membrane contact a support body in a substantially non-adhesion state.

ここで、本願発明における半透膜とは、一定の大きさ以下の分子、イオン、イオンの水和物のみを透過させ、大きな分子等は通過させない膜をいう。例えば、海水から塩を除く場合のように、海水等の溶液から水等の溶媒のみを通過させたい場合、該溶媒のみを通過させ、塩由来のイオン水和物等の溶質を通過させない膜をいう。
本発明で用いる半透膜の厚さは、1μm以下であるが、500nm以下であることが好ましく、400nm以下であることがより好ましい。下限値は特に定めるものではないが、例えば、10nm以上とすることができる。本発明では、このように薄い半透膜を用いて、濃度勾配を高めつつ、FO膜に必要な強度を保つことが可能になる。
本発明で用いる半透膜の密度は、好ましくは、1.0g/cm3〜2.5g/cm3であり、より好ましくは、1.1g/cm3〜1.8g/cm3である。
半透膜の材料としては、特に定めるものではないが、再生セルロース、セルロースエステル、ポリアクリロニトリル、テフロン(登録商標)、ポリエステル系ポリマーアロイ、ポリアミド、ポリイミド、ポリスルフォンが例示され、セルロースエステル、ポリアミド、ポリイミドが好ましく、セルロースエステル、芳香族ポリアミド、芳香族ポリイミドがより好ましい。
セルロースとしては、酢酸セルロースが好ましく、該酢酸セルロースの水酸基のアセチル基への置換度は、2.0〜3.0が好ましい。
Here, the semipermeable membrane in the present invention refers to a membrane that allows only molecules, ions, and hydrates of ions not larger than a certain size to pass through and does not allow large molecules to pass through. For example, when it is desired to pass only a solvent such as water from a solution such as seawater, such as when removing salt from seawater, a membrane that passes only the solvent and does not pass a solute such as an ion hydrate derived from salt is used. Say.
The thickness of the semipermeable membrane used in the present invention is 1 μm or less, preferably 500 nm or less, and more preferably 400 nm or less. The lower limit is not particularly defined, but can be, for example, 10 nm or more. In the present invention, the strength required for the FO film can be maintained while increasing the concentration gradient by using such a thin semipermeable membrane.
The density of the semipermeable membrane used in the present invention is preferably a 1.0g / cm 3 ~2.5g / cm 3 , more preferably 1.1g / cm 3 ~1.8g / cm 3 .
The material of the semipermeable membrane is not particularly defined, but examples thereof include regenerated cellulose, cellulose ester, polyacrylonitrile, Teflon (registered trademark), polyester polymer alloy, polyamide, polyimide, polysulfone, cellulose ester, polyamide, Polyimide is preferable, and cellulose ester, aromatic polyamide, and aromatic polyimide are more preferable.
As the cellulose, cellulose acetate is preferable, and the substitution degree of the hydroxyl group of the cellulose acetate to the acetyl group is preferably 2.0 to 3.0.

本発明では、支持体が半透膜に接している。ここで、支持体は、半透膜の膜破断強度(耐圧性)を高めるために働くものである。
また、本発明では、半透膜の液体が浸透しうる部分が、正射影によって観察したとき、半透膜の膜面の99%以上において、支持体と非接着状態にあることを特徴とする。半透膜の液体が浸透しうる部分とは、半透膜を浸透圧の違う2種の液体を隔てるように設置したとき、正常な状態で、液体が浸透する可能性のある部分をいう。すなわち、半透膜が該半透膜を保持する保持具等によって、覆われている部分などは、半透膜の液体が浸透しうる部分には該当しない。逆に、このように液体の浸透が完全に阻害されている部分以外は、実際に液体が浸透しなくても、液体が浸透しうる部分に該当する。
また、正射影とは、FO膜を膜面に垂直な平面上に下した垂線の足の軌跡をいう。従って、支持体が複数の糸や繊維等が折り重なって構成されている場合は、重なっている部分については、重なっている糸等のいずれかに接着している場合は、その部分は接着状態にあるとする。また、本発明では、半透膜の液体が浸透しうる部分の半透膜の膜面の99%以上において、支持体と非接着状態にあり、好ましくは、99.5%以上において非接着状態にあり、さらに好ましくは100%非接着状態にあることを言う。
ここで、非接着状態とは、半透膜と支持体が接する部分が固定されていないことをいう。具体的には、半透膜と支持体が、接着剤等によって意図的に貼りあわされていないことを意味する。一方、半透膜と支持体が、分子間力や静電気、水を介した吸着等により自然に結合するものは、本発明における固定には含まれない。
このように支持体を非接着状態で、半透膜を支持することにより、透過流束の低下を抑制できるとともに、支持体による透過流速の低下を抑制することができる。特に、本発明では非接着状態での補強でも、十分な強度を保持でき、かつ、濃度分極を抑制できた点において、極めて有意である。
In the present invention, the support is in contact with the semipermeable membrane. Here, the support works to increase the membrane breaking strength (pressure resistance) of the semipermeable membrane.
In the present invention, the portion of the semipermeable membrane through which the liquid can permeate is not bonded to the support in 99% or more of the membrane surface of the semipermeable membrane when observed by orthographic projection. . The portion of the semipermeable membrane through which the liquid can permeate refers to a portion in which the liquid can permeate in a normal state when the semipermeable membrane is installed so as to separate two types of liquids having different osmotic pressures. That is, a portion where the semipermeable membrane is covered with a holder or the like that holds the semipermeable membrane does not correspond to a portion where the liquid of the semipermeable membrane can permeate. On the contrary, the portion other than the portion where the penetration of the liquid is completely inhibited corresponds to the portion where the liquid can penetrate even if the liquid does not actually penetrate.
The orthogonal projection refers to a trajectory of a perpendicular foot that drops the FO film on a plane perpendicular to the film surface. Therefore, when the support is constructed by folding a plurality of yarns, fibers, etc., if the overlapping part is bonded to any of the overlapping threads, the part is in an adhesive state. Suppose there is. Further, in the present invention, 99% or more of the membrane surface of the semipermeable membrane where the liquid of the semipermeable membrane can permeate is in a non-adhered state with the support, preferably 99.5% or more. And more preferably 100% non-adhered state.
Here, the non-adhered state means that a portion where the semipermeable membrane and the support are in contact with each other is not fixed. Specifically, it means that the semipermeable membrane and the support are not intentionally attached with an adhesive or the like. On the other hand, those in which the semipermeable membrane and the support are naturally bonded by intermolecular force, static electricity, adsorption via water, or the like are not included in the fixation in the present invention.
In this way, by supporting the semipermeable membrane in a non-adhered state, it is possible to suppress a decrease in permeation flux and to suppress a decrease in permeation flow rate due to the support. In particular, the present invention is extremely significant in that sufficient strength can be maintained and concentration polarization can be suppressed even in reinforcement in a non-adhered state.

本発明における支持体は、半透膜の片側に設けられていてもよいが、半透膜の両側に設けられていることが好ましい。このような構成とすることにより、より効果的に本発明の効果を発揮させることができる。
本発明における支持体は、孔径1000μm以下の孔を有することが好ましく、より好ましくは700μm以下であり、さらに好ましくは500μm以下である。下限値としては特に定めるものではないが、例えば、10μm以上とすることができる。ここで、孔の形状は、円形、楕円形、角形等種々の形状のものであってもよい。支持体がメッシュの場合、孔径は、メッシュの4本の糸によって構成される領域の径をいい、市販品については、通常、カタログ等に記載されている。また、楕円形等の擬似円形の場合の孔径は、円形に換算した場合の径をいう。また、本発明では、孔の80%以上についての孔径が、孔の平均孔径の±10μm以内に分布していることが好ましく、±5μm以内に分布していることがより好ましい。このような均一な孔径のものは、支持体をメッシュとすることにより容易に達成される。
The support in the present invention may be provided on one side of the semipermeable membrane, but is preferably provided on both sides of the semipermeable membrane. By setting it as such a structure, the effect of this invention can be exhibited more effectively.
The support in the present invention preferably has pores having a pore diameter of 1000 μm or less, more preferably 700 μm or less, and even more preferably 500 μm or less. The lower limit is not particularly defined, but can be, for example, 10 μm or more. Here, the hole may have various shapes such as a circle, an ellipse, and a square. When the support is a mesh, the pore diameter refers to the diameter of an area formed by four mesh threads, and commercially available products are usually described in catalogs and the like. Moreover, the hole diameter in the case of pseudo-circles, such as an ellipse, says the diameter at the time of converting into a circle. In the present invention, the pore diameters for 80% or more of the pores are preferably distributed within ± 10 μm of the average pore diameter, and more preferably within ± 5 μm. Such a uniform pore diameter can be easily achieved by using a mesh as the support.

また、本発明における支持体の空隙率は、0.05以上であることが好ましく、より好ましくは0.2以上であり、さらに好ましくは0.5以上である。空隙率を0.05以上とすることにより、支持体内の物質移動抵抗を低下させることができ、透過流速を向上させることができる。上限値としては特に定めるものではないが、例えば、0.9以下とすることができる。
本発明における空隙率(ε)とは、支持体中の全容積に対する、その中に含まれるすきまの容積の割合をいう。
Further, the porosity of the support in the present invention is preferably 0.05 or more, more preferably 0.2 or more, and further preferably 0.5 or more. By setting the porosity to 0.05 or more, the mass transfer resistance in the support can be reduced, and the permeation flow rate can be improved. The upper limit value is not particularly defined, but can be set to 0.9 or less, for example.
The porosity (ε) in the present invention refers to the ratio of the volume of the gap contained therein to the total volume in the support.

支持体の材料は、本発明の趣旨を逸脱しない限り特に定めるものではないが、天然高分子、合成高分子、金属、ガラス繊維、セラミック、炭素繊維、ならびに、これらの複合物から選択される少なくとも1種が例示される。天然高分子としては、セルロース等が例示され、合成高分子としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ナイロン(登録商標)、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン等が例示され、金属としては、亜鉛、銅、鉄、ステンレス鋼(SUS)、アルミ等が例示される。本発明では、加工適正、コスト等を考慮すると、合成高分子が好ましく、PETがより好ましい。   The material of the support is not particularly defined as long as it does not depart from the gist of the present invention, but at least selected from natural polymers, synthetic polymers, metals, glass fibers, ceramics, carbon fibers, and composites thereof. One type is exemplified. Examples of natural polymers include cellulose, and synthetic polymers include polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate (PET), nylon (registered trademark), polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polysulfone, polyethersulfone, and the like. Examples of the metal include zinc, copper, iron, stainless steel (SUS), and aluminum. In the present invention, in consideration of processing suitability, cost, and the like, a synthetic polymer is preferable, and PET is more preferable.

本発明で用いる支持体は、炭酸アンモニウム、アンモニア、炭酸およびアミン類のいずれか1種以上を含む溶液に対して耐性を有することが好ましい。本発明のFO膜はFO法に用いられるが、FO法で用いるドロー溶液は、通常、炭酸アンモニウム、アンモニア、炭酸およびアミン類のいずれか1種以上を含む。従って、このようなドロー溶液の成分に対して耐性を有することは、装置の耐久性向上の観点から好ましい。
ここで、耐性を有するとは、支持体をこれらの溶液に一日間、25℃で浸漬させたときに、重量変化率が20%以下のものをいう。
The support used in the present invention preferably has resistance to a solution containing at least one of ammonium carbonate, ammonia, carbonic acid and amines. The FO film of the present invention is used in the FO method, and the draw solution used in the FO method usually contains one or more of ammonium carbonate, ammonia, carbonic acid, and amines. Therefore, having resistance to the components of such a draw solution is preferable from the viewpoint of improving the durability of the apparatus.
Here, having resistance means that the weight change rate is 20% or less when the support is immersed in these solutions at 25 ° C. for one day.

本発明で用いる支持体の形状は、本発明の趣旨を逸脱しない限り特に定めるものではないが、例えば、不織布、メッシュ(織布)、パンチングメタル等が挙げられ、孔径の均一性、空隙率、加工適正、コスト等を考慮すると、メッシュ(織布)が好ましい。メッシュは、溶媒の流路を構成するため、浸透がよりスムーズになるという利点もある。
前記支持体の平均開口径としては、10μm〜1000μmであり、10μm〜400μmが好ましく、20μm〜100μmがより好ましい。
前記平均開口径を、10μm以上とすることにより、濃度分極による透過流束の低下をより効果的に抑制することができ、1000μm以下とすることにより、半透膜の破壊をより効果的に防ぐことができる。
前記平均開口径は、光学顕微鏡による観察もしくは、ポロメータを用いて、CUMULATIVE FILTER FLOW VS DIAMETERグラフにおけるCUMULATIVE FILTER FLOWの値が50%のDIAMETERとして測定することができる。
The shape of the support used in the present invention is not particularly defined as long as it does not depart from the gist of the present invention, and examples thereof include non-woven fabrics, meshes (woven fabrics), punching metals, etc., and uniform pore diameter, porosity, In consideration of processing suitability, cost, etc., a mesh (woven fabric) is preferable. Since the mesh constitutes the flow path of the solvent, there is also an advantage that the permeation becomes smoother.
The average opening diameter of the support is 10 μm to 1000 μm, preferably 10 μm to 400 μm, and more preferably 20 μm to 100 μm.
By setting the average opening diameter to 10 μm or more, it is possible to more effectively suppress a decrease in the permeation flux due to concentration polarization, and by setting the average opening diameter to 1000 μm or less, the destruction of the semipermeable membrane can be more effectively prevented. be able to.
The average aperture diameter can be measured as a DIAMETER having a value of 50% in the CUMLATIVE FILTER FLOW VS DIAMETER graph using an optical microscope or a porometer.

前記不織布及び織布における目付け量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、1g/m2〜1kg/m2が好ましく、10g/m2〜500g/m2がより好ましく、10g/m2〜100g/m2が特に好ましい。
1g/m2以上とすることにより、支持体として強度が向上する傾向にあり、1kg/m2以下とすることにより、開口を有する層として繊維の比重が低くなり、濃度分極による透過流束の低下をより効果的に抑制することが可能になる。
The basis weight of the nonwoven fabric and woven fabric is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, but is preferably 1g / m 2 ~1kg / m 2 , is 10g / m 2 ~500g / m 2 more preferably, 10g / m 2 ~100g / m 2 is particularly preferred.
By setting it to 1 g / m 2 or more, the strength tends to be improved as a support, and by setting it to 1 kg / m 2 or less, the specific gravity of the fiber becomes low as a layer having openings, and the permeation flux due to concentration polarization is reduced. It is possible to suppress the decrease more effectively.

本発明では支持体が、半透膜と非接着であるため、使用中に半透膜層が支持体上で僅かに移動する場合がある。従って、支持体を構成する部分は、突起がなく滑らかで、摩擦が小さな表面であることが望ましい。   In the present invention, since the support is not bonded to the semipermeable membrane, the semipermeable membrane layer may move slightly on the support during use. Therefore, it is desirable that the portion constituting the support has a smooth surface with no protrusions and a small friction.

本発明における支持体の厚さ(t)は、好ましくは1μm≦t≦500μmであり、より好ましくは10μm≦t≦300μmであり、さらに好ましくは50μm≦t≦200μmである。膜厚保を500μm以下とすることにより、支持体内の物質移動抵抗を低下させることができ、1μm以上とすることにより、強度を向上させることができる。   The thickness (t) of the support in the present invention is preferably 1 μm ≦ t ≦ 500 μm, more preferably 10 μm ≦ t ≦ 300 μm, and further preferably 50 μm ≦ t ≦ 200 μm. By setting the film thickness to 500 μm or less, the mass transfer resistance in the support can be reduced, and by setting it to 1 μm or more, the strength can be improved.

本発明において、半透膜に支持体を接触させる方法としては、公知の方法を採用できる。例えば、半透膜を、基材の上に犠牲層を介して予め製膜しておき、液体中で、犠牲層を溶解して基材を分離し、支持体に接触させる方法が挙げられる。また、半透膜を、基材の上に犠牲層を介して予め製膜しておき、さらに、接着成分を用いて半透膜と支持体を接触後、犠牲層および接着成分を溶解可能な溶液中で、犠牲層および接着成分の溶解を行うことも可能である。   In the present invention, a known method can be adopted as a method for bringing the support into contact with the semipermeable membrane. For example, there is a method in which a semipermeable membrane is formed in advance on a base material via a sacrificial layer, the sacrificial layer is dissolved in a liquid, the base material is separated, and contacted with a support. In addition, a semipermeable membrane is formed in advance on a base material via a sacrificial layer, and the sacrificial layer and the adhesive component can be dissolved after the semipermeable membrane and the support are brought into contact with each other using an adhesive component. It is also possible to dissolve the sacrificial layer and the adhesive component in solution.

本発明のFO膜を用いた、処理装置では、一般的に、複数の蒸留カラムを使用して、溶液中の溶質と溶媒とを分離する。本発明における処理装置は、海水や半塩水の塩と水への分離、廃水の精製、汚染水の浄化、浸透圧熱機関(OHE)等に用いることができる。また、果汁や野菜ジュースの濃縮等にも用いることができる。   In a processing apparatus using the FO membrane of the present invention, a plurality of distillation columns are generally used to separate a solute and a solvent in a solution. The treatment apparatus in the present invention can be used for separation of salt and water from seawater or semi-brine water, purification of waste water, purification of contaminated water, osmotic heat engine (OHE) and the like. It can also be used for concentrating fruit juice and vegetable juice.

上述したものの他、本発明においては、本発明を逸脱しない範囲内において、米国特許第6391205号明細書、米国特許出願公開第2005/0145568号明細書、国際公開WO2007/146094号パンフレットに記載の技術を採用することができる。   In addition to the above, the present invention includes techniques described in US Pat. No. 6,391,205, US Patent Application Publication No. 2005/0145568, and International Publication No. WO 2007/146094 without departing from the present invention. Can be adopted.

以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り、適宜、変更することができる。従って、本発明の範囲は以下に示す具体例に限定されるものではない。   The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. The materials, amounts used, ratios, processing details, processing procedures, and the like shown in the following examples can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention is not limited to the specific examples shown below.

(比較例1)
半透膜1の作成
ポリエチレンテレフタレート(PET)シート上に、ポリビニルアルコール(PVA)6%溶液を乾燥膜厚が約2μmになるように塗布して100℃で乾燥させた。得られたシートのPVA表面に、酢酸セルロース(置換度 約2.15)をアセトン:シクロヘキサン=1:1混合溶媒に重量濃度1.65%で溶解させた溶液を乾燥膜厚が0.35μmになるように塗布して100℃で乾燥させた。これをイオン交換水中で70℃、5分間浸漬させ、PVAを溶解することで、PETシートと酢酸セルロース膜を剥離し、半透膜1を得た。
(Comparative Example 1)
Preparation of semipermeable membrane 1 On a polyethylene terephthalate (PET) sheet, a 6% polyvinyl alcohol (PVA) solution was applied to a dry film thickness of about 2 μm and dried at 100 ° C. A solution obtained by dissolving cellulose acetate (substitution degree: about 2.15) in acetone: cyclohexane = 1: 1 mixed solvent at a weight concentration of 1.65% on the PVA surface of the obtained sheet has a dry film thickness of 0.35 μm. It was applied and dried at 100 ° C. This was immersed in ion-exchanged water at 70 ° C. for 5 minutes to dissolve PVA, whereby the PET sheet and the cellulose acetate film were peeled off to obtain a semipermeable membrane 1.

(実施例1)
支持体としてメッシュ(熱融着性ポリエステル、ダイオ化成(株)製、ダイオメッシュ 50−70PTNW、糸径:70μm、孔径:430μm、空隙率:0.74)を用い、イオン交換水中の半透膜1をメッシュですくって支持体に接触させることでFO膜を得た。
Example 1
A semi-permeable membrane in ion-exchanged water using a mesh (heat-fusible polyester, manufactured by Dio Kasei Co., Ltd., Diomesh 50-70PTNW, thread diameter: 70 μm, pore diameter: 430 μm, porosity: 0.74) as a support. The FO membrane was obtained by scrubbing 1 with a mesh and bringing it into contact with the support.

(実施例2)
実施例1において、支持体をメッシュ(熱融着性ポリエステル、ダイオ化成(株)製、ダイオメッシュ 70−55PTNW、糸径:55μm、孔径:310μm、空隙率:0.72)に代え、他は同様に行ってFO膜を得た。
(Example 2)
In Example 1, the support was replaced with a mesh (heat-fusible polyester, manufactured by Dio Kasei Co., Ltd., Diomesh 70-55PTNW, thread diameter: 55 μm, hole diameter: 310 μm, porosity: 0.72), In the same manner, an FO film was obtained.

(実施例3)
実施例1において、支持体をメッシュ(PET、(株)くればぁ製、糸径:42μm、孔径:105μm、空隙率:0.52)に代え、他は同様に行ってFO膜を得た。
(Example 3)
In Example 1, the support was replaced with a mesh (PET, manufactured by KUBALA, thread diameter: 42 μm, hole diameter: 105 μm, porosity: 0.52), and the rest was carried out in the same manner to obtain an FO membrane. .

(実施例4)
実施例1において、支持体をメッシュ(PET、(株)くればぁ製、糸径:48μm、孔径:79μm、空隙率:0.39)に代え、他は同様に行ってFO膜を得た。
Example 4
In Example 1, the support was replaced with a mesh (PET, manufactured by KUBAA Co., Ltd., thread diameter: 48 μm, pore diameter: 79 μm, porosity: 0.39). .

(実施例5)
実施例1において、支持体をメッシュ(PET、(株)くればぁ製、糸径:34μm、孔径:45μm、空隙率:0.29)に代え、他は同様に行ってFO膜を得た。
(Example 5)
In Example 1, the support was replaced with a mesh (PET, manufactured by KUBALA, thread diameter: 34 μm, hole diameter: 45 μm, porosity: 0.29), and the rest was carried out in the same manner to obtain an FO membrane. .

(実施例6)
実施例1において、支持体をメッシュ(PET、(株)くればぁ製、糸径:38μm、孔径:11μm、空隙率:0.05)に代え、他は同様に行ってFO膜を得た。
(Example 6)
In Example 1, the support was replaced with a mesh (PET, manufactured by KUBALA, thread diameter: 38 μm, pore diameter: 11 μm, porosity: 0.05), and the rest was carried out in the same manner to obtain an FO membrane. .

(実施例7)
実施例1において、支持体を不織布(ユニチカファイバー製、メルティ(線径14μm(70%)、20μm(30%))からなる、目付量18g/m2の不織布)に代え、他は同様に行ってFO膜を得た。
(Example 7)
In Example 1, the support was replaced with a non-woven fabric (made of Unitika fiber, melty (non-woven fabric having a wire diameter of 14 μm (70%), 20 μm (30%), with a basis weight of 18 g / m 2 )), and the others were performed in the same manner. Thus, an FO film was obtained.

(実施例8)
実施例3において、支持体メッシュ(PET、(株)くればぁ製、糸径:42μm、孔径:105μm、空隙率:0.52)で半透膜1をすくった後、更に同じ支持体メッシュを半透膜のメッシュで支持されていない面にのせ、FO膜を得た。
(Example 8)
In Example 3, the semi-permeable membrane 1 was scooped with a support mesh (PET, manufactured by KUBAA, thread diameter: 42 μm, pore diameter: 105 μm, porosity: 0.52), and then the same support mesh. Was placed on a surface not supported by a semipermeable membrane mesh to obtain an FO membrane.

(実施例9)
実施例1において、支持体をメッシュ(PET、(株)くればぁ製、糸径:320μm、孔径:1000μm、空隙率:0.58)に代え、他は同様に行ってFO膜を得た。
Example 9
In Example 1, the support was replaced with a mesh (PET, manufactured by KUBALA, thread diameter: 320 μm, pore diameter: 1000 μm, porosity: 0.58). .

(比較例2)
支持体接着による補強
ポリエチレンテレフタレート(PET)シート上に、ポリビニルアルコール(PVA)6%溶液を乾燥膜厚が約2μmになるように塗布して100℃で乾燥させた。得られたシートのPVA表面に、酢酸セルロース(置換度52%)をアセトン:シクロヘキサン=1:1混合溶媒に重量濃度1.65%で溶解させた溶液を乾燥膜厚が0.35μmになるように塗布して100℃で乾燥させた。ここに接着性の支持体として熱融着性ポリエステルからなる不織布(ユニチカファイバー製メルティ(線径14μm(70%)、20μm(30%))からなる、目付量18g/m2の不織布)を用い、熱融着(130℃)により支持体の接着を行った。これをイオン交換水中で70℃、5分間浸漬させ、PVAを溶解することで、PETシートと酢酸セルロース膜を剥離し、FO膜を得た。支持体と半透膜の接着面積率は、下記方法に従って、正射影で観察したとき、51%であった。
(Comparative Example 2)
Reinforcing by Support Bonding Polyethylene alcohol (PVA) 6% solution was applied on a polyethylene terephthalate (PET) sheet so that the dry film thickness was about 2 μm and dried at 100 ° C. A solution obtained by dissolving cellulose acetate (substitution degree: 52%) in a mixed solvent of acetone: cyclohexane = 1: 1 at a weight concentration of 1.65% on the PVA surface of the obtained sheet so that the dry film thickness becomes 0.35 μm. And dried at 100 ° C. A non-woven fabric made of heat-fusible polyester (non-woven fabric made of unitika fiber melty (wire diameter: 14 μm (70%), 20 μm (30%)) having a basis weight of 18 g / m 2 ) is used as an adhesive support. The support was bonded by heat fusion (130 ° C.). This was immersed in ion-exchanged water at 70 ° C. for 5 minutes to dissolve PVA, whereby the PET sheet and the cellulose acetate film were peeled off to obtain an FO film. The adhesion area ratio between the support and the semipermeable membrane was 51% when observed by orthographic projection according to the following method.

(接着面積の計測)
光学顕微鏡により半透膜側から膜表面を観察し、全面積における接着面積部分の割合から、接着面積率を算出した。
(Measurement of adhesion area)
The membrane surface was observed from the semipermeable membrane side with an optical microscope, and the adhesion area ratio was calculated from the ratio of the adhesion area portion in the total area.

得られたFO膜について、以下の測定を行った。
(破断圧力)
強度測定は、それぞれのFO膜を加圧式膜ろ過装置セルにセットし、そこに純水を加え、FO膜の半透膜側に圧力をかけた際に膜が破断して純水がもれる時の圧力を測定した(破断圧力)。さらに、それぞれの孔径を有するFO膜を用いた時の破断圧力を(Macromolecules 2007,40,1369−1371)に記載のバルジ法における孔径と破断圧力の関係にフィッティングし、孔径と破断圧力の関係をシミュレートして算出した。破断圧力が0.03MPa以上が実用レベルである。
バルジ法計算式
P=28.9/a
(P:破断圧力、a:孔径)
The following measurements were performed on the obtained FO film.
(Breaking pressure)
For strength measurement, each FO membrane is set in a pressure membrane filtration device cell, pure water is added thereto, and when pressure is applied to the semipermeable membrane side of the FO membrane, the membrane breaks and pure water leaks. The pressure at the time was measured (breaking pressure). Furthermore, the fracture pressure when using FO membranes having respective pore diameters was fitted to the relationship between the pore diameter and the fracture pressure in the bulge method described in (Macromolecules 2007, 40, 1369-1371), and the relationship between the pore diameter and the fracture pressure was Calculated by simulation. A breaking pressure of 0.03 MPa or more is a practical level.
Formula for bulge method P = 28.9 / a
(P: breaking pressure, a: hole diameter)

(ろ過テスト)
ろ過テストはクロスフローろ過用セル(富士フイルムテクノプロダクツ製)を用い、原水と溶質溶液を、FO膜を介して膜面に平行に流した。そして、浸透圧によるフィード溶液(原水)からドロー溶液(溶質溶液)側への水の移動量を測定した。測定は、重量変化量を測定することにより行った。ここで、フィード溶液として、純水を、ドロー溶液としてには2.5MのNaCl溶液を用いた。測定は、FO膜の支持体側を原水に向けたPROモード(溶質が半透膜側なので濃度分極の影響なし)、および、溶質溶液側に向けたFOモード(濃度分極の影響あり)の両方で行った。透過流束が3μm/s以上が実用レベルである。
(Filtration test)
For the filtration test, a cell for cross flow filtration (manufactured by Fujifilm Techno Products) was used, and raw water and a solute solution were allowed to flow in parallel to the membrane surface through the FO membrane. Then, the amount of water transferred from the feed solution (raw water) to the draw solution (solute solution) side by osmotic pressure was measured. The measurement was performed by measuring the amount of weight change. Here, pure water was used as the feed solution, and a 2.5 M NaCl solution was used as the draw solution. Measurements were performed both in the PRO mode with the support side of the FO membrane facing the raw water (the solute is a semi-permeable membrane side, so there is no effect of concentration polarization) and in the FO mode toward the solute solution side (with the effect of concentration polarization). went. A permeation flux of 3 μm / s or more is a practical level.

(透過流束の測定)
透過流束は単位膜面積当たりの水の移動量から算出した。
(Measurement of permeation flux)
The permeation flux was calculated from the amount of water transferred per unit membrane area.

これらの結果を下記表に示す。

Figure 2012011354
These results are shown in the table below.
Figure 2012011354

上記表において、孔径・線径の単位は、μmであり、破断圧力の単位は、MPaであり、水透過流速の単位は、PROモードおよびFOモードのいずれも、μm/sである。Kは、濃度分極の指標となる物質移動抵抗であり、水のFOモードにおける透過流束[μm/s]をJwとしたとき、下記式(1)より算出した値である。
ここでA(純水透過係数[m/Pa・s])は、水のPROモードにおける透過流束[μm/s]をJw’としたとき、下記式(2)より算出した値である。D(支持体内での溶質拡散係数[m2/s])は、1.6x10-9であり、k(境膜物質移動係数[m/s])は、1.27x10-5である。
Jw=Aπexp{−Jw(1/k+K)}・・・(1)
Jw’=Aπexp(−Jw/k)・・・(2)
K(=tτ/εD):支持体内物質移動抵抗[s/m]
D:支持体内での溶質拡散係数[m2/s]
Jw:純水の透過流束[m/s]
A:純水透過係数[m/Pa・s]
π:溶質のバルクでの浸透圧[Pa]
k:境膜物質移動係数[m/s]
In the above table, the unit of the hole diameter / wire diameter is μm, the unit of the breaking pressure is MPa, and the unit of the water permeation flow rate is μm / s in both the PRO mode and the FO mode. K is a mass transfer resistance serving as an index of concentration polarization, and is a value calculated from the following formula (1) when the permeation flux [μm / s] in the FO mode of water is Jw.
Here, A (pure water permeability coefficient [m / Pa · s]) is a value calculated from the following equation (2) when the permeation flux [μm / s] in the water PRO mode is Jw ′. D (solute diffusion coefficient [m 2 / s] in the support body) is 1.6 × 10 −9 , and k (boundary membrane mass transfer coefficient [m / s]) is 1.27 × 10 −5 .
Jw = Aπexp {−Jw (1 / k + K)} (1)
Jw ′ = Aπexp (−Jw / k) (2)
K (= tτ / εD): Mass transfer resistance in the support [s / m]
D: Solute diffusion coefficient in the support [m 2 / s]
Jw: Pure water permeation flux [m / s]
A: Pure water permeability coefficient [m / Pa · s]
π: osmotic pressure in the bulk of the solute [Pa]
k: Boundary membrane mass transfer coefficient [m / s]

上記結果から明らかなとおり、本発明のFO膜を用いた場合、高い透過流速と優れた強度の両方の達成が可能であった。特に、実施例3〜5が高い透過流速と優れた強度のバランスに優れていた。
これに対し、比較例のFO膜では、透過流速と、強度のいずれかに劣るものとなってしまった。
As apparent from the above results, when the FO membrane of the present invention was used, it was possible to achieve both high permeation flow rate and excellent strength. Especially Examples 3-5 were excellent in the balance of the high permeation | transmission flow velocity and the outstanding intensity | strength.
On the other hand, the FO film of the comparative example is inferior to either the permeation flow rate or the strength.

11 海水
12 ドロー溶液
13 半透膜
14 蒸留塔
15 ドロー溶液の揮発成分
16 水
17 ガス吸収器
18 圧力計
21 フィード溶液
22 ドロー溶液
23 半透膜
24 支持体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Seawater 12 Draw solution 13 Semipermeable membrane 14 Distillation tower 15 Draw solution volatile component 16 Water 17 Gas absorber 18 Pressure gauge 21 Feed solution 22 Draw solution 23 Semipermeable membrane 24 Support body

Claims (11)

厚みが1μm以下の半透膜と、該半透膜に接している支持体とを有し、かつ、前記半透膜の膜面の液体が浸透しうる部分が、正射影によって観察したとき半透膜の膜面の99%以上において、支持体と非接着状態にあることを特徴とする順浸透膜。 A portion having a semipermeable membrane having a thickness of 1 μm or less and a support in contact with the semipermeable membrane, and a portion where the liquid on the membrane surface of the semipermeable membrane can permeate is observed by orthographic projection. A forward osmosis membrane, wherein 99% or more of the membrane surface of the permeable membrane is in a non-adhesive state with the support. 支持体が、天然高分子、合成高分子、金属、ガラス、セラミック、炭素繊維、ならびに、これらの複合物から選択される少なくとも1種を含むことを特徴とする、請求項1に記載の順浸透膜。 The forward osmosis according to claim 1, wherein the support comprises at least one selected from natural polymers, synthetic polymers, metals, glasses, ceramics, carbon fibers, and composites thereof. film. 支持体が、炭酸アンモニウム、アンモニア、炭酸およびアミン類のいずれか1種以上を含む溶液に対して耐性を有する、請求項1または2に記載の順浸透膜。 The forward osmosis membrane according to claim 1 or 2, wherein the support has resistance to a solution containing at least one of ammonium carbonate, ammonia, carbonic acid, and amines. 支持体がメッシュである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の順浸透膜。 The forward osmosis membrane according to any one of claims 1 to 3, wherein the support is a mesh. 支持体が有する孔の80%以上についての孔径が、孔の平均孔径の±10μm以内に分布している、請求項4に記載の順浸透膜。 The forward osmosis membrane according to claim 4, wherein the pore diameter of 80% or more of the pores of the support is distributed within ± 10 μm of the average pore diameter. 支持体が、孔径500μm以下の孔を有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の順浸透膜。 The forward osmosis membrane according to any one of claims 1 to 5, wherein the support has pores having a pore diameter of 500 µm or less. 支持体の空隙率が、0.05以上である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の順浸透膜。 The forward osmosis membrane according to any one of claims 1 to 6, wherein the porosity of the support is 0.05 or more. 支持体が半透膜の両側に設けられていることを特徴とする、請求項1〜7に記載の順浸透膜。 The forward osmosis membrane according to claim 1, wherein the support is provided on both sides of the semipermeable membrane. 請求項1〜8のいずれか1項に記載の順浸透膜を有する順浸透装置。 The forward osmosis apparatus which has a forward osmosis membrane of any one of Claims 1-8. 海水処理に用いることを特徴とする請求項9に記載の順浸透装置。 The forward osmosis device according to claim 9, wherein the forward osmosis device is used for seawater treatment. 請求項1〜8のいずれか1項に記載の順浸透膜を用いることを特徴とする、海水処理方法。 A seawater treatment method using the forward osmosis membrane according to any one of claims 1 to 8.
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