JP2015085233A - 流路部材及び正浸透膜エレメント - Google Patents
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Abstract
【課題】分離膜の損傷が軽減され、圧力損失を低減した流路部材を提供する。【解決手段】流路部材10は、第1フィラメント11Aと第2フィラメント11Bとが接合されて形成され、第1フィラメント11Aが一方の面で互いに平行に第1方向に延びており、第2フィラメント11Bが他方の面で第1方向と交差する第2方向に延びている第1網11と、第1網11の両面よりも平坦な両面を有する第2網12と、を備えている。第1網11の両面側に第2網12が配置されている。【選択図】 図1
Description
本発明は、流路部材及びこの流路部材が配置されている正浸透膜エレメントに関する。
近年、排水処理、海水淡水化、及び浸透圧発電などに逆浸透又は正浸透を利用した分離膜システムの開発が行われている。例えば特許文献1には、逆浸透モジュールを用いた海水淡水化処理とともに正浸透膜を用いた正浸透膜モジュールを用いて高濃度水を希釈した中濃度水を海に排出することにより環境負荷を低減するシステムが提案されている。
また特許文献2には、2枚の正浸透膜の間に多孔性の流路部材が重ねられ、それらの周辺端がエポキシ樹脂などで接合された封筒状の膜リーフが、中心管に巻きつけられて構成されたスパイラル型正浸透膜モジュールが開示されている。そして膜リーフの内部には、中心管に供給された流体が中心管の内部から出て中心管の内部の下流側に入るように流れる蛇行流路が形成されている。この膜リーフの内部の流路には、多孔性の流路部材が配置されている。この多孔性の流路部材として、例えばトリコット編地の流路部材を用いることが記載されている。
トリコット編地の流路部材は、特許文献3に記載のように逆浸透膜モジュールの透過水側の流路部材としても利用されており、凸部分の間の溝が透過水の流路となる。
特許文献2及び特許文献3に記載されているようなトリコット編地の流路部材は流体が一方向に流れやすいように糸が編まれている。従って、その流路部材に一方向に流体を流す場合には流体の流れの圧力損失は小さいが、その流路部材に一方向と反対方向にも流体が流す必要がある場合には、流路部材の流体の流れの圧力損失が大きくなってしまうおそれがあった。また、流路部材の凸部が分離膜と接触することにより分離膜が損傷してしまうおそれもあった。
このような事情に鑑み、本発明は、一方向及びこれと反対方向のそれぞれの流体の流れに対して低い圧力損失を示し、分離膜の損傷を低減する流路部材を提供することを目的とする。
本発明は、
第1フィラメントと第2フィラメントとが接合されて形成され、前記第1フィラメントが一方の面で第1方向に延びており、前記第2フィラメントが他方の面で前記第1方向と交差する第2方向に延びている第1網と、
前記第1網の両面よりも平坦な両面を有する第2網と、を備え、
前記第1網の両面側に前記第2網が配置されている、流路部材を提供する。
第1フィラメントと第2フィラメントとが接合されて形成され、前記第1フィラメントが一方の面で第1方向に延びており、前記第2フィラメントが他方の面で前記第1方向と交差する第2方向に延びている第1網と、
前記第1網の両面よりも平坦な両面を有する第2網と、を備え、
前記第1網の両面側に前記第2網が配置されている、流路部材を提供する。
さらに本発明は、
上記の流路部材と、
前記流路部材の両面に重ね合せられた正浸透膜と、を備える正浸透膜エレメントを提供する。
上記の流路部材と、
前記流路部材の両面に重ね合せられた正浸透膜と、を備える正浸透膜エレメントを提供する。
上記の流路部材の構成によれば、第1フィラメント同士の間又は第2フィラメント同士の間に形成される流路において、一方向に流体が流れる場合の圧力損失とその一方向と反対方向に流体が流れる場合の圧力損失はほぼ等しい。従って、本発明の流路部材は、一方向及びこれと反対方向のそれぞれの流体の流れに対して低い圧力損失を示す。また、第1網の両面側には第1網の両面よりも平坦な両面を有する第2網が配置されており、この第2網が分離膜と接触することになるので、分離膜の損傷が低減される。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明は本発明の一例に関するものであり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
図1(a)に本実施形態に係る流路部材10を示す。流路部材10は、第1網11と第2網12とを備えている。第1網11の両面側には、第2網12が配置されている。この流路部材は典型的には後述する正浸透膜エレメント2に用いられるものであり、例えば、図1(b)に示すように正浸透膜13の間に配置されてこの部分に流体を流すための流路を形成する。
第1網11は、第1フィラメント11Aと第2フィラメント11Bが接合されて形成されている。図2(a)に示す通り、第1フィラメント11Aは第1網11の一方の面で第1方向に延びている。また、第2フィラメント11Bは第1網11の他方の面で第1方向と交差する第2方向に延びている。図2(a)では第1フィラメント11Aと第2フィラメント11Bとは互いに直交しているが、必ずしも直交する必要はない。例えば、第1フィラメント11Aと第2フィラメント11Bとのなす鋭角が30〜80°となるように、第1フィラメント11Aと第2フィラメント11Bとが交差していてもよい。
第1フィラメント11A及び第2フィラメント11Bは、例えばナイロン、ポリエステル、ポリエチレン又はポリプロピレン等の樹脂である。すなわち、第1網11は樹脂製の網である。第1フィラメント11Aと第2フィラメント11Bとの接合は融着により行ってもよいし、接着剤などを用いて接合してもよい。ただし、第1網11の強度を確保する観点から、融着による接合が望ましい。具体的には、例えば押出機のダイスの内外2つの円周上に配置した多数のノズル孔を逆方向に回転させながら、第1フィラメント11Aと第2フィラメント11Bとを押し出し、それらが交差する部分で第1構成糸22Aと第2構成糸22Bとを互いに融着させて冷却槽に浸漬した後に引き上げることにより第1網11を得ることができる。
第1フィラメント11Aと第2フィラメント11Bとが接合された位置を含む基準面を観念する。図3に示すように、第1フィラメント11Aは、第1網11の厚み方向に基準面から高さaだけ突出しており、第2フィラメント11Bも、第1フィラメント11Aと反対側に第1網11の厚み方向に基準面から高さaだけ突出している。このようにして、第1網11の一方の面には、隣接する第1フィラメント11A同士の間に流体が流れる流路が形成されており、第1網11の他方の面には、隣接する第2フィラメント11B同士の間に流体が流れる流路が形成されている。
隣接する第1フィラメント11A同士の距離(第1フィラメント11A同士が最も近接するときの距離)をbとする。隣接する第1フィラメント11A同士の間に形成される流路の断面は、図3に示すような高さa、幅bの矩形Sと近似できる。このような断面Sを有する流路の水力直径Dhは、以下の式で定義される。
Dh=4ab/(2a+2b)
Dh=4ab/(2a+2b)
上記の水力直径Dhは、流路部材11を流れる流体の流れの圧力損失と関連する。本実施形態においては、圧力損失低減の観点から水力直径Dhが2mm以上となるように第1網11が構成されることが望ましい。水力直径Dhが2mm以上を確保する観点から、第1網11の厚みは100μm以上が望ましく、300μm以上がより望ましい。同様に、第1フィラメント11A又は第2フィラメント11Bの線径は50μm以上が望ましく、150μm以上がより望ましい。また、第1フィラメント11A又は第2フィラメント11Bの線径が小さすぎると、第1フィラメント11A又は第2フィラメント11Bが正浸透膜等の分離膜に食い込みやすくなる。第1フィラメント11A又は第2フィラメント11Bの分離膜への食い込みを抑制する観点からも、第1フィラメント11A又は第2フィラメント11Bの線径は上記の範囲あることが望ましい。第1網11の厚みが大きすぎると、正浸透膜エレメント等のエレメントの中に充填できる正浸透膜等の分離膜の量が減ってしまう。この観点から、第1網11の厚みは1000μm以下が望ましい。同様に、第1フィラメント又は第2フィラメントの線径は500μm以下が望ましい。なお、流路部材10の厚みは、500μm〜1000μmであることが望ましい。
第1フィラメント11A同士の間又は第2フィラメント11B同士の間の流路を流体が流れる。第1フィラメント11A同士の間に形成された流路において、一方向へ流体が流れる場合の圧力損失と、この一方向と反対方向へ流体が流れる場合の圧力損失とはほぼ同じである。また、第2フィラメント11B同士の間に形成された流路に関しても同様である。従って、流路部材10を一方向に流体が流れつつ、反対方向にも流体が流れる場合において、それらの流体の流れのうちいずれかの方向に流れる流体の流れの圧力損失が大きくなることが抑制される。これにより、流路部材10を流れる流体の流れの圧力損失が低減されている。
第2網12は、例えば、図4(a)〜図4(c)に示すように、縦方向及び横方向に延びるフィラメント12A、12Bが織られて形成された織物の網である。図4(a)〜図4(c)では平織の網を示しているが、第2網12は、綾織の網であってもよいし、朱子織の網であってもよい。第2網12として織物の網を用いることにより、高い強度を有する第2網12を実現することができる。フィラメント12A、12Bは、例えばナイロン、ポリエステル、ポリエチレン又はポリプロピレン等の樹脂である。第2網12は、第1網11の両面よりも平坦な両面を有する。換言すると、第1網11の厚み方向の断面と第2網12の厚み方向の断面とを比較したときに、第2網12の両面が有する凸部は、第1網11の両面が有する凸部よりも小さい。上述の通り、この流路部材10を正浸透膜13等の分離膜とともに用いる場合、第1フィラメント11A又は第2フィラメント11Bではなく、第2網12の一方の面が分離膜と接触することになる。これにより、流路部材が接触することによる分離膜の損傷を軽減することができる。
第2網12は、例えば、図5(a)〜図5(c)に示すように、両面が平滑なシート12Cに貫通孔12Dが設けられて形成された網であってもよい。第2網12がこのような態様であれば、流路部材が接触することによる分離膜の損傷をより顕著に軽減することができる。シート12Cは、例えばナイロン、ポリエステル、ポリエチレン又はポリプロピレン等の樹脂である。
第2網12のメッシュ数が小さすぎると第2網12の開口率が高くなりすぎ、第2網12の開口に分離膜が陥没するおそれがある。このことから、第2網12のメッシュ数は、例えば50メッシュ以上であり、70メッシュ以上がより好ましく、85メッシュ以上がさらに好ましい。一方、第2網12のメッシュ数が大きすぎると第2網12のフィラメント12A、12Bの線径が小さくなりすぎて第2網12が十分な強度を有さない。このことから、第2網12のメッシュ数は、例えば300メッシュ以下であり、150メッシュ以下がより好ましく、110メッシュ以下がさらに好ましい。なお、本明細書において「メッシュ」とは、1インチ(25.4mm)の一辺に存在する目数(開口数)を示し、網目の疎密の程度を表す。
一方、第1網11のメッシュ数は、第2網12のメッシュ数よりも少ないことが望ましい。圧力損失の低減の観点から、第1網11のメッシュ数は、例えば5〜80メッシュであり、10〜50メッシュがより望ましい。
第1網11と第2網12との間には、別の網をさらに配置してもよい。また、第1網11と第2網12との間には、接着剤や粘着剤などを介在させてもよい。
次に、この流路部材10が利用される正浸透膜エレメント、及びこの正浸透膜エレメントを用いた正浸透膜モジュールについて説明する。
図6に示すように、正浸透膜モジュール100は、ベッセルと呼ばれる筒状の圧力容器9Aと、圧力容器9Aの内部に装填された正浸透膜エレメント2とを備えている。圧力容器9Aの両端には円盤状のキャップ9Bが取り付けられている。一方(図6では左側)のキャップ9Bの中心には、中心供給管7Aが取り付けられている。また、一方のキャップ9Bの中心からずれた位置には、周辺供給管8Aが取り付けられている。他方(図6では右側)のキャップ9Bの中心には、中心排出管7Bが取り付けられている。また、他方のキャップ9Bの中心からずれた位置には、周辺排出管8Bが取り付けられている。
圧力容器9Aの内部に装填された正浸透膜エレメント2の一端は、連結器6Aによって中心供給管7Aと連結されている。また、正浸透膜エレメント2の他端は、連結器6Bによって中心排出管7Bと連結されている。
正浸透膜モジュール100には、濃縮されるべき第1流体と第1流体の浸透圧よりも高い浸透圧を示す希釈されるべき第2流体がそれぞれ供給される。第1流体は、中心供給管7Aから中心排出管7Bへ向かって、正浸透膜エレメント2の内部を通って、圧力容器9Aを貫通するように流れる。第1流体は、正浸透膜エレメント2の内部を通ることで濃縮される。一方、第2流体は、周辺供給管8Aから圧力容器9Aの内部に供給される。圧力容器9Aの内部に供給された第2流体は正浸透膜エレメント2を通って、周辺排出管8Bに向かって流れ、周辺排出管8Bから排出される。第2流体は、正浸透膜エレメント2を通ることで希釈される。
第1流体の流れと第2流体の流れとは、正浸透膜エレメント2の後述する正浸透膜13の両面を並行して流れている。第1流体の浸透圧よりも第2流体の浸透圧が高いので、第1流体から第2流体へ向かって、浸透現象によって正浸透膜13を介して液体移動が生じる。これに伴い、周辺排出管8Bから流出する流量は、周辺供給管8Aへ供給された流量よりも増加する。
例えば、第1流体としては淡水が用いられ、第2流体としては海水が用いられるが、第1流体及び第2流体はこれに限定されない。第1流体として通常の海水を用い、第2流体として通常の海水より塩分濃度が高い濃縮された海水を用いてもよい。つまり、第1流体と第2流体との間で浸透圧が異なっていればよい。なお、濃縮されるべき第1流体とは、第1流体の濃度が実際に濃縮されるものだけではなく、例えば淡水のように第1流体に溶質成分が実質的に含まれていないものも含む。
図6及び図7を参照して、正浸透膜エレメント2の構成を詳細に説明する。
正浸透膜エレメント2は、中心管3と、中心管3の周りに巻き回された積層体20と、積層体20を取り囲む外装材40とを有している。また、端部材5が積層体20を挟むように配置されて中心管3の両端に取り付けられている。外装材40は、両側の端部材5によって保持されている。端部材5は、中心管3に巻き回された積層体20がテレスコピック状に伸長することを防止している。また、端部材5の外周に形成された溝には、断面がV字状又はU字状であるシール部材5Aが取り付けられており、端部材5と圧力容器9Aの内周面との間をシールしている。
図7(a)に示すように、中心管3には、一端に供給口33、他端に排出口34が形成されている。また、複数の連通孔37が中心管3の軸方向に並んで形成されている。図7(b)に示すように、中心管3の軸方向に並んだ複数の連通孔37の2つの列が中心管3の管壁の周方向においてお互いに最も離れた位置になるように設けられている。
積層体20は、上述の流路部材10の両面に正浸透膜13が重ね合わせられた封筒状の膜リーフ15と、外側流路部材16とが交互に積層された構成を有している。図7(b)に示すように、膜リーフ15は、中心管3の周りに巻き回されている。すなわち、正浸透膜エレメント2はスパイラル型のエレメントである。流路部材10は、正浸透膜13同士の間に第1流体を流すための第1流体流路20Aを形成する。また、外側流路部材16は、例えば樹脂からなる網であり、膜リーフ15同士の間に第2流体を流すための第2流体流路20Bを形成する。
例えば、1枚の連続したシート25が外側流路部材16を挟んで二つ折りにされることにより、2枚の正浸透膜13が形成される。膜リーフ15はそのように形成された正浸透膜13同士が流路部材10を挟んで三辺で接合されることにより得られる。この接合には接着剤が用いられる。また、例えば、流路部材10の1枚を延長させた延長部が中心管3に直接巻き付けられ、その両端部が接着剤で封止されることにより、中心管21の外周面に面する筒状流路20Cが形成される。なお、筒状流路20Cは必ずしも形成されている必要はない。
正浸透膜13としては、例えば多孔性支持体上にスキン層を形成した複合膜を用いることができる。多孔性支持体は、例えばエポキシ樹脂多孔質膜、ポリスルホン多孔質膜である。多孔性支持体としては、膜の厚み方向で孔径が大きく変化しない対称膜であり、かつ、自立性が高い、エポキシ樹脂多孔質膜を用いることが望ましい。正浸透膜13を透過する流体の流量を高める観点から、多孔性支持体は、厚みが小さく、空隙率が高く、曲路率が1に近いことが望ましい。
多孔性支持体上に形成するスキン層としては、多官能アミン成分と多官能酸ハライド成分とを重合してなるポリアミド系樹脂を含むスキン層を用いることができる。多官能アミン成分とは、2以上の反応性アミノ基を有する多官能アミンであり、芳香族、脂肪族、及び脂環式の多官能アミンが挙げられる。多官能酸ハライド成分とは、反応性カルボニル基を2個以上有する多官能酸ハライドである。多官能酸ハライドとしては、芳香族、脂肪族、及び脂環式の多官能酸ハライドが挙げられる。
ポリアミド系樹脂を含むスキン層をエポキシ樹脂多孔質膜の表面に形成する方法は特に限定されず、公知の方法を用いることができる。例えば、界面縮合法、相分離法、薄膜塗布法を用いることができる。一例としては、多官能アミン成分を有するアミン水溶液と、多官能酸ハライド成分を含有する有機溶液とを接触させることによりスキン層を形成し、そのスキン層をエポキシ樹脂多孔質膜上に載置することとすればよい。エポキシ樹脂多孔質膜上に形成したスキン層の厚さは特に制限されないが、通常0.05〜2μm程度であり、好ましくは、0.1〜1μmである。
正浸透膜13の厚さは特に制限されない。強度、実用的な透水性及び塩阻止性の観点から、表面処理が行われてもよく、補強材が積層されてもよい。正浸透膜13の厚さは、例えば10〜250μmであり、好ましくは10〜150μmである。
図8を参照して、中心管3の内部と膜リーフ15の内部について詳しく説明する。図8は、中心管3の内部及び膜リーフ15の内部での第1流体の流れを模式的に示す図である。簡略化のために、1つの膜リーフ15に注目して図示しており、流路部材10については、第1網11のみを図示している。図8に示す通り、供給口33から排出口34に向かって、中心管3の内部及び膜リーフ15の内部を第1流体が流れる。
膜リーフ15において、2枚の正浸透膜13同士の三辺を接合する上述した接着剤からなる接合部29によって空間が区画されている。この空間は、接合部29が形成されない辺からこれと対向する辺まで、膜リーフ15のほぼ中央で2枚の正浸透膜13同士を接合する例えば接着剤からなる接合部28によって区切られている。これにより、接合部28を挟んで、中心管3の軸方向に並んだ2つの内部流路26が形成されている。それぞれの内部流路26は、2枚の正浸透膜13同士を接合する例えば接着剤からなる接合部27によって上流側(図8の左側)と下流側(図8の右側)とに分かれている。この接合部27、接合部28、及び接合部29によって、内部流路26は流入口26Aから流出口26Bに向かってU字状に屈曲した流路として構成されている。1つの膜リーフ15の内部に2つの内部流路26が並列するように形成されており、それらの流入口26A及び流出口26Bは中心管3の軸方向に交互に並んでいる。
流路部材10は2枚の正浸透膜13の間に配置されている。換言すると、内部流路26には流路部材10が配置されている。また、流路部材10は、第1フィラメント11A及び第2フィラメント11Bが正浸透膜13の端辺に対して傾斜して延びるように配置されている。
接合部27、接合部28、及び接合部29は中心管3の外周面に向かって延長されており、筒状流路20Cを分断している。これにより流入口26Aと流出口26Bとは互いに隔離されている。なお、筒状通路20Cが形成されない場合も、接合部27、接合部28、及び接合部29が中心管の外周面に向かって延長されることによって、流入口26Aと流出口26Bとは互いに隔離される。
上述した中心管3の軸方向に並んだ複数の連通孔37は、流入口26A及び筒状流路20Cを介して内部流路26と連通した供給孔35と、流出口26B及び筒状流路20Cを介して内部流路26と連通した回収孔36とからなる。このようにして、内部流路26は、流入口26A及び流出口26Bを介して中心管3の内部に連通している。実際には、流入口26A、流出口26Bのそれぞれに複数の供給孔35、複数の回収孔36が連通しているが、図8では簡略化のため1つのみ図示している。
中心管3には、中心管3の軸方向に並んだ2つの内部流路26のそれぞれに対して、供給孔35と回収孔36との間で中心管3の内部を軸方向に仕切るように隔壁31が設けられている。
次に、図8を参照して中心管3の内部と内部流路26における、濃縮されるべき第1流体の流れを説明する。図8の矢印は、第1流体の流れを模式的に示す。正浸透膜モジュール100に供給された第1流体は、中心供給管7Aを介して、供給口33から中心管3の内部に流入する。供給口33に流入した第1流体は、供給孔35及び筒状流路20Cを介して流入口26Aから上流側の内部流路26に入り、内部流路26を流れる。膜リーフ15の外部には周辺供給管8Aから供給された第2流体(希釈されるべき液体)が流れており、第1流体及び第2流体が正浸透膜13の両面を流れている。従って、内部流路26を流れる第1流体の一部は、浸透現象により正浸透膜13を介して膜リーフ15の外部へと移動する。そして、上流側の内部流路26から膜リーフ15の外部へ移動しなかった第1流体は、上流側の内部流路26の流出口26Bを出て、筒状流路20C及び回収孔36を介して中心管3の内部に戻る。中心管3の内部に戻った第1流体は、下流側の内部流路26を同様に流れる。下流側の内部流路26において膜リーフ15外部へ移動しなかった第1流体は、中心管3の内部に戻って、排出口34から正浸透膜エレメント2の外部に排出される。
図8に示すように、流入口26Aから内部流路26に流入した第1流体は、まず中心管3から離れる方向(流入方向)に流れる。その後、第1流体の流れの向きは、内部流路26の途中で180°変化し、中心管3に向かう方向(流出方向)に流れる。このように、第1流体は、内部流路26において、互いに向きが反対である複数の方向に流れている。流路部材10は、第1フィラメント11A及び第2フィラメント11Bが、流入方向又は流出方向に傾斜して延びるように、内部流路26に配置されている。第1フィラメント11A及び第2フィラメント11Bに沿って第1流体が流れることにより、U字状の内部流路26のコーナー部分に向かって第1流体が導かれやすい。このため、正浸透膜13の膜利用効率が向上する。
上述の実施形態において、濃縮されるべき第1流体を中心管3の内部及び膜リーフ15の内部に供給しているが、希釈されるべき第2流体を中心管3の内部及び膜リーフ15の内部に供給し、濃縮されるべき第1流体が膜リーフ15の外部を流れるように供給してもよい。この場合、中心排出管7Bから流出する流体の流量は、中心供給管7Aに供給された流体の流量よりも増加する。一方、周辺排出管8Bから流出する流体の流量は、周辺供給管8Aに供給された流体の流量よりも減少する。
正浸透膜エレメント2は、スパイラル型のエレメントに限られない。流路部材10及び流路部材10の両面側に重ね合せた正浸透膜13によって構成された膜ユニットを複数重ね合せた平膜型のエレメントであってもよい。
本発明について実施例を用いて詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
<実施例>
(流路部材の作製)
厚さ0.5mm(500μm)、40メッシュ、水力直径Dhが0.25mmであり、図2(a)〜図2(c)と同様の構造のポリプロピレン製ネットの両面に、厚さ0.125mm(125μm)、90メッシュのポリプロピレン製平織ネットを配置して実施例に係る流路部材を作製した。
(流路部材の作製)
厚さ0.5mm(500μm)、40メッシュ、水力直径Dhが0.25mmであり、図2(a)〜図2(c)と同様の構造のポリプロピレン製ネットの両面に、厚さ0.125mm(125μm)、90メッシュのポリプロピレン製平織ネットを配置して実施例に係る流路部材を作製した。
(評価用膜の作製)
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン社製、エピコート828)139重量部、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン社製、エピコート1010)93.2重量部、ビス(4−アミノシクロヘキシル)メタン52重量部、及びポリエチレングリコール200(三洋化成工業社製)500重量部を調製したエポキシ樹脂組成物を、円筒状モールド(外径35cm、内径10.5cm)内に高さ30cmまで充填して25℃で12時間室温硬化し、さらに130℃で18時間反応硬化させて円筒状樹脂ブロックを作製した。この樹脂ブロックを、円筒軸を中心に回転させながら切削装置(東芝機械社製)を用いて、その表面から厚さ145μmで連続的にスライスし、長尺状のエポキシ樹脂シート(長さ:100m)を得た。このエポキシ樹脂シートを純水中に12時間浸漬してポリエチレングリコールを除去し、50℃の乾燥機内で約4時間乾燥することでエポキシ樹脂多孔質膜(厚さ130μm、空孔率45%、平均孔径0.04μm)を得た。
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン社製、エピコート828)139重量部、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン社製、エピコート1010)93.2重量部、ビス(4−アミノシクロヘキシル)メタン52重量部、及びポリエチレングリコール200(三洋化成工業社製)500重量部を調製したエポキシ樹脂組成物を、円筒状モールド(外径35cm、内径10.5cm)内に高さ30cmまで充填して25℃で12時間室温硬化し、さらに130℃で18時間反応硬化させて円筒状樹脂ブロックを作製した。この樹脂ブロックを、円筒軸を中心に回転させながら切削装置(東芝機械社製)を用いて、その表面から厚さ145μmで連続的にスライスし、長尺状のエポキシ樹脂シート(長さ:100m)を得た。このエポキシ樹脂シートを純水中に12時間浸漬してポリエチレングリコールを除去し、50℃の乾燥機内で約4時間乾燥することでエポキシ樹脂多孔質膜(厚さ130μm、空孔率45%、平均孔径0.04μm)を得た。
m−フェニレンジアミン3.0g、ラウリル硫酸ナトリウム0.15g、ベンゼンスルホン酸6.0g、トリエチルアミン3.0g、及び水87.85gを混合して水溶液(B)を調製した。水溶液(B)を大気圧プラズマ処理したエポキシ樹脂多孔質膜上に塗布して余分なアミン水溶液を除去した。次に、トリメシン酸クロライド0.2%を含むイソオクタン溶液をエポキシ樹脂多孔質膜上に塗布した。その後、余分なイソオクタン溶液を除去して100℃の乾燥器内で2分間保持することで、エポキシ樹脂多孔質膜上にポリアミドからなるスキン層(厚さ約200nm)を形成して、評価用膜を得た。最終的に得られた評価用膜の厚さは130μmであった。
(圧力損失の評価)
平膜評価用のセルC10−T(日東電工社製)を用いて上記の評価用膜及び実施例に係る流路部材について圧力損失の評価を実施した。有効幅35mm、有効長さ130mmの耐圧セルに上記の評価用膜及び流路部材を設置した。評価用膜のスキン層側圧力を1.2MPaに設定し、エポキシ樹脂多孔質膜側(流路部材側)に純水をそれぞれ20mL/分、50mL/分、100mL/分、150mL/分の流量で流した。それぞれの流量における圧力損失をマノメーターで測定した。純水の流量が20mL/分、50mL/分、100mL/分、150mL/分であるときの圧力損失は、それぞれ、35kPa/m、73kPa/m、187kPa/m、235kPa/mであった。
平膜評価用のセルC10−T(日東電工社製)を用いて上記の評価用膜及び実施例に係る流路部材について圧力損失の評価を実施した。有効幅35mm、有効長さ130mmの耐圧セルに上記の評価用膜及び流路部材を設置した。評価用膜のスキン層側圧力を1.2MPaに設定し、エポキシ樹脂多孔質膜側(流路部材側)に純水をそれぞれ20mL/分、50mL/分、100mL/分、150mL/分の流量で流した。それぞれの流量における圧力損失をマノメーターで測定した。純水の流量が20mL/分、50mL/分、100mL/分、150mL/分であるときの圧力損失は、それぞれ、35kPa/m、73kPa/m、187kPa/m、235kPa/mであった。
(膜損傷の評価)
上記の評価膜及び実施例に係る流路部材を重ねて75mmφに打ち抜き、損傷評価用サンプルを作製した。この損傷評価用サンプルを用いて、評価膜のスキン層側に染色液(ベーシックバイオレット1(東京化成工業社製)の溶解液)を線速0.1〜0.2cm/秒でクロスフローさせ、運転圧力1.5MPaにて30分以上加圧通水させた。その後、目視にて評価用膜に染色領域が存在しないか観察した。
上記の評価膜及び実施例に係る流路部材を重ねて75mmφに打ち抜き、損傷評価用サンプルを作製した。この損傷評価用サンプルを用いて、評価膜のスキン層側に染色液(ベーシックバイオレット1(東京化成工業社製)の溶解液)を線速0.1〜0.2cm/秒でクロスフローさせ、運転圧力1.5MPaにて30分以上加圧通水させた。その後、目視にて評価用膜に染色領域が存在しないか観察した。
<比較例>
流路部材として、厚さ0.23mm、ウェル39本/インチ、コース44本/インチのトリコット型の流路部材を用いた以外は実施例と同様にして上記の圧力損失の評価及び膜損傷の評価を実施した。純水の流れ方向と平行に比較例の流路部材の溝を配置した場合(0°方向)、純水の流量が20mL/分、50mL/分、100mL/分、150mL/分であるときの圧力損失は、それぞれ、100kPa/m、156kPa/m、481kPa/m、749kPa/mであった。また、純水の流れ方向と直交する方向に比較例の流路部材の溝を配置した場合(90°方向)、純水の流量が20mL/分、50mL/分、100mL/分、150mL/分であるときの圧力損失は、それぞれ、137kPa/m、270kPa/m、931kPa/m、1677kPa/mであった。また、膜損傷の評価の結果、染色領域が確認され、膜に損傷が生じていることが確認された。
流路部材として、厚さ0.23mm、ウェル39本/インチ、コース44本/インチのトリコット型の流路部材を用いた以外は実施例と同様にして上記の圧力損失の評価及び膜損傷の評価を実施した。純水の流れ方向と平行に比較例の流路部材の溝を配置した場合(0°方向)、純水の流量が20mL/分、50mL/分、100mL/分、150mL/分であるときの圧力損失は、それぞれ、100kPa/m、156kPa/m、481kPa/m、749kPa/mであった。また、純水の流れ方向と直交する方向に比較例の流路部材の溝を配置した場合(90°方向)、純水の流量が20mL/分、50mL/分、100mL/分、150mL/分であるときの圧力損失は、それぞれ、137kPa/m、270kPa/m、931kPa/m、1677kPa/mであった。また、膜損傷の評価の結果、染色領域が確認され、膜に損傷が生じていることが確認された。
純水の流量が同一であるときに、実施例に係る流路部材を用いた場合の圧力損失は、比較例に係る流路部材を用いた場合の圧力損失と比べて低かった。これにより、実施例に係る流路部材は、圧力損失の低減の観点において、比較例に係る流路部材より優れていることが示された。また、膜損傷の評価の結果によれば、実施例に係る流路部材を用いた場合は、比較例に係る流路部材を用いたい場合と比べて、膜の損傷が抑制されていた。
2 正浸透膜エレメント
3 中心管
10 流路部材
11 第1網
11A 第1フィラメント
11B 第2フィラメント
12 第2網
12A,12B フィラメント
13 正浸透膜
15 膜リーフ
26 内部流路
26A 流入口
26B 流出口
3 中心管
10 流路部材
11 第1網
11A 第1フィラメント
11B 第2フィラメント
12 第2網
12A,12B フィラメント
13 正浸透膜
15 膜リーフ
26 内部流路
26A 流入口
26B 流出口
Claims (7)
- 第1フィラメントと第2フィラメントとが接合されて形成され、前記第1フィラメントが一方の面で第1方向に延びており、前記第2フィラメントが他方の面で前記第1方向と交差する第2方向に延びている第1網と、
前記第1網の両面よりも平坦な両面を有する第2網と、を備え、
前記第1網の両面側に前記第2網が配置されている、流路部材。 - 前記第1フィラメントと前記第2フィラメントとが接合された位置を含む基準面からの前記第1フィラメント又は前記第2フィラメントの高さをaとし、隣接する前記第1フィラメント同士又は前記第2フィラメント同士の距離をbとしたとき、以下の式で定義される水力直径Dhが0.2mm以上である、請求項1に記載の流路部材。
Dh=4ab/(2a+2b) - 前記第2網が織物の網である、請求項1又は2に記載の流路部材。
- 前記第2網が50メッシュ以上の網である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の流路部材。
- 前記第1網のメッシュ数が前記第2網のメッシュ数以下である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の流路部材。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の流路部材と、
前記流路部材の両面に重ね合せられた正浸透膜と、を備える正浸透膜エレメント。 - 中心管と、
前記流路部材及び前記正浸透膜によって封筒状に形成され前記中心管の周りに巻き回された膜リーフと、をさらに備え、
前記膜リーフの内部には、流入口から流出口に向かってU字状に屈曲しており、かつ前記流入口及び前記流出口を介して前記中心管の内部に連通している内部流路が形成されている、請求項6に記載の正浸透膜エレメント。
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