JP2017018842A - Hydrophilic polymer adsorbent material and water treatment method using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、膜ろ過におけるファウリング物質を除去し、長期に透水性を維持することができる膜ろ過による水処理方法に関する。 The present invention relates to a water treatment method by membrane filtration that can remove fouling substances in membrane filtration and maintain water permeability for a long period of time.
浄水、超純水、医薬用水、家庭用浄水、排水浄化など水処理の分野で限外ろ過(UF)膜、精密ろ過(MF)膜、ナノろ過(NF)膜、逆浸透(RO)膜が普及しつつある。これらの膜ろ過により、高度な水処理を行うことが可能であるが、その一方で水処理に用いられた膜は、運転時間の経過に伴い膜のファウリングが生ずる。
特に、溶存有機物による膜汚染であるバイオファウリングは、物理的に不可逆的なファウリングであるため、現在、膜ろ過による水処理において大きな問題となっている。
Ultrafiltration (UF) membrane, microfiltration (MF) membrane, nanofiltration (NF) membrane, reverse osmosis (RO) membrane in the field of water treatment such as water purification, ultrapure water, pharmaceutical water, domestic water purification, wastewater purification, etc. It is becoming popular. Although these membrane filtrations allow high-level water treatment, on the other hand, membranes used for water treatment cause membrane fouling as the operating time elapses.
In particular, biofouling, which is membrane fouling by dissolved organic matter, is a physically irreversible fouling and is currently a major problem in water treatment by membrane filtration.
上記問題を解決するため、活性炭処理や多孔質無機吸着材による吸着処理、凝集処理、オゾン処理を用いた処理などをろ過膜の前段に設ける水処理方法が提案されている。しかし、活性炭処理や多孔質無機吸着材による吸着処理では、溶存有機物の吸着性が不十分である。また、凝集処理は、溶存有機物濃度が高くなると、塩化第二鉄などの凝集剤を多量に添加する必要があるという欠点を有していた。また、親水性の高い溶存有機物の凝集が不完全になるという問題を有していた。オゾン処理は、臭素酸などの消毒副生成物の問題があり、代替技術が求められている。 In order to solve the above problem, a water treatment method has been proposed in which an activated carbon treatment, an adsorption treatment using a porous inorganic adsorbent, a coagulation treatment, a treatment using ozone treatment, and the like are provided in the front stage of the filtration membrane. However, the adsorptivity of the dissolved organic matter is insufficient in the adsorption treatment with the activated carbon treatment or the porous inorganic adsorbent. In addition, the agglomeration treatment has a drawback that a large amount of an aggregating agent such as ferric chloride needs to be added when the dissolved organic matter concentration becomes high. In addition, there is a problem that aggregation of dissolved organic matter having high hydrophilicity becomes incomplete. Ozone treatment has the problem of disinfection by-products such as bromic acid, and alternative techniques are required.
このような代替技術として、例えば、特許文献1、2では、疎水性吸着材を中心に溶存有機物の除去方法が提案されている。 As such an alternative technique, for example, Patent Documents 1 and 2 propose a method for removing dissolved organic substances centering on a hydrophobic adsorbent.
また、特許文献3では、水中で膨潤し実質的に水に溶解しないカチオン性ポリマーからなる粒子を吸着材として用いる方法が提案されている。 Patent Document 3 proposes a method of using, as an adsorbent, particles made of a cationic polymer that swells in water and does not substantially dissolve in water.
一方、近年、膜ろ過におけるファウリング物質に関する詳細な解析がなされており、非特許文献1では、不可逆ファウリングの原因物質は、フミンなどよりも比較的親水性が高い溶存有機物である糖類やたんぱく質などのバイオポリマーが主因であることが報告されている。 On the other hand, in recent years, detailed analysis has been made on fouling substances in membrane filtration. In Non-Patent Document 1, irreversible fouling causes substances such as saccharides and proteins which are dissolved organic substances having relatively higher hydrophilicity than humin. It has been reported that biopolymers such as
また、特許文献1、2に記載されたいずれの方法も、溶存有機物については、依然としてバイオファウリングの問題を有している。
さらに、特許文献3に開示されているカチオン性ポリマーからなる粒子は、水で膨潤していない時の粒子径に対して水中での粒子径は10〜200倍(すなわち1000〜200000%)程度という極めて大きな膨潤性を有しているため、吸着処理の際の取扱い性が悪く、特に閉塞環境下では粒子同士の固着により濾過性が低下するなどの問題点を有している。
In addition, any of the methods described in Patent Documents 1 and 2 still have a biofouling problem with respect to dissolved organic matter.
Furthermore, the particle | grains which consist of a cationic polymer currently disclosed by patent document 3 are said that the particle diameter in water is about 10-200 times (namely, 1000-200000%) with respect to the particle diameter when not swollen with water. Since it has an extremely large swellability, the handleability during the adsorption treatment is poor, and in particular in a closed environment, there is a problem that the filterability is reduced due to adhesion between particles.
本発明は、上述した事情を鑑み、膜ろ過の膜汚染物質である溶存有機物、特に糖類やたんぱく質などの比較的親水性が高い溶存有機物を効率的に吸着することができる高分子吸着材を提供することを目的とする。 In view of the circumstances described above, the present invention provides a polymer adsorbent capable of efficiently adsorbing dissolved organic substances that are membrane contaminants of membrane filtration, particularly dissolved organic substances having relatively high hydrophilicity such as sugars and proteins. The purpose is to do.
また本発明は、このような高分子吸着材を用いて、効率よく水処理をすることができるだけでなく、膜の透水性を長期に維持可能な水処理方法を提供することを別の目的とする。 Another object of the present invention is to provide a water treatment method that can efficiently perform water treatment using such a polymer adsorbent and can maintain the water permeability of the membrane over a long period of time. To do.
本発明者は上記課題を解決するために鋭意検討した結果、25℃水中での膨潤度が特定の範囲にある親水性高分子吸着材を用いると、適度な膨潤により、吸着材内部まで溶存有機物が浸透するため、内部の吸着性官能基も有効に活用でき、かつ、溶存有機物による目詰まりも起こり難いため、優れた溶存有機物除去能を発現することを見出した。また、このような親水性高分子吸着材は、特に親水性が高いバイオポリマーとの親和性が高いため、バイオポリマーの吸着能力に優れることを見出した。
その結果、膜ろ過工程の前段工程に該吸着材を用いた溶存有機物の吸着工程、特に親水性が高いバイオポリマーの吸着工程を付与することにより、膜汚染を抑制でき、長期に渡り透水性を維持することができる膜ろ過による水処理方法を提案するに至った。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that when a hydrophilic polymer adsorbent whose degree of swelling in water at 25 ° C. is in a specific range is used, dissolved organic matter reaches the inside of the adsorbent by appropriate swelling. As a result, it was found that the internal adsorptive functional group can be used effectively and clogging by dissolved organic matter is difficult to occur, so that it exhibits excellent ability to remove dissolved organic matter. Further, the present inventors have found that such a hydrophilic polymer adsorbent has a high affinity for biopolymers because of its high affinity with biopolymers having particularly high hydrophilicity.
As a result, by adding an adsorption step of dissolved organic matter using the adsorbent to the previous step of the membrane filtration step, in particular, a biopolymer adsorption step with high hydrophilicity, membrane contamination can be suppressed, and water permeability can be maintained over a long period of time. It came to propose the water treatment method by membrane filtration which can be maintained.
すなわち、本発明の第1の実施態様は、化学吸着性官能基が導入された親水性高分子吸着材であって、25℃水中における膨潤度が20〜400%であり、被処理水中の溶存有機物の吸着性に優れる親水性高分子吸着材である。 That is, the first embodiment of the present invention is a hydrophilic polymer adsorbent into which a chemisorbable functional group is introduced, having a swelling degree of 20 to 400% in water at 25 ° C. and dissolved in water to be treated. It is a hydrophilic polymer adsorbent that excels in adsorbability of organic matter.
前記親水性高分子吸着材においては、吸着対象の溶存有機物がバイオポリマーであってもよく、特に、バイオポリマーの除去率が15%以上であってもよい。 In the hydrophilic polymer adsorbent, the dissolved organic matter to be adsorbed may be a biopolymer, and in particular, the removal rate of the biopolymer may be 15% or more.
好ましい親水性高分子吸着材は、親水性高分子が母体であり、この親水性高分子が、ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリビニルブチラール、ポリビニルアセタール、ポリビニルアルキルアルコール、ポリアルキレングリコール、ポリビニルアルキルエーテル、ポリアルキレンオキシド、ポリ(メタ)アクリルアミド、カチオン性ポリマー、アニオン性ポリマー、ポリアミド、セルロース誘導体、デキストリン、キチン、およびキトサンのいずれかから選択される少なくとも1種であってもよい。 A preferred hydrophilic polymer adsorbent is a hydrophilic polymer as a matrix, and the hydrophilic polymer is polyvinyl alcohol, ethylene-vinyl alcohol copolymer, polyvinyl butyral, polyvinyl acetal, polyvinyl alkyl alcohol, polyalkylene glycol, It may be at least one selected from any of polyvinyl alkyl ether, polyalkylene oxide, poly (meth) acrylamide, cationic polymer, anionic polymer, polyamide, cellulose derivative, dextrin, chitin, and chitosan.
また、化学吸着性官能基は、例えば、N、S、PおよびOからなる群から選択された元素を少なくとも一つ含む化学吸着性官能基であってもよく、アミノ基、4級アンモニウム基およびそれらの塩からなる群から選択された少なくとも一種の化学吸着性官能基であるのが好ましい。 Further, the chemisorbable functional group may be a chemisorbable functional group containing at least one element selected from the group consisting of N, S, P and O, for example, an amino group, a quaternary ammonium group, and It is preferably at least one chemisorbable functional group selected from the group consisting of those salts.
好ましい親水性高分子吸着材としては、化学吸着性官能基を有する高分子(A)と親水性高分子(B)とで少なくとも構成されたアロイ材であってもよく、前記親水性高分子(B)がエチレン−ビニルアルコール系共重合体であってもよい。 A preferable hydrophilic polymer adsorbent may be an alloy material composed of at least a polymer (A) having a chemically adsorbing functional group and a hydrophilic polymer (B). B) may be an ethylene-vinyl alcohol copolymer.
本発明の第2の実施態様は、溶存有機物を含有する被処理水と、前記親水性高分子吸着材とを接触させ、溶存有機物を吸着する吸着工程と、
前記吸着処理水を膜ろ過するろ過工程と、を少なくとも備える水処理方法である。
A second embodiment of the present invention is an adsorption step in which water to be treated containing dissolved organic matter is brought into contact with the hydrophilic polymer adsorbent to adsorb dissolved organic matter;
A water treatment method comprising at least a filtration step of subjecting the adsorption treated water to membrane filtration.
25℃水中での膨潤度が特定の範囲に存在する親水性高分子吸着材を、溶存有機物(特に糖類やたんぱく質といった親水性が高いバイオポリマー)を吸着する材料として用いることにより、親水性高分子吸着材を効率よく水処理に利用できるだけでなく、被処理水から溶存有機物を高度に吸着して吸着処理水中の溶存有機物を低減することができる。 By using a hydrophilic polymer adsorbent having a degree of swelling in water at 25 ° C. in a specific range as a material for adsorbing dissolved organic substances (especially highly hydrophilic biopolymers such as sugars and proteins), a hydrophilic polymer is obtained. Not only can the adsorbent be efficiently used for water treatment, but also the dissolved organic matter in the treated water can be reduced by highly adsorbing dissolved organic matter from the water to be treated.
さらに、本発明の水処理方法では、前記吸着処理を経た吸着処理水を用いることにより、各種膜ろ過工程と組み合わせた場合、簡便な方法によって、ろ過膜の透水性を長期にわたり維持することが可能である。 Furthermore, in the water treatment method of the present invention, the water permeability of the filtration membrane can be maintained over a long period of time by a simple method when combined with various membrane filtration steps by using the adsorption treated water that has undergone the adsorption treatment. It is.
特に、前記親水性高分子吸着材は、カラムへ充填することも可能であり、その場合、水処理方法では、カラム使用による溶存有機物除去工程と、膜ろ過工程を組み合わせることにより、簡便な方法によって、長期に渡り透水性を維持することができる。 In particular, the hydrophilic polymer adsorbent can be packed into a column. In that case, in the water treatment method, a combination of a dissolved organic substance removal step using a column and a membrane filtration step can be performed by a simple method. The water permeability can be maintained for a long time.
以下、本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明を限定するものではない。
[水処理方法]
本発明の水処理方法は、溶存有機物を含有する被処理水と、特定の親水性高分子吸着材とを接触させ、溶存有機物を吸着する吸着工程と、
前記吸着処理された吸着処理水を膜ろ過するろ過工程と、を少なくとも備えている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments. Note that the embodiments described below do not limit the present invention.
[Water treatment method]
The water treatment method of the present invention comprises an adsorption step in which water to be treated containing dissolved organic matter and a specific hydrophilic polymer adsorbent are brought into contact with each other to adsorb dissolved organic matter,
A filtration step of performing membrane filtration on the adsorption-treated water subjected to the adsorption treatment.
(吸着工程)
被処理水は、自然環境下、人工環境下で得られるさまざまな水を被処理水として利用可能であり、溶存有機物を含有する限り特に限定されないが、例えば、一般の河川水、湖沼水、土壌溶出水、用水、生物処理水、下水処理やし尿処理施設での生物処理水や三次処理などの高度処理水、各種工場排水などが挙げられる。
(Adsorption process)
The water to be treated is not particularly limited as long as various waters obtained in natural and artificial environments can be used as the water to be treated and contain dissolved organic matter. For example, general river water, lake water, soil Examples include elution water, irrigation water, biologically treated water, biologically treated water in sewage treatment and human waste treatment facilities, advanced treated water such as tertiary treatment, and various factory effluents.
このような被処理水には、各種溶存有機物が存在しているが、本発明の水処理方法では、吸着工程において、従来吸着が困難であった溶存有機物、特に粒子径0.45μm以下の有機物(例えば、フミン酸やフルボ酸などの芳香族含有有機物、界面活性剤等の合成化学物質、バイオポリマーなど)を効率よく吸着することが可能である。 In such water to be treated, various dissolved organic substances exist. However, in the water treatment method of the present invention, dissolved organic substances that have conventionally been difficult to adsorb in the adsorption step, particularly organic substances having a particle size of 0.45 μm or less. (For example, aromatic-containing organic substances such as humic acid and fulvic acid, synthetic chemical substances such as surfactants, biopolymers, etc.) can be adsorbed efficiently.
本発明の吸着工程では、溶存有機物のうち、特に、親水性が高いバイオポリマーの除去に優れている。バイオポリマーは、各種原水中に存在する溶存有機物の一種であり、一般的には、みかけ分子量が10万Da以上の多糖類およびタンパク質とされている。
本発明では、他の溶存有機物とバイオポリマーとを区別する指標として、実施例で示したLC−OCD(Hubers社製、DOC-Labor)の分析にて、25分−35分の保留時間の成分をバイオポリマーと定義する。また、フミン質は保留時間35分−46分の成分とする。
In the adsorption process of the present invention, it is excellent in removing a biopolymer having a high hydrophilicity among dissolved organic substances. Biopolymers are a kind of dissolved organic substances present in various raw waters. Generally, biopolymers are polysaccharides and proteins having an apparent molecular weight of 100,000 Da or more.
In the present invention, as an index for distinguishing other dissolved organic substances from biopolymers, a component having a retention time of 25 minutes to 35 minutes in the analysis of LC-OCD (manufactured by Hubers, DOC-Labor) shown in Examples. Is defined as biopolymer. The humic substance is a component with a retention time of 35 minutes to 46 minutes.
バイオポリマーは、ベンゼン環などの不飽和結合が少ないことから、バイオポリマーは主に親水性の高い有機物で構成されており、例えば、SUVA値が1.0 [L/(m・mg)]以下を示す有機物で構成されていてもよい。
一方、フミン質は、ベンゼン環などUV吸収性を有する構造が含まれているため、フミン質は、主に疎水性が高い有機物で構成されており、例えば、SUVA値が2.0 [L/(m・mg)] 以上を示す有機物で構成されていてもよい。
Since biopolymers have few unsaturated bonds such as benzene rings, biopolymers are mainly composed of highly hydrophilic organic substances. For example, the SUVA value is 1.0 [L / (m · mg)] or less. It may be composed of an organic material showing.
On the other hand, since the humic substance includes a UV-absorbing structure such as a benzene ring, the humic substance is mainly composed of an organic substance having high hydrophobicity. For example, the SUVA value is 2.0 [L / (M · mg)] It may be composed of an organic material having the above.
なお、SUVA値は、以下の式で求められる。
SUVA(L/mg−C・m)=UV(m−1)/DOC(mg−C/L)
The SUVA value is obtained by the following formula.
SUVA (L / mg-C · m) = UV (m −1 ) / DOC (mg-C / L)
UV値算出方法
(i)バイオポリマーのUV=全スペクトルのUV×バイオポリマー(保留時間:25〜35分)の面積値/全スペクトルの面積値
(ii)フミン質のUV=全スペクトルのUV×フミン質(保留時間:35〜46分)の面積値/全スペクトルの面積値
UV value calculation method (i) UV of biopolymer = UV of full spectrum × Area value of biopolymer (holding time: 25 to 35 minutes) / Area value of full spectrum (ii) UV of humic substance = UV of full spectrum × Area value of humic substances (holding time: 35 to 46 minutes) / area value of all spectra
DOC値算出方法
(i)バイオポリマーのDOC=全スペクトルのDOC×バイオポリマー(保留時間:25〜35分)の面積値/全スペクトルの面積値
(ii)フミン質のDOC=全スペクトルのDOC×フミン質(保留時間:35〜46分)の面積値/全スペクトルの面積値
DOC value calculation method (i) DOC of biopolymer = DOC of full spectrum × Area value of biopolymer (holding time: 25 to 35 minutes) / Area value of full spectrum (ii) DOC of humic substance = DOC of full spectrum Area value of humic substances (holding time: 35 to 46 minutes) / area value of all spectra
現在一般に上市されているスチレン系やアクリル系のイオン交換樹脂やキレート樹脂では、このような親水性溶存有機物を効率よく吸着することができない。しかしながら、本発明では、特定の親水性高分子吸着材を用いることによって、このような親水性溶存有機物であっても、効率よく吸着することが可能となる。 Styrenic and acrylic ion exchange resins and chelate resins that are currently commercially available cannot efficiently adsorb such hydrophilic dissolved organic substances. However, in the present invention, by using a specific hydrophilic polymer adsorbent, even such a hydrophilic dissolved organic substance can be adsorbed efficiently.
吸着工程では、被処理水と、親水性高分子吸着材とを接触させることができる限り特に限定されず、例えば、被処理水へ吸着材を添加し、公知の方法で撹拌することにより吸着処理を行ってもよいし;親水性高分子吸着材を充てんしたカラムに対し、被処理水を通液させることにより吸着処理を行ってもよい。また、吸着工程は、一段であってもよいし、多段であってもよい。
また、吸着工程では、吸着処理後、必要に応じて公知の方法により固液分離工程を行ってもよく、固液分離工程により、吸着処理後の吸着材を吸着処理液から除去してもよい。
The adsorption step is not particularly limited as long as the water to be treated and the hydrophilic polymer adsorbent can be brought into contact with each other. For example, the adsorption treatment is performed by adding the adsorbent to the water to be treated and stirring it by a known method. The adsorption treatment may be carried out by passing water to be treated through a column filled with a hydrophilic polymer adsorbent. Further, the adsorption step may be a single step or a multi-step.
In the adsorption step, after the adsorption treatment, the solid-liquid separation step may be performed by a known method as necessary, and the adsorbent after the adsorption treatment may be removed from the adsorption treatment liquid by the solid-liquid separation step. .
吸着工程では、被処理水中の溶存有機物を効率よく吸着することができ、特に、上述のようにバイオポリマーの吸着を効率よく行うことができる。例えば、吸着工程では、被処理水からのバイオポリマーの除去率が、例えば15%以上であってもよく、好ましくは20%以上、より好ましくは30%以上であってもよい。なお、除去率は、後述する実施例に記載された方法により測定された値を示す。除去率が低すぎる場合、後段の膜ろ過工程における膜汚染の抑制効果が十分でない場合がある。 In the adsorption step, dissolved organic matter in the water to be treated can be adsorbed efficiently, and in particular, the biopolymer can be adsorbed efficiently as described above. For example, in the adsorption step, the removal rate of the biopolymer from the water to be treated may be, for example, 15% or more, preferably 20% or more, more preferably 30% or more. In addition, a removal rate shows the value measured by the method described in the Example mentioned later. If the removal rate is too low, the effect of suppressing membrane contamination in the subsequent membrane filtration step may not be sufficient.
(親水性高分子吸着材)
本発明の親水性高分子吸着材について、説明する。
本発明の親水性高分子吸着材は、化学吸着性官能基が導入された親水性高分子吸着材であり、25℃水中における膨潤度が20〜400%である。好ましくは、親水性高分子吸着材は、親水性高分子を母体として吸着性官能基が導入された吸着材である。
(Hydrophilic polymer adsorbent)
The hydrophilic polymer adsorbent of the present invention will be described.
The hydrophilic polymer adsorbent of the present invention is a hydrophilic polymer adsorbent into which a chemisorbable functional group is introduced, and has a swelling degree of 20 to 400% in 25 ° C. water. Preferably, the hydrophilic polymer adsorbent is an adsorbent into which an adsorptive functional group is introduced using a hydrophilic polymer as a base.
本発明の親水性高分子吸着材は、親水性高分子であることにより、溶存有機物が内部まで浸透し、吸着性官能基を有効利用でき、溶存有機物を効率的に吸着することができる。従来のイオン交換樹脂では、ポリスチレンなどの疎水性高分子を母体として吸着性官能基を付与したものであるため、このような疎水性高分子と比べて、本発明の親水性高分子吸着材は、水中の溶存有機物、特に、親水性が高く膜汚染の懸念物質と考えられ始めているバイオポリマーを効率的に吸着することができる。 Since the hydrophilic polymer adsorbent of the present invention is a hydrophilic polymer, the dissolved organic matter penetrates to the inside, the adsorptive functional group can be effectively used, and the dissolved organic matter can be adsorbed efficiently. In conventional ion exchange resins, a hydrophobic polymer such as polystyrene is used as a base and an adsorptive functional group is added. Compared with such a hydrophobic polymer, the hydrophilic polymer adsorbent of the present invention is It is possible to efficiently adsorb dissolved organic substances in water, in particular, biopolymers that are highly hydrophilic and have begun to be considered as substances that cause membrane contamination.
一方で、膨潤度が所定の範囲に制御されているため、親水性高分子を母体とする場合であっても、過度な膨潤により吸着材の取扱い性が悪化することを抑制しつつ、水中における溶存有機物を効率よく吸着することが可能である。
例えば、親水性高分子吸着材は、膨潤度が制御されているため、特許文献6に記載されている水中で膨潤し実質的に水に溶解しないカチオン性ポリマーと異なって、あらかじめ水への膨潤処理を行うことなく、被処理水と接触させてもよい。また、膨潤性が制御されているため、含水状態であったとしても、流通性に優れている。
On the other hand, since the degree of swelling is controlled within a predetermined range, even in the case where the hydrophilic polymer is used as a base material, while suppressing the deterioration of the handling property of the adsorbent due to excessive swelling, It is possible to efficiently adsorb dissolved organic matter.
For example, since the hydrophilic polymer adsorbent has a controlled degree of swelling, unlike the cationic polymer described in Patent Document 6 that swells in water and does not substantially dissolve in water, the hydrophilic polymer adsorbent is previously swollen in water. You may make it contact with to-be-processed water, without performing a process. Moreover, since swelling property is controlled, even if it is a water-containing state, it is excellent in the distribution | circulation property.
上記の親水性高分子は、例えば、繰り返し単位中に水酸基、エーテル基、カチオン性基、アニオン性基、アミド基等の親水性基を有する高分子のことをいう。例えば、ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリビニルブチラール、ポリビニルアセタール、ポリビニルアルキルアルコール、ポリアルキレングリコール、ポリビニルアルキルエーテル、ポリアルキレンオキシド、ポリ(メタ)アクリルアミド、カチオン性ポリマー(例えば、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン、ポリピリジン、ポリビニルピリジン、ポリアミノ酸、ポリジアリルジメチルアンモニウムハライド、ポリビニルベンジルトリメチルアンモニウムハライド、ポリジアクリルジメチルアンモニウムハライド、ポリジメチルアミノエチルメタクリレート塩酸塩、ポリヌクレオチドなど)、アニオン性ポリマー(例えば、ポリスチレンスルホン酸、ポリビニル硫酸、ポリ(メタ)アクリル酸、ポリマレイン酸、ポリアミック酸)、ポリアミド、セルロース誘導体、デキストリン、キチン、およびキトサンからなる群より選ばれる少なくとも1種が好適に用いられる。これらのポリマーは、他のコモノマー単位(例、マレイン酸、イタコン酸、アクリル酸等の不飽和カルボン酸単位、シラノール基、アルデヒド基、又はスルホン酸基を有するモノマー単位など)を有していてもよい。 The hydrophilic polymer refers to a polymer having a hydrophilic group such as a hydroxyl group, an ether group, a cationic group, an anionic group or an amide group in a repeating unit. For example, polyvinyl alcohol, ethylene-vinyl alcohol copolymer, polyvinyl butyral, polyvinyl acetal, polyvinyl alkyl alcohol, polyalkylene glycol, polyvinyl alkyl ether, polyalkylene oxide, poly (meth) acrylamide, cationic polymer (for example, polyethyleneimine, Polyallylamine, polypyridine, polyvinylpyridine, polyamino acid, polydiallyldimethylammonium halide, polyvinylbenzyltrimethylammonium halide, polydiacryldimethylammonium halide, polydimethylaminoethyl methacrylate hydrochloride, polynucleotide, etc.), anionic polymer (eg, polystyrene sulfone) Acid, polyvinyl sulfate, poly (meth) acrylic acid, polymer Phosphate, polyamic acid), polyamide, cellulose derivatives, dextrin, chitin, and at least one is preferably used selected from the group consisting of chitosan. These polymers may have other comonomer units (eg, monomer units having unsaturated carboxylic acid units such as maleic acid, itaconic acid, acrylic acid, silanol groups, aldehyde groups, or sulfonic acid groups). Good.
親水性高分子としては、ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール共重合体、及びポリアミドが好ましく、耐水性とバイオポリマーの除去性能の観点から、エチレン−ビニルアルコール共重合体がさらに好ましい。このとき、エチレン単位の含量が全モノマー単位中20〜60モル%であることが好ましく、より好ましくは25〜50モル%である。エチレン含量が20モル%より小さいと、耐水性が悪くなるおそれがある。一方、エチレン含量が60モル%を超えると、製造が難しい。 As the hydrophilic polymer, polyvinyl alcohol, ethylene-vinyl alcohol copolymer, and polyamide are preferable, and from the viewpoint of water resistance and biopolymer removal performance, ethylene-vinyl alcohol copolymer is more preferable. At this time, the content of ethylene units is preferably 20 to 60 mol%, more preferably 25 to 50 mol% in all monomer units. If the ethylene content is less than 20 mol%, the water resistance may deteriorate. On the other hand, when the ethylene content exceeds 60 mol%, production is difficult.
本発明の高分子吸着材は、溶存有機物と相互作用する化学吸着性官能基を有する。化学吸着性を有する官能基としては、キレート形成基、カチオン性イオン交換基、アニオン性イオン交換基などが挙げられ、溶存有機物に対する吸着性を有する限り、特に限定されない。 The polymer adsorbent of the present invention has a chemisorbable functional group that interacts with dissolved organic matter. Examples of the functional group having chemical adsorptivity include chelate-forming groups, cationic ion exchange groups, anionic ion exchange groups, and the like, and are not particularly limited as long as they have adsorptivity to dissolved organic substances.
官能基は、例えば、N、S、PおよびOからなる群から選択された元素を少なくとも一つ含む化学吸着性官能基であってもよい。
具体的には、そのような官能基としては、アミノ基(1級アミノ基、2級アミノ基、3級アミノ基)、4級アンモニウム基、イミニウム基、イミダゾール基、4級イミダゾリウム基、ピリジル基、4級ピリジニウム基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、スルホネート基、スルホン酸基、スルホニウム基、メルカプト基、チオウレア基、ホスホネート基、ホスホン酸基、ホスホニウム基などが挙げられる。それらは塩の状態で存在していてもよい。これらの官能基は、単独でまたは二種以上組み合わせて存在していてもよい。これらのうち、好ましい官能基としては、アミノ基、4級アンモニウム基およびそれらの塩が挙げられる。
The functional group may be a chemisorbable functional group containing at least one element selected from the group consisting of N, S, P, and O, for example.
Specifically, such functional groups include amino groups (primary amino groups, secondary amino groups, tertiary amino groups), quaternary ammonium groups, iminium groups, imidazole groups, quaternary imidazolium groups, pyridyl groups. Group, quaternary pyridinium group, hydroxyl group, carboxyl group, sulfonate group, sulfonic acid group, sulfonium group, mercapto group, thiourea group, phosphonate group, phosphonic acid group, phosphonium group and the like. They may be present in a salt state. These functional groups may be present alone or in combination of two or more. Of these, preferred functional groups include amino groups, quaternary ammonium groups, and salts thereof.
化学吸着性官能基は、上記親水性高分子を作製する際に吸着性官能基を重合や後変性により導入してもよく、化学吸着性官能基を有する成分とアロイ化することにより導入されていてもよい。導入の容易さの観点から化学吸着性官能基含有高分子(A)と親水性高分子マトリクス(B)のアロイ化により導入することが好ましい。 The chemical adsorptive functional group may be introduced by polymerization or post-modification when the hydrophilic polymer is produced, and is introduced by alloying with a component having the chemisorbable functional group. May be. From the viewpoint of ease of introduction, introduction is preferably performed by alloying the chemically adsorbing functional group-containing polymer (A) and the hydrophilic polymer matrix (B).
[化学吸着性官能基含有高分子(A)]
例えば、化学吸着性官能基含有高分子(A)は、ポリスチレンスルホン酸(PSS)、ポリビニル硫酸(PVS)、ポリアクリル酸(PAA)、ポリメタクリル酸(PMA)、ポリマレイン酸、ポリアミック酸などのアニオン系ポリマーであってもよいし;ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン、ポリピリジン、ポリビニルピリジン、ポリアミノ酸、ポリジアリルジメチルアンモニウムハライド、ポリビニルベンジルトリメチルアンモニウムハライド、ポリジアクリルジメチルアンモニウムハライド、ポリジメチルアミノエチルメタクリレート塩酸塩、ポリヌクレオチドなどのカチオン性ポリマーであってもよい。このような高分子は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用してもよい。
[Chemically Adsorbing Functional Group-Containing Polymer (A)]
For example, the chemisorbable functional group-containing polymer (A) is an anion such as polystyrene sulfonic acid (PSS), polyvinyl sulfate (PVS), polyacrylic acid (PAA), polymethacrylic acid (PMA), polymaleic acid, polyamic acid, etc. Polyethyleneimine, polyallylamine, polypyridine, polyvinylpyridine, polyamino acid, polydiallyldimethylammonium halide, polyvinylbenzyltrimethylammonium halide, polydiacryldimethylammonium halide, polydimethylaminoethyl methacrylate hydrochloride, poly It may be a cationic polymer such as a nucleotide. Such polymers may be used alone or in combination of two or more.
これらのうち、親水性マトリクス高分子と組み合わせて、バイオポリマーをより効率よく吸着する観点から、上述のカチオン性ポリマーが好ましく、特に、強塩基性高分子(4級アンモニウム基含有高分子、4級ピリジニウム基含有高分子など)や、高カチオン密度を有する高分子(例えば、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミンなど)が好ましい。 Among these, from the viewpoint of more efficiently adsorbing a biopolymer in combination with a hydrophilic matrix polymer, the above-described cationic polymer is preferable, and particularly a strong basic polymer (a quaternary ammonium group-containing polymer, a quaternary polymer). Pyridinium group-containing polymers) and polymers having high cation density (for example, polyethyleneimine, polyallylamine, etc.) are preferable.
[親水性マトリクス高分子(B)]
親水性マトリクス高分子(B)は、特に限定されないが、例えば、親水性マトリクス高分子(B)としては、ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリビニルアルキルアルコール、ポリアルキレングリコール、ポリビニルアルキルエーテル、(メタ)アクリル系高分子、ポリアルキレンオキシド、ポリアクリルアミド、ポリアミド、セルロース誘導体、デキストリン、キチン、キトサンなどを挙げることができる。これらの高分子は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用してもよい。
[Hydrophilic matrix polymer (B)]
The hydrophilic matrix polymer (B) is not particularly limited. For example, the hydrophilic matrix polymer (B) includes polyvinyl alcohol, ethylene-vinyl alcohol copolymer, polyvinyl alkyl alcohol, polyalkylene glycol, and polyvinyl alkyl ether. (Meth) acrylic polymers, polyalkylene oxides, polyacrylamides, polyamides, cellulose derivatives, dextrin, chitin, chitosan and the like. These polymers may be used alone or in combination of two or more.
これらの高分子は、他のコモノマー単位を有していてもよく、該コモノマー単位の含有量は、全モノマー単位中10モル%以下であることが好ましく、5%モル以下であることがより好ましい。 These polymers may have other comonomer units, and the content of the comonomer units is preferably 10 mol% or less, more preferably 5% mol or less in all monomer units. .
親水性マトリクス高分子(B)の重量平均分子量は、高分子の種類に応じて適宜好ましい範囲を設定することが可能であるが、化学吸着性官能基含有高分子(A)を親水性マトリクス高分子(B)の内部に保持する観点から、例えば、親水性マトリクス高分子(B)の重量平均分子量は、少なくとも5000以上(例えば、5000〜100000)であってもよく、好ましくは10000以上であってもよい。なお、重量平均分子量は、例えばGPCを用いて求めることができる。 The weight average molecular weight of the hydrophilic matrix polymer (B) can be appropriately set in accordance with the type of the polymer. From the viewpoint of maintaining inside the molecule (B), for example, the weight average molecular weight of the hydrophilic matrix polymer (B) may be at least 5,000 or more (for example, 5,000 to 100,000), preferably 10,000 or more. May be. In addition, a weight average molecular weight can be calculated | required, for example using GPC.
好ましい親水性マトリクス高分子(B)としては、ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリビニルブチラール、ポリビニルアセタール、及びポリアミド(例えば、ポリアミド6、ポリアミド10、ポリアミド6,6、ポリアミド11、ポリアミド12、ポリアミド6,12、ポリアミド6,10、ポリアミド6/6,6共重合体、ポリアミド6,6/6,10共重合体、ポリアミド6,11、ポリアミド6,6/6,10/6共重合体等)などが挙げられ、成形性および親水性の双方に優れる観点から、エチレン−ビニルアルコール共重合体が特に好ましい。 Preferred hydrophilic matrix polymers (B) include polyvinyl alcohol, ethylene-vinyl alcohol copolymer, polyvinyl butyral, polyvinyl acetal, and polyamide (for example, polyamide 6, polyamide 10, polyamide 6,6, polyamide 11, polyamide 12). , Polyamide 6,12, polyamide 6,10, polyamide 6 / 6,6 copolymer, polyamide 6,6 / 6,10 copolymer, polyamide 6,11, polyamide 6,6 / 6,10 / 6 copolymer From the viewpoint of being excellent in both moldability and hydrophilicity, an ethylene-vinyl alcohol copolymer is particularly preferable.
エチレン−ビニルアルコール共重合体において、エチレン単位の含量は、全モノマー単位中20〜60モル%であることが好ましく、より好ましくは25〜55モル%であってもよい。エチレン含量が少なすぎると、成形体の耐久性が悪くなるおそれがある。一方、エチレン含量が多すぎると、親水性が低下するおそれがある。 In the ethylene-vinyl alcohol copolymer, the content of ethylene units is preferably 20 to 60 mol%, more preferably 25 to 55 mol% in all monomer units. If the ethylene content is too small, the durability of the molded article may be deteriorated. On the other hand, when there is too much ethylene content, there exists a possibility that hydrophilicity may fall.
なお、ポリビニルアルコールに関しては、粘度平均重合度で規定してもよく、化学吸着性官能基含有高分子(A)を所定の分散径で分散できる限り特に限定されず、30℃水溶液の粘度から求めた粘度平均重合度が、例えば100〜15000程度の幅広い範囲から選択できる。マトリクス高分子としての耐久性を向上させる観点から、高重合度のものを用いるのが好ましく、その場合、例えば、平均重合度は好ましくは800〜13000程度、さらに好ましくは1000〜10000程度であってもよい。 Polyvinyl alcohol may be defined by the viscosity average degree of polymerization, and is not particularly limited as long as the chemically adsorbable functional group-containing polymer (A) can be dispersed with a predetermined dispersion diameter, and is determined from the viscosity of a 30 ° C. aqueous solution. The viscosity average polymerization degree can be selected from a wide range of about 100 to 15000, for example. From the viewpoint of improving the durability as a matrix polymer, it is preferable to use a polymer having a high degree of polymerization. In this case, for example, the average degree of polymerization is preferably about 800 to 13000, more preferably about 1000 to 10,000. Also good.
また、ポリビニルアルコールのけん化度も、目的に応じて適宜選択でき特に限定されるものではないが、例えば、88モル%以上、好ましくは90モル%以上、さらに好ましくは95モル%以上であってもよい。特に耐久性を向上させる観点からは、けん化度98モル%以上のものが好ましい。 Further, the degree of saponification of polyvinyl alcohol can be appropriately selected according to the purpose and is not particularly limited. For example, it may be 88 mol% or more, preferably 90 mol% or more, more preferably 95 mol% or more. Good. In particular, from the viewpoint of improving durability, those having a saponification degree of 98 mol% or more are preferred.
[化学吸着性官能基含有高分子(A)と親水性マトリクス高分子(B)との質量比]
本発明の親水性高分子吸着材で、化学吸着性官能基含有高分子(A)と親水性高分子マトリクス(B)のアロイにおける、化学吸着性官能基含有高分子(A)と親水性マトリクス高分子(B)との割合は、高分子(A)が所定の範囲で分散する限り特に限定されないが、例えば、質量比で高分子(A)/高分子(B)=1/99〜70/30程度であってもよく、好ましくは5/95〜65/45程度、より好ましくは8/92〜60/40程度であってもよい。高分子(A)が多すぎると、耐水性が低下する恐れがあり、高分子(A)が少ないと、吸着性能が低下する傾向にある。
[Mass ratio between the chemisorbable functional group-containing polymer (A) and the hydrophilic matrix polymer (B)]
In the hydrophilic polymer adsorbent of the present invention, the chemically adsorbing functional group-containing polymer (A) and the hydrophilic matrix in the alloy of the chemically adsorbing functional group-containing polymer (A) and the hydrophilic polymer matrix (B) The ratio of the polymer (B) is not particularly limited as long as the polymer (A) is dispersed within a predetermined range. For example, the polymer (A) / polymer (B) = 1/99 to 70 in terms of mass ratio. It may be about / 30, preferably about 5/95 to 65/45, more preferably about 8/92 to 60/40. If the amount of the polymer (A) is too much, the water resistance may be lowered, and if the amount of the polymer (A) is small, the adsorption performance tends to be lowered.
[その他の成分]
なお、本発明において、溶存有機物の吸着性を有する親水性高分子吸着材は、本発明の効果を阻害しない範囲内で、樹脂成分として、化学吸着性官能基含有高分子(A)及び親水性マトリクス高分子(B)以外のポリマー高分子を含んでいてもよい。また、本発明の親水性高分子吸着材は、必要に応じて、例えば、架橋剤、酸化防止剤、安定剤、滑剤、加工助剤、帯電防止剤、着色剤、消泡剤、分散剤などの各種添加剤を含んでいてもよい。
[Other ingredients]
In the present invention, the hydrophilic polymer adsorbent having the adsorptivity of dissolved organic matter is used as a resin component within the range that does not impair the effects of the present invention. A polymer polymer other than the matrix polymer (B) may be included. In addition, the hydrophilic polymer adsorbent of the present invention is, for example, a cross-linking agent, an antioxidant, a stabilizer, a lubricant, a processing aid, an antistatic agent, a colorant, an antifoaming agent, a dispersing agent, etc. if necessary. These various additives may be included.
本発明の親水性高分子吸着材では、バイオポリマーの吸着を可能にするとともに、ハンドリング性を良好にする観点から、25℃における膨潤度が20〜400%の範囲内に保持されている。親水性高分子吸着材の膨潤度は、好ましくは40〜200%程度であってもよく、より好ましくは50〜160%程度であってもよい。なお、親水性高分子吸着材の膨潤度は、後述する実施例に記載された方法により測定された値を示す。 In the hydrophilic polymer adsorbent of the present invention, the degree of swelling at 25 ° C. is maintained in the range of 20 to 400% from the viewpoint of enabling the adsorption of the biopolymer and improving the handleability. The degree of swelling of the hydrophilic polymer adsorbent may be preferably about 40 to 200%, more preferably about 50 to 160%. In addition, the swelling degree of a hydrophilic polymer adsorbent shows the value measured by the method described in the Example mentioned later.
膨潤度が20%未満であると、バイオポリマーを含有する溶液との接触が不十分となるためか、バイオポリマーの吸着性が不良となり、また、200質量%を超えると、過度の膨潤のため通液性が損なわれ、カラム取り出し性が不十分となる。 If the degree of swelling is less than 20%, the contact with the solution containing the biopolymer becomes insufficient, or the biopolymer adsorbability becomes poor, and if it exceeds 200% by mass, excessive swelling occurs. The liquid permeability is impaired, and the column take-out property becomes insufficient.
例えば、親水性高分子吸着材の膨潤性は、架橋剤により架橋することにより制御してもよいし、化学吸着性官能基含有高分子(A)に対して、低膨潤性または非膨潤性である親水性マトリクス高分子(例えば、エチレン−ビニルアルコール共重合体、及びポリアミドなど)を組み合わせたアロイ材として制御してもよい。 For example, the swellability of the hydrophilic polymer adsorbent may be controlled by crosslinking with a crosslinking agent, and may be low or non-swellable with respect to the chemisorbable functional group-containing polymer (A). You may control as an alloy material which combined a certain hydrophilic matrix polymer (for example, ethylene-vinyl alcohol copolymer, polyamide, etc.).
特に、本発明の親水性高分子吸着材は、耐久性や膨潤性を制御する観点から、架橋剤により架橋していることが好ましい。架橋剤は、親水性高分子の架橋反応性基の種類に応じて適宜決定することができるが、例えば、エポキシ基、カルボキシル基、ハロゲン基、酸無水物基、酸ハライド基、ホルミル基、N−クロロホルミル基、クロロホーメイト基、アミジニル基、イソシアネート基、ビニル基、アルデヒド基、アゼチジン基、カルボジイミド基などから選択される少なくとも1種又は2種以上の官能基を少なくとも2個含む化合物が挙げられる。また、ジルコニル系架橋剤(硝酸ジルコニル、炭酸ジルコニウムアンモニウム、塩化ジルコニル、酢酸ジルコニル、硫酸ジルコニル)、チタン系架橋剤(チタン系架橋剤、チタンラクテート、チタンジイソプロポキシビス(トリエタノールアミネート))などを用いてもよい。このような架橋剤は、市販されている各種架橋剤を利用することができ、特に限定されないが、エポキシ基、ハロゲン基、イソシアネート基、ビニル基、アルデヒド基、アゼチジン基、カルボジイミド基などから選択される少なくとも1種又は2種以上の官能基を少なくとも2個含む化合物が好ましい。 In particular, the hydrophilic polymer adsorbent of the present invention is preferably crosslinked with a crosslinking agent from the viewpoint of controlling durability and swellability. The crosslinking agent can be appropriately determined according to the type of the crosslinking reactive group of the hydrophilic polymer. For example, an epoxy group, a carboxyl group, a halogen group, an acid anhydride group, an acid halide group, a formyl group, N -A compound containing at least two functional groups of at least one or two or more selected from chloroformyl group, chloroformate group, amidinyl group, isocyanate group, vinyl group, aldehyde group, azetidine group, carbodiimide group, etc. It is done. Also, zirconyl crosslinking agents (zirconyl nitrate, ammonium zirconium carbonate, zirconyl chloride, zirconyl acetate, zirconyl sulfate), titanium crosslinking agents (titanium crosslinking agents, titanium lactate, titanium diisopropoxybis (triethanolamate)), etc. May be used. Such a cross-linking agent can use various commercially available cross-linking agents, and is not particularly limited, but is selected from epoxy groups, halogen groups, isocyanate groups, vinyl groups, aldehyde groups, azetidine groups, carbodiimide groups, and the like. A compound containing at least two functional groups of at least one kind or two or more kinds is preferred.
例えば、架橋剤による架橋構造の導入は、親水性高分子吸着材を合成時にジビニルモノマーを共重合することにより、架橋構造を導入してもよい。 For example, the crosslinking structure may be introduced by crosslinking with a divinyl monomer during synthesis of the hydrophilic polymer adsorbent.
また、架橋剤と親水性高分子吸着材の構成成分と合わせて溶融混練することにより架橋構造を導入してもよい。
溶融混練を行う場合、親水性高分子吸着材の構成成分、架橋剤、必要に応じて任意成分を、二軸型の混練機などを用いて溶融混練する方法(溶融混練法)が挙げられる。当該溶融混練法によれば、各成分が均一に分散した吸着材を得ることが容易であるという利点を有する。
Moreover, you may introduce | transduce a crosslinked structure by melt-kneading together with the structural component of a crosslinking agent and a hydrophilic polymer adsorption material.
In the case of performing melt kneading, a method (melt kneading method) in which the components of the hydrophilic polymer adsorbent, the crosslinking agent, and if necessary, optional components are melt kneaded using a biaxial kneader or the like can be mentioned. According to the melt kneading method, there is an advantage that it is easy to obtain an adsorbent in which each component is uniformly dispersed.
また、一旦、親水性高分子吸着材材料を溶融成形、溶液成形などにより成形し、各種形状の成形体を形成した後、架橋剤を含む溶液に成形体を浸漬させて架橋構造を導入してもよい。
溶融成形を行う場合、例えば、架橋剤を少なくとも除く親水性高分子吸着材材料を、二軸型の混練機などを用いて溶融混練し、溶融混練物を押出成形、射出成形などにより各種形状の成形体を得た後、この成形体に対して架橋剤を含む溶液に浸漬させ架橋処理を施してもよい。
また、溶液成形を行う場合、例えば、架橋剤を少なくとも除く親水性高分子吸着材材料から、適当な溶媒を用いて混合液を調製し、この混合液を用いて、キャスト製膜または乾式紡糸、湿式紡糸などにより、膜状または繊維状の成形体を得た後、この成形体に対して架橋剤を含む溶液に浸漬させ架橋処理を施してもよい。
Also, once the hydrophilic polymer adsorbent material is molded by melt molding, solution molding, etc. to form molded bodies of various shapes, the molded body is immersed in a solution containing a crosslinking agent to introduce a crosslinked structure. Also good.
When performing melt molding, for example, a hydrophilic polymer adsorbent material excluding at least a crosslinking agent is melt-kneaded using a biaxial kneader or the like, and the melt-kneaded material is formed into various shapes by extrusion molding, injection molding, or the like. After obtaining a molded body, the molded body may be subjected to crosslinking treatment by dipping in a solution containing a crosslinking agent.
Further, when performing solution molding, for example, from a hydrophilic polymer adsorbent material excluding at least a cross-linking agent, a mixed solution is prepared using an appropriate solvent, and using this mixed solution, cast film formation or dry spinning, After obtaining a film-like or fibrous shaped body by wet spinning or the like, the shaped body may be dipped in a solution containing a crosslinking agent and subjected to a crosslinking treatment.
(親水性高分子吸着材の形状)
親水性高分子吸着材は、被処理水からのバイオポリマーの吸着処理に用いることができる限り、各種形状を有することができ、例えば、粒子状、繊維状、各種立体形状などであってもよい。吸着効率を向上させる観点から、親水性高分子吸着材は、粒子状または繊維状であるのが好ましい。
(Shape of hydrophilic polymer adsorbent)
The hydrophilic polymer adsorbent can have various shapes as long as it can be used for the adsorption treatment of the biopolymer from the water to be treated. For example, the hydrophilic polymer adsorbent may be in the form of particles, fibers, various three-dimensional shapes, etc. . From the viewpoint of improving the adsorption efficiency, the hydrophilic polymer adsorbent is preferably in the form of particles or fibers.
親水性高分子吸着材が粒子状である場合、その粒子径は特に制限はないが、粒子径は1μm〜5000μmが好ましく、10μm〜4000μmがさらに好ましく、20μm〜3000μmが最も好ましい。粒子径が小さすぎる場合、微粉が舞い易いなど取り扱いが難しい。粒子径が大きすぎる場合、吸着性能が充分に得られないことがある。なお粒子径は、篩分けにより分級された値を示す。 When the hydrophilic polymer adsorbent is in the form of particles, the particle diameter is not particularly limited, but the particle diameter is preferably 1 μm to 5000 μm, more preferably 10 μm to 4000 μm, and most preferably 20 μm to 3000 μm. When the particle size is too small, handling is difficult, for example, the fine powder tends to fly. If the particle size is too large, sufficient adsorption performance may not be obtained. In addition, a particle diameter shows the value classified by sieving.
親水性高分子吸着材が繊維状である場合、その繊維径は特に制限はないが、0.1〜1000μmの幅広い範囲から選択することができ、例えば1〜500μmであってもよく、好ましくは2〜200μmであってもよい。なお、繊維径は、例えば、短繊維を無作為にサンプリングし、繊維の断面を電子顕微鏡で観察し繊維径を測定して求めることができる。 When the hydrophilic polymer adsorbent is fibrous, the fiber diameter is not particularly limited, but can be selected from a wide range of 0.1 to 1000 μm, for example, 1 to 500 μm, preferably It may be 2 to 200 μm. The fiber diameter can be obtained, for example, by sampling a short fiber randomly, observing a cross section of the fiber with an electron microscope, and measuring the fiber diameter.
(ろ過工程)
吸着工程の後、吸着処理された吸着処理水は、ろ過工程において膜ろ過される。膜ろ過工程は、一段であってもよいし、多段であってもよい。膜ろ過工程の膜の種類については、同一の膜を用いても良いし、異なる種類の膜を組み合わせてもよい。
(Filtration process)
After the adsorption step, the adsorption-treated water subjected to the adsorption treatment is subjected to membrane filtration in the filtration step. The membrane filtration step may be a single step or multiple steps. About the kind of film | membrane of a membrane filtration process, the same film | membrane may be used and a different kind of film | membrane may be combined.
膜ろ過工程は、水処理の目的に応じて、精密ろ過膜(MF膜)、限外ろ過膜(UF膜)、ナノろ過膜(NF膜)などを用いて行うことができる。ろ過工程では、これらの膜を単独で一段以上用いて膜ろ過を行ってもよいし、複数の種類の膜を組み合わせ、それぞれ一段以上用いて膜ろ過を行ってもよい。
例えば、複数の種類の膜を組み合わせる場合、MF膜またはUF膜で供給処理された被処理水を膜ろ過処理した後、NF膜でさらに膜ろ過処理を行ってもよい。
The membrane filtration step can be performed using a microfiltration membrane (MF membrane), an ultrafiltration membrane (UF membrane), a nanofiltration membrane (NF membrane) or the like depending on the purpose of water treatment. In the filtration step, membrane filtration may be performed using one or more of these membranes alone, or a plurality of types of membranes may be combined and membrane filtration may be performed using one or more of each.
For example, when a plurality of types of membranes are combined, the water to be treated supplied with an MF membrane or a UF membrane may be subjected to membrane filtration treatment, and then further membrane filtration treatment may be performed with an NF membrane.
膜ろ過工程におけるろ過膜の膜素材としては、特に限定されず、公知のものはいずれも適用可能である。例えば、UF膜やMF膜の膜素材としては、酢酸セルロース、ポリアクリロニトリル、ポリエチレン、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、セラミックなどが挙げられる。NF膜の膜素材としては、ポリアミド系、ポリピペラジンアミド系、ポリエステルアミド系、あるいは水溶性のビニルポリマーを架橋したものなどが挙げられる。膜形態については、特に限定されず、平膜、管状膜、中空糸膜等、いずれの形状のものでもよい。たとえば膜厚は、10μm〜1mmの範囲、中空糸膜の場合、内径が0.2〜2mm程度、外径が0.4〜5mm程度であってもよい。また、ろ過膜は、網目状構造、ハニカム状構造、微細間隙構造などの微細多孔質構造を有していてもよい。 The membrane material of the filtration membrane in the membrane filtration step is not particularly limited, and any known material can be applied. For example, examples of the film material for the UF film and the MF film include cellulose acetate, polyacrylonitrile, polyethylene, polyethersulfone, polysulfone, polypropylene, polyvinylidene fluoride, and ceramic. Examples of the film material of the NF film include polyamide-based, polypiperazine amide-based, polyester amide-based, or water-soluble vinyl polymer crosslinked. The membrane form is not particularly limited and may be any shape such as a flat membrane, a tubular membrane, a hollow fiber membrane and the like. For example, the film thickness may be in the range of 10 μm to 1 mm, and in the case of a hollow fiber membrane, the inner diameter may be about 0.2 to 2 mm and the outer diameter may be about 0.4 to 5 mm. The filtration membrane may have a fine porous structure such as a network structure, a honeycomb structure, or a fine gap structure.
これらのろ過膜は、モジュール化されていてもよい。例えば、平膜状の場合はスパイラル型、プリーツ型、プレート・アンド・フレーム型、円盤状のディスクを積み重ねたディスクタイプであってもよく、中空糸膜の場合は、中空糸をU字状やI字状に束ねて容器に収納した中空糸膜型であってもよい。 These filtration membranes may be modularized. For example, in the case of a flat membrane, a spiral type, a pleat type, a plate-and-frame type, or a disc type in which discs are stacked may be used. It may be a hollow fiber membrane type bundled in an I shape and stored in a container.
ろ過流量は、膜への供給水の種類、ろ過膜の種類などに応じて適宜設定することが可能であるが、例えば、ろ過流量は、Flux 0.5〜5.0(m3/m2/日)でろ過膜に対して通液してもよく、好ましくはFlux 1.0〜4.0(m3/m2/日)であってもよい。本発明の水処理方法では、特定の吸着工程を行うことで、ろ過膜への供給水からバイオポリマーを低減させることができるため、ろ過膜のバイオファウリングを抑制しつつろ過処理を行うことが可能となる。 The filtration flow rate can be appropriately set according to the type of water supplied to the membrane, the type of filtration membrane, and the like. For example, the filtration flow rate is Flux 0.5 to 5.0 (m 3 / m 2 / Day) may be passed through the filtration membrane, preferably Flux 1.0 to 4.0 (m 3 / m 2 / day). In the water treatment method of the present invention, since the biopolymer can be reduced from the water supplied to the filtration membrane by performing a specific adsorption step, the filtration treatment can be performed while suppressing biofouling of the filtration membrane. It becomes possible.
本発明の水処理方法では、発明の効果を損なわない範囲で、必要に応じて、既存の水処理方法と組み合わせてもよい。既存の水処理方法としては、例えば、砂ろ過処理、凝集沈殿処理、オゾン処理、既存の吸着材や活性炭などを用いた吸着処理、生物処理などが挙げられる。これらの処理は、単独でまたは二種以上組み合わせて行ってもよい。 In the water treatment method of this invention, you may combine with the existing water treatment method as needed in the range which does not impair the effect of invention. Examples of the existing water treatment method include sand filtration treatment, coagulation sedimentation treatment, ozone treatment, adsorption treatment using an existing adsorbent or activated carbon, biological treatment, and the like. These treatments may be performed singly or in combination of two or more.
以下、実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により何
ら限定されるものではない。なお、実施例、比較例中の「%」および「部」は特に断りの
ない限り、それぞれ「質量%」および「質量部」を表す。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited at all by these Examples. In the examples and comparative examples, “%” and “parts” represent “% by mass” and “parts by mass”, respectively, unless otherwise specified.
(膨潤度の評価)
吸着材1gを25℃の水に12時間浸漬させた後、吸着材を遠心脱水して秤量(A)した後、105℃で4時間乾燥して秤量(B)する。以下の式より、膨潤度を求めた。
膨潤度=[(A−B)/(B)]×100 (%)
(Evaluation of swelling degree)
After 1 g of the adsorbent is immersed in 25 ° C. water for 12 hours, the adsorbent is subjected to centrifugal dehydration and weighed (A), then dried at 105 ° C. for 4 hours and weighed (B). The degree of swelling was determined from the following formula.
Swelling degree = [(A−B) / (B)] × 100 (%)
(バイオポリマーの測定方法)
バイオポリマー濃度は、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)に湿式全有機炭素計測器(OCD計)を接続したLC−OCD(DOC-Labor製)により測定する。測定は、Stefan A. Huber et al. “Characterisation of aquatic humic and non-humic matter with size-exclusion chromatography -organic carbon detection -organic nitrogen detection (LC-OCD-OND)” Water Research 45 (2011) pp879-885に記載された方法に準じ、以下の条件下で行った。
流速:1.1mL/min
サンプル注入量:1mL
カラム:250mm×20mm、TSK HW50S
UV波長:254nm
OCD計:酸注入量 0.2mL/min
溶離液:pH6.85 リン酸バッファ
酸性化溶液:1L超純水に対し、4mL O-リン酸(85%)およびペルオキソ二硫酸カリウム0.5gを添加
(Measurement method of biopolymer)
The biopolymer concentration is measured by LC-OCD (manufactured by DOC-Labor) in which a wet total organic carbon measuring instrument (OCD meter) is connected to high performance liquid chromatography (HPLC). Stefan A. Huber et al. “Characterisation of aquatic humic and non-humic matter with size-exclusion chromatography -organic carbon detection -organic nitrogen detection (LC-OCD-OND)” Water Research 45 (2011) pp879-885 Was carried out under the following conditions.
Flow rate: 1.1 mL / min
Sample injection volume: 1 mL
Column: 250 mm x 20 mm, TSK HW50S
UV wavelength: 254 nm
OCD meter: Acid injection rate 0.2mL / min
Eluent: pH 6.85 Phosphate buffer acidified solution: Add 4 mL O-phosphoric acid (85%) and 0.5 g potassium peroxodisulfate to 1 L ultrapure water
(溶存有機物の除去率)
溶存有機物を有する被処理液に対して吸着材を用いて吸着処理を行った後、吸着材をろ別し吸着処理液を得た。吸着処理液の溶存有機物除去率(%)を以下のようにして算出した。
吸着処理前後の上澄み液を、LC−OCD(Hubers社製、DOC−Labor)を用いて分析し、バイオポリマー(保留時間25〜35分)の除去率(%)を以下の式にて算出した。
(i)バイオポリマーの除去率=(吸着工程前のバイオポリマー濃度―吸着工程後のバイオポリマー濃度)/(吸着工程前のバイオポリマー濃度)×100(%)
(Removal rate of dissolved organic matter)
After performing the adsorption process using the adsorbent with respect to the to-be-processed liquid which has a dissolved organic substance, the adsorbent was filtered and the adsorption process liquid was obtained. The dissolved organic matter removal rate (%) of the adsorption treatment liquid was calculated as follows.
The supernatant liquid before and after the adsorption treatment was analyzed using LC-OCD (manufactured by Hubers, DOC-Labor), and the removal rate (%) of the biopolymer (retention time 25 to 35 minutes) was calculated by the following equation. .
(I) Biopolymer removal rate = (Biopolymer concentration before adsorption step−Biopolymer concentration after adsorption step) / (Biopolymer concentration before adsorption step) × 100 (%)
(ろ過膜の透水性評価)
処理対象の水をFlux 2.0(m3/m2/日)でろ過膜に対して通液するとともに、30分に1回Flux 3.0m3/m2/日)の純水で逆洗浄を実施し、膜を通液する際の圧力変化を評価し、60kPaに到達するまでの時間(分)を求め、以下の基準にて、長期の透水性を評価した。
A:1200分以上
B:900分以上1200分未満
C:600分以上900分未満
D:600分未満
(Water permeability evaluation of filtration membrane)
The water to be treated is passed through the filtration membrane at Flux 2.0 (m 3 / m 2 / day), and reverse with pure water of Flux 3.0 m 3 / m 2 / day once every 30 minutes. Washing was performed, the pressure change when passing through the membrane was evaluated, the time (min) until reaching 60 kPa was determined, and long-term water permeability was evaluated according to the following criteria.
A: 1200 minutes or more B: 900 minutes or more and less than 1200 minutes C: 600 minutes or more and less than 900 minutes D: Less than 600 minutes
[実施例1]
(親水性高分子吸着材の作製)
アコジェルC(MTアクアポリマー(株)製)の鉱物油エマルジョンをヘキサンにて洗浄後、乾燥させ4級アンモニウム基を有する粒子を得た。該粒子30質量部とエチレン−ビニルアルコール共重合体((株)クラレ製、「G−156」)70部をラボプラストミルにて溶融混練した後、粉砕処理を施し、粒子径0.4〜0.7mmの複合体を得た。得られた吸着材の25℃水中の膨潤度は80%であった。
被処理水として、印旛沼(千葉県)から採取した表流水(溶存有機物濃度=3.6mg−C/L、バイオポリマーのSUVA値:0.21(L/mg−C・m)、フミン質のSUVA値:3.3(L/mg−C・m)、pH=8.7)を用い、被処理水を、まず、排除径2μmのステンレスメッシュカートリッジフィルター(TMP−2、Advantech社製)でろ過することにより不溶物を取り除き、そのろ過後の水1Lに、得られた親水性高分子吸着材を5g投入し、25℃にて2時間攪拌した。撹拌後、親水性高分子吸着材をろ別し、得られた吸着処理水を用いて、PE製MF膜(三菱レイヨン(株)製、孔径0.1μm)にFlux 2.0(m3/m2/日)で供給し、前記MF膜の透水性を継時的に評価した結果、MF膜の長期透水性はAであった。結果を表1に示す。
[Example 1]
(Production of hydrophilic polymer adsorbent)
A mineral oil emulsion of Akogel C (manufactured by MT Aqua Polymer Co., Ltd.) was washed with hexane and dried to obtain particles having a quaternary ammonium group. 30 parts by mass of the particles and 70 parts of an ethylene-vinyl alcohol copolymer (manufactured by Kuraray Co., Ltd., “G-156”) were melt-kneaded in a lab plast mill, and then pulverized to give a particle size of 0.4 to A 0.7 mm composite was obtained. The degree of swelling of the obtained adsorbent in 25 ° C. water was 80%.
Surface water collected from Inba Marsh (Chiba) (dissolved organic matter concentration = 3.6 mg-C / L, biopolymer's SUVA value: 0.21 (L / mg-C · m), humic substance Using a stainless mesh cartridge filter (TMP-2, manufactured by Avantech) having an exclusion diameter of 2 μm. The SUVA value of 3.3 (L / mg-C · m), pH = 8.7) was used. The insoluble matter was removed by filtration at, and 5 g of the obtained hydrophilic polymer adsorbent was added to 1 L of the filtered water, followed by stirring at 25 ° C. for 2 hours. After stirring, the hydrophilic polymer adsorbent is filtered off, and the obtained adsorption treated water is used to make a PE MF membrane (Mitsubishi Rayon Co., Ltd., pore size 0.1 μm) Flux 2.0 (m 3 / m 2 / day) and the water permeability of the MF membrane was evaluated over time. As a result, the long-term permeability of the MF membrane was A. The results are shown in Table 1.
[比較例1]
溶存有機物の吸着処理を行わない以外、実施例1と同様に水処理をして、PE製MF膜(三菱レイヨン(株)製、孔径0.1μm)の透水性を評価した結果、長期透水性はDであった。結果を表1に示す。
[Comparative Example 1]
As a result of evaluating the water permeability of the PE MF membrane (Mitsubishi Rayon Co., Ltd., pore diameter: 0.1 μm) by performing water treatment in the same manner as in Example 1 except that the dissolved organic matter is not adsorbed. Was D. The results are shown in Table 1.
[実施例2]
ポリビニルアルコール((株)クラレ製「PVA―117」)88質量部、ポリアリルアミン(ニットーボーメディカル(株)製「PAA−15C」)12質量部となるような樹脂組成とし、それら樹脂を水に溶解させた。当該溶液を直径0.08mm、孔数1000のノズルから40℃の飽和硫酸ナトリウム浴に湿式紡糸し、15m/分の速度で引き取った。形成した糸はさらに2倍に湿延伸した後、130℃で乾燥させ、230℃で5倍の乾熱延伸を施した。この繊維をさらにグルタルアルデヒド1%、マレイン酸2%の40℃の溶液に浸漬し架橋処理を行い、目的の吸着材(繊維径10μm、繊維長3cm)を得た。得られた吸着材の25℃での膨潤度は65%であった。
被処理水として、印旛沼(千葉県)から採取した表流水(溶存有機物濃度=3.6mg−C/L、pH=8.7)を用い、被処理水を、まず、排除径2μmのステンレスメッシュカートリッジフィルター(TMP−2、Advantech社製)でろ過することにより不溶物を取り除き、そのろ過後の水1Lに、得られた親水性高分子吸着材を5g投入し、25℃にて2時間攪拌した。撹拌後、親水性高分子吸着材をろ別し、得られた処理水を用いて、PVDF製MF膜(旭化成(株)製、孔径0.1μm)の透水性を評価した結果、長期透水性はBであった。結果は表2に示す。
[Example 2]
Polyvinyl alcohol (“PVA-117” manufactured by Kuraray Co., Ltd.) 88 parts by mass and polyallylamine (“PAA-15C” manufactured by Nitto Bo Medical Co., Ltd.) 12 parts by mass are used, and these resins are dissolved in water. I let you. The solution was wet-spun into a saturated sodium sulfate bath at 40 ° C. from a nozzle having a diameter of 0.08 mm and a pore number of 1000, and taken up at a speed of 15 m / min. The formed yarn was further wet-drawn 2 times, dried at 130 ° C., and subjected to dry heat drawing 5 times at 230 ° C. This fiber was further immersed in a 40 ° C. solution of 1% glutaraldehyde and 2% maleic acid to perform a crosslinking treatment to obtain a target adsorbent (fiber diameter 10 μm, fiber length 3 cm). The degree of swelling of the obtained adsorbent at 25 ° C. was 65%.
The surface water (dissolved organic matter concentration = 3.6 mg-C / L, pH = 8.7) collected from Inba Marsh (Chiba Prefecture) was used as the water to be treated. The insoluble matter was removed by filtering with a cartridge filter (TMP-2, manufactured by Advantech), and 5 g of the obtained hydrophilic polymer adsorbent was added to 1 L of the filtered water and stirred at 25 ° C. for 2 hours. did. After stirring, the hydrophilic polymer adsorbent was filtered off, and the water permeability of the PVDF MF membrane (Asahi Kasei Co., Ltd., pore size 0.1 μm) was evaluated using the resulting treated water. Was B. The results are shown in Table 2.
[実施例3]
エチレン−ビニルアルコール共重合体((株)クラレ製、「F−101B」)60質量部、及びポリエチレンイミン((株)日本触媒製、「エポミンSP−200」)40質量部をラボプラストミルにて210℃で溶融混練した後、粉砕処理を施し、粒子径0.6〜1.2mmの複合体を得た。さらに、この複合体をエポキシ化合物(ナガセケムテックス(株)製デナコールEX−810(商品名))2%の25℃の溶液で架橋処理を行い、目的の吸着材(粒子径0.6〜1.2mm)を得た。得られた吸着材の25℃水中の膨潤度は125%であった。
被処理水として、印旛沼(千葉県)から採取した表流水(溶存有機物濃度=3.6mg−C/L、pH=8.7)を用い、被処理水を、まず、排除径2μmのステンレスメッシュカートリッジフィルター(TMP−2、Advantech社製)でろ過することにより不溶物を取り除き、そのろ過後の水1Lに、得られた親水性高分子吸着材を5g投入し、25℃にて2時間攪拌した。撹拌後、親水性高分子吸着材をろ別し、得られた処理水を用いて、PVDF製MF膜(旭化成(株)製、孔径0.1μm)の透水性を評価した結果、長期透水性はAであった。結果を表2に示す。
[Example 3]
Laboplast mill with 60 parts by mass of ethylene-vinyl alcohol copolymer (manufactured by Kuraray Co., Ltd., “F-101B”) and 40 parts by mass of polyethyleneimine (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd., “Epomin SP-200”). After being melt kneaded at 210 ° C., pulverization was performed to obtain a composite having a particle size of 0.6 to 1.2 mm. Further, this composite was subjected to a crosslinking treatment with a 25% solution of an epoxy compound (Denacol EX-810 (trade name) manufactured by Nagase ChemteX Corp.) at 2% to obtain a target adsorbent (particle diameter of 0.6 to 1). 0.2 mm). The degree of swelling of the obtained adsorbent in 25 ° C. water was 125%.
As the water to be treated, surface water (dissolved organic matter concentration = 3.6 mg-C / L, pH = 8.7) collected from Inba Marsh (Chiba Prefecture) was used. Insoluble matter is removed by filtering with a mesh cartridge filter (TMP-2, manufactured by Advantech), and 5 g of the obtained hydrophilic polymer adsorbent is added to 1 L of the filtered water at 25 ° C. for 2 hours. Stir. After stirring, the hydrophilic polymer adsorbent was filtered off, and the water permeability of the PVDF MF membrane (Asahi Kasei Co., Ltd., pore size 0.1 μm) was evaluated using the resulting treated water. Was A. The results are shown in Table 2.
[実施例4]
エチレン−ビニルアルコール共重合体((株)クラレ製、「E−105B」)75部、及びポリエチレンイミン((株)日本触媒製、「エポミンSP−200」)25部をラボプラストミルにて210℃で溶融混練した後、粉砕処理を施し粒子径0.1〜0.2mmの複合体を得た。この複合体をエポキシ化合物(ナガセケムテックス(株)製デナコールEX−810(商品名))2%の25℃の溶液で架橋処理を行い、目的の吸着材(粒子径0.1〜0.2mm)を得た。得られた吸着材の25℃水中の膨潤度は82%であった。
該吸着材を用いて実施例3と同様にして、被処理水の吸着処理およびろ過処理を行った。ろ過処理に用いたPVDF製MF膜(旭化成(株)製、孔径0.1μm)の透水性を評価した結果、長期透水性はAであった。結果を表2に示す。
なお、LC−OCDによりこの実施例において使用された被処理水中に含まれる有機物の分子量分布を測定した際に、図1に示すようなスペクトルが得られた。
[Example 4]
75 parts of ethylene-vinyl alcohol copolymer (manufactured by Kuraray Co., Ltd., “E-105B”) and 25 parts of polyethyleneimine (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd., “Epomin SP-200”) are 210 After melt-kneading at 0 ° C., a pulverization process was performed to obtain a composite having a particle size of 0.1 to 0.2 mm. This composite was subjected to a crosslinking treatment with a 25% solution of an epoxy compound (Denacol EX-810 (trade name) manufactured by Nagase ChemteX Corp.) at 2% to obtain a target adsorbent (particle diameter of 0.1 to 0.2 mm). ) The degree of swelling of the obtained adsorbent in 25 ° C. water was 82%.
Using the adsorbent, the treatment water was adsorbed and filtered in the same manner as in Example 3. As a result of evaluating the water permeability of the PVDF MF membrane (Asahi Kasei Co., Ltd., pore size 0.1 μm) used for the filtration treatment, the long-term water permeability was A. The results are shown in Table 2.
In addition, when the molecular weight distribution of the organic substance contained in the water to be used used in this example was measured by LC-OCD, a spectrum as shown in FIG. 1 was obtained.
[実施例5]
特開昭59−187005号公報に記載の方法で、末端にメルカプト基を有するビニルアルコール系重合体を合成した。1H−NMR測定により求めたビニルアルコール単位の含有量(けん化度)は98.5モル%、JIS K6726に準拠して測定した粘度平均重合度は1500であった。
次に、水563g、上記の末端メルカプト基含有ポリビニルアルコール110gを仕込み、窒素雰囲気下で攪拌しつつ、95℃まで加熱して該ポリビニルアルコールを溶解した後、室温まで冷却した。該水溶液に、ビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライド57.1gを攪拌しつつ添加した後、70℃まで加温し、過硫酸カリウムの2.5%水溶液88.8mLを1.5時間かけて添加、さらに、75℃で1時間維持して重合を進行させ、固形分濃度20%のポリビニルアルコール−ポリビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライドの共重合体である水溶性重合体の水溶液を得た。
得られた水溶液の一部を乾燥させた後、重水に溶解し、1H−NMR測定を行ったところ、該共重合体中の重合性不飽和単量体含有量、すなわち、該重合体中の単量体単位の総数に対するビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライド単量体単位の数の割合は10モル%であった。
該重合体の水溶液を50g入れ、イオン交換水を加えて固形分濃度15%に調製した。この水溶液をポリエチレンテレフタレート膜上にアプリケーターを用いてキャスト製膜し、80℃で30分間乾燥した。こうして得られた膜を、170℃で30分間熱処理し、物理的な架橋を生じさせた。ついで、該膜を350gの硫酸ナトリウムが溶解した1Lの水溶液に浸漬させ、該水溶液にそのpHが1になるように濃硫酸を加え、さらにグルタルアルデヒドの3%水溶液として該膜を浸漬し、50℃で3時間架橋処理を行なった。架橋処理の後、該膜をイオン交換水で洗浄、乾燥させたところ、厚み70μmの膜を得た。この膜を2mm角にカットし吸着材とした。得られた吸着材の25℃水中の膨潤度は30%であった。
該吸着材を用いて実施例3と同様にして、被処理水の吸着処理およびろ過処理を行った。ろ過処理に用いたPVDF製MF膜(旭化成(株)製、孔径0.1μm)の透水性を評価した結果、長期透水性はBであった。結果を表2に示す。
[Example 5]
A vinyl alcohol polymer having a mercapto group at the terminal was synthesized by the method described in JP-A-59-187005. The content (degree of saponification) of the vinyl alcohol unit determined by 1 H-NMR measurement was 98.5 mol%, and the viscosity average degree of polymerization measured according to JIS K6726 was 1500.
Next, 563 g of water and 110 g of the above-mentioned terminal mercapto group-containing polyvinyl alcohol were charged, and the mixture was heated to 95 ° C. with stirring in a nitrogen atmosphere to dissolve the polyvinyl alcohol, and then cooled to room temperature. After adding 57.1 g of vinylbenzyltrimethylammonium chloride to the aqueous solution with stirring, the solution was heated to 70 ° C., and 88.8 mL of a 2.5% aqueous solution of potassium persulfate was added over 1.5 hours. The polymerization was allowed to proceed for 1 hour at 75 ° C. to obtain an aqueous solution of a water-soluble polymer which is a polyvinyl alcohol-polyvinylbenzyltrimethylammonium chloride copolymer having a solid content concentration of 20%.
A part of the obtained aqueous solution was dried and then dissolved in heavy water and subjected to 1 H-NMR measurement. As a result, the content of the polymerizable unsaturated monomer in the copolymer, that is, in the polymer The ratio of the number of vinylbenzyltrimethylammonium chloride monomer units to the total number of monomer units was 10 mol%.
50 g of an aqueous solution of the polymer was added, and ion exchange water was added to prepare a solid concentration of 15%. This aqueous solution was cast on a polyethylene terephthalate film using an applicator and dried at 80 ° C. for 30 minutes. The film thus obtained was heat treated at 170 ° C. for 30 minutes to cause physical crosslinking. Next, the membrane was immersed in 1 L of an aqueous solution in which 350 g of sodium sulfate was dissolved, concentrated sulfuric acid was added to the aqueous solution so that the pH was 1, and the membrane was further immersed as a 3% aqueous solution of glutaraldehyde. Crosslinking treatment was performed at 3 ° C. for 3 hours. After the crosslinking treatment, the membrane was washed with ion exchange water and dried to obtain a membrane having a thickness of 70 μm. This film was cut into 2 mm squares to form adsorbents. The degree of swelling of the obtained adsorbent in water at 25 ° C. was 30%.
Using the adsorbent, the treatment water was adsorbed and filtered in the same manner as in Example 3. As a result of evaluating the water permeability of the PVDF MF membrane (Asahi Kasei Co., Ltd., pore size 0.1 μm) used for the filtration treatment, the long-term water permeability was B. The results are shown in Table 2.
[比較例2]
溶存有機物の吸着処理を行わない以外、実施例3と同様に水処理をして、PVDF製MF膜(旭化成(株)製、孔径0.1μm)の透水性を評価した結果、長期透水性はDであった。結果を表2に示す。
[Comparative Example 2]
As a result of evaluating the water permeability of the PVDF MF membrane (Asahi Kasei Co., Ltd., pore size: 0.1 μm) by performing water treatment in the same manner as in Example 3 except that the dissolved organic matter is not adsorbed, long-term water permeability is D. The results are shown in Table 2.
[比較例3]
吸着材として、25℃水中の膨潤度が58%である市販の粒状活性炭(Charcol activated、和光純薬社製)を用いる以外は、実施例3と同様にして水処理を行って、PVDF製MF膜(旭化成(株)製、孔径0.1μm)の透水性を評価した結果、長期透水性はCであった。結果を表2に示す。
[Comparative Example 3]
As an adsorbent, water treatment was performed in the same manner as in Example 3 except that a commercially available granular activated carbon (Charcol activated, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) having a swelling degree in water of 25 ° C. of 58% was used, and PVDF MF was obtained. As a result of evaluating the water permeability of the membrane (manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd., pore size: 0.1 μm), the long-term water permeability was C. The results are shown in Table 2.
[比較例4]
25℃水中の膨潤度が98%である市販の陰イオン吸着材(Amberlite IRA400、Sigma−Aldrich社製)を用いる以外は、実施例3と同様にして水処理を行って、PVDF製MF膜(旭化成社製、孔径0.1μm)の透水性を評価した結果、長期透水性はCであった。結果を表2に示す。
[Comparative Example 4]
A water treatment was performed in the same manner as in Example 3 except that a commercially available anion adsorbent (Amberlite IRA400, manufactured by Sigma-Aldrich) having a degree of swelling in 25 ° C. water of 98% was used, and a PVDF MF membrane ( As a result of evaluating the water permeability of Asahi Kasei Co., Ltd. (pore diameter 0.1 μm), the long-term water permeability was C. The results are shown in Table 2.
[実施例6]
実施例4で用いた吸着材で吸着処理した処理水を用いて、ポリアクリロニトリル(PAN)製UF膜(旭化成(株)製、分画分子量100kDa)の透水性を評価した結果、長期透水性はAであった。結果を表3に示す。
[Example 6]
As a result of evaluating the water permeability of polyacrylonitrile (PAN) UF membrane (Asahi Kasei Co., Ltd., molecular weight cut off 100 kDa) using treated water adsorbed with the adsorbent used in Example 4, long-term water permeability is A. The results are shown in Table 3.
[比較例5]
アコジェルC(MTアクアポリマー(株)製)の鉱物油エマルジョンをヘキサンにて洗浄後、乾燥させ4級アンモニウム基を有する粒子を得た。該粒子をそのまま溶存有機物の吸着工程に用いようとしたところ、乾燥状態の粒子は粒子径が極めて小さいため、被処理水に対する撹拌性が悪いだけでなく、被処理水により膨潤した後は、粒子が250%以上に膨潤し、粒子同士を良好に撹拌することが困難であったため、試験を中止した。
[Comparative Example 5]
A mineral oil emulsion of Akogel C (manufactured by MT Aqua Polymer Co., Ltd.) was washed with hexane and dried to obtain particles having a quaternary ammonium group. When trying to use the particles as they are in the dissolved organic matter adsorption step, the particles in the dry state have a very small particle size, so that not only the stirring ability with respect to the water to be treated is poor, but also the particles after swelling with the water to be treated Swelled to 250% or more, and it was difficult to satisfactorily stir the particles, so the test was stopped.
実験例1〜6に見られるように、25℃水中における膨潤度が20〜400%である親水性を有する高分子吸着材を用いて水中の溶存有機物を除去する工程を設けた場合、効率的に親水性が高い溶存有機物であるバイオポリマーが除去でき、ろ過膜の透水性が長期に安定であることが分かる。 As seen in Experimental Examples 1 to 6, when a process for removing dissolved organic substances in water using a hydrophilic polymer adsorbent having a degree of swelling of 20 to 400% in water at 25 ° C. is efficient It can be seen that biopolymers, which are dissolved organic substances with high hydrophilicity, can be removed, and the water permeability of the filtration membrane is stable for a long time.
一方、比較例1および2にみられるように、溶存有機物を除去する工程を設けない場合、長期の透水性は得られない。また、比較例3および4にみられるように、市販の活性炭やイオン交換樹脂など疎水性の構造が主成分である吸着材を用いた場合、一部溶存有機物は除去可能であるが、バイオポリマーの除去能が低いため、充分な長期透水性が得られない。比較例5のような4級アンモニウムを有するポリマーの架橋体では膨潤度が高すぎる問題があった。 On the other hand, as seen in Comparative Examples 1 and 2, long-term water permeability cannot be obtained unless a process for removing dissolved organic matter is provided. In addition, as seen in Comparative Examples 3 and 4, when an adsorbent mainly composed of a hydrophobic structure such as commercially available activated carbon or ion exchange resin is used, some dissolved organic matter can be removed, but biopolymer Therefore, sufficient long-term water permeability cannot be obtained. The crosslinked polymer having quaternary ammonium as in Comparative Example 5 has a problem that the degree of swelling is too high.
Claims (9)
前記吸着処理水を膜ろ過するろ過工程と、を少なくとも備える水処理方法。 An adsorption process for contacting water to be treated containing dissolved organic matter with the hydrophilic polymer adsorbent according to any one of claims 1 to 8, and adsorbing dissolved organic matter;
A water treatment method comprising at least a filtration step of subjecting the adsorption treated water to membrane filtration.
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