JP2017080689A - Separation membrane for bubble liquid concentration, membrane element and membrane module - Google Patents

Separation membrane for bubble liquid concentration, membrane element and membrane module Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a separation membrane for bubble liquid concentration capable of obtaining high-concentration bubble-containing liquid by suppressing disappearance of bubbles by contact with the membrane during bubble liquid concentration, and to provide a membrane element using the same, and a membrane module including the same.SOLUTION: A separation membrane for bubble liquid concentration in which a bubble contact angle in water is 140° or more at least on one surface is preferably used when concentrating bubble liquid with a diameter below 1 μm existing in the liquid.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、液体中に存在する気泡液を濃縮する際に使用できる気泡液濃縮用分離膜、これを用いた膜エレメント及びこれを備える膜モジュールに関し、特に、液体中に存在する直径1μm未満の気泡(ウルトラファインバブル、UFB)を濃縮する技術として有用である。   The present invention relates to a separation membrane for concentrating bubble liquid that can be used for concentrating bubble liquid present in a liquid, a membrane element using the same, and a membrane module including the same, and in particular, having a diameter of less than 1 μm present in the liquid. This is useful as a technique for concentrating bubbles (ultra fine bubbles, UFB).

近年、長期にわたり安定なウルトラファインバブルを含む水を生成する技術の研究が盛んに行われている。例えば、非特許文献1には、ウルトラファインバブルを多量に生成する装置が開示されている。また、非特許文献2では、ウルトラファインバブルが水中に安定的に存在する点について報告されている。   In recent years, research on technologies for generating water containing ultrafine bubbles that are stable over a long period of time has been actively conducted. For example, Non-Patent Document 1 discloses an apparatus that generates a large amount of ultrafine bubbles. Moreover, in the nonpatent literature 2, it is reported about the ultra fine bubble stably existing in water.

また、ウルトラファインバブルを生成する方法としても種々の方法が存在し、例えば、特許文献1の微細気泡発生装置では、流体旋回室内において気体と液体とが混合された混合流体を高速に旋回させ、旋回流に発生する剪断力により気泡が微細化される。   In addition, there are various methods for generating ultra fine bubbles. For example, in the fine bubble generating device of Patent Document 1, a mixed fluid in which a gas and a liquid are mixed in a fluid swirl chamber is swirled at a high speed. Bubbles are refined by the shearing force generated in the swirling flow.

しかし、ウルトラファインバブルを含む水は、機械的に水と空気とを混合することにより生成されるため、微細気泡の生成量は、0.1億個/mL〜10億個/mL程度であり、微細気泡を含む液体の用途の研究や、微細気泡を含む液体の取り扱いの効率化のためには、微細気泡の高密度化が重要であった。   However, since water containing ultrafine bubbles is generated by mechanically mixing water and air, the amount of fine bubbles generated is about 10 million / mL to 1 billion / mL. In order to study the use of liquids containing fine bubbles and to improve the efficiency of handling liquids containing fine bubbles, it is important to increase the density of fine bubbles.

このため、特許文献2には、微細気泡の密度が高い液体を容易に生成することを目的として、直径が200nmより大きい微細気泡を通さない濾過フィルタに、微細気泡を含む液体の一部を透過させ、その液体の残部である高密度微細気泡液を得る高密度微細気泡液生成方法が、開示されている。ただし、特許文献2では濾過フィルタの孔径について言及されているものの、その材質等については開示されていない。   For this reason, Patent Document 2 discloses that a part of the liquid containing fine bubbles is transmitted through a filtration filter that does not pass fine bubbles having a diameter larger than 200 nm for the purpose of easily generating a liquid having a high density of fine bubbles. And a method for producing a high-density microbubble liquid that obtains a high-density microbubble liquid that is the remainder of the liquid is disclosed. However, Patent Document 2 mentions the pore diameter of the filter, but does not disclose the material or the like.

特許第4129290号公報Japanese Patent No. 4129290 特開2014−155920号公報JP 2014-155920 A

「FZ1N−02形ナノバブル発生装置」カタログ、[online]、2011年5月23日、IDEC株式会社、[2011年12月20日検索]、インターネット<URL:http://www.idec.com/jpja/products/dldata/pdf_b/P1383-0.pdf>“FZ1N-02 nanobubble generator” catalog, [online], May 23, 2011, IDEC Corporation, [searched on December 20, 2011], Internet <URL: http://www.idec.com/ jpja / products / dldata / pdf_b / P1383-0.pdf> 寺坂宏一、他5名、「気液混合せん断法により生成したナノバブルの分析法の検討」、日本混相流学会年会講演会2011講演論文集、日本混相流学会年会講演会2011(京都)実行委員会、2011年8月、P424−425Koichi Terasaka and 5 others, “Examination of analysis method of nanobubbles generated by gas-liquid mixed shearing method”, Proceedings of Annual Meeting 2011 of Multiphase Flow Society of Japan, Annual Meeting of Japanese Society of Multiphase Flow 2011 (Kyoto) Committee, August 2011, P424-425

しかしながら、特許文献2の高密度微細気泡液生成方法のように、分離膜として通常使用される濾過フィルタを用いた場合、気泡液の濃縮の際に、膜との接触により気泡が消失し易いため、供給した液中の気泡の総量に対して、濃縮後の気泡の総量が大幅に減少することが判明した。例えば、後述するように、分離膜として汎用されているポリスルホン製のUF膜を使用した場合(比較例1参照)、原液を10倍に濃縮しても、殆どの気泡が消失することによって、高濃度の気泡含有液を得ることができないという問題があった。   However, when a filtration filter usually used as a separation membrane is used as in the high-density fine bubble liquid generation method of Patent Document 2, bubbles are likely to disappear due to contact with the membrane when the bubble liquid is concentrated. The total amount of bubbles after concentration was found to be significantly reduced relative to the total amount of bubbles in the supplied liquid. For example, as will be described later, when a polysulfone UF membrane that is widely used as a separation membrane is used (see Comparative Example 1), even if the stock solution is concentrated 10 times, most bubbles disappear, There was a problem that a bubble-containing liquid having a concentration could not be obtained.

そこで、本発明の目的は、高濃度の気泡含有液を得ることができる気泡液濃縮用分離膜、これを用いた膜エレメント及びこれを備える膜モジュールを提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a separation membrane for concentrating bubble liquid that can obtain a high-concentration bubble-containing liquid, a membrane element using the same, and a membrane module including the same.

本発明者らは、気泡液の濃縮に使用する膜の材質や表面特性について鋭意検討した結果、水中において分離膜の表面と気泡の接線方向との成す接触角(以下、気泡接触角という。)が140°以上である分離膜を使用することで、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies on the material and surface characteristics of the membrane used for concentrating the bubble liquid, the present inventors have found that the contact angle formed between the surface of the separation membrane and the tangential direction of the bubble in water (hereinafter referred to as the bubble contact angle). It was found that the above-mentioned object can be achieved by using a separation membrane having an angle of 140 ° or more, and the present invention has been completed.

即ち、本発明の気泡液濃縮用分離膜は、少なくとも一方の表面について、水中における気泡接触角が140°以上であることを特徴とする。   That is, the bubble liquid concentration separation membrane of the present invention is characterized in that the bubble contact angle in water is 140 ° or more on at least one surface.

本発明の気泡液濃縮用分離膜によると、分離膜表面の気泡接触角が140°以上であるため、膜面に気泡が付着しにくくなる。つまり、図1に示すように、水中における気泡接触角104°(図1a)の場合と気泡接触角167°(図1c)の場合とでは、気泡の付着状態が大きくことなり、後者の方が膜面に気泡が付着しにくくなることで、気泡が消失するのを抑制することができると考えられる。その結果、気泡液濃縮の際に膜との接触により気泡が消失するのを抑制することができ、高濃度の気泡含有液を得ることができる。   According to the separation membrane for concentrating bubble liquid of the present invention, since the bubble contact angle on the surface of the separation membrane is 140 ° or more, it becomes difficult for bubbles to adhere to the membrane surface. That is, as shown in FIG. 1, in the case of the bubble contact angle in water of 104 ° (FIG. 1a) and in the case of bubble contact angle of 167 ° (FIG. 1c), the state of bubble attachment is large, and the latter is more It is thought that bubbles can be suppressed from disappearing by making bubbles less likely to adhere to the film surface. As a result, it is possible to suppress the disappearance of bubbles due to contact with the membrane during the bubble liquid concentration, and a high-concentration bubble-containing liquid can be obtained.

特に、本発明の気泡液濃縮用分離膜は、液体中に存在する直径1μm未満の微細気泡液を濃縮する際に使用することが好ましい。分離膜表面の気泡接触角が140°以上であると、直径1μm未満の微細気泡に対しても、膜面に気泡を付着しにくくすることができ、効率良く気泡を分離して濃縮することができる。   In particular, the separation membrane for concentrating bubble liquid of the present invention is preferably used when concentrating a fine bubble liquid having a diameter of less than 1 μm present in the liquid. When the bubble contact angle on the surface of the separation membrane is 140 ° or more, it is possible to make it difficult to attach bubbles to the membrane surface even for fine bubbles having a diameter of less than 1 μm, and to efficiently separate and concentrate the bubbles. it can.

上記において、前記一方の表面が、平均孔径1,000nm以下の多孔質構造、又は非多孔質構造であることが好ましい。このような平均孔径であると、直径1μm未満の気泡を効率良く分離して濃縮することができる。   In the above, it is preferable that the one surface has a porous structure or a non-porous structure having an average pore diameter of 1,000 nm or less. With such an average pore diameter, bubbles having a diameter of less than 1 μm can be efficiently separated and concentrated.

また、前記一方の表面に、親水性を有するポリマー多孔質層又は非多孔質層を有することが好ましい。親水性を有するポリマー多孔質層又は非多孔質層を有することにより、水中における気泡接触角が140°以上の分離膜が得られ易くなる。   Moreover, it is preferable to have a polymer porous layer or non-porous layer having hydrophilicity on the one surface. By having a polymer porous layer or non-porous layer having hydrophilicity, a separation membrane having a bubble contact angle in water of 140 ° or more is easily obtained.

前記ポリマー多孔質層又は非多孔質層が、親水性物質のコーティング、又は親水性ポリマーのグラフトにより親水化処理が行なわれたものであることが好ましい。このような方法により、簡易な操作でより確実に、ポリマー多孔質層の表面を、水中における気泡接触角が140°以上にすることができる。   It is preferable that the polymer porous layer or the non-porous layer has been subjected to a hydrophilic treatment by a hydrophilic substance coating or a hydrophilic polymer graft. By such a method, the surface of the porous polymer layer can be more reliably made to have a bubble contact angle of 140 ° or more in water by a simple operation.

一方、本発明の膜エレメントは、上記いずれかに記載の気泡液濃縮用分離膜を備えることを特徴とする。本発明の膜エレメントによると、本発明の気泡液濃縮用分離膜を備えるため、気泡液濃縮の際に膜との接触により気泡が消失するのを抑制して、高濃度の気泡含有液を得ることができる。   On the other hand, the membrane element of the present invention is characterized by comprising the separation membrane for concentrating bubble liquid described above. According to the membrane element of the present invention, since it is provided with the separation membrane for concentrating bubble liquid of the present invention, it is possible to suppress the disappearance of bubbles due to contact with the membrane during the concentration of bubble liquid, thereby obtaining a highly concentrated bubble-containing liquid. be able to.

他方、本発明の膜モジュールは、上記の膜エレメントと、その膜エレメントを収容して濃縮側流路と透過側流路とを形成する容器と、を備えるため、気泡液濃縮の際に膜との接触により気泡が消失するのを抑制して、高濃度の気泡含有液を得ることができる。   On the other hand, the membrane module of the present invention includes the membrane element described above and a container that accommodates the membrane element and forms a concentration-side channel and a permeation-side channel. It is possible to obtain a high-concentration bubble-containing liquid by suppressing the disappearance of bubbles due to contact.

なお、気泡含有液を生成する際には、直径が1μm以上から500nm以下の気泡も含まれている場合もあるため、濃縮された気泡含有液には直径1μm以上の気泡が含まれていてもよい。   Note that when the bubble-containing liquid is generated, bubbles having a diameter of 1 μm or more to 500 nm or less may be included. Therefore, the concentrated bubble-containing liquid may contain bubbles having a diameter of 1 μm or more. Good.

水中における気泡接触角を説明するための写真であり、(a)が気泡接触角104°、(b)が気泡接触角135°、(c)が気泡接触角167°の場合を示す。It is a photograph for explaining the bubble contact angle in water, and shows a case where (a) is a bubble contact angle of 104 °, (b) is a bubble contact angle of 135 °, and (c) is a bubble contact angle of 167 °. 本発明の膜エレメントの一例を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows an example of the membrane element of this invention. 本発明の膜モジュールの一例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows an example of the membrane module of this invention. 本発明の膜モジュールの他の例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the other example of the membrane module of this invention. 本発明の膜モジュールの使用形態の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the usage condition of the membrane module of this invention. 本発明の膜モジュールの使用形態の他の例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the other example of the usage pattern of the membrane module of this invention.

(気泡液濃縮用分離膜)
本発明の気泡液濃縮用分離膜は、液体中に存在する、例えば直径100μm未満の気泡液を濃縮する際に使用するものであり、特に、液体中に存在する直径1μm未満の気泡液を濃縮する際に使用することが好ましい。
(Separation membrane for bubble liquid concentration)
The separation membrane for concentrating bubble liquid according to the present invention is used when concentrating a bubble liquid present in a liquid, for example, having a diameter of less than 100 μm, and particularly concentrating bubble liquid having a diameter of less than 1 μm present in a liquid. It is preferable to use it.

液体中に存在する直径1μm未満の気泡は、ウルトラファインバブル(UFB)と呼ばれ、直径がより大きいマイクロバルブと比較して、液体中で長期にわたり安定し、液体が透明な性質を有する。   Bubbles with a diameter of less than 1 μm present in the liquid are called ultra fine bubbles (UFB), and have a property that the liquid is stable over a long period of time and the liquid is transparent as compared with a microvalve having a larger diameter.

また、UFBは、気体富化、界面活性、圧壊、帯電、比表面積増加、などの特性を有しており、枚葉剥離、乳化、香気封入、鮮度保持などが可能である。このため、UFBは、半導体装置、フラットパネルディスプレイ、電子機器、太陽電池、二次電池などの用途の他、食品、飲料、化粧品、薬品、医療、植物栽培、新機能材料、放射性物質除去等の種々の用途に使用可能である。   UFB has characteristics such as gas enrichment, surface activity, crushing, electrification, increase in specific surface area, etc., and can perform single wafer peeling, emulsification, fragrance encapsulation, freshness maintenance, and the like. For this reason, UFB is used for semiconductor devices, flat panel displays, electronic devices, solar cells, secondary batteries, food, beverages, cosmetics, medicines, medicine, plant cultivation, new functional materials, removal of radioactive substances, etc. It can be used for various purposes.

UFBは、種々の方法で生成することが可能であり、例えば、流体旋回室内において気体と液体とが混合された混合流体を高速に旋回させ、旋回流に発生する剪断力により気泡を微細化する方法が挙げられる。   UFB can be generated by various methods. For example, a mixed fluid in which a gas and a liquid are mixed in a fluid swirl chamber is swirled at high speed, and bubbles are refined by shearing force generated in the swirl flow. A method is mentioned.

気泡を有する液体としては、水、アルコール水溶液、オゾン水、酸性水溶液、アルカリ水溶液、界面活性剤水溶液などが挙げられる。   Examples of the liquid having bubbles include water, an alcohol aqueous solution, ozone water, an acidic aqueous solution, an alkaline aqueous solution, and a surfactant aqueous solution.

UFBの平均直径としては、上記のような機能を発現させる観点から、通常1μm未満であり、0.01〜0.5μmが好ましい。また、濃縮前の液体中の数密度は、濃縮後の数密度を高める観点から、0.1億個/mL以上が好ましく、0.1億個/mL〜10億個/mLであることがより好ましい。   The average diameter of UFB is usually less than 1 μm and preferably 0.01 to 0.5 μm from the viewpoint of developing the above functions. In addition, the number density in the liquid before concentration is preferably at least 10 million / mL, and is preferably at least 10 million / mL to 1 billion / mL from the viewpoint of increasing the number density after concentration. More preferred.

本発明の気泡液濃縮用分離膜は、少なくとも一方の表面について、水中における気泡接触角が140°以上であることを特徴とするが、両方の表面が気泡接触角140°以上であってもよい。一方の表面のみが気泡接触角140°以上である場合、その表面が原液側(濃縮前の液体)に配置され、他方の面から透過液側に配置される。   The separation membrane for concentrating bubble liquid according to the present invention is characterized in that at least one surface has a bubble contact angle in water of 140 ° or more, but both surfaces may have a bubble contact angle of 140 ° or more. . When only one surface has a bubble contact angle of 140 ° or more, the surface is disposed on the stock solution side (liquid before concentration), and disposed on the permeate side from the other surface.

水中における気泡接触角は、140°以上180°未満であるが、気泡液濃縮の際に膜との接触により気泡が消失するのをより確実に抑制する観点から、145°以上が好ましく、150°以上がより好ましく、160以上が最も好ましい。また、水中における気泡接触角は、分離膜の製造のし易さ等の観点から、178°以下が好ましく、175°以下がより好ましく、170°以下が最も好ましい。   The bubble contact angle in water is 140 ° or more and less than 180 °, but it is preferably 145 ° or more and 150 ° from the viewpoint of more reliably suppressing the disappearance of bubbles due to contact with the membrane during bubble liquid concentration. The above is more preferable, and 160 or more is most preferable. In addition, the bubble contact angle in water is preferably 178 ° or less, more preferably 175 ° or less, and most preferably 170 ° or less from the viewpoint of ease of production of the separation membrane.

このような気泡接触角を有する分離膜は、疎水性のポリマー多孔質層の少なくとも表面を親水化処理する方法や、親水性のポリマーで分離膜を製造することで得ることができる。   The separation membrane having such a bubble contact angle can be obtained by a method of hydrophilizing at least the surface of the hydrophobic polymer porous layer, or by producing a separation membrane with a hydrophilic polymer.

後者のように、親水性のポリマーで分離膜を製造する場合、例えば、セルロース系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、エポキシ樹脂、を用いる方法や、更に架橋構造を導入することで、上記の気泡接触角を有する分離膜を得ることができる。このような分離膜としては、分離膜の耐久性、耐圧性、透過流量、などの観点から、親水性のポリマー多孔質層が不織布層の片面に形成されているものが好ましい。また、本発明では、平膜に限らず、中空糸膜、チューブ状膜も使用することができる。   When the separation membrane is produced with a hydrophilic polymer like the latter, for example, by using a cellulose resin, a polyamide resin, a polyvinyl alcohol resin, an epoxy resin, or by introducing a crosslinked structure, A separation membrane having a bubble contact angle of can be obtained. Such a separation membrane is preferably one in which a hydrophilic polymer porous layer is formed on one side of a nonwoven fabric layer from the viewpoint of durability, pressure resistance, permeation flow rate, etc. of the separation membrane. In the present invention, not only a flat membrane but also a hollow fiber membrane and a tubular membrane can be used.

但し、分離膜の耐久性、製造性、などの観点から、疎水性のポリマー多孔質層の表面を親水化処理する方法が好ましい。特に、親水化処理が、親水性物質のコーティング、又は親水性ポリマーのグラフトにより行なわれていることが好ましい。   However, from the viewpoint of the durability and manufacturability of the separation membrane, a method of hydrophilizing the surface of the hydrophobic polymer porous layer is preferable. In particular, it is preferable that the hydrophilic treatment is performed by coating with a hydrophilic substance or grafting with a hydrophilic polymer.

親水化処理に用いる分離膜としては、疎水性のポリマー多孔質層を有するものが挙げられ、分離膜の耐久性、耐圧性、透過流量、などの観点から、ポリマー多孔質層が不織布層の片面に形成されているものが好ましい。また、本発明では、平膜に限らず、中空糸膜、チューブ状膜も使用することができる。   Examples of the separation membrane used for the hydrophilization treatment include those having a hydrophobic polymer porous layer. From the viewpoint of the durability of the separation membrane, pressure resistance, permeation flow rate, etc., the polymer porous layer is one side of the nonwoven fabric layer. What is formed in is preferable. In the present invention, not only a flat membrane but also a hollow fiber membrane and a tubular membrane can be used.

疎水性のポリマーとしては、例えば、ポリスルホン、ポリエーテルスルホンに例示されるポリアリールエーテルスルホン、ポリイミド、ポリフッ化ビニリデン、エポキシ樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素樹脂など種々のものをあげることができる。特に化学的、機械的、熱的に安定である点からポリスルホン、ポリアリールエーテルスルホンが好ましい。   Examples of the hydrophobic polymer include various polymers such as polysulfone and polyarylethersulfone exemplified by polyethersulfone, polyimide, polyvinylidene fluoride, epoxy resin, polyethylene, polypropylene, and fluororesin. In particular, polysulfone and polyarylethersulfone are preferable because they are chemically, mechanically and thermally stable.

親水化処理に用いる分離膜としては、膜の両面で平均孔径が異なる非対称膜であっても、対称膜であってもよいが、濃縮時の処理効率の観点から、非対称膜であることが好ましい。   The separation membrane used for the hydrophilization treatment may be an asymmetric membrane having a different average pore size on both sides of the membrane or a symmetric membrane, but is preferably an asymmetric membrane from the viewpoint of treatment efficiency during concentration. .

分離膜の平均孔径(孔径が小さい方の表面の平均孔径)は、親水化処理後の孔径、親水化処理のし易さ、などの観点から、0.001〜2μmが好ましく、0.05〜1μmがより好ましく、0.01〜0.4μmが更に好ましい。   The average pore size of the separation membrane (the average pore size of the surface having the smaller pore size) is preferably 0.001 to 2 μm from the viewpoint of the pore size after the hydrophilic treatment, the ease of the hydrophilic treatment, and the like. 1 micrometer is more preferable and 0.01-0.4 micrometer is still more preferable.

分離膜又はポリマー多孔質層の厚みは、10〜300μmが好ましく、50〜200μmがより好ましい。不織布層の厚みは、30〜200μmが好ましく、
50〜150μmがより好ましい。
10-300 micrometers is preferable and, as for the thickness of a separation membrane or a polymer porous layer, 50-200 micrometers is more preferable. As for the thickness of a nonwoven fabric layer, 30-200 micrometers is preferable,
50-150 micrometers is more preferable.

不織布層としては、前記分離膜の分離性能および透過性能を保持しつつ、適度な機械強度を付与するものであれば特に限定されるものではなく、市販の不織布を用いることができる。この材料としては例えば、ポリオレフィン、ポリエステル、セルロースなどからなるものが用いられ、複数の素材を混合したものも使用することができる。特に成形性の点ではポリエステルを用いることが好ましい。また適宜、長繊維不織布や短繊維不織布を用いることができるが、ピンホール欠陥の原因となる微細な毛羽立ちや膜面の均一性の点から、長繊維不織布を好ましく用いることができる。また、このときの前記不織布層単体の通気度としては、これに限定されるものではないが、0.5〜10cm/cm・s程度のものを用いることができ、1〜5cm/cm・s程度のものが好ましく用いられる。 The nonwoven fabric layer is not particularly limited as long as it provides an appropriate mechanical strength while maintaining the separation performance and permeation performance of the separation membrane, and a commercially available nonwoven fabric can be used. As this material, for example, a material made of polyolefin, polyester, cellulose or the like is used, and a material in which a plurality of materials are mixed can also be used. In particular, it is preferable to use polyester in terms of moldability. In addition, a long fiber nonwoven fabric or a short fiber nonwoven fabric can be used as appropriate, but a long fiber nonwoven fabric can be preferably used from the viewpoint of fine fuzz that causes pinhole defects and uniformity of the film surface. In addition, the air permeability of the nonwoven fabric layer at this time is not limited to this, but can be about 0.5 to 10 cm 3 / cm 2 · s, and 1 to 5 cm 3 / Those having a size of about cm 2 · s are preferably used.

上記のような分離膜は、各種市販されており、親水性ポリマーの分離膜は、そのまま使用することができる。また、疎水性ポリマーの分離膜は、親水化処理に使用することができる。また、分離膜を公知の方法により製造することも可能である。   Various separation membranes as described above are commercially available, and hydrophilic polymer separation membranes can be used as they are. In addition, the hydrophobic polymer separation membrane can be used for hydrophilization treatment. It is also possible to manufacture the separation membrane by a known method.

前記ポリマー多孔質層のポリマーが、ポリスルホンである場合の製造方法について例示する。ポリマー分離膜は一般に湿式法または乾湿式法と呼ばれる方法により製造できる。まず、ポリスルホンと溶媒及び各種添加剤を溶解した溶液準備工程と、前記溶液で不織布上を被覆する被覆工程と、この溶液中の溶媒を蒸発させてミクロ相分離を生じさせる乾燥工程と、水浴等の凝固浴に浸漬することで固定化する固定化工程を経て、不織布上のポリマー多孔質層を形成することができる。前記ポリマー多孔質層の厚さは、不織布層に含浸される割合も計算の上、前記溶液濃度及び被覆量を調整することで設定することができる。   The production method when the polymer of the polymer porous layer is polysulfone will be exemplified. The polymer separation membrane can be produced by a method generally called a wet method or a dry wet method. First, a solution preparation step in which polysulfone, a solvent and various additives are dissolved, a coating step in which the nonwoven fabric is coated with the solution, a drying step in which the solvent in the solution is evaporated to cause microphase separation, a water bath, etc. The polymer porous layer on the nonwoven fabric can be formed through an immobilization step of immobilization by dipping in a coagulation bath. The thickness of the polymer porous layer can be set by adjusting the solution concentration and the coating amount after calculating the ratio of impregnation into the nonwoven fabric layer.

次ぎに、親水化処理について説明する。親水化処理は、親水性物質のコーティング、又は親水性ポリマーのグラフトにより行なうことが好ましいが、その他、親水性基の導入による表面処理、プラズマ処理、エキシマレーザー照射、コロナ放電処理等による表面処理、などによっても、親水化処理が可能である。   Next, the hydrophilic treatment will be described. The hydrophilization treatment is preferably performed by hydrophilic substance coating or hydrophilic polymer grafting. In addition, surface treatment by introduction of hydrophilic groups, plasma treatment, excimer laser irradiation, surface treatment by corona discharge treatment, The hydrophilization treatment is possible also by the above.

親水性物質のコーティングには、親水性物質として低分子を用いる方法と、高分子を用いる方法があるが、低分子を用いて重合反応を行ない高分子化することも可能である。   There are two methods for coating a hydrophilic substance: a method using a low molecule as a hydrophilic substance and a method using a polymer, but it is also possible to polymerize by performing a polymerization reaction using a low molecule.

高分子を用いる方法としては、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸、ヒドロキシプロピルセルロース、等のポリマーを用いて、溶媒に溶解し、その溶液を分離膜に塗布又は含浸させた後、乾燥させる方法が挙げられる。その際、架橋剤等を用いて、ポリマー同士又は分離膜との間で架橋反応させることも可能である。   As a method using a polymer, a polymer such as polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, polyvinyl pyrrolidone, polyacrylic acid, hydroxypropyl cellulose, etc. is dissolved in a solvent, and the solution is applied or impregnated on a separation membrane. The method of making it dry is mentioned. In that case, it is also possible to carry out a crosslinking reaction between the polymers or the separation membrane using a crosslinking agent or the like.

また、親水性物質として低分子を用いる方法でも、ショ糖脂肪酸エステル、ソルビトール、グリセリンなどの多価アルコールや、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ドデシル硫酸ナトリウム、及びラウリル硫酸ナトリウム等の界面活性剤、乳酸ナトリウム、グリセリン等を用いて、溶媒に溶解し、その溶液を分離膜に塗布又は含浸させた後、乾燥させる方法が挙げられる。   In addition, even in the method using a low molecule as a hydrophilic substance, polyhydric alcohols such as sucrose fatty acid ester, sorbitol and glycerin, surfactants such as sodium dodecylbenzenesulfonate, sodium dodecylsulfate and sodium laurylsulfate, sodium lactate And a method of dissolving in a solvent using glycerin or the like, applying or impregnating the solution to a separation membrane, and then drying.

また、分離膜との反応性を有する官能基を有する親水性物質を使用し、分離膜の間で反応させることも可能である。   It is also possible to use a hydrophilic substance having a functional group having reactivity with the separation membrane to cause a reaction between the separation membranes.

親水性ポリマーをグラフトさせる場合、例えばビニル型の親水性モノマーが使用される。ビニル型の親水性モノマーとしては、アクリル酸、メタクリル酸、ヒドロキシメチルメタクリル酸、スルホエチルメタクリル酸、スチレンスルホン酸又はそれらのアルカリ金属塩などが使用できる。   When grafting a hydrophilic polymer, for example, a vinyl type hydrophilic monomer is used. As the vinyl type hydrophilic monomer, acrylic acid, methacrylic acid, hydroxymethyl methacrylic acid, sulfoethyl methacrylic acid, styrene sulfonic acid or alkali metal salts thereof can be used.

グラフトを行う際には、分離膜に電子線照射、開始剤を用いるケミカルグラフト重合、光開始グラフト重合などを行うことが好ましい。また、重合終了後に、余分なモノマーが除去される。   When grafting is performed, it is preferable to perform electron beam irradiation on the separation membrane, chemical graft polymerization using an initiator, photoinitiated graft polymerization, or the like. In addition, after the polymerization is completed, excess monomer is removed.

低分子を用いて重合反応させることにより、コーティングを行なう方法としては、グラフトに使用するビニル型の親水性モノマーと、重合開始剤、必要に応じて架橋剤等を用いて、重合反応させる方法、又は、次ぎに述べるような界面重合を用いる方法などが挙げられる。   As a method of coating by carrying out a polymerization reaction using a low molecule, a method of carrying out a polymerization reaction using a vinyl type hydrophilic monomer used for grafting, a polymerization initiator, and a crosslinking agent if necessary, Alternatively, a method using interfacial polymerization as described below can be used.

界面重合を用いる方法では、例えばポリアミド系のコート層が形成され、一般に、視認できる孔のない均質膜が得られる。ポリアミド系のコート層としては、例えば、多官能アミン成分と多官能酸ハライド成分とを多孔性支持膜上で界面重合させてなるポリアミド系分離機能層がよく知られている。このようなポリアミド系分離機能層はひだ状の微細構造を有することが知られており、この層の厚さは特に限定されるものではないが、0.05〜2μm程度であって、好ましくは0.1〜1μmである。この層が薄すぎると膜面欠陥が生じやすくなり、厚すぎると透過性能が悪化することが知られている。   In the method using interfacial polymerization, for example, a polyamide-based coat layer is formed, and generally a homogeneous film having no visible pores is obtained. As a polyamide-based coating layer, for example, a polyamide-based separation functional layer obtained by interfacial polymerization of a polyfunctional amine component and a polyfunctional acid halide component on a porous support membrane is well known. Such a polyamide-based separation functional layer is known to have a pleated microstructure, and the thickness of this layer is not particularly limited, but is about 0.05 to 2 μm, preferably 0.1 to 1 μm. It is known that if this layer is too thin, film surface defects are likely to occur, and if it is too thick, the transmission performance deteriorates.

前記ポリアミド系分離機能層を前記ポリマー多孔質層の表面に形成する方法は特に制限されずにあらゆる公知の方法を用いることができる。例えば、界面重合法、相分離法、薄膜塗布法などの方法が挙げられるが、本発明では特に界面重合法が好ましく用いられる。界面重合法は例えば、前記ポリマー多孔質層上を多官能アミン成分含有アミン水溶液で被覆した後、このアミン水溶液被覆面に多官能酸ハライド成分を含有する有機溶液を接触させることで界面重合が生じ、スキン層を形成する方法である。この方法では、アミン水溶液及び有機溶液の塗布後、適宜余剰分を除去して進めることが好ましく、この場合の除去方法としては対象膜を傾斜させて流す方法や、気体を吹き付けて飛ばす方法、ゴム等のブレードを接触させて掻き落とす方法などが好ましく用いられている。   The method for forming the polyamide-based separation functional layer on the surface of the polymer porous layer is not particularly limited, and any known method can be used. Examples of the method include an interfacial polymerization method, a phase separation method, and a thin film coating method. In the present invention, the interfacial polymerization method is particularly preferably used. In the interfacial polymerization method, for example, the polymer porous layer is coated with a polyfunctional amine component-containing amine aqueous solution, and then an organic solution containing a polyfunctional acid halide component is brought into contact with the amine aqueous solution-coated surface to cause interfacial polymerization. This is a method for forming a skin layer. In this method, it is preferable to proceed by removing the surplus as appropriate after the application of the aqueous amine solution and the organic solution. In this case, as a removal method, a method of inclining a target film, a method of blowing off a gas, a rubber, For example, a method of scraping off a blade by contacting the blade is preferably used.

また、前記工程において、前記アミン水溶液と前記有機溶液が接触するまでの時間は、アミン水溶液の組成、粘度及び多孔性支持膜の表面の孔径にもよるが、1〜120秒程度であり、好ましくは2〜40秒程度である。前記の間隔が長すぎる場合には、アミン水溶液が多孔性支持膜の内部深くまで浸透・拡散し、未反応多官能アミン成分が多孔性支持膜中に大量に残留し、不具合が生じる場合がある。前記溶液の塗布間隔が短すぎる場合には、余分なアミン水溶液が残存しすぎるため、膜性能が低下する傾向にある。   In the above step, the time until the aqueous amine solution and the organic solution come into contact depends on the composition of the aqueous amine solution, the viscosity, and the pore diameter of the surface of the porous support membrane, but is about 1 to 120 seconds, preferably Is about 2 to 40 seconds. If the interval is too long, the aqueous amine solution may permeate and diffuse deep inside the porous support membrane, and a large amount of unreacted polyfunctional amine component may remain in the porous support membrane, resulting in problems. . When the application interval of the solution is too short, an excessive amine aqueous solution remains, so that the film performance tends to be lowered.

このアミン水溶液と有機溶液との接触後には、70℃以上の温度で加熱乾燥してスキン層を形成することが好ましい。これにより膜の機械的強度や耐熱性等を高めることができる。加熱温度は70〜200℃であることがより好ましく、特に好ましくは80〜130℃である。加熱時間は30秒〜10分程度が好ましく、さらに好ましくは40秒〜7分程度である。   After the contact between the aqueous amine solution and the organic solution, the skin layer is preferably formed by heating and drying at a temperature of 70 ° C. or higher. Thereby, the mechanical strength and heat resistance of the film can be increased. The heating temperature is more preferably 70 to 200 ° C, particularly preferably 80 to 130 ° C. The heating time is preferably about 30 seconds to 10 minutes, more preferably about 40 seconds to 7 minutes.

前記アミン水溶液に含まれる多官能アミン成分は、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。 前記芳香族多官能アミンとしては、例えば、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、o−フェニレンジアミン、1,3,5−トリアミノベンゼン、1,2,4−トリアミノベンゼン、3,5−ジアミノ安息香酸、2,4−ジアミノトルエン、2,6−ジアミノトルエン、N,N’−ジメチル−m−フェニレンジアミン、2,4−ジアミノアニソール、アミドール、キシリレンジアミン等が挙げられる。前記脂肪族多官能アミンとしては、例えば、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、トリス(2−アミノエチル)アミン、n−フェニル−エチレンジアミン等が挙げられる。前記脂環式多官能アミンとしては、例えば、1,3−ジアミノシクロヘキサン、1,2−ジアミノシクロヘキサン、1,4−ジアミノシクロヘキサン、ピペラジン、2,5−ジメチルピペラジン、4−アミノメチルピペラジン等が挙げられる。これらの多官能アミンは1種で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。特に本発明では、緻密性の高い分離機能層が得られるm−フェニレンジアミンを主成分とすることが好ましい。   The polyfunctional amine component contained in the amine aqueous solution is a polyfunctional amine having two or more reactive amino groups, and examples thereof include aromatic, aliphatic, and alicyclic polyfunctional amines. Examples of the aromatic polyfunctional amine include m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, o-phenylenediamine, 1,3,5-triaminobenzene, 1,2,4-triaminobenzene, 3,5- Examples include diaminobenzoic acid, 2,4-diaminotoluene, 2,6-diaminotoluene, N, N′-dimethyl-m-phenylenediamine, 2,4-diaminoanisole, amidol, xylylenediamine and the like. Examples of the aliphatic polyfunctional amine include ethylenediamine, propylenediamine, tris (2-aminoethyl) amine, and n-phenyl-ethylenediamine. Examples of the alicyclic polyfunctional amine include 1,3-diaminocyclohexane, 1,2-diaminocyclohexane, 1,4-diaminocyclohexane, piperazine, 2,5-dimethylpiperazine, 4-aminomethylpiperazine, and the like. It is done. These polyfunctional amines may be used alone or in combination of two or more. In particular, in the present invention, it is preferable to use m-phenylenediamine as a main component, from which a highly dense separation function layer can be obtained.

前記有機溶液に含まれる多官能酸ハライド成分は、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り、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。前記芳香族多官能酸ハライドとしては、例えば、トリメシン酸トリクロライド、テレフタル酸ジクロライド、イソフタル酸ジクロライド、ビフェニルジカルボン酸ジクロライド、ナフタレンジカルボン酸ジクロライド、ベンゼントリスルホン酸トリクロライド、ベンゼンジスルホン酸ジクロライド、クロロスルホニルベンゼンジカルボン酸ジクロライド等が挙げられる。前記脂肪族多官能酸ハライドとしては、例えば、プロパンジカルボン酸ジクロライド、ブタンジカルボン酸ジクロライド、ペンタンジカルボン酸ジクロライド、プロパントリカルボン酸トリクロライド、ブタントリカルボン酸トリクロライド、ペンタントリカルボン酸トリクロライド、グルタリルハライド、アジポイルハライド等が挙げられる。前記脂環式多官能酸ハライドとしては、例えば、シクロプロパントリカルボン酸トリクロライド、シクロブタンテトラカルボン酸テトラクロライド、シクロペンタントリカルボン酸トリクロライド、シクロペンタンテトラカルボン酸テトラクロライド、シクロヘキサントリカルボン酸トリクロライド、テトラハイドロフランテトラカルボン酸テトラクロライド、シクロペンタンジカルボン酸ジクロライド、シクロブタンジカルボン酸ジクロライド、シクロヘキサンジカルボン酸ジクロライド、テトラハイドロフランジカルボン酸ジクロライド等が挙げられる。これら多官能酸ハライドは1種で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。中でも、緻密性の高い分離機能層が得られる芳香族多官能酸ハライドを用いることが好ましい。また、多官能酸ハライド成分の少なくとも一部に3価以上の多官能酸ハライドを用いて、架橋構造を形成することが好ましい。   The polyfunctional acid halide component contained in the organic solution is a polyfunctional acid halide having two or more reactive carbonyl groups, and examples thereof include aromatic, aliphatic, and alicyclic polyfunctional acid halides. Examples of the aromatic polyfunctional acid halide include trimesic acid trichloride, terephthalic acid dichloride, isophthalic acid dichloride, biphenyldicarboxylic acid dichloride, naphthalene dicarboxylic acid dichloride, benzenetrisulfonic acid trichloride, benzenedisulfonic acid dichloride, and chlorosulfonylbenzene. And dicarboxylic acid dichloride. Examples of the aliphatic polyfunctional acid halide include propanedicarboxylic acid dichloride, butanedicarboxylic acid dichloride, pentanedicarboxylic acid dichloride, propanetricarboxylic acid trichloride, butanetricarboxylic acid trichloride, pentanetricarboxylic acid trichloride, glutaryl halide, azide. Poil halide etc. are mentioned. Examples of the alicyclic polyfunctional acid halide include cyclopropane tricarboxylic acid trichloride, cyclobutane tetracarboxylic acid tetrachloride, cyclopentane tricarboxylic acid trichloride, cyclopentane tetracarboxylic acid tetrachloride, cyclohexane tricarboxylic acid trichloride, and tetrahydro Examples include furantetracarboxylic acid tetrachloride, cyclopentanedicarboxylic acid dichloride, cyclobutanedicarboxylic acid dichloride, cyclohexanedicarboxylic acid dichloride, and tetrahydrofurandicarboxylic acid dichloride. These polyfunctional acid halides may be used alone or in combination of two or more. Among them, it is preferable to use an aromatic polyfunctional acid halide that provides a dense separation functional layer. Moreover, it is preferable to form a crosslinked structure using a trifunctional or higher polyfunctional acid halide as at least a part of the polyfunctional acid halide component.

前記界面重合法において、アミン水溶液中の多官能アミン成分の濃度は特に限定されるものではないが、0.1〜7重量%が好ましく、さらに好ましくは1〜5重量%である。多官能アミン成分の濃度が低すぎると、スキン層に欠陥が生じやすくなり、塩阻止性能が低下する傾向にある。一方で多官能アミン成分の濃度が高すぎる場合には、厚くなりすぎて透過流束が低下する傾向にある。   In the interfacial polymerization method, the concentration of the polyfunctional amine component in the aqueous amine solution is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 7% by weight, and more preferably 1 to 5% by weight. If the concentration of the polyfunctional amine component is too low, defects are likely to occur in the skin layer, and the salt blocking performance tends to be reduced. On the other hand, when the concentration of the polyfunctional amine component is too high, it becomes too thick and the permeation flux tends to decrease.

前記有機溶液中の多官能酸ハライド成分の濃度は特に制限されないが、0.01〜5重量%が好ましく、さらに好ましくは0.05〜3重量%である。多官能酸ハライド成分の濃度が低すぎると、未反応多官能アミン成分が増加するため、スキン層に欠陥が生じやすくなる。一方、多官能酸ハライド成分の濃度が高すぎると、未反応多官能酸ハライド成分が増加するため、スキン層が厚くなりすぎて透過流束が低下する傾向にある。   The concentration of the polyfunctional acid halide component in the organic solution is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 5% by weight, and more preferably 0.05 to 3% by weight. If the concentration of the polyfunctional acid halide component is too low, the unreacted polyfunctional amine component is increased, and defects are likely to occur in the skin layer. On the other hand, if the concentration of the polyfunctional acid halide component is too high, the amount of unreacted polyfunctional acid halide component increases, so that the skin layer becomes too thick and the permeation flux tends to decrease.

前記多官能酸ハライドを含有させる有機溶媒としては、水に対する溶解度が低く、多孔性支持膜を劣化させることなく、多官能酸ハライド成分を溶解するものであれば特に限定されず、例えば、シクロヘキサン、ヘプタン、オクタン、及びノナン等の飽和炭化水素、1,1,2−トリクロロトリフルオロエタン等のハロゲン置換炭化水素などを挙げることができる。好ましくは沸点が300℃以下、さらに好ましくは沸点が200℃以下の飽和炭化水素である。   The organic solvent containing the polyfunctional acid halide is not particularly limited as long as it has low solubility in water and does not deteriorate the porous support membrane, and can dissolve the polyfunctional acid halide component. For example, cyclohexane, Examples thereof include saturated hydrocarbons such as heptane, octane and nonane, and halogen-substituted hydrocarbons such as 1,1,2-trichlorotrifluoroethane. Preferred is a saturated hydrocarbon having a boiling point of 300 ° C. or lower, more preferably a boiling point of 200 ° C. or lower.

前記アミン水溶液や有機溶液には、各種性能や取り扱い性の向上を目的とした添加剤を加えてもよい。前記添加剤としては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸などのポリマー、ソルビトール、グリセリンなどの多価アルコールや、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ドデシル硫酸ナトリウム、及びラウリル硫酸ナトリウム等の界面活性剤、重合により生成するハロゲン化水素を除去する水酸化ナトリウム、リン酸三ナトリウム、及びトリエチルアミン等の塩基性化合物、アシル化触媒及び、特開平8−224452号公報記載の溶解度パラメータが8〜14(cal/cm1/2の化合物などが挙げられる。 You may add the additive for the purpose of the improvement of various performance and a handleability to the said amine aqueous solution and organic solution. Examples of the additive include polymers such as polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone and polyacrylic acid, polyhydric alcohols such as sorbitol and glycerin, and surfactants such as sodium dodecylbenzenesulfonate, sodium dodecylsulfate, and sodium laurylsulfate. A basic compound such as sodium hydroxide, trisodium phosphate, and triethylamine that removes hydrogen halide produced by polymerization, an acylation catalyst, and a solubility parameter described in JP-A-8-224452 is 8 to 14 (cal / Cm 3 ) 1/2 compound and the like.

前記ポリアミド系分離機能層の露出表面には、各種ポリマー成分からなるコーティング層を更に設けてもよい。前記ポリマー成分は、分離機能層及び多孔性支持膜を溶解せず、また水処理操作時に溶出しないポリマーであれば特に限定されるものではなく、例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリエチレングリコール、及びケン化ポリエチレン−酢酸ビニル共重合体などが挙げられる。これらのうち、ポリビニルアルコールを用いることが好ましく、特にケン化度が99%以上のポリビニルアルコールを用いるか、ケン化度90%以上のポリビニルアルコールを前記スキン層のポリアミド系樹脂と架橋させることで、水処理時に溶出しにくい構成とすることが好ましい。   A coating layer composed of various polymer components may be further provided on the exposed surface of the polyamide-based separation functional layer. The polymer component is not particularly limited as long as it does not dissolve the separation functional layer and the porous support membrane and does not elute during the water treatment operation. For example, polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, hydroxypropyl cellulose, polyethylene Examples thereof include glycols and saponified polyethylene-vinyl acetate copolymers. Among these, it is preferable to use polyvinyl alcohol, in particular, by using polyvinyl alcohol having a saponification degree of 99% or more, or by crosslinking polyvinyl alcohol having a saponification degree of 90% or more with the polyamide-based resin of the skin layer, It is preferable to use a structure that does not easily dissolve during water treatment.

本発明では、親水性ポリマーの分離膜又は親水化処理後の分離膜の少なくとも一方の表面が、平均孔径1,000nm以下の多孔質構造、又は非多孔質構造であり、透過流量を高めて濃縮の処理効率を高める観点から、平均孔径1〜500nmの多孔質構造であることが好ましい。   In the present invention, at least one surface of the separation membrane of the hydrophilic polymer or the separation membrane after the hydrophilization treatment has a porous structure or non-porous structure having an average pore diameter of 1,000 nm or less, and is concentrated by increasing the permeation flow rate. From the viewpoint of improving the processing efficiency, a porous structure having an average pore diameter of 1 to 500 nm is preferable.

(膜エレメント)
本発明の膜エレメントは、以上のような気泡液濃縮用分離膜を備えることを特徴とする。このような膜エレメントの形態としては、特に限定されるものではなく、フレームアンドプレート型などの平膜型、スパイラル型、プリーツ型などが挙げられる。また、気泡液濃縮用分離膜が中空糸膜である場合は、複数の中空糸膜を束ねて、一方又は両方の端部を樹脂等で封止した中空糸膜エレメントが使用される。これらの膜エレメントのうち、一般に圧力と流れ効率の関係よりスパイラル型膜エレメントが好ましい。
(Membrane element)
The membrane element of the present invention includes the separation membrane for concentrating bubble liquid as described above. The form of such a membrane element is not particularly limited, and examples thereof include a flat membrane type such as a frame and plate type, a spiral type, and a pleated type. Moreover, when the separation membrane for concentrating bubble liquid is a hollow fiber membrane, a hollow fiber membrane element in which a plurality of hollow fiber membranes are bundled and one or both ends are sealed with a resin or the like is used. Of these membrane elements, spiral membrane elements are generally preferred from the relationship between pressure and flow efficiency.

スパイラル型の膜エレメントは、例えば図2に示すように、分離膜2、供給側流路材6及び透過側流路材3を含む積層体と、その積層体を巻回した有孔の中心管5と、供給側流路と透過側流路との混合を防止する封止部21とを備えている。本実施形態では、分離膜2、供給側流路材6及び透過側流路材3を含む複数の分離膜ユニットが、中心管5の回りに巻きつけられた巻回体Rである場合の例を示す。   For example, as shown in FIG. 2, the spiral membrane element includes a laminated body including a separation membrane 2, a supply-side flow path member 6, and a permeate-side flow path member 3, and a perforated central tube around which the laminated body is wound. 5 and a sealing portion 21 that prevents mixing of the supply-side flow path and the permeation-side flow path. In the present embodiment, an example in which a plurality of separation membrane units including the separation membrane 2, the supply-side flow path material 6 and the permeation-side flow path material 3 are wound bodies R wound around the central tube 5. Indicates.

供給側流路と透過側流路との混合を防止するための封止部21は、例えば、透過側流路材3の両面に分離膜2を重ね合わせて3辺を接着することにより封筒状膜4(袋状膜)を形成する場合、外周側端辺の封止部21と上流側端辺及び下流側端辺とに封止部21が形成される。また、上流側端辺及び下流側端辺の内周側端部と中心管5との間にも封止部21を設けるのが好ましい。   The sealing part 21 for preventing the mixing of the supply side flow path and the permeation side flow path is, for example, an envelope shape by overlapping the separation membrane 2 on both surfaces of the permeation side flow path material 3 and bonding the three sides. When the film 4 (bag-like film) is formed, the sealing portion 21 is formed on the sealing portion 21 on the outer peripheral side edge, the upstream side edge, and the downstream side edge. Moreover, it is preferable to provide the sealing part 21 also between the inner peripheral side edge part of the upstream side edge and the downstream side edge and the central tube 5.

封筒状膜4は、その開口部を中心管5に取り付け、ネット状(網状)の供給側流路材6とともに中心管5の外周面にスパイラル状に巻回することにより、巻回体Rが形成される。この巻回体Rの上流側には、例えば、シールキャリア等の上流側端部材10が設けられ、下流側には、必要に応じてテレスコープ防止材等の下流側端部材20が設けられる。   The envelope film 4 is attached to the central tube 5 at its opening, and is wound spirally around the outer peripheral surface of the central tube 5 together with the net-like (net-like) supply-side flow path member 6 so that the wound body R becomes It is formed. An upstream end member 10 such as a seal carrier is provided on the upstream side of the wound body R, and a downstream end member 20 such as a telescope prevention member is provided on the downstream side as necessary.

このようなスパイラル型の膜エレメントにおいては、通常、封筒状膜4は20〜40組の封筒状膜4を巻回することが可能となる。   In such a spiral membrane element, the envelope membrane 4 can normally wind 20 to 40 sets of envelope membranes 4.

上記膜エレメント1を使用する際は、供給液7は膜エレメント1の一方の端面側から供給される。供給された供給液7は、供給側流路材6に沿って中心管5の軸芯方向A1に平行な方向に流れ、膜エレメント1の他方の端面側から濃縮液9として排出される。また、供給液7が供給側流路材6に沿って流れる過程で分離膜2を透過した透過液8は、図中破線矢印に示すように透過側流路材3に沿って開孔5aから中心管5の内部に流れ込み、この中心管5の端部から排出される。   When the membrane element 1 is used, the supply liquid 7 is supplied from one end face side of the membrane element 1. The supplied supply liquid 7 flows along the supply-side flow path material 6 in a direction parallel to the axial direction A1 of the central tube 5 and is discharged as a concentrated liquid 9 from the other end face side of the membrane element 1. Further, the permeated liquid 8 that has permeated the separation membrane 2 in the course of the supply liquid 7 flowing along the supply-side flow path material 6 passes through the aperture 5a along the permeation-side flow path material 3 as shown by the broken line arrows in the figure. It flows into the center tube 5 and is discharged from the end of the center tube 5.

なお、流路材は一般に、膜面に流体を満遍なく供給するための間隙を確保する役割を有する。このような流路材は、例えばネット、編み物、凹凸加工シートなどを用いることができ、最大厚さが0.1〜3mm程度のものを適宜必要に応じて用いることができる。このような流路材では、圧力損失が低い方が好ましく、さらに適度な乱流効果を生じさせるものが好ましい。また、流路材は分離膜の両面に設置するが、供給液側には供給側流路材、透過液側には透過側流路材として、異なる流路材を用いることが一般的である。供給側流路材では目が粗く厚いネット状の流路材を用いる一方で、透過側流路材では目の細かい織物や編物の流路材を用いる。   The channel material generally has a role of ensuring a gap for uniformly supplying fluid to the membrane surface. As such a channel material, for example, a net, a knitted fabric, a concavo-convex processed sheet or the like can be used, and a material having a maximum thickness of about 0.1 to 3 mm can be appropriately used as necessary. In such a channel material, it is preferable that the pressure loss is low, and further, a material that causes an appropriate turbulent flow effect is preferable. In addition, the channel material is installed on both sides of the separation membrane, but it is common to use different channel materials as the supply side channel material on the supply liquid side and the permeate side channel material on the permeate side. . The supply-side channel material uses a coarse and thick net-like channel material, while the permeate-side channel material uses a fine woven or knitted channel material.

前記供給側流路材は、例えば前記の二つ折りにした分離膜の内面側に設けられる。供給側流路材の構造は、一般に線状物を格子状に配列した網目構造のものを好ましく利用することができる。構成する材料としては特に限定されるものではないが、ポリエチレンやポリプロピレンなどが用いられる。この供給側流路材の厚さは、一般に0.2〜2.0mmであり、0.5〜1.0mmが好ましい。   The supply-side channel material is provided on the inner surface side of the bifurcated separation membrane, for example. As the structure of the supply-side channel material, a network structure in which linear objects are generally arranged in a lattice can be preferably used. Although it does not specifically limit as a material to comprise, Polyethylene, a polypropylene, etc. are used. The thickness of the supply side channel material is generally 0.2 to 2.0 mm, preferably 0.5 to 1.0 mm.

前記透過側流路材は、例えば前記の二つ折りにした分離膜の外面側に設けられる。この透過側流路材には膜にかかる圧力を膜背面から支えるとともに、透過液の流路を確保することが求められる。一般にはポリエチレンやポリプロピレンから構成されるネットやトリコット編物が用いられる。特にポリエチレンテレフタレートからなるトリコット編物が特に好ましく用いられる。   The permeate-side channel material is provided on the outer surface side of the bifurcated separation membrane, for example. This permeation side channel material is required to support the pressure applied to the membrane from the back side of the membrane and secure a permeate channel. In general, a net or tricot knitted fabric made of polyethylene or polypropylene is used. In particular, a tricot knitted fabric made of polyethylene terephthalate is particularly preferably used.

前記中心管としては、パイプ(中空管)の壁面に複数の小孔を有する有孔中空管であれば特に限定されるものではない。気泡液濃縮の際には、分離膜を経た透過液が壁面の孔から中空管中に侵入し、透過側流路を形成する。中心管の長さはエレメントの軸方向長さより長いものが一般的だが、複数に分割するなど連結構造の中心管を用いてもよい。中心管を構成する材料としては特に限定されるものではないが、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂が用いられる。   The central tube is not particularly limited as long as it is a perforated hollow tube having a plurality of small holes on the wall surface of the pipe (hollow tube). At the time of bubbling liquid concentration, the permeated liquid that has passed through the separation membrane enters the hollow tube through the hole in the wall surface, and forms a permeate side flow path. The length of the central tube is generally longer than the length of the element in the axial direction, but a central tube having a connection structure such as a plurality of divisions may be used. Although it does not specifically limit as a material which comprises a center pipe | tube, A thermosetting resin or a thermoplastic resin is used.

(膜モジュール)
本発明の膜モジュールは、前述のような気泡液濃縮用分離膜を備える膜エレメントと、その膜エレメントを収容して濃縮側流路と透過側流路とを形成する容器と、を備えることを特徴とする。
(Membrane module)
The membrane module of the present invention includes a membrane element including the separation membrane for concentrating bubble liquid as described above, and a container that accommodates the membrane element and forms a concentration side channel and a permeation side channel. Features.

本実施の形態で示す膜モジュール30は、例えば、図3に示すように、スパイラル型の膜エレメント1と、これを収容し、供給液7を供給する供給部32、濃縮液9を排出する濃縮液排出部33、および透過液8を排出する透過液排出部34を有する容器31と、を備える。   The membrane module 30 shown in the present embodiment includes, for example, a spiral membrane element 1, a supply unit 32 that supplies the supply element 7, and a concentration unit 9 that discharges the concentrate 9, as shown in FIG. 3. A container 31 having a liquid discharge part 33 and a permeate discharge part 34 for discharging the permeate 8.

図示した例では、上流側端部材10がシール材11を保持し、シール材11が容器31の内壁に圧接することで、供給液7を膜エレメント1の巻回体Rの内部に導く構造になっている。巻回体Rの内部から流出した濃縮液9は、容器31の内部空間を経て濃縮液排出部33と流動する。また、中心管5の一端(図3で左端)が閉塞され、他端(図3で右端)が容器31の透過液排出部34に連結されている。膜エレメント1が容器31内に複数収容される場合は、隣接する膜エレメント1の中心管5同士が、連結部材(図示省略)等を介して連結される。このような構造により、容器31は、濃縮側流路と透過側流路とを形成している。   In the illustrated example, the upstream end member 10 holds the sealing material 11, and the sealing material 11 is in pressure contact with the inner wall of the container 31, thereby leading the supply liquid 7 to the inside of the wound body R of the membrane element 1. It has become. The concentrated liquid 9 that has flowed out from the inside of the wound body R flows with the concentrated liquid discharger 33 through the internal space of the container 31. Further, one end (the left end in FIG. 3) of the central tube 5 is closed, and the other end (the right end in FIG. 3) is connected to the permeate discharge part 34 of the container 31. When a plurality of membrane elements 1 are accommodated in the container 31, the central tubes 5 of the adjacent membrane elements 1 are connected to each other via a connecting member (not shown) or the like. With such a structure, the container 31 forms a concentration side channel and a permeation side channel.

本発明では、濃縮側流路が加圧された状態で、直径1μm未満の気泡を含有する液体を、供給液7として供給部32から供給することで、気泡液濃縮用分離膜により気泡液が濃縮された濃縮液9を濃縮液排出部33から排出することができる。また、気泡液濃縮用分離膜を透過した透過液8を透過液排出部34から排出することができる。   In the present invention, a liquid containing bubbles having a diameter of less than 1 μm is supplied from the supply unit 32 as the supply liquid 7 in a state where the concentration side flow path is pressurized, so that the bubble liquid is separated from the bubble liquid concentration separation membrane. The concentrated concentrate 9 can be discharged from the concentrated liquid discharge portion 33. Further, the permeated liquid 8 that has permeated through the bubble liquid concentrating separation membrane can be discharged from the permeated liquid discharging section 34.

濃縮側流路が加圧された状態とするには、例えば図5に示すように、供給液槽35から供給液7をポンプ37で容器31に加圧供給する際に、供給液7の一部を配管42で循環させつつ、濃縮液9を弁39を介して配管41により循環させながら、弁39により流量を調整することで濃縮側流路の圧力を調整することができる。その際、圧力計38と流量計40により、各々、圧力と流量を測定することができる。透過液8は、透過液槽43に排出される。   To bring the concentration side flow path into a pressurized state, for example, as shown in FIG. 5, when the supply liquid 7 is pressurized and supplied from the supply liquid tank 35 to the container 31 by the pump 37, The pressure in the concentration side flow path can be adjusted by adjusting the flow rate by the valve 39 while circulating the concentrated liquid 9 through the pipe 41 via the valve 39 while circulating the part through the pipe 42. At that time, the pressure and flow rate can be measured by the pressure gauge 38 and the flow meter 40, respectively. The permeate 8 is discharged to the permeate tank 43.

配管42には、圧力調整を容易にするために、流量を調整する弁を設けることが好ましい。   The pipe 42 is preferably provided with a valve for adjusting the flow rate in order to facilitate pressure adjustment.

本発明の膜モジュールにより、気泡液の濃縮を行う場合、濃縮側流路の圧力は、分離膜の透過流束に応じて決定されるが、例えば0.05〜6MPaが挙げられる。また、膜面における供給液の平均線速度は、気泡が消失するのを抑制する観点から、0.1〜100cm/秒が好ましく、1〜50cm/秒がより好ましい。さらに好ましくは5〜30cm/秒である。供給液の平均線速度が低すぎると気泡消失抑制効果が不十分となり、高すぎると流路の圧損増大、エネルギーの消費が大きくなり好ましくない。   When the bubble liquid is concentrated by the membrane module of the present invention, the pressure of the concentration side flow path is determined according to the permeation flux of the separation membrane, and may be 0.05 to 6 MPa, for example. In addition, the average linear velocity of the supply liquid on the film surface is preferably 0.1 to 100 cm / second, and more preferably 1 to 50 cm / second, from the viewpoint of suppressing the disappearance of bubbles. More preferably, it is 5-30 cm / sec. If the average linear velocity of the supply liquid is too low, the effect of suppressing the disappearance of bubbles is insufficient, and if it is too high, the pressure loss of the flow path increases and energy consumption increases, which is not preferable.

(他の実施形態)
(1)前述の実施形態では、平膜を有するスパイラル型の膜エレメントの例を示したが、本発明では、中空糸膜を有する膜エレメントやこれを用いた膜モジュールを構成することも可能である。
(Other embodiments)
(1) In the above-described embodiment, an example of a spiral membrane element having a flat membrane has been shown. However, in the present invention, a membrane element having a hollow fiber membrane or a membrane module using the membrane element can be configured. is there.

例えば、図4に示すように、分離膜2である複数の中空糸膜を束ねて、一方の端部(図4で左端)を樹脂等の閉塞部材15で閉塞するように封止し、他方の端部(図4で右端)を樹脂等の封止部材16で開口するように封止した中空糸膜エレメントが使用できる。封止部材16の外周と、容器31との内面には、シール材17が介在する。これにより、濃縮側流路が形成され、供給液7を供給部32から供給することで、気泡液濃縮用分離膜により気泡液が濃縮された濃縮液9を濃縮液排出部33から排出することができる。また、気泡液濃縮用分離膜を透過した透過液8を透過液排出部34から排出することができる。   For example, as shown in FIG. 4, a plurality of hollow fiber membranes that are separation membranes 2 are bundled and sealed so that one end (the left end in FIG. 4) is closed with a closing member 15 such as resin, A hollow fiber membrane element whose end (right end in FIG. 4) is sealed with a sealing member 16 such as resin can be used. A sealing material 17 is interposed between the outer periphery of the sealing member 16 and the inner surface of the container 31. As a result, a concentration side flow path is formed, and the supply liquid 7 is supplied from the supply part 32, whereby the concentrate 9 in which the bubble liquid is concentrated by the separation liquid for bubble liquid concentration is discharged from the concentrate discharge part 33. Can do. Further, the permeated liquid 8 that has permeated through the bubble liquid concentrating separation membrane can be discharged from the permeated liquid discharging section 34.

図示した例では、一方の端部(図4で左端)を樹脂等の閉塞部材15で閉塞するように封止しているが、複数の中空糸膜をU字型に配置して、両方の端部を樹脂等の封止部材16で開口するように封止した中空糸膜エレメントとすることも可能である。   In the illustrated example, one end (left end in FIG. 4) is sealed so as to be closed with a closing member 15 such as a resin, but a plurality of hollow fiber membranes are arranged in a U-shape, It is also possible to provide a hollow fiber membrane element whose end is sealed so as to be opened by a sealing member 16 such as a resin.

また、中空糸膜の両側の端部を樹脂等の封止部材16で開口するように封止した中空糸膜エレメントとすることも可能であり、その場合、両側の封止部材16の外周と、容器31との内面に、シール材17を介在させることで、容器31内に、濃縮側流路と透過側流路とを形成することができる。このような構造の膜モジュールでは、中空糸膜の外部だけでなく、内部にも気泡液濃縮のための液体を供給することが可能である。   Further, it is possible to provide a hollow fiber membrane element in which the end portions on both sides of the hollow fiber membrane are sealed so as to be opened with a sealing member 16 such as a resin. The concentration side flow path and the permeation side flow path can be formed in the container 31 by interposing the sealing material 17 on the inner surface of the container 31. In the membrane module having such a structure, it is possible to supply a liquid for concentrating bubble liquid not only to the outside of the hollow fiber membrane but also to the inside thereof.

(2)前述の実施形態では、液体を循環させながら気泡液の濃縮を行う方式において膜モジュールを使用する例を示したが、本発明の膜モジュールは、1パスで気泡液の濃縮を行う方式に使用してもよい。   (2) In the above-described embodiment, the example in which the membrane module is used in the method of concentrating the bubble liquid while circulating the liquid is shown. However, the membrane module of the present invention is a method of concentrating the bubble liquid in one pass. May be used for

例えば、図6に示すように、供給液槽35から供給液7をポンプ37で容器31に加圧供給する際に、濃縮液9を弁39を介して配管41により排出しながら、弁39により流量を調整することで、濃縮側流路の圧力を調整することができる。これにより気泡液を濃縮しつつ、透過液8を排出することができる。   For example, as shown in FIG. 6, when supplying the supply liquid 7 from the supply liquid tank 35 to the container 31 with the pump 37, the concentrated liquid 9 is discharged by the pipe 41 through the valve 39, By adjusting the flow rate, the pressure in the concentration side channel can be adjusted. Thereby, the permeate 8 can be discharged while concentrating the bubble liquid.

(3)前述の実施形態では、気泡を有する供給液を、供給液槽に溜めてから膜モジュールに供給する例を示したが、直径1μm未満の気泡を有する液体を製造する装置から、直接、膜モジュールに液体を供給することも可能である。   (3) In the above-described embodiment, the supply liquid having bubbles is stored in the supply liquid tank and then supplied to the membrane module. However, directly from the apparatus for producing the liquid having bubbles having a diameter of less than 1 μm, It is also possible to supply liquid to the membrane module.

以下、実施例および比較例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to these Examples.

(分離膜の作製例)
ポリエステル製不織布(阿波製紙(株)製、70g/m、厚さ90μm)上に、ポリスルホン(ソルベイアドバンストポリマーズ社製、P‐3500)18.3重量%とジメチルホルムアミド81.7重量%の混合液を塗布した。その後、その混合液を塗布したポリエステル製不織布を20℃の純水に浸漬し、さらに、45℃の純水に浸漬した。このようにして、約130μmの厚さのポリスルホン製多孔質膜を得た。
(Example of production of separation membrane)
A mixture of 18.3% by weight of polysulfone (manufactured by Solvay Advanced Polymers, P-3500) and 81.7% by weight of dimethylformamide on a nonwoven fabric made of polyester (Awa Paper Co., Ltd., 70 g / m 2 , thickness 90 μm). The liquid was applied. Thereafter, the polyester nonwoven fabric coated with the mixed solution was immersed in pure water at 20 ° C., and further immersed in pure water at 45 ° C. Thus, a polysulfone porous membrane having a thickness of about 130 μm was obtained.

ここの分離膜は、膜の両面で平均孔径が異なる非対称膜であり、孔径が小さい方の表面の平均孔径は、20nmであった。なお、平均孔径は、SEMの表面観察から読み取ることにより測定した(以下、同様)。   The separation membrane here is an asymmetric membrane having different average pore sizes on both sides of the membrane, and the average pore size on the surface with the smaller pore size was 20 nm. The average pore diameter was measured by reading from the surface observation of SEM (hereinafter the same).

<実施例1>
分離膜の作製例で得られたポリスルホン製多孔質膜を、メタクリル酸水溶液(濃度80wt%)中に浸漬させた後取出し、加速電圧250kV、照射線量30kGy、窒素雰囲気下(酸素濃度300ppm以下)、室温で電子線照射して、メタクリル酸を基材にグラフト重合させた。次いで、基材と未反応のメタクリル酸のモノマーとポリマーを除去するため、60℃の温水で2時間浸漬洗浄を行い、40℃の乾燥機で2時間乾燥させて、実施例1の気泡液濃縮用分離膜(後述する表1で「グラフト膜」と示す)を得た。この分離膜の孔径が小さい方の表面の平均孔径は、20nmであった。
<Example 1>
The polysulfone porous membrane obtained in the preparation example of the separation membrane was taken out after being immersed in an aqueous methacrylic acid solution (concentration 80 wt%), accelerated voltage 250 kV, irradiation dose 30 kGy, under nitrogen atmosphere (oxygen concentration 300 ppm or less), Electron beam irradiation was performed at room temperature, and methacrylic acid was graft-polymerized on the base material. Next, in order to remove the substrate and unreacted methacrylic acid monomer and polymer, immersion washing was performed for 2 hours in warm water at 60 ° C., followed by drying for 2 hours in a dryer at 40 ° C. Separation membrane (shown as “graft membrane” in Table 1 below) was obtained. The average pore diameter of the surface of the separation membrane having the smaller pore diameter was 20 nm.

<実施例2>
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(A)を調製した。水溶液(A)を分離膜の作製例で得られたポリスルホン製多孔質膜の上に塗布して、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重量%を含むイソオクタン溶液を更に塗布した。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、分離膜上にポリアミドからなるスキン層(厚さ約200nm、非多孔質構造)を形成して、実施例2の気泡液濃縮用分離膜(後述する表1で「コーティング膜」と示す)を得た。
<Example 2>
An aqueous solution (A) was prepared by mixing 3.0 g of m-phenylenediamine, 0.15 g of sodium lauryl sulfate, 6.0 g of benzenesulfonic acid, 3.0 g of triethylamine, and 87.85 g of water. The aqueous solution (A) was applied on the polysulfone porous membrane obtained in the production example of the separation membrane, and the excess amine aqueous solution was removed. Next, an isooctane solution containing 0.2% by weight of trimesic acid chloride was further applied. After that, the excess isooctane solution is removed and held in a dryer at 100 ° C. for 2 minutes to form a polyamide skin layer (thickness: about 200 nm, non-porous structure) on the separation membrane. A separation membrane for bubbling liquid concentration of Example 2 (shown as “coating membrane” in Table 1 described later) was obtained.

<比較例1>
分離膜の作製例で得られたポリスルホン製多孔質膜を、表面処理することなく気泡液濃縮用分離膜(後述する表1で「ポリスルホン製膜」と示す)として使用した。
<Comparative Example 1>
The porous membrane made of polysulfone obtained in the production example of the separation membrane was used as a separation membrane for concentrating bubble liquid (shown as “polysulfone membrane” in Table 1 described later) without surface treatment.

(水中での気泡接触角の測定)
作製した実施例1〜2及び比較例1の気泡液濃縮用分離膜を25℃の純水に10分間浸漬した後、自動接触角測定装置(共和界面科学株式会社製の商品名「DM−300」)を用いて、気泡液濃縮用分離膜に付着している空気(気泡)の接触角を測定した。測定は、気泡の直径が400〜500μmのものを対象とし、N=5回で行った。このとき気泡の供給をシリンジ針で行ないながら測定した。
(濃縮前後のUFB数密度の測定)
図5に示す気泡液濃縮を用いて、気泡液の濃縮を行ない、ウルトラファインバブルの数密度を測定した。
(Measurement of bubble contact angle in water)
The produced separation membranes for concentrating bubble liquids of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 were immersed in pure water at 25 ° C. for 10 minutes, and then an automatic contact angle measuring device (trade name “DM-300 manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.” )) Was used to measure the contact angle of air (bubbles) adhering to the separation membrane for bubbling liquid concentration. The measurement was performed with N = 5 times for a bubble having a diameter of 400 to 500 μm. At this time, measurement was performed while supplying air bubbles with a syringe needle.
(Measurement of UFB number density before and after concentration)
The bubble liquid was concentrated using the bubble liquid concentration shown in FIG. 5, and the number density of the ultra fine bubbles was measured.

即ち、作製した平膜状の実施例1〜2及び比較例1の気泡液濃縮用分離膜を所定の形状、サイズに切断し、平膜評価用のセル(日東電工株式会社製、C10−T)にセットした。次いで、ウルトラファインバブル発生装置(IDEC株式会社製、FZ1N−02形)にて製造されたウルトラファインバブル水(気泡の最頻直径は、0.1μm、数密度1億個/mL)4Lが入ったタンクを準備し、気泡液濃縮用分離膜の孔径の小さい側(分離面側)に0.5MPaの圧力、1L/minの流量でウルトラファインバブル原水を供給した。この操作によって原水タンクが0.4Lになるまでウルトラファインバブル原水を循環させながら濾過し、10倍濃縮液を得た。   That is, the produced flat membrane-like separation membranes for Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 were cut into a predetermined shape and size, and a flat membrane evaluation cell (C10-T, manufactured by Nitto Denko Corporation) was cut. ). Next, 4L of ultra fine bubble water (mode diameter of bubbles is 0.1 μm, number density is 100 million / mL) manufactured with an ultra fine bubble generator (made by IDEC, FZ1N-02 type) The tank was prepared, and ultrafine bubble raw water was supplied at a pressure of 0.5 MPa and a flow rate of 1 L / min to the side having a small pore diameter (separation surface side) of the separation membrane for bubbling liquid concentration. By this operation, filtration was performed while circulating the ultrafine bubble raw water until the raw water tank reached 0.4 L to obtain a 10-fold concentrated liquid.

ウルトラファインバブル原水と10倍濃縮液に含まれるウルトラファインバブルの数密度をナノ粒子解析装置(ナノサイト社製、NS500)にてそれぞれ計測し、ウルトラファインバブルの数密度の増加率を算出した。   The number density of the ultra fine bubbles contained in the ultra fine bubble raw water and the 10-fold concentrated liquid was respectively measured with a nanoparticle analyzer (Nanosite, NS500), and the increase rate of the number density of the ultra fine bubbles was calculated.

実施例1〜2及び比較例1に係る気泡液濃縮用分離膜の上記の測定の測定結果を表1に示す。   Table 1 shows the measurement results of the above measurements of the bubble liquid concentrating separation membranes according to Examples 1 and 2 and Comparative Example 1.

表1の結果が示すように、実施例1〜2のように、表面処理によって、水中における気泡接触角が140°以上である分離膜を使用した場合には、気泡液濃縮の際に膜との接触により気泡が消失するのを抑制して、高濃度の気泡含有液を得ることができる。これに対して、分離膜として汎用されているポリスルホン製の分離膜を使用した場合、原液を10倍に濃縮しても、殆どの気泡が消失することによって、高濃度の気泡含有液を得ることができなかった。   As shown in the results of Table 1, when a separation membrane having a bubble contact angle in water of 140 ° or more was used by surface treatment as in Examples 1 and 2, the membrane and It is possible to obtain a high-concentration bubble-containing liquid by suppressing the disappearance of bubbles due to contact. On the other hand, when a polysulfone separation membrane that is widely used as a separation membrane is used, even if the stock solution is concentrated 10 times, most of the bubbles disappear, thereby obtaining a high-concentration bubble-containing liquid. I could not.

<実施例3>
実施例1において、分離膜の作製例で得られたポリスルホン製多孔質膜(グラフト未処理品)を用いて、ポリビニルアルコール(クラレ(株)社製、製品名KM−118)により表面処理(コーティング)したこと以外は、実施例1と全く方法で気泡液濃縮用分離膜(気泡接触角155°)を作製し、濃縮前後のUFB数密度の測定を行った。その結果、10倍濃縮時のUFB数密度の増加率は、3.7倍であった。なお、ポリビニルアルコールによるコーティングは次のようにして行った。
<Example 3>
In Example 1, using the polysulfone porous membrane (ungrafted product) obtained in the separation membrane preparation example, surface treatment (coating) with polyvinyl alcohol (Kuraray Co., Ltd., product name KM-118). Except for the above, a separation membrane for concentrating bubble liquid (bubble contact angle 155 °) was prepared in the same manner as in Example 1, and the UFB number density before and after concentration was measured. As a result, the rate of increase in UFB number density upon 10-fold concentration was 3.7 times. The coating with polyvinyl alcohol was performed as follows.

分離膜の作製例で得られたポリスルホン製多孔質膜(グラフト未処理品)を10重量%のイソプロピルアルコール水溶液に浸漬して湿潤状態とした後、ポリスルホン膜側にポリビニルアルコール0.05重量%の水溶液を塗布して、80℃のオーブンにて乾燥させた。
<比較例2〜4>
疎水性のポリエーテルスルホン製分離膜(平均孔径10nm、接触角75°)、ポリフッ化ビニリデン製分離膜(平均孔径500nm、接触角56°)、エポキシ樹脂製分離膜(平均孔径50nm、接触角110°)を、それぞれ表面処理することなく気泡液濃縮用分離膜として使用した。
The polysulfone porous membrane (ungrafted product) obtained in the preparation example of the separation membrane was dipped in a 10% by weight isopropyl alcohol aqueous solution to be in a wet state, and then 0.05% by weight polyvinyl alcohol on the polysulfone membrane side. The aqueous solution was applied and dried in an oven at 80 ° C.
<Comparative Examples 2-4>
Hydrophobic polyethersulfone separation membrane (average pore size 10 nm, contact angle 75 °), polyvinylidene fluoride separation membrane (average pore size 500 nm, contact angle 56 °), epoxy resin separation membrane (average pore size 50 nm, contact angle 110) Were used as a separation membrane for bubbling liquid concentration without any surface treatment.

濃縮前後のUFB数密度の測定を行った結果、10倍〜50倍濃縮時のUFB数密度の増加率は、いずれも2倍未満であった。   As a result of measuring the UFB number density before and after the concentration, the increase rate of the UFB number density at the time of 10 times to 50 times concentration was less than twice.

1 膜エレメント
2 分離膜
3 透過側流路材
4 封筒状膜
5 中心管
6 供給側流路材
7 供給液
8 透過液
9 濃縮液
30 膜モジュール
31 容器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Membrane element 2 Separation membrane 3 Permeate side channel material 4 Envelope-shaped membrane 5 Center tube 6 Supply side channel material 7 Supply liquid 8 Permeate 9 Concentrate 30 Membrane module 31 Container

Claims (7)

少なくとも一方の表面について、水中における気泡接触角が140°以上である気泡液濃縮用分離膜。   A separation membrane for concentrating bubble liquid, wherein the bubble contact angle in water is 140 ° or more on at least one surface. 液体中に存在する直径1μm未満の気泡液を濃縮する際に使用するものである請求項1記載の気泡液濃縮用分離膜。   The separation membrane for concentrating bubble liquid according to claim 1, which is used when concentrating a bubble liquid having a diameter of less than 1 µm present in the liquid. 前記一方の表面が、平均孔径1,000nm以下の多孔質構造、又は非多孔質構造である請求項1又は2に記載の気泡液濃縮用分離膜。   The separation membrane for concentrating bubble liquid according to claim 1 or 2, wherein the one surface has a porous structure having an average pore diameter of 1,000 nm or less or a non-porous structure. 前記一方の表面に、親水性を有するポリマー多孔質層又は非多孔質層を有する請求項1〜3いずれかに記載の気泡液濃縮用分離膜。   The separation membrane for concentrating bubble liquid according to any one of claims 1 to 3, further comprising a hydrophilic polymer porous layer or a non-porous layer on the one surface. 前記ポリマー多孔質層又は非多孔質層が、親水性物質のコーティング、又は親水性ポリマーのグラフトにより親水化処理が行なわれたものである請求項4に記載の気泡液濃縮用分離膜。   The separation membrane for concentrating bubble liquid according to claim 4, wherein the polymer porous layer or the non-porous layer is subjected to a hydrophilic treatment by coating with a hydrophilic substance or grafting with a hydrophilic polymer. 請求項1〜5のいずれかに記載の気泡液濃縮用分離膜を備える膜エレメント。   A membrane element comprising the separation membrane for concentrating bubble liquid according to any one of claims 1 to 5. 請求項6に記載の膜エレメントと、その膜エレメントを収容して濃縮側流路と透過側流路とを形成する容器と、を備える膜モジュール。
A membrane module comprising: the membrane element according to claim 6; and a container that accommodates the membrane element and forms a concentration side channel and a permeation side channel.
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