JP2017094259A - Membrane fouling inhibitor - Google Patents

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JP2017094259A JP2015228068A JP2015228068A JP2017094259A JP 2017094259 A JP2017094259 A JP 2017094259A JP 2015228068 A JP2015228068 A JP 2015228068A JP 2015228068 A JP2015228068 A JP 2015228068A JP 2017094259 A JP2017094259 A JP 2017094259A
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祐貴 立花
Yuki Tachibana
祐貴 立花
直行 岩知道
Naoyuki Iwachido
直行 岩知道
一彦 前川
Kazuhiko Maekawa
一彦 前川
寛 山村
Hiroshi Yamamura
寛 山村
義公 渡辺
Yoshikimi Watanabe
義公 渡辺
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Kuraray Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a membrane fouling inhibitor which, while having excellent adsorptivity for materials such as a biopolymer and the like which cause membrane fouling, can easily elute the material adsorbed which causes membrane fouling, and can be recycled repeatedly.SOLUTION: The membrane fouling inhibitor contains a polymer compound (C) based on a cationic group-containing polymer compound (A) and a compound (B) containing at least one functional group having reactivity with the cationic group of the polymer compound (A), where the membrane fouling inhibitor has a region where a density of the cationic group is 8.5 to 15 mmol/g.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、膜ファウリングを生じる原因物質に対する吸着性を有する膜ファウリング抑制材、およびそれを用いた水処理方法に関する。   The present invention relates to a membrane fouling suppressing material having adsorptivity to a causative substance that causes membrane fouling, and a water treatment method using the same.

自然環境下または人工環境下から得られる原水に対する水処理の分野では、限外ろ過(UF)膜、精密ろ過(MF)膜、ナノろ過(NF)膜および逆浸透(RO)膜等の種々の膜を使用した膜ろ過により高度な水処理が行われている。これらの膜ろ過による水処理においては、水処理に用いられる膜に運転時間の経過とともに膜ファウリングが生じ、膜洗浄頻度の増加、膜劣化による膜寿命の低下に伴う膜交換頻度の増加やポンプエネルギーの増大によるランニングコストの増加といった問題がしばしば生じていた。   In the field of water treatment for raw water obtained from natural or man-made environments, various types such as ultrafiltration (UF) membrane, microfiltration (MF) membrane, nanofiltration (NF) membrane and reverse osmosis (RO) membrane Advanced water treatment is performed by membrane filtration using a membrane. In these water treatments by membrane filtration, membrane fouling occurs in the membrane used for water treatment with the passage of operating time, the membrane cleaning frequency increases, the membrane replacement frequency increases due to membrane deterioration due to membrane degradation, and the pump Problems such as increased running costs due to increased energy often occurred.

近年、比較的親水性の高い有機体炭素である多糖類やタンパク質などのバイオポリマーが不可逆的な膜ファウリングを生じる主因となることがわかってきており、バイオポリマーに対する吸着性に優れた水処理用の親水性高分子吸着材が提案されている。例えば、特許文献1には、親水性高分子を主骨格として有し、被処理水中の有機体炭素の少なくとも一部の成分との結合形成が可能な官能基を有する親水性高分子吸着材およびそれを用いた水処理方法が開示されている。   In recent years, it has been found that biopolymers such as polysaccharides and proteins, which are organic carbons with relatively high hydrophilicity, are the main causes of irreversible membrane fouling, and water treatment with excellent adsorptivity to biopolymers Hydrophilic polymer adsorbents for use have been proposed. For example, Patent Document 1 discloses a hydrophilic polymer adsorbent having a hydrophilic polymer as a main skeleton and having a functional group capable of forming a bond with at least a part of organic carbon in water to be treated. A water treatment method using the same is disclosed.

国際公開第2015/076371号パンフレットInternational Publication No. 2015/076371 Pamphlet

水処理の分野において膜ファウリング原因物質に対する吸着材を用いる場合、吸着材の交換頻度やランニングコストを抑えるなどの観点から、一般的に、吸着材に吸着された膜ファウリング原因物質を容易に溶離することができ、吸着材を繰り返し再生利用できることは大きな利点となる。しかしながら、前記特許文献に記載されるような親水性高分子吸着材は、バイオポリマーに対する吸着性に優れるもののその吸着性能が高すぎるため、吸着したバイオポリマーの溶離性および吸着材の再生利用性は必ずしも満足のいくものではなかった。   When using adsorbents for membrane fouling-causing substances in the field of water treatment, it is generally easy to remove the membrane fouling-causing substances adsorbed on the adsorbents from the viewpoint of reducing the adsorbent replacement frequency and running costs. It is a great advantage that it can be eluted and the adsorbent can be repeatedly recycled. However, although the hydrophilic polymer adsorbent described in the above-mentioned patent document is excellent in the adsorptivity to the biopolymer, its adsorption performance is too high, so the elution property of the adsorbed biopolymer and the recyclability of the adsorbent are It was not always satisfactory.

本発明は、バイオポリマー等の膜ファウリング原因物質に対して優れた吸着性能を有しながらも、吸着した膜ファウリング原因物質を容易に溶離することができ、繰り返し再生利用を行うことができる膜ファウリング抑制材を提供することを目的とする。また、本発明は、そのような膜ファウリング抑制材を用いることにより、高い水処理能力を確保することができ、かつ、簡易な手順で容易に膜ファウリング抑制材を再生することのできる水処理方法を提供することを目的とする。   The present invention can easily elute adsorbed membrane fouling-causing substances and can be reused repeatedly while having excellent adsorption performance for membrane fouling-causing substances such as biopolymers. It aims at providing a film | membrane fouling suppression material. In addition, the present invention uses such a membrane fouling suppression material to ensure a high water treatment capacity and can easily regenerate the membrane fouling suppression material with a simple procedure. An object is to provide a processing method.

本発明者等は上記課題を解決すべく、鋭意検討を行った結果、カチオン性基含有高分子化合物と特定の官能基を含む化合物との反応生成物を含むことにより、膜ファウリング抑制材が8.5〜15mmol/gのカチオン性基密度の領域を有する場合に、バイオポリマーに対して高い吸着性を示すとともに、洗浄流体と接触させることにより吸着したバイオポリマーを容易に溶離できることを見出し、本発明に至った。すなわち、本発明は、以下の態様[1]および好適な態様[2]〜[17]を提供するものである。
[1]カチオン性基含有高分子化合物(A)と、前記高分子化合物(A)のカチオン性基に対する反応性を有する少なくとも1つの官能基を含む化合物(B)とに基づく高分子化合物(C)を含み、カチオン性基密度が8.5〜15mmol/gである領域を有する膜ファウリング抑制材。
[2]前記高分子化合物(A)のカチオン性基が、アミノ基、イミノ基、アミジン基、グアニジノ基、イミダゾール基およびピリジル基からなる群から選択される少なくとも一種である、前記[1]に記載の膜ファウリング抑制材。
[3]前記高分子化合物(A)が、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン、ポリビニルアミン、ポリアミジン、ポリグアニジン、ポリアミノ酸、ポリピリジンおよびそれらの塩からなる群から選択される少なくとも一種である、前記[1]または[2]に記載の膜ファウリング抑制材。
[4]前記化合物(B)の官能基が、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、イソシアネート基、アルデヒド基、アゼチジン基およびカルボジイミド基からなる群から選択される少なくとも一種である、前記[1]〜[3]のいずれかに記載の膜ファウリング抑制材。
[5]前記化合物(B)は少なくとも1つのエポキシ基を有する化合物である、前記[1]〜[4]のいずれかに記載の膜ファウリング抑制材。
[6]親水性高分子化合物(D)をさらに含む、前記[1]〜[5]のいずれかに記載の膜ファウリング抑制材。
[7]前記高分子化合物(C)が前記親水性高分子化合物(D)中に分散している、前記[6]に記載の膜ファウリング抑制材。
[8]前記親水性高分子化合物(D)がエチレン−ビニルアルコール系共重合体である、前記[6]または[7]に記載の膜ファウリング抑制材。
[9]25℃水中における膨潤度が20〜500%である、前記[1]〜[8]のいずれかに記載の膜ファウリング抑制材。
[10]バイオポリマー吸着能を有する、前記[1]〜[9]のいずれかに記載の膜ファウリング抑制材。
[11]限外ろ過(UF)膜、精密ろ過(MF)膜、ナノろ過(NF)膜および逆浸透(RO)膜からなる群から選択される少なくとも1種の膜による水処理に用いるための、前記[1]〜[10]のいずれかに記載の膜ファウリング抑制材。
[12]被処理水を、前記[1]〜[11]のいずれかに記載の膜ファウリング抑制材に接触させ、被処理水に含まれる膜ファウリング原因物質を膜ファウリング抑制材に吸着させる工程を含む、水処理方法。
[13]前記被処理水が0.1質量%以上の塩類を含む、前記[12]に記載の水処理方法。
[14]前記[1]〜[11]のいずれかに記載の膜ファウリング抑制材を、被処理水と接触させた後、洗浄流体と接触させる工程を含む、膜ファウリング抑制材の再生方法。
[15]前記洗浄流体が金属イオン含有水溶液である、前記[14]に記載の膜ファウリング抑制材の再生方法。
[16]膜ファウリング抑制材に接触させた後の被処理水を、限外ろ過(UF)膜、精密ろ過(MF)膜、ナノろ過(NF)膜および逆浸透(RO)膜からなる群から選択される少なくとも1種の膜により膜ろ過する工程を含む、前記[12]に記載の水処理方法。
[17]前記[14]または[15]に記載の再生方法を含む、前記[12]または[16]に記載の水処理方法。
As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have found that a membrane fouling-suppressing material includes a reaction product of a cationic group-containing polymer compound and a compound containing a specific functional group. When it has a region of 8.5 to 15 mmol / g cationic group density, it is found that it exhibits high adsorptivity to the biopolymer and that the adsorbed biopolymer can be easily eluted by contacting with the cleaning fluid; The present invention has been reached. That is, the present invention provides the following embodiment [1] and preferred embodiments [2] to [17].
[1] A polymer compound (C) based on a cationic group-containing polymer compound (A) and a compound (B) containing at least one functional group having reactivity with the cationic group of the polymer compound (A) ) And a membrane fouling inhibitor having a region having a cationic group density of 8.5 to 15 mmol / g.
[2] In the above [1], the cationic group of the polymer compound (A) is at least one selected from the group consisting of an amino group, an imino group, an amidine group, a guanidino group, an imidazole group, and a pyridyl group. The film | membrane fouling suppression material of description.
[3] The above-mentioned [1], wherein the polymer compound (A) is at least one selected from the group consisting of polyethyleneimine, polyallylamine, polyvinylamine, polyamidine, polyguanidine, polyamino acid, polypyridine, and salts thereof. Or the film | membrane fouling suppression material as described in [2].
[4] The functional group of the compound (B) is an epoxy group, a carboxyl group, a halogen group, an acid anhydride group, an acid halide group, a formyl group, an N-chloroformyl group, a chloroformate group, an isocyanate group, or an aldehyde group. The film fouling suppressing material according to any one of [1] to [3], which is at least one selected from the group consisting of azetidine groups and carbodiimide groups.
[5] The film fouling suppression material according to any one of [1] to [4], wherein the compound (B) is a compound having at least one epoxy group.
[6] The film fouling suppression material according to any one of [1] to [5], further including a hydrophilic polymer compound (D).
[7] The film fouling suppressing material according to [6], wherein the polymer compound (C) is dispersed in the hydrophilic polymer compound (D).
[8] The film fouling suppression material according to [6] or [7], wherein the hydrophilic polymer compound (D) is an ethylene-vinyl alcohol copolymer.
[9] The film fouling suppressing material according to any one of [1] to [8], wherein the swelling degree in 25 ° C. water is 20 to 500%.
[10] The membrane fouling suppression material according to any one of [1] to [9], which has biopolymer adsorption ability.
[11] For use in water treatment by at least one membrane selected from the group consisting of an ultrafiltration (UF) membrane, a microfiltration (MF) membrane, a nanofiltration (NF) membrane and a reverse osmosis (RO) membrane The film fouling suppressing material according to any one of [1] to [10].
[12] The treated water is brought into contact with the membrane fouling suppressing material according to any one of [1] to [11], and the membrane fouling-causing substance contained in the treated water is adsorbed to the membrane fouling suppressing material. A water treatment method including a step of causing
[13] The water treatment method according to [12], wherein the water to be treated contains 0.1% by mass or more of salts.
[14] A method for regenerating a membrane fouling suppression material, comprising the step of bringing the membrane fouling suppression material according to any one of [1] to [11] into contact with water to be treated and then contacting with a cleaning fluid. .
[15] The method for regenerating a membrane fouling suppression material according to [14], wherein the cleaning fluid is a metal ion-containing aqueous solution.
[16] A group consisting of an ultrafiltration (UF) membrane, a microfiltration (MF) membrane, a nanofiltration (NF) membrane, and a reverse osmosis (RO) membrane for water to be treated after being brought into contact with the membrane fouling suppression material The water treatment method according to [12], including a step of membrane filtration with at least one membrane selected from
[17] The water treatment method according to [12] or [16], including the regeneration method according to [14] or [15].

本発明によれば、バイオポリマー等の膜ファウリング原因物質に対して優れた吸着性能を有しながらも、吸着した膜ファウリング原因物質を容易に溶離することができ、繰り返し再生利用を行うことができる膜ファウリング抑制材を提供することができる。また、そのような膜ファウリング抑制材を用いることにより、高い水処理能力を確保することができ、かつ、簡易な手順で膜ファウリング抑制材を再生することのできる水処理方法を提供できる。   According to the present invention, the adsorbed membrane fouling-causing substance can be easily eluted and reused repeatedly while having excellent adsorption performance for the membrane fouling-causing substances such as biopolymers. The film | membrane fouling suppression material which can be provided can be provided. Moreover, by using such a membrane fouling suppression material, a high water treatment capability can be ensured, and a water treatment method capable of regenerating the membrane fouling suppression material by a simple procedure can be provided.

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、本発明の範囲はここで説明する実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲で種々の変更をすることができる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. Note that the scope of the present invention is not limited to the embodiment described here, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

〔膜ファウリング抑制材〕
本発明の膜ファウリング抑制材は、カチオン性基含有高分子化合物(A)と、前記高分子化合物(A)のカチオン性基に対する反応性を有する少なくとも1つの官能基を含む化合物(B)とに基づく高分子化合物(C)を含む。
[Membrane fouling inhibitor]
The membrane fouling-suppressing material of the present invention includes a cationic group-containing polymer compound (A), and a compound (B) containing at least one functional group having reactivity with the cationic group of the polymer compound (A). The high molecular compound (C) based on this is included.

前記カチオン性基含有高分子化合物(A)(以下、「高分子化合物(A)」と称する場合がある)は、少なくとも1種のカチオン性基を含む高分子化合物である。前記カチオン性基としては、例えば、アミノ基(1級アミノ基、2級アミノ基および3級アミノ基)、イミノ基、アミジン基、グアニジノ基、イミダゾール基およびピリジル基等の窒素原子含有カチオン性基、スルホニウム基、ホスホニウム基などが挙げられる。これらは塩の状態で存在していても良い。また、高分子化合物(A)には、1種のカチオン性基が存在していてもよく、2種類以上の複数種のカチオン性基が存在していてもよい。中でも、反応性、汎用性などの観点から、高分子化合物(A)に含まれるカチオン性基は窒素原子含有カチオン性基であることが好ましく、アミノ基、イミノ基、アミジン基、グアニジノ基、イミダゾール基およびピリジル基からなる群から選択される基であることがより好ましく、アミノ基であることが特に好ましい。   The cationic group-containing polymer compound (A) (hereinafter sometimes referred to as “polymer compound (A)”) is a polymer compound containing at least one cationic group. Examples of the cationic groups include nitrogen atom-containing cationic groups such as amino groups (primary amino groups, secondary amino groups, and tertiary amino groups), imino groups, amidine groups, guanidino groups, imidazole groups, and pyridyl groups. , Sulfonium group, phosphonium group and the like. These may exist in a salt state. In the polymer compound (A), one type of cationic group may be present, or two or more types of cationic groups may be present. Among these, from the viewpoints of reactivity and versatility, the cationic group contained in the polymer compound (A) is preferably a nitrogen atom-containing cationic group, and is an amino group, imino group, amidine group, guanidino group, imidazole. A group selected from the group consisting of a group and a pyridyl group is more preferable, and an amino group is particularly preferable.

高分子化合物(A)は、後述するカチオン性基に対する反応性を有する少なくとも1つの官能基を含む化合物(B)との反応により生成される化合物が、特定のカチオン性基密度の領域を膜ファウリング抑制材において構成することができる限り特に限定されず、公知のカチオン性基を含む高分子化合物であってよい。高分子化合物(A)としては、例えば、典型元素から構成された化合物であってよく、炭素原子、水素原子、窒素原子、硫黄原子、リン原子および酸素原子からなる群から選択される原子で構成されていることが好ましく、炭素原子、水素原子、窒素原子および酸素原子からなる群から選択される原子で構成されていることがより好ましい。   In the polymer compound (A), the compound produced by the reaction with the compound (B) containing at least one functional group having reactivity with a cationic group described later is used in a membrane fouling region. It is not specifically limited as long as it can comprise in a ring suppression material, The high molecular compound containing a well-known cationic group may be sufficient. The polymer compound (A) may be, for example, a compound composed of typical elements, and is composed of atoms selected from the group consisting of carbon atoms, hydrogen atoms, nitrogen atoms, sulfur atoms, phosphorus atoms and oxygen atoms. It is preferable that it is composed of atoms selected from the group consisting of carbon atoms, hydrogen atoms, nitrogen atoms and oxygen atoms.

高分子化合物(A)としては、例えば、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン、ポリビニルアミン、ポリアミジン、ポリグアニジン、ポリアミノ酸、ポリピリジン、およびそれらの塩などが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、高分子化合物(A)は、前記高分子化合物を構成する繰り返し単位に対応する単量体が2種以上共重合した共重合体であってもよい。中でも、高分子化合物(A)は、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン、ポリビニルアミン、ポリアミジン、ポリグアニジン、ポリアミノ酸、ポリピリジンおよびそれらの塩からなる群から選択されることが好ましい。特に、入手が容易であり、また、アミノ基の密度が高く所望のカチオン性基密度に調整しやすいことから、高分子化合物(A)としては、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン、ポリビニルアミンがより好ましく、ポリエチレンイミンが特に好ましい。   Examples of the polymer compound (A) include polyethyleneimine, polyallylamine, polyvinylamine, polyamidine, polyguanidine, polyamino acid, polypyridine, and salts thereof. These may be used alone or in combination of two or more. The polymer compound (A) may be a copolymer obtained by copolymerizing two or more monomers corresponding to the repeating units constituting the polymer compound. Among them, the polymer compound (A) is preferably selected from the group consisting of polyethyleneimine, polyallylamine, polyvinylamine, polyamidine, polyguanidine, polyamino acid, polypyridine, and salts thereof. In particular, the polymer compound (A) is more preferably polyethyleneimine, polyallylamine, or polyvinylamine because it is easily available and has a high amino group density and is easily adjusted to a desired cationic group density. Polyethyleneimine is particularly preferred.

高分子化合物(A)の重量平均分子量(Mw)は、300〜3000000であることが好ましく、400〜300000であることがより好ましく、500〜200000であることがさらに好ましく、600〜150000であることが特に好ましい。なお、高分子化合物(A)の重量平均分子量は、例えばゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)を用いて求めることができる。   The weight average molecular weight (Mw) of the polymer compound (A) is preferably 300 to 3000000, more preferably 400 to 300000, still more preferably 500 to 200000, and 600 to 150,000. Is particularly preferred. In addition, the weight average molecular weight of a high molecular compound (A) can be calculated | required, for example using gel permeation chromatography (GPC).

高分子化合物(A)は、10〜30mmol/gのカチオン性基密度を有していることが好ましく、11〜28mmol/gのカチオン性基密度を有していることがより好ましい。カチオン性基の密度が10mmol/g未満の場合、被処理水(特に塩類を含む被処理水)でカチオン性基が協同的に機能できないため、バイオポリマーなどの分子サイズの大きな膜ファウリング原因物質の吸着率が不十分となり、ろ過膜の透水性が劣るおそれがある。30mmol/gを超える場合には、カチオン基含有高分子化合物の製造が困難となるおそれがある。
なお、本発明においてカチオン性基密度は、絶乾重量1gあたりのカチオン性基の含有量をいう。
The polymer compound (A) preferably has a cationic group density of 10 to 30 mmol / g, and more preferably has a cationic group density of 11 to 28 mmol / g. When the density of the cationic group is less than 10 mmol / g, the cationic group cannot function cooperatively in the water to be treated (especially, the water to be treated containing salts). The adsorption rate of the filter becomes insufficient, and the water permeability of the filtration membrane may be inferior. When it exceeds 30 mmol / g, it may be difficult to produce the cationic group-containing polymer compound.
In the present invention, the cationic group density refers to the content of cationic groups per gram of dry weight.

高分子化合物(A)のカチオン性基密度は、高分子化合物(A)を構成する繰り返し単位の分子量(M)(g/mol)あたりのカチオン性基数(N)に基づき、下記式に従い算出することができる。
カチオン性基密度=(N/M)×1000(mmol/g)
例えば、ポリエチレンイミンの場合、その構成単位となるアジリジンの組成式(C:分子量43.07)に基づきカチオン性基密度を算出することができる。すなわち、前記単位構造に存在するカチオン性基数(N)は1であり、カチオン性基密度は以下の式で算出することができる。
ポリエチレンイミンのカチオン性基密度=
(1/43.07)×1000(mmol/g)=23.218(mmol/g)
The cationic group density of the polymer compound (A) is calculated according to the following formula based on the number of cationic groups (N) per molecular weight (M) (g / mol) of the repeating units constituting the polymer compound (A). be able to.
Cationic group density = (N / M) × 1000 (mmol / g)
For example, in the case of polyethyleneimine, the cationic group density can be calculated based on the composition formula (C 2 H 5 N 1 : molecular weight 43.07) of aziridine as a constituent unit. That is, the number of cationic groups (N) present in the unit structure is 1, and the cationic group density can be calculated by the following formula.
Polyethyleneimine cationic group density =
(1 / 43.07) x 1000 (mmol / g) = 23.218 (mmol / g)

本発明において、前記高分子化合物(A)のカチオン性基に対する反応性を有する少なくとも1つの官能基を含む化合物(B)(以下、「化合物(B)」と称する場合がある)は、前記高分子化合物(A)に含まれるカチオン性基と反応し、結合することにより前記高分子化合物(A)のカチオン性基密度を制御し得る化合物である。このため、化合物(B)は、前記高分子化合物(A)に含まれるカチオン性基と反応性を有する少なくとも1つの官能基を含む。   In the present invention, the compound (B) containing at least one functional group having reactivity with the cationic group of the polymer compound (A) (hereinafter sometimes referred to as “compound (B)”) It is a compound that can control the cationic group density of the polymer compound (A) by reacting with and binding to the cationic group contained in the molecular compound (A). For this reason, the compound (B) contains at least one functional group having reactivity with the cationic group contained in the polymer compound (A).

本発明において、前記化合物(B)は、高分子化合物(A)に含まれるカチオン性基の種類や所望するカチオン性基密度等に応じて適宜決定すればよい。化合物(B)としては、前記高分子化合物(A)に含まれるカチオン性基と反応し、結合することにより前記高分子化合物(A)のカチオン性基密度を制御し得る化合物であり、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、イソシアネート基、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1種または2種以上の官能基を少なくとも1つ含む化合物が挙げられる。
エポキシ基含有化合物としては、例えば、アルキレンオキシド(例えばエチレンオキシド、プロピレンオキシドなど)、ハロアルキレンオキシド(例えばクロロプロピレンオキシドなど)、スチレンオキシド、エポキシアルケン(例えば1,3−ブタジエンモノエポキシドなど)、グリシドール、アルキルグリシジルエーテル(例えば、グリシジルメチルエーテル、i-プロピルグリシジルエーテル、n-プロピルグリシジルエーテル、t−ブチルグリシジルエーテル、i-ブチルグリシジルエーテル、など)、アリールグリシジルエーテル(例えば、フェニルグリシジルエーテルなど)、ベンジルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、グリシジルアルキレート(例えば、グリシジルメタクリレートなど)、安息香酸グリシジル、(ジアルコキシアルキルシリル)、ジエポキシアルカン(例えば、ジエポキシブタン、ジエポキシオクタンなど)、アルキレングリコールジグリシジルエーテル(例えば、エチレングリコールジグリシジルエーテルなど)、などが挙げられる。アルキル基やアリール基は適宜置換基を有していてもよい。
カルボキシル基を有する化合物としては、例えば、アルキルカルボン酸、アリールカルボン酸等が挙げられ、アルキル基やアリール基は適宜置換基を有していてもよい。
ハロゲン基を有する化合物としては、例えば、アルキルハライド、アリールハライド等が挙げられ、アルキル基やアリール基は適宜置換基を有していてもよい。
酸無水物基を有する化合物としては、例えば、アルキルカルボン酸無水物(例えば、無水酢酸など)、コハク酸無水物(例えば、アルキルコハク酸無水物、アルケニルコハク酸無水物、アリールコハク酸無水物など)、マレイン酸無水物(例えば、アルキルマレイン酸無水物、アリールマレイン酸無水物、など)、グルタル酸無水物、イタコン酸無水物、アリール酸無水物(例えば、安息香酸無水物など)、シクロアルカンテトラカルボン酸無水物、フタル酸無水物(例えば、アルキルフタル酸無水物など)、ピロメリット酸無水物などが挙げられる。アルキル基やアリール基は適宜置換基を有していてもよい。
酸ハライド基を有する化合物としては、例えば、アルキルカルボン酸ハロゲン化物、アリールカルボン酸ハロゲン化物などが挙げられ、アルキル基やアリール基は適宜置換基を有していてもよい。
ホルミル基を有する化合物としては、例えば、アルキルアルデヒド(例えば、アセトアルデヒド、ブチルアルデヒド、など)、アリールアルデヒド(例えば、フェニルアルデヒドなど)などが挙げられ、アルキル基やアリール基は適宜置換基を有していてもよい。
N−クロロホルミル基を有する化合物としては、例えば、N−クロロホルミルアルキルアミン(例えば、N−ブチルカルバモイルクロリドなど)、などが挙げられ、適宜置換基を有していてもよい。
クロロホーメイト基を有する化合物としては、例えば、アルキルクロロホーメイト(例えば、メチルクロロホーメイト、エチルクロロホーメイト、など)、アリールクロロホーメイト(例えば、フェニルクロロホーメイトなど)、などが挙げられ、アルキル基やアリール基は適宜置換基を有していてもよい。
イソシアネート基を有する化合物としては、例えば、アルキルイソシアネート(例えば、メチルイソシアネート、など)、アリールイソシアネート(例えば、フェニルイソシアネートなど)、などが挙げられ、アルキル基やアリール基は適宜置換基を有していてもよい。
アルデヒド基を有する化合物としては、例えば、アルキルアルデヒド(例えば、ホルムアルデヒド、ブチルアルデヒドなど)、アリールアルデヒド(例えば、フェニルアルデヒドなど)などが挙げられ、アルキル基やアリール基は適宜置換基を有していてもよい(例えば、グルタルアルデヒドなど)。
アゼチジン基を有する化合物としては、例えば、アルキルアゼチジン(例えば、メチルアゼチジンなど)、アリールアゼチジン(例えば、フェニルアゼチジンなど)などが挙げられ、アルキル基やアリール基は適宜置換基を有していてもよい。
カルボジイミド基を有する化合物としては、例えば、アルキルカルボジイミド(例えば、N,N−ビスメチルカルボジイミドなど)、アリールカルボジイミド(例えば、N,N−ビスフェニルカルボジイミドなど)などが挙げられ、アルキル基やアリール基は適宜置換基を有していてもよい。これらの化合物(B)は、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
In the present invention, the compound (B) may be appropriately determined according to the kind of the cationic group contained in the polymer compound (A), the desired cationic group density, and the like. The compound (B) is a compound that can control the cationic group density of the polymer compound (A) by reacting with and binding to the cationic group contained in the polymer compound (A), for example, One selected from epoxy group, carboxyl group, halogen group, acid anhydride group, acid halide group, formyl group, N-chloroformyl group, chloroformate group, isocyanate group, aldehyde group, azetidine group, carbodiimide group, etc. Or the compound containing at least 1 of 2 or more types of functional groups is mentioned.
Examples of the epoxy group-containing compound include alkylene oxide (eg, ethylene oxide, propylene oxide), haloalkylene oxide (eg, chloropropylene oxide), styrene oxide, epoxy alkene (eg, 1,3-butadiene monoepoxide), glycidol, Alkyl glycidyl ether (eg, glycidyl methyl ether, i-propyl glycidyl ether, n-propyl glycidyl ether, t-butyl glycidyl ether, i-butyl glycidyl ether, etc.), aryl glycidyl ether (eg, phenyl glycidyl ether), benzyl Glycidyl ether, allyl glycidyl ether, glycidyl alkylate (eg glycidyl methacrylate), glycidyl benzoate, Alkoxyalkylsilyl), diepoxyalkanes (eg, diepoxybutane, diepoxyoctane, etc.), alkylene glycol diglycidyl ethers (eg, ethylene glycol diglycidyl ether), and the like. The alkyl group and aryl group may have a substituent as appropriate.
Examples of the compound having a carboxyl group include an alkyl carboxylic acid and an aryl carboxylic acid, and the alkyl group and the aryl group may have a substituent as appropriate.
Examples of the compound having a halogen group include an alkyl halide and an aryl halide, and the alkyl group and the aryl group may have a substituent as appropriate.
Examples of the compound having an acid anhydride group include alkyl carboxylic acid anhydrides (for example, acetic anhydride), succinic anhydrides (for example, alkyl succinic anhydride, alkenyl succinic anhydride, aryl succinic anhydride, etc. ), Maleic anhydride (eg, alkyl maleic anhydride, arylmaleic anhydride, etc.), glutaric anhydride, itaconic anhydride, aryl acid anhydride (eg, benzoic anhydride), cycloalkane Examples thereof include tetracarboxylic acid anhydride, phthalic acid anhydride (for example, alkylphthalic acid anhydride), pyromellitic acid anhydride, and the like. The alkyl group and aryl group may have a substituent as appropriate.
Examples of the compound having an acid halide group include alkyl carboxylic acid halides and aryl carboxylic acid halides, and the alkyl group and aryl group may have a substituent as appropriate.
Examples of the compound having a formyl group include alkyl aldehydes (for example, acetaldehyde, butyraldehyde, etc.), aryl aldehydes (for example, phenyl aldehyde, etc.), and the alkyl group and aryl group appropriately have a substituent. May be.
Examples of the compound having an N-chloroformyl group include N-chloroformylalkylamine (for example, N-butylcarbamoyl chloride) and the like, which may have a substituent as appropriate.
Examples of the compound having a chloroformate group include alkyl chloroformate (for example, methyl chloroformate, ethyl chloroformate, etc.), aryl chloroformate (for example, phenyl chloroformate, etc.), and the like. The alkyl group and aryl group may have a substituent as appropriate.
Examples of the compound having an isocyanate group include alkyl isocyanate (for example, methyl isocyanate), aryl isocyanate (for example, phenyl isocyanate), and the like. The alkyl group or aryl group has a substituent as appropriate. Also good.
Examples of the compound having an aldehyde group include alkyl aldehyde (for example, formaldehyde, butyraldehyde, etc.), aryl aldehyde (for example, phenyl aldehyde, etc.), and the alkyl group and aryl group have a substituent as appropriate. (Eg, glutaraldehyde).
Examples of the compound having an azetidine group include alkyl azetidine (for example, methyl azetidine) and aryl azetidine (for example, phenyl azetidine), and the alkyl group and the aryl group appropriately have a substituent. It may be.
Examples of the compound having a carbodiimide group include alkyl carbodiimide (for example, N, N-bismethylcarbodiimide), aryl carbodiimide (for example, N, N-bisphenylcarbodiimide), and the like. You may have a substituent suitably. These compounds (B) may be used alone or in combination of two or more.

本発明において、カチオン性基との反応性の観点から、化合物(B)は、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、イソシアネート基、アルデヒド基、アゼチジン基およびカルボジイミド基からなる群から選択される少なくとも1種の官能基を1つ以上含む化合物であることが好ましく、エポキシ基、ハロゲン基、酸無水物基、酸ハライド基、ホルミル基、イソシアネート基、アゼチジン基およびカルボジイミド基からなる群から選択される少なくとも1種の官能基を1つ以上含む化合物であることがより好ましい。中でも、化合物の安定性と取り扱い性の観点から、化合物(B)がエポキシ基を含む化合物であることがさらに好ましい。なお、化合物(B)は、当該分野で公知の方法により調製したものを用いてもよく、市販されている製品を用いてもよい。   In the present invention, from the viewpoint of reactivity with a cationic group, the compound (B) comprises an epoxy group, a carboxyl group, a halogen group, an acid anhydride group, an acid halide group, a formyl group, an N-chloroformyl group, a chlorophore. It is preferably a compound containing at least one functional group selected from the group consisting of a mate group, an isocyanate group, an aldehyde group, an azetidine group, and a carbodiimide group, an epoxy group, a halogen group, an acid anhydride group, More preferably, it is a compound containing at least one functional group selected from the group consisting of an acid halide group, a formyl group, an isocyanate group, an azetidine group and a carbodiimide group. Among these, from the viewpoint of the stability and handleability of the compound, the compound (B) is more preferably a compound containing an epoxy group. In addition, as the compound (B), a compound prepared by a method known in the art may be used, or a commercially available product may be used.

本発明の膜ファウリング抑制材は、前記高分子化合物(A)と化合物(B)とに基づく高分子化合物(C)(以下、「高分子化合物(C)」と称する場合がある)を含む。本発明において、高分子化合物(A)と化合物(B)とに基づく高分子化合物とは、高分子化合物(A)と化合物(B)との反応生成物であり、高分子化合物(A)に含まれるカチオン性基と化合物(B)に含まれる前記官能基とが反応し、高分子化合物(A)のカチオン性基部分において化合物(B)が結合した高分子化合物を意味する。本発明において、膜ファウリング抑制材が有する特定のカチオン性基密度の領域は、主にこの高分子化合物(C)のカチオン性基密度に由来するため、高分子化合物(C)は、通常、高分子化合物(A)の一部のカチオン性基部分に化合物(B)結合した高分子化合物である。例えば、高分子化合物(A)がポリエチレンイミンであり、化合物(B)がグリシドールである場合、前記高分子化合物(C)は、ポリエチレンイミンの少なくとも一部のアミノ基にグリシドールが付加反応により結合した高分子化合物となる。例えば、ポリエチレンイミンに含まれる2級アミンにグリシドールが付加した場合、その部分の構造は下記式で示し得るが、ポリエチレンイミンはアジリジンの重合体であり、1級アミン、2級アミンおよび3級アミンが含まれるため、実際にはこれらの各アミンにグリシドールが付加し得る。   The membrane fouling-suppressing material of the present invention includes a polymer compound (C) (hereinafter sometimes referred to as “polymer compound (C)”) based on the polymer compound (A) and the compound (B). . In the present invention, the polymer compound based on the polymer compound (A) and the compound (B) is a reaction product of the polymer compound (A) and the compound (B). It means a polymer compound in which the compound (B) is bonded to the cationic group portion of the polymer compound (A) by reacting the contained cationic group with the functional group contained in the compound (B). In the present invention, the specific cationic group density region of the membrane fouling inhibitor is mainly derived from the cationic group density of the polymer compound (C). Therefore, the polymer compound (C) is usually This is a polymer compound in which the compound (B) is bonded to a part of the cationic group of the polymer compound (A). For example, when the polymer compound (A) is polyethyleneimine and the compound (B) is glycidol, the polymer compound (C) has glycidol bonded to at least a part of amino groups of polyethyleneimine by an addition reaction. It becomes a polymer compound. For example, when glycidol is added to a secondary amine contained in polyethyleneimine, the structure of the moiety can be represented by the following formula, but polyethyleneimine is a polymer of aziridine and is a primary amine, secondary amine, and tertiary amine. In fact, glycidol can be added to each of these amines.

Figure 2017094259
Figure 2017094259

本発明の膜ファウリング抑制材に含まれる前記高分子化合物(C)としては、例えば、ポリエチレンイミンとグリシドールとに基づく化合物、ポリエチレンイミンとグリシジルメチルエーテルに基づく化合物、ポリエチレンイミンとイソプロピルグリシジルエーテルに基づく化合物、ポリエチレンイミンとt−ブチルグリシジルエーテルに基づく化合物、ポリエチレンイミンとエチレングリコールジグリシジルエーテルとに基づく化合物、ポリアリルアミンとエチレングリコールジグリシジルエーテルに基づく化合物等が挙げられる。中でも、ポリアミンの親水性を低下させない観点から、高分子化合物(C)がポリエチレンイミンとグリシドールに基づく化合物、ポリエチレンイミンとエチレングリコールジグリシジルエーテルとに基づく化合物であることが好ましい。
本発明の膜ファウリング抑制材は、高分子化合物(A)と化合物(B)とに基づく化合物として、1種のみを含んでいてもよく、2種以上を組み合わせて含んでいてもよい。
Examples of the polymer compound (C) contained in the membrane fouling-suppressing material of the present invention include a compound based on polyethyleneimine and glycidol, a compound based on polyethyleneimine and glycidylmethyl ether, and based on polyethyleneimine and isopropylglycidyl ether. Examples thereof include compounds, compounds based on polyethyleneimine and t-butyl glycidyl ether, compounds based on polyethyleneimine and ethylene glycol diglycidyl ether, compounds based on polyallylamine and ethylene glycol diglycidyl ether, and the like. Among these, from the viewpoint of not reducing the hydrophilicity of the polyamine, the polymer compound (C) is preferably a compound based on polyethyleneimine and glycidol, or a compound based on polyethyleneimine and ethylene glycol diglycidyl ether.
The membrane fouling suppressing material of the present invention may contain only one type of compound based on the polymer compound (A) and the compound (B), or may contain two or more types in combination.

高分子化合物(C)は、例えば、イオン交換水やイソプロパノール中に溶解させた高分子化合物(A)に化合物(B)を添加し、混合することにより調製することができる。高分子化合物(A)および化合物(B)の配合量や混合比率、および溶媒の種類は、用いる高分子化合物(A)および化合物(B)の種類等に応じて、後述する本発明の膜ファウリング抑制材が有する所望のカチオン性基密度を得られるように適宜決定すればよい。   The polymer compound (C) can be prepared, for example, by adding the compound (B) to the polymer compound (A) dissolved in ion-exchanged water or isopropanol and mixing them. The blending amount and mixing ratio of the polymer compound (A) and the compound (B), and the type of the solvent are determined according to the type of the polymer compound (A) and the compound (B) to be used. What is necessary is just to determine suitably so that the desired cationic group density which a ring inhibitor has may be obtained.

本発明の膜ファウリング抑制材は、カチオン性基密度が8.5〜15mmol/gである領域を有する。カチオン性基密度が8.5〜15mmol/gである領域を有することにより、本発明の膜ファウリング抑制材は、膜ファウリング原因物質、特にバイオポリマーに対する高い吸着性を有しながら、膜ファウリング原因物質を吸着後には、洗浄流体と接触させることにより容易に膜ファウリング原因物質を溶離することができ、膜ファウリング抑制材の繰り返しの再生利用を可能にする。本発明の膜ファウリング抑制材は、好ましくは8.6〜14mmol/gの、特に好ましくは8.7〜13mmol/gのカチオン性基密度を有する領域を有する。   The membrane fouling suppressing material of the present invention has a region where the cationic group density is 8.5 to 15 mmol / g. By having a region in which the cationic group density is 8.5 to 15 mmol / g, the membrane fouling suppressing material of the present invention has high adsorptivity to membrane fouling-causing substances, particularly biopolymers, and membrane fouling. After adsorbing the ring-causing substance, the membrane fouling-causing substance can be easily eluted by contacting with the cleaning fluid, and the membrane fouling suppressing material can be repeatedly recycled. The membrane fouling suppressing material of the present invention preferably has a region having a cationic group density of 8.6 to 14 mmol / g, particularly preferably 8.7 to 13 mmol / g.

前記特定のカチオン性基密度を有する領域は膜ファウリング抑制材に含まれるカチオン性基を有する全ての化合物に由来する。すなわち、一実施態様において、本発明の膜ファウリング抑制材は、高分子化合物(C)のカチオン性基密度が8.5〜15mmol/gである領域を有する。したがって、例えば、膜ファウリング抑制材に含まれるカチオン性基を有する化合物が1種の高分子化合物(C)のみである場合、該高分子化合物(C)は8.5〜15mmol/gのカチオン性基密度を有することになる。また、互いに相溶する複数種の高分子化合物(C)が含まれる場合には、それらが完全に相溶した状態で8.5〜15mmol/gのカチオン性基密度を有することになる。   The area | region which has the said specific cationic group density originates in all the compounds which have a cationic group contained in a membrane fouling suppression material. That is, in one embodiment, the membrane fouling inhibitor of the present invention has a region where the cationic group density of the polymer compound (C) is 8.5 to 15 mmol / g. Therefore, for example, when the compound having a cationic group contained in the membrane fouling suppressing material is only one kind of polymer compound (C), the polymer compound (C) is 8.5 to 15 mmol / g of cation. It has a sex group density. When a plurality of polymer compounds (C) that are compatible with each other are included, they have a cationic group density of 8.5 to 15 mmol / g when they are completely compatible.

本発明の膜ファウリング抑制材において、互いに相溶しない複数種の高分子化合物(C)が含まれる場合、全高分子化合物(C)に対する前記特定のカチオン性基密度を有する高分子化合物(C)の含有量の割合は、70質量%以上であることが好ましく、80質量%以上であることがより好ましく、90質量%以上であることがさらに好ましい。全高分子化合物(C)に対して前記特定のカチオン性基密度を有する高分子化合物(C)を前記範囲で含有させることにより、膜ファウリング抑制材の膜ファウリング原因物質に対する吸着性を高めることができる。   In the membrane fouling-suppressing material of the present invention, when a plurality of polymer compounds (C) that are incompatible with each other are contained, the polymer compound (C) having the specific cationic group density relative to the total polymer compound (C) The content ratio is preferably 70% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, and further preferably 90% by mass or more. Increasing the adsorptivity of the membrane fouling inhibitor to the membrane fouling-causing substance by containing the polymer compound (C) having the specific cationic group density in the above range with respect to the total polymer compound (C). Can do.

高分子化合物(C)のカチオン性基密度は、主に高分子化合物(A)の種類〔高分子化合物(A)のカチオン性基密度〕および化合物(B)の付加量等に関連して決まる。具体的には、高分子化合物(A)Xgに化合物(B)Xgを付加して生成された高分子化合物(C)のカチオン性基密度は、下記式に従い算出することができる。
高分子化合物(C)のカチオン性基密度(mmol/g)=
高分子化合物(A)のカチオン性基密度×X/(X+X
したがって、例えば、カチオン性基密度が23.2mmol/gであるポリエチレンイミン20gにグリシドール10gを付加した場合、カチオン性基密度は下記計算から算出することができ、約15.5mmol/gとなる。
高分子化合物(C)のカチオン性基密度=
23.2×20/(20+10)=15.46(mmol/g)
The cationic group density of the polymer compound (C) is determined mainly in relation to the type of the polymer compound (A) [cationic group density of the polymer compound (A)] and the addition amount of the compound (B). . Specifically, the cationic group density of the polymer compound (A) X A g to Compound (B) X B g additional polymerized compounds produced by (C) can be calculated according to the following formula .
Cationic group density (mmol / g) of polymer compound (C) =
Cationic group density of polymer compound (A) × X A / (X A + X B )
Therefore, for example, when 10 g of glycidol is added to 20 g of polyethyleneimine having a cationic group density of 23.2 mmol / g, the cationic group density can be calculated from the following calculation, which is about 15.5 mmol / g.
Cationic group density of polymer compound (C) =
23.2 × 20 / (20 + 10) = 15.46 (mmol / g)

カチオン性基密度は、高分子化合物(A)のカチオン性基密度の算出方法として上述したようにカチオン性基を有する化合物の骨格構造に基づき算出することができるが、カチオン性基を有する化合物の骨格構造が不明であったり複雑であったりする場合、およびカチオン性基を有する化合物が複数種含まれる場合には、以下の手順により算出することができる。例えば、所定量の膜ファウリング抑制材を、4%のNaOH水溶液に添加し、攪拌後、カチオン性基をOH型カチオン性基に交換する。次いで、OH型に交換後の抑制材をイオン交換水で十分に洗浄した後、この抑制材を4%のHCl水溶液に添加し、攪拌後、カチオン性基をCl型カチオン性基に交換する。交換後の抑制材をイオン交換水で十分に洗浄した後、該抑制材の断面を切り出し、所定のサイズを有する切片を作製する。該切片を、透過型電子顕微鏡(TEM)−エネルギー分散型X線分光法(EDX)(例えば、JEOL製JEM−2100F、JED−2300T)により分析し、Clをマッピングした際に、Clの分布が均一であれば任意の5点を、相分離構造であれば高密度相をランダムに5点選択し、Cl/Cモル比を算出する。 The cationic group density can be calculated based on the skeleton structure of the compound having a cationic group as described above as a method for calculating the cationic group density of the polymer compound (A). When the skeleton structure is unknown or complicated, and when a plurality of compounds having a cationic group are contained, the calculation can be performed by the following procedure. For example, a predetermined amount of a membrane fouling suppressing material is added to a 4% NaOH aqueous solution, and after stirring, the cationic group is exchanged with an OH - type cationic group. Next, the inhibitor after the exchange to the OH type is thoroughly washed with ion exchange water, and then this inhibitor is added to a 4% HCl aqueous solution. After stirring, the cationic group is exchanged with the Cl type cationic group. To do. After thoroughly exchanging the suppressor with ion-exchanged water, the cross-section of the suppressor is cut out to produce a section having a predetermined size. The section was analyzed by transmission electron microscope (TEM) -energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) (for example, JEM-2100F, JED-2300T manufactured by JEOL), and when Cl was mapped, the distribution of Cl If it is uniform, arbitrary 5 points are selected, and if it is a phase-separated structure, 5 high-density phases are selected at random, and the Cl / C molar ratio is calculated.

膜ファウリング抑制材試料中の、炭素原子以外の元素については、上述した5点(または選択部位に相当する5点)において各原子の炭素原子に対するモル比を把握し、これらのモル比に基づいて単位分子量当たりのカチオン性基密度を下記式により算出してもよい。
カチオン性基密度=
1/[(1/X)×(炭素原子の原子量)+{(炭素原子に対する対象原子のモル比)×(対象原子の原子量)の総和}]
Regarding the elements other than carbon atoms in the membrane fouling suppression material sample, the molar ratio of each atom to carbon atom is grasped at the above-mentioned 5 points (or 5 points corresponding to the selected site), and based on these molar ratios. The cationic group density per unit molecular weight may be calculated by the following formula.
Cationic group density =
1 / [(1 / X) × (atomic weight of carbon atom) + {(total ratio of target atom to carbon atom) × (atomic weight of target atom)}]

炭素原子以外の元素については、炭素原子に対する対象原子のモル比を算出することが可能であれば各種分析方法を利用してもよく、例えば、上述のTEM−EDX以外にも、質量分析、赤外吸収スペクトル、ラマン散乱スペクトル、NMRなどの各種分析により、炭素原子に対する対象原子のモル比を決定してもよい。   For elements other than carbon atoms, various analysis methods may be used as long as the molar ratio of the target atom to carbon atoms can be calculated. For example, in addition to TEM-EDX, mass spectrometry, red You may determine the molar ratio of the object atom with respect to a carbon atom by various analyzes, such as an external absorption spectrum, a Raman scattering spectrum, and NMR.

例えば、Cl/Cモル比がXであり、N/Cモル比がYであり、O/Cモル比がZであり、H/Cモル比がWである場合、カチオン性基密度は、下記式で概算することが可能である。
カチオン性基密度=
1/{(1/X)×C+(Y/X)×C+(Z/X)×C+(W/X)×C}×1000
(式中、Cは炭素原子の原子量、Cは窒素原子の原子量、Cは酸素原子の原子量、Cは水素原子の原子量)
で概算することが可能である。
For example, when the Cl / C molar ratio is X, the N / C molar ratio is Y, the O / C molar ratio is Z, and the H / C molar ratio is W, the cationic group density is It can be approximated by a formula.
Cationic group density =
1 / {(1 / X) × C C + (Y / X) × C N + (Z / X) × C O + (W / X) × C H } × 1000
(Wherein C C is the atomic weight of the carbon atom, C N is the atomic weight of the nitrogen atom, C 2 O is the atomic weight of the oxygen atom, and C H is the atomic weight of the hydrogen atom)
It is possible to estimate with.

なお、Clの分布が均一である場合、膜ファウリング抑制材のイオン交換容量を利用して、カチオン性基密度を下記式により算出して、代替値としてもよい。
カチオン性基密度=イオン交換容量(meq/ml)×体積当たりの樹脂絶乾重量(ml/g)
When the distribution of Cl is uniform, the cationic group density may be calculated by the following formula using the ion exchange capacity of the membrane fouling suppression material, and may be used as an alternative value.
Cationic group density = ion exchange capacity (meq / ml) × resin dry weight per volume (ml / g)

本発明においては、例えば、前記高分子化合物(C)のカチオン性基密度を制御することにより所望するカチオン性基密度の領域を膜ファウリング抑制材にもたらすことができる。上述したように高分子化合物(C)のカチオン性基密度は、主に高分子化合物(A)の種類および化合物(B)の付加量等に関連して決まるため、これらを適宜調整することにより所望のカチオン性基密度に制御することができる。   In the present invention, for example, by controlling the cationic group density of the polymer compound (C), it is possible to bring a desired cationic group density region to the membrane fouling suppressing material. As described above, the cationic group density of the polymer compound (C) is determined mainly in relation to the type of the polymer compound (A) and the amount of the compound (B) added. The desired cationic group density can be controlled.

本発明の膜ファウリング抑制材は、前記高分子化合物(C)を含み、カチオン性基密度が8.5〜15mmol/gである領域を少なくとも一部に有している限りその形態は特に限定されるものではない。例えば、前記高分子化合物(C)自体が単体として膜ファウリング抑制材を構成していてもよい。そのような膜ファウリング抑制材としては、例えば、高分子化合物(C)を含む液体または固体を架橋などにより不溶化したものであってもよい。この場合の架橋は公知の方法により行うことができ、例えば、後述する架橋剤を用いて行うことができる。   The form of the membrane fouling-suppressing material of the present invention is particularly limited as long as it contains the polymer compound (C) and has at least part of a region having a cationic group density of 8.5 to 15 mmol / g. Is not to be done. For example, the polymer compound (C) itself may constitute a membrane fouling suppressing material as a simple substance. As such a membrane fouling suppressing material, for example, a liquid or solid containing the polymer compound (C) may be insolubilized by crosslinking or the like. In this case, the crosslinking can be performed by a known method, for example, using a crosslinking agent described later.

また、本発明の膜ファウリング抑制材は、前記高分子化合物(C)と他の成分(物質)とから構成されていてもよい。この場合、その形態としては、例えば所定のカチオン性基密度を達成できる範囲で、高分子化合物(C)と他の成分の混合物であってもよく、基材となる他の成分に高分子化合物(C)が導入されたものであってもよい。本発明の膜ファウリング抑制材が含み得る他の成分としては、高分子化合物(C)と組み合わせることができる限り特に限定されるものではなく、例えば、無機系成分であってもよく、有機系成分であってもよい。   Moreover, the film | membrane fouling suppression material of this invention may be comprised from the said high molecular compound (C) and another component (substance). In this case, the form may be, for example, a mixture of the polymer compound (C) and other components as long as a predetermined cationic group density can be achieved. (C) may be introduced. Other components that can be included in the membrane fouling suppressing material of the present invention are not particularly limited as long as they can be combined with the polymer compound (C), and may be inorganic components, for example, organic It may be a component.

前記無機系成分としては、例えば、シリカ、アルミナ、ヒドロキシアパタイト、クレイ、モレキュラーシーブスなどが挙げられる。これらは、単独でまたは2種以上を組み合わせて用いてもよい。無機系成分としてはシリカがより好ましい。無機系成分を用いる場合、例えば、基材としての無機系成分に塗布または含浸等により高分子化合物(C)を導入することができる。また、必要に応じてシランカップリング剤や架橋剤などを用いて、高分子化合物(C)を無機系成分に対して化学結合により固定してもよい。   Examples of the inorganic component include silica, alumina, hydroxyapatite, clay, molecular sieves, and the like. You may use these individually or in combination of 2 or more types. Silica is more preferable as the inorganic component. When an inorganic component is used, for example, the polymer compound (C) can be introduced into the inorganic component as a base material by coating or impregnation. Moreover, you may fix a high molecular compound (C) with a chemical bond with respect to an inorganic type component using a silane coupling agent, a crosslinking agent, etc. as needed.

前記有機系成分としては、例えば、各種有機高分子化合物が挙げられ、前記有機高分子化合物は、疎水性高分子化合物または親水性高分子化合物のいずれであってもよい。   Examples of the organic component include various organic polymer compounds, and the organic polymer compound may be either a hydrophobic polymer compound or a hydrophilic polymer compound.

本発明において、疎水性高分子化合物は、凝集エネルギー密度(Ecoh)とモル分子容(V)を用いた式:δ=[ΣEcoh/ΣV]1/2に従い、Fedorの推算法により算出された溶解度パラメータ(δ)が22未満である高分子化合物を意味する。このような疎水性高分子化合物としては、例えば、ポリスチレンなどのスチレン系高分子化合物;ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系高分子化合物;ポリメタクリル酸メチルなどのポリ(メタ)アクリル酸エステル;ポリスルホン、ポリエーテルスルホンなどのポリスルホン系高分子化合物;ポリフッ化ビニリデンなどのハロゲン系ビニルポリマーなどが挙げられる。これらの疎水性高分子化合物は、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。疎水性高分子化合物としては、スチレン系高分子化合物およびポリ(メタ)アクリル酸エステルが好ましい。 In the present invention, the hydrophobic polymer compound has a solubility calculated by the Fedor's estimation method according to the formula using cohesive energy density (Ecoh) and molar molecular volume (V): δ = [ΣEcoh / ΣV] 1/2. It means a polymer compound having a parameter (δ) of less than 22. Examples of such hydrophobic polymer compounds include styrene polymer compounds such as polystyrene; polyolefin polymer compounds such as polyethylene and polypropylene; poly (meth) acrylate esters such as polymethyl methacrylate; polysulfone and poly Examples thereof include polysulfone-based polymer compounds such as ether sulfones; halogen-based vinyl polymers such as polyvinylidene fluoride. These hydrophobic polymer compounds may be used alone or in combination of two or more. As the hydrophobic polymer compound, styrene polymer compounds and poly (meth) acrylic acid esters are preferable.

前記疎水性高分子化合物の重量平均分子量は、化合物の種類に応じて適宜選択すればよいが、例えば、少なくとも5000以上(例えば、5000〜100000)であってもよく、例えば10000以上であってもよい。なお、疎水性高分子化合物の重量平均分子量は、例えばゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)を用いて求めることができる。   The weight average molecular weight of the hydrophobic polymer compound may be appropriately selected according to the type of the compound, and may be, for example, at least 5000 or more (for example, 5000 to 100,000), for example, 10,000 or more. Good. The weight average molecular weight of the hydrophobic polymer compound can be determined using, for example, gel permeation chromatography (GPC).

本発明において、親水性高分子化合物は、溶解度パラメータ(δ)が22以上である高分子化合物を意味する。このような親水性高分子化合物は、特に多糖類やタンパク質などのバイオポリマーに対する吸着性に優れているため、本発明の膜ファウリング抑制材は、前記高分子化合物(C)に加えて親水性高分子化合物(以下、「親水性高分子化合物(D)」と称する場合がある)を含むことが好ましい。本発明においては、前記溶解度パラメータ(δ)が23以上である親水性高分子化合物を含むことがより好ましく、さらに好ましくは24以上、特に好ましくは25以上の溶解度パラメータ(δ)を有する親水性高分子化合物を含む。   In the present invention, the hydrophilic polymer compound means a polymer compound having a solubility parameter (δ) of 22 or more. Since such a hydrophilic polymer compound is particularly excellent in adsorptivity to biopolymers such as polysaccharides and proteins, the membrane fouling suppressing material of the present invention is hydrophilic in addition to the polymer compound (C). It preferably contains a polymer compound (hereinafter sometimes referred to as “hydrophilic polymer compound (D)”). In the present invention, it is more preferable to include a hydrophilic polymer compound having a solubility parameter (δ) of 23 or more, more preferably 24 or more, and particularly preferably 25 or more. Includes molecular compounds.

親水性高分子化合物(D)としては、前記範囲の溶解度パラメータ(δ)を有するものであり、例えば、親水性高分子化合物を構成する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化合物が挙げられる。   The hydrophilic polymer compound (D) has a solubility parameter (δ) in the above range. For example, a hydroxyl group, an ether group, a cationic group, an anionic property in a repeating unit constituting the hydrophilic polymer compound. And a polymer compound having a hydrophilic group such as a group or an amide group.

親水性高分子化合物(D)としては、例えば、ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール系共重合体、ポリビニルアセタール(例えば、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ブチルアルデヒドなどの各種アルデヒド類によるポリビニルアルコールアセタール化物)等の酢酸ビニル誘導体ポリマー;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;ポリアクリロニトリル;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、ポリマレイン酸およびポリアミック酸等のアニオン性ポリマー;フェノール樹脂;ポリアミド;ポリビニルピロリドン;セルロース誘導体;デキストリンおよびキチン等が挙げられる。
これらのポリマーは、他のコモノマー単位(例えば、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、アルデヒド基また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。
Examples of the hydrophilic polymer compound (D) include acetic acid such as polyvinyl alcohol, ethylene-vinyl alcohol copolymer, polyvinyl acetal (for example, polyvinyl alcohol acetalized products with various aldehydes such as formaldehyde, acetaldehyde, butyraldehyde). Polyvinylalkyl alcohol; Polyalkylene glycol; Polyvinylalkyl ether; Polyalkylene oxide; Poly (meth) acrylamide; Polyacrylonitrile; Polystyrene sulfonic acid, polyvinyl sulfate, poly (meth) acrylic acid, polymaleic acid and polyamic acid, etc. Anionic polymer; phenol resin; polyamide; polyvinyl pyrrolidone; cellulose derivative; dextrin and chitin.
These polymers may have other comonomer units (for example, monomer units having unsaturated carboxylic acid units such as maleic acid, itaconic acid, acrylic acid, silanol groups, aldehyde groups, or sulfonic acid groups). .

特に好ましい親水性高分子化合物(D)としては、ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール系共重合体、ポリビニルアセタール(例えば、ポリビニルホルマール、ポリビニルブチラール)、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、アニオン性ポリマー、フェノール樹脂、ポリビニルピロリドン、デキストリンおよびキチンが挙げられる。中でも、ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール系共重合体およびポリビニルアセタールがより好ましく、ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール系共重合体およびポリビニルホルマールが特に好ましい。耐水性を有するだけでなく、耐久性、成形性および親水性に優れる観点から、親水性高分子化合物(D)としてはエチレン−ビニルアルコール系共重合体が最も好ましい。   Particularly preferred hydrophilic polymer compounds (D) include polyvinyl alcohol, ethylene-vinyl alcohol copolymer, polyvinyl acetal (for example, polyvinyl formal, polyvinyl butyral), polyvinyl alkyl alcohol, polyalkylene glycol, polyvinyl alkyl ether, poly Examples include alkylene oxides, anionic polymers, phenolic resins, polyvinyl pyrrolidone, dextrin and chitin. Among them, polyvinyl alcohol, ethylene-vinyl alcohol copolymer and polyvinyl acetal are more preferable, and polyvinyl alcohol, ethylene-vinyl alcohol copolymer and polyvinyl formal are particularly preferable. From the viewpoint of not only water resistance but also excellent durability, moldability and hydrophilicity, the hydrophilic polymer compound (D) is most preferably an ethylene-vinyl alcohol copolymer.

前記親水性高分子化合物(D)の重量平均分子量は、化合物の種類に応じて適宜選択すればよいが、例えば、少なくとも5000以上(例えば、5000〜100000)であってもよく、例えば10000以上であってもよい。なお、親水性高分子化合物(D)の重量平均分子量は、例えばゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)を用いて求めることができる。   The weight average molecular weight of the hydrophilic polymer compound (D) may be appropriately selected according to the type of the compound, and may be, for example, at least 5000 or more (for example, 5000 to 100,000), for example, 10,000 or more. There may be. In addition, the weight average molecular weight of hydrophilic polymer compound (D) can be calculated | required, for example using gel permeation chromatography (GPC).

本発明の膜ファウリング抑制材が、親水性高分子化合物(D)としてポリビニルアルコールを含む場合、その分子量に関しては粘度平均重合度で規定してもよく、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。膜ファウリング抑制材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ことが好ましく、その場合、例えば、粘度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程度である。また、ポリビニルアルコールのけん化度は、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。特に膜ファウリング抑制材の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。   When the membrane fouling suppressing material of the present invention contains polyvinyl alcohol as the hydrophilic polymer compound (D), the molecular weight thereof may be defined by the viscosity average degree of polymerization, and the viscosity average obtained from the viscosity of the 30 ° C. aqueous solution. The degree of polymerization can be selected from a wide range of about 100 to 15000, for example. From the viewpoint of improving the durability of the membrane fouling suppressant, it is preferable to use a material having a high degree of polymerization. In this case, for example, the viscosity average degree of polymerization is preferably about 800 to 13000, more preferably about 1000 to 10,000. is there. The saponification degree of polyvinyl alcohol may be, for example, 88 mol% or more, preferably 90 mol% or more, and more preferably 95 mol% or more. In particular, from the viewpoint of improving the durability of the membrane fouling suppressing material, those having a saponification degree of 98 mol% or more are preferable.

本発明の膜ファウリング抑制材が、親水性高分子化合物(D)としてエチレン−ビニルアルコール系共重合体を含む場合、その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%である。エチレン単位の含量が少なすぎる場合、膜ファウリング抑制材の耐久性が悪くなるおそれがある。一方、エチレン単位の含量が多すぎる場合には、膜ファウリング抑制材の親水性が低下するおそれがある。   When the membrane fouling-suppressing material of the present invention contains an ethylene-vinyl alcohol copolymer as the hydrophilic polymer compound (D), the ethylene unit content is 20 to 60 mol% in all monomer units. Is more preferable, and it is 25-55 mol% more preferably. When there is too little content of an ethylene unit, there exists a possibility that durability of a film | membrane fouling suppression material may worsen. On the other hand, when there is too much content of an ethylene unit, there exists a possibility that the hydrophilicity of a film | membrane fouling suppression material may fall.

本発明の膜ファウリング抑制材が前記親水性高分子化合物(D)を含む場合、基材として親水性高分子化合物(D)を含むことが好ましい。基材として親水性高分子化合物(D)を含むことにより、高分子化合物(C)の保持性を高めることができる。この場合、膜ファウリング抑制材は、例えば、高分子化合物(C)が、基材となる親水性高分子化合物(D)との共重合またはアロイ化により親水性高分子化合物(D)に導入された形態であってよい。   When the film | membrane fouling suppression material of this invention contains the said hydrophilic high molecular compound (D), it is preferable that a hydrophilic high molecular compound (D) is included as a base material. By including the hydrophilic polymer compound (D) as the base material, the retention of the polymer compound (C) can be enhanced. In this case, for example, the membrane fouling suppressing material is introduced into the hydrophilic polymer compound (D) by copolymerization or alloying with the hydrophilic polymer compound (D) as the base material. It may be in the form.

高分子化合物(C)と、基材としての親水性高分子化合物(D)との共重合は、当該分野において従来公知の方法を採用することができ、例えば、好ましくはブロック共重合またはグラフト共重合により基材としての親水性高分子化合物(D)に高分子化合物(C)を導入することができる。また、アロイ化は、例えば、(i)高分子化合物(C)と親水性高分子化合物(D)、必要に応じて任意成分および適当な溶媒を用いて混合液を調製する方法により行ってもよいし、(ii)高分子化合物(C)と親水性高分子化合物(D)および必要に応じて任意成分を、混練機などを用いて溶融混練する方法(溶液成形)により行ってもよい。   For the copolymerization of the polymer compound (C) and the hydrophilic polymer compound (D) as a base material, a conventionally known method can be adopted in this field, and for example, preferably a block copolymer or a graft copolymer is used. The polymer compound (C) can be introduced into the hydrophilic polymer compound (D) as a substrate by polymerization. The alloying may also be performed by, for example, a method of preparing a mixed solution using (i) the polymer compound (C) and the hydrophilic polymer compound (D), and optionally using an optional component and an appropriate solvent. Alternatively, (ii) the polymer compound (C), the hydrophilic polymer compound (D) and, if necessary, an optional component may be melt-kneaded using a kneader or the like (solution molding).

本発明の好適な一実施態様において、高分子化合物(C)は親水性高分子化合物(D)中に分散している。親水性高分子化合物(D)中に高分子化合物(C)を分散させることで、膜ファウリング原因物質の吸着性に優れる膜ファウリング抑制材とすることができる。その理由は定かではないが、基材としての親水性高分子化合物(D)により水に対する濡れ性が高まり、膜ファウリング原因物質の少なくとも一部の成分、特に多糖類やタンパク質などのバイオポリマーが膜ファウリング抑制材の内部にまで浸透して、カチオン性基を含有する高分子化合物(C)が有効に作用するためであると推測される。   In a preferred embodiment of the present invention, the polymer compound (C) is dispersed in the hydrophilic polymer compound (D). By dispersing the polymer compound (C) in the hydrophilic polymer compound (D), a membrane fouling suppressing material having excellent adsorptivity of the membrane fouling-causing substance can be obtained. The reason for this is not clear, but the hydrophilic polymer compound (D) as a base material increases the wettability to water, and at least some of the components causing membrane fouling, particularly biopolymers such as polysaccharides and proteins. This is presumably because the polymer compound (C) containing a cationic group effectively penetrates into the membrane fouling suppressing material.

本発明の膜ファウリング抑制材において、高分子化合物(C)は親水性高分子化合物(D)中に、質量比〔高分子化合物(C):親水性高分子化合物(D)〕で1:99〜70:30の割合で分散していることが好ましく、5:95〜65:35の割合で分散していることがより好ましく、8:92〜60:40の割合で分散していることが特に好ましい。高分子化合物(C)を親水性高分子化合物(D)中に前記範囲の割合で分散させることにより、膜ファウリング抑制材の耐水性および膜ファウリング原因物質に対する吸着性を高めることができる。   In the membrane fouling-suppressing material of the present invention, the polymer compound (C) is in a mass ratio [polymer compound (C): hydrophilic polymer compound (D)] in the hydrophilic polymer compound (D). It is preferably dispersed at a ratio of 99 to 70:30, more preferably dispersed at a ratio of 5:95 to 65:35, and dispersed at a ratio of 8:92 to 60:40. Is particularly preferred. By dispersing the polymer compound (C) in the hydrophilic polymer compound (D) at a ratio in the above range, the water resistance of the membrane fouling inhibitor and the adsorptivity to the membrane fouling-causing substance can be enhanced.

本発明の膜ファウリング抑制材においては、必要に応じて高分子化合物(C)および親水性高分子化合物(D)に対して架橋剤を用いて架橋構造を導入するなど、後変性してもよい。
架橋剤としては、高分子化合物(C)間、親水性高分子化合物(D)間、および/または高分子化合物(C)と親水性高分子化合物(D)間に架橋結合を生じさせ得る架橋剤であれば特に限定されるものではないが、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、イソシアネート基、アルデヒド基、アゼチジン基およびカルボジイミド基などから選択される少なくとも1種の官能基を少なくとも2つ含む化合物が挙げられる。中でも、エポキシ基、ハロゲン基、イソシアネート基、アルデヒド基、アゼチジン基およびカルボジイミド基から選択される少なくとも1種の官能基を少なくとも2つ含む化合物が好ましい。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。このような架橋剤として、市販されている各種架橋剤を用いることができる。
In the membrane fouling suppressing material of the present invention, the polymer compound (C) and the hydrophilic polymer compound (D) may be post-modified by introducing a crosslinked structure using a crosslinking agent as necessary. Good.
Examples of the crosslinking agent include crosslinks capable of forming a crosslink between the polymer compounds (C), between the hydrophilic polymer compounds (D), and / or between the polymer compound (C) and the hydrophilic polymer compound (D). Although it will not specifically limit if it is an agent, For example, an epoxy group, a carboxyl group, a halogen group, an acid anhydride group, an acid halide group, a formyl group, a N-chloroformyl group, a chloroformate group, an isocyanate group, Examples thereof include compounds containing at least two functional groups selected from an aldehyde group, an azetidine group, a carbodiimide group, and the like. Among these, a compound containing at least two functional groups selected from an epoxy group, a halogen group, an isocyanate group, an aldehyde group, an azetidine group, and a carbodiimide group is preferable. Also, zirconyl-based crosslinking agents (zirconyl nitrate, zirconium ammonium carbonate, zirconyl chloride, zirconyl acetate, zirconyl sulfate), titanium-based crosslinking agents [titanium-based crosslinking agents, titanium lactate, titanium diisopropoxybis (triethanolamate)], etc. May be used. As such a crosslinking agent, various commercially available crosslinking agents can be used.

本発明の膜ファウリング抑制材は、例えば公知の方法に従って、高分子化合物(A)および化合物(B)から調製した高分子化合物(C)、親水性高分子化合物(D)、ならびに必要に応じて架橋剤、および膜ファウリング抑制材を構成する他の成分(例えば、酸化防止剤、安定剤、滑剤、加工助剤、帯電防止剤、着色剤、消泡剤および分散剤等の添加剤)を混合することによって製造することができる。   The membrane fouling-suppressing material of the present invention includes, for example, a polymer compound (C), a hydrophilic polymer compound (D) prepared from the polymer compound (A) and the compound (B) according to a known method, and if necessary And other components constituting the film fouling inhibitor (for example, additives such as antioxidants, stabilizers, lubricants, processing aids, antistatic agents, colorants, antifoaming agents and dispersing agents) It can manufacture by mixing.

例えば、二軸型の混練機を用いて溶融混練する方法(溶融混練法)が挙げられる。この方法によれば、各成分が均一に分散した膜ファウリング抑制材を容易に得ることができる。例えば、親水性高分子化合物(D)を二軸押出機により溶融混練し、そこへ高分子化合物(C)をサイドフィダーから所定量添加して、これらを混合する。溶融混練物を押出成形して各種形状の成形体とすることができ、その後架橋剤を含む溶液にこれを浸漬させ架橋処理を施すことができる。また、混練時に架橋剤を加えて、高分子化合物を溶融混練するとともに架橋結合の導入を行うこともできる。さらに、成形体を粉砕して粒子状の膜ファウリング抑制材とすることができる。   For example, a method (melt kneading method) of melt kneading using a biaxial kneader can be mentioned. According to this method, a film fouling suppressing material in which each component is uniformly dispersed can be easily obtained. For example, the hydrophilic polymer compound (D) is melt-kneaded by a twin screw extruder, and a predetermined amount of the polymer compound (C) is added from the side feeder to mix them. The melt-kneaded product can be extruded to form molded bodies of various shapes, and then immersed in a solution containing a cross-linking agent and subjected to a cross-linking treatment. In addition, a crosslinking agent may be added during kneading to melt and knead the polymer compound and introduce crosslinking. Further, the molded body can be pulverized to form a particulate film fouling suppressing material.

また、例えば、高分子化合物(C)、親水性高分子化合物(D)、必要に応じて任意成分の混合液を調製する。溶媒は通常、水を使用するが有機溶媒であっても差し支えない。双方の高分子化合物を溶媒に添加して攪拌しながら昇温することで良好な性状の溶液を得ることができる。高分子化合物(C)および親水性高分子化合物(D)の混合液を湿式または乾・湿式法で紡糸ノズルを通じて押し出し凝固浴で凝固させるか、乾式紡糸で空気浴中に押し出す。その後、定法に従って湿延伸・乾燥・乾熱延伸を行い結晶化させ繊維状の成形体とし、さらに、架橋剤を含む溶液に浸漬させ架橋処理を施すことができる。   Further, for example, a mixed liquid of a polymer compound (C), a hydrophilic polymer compound (D), and optional components as necessary is prepared. As the solvent, water is usually used, but an organic solvent may be used. A solution having good properties can be obtained by adding both polymer compounds to a solvent and raising the temperature while stirring. The mixed solution of the polymer compound (C) and the hydrophilic polymer compound (D) is extruded through a spinning nozzle by a wet or dry / wet method and solidified in a coagulation bath, or is extruded into an air bath by dry spinning. Thereafter, according to a conventional method, wet stretching, drying, and dry heat stretching are performed to crystallize to form a fibrous molded body, and further immersed in a solution containing a crosslinking agent to perform a crosslinking treatment.

本発明の膜ファウリング抑制材の形状は、被処理水に含まれる膜ファウリング原因物質、特に多糖類やタンパク質など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特に限定されるものではなく、例えば、粒子状、フレーク状、繊維状、シート状、布帛状、3次元形状などであってもよい。吸着性能を向上させる観点からは、粒子状または繊維状であることが好ましい。カラムに充填して使用する場合には、体積充填率の観点から粒子状であることがより好ましい。   The shape of the membrane fouling-suppressing material of the present invention is not particularly limited as long as it can be used for the adsorption treatment of biopolymers such as membrane fouling-causing substances contained in the water to be treated, particularly polysaccharides and proteins, For example, it may be in the form of particles, flakes, fibers, sheets, fabrics, or three-dimensional shapes. From the viewpoint of improving the adsorption performance, it is preferably particulate or fibrous. When used in a column, it is more preferably particulate from the viewpoint of volume filling rate.

本発明の膜ファウリング抑制材は、被処理水の浸透性および取扱い性の観点からは、例えば、25℃水中における膨潤度が20〜500%であることが好ましく、30〜450%であることがより好ましく、40〜350%であることが特に好ましい。膨潤度が前記範囲内であると、膜ファウリング原因物質を含む被処理水の通液性が良好であり、被処理水との接触も十分に行うことができるため膜ファウリング抑制材の吸着性能が良好となる。ここで、膨潤度は、25℃の水中で膜ファウリング抑制材1gを25℃の水に12時間浸漬させた後、膜ファウリング抑制材を遠心脱水して秤量した後、105℃で4時間乾燥して秤量した値を用いて算出される。詳細には、例えば、後述する実施例中の測定方法により測定することができる。   The membrane fouling suppression material of the present invention preferably has a degree of swelling in water of 25 ° C. of 20 to 500%, for example, from 30 to 450%, from the viewpoint of permeability of treated water and handleability. Is more preferable, and 40 to 350% is particularly preferable. When the degree of swelling is within the above range, the water permeability of the water to be treated containing the substance causing the membrane fouling is good and the contact with the water to be treated can be sufficiently performed. Performance is good. Here, the degree of swelling was determined by immersing 1 g of the membrane fouling suppression material in 25 ° C. water for 12 hours, then centrifugally dewatering the membrane fouling suppression material and weighing it at 105 ° C. for 4 hours. Calculated using dried and weighed values. In detail, it can measure with the measuring method in the Example mentioned later, for example.

膜ファウリング抑制材の膨潤度は、膜ファウリング抑制材を構成する各種成分の種類、組み合わせ、含有量、ならびに架橋剤の種類や量等により適宜制御することが可能である。例えば、架橋剤により架橋することにより制御することができ、また、高分子化合物(C)を、疎水性高分子化合物や、低膨潤性または非膨潤性である親水性高分子(例えば、エチレン−ビニルアルコール系共重合体およびポリアミドなど)等の基材に導入することによっても制御することができる。   The degree of swelling of the membrane fouling suppression material can be appropriately controlled by the types, combinations, and contents of various components constituting the membrane fouling suppression material, and the types and amounts of the crosslinking agent. For example, the polymer compound (C) can be controlled by crosslinking with a crosslinking agent. The polymer compound (C) may be a hydrophobic polymer compound or a hydrophilic polymer (e.g., ethylene- It can also be controlled by introducing it into a base material such as vinyl alcohol copolymer and polyamide).

本発明の膜ファウリング抑制材をカラムへ充填して使用する場合には、80℃の高温下における体積変化率が低いことが好ましく、例えば、体積変化率が1.2倍以下であることがより好ましい。体積変化率が低いほど、カラムへの影響が少なく充填性に優れる。なお、体積変化率は、十分膨潤させた膜ファウリング抑制材を、内径15.4mmクロマトカラム管(柴田科学(株)製)に高さが5cmになるように充填し、酸溶液を通液し、洗浄した後、クロマトカラム全体を80℃に加温した水浴に1時間浸漬させた際の、浸漬前後の膜ファウリング抑制材の高さから、下記式に従って算出することができる。
体積変化率(倍)=80℃加温後の膜ファウリング抑制材の高さ(cm)/5cm
When the membrane fouling-suppressing material of the present invention is packed in a column and used, it is preferable that the volume change rate at a high temperature of 80 ° C. is low, for example, the volume change rate is 1.2 times or less. More preferred. The lower the volume change rate, the less the influence on the column and the better the packing property. The volume change rate was measured by filling a sufficiently swollen membrane fouling suppressant into a 15.4 mm inner diameter chromatographic column tube (manufactured by Shibata Kagaku Co., Ltd.) to a height of 5 cm and passing the acid solution through. And after washing | cleaning, it can calculate according to a following formula from the height of the film | membrane fouling suppression material before and behind immersion when the whole chromatographic column is immersed in the water bath heated at 80 degreeC for 1 hour.
Volume change rate (times) = height (cm) / 5 cm of membrane fouling suppression material after heating at 80 ° C.

原水中には、各種膜ファウリング原因物質が存在している。本発明の膜ファウリング抑制材では従来吸着が困難であった膜ファウリング原因物質を吸着除去することができる。特に、本発明の膜ファウリング抑制材は、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。   Various raw materials causing membrane fouling are present in the raw water. With the film fouling suppressing material of the present invention, it is possible to adsorb and remove film fouling-causing substances that have been difficult to adsorb. In particular, the membrane fouling suppression material of the present invention efficiently uses 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.). It can adsorb well.

本明細書において、膜ファウリング原因物質とは、ファウリングを生じさせる原因となる物質を意味する。膜ファウリング原因物質は、例えば、有機体炭素、各種菌、無機粒子等を含む。
また、本明細書において、有機体炭素とは、水中に存在する有機物を構成する炭素[例えば、溶存有機炭素(DOC:Dissolved Organic carbon);TEPなどの粒子性有機体炭素(POC)]を意味する。有機体炭素は、例えば、多糖やタンパク質などのバイオポリマー、フミン、フルボ酸、ウロン酸、クツロン酸、臭気成分(ゲオスミン、2−メチルイソボルネオ−ル)などを含む。
In the present specification, the membrane fouling-causing substance means a substance that causes fouling. Membrane fouling-causing substances include, for example, organic carbon, various bacteria, inorganic particles, and the like.
In the present specification, organic carbon means carbon constituting organic substances existing in water [for example, dissolved organic carbon (DOC): particulate organic carbon (POC) such as TEP]. To do. Organic carbon includes, for example, biopolymers such as polysaccharides and proteins, humic acid, fulvic acid, uronic acid, cuturonic acid, and odor components (geosmin, 2-methylisoborneol).

さらに、膜ファウリング原因物質は、膜ろ過を行う際に、物理的な逆洗などの手段により取り除くことが困難である物質であってもよい。具体的な原因物質については未だ研究中ではあるが、本発明の膜ファウリング抑制材を用いて被処理水中の膜ファウリング原因物質を吸着させる吸着工程を経た処理水を膜処理工程へ供する場合、吸着工程を経ることなく被処理水を膜処理工程へ供する場合と比較して、膜処理工程における膜の寿命を向上させることが可能である。
したがって、全ての原因物質が具体的に特定されていなくとも、吸着工程によって、物理的に不可逆的な膜ファウリングを生じる原因物質の量が低減できていることを確認することが可能である。
Further, the membrane fouling-causing substance may be a substance that is difficult to remove by means such as physical backwashing when performing membrane filtration. Although the specific causative substance is still under study, the treated water that has undergone the adsorption process for adsorbing the fouling causative substance in the treated water using the membrane fouling suppression material of the present invention is supplied to the membrane treatment process. Compared with the case where the water to be treated is supplied to the membrane treatment step without going through the adsorption step, the lifetime of the membrane in the membrane treatment step can be improved.
Therefore, even if not all the causative substances are specifically identified, it is possible to confirm that the amount of causative substances that cause physically irreversible membrane fouling can be reduced by the adsorption process.

本発明の膜ファウリング抑制材は、膜ファウリング原因物質の中でも、特に、親水性が高いバイオポリマー吸着能に優れている。バイオポリマーは、各種原水中に存在する有機体炭素の一種であり、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。   The membrane fouling-suppressing material of the present invention is particularly excellent in biopolymer adsorption ability with high hydrophilicity among membrane fouling-causing substances. A biopolymer is a kind of organic carbon present in various raw waters, and is generally a polysaccharide and protein having an apparent molecular weight of 100,000 Da or more.

本発明では、他の有機体炭素とバイオポリマーとを区別する指標として、例えば、高速液体クロマトグラフィーに湿式全有機炭素計測器を接続したLC−OCDにおいて、フミン質の信号ピークが現れる保留時間より短い保留時間において信号ピークを示す物質と定義することができる。
より詳細には、バイオポリマーは、Stefan A. Huber等によるWater Research 45(2011)第879−885頁に記載された方法により測定したAフラクション、例えばLC−OCDによる保留時間が、25分以上38分以下の成分であってよい。また、フミン質は、同じ条件下での測定におけるBフラクション、例えば保留時間が38分を超えて50分以下の成分であってよい。
In the present invention, as an index for distinguishing other organic carbons from biopolymers, for example, in LC-OCD in which a wet total organic carbon measuring instrument is connected to high performance liquid chromatography, from a retention time at which a humic signal peak appears. It can be defined as a substance that exhibits a signal peak in a short holding time.
More particularly, the biopolymers are described in Stefan A.M. A fraction measured by the method described in Huber et al., Water Research 45 (2011), pages 879-885, for example, a retention time by LC-OCD may be a component of 25 minutes to 38 minutes. Further, the humic substance may be a B fraction in the measurement under the same conditions, for example, a component having a retention time exceeding 38 minutes and 50 minutes or less.

バイオポリマーは、ベンゼン環などの疎水性構造が少なく、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、ベンゼン環などが含まれているため、UV吸収性を有する構造するだけでなく、疎水性が高く、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。   Biopolymers are mainly composed of organic substances with few hydrophobic structures such as benzene rings and mainly high hydrophilicity. For example, biopolymers are composed of organic substances exhibiting an SUVA value of 1.0 [L / (m · mg)] or less. May be. On the other hand, since the humic substance contains a benzene ring and the like, it not only has a UV-absorbing structure, but also has a high hydrophobicity. For example, the SUVA value is 2.0 [L / (m · mg)] or more. It may be composed of an organic material showing.

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)
ここで、SUVA値を算出するための各パラメータはStefan A. Huber等によるWater Research 45(2011)第879−885頁に記載された方法により測定されたものであり「面積値」とは、LC−OCDにより得られる面積値を表し、「UV」とは、波長254nmでの吸光度、「DOC」とは供試サンプル中のDOC濃度(mg−C/L)を示している。
The SUVA value is obtained by the following formula.
SUVA (L / mg-C · m) = UV (m −1 ) / DOC (mg-C / L)
Here, each parameter for calculating the SUVA value is Stefan A.M. It is measured by the method described in Water Research 45 (2011) pp. 879-885 by Huber et al. "Area value" represents the area value obtained by LC-OCD, "UV" Absorbance at a wavelength of 254 nm, “DOC”, indicates the DOC concentration (mg-C / L) in the test sample.

UV値算出方法
(i)バイオポリマーのUV=供試サンプル全体のUV×スペクトル中のバイオポリマー(保留時間tb:25分≦tb≦38分)の面積値/スペクトル全体の面積値
(ii)フミン質のUV=供試サンプル全体のUV×スペクトル中のフミン質(保留時間th:38分<th≦50分)の面積値/スペクトル全体の面積値
UV value calculation method (i) UV of biopolymer = UV of entire test sample × area value of biopolymer in spectrum (holding time tb: 25 minutes ≦ tb ≦ 38 minutes) / area value of entire spectrum (ii) Humin Quality UV = UV of the entire test sample × humin quality in the spectrum (holding time th: 38 minutes <th ≦ 50 minutes) / area value of the whole spectrum

DOC値算出方法
(i)バイオポリマーのDOC=供試サンプル全体のDOC×スペクトル中のバイオポリマー(保留時間tb:25分≦tb≦38分)の面積値/スペクトル全体の面積値
(ii)フミン質のDOC=供試サンプル全体のDOC×スペクトル中のフミン質(保留時間th:38分<th≦50分)の面積値/スペクトル全体の面積値
DOC value calculation method (i) DOC of biopolymer = DOC of the entire test sample x area value of biopolymer in the spectrum (holding time tb: 25 minutes ≤ tb ≤ 38 minutes) / area value of the whole spectrum (ii) Humin DOC of the quality = DOC of the entire test sample × Area value of humic substance in the spectrum (holding time th: 38 minutes <th ≦ 50 minutes) / Area value of the whole spectrum

本発明の膜ファウリング抑制材は、例えば、被処理水(原水)からのバイオポリマーの吸着率が、例えば15%以上であってよく、好ましくは20%以上、より好ましくは30%以上、さらに好ましくは50%以上、さらに好ましくは80%以上、さらに好ましくは85%以上、特に好ましくは90%以上であってもよい。   In the membrane fouling suppressing material of the present invention, for example, the adsorption rate of the biopolymer from the treated water (raw water) may be, for example, 15% or more, preferably 20% or more, more preferably 30% or more, Preferably it may be 50% or more, more preferably 80% or more, still more preferably 85% or more, and particularly preferably 90% or more.

また、本発明の膜ファウリング抑制材は、25℃のバイオポリマーモデル水(アルギン酸ナトリウム濃度:4.0mg―C/Lのアルギン酸ナトリウム水溶液)またはモデル海水(アルギン酸ナトリウム濃度:4.0mg―C/Lのアルギン酸ナトリウム、NaCl濃度3.5%溶液)において、アルギン酸ナトリウムの吸着率(A)が、例えば、30%以上(例えば30〜100%)であってよく、好ましくは35%以上であってもよく、より好ましくは45%以上、さらに好ましくは60%以上、特に好ましくは80%以上であってもよい。吸着率については、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。   The membrane fouling-suppressing material of the present invention is a biopolymer model water at 25 ° C. (sodium alginate concentration: 4.0 mg-C / L sodium alginate aqueous solution) or model seawater (sodium alginate concentration: 4.0 mg-C / L). L (sodium alginate, NaCl concentration 3.5% solution), the sodium alginate adsorption rate (A) may be, for example, 30% or more (for example, 30 to 100%), preferably 35% or more. More preferably, it may be 45% or more, more preferably 60% or more, and particularly preferably 80% or more. About the adsorption rate, the value measured by the method described in the Example mentioned later is shown.

本発明の膜ファウリング抑制材がバイオポリマー等の膜ファウリング原因物質に対して高い吸着性を発揮するメカニズムは定かではないが、以下のように推測される。
通常、自然界に存在する水中有機物は負電荷を帯びているものが多く、カチオン性基を有する吸着材で除去することが可能であるが、従来一般的に用いられているイオン交換樹脂などの吸着材はカチオン性基密度が高くないため、カチオン性基を有している場合であっても効率的に水中有機物を除去できない。これに対して、本発明の膜ファウリング抑制材は、カチオン性基が高密度に分布する領域を有するため、この領域においてカチオン性基が協同的に機能し、バイオポリマー等の膜ファウリング原因物質を効率的に吸着することができる。特に、このようなカチオン性基密度の高い領域が存在することにより、塩類を含み、イオン成分が吸着競合するような被処理水中であっても、カチオン性基が協同的に機能して膜ファウリング原因物質を効率的に吸着できると考えられる。
The mechanism by which the membrane fouling-suppressing material of the present invention exhibits high adsorptivity to membrane fouling-causing substances such as biopolymers is not clear, but is presumed as follows.
Normally, many organic substances in water that are present in nature are negatively charged and can be removed with an adsorbent having a cationic group. Since the material does not have a high cationic group density, organic substances in water cannot be removed efficiently even if the material has a cationic group. On the other hand, since the membrane fouling suppression material of the present invention has a region in which cationic groups are distributed at high density, the cationic groups function cooperatively in this region, and cause membrane fouling such as biopolymers. Substances can be adsorbed efficiently. In particular, the existence of such a region having a high cationic group density enables the cationic group to function cooperatively even in treated water containing salts and in which ionic components compete for adsorption. It is thought that the ring causative substance can be adsorbed efficiently.

したがって、特に好適な一実施態様において、本発明の膜ファウリング抑制材は、被処理水100質量%に対して0.1質量%以上、例えば1質量%以上の塩類を含む被処理水においても膜ファウリング原因物質を効率的に吸着することができる。前記塩類としては、例えば、塩化ナトリウムや塩化カリウムなどのアルカリ金属塩;塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化カルシウム、硫酸カルシウムなどのアルカリ土類金属塩などが挙げられる。   Therefore, in a particularly preferred embodiment, the membrane fouling suppression material of the present invention is also in water to be treated containing 0.1% by weight or more, for example, 1% by weight or more of salts with respect to 100% by weight of water to be treated. Membrane fouling-causing substances can be efficiently adsorbed. Examples of the salts include alkali metal salts such as sodium chloride and potassium chloride; alkaline earth metal salts such as magnesium chloride, magnesium sulfate, calcium chloride, and calcium sulfate.

本発明の膜ファウリング抑制材は、膜ファウリング原因物質に対する高い吸着性を有するものである一方、高分子化合物(A)のカチオン性基において化合物(B)が結合した高分子化合物(C)を含むことにより、カチオン性基密度が8.5〜15mmol/gである領域を有するため、カチオン性基密度の低い従来の吸着材では吸着除去できなかったバイオポリマー等の膜ファウリング原因物質に対する高い吸着性を有し、かつ、吸着した膜ファウリング原因物質を容易に溶離することができる高い溶離性も有する。このため、本発明の膜ファウリング抑制材は再生性(再利用性)に優れ、簡易な再生処理を施すことで長期間、繰り返し使用することができ、水処理における膜ファウリング抑制材の交換頻度やランニングコストの低減をもたらすことが可能となる。   The membrane fouling-suppressing material of the present invention has a high adsorptivity to a membrane fouling-causing substance, while the polymer compound (C) in which the compound (B) is bonded to the cationic group of the polymer compound (A). , Because it has a region in which the cationic group density is 8.5 to 15 mmol / g, it can be used for membrane fouling-causing substances such as biopolymers that could not be adsorbed and removed by conventional adsorbents with low cationic group density. It also has high adsorbability, and also has high elution properties that can easily elute the adsorbed membrane fouling-causing substances. For this reason, the membrane fouling suppression material of the present invention is excellent in reproducibility (reusability) and can be used repeatedly for a long period of time by performing a simple regeneration treatment. Replacement of the membrane fouling suppression material in water treatment It is possible to reduce the frequency and running cost.

親水性高分子に対する高い吸着性を有する吸着材では、バイオポリマー等の膜ファウリング原因物質を含む被処理水に一定時間さらした後であっても、吸着材の全吸着容量を使いきらない場合がある。この場合には、膜ファウリング原因物質に対する溶離性が実際には低いにもかかわらず、再生処理を施した後さらに一定時間被処理水にさらした場合にも残りの吸着容量により膜ファウリング原因物質に対して高い吸着性を示すことがある。このため、本発明においては、膜ファウリング抑制材の再生性を正確に評価するため、膜ファウリング原因物質を吸着した膜ファウリング抑制材を洗浄流体に浸漬し、洗浄流体中に実際に溶離してくる膜ファウリング原因物質の濃度に基づく溶離率を、膜ファウリング抑制材の再生性の指標とする。   For adsorbents with high adsorptivity to hydrophilic polymers, if the total adsorption capacity of the adsorbent cannot be used even after exposure to treated water containing membrane fouling-causing substances such as biopolymers for a certain period of time There is. In this case, although the elution property to the substance that causes membrane fouling is actually low, the remaining adsorption capacity causes the membrane fouling cause even if it is exposed to the treated water for a certain time after the regeneration treatment. May exhibit high adsorptivity to substances. Therefore, in the present invention, in order to accurately evaluate the reproducibility of the membrane fouling suppression material, the membrane fouling suppression material adsorbing the membrane fouling-causing substance is immersed in the cleaning fluid and actually eluted in the cleaning fluid. The elution rate based on the concentration of the substance causing the membrane fouling is used as an index of the reproducibility of the membrane fouling suppression material.

前記溶離率は、具体的には以下の方法により算出する。
前記バイオポリマーモデル水またはモデル海水においてアルギン酸ナトリウムを吸着した膜ファウリング抑制材を、25℃の塩化ナトリウム水溶液(NaCl濃度:25質量%)に浸漬し、1時間振とうする。振とう後の上澄み液をLC−OCDで分析し、塩化ナトリウム水溶液に浸漬する前後のアルギン酸ナトリウム濃度から、下記式に従い算出される。
バイオポリマーの溶離率=溶離液のアルギン酸ナトリウム濃度/(吸着試験時の原液のアルギン酸ナトリウム濃度−吸着後のアルギン酸ナトリウム濃度)×100(%)
なお、より具体的には、後述する実施例に記載された方法により測定することができる。
Specifically, the elution rate is calculated by the following method.
The membrane fouling suppression material adsorbing sodium alginate in the biopolymer model water or model seawater is immersed in an aqueous sodium chloride solution (NaCl concentration: 25 mass%) at 25 ° C. and shaken for 1 hour. The supernatant after shaking is analyzed by LC-OCD, and is calculated from the sodium alginate concentration before and after being immersed in an aqueous sodium chloride solution according to the following formula.
Biopolymer elution rate = sodium alginate concentration in eluent / (concentration of sodium alginate in stock solution during adsorption test-sodium alginate concentration after adsorption) x 100 (%)
More specifically, it can be measured by the method described in Examples described later.

本発明の膜ファウリング抑制材は、前記バイオポリマー溶離率が、好ましくは5%以上であり、より好ましくは7%以上であり、特に好ましくは10%以上である。溶離率が5%以上であると、膜ファウリング原因物質を容易に溶離することができ、高い再利用性を実現できる。   In the membrane fouling suppressing material of the present invention, the biopolymer elution rate is preferably 5% or more, more preferably 7% or more, and particularly preferably 10% or more. When the elution rate is 5% or more, the membrane fouling-causing substance can be easily eluted, and high reusability can be realized.

本発明の膜ファウリング抑制材は、水処理の目的に応じて、限外ろ過膜(UF膜)、精密ろ過膜(MF膜)、ナノろ過膜(NF膜)、逆浸透膜(RO膜)などを適宜用いた水処理に、好適に用いることができる。   The membrane fouling-suppressing material of the present invention includes an ultrafiltration membrane (UF membrane), a microfiltration membrane (MF membrane), a nanofiltration membrane (NF membrane), and a reverse osmosis membrane (RO membrane) depending on the purpose of water treatment. It can use suitably for the water treatment which used suitably.

〔水処理方法および再生方法〕
本発明は、前記本発明の膜ファウリング抑制材を用いた水処理方法および再生方法にも関する。本発明の水処理方法は、膜ファウリング原因物質を含む被処理水に、本発明の膜ファウリング抑制材を接触させ、被処理水中に含まれる膜ファウリング原因物質を膜ファウリング抑制材に吸着させる工程(以下、「吸着工程」と称する場合がある)を含む。
[Water treatment method and regeneration method]
The present invention also relates to a water treatment method and a regeneration method using the membrane fouling suppression material of the present invention. In the water treatment method of the present invention, the membrane fouling inhibitor of the present invention is brought into contact with the treated water containing the membrane fouling-causing substance, and the membrane fouling-causing substance contained in the treated water is used as the membrane fouling-suppressing material. A process of adsorbing (hereinafter, referred to as “adsorption process” in some cases).

本発明の水処理方法は、自然環境下、人工環境下で得られる様々な原水に対して利用することができ、例えば、海水、一般の河川水、湖沼水、汽水、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、各種工場排水等に対して利用することができる。これらの被処理水に対して、吸着工程の前に比較的大きなサイズ(例えば、1μm〜2mm程度の粒子径)の異物等の夾雑物を除去するための前処理を行うことが好ましい。前処理は、例えば砂ろ過処理、水処理膜を用いた粗ろ過処理、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等により行うことができる。   The water treatment method of the present invention can be used for various raw waters obtained in a natural environment or an artificial environment, for example, seawater, general river water, lake water, brackish water, soil elution water, irrigation water, It can be used for 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. It is preferable to perform a pretreatment for removing contaminants such as foreign matters having a relatively large size (for example, a particle diameter of about 1 μm to 2 mm) on the water to be treated before the adsorption step. The pretreatment can be performed by, for example, sand filtration treatment, rough filtration treatment using a water treatment membrane, coagulation sedimentation treatment, ozone treatment, adsorption treatment using an existing adsorbent or activated carbon, or the like.

本発明の水処理方法は、膜ファウリング原因物質、特に物理的に不可逆的な膜ファウリングを生じると考えられている多糖類やタンパク質等のバイオポリマーを含有するとともに、例えば0.1質量%以上の塩類を含む原水に対しても好適に利用することができる。そのような原水は、例えば、海水(塩化ナトリウム濃度2〜4質量%)、汽水(塩化ナトリウム濃度0.5〜2質量%)、油田やガス田の採掘の際に発生する随伴水などであってもよく、またはこれらを処理して得られる、より高い濃度の塩化ナトリウムを含む水などであってもよく、自然環境下の原水に由来して得られるさまざまな塩類を含む水であってもよい。塩類としては、塩化ナトリウム以外に、例えば塩化カリウムなどのアルカリ金属塩;塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化カルシウム、硫酸カルシウムなどのアルカリ土類金属塩などが挙げられる。塩類の濃度は、例えば0.1質量%以上、1質量%以上、または2質量%以上であってよく、例えば30質量%程度の濃度であってもよい。   The water treatment method of the present invention contains membrane fouling-causing substances, particularly biopolymers such as polysaccharides and proteins that are considered to cause physically irreversible membrane fouling, and for example 0.1% by mass It can utilize suitably also with respect to the raw | natural water containing the above salts. Such raw water is, for example, seawater (sodium chloride concentration of 2 to 4% by mass), brackish water (sodium chloride concentration of 0.5 to 2% by mass), and accompanying water generated when mining oil and gas fields. Or water containing a higher concentration of sodium chloride obtained by treating them, or water containing various salts obtained from raw water in the natural environment. Good. Examples of the salts include, in addition to sodium chloride, alkali metal salts such as potassium chloride; alkaline earth metal salts such as magnesium chloride, magnesium sulfate, calcium chloride, and calcium sulfate. The concentration of the salt may be, for example, 0.1% by mass or more, 1% by mass or more, or 2% by mass or more, for example, a concentration of about 30% by mass.

吸着工程では、被処理水と膜ファウリング抑制材とを接触させることができる限りその方法は特に限定されず、例えば、バッチ式として、被処理水へ膜ファウリング抑制材を添加し、必要に応じて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;連続式として、膜ファウリング抑制材を充填したカラムに対し、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。   In the adsorption step, the method is not particularly limited as long as the treated water and the membrane fouling suppressing material can be brought into contact with each other. For example, as a batch type, the membrane fouling suppressing material is added to the treated water, Accordingly, the adsorption treatment may be carried out by stirring in a known manner; the adsorption treatment is carried out by allowing the water to be treated to flow through the column filled with the membrane fouling suppression material as a continuous type. Also good. Further, the adsorption step may be a single step or a multi-step.

被処理水に対して用いられる膜ファウリング抑制材の量は、被処理水の種類、膜ファウリング抑制材の形態などに応じて適宜選択することができるが、例えば、バッチ式の場合、膜ファウリング抑制材の量は、被処理水1Lあたり、0.05〜30g程度、好ましくは0.1〜10g程度であってもよい。   The amount of the membrane fouling suppression material used for the water to be treated can be appropriately selected according to the type of the water to be treated, the form of the membrane fouling suppression material, etc. The amount of the fouling suppressing material may be about 0.05 to 30 g, preferably about 0.1 to 10 g, per liter of water to be treated.

膜ファウリング抑制材を被処理水に浸漬して吸着処理を行う場合、機械的撹拌、気泡撹拌などにより膜ファウリング抑制材を撹拌してもよい。機械的撹拌を行う場合、周速は、例えば0.1〜20m/s程度であってもよく、0.3〜15m/s程度であってもよい。   When the membrane fouling suppression material is immersed in the water to be treated for adsorption treatment, the membrane fouling suppression material may be stirred by mechanical stirring, bubble stirring, or the like. When mechanical stirring is performed, the peripheral speed may be, for example, about 0.1 to 20 m / s, or about 0.3 to 15 m / s.

連続式により膜処理を行う場合、カラムに充填された膜ファウリング抑制材に対する被処理水の通液速度は、例えば、処理水流速を膜ファウリング抑制材容積で割った値である空塔速度として0.5〜200h−1程度であってもよく、好ましくは1〜150h−1程度であってもよい。 When the membrane treatment is performed continuously, the flow rate of the water to be treated with respect to the membrane fouling suppression material packed in the column is, for example, a superficial velocity that is a value obtained by dividing the treatment water flow rate by the membrane fouling suppression material volume. 0.5 to 200 h −1 may be used, and preferably about 1 to 150 h −1 may be used.

吸着工程における被処理水の温度は特に限定されず、例えば室温付近であってよく、例えば0℃以上40未満、好ましくは5〜38℃、より好ましくは10〜35℃であってよい。   The temperature of the to-be-processed water in an adsorption | suction process is not specifically limited, For example, it may be room temperature vicinity, for example, 0 degreeC or more and less than 40, Preferably it may be 5-38 degreeC, More preferably, it may be 10-35 degreeC.

本発明の膜ファウリング抑制材を用いて吸着処理を行うことにより、被処理水中の膜ファウリング原因物質を効率よく吸着することができる。特に、上述のようなバイオポリマーの吸着を効率よく行うことができる。本発明の水処理方法の吸着工程においては、被処理水からのバイオポリマー吸着率が、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25%以上であってもよい。なお、吸着率は、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。吸着率が前記値以上である場合、吸着処理後の被処理水をその後段工程となる膜ろ過工程に供給した場合に、膜汚染の抑制効果が十分に得られる。   By performing adsorption treatment using the membrane fouling suppression material of the present invention, membrane fouling-causing substances in the water to be treated can be efficiently adsorbed. In particular, the adsorption of the biopolymer as described above can be performed efficiently. In the adsorption process of the water treatment method of the present invention, the biopolymer adsorption rate from the water to be treated may be, for example, 15% or more, preferably 20% or more, more preferably 25% or more. . In addition, an adsorption rate shows the value measured by the method described in the Example mentioned later. When the adsorption rate is equal to or higher than the above value, when the treated water after the adsorption treatment is supplied to the membrane filtration step which is a subsequent step, the effect of suppressing membrane contamination is sufficiently obtained.

本発明の水処理方法においては、膜ファウリング抑制材に接触させた後の被処理水を、水処理の目的に応じて、限外ろ過膜(UF膜)、精密ろ過膜(MF膜)、ナノろ過膜(NF膜)および逆浸透(RO)膜などの膜により膜ろ過する工程(以下、「膜ろ過工程」と称する場合がある)を含む。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よいし、異なる種類の膜を組み合わせてもよい。例えば、複数の種類の膜を組み合わせる場合、精密ろ過膜または限外ろ過膜で供給された被処理水を膜ろ過処理した後、ナノろ過膜または逆浸透膜でさらに膜ろ過処理を行ってもよい。膜ろ過を組み合わせ、用途に応じた浄水化を行ってもよい。   In the water treatment method of the present invention, the water to be treated after being brought into contact with the membrane fouling suppressing material is subjected to ultrafiltration membrane (UF membrane), microfiltration membrane (MF membrane), depending on the purpose of water treatment, It includes a step of membrane filtration with a membrane such as a nanofiltration membrane (NF membrane) and a reverse osmosis (RO) membrane (hereinafter sometimes referred to as “membrane 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. For example, when a plurality of types of membranes are combined, water to be treated supplied by a microfiltration membrane or an ultrafiltration membrane may be subjected to membrane filtration treatment, and then further membrane filtration treatment may be performed using a nanofiltration membrane or a reverse osmosis membrane. . Membrane filtration may be combined to purify water according to the application.

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、公知のものを用いることができる。例えば、限外ろ過膜や精密ろ過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。ナノろ過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。また、逆浸透膜の膜素材としては、酢酸セルロース系、ポリアミド系などが挙げられる。   The membrane material of the filtration membrane in the membrane filtration step is not particularly limited, and a known material can be used. For example, examples of membrane materials for ultrafiltration membranes and microfiltration membranes include cellulose acetate, polyacrylonitrile, polyethylene, polyethersulfone, polysulfone, polypropylene, polyvinylidene fluoride, and ceramic. Examples of the membrane material for the nanofiltration membrane include polyamide-based, polypiperazine amide-based, polyester amide-based, and water-soluble vinyl polymer crosslinked. Examples of the membrane material for the reverse osmosis membrane include cellulose acetate and polyamide.

膜形態についても、特に限定されず、平膜、管状膜、中空糸膜等のいずれの形状のものでもよい。また、膜厚は、例えば10μm〜1mmの範囲であってよく、中空糸膜の場合には内径が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 form of the membrane is not particularly limited, and may be any shape such as a flat membrane, a tubular membrane, and a hollow fiber membrane. The film thickness may be, for example, in the range of 10 μm to 1 mm. 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、被処理水の種類、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、クロスフロー方式でろ過を行う場合、ろ過流量は、Flux0.5〜5.0(m/m/日)であってもよく、好ましくはFlux1.0〜4.0(m/m/日)であってもよい。 The filtration flow rate can be appropriately set according to the type of water to be treated, the type of filtration membrane, and the like. For example, when filtration is performed by a cross flow method, the filtration flow rate is from flux 0.5 to 5.0. (m 3 / m 2 / day) at a even better, preferably may be Flux1.0~4.0 (m 3 / m 2 / day).

また、本発明の膜ファウリング抑制材は、被処理水が塩類を含有していても有効に機能するため、塩類を含有する被処理水を本発明の膜ファウリング抑制材で吸着処理した後、逆浸透膜などによる膜処理に供給し、被処理水中の塩類を除去してもよい。   In addition, since the membrane fouling suppression material of the present invention functions effectively even if the water to be treated contains salts, the water to be treated containing salts is adsorbed with the membrane fouling suppression material of the present invention. Alternatively, it may be supplied to a membrane treatment using a reverse osmosis membrane or the like to remove salts in the water to be treated.

本発明の水処理方法においては、本発明の膜ファウリング抑制材を用いた吸着工程により、膜ろ過工程前の被処理水中の膜ファウリング原因物質、特に多糖類やタンパク質などのバイオポリマーを低減させることができる。その結果、膜ろ過工程においてろ過膜に膜ファウリング(特に物理的に不可逆な膜ファウリング)が発生するのを抑制し、ろ過膜の目詰まりにより、ろ過膜の透水性が低下するのを抑制することが出来る。
さらに、膜ろ過工程前の被処理水中の膜ファウリング原因物質の量を低減することができるため、膜ファウリングによりろ過膜が劣化するのを抑制することができる。それにより、ろ過膜の使用寿命を延命化することができる。また、ろ過膜の洗浄頻度や洗浄薬品の使用量を低減することもできる。
In the water treatment method of the present invention, the membrane fouling-causing substances in the water to be treated before the membrane filtration step, particularly biopolymers such as polysaccharides and proteins, are reduced by the adsorption step using the membrane fouling inhibitor of the present invention. Can be made. As a result, it prevents membrane fouling (especially physically irreversible membrane fouling) from occurring in the membrane during the membrane filtration process, and prevents the filtration membrane from declining due to clogging of the membrane. I can do it.
Furthermore, since the amount of the membrane fouling-causing substance in the water to be treated before the membrane filtration step can be reduced, it is possible to suppress deterioration of the filtration membrane due to membrane fouling. Thereby, the service life of the filtration membrane can be extended. In addition, the frequency of cleaning the filtration membrane and the amount of cleaning chemicals used can be reduced.

本発明の水処理方法は、本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ることができる。既存の水処理方法としては、例えば、砂ろ過処理、粗ろ過処理、凝集沈殿処理、オゾン処理、既存の膜ファウリング抑制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2種以上組み合わせて行ってもよい。これらの水処理は、適宜、吸着処理前および/または吸着処理後に行えばよい。   The water treatment method of the present invention can be combined with an existing water treatment method as necessary, as long as the effects of the present invention are not impaired. Examples of the existing water treatment method include sand filtration treatment, coarse filtration treatment, coagulation sedimentation treatment, ozone treatment, adsorption treatment using an existing membrane fouling inhibitor or activated carbon, biological treatment, and the like. You may perform these processes individually or in combination of 2 or more types. These water treatments may be appropriately performed before the adsorption treatment and / or after the adsorption treatment.

吸着工程により膜ファウリング原因物質を吸着した膜ファウリング抑制材を、必要に応じて公知のろ別手段により分離し、例えば、後述する再生方法に従い再生処理を施すことにより、本発明の膜ファウリング抑制材は再度吸着工程で利用可能となる。一方、膜ファウリング抑制材がろ別されることにより固液分離した被処理水は、必要に応じて、膜ろ過工程において膜ろ過されてもよい。   The membrane fouling suppression material that has adsorbed the membrane fouling-causing substance in the adsorption step is separated by a known filtering means as necessary, and subjected to a regeneration treatment according to a regeneration method described later, for example, to thereby provide the membrane fouling of the present invention. The ring-suppressing material can be used again in the adsorption process. On the other hand, the to-be-processed water solid-liquid-separated by filtering a membrane fouling suppression material may be membrane-filtered in a membrane filtration process as needed.

本発明の膜ファウリング抑制材の再生方法は、被処理水と接触させた後の膜ファウリング抑制材を、洗浄流体と接触させる工程(以下、「再生工程」と称する場合がある)を含む。本発明の再生方法は、再生工程として独立していてもよいし、本発明の水処理方法と組み合わせて行ってもよい。本発明の再生方法においては、例えば、膜ファウリング原因物質を吸着した膜ファウリング抑制材を適当な洗浄流体と接触させ、膜ファウリング抑制材に吸着した膜ファウリング原因物質を溶離させることにより、膜ファウリング抑制材を再生させることができる。   The method for regenerating a membrane fouling suppression material of the present invention includes a step of contacting the membrane fouling suppression material after being brought into contact with the water to be treated with a cleaning fluid (hereinafter sometimes referred to as “regeneration step”). . The regeneration method of the present invention may be independent as the regeneration step, or may be performed in combination with the water treatment method of the present invention. In the regeneration method of the present invention, for example, the membrane fouling inhibitor adsorbing the membrane fouling causative agent is brought into contact with an appropriate cleaning fluid, and the membrane fouling causative agent adsorbed on the membrane fouling inhibitor is eluted. The membrane fouling suppressing material can be regenerated.

洗浄流体としては、例えば水を主成分(例えば、60質量%以上)とする液体からなる媒体であってよく、例えば、浄水(原水に対して適切な処理操作により、清浄化行為を行った水、例えば水道水など)、純水(RO水、脱イオン水、蒸留水など)、吸着工程において上述した各種原水またはその関連水を用いてもよく、薬剤をこれらの水(浄水、純水、原水またはその関連水)に添加した水溶液を用いてもよい。薬剤としては、例えば、各種酸性物質およびその塩類、各種アルカリ性物質などを利用することができる。   The cleaning fluid may be, for example, a medium composed of a liquid containing water as a main component (for example, 60% by mass or more). For example, purified water (water that has been cleaned by an appropriate treatment operation on raw water). , For example, tap water), pure water (RO water, deionized water, distilled water, etc.), various raw waters described above in the adsorption process or related water thereof may be used, and the chemicals may be used as these water (purified water, pure water, An aqueous solution added to raw water or related water) may be used. As the drug, for example, various acidic substances and salts thereof, various alkaline substances and the like can be used.

原水は、吸着工程において上述した各種原水を用いてもよい。本発明の水処理方法と組み合わせて行う場合には吸着工程で利用する原水を一部取り分けて再生工程において利用してもよく、吸着工程で用いた原水とは異なる原水を再生媒体として利用してもよい。原水の関連水としては、原水を各種膜処理する際に発生する非透過水(例えば、RO膜処理後に得られる濃縮水など)、原水の吸着工程後に得られる処理水などが挙げられる。   As the raw water, various raw waters described above in the adsorption step may be used. When performing in combination with the water treatment method of the present invention, raw water used in the adsorption process may be partly used in the regeneration process, and raw water different from the raw water used in the adsorption process is used as a regeneration medium. Also good. Examples of raw water-related water include non-permeate water (for example, concentrated water obtained after RO membrane treatment) generated when various membrane treatments of raw water, treated water obtained after the raw water adsorption step, and the like.

例えば、酸性物質としては、各種無機酸(例えば、塩酸、次亜塩素酸、硫酸、亜硫酸、硝酸、亜硝酸、炭酸、リン酸、次亜臭素酸、次亜ヨウ素酸など)、各種有機酸(例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、ステアリン酸、クエン酸、シュウ酸、乳酸、マレイン酸、酒石酸、フマル酸、マロン酸、コハク酸、リンゴ酸、アジピン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、安息香酸)などが挙げられる。前記酸性物質の塩類は、例えば、ナトリウム塩、カリウム塩などのアルカリ金属塩であってもよいし、アンモニウム塩などの有機塩であってもよい。また、アルカリ性物質としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属の水酸化物、アンモニア水などが挙げられる。これらの薬剤は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用してもよい。洗浄流体中の薬剤の濃度は、水に対する溶質の割合として、例えば0.1〜60量%であってもよく、好ましくは0.1〜30質量%、より好ましくは0.5〜20質量%であってもよい。   For example, as an acidic substance, various inorganic acids (for example, hydrochloric acid, hypochlorous acid, sulfuric acid, sulfurous acid, nitric acid, nitrous acid, carbonic acid, phosphoric acid, hypobromous acid, hypoiodous acid, etc.), various organic acids ( For example, formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, stearic acid, citric acid, oxalic acid, lactic acid, maleic acid, tartaric acid, fumaric acid, malonic acid, succinic acid, malic acid, adipic acid, oleic acid, linoleic acid, linolenic acid And benzoic acid). The acidic substance salt may be, for example, an alkali metal salt such as a sodium salt or a potassium salt, or an organic salt such as an ammonium salt. Examples of the alkaline substance include alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide, and ammonia water. These drugs may be used alone or in combination of two or more. The concentration of the drug in the cleaning fluid may be, for example, 0.1 to 60% by mass, preferably 0.1 to 30% by mass, more preferably 0.5 to 20% by mass, as a solute ratio with respect to water. It may be.

洗浄流体は、液体に限定されず、例えば、空気または加熱蒸気等の気体であってもよい。すなわち、洗浄流体は、本発明の膜ファウリング抑制材を洗浄し、表面に付着したファウリング原因物質を溶離することができる流体であればよい。また、再生工程での洗浄流体との接触は、一段であっても多段であってもよく、多段である場合、複数の種類の洗浄流体を別々に用いてもよい。   The cleaning fluid is not limited to a liquid, and may be a gas such as air or heated steam, for example. That is, the cleaning fluid only needs to be a fluid that can clean the membrane fouling suppressing material of the present invention and elute the fouling-causing substance adhering to the surface. Further, the contact with the cleaning fluid in the regeneration step may be one stage or multiple stages. In the case of multiple stages, a plurality of types of cleaning fluids may be used separately.

本発明の再生方法においては、洗浄流体として金属イオン含有水溶液を用いることが好ましい。金属イオン含有水溶液に含まれる金属イオンとしては、膜ファウリング原因物質の脱離をすることが可能である限り特に限定されないが、典型的には、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオンなどのアルカリ金属イオンが挙げられ、金属イオン含有水溶液は、例えば、アルカリ金属の水酸化物、アルカリ金属の有機酸塩、またはアルカリ金属の無機酸塩などを含有する水溶液であってもよい。アルカリ金属の水酸化物、有機酸および無機酸としては、上述の薬剤として用いられる各種物質を用いてもよい。好ましい金属イオン含有水溶液としては、無機酸のアルカリ金属塩水溶液が挙げられ、例えば、塩化ナトリウム水溶液、塩化カリウム水溶液、塩化リチウム水溶液、炭酸ナトリウム水溶液、炭酸カリウム水溶液、炭酸リチウム水溶液などが挙げられる。洗浄流体は、被処理水に存在する塩類と同種の金属イオンを含む金属イオン含有水溶液であってもよい。   In the regeneration method of the present invention, it is preferable to use a metal ion-containing aqueous solution as the cleaning fluid. The metal ion contained in the metal ion-containing aqueous solution is not particularly limited as long as it can desorb a membrane fouling-causing substance, but typically an alkali metal such as lithium ion, sodium ion, or potassium ion. The aqueous solution containing metal ions may be, for example, an aqueous solution containing an alkali metal hydroxide, an alkali metal organic acid salt, or an alkali metal inorganic acid salt. As the alkali metal hydroxide, organic acid and inorganic acid, various substances used as the above-mentioned chemicals may be used. Preferable metal ion-containing aqueous solutions include alkali metal salt aqueous solutions of inorganic acids, and examples include sodium chloride aqueous solution, potassium chloride aqueous solution, lithium chloride aqueous solution, sodium carbonate aqueous solution, potassium carbonate aqueous solution, and lithium carbonate aqueous solution. The cleaning fluid may be a metal ion-containing aqueous solution containing the same type of metal ions as the salts present in the water to be treated.

金属イオン含有水溶液の濃度は、水に対する溶質の割合として、例えば0.1〜60量%であってもよく、好ましくは0.1〜40質量%、より好ましくは0.5〜30質量%であってもよい。例えば、洗浄流体としての水性媒体が、0.1質量%以上、0.5質量%以上、1質量%以上、または2質量%以上の塩化ナトリウム濃度を有していてもよい。また、塩化ナトリウム濃度は、例えば、27質量%以下であってもよく、20質量%以下であってもよい。また洗浄流体中には、塩化ナトリウム以外にも、塩化カリウムなどのアルカリ金属塩;塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化カルシウム、硫酸カルシウムなどのアルカリ土類金属塩などが含まれていてもよい。   The concentration of the metal ion-containing aqueous solution may be, for example, 0.1 to 60% by weight, preferably 0.1 to 40% by weight, more preferably 0.5 to 30% by weight, as the ratio of the solute to water. There may be. For example, the aqueous medium as the cleaning fluid may have a sodium chloride concentration of 0.1% by mass or more, 0.5% by mass or more, 1% by mass or more, or 2% by mass or more. Moreover, sodium chloride concentration may be 27 mass% or less, for example, and may be 20 mass% or less. In addition to sodium chloride, the cleaning fluid may contain alkali metal salts such as potassium chloride; alkaline earth metal salts such as magnesium chloride, magnesium sulfate, calcium chloride, and calcium sulfate.

洗浄流体のpHは、例えば、5〜14であってもよく、好ましくは5.5〜12、より好ましくは6〜11であってもよい。pHが中性領域(pH6〜8)であると、再生処理後の洗浄流体の廃棄処理上好ましく、pHが弱塩基性(pH8〜11)であると、再生性能が良好である。   The pH of the cleaning fluid may be, for example, 5 to 14, preferably 5.5 to 12, more preferably 6 to 11. When the pH is in the neutral region (pH 6 to 8), it is preferable for disposal of the cleaning fluid after the regeneration treatment, and when the pH is weakly basic (pH 8 to 11), the regeneration performance is good.

再生工程で用いられる洗浄流体の温度は、膜ファウリング抑制材の再生ができる限り特に限定されない。洗浄流体の種類に応じて、室温付近であっても、被処理水と同程度の温度であってもよい。必要に応じて加熱処理を行ってもよい。本発明における洗浄流体の温度は、例えば、0〜90℃であってもよく、好ましくは10〜80℃、より好ましくは20〜70℃であってもよい。   The temperature of the cleaning fluid used in the regeneration step is not particularly limited as long as the membrane fouling suppressing material can be regenerated. Depending on the type of cleaning fluid, it may be near room temperature or at the same temperature as the water to be treated. You may heat-process as needed. The temperature of the cleaning fluid in the present invention may be, for example, 0 to 90 ° C, preferably 10 to 80 ° C, more preferably 20 to 70 ° C.

再生工程における接触方法は、洗浄流体と膜ファウリング抑制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、バッチ式として、洗浄流体へ膜ファウリング抑制材を添加し、必要に応じて公知の方法で撹拌することにより、再生処理を行ってもよいし;連続式として、膜ファウリング抑制材を充てんしたカラムに対し、洗浄流体を通液させることにより再生処理を行ってもよい。また、再生工程は、一段であってもよいし、多段であってもよい。   The contact method in the regeneration step is not particularly limited as long as the cleaning fluid and the membrane fouling suppression material can be brought into contact with each other. For example, as a batch type, the membrane fouling suppression material is added to the cleaning fluid, and if necessary The regeneration process may be performed by stirring by a known method; or the regeneration process may be performed by passing a cleaning fluid through a column filled with a membrane fouling suppression material as a continuous type. Further, the regeneration step may be a single step or multiple steps.

膜ファウリング抑制材に対して用いられる洗浄流体の量は、洗浄流体の種類、膜ファウリング抑制材の形態、再生工程の形式(バッチ式または連続式)などに応じて適宜選択することができる。また、膜ファウリング抑制材を洗浄流体に浸漬して再生処理を行う場合は、機械的撹拌または気泡撹拌などにより膜ファウリング抑制材を撹拌してもよい。機械的撹拌を行う場合、例えば、周速として0.1〜20m/s程度であってもよく、0.3〜18m/s程度であってもよい。   The amount of the cleaning fluid used for the membrane fouling suppression material can be appropriately selected according to the type of the cleaning fluid, the form of the membrane fouling suppression material, the type of the regeneration process (batch type or continuous type), and the like. . In addition, when the membrane fouling suppression material is immersed in the cleaning fluid for the regeneration treatment, the membrane fouling suppression material may be stirred by mechanical stirring or bubble stirring. When performing mechanical stirring, for example, the peripheral speed may be about 0.1 to 20 m / s, or about 0.3 to 18 m / s.

再生工程における処理時間は、膜ファウリング抑制材を再生できる限り特に限定されず、膜ファウリング抑制材の状態、洗浄流体の種類やその量などに応じて適宜設定することができる。再生処理時間は、例えば、30秒〜24時間であってもよく、1分〜3時間であってもよい。   The treatment time in the regeneration step is not particularly limited as long as the membrane fouling suppressing material can be regenerated, and can be appropriately set according to the state of the membrane fouling suppressing material, the type and amount of the cleaning fluid, and the like. The reproduction processing time may be, for example, 30 seconds to 24 hours, or 1 minute to 3 hours.

再生工程により再生された膜ファウリング抑制材は、必要に応じて公知のろ別手段により分離した後、再度、水処理の吸着工程で利用することができる。   The membrane fouling suppression material regenerated by the regenerating step can be separated by a known filtering means if necessary, and then used again in the water treatment adsorption step.

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.

実施例および比較例における物性および特性の分析は下記方法に従い行った。   Analysis of physical properties and characteristics in Examples and Comparative Examples was performed according to the following methods.

(高分子化合物(A)のカチオン性基密度の算出)
高分子化合物(A)のカチオン性基密度は、高分子化合物(A)の骨格構造から、高分子化合物(A)を構成する繰り返し単位の分子量(M)(g/mol)あたりのカチオン性基数(N)に基づき、下記式に従い算出した。
高分子化合物(A)のカチオン性基密度=(N/M)×1000(mmol/g)
(Calculation of cationic group density of polymer compound (A))
The cationic group density of the polymer compound (A) is the number of cationic groups per molecular weight (M) (g / mol) of the repeating unit constituting the polymer compound (A) from the skeleton structure of the polymer compound (A). Based on (N), it calculated according to the following formula.
Cationic group density of polymer compound (A) = (N / M) × 1000 (mmol / g)

(高分子化合物(C)のカチオン性基密度の算出)
高分子化合物(A)Xgに化合物(B)をXg付加させて生成した高分子化合物(C)のカチオン性基密度は、下記式に従い算出した。
高分子化合物(C)のカチオン性基密度=高分子化合物(A)のカチオン性基密度×X/(X+X
(Calculation of cationic group density of polymer compound (C))
Cationic-group density of the polymer compound (A) X A g to Compound (B) the X B g added so polymer compound formed by (C) was calculated according to the following equation.
Cationic group density of polymer compound (C) = Cationic group density of polymer compound (A) × X A / (X A + X B )

(バイオポリマーの吸着率)
バイオポリマーのモデル物質としてアルギン酸ナトリウム(和光純薬工業(株)製、型番:199−09961)の吸着評価を実施した。各製造例で得られた膜ファウリング抑制材0.5g(12時間真空乾燥機にて乾燥させた状態での質量であり、以下の記載において同じ)を100mLのモデル淡水(アルギン酸ナトリウム濃度:4.0mg−C/L)もしくはモデル海水(アルギン酸ナトリウム濃度:4.0mg−C/L、NaCl:3.5%)に添加し、25℃の温度下、振とう機にて振とうした。18時間振とうする前後の上澄み液20mlを液体クロマトグラフィー−有機炭素検出器(LC−OCD)によって評価し、前記膜ファウリング抑制材によるバイオポリマーの吸着率を以下のように評価した。
バイオポリマーの吸着率=(吸着評価前のアルギン酸ナトリウム濃度−吸着評価後のアルギン酸ナトリウム濃度)/吸着評価前のアルギン酸ナトリウム濃度×100(%)
(Adsorption rate of biopolymer)
Adsorption evaluation of sodium alginate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., model number: 199-09961) was carried out as a biopolymer model substance. 100 g of model fresh water (concentration of sodium alginate: 4) was obtained from 0.5 g of the membrane fouling suppression material obtained in each production example (the mass in the state dried in a vacuum dryer for 12 hours and the same in the following description). 0.0 mg-C / L) or model seawater (concentration of sodium alginate: 4.0 mg-C / L, NaCl: 3.5%), and shaken with a shaker at a temperature of 25 ° C. 20 ml of supernatant liquid before and after shaking for 18 hours was evaluated by liquid chromatography-organic carbon detector (LC-OCD), and the adsorption rate of the biopolymer by the membrane fouling inhibitor was evaluated as follows.
Biopolymer adsorption rate = (sodium alginate concentration before adsorption evaluation−sodium alginate concentration after adsorption evaluation) / sodium alginate concentration before adsorption evaluation × 100 (%)

(バイオポリマーの溶離率(膜ファウリング抑制材の再生))
アルギン酸ナトリウムを吸着後、ろ別し、25℃の25質量%のNaCl水溶液100mLに浸漬、1時間振とうした。振とう後の上澄み液20mLをLC−OCDで分析し、アルギン酸ナトリウムの溶離率を下記式で算出した。
バイオポリマーの溶離率=溶離液のアルギン酸ナトリウム濃度/(吸着試験時の原液のアルギン酸ナトリウム濃度−吸着後のアルギン酸ナトリウム濃度)×100(%)
(Biopolymer elution rate (regeneration of membrane fouling suppression material))
After adsorbing sodium alginate, it was filtered off, immersed in 100 mL of 25 mass% NaCl aqueous solution at 25 ° C., and shaken for 1 hour. 20 mL of the supernatant after shaking was analyzed by LC-OCD, and the elution rate of sodium alginate was calculated by the following formula.
Biopolymer elution rate = sodium alginate concentration in eluent / (concentration of sodium alginate in stock solution during adsorption test-sodium alginate concentration after adsorption) x 100 (%)

(膨潤度の評価)
膜ファウリング抑制材1gを25℃の水に12時間浸漬させた後、膜ファウリング抑制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 membrane fouling suppression material is immersed in water at 25 ° C. for 12 hours, the membrane fouling suppression material 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 (%)

(膜ファウリング抑制材の体積変化率)
膜ファウリング抑制材5.0gを25℃の水に12時間浸漬させた後、内径15.4mmクロマトカラム管(柴田科学(株)製)に、高さが5cmになるように膜ファウリング抑制材を充填した。そこへ、1NのHClを3BV通液したのち、イオン交換水を3BV通液した。通液を停止後、クロマトカラム全体を80℃に加温した水浴に1時間浸漬させた際の、浸漬前後の膜ファウリング抑制材の体積変化率を下記式に従って算出した。なお、ここでBV(ベッドボリューム)とは、カラム断面積と樹脂充填高さの積を1BVとした際の通液倍率を表す数値である。
体積変化率(倍)=80℃加温後の膜ファウリング抑制材高さ(cm)/5cm
前記体積変化率が1.2倍以下の場合をA、1.2倍をこえる場合をBと評価した。
(Volume change rate of membrane fouling suppression material)
Membrane fouling suppression material 5.0 g was immersed in water at 25 ° C. for 12 hours, and then the membrane fouling suppression was performed so that the height was 5 cm in a 15.4 mm inner diameter chromatographic column tube (manufactured by Shibata Kagaku) Filled with material. After passing 1N HCl through 3BV, ion-exchanged water was passed through 3BV. After stopping the flow of liquid, the volume change rate of the membrane fouling suppression material before and after the immersion when the entire chromatographic column was immersed in a water bath heated to 80 ° C. for 1 hour was calculated according to the following formula. Here, BV (bed volume) is a numerical value representing the liquid passing magnification when the product of the column cross-sectional area and the resin filling height is 1 BV.
Volume change rate (times) = height of membrane fouling suppression material after heating at 80 ° C (cm) / 5cm
A case where the volume change rate was 1.2 times or less was evaluated as A, and a case where the volume change rate exceeded 1.2 times was evaluated as B.

(5サイクル目の溶離率)
上記に記載のモデル淡水中での吸着、25質量%NaCl水溶液での溶離を5サイクル繰り返した際の5サイクル目での溶離率を以下のように算出した。
5サイクル目でのバイオポリマーの溶離率=5サイクル目の溶離液のアルギン酸ナトリウム濃度/(5サイクル目の吸着試験時の原液のアルギン酸ナトリウム濃度−5サイクル目の吸着後のアルギン酸ナトリウム濃度)×100(%)
(Elution rate at the 5th cycle)
The elution rate at the 5th cycle when the adsorption in the model fresh water described above and the elution with the 25 mass% NaCl aqueous solution were repeated 5 cycles was calculated as follows.
Elution rate of biopolymer in the 5th cycle = sodium alginate concentration in the eluent in the 5th cycle / (concentration of sodium alginate in the stock solution during the 5th cycle adsorption test−sodium alginate concentration after the 5th cycle adsorption) × 100 (%)

本実施例及び比較例において使用した各成分は以下のとおりである。
高分子化合物(A)
ポリエチレンイミン:「エポミンSP−200」(株式会社日本触媒製)、カチオン性基密度23.2(mmol/g)、重量平均分子量100000
ポリアリルアミン:「PAA−15C」(ニットーボーメディカル株式会社製)、カチオン性基密度17.5(mmol/g)、重量平均分子量150000
キトサン:「キミカキトサンF」(株式会社キミカ製)、カチオン性基密度6.2(mmol/g)
化合物(B)
エチレングリコールジグリシジルエーテル:「デナコールEX−810」(ナガセケムテックス株式会社製)
グリシドール(Sigma−Aldrich製)
イソプロピルグリシジルエーテル(Sigma−Aldrich製)
親水性高分子(D)
エチレン−ビニルアルコール系共重合体(D−1):「E−105」(株式会社クラレ製)、溶解度パラメータδ=28
エチレン−ビニルアルコール系共重合体(D−2):「G−156」(株式会社クラレ製)、溶解度パラメータδ=25
エチレン−ビニルアルコール系共重合体(D−3):「F−101」(株式会社クラレ製)、溶解度パラメータδ=28
Each component used in the examples and comparative examples is as follows.
Polymer compound (A)
Polyethyleneimine: “Epomin SP-200” (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.), cationic group density 23.2 (mmol / g), weight average molecular weight 100,000
Polyallylamine: “PAA-15C” (manufactured by Nitto Bo Medical Co., Ltd.), cationic group density 17.5 (mmol / g), weight average molecular weight 150,000
Chitosan: “Kimikachitosan F” (manufactured by Kimika Co., Ltd.), cationic group density 6.2 (mmol / g)
Compound (B)
Ethylene glycol diglycidyl ether: “Denacol EX-810” (manufactured by Nagase ChemteX Corporation)
Glycidol (manufactured by Sigma-Aldrich)
Isopropyl glycidyl ether (manufactured by Sigma-Aldrich)
Hydrophilic polymer (D)
Ethylene-vinyl alcohol copolymer (D-1): “E-105” (manufactured by Kuraray Co., Ltd.), solubility parameter δ = 28
Ethylene-vinyl alcohol copolymer (D-2): “G-156” (manufactured by Kuraray Co., Ltd.), solubility parameter δ = 25
Ethylene-vinyl alcohol copolymer (D-3): “F-101” (manufactured by Kuraray Co., Ltd.), solubility parameter δ = 28

[製造例1](膜ファウリング抑制材1)
ポリエチレンイミン63質量部を、イオン交換水中に溶解させ30%の溶液を得た。氷水で十分に冷却したところへ、エチレングリコールジグリシジルエーテル37質量部を添加し、十分攪拌しながら室温に昇温した。24時間後、得られたゲル化生成物を粉砕処理し、得られた粉砕物を80℃の熱水で洗浄することで、目的の膜ファウリング抑制材1を得た。得られた膜ファウリング抑制材1のカチオン性基密度(アミノ基密度)を算出した。結果を表1に示す。
[Production Example 1] (Membrane fouling suppression material 1)
63 parts by mass of polyethyleneimine was dissolved in ion-exchanged water to obtain a 30% solution. To the place sufficiently cooled with ice water, 37 parts by mass of ethylene glycol diglycidyl ether was added, and the temperature was raised to room temperature with sufficient stirring. After 24 hours, the obtained gelled product was pulverized, and the obtained pulverized product was washed with hot water at 80 ° C. to obtain the target film fouling suppressing material 1. The cationic group density (amino group density) of the obtained membrane fouling suppression material 1 was calculated. The results are shown in Table 1.

[製造例2](膜ファウリング抑制材2)
ポリエチレンイミン46質量部を、イオン交換水中に溶解させ30%の溶液を得た。氷水で十分に冷却したところへ、エチレングリコールジグリシジルエーテル54質量部を添加し、十分攪拌しながら室温に昇温した。24時間後、得られたゲル化生成物を粉砕処理し、得られた粉砕物を多量の80℃熱水で洗浄することで、目的の膜ファウリング抑制材2を得た。得られた膜ファウリング抑制材2のカチオン性基密度(アミノ基密度)を算出した。結果を表1に示す。
[Production Example 2] (Membrane fouling suppression material 2)
46 parts by mass of polyethyleneimine was dissolved in ion-exchanged water to obtain a 30% solution. To the place sufficiently cooled with ice water, 54 parts by mass of ethylene glycol diglycidyl ether was added, and the temperature was raised to room temperature with sufficient stirring. After 24 hours, the obtained gelled product was pulverized, and the obtained pulverized product was washed with a large amount of hot water at 80 ° C. to obtain the target film fouling suppressing material 2. The cationic group density (amino group density) of the obtained membrane fouling suppression material 2 was calculated. The results are shown in Table 1.

[製造例3](膜ファウリング抑制材3)
ポリエチレンイミン51質量部をイオン交換水に溶解させ30%の溶液とした後、80℃に昇温した。そこへ、グリシドール49質量部を滴下し、2時間反応させた。室温まで放冷後、反応溶液をエバポレーターで濃縮し、グリシドール付加ポリエチレンイミンを得た。得られたグリシドール付加ポリエチレンイミンのカチオン性基密度を算出した。次いで、得られたグリシドール付加ポリエチレンイミン25質量部と親水性高分子であるエチレン−ビニルアルコール系共重合体(D−1)75質量部をラボプラストミルにて、180℃で5分間溶融混練し、得られた混練物を冷却後、粉砕処理を施し粒子を得た。さらに、この粒子をエチレングリコールジグリシジルエーテル2%の25℃の溶液で1時間架橋処理を行い、ろ別後、多量の80℃熱水で攪拌洗浄することで、膜ファウリング抑制材3を得た。
[Production Example 3] (Membrane fouling suppression material 3)
After dissolving 51 parts by mass of polyethyleneimine in ion exchange water to make a 30% solution, the temperature was raised to 80 ° C. There, 49 mass parts of glycidol was dripped, and it was made to react for 2 hours. After allowing to cool to room temperature, the reaction solution was concentrated with an evaporator to obtain glycidol-added polyethyleneimine. The cationic group density of the obtained glycidol-added polyethyleneimine was calculated. Next, 25 parts by mass of the obtained glycidol-added polyethyleneimine and 75 parts by mass of a hydrophilic polymer, ethylene-vinyl alcohol copolymer (D-1), were melt-kneaded at 180 ° C. for 5 minutes in a lab plast mill. The obtained kneaded product was cooled and then pulverized to obtain particles. Further, this particle was subjected to a crosslinking treatment with a solution of ethylene glycol diglycidyl ether 2% at 25 ° C. for 1 hour, filtered and then stirred and washed with a large amount of hot water at 80 ° C. to obtain a membrane fouling suppressing material 3. It was.

[製造例4](膜ファウリング抑制材4)
ポリアリルアミン60質量部を、イオン交換水中に溶解させ30%の溶液を得た。氷水で十分に冷却したところへ、エチレングリコールジグリシジルエーテル40質量部を添加し、十分攪拌しながら室温に昇温した。24時間後、得られたゲル化生成物を粉砕処理し、粉砕物を多量の80℃熱水で洗浄することで、目的の膜ファウリング抑制材4を得た。得られた膜ファウリング抑制材4のカチオン性基密度(アミノ基密度)を算出した。結果を表1に示す。
[Production Example 4] (Film Fouling Inhibiting Material 4)
60 parts by mass of polyallylamine was dissolved in ion-exchanged water to obtain a 30% solution. 40 mass parts of ethylene glycol diglycidyl ether was added to the place cooled enough with ice water, and it heated up to room temperature, fully stirring. After 24 hours, the gelled product obtained was pulverized, and the pulverized product was washed with a large amount of hot water at 80 ° C. to obtain the target film fouling suppressing material 4. The cationic group density (amino group density) of the obtained membrane fouling suppression material 4 was calculated. The results are shown in Table 1.

[製造例5](膜ファウリング抑制材5)
ポリエチレンイミン48質量部をイソプロパノールに溶解させ30%の溶液とした後、80℃に昇温した。そこへ、イソプロピルグリシジルエーテル(IPGE)52質量部を滴下し、2時間反応させた。室温まで放冷後、反応溶液をエバポレーターで濃縮し、IPGE付加ポリエチレンイミンを得た。得られたIPGE付加ポリエチレンイミンのカチオン性基密度(アミノ基密度)を算出した。次いで、得られたIPGE付加ポリエチレンイミン30質量部と親水性高分子であるエチレン−ビニルアルコール系共重合体(D−2)70質量部をラボプラストミルにて、180℃で5分間溶融混練し、得られた混練物を冷却後、粉砕処理を施し粒子を得た。さらに、この粒子をエチレングリコールジグリシジルエーテル2%の25℃の溶液で1時間架橋処理を行い、ろ別後、多量の80℃熱水で攪拌洗浄することで、膜ファウリング抑制材5を得た。
[Production Example 5] (Film Fouling Inhibiting Material 5)
After dissolving 48 parts by mass of polyethyleneimine in isopropanol to obtain a 30% solution, the temperature was raised to 80 ° C. There, 52 mass parts of isopropyl glycidyl ether (IPGE) was dripped, and it was made to react for 2 hours. After allowing to cool to room temperature, the reaction solution was concentrated with an evaporator to obtain IPGE-added polyethyleneimine. The cationic group density (amino group density) of the obtained IPGE-added polyethyleneimine was calculated. Next, 30 parts by mass of the obtained IPGE-added polyethyleneimine and 70 parts by mass of a hydrophilic polymer, ethylene-vinyl alcohol copolymer (D-2), were melt-kneaded at 180 ° C. for 5 minutes in a lab plast mill. The obtained kneaded product was cooled and then pulverized to obtain particles. Further, this particle was subjected to a crosslinking treatment for 1 hour with a solution of ethylene glycol diglycidyl ether 2% at 25 ° C., and after filtration, the membrane fouling inhibitor 5 was obtained by stirring and washing with a large amount of hot water at 80 ° C. It was.

[製造例6](膜ファウリング抑制材6)
ポリエチレンイミン38質量部をイオン交換水に溶解させ30%の溶液とした後、80℃に昇温した。そこへ、グリシドール62質量部を滴下し、2時間反応させた。室温まで放冷後、反応溶液をエバポレーターで濃縮し、グリシドール付加ポリエチレンイミンを得た。得られたグリシドール付加ポリエチレンイミンのカチオン性基密度(アミノ基密度)を算出した。次いで、得られたグリシドール付加ポリエチレンイミン20質量部と親水性高分子であるエチレン−ビニルアルコール系共重合体(D−3)80質量部をラボプラストミルにて、180℃で5分間溶融混練し、得られた混練物を冷却後、粉砕処理を施し粒子を得た。さらに、この粒子をエチレングリコールジグリシジルエーテル2%の25℃の溶液で1時間架橋処理を行い、ろ別後、多量の80℃熱水で攪拌洗浄することで、膜ファウリング抑制材6を得た。
[Production Example 6] (Film Fouling Inhibiting Material 6)
After dissolving 38 parts by mass of polyethyleneimine in ion exchange water to make a 30% solution, the temperature was raised to 80 ° C. There, 62 mass parts of glycidol was dripped, and it was made to react for 2 hours. After allowing to cool to room temperature, the reaction solution was concentrated with an evaporator to obtain glycidol-added polyethyleneimine. The cationic group density (amino group density) of the obtained glycidol-added polyethyleneimine was calculated. Next, 20 parts by mass of the obtained glycidol-added polyethyleneimine and 80 parts by mass of a hydrophilic polymer, ethylene-vinyl alcohol copolymer (D-3), were melt-kneaded at 180 ° C. for 5 minutes in a lab plast mill. The obtained kneaded product was cooled and then pulverized to obtain particles. Further, this particle was subjected to a crosslinking treatment with a solution of ethylene glycol diglycidyl ether 2% at 25 ° C. for 1 hour, and after filtration, the membrane fouling inhibitor 6 was obtained by stirring and washing with a large amount of hot water at 80 ° C. It was.

[製造例7](膜ファウリング抑制材7)
ポリエチレンイミン69質量部をイオン交換水に溶解させ30%の溶液とした後、80℃に昇温した。そこへ、グリシドール31質量部を滴下し、2時間反応させた。室温まで放冷後、反応溶液をエバポレーターで濃縮し、グリシドール付加ポリエチレンイミンを得た。得られたグリシドール付加ポリエチレンイミンのカチオン性基密度を算出した。次いで、得られたグリシドール付加ポリエチレンイミン25質量部と親水性高分子であるエチレン−ビニルアルコール系共重合体(D−1)75質量部をラボプラストミルにて、180℃で5分間溶融混練し、得られた混練物を冷却後、粉砕処理を施し粒子を得た。さらに、この粒子をエチレングリコールジグリシジルエーテル2%の25℃の溶液で1時間架橋処理を行い、ろ別後、多量の80℃熱水で攪拌洗浄することで、膜ファウリング抑制材7を得た。
[Production Example 7] (Membrane fouling suppression material 7)
After dissolving 69 parts by mass of polyethyleneimine in ion exchange water to make a 30% solution, the temperature was raised to 80 ° C. There, 31 mass parts of glycidol was dripped, and it was made to react for 2 hours. After allowing to cool to room temperature, the reaction solution was concentrated with an evaporator to obtain glycidol-added polyethyleneimine. The cationic group density of the obtained glycidol-added polyethyleneimine was calculated. Next, 25 parts by mass of the obtained glycidol-added polyethyleneimine and 75 parts by mass of a hydrophilic polymer, ethylene-vinyl alcohol copolymer (D-1), were melt-kneaded at 180 ° C. for 5 minutes in a lab plast mill. The obtained kneaded product was cooled and then pulverized to obtain particles. Further, this particle was subjected to a crosslinking treatment with a solution of ethylene glycol diglycidyl ether 2% at 25 ° C. for 1 hour, filtered and then stirred and washed with a large amount of hot water at 80 ° C. to obtain a membrane fouling suppressing material 7. It was.

[製造例8](膜ファウリング抑制材8)
ポリエチレンイミン20質量部をイオン交換水中に溶解させ30%の溶液を得た。氷水で十分に冷却したところへ、エチレングリコールジグリシジルエーテル80質量部を添加し、十分攪拌しながら室温に昇温した。24時間後、得られたゲル化生成物を粉砕処理し、得られた粉砕物を多量の80℃熱水で洗浄することで、目的の膜ファウリング抑制材8を得た。得られた膜ファウリング抑制材8のカチオン性基密度(アミノ基密度)を算出した。結果を表1に示す。
[Production Example 8] (Membrane fouling suppression material 8)
20 parts by mass of polyethyleneimine was dissolved in ion-exchanged water to obtain a 30% solution. 80 parts by mass of ethylene glycol diglycidyl ether was added to the place sufficiently cooled with ice water, and the temperature was raised to room temperature with sufficient stirring. After 24 hours, the obtained gelled product was pulverized, and the obtained pulverized product was washed with a large amount of hot water at 80 ° C. to obtain the target film fouling suppressing material 8. The cationic group density (amino group density) of the obtained membrane fouling suppression material 8 was calculated. The results are shown in Table 1.

[製造例9](膜ファウリング抑制材9)
ポリアリルアミン30質量部をイオン交換水中に溶解させ30%の溶液を得た。氷水で十分に冷却したところへ、エチレングリコールジグリシジルエーテル70質量部を添加し、十分攪拌しながら室温に昇温した。24時間後、得られたゲル化生成物を粉砕処理し、得られた粉砕物を多量の80℃熱水で洗浄することで、目的の膜ファウリング抑制材9を得た。得られた膜ファウリング抑制材9のカチオン性基密度(アミノ基密度)を算出した。結果を表1に示す。
[Production Example 9] (Membrane fouling suppression material 9)
30 parts by mass of polyallylamine was dissolved in ion-exchanged water to obtain a 30% solution. 70 mass parts of ethylene glycol diglycidyl ether was added to the place cooled enough with ice water, and it heated up to room temperature, fully stirring. After 24 hours, the obtained gelled product was pulverized, and the obtained pulverized product was washed with a large amount of hot water at 80 ° C. to obtain the target film fouling suppressing material 9. The cationic group density (amino group density) of the obtained membrane fouling suppression material 9 was calculated. The results are shown in Table 1.

[製造例10](膜ファウリング抑制材10)
ポリエチレンイミン25質量部と親水性高分子であるエチレン−ビニルアルコール系共重合体(D−1)75質量部をラボプラストミルにて、180℃で5分間溶融混練し、得られた混練物を冷却後、粉砕処理を施し粒子を得た。さらに、この粒子をエチレングリコールジグリシジルエーテル2%の25℃の溶液で1時間架橋処理を行い、ろ別後、多量の80℃熱水で攪拌洗浄することで、膜ファウリング抑制材10を得た。
[Production Example 10] (Membrane fouling suppression material 10)
25 parts by mass of polyethyleneimine and 75 parts by mass of ethylene-vinyl alcohol copolymer (D-1), which is a hydrophilic polymer, were melt-kneaded at 180 ° C. for 5 minutes in a lab plast mill, and the resulting kneaded product was After cooling, pulverization was performed to obtain particles. Further, the particles were subjected to a crosslinking treatment with a solution of ethylene glycol diglycidyl ether 2% at 25 ° C. for 1 hour, and after filtration, the membrane fouling inhibitor 10 was obtained by stirring and washing with a large amount of hot water at 80 ° C. It was.

[製造例11](膜ファウリング抑制材11)
キトサンの架橋粒子を多量の80℃熱水にて浸漬、攪拌洗浄することで、膜ファウリング抑制材11を得た。得られた膜ファウリング抑制材11のカチオン性基密度(アミノ基密度)を算出した。結果を表1に示す。
[Production Example 11] (Membrane fouling suppression material 11)
The membrane fouling suppression material 11 was obtained by immersing the chitosan crosslinked particles in a large amount of 80 ° C. hot water and washing with stirring. The cationic group density (amino group density) of the obtained membrane fouling suppression material 11 was calculated. The results are shown in Table 1.

[実施例1〜6および比較例1〜5]
表1に示す膜ファウリング抑制材を使用し、前記した各種物性の評価を行った。結果を表2に示す。なお、5サイクル目の溶離率の評価は実施例3および比較例4について行った。
[Examples 1-6 and Comparative Examples 1-5]
Using the film fouling suppression material shown in Table 1, the various physical properties described above were evaluated. The results are shown in Table 2. The elution rate at the fifth cycle was evaluated for Example 3 and Comparative Example 4.

前記製造例1〜11において調製した膜ファウリング抑制材の組成を表1に示す。なお、表1中の高分子化合物(A)および化合物(B)の量は、高分子化合物(A)と化合物(B)の総量100質量部に対する量を示し、高分子化合物(C)および基材の量は、高分子化合物(C)と基材の総量100質量部に対する量を示す。また、実施例1〜6および比較例1〜5における各膜ファウリング抑制材のモデル淡水および海水における吸着率、溶離率、膨潤度、体積変化率および5サイクル目の溶離率の評価結果を表2に示す。   Table 1 shows the compositions of the membrane fouling suppressing materials prepared in Production Examples 1 to 11. In addition, the quantity of the high molecular compound (A) and the compound (B) in Table 1 shows the quantity with respect to 100 mass parts of total amounts of a high molecular compound (A) and a compound (B), and high molecular compound (C) and group The amount of the material indicates an amount with respect to 100 parts by mass of the total amount of the polymer compound (C) and the base material. Moreover, the evaluation results of the adsorption rate, elution rate, swelling degree, volume change rate, and elution rate of the fifth cycle of each membrane fouling suppression material in Examples 1-6 and Comparative Examples 1-5 in fresh water and seawater are shown. It is shown in 2.

Figure 2017094259
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Figure 2017094259
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表2に示されるように、カチオン性基含有高分子化合物(A)と、前記高分子化合物(A)のカチオン性基に対する反応性を有する官能基を含む化合物(B)とに基づく高分子化合物(C)を含み、前記高分子化合物(C)のカチオン性基密度が8.5〜15mmol/gの領域を含む本発明の膜ファウリング抑制材は、モデル淡水およびモデル海水において高い吸着率を示し、10%以上の溶離率を示すことが確認された(実施例1〜6)。一方、8.5〜15mmol/gのカチオン性基密度の領域を含まず、カチオン性基密度が15mmol/gより高い領域を含む場合には高い吸着率を有するものの、いずれも溶離率が5%未満となり、再生性に劣ることが確認された(比較例1および4)。また、カチオン性基密度が8.5mmol/gより低い領域のみを含む場合には、溶離率は高かったもののモデル海水における吸着率が0%であり、特に塩類を含む被処理水における吸着性に劣ることが確認された(比較例2、3および5)。
また、同じく表2に示されるように、8.5〜15mmol/gのカチオン性基密度の領域を含む本発明の膜ファウリング抑制材は、5サイクルの吸着溶離を繰り返した後であっても良好な溶離率を維持しており、繰り返し使用が可能であることが示唆されている(実施例3)。一方、カチオン性基密度が15mmol/gより高い領域を含むものは、依然として5%未満の溶離率であり、繰り返し使用には適さないことが確認された(比較例4)。
As shown in Table 2, the polymer compound based on the cationic group-containing polymer compound (A) and the compound (B) containing a functional group having reactivity with the cationic group of the polymer compound (A). The membrane fouling-suppressing material of the present invention containing (C) and containing a region where the cationic group density of the polymer compound (C) is 8.5 to 15 mmol / g has a high adsorption rate in model fresh water and model sea water. It was confirmed that the elution rate was 10% or more (Examples 1 to 6). On the other hand, it does not include a region having a cationic group density of 8.5 to 15 mmol / g and has a high adsorption rate when it includes a region having a cationic group density higher than 15 mmol / g. It was confirmed that the reproducibility was inferior (Comparative Examples 1 and 4). In addition, when only the region where the cationic group density is lower than 8.5 mmol / g is included, although the elution rate is high, the adsorption rate in the model seawater is 0%, and especially in the treated water containing salts. Inferiority was confirmed (Comparative Examples 2, 3 and 5).
Similarly, as shown in Table 2, the membrane fouling-suppressing material of the present invention containing a region having a cationic group density of 8.5 to 15 mmol / g can be used even after 5 cycles of adsorption and elution are repeated. It has been suggested that a good elution rate is maintained and repeated use is possible (Example 3). On the other hand, those containing a region where the cationic group density was higher than 15 mmol / g still had an elution rate of less than 5%, and were confirmed to be unsuitable for repeated use (Comparative Example 4).

Claims (17)

カチオン性基含有高分子化合物(A)と、前記高分子化合物(A)のカチオン性基に対する反応性を有する少なくとも1つの官能基を含む化合物(B)とに基づく高分子化合物(C)を含み、カチオン性基密度が8.5〜15mmol/gである領域を有する膜ファウリング抑制材。   A polymer compound (C) based on a cationic group-containing polymer compound (A) and a compound (B) containing at least one functional group having reactivity with the cationic group of the polymer compound (A). A membrane fouling suppression material having a region where the cationic group density is 8.5 to 15 mmol / g. 前記高分子化合物(A)のカチオン性基が、アミノ基、イミノ基、アミジン基、グアニジノ基、イミダゾール基およびピリジル基からなる群から選択される少なくとも一種である、請求項1に記載の膜ファウリング抑制材。   The membrane fau according to claim 1, wherein the cationic group of the polymer compound (A) is at least one selected from the group consisting of an amino group, an imino group, an amidine group, a guanidino group, an imidazole group, and a pyridyl group. Ring suppression material. 前記高分子化合物(A)が、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン、ポリビニルアミン、ポリアミジン、ポリグアニジン、ポリアミノ酸、ポリピリジンおよびそれらの塩からなる群から選択される少なくとも一種である、請求項1または2に記載の膜ファウリング抑制材。   The polymer compound (A) is at least one selected from the group consisting of polyethyleneimine, polyallylamine, polyvinylamine, polyamidine, polyguanidine, polyamino acid, polypyridine, and salts thereof. Film fouling suppression material. 前記化合物(B)の官能基が、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、イソシアネート基、アルデヒド基、アゼチジン基およびカルボジイミド基からなる群から選択される少なくとも一種である、請求項1〜3のいずれかに記載の膜ファウリング抑制材。   The functional group of the compound (B) is epoxy group, carboxyl group, halogen group, acid anhydride group, acid halide group, formyl group, N-chloroformyl group, chloroformate group, isocyanate group, aldehyde group, azetidine group. The film fouling suppressing material according to claim 1, which is at least one selected from the group consisting of carbodiimide groups. 前記化合物(B)は少なくとも1つのエポキシ基を有する化合物である、請求項1〜4のいずれかに記載の膜ファウリング抑制材。   The film fouling suppressing material according to any one of claims 1 to 4, wherein the compound (B) is a compound having at least one epoxy group. 親水性高分子化合物(D)をさらに含む、請求項1〜5のいずれかに記載の膜ファウリング抑制材。   The membrane fouling suppression material according to any one of claims 1 to 5, further comprising a hydrophilic polymer compound (D). 前記高分子化合物(C)が前記親水性高分子化合物(D)中に分散している、請求項6に記載の膜ファウリング抑制材。   The membrane fouling suppression material according to claim 6, wherein the polymer compound (C) is dispersed in the hydrophilic polymer compound (D). 前記親水性高分子化合物(D)がエチレン−ビニルアルコール系共重合体である、請求項6または7に記載の膜ファウリング抑制材。   The film fouling suppression material according to claim 6 or 7, wherein the hydrophilic polymer compound (D) is an ethylene-vinyl alcohol copolymer. 25℃水中における膨潤度が20〜500%である、請求項1〜8のいずれかに記載の膜ファウリング抑制材。   The film | membrane fouling suppression material in any one of Claims 1-8 whose swelling degree in 25 degreeC water is 20 to 500%. バイオポリマー吸着能を有する、請求項1〜9のいずれかに記載の膜ファウリング抑制材。   The membrane fouling suppression material according to any one of claims 1 to 9, which has biopolymer adsorption ability. 限外ろ過(UF)膜、精密ろ過(MF)膜、ナノろ過(NF)膜および逆浸透(RO)膜からなる群から選択される少なくとも1種の膜による水処理に用いるための、請求項1〜10のいずれかに記載の膜ファウリング抑制材。   Claims for use in water treatment with at least one membrane selected from the group consisting of ultrafiltration (UF) membranes, microfiltration (MF) membranes, nanofiltration (NF) membranes and reverse osmosis (RO) membranes The film | membrane fouling suppression material in any one of 1-10. 被処理水を、請求項1〜11のいずれかに記載の膜ファウリング抑制材に接触させ、被処理水に含まれる膜ファウリング原因物質を膜ファウリング抑制材に吸着させる工程を含む、水処理方法。   Water that includes a step of bringing the water to be treated into contact with the membrane fouling suppressing material according to any one of claims 1 to 11 and adsorbing the membrane fouling-causing substance contained in the water to be treated to the membrane fouling suppressing material. Processing method. 前記被処理水が0.1質量%以上の塩類を含む、請求項12に記載の水処理方法。   The water treatment method according to claim 12, wherein the water to be treated contains 0.1% by mass or more of salts. 請求項1〜11のいずれかに記載の膜ファウリング抑制材を、被処理水と接触させた後、洗浄流体と接触させる工程を含む、膜ファウリング抑制材の再生方法。   A method for regenerating a membrane fouling suppression material, comprising the step of bringing the membrane fouling suppression material according to any one of claims 1 to 11 into contact with water to be treated and then bringing it into contact with a cleaning fluid. 前記洗浄流体が金属イオン含有水溶液である、請求項14に記載の膜ファウリング抑制材の再生方法。   The method for regenerating a membrane fouling suppression material according to claim 14, wherein the cleaning fluid is a metal ion-containing aqueous solution. 膜ファウリング抑制材に接触させた後の被処理水を、限外ろ過(UF)膜、精密ろ過(MF)膜、ナノろ過(NF)膜および逆浸透(RO)膜からなる群から選択される少なくとも1種の膜により膜ろ過する工程を含む、請求項12に記載の水処理方法。   The treated water after contacting with the membrane fouling suppression material is selected from the group consisting of ultrafiltration (UF) membrane, microfiltration (MF) membrane, nanofiltration (NF) membrane and reverse osmosis (RO) membrane The water treatment method according to claim 12, comprising a step of membrane filtration with at least one kind of membrane. 請求項14または15に記載の再生方法を含む、請求項12または16に記載の水処理方法。   The water treatment method according to claim 12 or 16, comprising the regeneration method according to claim 14 or 15.
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