JP2017170403A - Method for performing membrane separation by using forward osmosis membrane - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、正浸透膜を使用して膜分離する方法に関する。 The present invention relates to a method for membrane separation using a forward osmosis membrane.
正浸透膜分離法は、低浸透圧側の水が高浸透圧の溶液に向かって移動する現象を利用した膜分離方法であり、逆浸透膜分離法と比べると、膜分離での消費エネルギーが少なくなる点で有利である。
正浸透膜分離法では、ドロー溶質を含むドロー溶液の使用が必須であり、前記ドロー溶質の選択が重要となる。
The forward osmosis membrane separation method is a membrane separation method that utilizes the phenomenon that water on the low osmotic pressure side moves toward a solution with a high osmotic pressure. Compared with the reverse osmosis membrane separation method, less energy is consumed in membrane separation. This is advantageous.
In the forward osmosis membrane separation method, it is essential to use a draw solution containing a draw solute, and selection of the draw solute is important.
特許文献１には、一般式１で示される、窒素原子を含む正浸透用の誘導物質、それを使用した正浸透水処理装置、正浸透水処理方法の発明が記載されている。
特許文献２には、ドロー溶質として窒素原子を含まない温度応答性高分子を含んでおり、前記温度応答性高分子がポリビニルエーテル系ポリマー、ポリ酢酸ビニル系ポリマー、（メタ）アクリル酸系ポリマーから選ばれるものが記載されている。
Patent Document 1 describes an invention of a forward osmosis water treatment apparatus and forward osmosis water treatment method using the inducer for forward osmosis including a nitrogen atom, represented by the general formula 1.
特許文献３には、ＨＬＢ値が１０以上の非イオン性界面活性剤と、前記界面活性剤よりもＨＬＢ値が低い非イオン性界面活性剤もしくは脂肪酸もしくはアルコール、またはそれらの混合物とを混合し、平均のＨＬＢ値が１０〜１６である温度感応性混合物を水に溶解した誘引溶液を使用することが記載されている。
ＨＬＢ値１０以上の界面活性剤は、ポリグリセリンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレートなどが例示され、前記界面活性剤よりもＨＬＢ値が低い非イオン性界面活性剤は、ソルビタンモノカプリレート、グリセリンモノカプリレートなどが例示されている。
In
Examples of the surfactant having an HLB value of 10 or more include polyglycerin monolaurate and polyoxyethylene sorbitan monolaurate, and the nonionic surfactant having an HLB value lower than that of the surfactant is sorbitan monocaprylate. Examples thereof include glycerin monocaprylate.
本発明は、ドロー溶質としてポリグリセリンを使用する、正浸透膜を使用して膜分離する方法を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a method for membrane separation using a forward osmosis membrane using polyglycerin as a draw solute.
本発明は、正浸透膜を使用して膜分離する方法であって、
正浸透膜を介して、被処理水と、ドロー溶質を含むドロー溶液とを接触させ、前記被処理水中に含まれる水をドロー溶液側に移動させる浸透工程と、
前記ドロー溶液に含まれる水と前記ドロー溶質を分離する分離工程を含んでおり、
前記ドロー溶質としてポリグリセリンを使用する、正浸透膜を使用して膜分離する方法を提供する。
The present invention is a method of membrane separation using a forward osmosis membrane,
A permeation step of bringing the water to be treated into contact with the draw solution containing the draw solute through the forward osmosis membrane, and moving the water contained in the water to be treated to the draw solution side;
Separating the water contained in the draw solution and the draw solute,
A method for membrane separation using a forward osmosis membrane using polyglycerin as the draw solute is provided.
本発明のドロー溶質としてポリグリセリンを使用する、正浸透膜を使用して膜分離する方法によれば、高い透水速度で被処理水から水を分離することができる。 According to the method of membrane separation using a forward osmosis membrane using polyglycerin as the draw solute of the present invention, water can be separated from the water to be treated at a high water transmission rate.
＜ドロー溶質＞
本発明の正浸透膜を使用して膜分離する方法で使用するドロー溶液のドロー溶質は、ポリグリセリンであり、前記ポリグリセリンの誘導体も含むものである。
<Draw Solute>
The draw solute of the draw solution used in the method of membrane separation using the forward osmosis membrane of the present invention is polyglycerin, and also includes the polyglycerin derivative.
本発明のドロー溶質として使用することができるポリグリセリンは、下記式で示される高い分岐構造のポリグリセリンのほか、低い分岐構造のポリグリセリンを挙げることができる。 Examples of the polyglycerin that can be used as the draw solute of the present invention include a polyglycerin having a low branch structure in addition to a polyglycerin having a high branch structure represented by the following formula.
高い分岐構造を有するポリグリセリンは、ポリグリセリン全体のヒドロキシル基の５０％以上が１級ヒドロキシル基であるものである。
高い分岐構造を有するポリグリセリンは、グリシドールの重付加反応により製造することができる。
Polyglycerin having a highly branched structure is one in which 50% or more of the hydroxyl groups of the whole polyglycerol are primary hydroxyl groups.
Polyglycerin having a highly branched structure can be produced by polyaddition reaction of glycidol.
高い分岐構造を有するポリグリセリンは、
平均分子量が200〜5,000g／mol、好ましくは230〜3,000g／mol、
粘度（４０℃）が5000〜50,000mPa・s、好ましくは8,000〜30,000mPa・s、
ヒドロキシル価が500〜2000KOHmg／g、好ましくは800〜1200KOHmg／gを有するものが好ましい。
ヒドロキシル価は、特許第5002124号の調製例１に記載されている水酸基価の測定方法と同様にして、第７ 版食品添加物公定書「油脂類試験法」または基準油脂分析試験法に準じて求めた。
高い分岐構造を有するポリグリセリンとしては、（株）ダイセルから販売されている次のものを使用することができる。なお、粘度は、Ｅ型粘度計を用いて、40℃で、粘度に応じ１〜５rpmの回転数により測定されたものである。
商品名ＰＧＬ０３Ｐ：平均分子量＝240g／mol，粘度（40℃）＝8300mPa・s，ヒドロキシル価＝1100〜1200KOHmg／g
商品名ＰＧＬ０６ ：平均分子量＝460g／mol，粘度（40℃）＝23000mPa・s，ヒドロキシル価＝900〜1000KOHmg／g
商品名ＰＧＬ１０：平均分子量＝660g／mol，粘度（40℃）＝27900mPa・s，ヒドロキシル価＝800〜900KOHmg／g
商品名ＰＧＬ１０ＰＳＷ：平均分子量＝780g／mol，粘度（40℃）＝16800mPa・s，ヒドロキシル価＝805〜855KOHmg／g
商品名ＰＧＬ２０ＰＷ：平均分子量＝1500g／mol，粘度（40℃）＝9260mPa・s，ヒドロキシル価＝695〜755KOHmg／g
商品名ＰＧＬＸ：平均分子量＝3000g／mol，粘度（40℃）＝8500mPa・s，ヒドロキシル価＝675〜715KOHmg／g
商品名ＰＧＬＸＰＷ：平均分子量＝3000g／mol，粘度（40℃）＝19,800mPa・s，ヒドロキシル価＝650〜750KOHmg／g
Polyglycerin having a highly branched structure is
The average molecular weight is 200 to 5,000 g / mol, preferably 230 to 3,000 g / mol,
Viscosity (40 ° C.) is 5000 to 50,000 mPa · s, preferably 8,000 to 30,000 mPa · s,
Those having a hydroxyl number of 500 to 2000 KOHmg / g, preferably 800 to 1200 KOHmg / g are preferred.
The hydroxyl value is the same as the method for measuring the hydroxyl value described in Preparation Example 1 of Japanese Patent No. 5002124, in accordance with the 7th edition Food Additives Official Statement “Fats and Fats Test Method” or the Standard Fats and Fats Analysis Test Method. Asked.
As polyglycerin having a highly branched structure, the following ones sold from Daicel Corporation can be used. The viscosity was measured at 40 ° C. using an E-type viscometer at a rotation speed of 1 to 5 rpm depending on the viscosity.
Product name PGL03P: average molecular weight = 240 g / mol, viscosity (40 ° C.) = 8300 mPa · s, hydroxyl number = 1100 to 1200 KOH mg / g
Product name PGL06: Average molecular weight = 460 g / mol, Viscosity (40 ° C.) = 23000 mPa · s, Hydroxyl number = 900 to 1000 KOHmg / g
Product name PGL10: average molecular weight = 660 g / mol, viscosity (40 ° C.) = 27900 mPa · s, hydroxyl number = 800 to 900 KOHmg / g
Product name PGL10PSW: average molecular weight = 780 g / mol, viscosity (40 ° C.) = 16800 mPa · s, hydroxyl number = 805 to 855 KOHmg / g
Product name PGL20PW: average molecular weight = 1500 g / mol, viscosity (40 ° C.) = 9260 mPa · s, hydroxyl number = 695 to 755 KOHmg / g
Product name PGLX: average molecular weight = 3000 g / mol, viscosity (40 ° C.) = 8500 mPa · s, hydroxyl number = 675 to 715 KOH mg / g
Product name PGLXPW: average molecular weight = 3000 g / mol, viscosity (40 ° C.) = 19,800 mPa · s, hydroxyl value = 650 to 750 KOH mg / g
低い分岐構造を有するポリグリセリンは、ポリグリセリン全体のヒドロキシル基の５０％以上が２級ヒドロキシル基であるものである。
低い分岐構造を有するポリグリセリンは、グリセリンの脱水縮合反応や、エピクロロヒドリンの重付加反応によって製造することができる。
The polyglycerin having a low branched structure is one in which 50% or more of the total hydroxyl groups of the polyglycerol are secondary hydroxyl groups.
Polyglycerol having a low branch structure can be produced by dehydration condensation reaction of glycerol or polyaddition reaction of epichlorohydrin.
低い分岐構造を有するポリグリセリンは、
平均分子量が200〜5,000g／mol、好ましくは230〜3,000g／mol、
粘度（４０℃）が5000〜50,000mPa・s、好ましくは8,000〜30,000mPa・s、
ヒドロキシル価が500〜2000KOHmg／g、好ましくは800〜1200KOHmg／gを有するものが好ましい。
低い分岐構造を有するポリグリセリンとしては、阪本薬品工業(株)から販売されている商品名ポリグリセリン＃３１０、＃５００、＃７５０などを使用することができる。
Polyglycerin having a low branch structure is
The average molecular weight is 200 to 5,000 g / mol, preferably 230 to 3,000 g / mol,
Viscosity (40 ° C.) is 5000 to 50,000 mPa · s, preferably 8,000 to 30,000 mPa · s,
Those having a hydroxyl number of 500 to 2000 KOHmg / g, preferably 800 to 1200 KOHmg / g are preferred.
As the polyglycerin having a low branch structure, trade names such as polyglycerin # 310, # 500, and # 750 sold by Sakamoto Pharmaceutical Co., Ltd. can be used.
ポリグリセリンの誘導体としては、下記一般式（I）： As a derivative of polyglycerin, the following general formula (I):
［式中、ＧＬはグリセリン残基、Ｘ1は、末端にカルボキシル基を有し、ＧＬとの連結基としてカルボニル結合（−Ｃ（＝Ｏ）−）を有する、炭素数１〜１０のアルキレン基を示す］
で表される繰り返し単位を有するものを挙げることができる。
上記一般式（Ｉ）におけるＸ1は、−ＣＯ−ＣＨ2ＣＨ2−ＣＯＯＨが好ましい。
一般式（I）で示されるポリグリセリンの誘導体は公知のものであり、特許第５６２９９２５号公報に記載されている一般式（I）で示されるものである。
より具体的には、特許第５６２９９２５号公報の実施例１において上記のポリグリセリンを使用して得られたサクシニル化ポリグリセリン、同公報の実施例２において上記のポリグリセリンを使用して得られたサクシニル化ポリグリセリンを挙げることができる。
[Wherein, GL is a glycerin residue, X 1 is a C 1-10 alkylene group having a carboxyl group at the end and a carbonyl bond (—C (═O) —) as a linking group to GL. Show]
What has a repeating unit represented by these can be mentioned.
X 1 in the general formula (I) is preferably —CO—CH 2 CH 2 —COOH.
The polyglycerin derivative represented by the general formula (I) is known and is represented by the general formula (I) described in Japanese Patent No. 5629925.
More specifically, the succinylated polyglycerin obtained by using the above-mentioned polyglycerin in Example 1 of Japanese Patent No. 5629925, and obtained by using the above-mentioned polyglycerin in Example 2 of the publication. Mention may be made of succinylated polyglycerol.
またポリグリセリンの誘導体としては、下記一般式（II）： In addition, as a derivative of polyglycerin, the following general formula (II):
（式中、
ＧＬはグリセリン残基、ＸはＧＬ側に連結基としてのカルボニル結合（−ＣＯ−）を有する炭素数１〜１０のアルキレン基、
Ｒはメチルカルバモイル基、エチルカルバモイル基、プロピルカルバモイル基、イソプロピルカルバモイル基、ブチルカルバモイル基、またはＸとの結合部位に連結基としてのカルボニル結合（−ＣＯ−）を有する重合度が２〜１０のポリアルキレングリコール残基〔但し、前記ポリアルキレングリコール残基の末端水酸基は、炭素数１〜１０のアルキル基、３〜１０員のシクロアルキル基、炭素数６〜１０のアリール基、炭素数７〜１２のアラルキル基、炭素数１〜１１のアシル基から選択される有機基で封止されていてもよい〕を示す）
で表される繰り返し単位を有するものを挙げることができる。
一般式（II）で示されるポリグリセリンの誘導体は公知のものであり、特許第５５２６３１７号公報に記載されている一般式（ａ）で示されるものである。
より具体的には、特許第５５２６３１７号公報の実施例１において上記のポリグリセリンを使用して、サクシニル化ポリグリセリンを経て得られたイソプロピルアミド末端ポリグリセリン誘導体、同公報の実施例２において上記のポリグリセリンを使用して、サクシニル化ポリグリセリンを経て得られたイソプロピルアミド末端ポリグリセリン誘導体を挙げることができる。
(Where
GL is a glycerin residue, X is an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms having a carbonyl bond (—CO—) as a linking group on the GL side,
R is a methylcarbamoyl group, ethylcarbamoyl group, propylcarbamoyl group, isopropylcarbamoyl group, butylcarbamoyl group, or poly having a degree of polymerization of 2 to 10 having a carbonyl bond (—CO—) as a linking group at the bonding site with X. Alkylene glycol residue [However, the terminal hydroxyl group of the polyalkylene glycol residue is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a 3 to 10-membered cycloalkyl group, an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, or 7 to 12 carbon atoms. And may be sealed with an organic group selected from an acyl group having 1 to 11 carbon atoms]
What has a repeating unit represented by these can be mentioned.
The polyglycerin derivative represented by the general formula (II) is known and is represented by the general formula (a) described in Japanese Patent No. 5526317.
More specifically, an isopropylamide-terminated polyglycerin derivative obtained through succinylated polyglycerin using the above-mentioned polyglycerin in Example 1 of Japanese Patent No. 5526317, Mention may be made of isopropylamide-terminated polyglycerol derivatives obtained via succinylated polyglycerol using polyglycerol.
さらにポリグリセリンの誘導体としては、下記一般式（III）：
Ｒ1Ｏ−（Ｃ3Ｈ6Ｏ2）n−Ｈ （III）
（式中、Ｒ1は炭素数１〜３０のアルコール残基〔不飽和脂肪族アルコールからヒドロキシル基を除した基を除く〕を示し、グリセリン単位の平均付加モル数ｎは２以上の数を示す）
で表されるものであるポリグリセリンモノエーテルを挙げることができる。
一般式（III）で示されるポリグリセリンの誘導体は公知のものであり、特許第４９７６１３１号公報に記載されている一般式（１）で示されるものである。
Ｒ1は、ラウリルアルコール、ステアリルアルコール、ステロール、トコール類および２−エチルヘキサノールから選ばれるアルコールの残基であることが好ましい。
ｎは４〜２０が好ましい。
Furthermore, as a derivative of polyglycerin, the following general formula (III):
R 1 O— (C 3 H 6 O 2 ) n —H (III)
(Wherein R 1 represents an alcohol residue having 1 to 30 carbon atoms (excluding a group obtained by removing a hydroxyl group from an unsaturated aliphatic alcohol), and the average added mole number n of glycerin units represents a number of 2 or more. )
The polyglycerol monoether which is represented by these can be mentioned.
The derivative of polyglycerin represented by the general formula (III) is a known one, and is represented by the general formula (1) described in Japanese Patent No. 4976131.
R 1 is preferably a residue of an alcohol selected from lauryl alcohol, stearyl alcohol, sterol, tocols and 2-ethylhexanol.
n is preferably 4-20.
＜正浸透膜分離方法＞
本発明の正浸透膜を使用して膜分離する方法は、ドロー溶質として上記した分岐構造を有するポリグリセリン、前記分岐構造を有するポリグリセリンの誘導体から選ばれるものを使用する方法である。
<Forward osmosis membrane separation method>
The method of membrane separation using the forward osmosis membrane of the present invention is a method using a polyglycerin having a branched structure described above as a draw solute and a polyglycerin derivative having the branched structure.
本発明で使用する正浸透膜（半透膜）は、一面側に緻密層を有し、前記緻密層と反対側には、前記緻密層よりも疎構造の支持層（非緻密層）を有しているものである。
正浸透膜（半透膜）の材質は、特に制限されず、酢酸セルロース系、ポリアミド系、ポリエチレンイミン系、ポリスルホン系、ポリベンゾイミダゾール系のものなどを挙げることができるが、これらのなかでも酢酸セルロース系材料（三酢酸セルロース系材料）が好ましい。
酢酸セルロースからなる正浸透膜は、支持体層と上記したドロー溶質を含むドロー溶液の相互作用により、高い透水速度が得られるので好ましい。
正浸透膜（半透膜）の形態は特に制限されず、平膜、管状膜、中空糸膜などを使用することができる。
The forward osmosis membrane (semipermeable membrane) used in the present invention has a dense layer on one side and a support layer (non-dense layer) having a sparser structure than the dense layer on the opposite side to the dense layer. It is what you are doing.
The material of the forward osmosis membrane (semi-permeable membrane) is not particularly limited, and examples thereof include cellulose acetate-based, polyamide-based, polyethyleneimine-based, polysulfone-based, and polybenzimidazole-based materials. Cellulosic materials (cellulose triacetate materials) are preferred.
A forward osmosis membrane made of cellulose acetate is preferable because a high water permeation rate can be obtained by the interaction between the support layer and the above-described draw solution containing the draw solute.
The form of the forward osmosis membrane (semipermeable membrane) is not particularly limited, and a flat membrane, a tubular membrane, a hollow fiber membrane and the like can be used.
まず、ドロー溶質としてポリグリセリンを使用する膜分離方法を工程ごとに説明する。
（浸透工程）
正浸透膜（半透膜）を介して、被処理水（例えば海水）とドロー溶質を含むドロー溶液を常温（１０〜３０℃）にて接触させる。
浸透工程によって、ドロー溶質を含むドロー溶液側に被処理水中に含まれる水を移動させる。
ドロー溶液中のドロー溶質濃度は、浸透工程を実施している間、ドロー溶液の再生処理を行い、ドロー溶液の浸透圧が一定に保たれるように調整する。
First, a membrane separation method using polyglycerin as a draw solute will be described step by step.
(Penetration process)
A treated solution (for example, seawater) and a draw solution containing a draw solute are brought into contact with each other at normal temperature (10 to 30 ° C.) through a forward osmosis membrane (semipermeable membrane).
By the infiltration process, water contained in the water to be treated is moved to the draw solution side containing the draw solute.
The draw solute concentration in the draw solution is adjusted so that the osmotic pressure of the draw solution is kept constant by performing a regeneration treatment of the draw solution during the infiltration step.
（分離工程）
次の分離工程にて、前工程においてドロー溶液に移動した水とドロー溶質を分離する。
ドロー溶液中の水とドロー溶質の分離方法は特に制限されるものではなく、水を蒸発させる方法（例えば、蒸留法）、逆浸透膜などを使用して膜分離する方法などを使用することができる。
ドロー溶液から分離した水は、工業用水、飲料水などとして利用することができる。
ドロー溶液から分離したドロー溶質は回収して、再利用することができる。
(Separation process)
In the next separation step, the water that has moved to the draw solution in the previous step and the draw solute are separated.
The separation method of water and the draw solute in the draw solution is not particularly limited, and a method of evaporating water (for example, a distillation method), a method of membrane separation using a reverse osmosis membrane or the like may be used. it can.
The water separated from the draw solution can be used as industrial water, drinking water and the like.
The draw solute separated from the draw solution can be recovered and reused.
次に、ドロー溶質として、上記した一般式（I）、（II）または（III）で示されるポリグリセリンの誘導体を使用する膜分離方法を工程ごとに説明する。
（浸透工程）
浸透工程の処理は、上記したドロー溶質としてポリグリセリンを使用する場合と同様に実施することができる。
Next, a membrane separation method using a polyglycerin derivative represented by the above general formula (I), (II) or (III) as a draw solute will be described step by step.
(Penetration process)
The treatment in the permeation step can be performed in the same manner as when polyglycerin is used as the above-described draw solute.
（分離工程）
ドロー溶質として使用した一般式（I）、（II）または（III）で示されるポリグリセリンの誘導体の一部は、下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）が100℃以下の温度感受性ポリマーであり、それらのものは下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以上に加熱することで二相分離させることができる。
このため、水が移動したドロー溶液を前記下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以上に加熱することで、ドロー溶質として使用した一般式（I）、（II）または（III）で示されるポリグリセリンの誘導体の濃厚層と希薄層に二相分離させ、分離に要するエネルギーを少なくすることができる。
(Separation process)
Some of the derivatives of polyglycerol represented by the general formula (I), (II) or (III) used as the draw solute are temperature-sensitive polymers having a lower critical solution temperature (LCST) of 100 ° C. or lower, Things can be two-phase separated by heating above the lower critical solution temperature (LCST).
For this reason, the derivative of polyglycerin represented by the general formula (I), (II) or (III) used as the draw solute by heating the draw solution in which water has moved to the lower critical solution temperature (LCST) or higher. It is possible to reduce the energy required for separation by separating the two phases into a thick layer and a thin layer.
一般式（I）で示されるポリグリセリンの誘導体をドロー溶質として使用し、被処理水として海水を使用した場合には、海水温度から５〜２５℃高い温度に加熱することが好ましい。
一般式（II）で示されるポリグリセリンの誘導体をドロー溶質として使用し、被処理水として海水を使用した場合には、海水温度から５〜２５℃高い温度に加熱することが好ましい。
一般式（III）で示されるポリグリセリンの誘導体をドロー溶質として使用し、被処理水として海水を使用した場合には、海水温度から５〜２５℃高い温度に加熱することが好ましい。
When the derivative of polyglycerin represented by the general formula (I) is used as a draw solute and seawater is used as the water to be treated, it is preferably heated to a temperature 5 to 25 ° C. higher than the seawater temperature.
When the derivative of polyglycerin represented by the general formula (II) is used as a draw solute and seawater is used as the water to be treated, it is preferably heated to a temperature 5 to 25 ° C. higher than the seawater temperature.
When the polyglycerin derivative represented by the general formula (III) is used as a draw solute and seawater is used as water to be treated, it is preferably heated to a temperature 5 to 25 ° C. higher than the seawater temperature.
ドロー溶質として、前記ポリグリセリンが、ポリグリセリン全体のヒドロキシル基の５０％以上が１級ヒドロキシル基であり、平均分子量が230〜3000g／molの高い分岐構造を有するものを使用するときは、次の条件で膜分離することが好ましい。
蒸気圧法浸透圧計(VPO)を用いて測定した被処理水とドロー溶液との浸透圧差が、1150mmol/Kgにおける前記被処理水中に含まれる水のドロー溶液側に移動する速度が７L/m2・Hr.以上であり、前記ドロー溶液側から被処理水側へのドロー溶質の漏洩速度が５g/m2・Hr.未満である。
When using a polyglycerin having a highly branched structure in which 50% or more of the total hydroxyl groups of the polyglycerol are primary hydroxyl groups and the average molecular weight is 230 to 3000 g / mol, as the draw solute, It is preferable to perform membrane separation under conditions.
The speed at which the osmotic pressure difference between the water to be treated and the draw solution measured using a vapor pressure osmometer (VPO) moves to the draw solution side of the water contained in the water to be treated at 1150 mmol / Kg is 7 L / m 2. The draw solute leakage rate from the draw solution side to the treated water side is less than 5 g / m 2 · Hr.
ドロー溶液から分離した水は、工業用水、飲料水などとして利用することができる。
ドロー溶液から分離したドロー溶質は回収して、再利用することができる。
The water separated from the draw solution can be used as industrial water, drinking water and the like.
The draw solute separated from the draw solution can be recovered and reused.
実施例および比較例
（１）正浸透膜分離による透水速度の評価装置
図１に示す装置を使用して、正浸透膜分離における透水速度を評価した。
２５℃に温度が調整された水槽２内に、ドロー溶液（０．５ｋｇ）が入った槽１を置いた。
ドロー溶液は、海水（0.6M NaCl）と同程度の浸透圧（1150mmol/kg）になるように各ドロー溶質の濃度を調整し、浸透圧計で値を確認した。
浸透圧は、蒸気圧法浸透圧計（ＶＰ）（Wescor Inc.社製5600）を用いて測定した。
槽３内には、被処理水として純水（浸透圧０mmol/kg）（１ｋｇ）を入れた。４０は水位計である。
槽１と槽３の間には、正浸透膜４を含む膜モジュール５を配置した。
正浸透膜として、一面４ｂ側に緻密層を有し、反対面４ａ側に支持層（非緻密層）を有する三酢酸セルロース平膜（有効膜面積47.52cm2）（HTI社製FO標準膜）を使用した。
Examples and Comparative Examples (1) Apparatus for evaluating water permeation rate by forward osmosis membrane separation The apparatus shown in FIG. 1 was used to evaluate the water permeation rate in forward osmosis membrane separation.
In the
The concentration of each draw solute was adjusted so that the draw solution had the same osmotic pressure (1150 mmol / kg) as seawater (0.6 M NaCl), and the value was confirmed with an osmometer.
The osmotic pressure was measured using a vapor pressure osmometer (VP) (5600 manufactured by Wescor Inc.).
In the
Between the tank 1 and the
As a forward osmosis membrane, a cellulose triacetate flat membrane (effective membrane area 47.52 cm 2 ) having a dense layer on one
槽１と膜モジュール５の天井面側（図１の上面側）の第１入口は、ポンプ２０と流量計３０を介してドロー溶液供給ライン１０で接続した。
槽１と膜モジュール５の底面側（図１の下面側）の第１出口は、ポンプ２１を介してドロー溶液返送ライン１１で接続した。
槽３と膜モジュール５の底面側（図１の下面側）の第２入口は、ポンプ２２と流量計３１を介して被処理水供給ライン１２で接続した。
槽３と膜モジュール５の天井面側（図１の上面側）の第２出口は、ポンプ２３を介して被処理水返送ライン１３で接続した。
The first inlet on the ceiling surface side (upper surface side in FIG. 1) of the tank 1 and the membrane module 5 was connected by a draw
The first outlet on the bottom surface side (the lower surface side in FIG. 1) of the tank 1 and the membrane module 5 was connected by a draw
The second inlet on the bottom surface side (lower surface side in FIG. 1) of the
The second outlet on the ceiling surface side (upper surface side in FIG. 1) of the
（２）図１の評価装置の運転方法（透水速度評価方法）
（浸透工程）
槽１内のドロー溶液（浸透圧；1150mmol/kg）をドロー溶液供給ライン１０により１．０Ｌ／minで膜モジュール５内の膜面４ｂ側に供給した。
槽３内の被処理水（純水；浸透圧０mmol/kg）を被処理水供給ライン１２により０．６５〜０．９１Ｌ／minで膜モジュール５内の膜面４ａ側に供給した。
第１出口（ドロー溶液返送ライン１１）圧力（１７〜３５kPa）と第２出口（被処理水返送ライン１３）圧力は等圧になるように制御した。
このような条件で浸透工程を実施したときの被処理水（純水）の透水速度（Ｌ／ｍ2・ｈ）をドロー液の質量の増加により測定し、６０分間の平均値を表１に記載した。
測定中は、槽１のドロー液の浸透圧と槽３の被処理液の浸透圧の差が1100〜1150mmol/kgの範囲になった。
測定後、槽３中のＴＯＣ濃度（島津製TOC-VCSH）を測定し、ドロ−溶質の漏洩速度に換算し、表１に記載した。
(2) Operation method of the evaluation device of FIG. 1 (permeability rate evaluation method)
(Penetration process)
The draw solution (osmotic pressure; 1150 mmol / kg) in the tank 1 was supplied to the
The treated water (pure water;
The first outlet (draw solution return line 11) pressure (17 to 35 kPa) and the second outlet (treated water return line 13) pressure were controlled to be equal.
The permeation rate (L / m 2 · h) of the water to be treated (pure water) when the infiltration process was carried out under such conditions was measured by increasing the mass of the draw liquid, and the average value for 60 minutes is shown in Table 1. Described.
During the measurement, the difference between the osmotic pressure of the draw liquid in the tank 1 and the osmotic pressure of the liquid to be treated in the
After the measurement, the TOC concentration in the tank 3 (TOC-VCSH manufactured by Shimadzu) was measured, converted into a leakage rate of the drool solute, and listed in Table 1.
実施例７
（株）ダイセル製のＰＧＬ誘導体PGL-ML04（一般式（III）のポリグリセリンモノエーテルに含まれる）の水溶液濃度と浸透圧の相関性を図２に示した。
浸透圧は、蒸気圧法浸透圧計（ＶＰ）（Wescor Inc.社製5600）と、別途、氷点降下法浸透圧計（ＦＰ）（OSMOMAT3000basic,GONOTEC GmbH）を用いて測定した。
図２から明らかなとおり、一般式（III）のポリグリセリンモノエーテルは、海水の浸透圧よりも高い浸透圧を有する水溶液にすることができるため、実施例１〜６と同様にして正浸透膜分離方法におけるドロー溶液として使用することができる。
Example 7
FIG. 2 shows the correlation between the aqueous solution concentration and osmotic pressure of PGL derivative PGL-ML04 (included in the polyglycerol monoether of general formula (III)) manufactured by Daicel Corporation.
The osmotic pressure was measured using a vapor pressure osmometer (VP) (5600 manufactured by Wescor Inc.) and a freezing point drop osmometer (FP) (OSMOMAT3000basic, GONOTEC GmbH).
As is clear from FIG. 2, the polyglycerol monoether of the general formula (III) can be made into an aqueous solution having an osmotic pressure higher than the osmotic pressure of seawater. It can be used as a draw solution in the separation method.
本発明のドロー溶質およびそれを使用した正浸透膜分離方法は、例えば海水淡水化方法に使用することができる。 The draw solute of the present invention and the forward osmosis membrane separation method using the draw solute can be used, for example, in a seawater desalination method.
Claims (6)
正浸透膜を介して、被処理水と、ドロー溶質を含むドロー溶液とを接触させ、前記被処理水中に含まれる水をドロー溶液側に移動させる浸透工程と、
前記ドロー溶液に含まれる水と前記ドロー溶質を分離する分離工程を含んでおり、
前記ドロー溶質としてポリグリセリンおよびポリグリセリンの誘導体から選ばれるものを使用する、正浸透膜を使用して膜分離する方法。 A membrane separation method using a forward osmosis membrane,
A permeation step of bringing the water to be treated into contact with the draw solution containing the draw solute through the forward osmosis membrane, and moving the water contained in the water to be treated to the draw solution side;
Separating the water contained in the draw solution and the draw solute,
A method of membrane separation using a forward osmosis membrane, wherein the draw solute is selected from polyglycerin and polyglycerin derivatives.
で表される繰り返し単位を有するものである、請求項１記載の正浸透膜を使用して膜分離する方法。 The polyglycerin derivative is represented by the following general formula (I):
The method of carrying out membrane separation using the forward osmosis membrane of Claim 1 which has a repeating unit represented by these.
ＧＬはグリセリン残基、ＸはＧＬ側に連結基としてのカルボニル結合（−ＣＯ−）を有する炭素数１〜１０のアルキレン基、
Ｒはメチルカルバモイル基、エチルカルバモイル基、プロピルカルバモイル基、イソプロピルカルバモイル基、ブチルカルバモイル基、またはＸとの結合部位に連結基としてのカルボニル結合（−ＣＯ−）を有する重合度が２〜１０のポリアルキレングリコール残基〔但し、前記ポリアルキレングリコール残基の末端水酸基は、炭素数１〜１０のアルキル基、３〜１０員のシクロアルキル基、炭素数６〜１０のアリール基、炭素数７〜１２のアラルキル基、炭素数１〜１１のアシル基から選択される有機基で封止されていてもよい〕を示す）
で表される繰り返し単位を有するものである、請求項１記載の正浸透膜を使用して膜分離する方法。 The polyglycerin derivative is represented by the following general formula (II):
GL is a glycerin residue, X is an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms having a carbonyl bond (—CO—) as a linking group on the GL side,
R is a methylcarbamoyl group, ethylcarbamoyl group, propylcarbamoyl group, isopropylcarbamoyl group, butylcarbamoyl group, or poly having a degree of polymerization of 2 to 10 having a carbonyl bond (—CO—) as a linking group at the bonding site with X. Alkylene glycol residue [However, the terminal hydroxyl group of the polyalkylene glycol residue is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a 3 to 10-membered cycloalkyl group, an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, or 7 to 12 carbon atoms. And may be sealed with an organic group selected from an acyl group having 1 to 11 carbon atoms]
The method of carrying out membrane separation using the forward osmosis membrane of Claim 1 which has a repeating unit represented by these.
Ｒ1Ｏ−（Ｃ3Ｈ6Ｏ2）n−Ｈ （III）
（式中、Ｒ1は炭素数１〜３０のアルコール残基〔不飽和脂肪族アルコールからヒドロキシル基を除した基を除く〕を示し、グリセリン単位の平均付加モル数ｎは２以上の数を示す）
で表されるものである、請求項１記載の正浸透膜を使用して膜分離する方法。 The polyglycerin derivative is represented by the following general formula (III):
R 1 O— (C 3 H 6 O 2 ) n —H (III)
(Wherein R 1 represents an alcohol residue having 1 to 30 carbon atoms (excluding a group obtained by removing a hydroxyl group from an unsaturated aliphatic alcohol), and the average added mole number n of glycerin units represents a number of 2 or more. )
The method of membrane-separating using the forward osmosis membrane of Claim 1 which is represented by these.
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