JP2017213556A - Water purification system for oil-mixed water - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、油分混合水浄水システムに関する。 The present invention relates to an oil-mixed water purification system.
石油、石炭、ガス等の掘削において、主生産物とともに、塩の水溶液と油分との混合物である随伴水が産出される。
在来型の油田及びガス田では、採掘が進むにつれて油ガス田が老化して行くため、該老化に伴って概ね以下のような採掘態様を採る。
先ず、採掘初期においては、石油又はガスのみが地中圧によって自噴する。次いで、油ガス田の老化に伴って、油ガスとともに、地下水等が随伴水となって産出されるようになる。さらに老化して油ガスの自噴ができなくなると、油ガス田に水又は海水を注入して地中圧を増加させて油ガスを噴出させる方法が採られる。この最終段階においては、油ガス田の老化時以上に随伴水が産出されることになる。
近年のシェール油ガス田においては、油ガスを生産する時に、地盤を水圧破壊するためのフラッキング水を注入する。従って、油ガスの生産時には、この注入水が随伴水となって同時に産出される。
In the drilling of oil, coal, gas, etc., accompanying water, which is a mixture of an aqueous salt solution and oil, is produced along with the main product.
In conventional oil fields and gas fields, the oil and gas field ages as the mining progresses, and therefore, the following mining mode is generally employed with the aging.
First, at the beginning of mining, only oil or gas is self-injected due to underground pressure. Next, along with the aging of the oil and gas field, the groundwater and the like will be produced along with the oil and gas. When the oil and gas cannot be self-injected due to aging, water or seawater is injected into the oil and gas field to increase the underground pressure and eject the oil and gas. In this final stage, accompanying water is produced more than when the oil and gas field is aged.
In recent shale oil and gas fields, when producing oil and gas, flacking water for hydraulic destruction of the ground is injected. Therefore, at the time of production of oil gas, this injected water is produced at the same time as accompanying water.
これらの随伴水は、油分、塩分等が多く含まれているため、油ガスの生産時に、これらの随伴水を例えば再利用又は廃棄するに際しては、効率よく高い精度で水相と油相とに分け、且つ水相から塩分を除去することが求められている。
随伴水は、先ず重力分離によって、油相と水相とに分けられる。油相は回収され、精製工程に組み入れられる。しかし、水相は、相当量の塩とともに少量の油分をさらに含むから、再利用又は廃棄するためにはさらなる精製を要する。特に、海上油田掘削のためのプラットホーム及び掘削船において、不要の水相を海中投棄する際には、厳しい環境基準が課せられている。また、精製水を飲料水・生活水として使用する場合には、極めて高度の精製が必要となる。
Since these accompanying waters contain a large amount of oil, salt, etc., during the production of oil gas, when these accompanying waters are reused or discarded, for example, they can be efficiently and accurately converted into water and oil phases. There is a need to separate and remove salt from the aqueous phase.
The accompanying water is first divided into an oil phase and an aqueous phase by gravity separation. The oil phase is recovered and incorporated into the refining process. However, since the aqueous phase further contains a small amount of oil along with a substantial amount of salt, further purification is required for reuse or disposal. In particular, in the case of offshore oil field platforms and drilling vessels, strict environmental standards are imposed when the unnecessary water phase is dumped in the sea. In addition, when purified water is used as drinking water or domestic water, an extremely high level of purification is required.
重力分離した後の水相を精製するには、先ず水相中に混入している油分を除去する油分分離工程と、油分が除去された水相からさらに溶解物(例えば無機塩)を除去する溶解物分離工程とからなる2段階の方法が採用されている。 In order to purify the aqueous phase after gravity separation, firstly, an oil separation step of removing oil contained in the aqueous phase, and further removing dissolved substances (for example, inorganic salts) from the aqueous phase from which the oil has been removed. A two-stage method comprising a lysate separation step is employed.
前記油分分離工程においては、高分子凝集剤によって油分を捕捉する方法が採用されており、通常はさらに、コアレッサーによる精製が併用されている。高分子凝集剤によって捕捉された油分は、高分子凝集剤とともに廃棄される。この方法によると、回収油の利用が不可能となること、高分子凝集剤コスト及び廃棄コストが発生することの他、精製の程度が不十分であって精製水が有意量の油分を含有するとの問題がある。
前記溶解物分離工程においては、例えば逆浸透膜法等の方法が採用されている。これらの方法は、水に溶解した塩を除去するには極めて有効な方法である。
しかしながら、逆浸透膜法において、被処理水の塩濃度が高くなると精製処理に要する機械的な圧力が増大し、精製が困難になる。被処理水から精製水を得る際、非処理水は精製の進行に伴い濃縮されるため、逆浸透膜法による精製水の回収率には限りがある。
In the oil separation step, a method of capturing oil with a polymer flocculant is employed, and usually further purification using a coalescer is used. The oil captured by the polymer flocculant is discarded together with the polymer flocculant. According to this method, the recovered oil cannot be used, the polymer flocculant cost and the disposal cost are generated, and the degree of purification is insufficient and the purified water contains a significant amount of oil. There is a problem.
In the lysate separation step, a method such as a reverse osmosis membrane method is employed. These methods are extremely effective methods for removing salts dissolved in water.
However, in the reverse osmosis membrane method, when the salt concentration of the water to be treated becomes high, the mechanical pressure required for the purification treatment increases and purification becomes difficult. When the purified water is obtained from the water to be treated, the untreated water is concentrated as the purification proceeds, so that the recovery rate of purified water by the reverse osmosis membrane method is limited.
精製水の回収率を高めるために、前記溶解物分離工程においては、濃縮限界の高い蒸留法、膜蒸留法等がより有効である。これらの方法では、溶解物分離工程における処理速度は塩濃度に影響を受け難い。
一方で、蒸留法又は膜蒸留法において、被処理水として油分を含む水を供給すると、問題を生じることがある。特に膜蒸留法においては、油分を含む水が供給されると、膜蒸留法に用いられる疎水性多孔質膜へ油分が付着し、細孔内を通り水が精製水側へ漏液する原因となる。膜の耐久性が損なわれ、或いは精製性能が損なわれる等の問題が発生する場合がある。
上記の問題を生じさせないためには、油分分離工程後の水に少量混入した油分を除去したうえで、溶解物分離工程に供することが有効である。
In order to increase the recovery rate of purified water, a distillation method having a high concentration limit, a membrane distillation method, etc. are more effective in the lysate separation step. In these methods, the treatment speed in the lysate separation step is not easily affected by the salt concentration.
On the other hand, in the distillation method or the membrane distillation method, if water containing oil is supplied as water to be treated, problems may occur. Particularly in the membrane distillation method, when water containing oil is supplied, the oil adheres to the hydrophobic porous membrane used in the membrane distillation method, causing water to leak to the purified water side through the pores. Become. There may be a problem that the durability of the membrane is impaired or the purification performance is impaired.
In order not to cause the above problem, it is effective to remove the oil mixed in a small amount in the water after the oil separation step and to use it in the dissolved matter separation step.
従って、通常は、油水分離後、溶解物分離前に、残留油分を除去する前処理が行われる。この前処理は、フィルターの目詰まりを避ける目的で、以下のような多段階で行われることが多い。
油水分離後の処理水を、先ずはコアレッサー等で処理して、残留油分の大部分を除いた後、好ましくは中空糸状のMF(マイクロフィルター)及び好ましくは中空糸状のUF(ウルトラフィルター)をこの順に使用する処理が行われる。
Therefore, usually, a pretreatment for removing the residual oil is performed after the oil-water separation and before the dissolved matter separation. This pretreatment is often performed in the following multi-stage for the purpose of avoiding clogging of the filter.
The treated water after oil-water separation is first treated with a coalescer or the like to remove most of the residual oil, and then preferably hollow fiber MF (microfilter) and preferably hollow fiber UF (ultra filter). Processing that is used in this order is performed.
このような多段階からなる前処理を、1段階で行うことができれば、プロセス上もコスト上も非常に有用である。また、これらの処理によって除去された油分を回収して再利用することは困難である。
そこで、随伴水を重力分離した後の水相から、残留油分を安価且つ効率的に除去することができ、願わくは除去した油分を回収・再利用できる手段が望まれている。特に、海上プラットホーム及び船上においては、使用可能なエネルギー資源が限られているから、稼働のために自然力以外のエネルギーを使用しないこと、或いは少なくとも極力省力化することが好ましい。
If such a multi-stage pretreatment can be performed in one stage, it is very useful in terms of process and cost. Moreover, it is difficult to recover and reuse the oil removed by these treatments.
Thus, there is a demand for means that can remove the residual oil from the aqueous phase after gravity separation of the accompanying water at low cost and efficiently, and hopefully recover and reuse the removed oil. In particular, since the available energy resources are limited on the marine platform and the ship, it is preferable not to use energy other than natural power for operation, or at least to save labor as much as possible.
上記のような油水分離方法と、溶解物分離方法とを組み合わせた浄水方法があれば、随伴水等の油分混合水から有価物の回収、造水、廃水減容を一挙に行うことが可能になるため、極めて有用である。 If there is a water purification method that combines the oil-water separation method and the dissolved matter separation method as described above, it will be possible to collect valuable materials, produce fresh water, and reduce the volume of waste water from oil-mixed water such as associated water at once. Therefore, it is extremely useful.
本発明は、上記の事情を考慮してなされたものである。従って本発明の目的は、油分が混入した油分混合水から、安価且つ効率的に油分を分離除去してろ液を得たうえ、得られたろ液に溶解している油分及び塩をも高精度で除去することができ、好ましくは除去した油分を回収・再利用でき、溶解物が除去された精製水を製造する手段を提供することにある。 The present invention has been made in consideration of the above circumstances. Accordingly, an object of the present invention is to obtain a filtrate by separating and removing the oil from the oil mixed water mixed with the oil at low cost and efficiently, and also to obtain the oil and salt dissolved in the obtained filtrate with high accuracy. It is an object of the present invention to provide a means for producing purified water which can be removed, preferably the removed oil can be recovered and reused, and the dissolved matter is removed.
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討した。その結果、以下に要約される技術により、上記目的が達成されることを見出した。
本発明は以下のとおりである。
The present inventors diligently studied to solve the above problems. As a result, the inventors have found that the above-described object can be achieved by the technology summarized below.
The present invention is as follows.
(1) 少なくとも、
ぬれ張力25.4mN/cm以下の不織布を有する油水分離フィルターにより被処理液をろ過するろ過部と、
前記ろ過部で得られたろ液を蒸留する蒸留部と、
を有することを特徴とする、浄水装置。
(2) 前記不織布が親水化処理された不織布である、(1)に記載の浄水装置。
(1) At least
A filtration unit for filtering the liquid to be treated with an oil-water separation filter having a nonwoven fabric with a wetting tension of 25.4 mN / cm or less;
A distillation section for distilling the filtrate obtained in the filtration section;
The water purifier characterized by having.
(2) The water purifier according to (1), wherein the nonwoven fabric is a nonwoven fabric subjected to a hydrophilic treatment.
(3) 前記親水化処理が、
スルホン化処理、並びに
アクリル酸、メタクリル酸、ポリメチルピロリジノン、ポリアルキレングリコール、及びポリエーテルから成る群より選択される1種以上のモノマーによるグラフト化処理
より成る群から選択される1種以上の処理である、(2)に記載の浄水装置。
(4) 前記不織布を水含浸した後のヘキサデカン接触角が5°以上である、(1)〜(3)のいずれか一項に記載の浄水装置。
(3) The hydrophilic treatment
Sulfonation treatment and one or more treatments selected from the group consisting of grafting treatment with one or more monomers selected from the group consisting of acrylic acid, methacrylic acid, polymethylpyrrolidinone, polyalkylene glycol, and polyether The water purifier according to (2).
(4) The water purifier according to any one of (1) to (3), wherein a hexadecane contact angle after water impregnation of the nonwoven fabric is 5 ° or more.
(5) 前記不織布の、
目付けが1〜500g/m2であり、
繊維の太さが0.1〜50μmであり、
孔径が0.1〜120μmであり、そして
厚みが0.1〜5μmである、
(1)〜(4)のいずれか一項に記載の浄水装置。
(6) 前記ろ過部が、
被処理液とろ液とが前記油水分離フィルターを介して隣接し、
前記被処理液の液面を前記ろ液の液面よりも高く維持しつつ、前記被処理液をろ過する機能を有する、(1)〜(5)のいずれか一項に記載の浄水装置。
(5) Of the nonwoven fabric,
The basis weight is 1 to 500 g / m 2 .
The fiber thickness is 0.1-50 μm,
The pore size is 0.1-120 μm and the thickness is 0.1-5 μm,
The water purifier according to any one of (1) to (4).
(6) The filtration unit is
The liquid to be treated and the filtrate are adjacent via the oil / water separation filter,
The water purifier according to any one of (1) to (5), having a function of filtering the liquid to be treated while maintaining the liquid surface of the liquid to be treated higher than the liquid level of the filtrate.
(7) 前記蒸留部が膜蒸留システムである、(1)〜(6)のいずれか一項に記載の浄水装置。
(8) 前記膜蒸留システムが、
ろ液が存在する液相部1と、気相部1とが疎水性多孔質膜を介して隣接するろ液蒸発部、
冷却水が流通する液相部2と、気相部2とが冷却体を介して隣接する回収部、及び
前記気相部1と前記気相部2とを連結する気相部3
を備える膜蒸留システムであり、
前記気相部1〜3が、1kPa以上ろ液温度における水の飽和蒸気圧以下の圧力を有する、(7)に記載の浄水装置。
(9) 前記気相部1及び疎水性多孔質膜が、前記液相部1内に浸漬されている、(8)に記載の浄水装置。
(7) The water purifier according to any one of (1) to (6), wherein the distillation unit is a membrane distillation system.
(8) The membrane distillation system is
A filtrate evaporating part in which the
A
A membrane distillation system comprising:
The water purifier according to (7), wherein the
(9) The water purifier according to (8), wherein the
(10) 前記疎水性多孔質膜と前記冷却体との最短距離が10mm以上である、(8)又は(9)に記載の浄水装置。
(11) 前記ろ液温度が50℃以上である、(8)〜(10)のいずれか一項に記載の浄水装置。
(10) The water purifier according to (8) or (9), wherein a shortest distance between the hydrophobic porous membrane and the cooling body is 10 mm or more.
(11) The water purifier according to any one of (8) to (10), wherein the filtrate temperature is 50 ° C or higher.
(12) 前記疎水性多孔質膜が、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、及びポリテトラフルオロエチレンからなる群から選ばれる少なくとも1種の樹脂を含む、(8)〜(11)のいずれか一項に記載の浄水装置。
(13) 前記疎水性多孔質膜が中空糸膜である、(8)〜(12)のいずれか一項に記載の浄水装置。
(12) The hydrophobic porous membrane contains at least one resin selected from the group consisting of polysulfone, polyethersulfone, polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride, and polytetrafluoroethylene, (8) to (11) ) The water purifier according to any one of the above.
(13) The water purifier according to any one of (8) to (12), wherein the hydrophobic porous membrane is a hollow fiber membrane.
(14) 前記疎水性多孔質膜が、ろ液に接する膜表面の表面開孔率が20%以上であり、かつ、空気透過係数が7.0×10−7m3/m2・sec・Pa以上である、(8)〜(13)のいずれか一項に記載の浄水装置。
(15) 前記疎水性多孔質膜が、平均孔径0.15μm以上、かつ、空隙率60%以上である、(8)〜(14)のいずれか一項に記載の浄水装置。
(14) The hydrophobic porous membrane has a surface porosity of 20% or more on the membrane surface in contact with the filtrate, and an air permeability coefficient of 7.0 × 10 −7 m 3 / m 2 · sec · The water purifier according to any one of (8) to (13), which is Pa or higher.
(15) The water purifier according to any one of (8) to (14), wherein the hydrophobic porous membrane has an average pore diameter of 0.15 μm or more and a porosity of 60% or more.
本発明によれば、油分及び塩を含有する油分混合水から、安価且つ効率的に油分及び塩を除去することができる。本発明の好ましい態様によると、除去した油分を回収・再利用することができ、さらに、油分を除去した精製水を、好ましくは長時間にわたって製造する手段が提供される。
本発明によると、油分混合水を直接膜蒸留システムによって精製する場合に比べ、膜蒸留システムの運転寿命を延ばすことができる。
According to the present invention, oil and salt can be efficiently and efficiently removed from oil-mixed water containing oil and salt. According to a preferred aspect of the present invention, a means for recovering and reusing the removed oil, and producing purified water from which the oil has been removed, preferably over a long period of time, is provided.
According to the present invention, the operational life of the membrane distillation system can be extended compared to the case where the oil-mixed water is directly purified by the membrane distillation system.
以下、本発明を実施するための形態(以下、「本実施形態」ともいう。)について詳細に説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。 Hereinafter, a mode for carrying out the present invention (hereinafter also referred to as “the present embodiment”) will be described in detail. The present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made within the scope of the invention.
本実施形態の浄水システムは、少なくとも、油水分離フィルターにより被処理液をろ過するろ過部と、前記ろ過部で得られたろ液を蒸留する蒸留部と、を有する。これら以外に、例えば、砂、岩等を分離するための固相分離手段;磁性体を分離するためのマグネチック手段;等を、さらに有していてもよい。 The water purification system of this embodiment has at least a filtration unit that filters the liquid to be treated with an oil-water separation filter and a distillation unit that distills the filtrate obtained by the filtration unit. In addition to these, for example, a solid phase separation means for separating sand, rocks, etc .; a magnetic means for separating magnetic substances;
<<被処理液>>
本実施形態のシステムに適用される被処理液は、油分を含有する油分混合水である。本発明の効果を最大限に発揮するためには、油分と塩とを含有する油水混合液であることが望ましい。油分混合水として具体的には、例えば、油分を含む産業排水、石油及び天然ガスの生産時に排出される随伴水等を挙げることができる。
本明細書における石油の概念には、従来の油田から採掘される石油等の在来型石油に加え、例えば、シェールオイル、オイルサンド、合成石油、派生合成石油、石炭液化物等に代表される非在来型石油も含まれる。本明細書における天然ガスの概念には、従来のガス田から得られるガス等の在来型ガスに加え、例えば、シェールガス、コールベッドメタン(別名:コールシームガス)、タイトサンドガス、メタンハイドレート等に代表される非在来型ガスも含まれる。
<< Processed liquid >>
The liquid to be treated applied to the system of the present embodiment is oil mixed water containing oil. In order to maximize the effects of the present invention, an oil / water mixture containing an oil and a salt is desirable. Specific examples of the oil-mixed water include industrial wastewater containing oil, accompanying water discharged during production of oil and natural gas, and the like.
The concept of oil in this specification is represented by, for example, shale oil, oil sand, synthetic oil, derived synthetic oil, coal liquefaction, etc., in addition to conventional oil such as oil extracted from conventional oil fields. Unconventional oil is also included. The concept of natural gas in this specification includes, for example, shale gas, coal bed methane (also known as coal seam gas), tight sand gas, methane hydride, in addition to conventional gas such as gas obtained from conventional gas fields. Non-conventional gases represented by rates and the like are also included.
本実施形態のシステムに適用される被処理液における油分の含量は、飽和溶解量を超えていてよく、静置によって油水二層に分離する程度の高濃度であってよい。被処理液中の塩濃度は、飽和溶解量以下であって完全に溶解している状態でもよいし、飽和溶解量を超えて一部の析出している状態であってもよい。
本実施形態のシステムは、このように油分及び塩の少なくとも一方を極めて高濃度で含有する油分混合水の浄化にも好適に適用することができる利点を有する。
The content of oil in the liquid to be treated applied to the system of the present embodiment may exceed the saturation dissolution amount, and may have a high concentration enough to separate into two layers of oil and water by standing. The salt concentration in the liquid to be treated may be not more than a saturated dissolution amount and may be completely dissolved, or may be in a state where a part of the salt is precipitated exceeding the saturation dissolution amount.
Thus, the system of the present embodiment has an advantage that it can be suitably applied to purification of oil-mixed water containing at least one of oil and salt in an extremely high concentration.
<<ろ過部>>
本実施形態の浄水装置におけるろ過部は、油水分離フィルターによって被処理液をろ過する機能を有する。
<< Filtering section >>
The filtration part in the water purifier of this embodiment has a function which filters a to-be-processed liquid with an oil-water separation filter.
<油水分離フィルター>
油水分離フィルターは、ぬれ張力25.4mN/m以下の不織布から成る。この不織布は、水含浸した後のヘキサデカン接触角が5°以上であることが好ましい。
<Oil-water separation filter>
The oil / water separation filter is made of a nonwoven fabric having a wetting tension of 25.4 mN / m or less. The nonwoven fabric preferably has a hexadecane contact angle of 5 ° or more after being impregnated with water.
前記不織布の材質としては、例えば、アラミド、セルロース、ガラス、ナイロン、ビニロン、ポリエステル、ポリオレフィン、レーヨン、ポリアミド、ポリアルキレンテレフタレート、ポリアルキレンナフタレート等を挙げることができる。これらのうち、本実施形態において好ましく行われる親水化処理によって、親水性(及び撥油性)の程度を任意にコントロールし得る観点から、ポリアミド、ポリエステル、及びポリオレフィンから選択される材料から成る不織布が好ましく、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、及びEVA(エチレン/酢酸ビニル共重合体)より成る群から選択される1種以上の材料から成る不織布がより好ましい。特に好ましい材料は、ナイロン、ポリプロピレン、又はポリエチレンテレフタレートである。
前記不織布は、親水化処理された親水化不織布であることが好ましい。親水化不織布は基体(A)を親水化処理することによって製造することができる。
Examples of the material for the nonwoven fabric include aramid, cellulose, glass, nylon, vinylon, polyester, polyolefin, rayon, polyamide, polyalkylene terephthalate, polyalkylene naphthalate, and the like. Among these, a nonwoven fabric made of a material selected from polyamide, polyester, and polyolefin is preferable from the viewpoint that the degree of hydrophilicity (and oil repellency) can be arbitrarily controlled by the hydrophilic treatment preferably performed in the present embodiment. More preferably, the nonwoven fabric is made of one or more materials selected from the group consisting of nylon, polyethylene terephthalate, polyethylene, polypropylene, and EVA (ethylene / vinyl acetate copolymer). Particularly preferred materials are nylon, polypropylene or polyethylene terephthalate.
The non-woven fabric is preferably a hydrophilized non-woven fabric. The hydrophilic nonwoven fabric can be produced by hydrophilizing the substrate (A).
[基体(A)]
基体(A)として用いられる不飾布は、親水化処理の容易性及び基材自体の親水性の観点から、ナイロン6、ナイロン66、PET、又はPBTからなる不飾布であることが好ましい。
基体(A)として用いられる不織布は、緻密な平均孔径及び低い流量抵抗を有することが好適である。そのため、該不織布は、高い空隙率を有しながら、小さな平均孔径のものが好ましい。
[Substrate (A)]
The decorative fabric used as the substrate (A) is preferably a decorative fabric made of nylon 6, nylon 66, PET, or PBT from the viewpoint of easy hydrophilization treatment and the hydrophilicity of the substrate itself.
The nonwoven fabric used as the substrate (A) preferably has a dense average pore diameter and low flow resistance. For this reason, the nonwoven fabric preferably has a small average pore diameter while having a high porosity.
基体(A)の空隙率は、50%より小さくなると流量抵抗が大きくなり、閉塞し易くなって、寿命が短くなるため、好ましくない。一方でこの空隙率が90%より大きくなると、強度及び形状保持の面で問題がある他、平均孔径のばらつきが大きくなり、好ましくない。基体(A)の空隙率の特に好ましい範囲は60〜85%である。基体(A)の好ましい平均孔径は50μm以下である。
好ましくは、平均繊維径0.1〜10μm、目付10〜500g/m2、空隙率60〜90%の不飾布を使用し、その厚み、通気度等を適宜に調整することにより、目的の平均孔径及び流量抵抗を有する基体(A)を得ることができる。不織布の平均孔径を緻密にする(小さくする)方法としては、例えば、「目付を大きくすること」、「空隙を小さくすること」、若しくは「構成される繊維径を小さくすること」、又はこれらのうちの2つ以上を組み合わせる方法等が挙げられる。
If the porosity of the substrate (A) is less than 50%, the flow resistance becomes large, the film tends to be clogged, and the life is shortened. On the other hand, if the porosity is greater than 90%, there are problems in terms of strength and shape retention, and the variation in average pore diameter increases, which is not preferable. A particularly preferred range of the porosity of the substrate (A) is 60 to 85%. A preferable average pore diameter of the substrate (A) is 50 μm or less.
Preferably, an undecorated cloth having an average fiber diameter of 0.1 to 10 μm, a basis weight of 10 to 500 g / m 2 , and a porosity of 60 to 90% is used, and the thickness, air permeability, and the like are appropriately adjusted to A substrate (A) having an average pore diameter and flow resistance can be obtained. Examples of the method for densifying (decreasing) the average pore diameter of the nonwoven fabric include, for example, “increasing the basis weight”, “decreasing the void”, or “decreasing the diameter of the configured fiber”, or these The method etc. which combine two or more of them are mentioned.
不織布の製造法は特に限定されない。しかしながら、繊維径10μm以下の短繊維を用いて、例えば、抄造法、エアーレイド法、カード法等によってウェブ化した後、柱状流法(スパンレース法)による水交絡、熱気体による交絡、熱及び圧力によるロール圧着法等によって、不織布を製造することができる。上記繊維径10μm以下の短繊維は、例えば、メルトブロー法、スパンボンド法の割繊、エレクトロスピニング法、フォーススピニング法等によって製造することができる他、市販品を使用してもよい。 The manufacturing method of a nonwoven fabric is not specifically limited. However, using short fibers having a fiber diameter of 10 μm or less, for example, after forming into a web by a papermaking method, an air raid method, a card method, etc., water entanglement by a columnar flow method (spun lace method), entanglement by a hot gas, heat and A nonwoven fabric can be manufactured by the roll press-bonding method etc. by a pressure. The short fibers having a fiber diameter of 10 μm or less can be produced by, for example, melt-blowing, spunbond splitting, electrospinning, force spinning, or the like, or commercially available products.
基体(A)として使用される不織布は、メルトブロー法によって製造されたものが好ましい。メルトブロー法によって製造された不織布は、例えば以下:
(1)繊維径が細い、
(2)繊維間の最大平均孔径が小さい、
(3)不織布の平均孔径のばらつきが少ない、
(4)繊維表面積が大きい、
(5)ソフトでしんなり感(ドレープ性)がある
等の利点を有し、基体(A)として好適に用いることができる。該不飾布は、上記(1)〜(3)の特性によって安定したろ過性能を発揮することができ、(4)の特定によって大きな処理面積を提供することができる。
The nonwoven fabric used as the substrate (A) is preferably produced by a melt blow method. Nonwoven fabric produced by the melt blow method is, for example:
(1) The fiber diameter is thin,
(2) The maximum average pore size between fibers is small,
(3) There is little variation in the average pore diameter of the nonwoven fabric,
(4) The fiber surface area is large,
(5) It has advantages such as softness and softness (drapability), and can be suitably used as the substrate (A). The decorative cloth can exhibit stable filtration performance due to the characteristics (1) to (3) described above, and can provide a large processing area by specifying (4).
メルトブロー法においては、ノズルから吐出された溶融樹脂が、紡糸ガス又は重力による牽引を受けて細繊化され、コレクターに設けられた吸引ファンによってコレクターネット上に集積された糸群をロール圧着することにより、不織布を形成することができる。 In the melt-blowing method, the molten resin discharged from the nozzle is refined by being pulled by spinning gas or gravity, and the yarn group accumulated on the collector net is roll-bonded by a suction fan provided in the collector. A nonwoven fabric can be formed.
基体(A)は、単層の不織布から成っていてもよいし、多層の不織布から成っていてもよい。基体(A)が多層の不織布から成る場合には、基体(A)の強度を発揮するための補強層と、高い透水量を発揮するための分離層と、から成り、各層で機能を分担してもよい。前記補強層は、例えば、目付が低く、強度の高い樹脂から成る層であることができる。前記分離層の厚みは、0.1〜5mmであることが好ましい。分離層として厚み0.1mm以上の不織布を使用することにより、効率的な油水分離が担保される。一方で、分離層の厚みを5mm以下とすることにより、単位時間あたりの透水量を多くすることができ、油水分離のプロセス時間が短縮される。分離層を構成する不織布の厚みは、好ましくは0.2〜3mmであり、より好ましくは0.5〜2mmである。分離層として、前記範囲よりも薄い不織布の2枚以上を重ねて使用し、前記範囲の厚みとした場合も、本発明における好ましい態様に包含される。 The substrate (A) may be composed of a single layer nonwoven fabric or a multilayer nonwoven fabric. When the substrate (A) is composed of a multilayer nonwoven fabric, the substrate (A) is composed of a reinforcing layer for exerting the strength of the substrate (A) and a separation layer for exhibiting a high water permeability, and each layer shares functions. May be. The reinforcing layer can be, for example, a layer made of a resin having a low basis weight and high strength. The thickness of the separation layer is preferably 0.1 to 5 mm. By using a nonwoven fabric having a thickness of 0.1 mm or more as the separation layer, efficient oil-water separation is ensured. On the other hand, by setting the thickness of the separation layer to 5 mm or less, the amount of water per unit time can be increased, and the process time for oil-water separation is shortened. The thickness of the nonwoven fabric which comprises a separated layer becomes like this. Preferably it is 0.2-3 mm, More preferably, it is 0.5-2 mm. A case where two or more non-woven fabrics thinner than the above range are used as the separating layer to have a thickness within the above range is also included in the preferred embodiment of the present invention.
基体(A)として使用される不織布の目付けは、1〜500g/m2であることが好ましい。本明細書における「目付け」とは、不織布の単位面積あたりの質量をいう。この目付けが前記の範囲内であることにより、油水分離効率及び透水量の双方が高くなり、好ましい。目付けは、10〜250g/m2であることがより好ましく、50〜150g/m2であることがさらに好ましい。不織布の2枚以上を重ねて使用する場合には、この目付けとは、各層の目付の合計値を意味する。 The basis weight of the nonwoven fabric used as the substrate (A) is preferably 1 to 500 g / m 2 . The “weight per unit area” in the present specification refers to the mass per unit area of the nonwoven fabric. When the basis weight is within the above range, both the oil / water separation efficiency and the water permeation amount are increased, which is preferable. Basis weight, more preferably from 10 to 250 g / m 2, further preferably 50 to 150 g / m 2. In the case where two or more nonwoven fabrics are used in an overlapping manner, this basis weight means the total weight of each layer.
基体(A)として使用される不織布は、繊維の太さが0.1〜10μmであることが好ましい。該不織布を構成する繊維の太さが0.1μm以上であることにより、好ましくは親水化処理された不織布の繊維表面が、供給される油分混合水と接触する面積を有意に高く確保することができる。一方で、不織布の繊維の太さを10μm以下とすることにより、平均孔径を小さくしても、所望の透水量を得ることができる。従って、油水分離フィルターにおける基体(A)として上記範囲の太さの繊維から成る不織布を用いることにより、好適な油水分離能を発揮し得ることになる。不織布の繊維の太さは、より好ましくは0.1〜7μmであり、さらに好ましくは0.2〜5μmである。 The nonwoven fabric used as the substrate (A) preferably has a fiber thickness of 0.1 to 10 μm. When the thickness of the fibers constituting the nonwoven fabric is 0.1 μm or more, it is possible to ensure that the fiber surface of the nonwoven fabric preferably subjected to hydrophilic treatment has a significantly high area in contact with the supplied oil-mixed water. it can. On the other hand, by setting the fiber thickness of the nonwoven fabric to 10 μm or less, a desired water permeability can be obtained even if the average pore diameter is reduced. Therefore, by using a non-woven fabric made of fibers having a thickness in the above range as the substrate (A) in the oil / water separation filter, a suitable oil / water separation ability can be exhibited. The fiber thickness of the nonwoven fabric is more preferably 0.1 to 7 μm, and further preferably 0.2 to 5 μm.
基体(A)として使用される不織布は、平均孔径が0.1〜20μmであることが好ましい。不織布における平均孔径が0.1μm以上であることにより、実質的な透水量を確保することができる。一方で、基体(A)として平均孔径が20μm以下である不織布を用いることにより、エマルジョン形態の油分をも透過させない性能が確実に付与されることとなる。不織布の平均孔径は、より好ましくは0.2〜17μmであり、さらに好ましくは0.2〜15μmである。 The nonwoven fabric used as the substrate (A) preferably has an average pore size of 0.1 to 20 μm. When the average pore diameter in the nonwoven fabric is 0.1 μm or more, a substantial water permeability can be ensured. On the other hand, by using a non-woven fabric having an average pore diameter of 20 μm or less as the substrate (A), the performance that does not allow oil in the form of an emulsion to pass through is reliably imparted. The average pore diameter of the nonwoven fabric is more preferably 0.2 to 17 μm, and further preferably 0.2 to 15 μm.
以上述べた理由により、基体(A)としては、
目付けが1〜500g/m2であり、
繊維の太さが0.1〜10μmであり、そして
平均孔径が0.1〜20μmである
不織布を使用することが、極めて好適である。
For the reasons described above, as the substrate (A),
The basis weight is 1 to 500 g / m 2 .
It is extremely preferable to use a nonwoven fabric having a fiber thickness of 0.1 to 10 μm and an average pore diameter of 0.1 to 20 μm.
[親水化処理]
本実施形態の好ましい態様においては、上記のような基体(A)を親水化処理することにより、油水分離フィルターとして使用することができる。基体(A)を親水化処理することにより、材料の不織布に適当な親水性及び撥油性を付与することができる。
すなわち、親水化処理された不織布上に油分混合水が供給されたときに、水は該不織布に浸透して通過することができるが、油分は該不織布上に好ましくは油滴となって保持される。このような機構により、効率的な油水分離を行うことができることとなる。
[Hydrophilic treatment]
In a preferred aspect of the present embodiment, the substrate (A) as described above can be used as an oil-water separation filter by hydrophilizing it. By subjecting the substrate (A) to a hydrophilic treatment, appropriate hydrophilicity and oil repellency can be imparted to the nonwoven fabric of the material.
That is, when oil-mixed water is supplied onto a nonwoven fabric that has been hydrophilized, the water can permeate and pass through the nonwoven fabric, but the oil is preferably retained as oil droplets on the nonwoven fabric. The With such a mechanism, efficient oil-water separation can be performed.
本実施形態における親水化処理の方法としては、化学的処理及び物理的処理のどちらも行うことができる。 As the hydrophilic treatment method in the present embodiment, both chemical treatment and physical treatment can be performed.
化学的処理としては、例えば、スルホン化処理、グラフト化処理、コーティング処理等を;物理的処理としては、例えば、表面粗化処理、プラズマ処理、コロナ処理、紫外線処理、フレーム(火炎)処理等を、それぞれ挙げることができる。これらのうち、親水化の程度を所望の範囲に容易にコントロールし得ることから化学的処理が好ましい。
基体(A)の化学的親水化処理は、公知の方法によって行うことができる。例えば、スルホン化処理は、基体(A)を硫酸又はその水溶液中に浸漬する方法により、行うことができる。グラフト化処理は、基体(A)の不織布を構成するポリマーの主鎖に対して、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、ポリメチルピロリジノン、ポリアルキレングリコール、及びポリエーテルより成る群から選択される1種以上のモノマー(又はマクロモノマー)のグラフト重合を行うことにより、実施することができる。このグラフト重合は、例えば、基体(A)を、所望のモノマー又はモノマー混合物と、適当な重合開始剤と、を含有するグラフト処理溶液中に浸漬し、必要に応じて、加熱、放射線(例えば紫外線、マイクロ波、電子線等)の照射等を施す方法によることができる。コーティングは、環境問題の観点から、基体(A)上に非フッ素系の親水組成物を塗工する方法によることが、簡易に機能付与することができる点で好ましい。
Examples of chemical treatment include sulfonation treatment, grafting treatment, and coating treatment; examples of physical treatment include surface roughening treatment, plasma treatment, corona treatment, ultraviolet treatment, flame treatment, and the like. , Can be mentioned respectively. Of these, chemical treatment is preferred because the degree of hydrophilization can be easily controlled within a desired range.
The chemical hydrophilization treatment of the substrate (A) can be performed by a known method. For example, the sulfonation treatment can be performed by a method of immersing the substrate (A) in sulfuric acid or an aqueous solution thereof. The grafting treatment is performed on the main chain of the polymer constituting the nonwoven fabric of the substrate (A), for example, one selected from the group consisting of acrylic acid, methacrylic acid, polymethylpyrrolidinone, polyalkylene glycol, and polyether. This can be carried out by graft polymerization of the above monomers (or macromonomers). In this graft polymerization, for example, the substrate (A) is immersed in a grafting solution containing a desired monomer or monomer mixture and a suitable polymerization initiator, and if necessary, heated, irradiated (for example, ultraviolet rays) , Microwave, electron beam, etc.). From the viewpoint of environmental problems, the coating is preferably performed by a method of applying a non-fluorinated hydrophilic composition on the substrate (A) from the viewpoint that functions can be easily provided.
[非フッ素系親水組成物]
以下、本実施形態における好ましい親水化処理の方法として、非フッ素系親水組成物を塗布する方法について説明する。
本実施形態における非フッ素系親水組成物は、
非フッ素系親水材料(B)と、
加水分解性ケイ素化合物(C)と、
分散媒と、
を含むものであることが、得られる油水分離フィルターの耐久性の観点から好ましい。好ましくはさらに金属酸化物(D)を含有する。(D)成分の金属酸化物とは、珪素酸化物を含む概念である。
[Non-fluorine-based hydrophilic composition]
Hereinafter, a method for applying a non-fluorinated hydrophilic composition will be described as a preferred hydrophilic treatment method in the present embodiment.
The non-fluorinated hydrophilic composition in the present embodiment is
A non-fluorinated hydrophilic material (B);
A hydrolyzable silicon compound (C);
A dispersion medium;
It is preferable from the viewpoint of durability of the obtained oil / water separation filter. Preferably, it further contains a metal oxide (D). (D) The metal oxide of a component is the concept containing a silicon oxide.
(非フッ素系親水材料(B))
本実施形態における非フッ素系親水材料(B)は、非フッ素系の高分子から成る粒子であることが好ましい。
本実施形態における特に好ましい非フッ素系親水材料(B)は、加水分解性珪素化合物又はその加水分解縮合物(b1成分)と、親水性官能基を含む高分子(b2成分)と、を含有する。b1成分の少なくとも一部は、b2成分中に共重合成分として取り込まれた形態で存在してもよい。このような材料は、b1成分の存在下にb2成分の合成を行うことにより、得ることができる。
(Non-fluorinated hydrophilic material (B))
The non-fluorinated hydrophilic material (B) in the present embodiment is preferably particles made of a non-fluorinated polymer.
The particularly preferred non-fluorinated hydrophilic material (B) in the present embodiment contains a hydrolyzable silicon compound or a hydrolysis condensate thereof (b1 component) and a polymer containing a hydrophilic functional group (b2 component). . At least a part of the b1 component may be present in a form incorporated as a copolymerization component in the b2 component. Such a material can be obtained by synthesizing the b2 component in the presence of the b1 component.
b1成分:加水分解性珪素化合物
本実施形態におけるb1成分としては、下記式(i)で表される加水分解性珪素化合物(h1)、下記式(ii)で表される加水分解性珪素化合物(h2)、下記式(iii)で表される加水分解性珪素化合物(h3)、及びその他の加水分解性珪素化合物(h4)からなる群より選ばれる1種以上、並びにこれらの加水分解縮合物から選択されることができる。
b1 Component: Hydrolyzable Silicon Compound As the b1 component in the present embodiment, a hydrolyzable silicon compound (h1) represented by the following formula (i) and a hydrolyzable silicon compound represented by the following formula (ii) ( h2), one or more selected from the group consisting of hydrolyzable silicon compounds (h3) represented by the following formula (iii) and other hydrolyzable silicon compounds (h4), and hydrolyzed condensates thereof Can be selected.
R1 nSiX4−n ・・・(i)
式(i)中、R1は水素原子、炭素数1〜10のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、及びアリール基から選択されるいずれかを示し、ただし前記アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、及びアリール基は、それぞれ、ハロゲン基、ヒドロキシ基、メルカプト基、アミノ基、(メタ)アクリロイル基、又はエポキシ基を有していてもよく;
Xは、加水分解性基を示し;そして
nは0〜3の整数である。
X3Si−R2 n−SiX3 ・・・(ii)
式(ii)中、Xは加水分解性基を示し;
R2は、炭素数1〜6のアルキレン基、又はフェニレン基を示し;そして
nは0又は1である。
R3−(O−Si(OR3)2)n−OR3 ・・・(iii)
式(iii)中、R3は、炭素数1〜6のアルキル基を示し;そして
nは2〜8の整数である。
R 1 n SiX 4-n (i)
In the formula (i), R 1 represents any one selected from a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group, an alkynyl group, and an aryl group, provided that the alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, And the aryl group may each have a halogen group, a hydroxy group, a mercapto group, an amino group, a (meth) acryloyl group, or an epoxy group;
X represents a hydrolyzable group; and n is an integer of 0-3.
X 3 Si—R 2 n —SiX 3 (ii)
In formula (ii), X represents a hydrolyzable group;
R 2 represents an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms or a phenylene group; and n is 0 or 1.
R 3 — (O—Si (OR 3 ) 2 ) n —OR 3 (iii)
In the formula (iii), R 3 represents an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms; and n is an integer of 2 to 8.
式(i)及び(ii)中の加水分解性基としては、加水分解により水酸基が生じる基であれば、特に限定されず、例えば、ハロゲン原子、アルコキシ基、アシルオキシ基、アミノ基、フェノキシ基、オキシム基等が挙げられる。 The hydrolyzable group in the formulas (i) and (ii) is not particularly limited as long as it is a group that generates a hydroxyl group by hydrolysis. For example, a halogen atom, an alkoxy group, an acyloxy group, an amino group, a phenoxy group, An oxime group etc. are mentioned.
加水分解性珪素化合物(h1)としては、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラ(n−プロポキシ)シラン、テトラ(i−プロポキシ)シラン、テトラ(n−ブトキシ)シラン、テトラ(i−ブトキシ)シラン、テトラ−sec−ブトキシシラン、テトラ−tert−ブトキシシラン、トリメトキシシラン、トリエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、イソブチルトリエトキシシラン、シクロヘキシルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジメトキシシラン、ジエトキシシラン、メチルジメトキシシラン、メチルジエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、3−クロロプロピルトリメトキシシラン、3−クロロプロピルトリエトキシシラン、3−ヒドロキシプロピルトリメトキシシラン、3−ヒドロキシプロピルトリエトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、テトラアセトキシシラン、テトラキス(トリクロロアセトキシ)シラン、テトラキス(トリフルオロアセトキシ)シラン、トリアセトキシシラン、トリス(トリクロロアセトキシ)シラン、トリス(トリフルオロアセトキシ)シラン、メチルトリアセトキシシラン、メチルトリス(トリクロロアセトキシ)シラン、テトラクロロシラン、テトラブロモシラン、テトラフルオロシラン、トリクロロシラン、トリブロモシラン、トリフルオロシラン、メチルトリクロロシラン、メチルトリブロモシラン、メチルトリフルオロシラン、テトラキス(メチルエチルケトキシム)シラン、トリス(メチルエチルケトキシム)シラン、メチルトリス(メチルエチルケトキシム)シラン、フェニルトリス(メチルエチルケトキシム)シラン、ビス(メチルエチルケトキシム)シラン、メチルビス(メチルエチルケトキシム)シラン、ビス(ジメチルアミノ)ジメチルシラン、ビス(ジエチルアミノ)ジメチルシラン、ビス(ジメチルアミノ)メチルシラン、ビス(ジエチルアミノ)メチルシラン等を挙げることができる。 Examples of the hydrolyzable silicon compound (h1) include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetra (n-propoxy) silane, tetra (i-propoxy) silane, tetra (n-butoxy) silane, and tetra (i-butoxy). ) Silane, tetra-sec-butoxysilane, tetra-tert-butoxysilane, trimethoxysilane, triethoxysilane, methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, ethyltriethoxysilane, propyltrimethoxysilane, Propyltriethoxysilane, isobutyltriethoxysilane, cyclohexyltrimethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, dimethoxysilane, diethoxysilane, methyldimethoxysilane, methyl Ethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, 3-chloropropyltrimethoxysilane, 3-chloropropyltriethoxysilane, 3-hydroxypropyltrimethoxysilane, 3-hydroxypropyltriethoxysilane, 3-mercaptopropyltrimethoxy Silane, 3-mercaptopropyltriethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, 3-acryloxypropyltrimethoxysilane, 3-acryloxypropyltriethoxysilane, 3- Methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltriethoxysilane, tetraacetoxysilane, tetrakis (trichloroacetoxy) silane, tetrakis (trif Oloacetoxy) silane, triacetoxysilane, tris (trichloroacetoxy) silane, tris (trifluoroacetoxy) silane, methyltriacetoxysilane, methyltris (trichloroacetoxy) silane, tetrachlorosilane, tetrabromosilane, tetrafluorosilane, trichlorosilane, Tribromosilane, trifluorosilane, methyltrichlorosilane, methyltribromosilane, methyltrifluorosilane, tetrakis (methylethylketoxime) silane, tris (methylethylketoxime) silane, methyltris (methylethylketoxime) silane, phenyltris (methylethylketoxime) silane Bis (methylethylketoxime) silane, methylbis (methylethylketoxime) silane, bis (dimethylamino) C) Dimethylsilane, bis (diethylamino) dimethylsilane, bis (dimethylamino) methylsilane, bis (diethylamino) methylsilane, and the like.
加水分解性珪素化合物(h2)としては、例えば、ビス(トリメトキシシリル)メタン、ビス(トリエトキシシリル)メタン、ビス(トリフェノキシシリル)メタン、ビス(トリメトキシシリル)エタン、ビス(トリエトキシシリル)エタン、ビス(トリフェノキシシリル)エタン、1,3−ビス(トリメトキシシリル)プロパン、1,3−ビス(トリエトキシシリル)プロパン、1,3−ビス(トリフェノキシシリル)プロパン、1,4−ビス(トリメトキシシリル)ベンゼン、1,4−ビス(トリエトキシシリル)ベンゼン等が挙げられる。 Examples of the hydrolyzable silicon compound (h2) include bis (trimethoxysilyl) methane, bis (triethoxysilyl) methane, bis (triphenoxysilyl) methane, bis (trimethoxysilyl) ethane, and bis (triethoxysilyl). ) Ethane, bis (triphenoxysilyl) ethane, 1,3-bis (trimethoxysilyl) propane, 1,3-bis (triethoxysilyl) propane, 1,3-bis (triphenoxysilyl) propane, 1,4 -Bis (trimethoxysilyl) benzene, 1,4-bis (triethoxysilyl) benzene and the like.
加水分解性珪素化合物(h3)としては、例えば、テトラメトキシシランの部分加水分解縮合物(例えば、多摩化学工業社製の商品名「Mシリケート51」、コルコート社製の商品名「MSI51」、三菱化学社製の「MS51」、同「MS56」)、テトラエトキシシランの部分加水分解縮合物(多摩化学工業社製の商品名「シリケート35」、同「シリケート45」、コルコート社製の商品名「ESI40」、同「ESI48」)、テトラメトキシシランとテトラエトキシシランとの共部分加水分解縮合物(多摩化学工業社製の商品名「FR−3」、コルコート社製の商品名「EMSi48」)等が挙げられる。 Examples of the hydrolyzable silicon compound (h3) include tetramethoxysilane partially hydrolyzed condensate (for example, trade name “M silicate 51” manufactured by Tama Chemical Industry Co., Ltd., trade name “MSI 51” manufactured by Colcoat Co., Ltd.) "MS51" and "MS56" manufactured by Kagaku Co., Ltd., partially hydrolyzed condensates of tetraethoxysilane (trade names "Silicate 35" and "Silicate 45" manufactured by Tama Chemical Industry Co., Ltd.) ESI40 "," ESI48 "), co-hydrolyzed condensate of tetramethoxysilane and tetraethoxysilane (trade name" FR-3 "manufactured by Tama Chemical Industry Co., Ltd., trade name" EMSi48 "manufactured by Colcoat) Is mentioned.
加水分解性珪素化合物(h4)としては、例えば、ヘキサメチルジシラザン、ヘキサメチルシクロトリシラザン等が挙げられる。 Examples of the hydrolyzable silicon compound (h4) include hexamethyldisilazane and hexamethylcyclotrisilazane.
上記の加水分解性珪素化合物は、1種のみを単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの加水分解性珪素化合物は、好ましくは加水分解縮合された状態で非フッ素系親水材料(B)に取り込まれることとなる。 As for said hydrolysable silicon compound, only 1 type may be used independently and 2 or more types may be used together. These hydrolyzable silicon compounds are preferably taken into the non-fluorinated hydrophilic material (B) in a hydrolyzed and condensed state.
b2成分:親水性官能基を含む高分子
本実施形態におけるb2成分は、好ましくは、ビニル単量体の重合体又は共重合体である。
このb2成分は、不飽和結合を有するビニル単量体成分を、ラジカル、カチオン、又はアニオン活性種によって重合することにより得られる、フッ素原子を含まないエマルジョン粒子である。該エマルジョン粒子は、少なくとも親水性官能基を含む高分子から成る。例えば、アクリルエマルジョン粒子、スチレンエマルジョン粒子、アクリルスチレンエマルジョン粒子、アクリルシリコンエマルジョン粒子、シリコンエマルジョン粒子、ウレタン樹脂エマルジョン粒子等が挙げられる。
このb2成分の合成を上記b1成分の共存下に行うことにより、本実施形態における非フッ素系親水材料(B)を得ることができる。
b2 component: polymer containing hydrophilic functional group The b2 component in the present embodiment is preferably a polymer or copolymer of a vinyl monomer.
This b2 component is an emulsion particle containing no fluorine atom, obtained by polymerizing a vinyl monomer component having an unsaturated bond with a radical, cation, or anion active species. The emulsion particles are composed of a polymer containing at least a hydrophilic functional group. Examples thereof include acrylic emulsion particles, styrene emulsion particles, acrylic styrene emulsion particles, acrylic silicon emulsion particles, silicon emulsion particles, and urethane resin emulsion particles.
By synthesizing this b2 component in the presence of the b1 component, the non-fluorinated hydrophilic material (B) in the present embodiment can be obtained.
b2成分を合成するためのビニル単量体成分としては、例えば、
水酸基を有するビニル単量体、
カルボキシル基を有するビニル単量体、
アミノ基を有するビニル単量体、
エーテル基を有するビニル単量体、
アミド基を有するビニル単量体、
エポキシ基を有するビニル単量体、
スルホン酸基を有するビニル単量体、及び
上記の官能基のいずれも有さないビニル単量体
を例示することができる。このような単量体から合成されたb2成分を用いることにより、得られる非フッ素系親水材料(B)の親水性をより高めることができる。
As a vinyl monomer component for synthesizing the b2 component, for example,
Vinyl monomers having a hydroxyl group,
A vinyl monomer having a carboxyl group,
Vinyl monomers having amino groups,
Vinyl monomers having an ether group,
Vinyl monomers having an amide group,
Vinyl monomers having an epoxy group,
Examples thereof include a vinyl monomer having a sulfonic acid group and a vinyl monomer having none of the above functional groups. By using the b2 component synthesized from such a monomer, the hydrophilicity of the obtained non-fluorinated hydrophilic material (B) can be further increased.
水酸基を有するビニル単量体としては、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート等のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート;
2−ヒドロキシエチルビニルエーテル、4−ヒドロキシブチルビニルエーテル等の水酸基含有ビニルエーテル;
2−ヒドロキシエチルアリルエーテル等の水酸基含有アリルエーテル類;
ポリエチレングリコールに代表される種々のポリエーテルポリオールと、(メタ)アクリル酸に代表される種々の不飽和カルボン酸とから得られるポリオキシアルキレングリコールのモノエステル;
上述の各種の水酸基含有単量体類とε−カプロラクトンに代表される種々のラクトン類との付加物;
グリシジル(メタ)アクリレートに代表される種々のエポキシ基含有不飽和単量体と酢酸に代表される種々の酸類との付加物;
(メタ)アクリル酸に代表される種々の不飽和カルボン酸類と「カーデュラ E」(オランダ国シェル社製の商品名)に代表されるα−オレフィンのエポキシド以外の種々のモノエポキシ化合物との付加物;
等が挙げられる。
Examples of the vinyl monomer having a hydroxyl group include hydroxyalkyl (meth) acrylates such as 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate, and 4-hydroxybutyl (meth) acrylate;
Hydroxyl group-containing vinyl ethers such as 2-hydroxyethyl vinyl ether and 4-hydroxybutyl vinyl ether;
Hydroxyl group-containing allyl ethers such as 2-hydroxyethyl allyl ether;
Monoesters of polyoxyalkylene glycols obtained from various polyether polyols typified by polyethylene glycol and various unsaturated carboxylic acids typified by (meth) acrylic acid;
Adducts of various hydroxyl group-containing monomers described above with various lactones represented by ε-caprolactone;
Adducts of various epoxy group-containing unsaturated monomers represented by glycidyl (meth) acrylate and various acids represented by acetic acid;
Adducts of various unsaturated carboxylic acids typified by (meth) acrylic acid and various monoepoxy compounds other than epoxides of α-olefins typified by “Cardura E” (trade name, manufactured by Shell, The Netherlands) ;
Etc.
カルボキシル基を有するビニル単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸、2−カルボキシエチル(メタ)アクリレート、クロトン酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸等の不飽和カルボン酸;
イタコン酸モノメチル、イタコン酸モノ−n−ブチル、マレイン酸モノメチル、マレイン酸モノ−n−ブチル、フマル酸モノメチル、フマル酸モノ−n−ブチルのような不飽和ジカルボン酸類と飽和1価アルコール類とのモノエステル(ハーフエステル);
アジピン酸モノビニル、コハク酸モノビニル等の飽和ジカルボン酸のモノビニルエステル;
無水コハク酸、無水グルタル酸、無水フタル酸、無水トリメリット酸のような各種の飽和ポリカルボン酸の無水物類と上述の各種の水酸基含有ビニル系単量体類との付加反応生成物;
上述の各種のカルボキシル基含有単量体類とラクトン類とを付加反応して得られる単量体;
等が挙げられる。
Examples of the vinyl monomer having a carboxyl group include unsaturated carboxylic acids such as (meth) acrylic acid, 2-carboxyethyl (meth) acrylate, crotonic acid, itaconic acid, maleic acid, and fumaric acid;
Of unsaturated dicarboxylic acids and saturated monohydric alcohols such as monomethyl itaconate, mono-n-butyl itaconate, monomethyl maleate, mono-n-butyl maleate, monomethyl fumarate, mono-n-butyl fumarate Monoester (half ester);
Monovinyl esters of saturated dicarboxylic acids such as monovinyl adipate and monovinyl succinate;
Addition reaction product of various saturated polycarboxylic acid anhydrides such as succinic anhydride, glutaric anhydride, phthalic anhydride, trimellitic anhydride and the above-mentioned various hydroxyl group-containing vinyl monomers;
Monomers obtained by addition reaction of the above-mentioned various carboxyl group-containing monomers and lactones;
Etc.
アミノ基を有するビニル単量体としては、例えば、2−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、2−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、2−ジ−n−プロピルアミノエチル(メタ)アクリレート、3−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、4−ジメチルアミノブチル(メタ)アクリレート、N−[2−(メタ)アクリロイルオキシ]エチルモルホリン等の3級アミノ基含有(メタ)アクリル酸エステル;
ビニルピリジン、N−ビニルカルバゾール、N−ビニルキノリン等の3級アミノ基含有芳香族ビニル系単量体;
N−(2−ジメチルアミノ)エチル(メタ)アクリルアミド、N−(2−ジエチルアミノ)エチル(メタ)アクリルアミド、N−(2−ジ−n−プロピルアミノ)エチル(メタ)アクリルアミド、N−(3−ジメチルアミノ)プロピル(メタ)アクリルアミド、N−(4−ジメチルアミノ)ブチル(メタ)アクリルアミド、N−[2−(メタ)アクリルアミド]エチルモルホリン等の3級アミノ基含有(メタ)アクリルアミド;
N−(2−ジメチルアミノ)エチルクロトン酸アミド、N−(2−ジエチルアミノ)エチルクロトン酸アミド、N−(2−ジ−n−プロピルアミノ)エチルクロトン酸アミド、N−(3−ジメチルアミノ)プロピルクロトン酸アミド、N−(4−ジメチルアミノ)ブチルクロトン酸アミド等の3級アミノ基含有クロトン酸アミド;
2−ジメチルアミノエチルビニルエーテル、2−ジエチルアミノエチルビニルエーテル、3−ジメチルアミノプロピルビニルエーテル、4−ジメチルアミノブチルビニルエーテル等の3級アミノ基含有ビニルエーテル;
等が挙げられる。
Examples of the vinyl monomer having an amino group include 2-dimethylaminoethyl (meth) acrylate, 2-diethylaminoethyl (meth) acrylate, 2-di-n-propylaminoethyl (meth) acrylate, and 3-dimethylamino. Tertiary amino group-containing (meth) acrylic acid esters such as propyl (meth) acrylate, 4-dimethylaminobutyl (meth) acrylate, N- [2- (meth) acryloyloxy] ethylmorpholine;
Tertiary amino group-containing aromatic vinyl monomers such as vinylpyridine, N-vinylcarbazole, N-vinylquinoline;
N- (2-dimethylamino) ethyl (meth) acrylamide, N- (2-diethylamino) ethyl (meth) acrylamide, N- (2-di-n-propylamino) ethyl (meth) acrylamide, N- (3- Tertiary amino group-containing (meth) acrylamides such as dimethylamino) propyl (meth) acrylamide, N- (4-dimethylamino) butyl (meth) acrylamide, N- [2- (meth) acrylamide] ethylmorpholine;
N- (2-dimethylamino) ethylcrotonic acid amide, N- (2-diethylamino) ethylcrotonic acid amide, N- (2-di-n-propylamino) ethylcrotonic acid amide, N- (3-dimethylamino) Tertiary amino group-containing crotonic acid amides such as propylcrotonic acid amide and N- (4-dimethylamino) butylcrotonic acid amide;
Tertiary amino group-containing vinyl ethers such as 2-dimethylaminoethyl vinyl ether, 2-diethylaminoethyl vinyl ether, 3-dimethylaminopropyl vinyl ether, 4-dimethylaminobutyl vinyl ether;
Etc.
エーテル基を有するビニル単量体としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレン高級脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンブロック共重合体等の、ポリエーテル鎖を側鎖に有するビニルエーテル、アリルエーテル、又は(メタ)アクリル酸エステルのビニル単量体;
等が挙げられる。エーテル基を有するビニル単量体としては、市販品を用いてもよい。エーテル基を有するビニル単量体の市販品としては、例えば、ブレンマーPE−90、PE−200、PE−350、PME−100、PME−200、PME−400、AE−350(以上、日本油脂社製、商品名)、MA−30、MA−50、MA−100、MA−150、RA−1120、RA−2614、RMA−564、RMA−568、RMA−1114、MPG130−MA(以上、日本乳化剤社製、商品名)等が挙げられる。
ここで、ポリオキシエチレン鎖のオキシエチレン単位の数は2〜30が好ましい。この数が2未満では、得られる油水分離フィルターの柔軟性が不十分になる傾向があり、30を超えると、油水分離フィルターが過度に軟らかくなり、耐ブロッキング性に劣る傾向にある。
Examples of the vinyl monomer having an ether group include polyether chains such as polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene alkyl phenyl ether, polyoxyethylene higher fatty acid ester, polyoxyethylene-polyoxypropylene block copolymer, and the like. Vinyl ether, allyl ether, or (meth) acrylic acid vinyl monomer having
Etc. A commercially available product may be used as the vinyl monomer having an ether group. Commercially available vinyl monomers having an ether group include, for example, Bremer PE-90, PE-200, PE-350, PME-100, PME-200, PME-400, AE-350 (above, Nippon Oil & Fats Co., Ltd.) Manufactured, trade name), MA-30, MA-50, MA-100, MA-150, RA-1120, RA-2614, RMA-564, RMA-568, RMA-1114, MPG130-MA (above, Japanese emulsifier) Company name, product name).
Here, the number of oxyethylene units in the polyoxyethylene chain is preferably 2 to 30. If this number is less than 2, the resulting oil / water separation filter tends to have insufficient flexibility, and if it exceeds 30, the oil / water separation filter becomes excessively soft and tends to have poor blocking resistance.
アミド基を有するビニル単量体としては、例えば、N−アルキル又はN−アルキレン置換(メタ)アクリルアミド等が挙げられる。具体的には、例えば、N−メチルアクリルアミド、N−メチルメタクリルアミド、N−エチルアクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N,N−ジメチルメタクリルアミド、N,N−ジエチルアクリルアミド、N−エチルメタクリルアミド、N−メチル−N−エチルアクリルアミド、N−メチル−N−エチルメタクリルアミド、N−イソプロピルアクリルアミド、N−n−プロピルアクリルアミド、N−イソプロピルメタクリルアミド、N−n−プロピルメタクリルアミド、N−メチル−N−n−プロピルアクリルアミド、N−メチル−N−イソプロピルアクリルアミド、N−アクリロイルピロリジン、N−メタクリロイルピロリジン、N−アクリロイルピペリジン、N−メタクリロイルピペリジン、N−アクリロイルヘキサヒドロアゼピン、N−アクリロイルモルホリン、N−メタクリロイルモルホリン、N−ビニルピロリドン、N−ビニルカプロラクタム、N,N’−メチレンビスアクリルアミド、N,N’−メチレンビスメタクリルアミド、N−ビニルアセトアミド、ダイアセトンアクリルアミド、ダイアセトンメタクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド、N−メチロールメタクリルアミド等である。 As a vinyl monomer which has an amide group, N-alkyl or N-alkylene substituted (meth) acrylamide etc. are mentioned, for example. Specifically, for example, N-methylacrylamide, N-methylmethacrylamide, N-ethylacrylamide, N, N-dimethylacrylamide, N, N-dimethylmethacrylamide, N, N-diethylacrylamide, N-ethylmethacrylamide N-methyl-N-ethylacrylamide, N-methyl-N-ethylmethacrylamide, N-isopropylacrylamide, Nn-propylacrylamide, N-isopropylmethacrylamide, Nn-propylmethacrylamide, N-methyl- Nn-propylacrylamide, N-methyl-N-isopropylacrylamide, N-acryloylpyrrolidine, N-methacryloylpyrrolidine, N-acryloylpiperidine, N-methacryloylpiperidine, N-acryloylhexahydride Azepine, N-acryloylmorpholine, N-methacryloylmorpholine, N-vinylpyrrolidone, N-vinylcaprolactam, N, N′-methylenebisacrylamide, N, N′-methylenebismethacrylamide, N-vinylacetamide, diacetone acrylamide, Examples include diacetone methacrylamide, N-methylol acrylamide, and N-methylol methacrylamide.
エポキシ基を有するビニル単量体としては、例えば、グリシジル基含有ビニル単量体等が挙げられる。グリシジル基含有ビニル単量体の具体例としては、例えば、グリシジル(メタ)アクリレート、アリルグリシジルエーテル、アリルジメチルグリシジルエーテル等を挙げることができる。 As a vinyl monomer which has an epoxy group, a glycidyl group containing vinyl monomer etc. are mentioned, for example. Specific examples of the glycidyl group-containing vinyl monomer include glycidyl (meth) acrylate, allyl glycidyl ether, allyl dimethyl glycidyl ether, and the like.
スルホン酸基を有するビニル単量体としては、例えば、ビニルスルホン酸等を挙げることができる。 Examples of the vinyl monomer having a sulfonic acid group include vinyl sulfonic acid.
上記の官能基のいずれも有さないビニル単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸ブチル等のメタアクリル酸アルキルエステル;
ブタジエン、イソプレン等の共役ジエン;
スチレン、α−メチルスチレン、ビニルナフタレン等のビニル芳香族化合物;
等を挙げることができる。
Examples of vinyl monomers that do not have any of the above functional groups include alkyl methacrylates such as methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, and butyl (meth) acrylate;
Conjugated dienes such as butadiene and isoprene;
Vinyl aromatic compounds such as styrene, α-methylstyrene, vinyl naphthalene;
Etc.
b2成分における各ビニル単量体の共重合割合の推奨範囲は、b2成分の全量を100質量%とした場合に、それぞれ、以下のとおりである。
水酸基を有するビニル単量体:好ましくは0.01質量%〜50質量%、より好ましくは0.1質量%〜20質量%
カルボキシル基を有するビニル単量体:好ましくは0.01質量%〜20質量%、より好ましくは0.1質量%〜5質量%
アミノ基を有するビニル単量体:好ましくは0.01質量%〜50質量%、より好ましくは0.1質量%〜20質量%
エーテル基を有するビニル単量体:好ましくは20質量%〜70質量%、より好ましくは40質量%〜60質量%
アミド基を有するビニル単量体:好ましくは30質量%〜80質量%、より好ましくは45質量%〜65質量%
エポキシ基を有するビニル単量体:好ましくは0.01質量%〜50質量%、より好ましくは0.05質量%〜20質量%
スルホン酸基を有するビニル単量体:好ましくは0.01質量%〜20質量%、より好ましくは0.1質量%〜5質量%
上記の官能基のいずれも有さないビニル単量体:好ましくは20質量%〜70質量%、より好ましくは40質量%〜60質量%
The recommended range of the copolymerization ratio of each vinyl monomer in the b2 component is as follows when the total amount of the b2 component is 100% by mass.
Vinyl monomer having a hydroxyl group: preferably 0.01 mass% to 50 mass%, more preferably 0.1 mass% to 20 mass%
Vinyl monomer having a carboxyl group: preferably 0.01% by mass to 20% by mass, more preferably 0.1% by mass to 5% by mass
Vinyl monomer having an amino group: preferably 0.01% to 50% by weight, more preferably 0.1% to 20% by weight
Vinyl monomer having an ether group: preferably 20% by mass to 70% by mass, more preferably 40% by mass to 60% by mass
Vinyl monomer having an amide group: preferably 30% by mass to 80% by mass, more preferably 45% by mass to 65% by mass
Vinyl monomer having an epoxy group: preferably 0.01% by mass to 50% by mass, more preferably 0.05% by mass to 20% by mass
Vinyl monomer having a sulfonic acid group: preferably 0.01% by mass to 20% by mass, more preferably 0.1% by mass to 5% by mass
Vinyl monomer having none of the above functional groups: preferably 20% by mass to 70% by mass, more preferably 40% by mass to 60% by mass
本実施形態における好ましい非フッ素系親水材料(B)は、上記ビニル単量体の重合又は共重合を上記b1成分の共存下に行うことにより、得ることができる。この場合のb1成分の使用割合は、b2成分の合成に使用するビニル単量体の合計100質量部に対して、10質量部〜100質量部とすることが好ましく、30質量部〜80質量部とすることがより好ましく、さらに50質量部〜60質量部とすることが好ましい。
ビニル単量体の重合又は共重合は、活性種としてラジカル、カチオン、又はアニオンを用いる公知の方法によって行うことができる。
The preferred non-fluorinated hydrophilic material (B) in the present embodiment can be obtained by polymerizing or copolymerizing the vinyl monomer in the presence of the b1 component. In this case, the use ratio of the b1 component is preferably 10 to 100 parts by mass, and preferably 30 to 80 parts by mass with respect to 100 parts by mass in total of the vinyl monomers used for the synthesis of the b2 component. More preferably, it is more preferable to set it as 50 mass parts-60 mass parts.
The polymerization or copolymerization of the vinyl monomer can be performed by a known method using a radical, a cation, or an anion as an active species.
本実施形態における非フッ素系親水組成物中の非フッ素系親水材料(B)としては、上記のようにして得られる重合体又は共重合体以外にも、例えば、
アニオン型ポリウレタン粒子として第一工業製薬社製のスーパーフレックス126、130、150、170、210、300、420、460、470、740、800、860等;及びDMS社製のNeoRez R−9660、R−972、R−9637、R−9679、R−989、R−2150、R−966、R−967、R−9603、R−940、R−9403等;
非イオン型ポリウレタン粒子として第一工業製薬社製のスーパーフレックス500M、E2000、E4800等;
カチオン型ポリウレタン粒子として第一工業製薬社製のスーパーフレックス620、650等
を使用してもよい。
As the non-fluorine-based hydrophilic material (B) in the non-fluorine-based hydrophilic composition in the present embodiment, in addition to the polymer or copolymer obtained as described above, for example,
Superflex 126, 130, 150, 170, 210, 300, 420, 460, 470, 740, 800, 860, etc. manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku as anionic polyurethane particles; and NeoRez R-9660, R manufactured by DMS -972, R-9637, R-9679, R-989, R-2150, R-966, R-967, R-9603, R-940, R-9403 and the like;
Non-ionic polyurethane particles manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd. Superflex 500M, E2000, E4800, etc .;
Superflex 620, 650 manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd. may be used as the cationic polyurethane particles.
本実施形態における非フッ素系親水組成物に含有される非フッ素系親水材料(B)は、粒子状であることが好ましく、該粒子の水分散状態における数平均粒子径は、10nm〜800nmであることが好ましい。この数平均粒子径は、本実施形態における油水分離フィルターの耐久性向上の観点から、10nm〜100nmであることがより好ましい。
(B)成分の数平均粒子径は、後述の実施例に記載の方法により測定することができる。
The non-fluorinated hydrophilic material (B) contained in the non-fluorinated hydrophilic composition in the present embodiment is preferably in the form of particles, and the number average particle diameter of the particles in an aqueous dispersion state is 10 nm to 800 nm. It is preferable. The number average particle diameter is more preferably 10 nm to 100 nm from the viewpoint of improving the durability of the oil / water separation filter in the present embodiment.
(B) The number average particle diameter of a component can be measured by the method as described in the below-mentioned Example.
(加水分解性ケイ素化合物(C))
本実施形態における非フッ素系親水組成物に含有される加水分解性ケイ素化合物(C)としては、非フッ素系親水材料(B)に含まれるb1成分と同じものを使用することができる他、
信越化学社製の、商品名「KBE−402」、「KBM−803」、「KBM−802」、「KBE−403」、「KBM−303」、「KBM−1403」、「KBM−9659」、「KBM−585」、「KBM−846」、「KBM−9007」等の各種シランカップリング剤を使用してもよい。
(Hydrolyzable silicon compound (C))
As the hydrolyzable silicon compound (C) contained in the non-fluorinated hydrophilic composition in the present embodiment, the same as the b1 component contained in the non-fluorinated hydrophilic material (B) can be used,
Product names “KBE-402”, “KBM-803”, “KBM-802”, “KBE-403”, “KBM-303”, “KBM-1403”, “KBM-9659”, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Various silane coupling agents such as “KBM-585”, “KBM-846”, and “KBM-9007” may be used.
加水分解性ケイ素化合物(C)は、その一部又は全部が、加水分解縮合された状態で、本実施形態における非フッ素系親水組成物に含有されてよい。
加水分解性ケイ素化合物(C)が加水分解縮合物として非フッ素系親水組成物に含有される場合、そのポリスチレン換算の重量平均分子量として、好ましくは5,000〜85,000であり、より好ましくは8,000〜80,000であり、さらに好ましくは10,000〜50,000である。この重量平均分子量が5,000より小さいと、油水分離フィルターの親水性が劣る場合があり、85,000を超えると、油水分離フィルターにおける塗膜が脆くなり、剥離し易くなる場合がある。
上記重量分子量は、例えば、東ソー社製のGPC装置「HLC−8220GPC」を用いて、以下の条件で測定することができる。
カラム:TSKgel superAWM−H
溶離液:DMF(LiBr 5mmol/L)
試料量50μl(1mg/ml)
検出器:RI
検量線:標準ポリスチレン試料を用いて作成
The hydrolyzable silicon compound (C) may be partly or wholly contained in the non-fluorine-based hydrophilic composition in the present embodiment in a state where it is hydrolyzed and condensed.
When the hydrolyzable silicon compound (C) is contained in the non-fluorinated hydrophilic composition as a hydrolysis condensate, the weight average molecular weight in terms of polystyrene is preferably 5,000 to 85,000, more preferably It is 8,000-80,000, More preferably, it is 10,000-50,000. When this weight average molecular weight is less than 5,000, the hydrophilicity of the oil / water separation filter may be inferior, and when it exceeds 85,000, the coating film on the oil / water separation filter becomes brittle and may be easily peeled off.
The said weight molecular weight can be measured on condition of the following using the GPC apparatus "HLC-8220GPC" by a Tosoh company, for example.
Column: TSKgel superAWM-H
Eluent: DMF (LiBr 5 mmol / L)
Detector: RI
Calibration curve: Created using standard polystyrene samples
(金属酸化物粒子(D))
本実施形態における非フッ素系親水組成物は、上記(B)成分及び(C)成分とともに、金属酸化物粒子(D)を含んでいてもよく、これを含むことが好ましい。本明細書における金属酸化物とは、珪素酸化物を包含する概念である。
(D)成分の数平均粒子径は、1nm〜400nmであることが好ましく、より好ましくは1nm〜100nm、さらに好ましくは3nm〜80nm、特に好ましくは5nm〜50nmである。この粒子径は、非フッ素系親水組成物中に含有される状態の粒子の数平均粒子径を意味し、得られた組成物についての測定値である。粒子は、一次粒子及び二次粒子の混合物である場合と、一次粒子及び二次粒子のいずれか一方のみの場合とがあり、これらのうちのどちらでもよい。(D)成分の数平均粒子径を上記範囲とすることにより、本実施形態の親水性と撥油性の両立に寄与し得る。
数平均粒子径(以下、単に「粒子径」と略記することがある。)は、透過型顕微鏡により測定できる。粒子が100個〜200個写るように調整して透過型顕微鏡写真を撮影し、得られた画像中の粒子からランダムに選んだ10個〜20個程度の粒子について長径及び短径を測定し、それら全部の平均値((長径の合計+短径の合計)/(測定粒子数×2))を数平均粒子径として採用する。
(Metal oxide particles (D))
The non-fluorine-based hydrophilic composition in the present embodiment may contain metal oxide particles (D) together with the components (B) and (C), and preferably contains this. The metal oxide in this specification is a concept including silicon oxide.
The number average particle diameter of the component (D) is preferably 1 nm to 400 nm, more preferably 1 nm to 100 nm, still more preferably 3 nm to 80 nm, and particularly preferably 5 nm to 50 nm. This particle diameter means the number average particle diameter of the particles contained in the non-fluorinated hydrophilic composition, and is a measured value for the obtained composition. The particles may be a mixture of primary particles and secondary particles or only one of primary particles and secondary particles, and any of these may be used. (D) By making the number average particle diameter of a component into the said range, it can contribute to coexistence of hydrophilic property and oil repellency of this embodiment.
The number average particle diameter (hereinafter sometimes simply referred to as “particle diameter”) can be measured with a transmission microscope. Taking a transmission micrograph by adjusting so that 100 to 200 particles appear, and measuring the major axis and minor axis of about 10 to 20 particles randomly selected from the particles in the obtained image, The average value of all of them ((total of major axis + total of minor axis) / (number of measured particles × 2)) is adopted as the number average particle size.
(D)成分を構成する金属酸化物は、特に限定されず、公知のものを用いることができる。しかし、上述した(B)成分との相互作用をより高くする観点から、例えば、二酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化アンチモン、酸化チタン、酸化インジウム、酸化スズ、酸化ジルコニウム、酸化鉛、酸化鉄、珪酸カルシウム、酸化マグネシウム、酸化ニオブ、及び酸化セリウムからなる群から選ばれる1種以上が好ましい。これらの中でも、表面水酸基が多く、得られる油水分離フィルターの強度向上が望めるとの観点から、二酸化珪素(シリカ)、酸化アルミニウム(アルミナ)、酸化ジルコニウム、及び酸化アンチモン、並びにこれらの複合酸化物からなる群から選ばれる1種以上がより好ましい。
(D)成分の金属酸化物粒子は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
(D) The metal oxide which comprises a component is not specifically limited, A well-known thing can be used. However, from the viewpoint of further increasing the interaction with the component (B) described above, for example, silicon dioxide, aluminum oxide, antimony oxide, titanium oxide, indium oxide, tin oxide, zirconium oxide, lead oxide, iron oxide, calcium silicate One or more selected from the group consisting of magnesium oxide, niobium oxide, and cerium oxide are preferred. Among these, from the viewpoint that there are many surface hydroxyl groups and the strength of the resulting oil / water separation filter can be improved, silicon dioxide (silica), aluminum oxide (alumina), zirconium oxide, antimony oxide, and composite oxides thereof. One or more selected from the group consisting of
The metal oxide particles (D) may be used alone or in combination of two or more.
(D)成分は、粉体、分散液、ゾル等の存在形態で、非フッ素系親水組成物の調製に供されることが好ましい。
ここでいう「分散液」及び「ゾル」とは、(D)成分が、水、又は水と親水性有機溶媒との混合溶媒から成る分散媒中に、好ましくは0.01〜80質量%、より好ましくは0.1〜50質量%の濃度で、一次粒子及び二次粒子の少なくとも一方として分散された状態を意味する。
The component (D) is preferably used for the preparation of a non-fluorine-based hydrophilic composition in the form of a powder, dispersion, sol or the like.
The “dispersion liquid” and “sol” as used herein are preferably 0.01 to 80% by mass in a dispersion medium in which the component (D) is composed of water or a mixed solvent of water and a hydrophilic organic solvent. More preferably, it means a state of being dispersed as at least one of primary particles and secondary particles at a concentration of 0.1 to 50% by mass.
水を分散媒体とする酸性のコロイダルシリカとしては、市販品として、例えば、日産化学工業社製のスノーテックス(商標)−O、スノーテックス−OS、スノーテックス−OL、ライトスター(商標);旭電化工業社製のアデライト(商標)AT−20Q;クラリアントジャパン社製のクレボゾール(商標)20H12、クレボゾール30CAL25等が挙げられる。
水を分散媒体とする塩基性のコロイダルシリカとしては、例えば、アルカリ金属イオン、アンモニウムイオン、又はアミンの添加で安定化されたシリカ等が挙げられる。その市販品としては、例えば、日産化学工業社製のスノーテックス−20、スノーテックス−30、スノーテックス−C、スノーテックス−C30、スノーテックス−CM40、スノーテックス−N、スノーテックス−N30、スノーテックス−K、スノーテックス−XL、スノーテックス−YL、スノーテックス−ZL、スノーテックスPS−M、スノーテックスPS−L;旭電化工業社製のアデライトAT−20、アデライトAT−30、アデライトAT−20N、アデライトAT−30N、アデライトAT−20A、アデライトAT−30A、アデライトAT−40、アデライトAT−50;ラリアントジャパン社製のクレボゾール30R9、クレボゾール30R50、クレボゾール50R50;デュポン社製のルドックス(商標)HS−40、ルドックスHS−30、ルドックスLS、ルドックスSM−30等が挙げられる。
As acidic colloidal silica using water as a dispersion medium, commercially available products such as Snowtex (trademark) -O, Snowtex-OS, Snowtex-OL, Lightstar (trademark) manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd .; Asahi Examples include Adelite (trademark) AT-20Q manufactured by Denka Kogyo Co., Ltd .; Clebosol (trademark) 20H12, Clevosol 30CAL25 manufactured by Clariant Japan, and the like.
Examples of basic colloidal silica using water as a dispersion medium include silica stabilized by addition of alkali metal ions, ammonium ions, or amines. Examples of the commercially available products include Snowtex-20, Snowtex-30, Snowtex-C, Snowtex-C30, Snowtex-CM40, Snowtex-N, Snowtex-N30, Snow, manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd. Tex-K, Snowtex-XL, Snowtex-YL, Snowtex-ZL, Snowtex PS-M, Snowtex PS-L; Adelite AT-20, Adelite AT-30, Adelite AT- from Asahi Denka Kogyo Co., Ltd. 20N, Adelite AT-30N, Adelite AT-20A, Adelite AT-30A, Adelite AT-40, Adelite AT-50; Crevozole 30R9, Crevozol 30R50, Clevozol 50R50 manufactured by Lariant Japan, Ludox (trademark) H manufactured by DuPont -40, Ludox HS-30, Ludox LS, include Ludox SM-30 and the like.
親水性有機溶媒を分散媒体とするコロイダルシリカとしては、市販品として、例えば、日産化学工業社製のMA−ST−M(数平均粒子径20nm〜25nmのメタノール分散タイプ)、IPA−ST(数平均粒子径10nm〜15nmのイソプロピルアルコール分散タイプ)、EG−ST(数平均粒子径10nm〜15nmのエチレングリコール分散タイプ)、EG−ST−ZL(数平均粒子径70nm〜100nmのエチレングリコール分散タイプ)、NPC−ST(数平均粒子径10nm〜15nmのエチレングリコールモノプロピルエーテール分散タイプ)等が挙げられる。
上述した各種コロイダルシリカは、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
As colloidal silica using a hydrophilic organic solvent as a dispersion medium, commercially available products such as MA-ST-M (methanol dispersion type having a number average particle size of 20 nm to 25 nm), IPA-ST (several) are available. Isopropyl alcohol dispersion type having an average particle diameter of 10 nm to 15 nm), EG-ST (ethylene glycol dispersion type having a number average particle diameter of 10 nm to 15 nm), EG-ST-ZL (ethylene glycol dispersion type having a number average particle diameter of 70 nm to 100 nm) And NPC-ST (ethylene glycol monopropyl ether dispersion type having a number average particle diameter of 10 nm to 15 nm).
The various colloidal silicas described above may be used alone or in combination of two or more.
(非フッ素系親水組成物中の各成分の使用割合)
上述した(D)成分の使用割合は、該(D)成分の(B)成分に対する質量比((D)/(B))として、親水性と強度の観点から、好ましくは50/100〜10,000/100であり、より好ましくは110/100〜1,000/100であり、さらに好ましくは150/100〜300/100である。(D)成分の使用割合を上記の範囲とすることにより、得られる油水分離フィルターの親水性、撥油性、及び強度をより向上することができる。
(D)成分の使用割合は、該(D)成分の(C)成分に対する質量比((D)/(C))としては、好ましくは10/100〜10,000/100であり、より好ましくは50/100〜1,000/100であり、さらに好ましくは80/100〜250/100である。(D)成分の(C)成分に対する使用割合をこの範囲とすることにより、得られる油水分離フィルターの親水性及び撥油性が強固となり、流水流でも親水性及び撥油性を維持できることとなり、耐エロージョン性を向上することができる。
非フッ素系親水組成物の固形分濃度は、10質量%以上90質量%以下に調整することが好ましく、30質量%以上70質量%以下に調整することがより好ましい。
(Use ratio of each component in non-fluorinated hydrophilic composition)
The use ratio of the component (D) described above is preferably 50/100 to 10 from the viewpoint of hydrophilicity and strength as the mass ratio ((D) / (B)) of the component (D) to the component (B). 1,000 / 100, more preferably 110/100 to 1,000 / 100, and still more preferably 150/100 to 300/100. By setting the use ratio of the component (D) within the above range, the hydrophilicity, oil repellency, and strength of the obtained oil / water separation filter can be further improved.
The use ratio of the component (D) is preferably 10/100 to 10,000 / 100, more preferably as the mass ratio of the component (D) to the component (C) ((D) / (C)). Is 50/100 to 1,000 / 100, more preferably 80/100 to 250/100. By making the use ratio of component (D) to component (C) within this range, the hydrophilicity and oil repellency of the obtained oil / water separation filter will be strengthened, and hydrophilicity and oil repellency can be maintained even in flowing water, and erosion resistance Can be improved.
The solid content concentration of the non-fluorinated hydrophilic composition is preferably adjusted to 10% by mass or more and 90% by mass or less, and more preferably 30% by mass or more and 70% by mass or less.
[油水分離フィルターの製造]
本実施形態における油水分離フィルターは、上述した基体(A)に、非フッ素系親水組成物を塗布した後、好ましくは養生(エイジング)することによって製造することができる。
塗布方法としては、ディップ塗工法(浸漬法)、スプレー塗工法、グラビア塗工法等の適宜の方法を採用してよい。これらのうち、基体(A)を構成する不飾布の内部にまで組成物を浸透させることが可能なディップ塗工法又はスプレー塗工法が好ましい。
養生温度は、好ましくは20℃〜200℃であり、より好ましくは40℃〜150℃であり、さらに好ましくは50〜90℃である。養生温度が200℃を超えると、基体(A)の劣化を誘発するおそれがあり、生産工程的にもエネルギーロスが大きい。養生温度が20℃未満の場合、油水分離フィルターの生産性が劣り、得られるフィルターにおいて、耐久性等の性能の発現にバラツキが生じる場合がある。
養生時間は、好ましくは1分〜60分であり、より好ましくは5分〜30分である。
組成物の目付け(塗工量)は、基体(A)の単位面積当たりの養生後の質量として、0.1g/m2〜20g/m2〜とすることが好ましく、より好ましくは0.25g/m2〜10g/m2である。
[Manufacture of oil-water separation filter]
The oil / water separation filter in the present embodiment can be produced by applying a non-fluorinated hydrophilic composition to the substrate (A) described above, and then preferably aging.
As a coating method, an appropriate method such as a dip coating method (dipping method), a spray coating method, or a gravure coating method may be employed. Among these, a dip coating method or a spray coating method capable of allowing the composition to penetrate into the interior of the decorative fabric constituting the substrate (A) is preferable.
The curing temperature is preferably 20 ° C. to 200 ° C., more preferably 40 ° C. to 150 ° C., and still more preferably 50 to 90 ° C. When the curing temperature exceeds 200 ° C., the base (A) may be deteriorated, resulting in a large energy loss in the production process. When the curing temperature is less than 20 ° C., the productivity of the oil / water separation filter is inferior, and the resulting filter may vary in the performance such as durability.
The curing time is preferably 1 minute to 60 minutes, more preferably 5 minutes to 30 minutes.
Basis weight of the composition (coating amount) is, as the mass after curing per unit area of the substrate (A), is preferably in the be ~ 0.1g / m 2 ~20g / m 2, more preferably 0.25g / M 2 to 10 g / m 2 .
[油水分離フィルターの特性]
本実施形態におけるろ過部における油水分離フィルターは、上記のような不織布(好ましくは親水化処理された不織布)から成る。
前記油水分離フィルターのぬれ張力は25.4mN/m以下である。このぬれ張力は、油水分離フィルターの親水性を示す指標であり、この値が低いほど親水性が高いこととなる。前記、油水分離フィルターにおける25.4mN/m以下のぬれ張力は、該油水分離フィルターの親水性が極めて高いことを意味する。このことにより、該油水分離フィルターは、実際上の使用に好適な、十分に大きい透水量を示すことができるのである。
[Characteristics of oil / water separation filter]
The oil-water separation filter in the filtration part in this embodiment is composed of the above-described nonwoven fabric (preferably a nonwoven fabric subjected to hydrophilic treatment).
The wetting tension of the oil / water separation filter is 25.4 mN / m or less. This wetting tension is an index indicating the hydrophilicity of the oil / water separation filter, and the lower this value, the higher the hydrophilicity. The wetting tension of 25.4 mN / m or less in the oil / water separation filter means that the oil / water separation filter has extremely high hydrophilicity. Thus, the oil / water separation filter can exhibit a sufficiently large water permeability suitable for practical use.
油水分離フィルターのぬれ張力は、ぬれ張力試験用混合液を用いて調べることができる。ぬれ張力試験用混合液には、それぞれ、特定のぬれ張力の値が明記されており、試験片上に、ある特定の混合液が均一に塗布できれば、該試験片はその混合液に明記された値以下のぬれ張力を有することが分かる。従って、本発明における油水分離フィルターは、ぬれ張力値が25.4mN/mと明記されたぬれ張力試験用混合液を均一に塗布することができる。ぬれ張力が25.4mN/m以下であるか否かを調べるためのぬれ張力試験用混合液としては、例えば和光純薬工業(株)製の「ぬれ張力試験用混合液 No.25.4」等を挙げることができる。 The wetting tension of the oil / water separation filter can be examined using a wet tension test mixture. Each wetting tension test mixture has a specific wetting tension value. If a specific mixture can be uniformly applied onto the test piece, the test piece has the value specified in the mixture. It can be seen that it has the following wetting tension: Therefore, the oil / water separation filter according to the present invention can uniformly apply the wet tension test mixed liquid whose wet tension value is specified as 25.4 mN / m. For example, “Wet tension test mixed solution No. 25.4” manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. may be used as a liquid mixture for wetting tension test for examining whether or not the wet tension is 25.4 mN / m or less. Etc.
前記油水分離フィルターは、これを十分に水含浸した後のヘキサデカン接触角が5°以上であることが好ましい。このヘキサデカン接触角の値が大きいほど、撥油性が高いこととなる。ヘキサデカン接触角が5°以上の油水分離フィルターを用いることにより、該油水分離フィルター上に供給される油水混合液から高い効率で油分をトラップすることができ、さらには、水相が透過した後に油分を回収・再利用することも可能となるのである。前記油水分離フィルターを十分に水含浸した後のヘキサデカン接触角は、より好ましくは10°以上であり、さらに好ましくは15°以上である。
十分に水含浸した後のヘキサデカン接触角は、接触角計を用いて測定できる。例えば、十分に水含浸した油水分離フィルターの表面にヘキサデカンの滴(1.0μL)を乗せ、25℃で10秒間静置した後、協和界面科学製CA−X150型接触角形を用いて接触角を測定することができる。
The oil-water separation filter preferably has a hexadecane contact angle of 5 ° or more after sufficiently impregnating it with water. The greater the hexadecane contact angle value, the higher the oil repellency. By using an oil / water separation filter having a hexadecane contact angle of 5 ° or more, oil can be trapped with high efficiency from the oil / water mixture supplied onto the oil / water separation filter. Can be recovered and reused. The hexadecane contact angle after sufficiently impregnating the oil-water separation filter with water is more preferably 10 ° or more, and further preferably 15 ° or more.
The hexadecane contact angle after sufficient water impregnation can be measured using a contact angle meter. For example, a drop of hexadecane (1.0 μL) is placed on the surface of an oil-water separation filter sufficiently impregnated with water and allowed to stand at 25 ° C. for 10 seconds. Can be measured.
後述するように、本実施形態の油水分離フィルターは、少なくともその一部が被処理液に水没した状態で稼働することが好ましい。そのため該フィルターは、稼働状態において安定して水没可能であることが好ましい。この観点から、油水分離フィルターの比重は1を超えることが好ましい。従って、油水分離フィルターを構成する不織布は、好ましくは、ポリエステル、ガラス、又はポリアミドから成る。不織布がこれらの樹脂から構成されている場合、熱による融着が可能であるたり、通常のシールバー等の加熱装置を用いて袋状に製袋することが容易である点においても好ましい。 As will be described later, it is preferable that the oil / water separation filter of the present embodiment operates in a state where at least a part thereof is submerged in the liquid to be treated. Therefore, it is preferable that the filter can be submerged stably in the operating state. In this respect, the specific gravity of the oil / water separation filter is preferably more than 1. Therefore, the nonwoven fabric constituting the oil / water separation filter is preferably made of polyester, glass, or polyamide. When the nonwoven fabric is composed of these resins, it is preferable in that it can be fused by heat or can be easily formed into a bag shape using a heating device such as a normal seal bar.
<ろ過部の構成>
本実施形態における浄水装置のろ過部は、上記のような油水分離フィルターによって上記の被処理液をろ過してろ水を与える機能を有する。
上記の機能を発現可能である限り、ろ過部の構造及び構成は、特に限定されない。
例えば、被処理液入口となる開口部の少なくとも1つと、ろ液出口となる開口部の少なくとも1つと、を備え、流体が前記入口から流入して前記出口から排出される構造を有する適当なハウジング内に、前記油水分離フィルターが配置された構造であることができる。ここで、前記入口から流入した被処理液は、前記油水分離フィルターを通過したろ液として、前記出口から排出される。本実施形態におけるろ過部は、油水分離フィルターの面以外には流体が流通可能な経路を持たないことが、油水分離の効率性の観点から好ましい。
<Configuration of filtration unit>
The filtration part of the water purifier in this embodiment has a function of filtering the liquid to be treated by the oil / water separation filter as described above to give filtered water.
As long as the above function can be expressed, the structure and configuration of the filtration part are not particularly limited.
For example, a suitable housing having at least one opening serving as a liquid inlet and at least one opening serving as a filtrate outlet, and having a structure in which fluid flows in from the inlet and is discharged from the outlet The oil / water separation filter may be disposed inside. Here, the to-be-processed liquid which flowed in from the said inlet_port | entrance is discharged | emitted from the said outlet as the filtrate which passed the said oil-water separation filter. It is preferable from a viewpoint of the efficiency of oil-water separation that the filtration part in this embodiment does not have the path | route which can distribute | circulate fluid other than the surface of an oil-water separation filter.
前記被処理液入口及びろ液出口は、それぞれ、1個のみであってもよく、複数個から成っていてもよい。例えば、平面に1個又は複数個の孔を穿った場合、メッシュ状の筺体を用いる場合等も、本実施形態の範囲に包含される。
ろ過部ハウジングの形状としては、例えば、円筒状、多面体状、円盤状、球状、楕球状、チューブ状、スパイラル状等、およそ内部を流体が流通し得る形状であれば、制限なく採用することができる。
油水分離フィルターの形状としては、例えば、平膜型、袋型、プリーツ型、中空管状等であることができ、これらの1種以上から成る油水分離フィルターの複数がパッケージ化したカートリッジ型であっても構わない。これら油水分離フィルターの複数が多段に配置された態様も、好ましく採用することができる。この場合、前記入口から流入した被処理液は、複数の油水分離フィルターを通過したろ液として、前記出口から排出されることになる。これらのうちの1種又は2種以上をパッケージ化した油水分離フィルターカートリッジも好ましく使用することができる。
本実施形態におけるろ過部が複数の油水分離フィルターを具備する場合、各フィルターは同一種であってもよいし、各フィルターの種類が相違していてもよい。
Each of the liquid inlet and the filtrate outlet may be only one or may be composed of a plurality. For example, a case where one or a plurality of holes are formed in a plane, a case where a mesh-like housing is used, and the like are also included in the scope of the present embodiment.
As the shape of the filter housing, for example, a cylindrical shape, a polyhedron shape, a disk shape, a spherical shape, an elliptical shape, a tube shape, a spiral shape, and the like can be adopted without limitation as long as the fluid can circulate therethrough. it can.
The shape of the oil / water separation filter can be, for example, a flat membrane type, a bag type, a pleat type, a hollow tube, etc., and a cartridge type in which a plurality of these oil / water separation filters are packaged. It doesn't matter. A mode in which a plurality of these oil-water separation filters are arranged in multiple stages can also be preferably employed. In this case, the liquid to be treated that flows from the inlet is discharged from the outlet as a filtrate that has passed through a plurality of oil-water separation filters. An oil / water separation filter cartridge in which one or more of these are packaged can also be preferably used.
When the filtration part in this embodiment comprises a some oil-water separation filter, each filter may be the same kind and the kind of each filter may differ.
本実施形態におけるろ過部としてより具体的には、例えば、以下のような形状を例示することができる:
両端が開口している円筒形状ハウジングの軸方向中央部付近に、前記円筒の軸方向に垂直に平膜状の油水分離フィルターを配置したシステム;
両端が開口している円筒形状ハウジングの軸方向中央部付近に、前記円筒の軸方向に垂直にプリーツ状の油水分離フィルターを配置したシステム;
一端が開口し、他端が閉塞されている円筒形状の胴体部分に1個又は複数の孔を有し、前記円筒の内面を覆うように袋状の油水分離フィルターを配置したシステム;
リング状保持具によって平面状に固定された油水分離フィルターを配管内部に設置する場合;
等、及びこれらの組み合わせ等。
More specifically, for example, the following shapes can be exemplified as the filtration unit in the present embodiment:
A system in which a flat membrane-like oil-water separation filter is arranged in the vicinity of the axial center of a cylindrical housing that is open at both ends, perpendicular to the axial direction of the cylinder;
A system in which a pleated oil-water separation filter is arranged in the vicinity of the axial center of a cylindrical housing that is open at both ends, perpendicular to the axial direction of the cylinder;
A system in which one or a plurality of holes are provided in a cylindrical body portion that is open at one end and closed at the other end, and a bag-like oil-water separation filter is disposed so as to cover the inner surface of the cylinder;
When installing an oil / water separation filter fixed in a flat surface by a ring-shaped holder inside the pipe;
Etc., and combinations thereof.
油水の分離方式としては、例えば、自然ろ過(重力ろ過)、加圧ろ過、減圧ろ過、遠心ろ過等の、任意のろ過方式、又はこれに準じた方式を採用することができる。
しかしながら、油水分離の効率性を重視すると、自然ろ過の形式により分離することが好ましい。特に好ましくは、ろ過部が、
被処理液とろ液とが前記油水分離フィルターを介して隣接し、
前記被処理液の液面を前記ろ液の液面よりも高く維持しつつ、前記被処理液をろ過する機能を有する場合である。この場合、油水分離フィルターは少なくともその一部が液中に没することとなり、該油水分離フィルターを介して隣接する被処理水の液面とろ液の液面との高低差によって生じる重力差を駆動力として、自然ろ過によって油水を分離するのである。
被処理液の液面を前記ろ液の液面よりも高く維持するには、例えば、両水面の高さをモニターしつつ、被処理水の導入水圧もしくは導入量またはこれらの双方を調節する方法、処理液溜めの容量を調節する方法、被処理液入口もしくはろ液出口またはこれらの双方に弁を設けて移動水量を制御する方法等によることができる。
As an oil-water separation system, for example, any filtration system such as natural filtration (gravity filtration), pressure filtration, reduced pressure filtration, centrifugal filtration, or the like can be employed.
However, if importance is placed on the efficiency of oil / water separation, it is preferable to perform separation by the form of natural filtration. Particularly preferably, the filtration part is
The liquid to be treated and the filtrate are adjacent via the oil / water separation filter,
This is a case where the liquid level of the liquid to be processed is maintained higher than the liquid level of the filtrate, and the liquid to be processed is filtered. In this case, at least a part of the oil / water separation filter is submerged in the liquid, and the difference in gravity caused by the difference in level between the liquid level of the water to be treated and the liquid level of the filtrate is driven through the oil / water separation filter. As a force, oil and water are separated by natural filtration.
In order to maintain the liquid level of the liquid to be treated higher than the liquid level of the filtrate, for example, a method of adjusting the introduction water pressure or the amount of the water to be treated or both of them while monitoring the height of both water surfaces A method of adjusting the volume of the treatment liquid reservoir, a method of controlling the amount of moving water by providing a valve at the treatment liquid inlet or the filtrate outlet or both of them can be used.
本実施形態の浄水システムにおけるろ過部は、被処理水中の液相と固相を分離するだけでなく、液相中の非相溶物質をも分離する。
随伴水等の処理においては、液相中の油相は重力分離により水から分離され、固相はろ過によって分離される。しかし、従来技術においては、水相、油相、及び固相を1つの装置で一気に分離できる方法が少なかった。従来技術におけるフィルターを用いて被処理水の無理矢理にろ過分離を行うと、該フィルター表面に油相を取り込んだ固相が固着してしまい、フィルターの目詰まりを生じて透水能力の著しい低下を来たすことが既知である。特に固相の粒子径が小さい場合の目詰まりは甚大であり、フィルター交換頻度が多くなり、或いはろ過による分離自体を断念することになる。
The filtration part in the water purification system of this embodiment not only separates the liquid phase and solid phase in the water to be treated, but also separates incompatible substances in the liquid phase.
In the treatment of accompanying water or the like, the oil phase in the liquid phase is separated from water by gravity separation, and the solid phase is separated by filtration. However, in the prior art, there are few methods that can separate the aqueous phase, the oil phase, and the solid phase all at once with one apparatus. Forcibly separating the water to be treated using a filter in the prior art, the solid phase that has taken in the oil phase adheres to the surface of the filter, resulting in clogging of the filter and a significant decrease in water permeability. Is known. In particular, when the particle size of the solid phase is small, clogging is enormous and the frequency of filter replacement increases, or the separation itself by filtration is abandoned.
しかしながら、本実施形態においては、親水性の高い油水分離フィルターを用い、その少なくとも一部を水没した状態で稼働する。このことにより、油相及び固相は、フィルター近傍の被処理液中に浮遊することになる。従って、これらの油相及び固相がフィルター表面に付着することはなく、水相のみを優先的にフィルターろ過することが可能となるのである。
特に、本実施形態の方法は、少なくとも2種類以上の非相溶の物質からなる水相と、油相と、比重5g/cm3以下の固相と、を含有する被処理水の浄水に有効である。被処理水中の各物質の密度が、油相<水相<固相の順である場合が好ましい。油水分離フィルターの少なくとも一部が安定して水没した状態で稼働可能とする観点から、該油水分離フィルター及び被処理水中の各物質の密度が、油相<水相<油水分離フィルター<固相であることがより好ましい。さらに好ましくは、以下のとおりである。
油相の比重:1g/cm3以下
水相の比重:1g/cm3〜1.25g/cm3
油水分離フィルターの比重:1g/cm3〜2g/cm3
固相の比重:1g/cm3〜6g/cm3
However, in the present embodiment, an oil / water separation filter having high hydrophilicity is used, and at least a part of the filter is submerged. As a result, the oil phase and the solid phase float in the liquid to be treated in the vicinity of the filter. Therefore, these oil phase and solid phase do not adhere to the filter surface, and only the aqueous phase can be preferentially filtered.
In particular, the method of the present embodiment is effective for the purification of water to be treated containing an aqueous phase composed of at least two or more incompatible substances, an oil phase, and a solid phase having a specific gravity of 5 g / cm 3 or less. It is. It is preferable that the density of each substance in the water to be treated is in the order of oil phase <water phase <solid phase. From the viewpoint of enabling operation in a state where at least a part of the oil / water separation filter is stably submerged, the density of each substance in the oil / water separation filter and the water to be treated is: oil phase <water phase <oil / water separation filter <solid phase. More preferably. More preferably, it is as follows.
Specific gravity of oil phase: 1 g / cm 3 or less Specific gravity of water phase: 1 g / cm 3 to 1.25 g / cm 3
Specific gravity of oil / water separation filter: 1 g / cm 3 to 2 g / cm 3
Specific gravity of solid phase: 1 g / cm 3 to 6 g / cm 3
油水分離フィルターの少なくとも一部が水没した状態で安定して稼働させるために、被処理水の導入水圧若しくは水量又はこれらの双方によって生ずる重力差を利用してもよいし、油水分離フィルターに適当な錘を装着して使用してもよい。 In order to operate stably in a state where at least a part of the oil / water separation filter is submerged, the difference in gravity caused by the introduced water pressure or the amount of water to be treated or both of them may be used, or suitable for the oil / water separation filter. It may be used with a weight attached.
本実施態様の浄水装置において、ろ過部に対する被処理水の供給量としては、油水分離フィルターの単位面積当たり、単位時間あたり、10〜10,000L/(m2・分)とすることが好ましく、50〜5,000L/(m2・分)とすることがより好ましい。この範囲の供給量とすることにより、高い分離効率と高い透水量とを両立することができる。 In the water purifier of this embodiment, the supply amount of water to be treated to the filtration unit is preferably 10 to 10,000 L / (m 2 · min) per unit time per unit area of the oil / water separation filter, More preferably, it is 50 to 5,000 L / (m 2 · min). By setting the supply amount within this range, both high separation efficiency and high water permeability can be achieved.
本実施態様の浄水装置におけるろ過部は、供給された被処理水のうちの水相のみを選択的に透過させて、油分及び固相が除去されたろ液を出力する。このとき、油水分離フィルターの親水性が高いこと、及び該フィルターの少なくとも一部が水没していることにより、油相及び細かい固相がフィルター表面に堆積することなく、ろ水の出力を安定的に行うことができる。
被処理液中の油相は油水分離フィルターにトラップされ、該フィルターを通過しない。フィルターにトラップされた油相は、油水分離フィルターの撥油性によって該フィルターには付着せず、被処理液側の面上に油滴となって捕捉される。この油滴は、被処水の分離処理量の増加に伴って、集合して油層を形成するから、これを回収・再利用することができる。このことは、本発明の有利な特徴の1つである。
The filtration part in the water purification apparatus of this embodiment selectively permeate | transmits only the water phase of the to-be-processed water supplied, and outputs the filtrate from which the oil component and the solid phase were removed. At this time, the oil-water separation filter has high hydrophilicity, and at least part of the filter is submerged, so that the oil phase and fine solid phase do not accumulate on the filter surface, and the output of filtrate is stable. Can be done.
The oil phase in the liquid to be treated is trapped by the oil / water separation filter and does not pass through the filter. The oil phase trapped on the filter does not adhere to the filter due to the oil repellency of the oil / water separation filter, and is captured as oil droplets on the surface to be treated. Since these oil droplets gather to form an oil layer as the amount of water to be treated increases, it can be recovered and reused. This is one of the advantageous features of the present invention.
図4に、本実施態様の浄水装置におけるろ過部の構成の一例を示した(断面図)。
図4のろ過部は、被処理液入口及びろ液出口を備え、矩形の断面形状を有するハウシングから成る槽中に、開口部と有する袋状に製袋された油分分離フィルターが設置された構成を有する。槽の内部は設置された袋状の油水分離フィルターによって、袋内部と袋外部とに2分される。
随伴水等の被処理液は、被処理液入口を通って、袋状の油水分離フィルターの開口部に供給され、フィルター袋の内部に被処理液溜めを形成する。被処理液溜め中の被処理液のうちの水相は、油水分離フィルターを通過したろ液となり、フィルター袋の外部の槽内にろ液溜めを形成する。ろ液出口の高さに至ったろ液が該出口から出力される。
このとき、被処理液溜めの液面の高さがろ液溜めの高さよりも高くなるように制御することによって、重力差による自然ろ過が可能となる。
運転開始前に、被処理液溜め及びろ液溜めの双方に、所望の液高さまで水を入れたうえで被処理液の供給を開始することも、本実施形態の好ましい態様の1つである。
In FIG. 4, an example of the structure of the filtration part in the water purifier of this embodiment was shown (cross-sectional view).
The filtration part of FIG. 4 is provided with the to-be-processed liquid inlet and the filtrate outlet, and the structure which installed the oil-separation filter bag-formed in the bag shape which has an opening part in the tank which consists of a housing which has a rectangular cross-sectional shape. Have The inside of the tank is divided into two parts, the inside of the bag and the outside of the bag, by an installed bag-like oil / water separation filter.
A liquid to be treated such as accompanying water is supplied to the opening of the bag-like oil / water separation filter through the inlet of the liquid to be treated, thereby forming a liquid reservoir to be treated inside the filter bag. The aqueous phase of the liquid to be treated in the liquid reservoir to be treated becomes the filtrate that has passed through the oil / water separation filter, and forms a filtrate reservoir in the tank outside the filter bag. The filtrate reaching the height of the filtrate outlet is output from the outlet.
At this time, by controlling the liquid level of the liquid reservoir to be processed to be higher than the height of the filtrate reservoir, it is possible to perform natural filtration due to a difference in gravity.
It is also a preferable aspect of the present embodiment that before the operation is started, the supply of the liquid to be processed is started after water is added to both the liquid reservoir and the filtrate reservoir to a desired liquid height. .
本実施形態の浄水装置は、例えば、石油、石炭、ガス等の掘削において算出される随伴水の精製に好適に適用することができ、より好ましくは該随伴水に含有される油分の回収・再利用にも好適に適用される。
ここで、被処理水として供給される随伴水は、例えば、重力分離型式、コアレッサー型式等の公知の油分分離装置を用いて事前処理した後に、本実施形態におけるろ過部に供給することが、効率的な油水分離の観点から好ましい。この好ましい態様によると、例えば油分を40質量%程度含有する随伴水の場合であっても、油分量を100ppm程度に減ずることができる。
The water purification apparatus of the present embodiment can be suitably applied to the purification of associated water calculated in, for example, drilling of oil, coal, gas, and the like, and more preferably, the oil content contained in the accompanying water is recovered and recycled. It is also suitably applied to use.
Here, the accompanying water supplied as the water to be treated is, for example, pretreated using a known oil separation device such as a gravity separation type or a coalescer type, and then supplied to the filtration unit in the present embodiment. It is preferable from the viewpoint of efficient oil-water separation. According to this preferred embodiment, for example, even in the case of accompanying water containing about 40% by mass of oil, the amount of oil can be reduced to about 100 ppm.
<<蒸留部>>
本実施形態におけるろ過部から出力されるろ液は、上記のとおり、油分量が可及的に低減されたものである。しかしながら、供給される被処理液が水溶性の塩を含有する場合、前記ろ過部はこの塩を有効に除去する能力を有するものではない。そして、前記随伴水は、通常、水溶性塩を含有する。
従って、(好ましくは公知の油分分離装置による事前処理の後に)前記ろ過部によって油分を除去されたろ液はさらに精製されることが好ましい。
本発明は、そこで、上記に説明したろ過部と蒸留部とを接続して成る浄水装置を提供するものである。この蒸留部は、ろ過部によって生成されたろ液を蒸留し、該ろ液から溶質を除去するため機能を有する。
本実施形態の浄水装置における蒸留部は、蒸留システム又は膜蒸留システムからなることが好ましい。蒸留システム及び膜蒸留システムとしては、それぞれ、公知の態様を採用することができる。
これらのうち、装置の単純性、及び精製水の純度が高いことから、膜蒸留システムを採用することが、特に好ましい。
<< Distillation part >>
As described above, the filtrate output from the filtration unit in the present embodiment has an oil content reduced as much as possible. However, when the to-be-processed liquid supplied contains a water-soluble salt, the said filtration part does not have the capability to remove this salt effectively. The accompanying water usually contains a water-soluble salt.
Therefore, it is preferable that the filtrate from which the oil has been removed by the filtration section (preferably after pretreatment by a known oil separator) is further purified.
Accordingly, the present invention provides a water purifier comprising the above-described filtration unit and distillation unit connected to each other. This distillation part has a function for distilling the filtrate produced | generated by the filtration part, and removing a solute from this filtrate.
It is preferable that the distillation part in the water purifier of this embodiment consists of a distillation system or a membrane distillation system. As the distillation system and the membrane distillation system, known modes can be employed, respectively.
Among these, it is particularly preferable to employ a membrane distillation system because of the simplicity of the apparatus and the purity of purified water.
<膜蒸留システム>
本実施態様における蒸留部としての膜蒸留システムは、少なくともろ液蒸発部と回収部とを備える。ろ液蒸発部は、高温に加熱されたろ液を気化して、該ろ液に含有される油分と分離された浄水の水蒸気を発生する機能を有し;回収部は、ろ液蒸発部において発生した水蒸気を回収する機能を有する。そして、前記ろ液蒸発部と回収部との間は、少なくとも1つの膜によって隔離され、回収された浄水と、油分を含むろ液との再接触を回避する。
本実施形態における膜蒸留システムの構成の例を、必要に応じて図面を参照しながら以下に説明する。
本実施形態に適用できる膜蒸留システムの方式を説明するための模式図を図1(a)〜(d)に示した。
<Membrane distillation system>
The membrane distillation system as a distillation unit in this embodiment includes at least a filtrate evaporation unit and a recovery unit. The filtrate evaporating unit has a function of evaporating the filtrate heated to a high temperature and generating water vapor separated from the oil contained in the filtrate; the recovery unit is generated in the filtrate evaporating unit It has a function to collect the steam. And between the said filtrate evaporation part and a collection | recovery part is isolated by the at least 1 film | membrane, and avoids the recontact of the collect | recovered purified water and the filtrate containing an oil component.
An example of the configuration of the membrane distillation system in the present embodiment will be described below with reference to the drawings as necessary.
The schematic diagram for demonstrating the system of the membrane distillation system applicable to this embodiment was shown to Fig.1 (a)-(d).
図1(a)の膜蒸留システムは、DCMD法(Direct Contact Membrane Distillation)である。DCMD法においては、
図左側の蒸発部において、処理液(本実施形態ではろ液、膜蒸留システムの説明において以下同じ)を高温に加熱して発生した水蒸気を、
疎水性多孔質膜1を通して図右側の回収部に移動させ、
該回収部において、低温水(冷却水)と接触させて液化し、該低温水中に取り込んで回収する。
The membrane distillation system of FIG. 1 (a) is a DCMD method (Direct Contact Membrane Distribution). In the DCMD method,
In the evaporation section on the left side of the figure, water vapor generated by heating the treatment liquid (in this embodiment, the filtrate, the same applies hereinafter in the description of the membrane distillation system) to a high temperature,
Move to the collection part on the right side of the figure through the hydrophobic
In this collection part, it contacts with low temperature water (cooling water), liquefies, and takes in and collects in this low temperature water.
図1(b)の膜蒸留システムは、AGMD法(Air Gap Membrane Distillation)である。AGMD法においては、疎水性多孔質膜1の他に冷却体2を備え、両者の間に気相部(気相部3)を設けた構造を有する。この方式の膜蒸留システムにおいては、
図左側の蒸発部において、処理液を高温に加熱して発生した水蒸気を、
疎水性多孔質膜1を通して図中央の気相部3に移動させ、
図右側の回収部において、低温水によって冷却された冷却体2の面上に該水蒸気を凝縮させて液化した浄水を回収する。ここで、冷却体2は、熱伝導率が高く、水蒸気を通さない材料から成ることが好ましい。冷却体2として、例えば金属性の冷却板を例示することができ、好ましくはアルミニウム板又はステンレス板である。
The membrane distillation system in FIG. 1 (b) is an AGMD method (Air Gap Membrane Distillation). The AGMD method has a structure in which a
In the evaporation part on the left side of the figure, water vapor generated by heating the treatment liquid to a high temperature,
Moved through the hydrophobic
In the recovery part on the right side of the figure, the purified water liquefied by condensing the water vapor on the surface of the
図1(c)の膜蒸留システムは、VMD法(Vacuum Membrane Distillation)である。VMD法においては、
図右側の蒸発部において、処理液を高温に加熱して発生した水蒸気を、
疎水性多孔質膜1を通して図右側の回収部に移動させ、
該回収部に真空または減圧を印加することにより、移動した水蒸気を液化させずにシステム外部に取り出したうえで、浄水として回収する。
The membrane distillation system of FIG. 1C is a VMD method (Vacuum Membrane Distillation). In the VMD method,
In the evaporation section on the right side of the figure, water vapor generated by heating the treatment liquid to a high temperature,
Move to the collection part on the right side of the figure through the hydrophobic
By applying a vacuum or reduced pressure to the recovery unit, the moved water vapor is taken out of the system without being liquefied and recovered as purified water.
図1(d)の膜蒸留システムは、SGMD法(Sweeping Gas Membrane Distillation)である。SGMD法は、図1(c)に示したVMD法において、回収部に真空または減圧を印加する代わりにスイーピングガスを流すことにより、該回収部に移動した水蒸気を液化させずにシステム外部に取り出したうえで、浄水として回収する方式である。スイーピングガスとしては、水に対して不活性で、沸点が水より低いガスが好適であり、具体的には例えば、乾燥空気、窒素等を使用することが好ましい。 The membrane distillation system in FIG. 1 (d) is an SGMD method (Sweeping Gas Membrane Distillation). The SGMD method is the same as the VMD method shown in FIG. 1 (c), except that the sweeping gas is flowed instead of applying a vacuum or reduced pressure to the recovery unit, so that the water vapor that has moved to the recovery unit is taken out of the system without being liquefied. In addition, it is a method of collecting as purified water. As the sweeping gas, a gas inert to water and having a boiling point lower than that of water is preferable. Specifically, for example, dry air, nitrogen, or the like is preferably used.
膜蒸留システムにおける蒸留回収手段としては、浄水の要求水質、要求造水量に応じて、DCMD法、AGMD法、VMD法、及びSGMD法のいずれかを使用することが望ましい。
本実施形態の浄水装置において好ましく採用される蒸留部の具体的な仕様について、蒸留回収手段としてVMD法を用いる場合を例として以下に説明する。
As the distillation recovery means in the membrane distillation system, it is desirable to use any one of the DCMD method, the AGMD method, the VMD method, and the SGMD method according to the required water quality of the purified water and the required amount of water production.
The specific specification of the distillation part preferably employed in the water purifier of this embodiment will be described below by taking as an example the case of using the VMD method as the distillation recovery means.
本実施形態の浄水装置における蒸留部は、少なくとも、
ろ液が存在する液相部1、及び該液相部1と接する疎水性多孔質膜から成るろ液蒸発部と、
冷却水が流通する液相部2、及び該液相部2と隣接する冷却体から成る回収部と、
前記ろ液蒸発部と前記回収部とを連結する気相部3と、
を備える膜蒸留システムであることが好ましい。
より好ましくは、
上記ろ液蒸発部において、疎水性多孔質膜の液相部1とは反対側に気相部1をさらに有し、
上記回収部において、冷却体の液相部2とは反対側に気相部2をさらに有し、そして
前記気相部1と前記気相部2とが気相部3によって連結されている場合である。この後者の態様は、換言すると、
ろ液が存在する液相部1と、気相部1とが疎水性多孔質膜を介して隣接するろ液蒸発部、
冷却水が流通する液相部2と、気相部2とが冷却体を介して隣接する回収部、及び
前記気相部1と前記気相部2とを連結する気相部3
を備える膜蒸留システム、と表現することが可能である。
The distillation unit in the water purifier of this embodiment is at least:
A
A
A
Is preferably a membrane distillation system.
More preferably,
The filtrate evaporating part further has a
In the recovery unit, when the
A filtrate evaporating part in which the
A
It can be expressed as a membrane distillation system comprising:
[疎水性多孔質膜]
本実施形態の蒸留部に使用される疎水性多孔質膜としては、従来公知の方法により製造され、疎水性高分子を主なる構成成分として成る多孔質膜であれば、特に限定されない。疎水性高分子を主たる構成成分とするとは、疎水性多孔質膜を構成する材料の全質量に対して、疎水性高分子を90質量%以上含むことをいう。疎水性多孔質膜を構成する材料の全質量に対する疎水性高分子の含有割合は、膜の強度を高くするとの観点から、95質量%以上であることが好ましく、99質量%以上であることがより好ましい。
疎水性高分子としては、例えば、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等を挙げることができる。
[Hydrophobic porous membrane]
The hydrophobic porous membrane used in the distillation section of the present embodiment is not particularly limited as long as it is a porous membrane produced by a conventionally known method and comprising a hydrophobic polymer as a main constituent component. The phrase “hydrophobic polymer as a main constituent” means that 90% by mass or more of the hydrophobic polymer is contained with respect to the total mass of the material constituting the hydrophobic porous membrane. From the viewpoint of increasing the strength of the membrane, the content ratio of the hydrophobic polymer to the total mass of the material constituting the hydrophobic porous membrane is preferably 95% by mass or more, and preferably 99% by mass or more. More preferred.
Examples of the hydrophobic polymer include polysulfone, polyethersulfone, polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride, and polytetrafluoroethylene.
疎水性多孔質膜の形状は、例えば、平膜型、管状型、中空糸型、スパイラル型等が挙げられる。膜モジュールをコンパクトにする観点で、単位体積当たりの膜面積を大きくとれる中空糸膜が好ましい。
本実施形態の疎水性多孔質膜は、ろ液と接する膜表面の表面開孔率が20%以上であることが好ましい。該膜は、被処理水と接する膜表面の空気透過係数が、7.0×10−7m3/m2・sec・Pa以上であることが好ましい。
前記ろ液と接する膜表面の表面開孔率及び空気透過係数が上記の範囲の膜を用いることにより、蒸発効率及び水蒸気透過速度の双方を高めることができ、Fluxを著しく増大することができる。ろ液と接する膜表面の表面開孔率が高いことによって蒸発効率が高くなると考えられる。空気透過係数が高い膜を使用することにより、水蒸気透過速度が高くなると考えられる。
本実施形態において、疎水性多孔質膜の前記ろ液と接する膜表面の表面開孔率は、電子顕微鏡の画像を画像解析処理ソフトで解析することにより測定することができる。具体的には、後述の実施例に記載の方法によることができる。
Examples of the shape of the hydrophobic porous membrane include a flat membrane type, a tubular type, a hollow fiber type, and a spiral type. From the viewpoint of making the membrane module compact, a hollow fiber membrane that can take a large membrane area per unit volume is preferable.
The hydrophobic porous membrane of this embodiment preferably has a surface porosity of 20% or more on the membrane surface in contact with the filtrate. The membrane preferably has an air permeability coefficient of 7.0 × 10 −7 m 3 / m 2 · sec · Pa or more on the membrane surface in contact with the water to be treated.
By using a membrane having a surface porosity and an air permeation coefficient on the membrane surface in contact with the filtrate in the above ranges, both the evaporation efficiency and the water vapor transmission rate can be increased, and the flux can be remarkably increased. Evaporation efficiency is considered to increase due to the high surface porosity of the membrane surface in contact with the filtrate. It is considered that the water vapor transmission rate is increased by using a membrane having a high air permeability coefficient.
In the present embodiment, the surface porosity of the surface of the hydrophobic porous membrane in contact with the filtrate can be measured by analyzing an electron microscope image with image analysis processing software. Specifically, it can be performed by the method described in the examples described later.
膜の水蒸気透過速度を高めるためには、膜構造が全体的に疎で均質な構造であることが好適であると考えられる。ろ液と接する膜表面とは反対側の膜表面(反対面)の表面開孔率が、ろ液と接する膜表面の表面開孔率に近似していると、膜構造全体が均質な構造であると考えられる。従って、ろ液と接する膜表面の表面開孔率が上記の範囲であるとともに、反対面の表面開孔率が高いことは、水蒸気透過速度をより高くするとの観点から好適である。
具体的には、本実施形態における疎水性多孔質膜は、ろ液と接する膜表面の表面開孔率が20%以上であることに加えて、反対面の表面開孔率は20%以上であることが好ましい。膜の機械的強度を高くする観点、及び減圧下使用の際の漏水防止の観点から、反対面の表面開孔率は、70%以下であることが好ましく、35%以下であることがより好ましい。この反対面の表面開孔率は、20%以上70%以下であることが好適である。反対面の表面開孔率は、上記ろ液と接する面の表面開口率と同様にして測定することができる。
In order to increase the water vapor transmission rate of the membrane, it is considered that the membrane structure is generally sparse and homogeneous. If the surface porosity of the membrane surface (opposite surface) opposite to the membrane surface in contact with the filtrate approximates the surface porosity of the membrane surface in contact with the filtrate, the membrane structure as a whole is homogeneous. It is believed that there is. Therefore, it is preferable that the surface porosity of the membrane surface in contact with the filtrate is in the above range and that the surface porosity of the opposite surface is high from the viewpoint of increasing the water vapor transmission rate.
Specifically, the hydrophobic porous membrane in the present embodiment has a surface porosity of 20% or more on the opposite surface in addition to the surface porosity of the membrane surface in contact with the filtrate being 20% or more. Preferably there is. From the viewpoint of increasing the mechanical strength of the membrane and from the viewpoint of preventing water leakage during use under reduced pressure, the surface open area ratio on the opposite surface is preferably 70% or less, and more preferably 35% or less. . It is preferable that the surface opening ratio of the opposite surface is 20% or more and 70% or less. The surface area ratio of the opposite surface can be measured in the same manner as the surface area ratio of the surface in contact with the filtrate.
本実施形態における膜蒸留の際の透水性能を良好とする観点から、疎水性多孔質膜の空気透過係数は、7.0×10−7m3/m2・sec・Pa以上であることが好ましい。膜の機械的強度を高くする観点、及び減圧下使用の際の漏水防止の観点からは、疎水性多孔質膜の空気透過係数は、1.0×10−5m3/m2・sec・Pa以下であることが好ましく、3.2×10−6m3/m2・sec・Pa以下であることがより好ましい。 From the viewpoint of improving the water permeability in membrane distillation in the present embodiment, the air permeability coefficient of the hydrophobic porous membrane is 7.0 × 10 −7 m 3 / m 2 · sec · Pa or more. preferable. From the viewpoint of increasing the mechanical strength of the membrane and preventing water leakage during use under reduced pressure, the air permeability coefficient of the hydrophobic porous membrane is 1.0 × 10 −5 m 3 / m 2 · sec · It is preferably Pa or less, and more preferably 3.2 × 10 −6 m 3 / m 2 · sec · Pa or less.
本実施形態において、疎水性多孔質膜の空気透過係数は、疎水性多孔質膜の反対面に一定圧力の空気を加圧し、ろ液と接する膜表面から透過した空気透過量を、石鹸膜流量計を用いて測定することにより、知ることができる。具体的には、後述の実施例に記載の方法を参照して行うことができる。 In the present embodiment, the air permeation coefficient of the hydrophobic porous membrane is defined as the amount of air permeated from the surface of the membrane in contact with the filtrate by pressurizing air at a constant pressure on the opposite surface of the hydrophobic porous membrane. It can be known by measuring using a meter. Specifically, it can be performed with reference to the methods described in the examples described later.
本実施形態における疎水性多孔質膜は、膜蒸留の際の透水性能を良好とする観点から、平均孔径が0.15μm以上であることが好ましい。本実施形態において、膜表面の撥水性低下に起因して水が膜内に侵入する「ウェッティング現象」を抑制する観点からは、疎水性多孔質膜の平均孔径は10μm以下であることが好ましい。疎水性多孔質膜の平均孔径は、実施例に記載の方法を参照して、ASTM F316−86に記載されている平均孔径の測定方法により測定することができる。
本実施形態において、膜蒸留の際の透水性能を良好とする観点から、疎水性多孔質膜の空隙率は60%以上であることが好ましく、70%以上であることがより好ましい。膜の機械的強度を維持する観点、及び減圧下使用の際の漏水防止の観点からは、疎水性多孔質膜の空隙率は90%以下であることが好ましい。疎水性多孔質膜の空隙率は、実施例に記載の方法を参照して測定することができる。
The hydrophobic porous membrane in the present embodiment preferably has an average pore size of 0.15 μm or more from the viewpoint of improving the water permeability during membrane distillation. In the present embodiment, the average pore diameter of the hydrophobic porous membrane is preferably 10 μm or less from the viewpoint of suppressing the “wetting phenomenon” in which water penetrates into the membrane due to a decrease in water repellency on the membrane surface. . The average pore size of the hydrophobic porous membrane can be measured by the average pore size measurement method described in ASTM F316-86 with reference to the method described in Examples.
In the present embodiment, the porosity of the hydrophobic porous membrane is preferably 60% or more, and more preferably 70% or more, from the viewpoint of improving the water permeability in the membrane distillation. From the viewpoint of maintaining the mechanical strength of the membrane and preventing water leakage when used under reduced pressure, the porosity of the hydrophobic porous membrane is preferably 90% or less. The porosity of the hydrophobic porous membrane can be measured with reference to the methods described in the examples.
本実施形態において、膜蒸留の際の透水性能を良好とし、膜の機械的強度を高くする観点から、疎水性多孔質膜の膜厚は、10μm〜500μmであることが好ましく、15μm〜300μmであることがより好ましい。膜厚が500μm以下であることにより、使用の継続に伴う透水性能の低下を抑制することができる。膜厚が10μm以上であることにより、減圧下使用の際に、膜の変形、及び流路の閉塞を防止することができる。
疎水性多孔質膜の膜厚は、実施例に記載の方法を参照して、断面の顕微鏡写真により測定することができる。
In the present embodiment, the film thickness of the hydrophobic porous membrane is preferably 10 μm to 500 μm, preferably 15 μm to 300 μm, from the viewpoint of improving the water permeability in the membrane distillation and increasing the mechanical strength of the membrane. More preferably. When the film thickness is 500 μm or less, it is possible to suppress a decrease in water permeation performance with continued use. When the film thickness is 10 μm or more, deformation of the film and blockage of the flow path can be prevented during use under reduced pressure.
The thickness of the hydrophobic porous membrane can be measured by a micrograph of a cross section with reference to the method described in Examples.
蒸発部内に設けられる疎水性多孔質膜は、例えば、平膜状であってもよいし、中空糸状であってもよい。 The hydrophobic porous membrane provided in the evaporation section may be, for example, a flat membrane shape or a hollow fiber shape.
中空糸状の疎水性多孔質膜は、例えば、その外径が、300μm以上5,000μm以下、好ましくは350μm以上4,000μm以下であり、内径が、200μm以上4,000μm以下、好ましくは250μm以上3,000μm以下のサイズであることができる。複数の疎水性多孔質中空糸膜を束ねて円筒状の容器に収納し、中空糸の端部において、中空糸同士の隙間及び中空糸と容器の隙間を固定用樹脂(ポッティング樹脂)で充填して成る中空糸パッケージとして使用してもよい。容器の材質は、例えば樹脂、金属等を用いることができる。
上記のパッケージにおいて中空糸膜の端部は開口しており、容器の上下両端には通水口を有するヘッド部が装着されていてもよい。容器の側面には、回収部と連結するための連結口を備えていてもよい。連結口の数は特に限定されず、単独でも複数でもよい。
The hollow fiber-like hydrophobic porous membrane has, for example, an outer diameter of 300 μm to 5,000 μm, preferably 350 μm to 4,000 μm, and an inner diameter of 200 μm to 4,000 μm, preferably 250 μm to 3 The size can be less than 1,000 μm. A plurality of hydrophobic porous hollow fiber membranes are bundled and stored in a cylindrical container, and at the end of the hollow fiber, the gap between the hollow fibers and the gap between the hollow fiber and the container are filled with a fixing resin (potting resin). It may be used as a hollow fiber package. As the material of the container, for example, resin, metal or the like can be used.
In the above package, the end of the hollow fiber membrane is open, and head portions having water passages may be attached to the upper and lower ends of the container. You may equip the side surface of a container with the connection port for connecting with a collection | recovery part. The number of connection ports is not particularly limited, and may be single or plural.
[膜蒸留システムの具体的態様]
本実施形態の浄水装置におけるろ液蒸発部は、少なくとも、ろ液が通液される液相部1、及び該液相部1と接する疎水性多孔質膜から成るろ液蒸発部と、
冷却水が流通する液相部2、及び該液相部2と隣接する冷却体から成る回収部と、
前記ろ液蒸発部と前記回収部とを連結する気相部3と、
を備える膜蒸留システムであることが好ましい。
以下、本実施形態の好ましい態様として、疎水性多孔質膜として平膜を用いる場合と中空糸膜を用いる場合とを例として、より具体的に設埋する。
[Specific Embodiment of Membrane Distillation System]
The filtrate evaporating unit in the water purifier of the present embodiment includes at least a
A
A
Is preferably a membrane distillation system.
Hereinafter, as a preferable aspect of the present embodiment, a case where a flat membrane is used as the hydrophobic porous membrane and a case where a hollow fiber membrane is used are more specifically embedded.
図2Aは、平膜状の疎水性多孔質膜を用いる一体型の膜蒸留システムの場合を例示した概念図である。
図2Aの膜蒸留システムは、ろ液が流通する液相部1、及び該液相部1と接する疎水性多孔質膜から成るろ液蒸発部と、
冷却水が流通する液相部2、及び該液相部2と隣接する冷却体から成る回収部と、
前記ろ液蒸発部と前記回収部とを連結する気相部3(エアギャップ)と、
圧力調整器を介して減圧装置に接続された採水容器と、
を備える。上記採水容器は、上記気相部3と接続されている。
図2Aの膜蒸留システムにおいては、好ましくは高温に加熱されたろ液が液相部1を通り過ぎるときに、その一部が水蒸気となって疎水性多孔質膜を通過して、気相部3に移動する。このとき、不揮発性の溶質(例えば塩等)は、該中空糸膜の膜壁を通過することができないから、これにより分離される。
気相部3の圧力は、減圧装置により、好ましくは1kPa以上、ろ液温度における水の飽和蒸気圧以下の範囲に調整されている。気相部3のより好ましい圧力は後述する。従って、気相部3に移動した水蒸気は、回収部における冷却体上で凝縮して液体の浄水となり、採水容器に回収される。
FIG. 2A is a conceptual diagram illustrating the case of an integrated membrane distillation system using a flat membrane-like hydrophobic porous membrane.
The membrane distillation system of FIG. 2A includes a
A
A gas phase part 3 (air gap) connecting the filtrate evaporation part and the recovery part;
A water sampling container connected to a decompression device via a pressure regulator;
Is provided. The water sampling container is connected to the
In the membrane distillation system of FIG. 2A, preferably, when the filtrate heated to a high temperature passes through the
The pressure in the
図2Bは、疎水性多孔質膜中空糸を用いる一体型の膜蒸留システムの場合を例示した概念図である。
図2Bの膜蒸留システムは、
ろ液が存在する液相部1と、気相部1とが疎水性多孔質膜を介して隣接するろ液蒸発部、
冷却水が流通する液相部2と、気相部2とが冷却体を介して隣接する回収部、
前記気相部1と前記気相部2とを連結する気相部3、及び
圧力調整器を介して減圧装置に接続された採水容器、
を備える。上記採水容器は、上記気相部2と接続されている。このシステムにおける冷却体は冷却管である。
FIG. 2B is a conceptual diagram illustrating the case of an integral membrane distillation system using a hydrophobic porous membrane hollow fiber.
The membrane distillation system of FIG.
A filtrate evaporating part in which the
A recovery unit in which a
A
Is provided. The water sampling container is connected to the
図2Bの膜蒸留システムにおいて、ろ液は疎水性多孔質膜中空糸の内部空間を流通するから、該中空糸の中空内孔内がこのシステムにおける液相部1となり;
該中空糸の外側が気相部1となる。
冷却水は冷却管内を流通するから、該冷却管の内部がこのシステムにおける液相部2となり;
該冷却管の外側が気相部2となる。この冷却管は、冷却水が該管の外部へ漏れない材質から成ることが好ましく、例えば、非多孔質の金属製、樹脂製等であることができる。
そして、上記気相部1と前記気相部2との間には気相部3が配置され、両者の間を連結している。
In the membrane distillation system of FIG. 2B, since the filtrate flows through the internal space of the hydrophobic porous membrane hollow fiber, the hollow inner hole of the hollow fiber becomes the
The outside of the hollow fiber is the
Since the cooling water flows through the cooling pipe, the inside of the cooling pipe becomes the
The outside of the cooling pipe is the
And the
疎水性多孔質中空糸膜の中空内腔内に通液されたろ液は、その一部が水蒸気となって該中空糸膜の膜壁を通過して、気相部1へと移動する。このとき、不揮発性の溶質(例えば塩等)は、該中空糸膜の膜壁を通過することができないから、これにより分離される。
気相部1へ移動した水蒸気は、気相部3を介して気相部2へと移動する。
そして、図2Bのシステムにおける気相部1〜3の圧力は、減圧装置により、好ましくは1kPa以上、ろ液温度における水の飽和蒸気圧以下の範囲に調整されているから、気相部2に移動した水蒸気は、回収部における冷却体上で凝縮して液体の浄水となり、採水容器に回収される。(気相部1〜3のより好ましい圧力は後述する。)
A part of the filtrate that has passed through the hollow lumen of the hydrophobic porous hollow fiber membrane becomes water vapor, passes through the membrane wall of the hollow fiber membrane, and moves to the
The water vapor that has moved to the
And since the pressure of the
本実施形態の膜蒸留システムにおける回収部は、例えば、複数の冷却管を、円筒状の容器に収納し、冷却管の端部において冷却管同士の隙間及び冷却管と容器との隙間を固定用樹脂(ポッティング樹脂)で充填し、冷却管を容器に固定して形成された冷却管パッケージが使用されている。容器の材質は、例えば樹脂、金属等を用いることができる。
冷却管の端部は開口しており、容器の上下両端には通水口を有するヘッド部が装着されていてもよい。容器の側面には蒸発部と連結するための連結口を備えていてもよい。連結口の数は特に限定されず、単独でも複数でもよい。
図2Bのシステムにおいては、冷却体として中空状の冷却管を使用している。しかしながらこの冷却管に代えて、平板上の冷却体を使用してもよい。
The recovery unit in the membrane distillation system of the present embodiment is, for example, for storing a plurality of cooling pipes in a cylindrical container, and fixing the gap between the cooling pipes and the gap between the cooling pipe and the container at the end of the cooling pipe. A cooling tube package formed by filling with resin (potting resin) and fixing the cooling tube to a container is used. As the material of the container, for example, resin, metal or the like can be used.
The end of the cooling pipe is open, and head portions having water passages may be attached to the upper and lower ends of the container. You may equip the side surface of a container with the connection port for connecting with an evaporation part. The number of connection ports is not particularly limited, and may be single or plural.
In the system of FIG. 2B, a hollow cooling pipe is used as a cooling body. However, instead of this cooling pipe, a cooling body on a flat plate may be used.
気相部3は、気相部1と気相部2とを連結する機能を有する気相部である。気相部3の容積は、水蒸気透過の観点から大きいほうが好ましい。気相部3の数は特に限定されず、単独でも複数でもよい。その形状は円筒状でも多角柱状でもよい。該気相部3を規定する筺体の部材は特に限定されず、例えば、樹脂、や金属等を利用することができる。しかしながら、該気相部3で水蒸気が凝縮しないよう、高断熱性の材料を利用してもよく、必要に応じてこれに断熱加工を施してもよい。
The
気相部3は、蒸発部における疎水性多孔質膜と、回収部における冷却体との間の最短距離が10mm以上となるように設けることが好適である。ここで、疎水性多孔質膜と冷却体との間の最短距離とは、該疎水性多孔質膜及び該冷却体それぞれの最近接部間の最短の直線距離を意味する。
本実施形態においては、気相部の圧力を所定範囲内とすることにより、膜蒸留システムにおける蒸発部と回収部との配置距離の制限が緩和され、気相部3のサイズを上記のような小さいサイズとすることが可能になったものである。この距離の緩和により、疎水性多孔質膜を用いた膜蒸留モジュールの設計の自由度が増し、浄水供給システムの省スペース化、コンパクト化が可能になる。
上記の最短距離を10mm以上とすることにより、蒸発部と回収部の設計を容易にすることができる。この最短距離は、30mm以上であってもよい。
本実施形態においては、最短距離を10mm以上、好ましくは3m以下とすることにより、蒸発部及び回収部の設計の自由度を増し、同時に気相部1〜3の上記の公的範囲に制御して膜蒸留を行うことにより、高真空又はスイープガスを必要とせずに、コンパクトであるにも関わらず高Fluxの膜蒸留システムを使用するものである。
The
In the present embodiment, by setting the pressure in the gas phase part within a predetermined range, the restriction on the arrangement distance between the evaporation part and the recovery part in the membrane distillation system is relaxed, and the size of the
By setting the shortest distance to 10 mm or more, the evaporating part and the collecting part can be easily designed. This shortest distance may be 30 mm or more.
In the present embodiment, by setting the shortest distance to 10 mm or more, preferably 3 m or less, the degree of freedom in designing the evaporation unit and the recovery unit is increased, and at the same time, the above-described public range of the
図3A〜図3Cは、疎水性多孔質膜中空糸を使用する別の態様の例である。これらのシステムにおいては、図2Bのシステムと同様の疎水性多孔質中空糸膜パッケージを使用する。しかしながら、ろ液は、疎水性多孔質膜中空糸の外側に存在するから、該中空糸の外側がこのシステムにおける液相部1となり;
該中空糸の中空内孔内が気相部1となる。
3A to 3C are examples of another embodiment using a hydrophobic porous membrane hollow fiber. In these systems, a hydrophobic porous hollow fiber membrane package similar to the system of FIG. 2B is used. However, since the filtrate is present outside the hydrophobic porous membrane hollow fiber, the outside of the hollow fiber becomes the
The hollow inner hole of the hollow fiber becomes the
図3Aのシステムにおいては、疎水性多孔質中空糸膜パッケージの全体が、ろ液タンク中のろ液(液相部1)内に浸漬されており、これらによってろ液蒸発部が構成されている。回収部は、図2Bのシステムと略同様であり、冷却管のパッケージが縦置きに配置されている。そして、上記ろ液蒸発部の気相部1と、上記回収部の気相部2とが、配管内に形成された気相部3によって接続されている。気相部3を構成する配管は、上記中空糸膜パッケージの両端から2本伸びており、これらの両者ともが本システムにおける気相部3である。
In the system of FIG. 3A, the entire hydrophobic porous hollow fiber membrane package is immersed in the filtrate (liquid phase part 1) in the filtrate tank, and these constitute the filtrate evaporation part. . The collection unit is substantially the same as the system shown in FIG. 2B, and the cooling pipe package is arranged vertically. And the
この場合、好ましくは高温に加熱されているろ液の一部は水蒸気となって、中空糸膜の膜壁を通過し、該中空糸膜の内孔内に形成された気相部1へと移動する。このとき、不揮発性の溶質(例えば塩等)は、該中空糸膜の膜壁を通過することができないから、これにより分離される。
気相部1へ移動した水蒸気は、配管内の気相部3を介して気相部2へと移動する。
そして、図3Aのシステムにおける気相部1〜3の圧力は、減圧装置により、好ましくは1kPa以上、ろ液温度における水の飽和蒸気圧以下の範囲に調整されているから、気相部2に移動した水蒸気は、回収部における冷却体上で凝縮して液体の浄水となり、採水容器に回収される。(気相部1〜3のより好ましい圧力は後述する。)
In this case, preferably, a part of the filtrate heated to a high temperature becomes water vapor, passes through the membrane wall of the hollow fiber membrane, and enters the
The water vapor that has moved to the
And since the pressure of the
ここで、ろ液タンクとは、ろ液が存在している場所を意味し、例えば、ピットのような貯水槽でもよいし、ろ液の流路の一部であっても構わない。
ろ液タンクが貯水槽である場合、ろ過部で得られたろ液を該貯水槽に溜めておけばよいので、浄水装置の設置スペースをコンパクトにすることができる。さらに、該貯水槽の水位を一定になるように制御しておけば、一定の条件で膜蒸留処理を行えるため、安定した浄水効率を得ることが可能となる。
一方、ろ液タンクがろ液流路の一部である場合には、膜状流条件を一定に保つことは容易であるが、ろ液の量が多く必要となる。
以上のことから、前記ろ液タンクの形態としては、貯水槽型で、且つ水位を一定に保つ制御装置を備えたものがこのましい。
Here, the filtrate tank means a place where the filtrate is present, and may be, for example, a water tank such as a pit or a part of the flow path of the filtrate.
When the filtrate tank is a water storage tank, the filtrate obtained in the filtration unit may be stored in the water storage tank, so that the installation space for the water purifier can be made compact. Furthermore, if the water level of the water storage tank is controlled to be constant, membrane distillation treatment can be performed under constant conditions, so that stable water purification efficiency can be obtained.
On the other hand, when the filtrate tank is a part of the filtrate flow path, it is easy to keep the membrane flow condition constant, but a large amount of filtrate is required.
In view of the above, the filtrate tank is preferably a water tank type and equipped with a control device that keeps the water level constant.
液相部1内は、撹拌してもよいし、しなくてもよい。ろ液が水蒸気となる際の気化熱によるろ液温度の低下、及びこれに起因する蒸留速度の低下を防ぐため、液相部1を撹拌することが好ましい。撹拌方法も、プロペラ式撹拌、循環式撹拌等の既存の撹拌方法を利用できる。
The
図3Bの膜蒸留システムは、上記図3Aのシステムにおいて、回収部としての冷却管のパッケージが横置きに配置されている態様である。その余の態様は、図3Aの場合と略同様である。 The membrane distillation system of FIG. 3B is an aspect in which the cooling pipe package as the collection unit is horizontally arranged in the system of FIG. 3A. The other aspects are substantially the same as in FIG. 3A.
図3Cの膜蒸留システムは、上記図3Aのシステムにおいて、気相部3を構成する配管が中空糸膜パッケージの片端から1本だけ伸びている態様である。その余の態様は、図3Aの場合と略同様である。
The membrane distillation system of FIG. 3C is a mode in which only one pipe constituting the
上記いずれのシステムにおいても、ろ液は、例えば、熱交換器、ヒーター等の熱源によって加熱され、高温のろ液としてろ液タンクに貯蔵されたうえで、液相部1に供給されてよい。ろ液の温度を、太陽熱の利用、又は産業プロセス等からの排熱を活用して制御することは、加熱に要する熱エネルギーコストが不要となるか又は低減できるためより好ましい。
液相部1に供給されるろ液の温度は、透水性能の観点から、50℃以上であることが好ましく、80℃以上であることがより好ましい。
In any of the above systems, the filtrate may be supplied to the
The temperature of the filtrate supplied to the
本実施形態において、冷却水は、液相部2を流れ、水蒸気を冷却することができる液体であれば特に限定されない。例えば、水道水、工業用水、河川水、井水、湖沼水、海水、産業廃水(食品工場、化学工場、電子産業工場、製薬工場、清掃工場等の工場からの廃水)、石油又は天然ガス生産時に排出される随伴水等が挙げられる。
本実施形態においては、ろ液自体を冷却水として用いてもよい。
冷却水は、回収効率の観点から、その水温が30℃以下であることが好ましい。
冷却水の水温は、熱交換器やヒーター等の熱源の活用により制御してもよい。
In the present embodiment, the cooling water is not particularly limited as long as it is a liquid that can flow through the
In the present embodiment, the filtrate itself may be used as cooling water.
The cooling water preferably has a water temperature of 30 ° C. or less from the viewpoint of recovery efficiency.
The water temperature of the cooling water may be controlled by utilizing a heat source such as a heat exchanger or a heater.
図2Aのシステムにおける気相部3、並びに図2B及び図3A〜Cのシステムにおける気相部1〜3の圧力は、上記のとおり、1kPa以上、ろ液温度における水の飽和蒸気圧以下の間に制御されることが好ましい。気相部1〜3の圧力が処理水温度における水の飽和蒸気圧以下であるとは、液相部1に供給されるろ水の水温において、気相部1〜3の圧力を、水の飽和蒸気圧(理論値)以下の圧力に制御することを意味する。
The pressure of the
図2Aのシステムにおける気相部3、並びに図2B及び図3A〜Cのシステムにおける気相部1〜3の圧力を1kPa以上とすることにより、減圧装置の減圧に要する過度のエネルギー消費を抑えることができる。この圧力をろ液温度における水の飽和蒸気圧以下とすることにより、高い透水性能を実現することができる。消費エネルギーの観点から、該圧力は、1kPa以上であることが好ましく、10kPa以上であることがより好ましい。透水性能の観点から、該圧力は、ろ液温度における水の飽和蒸気圧以下であることが好ましく、ろ液温度における水の飽和蒸気圧より5kPa低い圧力以下であることがより好ましく、ろ液温度の水の飽和蒸気圧より10kPa低い圧力以下であることがさらに好ましい。
By suppressing the pressure of the
図2Aのシステムにおける気相部3、並びに図2B及び図3A〜Cのシステムにおける気相部1〜3の圧力を、上記の圧力範囲に調整するための、
減圧装置としては、例えば、ダイアフラム真空ポンプ、ドライポンプ、油回転真空ポンプ、エジェクタ、アスピレーター等が;
圧力制御方法としては、例えば、真空レギュレーターを用いる方法、リークバルブを用いる方法、電子式真空コントローラーと電磁弁とを用いる方法等が挙げられる。
上記の圧力は、圧力計によりモニタリングしつつ、調整を行うことが好ましい。圧力は、気相部1〜3、採水容器、圧力調整器、その間をつなぐ配管トータルの圧力としてモニタリングしてもよい。
For adjusting the pressure of the
Examples of the decompression device include a diaphragm vacuum pump, a dry pump, an oil rotary vacuum pump, an ejector, and an aspirator;
Examples of the pressure control method include a method using a vacuum regulator, a method using a leak valve, a method using an electronic vacuum controller and an electromagnetic valve, and the like.
The pressure is preferably adjusted while being monitored by a pressure gauge. The pressure may be monitored as the total pressure of the
本実施形態の浄水装置における膜蒸留システムによってさらに精製された浄水は、その水溶性塩濃度が極めて低減されたものである。従って、前記ろ過部と、膜蒸留システムとを併用することにより、極めて実質的な浄水システムが得られるのである。 The purified water further purified by the membrane distillation system in the water purification apparatus of the present embodiment has an extremely reduced water-soluble salt concentration. Therefore, a very substantial water purification system can be obtained by using the filtration unit and the membrane distillation system in combination.
以下、本発明の構成及び効果を具体的に示す実施例等について説明する、しかしながら本発明は以下の実施例等により何ら限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, examples and the like specifically showing the configuration and effects of the present invention will be described. However, the present invention is not limited to the following examples and the like.
<実施例1>
1.非フッ素系親水材料の合成
還流冷却器、滴下槽、温度計、及び撹拌装置を有する反応器に、イオン交換水1,600g及びドデシルベンゼンスルホン酸4gを投入した後、撹拌下で80℃に加温した。
ここに、ジメチルジメトキシシラン185g及びフェニルトリメトキシシラン117gから成る混合液を、反応容器中の温度を80℃に保った状態で2時間かけて滴下した後、80℃の温度を維持して1時間撹拌した。
次に、アクリル酸ブチル150g、テトラエトキシシラン30g、フェニルトリメトキシシラン145g、及び3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン1.3gから成る混合液と、ジエチルアクリルアミド165g、アクリル酸3g、反応性乳化剤(商品名「アデカリアソープSR−1025」、旭電化社製、固形分25質量%水溶液)13g、過硫酸アンモニウムの2質量%水溶液40g、及びイオン交換水1,900gから成る混合液とを、反応容器中の温度を80℃に保った状態で2時間かけて同時に滴下した。続いて、反応容器中の温度を80℃に維持した状態で4時間撹拌を行った。
その後、室温まで冷却し、400メッシュの金網で濾過することにより、数平均粒子径131nmの重合体エマルジョン粒子(B−1)を14質量%含有する水分散体を得た。
<Example 1>
1. Synthesis of non-fluorinated hydrophilic material After charging 1,600 g of ion-exchanged water and 4 g of dodecylbenzenesulfonic acid into a reactor having a reflux condenser, a dropping tank, a thermometer, and a stirring device, the mixture was heated to 80 ° C. with stirring. Warm up.
A liquid mixture consisting of 185 g of dimethyldimethoxysilane and 117 g of phenyltrimethoxysilane was added dropwise over 2 hours while maintaining the temperature in the reaction vessel at 80 ° C., and the temperature was maintained at 80 ° C. for 1 hour. Stir.
Next, 150 g of butyl acrylate, 30 g of tetraethoxysilane, 145 g of phenyltrimethoxysilane, and 1.3 g of 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 165 g of diethylacrylamide, 3 g of acrylic acid, and reactive emulsifier (product) The name “Adekaria soap SR-1025”, manufactured by Asahi Denka Co., Ltd., solid content 25% by weight aqueous solution) 13 g,
Then, it cooled to room temperature and obtained the water dispersion containing 14 mass% of polymer emulsion particles (B-1) with a number average particle diameter of 131 nm by filtering with a 400 mesh metal-mesh.
2.コーティング組成物の調整
上記1.で合成した(B−1)を含有する水分散体と、金属酸化物(D)として平均粒子径5nmの水分散コロイダルシリカ(商品名「スノーテックスOXS」、日産化学工業(株)製、固形分10質量%)と、加水分解性珪素化合物(C)として3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製、KBM−403)と、を混合し、20質量%エタノール水を添加して固形分濃度を6質量%に調整することにより、コーティング組成物を得た。
上記コーティング組成物の組成比は、固形分換算の質量比として、(D)/(B)/(C)=100/100/10であった。加水分解性珪素化合物(C)は、このコーティング組成物中に重量平均分子量39,500の加水分解縮合物として含有されていた。この(C)成分の質量としてはSiO2換算値を用いて上記組成比を計算した。
2. Preparation of coating composition An aqueous dispersion containing (B-1) synthesized in
The composition ratio of the coating composition was (D) / (B) / (C) = 100/100/10 as a mass ratio in terms of solid content. The hydrolyzable silicon compound (C) was contained in this coating composition as a hydrolysis condensate having a weight average molecular weight of 39,500. As the mass of the component (C), the composition ratio was calculated using a SiO 2 converted value.
3.油水分離フィルターの製作(親水化処理及び製袋)
不織布基体として旭化成せんい社製N3007(ナイロン製、目付30g/m2、厚み0.1mm、繊維径0.7μm、平均孔径6μm)を、上記で調製したコーティング液に室温において5秒間浸漬して引き揚げた後に、80℃で15分乾燥することにより、親水化不織布を得た。乾燥後のコーティング量は1g/m2であった。
上記で製作した親水化不織布を2つ折りにして、側辺及び底辺をヒートシールにより封止して50cm×50cmの袋状に製袋し、これを油水分離フィルターとして使用した。
使用した不織布基体はナイロンから構成され、ヒートシールによって簡単に製袋することができた。
3. Production of oil-water separation filter (hydrophilic treatment and bag making)
N3007 manufactured by Asahi Kasei Fibers Co., Ltd. (nylon, basis weight 30 g / m 2 , thickness 0.1 mm, fiber diameter 0.7 μm, average pore diameter 6 μm) as a nonwoven fabric substrate is immersed in the coating solution prepared above for 5 seconds at room temperature. And then dried at 80 ° C. for 15 minutes to obtain a hydrophilic nonwoven fabric. The coating amount after drying was 1 g / m 2 .
The hydrophilized nonwoven fabric produced above was folded in half, and the sides and bottom were sealed by heat sealing to form a bag of 50 cm × 50 cm, which was used as an oil-water separation filter.
The non-woven fabric substrate used was made of nylon and could be made easily by heat sealing.
4.測定
(1)平均繊維径
油水分離フィルターの平均繊維径は、日本電子株式会社製の走査型電子顕微鏡(SEM)、型式「JSM−6510」を用いて測定した。
上記3.で得られた親水化不織布(製袋していないもの)を10cm×10cmにカットし、白金を蒸着し、これをSEM観察試料とした。
SEM観察は、加速電圧15kV、ワーキングディスタンス21mmの条件にて行い、ランダムに繊維100本以上を撮影した。撮影したすべての繊維の繊維径を測定し、その平均繊維径を求めた。このとき、複数の繊維が糸長方向で融着している場合には、測定から省いた。
4). Measurement (1) Average Fiber Diameter The average fiber diameter of the oil / water separation filter was measured using a scanning electron microscope (SEM) manufactured by JEOL Ltd., model “JSM-6510”.
3. above. The hydrophilized nonwoven fabric obtained in (1) was cut into 10 cm × 10 cm, platinum was deposited, and this was used as an SEM observation sample.
SEM observation was performed under the conditions of an acceleration voltage of 15 kV and a working distance of 21 mm, and 100 or more fibers were randomly photographed. The fiber diameters of all the photographed fibers were measured, and the average fiber diameter was determined. At this time, when a plurality of fibers were fused in the yarn length direction, they were omitted from the measurement.
(2)平均孔径
油水分離フィルターの平均孔径は、Porous Materials, Inc.社製の多孔質材料自動細平均孔径分布測定システム、型式「Automated Perm Porometer」)を用いて測定した。
上記3.で得られた親水化不織布(製袋していないもの)を、打ち抜き刃でφ25mmにカットし、室温のGALWICK試液に30分間浸漬した後、1時間脱気して、測定試料を調製した。
上記の測定試料を装置にセットして、エア圧を印加した。そして、GALWICK試液が毛細管内の液体表面張力に打ち勝って押し出されるときのエア圧力を測定し、Washburnの式から細孔直径を求め、この値を平均孔径とした。
(2) Average pore size The average pore size of the oil / water separation filter was measured by Porous Materials, Inc. It was measured using a porous material automatic fine average pore size distribution measuring system (model “Automated Perm Porometer”).
3. above. The hydrophilized nonwoven fabric obtained in (1) was cut into a diameter of 25 mm with a punching blade, immersed in a GALWICK reagent at room temperature for 30 minutes, and then deaerated for 1 hour to prepare a measurement sample.
The measurement sample was set in the apparatus, and air pressure was applied. Then, the air pressure when the GALWICK reagent was pushed out by overcoming the liquid surface tension in the capillary was measured, the pore diameter was determined from the Washburn equation, and this value was taken as the average pore diameter.
(3)ぬれ張力の測定(JIS K6768)
本試験は、環境温度23℃の恒温下で行った。
上記3.で得られた親水化不織布(製袋していないもの)を、実験机上に平坦に静置して、ぬれ張力試験用混合液(和光純薬工業(株)製、No.25.4)を数滴滴下した後、直ちに綿棒を用いて滴下液を不織布の全面に広げて塗膜を形成した。その2秒後に塗膜の中央部を目視観察した。
その結果、塗膜は破れを生じず、元の状態を保持していたことから、該親水化不織布のぬれ張力が25.4mN/m以下であることを確認した。
(3) Wetting tension measurement (JIS K6768)
This test was conducted at a constant temperature of 23 ° C. environmental temperature.
3. above. The hydrophilized non-woven fabric obtained in the above (not made in a bag) is left flat on a laboratory desk, and a wet tension test mixed solution (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., No. 25.4) is added. After dropping several drops, immediately using a cotton swab, the dropping solution was spread over the entire surface of the nonwoven fabric to form a coating film. Two seconds later, the central part of the coating film was visually observed.
As a result, the coating film was not torn and kept in its original state, so it was confirmed that the wetting tension of the hydrophilic nonwoven fabric was 25.4 mN / m or less.
5.分離性能テスト
図4に示した装置を用いて、上記3.で得られた油水分離フィルター(製袋したもの。面積0.5m2)の分離性能テストを行った。
槽内の「ろ液溜め」の部分を水道水で満たし、製袋した油水分離フィルターをセットして、該油水分離フィルターの袋内部も水道水で満たした。そして、処理液として、ヘキサデカン10質量%、10質量%の食塩水85質量%、及び砂5質量%から成る混合液を、温度25℃、導入速度5L/minにて導入した。
本実施例における油水分離フィルターの比重は1.13であり、水相中に安定して存在することができた。製袋した油水分離フィルター袋の上面から導入した被処理液溜めの水面は、ろ液溜め中の水面より高位に維持することができ、これにより、処理液を安定して連続的に分離することができた。被処理液溜めの液高さとろ液溜めの液高さとの高低差は、運転中0.5cm〜3cmの範囲に維持された。
該被処理液は、液面にヘキサデカン層を視認できるほどの油量を含有していた。しかしながら、油水分離フィルターを透過したろ液相にヘキサデカン相は確認されなかった。油水分離フィルター袋の液面にはヘキサデカンの油相が形成されており、これをスポイトで回収することが可能であった。油水分離フィルター袋の底部には砂の堆積が認められた。
5. Separation performance test Using the apparatus shown in FIG. A separation performance test of the oil-water separation filter (made in a bag. Area 0.5 m 2 ) obtained in 1 was performed.
The portion of the “filtrate reservoir” in the tank was filled with tap water, a bag-formed oil / water separation filter was set, and the bag inside the oil / water separation filter was also filled with tap water. And as a processing liquid, the liquid mixture which consists of 10
The specific gravity of the oil / water separation filter in this example was 1.13, and it could exist stably in the aqueous phase. The water surface of the liquid reservoir to be treated introduced from the upper surface of the bag made oil-water separation filter bag can be maintained higher than the water surface in the filtrate reservoir, thereby stably separating the treatment liquid continuously. I was able to. The height difference between the liquid height of the liquid reservoir to be treated and the liquid height of the filtrate reservoir was maintained in the range of 0.5 cm to 3 cm during operation.
The liquid to be treated contained an amount of oil such that the hexadecane layer was visible on the liquid surface. However, no hexadecane phase was observed in the filtrate phase that passed through the oil / water separation filter. An oil phase of hexadecane was formed on the liquid surface of the oil / water separation filter bag, and this could be recovered with a dropper. Sand accumulation was observed at the bottom of the oil-water separation filter bag.
6.油田随伴水油水分離
図4に示した装置を用いて、上記3.で得られた油水分離フィルター(製袋したもの、面積0.01m2)を用い、油田随伴水の油水分離性能を調べた。
槽内の「ろ液溜め」の部分、及び油水分離フィルターの袋内部を計50mLの蒸留水で満たした。そして、被処理液として、油田随伴水(有機炭素約1.5g/L、塩約20g/Lを含む油分混合水)を温度25℃、導入速度500mL/minにて導入した。
本試験においても、上記5.と同様に安定して油水を分離することができ、12分間で6Lのろ液を得た。被処理液溜めの液高さとろ液溜めの液高さとの高低差は、運転中0.5cm〜3cmの範囲に維持された。
得られたろ液の導電率を電気導電率計(堀場製作所社製、導電率測定器卓上型、形式「DS−52」)を用いて測定したところ、27.3mS/cmであった。
6). Oilfield-associated water / oil separation Using the apparatus shown in FIG. The oil-water separation performance of the oil field-associated water was examined using the oil-water separation filter (made in bag, area 0.01 m 2 ) obtained in 1.
The portion of “filtrate reservoir” in the tank and the inside of the bag of the oil / water separation filter were filled with a total of 50 mL of distilled water. Then, oil field-associated water (oil mixed water containing about 1.5 g / L of organic carbon and about 20 g / L of salt) was introduced as a liquid to be treated at a temperature of 25 ° C. and an introduction rate of 500 mL / min.
Also in this test, 5. In the same manner as above, oil and water could be separated stably, and 6 L of filtrate was obtained in 12 minutes. The height difference between the liquid height of the liquid reservoir to be treated and the liquid height of the filtrate reservoir was maintained in the range of 0.5 cm to 3 cm during operation.
The conductivity of the obtained filtrate was measured using an electric conductivity meter (manufactured by Horiba, Ltd., conductivity measuring instrument desktop type, model “DS-52”), and was 27.3 mS / cm.
7.ろ液の膜蒸留
(1)疎水性多孔質中空糸膜の各種物性の測定
以下、本実施例に用いた疎水性多孔質中空糸膜の各種物性の測定方法を記載する。以下各該測定方法を参照することにより、任意の疎水性多孔質膜の各種物性を測定することが可能となる。
7). Membrane distillation of filtrate (1) Measurement of various physical properties of hydrophobic porous hollow fiber membrane Hereinafter, methods for measuring various physical properties of the hydrophobic porous hollow fiber membrane used in this example will be described. By referring to each measurement method, various physical properties of an arbitrary hydrophobic porous membrane can be measured.
(外径及び内径、並びに膜厚)
疎水性多孔質中空糸膜の外径及び内径は、該中空糸膜を長手方向に垂直な向きにカミソリを用いて薄く切ったものを試料とし、顕微鏡観察によって測定した。膜厚は、外径と内径との差として求めた。
(空隙率)
疎水性多孔質中空糸膜を所定の長さ(本実施例では40cm)にカミソリで切ったものを試料とし、電子天秤を用いて該試料の質量を測定した。ここで得られた値等を用いて、下記数式により空隙率を算出した。
The outer diameter and inner diameter of the hydrophobic porous hollow fiber membrane were measured by microscopic observation using a sample obtained by thinly cutting the hollow fiber membrane with a razor in a direction perpendicular to the longitudinal direction. The film thickness was determined as the difference between the outer diameter and the inner diameter.
(Porosity)
A sample obtained by cutting a hydrophobic porous hollow fiber membrane into a predetermined length (40 cm in this example) with a razor was used, and the mass of the sample was measured using an electronic balance. Using the values obtained here, the porosity was calculated by the following formula.
(平均孔径)
疎水性多孔質中空糸膜の平均孔径は、ASTM F316−86に記載されている平均孔径の測定方法(別称:ハーフドライ法)に準拠して測定した。
測定は、疎水性多孔質中空糸膜を約10cm長に切断したものを試料とし、液体としてエタノールを用いて、25℃、昇圧速度0.01atm/秒の標準測定条件で行った。
平均孔径は、下記数式:
平均孔径[μm]=2,860×(使用液体の表面張力[dyne/cm])/(ハーフドライ空気圧力[Pa])
使用液体(エタノール)の表面張力(25℃)=21.97dyne/cm
により求めた。
(Average pore diameter)
The average pore diameter of the hydrophobic porous hollow fiber membrane was measured according to the average pore diameter measurement method (also known as half-dry method) described in ASTM F316-86.
The measurement was performed by using a sample obtained by cutting a hydrophobic porous hollow fiber membrane to a length of about 10 cm, using ethanol as a liquid under standard measurement conditions of 25 ° C. and a pressure increase rate of 0.01 atm / second.
The average pore diameter is the following formula:
Average pore diameter [μm] = 2,860 × (surface tension of liquid used [dyne / cm]) / (half dry air pressure [Pa])
Surface tension of liquid used (ethanol) (25 ° C.) = 21.97 dyne / cm
Determined by
(表面開口率)
疎水性多孔質中空糸膜の表面開口率は、膜の内表面及び外表面の各電子顕微鏡写真から求めた。
測定対象の中空糸膜の内表面及び外表面を、それぞれ、走査型電子顕微鏡(日立社製S−4700)を用いて、加速電圧1.0kV、二次電子検出条件にて、倍率5,000〜50,000倍で撮影した。そして、中空糸膜の内表面及び外表面の表面開孔率を、得られた顕微鏡像を画像解析処理ソフト「ImageJ」(フリーソフト)で処理することにより、それぞれ求めた。測定範囲境界上の孔は、計算から除外しない。
表面開口率は下記数式:
表面開口率[%]=100×(内表面及び外表面における孔面積の総和)/(測定範囲の面積の総和)
荷よりもとめた。
(Surface opening ratio)
The surface aperture ratio of the hydrophobic porous hollow fiber membrane was determined from each electron micrograph of the inner surface and outer surface of the membrane.
The inner surface and the outer surface of the hollow fiber membrane to be measured were each 5,000 magnifications at an acceleration voltage of 1.0 kV and secondary electron detection conditions using a scanning electron microscope (S-4700, manufactured by Hitachi, Ltd.). Taken at ~ 50,000 times. Then, the surface porosity of the inner surface and outer surface of the hollow fiber membrane was determined by processing the obtained microscopic image with image analysis processing software “ImageJ” (free software). Holes on the measurement range boundary are not excluded from the calculation.
The surface aperture ratio is the following formula:
Surface aperture ratio [%] = 100 × (total sum of pore areas on inner and outer surfaces) / (total sum of area of measurement range)
I got it from the load.
(空気透過係数)
疎水性多孔質中空糸膜の空気透過係数は以下の方法によって求めた。
疎水性多孔質中空糸膜1本を樹脂製の容器に固定し、中空糸外側に空気によって所定圧力(本実施例では0.03MPa)を印加し、中空糸内側に透過した空気の体積が90mLとなるのに要した時間を、石鹸膜流量計により測定し、1秒あたりの空気透過量を算出したうえで、下記数式:
The air permeability coefficient of the hydrophobic porous hollow fiber membrane was determined by the following method.
One hydrophobic porous hollow fiber membrane is fixed to a resin container, a predetermined pressure (0.03 MPa in this embodiment) is applied to the outside of the hollow fiber by air, and the volume of air permeated inside the hollow fiber is 90 mL. After measuring the time required to become a soap film flow meter and calculating the air permeation amount per second, the following formula:
本実施例に用いた疎水性多孔質中空糸膜は、ポリエチレンから成り、上記測定方法によると、外径1.25mm、内径0.68mm、膜厚285μm、空隙率81%、平均孔径0.19μm、内表面開孔率21%、外表面開孔率21%、及び空気透過係数7.1×10−7m3/(m2・sec・Pa)であった。 The hydrophobic porous hollow fiber membrane used in this example is made of polyethylene. According to the above measurement method, the outer diameter is 1.25 mm, the inner diameter is 0.68 mm, the film thickness is 285 μm, the porosity is 81%, and the average pore diameter is 0.19 μm. The inner surface opening ratio was 21%, the outer surface opening ratio was 21%, and the air permeability coefficient was 7.1 × 10 −7 m 3 / (m 2 · sec · Pa).
(2)膜蒸留の実施
上記疎水性多孔質中空糸膜33本を内径20mmのポリスルホン製のケースに収納した蒸発モジュール(蒸発部)、及び内径1mm、外径2mmのステンレス管20本を蒸発部で用いたものと同じ形式のケースに収納した回収モジュール(回収部)を、図2Bに示すように連結した。このとき、蒸発部内の疎水性多孔質中空糸膜の外表面と、回収部内のステンレス管の外表面との最短距離は、30mmに設定した。
回収部の出口は配管によって採水容器に連結しており、該採水容器の気相部を圧力調整器を介して減圧装置と連結して、系内の圧力調整を行った。
蒸発部の疎水性多孔質中空糸膜の中空内腔に、65℃に温度調整された上記6.で得られた油田随伴水ろ液を600mL/minの流量で循環させた。回収部のステンレス管の内腔には30℃の冷却水を1,000mL/minの流量で循環させた。そして、モジュール系内の圧力を10kPaに調整して、膜蒸留を行った。
(2) Implementation of membrane distillation Evaporation module (evaporation part) containing 33 hydrophobic porous hollow fiber membranes in a polysulfone case with an inner diameter of 20 mm, and 20 stainless steel tubes with an inner diameter of 1 mm and an outer diameter of 2 mm as an evaporation part The collection module (collection unit) housed in a case of the same type as used in Fig. 2 was connected as shown in Fig. 2B. At this time, the shortest distance between the outer surface of the hydrophobic porous hollow fiber membrane in the evaporation portion and the outer surface of the stainless steel tube in the recovery portion was set to 30 mm.
The outlet of the recovery unit was connected to a water sampling container by piping, and the gas phase part of the water sampling container was connected to a decompression device via a pressure regulator to adjust the pressure in the system.
5. The temperature adjusted to 65 ° C. in the hollow lumen of the hydrophobic porous hollow fiber membrane in the evaporation section. The oil field-associated water filtrate obtained in 1 was circulated at a flow rate of 600 mL / min. Cooling water at 30 ° C. was circulated at a flow rate of 1,000 mL / min in the lumen of the stainless steel tube of the recovery unit. And the pressure in a module system was adjusted to 10 kPa, and membrane distillation was performed.
(3)測定
(精製水の導電率)
膜蒸留によって得られた精製水の導電率を、堀場製作所社製の導電率測定器卓上型、形式「DS−52」を用いて測定した。
(漏液)
上記の導電率が油田随伴水ろ液の3%(0.81mS/cm)を超えたことをもって漏液とし、膜蒸留開始から漏液までの時間を漏液時間とした。
(造水量)
採水容器に収容された膜蒸留水の採水量を電子天秤により測定し、膜蒸留の開始から漏液までの採水量を造水量とした。
(3) Measurement (conductivity of purified water)
The conductivity of purified water obtained by membrane distillation was measured using a conductivity measuring instrument desktop type, model “DS-52” manufactured by Horiba, Ltd.
(Leakage)
When the conductivity exceeded 3% (0.81 mS / cm) of the oil field-associated water filtrate, it was regarded as leakage, and the time from the start of membrane distillation to the leakage was regarded as the leakage time.
(Water production)
The amount of membrane distilled water collected in the water sampling container was measured with an electronic balance, and the amount of water collected from the start of membrane distillation to the leakage was regarded as the amount of water produced.
(4)結果
本実施例における精製水の導電率の経時変化を図5に示す。
膜蒸留開始後、44時間の間の精製水の導電率は、およそ0.14〜0.40mS/cmの範囲で推移した。44時間経過後に導電率が1.12mS/cmにまで増加し、漏液が確認された。漏液時間は44時間であり、造水量は4.5kgであった。
(4) Results FIG. 5 shows the change over time in the conductivity of purified water in this example.
The conductivity of purified water during 44 hours after the start of the membrane distillation changed in the range of about 0.14 to 0.40 mS / cm. After 44 hours, the conductivity increased to 1.12 mS / cm, and leakage was confirmed. The leakage time was 44 hours, and the amount of water produced was 4.5 kg.
(比較例1)
上記実施例1において、油水分離フィルターの代わりに、メッシュ数150のステンレス網で構成されたフィルターを使用した以外は実施例1と同様の方法により膜蒸留を行った。得られた精製水の導電率の経時変化を図5に示す。
膜蒸留開始後、16時間の間の精製水の導電率は、およそ0.08〜0.15mS/cmの範囲で推移した。16時間経過後に導電率が2.41mS/cmにまで増加し、漏液が確認された。漏液時間は16時間であり、造水量は1.5kgであった。
(Comparative Example 1)
In Example 1 above, membrane distillation was performed in the same manner as in Example 1 except that a filter composed of a stainless mesh having a mesh number of 150 was used instead of the oil-water separation filter. FIG. 5 shows the change over time in the conductivity of the purified water obtained.
The conductivity of purified water during the 16 hours after the start of membrane distillation changed in the range of approximately 0.08 to 0.15 mS / cm. After 16 hours, the conductivity increased to 2.41 mS / cm, and liquid leakage was confirmed. The leakage time was 16 hours, and the amount of water produced was 1.5 kg.
(参考例1)
上記実施例1と同じ疎水性多孔質中空糸膜66本を内径20mmのポリスルホン製のケースに収納した蒸発モジュールを用いた他は、実施例1と同様にして、図2Bに示す構成の膜蒸留装置により、表1に示した組成の模擬コールベッドメタン廃水の膜蒸留を行った。
膜蒸留開始後、170時間の間の精製水の導電率は、およそ0.8〜2.0μS/cmの範囲で推移した。漏液は確認されず、170時間の造水量は37.0kgであった。
(Reference Example 1)
Membrane distillation having the structure shown in FIG. 2B was performed in the same manner as in Example 1 except that an evaporation module in which 66 hydrophobic porous hollow fiber membranes same as those in Example 1 were housed in a polysulfone case having an inner diameter of 20 mm was used. Using an apparatus, membrane distillation of simulated coal bed methane wastewater having the composition shown in Table 1 was performed.
After starting the membrane distillation, the conductivity of the purified water during 170 hours changed in the range of about 0.8 to 2.0 μS / cm. No liquid leakage was confirmed, and the amount of water produced for 170 hours was 37.0 kg.
本システムは、例えば、海上の油田及びガス田における排水処理;在来型油田及びガス田の老化に伴って生成する随伴水の処理;非在来型石油(例えば、シェールオイル、オイルサンド等)及び非在来型ガス(例えば、シェールガス、コールベッドメタン等)の採掘の際のプロセス水確保及び随伴水処理;工場排水の処理;油の精製等の用途に、好適に使用することができる。 This system can be used, for example, for wastewater treatment in offshore oil and gas fields; treatment of associated water produced with the aging of conventional oil and gas fields; non-conventional oil (eg, shale oil, oil sands, etc.) In addition, it can be suitably used for applications such as securing process water and associated water treatment during mining of unconventional gas (eg, shale gas, coal bed methane, etc.); treatment of factory wastewater; oil purification, etc. .
1 疎水性多孔質膜
2 冷却体
1 Hydrophobic
Claims (15)
ぬれ張力25.4mN/cm以下の不織布を有する油水分離フィルターにより被処理液をろ過するろ過部と、
前記ろ過部で得られたろ液を蒸留する蒸留部と、
を有することを特徴とする、浄水装置。 at least,
A filtration unit for filtering the liquid to be treated with an oil-water separation filter having a nonwoven fabric with a wetting tension of 25.4 mN / cm or less;
A distillation section for distilling the filtrate obtained in the filtration section;
The water purifier characterized by having.
スルホン化処理、並びに
アクリル酸、メタクリル酸、ポリメチルピロリジノン、ポリアルキレングリコール、及びポリエーテルから成る群より選択される1種以上のモノマーによるグラフト化処理
より成る群から選択される1種以上の処理である、請求項2に記載の浄水装置。 The hydrophilization treatment,
Sulfonation treatment and one or more treatments selected from the group consisting of grafting treatment with one or more monomers selected from the group consisting of acrylic acid, methacrylic acid, polymethylpyrrolidinone, polyalkylene glycol, and polyether The water purifier according to claim 2, wherein
目付けが1〜500g/m2であり、
繊維の太さが0.1〜50μmであり、
孔径が0.1〜120μmであり、そして
厚みが0.1〜5μmである、
請求項1〜4のいずれか一項に記載の浄水装置。 Of the nonwoven fabric,
The basis weight is 1 to 500 g / m 2 .
The fiber thickness is 0.1-50 μm,
The pore size is 0.1-120 μm and the thickness is 0.1-5 μm,
The water purifier as described in any one of Claims 1-4.
被処理液とろ液とが前記油水分離フィルターを介して隣接し、
前記被処理液の液面を前記ろ液の液面よりも高く維持しつつ、前記被処理液をろ過する機能を有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の浄水装置。 The filtration unit is
The liquid to be treated and the filtrate are adjacent via the oil / water separation filter,
The water purifier as described in any one of Claims 1-5 which has a function which filters the to-be-processed liquid, maintaining the liquid level of the to-be-processed liquid higher than the liquid level of the said filtrate.
ろ液が存在する液相部1と、気相部1とが疎水性多孔質膜を介して隣接するろ液蒸発部、
冷却水が流通する液相部2と、気相部2とが冷却体を介して隣接する回収部、及び
前記気相部1と前記気相部2とを連結する気相部3
を備え、
前記気相部1〜3が、1kPa以上ろ液温度における水の飽和蒸気圧以下の圧力を有する、請求項7に記載の浄水装置。 The membrane distillation system comprises:
A filtrate evaporating part in which the liquid phase part 1 where the filtrate is present and the gas phase part 1 are adjacent to each other via a hydrophobic porous membrane;
A liquid phase part 2 through which cooling water flows, a gas phase part 2 adjacent to each other via a cooling body, and a gas phase part 3 connecting the gas phase part 1 and the gas phase part 2 are connected.
With
The water purifier according to claim 7, wherein the gas phase parts 1 to 3 have a pressure equal to or higher than 1 kPa and equal to or lower than a saturated vapor pressure of water at a filtrate temperature.
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