JP2019130518A - 複合半透膜及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
前記分離層は、シロキサン結合及び−Si−R7−NR8−R9−Si−結合(R7及びR9はそれぞれ独立して炭素数1〜12の飽和炭化水素基、又は炭素数2〜12の不飽和炭化水素基であり、R8は水素、炭素数1〜12のアルキル基、又は炭素数2〜12のアルケニル基である)を有する架橋縮合体を含むことを特徴とする。
前記分離層は、シロキサン結合及び−Si−Y−Si−結合(Yは複素環を有する官能基である)を有する架橋縮合体を含むことを特徴とする。
(RO試験における水透過係数及び塩阻止率の測定)
作製した平膜状の複合半透膜を所定の形状、サイズに切断し、平膜評価用のセルにセットした。2000mg/LのNaClを含みかつNaOHを用いてpH6.5〜7に調整した水溶液を25℃で膜の供給側と透過側に1.5MPaの差圧を与えて膜に30分接触させた。この操作によって得られた透過水の透過速度および電導度を測定し、水透過係数(m3/m2・Pa・s)および塩阻止率(%)を算出した。塩阻止率は、NaCl濃度と水溶液電導度の相関(検量線)を事前に作成し、それらを用いて下式により算出した。
塩阻止率(%)={1−(透過液中のNaCl濃度[mg/L])/(供給液中のNaCl濃度[mg/L])}×100
作製した平膜状の複合半透膜を所定の形状、サイズに切断し、平膜ガス透過試験セルにセットした。単ガス(窒素、水素、メタン、炭酸ガス)を供給ガス圧力105kPaで供給し、透過ガスの体積を測定した。操作温度は25℃であった。この操作によって得られた値から、各単ガスの透過速度(mol/m2・Pa・s)及び膜のガス分離係数(対CO2)を算出した。
ガス分離係数(対CO2)=(単ガス透過速度/CO2の単ガス透過速度)
作製した平膜状の複合半透膜を所定の形状、サイズに切断し、平膜VP評価用のセルにセットした。供給液タンクに水10wt%及びIPA90wt%のIPA水溶液を入れた。IPA水溶液の一部を105℃に加熱してガス状にして、当該ガスを複合半透膜の表面に連続的に供給した。非透過ガスは冷却液化させて供給液タンクに戻して循環させた。供給液タンクはベント口により大気圧解放を維持させた。また、透過側を真空ポンプにて1kPaにて吸引し、透過ガスを液体窒素を用いたトラップに捕集し、所定時間に捕集された液体の重量を測定した。供給側及び透過側の濃度測定はガスクロマトグラフィー(島津製作所製、GC−14B)を用いて組成分析を行った。この操作によって得られた値から水透過速度(kg/m2・h)及び膜の分離係数を算出した。
分離係数=(透過側水濃度/透過側IPA濃度)/(供給側水濃度/供給側IPA濃度)
多孔性ポリスルホン支持体(Psf)(日東電工株式会社製、非対称膜、薄膜形成側平均孔径20nm)をステンレス製の型枠に装着した。ドデシル硫酸ナトリウム(SLS)(和光純薬工業(株)製)0.03重量%を含有する水溶液を前記多孔性ポリスルホン支持体上に塗布した後、型枠を傾けて余分な水溶液を除去して前記多孔性ポリスルホン支持体上に水被膜を形成した。次に、ビス((3−トリエトキシシリル)プロピル)アミン(BTESPA)(和光純薬工業(株)製)5重量%を含有するヘキサン溶液を前記水被膜上に塗布し、5分間静置した。その後、型枠を傾けて余分な溶液を除去し、ドライヤーで形成膜の表面を乾燥させ、さらに150℃の乾燥機中で10分間静置して、前記多孔性ポリスルホン支持体上に分離層を形成して複合半透膜を作製した。SEMで観察したところ、前記分離層の厚さは約20nmであった(図1参照)。前記分離層の表面をEDXで測定したところ、Siの存在が確認された(図4参照)。作製した複合半透膜を用いて前記RO試験を行った。結果を表1に示す。
多孔性ポリエーテルスルホン支持体(日東電工株式会社製、NTR7430、非対称膜、NaCl阻止率30%(評価条件:0.2%NaCl水溶液、操作圧力10kgf/cm2、pH6.5、25℃))をステンレス製の型枠に装着した。ドデシル硫酸ナトリウム(SLS)(和光純薬工業(株)製)0.03重量%を含有する水溶液を前記多孔性ポリエーテルスルホン支持体上に塗布した後、型枠を傾けて余分な水溶液を除去して前記多孔性ポリエーテルスルホン支持体上に水被膜を形成した。次に、ビス((3−トリエトキシシリル)プロピル)アミン(BTESPA)(和光純薬工業(株)製)5重量%を含有するヘキサン溶液を前記水被膜上に塗布し、5分間静置した。その後、型枠を傾けて余分な溶液を除去し、ドライヤーで形成膜の表面を乾燥させ、さらに150℃の乾燥機中で10分間静置して、前記多孔性ポリエーテルスルホン支持体上に分離層を形成して複合半透膜を作製した。SEMで観察したところ、前記分離層の厚さは約60nmであった(図2参照)。前記分離層の表面をEDXで測定したところ、Siの存在が確認された。作製した複合半透膜を用いて前記各試験を行った。結果を表1〜3に示す。
多孔性ポリエーテルスルホン支持体(日東電工株式会社製、NTR7430、非対称膜、NaCl阻止率30%(評価条件:0.2%NaCl水溶液、操作圧力10kgf/cm2、pH6.5、25℃))をステンレス製の型枠に装着した。ドデシル硫酸ナトリウム(SLS)(和光純薬工業(株)製)0.15重量%を含有する水溶液を前記多孔性ポリエーテルスルホン支持体上に塗布した後、型枠を傾けて余分な水溶液を除去して前記多孔性ポリエーテルスルホン支持体上に水被膜を形成した。次に、ビス((3−トリエトキシシリル)プロピル)アミン(BTESPA)(和光純薬工業(株)製)5重量%を含有するヘキサン溶液を前記水被膜上に塗布し、5分間静置した。その後、型枠を傾けて余分な溶液を除去し、ドライヤーで形成膜の表面を乾燥させ、さらに150℃の乾燥機中で10分間静置して、前記多孔性ポリエーテルスルホン支持体上に分離層を形成して複合半透膜を作製した。SEMで観察したところ、前記分離層の厚さは約100nmであった。前記分離層の表面をEDXで測定したところ、Siの存在が確認された。作製した複合半透膜を用いて前記RO試験を行った。結果を表1に示す。
多孔性ポリエーテルスルホン支持体(日東電工株式会社製、NTR7430、非対称膜、NaCl阻止率30%(評価条件:0.2%NaCl水溶液、操作圧力10kgf/cm2、pH6.5、25℃))をステンレス製の型枠に装着した。ドデシル硫酸ナトリウム(SLS)(和光純薬工業(株)製)0.03重量%を含有する水溶液を前記多孔性ポリエーテルスルホン支持体上に塗布した後、型枠を傾けて余分な水溶液を除去して前記多孔性ポリエーテルスルホン支持体上に水被膜を形成した。次に、ビス((3−トリエトキシシリル)プロピル)アミン(BTESPA)(和光純薬工業(株)製)2.5重量%を含有するヘキサン溶液を前記水被膜上に塗布し、5分間静置した。その後、型枠を傾けて余分な溶液を除去し、ドライヤーで形成膜の表面を乾燥させ、さらに150℃の乾燥機中で10分間静置して、前記多孔性ポリエーテルスルホン支持体上に分離層を形成して複合半透膜を作製した。SEMで観察したところ、前記分離層の厚さは約100nmであった。前記分離層の表面をEDXで測定したところ、Siの存在が確認された。作製した複合半透膜を用いて前記RO試験を行った。結果を表1に示す。
ビス(トリエトキシシリル)エタン(BTESE)を含有するエタノール溶液に60当量の水を加え、室温で2時間撹拌して、ビス(トリエトキシシリル)エタン5重量%を含有するゾルを調製した。DLSで前記ゾルの粒子径が2〜3nmであることを確認した。その後、ビス(トリエトキシシリル)エタンの濃度が1重量%になるようにエタノールで前記ゾルを希釈し、密閉して4℃の冷蔵庫に保管した。その後、前記ゾルを多孔性ポリエーテルスルホン支持体(日東電工株式会社製、NTR7430、非対称膜、NaCl阻止率30%(評価条件:0.2%NaCl水溶液、操作圧力10kgf/cm2、pH6.5、25℃))上にコートし、窒素気流下で150℃で10分間加熱して、前記多孔性ポリエーテルスルホン支持体上に分離層を形成して複合半透膜を作製した。SEMで観察したところ、前記分離層の厚さは約470nmであった(図3参照)。前記分離層の表面をEDXで測定したところ、Siの存在が確認された。作製した複合半透膜を用いて前記RO試験を行った。結果を表1に示す。
多孔性ポリエーテルスルホン支持体(日東電工株式会社製、NTR7430、非対称膜、NaCl阻止率30%(評価条件:0.2%NaCl水溶液、操作圧力10kgf/cm2、pH6.5、25℃))をステンレス製の型枠に装着した。ドデシル硫酸ナトリウム(SLS)(和光純薬工業(株)製)0.03重量%を含有する水溶液を前記多孔性ポリエーテルスルホン支持体上に塗布した後、型枠を傾けて余分な水溶液を除去して前記多孔性ポリエーテルスルホン支持体上に水被膜を形成した。次に、ビス((3−トリメトキシシリル)プロピル)アミン(和光純薬工業(株)製)5重量%を含有するヘキサン溶液を前記水被膜上に塗布し、5分間静置した。その後、型枠を傾けて余分な溶液を除去し、ドライヤーで形成膜の表面を乾燥させ、さらに150℃の乾燥機中で10分間静置して、前記多孔性ポリエーテルスルホン支持体上に分離層を形成して複合半透膜を作製した。SEMで観察したところ、前記分離層の厚さは120nm以下であった。前記分離層の表面をEDXで測定したところ、Siの存在が確認された。作製した複合半透膜を用いて前記RO試験を行った。結果を表4に示す。
多孔性ポリエーテルスルホン支持体(日東電工株式会社製、NTR7430、非対称膜、NaCl阻止率30%(評価条件:0.2%NaCl水溶液、操作圧力10kgf/cm2、pH6.5、25℃))をステンレス製の型枠に装着した。ドデシル硫酸ナトリウム(SLS)(和光純薬工業(株)製)0.03重量%を含有する水溶液を前記多孔性ポリエーテルスルホン支持体上に塗布した後、型枠を傾けて余分な水溶液を除去して前記多孔性ポリエーテルスルホン支持体上に水被膜を形成した。次に、ビス((3−トリエトキシシリル)プロピル)アミン(和光純薬工業(株)製)と1,2−ビス(トリエトキシシリル)エテン(Gelest社製)のモル比1:1の混合物5重量%を含有するヘキサン溶液を前記水被膜上に塗布し、5分間静置した。その後、型枠を傾けて余分な溶液を除去し、ドライヤーで形成膜の表面を乾燥させ、さらに150℃の乾燥機中で10分間静置して、前記多孔性ポリエーテルスルホン支持体上に分離層を形成して複合半透膜を作製した。SEMで観察したところ、前記分離層の厚さは100nm以下であった。前記分離層の表面をEDXで測定したところ、Siの存在が確認された。作製した複合半透膜を用いて前記RO試験を行った。結果を表4に示す。
多孔性ポリエーテルスルホン支持体(日東電工株式会社製、NTR7430、非対称膜、NaCl阻止率30%(評価条件:0.2%NaCl水溶液、操作圧力10kgf/cm2、pH6.5、25℃))をステンレス製の型枠に装着した。ドデシル硫酸ナトリウム(SLS)(和光純薬工業(株)製)0.03重量%を含有する水溶液を前記多孔性ポリエーテルスルホン支持体上に塗布した後、型枠を傾けて余分な水溶液を除去して前記多孔性ポリエーテルスルホン支持体上に水被膜を形成した。次に、文献に従って合成した1,4−ビス((トリエトキシシリル)メチル)−1,2,3−トリアゾール(K. Yamamoto, M. Kanezashi, T. Tsuru, J. Ohshita, Polymer Journal, 2017, 49, 401-406)と1,2−ビス(トリエトキシシリル)エタン(和光純薬工業(株)製)のモル比1:10の混合物5重量%を含有するヘキサン溶液を前記水被膜上に塗布し、5分間静置した。その後、型枠を傾けて余分な溶液を除去し、ドライヤーで形成膜の表面を乾燥させ、さらに150℃の乾燥機中で10分間静置して、前記多孔性ポリエーテルスルホン支持体上に分離層を形成して複合半透膜を作製した。SEMで観察したところ、前記分離層の厚さは100nm以下であった。前記分離層の表面をEDXで測定したところ、Siの存在が確認された。作製した複合半透膜を用いて前記RO試験を行った。結果を表4に示す。
多孔性ポリエーテルスルホン支持体(日東電工株式会社製、NTR7430、非対称膜、NaCl阻止率30%(評価条件:0.2%NaCl水溶液、操作圧力10kgf/cm2、pH6.5、25℃))をステンレス製の型枠に装着した。ドデシル硫酸ナトリウム(SLS)(和光純薬工業(株)製)0.03重量%を含有する水溶液を前記多孔性ポリエーテルスルホン支持体上に塗布した後、型枠を傾けて余分な水溶液を除去して前記多孔性ポリエーテルスルホン支持体上に水被膜を形成した。次に、文献に従って合成した1,4−ビス((トリエトキシシリル)メチル)−1,2,3−トリアゾール(K. Yamamoto, M. Kanezashi, T. Tsuru, J. Ohshita, Polymer Journal, 2017, 49, 401-406)と1,2−ビス(トリエトキシシリル)エタン(和光純薬工業(株)製)のモル比1:5の混合物5重量%を含有するヘキサン溶液を前記水被膜上に塗布し、5分間静置した。その後、型枠を傾けて余分な溶液を除去し、ドライヤーで形成膜の表面を乾燥させ、さらに150℃の乾燥機中で10分間静置して、前記多孔性ポリエーテルスルホン支持体上に分離層を形成して複合半透膜を作製した。SEMで観察したところ、前記分離層の厚さは100nm以下であった。前記分離層の表面をEDXで測定したところ、Siの存在が確認された。作製した複合半透膜を用いて前記RO試験を行った。結果を表4に示す。
多孔性ポリエーテルスルホン支持体(日東電工株式会社製、NTR7430、非対称膜、NaCl阻止率30%(評価条件:0.2%NaCl水溶液、操作圧力10kgf/cm2、pH6.5、25℃))をステンレス製の型枠に装着した。ドデシル硫酸ナトリウム(SLS)(和光純薬工業(株)製)0.03重量%を含有する水溶液を前記多孔性ポリエーテルスルホン支持体上に塗布した後、型枠を傾けて余分な水溶液を除去して前記多孔性ポリエーテルスルホン支持体上に水被膜を形成した。次に、文献に従って合成した1,4−ビス((トリエトキシシリル)メチル)−1,2,3−トリアゾール(K. Yamamoto, M. Kanezashi, T. Tsuru, J. Ohshita, Polymer Journal, 2017, 49, 401-406)と1,2−ビス(トリエトキシシリル)エタン(和光純薬工業(株)製)のモル比1:3の混合物5重量%を含有するヘキサン溶液を前記水被膜上に塗布し、5分間静置した。その後、型枠を傾けて余分な溶液を除去し、ドライヤーで形成膜の表面を乾燥させ、さらに150℃の乾燥機中で10分間静置して、前記多孔性ポリエーテルスルホン支持体上に分離層を形成して複合半透膜を作製した。SEMで観察したところ、前記分離層の厚さは100nm以下であった。前記分離層の表面をEDXで測定したところ、Siの存在が確認された。作製した複合半透膜を用いて前記RO試験を行った。結果を表4に示す。
多孔性ポリエーテルスルホン支持体(日東電工株式会社製、NTR7430、非対称膜、NaCl阻止率30%(評価条件:0.2%NaCl水溶液、操作圧力10kgf/cm2、pH6.5、25℃))をステンレス製の型枠に装着した。ドデシル硫酸ナトリウム(SLS)(和光純薬工業(株)製)0.03重量%を含有する水溶液を前記多孔性ポリエーテルスルホン支持体上に塗布した後、型枠を傾けて余分な水溶液を除去して前記多孔性ポリエーテルスルホン支持体上に水被膜を形成した。次に、文献に従って合成した1,4−ビス((トリエトキシシリル)メチル)−1,2,3−トリアゾール(K. Yamamoto, M. Kanezashi, T. Tsuru, J. Ohshita, Polymer Journal, 2017, 49, 401-406)と1,2−ビス(トリエトキシシリル)エテン(Gelest社製)のモル比1:5の混合物5重量%を含有するヘキサン溶液を前記水被膜上に塗布し、5分間静置した。その後、型枠を傾けて余分な溶液を除去し、ドライヤーで形成膜の表面を乾燥させ、さらに150℃の乾燥機中で10分間静置して、前記多孔性ポリエーテルスルホン支持体上に分離層を形成して複合半透膜を作製した。SEMで観察したところ、前記分離層の厚さは100nm以下であった。前記分離層の表面をEDXで測定したところ、Siの存在が確認された。作製した複合半透膜を用いて前記RO試験を行った。結果を表4に示す。
多孔性ポリエーテルスルホン支持体(日東電工株式会社製、NTR7430、非対称膜、NaCl阻止率30%(評価条件:0.2%NaCl水溶液、操作圧力10kgf/cm2、pH6.5、25℃))をステンレス製の型枠に装着した。ドデシル硫酸ナトリウム(SLS)(和光純薬工業(株)製)0.03重量%を含有する水溶液を前記多孔性ポリエーテルスルホン支持体上に塗布した後、型枠を傾けて余分な水溶液を除去して前記多孔性ポリエーテルスルホン支持体上に水被膜を形成した。次に、文献に従って合成した1,4−ビス((トリエトキシシリル)メチル)−1,2,3−トリアゾール(K. Yamamoto, M. Kanezashi, T. Tsuru, J. Ohshita, Polymer Journal, 2017, 49, 401-406)とトリエトキシビニルシラン(和光純薬工業(株)製)のモル比1:3の混合物5重量%を含有するヘキサン溶液を前記水被膜上に塗布し、5分間静置した。その後、型枠を傾けて余分な溶液を除去し、ドライヤーで形成膜の表面を乾燥させ、さらに150℃の乾燥機中で10分間静置して、前記多孔性ポリエーテルスルホン支持体上に分離層を形成して複合半透膜を作製した。SEMで観察したところ、前記分離層の厚さは100nm以下であった。前記分離層の表面をEDXで測定したところ、Siの存在が確認された。作製した複合半透膜を用いて前記RO試験を行った。結果を表4に示す。
多孔性ポリエーテルスルホン支持体(日東電工株式会社製、NTR7430、非対称膜、NaCl阻止率30%(評価条件:0.2%NaCl水溶液、操作圧力10kgf/cm2、pH6.5、25℃))をステンレス製の型枠に装着した。ドデシル硫酸ナトリウム(SLS)(和光純薬工業(株)製)0.03重量%を含有する水溶液を前記多孔性ポリエーテルスルホン支持体上に塗布した後、型枠を傾けて余分な水溶液を除去して前記多孔性ポリエーテルスルホン支持体上に水被膜を形成した。次に、文献に従って合成した4,6−ビス(3−(トリエトキシシリル)プロポキシ)ピリミジン(L. Yu, M. Kanezashi, H. Nagasawa, J. Ohshita, A. Naka, T. Tsuru, Industrial & Engineering Chemistry Research, 2017, 56, 1316-1326)とトリエトキシビニルシラン(和光純薬工業(株)製)のモル比1:1の混合物5重量%を含有するヘキサン溶液を前記水被膜上に塗布し、5分間静置した。その後、型枠を傾けて余分な溶液を除去し、ドライヤーで形成膜の表面を乾燥させ、さらに150℃の乾燥機中で10分間静置して、前記多孔性ポリエーテルスルホン支持体上に分離層を形成して複合半透膜を作製した。SEMで観察したところ、前記分離層の厚さは100nm以下であった。前記分離層の表面をEDXで測定したところ、Siの存在が確認された。作製した複合半透膜を用いて前記RO試験を行った。結果を表4に示す。
2:多孔性ポリスルホン支持体
3:ポリエーテルスルホン層(NF膜)
Claims (7)
- 加水分解性基及び水酸基から選択される少なくとも1種の反応性官能基を3つ以上有する有機ケイ素化合物を含む有機溶液と、水又は水溶液とを多孔性支持体上で接触させて前記有機ケイ素化合物を界面重縮合させることにより、シロキサン結合を有する架橋縮合体を含む分離層を多孔性支持体の表面に形成する工程を含む複合半透膜の製造方法。
- 前記加水分解性基は、ハロゲン、アルコキシ基、アルケニルオキシ基、アシルオキシ基、アリールオキシ基、ケトオキシム基、アミノヒドロキシ基、アミノ基、アルキルアミノ基、シアノ基、及びイソシアネート基である請求項1に記載の複合半透膜の製造方法。
- 前記有機ケイ素化合物は、下記一般式(1)で表される化合物を含む請求項1又は2に記載の複合半透膜の製造方法。
- 前記水溶液は、界面活性剤を含む請求項1〜3のいずれかに記載の複合半透膜の製造方法。
- 多孔性支持体の表面に分離層を有する複合半透膜であって、
前記分離層は、シロキサン結合及び−Si−R7−NR8−R9−Si−結合(R7及びR9はそれぞれ独立して炭素数1〜12の飽和炭化水素基、又は炭素数2〜12の不飽和炭化水素基であり、R8は水素、炭素数1〜12のアルキル基、又は炭素数2〜12のアルケニル基である)を有する架橋縮合体を含むことを特徴とする複合半透膜。 - 多孔性支持体の表面に分離層を有する複合半透膜であって、
前記分離層は、シロキサン結合及び−Si−Y−Si−結合(Yは複素環を有する官能基である)を有する架橋縮合体を含むことを特徴とする複合半透膜。 - 前記分離層の厚みは、400nm以下である請求項5又は6に記載の複合半透膜。
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