JP2023016561A - 原料液濃縮システムおよび濃縮装置 - Google Patents

Abstract

【課題】膜蒸留用膜のウェッティングを抑制し、常温においても工業的に実現可能な処理速度を持つ、医薬および化学品製造プロセスにおける原料液の濃縮システムを提供すること。【解決手段】溶媒および溶質を含有する原料液と、冷却水とを、膜蒸留用膜を介して接触させ、前記原料液中の前記溶媒を、蒸気の状態で前記膜蒸留用膜を通過させ、前記冷却水側に移動させる膜蒸留法を用いる、原料液濃縮システムにおいて、前記膜蒸留用膜として、表面の水接触角が９０°以上であり、平均孔径が０．０２μｍ以上０．５μｍ以下の範囲であり、かつ、空隙率が６０％以上９０％以下である多孔質膜を用いる、医薬製造プロセス用の原料液濃縮システム。【選択図】図２

Description

本発明は、原料液濃縮システムおよび濃縮装置に関する。詳しくは、膜蒸留法により有機溶媒および溶質を含む原料水溶液から溶媒の一部を分離して原料液を濃縮することにより、原料液中の成分の変質、減少等を抑え、効率よく原料液を濃縮することが可能な、原料液濃縮システムおよび濃縮装置に関する。

濃縮を必要とする原料液が、溶媒として水および有機溶媒の双方を含む場合は、医薬品製造や化学品製造プロセスなど、工業上、数多く存在する。
特に、ペプチド、タンパク質等の、アミノ酸配列を有する物質は、診断・検査薬、医薬品として広く利用されている。これらは非常に高価であるため、製造工程において、変性をさせず、収率高く回収することが重要である。
近年、有機溶媒を含む溶液から非加熱で溶質を回収する方法として、ＯＳＮ（ＯｒｇａｎｉｃＳｏｌｖｅｎｔ Ｎａｎｏｆｉｌｔｒａｉｏｎ）法が研究されている。ＯＳＮ法は、成分を篩分けにより分離する技術であり、相変化を伴わない分離方法であるため、エネルギー負荷を下げることが可能である。また、膜を使用する方法は、蒸留法などに比べてスケールアップしやすいという利点がある（非特許文献１） 。

これらとは別の原料液の濃縮方法として、液体の持つ蒸気圧差を利用して原料液中の溶媒を分離する膜蒸留（ＭＤ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ）法が知られている。膜蒸留法の１つの方法として、原料液と、当該原料液よりも温度の低い冷却水とを膜を介して接触させ、原料液から冷却水へ原料液中の有効物質を含まない蒸気が移動することにより、原料液が濃縮されるＤＣＭＤ法（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｏｎｔａｃｔ ＭＤ）がよく知られている（例えば、特許文献１）。

国際公開第２０１６／００６６７０号

Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ２０１１、３８１、２１－３３ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ １９９９、１６３、３３３－３４８

しかし、非特許文献１に記載のＯＳＮ法では、分子サイズの小さな有価物は膜を透過してしまうため、ロスなく回収することが難しい。また、原料液の加圧を要するため、原料液に含まれる溶質の膜表面への固着が起こり、回収率が低下する課題があった。

一方、特許文献１の膜蒸留法によると、膜蒸留用膜がウェッティングされると、原料液が冷却水側に流入するため、濃縮を行うことができなくなっていた。また、非特許文献２によると、膜蒸留用膜としては、孔径の小さい多孔質膜が選ばれているため、蒸気の透過量が小さいことが課題であった。さらに、蒸気の透過量を上げるには、原料液の温度を高くすることが必要となる。この場合、原料液は、一般的には６０℃以上に加熱されることが多く、酵素、ペプチド等の熱による変性が懸念される溶質を含む原料液の濃縮には、膜蒸留法を適用した報告例は少ない。
本発明は、膜蒸留法の課題である、膜蒸留用膜のウェッティングを抑制し、常温においても工業的に実現可能な処理速度を持つ、医薬および化学品製造プロセスにおける原料液の濃縮システムおよび濃縮装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するべくなされたものである。
すなわち、本発明者らは、原料液を膜蒸留法で濃縮する際、膜蒸留用膜として、蒸気透過性が高く、かつ疎水性が高い多孔質膜を用いることにより、膜蒸留用膜の原料液によるウェッティングが抑制され、常温においても効率よく蒸気を取り出すことができ、その結果、原料液中の有効成分の変性を防ぎつつ、効率のよい濃縮を行えることを見出し、本発明をなすに至った。
すなわち、本発明は以下のとおりである。

《態様１》溶媒および溶質を含有する原料液と、冷却水とを、膜蒸留用膜を介して接触させ、前記原料液中の前記溶媒を、蒸気の状態で前記膜蒸留用膜を通過させ、前記冷却水側に移動させる膜蒸留法を用いる、原料液濃縮システムにおいて、
前記膜蒸留用膜として、表面の水接触角が９０°以上であり、平均孔径が０．０２μｍ以上０．５μｍ以下の範囲であり、かつ、空隙率が６０％以上９０％以下である多孔質膜を用い、
前記膜蒸留用膜は、少なくとも一部に疎水性ポリマーが付着している中空糸膜であり、
前記中空糸膜の内側の空隙率は外側の空隙率より大きい、
原料液濃縮システム。
《態様２》溶媒および溶質を含有する原料液と、冷却水とを、膜蒸留用膜を介して接触させ、前記原料液中の前記溶媒を、蒸気の状態で前記膜蒸留用膜を通過させ、前記冷却水側に移動させる膜蒸留法を用いる、原料液濃縮システムにおいて、
前記膜蒸留用膜として、表面の水接触角が９０°以上であり、平均孔径が０．０２μｍ以上０．５μｍ以下の範囲であり、かつ、空隙率が６０％以上９０％以下である多孔質膜を用い、
前記膜蒸留用膜は、少なくとも一部に疎水性ポリマーが付着している中空糸膜であり、
前記中空糸膜の前記中空糸膜の、濃度２０重量パーセントのエタノール水溶液に対する液体侵入圧が０．１ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下である、
原料液濃縮システム。
《態様３》溶媒および溶質を含有する原料液と、冷却水とを、膜蒸留用膜を介して接触させ、前記原料液中の前記溶媒を、蒸気の状態で前記膜蒸留用膜を通過させ、前記冷却水側に移動させる膜蒸留法を用いる、原料液濃縮システムにおいて、
前記膜蒸留用膜として、表面の水接触角が９０°以上であり、平均孔径が０．０２μｍ以上０．５μｍ以下の範囲であり、かつ、空隙率が６０％以上９０％以下である多孔質膜を用い、
前記膜蒸留用膜は、少なくとも一部に疎水性ポリマーが付着している中空糸膜であり、
前記疎水性ポリマーは、ポリマー濃度０．２～５．０質量％の溶液を前記中空糸膜表面に接触させた後に乾燥されることにより付着している、
原料液濃縮システム。
《態様４》前記疎水性ポリマーが、側鎖にフッ素原子含有基を持つポリマーであり、
前記フッ素原子含有基が、（パー）フルオロアルキル基、（パー）フルオロポリエーテル基、アルキルシリル基、フルオロシリル基から選ばれる少なくとも１つである、
態様１～３のいずれか一項に記載の原料液濃縮システム。
《態様５》前記膜蒸留用膜の材料が、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、ポリテトラフルオロエチレン、エチレン・四フッ化エチレン共重合体、およびポリクロロトリフルオロエチレンから成る群から選ばれる少なくとも１つの樹脂を含む、態様１～４のいずれか一項に記載の原料液濃縮システム。
《態様６》前記溶媒が、水、アセトニトリル、メタノール、エタノール、およびイソプロパノールから成る群から選ばれる少なくとも１種を含む、態様１～５のいずれか一項に記載の原料液濃縮システム。
《態様７》前記溶質の数平均分子量が１００～５０，０００であり、
前記溶質が界面活性効果を有する化合物である、
請求項１～６のいずれか一項に記載の原料液濃縮システム。
《態様８》前記原料液の温度が、５℃以上５０℃以下の範囲に調整されている、態様１～７のいずれか一項に記載の原料液濃縮システム。
《態様９》溶媒および溶質を含有する原料液と、冷却水とを、膜蒸留用膜を介して接触させ、前記原料液中の前記溶媒を、蒸気の状態で前記膜蒸留用膜を通過させ、前記冷却水側に移動させる膜蒸留法を用いる、原料液濃縮システムにおいて、
前記原料液に含まれるすべての溶媒の蒸気圧、および前記冷却水に含まれるすべての溶媒の蒸気圧を求め、
前記原料液中の各溶媒の蒸気圧から、前記冷却水中の当該溶媒の蒸気圧を引いた蒸気圧差から、前記当該溶媒が蒸気の状態で前記膜蒸留用膜を通過する速度を求めることを含み、
前記当該溶媒の蒸気圧が、前記当該溶媒のモル濃度および温度から求めた蒸気分圧に、前記当該溶媒のモル濃度および温度から求めた活量係数を掛けることによって求められる、
原料液濃縮システムの性能予測方法。
《態様１０》膜蒸留用膜を具備し、膜蒸留法によって原料液の濃縮を行うための濃縮装置であって、
前記膜蒸留用膜として、膜表面の水接触角が９０°以上であり、平均孔径が０．０２μｍ以上０．５μｍ以下の範囲であり、かつ、空隙率が６０％以上９０％以下である膜を用いる、
濃縮装置。

本発明の濃縮システムは、例えば、アミノ酸配列を有する溶質を含有する原料液を、常温付近の膜蒸留プロセスによって濃縮する際、ウェッティングを起こさず、かつ原料液の溶質組成を実質的に維持したまま、濃縮できる。
本発明の濃縮システムを、医薬品、化学品等の製造プロセスにおいて、有価物を含む原料液の濃縮に適用すれば、熱および圧力に弱い有価物を、変性することなく、かつ高回収率で濃縮することができる。

本発明の原料液濃縮システムに適用する膜モジュールの実施態様の一例を説明するための概念図である。 本発明の原料液濃縮システムの実施態様の一例を説明するための概念図である。 本発明の原料液濃縮システムに適用される膜に疎水性ポリマーを付着させる際の実施態様の一例を説明するための概念図である。 本発明の原料液濃縮システムに適用される液体侵入圧力の測定に関する実施態様の一例を説明するための概念図である。 実施例１で得られた原料液濃縮システムにおける中空糸膜の電子顕微鏡写真である。 実施例１～９の原料液の入り温度と、原料液のフラックス（全溶媒の合計フラックス）との関係を示すグラフである。 エタノール、アセトニトリル、および水の、各温度における蒸気圧（計算値）を表すグラフである。 実施例１～９の運転開始時における、原料液の入り温度と、エタノール、アセトニトリル、および水の蒸気圧差（計算値）との関係を表すグラフである。 実施例４、７、および１０～１３における運転開始時の、原料液中の有機溶媒濃度と、原料液のフラックス（全溶媒の合計フラックス）との関係を表すグラフである。 実施例４、７、および１０～１３における運転開始時の、原料液中の有機溶媒濃度と、各溶媒のフラックスとの関係を表すグラフである。 中空糸状膜蒸留用膜における疎水性ポリマーの分布の一例を示す概略断面図である。 図１１に示した分布で疎水性ポリマーが付着した中空糸状膜蒸留用膜をエタノールに浸漬させたときの、エタノールによる濡れの状態を示す、概略断面図である。 実施例４～１３おける運転開始時の、各溶媒の蒸気圧差とフラックスとの関係を表すグラフである。

以下、本発明の好ましい実施形態を、非限定的な例として具体的に説明する。
《原料液濃縮システム》
本発明の原料液濃縮システムは、溶媒および溶質を含有する原料液と、冷却水とを、膜蒸留用膜を介して接触させ、前記原料液中の前記溶媒を、蒸気の状態で前記膜蒸留用膜を通過させ、前記冷却水側に移動させる膜蒸留法を用いる、原料液濃縮システムである。
以下、本発明の原料液濃縮システムついて、図を参照にしつつ、説明する。

図１は、本発明の濃縮システムにおいて、原料液を膜蒸留によって濃縮するときに好ましく使用される、膜蒸留用膜モジュールの一例を示す。
図１の膜蒸留用膜モジュールは、ハウジング内に複数の中空糸状の膜蒸留用膜（Ｈｏｌｌｏｗ Ｆｉｂｅｒ Ｍｅｍｂｒａｎｅ）が収納され、これらの両端部は、接着樹脂（Ａｄｈｅｓｉｖｅ）によって接着固定されている。ここで、膜蒸留用膜の両端は、閉塞されずに開口している。
ハウジングの側面には、冷却水）を流入させるための第１のハウジング側管と、冷却水を排出させるための第２のハウジング側管とを有し、これらにより、膜蒸留用膜の外部空間に冷却水を流通させることができる。図１では、第１及び第２のハウジング側管は、「Ｃｏｏｌｉｎｇ Ｗａｔｅｒ ｉｎｌｅｔ／ｏｕｔｌｅｔ」として参照されている。
ハウジングの軸方向（図１の上下方向）の両端には、原料液を流入させるための下側開口部と、原料液を排出させるための上側開口部とを有し、これらにより、膜蒸留用膜の中空部に原料液を流通させることができる。図１では、下側開口部および上側開口部は「Ｆｅｅｄ ｉｎｌｅｔ／ｏｕｔｌｅｔ」として参照されている。
膜蒸留用膜モジュールの内部は、膜蒸留用膜によって、膜蒸留用膜の中空部側の空間と、膜蒸留用膜の外部空間側の空間とに分割されている。これら２つの空間は、所定の溶媒が膜蒸留用膜の外壁を通過して行き来することができる他は、流体的に遮断されている。

膜蒸留用膜は、例えば中空糸状であり、その外壁は、強い疎水性を有し、多孔質でありながら液体が内部に進入せず、かつ、外壁を気体のみが通過できる性状であることが必要である。また常温においても高い蒸気透過性が求められるため、高い空孔率と適切な平均孔径とを有する必要がある。
本発明では、膜蒸留用膜として、膜表面の水接触角が９０°以上であり、平均孔径が０．０２μｍ以上０．５μｍ以下の範囲であり、かつ、空隙率が６０％以上９０％以下の多孔質膜を用いる。

膜蒸留法にて原料液を濃縮するには、膜蒸留用膜の片側（図１では中空糸状の膜蒸留用膜の中空部側空間）に原料液を流し、一方、原料液よりも温度の低い冷却水をもう一方の側（図１では状の膜蒸留中空糸膜の外部空間側）に流す。すると、膜壁内部で両空間に連通する細孔は、膜壁を介して原料液および冷却水に接する。その結果、蒸気圧の高い原料液ら発生した蒸気が、膜壁を通過して蒸気圧の低い冷却水に移動して、冷却されて液化することにより、原料液が濃縮される。

図２は、本発明の濃縮システムの一例を示す。
図２の濃縮システムでは、図１で示した膜蒸留用膜モジュール（ＭＤ Ｍｅｍｂｒａｎｅ）の軸方向両端に、原料液（Ｆｅｅｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）を循環させる手段（配管系統）が備えられている。原料液を循環させる配管系統には、原料液貯留タンク、原料液を循環するためのポンプ、原料液の温度を設定温度に保つ温調器が設置されている。本濃縮システムにおいては、必要に応じて、循環流量を示す流量計（図示せず）、循環流量を調整する流量調整装置（図示せず）、および膜蒸留用膜モジュールに原料液を供給するときの液圧を表示する圧力計を備えていてもよい。また、原料液貯留タンクに重量計、液面計等を備えることにより、液面、重量等の低下の程度により、膜性能および濃縮率を推定することができる。

一方、膜蒸留用膜モジュールのハウジング側管には、冷却水（Ｃｏｏｌｉｎｇ Ｗａｔｅｒ）を循環させる手段（配管系統）が備えられている。この配管系統には、冷却水貯留タンク、冷却水を循環するためのポンプ、循環流量を示す流量計、循環流量を調整する流量調整装置（図示せず）、および冷却水の温度を設定温度に保つ温調器が設置されている。膜蒸留によって原料液から冷却水に溶媒が移動して冷却水の容量は経時的に増加する。そのため、冷却水貯留タンク（３００）の貯留量は、膜蒸留の継続によって増加する。このとき、冷却水が廃棄可能である場合には、冷却水貯留タンクにオーバーフロー口を設置して、冷却水の貯留量を一定容積に維持することができる。

医薬品、化学品等の製造用の原料液濃縮システムにおいては、ペプチド、たんぱく質等の、加熱によって分解し得るものを含む原料液を取り扱うため、原料液を低温（例えば５０℃以下）に保つことが必要である。また、原料液の溶媒として、アセトニトリル、メタノール、エタノール、イソプロパノール等の表面張力の小さい液体が使用される。
これらのことから、膜蒸留用の膜には、低表面張力の液体にも濡れない強い疎水性、および、常温の原料液から溶媒の蒸気を効率的に取り出すために、蒸気通過性の高いことが求められる。
したがって、本発明で用いられる膜蒸留用膜は、強い疎水性であることが必要であり、水接触角が９０°以上であることが求められる。また、高い蒸気通過性を確保することが必要であり、平均孔径が０．０２μｍ以上０．５μｍ以下の範囲であり、かつ、空隙率が６０％以上９０％以下の多孔質膜であることが求められる。
これらの要件については後述する。

《原料液濃縮システムの各要素》
以上、本発明の原料液濃縮システムよる原料液の濃縮の概要を説明した。引き続き、本発明の原料液濃縮システムを構成する各要素について、以下に詳説する。
〈原料液〉
原料液とは、溶質および溶媒を含有する流体であり、本発明のシステムによって濃縮されることが予定されている。この原料液は、流体である限りにおいて、乳化物であってもよい。
本発明に適用される原料液としては、例えば、医薬品、医薬品原料、医薬品原体、医薬品中間体等（以下、これらを総称して「医薬品原体等」という。）、化学品を含む溶液または分散液；食品；海水；ガス田・油田等から排出される随伴水等を挙げることができる。
本発明の原料液濃縮システムでは、原料液ａの組成がほぼそのまま維持されつつ、溶媒が除去された濃縮液が得られる。そのため、本発明の原料液濃縮システムを、溶質として医薬品原体や化学品等を含む溶液または分散液の濃縮に適用すると、溶質の性質を維持した状態で濃縮することが可能となる。

［原料液の溶質］
医薬品原体や化学品等としては、例えば、アミノ酸、ペプチド、タンパク質、糖、ワクチン、核酸、抗生物質、抗体薬物複合体（ＡＤＣ）、界面活性効果を有する化合物、およびビタミン類から成る群から選ばれる有用物質を溶質とし、この溶質が適当な溶媒中に溶解または分散されたものであることが好ましい。

アミノ酸は、カルボキシル基およびアミノ基、ならびにこれらを連結している部分から成るアミノ酸骨格を１個有する化合物である。本明細書におけるアミノ酸は、必須アミノ酸、非必須アミノ酸、および非天然アミノ酸を包含する概念である。
必須アミノ酸としては、例えば、トリプトファン、リジン、メチオニン、フェニルアラニン、トレオニン、バリン、ロイシン、イソロイシン等が挙げられる。非必須アミノ酸としては、例えば、アルギニン、グリシン、アラニン、セリン、チロシン、システイン、アスパラギン、グルタミン、プロリン、アスパラギン酸、グルタミン酸等が挙げられる。

非天然アミノ酸とは、分子内にアミノ酸骨格を有する、天然に存在しない人工のあらゆる化合物を指す。しかしながら、医薬品原体等としての非天然アミノ酸としては、アミノ酸骨格に所望の標識化合物を結合させて得られるものが挙げられ。標識化合物としては、例えば、色素、蛍光物質、発光物質、酵素基質、補酵素、抗原性物質、タンパク質結合性物質等が挙げられる。
医薬品原体等として好ましい非天然アミノ酸の例として、例えば、標識アミノ酸、機能化アミノ酸等が挙げられる。
標識アミノ酸は、アミノ酸骨格と標識化合物とが結合した非天然アミノ酸であい、その具体例としては、例えば、側鎖に芳香環を含むアミノ酸骨格に、標識化合物が結合したアミノ酸等が挙げられる。
機能化アミノ酸の例としては、例えば、光応答性アミノ酸、光スイッチアミノ酸、蛍光プローブアミノ酸、蛍光標識アミノ酸等が挙げられる。

ペプチドは、２残基以上７０残基未満のアミノ酸残基が結合した化合物を指し、鎖状であっても、環状であってもよい。ペプチドとしては、例えば、Ｌ－アラニル－Ｌ－グルタミン、β－アラニル－Ｌ－ヒスチジンシクロスポリン、グルタチオン等が挙げられる。
タンパク質は、一般的には、アミノ酸残基が結合した化合物のうちのペプチドよりも長鎖のものを指す。本明細書におけるタンパク質としては、例えば、タンパク製剤として適用されるものが好ましい。
タンパク製剤としては、例えば、インターフェロンα、インターフェロンβ、インターロイキン１～１２、成長ホルモン、エリスロポエチン、インスリン、顆粒状コロニー刺激因子（Ｇ－ＣＳＦ）、組織プラスミノーゲン活性化因子（ＴＰＡ）、ナトリウム利尿ペプチド、血液凝固第ＶＩＩＩ因子、ソマトメジン、グルカゴン、成長ホルモン放出因子、血清アルブミン、カルシトニン等が挙げられる。

糖としては、例えば、単糖類、二糖類、糖鎖（二糖類を除く）、糖鎖誘導体等が挙げられる。
単糖類としては、例えば、グルコース、フルクトース、ガラクトース、マンノース、リボース、デオキシリボース等が挙げられる。二糖類としては、例えば、マルトース、スクロース、ラクトース等が挙げられる。
本明細書における糖鎖とは、二糖類を除く概念であり、例えば、グルコース、ガラクトース、マンノース、フコース、キシロース、グルクロン酸、イズロン酸等が挙げられる。糖鎖誘導体としては、例えば、Ｎ－アセチルグルコサミン、Ｎ－アセチルガラクトサミン、Ｎ－アセチルノイラミン酸等の、糖類誘導体等が挙げられる。

ワクチンとしては、例えば、Ａ型肝炎ワクチン、Ｂ型肝炎ワクチン、Ｃ型肝炎ワクチン等が；
核酸としては、例えば、オリゴヌクレオチド、ＲＮＡ、アプタマー、デコイ等が；
抗生物質としては、例えば、ストレプトマイシン、バンコマイシン等が；
それぞれ挙げられる。

ビタミン類としては、例えば、ビタミンＡ類、ビタミンＢ類、ビタミンＣ類等が挙げられ、これらの誘導体、塩等も含む概念である。ビタミンＢ類には、例えば、ビタミンＢ６、ビタミンＢ１２等が包含される。

界面活性効果を有する化合物としては、例えば、多糖類、リン脂質、ペプチド、ラウリル硫酸ナトリウムのような陰イオン性界面活性剤、塩化ベンザルコニウムのような陽イオン界面活性剤、または両性界面活性剤、ポリエチレングリコールのような非イオン界面活性剤が挙げられる。

原料液に含まれる溶質の数平均分子量は、１００～７５，０００程度であってよく、好ましくは１００～５０，０００程度、より好ましくは１００～１０，０００程度であり、１００～６，０００の低分子化合物であることが特に好ましい。
溶質の分子量が過度に小さいと、膜蒸留用膜を透過する場合があり、分子量が過度に大きいと、膜表面への溶質の付着が起こる場合があり、好ましくない。

［原料液における溶媒］
原料液における溶媒は、液体であり、原料液中の溶質を溶解または分散できるものである限り、あらゆる無機溶媒または有機溶媒であることができる。
溶媒として、好ましくは、水、または、アセトニトリル、メタノール、エタノール、もしくはイソプロパノールであり、これらのうちから選択される１種以上を適宜選択して使用してよい。溶媒は、例えば、水、アセトニトリル、メタノール、エタノール、およびイソプロパノールから選択される２種以上を含む混合物であってもよい。

〈濃縮液〉
原料液が濃縮されて得られる濃縮液は、原料液中の溶質をほぼそのまま維持し、かつ、溶媒が優先的に分離されることにより得られる。本発明の原料液濃縮システムでは、原料液から分離される溶媒の種類および量を任意に制御することができる。

〈膜蒸留用膜〉
本発明で用いられる膜蒸留用膜としては、多孔質膜を用いることが好ましい。
多孔質膜は、膜の一方の表面から他方の表面まで厚み方向に連通している細孔（連通孔）を有している。細孔は、膜材料（例えばポリマー）のネットワークの空隙であってよく、枝分かれしていても直通孔でもよい。細孔は、蒸気を通すが液体を通さないものであってよい。

本発明で用いられる膜蒸留用膜は、少なくとも片側表面の水接触角が、膜のウェッティングを回避する観点から、９０°以上であり、好ましくは９０°よりも大きく、より好ましくは１１０°以上であり、さらに好ましくは１２０°以上である。膜の水接触角には、本発明の奏する効果との関係では上限はないが、現実的には１５０°以下であってよい。
本明細書における水接触角は、ＪＩＳ Ｒ ３２５７準拠の液滴法により測定される値である。具体的には、２μＬの純水を測定対象物表面に滴下し、測定対象物と液滴とが形成する角度を、投影画像から解析することで数値化する。
本発明で用いられる膜蒸留用膜では、片側表面のうちの実質的にすべての領域面で、上記範囲の水接触角を示すことが好ましい。
なお、本発明で用いられる膜蒸留用膜の形状については後述するが、中空糸状である場合、当該中空糸の外側表面が、上記範囲の水接触角を示すことが好ましい。

膜蒸留用膜の平均孔径は、０．０２μｍ以上０．５μｍ以下の範囲内であり、好ましくは０．０３μｍ以上０．３μｍ以下の範囲内である。平均孔径が０．０２μｍ以上である場合、蒸気の透過抵抗が大きくなり過ぎず、原料液の濃縮速度が速くなる。平均孔径が０．５μｍ以下である場合、膜のウェッティングの抑制効果が良好である。平均孔径は、ＡＳＴＭ：Ｆ３１６－８６に準拠して、ハーフドライ法で測定される値である。
蒸気透過性とウェッティング抑制との両立の観点から、膜の孔径分布は狭い方が好ましい。具体的には、平均孔径に対する最大孔径の比である孔径分布が、好ましくは１．２～２．５の範囲内、より好ましくは１．２～２．０の範囲内である。上記最大孔径は、バブルポイント法を用いて測定される値である。

膜蒸留用膜の空隙率は、高い蒸気透過性と、長期耐久性とを両立させる観点から、６０％以上９０％以下の範囲である。高い蒸気透過性を得るために、膜蒸留用膜の空隙率は、６０％以上であり、好ましくは７０％以上である。膜自体の強度が良好に維持され、長期使用の際に破断等の問題を発生させにくくする観点から、膜蒸留用膜の空隙率は、９０％以下であり、好ましくは８５％以下である。
膜蒸留用膜の表面開口率は、効率的な濃縮速度を得る観点から、各表面について、好ましくは１５％以上、より好ましくは１８％以上、さらに好ましくは２０％以上であり、膜自体の強度が良好に維持され、長期使用の際に破断等の問題を発生させにくくする観点から、好ましくは６０％以下、より好ましくは５５％以下、さらに好ましくは５０％以下である。上記表面開口率は、膜表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による観察画像において、画像解析ソフトで孔部を検出することにより求められる値である。

膜蒸留用膜の空隙率は、膜厚方向に分布があってよい。原料液に接する側の空隙率を高くし、冷却水に接する側の空隙率を低くすることにより、蒸気の透過性を維持しながら長期耐久性を高めることが可能になる。
前記膜が中空糸状の場合、原料液を中空糸内側に通液することが多いことから、中空糸膜の外側よりも内側の空隙率が高いことが好ましい。具体的には、中空糸の膜断面方向における内側５％の空隙率が、外側５％の空隙率の１．０倍超３．０倍以下であることが好ましく、より好ましくは１．１倍以上２．０倍以下である。

膜蒸留用膜を構成する材料としては、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、エチレン・四フッ化エチレン共重合体、およびポリクロロトリフルオロエチレンから成る群から選ばれる少なくとも１種の樹脂を含む材料が挙げられる。疎水性、機械的耐久性、および熱的耐久性に優れる膜を、高い成膜性で製造できるとの観点からは、ポリフッ化ビニリデン、エチレン・四フッ化エチレン共重合体、またはポリクロロトリフルオロエチレンが好ましい。

本発明の一様態として、疎水性向上のために、膜蒸留用膜の少なくとも一部に、疎水性ポリマーが付着していてよい。疎水性ポリマーは、膜蒸留用膜の少なくとも片側の表面または膜内部に疎水性の被膜を形成して、膜に撥水性を付与し、または膜の撥水性を向上させることができる。
疎水性ポリマーは、例えば、水、フッ素系溶媒等の適当な溶媒中に溶解した溶液状態で、膜蒸留用膜に塗布した後、溶媒を蒸発させることにより、膜の表面もしくは内部、又はこれらの双方に、付着させることができる。疎水性ポリマー溶液の塗布は、例えば、スプレー等の噴霧、浸漬等の適宜の方法によって、行われてよい。
本明細書において、「疎水性ポリマー」とは、水との親和性が低いポリマーを意味し、例えば、疎水性構造を有するポリマーであってよい。疎水性構造としては、非極性基または低極性基、非極性骨格または低極性骨格等が挙げられる。非極性基または低極性基としては、例えば、炭化水素基、含フッ素基等が挙げられ、非極性骨格または低極性骨格としては、例えば、炭化水素主鎖、シロキサン主鎖等が挙げられる。

疎水性ポリマーとしては、例えば、シロキサン結合を有するポリマー、フッ素原子含有ポリマー等が挙げられ、より具体的には、例えば、以下のものが挙げられる：
（ア）シロキサン結合を有するポリマーとして、例えば、ジメチルシリコーンゲル、メチルフェニルシリコーンゲル、有機官能基（アミノ基、フルオロアルキル基等）を有する反応性変性シリコーンゲル、シランカップリング剤と反応して架橋構造を形成するシリコーン系ポリマー等、およびこれらの架橋体であるポリマーゲル
（イ）フッ素原子含有ポリマーとして、側鎖にフッ素原子含有基を持つポリマー、ここで、フッ素原子含有基は、（パー）フルオロアルキル基、（パー）フルオロポリエーテル基、アルキルシリル基、フルオロシリル基等である。
特に、疎水性ポリマーが、炭素数１～１２の（パー）フルオロアルキル基および／または（パー）フルオロポリエーテル基を有する、（メタ）アクリレート系モノマーおよび／またはビニル系モノマーの重合体であることが好ましい。

疎水性ポリマーは、膜蒸留用膜の細孔内全体に付着していてもよいが、細孔内への液体の進入を防ぎ、蒸気の透過性を確保する観点から、疎水性ポリマーの付着量が膜蒸留用膜の厚さ方向に分布を有し、液体と接する膜の表層に多くのポリマーが付着し、膜の厚み方向の内部は付着量が少なく細孔構造が維持されていることが好ましい。
この観点から、疎水性ポリマーの付着量については、膜蒸留用膜の少なくとも片面の表層における付着量が、内部の付着量よりも多いことが好ましく、膜蒸留用膜の片面の表層から反対面の表層に向かって減少して行くことがより好ましい。
ここでいう「膜の表層」とは、液体と接する膜の部位、およびその近傍を意味する。定量的には、膜の最外層部分から、膜厚方向の内部に向かう１０μｍ程度の範囲をいう。一方、「膜の内部」とは、膜のうち、液体と接することがなく、蒸気のみが通過する部位を意味し、膜の表層以外の部位を指す。
本明細書において、ＴＯＦ－ＳＩＭＳ分析等において、疎水性ポリマーの量を表層（膜の内側、外側）と内部とを比較するときは、内部の測定データは膜厚部のちょうど中央部からおおむね±５％の位置における測定データを採用する 。

図１１に、膜蒸留用膜が中空糸状である場合の、疎水性ポリマーの分布の一例を示す。図１１（ａ）は、中空糸の長手方向に垂直な断面における疎水性ポリマーの分布を示し、図１１（ｂ）は、中空糸の長手方向の断面における疎水性ポリマーの分布を示す。図１１（ａ）および（ｂ）では、グレーが濃いほど、疎水性ポリ―が高濃度で存在していることを示している。
図１１（ａ）および（ｂ）を参照すると、この中空糸状の膜蒸留用膜の場合、中空糸膜の内側表面近傍に、疎水性ポリマーが多く付着しており、外側表面近傍の疎水性ポリマー量は少ない。この場合、疎水性ポリマーの付着量が多い内側面に接する中空部分に、原料液（ａ）を通すことが、膜のウェッティング防止の観点から好ましい。
疎水性ポリマーの分布は、中空糸の外側表面近傍で多く、内側表面近傍で少なくても構わない。この場合には、疎水性ポリマーの付着量が多い外側面に接する中空糸の外部空間に、原料液（ａ）を通すことが好ましい。

膜蒸留用膜への疎水性ポリマー付着量は、疎水性ポリマーが付着した膜蒸留用膜を、当該疎水性ポリマーの良溶媒で抽出して得られた抽出液から、溶媒を除去することにより、直接質量として、求めることができる。
また、適当な表面解析装置を用いて疎水性ポリマーが付着した膜蒸留用膜の分析を行い、膜蒸留用膜の構成材料と、疎水性ポリマーとのシグナル強度比から、付着量を求めることができる。表面解析装置によれば、膜蒸留用膜の任意の部分についての分析が可能であることから、膜の部分ごとのシグナル強度比を比較することによって、疎水性ポリマーの付着分布を知ることができる。この場合の表面解析機器としては、例えば、ＩＲ（赤外線スペクトル吸収）装置、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光）装置、ＴＯＦ－ＳＩＭＳ（飛行時間型二次イオン分析）装置等を例示できる。
本発明においては、疎水性ポリマーの付着に関し、内側の付着量と外側の付着量との比率が重要な意味をもつ。強度比が１．２倍以上あれば本発明の内側と外側の状態に差があると判断し、特に３．０倍以上の差がある場合に非常に大きな差があると判断する。

膜蒸留用膜に疎水性ポリマーを付着させるには、疎水性ポリマーを適当な溶媒に溶解した塗工液を膜に塗布し、乾燥する方法によることができる。所望の疎水性ポリマー分布を得るには、塗屋部位、塗工液の溶媒の揮発性（沸点）、塗工液中の疎水性ポリマーの濃度、および塗工後の乾燥条件を、適宜に調整する、等の方法によることができる。例えば、塗工を浸漬法によって行う場合には、塗工液中の溶媒の揮発性が低く（沸点が高く）、塗工後の乾燥条件が緩やかなほど、乾燥工程の間に疎水性ポリマーを含んだ塗工液が膜表面方向に移動することができ、したがって、膜の厚さ方向に分布を発生させることができる。

疎水性ポリマーが、膜蒸留用膜の片面の表層から、反対面の表層に向かって減少して行く分布で付着している場合には、疎水性ポリマーの付着量が少ない側の面が、親水化処理されていてもよい。
疎水性ポリマーの付着量が少ない側の面は、疎水性が低く、親水性の高い溶媒との親和性が高いのに対して、疎水性ポリマーが多く付着している側の面は、疎水性が高く、親水性の高い溶媒との親和性が低い。このことを利用して、疎水性ポリマーの付着量が少ない側の面のみを、親水性の高い溶媒で濡れた状態とし、親水化することができる。
例えば、疎水性ポリマーの付着量が、膜蒸留用膜の片面の表層から、反対面の表層に向かって減少して行く分布の膜を、例えば、エタノール等に浸漬させると、図１２に示したように、疎水性ポリマーの付着量が少ない部分のみ、エタノールに濡れた状態になる。この状態の膜蒸留用膜を用いて膜蒸留法による濃縮を行うと、蒸気が通過する膜の厚さ方向の距離が、実質的に短くなるため、時間当たりの蒸気通過量を増やすことができる。
このような親水化処理がされた膜蒸留用膜を使用する場合には、親水化処理された側の面を冷却水と接触させ、かつ、疎水性ポリマーの付着量が多い反対面の側を原料液に接触させることが好ましい。

疎水性ポリマーの付着工程に用いる疎水性ポリマー溶液中の疎水性ポリマー濃度は、ある一定の範囲内であることが好ましい。具体的には、ポリマー濃度が０．２～５．０質量％であることが好ましく、０．４～４．０質量％であることがより好ましく、０．６～３．０質量％であることがさらに好ましい。
ポリマー濃度が０．２質量％以上であると、ポリマーが膜内で分配された後でもポリマーが不足することがなく、ポリマーが付着していない部分が生じずに膜の疎水化を十分に行える。また、ポリマー濃度が５．０質量％以下であると、膜の空隙部分がポリマーで埋まることがなく、乾燥後の膜の空隙率を維持して、蒸気透過速度の低下を回避することができる。

膜蒸留用膜の疎水性は、一般的に水の液体侵入圧を測定することにより、求めることが出来る。ただし、有機溶媒、界面活性剤等を含む原料液を扱う際、膜蒸留用膜には有機溶媒を含有する溶液に対する高い疎水性が求められる。具体的には、２０重量パーセント濃度のエタノール水溶液に対する液体侵入圧が、０．１ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下であることが好ましく、より好ましくは０．２ＭＰａ以上０．４ＭＰａ以下である。この液体侵入圧が高いと、有機溶媒を含む原料液を扱っても膜が濡れにくい。一方、高い液体侵入圧を実現するためには、膜の最大孔径を小さくする必要があるため、高すぎる液体侵入圧の実現には空隙率の低い膜を用いる必要がある。したがって、一定の蒸気透過性を保持するためには、液体侵入圧は高すぎない方が好ましい。

［膜蒸留用膜の形状およびサイズ］
膜蒸留用膜の形状は、例えば、平膜、中空糸膜、チューブ型等、いかなる形状の膜でも構わない。膜モジュールの形状は平膜を用いた場合、スパイラル型、プリーツ型、積層型等を選ぶことができる。膜蒸留用膜が平膜状である場合、原料液と冷却液とが混合されず、流路が確保されるよう、膜は袋状にシールされ、適宜スペーサー等を挿入する。
本発明の膜蒸留用膜の厚さは、蒸気透過性と膜の機械的強度との両立の観点から、１０μｍ以上１，０００μｍ以下であることが好ましく、２０μｍ以上５００μｍ以下であることがより好ましい。膜厚が１，０００μｍ以下であれば、高い蒸気透過性を得ることができ、他方、膜厚が１０μｍ以上であれば、膜が変形することなく使用することができる。
膜蒸留用膜が中空糸膜の場合、外径は、３００μｍ以上５，０００μｍ以下、好ましくは３５０μｍ以上４，０００μｍ以下であり、中空糸膜の内径は、例えば、２００μｍ以上４，０００μｍ以下、好ましくは２５０μｍ以上３，０００μｍ以下である。

〈膜蒸留モジュール〉
本発明では、膜蒸留用膜が中空糸状である場合には、中空糸状の膜蒸留用膜を複数束ねた膜束を、適当なモジュール内に充填した膜蒸留用膜モジュールの形態で使用してもよい。
モジュールの形状は、円筒型、多角柱型、その他の多面体型型等であってよく、形状の制限はない。
好ましくは、円筒型または多角柱型のハウジングに、中空糸の長手方向がハウジングの軸方向と一致するように、中空糸膜束を収納し、該中空糸束の両端が、適当な接着樹脂にてハウジング内に固定された構造であってよい。この場合、接着樹脂による中空糸束の固定を液密に行い、中空糸膜の内外の流路が混合されないようにすることが好ましい。

接着樹脂には、機械的強度が強く、かつ１００℃での耐熱性を有することが望まれる。接着樹脂としては、例えば、熱硬化性のエポキシ樹脂、熱硬化性のウレタン樹脂等が挙げられる。耐熱性の観点ではエポキシ樹脂が好ましい。ハンドリング性の観点ではウレタン樹脂が好ましい。
接着固定の方法は、膜蒸留用膜モジュール作製に関する公知の接着方法にしたがえばよい。
ハウジングの構成は、原料液および冷却水に含まれる溶質および溶媒により、諸性能が劣化しない耐薬品性を主として、耐圧性、耐熱性、耐衝撃性、耐候性等の観点から選定される。例えば、樹脂、金属等が使用できる。上記の観点からは、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフッ化ビニリデン、ＡＢＳ樹脂、繊維強化プラスチック、塩化ビニル樹脂等の合成樹脂、およびステンレス、真鍮、チタン等の金属から選択されることが好ましい。

〈原料液濃縮システムの性能予測〉
本発明の原料液濃縮システムでは、
原料液に含まれるすべての溶媒の蒸気圧、および冷却水に含まれるすべての溶媒の蒸気圧を求め、
原料液中の各溶媒の蒸気圧から、冷却水中の当該溶媒の蒸気圧を引いた蒸気圧差から、当該溶媒が蒸気の状態で膜蒸留用膜を通過する速度を求めることができる。
ここで、当該溶媒の蒸気圧は、当該溶媒のモル濃度および温度から求めた蒸気分圧に、当該溶媒のモル濃度および温度から求めた活量係数を掛けることによって求められる。

膜蒸留における、原料液から冷却水への蒸気透過速度（フラックス）は、下記数式（１）により求めることが出来る。

Ｊは膜蒸留用膜のフラックスであり、膜面積１ｍ^２、運転時間１ｈあたりの蒸気移動量（ｋｇ）を示している。α（ｋｇ／ｍ^２・ｈ）は膜蒸留用膜の蒸気透過係数（ｋｇ／ｍ^２・ｈ・ｋＰａ）であり、蒸気圧差１ｋＰａあたりのフラックスを示している。原料液と透過側の蒸気圧差（ｋＰａ）は、原料液の蒸気圧（Ｐ_ｆｅｅｄ：ｋＰａ）、透過側（冷却水）の蒸気圧（Ｐ_{ｐｅｒｍｅａｔｅ}：ｋＰａ）の差から求めることが出来る。
ラウールの法則およびドルトンの法則によると、理想状態の混合溶媒における各溶媒（成分ｉ）の蒸気分圧Ｐｉは、下記数式（２）および（３）で表すことが出来る。

Ｐ^０ _ｉは成分ｉのみの場合の蒸気圧（ｋＰａ）、χ_ｉは混合溶媒中の成分ｉのモル分率、Ｐ_{ｔｏｔａｌ}は混合溶媒の全圧（ｋＰａ）を示している。

ただし、多くの場合、混合溶媒中の成分は理想状態ではない。例えば、混合溶媒中に共沸する成分がある場合のＰｉは、下記数式（４）のように、活量係数γ_ｉを乗じた値となる。

したがって、各溶媒（成分ｉ）のフラックスＪ_ｉは、下記数式（５）で表すことが出来る。

α_ｉは成分ｉの蒸気透過係数、χ_{ｉｆｅｅｄ}およびχ_{ｉｐｅｒｍｅａｔｅ}はそれぞれ原料液及び冷却水中の成分ｉのモル分率、γ_{ｉｆｅｅｄ}およびγ_{ｉｐｅｒｍｅａｔｅ}はそれぞれ原料液および冷却水中の成分ｉの活量係数を示している。

前記混合溶媒が、共沸する２成分ｉとｊの混合溶媒である場合、それぞれの活量係数γ_ｉおよびγ_ｊは、例えばＷｉｌｓｏｎの法則を用いて下記数式（６）および（７）で求めることが出来る。

Λ_ｉｊおよびΛ_ｊｉは、それぞれ、Ｗｉｌｓｏｎパラメータと呼ばれ、下記数式（８）で求めることが出来る。

Tは絶対温度（K）、ａ_ｉｊおよびｂ_ｉｊは、それぞれ、係数を示している。ａ_ｉｊおよびｂ_ｉｊは、実験により求めることができ、Ａｓｐｅｎｐｌｕｓ（登録商標）によると、エタノール水溶液、およびアセトニトリル水溶液中における各成分の係数は、下記表１のとおりである。

前記Ｐ^０ _ｉは、下記数式（９）で示されるＡｎｔｏｎｅ式によって求めることが出来る。

Ａ_ｉ、Ｂ_ｉ、およびＣ_ｉは、それぞれ、成分ｉに固有の係数である。Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮＩＳＴ）によると、エタノール、アセトニトリル、および水の係数は下記表２のとおりである。

なお、表２に示した数字を用いる場合、上記数式（９）で得られるＰ_ｉの単位はｂａｒである。

上記のように、原料液及び冷却水の組成及び温度から、原料液中の各成分のフラックスを求めることが出来る。各成分のフラックスが分かれば、原料液濃縮における溶媒組成、濃縮速度等の、濃縮システムの性能を予測することが可能になる。
すなわち、原料液濃縮システムの構成及び膜蒸留の温度が決まれば、特定の溶媒について、原料液中の当該溶媒の蒸気圧から、冷却水中の当該溶媒の蒸気圧を引いた蒸気圧差から、当該溶媒が蒸気の状態で膜蒸留用膜を通過する速度が分かる。
この情報を用いて、例えば、濃縮後の溶媒組成を予測することができる。原料液に含まれる有価物にとって、濃縮後の溶媒組成が好ましくない場合（析出、変質等が予測される場合）には、例えば、冷却水組成の変更、膜蒸留温度の変更、濃縮物の溶媒組成を調節しながらの膜蒸留実施、等の措置により原料液中の有価物の損失を最小限にしながら、効率的な原料液濃縮が可能となる。
また、上記の情報から、所定の濃縮倍率に至るまでの時間を知ることができる。したがって、例えば、冷却水組成の変更、膜蒸留温度等を変更して、この時間を比較することにより、最短の時間で所定の倍率の濃縮液を得るための、原料液濃縮システムの最適化が可能になる。

〈本発明の原料液濃縮システムの成分維持性〉
上記のような本発明の原料液濃縮システムによると、原料液に含有される溶質の組成が実質的に維持された高濃度の濃縮物を効率的に得ることができる。
したがって、本発明の原料液濃縮システムは、例えば、医薬品、化学品等の製造プロセスにおいて使用するのに好適である。
得られた濃縮物中の溶質の分析は、原料液およびその濃縮物に含まれる成分の種類に応じて適宜に選択されてよい。例えば、ＩＣＰ－ＭＳ（誘導結合高周波プラズマ質量分析）、核磁気共鳴分光（ＮＭＲ）法、ガスクロマトグラフィー質量分析（ＧＣ／ＭＳ）法、比色法、蛍光法、高速液体クロマトグラフ（ＨＰＬＣ）等の各種の公知の分析方法によって分析することができる。

<本発明の濃縮装置>
本発明の濃縮装置は、上記のような本発明の膜蒸留用膜を含む。
したがって、本発明の濃縮装置は、
膜蒸留用膜を具備し、膜蒸留法によって原料液の濃縮を行うための濃縮装置であって、
膜蒸留用膜として、膜表面の水接触角が９０°以上であり、平均孔径が０．０２μｍ以上０．５μｍ以下の範囲であり、かつ、空隙率が６０％以上９０％以下である膜を用いる、
濃縮装置である。
上記の膜蒸留用膜の少なくとも一部に疎水性ポリマーを付着していてもよいし、疎水性ポリマーの付着量につき、膜蒸留用膜の厚さ方向に分布があり、膜蒸留用膜の少なくとも片面の表層における付着量が、内部の付着量よりも多くてもよい。
本発明の濃縮装置におけるその他の態様は、本発明の濃縮システムについての説明を参照してよい。

以下、本発明の構成と効果を具体的に示す実施例等についてさらに説明するが、本発明は以下の実施例により何ら限定されるものではない。

《中空糸状の膜蒸留用膜の諸物性》
本実施例では、以下に記載する各種の測定方法で、中空糸状膜蒸留用膜の諸物性を求めた。

［中空糸膜外側表面の水接触角］
中空糸状膜蒸留用膜の水接触角を、ＪＩＳ Ｒ ３２５７準拠の液滴法によって測定した。
２３℃の温度および５０％の相対湿度の条件下で、中空糸膜試料の外側表面に、２μＬの純水の液滴を滴下し、液滴と中空糸膜の外側表面とが形成する角度を画像解析により算出して接触角を求めた。測定は５回行い、数平均値を水接触角として採用した。

［中空糸膜の外径、内径、および膜厚］
中空糸状膜蒸留用膜の外径および内径は、顕微鏡観察により求めた。具体的には、中空糸膜を、長手方向に垂直な方向にカミソリ等で薄く切って、断面の顕微鏡像を得て、該断面の外径および内径をそれぞれ測定して求めた。中空糸膜の膜厚は、下記数式（１０）により算出した：

［中空糸膜の平均孔径］
中空糸状膜蒸留用膜の平均孔径は、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）により測定した。
約１０ｃｍ長の中空糸膜に対し、液体としてエタノールを用いて、２５℃、昇圧速度０．０１ａｔｍ／秒での標準測定条件で行った。
平均孔径は、下記数式（１１）により求めた：
平均孔径［μｍ］＝２，８６０×（ｓ［ｄｙｎｅ／ｃｍ］）／（ｐ［Ｐａ］） （１１）
｛上記数式中、ｓは使用液体の表面張力であり、ｐはハーフドライ空気圧力である。｝
ここで、使用液体エタノールの２５℃における表面張力ｓの値は２１．９７ｄｙｎｅ／ｃｍであるので、２，８６０×ｓ＝６２，８３４として数式（１１）を変形して下記数式（１２）とし、この数式（１２）に、ハーフドライ空気圧力ｐの値を代入して、中空糸膜の平均孔径を求めた。
平均孔径［μｍ］＝６２，８３４／（ｐ［Ｐａ］） ・・・（１２）

［中空糸膜の最大孔径］
中空糸状膜蒸留用膜の最大孔径は、浸漬液としてエタノールを用い、バブルポイント法を用いて測定した。
長さ８ｃｍの中空糸膜の一方の末端を閉塞し、他方の末端に圧力計を介して窒素ガス供給ラインを接続した。この状態で窒素ガスを供給してライン内部を窒素に置換した後、中空糸膜をエタノール中に浸漬した。このとき、エタノールがライン内に逆流しないように、極僅かに窒素で加圧した状態で、中空糸膜を浸漬した。空糸膜をエタノール中に浸漬した状態で、窒素ガスの圧力をゆっくりと増加させ、中空糸膜から窒素ガスの泡が安定して出始めた圧力Ｐ（ｋｇ／ｃｍ^２）を記録した。このＰを、下記式（１３）：
ｄ＝Ｃ１γ／Ｐ （１３）
｛数式（１３）中、ｄは中空糸の最大孔径、Ｃ１は定数、γは浸漬液の表面張力、そしてＰは圧力である。｝に代入して、中空糸膜の最大孔径ｄを算出した。このとき、エタノールを浸漬液としたときのＣ１γの値を０．６３２（ｋｇ／ｃｍ）として、最大孔径ｄ（μｍ）を求めた。

［中空糸膜の空隙率］
中空糸状膜蒸留用膜の空隙率は、中空糸膜の質量と中空糸膜を構成する材料の密度（真密度）とから算出した。
すなわち、中空糸膜を一定長さに切り、その質量を測定し、下記数式（１４）：

｛上記数式中、ｄは中空糸膜の原料ポリマーの真密度であり、πは円周率である。｝により、中空糸の空隙率を求めた。
また、中空糸膜内側５％および外側５％の空隙率は、中空糸膜断面の電子顕微鏡写真を画像解析処理ソフトで処理して求めた。画像解析ソフトとして、ＩｍａｇｅＪ（フリーソフト）を使用して処理を行った。とり込んだ画像の孔部分を黒、非孔部分を白となるように強調・フィルタ操作を実施した。その後、孔部をカウントした。孔内部に下層のポリマー鎖が見て取れる場合には、ポリマー鎖を孔部分とみなしてカウントした。表面開孔率は、下記数式（１５）から算出した。
表面開孔率[％]＝１００×（各孔面積の総和）／（測定範囲の面積） （１５）
（測定範囲の面積）は、（各孔面積の総和）＋（各非孔部分面積の総和）である。また、測定範囲境界上の孔は除外しないで計算に含めた。

［疎水性ポリマーの付着量］
（１）ＩＲ、ＡＴＲ法
中空糸状膜蒸留用膜における疎水性ポリマーの付着量の比較を、ＩＲスペクトル解析、ＡＴＲ法（全反射法，内部反射法）により、プリズムとしてＺｎＳｅ結晶を用いて行った。
測定装置は、ＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ社製 Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｏｎｅを用い、結晶の押し付け圧については、圧力コンターの値を約３０として行った。そして、得られたＩＲスペクトルから、疎水性ポリマー由来のピーク強度と中空糸膜の構成材料由来のピーク強度との比を求めることで、膜表面に付着した疎水性ポリマー量を算出した。
中空糸膜試料は、モジュールから切り出した。中空糸膜の外側表面を分析するための試料には、中空糸膜を長手方向に垂直な断面で１ｃｍ間隔にて切断した試料を用い、内側表面を分析するための試料には、中空糸膜を長手方向に切断した試料を用いた。
実施例においては、中空糸膜の構成材料はポリフッ化ビニリデン樹脂（ＰＶＤＦ）であり、疎水性ポリマーとして、側鎖にパーフルオロアルキル基を有するアクリレートポリマーを用いた。そのため、１，７３４ｃｍ^－１のν（Ｃ＝Ｏ）および１，１８０ｃｍ^－１付近の（ν（Ｃ－Ｆ）＋ν（Ｃ－Ｏ））のピーク強度比、ν（Ｃ＝Ｏ）／（ν（Ｃ－Ｆ）＋ν（Ｃ－Ｏ））の値を算出して、疎水性ポリマー付着量の指標とした。
このピーク強度比を、中空糸膜の部位ごとに測定し、最小値を１．０倍としたときに、１．２倍以上の値を示した部位は、疎水性ポリマーの付着量が多いと判断できる。

（２）ＴＯＦ－ＳＩＭＳ分析
中空糸状膜蒸留用膜における疎水性ポリマーの付着量の比較は、上記のＩＲ、およびＡＴＲ法の他、ＴＯＦ－ＳＩＭＳによる中空糸膜断面の観察によっても行った。
観察試料としては、中空糸膜を薄片状にスライスしたサンプルを用いた。
使用機器は、アルバック・ファイ社製、ｎａｎｏ－ＴＯＦであり、一次イオンにＢｉ_３ ^＋＋、加速電圧３０ｋＶ、電流０．１ｎＡ（ＤＣとして）、分析面積３５０ μｍ×３５０ μｍ、積算時間１２０ 分、検出イオン負イオンとし、中和は電子銃で行った。中空糸膜構成材料および疎水性ポリマーそれぞれの素材につき、特徴的に強度が強いｍ／ｚによるマッピングを行い、得られた強度比を比較することで、各部部分における疎水性ポリマーの存在率を求めた。本条件においては積算時間としては３０分で十分であるが、本実施例においては１２０分の積算時間で行った。
実施例においては、中空糸膜の構成材料はポリフッ化ビニリデン樹脂（ＰＶＤＦ）であり、疎水性ポリマーとして、側鎖にパーフルオロアルキル基を有するアクリレートポリマーを用いた。そのため、ＰＶＤＦの強度が特に強いｍ／ｚ＝６７と、パーフルオロ化アクリレートポリマーの」強度が特に強いｍ／ｚ＝２９３とを採用し、これらの強度比を求めた。
ここでは、強度比が２倍以上であった場合に、疎水性ポリマーの存在率に有意差があると判断できる。

《実施例１》
（１）膜蒸留用中空糸膜の作製
実施例１では、膜蒸留用膜として中空糸状の多孔質膜を用い、疎水性ポリマーを付着させた後、原料液の膜蒸留による濃縮を行った。この膜蒸留用膜は、図１に示した構成の膜蒸留用膜モジュールに充填して使用した。中空糸状の多孔質膜は、下記の製法により製膜した。
平均一次粒径０．０１６μｍ、比表面積１１０ｍ^２／ｇの疎水性シリカ（日本アエロジル社製、ＡＥＲＯＳＩＬ－Ｒ９７２）２３質量部と、ＤＯＰ（フタル酸ジ－２－エチルヘキシルフタル酸ジオクチル）３１質量部と、ＤＢＰ（フタル酸ジブチル）６質量部とを、ヘンシェルミキサーで混合し、これに重量平均分子量が３１０，０００のポリフッ化ビニリデン（ＳＯＬＶＡＹ社製、Ｓｏｌｅｆ（登録商標）６０１０）４０質量部を添加し、再度ヘンシェルミキサーで混合した。この混合物を２軸混練押し出し機で混合した後、ペレット化した。
得られたペレットを２軸混練押し出し機で溶融混練し（２４０℃）、得られた溶融混錬物を、押し出し機先端のヘッド内の押し出し口に装着した中空糸成形用紡口の押し出し面にある溶融物押し出し用円環穴から押し出した。同時に、溶融混錬物押し出し用円環穴の内側にある中空部形成流体吐出用の円形穴から、中空部形成流体として窒素ガスを吐出させ、中空糸状押し出し物の中空部内に注入した。中空糸状押し出し物を空走距離２０ｃｍにて水浴（４０℃）中に導入し、２０ｍ／分の速度で巻き取った。
得られた中空糸状物を塩化メチレン中に浸漬して、中空糸状物中のＤＯＰ及びＤＢＰを抽出除去した後、乾燥させた。次いで、５０質量％エチルアルコール水溶液中に浸漬した後、５質量％水酸化ナトリウム水溶液中に４０℃にて１時間浸漬して、中空糸状物中のシリカを抽出除去した。その後、水洗し、乾燥してポリフッ化ビニリデン製多孔中空糸膜を得た。

（２）膜蒸留用膜モジュールの作製
実施例１では、膜蒸留用膜として中空糸状の多孔質膜を用い、疎水性ポリマーを付着させない状態で、原料液の膜蒸留による濃縮を行った。この膜蒸留用膜は、図１に示した構成の膜蒸留用膜モジュールに充填して使用した。
膜蒸留用膜としては、上記製膜法により得られた内径（ＩＤ）０．６８ｍｍ、外径（ＯＤ）１．２５ｍｍ、厚み（Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）０．２８ｍｍ、ＡＳＴＭ－Ｆ３１６－８６に準拠して求めた平均孔径０．２１μｍ、最大孔径０．２９μｍ、および空隙率７２％のＰＶＤＦ製の多孔質中空糸膜を、長さ１５ｃｍに切出したものを使用した。
この多孔質中空糸膜の水接触角（Ｃｏｎｔａｃｔ ａｎｇｌｅ）を、上述の方法によって測定したところ、１０３°であった。
上記の膜蒸留用膜を複数本束ねて膜束とし、これをハウジング内に収納し、接着樹脂として熱硬化性のエポキシ樹脂を使用して、遠心接着により膜蒸留用膜の膜束を、ハウジング内に接着固定した。
以上の操作により、実効長さ（接着樹脂中に埋没していない部分の長さ）８ｃｍ、膜蒸留用膜の内表面の合計膜面積１２０ｃｍ^２の、中空糸状の膜蒸留用膜束が収納された膜蒸留用膜モジュールを、３個作製した。

（３）膜蒸留用モジュールの疎水化処理
上記操作で得られた膜蒸留用膜モジュールに対して、以下に示す疎水化処理を行った。
疎水性ポリマーとしては、フロロテクノロジー社製のフッ素樹脂系撥水剤「ＦＳ－３９２Ｂ」（ポリマー濃度０．１５質量％）を用い、該撥水剤中の溶媒を留去して３倍に濃縮し、ポリマー濃度を０．４５質量％に濃縮した後に使用した。
疎水化処理においては、シリンジを用いて上記撥水剤を膜モジュールの入り口から中空糸膜内側に注入した。膜全体が撥水剤で濡れ、中空糸膜内側に注入した撥水剤が中空糸膜外側に染み出るように注入を続けた後（図３参照）、余分な撥水剤を膜モジュールから除去した。その後、中空糸膜内側に２５℃の乾燥空気を流して終夜乾燥させて、膜全体が疎水化処理された膜蒸留用膜モジュールを得た。

得られた膜蒸留用膜モジュールのうちの２本は、疎水化処理前および疎水化処理後に液体侵入圧を測定した後、解体して中空糸膜の物性の測定に供した。
液体侵入圧は、図４に示す装置を用いて測定した。まず、２０質量％のエタノール水溶液５００ｍＬをタンクに入れ、加圧して膜蒸留用膜モジュールの中空糸内側をエタノール水溶液で満たした。続いて、膜蒸留用膜モジュールの中空糸膜外側をエタノール水溶液で満たした。その後、タンクに印加している圧力を、モジュールの中空糸膜外側の水位が上昇する（水溶液が膜を通過する）まで少しずつ上昇させた。モジュールの中空糸膜外側の水位が上昇し始めたときの加圧圧力を、液体侵入圧（ＬＥＰ）とした。
疎水化処理前後の測定結果を、表３に示す。

膜蒸留用膜モジュールの残りの１本は、原料液の濃縮に用いた。

疎水化処理後の中空糸膜の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像を、図５に示す。
図５ａ）は中空糸膜断面の画像であり、画像の左上が中空糸外側、右下が内側である。図５ｂ）は、図５ａ）の中空糸膜の内側表面近傍の拡大画像であり、図５ｃ）は、図５（ａ）の中空糸膜の外側表面近傍の拡大画像である。図５ｄ）は、中空糸膜内表面のＳＥＭ像であり、図５ｅ）は、中空糸膜外表面のＳＥＭ像である。図５ｆ）は、中空糸膜の断面全体を示すＳＥＭ像である。

（２）膜蒸留の実施
上記で作製した膜蒸留用膜モジュールを用いて、図２に示す構成の膜蒸留装置を作製して、膜蒸留を行った。
有価物を含む原料液の模擬液として、以下の構成の溶液を用いた。
溶媒：水
溶質：ＮａＣｌ １，０００ｐｐｍ
液量：１，０００ｇ
ＮａＣｌは、有価物の代替であるとともに、膜蒸留用膜がウェッティングした場合の確認手段として、原料液に添加された。
上記の原料液を、原料液貯留タンクに充填した。
原料液は、ポンプを用いて３００ｍｌ／分の流量で、膜蒸留用膜モジュールの中空糸膜内側を通るように循環させた。このとき、原料液の温度は、膜蒸留用膜モジュールの入側において２５℃に維持されるように、温度調節器を用いて調整した。

一方、冷却水１，０００ｇを保持する冷却水貯留タンクを設け、ポンプを用いて３００ｍｌ／分の流量で膜蒸留用膜モジュールの中空糸膜の外側に流した。このとき、冷却水の温度が、１０℃に維持されるように、温度調節器を用いて調整した。また、膜蒸留用膜モジュールを出た冷却水の導電率を常時測定した。冷却水の導電率が５００μＳ／ｃｍ以上に上昇した場合には、原料液に添加したＮａＣｌが冷却水に混入したことによると考えられる。したがって、この場合には、膜蒸留用膜がウェッティングしたものと判断した。冷却水は、図２に示すとおり、原料液と対向する方向でモジュール内に流入させた。

膜蒸留用膜のフラックスＪｐ（ｋｇ／ｍ^２・ｈ）は、下記数式（１５）を用いて求めた。

Ｗｐは透過した蒸気の重量（ｋｇ）であり、これは一定時間経過前後の冷却水重量Ｗ_ｃ（ｋｇ）から初期の冷却水重量Ｗ_ｃ０を引いた値に等しい。Ａは膜蒸留用膜の膜面積（ｍ^２）、ｔは運転時間（ｈ）である。

有価物の透過速度Ｊ_ｓ（ｇ／ｍ^２・ｈ）は、下記数式（１６）を用いて求めた。

Δｍ_ｓは冷却水中に含まれる溶質の変化量（ｋｇ）であり、これは運転前後における冷却水の重量Ｗ_ｃおよびＷ_ｃ０と、冷却水中の溶質濃度Ｃ_ｃおよびＣ_ｃ０とから求めることが出来る。
また、原料液における溶質の濃縮倍率Ｆ（倍）は、運転前後における原料液中の溶質濃度Ｃ_ｆおよびＣ_ｆ０を用い、下記数式（１７）により求めた。

原料液における溶質の阻止率β（％）については、運転前後における原料液中の溶質重量ｍ_ｆ（ｋｇ）およびｍ_ｆ０（ｋｇ）、原料液重量Ｗ_ｆ（ｋｇ）およびＷ_ｆ０（ｋｇ）、ならびに原料液中の溶質濃度Ｃ_ｆ（％）およびＣ_ｆ０（％）を用い、下記数式（１８）により求めた。

２時間の運転における平均のフラックスは０．８（ｋｇ／ｍ^２・ｈ）、ＮａＣｌの透過は０．０１（ｇ／ｍ^２・ｈ）以下、濃縮倍率１．０２倍、およびＮａＣｌの阻止率は９９．９％以上であった。

《実施例２》
膜蒸留用膜モジュールの入側における原料液温度を３５℃としたこと以外は実施例１と同様の条件で膜蒸留を行った。
２時間の運転における平均のフラックスは１．７（ｋｇ／ｍ^２・ｈ）、ＮａＣｌの透過は０．０１（ｇ／ｍ^２・ｈ）以下、濃縮倍率１．０４倍、およびＮａＣｌの阻止率は９９．９％以上であった。

《実施例３》
膜蒸留用膜モジュールの入側における原料液温度を４５℃としたこと以外は実施例１と同様の条件で膜蒸留を行った。
２時間の運転における平均のフラックスは３．１（ｋｇ／ｍ^２・ｈ）、ＮａＣｌの透過は０．０１（ｇ／ｍ^２・ｈ）以下、濃縮倍率１．０８倍、およびＮａＣｌの阻止率は９９．９％以上であった。

《実施例４》
原料液として１５質量％のエタノール水溶液を用い、膜蒸留用膜モジュール（１００）の入側における原料液温度を２４℃としたこと以外は実施例１と同様の条件で膜蒸留を行った。
有機溶媒のフラックスは、有機溶媒の透過量Ｗｏｓ（ｋｇ）、運転前後における冷却水重量Ｗ_ｃ（ｋｇ）およびＷ_ｃ０（ｋｇ）、ならびに冷却水中有機溶媒濃度Ｃ_ｏｓ（％）およびＣ_ｏｓ０（％）を用い、下記数式（１９）により求めた。

なお、原料液および冷却水中の溶媒濃度は、ＡＴＡＧＯ製屈折率計を用い、原料液および冷却水の屈折率を測定することにより求めた。
２時間の運転後、原料液中のエタノール濃度は１２．９質量％であった。２時間の運転における平均の全体フラックスは１．６（ｋｇ／ｍ^２・ｈ）、水のフラックスは０．６（ｋｇ／ｍ^２・ｈ）、エタノールのフラックスは１．１（ｋｇ／ｍ^２・ｈ）、ＮａＣｌの透過は０．０１（ｇ／ｍ^２・ｈ）以下、濃縮倍率１．０４倍、およびＮａＣｌの阻止率は９９．９％以上であった。
Ｗｉｌｓｏｎ方程式により求めた水の活量係数は１．０、エタノールの活量係数は３．５であった。原料液と冷却水との蒸気圧差は、エタノールが１．７ｋＰａ、水が１．７ｋＰａであった。

《実施例５》
膜蒸留用膜モジュールの入側における原料液温度を３４℃としたこと以外は実施例４と同様の条件で膜蒸留を行った。
２時間の運転後、原料液中のエタノール濃度は１２．２質量％であった。２時間の運転における平均の全体フラックスは３．２（ｋｇ／ｍ^２・ｈ）、水のフラックスは１．６（ｋｇ／ｍ^２・ｈ）、エタノールのフラックスは１．６（ｋｇ／ｍ^２・ｈ）、ＮａＣｌの透過は０．０１（ｇ／ｍ^２・ｈ）以下、濃縮倍率１．０８倍、およびＮａＣｌの阻止率は９９．９％以上であった。
Ｗｉｌｓｏｎ方程式により求めた水の活量係数は１．０、エタノールの活量係数は３．６であった。原料液と冷却水の蒸気圧差は、エタノールが３．１ｋＰａ、水が３．９ｋＰａであった。

《実施例６》
膜蒸留用膜モジュールの入側における原料液温度を４５℃としたこと以外は実施例３と同様の条件で膜蒸留を行った。
２時間の運転後、原料液中のエタノール濃度は１０．７質量％であった。２時間の運転における平均の全体フラックスは５．４（ｋｇ／ｍ^２・ｈ）、水のフラックスは３．０（ｋｇ／ｍ^２・ｈ）、エタノールのフラックスは２．４（ｋｇ／ｍ^２・ｈ）、ＮａＣｌの透過は０．０１（ｇ／ｍ^２・ｈ）以下、濃縮倍率１．１５倍、およびＮａＣｌの阻止率は９９．９％以上であった。
Ｗｉｌｓｏｎ方程式により求めた水の活量係数は１．０、エタノールの活量係数は３．６であった。原料液と冷却水の蒸気圧差は、エタノールが５．４ｋＰａ、水が７．９であった。

《実施例７》
原料液として１５質量％のアセトニトリル水溶液を用いたこと以外は実施例４と同様の条件で膜蒸留を行った。
２時間の運転後、原料液中のアセトニトリル濃度は１０．４質量％であった。２時間の運転における平均の全体フラックスは２．８（ｋｇ／ｍ^２・ｈ）、水のフラックスは０．６（ｋｇ／ｍ^２・ｈ）、アセトニトリルのフラックスは２．２（ｋｇ／ｍ^２・ｈ）、ＮａＣｌの透過は０．０１（ｇ／ｍ^２・ｈ）以下、濃縮倍率１．０７倍、およびＮａＣｌの阻止率は９９．９％以上であった。
Ｗｉｌｓｏｎ方程式により求めた水の活量係数は１．０、アセトニトリルの活量係数は７．９であった。原料液と冷却水の蒸気圧差は、アセトニトリルが６．７ｋＰａ、水が１．７ｋＰａであった。

《実施例８》
膜蒸留用膜モジュールの入側における原料液温度を３５℃としたこと以外は実施例７と同様の条件で膜蒸留を行った。
２時間の運転後、原料液中のアセトニトリル濃度は９．０質量％であった。２時間の運転における平均の全体フラックスは４．５（ｋｇ／ｍ^２・ｈ）、水のフラックスは１．６（ｋｇ／ｍ^２・ｈ）、アセトニトリルのフラックスは２．９（ｋｇ／ｍ^２・ｈ）、ＮａＣｌの透過は０．０１（ｇ／ｍ^２・ｈ）以下、濃縮倍率１．１２倍、およびＮａＣｌの阻止率は９９．９％以上であった。
Ｗｉｌｓｏｎ方程式により求めた水の活量係数は１．０、アセトニトリルの活量係数は７．６であった。原料液と冷却水の蒸気圧差は、アセトニトリルが１０．１ｋＰａ、水が４．０ｋＰａであった。

《実施例９》
膜蒸留用膜モジュールの入側における原料液温度を４５℃としたこと以外は実施例８と同様の条件で膜蒸留を行った。
２時間の運転後、原料液中のアセトニトリル濃度は８．３質量％であった。２時間の運転における平均の全体フラックスは６．５（ｋｇ／ｍ^２・ｈ）、水のフラックスは３．１（ｋｇ／ｍ^２・ｈ）、アセトニトリルのフラックスは３．３（ｋｇ／ｍ^２・ｈ）、ＮａＣｌの透過は０．０１（ｇ／ｍ^２・ｈ）以下、濃縮倍率１．１８倍、およびＮａＣｌの阻止率は９９．９％以上であった。
Ｗｉｌｓｏｎ方程式により求めた水の活量係数は１．０、アセトニトリルの活量係数は７．３であった。原料液と冷却水の蒸気圧差は、アセトニトリルが１４．９ｋＰａ、水が７．９ｋＰａであった。

《実施例１０》
原料液として３０質量％のエタノール水溶液を用いたこと以外は実施例４と同様の条件で膜蒸留を行った。
２時間の運転後、原料液中のエタノール濃度は２６．９質量％であった。２時間の運転における平均の全体フラックスは２．４（ｋｇ／ｍ^２・ｈ）、水のフラックスは０．５（ｋｇ／ｍ^２・ｈ）、エタノールのフラックスは１．９（ｋｇ／ｍ^２・ｈ）、ＮａＣｌの透過は０．０１（ｇ／ｍ^２・ｈ）以下、濃縮倍率１．０６倍、およびＮａＣｌの阻止率は９９．９％以上であった。
Ｗｉｌｓｏｎ方程式により求めた水の活量係数は１．０、エタノールの活量係数は２．６であった。原料液と冷却水の蒸気圧差は、エタノールが２．７ｋＰａ、水が１．５ｋＰａであった。

《実施例１１》
原料液として５０質量％のエタノール水溶液を用いたこと以外は実施例４と同様の条件で膜蒸留を行った。
２時間の運転後、原料液中のエタノール濃度は４７．６質量％であった。２時間の運転における平均の全体フラックスは３．４（ｋｇ／ｍ^２・ｈ）、水のフラックスは０．８（ｋｇ／ｍ^２・ｈ）、エタノールのフラックスは２．６（ｋｇ／ｍ^２・ｈ）、ＮａＣｌの透過は０．０１（ｇ／ｍ^２・ｈ）以下、濃縮倍率１．０９倍、およびＮａＣｌの阻止率は９９．９％以上であった。
Ｗｉｌｓｏｎ方程式により求めた水の活量係数は１．２、エタノールの活量係数は１．８であった。原料液と冷却水の蒸気圧差は、エタノールが３．８ｋＰａ、水が１．３ｋＰａであった。

《実施例１２》
原料液として３０質量％のアセトニトリル水溶液を用いたこと以外は実施例４と同様の条件で膜蒸留を行った。
２時間の運転後、原料液中のアセトニトリル濃度は２４．２質量％であった。２時間の運転における平均の全体フラックスは４．７（ｋｇ／ｍ^２・ｈ）、水のフラックスは１．２（ｋｇ／ｍ^２・ｈ）、アセトニトリルのフラックスは３．６（ｋｇ／ｍ^２・ｈ）、ＮａＣｌの透過は０．０１（ｇ／ｍ^２・ｈ）以下、濃縮倍率１．１３倍、およびＮａＣｌの阻止率は９９．９％以上であった。
Ｗｉｌｓｏｎ方程式により求めた水の活量係数は１．１、アセトニトリルの活量係数は４．５であった。原料液と冷却水の蒸気圧差は、アセトニトリルが８．１ｋＰａ、水が１．６ｋＰａであった。

《実施例１３》
原料液として５０質量％のアセトニトリル水溶液を用いたこと以外は実施例４と同様の条件で膜蒸留を行った。
２時間の運転後、原料液中のアセトニトリル濃度は４５．６質量％であった。２時間の運転における平均の全体フラックスは５．３（ｋｇ／ｍ^２・ｈ）、水のフラックスは１．０（ｋｇ／ｍ^２・ｈ）、アセトニトリルのフラックスは４．２（ｋｇ／ｍ^２・ｈ）、ＮａＣｌの透過は０．０１（ｇ／ｍ^２・ｈ）以下、濃縮倍率１．１４倍、およびＮａＣｌの阻止率は９９．９％以上であった。
Ｗｉｌｓｏｎ方程式により求めた水の活量係数は１．３、アセトニトリルの活量係数は２．５であった。原料液と冷却水の蒸気圧差は、アセトニトリルが８．９ｋＰａ、水が１．６ｋＰａであった。

《実施例１４》
原料液中の溶質として、１０００ｐｐｍのＳｏｄｉｕｍ Ｄｏｄｅｃｙｌ ｓｕｌｆａｔｅ（ＳＤＳ）を用いた、溶媒として５０質量％のアセトニトリル水溶液を用いたこと以外は実施例７と同様の条件で膜蒸留を行った。
２時間の運転後、原料液中のアセトニトリル濃度は１０．１質量％であった。２時間の運転における平均の全体フラックスは３．２（ｋｇ／ｍ^２・ｈ）、水のフラックスは０．８（ｋｇ／ｍ^２・ｈ）、アセトニトリルのフラックスは２．４（ｋｇ／ｍ^２・ｈ）、ＳＤＳの透過は０．０１（ｇ／ｍ^２・ｈ）以下、濃縮倍率１．０８倍、およびＳＤＳの阻止率は９９．９％以上であった。

《比較例１》
膜蒸留用中空糸膜として、疎水化処理後の中空糸膜内側の空隙率４０％、中空糸膜外側の空隙率７０％、中空糸膜全体の空隙率６０％である中空糸膜を使用した以外は実施例７と同様の条件で膜蒸留を行った。
２時間の運転後、原料液中のアセトニトリル濃度は１４．１質量％であった。２時間の運転における平均の全体フラックスは０．５７（ｋｇ／ｍ^２・ｈ）、水のフラックスは０．１２（ｋｇ／ｍ^２・ｈ）、アセトニトリルのフラックスは０．４４（ｋｇ／ｍ^２・ｈ）、ＮａＣｌの透過は０．０１（ｇ／ｍ^２・ｈ）以下、濃縮倍率１．０１倍、およびＮａＣｌの阻止率は９９．９％以上であった。

《比較例２》
膜蒸留用中空糸膜として、疎水化処理前の膜を使用した以外は実施例７と同様の条件で膜蒸留を行った。
運転開始１０分後、膜のウェッティングが発生し、冷却水中の導電率が５００μＳ／ｃｍ以上になったため、運転を終了した。

《比較例３》
膜蒸留用中空糸膜の疎水化処理として、疎水性ポリマー濃度５．５質量％の撥水剤を使用した以外は実施例７と同様の条件で膜蒸留を行った。
２時間の運転後、原料液中のアセトニトリル濃度は１３．７質量％であった。２時間の運転における平均の全体フラックスは０．８２（ｋｇ／ｍ^２・ｈ）、水のフラックスは０．１５（ｋｇ／ｍ^２・ｈ）、アセトニトリルのフラックスは０．６７（ｋｇ／ｍ^２・ｈ）、ＮａＣｌの透過は０．０１（ｇ／ｍ^２・ｈ）以下、濃縮倍率１．０２倍、およびＮａＣｌの阻止率は９９．９％以上であった。

以上の結果を、表４～１０にまとめた。

表中の略語は、それぞれ、以下の意味である。
〈中空糸膜構成材料〉
ＰＶＤＦ：ポリフッ化ビニリデン
〈疎水性ポリマー〉
ＦＳ－３９２Ｂ：フロロテクノロジー社製、フッ素樹脂系撥水剤「ＦＳ－３９２Ｂ」
〈溶媒（ｂ）〉
ＡｃＣＮ：アセトニトリル
ＩＰＡ：イソプロパノール

また、
実施例１～９の原料液の入り温度と、原料液のフラックス（全溶媒の合計フラックス）との関係を表すグラフを図６に；
エタノール、アセトニトリル、および水の、各温度における蒸気圧（計算値）を表すグラフを図７に；
実施例１～９の運転開始時における、原料液の入り温度と、エタノール、アセトニトリル、および水の蒸気圧差（計算値）表すグラフを図８に；
実施例４、７、および１０から１３における運転開始時の、原料液中の有機溶媒濃度と、原料液のフラックス（全溶媒の合計フラックス）との関係を表すグラフを図９に；
実施例４、７、および１０～１３における運転開始時の、原料液中の有機溶媒濃度と各溶媒のフラックスとの関係を表すグラフを図１０に；
実施例４～１３おける運転開始時の、各溶媒の蒸気圧差とフラックスとの関係を表すグラフを図１３に；
それぞれ示す。

Claims (10)

1. 溶媒および溶質を含有する原料液と、冷却水とを、膜蒸留用膜を介して接触させ、前記原料液中の前記溶媒を、蒸気の状態で前記膜蒸留用膜を通過させ、前記冷却水側に移動させる膜蒸留法を用いる、原料液濃縮システムにおいて、
   前記膜蒸留用膜として、表面の水接触角が９０°以上であり、平均孔径が０．０２μｍ以上０．５μｍ以下の範囲であり、かつ、空隙率が６０％以上９０％以下である多孔質膜を用い、
   前記膜蒸留用膜は、少なくとも一部に疎水性ポリマーが付着している中空糸膜であり、
   前記中空糸膜の内側の空隙率は外側の空隙率より大きい、
   原料液濃縮システム。
2. 溶媒および溶質を含有する原料液と、冷却水とを、膜蒸留用膜を介して接触させ、前記原料液中の前記溶媒を、蒸気の状態で前記膜蒸留用膜を通過させ、前記冷却水側に移動させる膜蒸留法を用いる、原料液濃縮システムにおいて、
   前記膜蒸留用膜として、表面の水接触角が９０°以上であり、平均孔径が０．０２μｍ以上０．５μｍ以下の範囲であり、かつ、空隙率が６０％以上９０％以下である多孔質膜を用い、
   前記膜蒸留用膜は、少なくとも一部に疎水性ポリマーが付着している中空糸膜であり、
   前記中空糸膜の前記中空糸膜の、濃度２０重量パーセントのエタノール水溶液に対する液体侵入圧が０．１ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下である、
   原料液濃縮システム。
3. 溶媒および溶質を含有する原料液と、冷却水とを、膜蒸留用膜を介して接触させ、前記原料液中の前記溶媒を、蒸気の状態で前記膜蒸留用膜を通過させ、前記冷却水側に移動させる膜蒸留法を用いる、原料液濃縮システムにおいて、
   前記膜蒸留用膜として、表面の水接触角が９０°以上であり、平均孔径が０．０２μｍ以上０．５μｍ以下の範囲であり、かつ、空隙率が６０％以上９０％以下である多孔質膜を用い、
   前記膜蒸留用膜は、少なくとも一部に疎水性ポリマーが付着している中空糸膜であり、
   前記疎水性ポリマーは、ポリマー濃度０．２～５．０質量％の溶液を前記中空糸膜に浸漬させた後に乾燥されることにより付着している、
   原料液濃縮システム。
4. 前記疎水性ポリマーが、側鎖にフッ素原子含有基を持つポリマーであり、
   前記フッ素原子含有基が、（パー）フルオロアルキル基、（パー）フルオロポリエーテル基、アルキルシリル基、フルオロシリル基から選ばれる少なくとも１つである、
   請求項１～３のいずれか一項に記載の原料液濃縮システム。
5. 前記膜蒸留用膜の材料が、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、ポリテトラフルオロエチレン、エチレン・四フッ化エチレン共重合体、およびポリクロロトリフルオロエチレンから成る群から選ばれる少なくとも１つの樹脂を含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の原料液濃縮システム。
6. 前記溶媒が、水、アセトニトリル、メタノール、エタノール、およびイソプロパノールから成る群から選ばれる少なくとも１種を含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の原料液濃縮システム。
7. 前記溶質の数平均分子量が１００～５０，０００であり、
   前記溶質が界面活性効果を有する化合物である、
   請求項１～６のいずれか一項に記載の原料液濃縮システム。
8. 前記原料液の温度が、５℃以上５０℃以下の範囲に調整されている、請求項１～７のいずれか一項に記載の原料液濃縮システム。
9. 溶媒および溶質を含有する原料液と、冷却水とを、膜蒸留用膜を介して接触させ、前記原料液中の前記溶媒を、蒸気の状態で前記膜蒸留用膜を通過させ、前記冷却水側に移動させる膜蒸留法を用いる、原料液濃縮システムにおいて、
   前記原料液に含まれるすべての溶媒の蒸気圧、および前記冷却水に含まれるすべての溶媒の蒸気圧を求め、
   前記原料液中の各溶媒の蒸気圧から、前記冷却水中の当該溶媒の蒸気圧を引いた蒸気圧差から、前記当該溶媒が蒸気の状態で前記膜蒸留用膜を通過する速度を求めることを含み、
   前記当該溶媒の蒸気圧が、前記当該溶媒のモル濃度および温度から求めた蒸気分圧に、前記当該溶媒のモル濃度および温度から求めた活量係数を掛けることによって求められる、
   原料液濃縮システムの性能予測方法。
10. 膜蒸留用膜を具備し、膜蒸留法によって原料液の濃縮を行うための濃縮装置であって、
    前記膜蒸留用膜として、膜表面の水接触角が９０°以上であり、平均孔径が０．０２μｍ以上０．５μｍ以下の範囲であり、かつ、空隙率が６０％以上９０％以下である膜を用いる、
    濃縮装置。

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