JP2024002633A - Concentrating method for raw material liquid - Google Patents

Concentrating method for raw material liquid Download PDF

Info

Publication number
JP2024002633A
JP2024002633A JP2022101958A JP2022101958A JP2024002633A JP 2024002633 A JP2024002633 A JP 2024002633A JP 2022101958 A JP2022101958 A JP 2022101958A JP 2022101958 A JP2022101958 A JP 2022101958A JP 2024002633 A JP2024002633 A JP 2024002633A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
raw material
material liquid
solvent
membrane
treatment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2022101958A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
理恵 河合
Rie Kawai
充 藤田
Mitsuru Fujita
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Asahi Kasei Corp
Original Assignee
Asahi Kasei Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asahi Kasei Corp filed Critical Asahi Kasei Corp
Priority to JP2022101958A priority Critical patent/JP2024002633A/en
Publication of JP2024002633A publication Critical patent/JP2024002633A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a concentrating method for raw material liquid, in a method for concentrating raw material liquid using a freeze-drying method, for shortening freeze-drying time in a freeze-drying process and obtaining an active ingredient at a high recovery rate by preliminarily concentrating the raw material liquid at a high concentration ratio while controlling a solvent composition of the raw material liquid to be suitable for freeze-drying.
SOLUTION: A concentrating method for raw material liquid comprises the steps of: removing a solvent from raw material liquid containing a solute and the solvent to obtain a concentrate of the raw material liquid, wherein the solvent contains water and an organic solvent, and wherein the concentrating method comprises a first step of obtaining pre-concentrated liquid of the raw material liquid by performing a first treatment and a second treatment in combination, the first treatment removing the solvent in the raw material liquid by a forward osmosis method, and a second treatment removing a solvent in the raw material liquid by a membrane distillation method, and a second step of further removing the solvent from the pre-concentrated liquid by freeze-drying to obtain a product.
SELECTED DRAWING: Figure 1
COPYRIGHT: (C)2024,JPO&INPIT

Description

本発明は原料液濃縮システムに関する。詳しくは、正浸透法及び膜蒸留法により原料液の組成を制御しながら溶媒の一部を分離して原料液を濃縮する第一の工程を行った後に、凍結乾燥法によって更に原料液を濃縮する第二の工程を行う、原料液濃縮方法に関する。
第一の工程において、原料液中の成分の変質、減少等を抑え、かつ凍結乾燥に適した溶媒組成に制御しながら濃縮した後に、第二の工程を行うことによって、原料液中の有効成分(溶質)を高い回収率で得ることができ、更に第二の工程における凍結乾燥時間を短縮することが可能な、原料液濃縮方法に関する。
The present invention relates to a raw material liquid concentration system. Specifically, after performing the first step of concentrating the raw material liquid by separating a portion of the solvent while controlling the composition of the raw material liquid using forward osmosis and membrane distillation methods, the raw liquid is further concentrated using the freeze-drying method. The present invention relates to a method for concentrating a raw material liquid, in which a second step is performed.
In the first step, the active ingredients in the raw material liquid are concentrated by suppressing deterioration, reduction, etc. of the components in the raw material liquid and controlling the solvent composition to be suitable for freeze-drying, and then performing the second step. The present invention relates to a method for concentrating a raw material liquid, which allows a solute to be obtained at a high recovery rate and further shortens the freeze-drying time in the second step.

様々な用途において、原料液中に存在する特定の成分(溶質)を濃縮することが必要となる場合が多い。
代表的な濃縮方法として、減圧蒸留法、逆浸透(RO:Reverse Osmosis)法、正浸透(FO:Forward Osmosis)法、膜蒸留法(MD:Membren Distillation)法、凍結乾燥法等が知られている。
In various applications, it is often necessary to concentrate specific components (solutes) present in the raw material liquid.
Typical concentration methods include vacuum distillation, reverse osmosis (RO), forward osmosis (FO), membrane distillation (MD), and freeze-drying. There is.

減圧蒸留法では、原料液を減圧して溶媒を除去する。しかし、減圧蒸留法によると、原料液を50℃程度に加熱することが必要であるため、原料液中の有効成分の品質が変化する等の不具合が懸念される。
RO法は、溶媒を分子レベルで透過させる膜を用いる方法である。RO法は、原料液を、所定の高い圧力に昇圧したうえで、逆浸透(RO)膜モジュールに供給し、RO膜を透過させて、原料液中の溶媒(典型的には水)を除去することにより、原料液を濃縮する方法である。しかし、このRO法は,原料液を加圧することが必要なため、高分子量体等を多く含有する原料液に適用すると、RO膜の目詰まりが発生し易い。そのためRO法は、例えば、医薬品、食品、飲料等の原料液への適用には不適切な場合がある。また、RO法では、濃縮された原料液における溶媒(ろ過された溶媒)の浸透圧が、加圧に用いる高圧ポンプの圧力を超えることはない。そのため、RO法による原料液の濃縮率には、ポンプの能力に応じた限界がある。
In the vacuum distillation method, the solvent is removed by reducing the pressure of the raw material liquid. However, according to the vacuum distillation method, it is necessary to heat the raw material liquid to about 50° C., so there are concerns about problems such as changes in the quality of the active ingredients in the raw material liquid.
The RO method is a method using a membrane that allows solvent to permeate at the molecular level. In the RO method, the raw material liquid is pressurized to a predetermined high pressure, then supplied to a reverse osmosis (RO) membrane module, and the solvent (typically water) in the raw material liquid is removed by passing through the RO membrane. This is a method of concentrating the raw material liquid. However, since this RO method requires pressurizing the raw material liquid, if it is applied to a raw material liquid containing a large amount of high molecular weight substances, clogging of the RO membrane is likely to occur. Therefore, the RO method may be inappropriate for application to raw material liquids for pharmaceuticals, foods, drinks, etc., for example. Furthermore, in the RO method, the osmotic pressure of the solvent (filtered solvent) in the concentrated raw material liquid does not exceed the pressure of the high-pressure pump used for pressurization. Therefore, the concentration rate of the raw material liquid by the RO method has a limit depending on the capacity of the pump.

FO法は、浸透圧差を駆動力として、原料液から溶媒を分離して濃縮する技術である。FO法では、原料液と、原料液よりも浸透圧の高い誘導溶液とを、正浸透(FO)膜を介して接触させることにより、原料液から誘導溶液へと溶媒を拡散させて、原料液を濃縮する方法である。FO法は、加温及び加圧を必要としないため、高分子量体等を多く含有する原料液であっても、長時間にわたって所望の濃縮効果を持続できると期待される。 The FO method is a technology that uses an osmotic pressure difference as a driving force to separate and concentrate a solvent from a raw material liquid. In the FO method, the raw material liquid and the inducing solution, which has a higher osmotic pressure than the raw material liquid, are brought into contact through a forward osmosis (FO) membrane, thereby diffusing the solvent from the raw material liquid into the inducing solution. This is a method of concentrating. Since the FO method does not require heating or pressurization, it is expected that the desired concentration effect can be maintained for a long time even with a raw material liquid containing a large amount of high molecular weight substances and the like.

MD法は、蒸気圧差を駆動力として、原料液から溶媒を分離して濃縮する技術である。MD法では、疎水性の膜の面で蒸発した原料液中の溶媒の蒸気が、膜内を拡散・透過し、もう一方の膜表面で凝縮することにより、原料液から溶媒を分離して濃縮する技術である。MD法としては、例えば、原料液と、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溶媒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。
MD法は、FO法同様、加温及び加圧を必要としないため、高分子量体等を多く含有する原料液であっても、長時間にわたって所望の濃縮効果を持続できると期待される。
The MD method is a technology that uses a vapor pressure difference as a driving force to separate and concentrate a solvent from a raw material liquid. In the MD method, the vapor of the solvent in the raw material liquid that evaporates on the surface of a hydrophobic membrane diffuses and permeates through the membrane and condenses on the other membrane surface, thereby separating and concentrating the solvent from the raw material liquid. It is a technology that In the MD method, for example, the raw material liquid is brought into contact with cooling water whose temperature is lower than that of the raw material liquid through a membrane, and the solvent vapor in the raw material liquid is transferred from the raw material liquid to the cooling water, so that the raw material liquid is The concentrated DCMD method (Direct Contact MD) is well known.
Like the FO method, the MD method does not require heating or pressurization, so it is expected that the desired concentration effect can be maintained for a long time even with a raw material liquid containing a large amount of high molecular weight substances.

凍結乾燥法は、原料液を凍結させた後に、原料液中の溶媒を昇華させることにより、原料液から溶媒を分離して濃縮する技術である。凍結乾燥法は、細胞や組織、タンパク質等に損傷を与えずに水分を除去することができるため、医薬品等の製造工程でも用いられている。一方で、凍結乾燥法は、実施コストが高い、乾燥時間が長い,エネルギー効率が低いなどの欠点がある。
凍結乾燥法には、高真空とするための真空ポンプ、昇華のための熱源、原料液から発生する溶媒蒸気を液体又は固体として回収するための冷却ユニット等が必要であり、そのエネルギーコストは大きい。また、事前に原料液を完全に凍結させなければならず、未凍結部分が存在する場合、コラプス(凍結不足が原因で発生する蒸発乾燥による発泡収縮現象)が発生し、製品として使用できなくなる場合がある。
The freeze-drying method is a technique of freezing a raw material liquid and then sublimating the solvent in the raw material liquid to separate and concentrate the solvent from the raw material liquid. The freeze-drying method is also used in the manufacturing process of pharmaceuticals because it can remove water without damaging cells, tissues, proteins, etc. On the other hand, the freeze-drying method has drawbacks such as high implementation cost, long drying time, and low energy efficiency.
The freeze-drying method requires a vacuum pump to create a high vacuum, a heat source for sublimation, a cooling unit to recover the solvent vapor generated from the raw material liquid as a liquid or solid, and the energy cost is high. . In addition, if the raw material liquid must be completely frozen in advance and there is an unfrozen portion, collapse (a foaming contraction phenomenon caused by evaporation drying caused by insufficient freezing) may occur and the product may become unusable. There is.

原料液の乾燥を凍結乾燥法による場合、凍結体の容量、厚み等が増すと凍結乾燥時間は著しく増加する。また、原料液中に残存する有機溶媒の割合が高くなるほど、凍結温度は低くなり、凍結時間も長くなる。一方で、原料液中の有機溶媒をすべて除去すると、溶質が析出して濃縮ができなくなる場合がある。
このような事情を踏まえて、原料液の濃縮に凍結乾燥法を適用するには、凍結乾燥に供する前の原料液を、凍結乾燥に適した組成で、可能な限り濃縮しておくことが求められている。
When the raw material liquid is dried by freeze-drying, the freeze-drying time increases significantly as the volume, thickness, etc. of the frozen body increases. Furthermore, the higher the proportion of organic solvent remaining in the raw material liquid, the lower the freezing temperature and the longer the freezing time. On the other hand, if all the organic solvent in the raw material liquid is removed, the solute may precipitate and concentration may not be possible.
Considering these circumstances, in order to apply the freeze-drying method to concentrate the raw material liquid, it is necessary to concentrate the raw material liquid as much as possible with a composition suitable for freeze-drying before subjecting it to freeze-drying. It is being

医薬品の製造工程では、製造プロセスで水分を多く含む中間生成物を経るため、最終製品を得るには、原料液の濃縮乾燥が必要である。
この点、非特許文献1には、ほとんどのバイオ医薬品は水分を多く含む中間生成物を経るため、最終製品の取り扱い易さ、運送コスト低減,保存安定性向上等の観点から、医薬品の生産工程における乾燥としては、凍結乾燥法が主に実施されていることが開示されている。一方で、凍結乾燥法の欠点として、実施コストが高い、乾燥時間が長い,エネルギー効率が低いことなどが挙げられている。
In the manufacturing process of pharmaceuticals, intermediate products containing a large amount of water are passed through the manufacturing process, so it is necessary to concentrate and dry the raw material liquid in order to obtain the final product.
In this regard, Non-Patent Document 1 states that since most biopharmaceuticals pass through intermediate products containing a large amount of water, the pharmaceutical production process is It is disclosed that the freeze-drying method is mainly used for drying. On the other hand, disadvantages of the freeze-drying method include high implementation costs, long drying times, and low energy efficiency.

このような凍結乾燥工程の乾燥時間を短縮するために、特許文献1には、凍結乾燥に先立って、RO法による予備濃縮を行うことが提案されている。また、特許文献2には、凍結乾燥前に先だって、FO法による予備濃縮を行うことが提案されている。 In order to shorten the drying time of such a freeze-drying process, Patent Document 1 proposes performing preliminary concentration using an RO method prior to freeze-drying. Furthermore, Patent Document 2 proposes performing preliminary concentration using the FO method prior to freeze-drying.

国際公開第2020/158456号International Publication No. 2020/158456 国際公開第2020/241795号International Publication No. 2020/241795

Japan Journal of Food Engineering,Vol.19, No1, pp15~24, March,2018Japan Journal of Food Engineering, Vol. 19, No1, pp15-24, March, 2018

特許文献1に記載されたRO法は、原料液の加熱が必須ではないため、熱による有効成分の変質が少ない利点がある。しかしながら、RO法は、原料液の加圧を要するため、原料液中に圧力に敏感な物質が含まれる場合には、それらが変質する可能性がある。また、RO法の濃縮率には、ポンプの加圧能力による限界があるため、凍結乾燥前の原料液をさほど濃縮できない場合がある。
そのため、RO法は、凍結乾燥法に先立って行う予備濃縮法としては、適切ではない場合がある。
The RO method described in Patent Document 1 does not require heating of the raw material liquid, so it has the advantage of less deterioration of the active ingredients due to heat. However, since the RO method requires pressurization of the raw material liquid, if pressure-sensitive substances are included in the raw material liquid, they may deteriorate. Furthermore, since the concentration rate of the RO method has a limit due to the pressurizing capacity of the pump, it may not be possible to concentrate the raw material liquid to a great extent before freeze-drying.
Therefore, the RO method may not be suitable as a preconcentration method performed prior to the freeze-drying method.

特許文献2に記載されたFO法は、原料液を濃縮する際に、溶媒組成の制御ができない。そのため、FO法により得られた予備濃縮液中の有機溶媒の割合が多い場合、凍結乾燥に時間がかかる、又は、予備濃縮液が十分に凍結せず、コラプスが発生し、製品として使用できなくなる場合がある。
また、FO法は、誘導溶液中の誘導物質が原料液側に移動する逆拡散が起こり得るため、原料濃縮液中に誘導溶液中の溶質が混入する場合がある。この場合、予備乾燥物の凍結乾燥時間が長くなる、又は生成物中に凍結乾燥では除去できない成分が残存し、有効成分の回収率が低下する場合がある。
そのため、FO法は、凍結乾燥法に先立って行う予備濃縮法としては、適切ではない場合がある。
The FO method described in Patent Document 2 cannot control the solvent composition when concentrating the raw material liquid. Therefore, if the proportion of organic solvent in the pre-concentrated liquid obtained by the FO method is high, freeze-drying will take a long time, or the pre-concentrated liquid will not freeze sufficiently, resulting in collapse and becoming unusable as a product. There are cases.
Further, in the FO method, back diffusion in which the inducer substance in the inducer solution moves toward the raw material liquid side may occur, so the solute in the inducer solution may mix into the raw material concentrate. In this case, the freeze-drying time of the pre-dried product may become longer, or components that cannot be removed by freeze-drying may remain in the product, resulting in a lower recovery rate of the active ingredient.
Therefore, the FO method may not be suitable as a preconcentration method performed prior to the freeze-drying method.

以上のように、凍結乾燥に先立って行われる原料液の予備濃縮方法は、原料液中の有効成分の変質、変形、及び流出を可能な限り抑えつつ、凍結乾燥に適した溶媒組成に制御しながら、高い濃縮倍率で濃縮物を得る濃縮方法が求められている。そのような特徴を有する凍結乾燥に先立って行う予備乾燥方法と、凍結乾燥法とを組み合わせて原料液を濃縮するための効果的な方法は、未だ確立されていない。
したがって本発明の目的は、凍結乾燥法を用いる原料液の濃縮方法において、原料液を凍結乾燥に適した溶媒組成に制御しながら高い濃縮倍率で予備濃縮することによって、凍結乾燥工程における凍結乾燥時間を短縮し、かつ、有効成分を高い回収率で得るための、原料液濃縮方法を提供することである。
As described above, the preconcentration method of the raw material liquid prior to freeze-drying controls the solvent composition to be suitable for freeze-drying while suppressing alteration, deformation, and outflow of the active ingredients in the raw liquid as much as possible. However, there is a need for a concentration method that can obtain a concentrate at a high concentration ratio. An effective method for concentrating a raw material liquid by combining a pre-drying method performed prior to freeze-drying having such characteristics and a freeze-drying method has not yet been established.
Therefore, an object of the present invention is to preconcentrate the raw material liquid at a high concentration ratio while controlling the solvent composition to be suitable for freeze-drying in a method for concentrating a raw material liquid using the freeze-drying method. It is an object of the present invention to provide a method for concentrating a raw material liquid, which shortens the process and obtains an active ingredient with a high recovery rate.

本発明は以下のとおりである。
《態様1》溶質及び溶媒を含有する原料液から前記溶媒を除去して、前記原料液の濃縮物を得る、原料液濃縮方法であって、
前記溶媒が水及び有機溶媒を含有し、
前記濃縮方法が
正浸透法によって前記原料液中の前記溶媒を除去する、第一の処理、及び膜蒸留法によって前記原料液中の溶媒を除去する第二の処理を組み合わせて行って、前記原料液の予備濃縮液を得る、第一の工程と、
凍結乾燥によって前記予備濃縮液から前記溶媒を更に除去して、生成物を得る、第二の工程と
を含む、原料液濃縮方法。
《態様2》前記第二の処理が、前記原料液及び冷却水を、疎水性多孔質膜を介して接触させ、前記原料液中の前記溶媒を、前記疎水性多孔質膜を通過させて前記冷却水中に移動させることにより、前記原料液中の前記溶媒を除く処理である、態様1に記載の原料液濃縮方法。
《態様3》前記第二の処理に用いる疎水性多孔質膜が、中空糸状疎水性多孔質膜であり、
前記中空糸状疎水性多孔質膜は、複数の前記中空糸状疎水性多孔質膜によって構成される中空糸糸束を有する膜モジュールの形態で使用される、
態様2に記載の原料液濃縮方法。
《態様4》前記中空糸状疎水性多孔質膜の少なくとも一部に疎水性ポリマーが付着している、態様3に記載の原料液濃縮方法。
《態様5》前記疎水性ポリマーが、(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、及びフルオロシリル基から成る群から選ばれる少なくとも1種の側鎖を有するポリマーである、態様4に記載の原料液濃縮方法。
《態様6》前記疎水性多孔質膜を構成する材料が、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、及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、態様2~5のいずれか一項に記載の原料液濃縮方法。
《態様7》前記第一の工程において、前記第一の処理と前記第二の処理とを並列に行い、各処理後の原料液を混合することを含む、態様1~5のいずれか一項に記載の原料液濃縮方法。
《態様8》前記第一の工程において、前記第一の処理を行った後に、前記第二の処理を行うことを含む、態様1~5のいずれか一項に記載の原料液濃縮方法。
《態様9》前記第一の工程において、前記第二の処理を行った後に、前記第一の処理を行うことを含む、態様1~5のいずれか一項に記載の原料液濃縮方法。
《態様10》前記原料液の前記溶媒が、水と、アセトニトリル及びイソプロパノールからなる群から選ばれる1種又は2種とを含有する混合溶媒である、態様1~5のいずれか一項に記載の原料液濃縮方法。
《態様11》前記原料液の前記溶質が、医薬品原料であることを特徴とする、態様1~5のいずれか一項に記載の原料液濃縮方法。
The present invention is as follows.
<<Aspect 1>> A method for concentrating a raw material liquid, in which the solvent is removed from a raw material liquid containing a solute and a solvent to obtain a concentrate of the raw material liquid, the method comprising:
the solvent contains water and an organic solvent,
The concentration method includes a first treatment in which the solvent in the raw material liquid is removed by forward osmosis, and a second treatment in which the solvent in the raw material liquid is removed in a membrane distillation method. a first step of obtaining a preconcentration of the liquid;
A method for concentrating a raw material liquid, comprising a second step of further removing the solvent from the pre-concentrated liquid by freeze-drying to obtain a product.
<Aspect 2> In the second treatment, the raw material liquid and the cooling water are brought into contact with each other through a hydrophobic porous membrane, and the solvent in the raw material liquid is passed through the hydrophobic porous membrane. The method for concentrating a raw material liquid according to aspect 1, wherein the solvent in the raw material liquid is removed by moving the raw material liquid into cooling water.
<Aspect 3> The hydrophobic porous membrane used in the second treatment is a hollow fiber hydrophobic porous membrane,
The hollow fiber hydrophobic porous membrane is used in the form of a membrane module having a hollow fiber bundle constituted by a plurality of the hollow fiber hydrophobic porous membranes.
The raw material liquid concentration method according to aspect 2.
<<Aspect 4>> The raw material liquid concentration method according to Aspect 3, wherein a hydrophobic polymer is attached to at least a portion of the hollow fiber hydrophobic porous membrane.
<Aspect 5> The hydrophobic polymer is a polymer having at least one side chain selected from the group consisting of (per)fluoroalkyl group, (per)fluoropolyether group, alkylsilyl group, and fluorosilyl group. , the raw material liquid concentration method according to aspect 4.
<Aspect 6> The material constituting the hydrophobic porous membrane is polysulfone, polyethersulfone, polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, ethylene/tetrafluoroethylene copolymer, and polychlorotrifluoroethylene. The raw material liquid concentration method according to any one of aspects 2 to 5, comprising at least one resin selected from the group consisting of ethylene.
<<Aspect 7>> Any one of Aspects 1 to 5, wherein in the first step, the first treatment and the second treatment are performed in parallel, and the raw material liquids after each treatment are mixed. The raw material liquid concentration method described in .
<<Aspect 8>> The raw material liquid concentration method according to any one of Aspects 1 to 5, comprising performing the second treatment after the first treatment in the first step.
<<Aspect 9>> The raw material liquid concentration method according to any one of Aspects 1 to 5, comprising performing the first treatment after performing the second treatment in the first step.
<Aspect 10> The solvent according to any one of aspects 1 to 5, wherein the solvent of the raw material liquid is a mixed solvent containing water and one or two selected from the group consisting of acetonitrile and isopropanol. Raw material liquid concentration method.
<Aspect 11> The method for concentrating a raw material liquid according to any one of aspects 1 to 5, wherein the solute of the raw material liquid is a pharmaceutical raw material.

本発明の原料液濃縮システムでは、正浸透法及び膜蒸留法を組み合わせた第一の工程により、原料液の溶媒組成を、凍結乾燥に適した組成に制御しながら高い濃縮倍率で濃縮することができる。そのため、第二の工程の凍結乾燥における、凍結乾燥時間を短縮しながら、高品位の製品を得ることができる。
本発明は、例えば、医薬品原料の濃縮、化学種合成の前駆体溶液の処理、経口液体(液状食品、飲料等)の濃縮、ガス田(シェールガス田を含む)・油田から排出される随伴水の処理、等の用途に好適に適用することができる。
In the raw material liquid concentration system of the present invention, by the first step that combines forward osmosis and membrane distillation, it is possible to concentrate the raw material liquid at a high concentration ratio while controlling the solvent composition of the raw material liquid to a composition suitable for freeze-drying. can. Therefore, a high-quality product can be obtained while shortening the freeze-drying time in the second step of freeze-drying.
The present invention is applicable to, for example, the concentration of pharmaceutical raw materials, the treatment of precursor solutions for chemical species synthesis, the concentration of oral liquids (liquid foods, drinks, etc.), and the associated water discharged from gas fields (including shale gas fields) and oil fields. It can be suitably applied to applications such as processing.

図1は、本発明の原料液濃縮方法の実施態様の一例を説明するための概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining an example of an embodiment of the raw material liquid concentration method of the present invention. 図2は、本発明の原料液濃縮方法の実施態様の別の一例を説明するための概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining another example of the embodiment of the raw material liquid concentration method of the present invention. 図3は、実施例1~4で実施した原料液濃縮方法における、第一の工程の構成の概要を説明するための概念図である。FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining the outline of the configuration of the first step in the raw material liquid concentration method carried out in Examples 1 to 4. 図4は、比較例1及び2で実施した原料液濃縮方法における、第一の工程の構成の概要を説明するための概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining the outline of the configuration of the first step in the raw material liquid concentration method implemented in Comparative Examples 1 and 2.

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詳細に説明する。 Preferred embodiments of the invention will now be described in specific detail by way of non-limiting example.

<原料液濃縮方法>
本発明の原料液濃縮方法は、
溶媒及び溶質を含有する原料液から前記溶媒を除去して、前記原料液の濃縮物を得る、原料液濃縮方法であって、
前記溶媒が水及び有機溶媒を含有し、
前記濃縮方法が、
正浸透法によって前記原料液中の前記溶媒を第一の処理、及び膜蒸留法によって前記原料液中の溶媒を除去する第二の処理を組み合わせて行って、前記原料液の予備濃縮液を得る、第一の工程と、
凍結乾燥によって前記予備濃縮液から前記溶媒を更に除去して、生成物を得る、第二の工程と
を含む、
原料液濃縮方法である。
<Raw material liquid concentration method>
The raw material liquid concentration method of the present invention includes:
A method for concentrating a raw material liquid, the method comprising: removing the solvent from a raw material liquid containing a solvent and a solute to obtain a concentrate of the raw material liquid;
the solvent contains water and an organic solvent,
The concentration method includes:
A first treatment of the solvent in the raw material liquid by a forward osmosis method and a second treatment of removing the solvent in the raw material liquid by a membrane distillation method are performed in combination to obtain a pre-concentrated solution of the raw material liquid. , the first step;
a second step of further removing the solvent from the preconcentrate by lyophilization to obtain a product;
This is a raw material liquid concentration method.

第一の工程において、第1の処理及び第2の処理を行う順番は任意である。例えば、
第1の処理を行った後に、第2の処理を行ってもよいし;
第2の処理を行った後に、第1の処理を行ってもよいし;
第1処理及び第2の処理を同時に行ってもよい。
第1の処理及び第2の処理を同時に行うとは、例えば、第1の処理と第2の処理とを並列に行って、各処理後の原料液を混合する場合をいう。
In the first step, the order of performing the first treatment and the second treatment is arbitrary. for example,
After performing the first processing, the second processing may be performed;
The first process may be performed after the second process;
The first process and the second process may be performed simultaneously.
Performing the first treatment and the second treatment simultaneously means, for example, performing the first treatment and the second treatment in parallel and mixing the raw material liquids after each treatment.

第1の処理及び第2の処理は、循環的に行うことが好ましい。例えば、
原料液を原料液タンク中に貯留し、原料液タンク中の原料液の一部を取り出して、第1の処理及び第2の処理に、この順に供し、第1の処理及び第2の処理後の原料液を、原料液タンクに戻す操作を繰り返すこと;
原料液を原料液タンク中に貯留し、原料液タンク中の原料液の一部を取り出して、第2の処理及び第1の処理に、この順に供し、第2の処理及び第1の処理後の原料液を、原料液タンクに戻す操作を繰り返すこと;
原料液を原料液タンク中に貯留し、
原料液タンク中の原料液の一部を取り出して、第1の処理に供し、第1の処理後の原料液を、原料液タンクに戻す操作を繰り返すこと、及び
原料液タンク中の原料液の一部を取り出して、第2の処理に供し、第2の処理後の原料液を、原料液タンクに戻す操作を繰り返すこと
を並列に(同時に)行う操作を繰り返すこと;
等の方法が好ましい。
The first treatment and the second treatment are preferably performed cyclically. for example,
The raw material liquid is stored in a raw material liquid tank, and a part of the raw material liquid in the raw material liquid tank is taken out and subjected to a first treatment and a second treatment in this order, and after the first treatment and the second treatment. repeating the operation of returning the raw material liquid to the raw material liquid tank;
The raw material liquid is stored in a raw material liquid tank, and a part of the raw material liquid in the raw material liquid tank is taken out and subjected to a second treatment and a first treatment in this order, and after the second treatment and the first treatment. repeating the operation of returning the raw material liquid to the raw material liquid tank;
The raw material liquid is stored in the raw material liquid tank,
Repeating the operation of taking out a part of the raw material liquid in the raw material liquid tank, subjecting it to a first treatment, and returning the raw material liquid after the first treatment to the raw material liquid tank; repeating the operations of taking out a portion, subjecting it to a second treatment, and returning the raw material liquid after the second treatment to the raw material liquid tank in parallel (simultaneously);
The following methods are preferred.

本発明の原料液濃縮方法の概要について、必要に応じて図1を参照しつつ、以下に説明する。 An overview of the raw material liquid concentration method of the present invention will be described below, with reference to FIG. 1 as necessary.

図1に、本発明の原料液濃縮方法の実施態様の一例を説明するための概念図を示す。
本発明の原料液濃縮方法の第一の工程は、正浸透法による第一の処理、及び膜蒸留法による第二の処理が組み合わせて行われる。
第一の処理では、原料液(a)と、誘導溶液(d)とを、正浸透膜(o)を介して接触させ、原料液中の溶媒を誘導溶液に移動させることによって、原料液の濃縮を行うとともに、誘導溶液(d)が希釈され、予備濃縮液及び希釈誘導溶液を得る。
図1の原料液濃縮システムの第一の工程における第一の処理では、正浸透プロセスを行う正浸透膜ユニット(200)を用いている。この正浸透膜ユニット(200)の内部空間は、正浸透膜(o)によって、原料液側空間(R)及び誘導溶液側空間(D)の2つに分割されている。原料液タンク(100)に収納した原料液(a)を、正浸透膜ユニット(200)の原料液側空間(R)に導入する。一方、誘導溶液タンク(400)に収納した誘導溶液(d)を、正浸透膜ユニット(200)の誘導溶液側空間(D)に導入する。
FIG. 1 shows a conceptual diagram for explaining an example of an embodiment of the raw material liquid concentration method of the present invention.
The first step of the raw material liquid concentration method of the present invention is performed in combination of a first treatment using a forward osmosis method and a second treatment using a membrane distillation method.
In the first treatment, the raw material liquid (a) and the inducing solution (d) are brought into contact with each other through a forward osmosis membrane (o), and the solvent in the raw material liquid is transferred to the inducing solution. While concentrating, the inducing solution (d) is diluted to obtain a pre-concentrated solution and a diluted inducing solution.
In the first treatment in the first step of the raw material liquid concentration system of FIG. 1, a forward osmosis membrane unit (200) that performs a forward osmosis process is used. The internal space of this forward osmosis membrane unit (200) is divided by the forward osmosis membrane (o) into two parts: a raw material liquid side space (R) and an induction solution side space (D). The raw material liquid (a) stored in the raw material liquid tank (100) is introduced into the raw material liquid side space (R) of the forward osmosis membrane unit (200). On the other hand, the inducing solution (d) stored in the inducing solution tank (400) is introduced into the inducing solution side space (D) of the forward osmosis membrane unit (200).

原料液(a)は、溶質及び溶媒を含有する。誘導溶液(d)は、誘導物質及び溶媒を含有する。誘導溶液(d)の浸透圧は原料液(a)よりも高くなるように設定されている。
そして、原料液(a)と、誘導溶液(d)とが、正浸透膜(o)を介して接触すると、両液間の浸透圧差を駆動力として、原料液(a)中の溶媒が、正浸透膜(o)を通過して誘導溶液(d)側に移動する。
本発明では、原料液(a)の溶媒は、水及び有機溶媒を含有している。この場合、原料液(a)中の溶媒のうち、水及び有機溶媒双方が正浸透膜(o)を通過して誘導溶液(d)側に移動する。このとき、正浸透膜(o)を通過して誘導溶液(d)側に移動する水と有機溶媒との割合は、原料液(a)及び誘導溶液(d)に含まれる有機溶媒の割合に依存する。
以上のことにより、原料液(a)から、溶媒のうちの、水、及び一定割合の有機溶媒が除去されて、濃縮された原料液である予備濃縮液(c)と、希釈された誘導溶液である希釈誘導溶液(e)とが得られる。
図1の方法では、予備濃縮液(c)は原料液タンク(100)に戻され、希釈誘導溶液(e)は誘導溶液タンク(400)に戻され、それぞれ循環利用される。
The raw material liquid (a) contains a solute and a solvent. The inducing solution (d) contains an inducing substance and a solvent. The osmotic pressure of the inducing solution (d) is set to be higher than that of the raw material solution (a).
When the raw material liquid (a) and the inducing solution (d) come into contact with each other through the forward osmosis membrane (o), the solvent in the raw material liquid (a) is It passes through the forward osmosis membrane (o) and moves to the inducing solution (d) side.
In the present invention, the solvent of the raw material liquid (a) contains water and an organic solvent. In this case, among the solvents in the raw material liquid (a), both water and the organic solvent pass through the forward osmosis membrane (o) and move to the inducing solution (d) side. At this time, the ratio of water and organic solvent passing through the forward osmosis membrane (o) to the inducing solution (d) is determined by the ratio of organic solvent contained in the raw material solution (a) and the inducing solution (d). Dependent.
As a result of the above, water and a certain proportion of the organic solvent in the solvent are removed from the raw material liquid (a), resulting in a pre-concentrated liquid (c) which is a concentrated raw material liquid, and a diluted derived solution. A dilute inducing solution (e) is obtained.
In the method of FIG. 1, the pre-concentrate liquid (c) is returned to the raw material liquid tank (100), and the diluted draw solution (e) is returned to the draw solution tank (400), and each is recycled.

第一の処理において、原料液(a)と誘導溶液(d)とを流す向きは特に限定されず、向流でも並流でもよい。
第一の処理における正浸透処理は、全量ろ過方式によってもクロスフローろ過方式によってもよい。第一の処理における正浸透処理は、クロスフローろ過方式によることが、ろ過流速及び膜汚染抑制の観点から好ましい。
In the first treatment, the direction in which the raw material liquid (a) and the inducing solution (d) flow is not particularly limited, and may be countercurrent or cocurrent.
The forward osmosis treatment in the first treatment may be performed by a total filtration method or a cross-flow filtration method. The forward osmosis treatment in the first treatment is preferably carried out by a cross-flow filtration method from the viewpoint of the filtration flow rate and suppression of membrane contamination.

第二の濃縮処理では、原料液(a)と、冷却水(f)とを、疎水性多孔質膜(p)を介して接触させ、原料液中の溶媒を冷却水(f)側に移動させることによって、原料液の濃縮を行うとともに、疎水性多孔質膜(p)を介して冷却水(f)側に移動した溶媒が冷却水(f)によって希釈され、予備濃縮液及び希釈溶媒液を得る。 In the second concentration process, the raw material liquid (a) and the cooling water (f) are brought into contact through the hydrophobic porous membrane (p), and the solvent in the raw material liquid is transferred to the cooling water (f) side. By doing so, the raw material liquid is concentrated, and the solvent that has moved to the cooling water (f) side through the hydrophobic porous membrane (p) is diluted by the cooling water (f), resulting in a pre-concentrated liquid and a diluted solvent liquid. get.

図1の原料液濃縮方法の第一の工程において、第二の処理では、膜蒸留プロセスを行う膜蒸留用膜ユニット(300)を用いる。この膜蒸留用膜ユニット(300)の内部空間は、疎水性多孔質膜(p)によって、原料液側空間(R)及び冷却水側空間(F)の2つに分割されている。原料液タンク(100)に収納した原料液(a)を、膜蒸留用膜ユニット(300)の原料液側空間(R)に導入する。一方、冷却水タンク(500)に収納された冷却水(f)を、膜蒸留用膜ユニット(300)の冷却水側空間(F)に導入する。
原料液(a)は、溶質及び溶媒(b)を含有する。冷却水(f)は、冷却水及び溶媒(b)を含有する。溶媒(b)の割合は、冷却水(f)に対して0~50wt%である。
In the first step of the raw material liquid concentration method shown in FIG. 1, the second treatment uses a membrane unit for membrane distillation (300) that performs a membrane distillation process. The internal space of this membrane unit for membrane distillation (300) is divided into two, a raw material liquid side space (R) and a cooling water side space (F), by a hydrophobic porous membrane (p). The raw material liquid (a) stored in the raw material liquid tank (100) is introduced into the raw material liquid side space (R) of the membrane unit for membrane distillation (300). On the other hand, the cooling water (f) stored in the cooling water tank (500) is introduced into the cooling water side space (F) of the membrane unit for membrane distillation (300).
The raw material liquid (a) contains a solute and a solvent (b). Cooling water (f) contains cooling water and solvent (b). The proportion of the solvent (b) is 0 to 50 wt% relative to the cooling water (f).

そして、原料液(a)と、冷却水(f)とが、疎水性多孔質膜(p)を介して接触すると、両液間の蒸気圧差を駆動力として、原料液(a)中の溶媒が、疎水性多孔質膜(p)を通過して冷却水(f)側に移動する。
本発明では、原料液(a)の溶媒は、水及び有機溶媒を含有している。この場合、原料液(a)中の溶媒のうち、主として有機溶媒が疎水性多孔質膜(p)を通過して冷却水(f)側に移動する。一方、有機溶剤に比べて蒸気圧が低い水が冷却水(f)側に移動する割合は、有機溶媒よりも少ない。このとき、疎水性多孔質膜(p)を通過して冷却水(f)側に移動する水と有機溶媒との割合は、原料液(a)、冷却水間の、水及び有機溶媒それぞれの蒸気圧差によって定まる。
以上のことにより、原料液(a)から、溶媒のうちの、有機溶媒、及び少量の水が除去されて、濃縮された原料液である予備濃縮液(c)と、希釈された溶媒を含有する水溶液(g)とが得られる。また、冷却水(f)中の溶媒(b)の割合を適切に設定して、原料液(a)、冷却水(f)間の蒸気圧差を調節することにより、濃縮後の原料液(a)の溶媒濃度を制御することが可能となる。
図1の方法では、予備濃縮液(c)は原料液タンク(100)に戻され、水溶液(g)は冷却水タンク(500)に戻され、それぞれ循環利用される。
第二の処理において、原料液(a)と冷却水(f)との流す向きは、特に限定されず、向流でも並流でもよい。
When the raw material liquid (a) and the cooling water (f) come into contact with each other through the hydrophobic porous membrane (p), the vapor pressure difference between the two liquids is used as a driving force to drive the solvent in the raw material liquid (a). passes through the hydrophobic porous membrane (p) and moves to the cooling water (f) side.
In the present invention, the solvent of the raw material liquid (a) contains water and an organic solvent. In this case, among the solvents in the raw material liquid (a), mainly the organic solvent passes through the hydrophobic porous membrane (p) and moves to the cooling water (f) side. On the other hand, the rate at which water, which has a lower vapor pressure than the organic solvent, moves to the cooling water (f) side is smaller than that of the organic solvent. At this time, the ratio of water and organic solvent that passes through the hydrophobic porous membrane (p) and moves to the cooling water (f) side is determined by the ratio of water and organic solvent between the raw material liquid (a) and the cooling water, respectively. Determined by the vapor pressure difference.
As a result of the above, the organic solvent and a small amount of water among the solvents are removed from the raw material liquid (a), and the pre-concentrated liquid (c) is a concentrated raw material liquid and contains a diluted solvent. An aqueous solution (g) is obtained. In addition, by appropriately setting the proportion of the solvent (b) in the cooling water (f) and adjusting the vapor pressure difference between the raw material liquid (a) and the cooling water (f), the raw material liquid (a) after concentration can be adjusted. ) makes it possible to control the solvent concentration.
In the method of FIG. 1, the pre-concentrate liquid (c) is returned to the raw material liquid tank (100), and the aqueous solution (g) is returned to the cooling water tank (500), so that they are recycled.
In the second treatment, the direction in which the raw material liquid (a) and the cooling water (f) flow is not particularly limited, and may be countercurrent or cocurrent.

図1の例では、第一の工程において、上記の第一の処理及び第二の処理を、並列に実施することにより、原料液(a)の濃縮を行い、予備濃縮液(c)を得る。
第二の工程では、凍結乾燥ユニット(600)において、上記第一の工程で得られた予備濃縮液(c)を凍結乾燥法によって更に濃縮し、水分量が好ましくは3質量%以下にまで減少された生成物(h)を得る。
凍結乾燥は、典型的には、凍結乾燥ユニット(600)のチャンバー内における以下の3つの段階を含む:
(A)凍結段階;
(B)一次乾燥段階;及び
(C)二次乾燥段階。
段階(A)は、第一の工程によって得られた予備濃縮液中の溶媒を凍結する段階である。段階(B)においては、チャンバー圧力を低下させ(例えば、13.3Pa以下まで低下させ)、凍結物に熱を加えて、溶媒を昇華させる。段階(C)において、温度を増加させて、結晶水等の結合溶媒も含めた水分を取り除き、予備濃縮液中の残留溶媒含有量が所望のレベルに下がるまで乾燥する。
以上のようにして、予備濃縮液(c)が更に濃縮された、生成物(h)を得る。ここで、脱溶媒を促進する方法として、前記チャンバー圧力の低下以外の方法として、チャンバー内に乾燥された気体を流入させる方法を用いてもよい。
In the example of FIG. 1, in the first step, the above-mentioned first treatment and second treatment are performed in parallel to concentrate the raw material liquid (a) and obtain a pre-concentrated liquid (c). .
In the second step, in the freeze-drying unit (600), the pre-concentrated liquid (c) obtained in the first step is further concentrated by a freeze-drying method, and the water content is preferably reduced to 3% by mass or less. A product (h) is obtained.
Freeze-drying typically involves three stages within the chamber of the freeze-drying unit (600):
(A) Freezing stage;
(B) a primary drying stage; and (C) a secondary drying stage.
Step (A) is a step of freezing the solvent in the pre-concentrate obtained in the first step. In step (B), the chamber pressure is lowered (for example, lowered to 13.3 Pa or less) and heat is applied to the frozen material to sublimate the solvent. In step (C), the temperature is increased to remove water, including binding solvents such as water of crystallization, and drying until the residual solvent content in the preconcentrate drops to the desired level.
In the manner described above, a product (h) obtained by further concentrating the preconcentrated liquid (c) is obtained. Here, as a method of accelerating the solvent removal, a method of flowing dry gas into the chamber may be used as a method other than reducing the chamber pressure.

第一の工程と第二の工程との間に、凍結乾燥法の前段階を行う工程が存在してもよい。
凍結乾燥法の前段階工程としては、例えば、予備凍結工程、殺菌工程等が挙げられる。
第一の工程と第二の工程とは、時間間隔を置かずに連続して行ってもよいし、所定の時間間隔を開けて行ってもよい。例えば、第一の工程で得られた予備濃縮液を一時的に貯蔵し、所定の時間が経過した後に第二の工程を行ってもよい。しかしながら、第一の工程と第二の工程とを連結させ、時間間隔を置かずに連続して濃縮を行うことが、時間的な効率の点でより好ましい。
Between the first step and the second step, there may be a step of performing a pre-stage of the freeze-drying method.
Preliminary steps in the freeze-drying method include, for example, a preliminary freezing step, a sterilization step, and the like.
The first step and the second step may be performed continuously without any time interval, or may be performed at a predetermined time interval. For example, the pre-concentrate obtained in the first step may be temporarily stored and the second step may be performed after a predetermined period of time has elapsed. However, it is more preferable in terms of time efficiency to connect the first step and the second step and perform the concentration continuously without any time interval.

第一の工程と第二の工程の間に、第一の工程で得られた予備濃縮液が所定の溶媒組成で濃縮されていることを確認するための溶媒組成分析工程が含まれていてもよい。溶媒組成分析工程における測定は、第一の工程を行う装置内で行ってもよいし、第一の工程の後に予備濃縮液の一部を抜き取って行ってもよい。 Even if a solvent composition analysis step is included between the first step and the second step to confirm that the pre-concentrated liquid obtained in the first step is concentrated with a predetermined solvent composition. good. The measurement in the solvent composition analysis step may be performed within the apparatus that performs the first step, or may be performed by extracting a portion of the pre-concentrated liquid after the first step.

図2に、本発明の原料液濃縮方法の実施態様の別の一例を説明するための概略図を示した。
図2の原料液濃縮方法は、第一の工程において、正浸透膜ユニット(200)により第一の処理を行うこと、膜蒸留用膜ユニット(300)を用いて第2の処理を行うこと、及び第二の工程において凍結乾燥ユニット(600)を用いて凍結乾燥を行うことは、図1の原料液濃縮方法と同様である。なお、図2では、原料液タンク、誘導溶液タンク、及び冷却水タンクの記載は省略されている。
図1の原料液濃縮方法では、第一の工程において、第一の処理の正浸透膜ユニット(200)から得られた予備濃縮液(c)、及び第二の処理の膜蒸留用膜ユニット(300)から得られた予備濃縮液(c)は、原料液タンクに戻され、循環使用されたうえで、第二工程の凍結乾燥ユニット(600)に供される。
しかしながら、図2の原料液濃縮方法では、第一の処理の正浸透膜ユニット(200)から得られた予備濃縮液(c)、及び第二の処理の膜蒸留用膜ユニット(300)から得られた予備濃縮液(c)は、それぞれ、ワンパスで各ユニットを通過し、好ましくは両者混合されたうえで、第二工程の凍結乾燥ユニット(600)に供される点が異なる。
FIG. 2 shows a schematic diagram for explaining another example of the embodiment of the raw material liquid concentration method of the present invention.
The raw material liquid concentration method of FIG. 2 includes, in the first step, performing a first treatment using a forward osmosis membrane unit (200), performing a second treatment using a membrane distillation membrane unit (300), In the second step, freeze-drying is performed using the freeze-drying unit (600), which is the same as the raw material liquid concentration method shown in FIG. Note that in FIG. 2, illustrations of the raw material liquid tank, the induction solution tank, and the cooling water tank are omitted.
In the raw material liquid concentration method of FIG. 1, in the first step, the pre-concentrated liquid (c) obtained from the forward osmosis membrane unit (200) of the first treatment and the membrane distillation membrane unit (200) of the second treatment are used. The pre-concentrated liquid (c) obtained from step 300) is returned to the raw material liquid tank, used for circulation, and then provided to the freeze-drying unit (600) of the second step.
However, in the raw material liquid concentration method of FIG. The difference is that the pre-concentrated liquids (c) are passed through each unit in one pass, preferably mixed together, and then provided to the freeze-drying unit (600) of the second step.

《原料液濃縮システムの各要素》
以上、本発明の原料液濃縮方法に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方法を構成する各要素について、以下に詳説する。
《Each element of the raw material liquid concentration system》
The outline of the concentration of the raw material liquid by the raw material liquid concentration method of the present invention has been described above. Subsequently, each element constituting the raw material liquid concentration method of the present invention will be explained in detail below.

〈原料液(a)〉
原料液(a)とは、溶質及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(a)は、流体である限りにおいて、乳化物であってもよい。
<Raw material liquid (a)>
The raw material liquid (a) is a fluid containing a solute and a solvent, which is intended to be concentrated by the system of the present invention. This raw material liquid (a) may be an emulsion as long as it is a fluid.

本発明に適用される原料液(a)を例示すると、例えば、医薬品原料、食品、海水、ガス田・油田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)中の溶媒組成を任意に制御しながら、溶媒が除去された濃縮物を得ることができる。しかしながら、加熱を要さずに濃縮可能である利点を考慮すると、本発明の原料液濃縮システムを、加熱により分解が懸念される、医薬品又はその原料の濃縮に適用すると、医薬品成分の効能を維持した状態で濃縮することができ、更に溶質の析出を抑制しながら濃縮することできる。その結果、有価物をほとんどロスすることなく濃縮することが可能となる。 Examples of the raw material liquid (a) applicable to the present invention include pharmaceutical raw materials, foods, seawater, and produced water discharged from gas fields and oil fields. In the raw material liquid concentration system of the present invention, a concentrate from which the solvent has been removed can be obtained while arbitrarily controlling the solvent composition in the raw material liquid (a). However, considering the advantage of being able to concentrate without the need for heating, it is possible to maintain the efficacy of pharmaceutical ingredients when the raw material liquid concentration system of the present invention is applied to concentrate pharmaceuticals or their raw materials that are concerned about decomposition due to heating. It is possible to concentrate in a state where the solute is concentrated, and furthermore, it is possible to concentrate while suppressing the precipitation of solute. As a result, it becomes possible to concentrate valuable materials with almost no loss.

本発明に適用される原料液(a)としては、医薬品原料が好ましい。
濃縮される医薬品原料としては、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)、及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、この溶質が溶媒中に溶解又は分散されたものであることが好ましい。
The raw material liquid (a) applied to the present invention is preferably a pharmaceutical raw material.
Pharmaceutical raw materials to be concentrated include, for example, useful substances selected from the group consisting of amino acids, peptides, proteins, sugars, vaccines, nucleic acids, antibiotics, antibody-drug conjugates (ADCs), and vitamins, and this solute. is preferably dissolved or dispersed in a solvent.

アミノ酸は、必須アミノ酸、非必須アミノ酸、及び非天然アミノ酸を包含する。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。 Amino acids include essential amino acids, non-essential amino acids, and unnatural amino acids. Examples of essential amino acids include tryptophan, lysine, methionine, phenylalanine, threonine, valine, leucine, isoleucine, and the like. Examples of non-essential amino acids include arginine, glycine, alanine, serine, tyrosine, cysteine, asparagine, glutamine, proline, aspartic acid, and glutamic acid.

非天然アミノ酸とは、同一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し、種々の標識化合物をアミノ酸骨格に結合させることにより合成することができる。「アミノ酸骨格」は、アミノ酸中のカルボキシル基、アミノ基、及びこれらを連結している部分を含有する。「標識化合物」は、当業者には公知の色素化合物、蛍光物質、化学/生物発光物質、酵素基質、補酵素、抗原性物質、及びタンパク質結合性物質を指す。
非天然アミノ酸の一例として、例えば、標識化合物と結合したアミノ酸である「標識化アミノ酸」が挙げられる。標識化アミノ酸としては、例えば、側鎖にベンゼン環等の芳香環を含むアミノ酸骨格を有するアミノ酸に標識化合物を結合させたアミノ酸等が挙げられる。また、特定の機能が付与された非天然アミノ酸の例として、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。
An unnatural amino acid refers to any artificial compound that does not exist in nature and has an amino acid skeleton within the same molecule, and can be synthesized by bonding various labeling compounds to the amino acid skeleton. The "amino acid skeleton" contains carboxyl groups, amino groups in amino acids, and parts that connect these groups. "Label compound" refers to dye compounds, fluorescent materials, chemiluminescent materials, enzyme substrates, coenzymes, antigenic materials, and protein binding materials known to those skilled in the art.
An example of an unnatural amino acid is a "labeled amino acid" which is an amino acid bound to a labeling compound. Examples of labeled amino acids include amino acids in which a labeling compound is bonded to an amino acid having an amino acid skeleton containing an aromatic ring such as a benzene ring in its side chain. Further, examples of unnatural amino acids imparted with specific functions include, for example, photoresponsive amino acids, photoswitch amino acids, fluorescent probe amino acids, fluorescently labeled amino acids, and the like.

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。濃縮されるペプチドとしては、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。 A peptide refers to a compound in which 2 or more amino acid residues and less than 70 amino acid residues are bonded, and may be chain-like or cyclic. Examples of the peptides to be concentrated include L-alanyl-L-glutamine, β-alanyl-L-histidine cyclosporine, and glutathione.

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、ペプチドよりも長鎖のものを指す。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。 A protein generally refers to a compound in which amino acid residues are bonded that has a longer chain than a peptide. As the protein, for example, those applicable as protein preparations are preferable. Examples of protein preparations include interferon α, interferon β, interleukins 1 to 12, growth hormone, erythropoietin, insulin, granular colony stimulating factor (G-CSF), tissue plasminogen activator (TPA), and natriuresis. Examples include peptides, blood coagulation factor VIII, somatomedin, glucagon, growth hormone releasing factor, serum albumin, calcitonin, and the like.

糖としては、例えば、単糖類(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)、二糖類(例えば、マルトース、スクロース、ラクトース等)、糖鎖(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、イズロン酸等の他;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)等を挙げることができる。 Examples of sugars include monosaccharides (e.g., glucose, fructose, galactose, mannose, ribose, deoxyribose, etc.), disaccharides (e.g., maltose, sucrose, lactose, etc.), and sugar chains (e.g., glucose, galactose, mannose, etc.). In addition to fucose, xylose, glucuronic acid, iduronic acid, etc.; saccharide derivatives such as N-acetylglucosamine, N-acetylgalactosamine, N-acetylneuraminic acid, etc.).

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、新型コロナワクチン等が;
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。
Examples of vaccines include hepatitis A vaccine, hepatitis B vaccine, hepatitis C vaccine, new coronavirus vaccine, etc.;
Examples of nucleic acids include oligonucleotides, RNA, aptamers, decoys, etc.;
Examples of antibiotics include streptomycin, vancomycin, etc.;
Each can be mentioned.

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。 Examples of vitamins include vitamin A, vitamin B, and vitamin C, and the concept also includes derivatives and salts of these. The B vitamins include, for example, vitamin B6, vitamin B12, and the like.

原料液に含まれる溶質の数平均分子量は、100~50,000程度であってよく、好ましくは100~30,000程度、より好ましくは100~10,000程度であり、100~6,000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、正浸透膜、および膜蒸留時の半透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。
溶質の数平均分子量は、分子量が比較的小さい場合(例えば分子量500以下の場合)には、溶質の化学式からの計算により、求めることができる。一方、溶質の分子量が比較的大きい場合(例えば分子量500超の場合)の数平均分子量は、GPCによって測定されたポリエチレングリコール換算の数平均分子量として、求めることができる。
The number average molecular weight of the solute contained in the raw material liquid may be about 100 to 50,000, preferably about 100 to 30,000, more preferably about 100 to 10,000, and about 100 to 6,000. It is particularly preferable that there be.
If the molecular weight of the solute is too small, it may pass through forward osmosis membranes and semipermeable membranes during membrane distillation, and if the molecular weight is too large, the solute may adhere to the membrane surface, which is undesirable. .
When the molecular weight is relatively small (for example, when the molecular weight is 500 or less), the number average molecular weight of the solute can be determined by calculation from the chemical formula of the solute. On the other hand, when the molecular weight of the solute is relatively large (for example, when the molecular weight exceeds 500), the number average molecular weight can be determined as the number average molecular weight in terms of polyethylene glycol measured by GPC.

〈誘導溶液(d)〉
誘導溶液(d)は、誘導物質と、溶媒とを含有し、原料液(a)よりも高い浸透圧を持ち、かつ、正浸透膜(o)を著しく変性させない流体である。
<Inducing solution (d)>
The inducing solution (d) is a fluid that contains an inducing substance and a solvent, has a higher osmotic pressure than the raw material solution (a), and does not significantly denature the forward osmosis membrane (o).

〈誘導物質〉
本発明で使用可能な誘導物質としては、例えばアルコール、無機塩、糖、重合体等を挙げることができる。したがって本発明における誘導溶液は、アルコール、無機塩、糖、重合体等から選択される1種以上を含む溶液であってよい。
アルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、イソプロパノール等のモノアルコール;エチレングルコール、プロピレングリコール等のグリコール等を挙げることができる。
無機塩としては、例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、硫酸ナトリウム、硫酸マグネシウム、チオ硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、炭酸アンモニウム等を;
糖としては、例えば、ショ糖,果糖,ブドウ糖等の一般的な糖類、及びオリゴ糖,希少糖等の特殊な糖類を;
重合体としては、例えば、ポリエチレンオキシド,プロピレンオキシド等の重合体、及びこれらの共重合体等を挙げることができる。
<Inducer>
Examples of the inducer that can be used in the present invention include alcohols, inorganic salts, sugars, and polymers. Therefore, the inducing solution in the present invention may be a solution containing one or more selected from alcohols, inorganic salts, sugars, polymers, and the like.
Examples of the alcohol include monoalcohols such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, and isopropanol; and glycols such as ethylene glycol and propylene glycol.
Examples of inorganic salts include sodium chloride, potassium chloride, magnesium chloride, calcium chloride, sodium sulfate, magnesium sulfate, sodium thiosulfate, sodium sulfite, ammonium chloride, ammonium sulfate, ammonium carbonate, etc.;
Examples of sugars include common sugars such as sucrose, fructose, and glucose, and special sugars such as oligosaccharides and rare sugars;
Examples of the polymer include polymers such as polyethylene oxide and propylene oxide, and copolymers thereof.

誘導溶液(d)における誘導物質の濃度は、誘導溶液(d)の浸透圧が原料液(a)の浸透圧よりも高くなるように設定される。誘導溶液(d)の浸透圧は、原料液(a)の浸透圧より高ければ、その範囲内で変動しても構わない。
二つの液体間の浸透圧差を判断するには、例えば、以下のいずれかの方法によることができる。
(1)二つの液体を混合後、二相分離する場合:二相分離後に、体積が増えた方の液体の浸透圧が高いと判断する、又は、
(2)二つの液体を混合後、二相分離しない場合:正浸透膜(o)を介して二つの液体を接触させ、一定時間の経過後に体積が大きくなった液体の浸透圧が高いと判断する。このときの一定時間とは、その浸透圧差に依存するが、一般的には数分から数時間の範囲である。
The concentration of the inducer in the inducing solution (d) is set so that the osmotic pressure of the inducing solution (d) is higher than the osmotic pressure of the raw material solution (a). The osmotic pressure of the inducing solution (d) may vary within this range as long as it is higher than the osmotic pressure of the raw material solution (a).
To determine the osmotic pressure difference between two liquids, for example, one of the following methods can be used.
(1) In the case of two-phase separation after mixing two liquids: After two-phase separation, it is determined that the osmotic pressure of the liquid whose volume has increased is higher, or
(2) When two phases do not separate after mixing two liquids: Two liquids are brought into contact through a forward osmosis membrane (o), and the liquid whose volume increases after a certain period of time is judged to have a high osmotic pressure. do. The certain period of time at this time depends on the osmotic pressure difference, but is generally in the range of several minutes to several hours.

誘導溶液(d)における誘導物質は、原料液(a)の溶媒に含まれる有機溶媒と同種とすることが好ましい。 The inducing substance in the inducing solution (d) is preferably the same type as the organic solvent contained in the solvent of the raw material solution (a).

〈冷却水(f)〉
冷却水(f)は、水でもよいし、水と有機溶媒の混合溶液であってもよい。冷却水(f)は、原料液(a)よりも低い蒸気圧を持ち、かつ、疎水性膜(p)をウェッティングさせない流体である。温度が低いほど、蒸気圧は低くなることから、冷却水(f)の温度は原料液(a)よりも低いことが好ましい。
<Cooling water (f)>
The cooling water (f) may be water or a mixed solution of water and an organic solvent. The cooling water (f) is a fluid that has a lower vapor pressure than the raw material liquid (a) and does not wet the hydrophobic membrane (p). Since the lower the temperature, the lower the vapor pressure, the temperature of the cooling water (f) is preferably lower than that of the raw material liquid (a).

〈原料液(a)の溶媒〉
原料液(a)の溶媒は、水及び有機溶媒を含有する。
原料液(a)の溶媒は、水及び有機溶媒を含有する液体であり、原料液(a)中の溶質を溶解又は分散できるものである限り、制限はない。溶媒に含まれる有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール等の低分子アルコール類;アセトニトリル、トルエン、キシレン、酢酸エチル等のVOC(Volatile organic compaunds;揮発性有機化合物)と称される化合物;酢酸、葉酸、プロピオン酸、ブチル酸等のVA(Volatile acid;揮発酸)と称される酸等が挙げられる。
本発明においては、特に、溶質の安定性の観点から、水と、アセトニトリル及びイソプロパノールから成る群から選択される1種又は2種とを含有する混合液体を、原料液(a)の溶媒として用いることが好ましい。
<Solvent of raw material liquid (a)>
The solvent of the raw material liquid (a) contains water and an organic solvent.
The solvent of the raw material liquid (a) is a liquid containing water and an organic solvent, and is not limited as long as it can dissolve or disperse the solute in the raw material liquid (a). Examples of organic solvents contained in the solvent include low molecular alcohols such as methanol, ethanol, and isopropanol; compounds called VOCs (Volatile organic compounds) such as acetonitrile, toluene, xylene, and ethyl acetate; Examples include acids called VA (Volatile acids) such as acetic acid, folic acid, propionic acid, and butyric acid.
In the present invention, in particular, from the viewpoint of solute stability, a mixed liquid containing water and one or two selected from the group consisting of acetonitrile and isopropanol is used as a solvent for the raw material liquid (a). It is preferable.

〈予備濃縮液(c)〉
原料液(a)が第一の工程を経て濃縮されて得られる予備濃縮液(c)は、原料液(a)中の成分を維持し、かつ、溶媒が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(a)から分離される溶媒の量を任意に制御することができる。また、第一の処理と、第二の処理の運転方法を制御することにより、溶媒の組成も任意に制御することができる。
<Pre-concentrated liquid (c)>
The pre-concentrated liquid (c) obtained by concentrating the raw material liquid (a) through the first step is obtained by maintaining the components in the raw material liquid (a) and separating the solvent. In the raw material liquid concentration system of the present invention, the amount of solvent separated from the raw material liquid (a) can be arbitrarily controlled. Furthermore, by controlling the operating methods of the first treatment and the second treatment, the composition of the solvent can also be controlled as desired.

本発明の第一の工程によると、第一の処理では溶媒中の水が優先的に分離され、第二の処理では溶媒中の有機溶媒が優先的に分離される。そのため、第一の処理と第二の処理とを併用して運転し、それぞれの寄与の程度を調節することにより、予備濃縮液の溶媒組成を任意に制御することができる。 According to the first step of the present invention, water in the solvent is preferentially separated in the first treatment, and organic solvent in the solvent is preferentially separated in the second treatment. Therefore, by operating the first treatment and the second treatment in combination and adjusting the degree of contribution of each, the solvent composition of the pre-concentrated liquid can be arbitrarily controlled.

本発明における第一の処理によると、原料液(a)の浸透圧が誘導溶液(
d)の浸透圧を超えない限り、原料液(a)を、その飽和濃度付近まで濃縮することが可能である。また、第二の処理によると、膜蒸留用膜が原料液(a)の溶媒によってウェッティングせず、かつ、蒸気圧が冷却水(f)の蒸気圧以下にならない限り、原料液(a)から溶媒を除去することが可能である。
本発明では、第一の工程により、原料液(a)を凍結乾燥に適した溶媒組成に制御して濃縮できるため、後述の第二の工程の凍結乾燥時間を短縮することができ、時間的及びエネルギー的に負荷の大きい凍結乾燥工程を効率化することができる。
According to the first treatment in the present invention, the osmotic pressure of the raw material solution (a) is lowered by the inducing solution (
As long as the osmotic pressure of d) is not exceeded, it is possible to concentrate the raw material solution (a) to around its saturation concentration. In addition, according to the second treatment, as long as the membrane for membrane distillation is not wetted by the solvent of the raw material liquid (a) and the vapor pressure does not become lower than the vapor pressure of the cooling water (f), the raw material liquid (a) It is possible to remove the solvent from.
In the present invention, in the first step, the raw material liquid (a) can be concentrated by controlling the solvent composition to be suitable for freeze-drying, so the freeze-drying time in the second step described later can be shortened, and the time is reduced. In addition, it is possible to make the freeze-drying process, which requires a large amount of energy, more efficient.

凍結乾燥に適した溶媒組成とは、原料液(a)中の有機溶媒の割合が適切に制御された組成である。適切な組成は、原料液(a)の溶媒及び溶質の種類、並びに凍結乾燥条件によって異なる。
一般的には、原料液(a)中の有機溶媒濃度が高すぎると、凍結乾燥時の凍結工程に時間がかかり、場合によっては凍結できないことがある。一方で、有機溶媒濃度が過度に低い場合、原料液(a)中の溶質が析出してしまい、十分な濃縮を達成できないことがある。そのため、原料液(a)は、有機溶媒の濃度を適度の範囲に保ちながら濃縮することが望ましい。
具体的には、第一の工程によって得られる予備濃縮液(c)中の有機溶媒の質量の、予備濃縮液(c)中の溶媒の全質量に対する割合が、30質量%以下であることが好ましく、20質量%以下であることが特に好ましい。一方で、溶質の析出を避け、所望の品質の生成物(h)を得るために、予備濃縮液(c)の溶媒中の有機溶媒の質量割合は、1質量%以上であることが好ましい。
また、予備濃縮液(c)は、溶媒ができるだけ除去された状態であることが好ましい。具体的には、第一の工程によって得られる予備濃縮液(c)中の溶媒の質量の、予備濃縮液(c)の全質量に対する割合が、11.0質量%以下であることが好ましく、10.5質量%以下であることがより好ましく、10.0質量%以下であることが更に好ましい。一方で、凍結乾燥の工程を効果的に実施して、所望の品質の生成物(h)を得るために、予備濃縮液(c)中の溶媒の質量割合は、1質量%以上であることが好ましい。
A solvent composition suitable for freeze-drying is a composition in which the proportion of organic solvent in the raw material liquid (a) is appropriately controlled. The appropriate composition varies depending on the type of solvent and solute in the raw material solution (a) and the freeze-drying conditions.
Generally, if the concentration of the organic solvent in the raw material liquid (a) is too high, the freezing step during freeze-drying will take a long time, and in some cases, freezing may not be possible. On the other hand, if the organic solvent concentration is too low, the solute in the raw material liquid (a) may precipitate, making it impossible to achieve sufficient concentration. Therefore, it is desirable to concentrate the raw material liquid (a) while keeping the concentration of the organic solvent within an appropriate range.
Specifically, the ratio of the mass of the organic solvent in the preconcentrate (c) obtained in the first step to the total mass of the solvent in the preconcentrate (c) is 30% by mass or less. The content is preferably 20% by mass or less, particularly preferably 20% by mass or less. On the other hand, in order to avoid precipitation of the solute and obtain a product (h) of desired quality, the mass proportion of the organic solvent in the solvent of the pre-concentrate (c) is preferably 1% by mass or more.
Further, it is preferable that the pre-concentrated liquid (c) is in a state in which the solvent has been removed as much as possible. Specifically, the ratio of the mass of the solvent in the preconcentrate (c) obtained in the first step to the total mass of the preconcentrate (c) is preferably 11.0% by mass or less, It is more preferably 10.5% by mass or less, and even more preferably 10.0% by mass or less. On the other hand, in order to effectively carry out the freeze-drying process and obtain a product (h) of the desired quality, the mass proportion of the solvent in the preconcentrate (c) should be 1% by mass or more. is preferred.

本発明の第一の工程では、正浸透及び膜蒸留を組み合わせた濃縮が行われる。したがって、この第一の工程により、原料液(a)の溶媒組成を、第二の工程の凍結乾燥に適した組成に制御しつつ、高い濃縮倍率を得ることが可能である。本方法を適用可能な原料液(a)の種類は多様であり、実質的にあらゆる液体の濃縮が可能である。したがって本発明によると、従来技術を適用することが不可能な又は困難な場合でも、高品質の濃縮物を高効率に得ることができる。 In the first step of the invention, concentration is performed using a combination of forward osmosis and membrane distillation. Therefore, through this first step, it is possible to obtain a high concentration ratio while controlling the solvent composition of the raw material liquid (a) to a composition suitable for freeze-drying in the second step. There are various types of raw material liquids (a) to which this method can be applied, and virtually any liquid can be concentrated. Therefore, according to the present invention, a high quality concentrate can be obtained with high efficiency even in cases where it is impossible or difficult to apply conventional techniques.

〈第一の工程〉
本発明の原料液濃縮方法における第一の工程では、正浸透法による濃縮が行われる。
本発明における正浸透法による濃縮は、例えば、正浸透膜(o)によって内部空間が原料液側空間(R)及び誘導溶液側空間(D)の2つに分割された正浸透膜ユニットを用いて実施されてよい。
<First step>
In the first step in the raw material liquid concentration method of the present invention, concentration is performed by forward osmosis.
Concentration by the forward osmosis method in the present invention uses, for example, a forward osmosis membrane unit whose internal space is divided into two parts, a raw material liquid side space (R) and a draw solution side space (D), by a forward osmosis membrane (o). It may be implemented by

〈正浸透膜ユニットの正浸透膜(o)〉
正浸透膜ユニットの正浸透膜(o)とは、原料液(a)中の溶媒は透過させるが、溶質は透過させない、又は透過させ難い機能を有する膜である。
本発明の原料液濃縮方法の第一の工程における第一の処理で用いられる正浸透膜(o)は、逆浸透膜の機能を有する膜であってもよい。しかしながら、圧力によって溶媒を除去する逆浸透プロセスと、原料液と誘導溶液との浸透圧の差を利用する正浸透プロセスとは、溶媒除去に活用される駆動力の違いに起因して、適切な膜構造が異なる。
したがって、本発明の原料液濃縮方法では、正浸透膜(o)として、正浸透膜としての機能が高い膜を使用することが好ましい。
<Forward osmosis membrane (o) of forward osmosis membrane unit>
The forward osmosis membrane (o) of the forward osmosis membrane unit is a membrane that has the function of allowing the solvent in the raw material liquid (a) to pass therethrough, but not allowing or making it difficult for the solute to pass therethrough.
The forward osmosis membrane (o) used in the first treatment in the first step of the raw material liquid concentration method of the present invention may be a membrane having the function of a reverse osmosis membrane. However, the reverse osmosis process, which removes the solvent by pressure, and the forward osmosis process, which uses the difference in osmotic pressure between the raw material solution and the draw solution, are not suitable due to the difference in the driving force utilized for solvent removal. The membrane structure is different.
Therefore, in the raw material liquid concentration method of the present invention, it is preferable to use a membrane having a high function as a forward osmosis membrane as the forward osmosis membrane (o).

正浸透膜(o)の形状としては、例えば、中空糸状、平膜状等が挙げられる。
正浸透膜(o)としては、支持層(支持膜)上に分離活性層を有する複合型の膜が好ましい。支持膜は、所望の正浸透膜の形状に応じて、適宜の形状であってよく、例えば、平膜であっても中空糸膜であってもよい。
平膜を支持膜とする場合、支持膜の片面又は両面に分離活性層を有するものであってよい。
中空糸膜を支持膜とする場合、中空糸膜の外表面若しくは内表面、又はこれらの双方の面上に分離活性層を有するものであってよい。
Examples of the shape of the forward osmosis membrane (o) include a hollow fiber shape and a flat membrane shape.
As the forward osmosis membrane (o), a composite membrane having a separation active layer on a support layer (support membrane) is preferable. The support membrane may have an appropriate shape depending on the shape of the desired forward osmosis membrane, and may be, for example, a flat membrane or a hollow fiber membrane.
When a flat membrane is used as a support membrane, a separation active layer may be provided on one or both sides of the support membrane.
When a hollow fiber membrane is used as a support membrane, a separation active layer may be provided on the outer surface, inner surface, or both surfaces of the hollow fiber membrane.

本実施形態における支持膜とは、分離活性層を支持するための膜であり、これ自体は分離対象物に対して実質的に分離性能を示さないことが好ましい。この支持膜としては、公知の微細孔性支持膜、不織布等を含むどのようなものでも使用できる。
本実施形態において好ましい支持膜は、多孔質中空糸支持膜である。この多孔質中空糸支持膜は、その内表面に、孔径が好ましくは0.001μm以上0.1μm以下、より好ましくは0.005μm以上0.05μm以下の細孔を有する。一方、多孔質中空糸支持膜の内表面から膜の深さ方向に外表面までの構造については、透過する流体の透過抵抗を小さくするために、強度を保ち得る限りでできるだけ疎な構造であることが好ましい。この部分の疎な構造は、例えば網状、指状ボイド等、又はそれらの混合構造のいずれかであることが好ましい。
The support membrane in this embodiment is a membrane for supporting the separation active layer, and it is preferable that the support membrane itself does not substantially exhibit separation performance for the object to be separated. As this support membrane, any material including known microporous support membranes, nonwoven fabrics, etc. can be used.
A preferred support membrane in this embodiment is a porous hollow fiber support membrane. This porous hollow fiber support membrane has pores on its inner surface with a pore diameter of preferably 0.001 μm or more and 0.1 μm or less, more preferably 0.005 μm or more and 0.05 μm or less. On the other hand, the structure from the inner surface of the porous hollow fiber supported membrane to the outer surface in the depth direction of the membrane is as sparse as possible while maintaining strength, in order to reduce the permeation resistance of the permeating fluid. It is preferable. Preferably, the sparse structure of this portion is, for example, a net-like structure, a finger-like void structure, or a mixed structure thereof.

平膜状又は中空糸状の正浸透膜(o)における分離活性層としては、誘導物質の阻止率が高いことから、例えば、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、ポリアクリロニトリル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、酢酸セルロース等から選ばれる少なくとも1種を主成分とする薄膜層であることが好ましい。より好ましくは、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、ポリアクリロニトリル、及びポリアミドから選ばれる少なくとも1種を主成分とすることであり、特に好ましくはポリアミドの層である。 As the separation active layer in the flat membrane or hollow fiber forward osmosis membrane (o), for example, polysulfone, polyethersulfone, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polyethylene, polypropylene, polyamide can be used, since they have a high rejection rate of the inducing substance. It is preferable that the thin film layer is mainly composed of at least one selected from cellulose acetate, cellulose acetate, and the like. More preferably, the main component is at least one selected from polysulfone, polyethersulfone, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, and polyamide, and particularly preferably a polyamide layer.

本実施形態においては、中空糸状の正浸透膜(o)を用いることが好ましく、特に中空糸状の多孔質支持膜の内表面に重合体薄膜から成る分離活性層を有する複合型中空糸を用いることが好ましい。
正浸透膜ユニットとしては、複数の正浸透膜の糸束が好ましくは適当なハウジング内に収納されて構成される、正浸透膜モジュールの形態にあるものを使用することが好ましい。
In this embodiment, it is preferable to use a hollow fiber forward osmosis membrane (o), particularly a composite hollow fiber having a separation active layer made of a polymer thin film on the inner surface of a hollow fiber porous support membrane. is preferred.
The forward osmosis membrane unit is preferably in the form of a forward osmosis membrane module, in which a plurality of forward osmosis membrane thread bundles are preferably accommodated in a suitable housing.

中空糸状の正浸透膜を用いる場合、中空糸膜の外径は、好ましくは300μm以上5,000μm以下、より好ましくは350μm以上4,000μm以下であり、中空糸膜の内径は、好ましくは200μm以上4,000μm以下、より好ましくは250μm以上1,500μm以下である。中空糸の内径が200μm未満であると、中空糸膜内側に流体を流した際の圧力損失が大きくなり、中空糸における圧力が大きくなる。また、単位体積当たりの原料液と膜表面との接触面積が大きくなり、その結果、原料液に含まれる溶質の膜表面への固着が起こり易くなる。中空糸の内径が4,000μmを超えると、原料液と膜表面の接触面積が過度に小さくなり、溶媒と溶質との分離効率が損なわれる場合がある。 When using a hollow fiber forward osmosis membrane, the outer diameter of the hollow fiber membrane is preferably 300 μm or more and 5,000 μm or less, more preferably 350 μm or more and 4,000 μm or less, and the inner diameter of the hollow fiber membrane is preferably 200 μm or more. It is 4,000 μm or less, more preferably 250 μm or more and 1,500 μm or less. If the inner diameter of the hollow fiber is less than 200 μm, the pressure loss when fluid flows inside the hollow fiber membrane becomes large, and the pressure in the hollow fiber becomes large. Furthermore, the contact area between the raw material liquid and the membrane surface per unit volume increases, and as a result, solutes contained in the raw material liquid tend to stick to the membrane surface. When the inner diameter of the hollow fiber exceeds 4,000 μm, the contact area between the raw material liquid and the membrane surface becomes excessively small, and the separation efficiency between the solvent and the solute may be impaired.

〈第二の処理〉
本発明の原料液濃縮システムの第一の工程における第二の処理では、膜蒸留法による濃縮が行われる。
本発明における膜蒸留法による濃縮は、例えば、疎水性多孔質膜(p)によって内部空間が原料液側空間(R)及び冷却水側空間(F)の2つに分割された、直接接触型の膜蒸留ユニット(DCMDユニット)を用いて実施されてよい。
<Second processing>
In the second process in the first step of the raw material liquid concentration system of the present invention, concentration is performed by membrane distillation.
Concentration by the membrane distillation method in the present invention is, for example, a direct contact type in which the internal space is divided into two parts, a raw material liquid side space (R) and a cooling water side space (F), by a hydrophobic porous membrane (p). It may be carried out using a membrane distillation unit (DCMD unit).

〈DCMDユニットの疎水性多孔質膜(p)〉
膜蒸留用膜である疎水性多孔質膜(p)は原料液に含まれる溶媒中の、有機溶剤の蒸気及び水蒸気のみを通し、原料液そのものは通さないことが必要である。
原料液(a)の溶媒中の有機溶媒の比率が高い場合には、原料液(a)の表面張力は低い。そのため、この場合、原料液(a)が、液体の状態で組成性多孔質膜の細孔内に入り込み、疎水性多孔質膜(p)を通過して、冷却水(f)側に流れる、いわゆる「ウェッティング」が生じる場合がある。ウェッティングが生じると、原料液(a)中の溶質が冷却水(f)に流出してしまうため、濃縮液の回収率が低下する。これを避けるため、疎水性多孔質膜(p)としては、疎水性の高い膜が好ましい。
<Hydrophobic porous membrane (p) of DCMD unit>
The hydrophobic porous membrane (p), which is a membrane for membrane distillation, must pass only the organic solvent vapor and water vapor in the solvent contained in the raw material liquid, but not the raw material liquid itself.
When the ratio of the organic solvent in the solvent of the raw material liquid (a) is high, the surface tension of the raw material liquid (a) is low. Therefore, in this case, the raw material liquid (a) enters the pores of the compositional porous membrane in a liquid state, passes through the hydrophobic porous membrane (p), and flows to the cooling water (f) side. So-called "wetting" may occur. When wetting occurs, the solute in the raw material liquid (a) flows out into the cooling water (f), resulting in a decrease in the recovery rate of the concentrated liquid. In order to avoid this, a highly hydrophobic membrane is preferred as the hydrophobic porous membrane (p).

疎水性多孔質膜(p)の疎水性を表す指標として、水接触角が用いられる。この方法では、膜の表面に置いた水滴と膜との接触角により、膜の疎水性を評価する。膜のウェッティングを回避する観点から、本発明の原料液濃縮方法の第一の工程における第二の処理で用いられる疎水性多孔質膜(p)は、表面の水接触角が、90°以上であることが好ましく、より好ましくは100°であり、更に好ましくは110°以上である。
本発明における第二の処理において、中空糸膜状の疎水性多孔質膜(p)を用いる場合、原料液(a)は、中空糸膜の内側空間内に流通させることが好ましい。したがって、中空糸膜状の疎水性多孔質膜(p)は、少なくとも中空糸膜の内側の表面が、上記の水接触角を示すことが好ましい。
また、この場合、冷却水(f)と接する中空糸膜の外側表面も、上記の水接触角を示すことが好ましい。
Water contact angle is used as an index representing the hydrophobicity of the hydrophobic porous membrane (p). In this method, the hydrophobicity of a membrane is evaluated by the contact angle between a water droplet placed on the surface of the membrane and the membrane. From the viewpoint of avoiding wetting of the membrane, the hydrophobic porous membrane (p) used in the second treatment in the first step of the raw material liquid concentration method of the present invention has a surface water contact angle of 90° or more. The angle is preferably 100°, and even more preferably 110° or more.
In the second treatment of the present invention, when using a hydrophobic porous membrane (p) in the form of a hollow fiber membrane, it is preferable that the raw material liquid (a) is allowed to flow within the inner space of the hollow fiber membrane. Therefore, it is preferable that at least the inner surface of the hollow fiber membrane-like hydrophobic porous membrane (p) exhibits the water contact angle described above.
Moreover, in this case, it is preferable that the outer surface of the hollow fiber membrane in contact with the cooling water (f) also exhibits the above-mentioned water contact angle.

本実施形態において好ましい疎水性多孔質膜は、平均孔径が0.02μm以上0.5μm以下の範囲の細孔を有し、かつ、空隙率が60%以上90%以下であることが好ましい。
疎水性多孔質膜(p)の空隙率は、高い蒸気透過性を得る観点から、好ましくは60%以上、より好ましくは70%以上である。一方、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し難くする点で、疎水性多孔質膜(p)の空隙率は、好ましくは90%以下であり、より好ましくは85%以下である。
Preferably, the hydrophobic porous membrane in this embodiment has pores with an average pore diameter of 0.02 μm or more and 0.5 μm or less, and a porosity of 60% or more and 90% or less.
From the viewpoint of obtaining high vapor permeability, the porosity of the hydrophobic porous membrane (p) is preferably 60% or more, more preferably 70% or more. On the other hand, the porosity of the hydrophobic porous membrane (p) is preferably 90% or less, in order to maintain the strength of the membrane itself well and prevent problems such as breakage during long-term use. More preferably, it is 85% or less.

疎水性多孔質膜(p)を構成する材料は、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、ポリクロロトリフルオロエチレン等から成る群から選ばれる少なくとも1種の樹脂が好ましい。このような材料を用いると、所望の多孔性を有する膜が容易に得られる。
また、膜の疎水性を高めるために、疎水性多孔質膜(p)は、疎水性ポリマーを付着させたものを用いていてもよい。疎水性ポリマーは、膜表面の一部に付着していてもよいし、膜全体に付着していてもよい。
The materials constituting the hydrophobic porous membrane (p) include polysulfone, polyethersulfone, polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, ethylene/tetrafluoroethylene copolymer, polychlorotrifluoroethylene, etc. At least one resin selected from the group consisting of: When such a material is used, a membrane having desired porosity can be easily obtained.
Furthermore, in order to increase the hydrophobicity of the membrane, the hydrophobic porous membrane (p) may be coated with a hydrophobic polymer. The hydrophobic polymer may be attached to a portion of the membrane surface or may be attached to the entire membrane.

疎水性ポリマーは、側鎖にフッ素原子含有基を有するポリマーであることが好ましい。このようなポリマーとしては、(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、フルオロシリル基から選ばれる少なくとも1種の側鎖をもつポリマーであることが好ましい。上記の疎水性ポリマーを疎水性多孔質膜(p)に付着させることによって、疎水性多孔質膜(p)の疎水性をより向上させることができる。その結果、有機溶媒濃度の高い原料液を使用した場合も、疎水性多孔質膜(p)がウェッティングせずに、長時間安定して運転することができる。 The hydrophobic polymer is preferably a polymer having a fluorine atom-containing group in its side chain. Such a polymer is preferably a polymer having at least one type of side chain selected from a (per)fluoroalkyl group, a (per)fluoropolyether group, an alkylsilyl group, and a fluorosilyl group. By attaching the above hydrophobic polymer to the hydrophobic porous membrane (p), the hydrophobicity of the hydrophobic porous membrane (p) can be further improved. As a result, even when a raw material liquid with a high organic solvent concentration is used, the hydrophobic porous membrane (p) can be stably operated for a long time without wetting.

本実施形態においては、疎水性多孔質膜(p)として、中空糸膜状、チューブラー状、及び平膜状の膜のいずれも適用することができる。 In this embodiment, any of a hollow fiber membrane, a tubular membrane, and a flat membrane can be applied as the hydrophobic porous membrane (p).

中空糸状の疎水性多孔質膜(p)を用いる場合には、蒸気の透過性と膜の機械的強度との両立の観点から、疎水性多孔質膜(p)の膜厚は、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、膜厚が10μm以上であれば、膜が変形することなく長期間使用することができる。
中空糸状の疎水性多孔質膜(p)の外径は、好ましくは300μm以上5,000μm以下、より好ましくは350μm以上4,000μm以下であり、内径は、好ましくは200μm以上4,000μm以下であり、より好ましくは250μm以上1,500μm以下である。
疎水性多孔質膜(p)をこの範囲のサイズの中空糸膜とすると、膜強度と膜の有効面積とのバランスが良好となる。
When using a hollow fiber-like hydrophobic porous membrane (p), the thickness of the hydrophobic porous membrane (p) should be 10 μm or more from the viewpoint of achieving both vapor permeability and mechanical strength of the membrane. ,000 μm or less, and more preferably 20 μm or more and 500 μm or less. If the film thickness is 1,000 μm or less, high vapor permeability can be obtained, and if the film thickness is 10 μm or more, the film can be used for a long period of time without deforming.
The outer diameter of the hollow fiber hydrophobic porous membrane (p) is preferably 300 μm or more and 5,000 μm or less, more preferably 350 μm or more and 4,000 μm or less, and the inner diameter is preferably 200 μm or more and 4,000 μm or less. , more preferably 250 μm or more and 1,500 μm or less.
When the hydrophobic porous membrane (p) is a hollow fiber membrane having a size within this range, a good balance between membrane strength and effective area of the membrane is achieved.

第二の処理に用いられる膜蒸留膜ユニットとしては、複数の疎水性多孔質膜(p)の糸束が、好ましくは適当なハウジング内に収納されて構成される、膜蒸留膜モジュールの形態にあるものを使用することが好ましい。 The membrane distillation membrane unit used in the second treatment is preferably in the form of a membrane distillation membrane module configured by housing a plurality of hydrophobic porous membrane (p) yarn bundles in a suitable housing. It is preferable to use one.

〈原料液(a)、誘導溶液(d)、及び冷却水(f)の温度〉
第一の工程の第一の処理において、正浸透膜ユニットの原料液側空間(R)に導入される原料液(a)の温度は、特に制限されないが、好ましくは3℃以上60℃以下であり、より好ましくは5℃以上50℃以下である。原料液(a)の温度が3℃未満では、原料液の溶媒中に含まれる有機溶剤又は水の蒸気圧が小さくなりすぎて、透過流速が遅くなる場合があり、60℃以上では、原料液(a)中の溶質の一部が変性する場合がある。
正浸透膜ユニットの誘導溶液側空間(D)に導入される誘導溶液(d)の温度は、特に限定されないが,好ましくは5℃以上60℃以下であり、より好ましくは10℃以上50℃以下である。誘導溶液(d)の温度が5℃未満では、原料液中の溶質の溶解度が下がり、濃縮操作中に溶質が析出し易くなる場合があり、60℃を超える温度のときは、原料液(a)中の溶質の一部が変性する場合がある。
冷却水(f)の温度は、特に限定されない。しかしながら、原料液(a)と冷却水(f)との間に適切な蒸気圧差を設ける観点から、冷却水(f)の温度は、原料液(a)の温度より低いことが好ましい。そのため、冷却水(f)の温度は、好ましくは3℃以上60℃以下であり、より好ましくは3℃以上50℃以下である。冷却水(f)の温度が3℃未満の場合は、大部分が水で構成される冷却水が凍結するリスクが高まり、安定な運転が難しくなる。一方、冷却水(f)の温度が60℃を超えると、冷却水(f)から原料液(a)へ水蒸気が移動する場合がある。
<Temperature of raw material liquid (a), induction solution (d), and cooling water (f)>
In the first treatment of the first step, the temperature of the raw material liquid (a) introduced into the raw material liquid side space (R) of the forward osmosis membrane unit is not particularly limited, but is preferably 3°C or more and 60°C or less. The temperature is more preferably 5°C or higher and 50°C or lower. If the temperature of the raw material liquid (a) is less than 3°C, the vapor pressure of the organic solvent or water contained in the solvent of the raw material liquid may become too low, and the permeation flow rate may become slow; Some of the solutes in (a) may be denatured.
The temperature of the induction solution (d) introduced into the induction solution side space (D) of the forward osmosis membrane unit is not particularly limited, but is preferably 5°C or more and 60°C or less, more preferably 10°C or more and 50°C or less. It is. If the temperature of the inducing solution (d) is less than 5°C, the solubility of the solute in the raw material liquid may decrease and the solute may easily precipitate during the concentration operation. ) may be partially denatured.
The temperature of the cooling water (f) is not particularly limited. However, from the viewpoint of creating an appropriate vapor pressure difference between the raw material liquid (a) and the cooling water (f), the temperature of the cooling water (f) is preferably lower than the temperature of the raw material liquid (a). Therefore, the temperature of the cooling water (f) is preferably 3°C or more and 60°C or less, more preferably 3°C or more and 50°C or less. When the temperature of the cooling water (f) is less than 3° C., there is an increased risk that the cooling water, which is mostly composed of water, will freeze, making stable operation difficult. On the other hand, if the temperature of the cooling water (f) exceeds 60°C, water vapor may move from the cooling water (f) to the raw material liquid (a).

溶質の回収率は、以下の数式により算出した。
回収率(%)=(予備濃縮液(c)に含まれる溶質の質量)/(原料液(a)中に含まれる溶質の質量)×100
The solute recovery rate was calculated using the following formula.
Recovery rate (%) = (mass of solute contained in pre-concentrated liquid (c)) / (mass of solute contained in raw material liquid (a)) x 100

〈第二の工程〉
本発明の原料液濃縮方法における第二の工程では、第一の工程で得られた予備濃縮液(c)を凍結乾燥させ、更に濃縮された生成物(h)を得る。
本システムにおける凍結乾燥には、公知の凍結乾燥法のうちのいずれの技術を使用してもよく、その典型的なプロセスに関しては、前述したとおりである。
<Second process>
In the second step in the raw material liquid concentration method of the present invention, the pre-concentrated liquid (c) obtained in the first step is freeze-dried to obtain a further concentrated product (h).
Any known freeze-drying technique may be used for freeze-drying in this system, and typical processes are as described above.

〈本発明の原料液濃縮方法の溶質維持性〉
上記のような本発明の原料液濃縮方法によると、原料液(a)中の溶媒組成が任意に制御された高濃度の濃縮物を効率的に得ることができる。
得られた濃縮物中の成分の分析は、原料液及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-OES(誘導結合高周波プラズマ発光分光分析装置)、イオンクロマトグラフィー(IC)法、ガスクロマトグラフィー(GC)法、等の各種の公知の分析方法を用いることができる。
<Solute retention of the raw material liquid concentration method of the present invention>
According to the raw material liquid concentration method of the present invention as described above, a highly concentrated concentrate in which the solvent composition in the raw material liquid (a) is arbitrarily controlled can be efficiently obtained.
The analysis of the components in the obtained concentrate may be appropriately selected depending on the types of components contained in the raw material liquid and its concentrate. For example, various known analysis methods such as ICP-OES (inductively coupled radio frequency plasma optical emission spectrometer), ion chromatography (IC) method, gas chromatography (GC) method, etc. can be used.

《原料液濃縮システム》
本発明の別の観点によると、原料液濃縮システムが提供される。
本発明の原料液濃縮システムは、
溶質及び溶媒を含有する原料液から前記溶媒を除去して、前記原料液の濃縮物を得るための、原料液濃縮システムであって、
前記溶媒が水及び有機溶媒を含有し、
前記濃縮システムが
正浸透法によって前記原料液中の前記溶媒を除去する、第一の処理、及び膜蒸留法によって前記原料液中の溶媒を除去する第二の処理を組み合わせて行って、前記原料液の予備濃縮液を得る、第一の工程と、
凍結乾燥によって前記予備濃縮液から前記溶媒を更に除去して、生成物を得る、第二の工程と
を含む、原料液濃縮システムである。
《Raw material liquid concentration system》
According to another aspect of the invention, a feed liquid concentration system is provided.
The raw material liquid concentration system of the present invention includes:
A raw material liquid concentration system for removing the solvent from a raw material liquid containing a solute and a solvent to obtain a concentrate of the raw material liquid, comprising:
the solvent contains water and an organic solvent,
The concentration system performs a combination of a first treatment in which the solvent in the raw material liquid is removed by forward osmosis, and a second treatment in which the solvent in the raw material liquid is removed by a membrane distillation method, to a first step of obtaining a preconcentration of the liquid;
and a second step of further removing the solvent from the pre-concentrated liquid by freeze-drying to obtain a product.

本発明の原料液濃縮システムの各要素の詳細については、本発明の原料液濃縮方法に関する上記の説明を援用できる。 For details of each element of the raw material liquid concentration system of the present invention, the above explanation regarding the raw material liquid concentration method of the present invention can be referred to.

以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例によって限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically explained based on Examples, but the present invention is not limited to the Examples below.

《原料液濃縮システムの作製》
〈正浸透膜ユニットの作製〉
内径0.7mm、外径1.0mmのポリスルホン製の中空糸膜限外ろ過膜を基材層として使用した。上記ポリスルホン膜を15cm長に切り出し、その130本を2cm径、10cm長の円筒状プラスチックハウジングに充填し、両端部を接着剤で固定して、膜の有効内表面積約0.02mの中空糸支持膜支持層モジュールを作製した。
0.5L容器に、m-フェニレンジアミン10g及びラウリル硫酸ナトリウム0.8gを入れ、更に純水489.2gを加えて溶解し、界面重合に用いる第1溶液を0.5kg調製した。
別の0.5L容器に、トリメシン酸クロリド0.8gを入れ、n-ヘキサン399.2gを加えて溶解し、界面重合に用いる第2溶液を0.4kg調製した。
これらの液を、中空糸膜の内側を通過するように、第1溶液、第2溶液の順で上記の中空糸支持層モジュールに通液して、中空糸の内側面上で界面重合を行い、中空糸支持層上に分離活性層を形成した。その後、中空糸内側を純水で洗浄を行うことにより、正浸透膜モジュールを作製し、これを正浸透膜ユニットとして用いた。
《Fabrication of raw material liquid concentration system》
<Preparation of forward osmosis membrane unit>
A polysulfone hollow fiber ultrafiltration membrane having an inner diameter of 0.7 mm and an outer diameter of 1.0 mm was used as the base layer. The above polysulfone membrane was cut into 15 cm long pieces, 130 of them were filled into a cylindrical plastic housing with a diameter of 2 cm and a length of 10 cm, and both ends were fixed with adhesive, so that the effective inner surface area of the membrane was approximately 0.02 m 2 hollow fibers. A supported membrane support layer module was produced.
10 g of m-phenylenediamine and 0.8 g of sodium lauryl sulfate were placed in a 0.5 L container, and 489.2 g of pure water was added and dissolved to prepare 0.5 kg of a first solution used for interfacial polymerization.
In another 0.5 L container, 0.8 g of trimesic acid chloride was placed, and 399.2 g of n-hexane was added and dissolved to prepare 0.4 kg of a second solution used for interfacial polymerization.
These solutions are passed through the hollow fiber support layer module in the order of the first solution and the second solution so as to pass through the inside of the hollow fiber membrane, and interfacial polymerization is performed on the inner surface of the hollow fiber. , a separation active layer was formed on the hollow fiber support layer. Thereafter, the inside of the hollow fiber was washed with pure water to produce a forward osmosis membrane module, which was used as a forward osmosis membrane unit.

この正浸透膜ユニットの透水量を、原料液として純水を用い、誘導溶液として3.5質量%食塩水を用いて測定したところ、10.12kg/(m×hr)であった。 The amount of water permeated through this forward osmosis membrane unit was measured using pure water as the raw material liquid and 3.5% by mass saline as the induction solution, and found to be 10.12 kg/(m 2 ×hr).

〈膜蒸留用膜ユニットの作製〉
内径0.7mm、外径1.3mm、ASTM-F316-86に準拠して求めた平均孔径、最大孔径、及び空隙率が、それぞれ、0.21μm、0.29μm、及び72%のPVDF膜の多孔質中空糸膜を長さ15cmに切り出した。その130本を2cm径、10cm長の円筒状プラスチックハウジングに充填し、両端部を接着剤で固定して、中空糸膜モジュールを作製した。
実施例3及び4では、この中空糸膜モジュールを、そのまま膜蒸留用膜ユニットとして用いた。
実施例1及び2では、この中空糸膜モジュールに、以下のように撥水剤を塗布したものを、膜蒸留用膜ユニットとして用いた。
(株)フロロテクノロジー製の撥水剤「FS-1610TH-1.0」を、中空糸膜の内側を通過するように上記の中空糸膜モジュールに通液して、中空糸膜の内側の膜表面及び該膜表面近傍の膜壁部に塗布した。中空糸膜モジュールから撥水剤を抜いた後、乾燥させることにより、撥水剤を塗布した中空糸膜が収納された膜蒸留用膜モジュールを作成し、これを、実施例1及び2における膜蒸留用膜ユニットとして用いた。
得られた膜モジュール中の中空糸膜の有効内表面積は、撥水剤の塗布あり、塗布なし双方とも、0.02mであった。
<Preparation of membrane unit for membrane distillation>
A PVDF membrane with an inner diameter of 0.7 mm, an outer diameter of 1.3 mm, and an average pore diameter, maximum pore diameter, and porosity of 0.21 μm, 0.29 μm, and 72%, respectively, determined according to ASTM-F316-86. The porous hollow fiber membrane was cut into a length of 15 cm. The 130 fibers were filled into a cylindrical plastic housing with a diameter of 2 cm and a length of 10 cm, and both ends were fixed with adhesive to produce a hollow fiber membrane module.
In Examples 3 and 4, this hollow fiber membrane module was used as it was as a membrane unit for membrane distillation.
In Examples 1 and 2, this hollow fiber membrane module coated with a water repellent as described below was used as a membrane unit for membrane distillation.
The water repellent "FS-1610TH-1.0" manufactured by Fluoro Technology Co., Ltd. is passed through the hollow fiber membrane module described above so as to pass through the inside of the hollow fiber membrane. It was applied to the surface and the membrane wall near the membrane surface. After removing the water repellent from the hollow fiber membrane module, it was dried to create a membrane module for membrane distillation containing the hollow fiber membrane coated with the water repellent. It was used as a membrane unit for distillation.
The effective internal surface area of the hollow fiber membrane in the obtained membrane module was 0.02 m 2 both with and without coating of water repellent.

膜蒸留用ユニットの中空糸膜内側に原料液として65℃に加温した3.5質量%食塩水を300mL/分の流量で流し、中空糸膜外側に冷却水として20℃に冷却した純水を300mL/分の流量で流し、一定時間当たりの冷却水の重量増加からこの膜蒸留用膜ユニットの透水量を算出したところ、20.02kg/(m×hr)であった。 A 3.5% by mass saline solution heated to 65°C was flowed inside the hollow fiber membrane of the membrane distillation unit as a raw material liquid at a flow rate of 300 mL/min, and pure water cooled to 20°C was poured outside the hollow fiber membrane as cooling water. was flowed at a flow rate of 300 mL/min, and the water permeation rate of this membrane unit for membrane distillation was calculated from the increase in the weight of cooling water per certain period of time, and was found to be 20.02 kg/(m 2 ×hr).

〈凍結乾燥〉
第二の工程における凍結乾燥では、SPIndustries社製の凍結乾燥機用フリーザー(品名「SP VirTisフリーズモービルシェルバスフリーザー」)を用いて試料を凍結した後、及び「SP VirTisフリーズモバイル凍結乾燥機」を用いて凍結乾燥を行った。
<freeze drying>
In the second step of freeze-drying, the sample was frozen using a freeze-dryer freezer manufactured by SP Industries (product name: "SP VirTis Freezemobile Shell Bath Freezer"), and then Freeze-drying was performed using

《GC測定条件》
以下の実施例及び比較例の予備濃縮液中の有機溶媒濃度を算出するためのガスクロマトグラフィー(GC)の測定は、以下の条件で行った。
GC装置:Agilent Technologies社製、型番「7890A」
カラム:Agilent社製、品名「J&W DB-5」、30m×0.25mmI.D.×液相厚0.25μm)
カラム昇温条件 :40℃にて2分保持した後、10℃/分で190℃まで昇温、その後30℃/分で250℃まで昇温し、250℃にて6分保持して終了
キャリアガス:ヘリウム
キャリアガス流量:1mL/min
注入口温度:250℃
インターフェース温度:280℃
スプリット比:スプリットレス
イオン源温度:230℃
イオン化法:電子イオン化法
イオン化電圧:70eV
測定質量範囲:10~500
《GC measurement conditions》
Gas chromatography (GC) measurements for calculating the organic solvent concentrations in the pre-concentrated solutions of the following Examples and Comparative Examples were performed under the following conditions.
GC device: Manufactured by Agilent Technologies, model number “7890A”
Column: manufactured by Agilent, product name "J&W DB-5", 30 m x 0.25 mm I. D. ×Liquid phase thickness 0.25μm)
Column heating conditions: Hold at 40°C for 2 minutes, then raise the temperature to 190°C at 10°C/min, then raise the temperature to 250°C at 30°C/min, hold at 250°C for 6 minutes, and finish Carrier Gas: Helium Carrier gas flow rate: 1mL/min
Inlet temperature: 250℃
Interface temperature: 280℃
Split ratio: Splitless Ion source temperature: 230℃
Ionization method: Electron ionization method Ionization voltage: 70eV
Measurement mass range: 10-500

《ICP-OES測定条件》
以下の実施例及び比較例の溶質の回収率を算出するためのICP分析の測定は、以下の条件で行った。
ICP-OES装置:日立ハイテクサイエンス社製、型番「SPS6100」
キャリアガス:アルゴン
繰り返し測定時間:30秒
安定化遅延時間:20秒
ポンプ速度:8rpm
《ICP-OES measurement conditions》
ICP analysis measurements for calculating the solute recovery rates of the following Examples and Comparative Examples were performed under the following conditions.
ICP-OES device: Manufactured by Hitachi High-Tech Science Co., Ltd., model number "SPS6100"
Carrier gas: Argon Repeat measurement time: 30 seconds Stabilization delay time: 20 seconds Pump speed: 8 rpm

<濃縮装置1>
実施例1~6では、図3に示した構成の濃縮装置1で濃縮を行った。
ステンレス製の原料液タンク(100)に原料液(a)2,000gを入れた。原料液タンク(100)の底部から、正浸透膜ユニット(200)及び膜蒸留用膜ユニット(300)に、それぞれ、原料液(a)が供給でき、かつ、それぞれのユニットによって濃縮された原料液(a)を原料液タンク(100)の底部に戻すように、配管を組んだ。原料液タンク(100)は、密閉状態であるが、原料液(a)が減少しても、タンク内部の圧力が常圧に維持される構造とした。また、原料液タンク(100)から正浸透膜ユニット(200)までの配管には、ポンプ(P)、流量計(図示せず)、流量を調整するバルブ(図示せず)を配置し、流量を適宜コントロールできるようにした。
正浸透膜ユニット(200)の側管には、誘導溶液(d)が流通できるように、入側配管及び出側配管を連結した。誘導溶液(d)は、誘導溶液タンク(400)内に貯留され、ポンプ(P)、流量計(図示せず)、及び流量を調整するバルブ(図示せず)を介して正浸透膜ユニット(200)に供給される。
正浸透膜ユニット(200)において、原料液(a)から誘導溶液(d)に、溶媒(b)(水及び有機溶媒)が移動する。したがって、濃縮運転の継続に伴って、誘導溶液(d)の容積が増える。そのため、誘導溶液タンク(400)には、オーバーフロー口を設け、増えた分の誘導溶液(d)の一部を誘導溶液タンク(400)外に排出する構造とした。
<Concentrator 1>
In Examples 1 to 6, concentration was performed using the concentrator 1 having the configuration shown in FIG.
2,000 g of raw material liquid (a) was placed in a stainless steel raw material liquid tank (100). The raw material liquid (a) can be supplied from the bottom of the raw material liquid tank (100) to the forward osmosis membrane unit (200) and the membrane unit for membrane distillation (300), respectively, and the raw material liquid is concentrated by each unit. Piping was installed so that (a) was returned to the bottom of the raw material liquid tank (100). Although the raw material liquid tank (100) is in a closed state, it has a structure in which the pressure inside the tank is maintained at normal pressure even if the raw material liquid (a) decreases. In addition, a pump (P), a flow meter (not shown), and a valve (not shown) for adjusting the flow rate are arranged in the piping from the raw material liquid tank (100) to the forward osmosis membrane unit (200). can be controlled appropriately.
An inlet pipe and an outlet pipe were connected to the side pipe of the forward osmosis membrane unit (200) so that the inducing solution (d) could flow therethrough. The induction solution (d) is stored in an induction solution tank (400), and is passed through a pump (P), a flow meter (not shown), and a valve (not shown) that adjusts the flow rate to a forward osmosis membrane unit ( 200).
In the forward osmosis membrane unit (200), the solvent (b) (water and organic solvent) moves from the raw material liquid (a) to the induction solution (d). Therefore, as the concentration operation continues, the volume of the inducing solution (d) increases. Therefore, the inducing solution tank (400) is provided with an overflow port, and a structure is adopted in which a part of the increased inducing solution (d) is discharged to the outside of the inducing solution tank (400).

原料液タンク(100)から膜蒸留用膜ユニット(300)までの配管には、ポンプ(P)、流量計(図示せず)、及び流量を調整するバルブ(図示せず)を配置した。原料液(a)は、原料液(a)を一定温度に調整するための恒温装置(図示せず)及び熱交換器(図示せず)を介して、膜蒸留用膜ユニット(300)に供給され、濃縮された原料液(a)は、膜蒸留用膜ユニット(300)の出側から原料液タンク(100)に戻る。
膜蒸留用膜ユニット(300)の側管には、冷却水(f)を流通できるように、入側配管及び出側配管を連結した。冷却水(f)は、冷却水タンク(500)内に貯留され、ポンプ(P)、流量計(図示せず)、及び流量を調整するバルブ(図示せず)を介して、膜蒸留用膜ユニット(300)に供給される。冷却水(f)は、冷却水(f)を一定温度に調整するための恒温装置(図示せず)及び熱交換器(図示せず)を介して、膜蒸留用膜ユニット(300)に供給される。
冷却水(f)には、膜蒸留用膜ユニット(300)において、原料液(a)から溶媒(b)(水及び有機溶媒)が移動するので、濃縮運転の継続に伴って容積が増える。そのため、冷却水タンク(500)には、オーバーフロー口が設けられ、増えた分の冷却水(f)の一部を系外に排出する構造とした。
A pump (P), a flow meter (not shown), and a valve (not shown) for adjusting the flow rate were arranged in the piping from the raw material liquid tank (100) to the membrane unit for membrane distillation (300). The raw material liquid (a) is supplied to a membrane unit for membrane distillation (300) via a constant temperature device (not shown) and a heat exchanger (not shown) for adjusting the raw material liquid (a) to a constant temperature. The concentrated raw material liquid (a) returns to the raw material liquid tank (100) from the outlet side of the membrane unit for membrane distillation (300).
An inlet pipe and an outlet pipe were connected to the side pipe of the membrane unit for membrane distillation (300) so that cooling water (f) could flow therethrough. Cooling water (f) is stored in a cooling water tank (500), and is passed through a pump (P), a flow meter (not shown), and a valve (not shown) that adjusts the flow rate to a membrane for membrane distillation. unit (300). The cooling water (f) is supplied to the membrane unit for membrane distillation (300) via a constant temperature device (not shown) and a heat exchanger (not shown) for adjusting the cooling water (f) to a constant temperature. be done.
Since the solvent (b) (water and organic solvent) moves from the raw material liquid (a) to the cooling water (f) in the membrane unit for membrane distillation (300), the volume increases as the concentration operation continues. Therefore, the cooling water tank (500) is provided with an overflow port to discharge a portion of the increased cooling water (f) to the outside of the system.

<濃縮装置2>
比較例1、2、及び6では、図4に示した構成の濃縮装置2で濃縮を行った。
ステンレス製の原料液タンク(100)に原料液(a)2,000gを入れた。原料液タンク(100)の底部から、正浸透膜ユニット(200)に、原料液(a)が供給でき、かつ、正浸透膜ユニット(200)によって濃縮された原料液(a)を原料液タンク(100)の底部に戻すように、配管を組んだ。正浸透膜ユニット(200)では、原料液(a)中の溶媒(b)(水及び有機溶媒)が、誘導溶液(d)に移動して、原料液(a)の濃縮が行われる。
また、原料液タンク(100)は、密閉状態であるが、原料液(a)が減少してもタンク内部の圧力が常圧に維持される構造とした。
<Concentrator 2>
In Comparative Examples 1, 2, and 6, concentration was performed using the concentrator 2 having the configuration shown in FIG.
2,000 g of raw material liquid (a) was placed in a stainless steel raw material liquid tank (100). The raw material liquid (a) can be supplied from the bottom of the raw material liquid tank (100) to the forward osmosis membrane unit (200), and the raw material liquid (a) concentrated by the forward osmosis membrane unit (200) is transferred to the raw material liquid tank. Piping was assembled so that it returned to the bottom of (100). In the forward osmosis membrane unit (200), the solvent (b) (water and organic solvent) in the raw material liquid (a) is transferred to the inducing solution (d), and the raw material liquid (a) is concentrated.
Moreover, although the raw material liquid tank (100) is in a closed state, it has a structure in which the pressure inside the tank is maintained at normal pressure even if the raw material liquid (a) decreases.

原料液タンク(100)から正浸透膜ユニット(200)までの配管系には、ポンプ(P)、流量計(図示せず)、及び流量を調整するバルブ(図示せず)を配置し、流量を適宜コントロールできるようにした。
正浸透膜ユニット(200)の側管には、誘導溶液(d)を流通できるように、入側配管及び出側配管を連結した。誘導溶液(d)は、誘導溶液タンク(400)内に貯留され、ポンプ(P)、流量計(図示せず)、及び流量を調整するバルブ(図示せず)を介して、正浸透膜ユニット(200)に供給される。
The piping system from the raw material liquid tank (100) to the forward osmosis membrane unit (200) is equipped with a pump (P), a flow meter (not shown), and a valve (not shown) for adjusting the flow rate. can be controlled appropriately.
An inlet pipe and an outlet pipe were connected to the side pipe of the forward osmosis membrane unit (200) so that the inducing solution (d) could flow therethrough. The induction solution (d) is stored in an induction solution tank (400), and is passed through a pump (P), a flow meter (not shown), and a valve (not shown) that adjusts the flow rate to a forward osmosis membrane unit. (200).

[実施例1]
〈第一の工程〉
実施例1では、濃縮装置1を用いて、正浸透膜モジュールを正浸透膜ユニットとして用いる正浸透処理と、撥水剤を塗布した中空糸膜モジュールを膜蒸留用膜ユニットとして用いる膜蒸留処理との組合せによる、第一の工程を行った。
水1,760g及びアセトニトリル(MeCN)240gから成る混合溶媒に、溶質として酸化型グルタチオン(以下、GSSG)を6.0g(0.3質量%)添加した溶液を、原料液(a)の模擬液として原料液タンク(100)に充填した。
誘導溶液タンク(400)に50質量%イソプロピルアルコール水溶液2,000gを充填した。
冷却水タンク(500)に水2,000gを充填した。
正浸透膜ユニット(200)に、この原料液(a)と、誘導溶液(d)とを流した。原料液(a)の向きと誘導溶液(d)の向きとは並流とした。
一方、膜蒸留用膜ユニット(300)には、原料液(a)と、冷却水(f)と、を流した。原料液(a)の向きと冷却水(f)の向きとは並流とした。
第一の工程では、上記の構成により、正浸透膜法及び膜蒸留法の組合せによる濃縮を行い、予備濃縮液を得た。
8時間の濃縮運転の結果、濃縮倍率が10.3倍の予備濃縮液(c)が得られた。この予備濃縮液(c)の溶媒中の有機溶媒の質量割合を測定したところ、7質量%であった。
第一の濃縮工程の実施中の原料液の温度は20~25℃、冷却水の温度は15℃であった。
また、予備濃縮液(c)の分析により、GSSGの回収率が99.9%であり、かつ、GSSGの変性が起きていないことを確認した。
[Example 1]
<First step>
In Example 1, the concentrator 1 is used to perform forward osmosis treatment using a forward osmosis membrane module as a forward osmosis membrane unit, and membrane distillation treatment using a hollow fiber membrane module coated with a water repellent as a membrane unit for membrane distillation. The first step was carried out using a combination of the following.
A solution obtained by adding 6.0 g (0.3% by mass) of oxidized glutathione (hereinafter referred to as GSSG) as a solute to a mixed solvent consisting of 1,760 g of water and 240 g of acetonitrile (MeCN) was added to a simulated solution of raw material solution (a). It was filled into the raw material liquid tank (100).
The induction solution tank (400) was filled with 2,000 g of a 50% by mass aqueous isopropyl alcohol solution.
The cooling water tank (500) was filled with 2,000 g of water.
This raw material solution (a) and the induction solution (d) were flowed through the forward osmosis membrane unit (200). The direction of the raw material liquid (a) and the direction of the inducing solution (d) were made to flow in parallel.
On the other hand, the raw material liquid (a) and the cooling water (f) were passed through the membrane unit for membrane distillation (300). The direction of the raw material liquid (a) and the direction of the cooling water (f) were made to flow in parallel.
In the first step, with the above configuration, concentration was performed by a combination of forward osmosis membrane method and membrane distillation method to obtain a pre-concentrated liquid.
As a result of the 8-hour concentration operation, a pre-concentrated liquid (c) with a concentration ratio of 10.3 times was obtained. The mass proportion of the organic solvent in the solvent of this pre-concentrated solution (c) was measured and found to be 7% by mass.
During the first concentration step, the temperature of the raw material liquid was 20 to 25°C, and the temperature of the cooling water was 15°C.
Furthermore, analysis of the pre-concentrated solution (c) confirmed that the recovery rate of GSSG was 99.9% and that GSSG was not denatured.

〈第二の工程〉
第二の工程では、第一の工程で得られた予備濃縮液(c)を、前記の凍結乾燥機用フリーザーを用いて予備凍結した後、前記凍結乾燥機にて、庫内圧力を10Pa以下に減圧して凍結乾燥を行った。
第一の工程終了後、予備濃縮液(c)をマニホールドに移し、第二の工程の凍結工程を開始した時点を始点とし、凍結乾燥後の生成物(h)の水分量が3質量%以下になった時点を終点としたときの時間を、凍結乾燥時間とした。水分量の測定は、カールフィッシャー水分測定システム(Metrohm A.G.社製の自動滴定装置「MATi10」)を用いて行った。
実施例1の予備濃縮液(c)の凍結乾燥時間は28時間であった。
また、凍結乾燥後の生成物(h)の分析により、GSSGの変性が起きていないことを確認した。
<Second process>
In the second step, the pre-concentrate liquid (c) obtained in the first step is pre-frozen using the above-mentioned freeze dryer freezer, and then the internal pressure is reduced to 10 Pa or less in the above-mentioned freeze dryer. Freeze-drying was performed under reduced pressure.
After the completion of the first step, the pre-concentrate liquid (c) is transferred to the manifold and the freezing step of the second step is started, and the moisture content of the product (h) after freeze-drying is 3% by mass or less. The end point was the time at which the freeze-drying time was reached. The moisture content was measured using a Karl Fischer moisture measurement system (automatic titrator "MATi10" manufactured by Metrohm AG).
The freeze-drying time of the pre-concentrate solution (c) of Example 1 was 28 hours.
Furthermore, analysis of the product (h) after freeze-drying confirmed that GSSG was not denatured.

[実施例2~4]
実施例2では、原料液(a)の溶媒組成を表1に記載のとおりに変更した他は、実施例1と同様にして、それぞれ、第一の工程及び第二の工程から成る濃縮運転を行った。
実施例3及び4では、原料液(a)の溶媒組成を表1に記載のとおりに変更し、撥水剤を塗布していない中空糸膜モジュールを膜蒸留用膜ユニットとして用いた他は、実施例1と同様にして、それぞれ、第一の工程及び第二の工程から成る濃縮運転を行った。
結果を表2に示す。
[Examples 2 to 4]
In Example 2, the concentration operation consisting of the first step and the second step was carried out in the same manner as in Example 1, except that the solvent composition of the raw material liquid (a) was changed as shown in Table 1. went.
In Examples 3 and 4, the solvent composition of the raw material liquid (a) was changed as shown in Table 1, and a hollow fiber membrane module not coated with a water repellent was used as the membrane unit for membrane distillation. A concentration operation consisting of a first step and a second step was performed in the same manner as in Example 1.
The results are shown in Table 2.

[実施例5及び6]
実施例5及び6では、原料液(a)の溶媒組成を表1に記載のとおりに変更し、かつ、第一の工程において、濃縮装置1を用いる正浸透処理のみを4時間行い、正浸透処理を停止した後、更に膜蒸留処理のみを4時間行った。第二の工程は、実施例1と同様にして、予備濃縮液(c)の凍結乾燥を行った。
結果を表2に示す。
[Example 5 and 6]
In Examples 5 and 6, the solvent composition of the raw material solution (a) was changed as shown in Table 1, and in the first step, only the forward osmosis treatment using the concentrator 1 was performed for 4 hours. After stopping the treatment, only membrane distillation treatment was further performed for 4 hours. In the second step, the pre-concentrate solution (c) was freeze-dried in the same manner as in Example 1.
The results are shown in Table 2.

[比較例1及び2]
比較例1及び2では、原料液(a)の溶媒組成を表1に記載のとおりに変更し、かつ、第一の工程を、濃縮装置2を用いる正浸透処理のみによった他は、実施例1と同様にして、第一の工程及び第二の工程から成る濃縮運転を行った。
結果を表2に示す。
[Comparative Examples 1 and 2]
In Comparative Examples 1 and 2, the solvent composition of the raw material liquid (a) was changed as shown in Table 1, and the first step was performed only by forward osmosis treatment using the concentrator 2. A concentration operation consisting of a first step and a second step was carried out in the same manner as in Example 1.
The results are shown in Table 2.

〈比較例3〉
比較例3では、第一の工程を、逆浸透膜法によった他は、実施例1と同様にして、第一の工程及び第二の工程から成る濃縮運転を行った。
逆浸透膜には、日東電工(株)製の低圧タイプ逆浸透膜、品番「NTR-759HR」)を用い、3.0MPaの操作圧力にて原料液(a)の濃縮を行った。
結果を表2に示す。
比較例3の第一の工程では、逆浸透膜の目詰まりが頻繁に見られ、透水量の経時低下が著しかった。濃縮初期の透水量は 3.2kg/(m×hr)であったが、8時間後には、0.1kg/(m×hr)まで減少した。
<Comparative example 3>
In Comparative Example 3, a concentration operation consisting of a first step and a second step was carried out in the same manner as in Example 1, except that the first step was performed using a reverse osmosis membrane method.
As the reverse osmosis membrane, a low-pressure type reverse osmosis membrane manufactured by Nitto Denko Co., Ltd. (product number "NTR-759HR") was used to concentrate the raw material liquid (a) at an operating pressure of 3.0 MPa.
The results are shown in Table 2.
In the first step of Comparative Example 3, clogging of the reverse osmosis membrane was frequently observed, and the amount of water permeation decreased significantly over time. The water permeation amount at the initial stage of concentration was 3.2 kg/(m 2 ×hr), but it decreased to 0.1 kg/(m 2 ×hr) after 8 hours.

〈比較例4〉
比較例4では、第一の工程において、正浸透法の代わりに逆浸透法を採用し、逆浸透膜法及び膜蒸留法を並列で行った他は、実施例1と同様にして、第一の工程及び第二の工程から成る濃縮運転を行った。
結果を表2に示す。
<Comparative example 4>
In Comparative Example 4, the first step was carried out in the same manner as in Example 1, except that in the first step, a reverse osmosis method was adopted instead of a forward osmosis method, and the reverse osmosis membrane method and membrane distillation method were performed in parallel. A concentration operation consisting of the step 1 and the second step was carried out.
The results are shown in Table 2.

〈比較例5〉
比較例5では、第一の工程を、減圧蒸留によった他は、実施例1と同様にして、第一の工程及び第二の工程から成る濃縮運転を行った。
減圧蒸留は、減圧システムを組み込んだ蒸留塔を用い、50℃、10.0~15.0kPaにて行った。
結果を表2に示す。
<Comparative example 5>
In Comparative Example 5, a concentration operation consisting of a first step and a second step was carried out in the same manner as in Example 1, except that the first step was performed by vacuum distillation.
The vacuum distillation was performed at 50° C. and 10.0 to 15.0 kPa using a distillation column equipped with a vacuum system.
The results are shown in Table 2.

〈比較例6〉
比較例6では、第一の工程において、減圧蒸留法を4時間行った後、正浸透膜法にて更に4時間行った他は、実施例1と同様にして、第一の工程及び第二の工程から成る濃縮運転を行った。
結果を表2に示す。
<Comparative example 6>
In Comparative Example 6, the first step and the second step were carried out in the same manner as in Example 1, except that in the first step, the vacuum distillation method was performed for 4 hours, and then the forward osmosis membrane method was performed for another 4 hours. A concentration operation consisting of the following steps was performed.
The results are shown in Table 2.

〈比較例7〉
比較例7では、実施例1と同様にして行った第一の工程で得られた予備濃縮液(c)を真空乾燥した。真空乾燥は、真空乾燥機を用いて、庫内温度を40℃に設定し、庫内圧力を10Pa以下に減圧した条件にて行った。
結果を表2に示す。
<Comparative example 7>
In Comparative Example 7, the pre-concentrated liquid (c) obtained in the first step performed in the same manner as in Example 1 was vacuum-dried. Vacuum drying was performed using a vacuum dryer under the conditions that the temperature inside the chamber was set to 40° C. and the pressure inside the chamber was reduced to 10 Pa or less.
The results are shown in Table 2.

〈比較例8〉
比較例8では、原料液(a)の溶媒組成を表1に記載のとおりに変更した他は、実施例7と同様にして、第一の工程及び第二の工程から成る濃縮運転を行った。
結果を表2に示す。
<Comparative example 8>
In Comparative Example 8, a concentration operation consisting of the first step and the second step was performed in the same manner as in Example 7, except that the solvent composition of the raw material liquid (a) was changed as shown in Table 1. .
The results are shown in Table 2.

表1及び表2中、「FO」は正浸透法を示し、「MD」は膜蒸留法を示し、「RO」は逆浸透法を示す。 In Tables 1 and 2, "FO" indicates forward osmosis, "MD" indicates membrane distillation, and "RO" indicates reverse osmosis.

以上の結果から、本発明所定の第一及び第二の工程を採用した実施例1~6では、第一の工程において、高濃度濃縮が可能であり、溶質の回収率は99.0%以上であり、また、第二の工程の凍結乾燥に適した溶媒組成に制御された濃縮が可能である。
したがって、これらの実施例では、第二の工程の凍結乾燥の所要時間を、比較例に比べて短縮できることが検証された。
更に、第二の工程に凍結乾燥を採用したことにより、第二の工程後の最終生成物の変性を抑制できることが検証された。
From the above results, in Examples 1 to 6 in which the first and second steps prescribed in the present invention were adopted, high concentration concentration was possible in the first step, and the solute recovery rate was 99.0% or more. In addition, concentration can be controlled to a solvent composition suitable for freeze-drying in the second step.
Therefore, in these Examples, it was verified that the time required for freeze-drying in the second step could be shortened compared to the Comparative Example.
Furthermore, it was verified that denaturation of the final product after the second step could be suppressed by employing freeze-drying in the second step.

100 原料液タンク
200 正浸透膜ユニット
300 膜蒸留用膜ユニット
400 誘導溶液タンク
500 冷却水タンク
600 凍結乾燥ユニット
a 原料液
c 予備濃縮液
d 誘導溶液
e 希釈誘導溶液
f 冷却水
g 水溶液
h 生成物
o 正浸透膜
p 疎水性多孔質膜
D 誘導溶液側空間
R 原料液側空間
F 冷却水側空間
100 Raw material liquid tank 200 Forward osmosis membrane unit 300 Membrane distillation membrane unit 400 Deriving solution tank 500 Cooling water tank 600 Freeze-drying unit a Raw material liquid c Preconcentration liquid d Deriving solution e Diluted deriving solution f Cooling water g Aqueous solution h Product o Forward osmosis membrane p Hydrophobic porous membrane D Inducing solution side space R Raw material liquid side space F Cooling water side space

Claims (11)

溶質及び溶媒を含有する原料液から前記溶媒を除去して、前記原料液の濃縮物を得る、原料液濃縮方法であって、
前記溶媒が水及び有機溶媒を含有し、
前記濃縮方法が
正浸透法によって前記原料液中の前記溶媒を除去する、第一の処理、及び膜蒸留法によって前記原料液中の溶媒を除去する第二の処理を組み合わせて行って、前記原料液の予備濃縮液を得る、第一の工程と、
凍結乾燥によって前記予備濃縮液から前記溶媒を更に除去して、生成物を得る、第二の工程と
を含む、原料液濃縮方法。
A method for concentrating a raw material liquid, the method comprising: removing the solvent from a raw material liquid containing a solute and a solvent to obtain a concentrate of the raw material liquid;
the solvent contains water and an organic solvent,
The concentration method includes a first treatment in which the solvent in the raw material liquid is removed by forward osmosis, and a second treatment in which the solvent in the raw material liquid is removed in a membrane distillation method. a first step of obtaining a preconcentration of the liquid;
A method for concentrating a raw material liquid, comprising a second step of further removing the solvent from the pre-concentrated liquid by freeze-drying to obtain a product.
前記第二の処理が、前記原料液及び冷却水を、疎水性多孔質膜を介して接触させ、前記原料液中の前記溶媒を、前記疎水性多孔質膜を通過させて前記冷却水中に移動させることにより、前記原料液中の前記溶媒を除く処理である、請求項1に記載の原料液濃縮方法。 In the second treatment, the raw material liquid and cooling water are brought into contact with each other through a hydrophobic porous membrane, and the solvent in the raw material liquid is passed through the hydrophobic porous membrane and transferred into the cooling water. The method for concentrating a raw material liquid according to claim 1, wherein the solvent in the raw material liquid is removed by removing the solvent from the raw material liquid. 前記第二の処理に用いる疎水性多孔質膜が、中空糸状疎水性多孔質膜であり、
前記中空糸状疎水性多孔質膜は、複数の前記中空糸状疎水性多孔質膜によって構成される中空糸糸束を有する膜モジュールの形態で使用される、
請求項2に記載の原料液濃縮方法。
The hydrophobic porous membrane used in the second treatment is a hollow fiber hydrophobic porous membrane,
The hollow fiber hydrophobic porous membrane is used in the form of a membrane module having a hollow fiber bundle constituted by a plurality of the hollow fiber hydrophobic porous membranes.
The raw material liquid concentration method according to claim 2.
前記中空糸状疎水性多孔質膜の少なくとも一部に疎水性ポリマーが付着している、請求項3に記載の原料液濃縮方法。 4. The raw material liquid concentration method according to claim 3, wherein a hydrophobic polymer is attached to at least a portion of the hollow fiber hydrophobic porous membrane. 前記疎水性ポリマーが、(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、及びフルオロシリル基から成る群から選ばれる少なくとも1種の側鎖を有するポリマーである、請求項4に記載の原料液濃縮方法。 4. The hydrophobic polymer is a polymer having at least one side chain selected from the group consisting of (per)fluoroalkyl group, (per)fluoropolyether group, alkylsilyl group, and fluorosilyl group. The raw material liquid concentration method described in . 前記疎水性多孔質膜を構成する材料が、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、及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、請求項2~5のいずれか一項に記載の原料液濃縮方法。 The material constituting the hydrophobic porous membrane is a group consisting of polysulfone, polyethersulfone, polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, ethylene/tetrafluoroethylene copolymer, and polychlorotrifluoroethylene. The raw material liquid concentration method according to any one of claims 2 to 5, comprising at least one resin selected from the following. 前記第一の工程において、前記第一の処理と前記第二の処理とを並列に行い、各処理後の原料液を混合することを含む、請求項1~5のいずれか一項に記載の原料液濃縮方法。 6. The method according to claim 1, wherein the first step includes performing the first treatment and the second treatment in parallel, and mixing the raw material liquids after each treatment. Raw material liquid concentration method. 前記第一の工程において、前記第一の処理を行った後に、前記第二の処理を行うことを含む、請求項1~5のいずれか一項に記載の原料液濃縮方法。 The raw material liquid concentration method according to any one of claims 1 to 5, wherein the first step includes performing the second treatment after performing the first treatment. 前記第一の工程において、前記第二の処理を行った後に、前記第一の処理を行うことを含む、請求項1~5のいずれか一項に記載の原料液濃縮方法。 The raw material liquid concentration method according to any one of claims 1 to 5, wherein the first step includes performing the first treatment after performing the second treatment. 前記原料液の前記溶媒が、水と、アセトニトリル及びイソプロパノールからなる群から選ばれる1種又は2種とを含有する混合溶媒である、請求項1~5のいずれか一項に記載の原料液濃縮方法。 The raw material liquid concentration according to any one of claims 1 to 5, wherein the solvent of the raw material liquid is a mixed solvent containing water and one or two selected from the group consisting of acetonitrile and isopropanol. Method. 前記原料液の前記溶質が、医薬品原料であることを特徴とする、請求項1~5のいずれか一項に記載の原料液濃縮方法。 The raw material liquid concentration method according to any one of claims 1 to 5, wherein the solute of the raw material liquid is a pharmaceutical raw material.
JP2022101958A 2022-06-24 2022-06-24 Concentrating method for raw material liquid Pending JP2024002633A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022101958A JP2024002633A (en) 2022-06-24 2022-06-24 Concentrating method for raw material liquid

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022101958A JP2024002633A (en) 2022-06-24 2022-06-24 Concentrating method for raw material liquid

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2024002633A true JP2024002633A (en) 2024-01-11

Family

ID=89472818

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022101958A Pending JP2024002633A (en) 2022-06-24 2022-06-24 Concentrating method for raw material liquid

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2024002633A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH04505579A (en) Membranes for the separation of viruses from solutions
JP7095098B2 (en) Raw material flow concentration system
JP7249427B2 (en) Raw material liquid concentration method and raw material liquid concentration system
CA3141605C (en) Raw material liquid concentration system
EP0539280A1 (en) Process for at least partial dehydration at an aqueous composition and device for carrying out the same
JP7133711B2 (en) Raw material concentration system
JP7223599B2 (en) Raw material concentration system
JP2024002633A (en) Concentrating method for raw material liquid
JP2023121811A (en) Raw material liquid concentration system and concentration device
US20240149220A1 (en) Method and System for Reducing Volume of Raw Material Liquid
WO2023249115A1 (en) Method for organic-solvent removal
JP2024002708A (en) Composition estimating method
JP2008194570A (en) Continuous condensing system and condensing method