JP3132090B2 - 逆浸透法用複合膜の製造方法 - Google Patents

逆浸透法用複合膜の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は逆浸透法に使用する複合
膜の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、逆浸透法用の膜としては、その水
透過性が高いためにポリアミドを活性層とする複合膜が
最もよく使用されている。例えば、米国特許第4、27
7、344号明細書に記載されている架橋芳香族ポリア
ミドを活性層とする複合膜、特表昭56−500062
号明細書に記載されているピペラジン単位を含む架橋ポ
リマ−を活性層とする複合膜等がある。これらの複合膜
の製造方法は、多孔性ポリスルホン支持膜に多官能性ア
ミノ化合物を含む水溶液を塗布した後、多官能性アシル
ハライドを含む1,1,2−トリクロロ−1、2、2−
トリフルオロエタン溶液を接触させることからなる。こ
こでポリスルホンとは 式 −Ph−C(CH3 2 −Ph−O−Ph−SO2
−Ph−O− (ここでPhはフェニレン基を表す。)で表される繰返
し単位を有する有機ポリマ−であり、多孔性ポリスルホ
ン支持膜は、米国内務省塩水局研究開発報告No.35
9に記載されている方法により製造される。これらの複
合膜の製膜の際に使用される1,1,2−トリクロロ−
1、2、2−トリフルオロエタンは、成層圏のオゾン層
を破壊する性質が大きく、地球環境に悪影響をおよぼす
ことが指摘され、国連環境計画(UNEP)はオゾン層
保護のためのウィ−ン条約(1985年3月採択、19
88年9月発効)およびオゾン層を破壊する物質に関す
るモントリオ−ル議定書(1987年9月採択、198
9年1月発効)によりその使用を規制し、西暦2000
年には全廃される。1,1,2−トリクロロ−1、2、
2−トリフルオロエタンの代わりにオゾン層を破壊しな
いヘキサン等の脂肪族炭化水素を使用しても実用膜性能
が得られるが、これらの炭化水素は可燃性であり、工業
的規模での生産では防爆設備等大袈裟な設備が必要とな
り、実用性は低いものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】オゾン層の破壊係数が
小さくかつ不燃性の製膜溶媒として、2,2−ジクロロ
−1,1,1−トリフルオロエタンがあるが、多孔性ポ
リスルホンを支持膜とする架橋ポリアミド系複合膜では
低性能しか得られない。
【0004】本発明者らは先に多孔性支持膜として 式 −Ph−SO2 −Ph−O− (ここでPhはフェニレン基を表す。)で表される繰返
し単位を有するポリエ−テルスルホンからなる多孔性支
持膜、また製膜溶媒として、2,2−ジクロロ−1,
1,1−トリフルオロエタンを使用することによって高
性能を有する架橋ポリアミドを活性層する複合膜が得ら
れることを見出だしたが、更に検討を進めたところ、該
複合膜は、膜性能、特に排除率の変動が大きく、工業的
に安定して製造することが困難であることが判明した。
【0005】本発明は、これらの問題点を解決し、ポリ
エ−テルスルホンからなる多孔性支持膜の製造におい
て、安定した膜性能を有する複合膜を得ることを目的と
するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は下記の構成からなる。
【0007】多孔性支持膜上において多官能性アミンと
多官能性アシルハライドを重縮合させて得られる架橋ポ
リアミドを活性層とする逆浸透法用複合膜の製造方法に
おいて、 式 −Ph−SO2 −Ph−O− (ここでPhはフェニレン基を表す。)で表される繰返
し単位を有するポリエ−テルスルホン、リチウム塩およ
び非プロトン性極性有機溶媒を含む溶液を製膜原液とし
て湿式製膜で得られる多孔性膜を使用し、活性層形成溶
媒として2,2−ジクロロ−1,1,1−トリフルオロ
エタンを用いることを特徴とする逆浸透法用複合膜の製
造方法。
【0008】本発明において、多官能性アミンとは多官
能性アシルハライドと反応して架橋構造を有する重合体
を形成するものが含まれ、例えば、脂肪族アミンとして
は、N,N−ジメチルエチレンジアミン、N,N−ジメ
チルプロパンジアミン、ピペラジン、2−メチルピペラ
ジン、2,5−ジメチルピペラジン、1,3−ビス(4
−ピペリジル)メタン、1,3−ビス(4−ピペリジ
ル)プロパンなどが挙げられる。また、芳香族アミンと
しては、ジアミンあるいは、トリアミンであることが好
ましく、芳香族ジアミンまたは芳香族トリアミン単独、
あるいは芳香族ジアミンおよび芳香族トリアミンの混合
物の形で好ましく用いられる。芳香族ジアミンとして
は、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン
などが挙げられるが、透水性に優れた架橋ポリアミド超
薄膜の形成が可能であることからm−フェニレンジアミ
ンが好ましい。芳香族トリアミンとしては、高い脱塩率
と有機物の排除率、そして高架橋密度による超薄膜層の
構造安定性という点から1,3,5−トリアミノベンゼ
ンが好ましい。
【0009】本発明において、多官能性アシルハライド
とは多官能性アミンと反応して架橋構造を有する重合体
を形成するものが含まれ、例えば、トリメシン酸ハライ
ド、ベンゾフェノンテトラカルボン酸ハライド、トリメ
リット酸ハライド、ピロメリット酸ハライド、イソフタ
ル酸ハライド、テレフタル酸ハライド、ナフタレンジカ
ルボン酸ハライド、ジフェニルジカルビン酸ハライド、
ピリジンジカルボン酸ハライド、1,3,5−シクロヘ
キサントリカルボン酸ハライド、1,3−シクロヘキサ
ンジカルボン酸ハライド、1,4−シクロヘキサンジカ
ルボン酸ハライド等を用いることができる。これらの多
官能性アシルハライドは、単独で用いることもできる
が、混合物として用いることもできる。多官能性アミン
との反応性を考慮すると、該多官能性アシルハライドは
多官能性アシルクロライドであることが好ましい。
【0010】本発明において、リチウム塩とは、水酸化
リチウムと無機酸および有機酸から形成される塩であれ
ばよいが、溶解性の点から一塩基酸の塩が好ましい。例
えば、塩化リチウム、臭化リチウム、ヨウ化リチウム、
硝酸リチウム等が代表例として挙げられる。
【0011】本発明において、多孔性ポリエ−テルスル
ホン支持膜の製膜原液溶媒として使用される非プロトン
性極性有機溶媒としてはジメチルホルムアミド、ジメチ
ルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、2−ピ
ロリドン、ヘキサメチルホスホリックトリアミド等があ
るが、ジメチルホルムアミドが好ましい。
【0012】該製膜原液には製膜を阻害しないものであ
れば、界面活性剤や有機溶媒、酸化防止剤等が含まれて
いても良い。
【0013】本発明において多孔性ポリエ−テルスルホ
ン支持膜は、多孔性ポリスルホン支持膜と同様に米国内
務省塩水局研究開発報告No.359に記載されている
方法により製造される。
【0014】製膜原液の調整方法は次のように行う。ま
ず、リチウム塩を非プロトン性極性有機溶媒に溶解した
後、この溶液にポリエ−テルスルホンを混合し、80〜
95℃に加熱して完全に溶解させる。そして常温に冷却
後製膜に供する。
【0015】本発明のような逆浸透膜を実用に供する場
合は処理能力を大きくとれるように一定体積当たりの膜
の充填面積を上げるために一般にエレメントまたはモジ
ュ−ルと呼ばれる種々の使用形態がとられる。例えば、
細い多孔性の管の内壁または外壁に膜を適用する管状
型、多孔性の板で膜を支持し重ねて使用する平板型、膜
をのり巻き状にして使用するスパイラル型、膜を薄壁状
中空繊維にする中空糸型等があるが、本発明の場合に
は。スパイラル型が好ましい。
【0016】本発明のような複合膜は機械的強度が低
く、そのままでは工業的規模における製造方法である連
続製膜のような複合膜の製造工程において受ける張力お
よび複合膜の使用時の高い圧力に耐えることができず、
変形または破壊して本来の機能を失ってしまう。この様
な問題点を解決するため繊維からなる織布または不織布
上に複合膜を形成させる、いわゆる繊維補強複合膜とし
て使用される。繊維補強複合膜は、まず、繊維補強多孔
性支持膜を作成し、その繊維補強多孔性支持膜上に活性
層を形成させる。
【0017】繊維補強多孔性支持膜は、湿式製膜によっ
て製膜される。すなわち、製膜原液を織布または不織布
上に流延し、次いで実質的に水からなる媒体中(凝固
浴)で凝固(ゲル化)することによって製造される。こ
の凝固工程によって溶媒およびリチウム塩は凝固浴へ溶
解して、膜中から除去されるが、これが不十分な場合
は、水洗行程を設けて溶媒およびリチウム塩を除去す
る。製膜原液中のポリエ−テルスルホンの濃度は14〜
20重量%が好ましい。この範囲以下では複合膜の膜性
能の排除率が低くなり、この範囲以下では透水速度が低
くなる。リチウム塩の量はポリエ−テルスルホンに対す
る重量比で2〜50%の範囲で使用する。この範囲以下
では本発明の効果が不十分であり、またこの範囲以上で
は溶媒に対する溶解性に問題が出る。
【0018】次に、活性層の形成方法について説明す
る。
【0019】本発明においては架橋ポリアミド活性層
は、前述の多官能性アミンを含有する水溶液と、多官能
性アシルハライドを含有する2,2−ジクロロ−1,
1,1−トリフルオロエタン溶液を多孔性ポリエ−テル
スルホン支持膜上で界面重縮合反応によって形成させる
が、まず、支持膜に多官能性アミンを被覆する。
【0020】多官能性アミン水溶液におけるアミノ化合
物の濃度は0.1〜10重量%、好ましくは0.5〜1
0重量%であり、該水溶液には界面重縮合反応を阻害し
ないものであれば、界面活性剤や有機溶媒、酸化防止剤
等が含まれていても良い。
【0021】支持膜への該アミン水溶液の被覆は、該水
溶液が表面に均一にかつ連続的に被覆されていれば良
く、公知の塗布手段、例えば、該水溶液を支持膜表面に
コ−ティングする方法、支持膜を該水溶液に浸漬する方
法等で行うことができる。
【0022】次いで過剰に塗布された該アミン水溶液を
液切り工程により除去する。液切りの方法としては、例
えば、支持膜表面を垂直方向に保持して自然流下させる
方法などがある。次に、前述の多官能性アシルハライド
の2,2−ジクロロ−1,1,1−トリフルオロエタン
溶液を多官能性アミン水溶液を被覆した支持膜表面に接
触させる。2,2−ジクロロ−1,1,1−トリフルオ
ロエタン溶液中の多官能性アシルハライド濃度は通常、
0.01〜10重量%、好ましくは0.05〜0.5重
量%であり、この範囲以下では排除率が不十分であり、
また、この範囲以上では透水速度が低く、更に支持膜を
損傷して複合膜の膜性能が非常に低レベルとなる恐れが
ある。
【0023】多官能性アシルハライドのアミノ化合物水
溶液相への接触の方法は、アミノ化合物水溶液の支持膜
への被覆方法と同様に行う。この後、過剰に付着した多
官能性アシルハライドを除去するため炭酸ナトリウム等
のアルカリ水溶液で洗浄する。
【0024】このようにして得られた複合膜は、これだ
けでも十分良好な分離性能を発現するが、さらに該複合
膜をpH6〜13の塩素含有水溶液に浸漬することによ
り分離性能、特に、排除率、透水速度を向上せしめるこ
とができる。塩素発生試薬としては、塩素ガス、サラシ
粉、次亜塩素酸ナトリウム、二酸化塩素、クロラミン
B、クロラミンT、ハラゾ−ン、ジクロロジメチルヒダ
ントイン、塩素化イソシアヌル酸およびその塩などを代
表例として挙げることができ、酸化力の強さによって濃
度を決定することが好ましい。上記の塩素発生試薬の中
で、次亜塩素酸ナトリウム水溶液が、取扱性の点から好
ましい。塩素含有水溶液の酸化力とpHの間には重要な
関係があり、pHが6より低い場合は、十分な酸化力を
示さず、又、pHが13を越えるとアミド結合の加水分
解が生じ、超薄膜層が損傷を受けるため、ともに不適当
である。従って、pH6〜13で塩素含有水溶液に浸漬
するのが好ましい。
【0025】
【実施例】以下の実施例によって更に詳細に説明する
が、本発明はこれら実施例により何ら限定されるもので
はない。
【0026】なお、実施例において、排除率は次式によ
り求めた。
【0027】排除率[%] =(1−膜透過液中の溶質濃度
/膜供給液中に溶質濃度)×100 実施例1 硝酸リチウム3.6重量部をジメチルホルムアミド(以
下DMFと略す。)78.4重量部に加え、90℃で3
0分撹拌して完全に溶解した。この溶液にポリエ−テル
スルホン(アイ・シ−・アイ社製のVictrex 4800)の1
8重量部を加え、90℃で60分撹拌して完全に溶解し
た。この様にして得られた製膜原液をタテ30cmヨコ2
0cmの大きさのポリエステル繊維からなるタフタ(タテ
糸、ヨコ糸とも150デニ−ルのマルチフィラメント
糸、織密度タテ90本/インチ、ヨコ67本/インチ、
厚さ160μm)をガラス板上に固定し、200μmの
厚みで室温(20℃)で流延し、ただちに純水中に浸漬
して5分間放置することによって繊維補強ポリエ−テル
スルホン支持膜(以下FR−PES支持膜と略す)を作
製した。
【0028】FR−PES支持膜を1重量%の1,3,
5−トリアミノベンゼンと1重量%のm−フェニレンジ
アミンを含んだ水溶液中に1分間浸漬した。該支持膜を
垂直方向にゆっくりと引上げ、支持膜表面から余分な水
溶液を取り除いた後、0.05重量%のテレフタル酸ク
ロライドと0.05重量%のトリメシン酸クロライドを
含んだ2,2−ジクロロ−1,1,1−トリフルオロエ
タン溶液を支持膜表面が完全に濡れるように塗布して1
分間静置した。次に支持膜を垂直にして余分な溶液を液
切りして除去した後、炭酸ナトリウムの0.2重量%水
溶液に5分間浸漬して複合膜を得た。
【0029】以上のFR−PES支持膜の製膜および複
合膜化を5回繰り返して行った。
【0030】このようにして得られた複合膜を製膜回数
ごと各3点、合計15点サンプリングし、pH6.5に
調製した1500ppm食塩水を原水とし、15Kg/
cm2 /cm2 、25℃の条件下で逆浸透テストした結
果、排除率99.2〜99.6%(平均値;99.4
%)、透水速度0.60〜0.71m3 /m2 ・日(平
均値;0.65m3 /m2 ・日)の膜性能であった。
【0031】実施例2 実施例1においてFR−PES支持膜の製膜の際に製膜
原液に硝酸リチウムの代わりに塩化リチウム1.8重量
部、DMF80.2重量部を使用する以外は同様に行っ
た結果、排除率99.2〜99.6%(平均値;99.
4%)、透水速度0.58〜0.69m3 /m2 ・日
(平均値;0.63m3 /m2 ・日)の膜性能であっ
た。
【0032】比較例1 実施例1においてFR−PES支持膜の製膜の際に製膜
原液に硝酸リチウムを添加しない以外は同様に行った結
果、排除率95.6〜99.4%(平均値;98.4
%)、透水速度0.61〜0.72m3 /m2 ・日(平
均値;0.67m3 /m2 ・日)の膜性能であった。
【0033】実施例3 実施例1のFR−PES支持膜を4重量%の1,3,5
−トリアミノベンゼンを含んだ水溶液中に1分間浸漬し
た。該支持膜を垂直方向にゆっくりと引上げ、支持体表
面から余分な水溶液を取り除いた後、0.1重量%のイ
ソフタル酸クロライドを含んだジクロロトリフルオロエ
タン溶液を表面が完全に濡れるように塗布して1分間静
置した。次に支持体を垂直にして余分な溶液を液切りし
て除去した後、炭酸ナトリウムの0.2重量%水溶液に
5分間浸漬した。
【0034】以上のFR−PES支持膜の製膜および複
合膜化を5回繰り返して行った。
【0035】このようにして得られた複合膜を製膜回数
ごと各3点、合計15サンプリングし、実施例1の条件
で逆浸透テストした結果、排除率98.8〜99.2%
(平均値;99.0%)透水量0.64〜0.72m3
/m2 ・日(平均値;0.68m3 /m2 ・日)の膜性
能であった。
【0036】比較例2 実施例3においてFR−PES支持膜の製膜の際に製膜
原液に硝酸リチウムを添加しない以外は同様に行った結
果、排除率92.3〜99.3%(3均値;97.4
%)透水量0.65〜0.74m3 /m2 ・日(平均
値;0.70m3 /m2 ・日)の膜性能であった。
【0037】
【発明の効果】本発明によりオゾン層の破壊係数の小さ
い製膜溶媒を使用し、膜性能、特に排除率が高くてかつ
安定した性能が得られるようになった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−96141(JP,A) 特開 平5−92130(JP,A) 特開 平5−76740(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01D 71/82

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多孔性支持膜上において多官能性アミン
    と多官能性アシルハライドを重縮合させて得られる架橋
    ポリアミドを活性層とする逆浸透法用複合膜の製造方法
    において、 式 −Ph−SO2 −Ph−O− (ここでPhはフェニレン基を表す。)で表される繰返
    し単位を有するポリエ−テルスルホン、リチウム塩およ
    び非プロトン性極性有機溶媒を含む溶液を製膜原液とし
    て湿式製膜で得られる多孔性膜を使用し、活性層形成溶
    媒として2,2−ジクロロ−1,1,1−トリフルオロ
    エタンを用いることを特徴とする逆浸透法用複合膜の製
    造方法。
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