JP3564777B2

JP3564777B2 - 中空糸膜型脱臭装置

Info

Publication number: JP3564777B2
Application number: JP04995895A
Authority: JP
Inventors: 彰司辻井
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 1995-03-09
Filing date: 1995-03-09
Publication date: 2004-09-15
Anticipated expiration: 2019-09-15
Also published as: JPH08243342A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、家庭用ごみ処理器等に好適な脱臭装置であって、被処理気体から悪臭成分を除去または変成するための脱臭用液体を持続的に作用させることのできる中空糸膜を用いた中空糸膜型脱臭装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
悪臭成分を有する気体の脱臭を図る方法には種々の方法があり、例えば脱臭用液体をスプレー等で噴霧する方法や、フェルトや不織布フィルターに脱臭用液体を含浸させる方法等が知られている。
【０００３】
しかしながら、これらの方法は夫々以下の様な欠点を有している。即ち、スプレー等を用いて脱臭用液体を噴霧する方法では、噴霧してからある程度の時間が経過すると効果がなくなり、持続性に乏しい。また噴霧された脱臭用液体が周囲を濡らして腐食を引き起こす場合もある。次にフェルトや不織布フィルターに脱臭用液体を含浸させる方法では、脱臭用液体の含浸量によって脱臭効果の持続期間が決まり、多量に含浸させようとすると上記フェルトや不織布フィルターを収納する脱臭装置の大型化を招くので好ましくない。換言すればフェルトや不織布フィルターを収納する脱臭装置では、フェルトや不織布フィルターの単位体積当たりの表面積が小さく、気液接触効率が低いという欠点がある。
【０００４】
そこで、脱臭用液体の効果を持続させ、しかも脱臭装置をコンパクトに構成する方法として、高い気液接触効率が期待できる中空糸膜を用いることが考えられる。該中空糸膜とは、軸心の長さ方向に貫通している中空の芯部（以下、中空部という）を有すると共に、膜壁に多数の微細孔が形成されている中空繊維であり、以下の様な種々の用途に用いられている。例えば、水処理に用いられるナノ濾過膜，人工腎臓などに用いられる透析膜，果汁濃縮などに用いられる限外濾過膜，浄水器に用いられる精密濾過膜などとして利用されている。
【０００５】
上記中空糸膜を気液接触装置に用いる技術も提案されており、例えば、特開昭５５−１８１６号公報には、ポリエチレン、ポリプロピレンまたはポリ弗化ビニリデンよりなる疎水性中空糸膜を用いた気液接触装置が開示されている。該気液接触装置によれば、中空部を液体流路とすると共に、中空糸外部を気体流路とし、膜壁の細孔を通じて気液接触が行なうことが可能である。
【０００６】
従って、上記気液接触装置を脱臭装置として用いることによって、脱臭用液体の効果を持続させ、しかもコンパクトに構成した脱臭装置を提供することが可能であると思われる。しかしながら上記気液接触装置を、例えば家庭用生ごみ処理器等の脱臭装置に適用しても、期待される程には優れた脱臭効果が発揮されず、異臭が十分に除去されていないことがあった。そこで上記中空糸膜型脱臭装置であって、優れた脱臭効果を発揮する脱臭装置の開発が要望されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情に着目してなされたものであって、脱臭用液体の脱臭効果を持続的に発揮させることが可能であると共に、コンパクトに構成でき、しかも脱臭効果に優れた脱臭装置の提供を目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成した本発明の脱臭装置とは、多数の細孔が形成された多孔質中空糸膜を１０〜５０ｖ／ｖ％の充填率でケース内に充填したモジュールを用い、上記中空糸膜の中空部内または上記中空糸膜の外側のいずれか一方に脱臭用液体を存在させ、他方に被処理気体を流通させることにより気液接触を行ない該被処理気体の脱臭を行なうことを要旨とするものである。上記中空糸膜としては、疎水性を有する中空糸膜を用い、該中空糸膜に親水化処理を施している。またこの中空糸膜は実質的に液体を通過させないものである。
【０００９】
さらに、前記中空糸膜の中空部の内径は４０〜３０００μｍであると共に、中空率が１０〜８０％であることが好ましく、また細孔の空孔率は３０〜８５％である中空糸膜を用いることが推奨される。
【００１０】
尚、本発明でいう中空率とは、中空繊維の内径と外径を用いて、次の式により算出された比率である。
中空率（％）＝［（内径）^２／（外径）^２］×１００
また本発明において空孔率とは、中空糸膜を水で湿潤状態にし、中空糸膜の外表面及び中空部の水を除いて重量（重量Ａ）を測定した後、乾燥重量（重量Ｂ）を測定し、次式により算出した比率である。
空孔率（％）＝（１−重量Ｂ／重量Ａ）×１００
【００１１】
【作用】
本発明の脱臭装置においては、中空糸膜を多数束ねてケース内に充填したモジュールを用いることによって、脱臭装置の単位容積あたりの中空糸膜表面積が大きくなり脱臭能力が増す。尚、本発明においては、上記中空糸膜の中空部内または上記中空糸膜の外側のいずれか一方に脱臭用液体を存在させ、他方に被処理気体を流通させることにより気液接触を行なえばよいが、以下の説明では、上記中空糸膜の中空部に脱臭用液体を存在させ、中空糸膜の外側に被処理気体を流通させて気液接触を行なう場合を代表的に取りあげて説明を行なう。
【００１２】
本発明の中空糸膜型脱臭装置においては、モジュール内部における上記中空糸膜の充填率を５０ｖ／ｖ％以下に設定した。その理由は、中空糸膜間をモジュール内に詰めすぎるとモジュール内の通気空間が狭くなり、被処理気体の通気抵抗が大きくなってしまい、被処理気体が中空糸膜束の内部にまで侵入することが困難となって脱臭効率が低下するからであり、４０ｖ／ｖ％以下であるとより好ましい。一方、充填率が低過ぎても気液接触効率は低下するので１０ｖ／ｖ％以上が好ましく、２０ｖ／ｖ％以上であればより好ましい。但し、充填率が低い場合においても中空糸膜の束がモジュール内に偏在した圧密状態で配設されると、脱臭効率は低下するので各中空糸膜はモジュール内において適度な間隔をもって分散して配置することが望ましい。尚上記充填率とは、モジュール内部の容積に対して、中空糸膜が占める体積の比率であり、中空糸膜の体積は、計算を簡便とする目的で中空糸膜に中空部及び細孔がないものとして算出されたものである。
【００１３】
本発明の脱臭装置が、従来の気液接触装置を脱臭装置に用いた場合よりも優れた脱臭効果を発揮する理由については十分解明された訳ではないが、中空糸膜の充填率に関する好適な範囲を見出すことにより、脱臭装置として優れた気液接触効率が得られたこと以外にも、以下の様に考えられる。即ち、従来の中空糸膜型気液接触装置では、中空部を流通する液体が細孔から外部に流出することを防止することを目的として、中空糸膜は疎水性膜で構成されていた。これに対して本発明の脱臭装置に用いる中空糸膜は、素材自体は疎水性を有していても、親水化処理が施すことによって脱臭用液体が膜壁の細孔にも存在することができ、その結果気液接触効率が向上して優れた脱臭効果を発揮するものと推察できる。
【００１４】
尚、本発明において疎水性を有する中空糸膜とは、官能基として親水基を全く含まないというものではなく、水に対する接触角が９０°以上であるという性質を有するものであればよいが、膜構造を制御しやすいことからセルロース誘導体，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，ポリアクリロニトリル，ポリアミド，ポリイミド，ポリアミドイミド，エチレン−ビニルアルコール共重合体，ポリメタクリル酸メチルなどの有機高分子化合物が好ましく、特に親水化処理後の脱臭特性に優れているという理由から、セルローストリアセテート，ポリスルホン，ポリエーテルスルホン，ポリアミドイミドやポリオレフィン等を用いることが推奨される。
【００１５】
本発明は、疎水性を有する中空糸膜に親水化処理を施す方法を限定するものではないが、アルコール水溶液に浸漬する方法や界面活性剤を用いる方法が例示できる。上記アルコール水溶液に含有させるアルコールとしては、粘稠な多価アルコールやその誘導体を用いることが好ましく、グリセリン，エチレングリコール，ジエチレングリコール，トリエチレングリコール，プロピレングリコール等が代表例として挙げられる。また上記界面活性剤としては、アニオン性界面活性剤，カチオン性界面活性剤，両性界面活性剤，ノニオン性界面活性剤の中から、中空糸膜の種類に応じて適宜選択すれば良い。
【００１６】
以下に、グリセリン水溶液を用いて親水化処理を行なう場合の条件を例示する。グリセリン水溶液の濃度としては、グリセリンの重量％で３０〜６０％の範囲が好ましく、４０〜６０％の範囲がより好ましい。親水化処理時間は、中空糸膜の特性やグリセリン水溶液の濃度等に応じて適宜設定すればよいが、紡糸工程内において中空膜が濡れた状態で親水化処理を行なえば短時間で処理することが可能である。例えば中空糸膜がセルローストリアセテートに対して５０％のグリセリン水溶液により紡糸工程内で親水化処理を行なう場合には５〜１０秒の範囲が適当である。
【００１７】
本発明は、脱臭の対象とする被処理気体の脱臭成分を限定するものではなく、例えばアンモニア，アセトアルデヒド，硫化水素，硫化メチル，二硫化メチル，メチルメルカプタン，トリメチルアミン，スチレンなどの悪臭成分の除去に用いることができる。その他、フッ化水素，塩化水素，ＣＯ，ＮＯｘ，ＳＯｘなどの人体に有害なガス成分の除去に用いることも可能である。
【００１８】
脱臭用液体の種類としては、被処理気体の脱臭成分に応じて適宜選択すれば良く、酸化還元反応，中和反応，吸収反応，付加・重合・縮合反応などの化学反応により脱臭することが可能な脱臭剤を用いれば良い。例えば、被処理気体に含有されるアンモニアを脱臭する場合には、水を循環させてアンモニアを吸収しても良く、りんご酸やクエン酸を用いて酸化還元反応により脱臭を行なっても良い。また、アセトアルデヒドや硫化水素を脱臭する場合には、ポリエチレンイミン水溶液が効果的である。
【００１９】
本発明で用いられる中空糸膜の中空部は、内径が小さ過ぎると中空部内部に存在できる脱臭用液体の量が少なくなり、またポンプ等を用いて脱臭用液体を循環させる場合には圧力損失が大きくなることから４０μｍ以上であることが好ましく、１００μｍ以上であるとより好ましい。また、所定の中空率の範囲において内径を大きくすると中空糸膜の外径も大きくなり、単位容積あたりの中空糸膜本数が減って中空糸膜表面積が小さくなることから３０００μｍ以下が好ましく、１０００μｍ以下であるとより好ましい。
【００２０】
本発明の脱臭装置に用いる中空糸膜の中空率は、小さ過ぎると単位容積あたりに含有される脱臭用液体の量が少なくなることから１０％以上が好ましく、４０％以上がより好ましい。一方中空率は大き過ぎると中空糸膜の機械的強度が低下するので８０％以下が好ましい。
【００２１】
本発明の脱臭装置に用いる中空糸膜の平均孔半径は、大き過ぎると脱臭用液体が中空部から細孔を通じて外部に流出してしまうので１５０Å以下の範囲で設定する。１００Å以下であるとより好ましい。一方小さ過ぎても気液接触効率が低下するので１０Å以上の範囲で設定する。１５Å以上がより好ましい。尚、中空糸膜の平均孔半径は、「THE JOURNAL OF GENERAL PHYSIOLOGY 」（VOLUME 62, 1973, 489〜507 頁）に記載の「PORE THEORY」に基づいて、細孔モデルによる２種類の溶質の透過係数から算出すればよい。

【００２２】
本発明の脱臭装置に用いる中空糸膜は、空孔率が３０〜８５％であることが好ましい。空孔率が３０％未満の場合には、細孔内に存在できる脱臭用液体の量が少なくなって脱臭効果が低下するからであり、５０％以上であればより好ましい。また空孔率が８５％を超えると中空糸膜の機械的強度が不足して好ましくない。
【００２３】
また本発明の脱臭装置に用いる中空糸膜は、以下の様な非対称構造を持つことが好ましい。即ち、中空糸膜の細孔の平均孔径が少なくとも外表面において小さく形成された構造であり、この様な構造を持つことにより、中空部と細孔との間の脱臭用液体の移行が速やかに行われると共に、外表面から脱臭用液体が流出することを防ぐことができる。また中空糸膜の細孔は、夫々が独立した空孔ではなく、実質的に連結された連通孔であることが望ましい。
【００２４】
本発明の脱臭装置において中空糸膜の中空部に供給される脱臭用液体は、ポンプ等を用いることにより循環させることが脱臭効果を安定して持続的に保つという観点から好ましい。また中空部に脱臭用液体を封入し必要に応じて補充する方式を採用してもよく、さらには毛細管現象を利用してカートリッジから脱臭用液体を吸い上げる方式を用いてもよい。
【００２５】
以下、本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の主旨に徴して設計変更することはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００２６】
【実施例】
実施例１
中空糸膜を次の様にして製造した。即ち、セルローストリアセテート１８．５重量％、溶媒としてＮ−メチルピロリドン５７重量％、非溶媒としてエチレングリコール２４．５重量％からなる原料を１８０℃に加熱して溶かした溶液を二重環状紡糸孔の外側から押し出し、中心からは窒素ガスを送り込んで中空糸膜状とし、水６１重量％、Ｎ−メチルピロリドン２７重量％、エチレングリコール１２重量％からなる２５℃の凝固液中を通過させ、凝固を完了した。その後、水洗し、５０重量％よりなるグリセリン水溶液に浸漬してグリセリンを含浸させた後、乾燥させた。得られた中空糸膜の内径は１９９μｍ、中空率は７６％、空孔率７０％、平均孔径は７０Åであった。
【００２７】
該中空糸膜８３６６本をプラスチック製ケースの中に収納し、両端部をウレタン系接着剤により硬化・固定化して充填率４８％のモジュールとした。尚、該モジュールの両端部は、余分な部分を切断して中空糸膜の端部が開口された状態にした。
【００２８】
上記モジュールの脱臭効果の測定は、図１に示す様にして行なった。図１において、１はモジュール、２は脱臭用液体タンク、３はローラーポンプ、４は被処理気体が充填されたガスボンベ、５は流量計である。
【００２９】
被処理気体としては、窒素中にアセトアルデヒドが１００ｐｐｍの濃度で含有された混合気体を用い、脱臭用液体には、ポリエチレンイミン［（株）日本触媒製エポミンＳＰ−００３］の１０重量％水溶液を用いた。脱臭用液体を、ローラーポンプ３によりモジュール１の端部から中空糸膜の中空部に５０ｍｌ／ｍｉｎの流量で供給して循環させた。ガスボンベ４に充填された被処理気体をモジュール１内に５リットル／ｍｉｎの流量で供給し、１０分通気後及び１８０分通気後のモジュール出口におけるアセトアルデヒド濃度を北川式ガス検知管を用いて測定した。その結果、１０分後及び１８０分後のいずれの測定でもアセトアルデヒドは検出されなかった。
【００３０】
実施例２〜７
実施例１と同様にして、表１に示す製造条件により種々のモジュールを用意して夫々の脱臭効率を調べた。尚実施例７は、中空糸膜の内部に被処理気体を供給し、中空糸膜の外側に脱臭用液体を循環させて脱臭効率を調べたものである。結果は表１に併記する。
【００３１】
尚、表中の略号は以下のものを示す。
ＣＴＡ：セルローストリアセテート（ダイセル化学工業製、ＬＴ１０５）
ＰＥＳ：ポリエーテルスルホン（住友化学製、スミカエクセル５２００Ｐ）
ＰＳ：ポリスルホン（テイジンアモコエンジニアリングプラスチック製、ＵＤＥＬＰ４８００）
ＰＡＩ：ポリアミドイミド
ＮＭＰ：Ｎ−メチルピロリドン
ＰＥＧ：ポリエチレングリコール
ＴＥＧ：トリエチレングリコール
ＥＧ：エチレングリコール
【００３２】
また上記ポリアミドイミドは、以下の様にして重合したものを用いた。即ち、反応容器に無水トリメリット酸１９２．１ｇ（１．０モル）、２，４−トリレンジイソシアネート３４．８ｇ（０．２０モル）、ビトリレンジイソシアネート２１１．４ｇ（０．８０モル）、Ｎ−メチル−２−ピロリドン２０００ｇを仕込み、撹拌しながら、２００℃まで約１時間で昇温した。その後、２００℃で約５時間撹拌し、反応を停止した。得られたポリマー溶液をアセトン再沈し、紡糸用ポリアミドイミドポリマーを得た。
【００３３】
【表１】

【００３４】
比較例１
グリセリンによる親水化処理を行なわないこと以外は実施例１と同様にして得たモジュールを用いて、実施例１と同様の方法により脱臭効果を調べた。結果は、１０分通気後のアセトアルデヒド濃度が６ｐｐｍであり、１８０分通気後のアセトアルデヒド濃度は４ｐｐｍであった。
【００３５】
比較例２
中空糸膜の充填率を５％とした以外は実施例１と同様にして得たモジュールを用いて、実施例１と同様の方法により脱臭効果を調べた。結果は、１０分通気後のアセトアルデヒド濃度が１０ｐｐｍであり、１８０分通気後のアセトアルデヒド濃度は１０ｐｐｍであった。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は以上の様に構成されているので、脱臭用液体の脱臭効果を持続的に発揮させることが可能であると共に、コンパクトに構成でき、しかも脱臭効果に優れた脱臭装置の提供ができることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】脱臭効果の測定方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１モジュール
２タンク
３ローラーポンプ
４ガスボンベ
５流量計

Claims

膜壁に多数の細孔が形成された多孔質中空糸膜を１０〜５０ｖ／ｖ％の充填率でケース内に充填したモジュールを用い、上記中空糸膜の中空部内または上記中空糸膜の外側のいずれか一方に脱臭用液体を存在させ、他方に被処理気体を流通させることにより気液接触を行ない該被処理気体の脱臭を行なう中空糸膜型脱臭装置であって、
前記中空糸膜は疎水性を有するものを親水化処理したものであるにも拘わらず、実質的に液体を透過させないものであることを特徴とする中空糸膜型脱臭装置。
前記中空糸膜の中空部の内径が４０〜３０００μｍであると共に、中空率が１０〜８０％である請求項１に記載の中空糸膜型脱臭装置。
前記中空糸膜の細孔の平均孔半径が１０Å以上である請求項１又は２に記載の中空糸膜型脱臭装置。
前記中空糸膜の膜壁における細孔の空孔率が３０〜８５％である請求項１〜３のいずれかに記載の中空糸膜型脱臭装置。
中空糸膜の中空部内に前記脱臭用液剤を存在させ、中空糸膜の外側に前記被処理気体を流通させる請求項１〜４のいずれかに記載の中空糸膜型脱臭装置。