JP5269119B2 - 溶媒と溶質とを含む液体から溶媒を分離する方法および装置 - Google Patents
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Description
実施の形態に従うと、溶媒と溶質とを含む液体から溶媒を分離する方法(以下、「溶媒分離方法」とも記す)が提供される。この方法は、基本的には、正浸透膜の第1の面を溶媒と溶質とを含む対象液体に接触させると共に、当該前記正浸透膜の第2の面を、対象溶液中の溶媒を正浸透膜に移動させる力を働かせるための固体性物質を含む回収用液体に接触させることにより、前記対象液体中の溶媒を第2の面の外に移動させることにより、溶媒と溶質とを含む液体から溶媒を分離する方法である。
上記の方法は、例えば、海水を淡水化するために使用されてよい。海水を淡水化するために使用される実施形態においては、上述の対象溶液として海水を適用すればよい。
上記の溶媒分離方法および海水淡水化方法は、例えば、以下のような装置において行うことが可能である。
図1に示した実施形態1を用い、以下のような実験システムを利用することにより、海水から淡水が得られる。
図2は海水をかけ流しにして、浸透膜で隔てられた最初の海水用の空間が常に3.5Wt%前後の塩分濃度の海水で満たされるように構成した実施形態2の装置の1例である。
図4は、粒子の表面を塩構造として修飾し、浸透膜の塩濃度を高くする側の固体性物質として、固体吸収体として使う場合の固体性物質の1例の構成を示す。固体吸収体として高分子ポリマーを用いる。その表面に炭酸塩構造または塩酸塩構造を付与することが可能である。このような構成は、表面をアミンの機能粉と炭酸ガスまたは塩酸で中和することにより達成される。
高分子の内部まで多孔質で、官能基の塩構造の材料であるものに、イオン交換樹脂がある。イオン交換樹脂のは直径1mmくらいの粒子になって加工されているため、非常に扱いやすく、目の粗いフィルターをおいて、圧力損失を最小にすることができる。導入するイオン交換基としては、スルホン酸基、カルボン酸基、イミノ二酢酸基、リン酸基、リン酸エステル基等のカチオン交換基;四級アンモニウム基、三級アミノ基、二級アミノ基、一級アミノ基、ポリエチレンイミン基、第三スルホニウム基、ホスホニウム基等のアニオン交換基が挙げられる。これらの官能基を載せるポリマーの元になるモノマーはビニルモノマーが一般的で、ビニルモノマーの具体例としては、スチレン、α-メチルスチレン、ビニルトルエン、ビニルベンジルクロライド、ビニルビフェニル、ビニルナフタレン等の芳香族ビニルモノマー;エチレン、プロピレン、1-ブテン、イソブテン等のα-オレフィン;ブタジエン、イソプレン、クロロプレン等のジエン系モノマー;塩化ビニル、臭化ビニル、塩化ビニリデン、テトラフルオロエチレン等のハロゲン化オレフィン;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のニトリル系モノマー;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸2-エチルヘキシル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸グリシジル等の(メタ)アクリル系モノマーが挙げられる。これらモノマーは、1種単独又は2種以上を組み合わせて使用することができる。本発明で好適に用いられるビニルモノマーは、スチレン、ビニルベンジルクロライド等の芳香族ビニルモノマーである。このようなイオン交換樹脂は、実施形態1および2において好ましく使用される。
本実施例では基礎的な実験により本特許の原理が正しいことを示す。
図5に示す装置で浸透圧について試験した。図5を参照しながら装置を説明する。注射用1ccシリンジからピストンを抜き取った。ピストンを出し入れするための開口部を向かい合わせる方向で2本のシリンジを固定する。2本のシリンジの間に、浸透膜と支持体に収納したポリアクリル酸ナトリウムを配置して固定した。
図5と同様器装置を用いて、浸透膜には日東電工の海水用(NTR 70SWC)のものを使用して実験した。問題にしているのは浸透膜に対して高分子吸収体や、イオン交換樹脂の内部構造の塩で浸透圧が得られるかどうかである。従って、これらの固体塩、すなわち固体吸収体を浸透膜の片側において、両方のセルは真水で満たした。これによって、固体塩のある側に水が吸収されるのであれば、提唱した原理は正しいと考えられる。高分子吸収体にはポリアクリル酸ナトリウムを用いた。またイオン交換樹脂の場合にはアンバーライト(オルガノ製 IRA910 CT Cl)を用いた。フィルターとしてキムワイプを使用した。セルの中間にあり浸透膜を押さえるゴムは厚さ2mmで直径5mmの穴を事務用のパンチで開けた。
図4に示す分離装置を実験装置として用いて、海水濃度の塩水から淡水を分離した。
正浸透膜として、浸透膜は日東電工低圧用ES20を使用した以外は図5に示す分離装置と同様な装置を用いて更に実験を行った。当該分離装置において、ポリアクリル酸ナトリウムを固体性物質として使用した。塩水の濃度は3.5重量%とした。図5に向かって右側のシリンジ内が第1のチャンバー69であり、向かって左側のシリンジ内が第2のチャンバー70である。
更に、第1のチャンバーと第2のチャンバーの構成様式の例を模式的に図6(a)〜(d)に示す。何れの分離装置においても第1のチャンバー61と、第2のチャンバー62と、正浸透膜63と、固体性物質65が配置される。更に図6(a)〜(d)には、任意に配置されるフィルター65を示した。例えば、正浸透膜63に対して固体性物質65が固定化されている場合、フィルター65は不要である。
21、31、52、62 第1のチャンバー
22、34、53、 第2のチャンバー
23、33、54、63 正浸透膜
25、32、45、55、65 固体性物質
26、35、56、66 フィルター
Claims (12)
- 第1の面と第2の面を含む正浸透膜において、前記第1の面を溶媒と溶質とを含む対象液体に接触させると共に、当該第2の面を、対象溶液中の溶媒を正浸透膜に移動させる力を働かせるための固体性物質を含む回収用液体に接触させることにより、前記対象液体中の溶媒を第2の面の外に移動させることにより、前記対象液体から当該溶媒を分離し、当該溶媒を回収することを特徴とする、溶媒と溶質とを含む対象液体から当該溶媒を得る方法。
- 更に、第2の面の外に移動された当該溶媒を、フィルターによって前記固体性物質から分離することを更に含む請求項1に記載の方法。
- 前記固体性物質が、高分子吸収体、イオン交換樹脂および固体性塩、並びに前記正浸透膜の第2の面に結合した形態にある高分子吸収体、イオン交換樹脂および固体性塩、並びにその組み合わせからなる群より選択される請求項1または2に記載の方法。
- 前記固体性物質が、固体吸収体である請求項1または2に記載の方法。
- 前記固体性物質が、高吸収性ポリマーまたは表面が官能基で修飾された高吸収性ポリマーである請求項1または2項に記載の方法。
- 前記固体性物質が、デンプン−アクリル酸グラフト重合体、デンプン−アクリロニトリル共重合体ケン化物、ナトリウムカルボキシメチルセルロース架橋物、アクリル酸重合体およびその塩形態にある重合体、スルホン酸ナトリウム塩を有するポリスチレン系の強酸性陽イオン交換樹脂、テトラメチルアンモニウムクロライドを有するポリスチレン系の強塩基性イオン交換樹脂、または固体塩モノマーとグラフト重合または重合により基盤に固定された形態にある前記何れかの樹脂、並びにこれらの組み合わせからなる群より選択される請求項1または2に記載の方法。
- 前記対象液体が海水である請求項1〜6の何れか1項に記載の方法。
- 溶媒と溶質とを含む対象液体を収容するための第1のチャンバーと、前記第1のチャンバーと連通する第2のチャンバーと、前記連通する部分において第1のチャンバーと第2のチャンバーを仕切るように配置され、第1のチャンバーに向かいう第1の面および第2のチャンバーに向かう第2の面を有する正浸透膜と、前記正浸透膜の第2の面の表面および/または近傍に配置され、第1のチャンバー内の対象溶液中の溶媒を正浸透膜に移動させる力を働かせるための固体性物質とを具備する、溶媒と溶質とを含む液体から溶媒を分離する装置。
- 更に、前記固体性物質と第1のチャンバーから前記正浸透膜を経て第2のチャンバーに移動した溶媒とを分離するように第2のチャンバーに配置されたフィルターを具備する請求項8の装置。
- 前記固体性物質が、前記フィルターと前記正浸透膜の間に配置される請求項9に記載の装置。
- 前記固体性物質が、高分子吸収体、イオン交換樹脂および固体性塩、並びに前記正浸透膜の第2の面に結合された形態にある高分子吸収体、イオン交換樹脂および固体性塩、並びにその組み合わせからなる群より選択される請求項8〜10の何れか1項に記載の装置。
- 溶媒と溶質とを含む対象液体を収容するための第1のチャンバーと、前記第1のチャンバーと連通する第2のチャンバーと、前記連通する部分において第1のチャンバーと第2のチャンバーを仕切るように配置され、第1のチャンバーに向かいう第1の面および第2のチャンバーに向かう第2の面を有する正浸透膜と、前記正浸透膜の第2の面の表面および/または近傍に配置され、第1のチャンバー内の対象溶液中の溶媒を正浸透膜に移動させる力を働かせるための固体性物質と、前記固体性物質と第1のチャンバーから前記正浸透膜を経て第2のチャンバーに移動した溶媒とを分離するように、前記固体性物質に隣接して配置されたフィルターとを具備する、溶媒と溶質とを含む液体から溶媒を分離する装置。
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