JP5568835B2 - 逆浸透膜、逆浸透膜装置及び逆浸透膜の親水化処理方法 - Google Patents
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Description
請求項2の逆浸透膜は、請求項1において、前記逆浸透膜がポリアミド系逆浸透膜であることを特徴とするものである。
請求項7の逆浸透膜は、請求項1ないし6のいずれか1項において、(a)カチオン性高分子を逆浸透膜に付着させた後、アニオン性ポリビニルアルコールを付着させる処理、又は、(b)カチオン性ポリビニルアルコールを逆浸透膜に付着させた後、アニオン性高分子を付着させる処理を複数回行ったことを特徴とするものである。
この逆浸透膜に付着させるイオン性PVAは、カチオン性PVA及びアニオン性PVAのいずれでもよいが、最表面をイオン性PVAとする場合、最表面はアニオン性PVAとなるようにするのが好ましい。すなわち、被処理水中の汚染物は、通常、負に帯電しているため、膜への汚染物吸着を、荷電反発により抑えるために、膜最表面を負に帯電することが好ましい。
カチオン性PVAとしては、例えば、酢酸ビニールなどのビニルエステルとカチオン性モノマーを共重合させた後、加水分解(けん化)して生成されるものが好適である。
アニオン性PVAのアニオン基としては、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基等が挙げられるが、経済性、製造のしやすさの点でカルボキシル基、スルホン酸基が好ましい。
アニオン性PVA及びカチオン性PVAのけん化度は85%以上が好ましく、重合度200以上3000以下程度が好ましい。重合度がこれより低くなると、PVAが膜を透過したり、また、安定して膜に吸着させることが困難となる(剥離しやすくなる)。けん化度が上記よりも低くなると、親水性が低下し耐汚染性が低下するおそれがある。なお、けん化度及び重合度(平均重合度)はJIS K6726−1994に記載された方法に準拠して測定される。
この逆浸透膜に付着させるイオン性高分子は、カチオン性高分子及びアニオン性高分子のいずれでもよいが、最表面をイオン性高分子とする場合、最表面はアニオン性高分子となるようにするのが好ましい。すなわち、被処理水中の汚染物は、通常、負に帯電しているため、膜への汚染物吸着を、荷電反発により抑えるために、膜最表面を負に帯電することが好ましい。
本発明に用いるカチオン性高分子としては、例えば、ポリビニルアミン、ポリアリルアミン、ポリアクリルアミド、キトサンなどの第一級アミン化合物、ポリエチレンイミンなどの第二級アミン化合物、ポリ(アクリル酸ジメチルアミノエチル)、ポリ(メタクリル酸ジメチルアミノエチル)などの第三級アミン化合物、ポリスチレンに第四級アンモニウム基を付加したものなどの第四級アンモニウム化合物、ポリビニルアミジン、ポリビニルピリジン、ポリピロール、ポリビニルジアゾールなどの複素環を有する化合物などを挙げることができる。カチオン性高分子としては、これらの構造を複数種有する共重合体も用いることができる。これらの中で、複素環を有する化合物を好適に用いることができ、ポリビニルアミジン及びポリビニルアミジンの誘導体を特に好適に用いることができる。これらは1種を単独で用いてもよいし2種以上を併用してもよい。
本発明に用いるアニオン性高分子としては、例えば、ポリアクリル酸及びその誘導体、ポリメタクリル酸などのカルボキシル基を有する高分子、ポリスチレンスルホン酸及びその誘導体、デキストラン硫酸、ポリビニルスルホン酸などのスルホン酸基を有する化合物などを挙げることができる。アニオン性高分子としては、これらの構造を複数種有する共重合体も用いることができる。これらの中で、ポリアクリル酸及びその誘導体、ポリスチレンスルホン酸及びその誘導体を特に好適に用いることができる。これらは1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
本発明において、イオン性高分子の重量平均分子量は、10万〜1000万程度特に100万〜1000万程度であることが好ましい。重量平均分子量が過度に低くなると、高分子が膜を透過したり、安定して膜に吸着させることが困難となる。重量平均分子量が過度に大きいと水溶液の粘度が高くなり、透過膜への通水抵抗が大きくなるおそれがある。
本発明において、重量平均分子量は、高分子の水溶液をゲル浸透クロマトグラフィーにより分析し、得られたクロマトグラムからポリエチレンオキシド標準品の分子量に換算することにより求める。ポリエチレンオキシド標準品が入手し得ない高分子量の領域においては、光散乱法、超遠心法などにより重量平均分子量を求める。
逆浸透膜にイオン性PVA及びイオン性高分子を付着させるには、逆浸透膜にイオン性PVA及びイオン性高分子の水溶液を接触させればよく、特にイオン性PVA及びイオン性高分子の水溶液を逆浸透膜に透過させるのが好ましい。この場合、溶質であるイオン性PVAは逆浸透膜を透過させずに逆浸透膜の表面、特に透過方向上流側の膜面に付着させるのが好ましい。
日東電工 ES20−D:0.735MPa
東レ SU−720:1.47MPa
東レ SUL−G20:0.74MPa
フィルムテック BW−30−8040:1.47MPa
デサリネーション 8137UP:1.37MPa
イオン性PVAは、逆浸透膜の表面に5〜50mg/m2程度付着されるのが好ましい。逆浸透膜にカチオン性PVAを付着させた後、アニオン性PVAを付着させる場合、カチオン性PVAを5〜50mg/m2程度付着させた後、アニオン性PVAを5〜50mg/m2程度付着させるのが好ましい。
本発明の逆浸透膜を備えた逆浸透膜モジュールの型式には特に制限はなく、例えば、管状膜モジュール、平面膜モジュール、スパイラル膜モジュール、中空糸膜モジュールなどを挙げることができる。
カチオン性PVA(ゴーセファイマーK−210)
酢酸ビニル・ジアリルジメチルアンモニウムクロライド共重合物のけん化物
重合度1800、けん化度86.7%
アニオン性PVA(i)(ゴーセナールT−330H)
酢酸ビニル・マレイン酸モノメチル共重合物のけん化物
重合度1800、けん化度99.1%
アニオン性PVA(ii)(ゴーセランL−3266)
酢酸ビニル・アルケニル(C=2〜4)スルホン塩酸共重合物のけん化物
重合度300、けん化度87.5%
カチオン性高分子(CP−111 栗田工業(株)製クリフィックスCP−III)
ポリビニルアミジン
重量平均分子量約350万
また、比較例2で用いた非イオン性PVAは次の通りである。
非イオン性PVA(N型ゴーセノールNM−14)
重合度1500、けん化度99.2%
ポリアミド逆浸透膜(日東電工製ES20、φ32mm)を備えた逆浸透膜モジュールにクリタ開発センター排水(生物処理水/凝集沈殿/活性炭/MF膜処理水)を0.74MPaにて通水した。透過水量の経時変化を表1に示す。
比較例1と同一の逆浸透膜モジュールに上記カチオン性PVA1mg/Lを0.74MPaにて60ml/hrで2時間通水した後、純水を0.74MPaにて60ml/hrで30分通水し、さらに、アニオン性PVA(i)1mg/Lを0.74MPaにて60ml/hrで5時間通水した。
比較例1と同一の逆浸透膜モジュールに上記アニオン性PVA(i)1mg/Lを0.74MPaにて60ml/hrで通水した。
比較例1と同一の逆浸透膜モジュールに上記非イオン性PVAの1mg/L水溶液を0.75MPaにて60ml/hr通水した。
ポリアミド逆浸透膜(日東電工製ES20、φ32mm)を備えた逆浸透膜モジュールについて、比較例1と同様の通水試験を行った。透過水量の経時変化を図1に示す。
比較例3と同一の逆浸透膜モジュールに上記カチオン性高分子1mg/Lを0.75MPaにて60ml/hrで2時間通水した後、純水を0.75MPaにて60ml/hrで30分通水し、さらに、アニオン性PVA(ii)1mg/Lを0.75MPaにて60ml/hrで5時間通水した。
Claims (10)
- イオン性ポリビニルアルコール及びイオン性ポリビニルアルコール以外のイオン性高分子を付着させた逆浸透膜において、
(a)カチオン性高分子を逆浸透膜に付着させた後、アニオン性ポリビニルアルコールを付着させた、又は、(b)カチオン性ポリビニルアルコールを逆浸透膜に付着させた後、アニオン性高分子を付着させた、ことを特徴とする逆浸透膜。 - 請求項1において、前記逆浸透膜がポリアミド系逆浸透膜であることを特徴とする逆浸透膜。
- 請求項1又は2において、前記イオン性ポリビニルアルコールのけん化度が85%以上であることを特徴とする逆浸透膜。
- 請求項1ないし3のいずれか1項において、前記イオン性ポリビニルアルコールの重合度が200以上であることを特徴とする逆浸透膜。
- 請求項1ないし4のいずれか1項において、前記イオン性高分子の重量平均分子量が10万〜1000万であることを特徴とする逆浸透膜。
- 請求項1ないし5のいずれか1項において、前記イオン性高分子は、ポリビニルアミジン、ポリビニルアミジンの誘導体、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸の誘導体、ポリスチレンスルホン酸及びポリスチレンスルホン酸の誘導体よりなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする逆浸透膜。
- 請求項1ないし6のいずれか1項において、(a)カチオン性高分子を逆浸透膜に付着させた後、アニオン性ポリビニルアルコールを付着させる処理、又は、(b)カチオン性ポリビニルアルコールを逆浸透膜に付着させた後、アニオン性高分子を付着させる処理を複数回行ったことを特徴とする逆浸透膜。
- 請求項1ないし7のいずれか1項に記載の逆浸透膜を備えた逆浸透膜装置。
- 逆浸透膜にイオン性ポリビニルアルコールとイオン性ポリビニルアルコール以外のイオン性高分子との一方を接触させた後、他方を接触させる逆浸透膜の親水化処理方法であって、
(a)逆浸透膜にカチオン性高分子を接触させた後、アニオン性ポリビニルアルコールを接触させる、又は、(b)逆浸透膜にカチオン性ポリビニルアルコールを接触させた後、アニオン性高分子を接触させることを特徴とする逆浸透膜の親水化処理方法。 - 請求項9において、(a)逆浸透膜にカチオン性高分子を接触させた後、アニオン性ポリビニルアルコールを接触させる処理、又は、(b)逆浸透膜にカチオン性ポリビニルアルコールを接触させた後、アニオン性高分子を接触させる処理を複数回行うことを特徴とする逆浸透膜の親水化処理方法。
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