JP6036879B2 - 水処理用選択性透過膜及びその製造方法 - Google Patents
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Description
この膜本体としては、NF膜、UF膜、RO膜又はMF膜を用いることができる。膜の材質は、セルロース、ポリエーテルスルホン、アルミナなどが好適であるが、これに限定されない。
アシル基を構成する脂肪酸が不飽和脂肪酸を含む、すなわち、アシル基が不飽和脂肪酸残基を含む第1のリン脂質としては、1−パルミトイル−2−オレオイル−sn−グリセロ−3−ホスホコリン(POPC)、1,2−ジオレオイル−sn−グリセロ−3−ホスホコリン、1,2−ジオレオイル−sn−グリセロ−3−ホスホエタノールアミン、1,2−ジオレオイル−sn−グリセロ−3−ホスホ−L−セリン、1,2−ジオレオイル−sn−グリセロ−3−ホスホ−rac−(1−グリセロール)、卵黄ホスファチジルコリン、大豆ホスファチジルコリンなどが挙げられる。
チャネル物質としては、グラミシジン、アムホテリシンBなどを用いることができる。
膜本体表面をリン脂質二重膜で被覆する方法としては、ラングミュア−ブロジェット法、ベシクル融合法が挙げられる。
以下の実施例及び比較例では、膜本体として、陽極酸化アルミナ膜(Anodisc、直径25mm、孔径20nm、Whatmann)を用いた。
アシル基に不飽和脂肪酸を含む第1のリン脂質としては、1−パルミトイル−2−オレオイル−sn−グリセロ−3−ホスホコリン(POPC、相転移温度−2℃、日油)を用いた。
チャネル物質としては、グラミシジンA(GA、シグマアルドリッチ)を用いた。
膜本体をリン脂質二重層で被覆するのに先立って、膜本体をシランカップリング剤(オクタデシルトリクロロシラン(シグマアルドリッチ))を用いて以下のようにシランカップリング処理した。
リン脂質二重層内に導入したチャネル物質が水チャネル物質としての機能を有するのかについては、膜本体表面を被覆するリン脂質二重層と同じ組成からなるベシクル分散液の円二色性(CD)スペクトルを円二色性分散計(J−725K、日本分光)を用いて測定することで確認した。
膜の性能評価装置を図1に示す。膜1は平膜セルに装着され、膜1で隔てられた一方の容器2内に純水を注入し、他方の容器3内に塩化ナトリウム水溶液を注入する。塩化ナトリウム水溶液の濃度は3.0wt%の条件で浸透圧差3MPaを設けて、駆動圧力3MPaにおける塩漏出率を評価した。容器2,3内でマグネチックスターラーによる撹拌を行い、24時間後の各溶液の電気伝導度を測定した。測定した電気伝導度の値からNaCl濃度を算出し、式(1)を用いて塩漏出率を算出した。
塩漏出率(%)=(C/Cref)×100% ………(1)
透水量{m3/(m2・s・Pa)}=ΔV/S・t・ΔP …(2)
リン脂質をクロロホルムに溶解し、POPCの溶液を調製した。減圧下で有機溶媒を蒸発させ、容器内に残存した乾燥脂質薄膜に純水を添加し、35℃で水和させることで、ベシクル分散液を作製した。得られたベシクル分散液は、液体窒素と35℃の湯浴に交互に浸漬操作を5回繰り返す凍結融解法により、粒成長させた。ベシクル分散液は孔径0.1μmのポリカーボネートトラックエッチング膜を用い、押し出し整粒し、脂質濃度が0.4mMになるよう純水で希釈した。
リン脂質として、POPCの代りにDPPCを用いた他は比較参考例1と同様にしてDPPC被覆膜を製造し、塩漏出率を測定した。
リン脂質として、POPCとDPPCとを50/50(mol%)の割合で用いた他は比較参考例1,2と同様にしてPOPC/DPPC複合被覆膜を製造し、塩漏出率を測定した。
表1の通り、リン脂質のアシル基に不飽和脂肪酸を含むリン脂質であるPOPCのみを用いた膜(比較参考例1)は、塩が漏出していることから、浸透圧によりリン脂質二重層が壊れており、耐圧性が不十分であった。リン脂質の2つのアシル基が炭素数16の飽和脂肪酸からなるリン脂質であるDPPCのみを用いた膜(比較参考例2)および、リン脂質にPOPCとDPPCを用いた膜(実施参考例1)では、塩の漏出が低く耐圧性の高い膜が作製できた。
比較参考例1において、リン脂質にチャネル物質を添加したこと以外は同様にしてGA含有POPC被覆膜を製造し、透水量を測定した。
比較参考例2において、リン脂質にチャネル物質を添加したこと以外は同様にしてGA含有DPPC被覆膜を製造し透水量を測定した。
実施参考例1において、リン脂質にチャネル物質を添加したこと以外は同様にして、GA含有POPC/DPPC被覆膜を製造し、透水量を測定した。
市販のFO膜(Hydration Technology Innovations社)について、透水量を測定した。
リン脂質のアシル基に不飽和脂肪酸を含むリン脂質であるPOPCのみを用いた膜(比較例1)とリン脂質にPOPCとDPPCを用いた膜(実施例1)は、CDスペクトルの結果が示すように、グラミシジンAがチャネル構造を形成した。比較例1は高い透水量を示したが、比較参考例1が示すように、リン脂質二重層自体の耐圧性が不十分である。
2,3 容器
Claims (10)
- 選択的透過性を有した膜本体と、該膜本体の表面に形成された、チャネル物質を含有するリン脂質二重膜よりなる被覆層とを有する水処理用選択性透過膜において、
該水処理用選択性透過膜で処理される被処理水の温度が10〜40℃であり、
リン脂質二重膜は、リン脂質として、アシル基を構成する脂肪酸が不飽和脂肪酸からなり、相転移温度が被処理水の温度より低い第1のリン脂質と、2つのアシル基を構成する脂肪酸が炭素数16〜24の飽和脂肪酸からなり、相転移温度が40〜80℃である第2のリン脂質とを含有することを特徴とする水処理用選択性透過膜。 - 請求項1において、第1のリン脂質と第2のリン脂質との合量に対する第2のリン脂質の割合が20〜80モル%であることを特徴とする水処理用選択性透過膜。
- 請求項1又は2において、第1のリン脂質は1−パルミトイル−2−オレオイル−sn−グリセロ−3−ホスホコリン、1,2−ジオレオイル−sn−グリセロ−3−ホスホコリン、1,2−ジオレオイル−sn−グリセロ−3−ホスホエタノールアミン、1,2−ジオレオイル−sn−グリセロ−3−ホスホ−L−セリン、1,2−ジオレオイル−sn−グリセロ−3−ホスホ−rac−(1−グリセロール)、卵黄ホスファチジルコリン、及び大豆ホスファチジルコリンから選ばれる1種もしくは2種以上のリン脂質であり、第2のリン脂質は1,2−ジパルミトイル−sn−グリセロ−3−ホスホコリン、1,2−ジヘプタデカノイル−sn−グリセロ−3−ホスホコリン、1,2−ジステアロイル−sn−グリセロ−3−ホスホコリン、1,2−ジノナデカノイル−sn−グリセロ−3−ホスホコリン、1,2−ジアラキドイル−sn−グリセロ−3−ホスホコリン、1,2−ジベヘノイル−sn−グリセロ−3−ホスホコリン、1,2−ジトリコサノイル−sn−グリセロ−3−ホスホコリン、又は1,2−ジリグノセロイル−sn−グリセロ−3−ホスホコリン、1,2−ジパルミトイル−sn−グリセロ−3−ホスホエタノールアミン、1,2−ジパルミトイル−sn−グリセロ−3−ホスホ−L−セリン、1,2−ジパルミトイル−sn−グリセロ−3−ホスホ−rac−(1−グリセロール)、水素添加卵黄ホスファチジルコリン、及び水素添加大豆ホスファチジルコリンから選ばれる1種もしくは2種以上のリン脂質であることを特徴とする水処理用選択性透過膜。
- 請求項1又は2において、第1のリン脂質はパルミトイルオレオイルホスファチジルコリンであり、第2のリン脂質は1,2−ジパルミトイル−sn−グリセロ−3−ホスホコリン又は1,2−ジステアロイル−sn−グリセロ−3−ホスホコリンであることを特徴とする水処理用選択性透過膜。
- 請求項1ないし4のいずれか1項において、チャネル物質はグラミシジン又はアムホテリシンBであることを特徴とする水処理用選択性透過膜。
- 請求項1ないし4のいずれか1項において、第1のリン脂質と第2のリン脂質とチャネル物質との合量におけるチャネル物質の割合が1〜20モル%であることを特徴とする水処理用選択性透過膜。
- 請求項1ないし5のいずれか1項において、前記膜本体はMF膜、UF膜、NF膜又はRO膜であることを特徴とする水処理用選択性透過膜。
- リン脂質とチャネル物質とを含むリン脂質含有液と膜本体とを接触させることにより、リン脂質二重膜よりなる被覆層を膜本体の表面に形成する工程を有する水処理用選択性透過膜の製造方法において、
該水処理用選択性透過膜で処理される被処理水の温度が10〜40℃であり、
リン脂質含有液は、アシル基を構成する脂肪酸が不飽和脂肪酸からなり、相転移温度が被処理水の温度より低い第1のリン脂質と、2つのアシル基を構成する脂肪酸が炭素数16〜24の飽和脂肪酸からなり、相転移温度が40〜80℃である第2のリン脂質とを含有することを特徴とする水処理用選択性透過膜の製造方法。 - 請求項8において、第1のリン脂質と第2のリン脂質との合量に対する第2のリン脂質の割合が20〜80モル%であることを特徴とする水処理用選択性透過膜の製造方法。
- 請求項1ないし6のいずれか1項に記載の水処理用選択性透過膜を用いて被処理水を膜分離処理する工程を有する水処理方法。
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