JP6140689B2 - ポリドーパミン被覆を有する改良された膜 - Google Patents
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Description
本出願は、米国特許法第119条の規定により、2011年5月16日出願の「ポリドーパミン被覆を有する改良された膜」という名称の米国仮特許出願第61/486,561号(参照により本明細書に組み込まれる)に基づく優先権を主張する。
なし。
なし。
本発明は、一般的には、水および他の流出液を処理するための膜の分野に関し、より特定的には、塩除去率、化学的酸素要求量(COD)除去率、および生物学的酸素要求量(BOD)除去率を向上させるための、さらには洗浄化学薬品に対する耐性および改良された寿命をもたらす保守容易性を向上させるための、膜表面上へのポリマーの堆積に関する。とくに対象となる膜としては、RO(逆浸透)膜、ナノ濾過(NF)膜、限外濾過(UF)膜、および精密濾過(MF)膜が挙げられる。
Claims (24)
- ポリドーパミンまたはヒドロキノンまたはカテコールまたはこれらのいずれかの活性剤の混合物の薄い被覆を堆積させることにより膜の除去性を改良する方法において、
ポリドーパミンまたはヒドロキノンまたはカテコールまたはこれらのいずれかの活性剤の混合物の薄い被覆の前記堆積が:
i.既知濃度を有する標準的被覆溶液を調製する工程と、
ii.所与の持続時間にわたり空気または酸素と混合しながら活性剤溶液を循環させることにより、膜表面または膜モジュールを被覆する工程と、
iii.小さいディスポーザブル0.1〜5μm細孔サイズフィルターを用いて被覆プロセス時に形成された褐色懸濁ポリマー粒子を除去することにより、自己重合を最小限に抑える工程と、
iv.濾過された被覆溶液を新しいセットの膜に再使用する工程と、
v.活性剤が消費されるまで以上の工程ii)〜iv)を繰り返す工程と、
を具え、
前記活性剤溶液のpHを工程iii)とiv)との間で塩基性から酸性に変化させて、重合プロセスを一時的に停止させ、一定時間前記活性剤溶液を保存し、
被覆膜が非修飾膜よりも塩ならびに他の不純物ならびに有害物質に対する高い除去率を有することを特徴とする方法。 - 請求項1に記載の方法において、前記非修飾膜が、RO膜、UF膜、NF膜、MF膜、またはそれらの組合せを含むことを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法において、%除去率の改良が、前記非修飾膜の0.5%〜200%であることを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法において、薄い被覆に起因する透過液フラックスの%損失が、前記非修飾膜のフラックスの0%〜50%であることを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記被覆膜が、洗浄化学薬品および偶発的遊離塩素曝露による損傷に対するより大きい耐性を有して、25%〜200%の運転寿命の改良をもたらすことを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記非修飾膜がNF90膜であり、被覆されたNF90膜が、一価イオンに対する96%超の除去率および二価イオンに対する99%超の除去率を有することを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記非修飾膜がNF90膜であり、被覆されたNF90膜が、極低エネルギーRO膜と比較して10%超高いフラックスを有するとともに、>98%の一価イオン除去率および>99%の二価イオン除去率を達成することにより、エネルギーの低減および淡水化効率の増大を可能にすることを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記非修飾膜が、次のもの、すなわち、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリイミド、エポキシ樹脂、環状オレフィンコポリマー、環状オレフィンポリマー、アクリレートポリマー、ポリエチレンテレフタレート(polyethylene teraphthalate)、ポリフェニレンビニレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリ(N−ビニルカルバゾール)、アクリロニトリル−スチレンコポリマー、またはポリエーテルイミドポリ(フェニレンビニレン)ポリスルホン、スチレンおよびアクリロニトリルポリ(アリーレンオキシド)のコポリマー、ポリカーボネート、セルロースアセテート、ポリスルホン、ポリ(スチレン)、スチレン含有コポリマー、アクリロニトリルスチレンコポリマー、スチレン−ブタジエンコポリマー、スチレン−ビニルベンジルハリドコポリマー、ポリカーボネート、セルロース系ポリマー、セルロースアセテート−ブチレート、セルロースプロピオネート、エチルセルロース、メチルセルロース、ニトロセルロース、ポリアミド、ポリイミド、アリールポリアミド、アリールポリイミド、ポリエーテル、ポリ(アリーレンオキシド)、ポリ(フェニレンオキシド)、ポリ(キシレンオキシド)、ポリ(エステルアミド−ジイソシアネート)、ポリウレタン、ポリエステル(ポリアリーレートを含む)、ポリ(エチレンテレフタレート)、ポリ(アルキルメタクリレート)、ポリ(アクリレート)、ポリ(フェニレンテレフタレート)、ポリスルフィド、ポリ(エチレン)、ポリ(プロピレン)、ポリ(ブテン−1)、ポリ(4−メチルペンテン−1)、ポリビニル、ポリ(ビニルクロリド)、ポリ(ビニルフルオリド)、ポリ(ビニリデンクロリド)、ポリ(ビニリデンフルオリド)、ポリ(ビニルアルコール)、ポリ(ビニルエステル)、ポリ(ビニルアセテート)、ポリ(ビニルプロピオネート)、ポリ(ビニルピリジン)、ポリ(ビニルピロリドン)、ポリ(ビニルエーテル)、ポリ(ビニルケトン)、ポリ(ビニルアルデヒド)、ポリ(ビニルホルマール)、ポリ(ビニールブチラール)、ポリ(ビニルアミド)、ポリ(ビニルアミン)、ポリ(ビニルウレタン)、ポリ(ビニルウレア)、ポリ(ビニルホスフェート)、ポリ(ビニルスルフェート)、ポリアリル、ポリ(ベンゾベンゾイミダゾール)、ポリヒドラジド、ポリオキサジアゾール、ポリトリアゾール、ポリ(ベンゾイミダゾール)、ポリカルボジイミド、ポリホスファジン、およびそれらの組合せのうちの1つ以上を含むことを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記非修飾膜が二段階逐次NF/NFまたはNF/RO濾過膜であり、高塩分を有する製造水またはプロセス水に対して被覆された二段階逐次NF/NFまたはNF/RO濾過膜が適用されて、伝統的な二段階システムよりも高い塩除去能力をもたらすとともにエネルギー使用量および透過液品質を改良することを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記非修飾膜がNF濾過膜またはRO濾過膜であり、被覆されたNF濾過膜またはRO濾過膜が、改良された塩除去率および不純物除去率を有して汽水の処理に使用されることを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記非修飾膜がUF濾過膜またはMF濾過膜であり、被覆されたUF濾過膜またはMF濾過膜が、より目の細かい分画分子量限界および改良された全懸濁固形物除去性を有することを特徴とする方法。
- 請求項6に記載の方法において、前記一価イオンが、Na+およびCl−から1つ以上選択されることを特徴とする方法。
- ドーパミンまたはヒドロキノンまたはカテコールまたはこれらのいずれかの活性剤の混合物を含む被覆溶液を効果的に利用して被覆浄化膜を生産する方法において、
i.既知濃度を有する標準的被覆溶液を調製する工程と、
ii.所与の持続時間にわたり空気または酸素と混合しながら活性剤溶液を循環させることにより、膜表面または膜モジュールを被覆する工程と、
iii.小さいディスポーザブル0.1〜5μm細孔サイズフィルターを用いて被覆プロセス時に形成された褐色懸濁ポリマー粒子を除去することにより、自己重合を最小限に抑える工程と、
iv.濾過された被覆溶液を新しいセットの膜に再使用する工程と、
v.活性剤が消費されるまで以上の工程ii)〜iv)を繰り返す工程と、
を具え、
前記活性剤溶液のpHを工程iii)とiv)との間で塩基性から酸性に変化させて、重合プロセスを一時的に停止させ、一定時間前記活性剤溶液を保存することを特徴とする方法。 - 請求項13に記載の方法において、追加のドーパミンまたはヒドロキノンまたはカテコールまたは任意のこれらの混合物が、活性剤の濃度を維持するために工程iii)とiv)との間で添加されることを特徴とする方法。
- 請求項13に記載の方法において、膜が、フラットシートまたは中空繊維または多孔性ブロックまたはスペーサー付きロール状フラットシートであることを特徴とする方法。
- 請求項13に記載の方法において、多孔性膜に対して、工程ii)の最初の5〜10分間の循環時、膜の透過液側への活性試薬の透過を可能にするために、循環ポンプまたは重力手段のいずれかを用いて膜透過を可能にすることを特徴とする方法。
- 請求項1又は13に記載のドーパミンまたはヒドロキノンまたはカテコールまたはこれらのいずれかの活性剤の混合物を含む残留被覆溶液を効果的に廃棄処理する方法において、
i.被覆溶液をうまく使用した後、活性剤溶液をタンク内に貯蔵する工程と、
ii.12〜48時間にわたりタンク内に酸素または空気をバブリングして活性剤を十分に重合する工程と、
iii.ディスポーザブルUFまたはMFフィルターを用いて重合プロセスから形成された褐色懸濁ポリマー粒子を除去し、すべての懸濁ポリマー粒子が除去された後、フィルターを廃棄する工程と、
iv.工程iii)からの活性剤溶液のpHを中性に調整して50〜100ppmのブリーチを添加することにより、いかなる残留活性剤をも酸化して廃水として水を廃棄する工程と、
を具えることを特徴とする方法。 - 熱水洗浄サイクルを用いて請求項1に記載の被覆膜の定期保守を行う方法において、
供給液側から熱水の浸漬および循環を行い、かつ除去透過液側からそれを帰還させる工程と、
熱水の浸漬および循環を行いながら、膜表面上の洗浄除去作用のためのバブリング空気を添加して付着したファウリング物質を取り除く工程と、
熱水の浸漬および循環を行いながら、閉ループ発熱素子を用いて水の温度を維持する工程と、
を具えることを特徴とする方法。 - 請求項18に記載の方法において、水の温度が華氏90〜200度であることを特徴とする方法。
- 請求項18に記載の方法において、膜がポリドーパミン高分子被覆で被覆されることを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の被覆膜をブリーチ溶液に暴露して被覆を剥離してから新しい被覆を適用することを特徴とする方法。
- 請求項21に記載の方法において、前記被覆膜が、耐塩素性のMF膜またはUF膜であることを特徴とする方法。
- 請求項13に記載の方法において、前記被覆浄化膜が、
浄化膜と、
前記浄化膜に接触させて塩と、他の不純物と、有害物質に対してより高い除去率を有する被覆浄化膜を形成する被覆層であって、ヒドロキノンまたはカテコールまたはポリドーパミンまたはこれらのいずれかの活性剤の混合物を含む、被覆層と
を含み、
前記被覆層を有する浄化膜が、洗浄化学薬品および偶発的遊離塩素曝露に対するより高い耐性を有することにより、より長い運転寿命をもたらすことを特徴とする方法。 - 請求項23に記載の方法において、前記他の不純物が、BODおよびCODで規定される有機物であり;前記有害物質が、ホウ素およびヒ素から選択された1又はそれ以上の有害物質であることを特徴とする方法。
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