JP6343589B2 - 流動分別型の孔拡散膜分離モジュール - Google Patents
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Description
(1)膜の表裏面での圧力差(以降、膜間差圧と略称)を物質(液体)輸送の駆動力とし、流体力学的な流れ(体積流れ)を起し、孔径と粒子径との関係で篩効果で粒子を除去する膜ろ過技術と、
(2)膜を介した2種の液体間での濃度差を物質移動の駆動力とし、流体の体積流れは起らずに物質を構成する分子の持つ熱運動性(いわゆるブラウン運動)の差を利用した孔内での拡散速度の差を利用した分離、および膜中の孔の孔径と粒子径との関係で生じる篩効果、さらに膜表面での処理対象液の層流としての流れが原因して起る流動分別効果を利用して分離する孔拡散技術(定常法孔拡散技術)あるいは流体を構成する媒体のみをわずかな膜間差圧で体積流れで流動させながら孔拡散を利用する“孔拡散”技術(以降、定常法孔拡散技術と“孔拡散”技術とを区別せずに単に孔拡散技術と略称する)と、
(3)半透膜を隔てた濃度差を物質移動の駆動力として、膜および物質の親和力差と、膜を構成する素材高分子の熱運動性(ミクロブラウン運動)で生じる自由体積の空間部の大きさと、物質の分子の大きさとの差で分子分離する拡散透析技術と、を意味する。
すなわち、流路の断面積と流路の長さとは逆に操作条件(膜間差圧と流速)に制限を与えている。
(ア)該液体の層流化準備域;モジュール内の(イ)の領域にモジュール外にある液体がスムースな流線で移行できるように設けられた領域でモジュール内への液体の出入口と連結している。
(イ)膜を介した拡散域;(ア)領域から出た該液体の流れを複数の細流に分割した後の一つの流路の単位として流路の断面は長方形であり、該流路を形成する4面の壁の内、平行な2面は厚さ1mm以下の平滑な固体板状体で、他の2面の内すくなくとも1面は該平膜の膜表面で構成される。該平膜を介して流動分別を伴う口内拡散が起る領域。
(ウ)該流路の複数が一体化し合流を形成する層流維持域、モジュール内の(イ)領域の液体をモジュール外へ排出する回路へ導く領域、
(エ)該平膜の裏表面で構成される空間域;(イ)にしめされる流路を構成する板状体と交差する角度で配置された厚さ1mm以下の固体板状体で形成される。拡散液の流路と該平膜の支持体の役割をはたす拡散液の貯留域。
すなわち
(1)ろ過速度法での平均孔径は10 nm以上で10μm未満である。
モジュールとしての処理速度は平膜の孔特性のみで決まるのではなく主として膜間差圧が支配する。したがって該平均孔径への要求は処理により除去すべき物質で定められる。たとえばウイルス除去では平均孔径は40 nm、細菌除去では500 nm、プリオン除去では20 nmなどである。
(2)空孔率は60 %以上である。
孔拡散による物質輸送速度は空孔率に比例するので空孔率は大きければ大きいほど望ましい。膜ろ過と異なり膜に負荷する力学的な応力(膜間差圧)は小さいため空孔率への上限の設定の必要性は少ない。
(3)平膜の膜表面での平滑度は10 μm以下である。
該平滑度は該平膜を構成する基本の構造体(不織布の場合には繊維、多孔膜の場合には表面の平均孔径またはミクロ相分離法での製膜では2次粒子)の大きさの3倍と定義される。この平滑度は膜表面での層流の厚さ設定の目安となる。
(4)平膜の物理的な見掛けの膜厚は200 μm以下である。
平膜が2種以上の構造体で形成されている(すなわち複合体膜を形成している)場合には該見掛けの膜厚は物質輸送に支配的でない部分も厚さに寄与している。この部分を含めて平膜の物理的な見掛けの膜厚と定義する。孔拡散では濃度勾配が物質輸送で重要な駆動力となるため見掛けの膜厚は薄ければ薄いほど望ましい。
積層される際にあらかじめ両シートを支える役割を持つ平行に配列された壁面を構成する短冊状物と成型融着されている。すなわちシート2および3は直方体の空間部を持つ2段積層体であるため図1の7,10および5の断面図のような長方形の空間部が用意されている。
(1) 処理対象液は拡散液と元液と残液との3種の組成に分離される。拡散液は粒子のほぼ完全な除去が実現しているかあるいは液中での拡散速度の大きな成分分子の存在比率の高い溶液である。残液は粒子や拡散速度の遅い成分分子が濃縮された状態にある。
(2) 平膜の平均孔径の約1/4の粒径を持つ粒子はほぼ完全に拡散液より除去され残液に濃縮される。
(3) 処理速度は時間に依存せず一定である。すなわち膜中の孔の目詰まりは起こらない。
(4) 再生処理でほぼ完全に元の性能に戻る。
Claims (3)
- 被処理液体が膜分離媒体の平膜の膜表面に沿って層流で流れる状況下で膜間差圧が0.05気圧以下の条件下で行われる膜分離処理で利用される孔拡散膜モジュールにおいて、(ア)該液体を拡散域にスムースな流線で移行できるように設けられた領域でモジュール内への液体の出入口と連結している層流準備域、(イ)該液体の一つの単位としての流路の断面は長方形であり、該流路を形成する4面の壁の内、平行な2面は厚さ1mm以下の平滑な固体板状体で、他の2面の内少なくとも1面は該平膜の膜表面で構成される流動分別を伴った孔内拡散域、(ウ)該流路の複数が一体化する層流維持域、および(エ)該平膜の裏平面で構成される空間部には(イ)に示す流路を構成する板状体と交差する角度で配置された厚さ1mm以下の固体板状体で拡散液の流路と該平膜の支持体とを形成する拡散液の貯留域の少なくとも4種の領域で構成され、かつ(ア)、(イ)の2領域は該平膜と同一平面で連結し、該流路内の液体の流れと該膜表面とが実質的に平行であり、かつ(ア)、(ウ)、(エ)には該モジュールの外系への出入口があることを特徴とする孔拡散膜モジュール。
- 請求項1において平膜は該膜表面の平均孔径が裏面のそれより小さく、平膜の膜表面平滑度は10μm以下で物理的な見掛けの厚さは200μm以下で平膜のろ過速度法での平均孔径は10μm以下で10 nm以上で、空孔率は60 %以上であり、かつ平膜は不織布または高分子多孔膜であることを特徴とする孔拡散膜分離モジュール。
- 請求項1または請求項2において、(イ)の流路の最小単位としての形状が厚さ2 mm以上10 mm未満であり、幅2 mm以上40 mm未満で長さが幅以上で700 mm未満であることを特徴とする孔拡散膜分離モジュール。
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