JP6449859B2 - 分離膜構造体、および分離膜構造体モジュール - Google Patents

Description

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本出願は、２０１４年４月３０日に出願された日本特許出願第２０１４−９３３２０号に基づく優先権を主張し、その開示の全てが参照によって本願に組み込まれる。

本発明は、分離膜を備える分離膜構造体に関する。

分離膜構造体には、多孔質構造を有する柱状の基材と、基材の軸方向と平行な流路の内壁面に形成された分離膜と、を備えるものがある。分離膜構造体は、集塵、除菌、精製、脱水、液体分離、ガス分離等、様々な用途で利用されている。分離膜構造体において、従来、被処理流体が導入される面と、処理後の濃縮流体が排出される面とには、ガラス製のシール層が形成されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−２３７１０９号公報

分離膜構造体で処理する被処理流体がアルカリ性の流体の場合や、分離膜構造体を、苛性ソーダ等を用いたアルカリ洗浄を行う場合がある。ガラスは、耐アルカリ性が低いため、アルカリ性の被処理流体の処理を繰り返したり、アルカリ洗浄を繰り返すことにより、分離膜構造体のガラス製シール層が溶解して剥離するおそれがある。また、分離膜構造体は、Ｏリング等のシール材を介してハウジング内に格納されて用いられる。アルカリ洗浄等により、ガラス製のシール層の表面が荒れると、分離膜構造体とＯリングとの間に隙間が生じ、被処理流体の漏洩が生じる恐れがある。そこで、分離膜構造体のシール層の耐久性を向上させる技術が望まれていた。そのほか、従来の分離膜構造体においては、低コスト化、省資源化、製造の容易化、性能の向上等が望まれていた。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することができる。
本発明の一形態によれば、分離膜構造体が提供される。この分離膜構造体は、長手方向の第１の端面と、第２の端面と、前記第１の端面と前記第２の端面とを連通し、被処理流体が流通する流路と、を備える多孔質無機材料からなる基材と、前記流路の内壁面又は外壁面に形成された分離膜と、少なくとも前記第１，２の端面に形成されたシール層と、を備える。前記シール層は、フッ素系樹脂から形成される。前記基材の前記第１の端面と前記基材の外周面との間、前記基材の前記第２の端面と前記基材の外周面との間、前記基材の前記第１の端面と前記流路の前記内壁面との間、および前記基材の前記第２の端面と前記流路の前記内壁面との間、の少なくともいずれかにおいて形成される基材角部、および前記基材角部上に形成された前記シール層のシール層角部は、丸みを有している。前記シール層角部の曲率半径Ｒｓは、前記基材角部の曲率半径Ｒｂより大きい。

（１）本発明の一形態によれば、分離膜構造体が提供される。この分離膜構造体は、長手方向の第１の端面と、第２の端面と、前記第１の端面と前記第２の端面とを連通し、被処理流体が流通する流路と、を備える多孔質無機材料からなる基材と、前記流路の内壁面又は外壁面に形成された分離膜と、少なくとも前記第１，２の端面に形成された、耐アルカリ性が高いシール層と、を備えてもよい。この形態の分離膜構造体によれば、シール層は耐アルカリ性が高いため、アルカリ性の被処理流体の処理や、アルカリ洗浄による劣化が抑制され、シール層の耐久性を向上させることができる。

（２）上記形態の分離膜構造体において、前記シール層は、８０℃、４重量％の水酸化ナトリウム水溶液中に１０００時間浸漬した後の表面粗さＲａが０．５μｍ以下であってもよい。表面粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１（１９９４）に従い、測定長さ２．０ｍｍ、カットオフ波長０．２５ｍｍの条件で、無作為に選定した箇所を測定するものとする。このようなシール層であれば、アルカリ性の被処理流体の処理や、アルカリ洗浄による劣化が抑制され、シール層の耐久性を向上させることができる。

（３）上記形態の分離膜構造体において、前記シール層は、前記浸漬前後の表面粗さＲａの変化量の前記浸漬前の表面粗さＲａに対する比が、０．５未満であってもよい。このようなシール層であれば、アルカリ性の被処理流体の処理や、アルカリ洗浄による劣化が抑制され、シール層の耐久性を向上させることができる。

（４）上記形態の分離膜構造体において、前記シール層は、静摩擦係数μｓが、０．５未満であってもよい。静摩擦係数μｓは、バウデンレーベル型測定機器（直径８ｍｍの鋼球、荷重１．０ｋｇ、線速度０．２７ｍｍ／ｓｅｃ）を用いて測定することができる。この分離膜構造体を筐体内にシール部材を介して支持して使用する際に、シール層上にシール部材を配置すると、シール層の表面が滑らかであるため、分離膜構造体とシール部材との摺動性を良好にすることができる。その結果、分離膜構造体と筐体とのシール性を向上することができ、被処理流体の漏洩を抑制することができる。また、分離膜構造体によるシール部材のねじれが生じる可能性が低減され、分離膜構造体を筐体内に格納する際の作業効率を向上させることができる。

（５）上記形態の分離膜構造体において、前記シール層は、フッ素系樹脂から形成されてもよい。このようにしても、耐アルカリ性を有し、表面の滑らかなシール層を容易に得ることができる。

（６）上記形態の分離膜構造体において、前記シール層は、テトラフルオロエチレン、またはテトラフルオロエチレンを基本分子骨格とした共重合体フッ素樹脂化合物から形成されてもよい。このようにしても、耐アルカリ性を有し、表面の滑らかなシール層を容易に得ることができる。

（７）上記形態の分離膜構造体において、前記シール層は、前記基材の前記第１，２の端面、前記第１，２の端面近傍の外周面、および前記第１，２の端面近傍の前記分離膜を被覆し、前記外周面および前記分離膜に形成された前記シール層は、前記第１，２の端面に形成された前記シール層から連続して形成されていてもよい。このようにすると、シール層と基材との接着面積を大きく確保することができ、シール性を向上させることができる。また、分離膜構造体を筐体内にシール部材を介して支持して使用する際に、側面に形成されたシール層上にシール部材を配置すると、分離膜構造体と筐体とのシール性を向上することができ、被処理流体の漏洩を抑制することができる。

（８）上記形態の分離膜構造体において、前記基材の前記第１の端面および前記第２の端面と、前記外周面および前記流路の前記内壁面と、で形成される基材角部、および前記基材角部上に形成された前記シール層のシール層角部は、丸みを有しており、前記シール層角部の曲率半径Ｒｓは、前記基材角部の曲率半径Ｒｂより大きくてもよい。このようにすると、シール層と基材との接触面積を大きくすることができシール層の密着性が向上する。また、角部が丸みを有することで、被処理流体の流通が良好になるため、好ましい。

（９）本発明の一形態によれば、分離膜構造体モジュールが提供される。この分離膜構造体モジュールは、上記形態の分離膜構造体と、前記分離膜構造体を内部に格納する筐体と、を備えてもよい。この分離膜構造体モジュールによれば、分離膜構造体のシール層の耐アルカリ性が高いため、シール層の耐久性が向上する。その結果、分離膜構造体モジュールの耐久性が向上される。

（１０）上記形態の分離膜構造体モジュールにおいて、前記分離膜構造体は、弾性材料から成るシール部材を介して、前記基材の外周面の前記第１，２の端面近傍が支持されて前記筐体内に格納され、前記シール層は、前記第１，２の端面、前記第１，２の端面近傍の前記分離膜、および前記外周面の前記第１，２の端面から前記シール部材と接する位置までを、少なくとも被覆してもよい。このようにすると、シール部材が分離膜構造体のシール層上に配置され、シール層の表面が滑らかである場合に、分離膜構造体とシール部材との摺動性を良好にすることができる。その結果、分離膜構造体と筐体とのシール性を向上することができ、被処理流体の漏洩を抑制することができる。また、分離膜構造体によるシール部材のねじれが生じる可能性が低減され、分離膜構造体を筐体内に格納する際の作業効率を向上させることができる。

本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、分離膜構造体を備えた装置、分離膜構造体の製造方法、分離膜構造体モジュールの製造方法等の形態で実現することができる。

本発明の実施形態としての分離膜構造体モジュールの構造を模式的に示す切断部端面図である。 分離膜構造体の外観を示す説明図である。 基材の外観を示す説明図である。 分離膜構造体の断面構成を拡大して示す部分拡大端面図である。 実施形態におけるシール層の形成工程の流れを示すフローチャートである。 実施形態の分離膜構造体を用いた耐アルカリ性の試験結果を示すグラフである。

Ａ．実施形態：
Ａ−１．分離膜構造体モジュールの構造：
図１は、本発明の実施形態としての分離膜構造体モジュールの構造を模式的に示す切断部端面図である。図１は、略円柱状に形成された分離膜構造体２０の中心軸を含む切断面を図示している。図１に示すように、分離膜構造体モジュール１００は、分離膜構造体２０と、筐体３０と、を主に備える。

図１に示すように、分離膜構造体２０は、基材２２と、分離膜２４と、第１のシール層２８，第２のシール層２９と、を備える。以下、第１のシール層２８，第２のシール層２９とをまとめて、シール層２８，２９とも称する。図２は、分離膜構造体の外観を示す説明図である。図２に示すように、分離膜構造体２０は、外形が略円柱状に形成され、その一方の端面(第１の端面）から他方の端面(第２の端面)までを貫通する複数の貫通孔（流路２６）が形成されている。図２では、分離膜構造体２０を筐体３０内に格納する際に用いられるＯリング３７，３８を、破線で図示している。分離膜構造体２０では、シール層２８，２９上に、それぞれ、Ｏリング３７，３８が配置されるように、シール層２８，２９が形成されている。本実施形態におけるＯリング３７，３８が、請求項におけるシール部材に相当する。

図３は、基材の外観を示す説明図である。図３に示すように、基材２２は、略円形状を成す第１の端面２２１と、第２の端面２２２と、外周面２２３とを備え、全長約１０００ｍｍの略円柱状に形成されたアルミナ製の多孔質体である。基材２２には、第１の端面２２１と第２の端面２２２とを連通し、分離膜構造体２０によって処理される被処理液が流通する流路２６が複数形成されている。本実施形態では、表面粗さＲａが２μｍの基材を用いたが、表面粗さはこれに限定されず、例えば、５μｍ、１μｍ、０．５μｍ等種々の表面粗さの基材を用いることができる。

分離膜２４は、基材２２よりも平均孔径の小さい微細孔を多数備えるアルミナ製の多孔質膜である。分離膜２４は、図１に示すように、基材２２に形成された流路２６の表面（内壁面）に形成されている。

第１のシール層２８は、図１の吹出し中に図示するように、基材２２の第１の端面２２１と、分離膜２４の第１の端面２２１近傍と、外周面２２３の第１の端面２２１近傍とを被覆している。第１のシール層２８は、基材２２の第１の端面２２１から連続して、分離膜２４の内表面、基材２２の外周面２２３に形成されている。第２のシール層２９は、図１の吹出し中に図示するように、基材２２の第２の端面２２２と、分離膜２４の第２の端面２２２近傍と、外周面２２３の第２の端面２２２近傍とを被覆している。第２のシール層２９は、基材２２の第２の端面２２２から連続して、分離膜２４の内表面、基材２２の外周面２２３に形成されている。本実施形態では、第１のシール層２８は、外周面２２３において、第１の端面２２１から約１５ｍｍまでの範囲、第２のシール層２９は、外周面２２３において、第２の端面２２２から約１５ｍｍまでの範囲を、それぞれ被覆している。シール層２８，２９が外周面２２３を被覆する範囲は、本実施形態に限定されず、第１，２の端面２２１，２２２の近傍を被覆すればよい。近傍とは、例えば、基材２２の全長の１５％未満をいう。外周面２２３において、少なくともＯリング３７，３８が配置される位置まで、第１のシール層２８，第２のシール層２９で被覆するのが好ましい。

図４は、分離膜構造体２０の断面構成を拡大して示す部分拡大端面部図である。図４では、図１において吹出し中に拡大して示した部分（第２のシール層２９側）を、さらに拡大して示している。図４（Ａ）は、図１の吹出し中、基材２２の外周面２２３側を、図４（Ｂ）は、基材２２の流路２６側（分離膜２４が形成されている側）を、図示している。

本実施形態の分離膜構造体２０において、基材２２の端面（第１の端面２２１および第２の端面２２２）と、外周面２２３および流路２６の内壁面２２６と、で形成される角部（以下、基材角部とも称する）は、丸みを有している。そして、基材角部上に形成されたシール層２８，２９の角部（以下、シール層角部とも称する）も、丸みを有している。以下、略円柱状に形成された分離膜構造体２０の中心軸を含む切断面（図４）に基づいて、基材２２および第２のシール層２９の角部の曲率半径について説明する。図４（Ａ）に示すように、基材２２の第２の端面２２２と外周面２２３とで形成される基材角部ＲＣ１は、丸みを有している。図４（Ａ）に示す切断面において、基材２２の基材角部ＲＣ１は、第１の直線Ｌ１１と、第２の直線Ｌ１２と、曲線ＣＬ１と、で構成されている。図４（Ａ）において、曲線ＣＬ１の両端は、点Ｐ１１と点Ｐ１３である。曲線ＣＬ１上の任意の３点（図４（Ａ）におけるＰ１１，Ｐ１２，およびＰ１３）を通る第１仮想円Ｃ１を描いたとき、第１仮想円Ｃ１の半径Ｒ１を、基材角部ＲＣ１の曲率半径Ｒｂ１とする。一方、基材２２の基材角部ＲＣ１上に形成された第２のシール層２９の角部であるシール層角部ＲＣ３も、丸みを有している。切断面（図４（Ａ））において、第２のシール層２９のシール層角部ＲＣ３は、第１の直線Ｌ３１と、第２の直線Ｌ３２と、曲線ＣＬ３と、で構成されている。図４（Ａ）において、曲線ＣＬ３の両端は、点Ｐ３１と点Ｐ３３である。曲線ＣＬ３上の任意の３点（図４（Ａ）におけるＰ３１，Ｐ３２，およびＰ３３）を通る第３仮想円Ｃ３を描いたとき、第３仮想円Ｃ３の半径をＲ３を、シール層角部ＲＣ３の曲率半径Ｒｓ３とする。本実施形態の分離膜構造体２０では、半径Ｒ３＞半径Ｒ１である。すなわち、基材２２の基材角部ＲＣ１上に形成された第２のシール層２９のシール層角部ＲＣ３の曲率半径Ｒｓ３は、基材２２の基材角部ＲＣ１の曲率半径Ｒｂ１より大きい。

また、図４（Ｂ）に示すように、基材２２の第２の端面２２２と流路２６の内壁面２２６とで形成される基材角部ＲＣ２は、丸みを有している。図４（Ｂ）に示す切断面において、基材２２の基材角部ＲＣ２は、第１の直線Ｌ２１と、第２の直線Ｌ２２と、曲線ＣＬ２と、で構成されている。図４（Ｂ）において、曲線ＣＬ２の両端は、点Ｐ２１と点Ｐ２３である。曲線ＣＬ２上の任意の３点（図４（Ｂ）におけるＰ２１，Ｐ２２，およびＰ２３）を通る第２仮想円Ｃ２を描いたとき、第２仮想円Ｃ２の半径Ｒ２を、基材角部ＲＣ２の曲率半径Ｒｂ２とする。一方、基材２２の基材角部ＲＣ２上に、分離膜２４を介して形成された第２のシール層２９の角部であるシール層角部ＲＣ４も、丸みを有している。切断面（図４（Ｂ））において、第２のシール層２９のシール層角部ＲＣ４は、第１の直線Ｌ４１と、第２の直線Ｌ４２と、曲線ＣＬ４と、で構成されている。図４（Ｂ）において、曲線ＣＬ４の両端は、点Ｐ４１と点Ｐ４３である。曲線ＣＬ４上の任意の３点（図４（Ｂ）におけるＰ４１，Ｐ４２，およびＰ４３）を通る第４仮想円Ｃ４を描いたとき、第４仮想円Ｃ４の半径Ｒ４を、シール層角部ＲＣ４の曲率半径Ｒｓ４とする。本実施形態の分離膜構造体２０では、半径Ｒ４＞半径Ｒ２である。すなわち、基材２２の基材角部ＲＣ２上に形成された第２のシール層２９のシール層角部ＲＣ４の曲率半径Ｒｓ４は、基材２２の基材角部ＲＣ２の曲率半径Ｒｂ２より大きい。ここで、基材２２における曲率半径Ｒｂ１とＲｂ２は、同一であっても、異なっていてもよい。同様に、第２のシール層２９における曲率半径Ｒｓ３とＲｓ４は、同一であっても、異なっていてもよい。

上記では、図１の吹出し中に示した部分（第２のシール層２９側）について説明したが、分離膜構造体２０の第２の端面２２２の全周に亘って、基材２２の基材角部ＲＣ１上に形成された第２のシール層２９のシール層角部ＲＣ３の曲率半径Ｒｓ３は、基材２２の基材角部ＲＣ１の曲率半径Ｒｂ１より大きい。また、１本の流路２６の全周に亘って、基材２２の基材角部ＲＣ２上に形成された第２のシール層２９のシール層角部ＲＣ４の曲率半径Ｒｓ４は、基材２２の基材角部ＲＣ２の曲率半径Ｒｂ２より大きい。また、この関係は、分離膜構造体２０が備える全ての流路２６について成立する。基材２２の第１の端面２２１側（第１のシール層２８側）においても、角部は同様の形状になっており、基材２２の角部の曲率半径は、その角部上に形成された第１のシール層２８の曲率半径より小さい。以上説明した曲率半径は、分離膜構造体２０の切断面を、光学顕微鏡で、例えば、１００倍の倍率で撮像した画像を用いて、求めることができる。本実施形態における曲率半径Ｒｂ１，Ｒｂ２が請求項における曲率半径Ｒｂに相当し、曲率半径Ｒｓ１，Ｒｓ２が請求項における曲率半径Ｒｓに相当する。なお、他の実施形態では、基材２２の全ての基材角部が丸みを有していなくてもよく、少なくとも１つの基材角部において丸みを有しており、丸みを有している基材角部上に形成されたシール層のシール層角部が丸みを有しており、そのシール層の曲率半径が、対応する基材の曲率半径より大きければよい。

このように、本実施形態の分離膜構造体２０では、基材２２の角部の曲率半径Ｒｂ（Ｒｂ１，Ｒｂ２をまとめてＲｂと称する）より，対応するシール層２８，２９の角部の曲率半径Ｒｓ（Ｒｓ３，Ｒｓ４をまとめてＲｓと称する）が大きい。基材２２の角部の曲率半径Ｒｂよりシール層２８，２９の角部の曲率半径Ｒｓが小さい場合には、基材２２の角部よりもシール層の角部の方が尖った形状になるため、分離膜構造体２０の角による抵抗により、被処理流体が分離膜構造体２０に流入しにくくなる可能性がある。これに対し、本実施形態の分離膜構造体２０は、被処理流体が分離膜構造体２０の流路２６に流入する際に、抵抗が小さく流入しやすくなり、また、被処理流体が流路２６を通って分離膜構造体２０から流出する際も流路２６の開口面積が大きいため、流出しやすくなり、被処理流体の流通が良好になる。さらに、シール層２８，２９の角部の曲率半径Ｒｓが、基材２２の角部の曲率半径Ｒｂより大きいことで、基材２２に対するシール層２８，２９の接触面積が大きくなり、シール層の密着性も向上する。なお、図４では、各角の丸みを構成する曲線ＣＬ１〜ＣＬ４それぞれの両端の点を含む３点を用いて仮想円を描いているが、必ずしも両端の点を含まなくてもよく、任意の３点を通る仮想円を描いて、曲率半径を求めればよい。

本実施形態において、シール層２８，２９は、耐アルカリ性が高いＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）を用いて形成されている。本実施形態において、「耐アルカリ性が高い」とは、８０℃、４重量％の水酸化ナトリウム水溶液中に１０００時間浸漬した後の表面粗さＲａが０．５μｍ以下であり、かつ浸漬前後の表面粗さＲａの変化量の前記浸漬前の表面粗さＲａに対する比が、０．５未満であることをいう。表面粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１（１９９４）に従い、測定長さ２．０ｍｍ、カットオフ波長０．２５ｍｍの条件で、無作為に選定した箇所を測定する。また、ＰＦＡは、静摩擦係数μｓが小さいため、シール層２８，２９の表面は滑らかである。本実施形態において、「表面が滑らか」とは、静摩擦係数μｓが０．５未満であることをいう。静摩擦係数μｓは、バウデンレーベル型測定機器（直径８ｍｍの鋼球、荷重１．０ｋｇ、線速度０．２７ｍｍ／ｓｅｃ）を用いて測定する。

本実施形態において、シール層２８，２９は、基材２２および分離膜２４の細孔にも流入する。そのため、基材２２および分離膜２４と、シール層２８，２９との密着性が、細孔に流入しない場合に比べて向上する。その結果、分離膜構造体２０に対し、外部から衝撃が加わった場合でも、シール層２８，２９が基材２２および分離膜２４から剥離するのを抑制することができる。なお、シール層２８，２９が、基材２２および分離膜２４の細孔に流入しているか否かは、光学顕微鏡で、例えば、１００倍の倍率で撮像した画像を用いて、目視により判断することができる。

筐体３０は、内部に分離膜構造体２０を収容する空間を有する中空の金属製容器であって、図１に示すように、被処理液を導入する導入口３１と、分離膜構造体２０によって濾過された濾過液を流出する第１の濾過液口３３と、第２の濾過液口３４と、分離膜構造体２０によって、被処理液が濃縮された濃縮液が排出される濃縮液排出口３２と、を備える。分離膜構造体２０は、外周面２２３の第１の端面２２１近傍に、Ｏリング３７を介して環状の金属製遮断部材３５が嵌設され、外周面２２３の第２の端面２２２近傍に、Ｏリング３８を介して環状の金属製遮断部材３６が嵌設されている。分離膜構造体２０は、筐体３０の内壁と金属製遮断部材３５，３６との間にＯリング３９，４０を介して、筐体３０内に支持されて収容されている。このように分離膜構造体２０が筐体３０内に収容されているため、筐体３０内の空間が、第１の端面２２１と筐体３０内壁で囲まれた第１の空間、外周面２２３と筐体３０内壁で囲まれた第２の空間、第２の端面２２２と筐体３０内壁で囲まれた第３の空間に、それぞれ、密閉性を保って分割されている。

被処理液が導入口３１から筐体３０内の第１の空間に導入されると、被処理液は、分離膜構造体２０の流路２６を流通しつつ、分離膜２４を通過可能な成分だけが、分離膜２４，基材２２を通過して、第２の空間に流出し、濾過液として第１の濾過液口３３，第２の濾過液口３４から流出する。被処理液は、分離膜構造体２０により被処理液が濃縮されて第３の空間に流出し、濃縮液として濃縮液排出口３２から排出される。

本実施形態では、上述の通り、分離膜構造体２０の第１の端面２２１、第２の端面２２２近傍がシール層２８，２９により被覆されているため、被処理液が、分離膜２４を通過することなく、基材２２だけを通過して濾過液中に混じったり、分離膜２４を通過した濾過液が基材２２を介して濃縮液中に混じることにより、処理効率が低下することを抑制することができる。本実施形態では、シール層２８，２９は、基材２２の第１の端面２２１と、分離膜２４の第１の端面２２１近傍と、外周面２２３の第１の端面２２１近傍とに形成されているが、シール層２８，２９が形成される範囲は本実施形態に限定されない。シール層２８，２９は、少なくとも基材２２の第１の端面２２１と第２の端面２２２に形成されていればよい。このようにしても、処理効率が低下することを抑制することができる。

また、図１，２に示すように、シール層２８，２９が、基材２２の外周面２２３の一部を被覆しており、シール層２８，２９上でＯリング３７，３８を介して筐体３０内に支持されている。シール層は、表面が滑らかであるため、シール層２８，２９が基材２２の外周面２２３を被覆していない場合と比較して、分離膜構造体２０とＯリング３７，３８とのシール性が高く、第１の空間から第２の空間への被処理液の漏洩、第２の空間から第３の空間への濾過液の漏洩を抑制することができる。

Ａ−２．シール層の形成工程：
図５は、本実施形態におけるシール層の形成工程の流れを示すフローチャートである。まず、基材２２の流路２６の表面に分離膜２４が形成された分離膜構造体本体の露出面を洗浄し、乾燥させる（ステップＳ１２）。基材２２の外周面２２３の両端部１５ｍｍを残し、その他の部分をマスキングテープで保護する（ステップＳ１６）。続いて、分離膜構造体本体の両端に、シール層となる塗料（以下、「シール層形成塗料」と称する）をスプレーコートする（ステップＳ２４）。本実施形態において、シール層形成塗料は、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）の分散塗料を混合して、粉末成分を十分に分散させ、金網を通し、凝集体やゴミを除去したものを用いた。スプレーコートは、ノズル直径１．０ｍｍのスプレーガンを用いて、霧化圧力０．２ＭＰａにて行った。その後、室温で１０分間予備乾燥を行い（ステップＳ２６）、８０℃の温風乾燥機で３０分間乾燥する（ステップＳ２８）。マスキングテープを剥離した後（ステップＳ３０）、３６０℃の熱処理炉で２０分焼成する（ステップＳ３２）。これにより、図２に示すように、第１のシール層２８および第２のシール層２９が形成される。
なお、シール層形成塗料を塗布する前に、下地処理として下地塗料を塗布してもよい。

本実施形態のシール層の形成工程では、ステップＳ１６において、基材２２の外周面２２３の両端部約１５ｍｍを残し、その他の部分をマスキングテープで保護している。そのため、基材２２の第１の端面２２１と、分離膜２４の第１の端面２２１近傍と、外周面２２３の第１の端面２２１近傍とを被覆する第１のシール層２８を形成することができる。同時に、基材２２の第２の端面２２２と、分離膜２４の第２の端面２２２近傍と、外周面２２３の第２の端面２２２近傍とを被覆する第２のシール層２９を形成することができる。本実施形態では、図２に示すように、分離膜構造体モジュール１００を構成する場合に、Ｏリング３７が第１のシール層２８上に、Ｏリング３８が第２のシール層２９上に配置されるように、シール層２８，２９が形成されている。

Ａ−３．実施形態の効果：
図６は、本実施形態の分離膜構造体を用いた耐アルカリ性の試験結果を示すグラフである。図６は、本実施形態の分離膜構造体２０と、比較例としてガラス製のシール層を用いた分離膜構造体について、耐アルカリ性試験を行った結果を示す。本実施形態、比較例共に、サンプル数は２０である。図６では、平均値を示し、ばらつきを縦線（ひげ）で示している。耐アルカリ性試験として、８０℃、４重量％の水酸化ナトリウム水溶液中に、本実施形態と比較例の分離膜構造体のシール層部分を、１００時間、２００時間、５００時間、１０００時間浸漬した後の表面粗さＲａを測定した。表面粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１（１９９４）に従い、測定長さ２．０ｍｍ、カットオフ波長０．２５ｍｍの条件で、無作為に選定した箇所を測定した。

図６に示すように、比較例の分離膜構造体では、浸漬時間の経過と共に、シール層の表面粗さＲａが増加しているのに対し、本実施形態の分離膜構造体２０では、浸漬時間が１０００時間になっても、シール層の表面粗さＲａが、浸漬前と略同一であった。浸漬時間１０００時間の分離膜構造体のシール層部分の表面粗さＲａは、本実施形態の分離膜構造体２０が０．１３３μｍ、比較例の分離膜構造体が０．６８６μｍであった。本実施形態の分離膜構造体２０は、上記アルカリ性溶液に１０００時間浸漬した後のシール層の表面粗さＲａが０．５μｍ以下であるため、耐アルカリ性が高いと言える。また、浸漬時間１０００時間における、浸漬前後の表面粗さＲａの変化量の浸漬前の表面粗さＲａに対する比は、比較例の分離膜構造体では、５２．３であるのに対し、本実施形態の分離膜構造体２０では、０．２４７である。すなわち、本実施形態の分離膜構造体２０のシール層は、上記浸漬前後の表面粗さＲａの変化量の浸漬前の表面粗さＲａに対する比が、０．５未満であるため、耐アルカリ性が高いと言える。

本実施形態の分離膜構造体２０によれば、シール層２８，２９が、耐アルカリ性が高いＰＦＡの分散塗料を用いて形成されているため、分離膜構造体２０のアルカリ洗浄や、アルカリ性の被処理液の処理に対して、シール層２８，２９の溶解、剥離等の劣化が抑制され、シール層２８，２９の耐久性が向上する。

上記耐アルカリ性試験に用いた分離膜構造体（浸漬時間１０００時間）を用いて、分離膜構造体モジュールを構成し、Ｏリングとのシール性を確認した。浸漬時間１０００時間の分離膜構造体のシール層部分の表面粗さＲａは、本実施形態の分離膜構造体が０．１３３μｍ、比較例の分離膜構造体が０．６８６μｍであった。分離膜構造体の流路を、栓で封止し、図１に示すように、Ｏリングを介して筐体３０内に組み付けて分離膜構造体モジュールを構成し、筐体３０の導入口３１から水を導入した。以下、本実施形態の分離膜構造体（浸漬時間１０００時間）を用いた分離膜構造体モジュールを、本実施形態の分離膜構造体モジュール、比較例の分離膜構造体（浸漬時間１０００時間）を用いた分離膜構造体モジュールを、比較例の分離膜構造体モジュールと称する。比較例の分離膜構造体モジュールでは、濾過液口３３，３４から水の流出が確認された。この試験では、上述の通り、分離膜構造体の流路が封止されている。そのため、導入口３１から導入された水が、流路を流通しつつ、分離膜２４，基材２２を通過して濾過液口３３，３４から流出することはない。比較例の分離膜構造体モジュールでは、長時間アルカリ性環境に晒されたことによりシール層の表面が荒れ、シール層とＯリング３７とのシール性が低下し、分離膜構造体とＯリング３７との間を通って、第１の空間から第２の空間に水が流入したと考えられる。一方、本実施形態の分離膜構造体モジュールでは、濾過液口３３，３４から水の流出が確認されなかった。本実施形態の分離膜構造体モジュールは、アルカリ性環境下で長時間用いられても、シール層の表面粗さがほとんど変らないため、シール層とＯリング３７とのシール性が確保され、筐体３０内の各空間の密閉性を確保することができた。

また、実施形態の分離膜構造体２０のシール層部分の静摩擦係数μｓは０．０９、上述の比較例の分離膜構造体のシール層部分の静摩擦擦係数μｓは０．６０であった。これらは、バウデンレーベル型測定機器（直径８ｍｍの鋼球、荷重１．０ｋｇ、線速度０．２７ｍｍ／ｓｅｃ）を用いて測定した結果である。本実施形態の分離膜構造体２０のシール層は、静摩擦係数μｓが、０．５未満であり、表面が滑らかであると言える。

本実施形態の分離膜構造体２０によれば、図２に示すように、分離膜構造体モジュール１００を構成する場合に、Ｏリング３７が第１のシール層２８上に、Ｏリング３８が第２のシール層２９上に配置されるように、シール層２８，２９が形成されている。シール層２８，２９は、ＰＦＡの分散塗料を用いて形成されており、表面が滑らかであるため、分離膜構造体モジュール１００を構成した場合に、分離膜構造体２０とＯリング３７，３８とのシール性を良好にすることができ、被処理液等の漏洩を抑制することができる。

また、ガラスは、静摩擦係数が０．５よりも大きく、摺動性が乏しいため、分離膜構造体を筐体に組み付ける場合に、Ｏリングがねじれることがある。Ｏリングがねじれると、筐体内の各空間の密閉性が低下するため、Ｏリングのねじれを解消して組み付け直す。そのため、組み付け作業の作業性が低下する。一方、本実施形態のシール層２８，２９は、静摩擦係数μｓが０．０９であり、分離膜構造体２０とＯリング３７，３８との摺動性が、ガラス製のシール層を用いる場合と比較して良好になるため、分離膜構造体２０を筐体３０内に格納する際、分離膜構造体２０によるＯリング３７，３８のねじれが生じる可能性が低減され、筐体３０内の各空間の密閉性が向上する。また、分離膜構造体２０を筐体３０内に組み付ける際、分離膜構造体２０によるＯリング３７，３８のねじれを気にすることなく組み付けることができるため、作業効率が向上する。

また、高温の被処理液を処理したり、高温の洗浄液を用いて分離膜構造体の洗浄を行う場合、筐体と分離膜構造体との熱膨張率の違いにより、Ｏリングに力が加わることがある。本実施形態の分離膜構造体２０では、上述の通り、ガラスと比較して摺動性の良好なＰＦＡ製のシール層を備えるため、Ｏリングに力が加わってもねじれが生じにくく、分離膜構造体２０とＯリング３７，３８とのシール性の低下が抑制される。

本実施形態の分離膜構造体２０において、第１のシール層２８は、基材２２の第１の端面２２１と、分離膜２４の第１の端面２２１近傍と、外周面２２３の第１の端面２２１近傍とを被覆し、第２のシール層２９は、基材２２の第２の端面２２２と、分離膜２４の第２の端面２２２近傍と、外周面２２３の第２の端面２２２近傍とを被覆している。シール層２８，２９が、第１，２の端面２２１，２２２のみを被覆する場合に比較して、シール層２８，２９と基材２２との接着面積を大きく確保することができ、シール性を向上させることができる。

Ｂ．変形例：
本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。例えば、例えば次のような変形も可能である。

Ｂ−１．第１変形例：
上記実施形態では、シール層２８，２９を形成する材料として、ＰＦＡを例示したが、これに限定されない。例えば、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体）等のテトラフルオロエチレンを基本分子骨格とした共重合フッ素樹脂化合物や、テトラフルオロエチレン単体等のフッ素系樹脂を用いてもよい。テトラフルオロエチレンを基本分子骨格とした共重合フッ素樹脂化合物は、比較的溶融粘度が低く溶融時の流動性が良いため、クラックを生じさせることなく厚くシール層を形成することが可能であるため、表面粗さの大きな表面にシール層を形成する場合に、好適である。さらに、フッ素系樹脂以外の材料であっても、耐アルカリ性が高く、第１，２の端面２２１，２２２を、被処理流体が流路を除く基材の内部を通過不可能に被覆するシール層を形成可能な材料であればよい。例えば、ポリプロピレン、酢酸セルロース、メチルペンテン樹脂等を用いてもよい。耐アルカリ性が高いシール層としては、例えば、８０℃、４重量％の水酸化ナトリウム水溶液中に１０００時間浸漬した後の表面粗さＲａが０．５μｍ以下のものが好ましい。上記浸漬後の表面粗さＲａが０．２μｍ以下のものがさらに好ましい。また、浸漬前後の表面粗さＲａの変化量の前記浸漬前の表面粗さＲａに対する比が、０．５未満のものが好ましい。上記比が０．３未満のものがさらに好ましい。加えて、シール層の表面を滑らかに形成可能な材料が好ましい。表面が滑らかなシール層としては、例えば、静摩擦係数μｓが０．５よりも小さいものが好ましい。静摩擦係数μｓが０．１よりも小さいものがさらに好ましい。

なお、シール層２８，２９を形成する材料として、エラストマーを用いるのは好ましくない。エラストマーはゴム弾性を有するため、エラストマー製のシール層は、柔らかく、摺動性が悪いからである。エラストマー製のシール層を用いると、Ｏリング３７，３８がシール層に食い込んだり、滑りが悪くなり、分離膜構造体を筐体３０に組み付ける際に、Ｏリング３７，３８の変形やねじれが生じやすく、組み付け作業の作業性が低下する。また、エラストマー製のシール層は、摺動性が良好でないため、筐体３０と分離膜構造体との熱膨張率の違いによりＯリング３７，３８に力が加わった場合に、シール層にねじれが生じたり、破損して、シール層とＯリング３７，３８間のシール性が低下し、被処理流体が漏洩するおそれがある。例えば、フッ素系エラストマーは、耐アルカリ性を有するものの、ゴム弾性を有するため、シール層２８，２９を形成する材料としては好ましくない。

耐アルカリ性を有するフッ素系樹脂とフッ素系エラストマーを用いて、シール層を形成し、その摺動性を比較するために、静摩擦係数を測定した。サンプル１は、上記実施形態の分離膜構造体２０（ＰＦＡ製のシール層）であり、サンプル２は、シール層を形成する材料として、パーフルオロエーテルエラストマー（フッ素系エラストマー）を用いて、上記実施形態の分離膜構造体２０と同様の分離膜構造体を作成したものである。サンプル１とサンプル２のシール層部分の静摩擦係数μｓを、バウデンレーベル型測定機器（直径１２ｍｍの鋼球、荷重１．０ｋｇ、線速度０．２ｍｍ／ｓｅｃ）を用いて測定した。サンプル１のシール層部分（ＰＦＡ製）の静摩擦係数μｓは０．１１、サンプル２のシール層部分（パーフルオロエーテルエラストマー製）の静摩擦係数μｓは０．６７であった。この結果から、少なくとも、パーフルオロエーテルエラストマーは、静摩擦係数μｓが０．５以上であるため、摺動性が悪いといえる。ここでは、エラストマーの一例として、フッ素系エラストマー（パーフルオロエーテルエラストマー）を用いて、静摩擦係数μｓを測定したが、一般に、エラストマーはゴム弾性を有するため、他のエラストマーでも同様に静摩擦係数μｓが高くなり、少なくとも０．５以上になるといえる。なお、ここでは、バウデンレーベル型測定機器において、直径１２ｍｍの剛球、線速度０．２ｍｍ／ｓｅｃを用いており、上記実施形態においては、直径８ｍｍの剛球、線速度０．２７ｍｍ／ｓｅｃを用いているが、静摩擦係数μｓの値は、剛球の大きさ（直径）によらず、略一定の値が得られる。また、線速度は速く移動させることは好ましくなく、線速度０．２ｍｍ／ｓｅｃ以上、線速度０．３ｍｍ／ｓｅｃ以下で測定することが好ましい。この範囲であれば、測定結果は略一定の値が得られる。

Ｂ−２．第２変形例：
上記実施形態において、基材２２の形状として、断面形状（基材２２の軸線と垂直な切断面）が円形状の流路２６が形成された円柱状を例示したが、基材の形状はこれに限定されない。例えば、第１，２の端面の形状が楕円形を成す円柱状であってもよい。第１，２の端面の形状が多角形状（三角形、四角形、五角形、六角形等）の多角柱状であったもよい。さらに、板状であってもよい。また、流路の断面形状は、楕円形状、多角形状（三角形、四角形、五角形、六角形等）であってもよい。また、上記実施形態においては、複数の流路を備える例を示したが、流路の数は上記実施形態に限定されず、上記実施形態よりも多くても少なくてもよい。例えば、流路の数が１つでもよい。流路の数が１つの場合、基材の形状を管状（筒状）に形成することができる。流路の数が１つの場合には、分離膜を流路の内壁面に形成してもよいし、流路の外壁面に形成してもよい。流路の外壁面に分離膜を形成すると、基材の外周面に分離膜が形成された状態になる。

Ｂ−３．第３変形例：
上記実施形態において、シール層の形成工程の一例を示したが、シール層の形成工程は、上記実施形態に限定されない。乾燥温度、時間、シール層形成塗料の塗布方法等、適宜選択すればよい。例えば、塗布方法は、ディップコート、スピンコート、静電塗装法等を用いてもよい。シール層形成塗料の塗布を、複数回繰り返してもよい。

Ｂ−４．第４変形例：
上記実施形態において、基材２２としてアルミナ製の多孔質体、分離膜２４としてアルミナ製の多孔質膜を用いたが、基材および分離膜の材料は、これに限定されない。基材としては、例えば、ムライト、チタニア、ジルコニア等のセラミックを用いてもよいし、ステンレス、チタン等の金属材料を用いてもよい。分離膜としては、ムライト、チタニア、ジルコニア、ゼオライト、パラジウム、カーボン、アモルファスシリカ、ＭＯＦ（金属有機構造体）等からなる固液分離膜（精密ろ過膜（ＭＦ），ナノろ過膜（ＮＦ），限外ろ過膜（ＵＦ），逆浸透ろ過膜（ＲＯ））、分子レベルでの分離が可能な分離膜等を用いてもよい。

Ｂ−５．第５変形例：
上記実施形態において、孔径や材料の異なる複数の層を基材の分離膜が形成される領域に有する多層構造の基材を用いてもよい。例えば、上記実施形態の基材２２と同一形状の支持体の流路２６の表面に、孔径が基材２２よりも小さく、分離膜２４よりも大きい多孔質構造の中間層を設けた２層構造の基材を用いることができる。この場合、中間層の表面に分離膜２４を形成すればよい。中間層は、支持体と同一の材料で形成してもよいし、異なる材料で形成してもよい。また、中間層を、支持体と同一の孔径で、支持体と異なる材料で形成してもよい。さらに、中間層を２層以上とし、３層以上の層を有する基材を形成してもよい。

Ｂ−６．第６変形例：
上記実施形態において、第１のシール層２８は、基材２２の第１の端面２２１を被覆しているが、第１の端面２２１全体が第１のシール層２８によって覆われていなくてもよい。シール層２８は、基材２２の細孔のうち、第１の端面２２１に露出する細孔を塞ぐように細孔に染み込んでいてもよい。分離膜２４の第１の端面２２１近傍と、外周面２２３の第１の端面２２１近傍に形成された第１のシール層２８，基材２２の第２の端面２２２と、分離膜２４の第２の端面２２２近傍と、外周面２２３の第２の端面２２２近傍に形成された第２のシール層２９も同様である。このようにしても、被処理液が、分離膜２４を通過することなく、基材２２だけを通過して濾過液中に混じったり、分離膜２４を通過した濾過液が基材２２を介して濃縮液中に混じることにより、処理効率が低下することを抑制することができる。但し、基材２２の外周面２２３については、少なくともＯリング３７，３８と接する領域は、シール層２８，２９によって覆われていることが好ましい。このようにすると、分離膜構造体２０とＯリング３７，３８とのシール性を良好にすることができ、被処理液等の漏洩を抑制することができる。また、上記実施形態において、シール層２８，２９が、細孔に流入している例を示したが、細孔に流入していなくてもよい。シール層が、少なくとも前記第１，２の端面に形成されていればよい。このようにしても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

Ｂ−７．第７変形例：
上記実施形態において、基材２２の角部の曲率半径Ｒｂよりシール層２８，２９の角部の曲率半径Ｒｓが大きい例を示したが、基材２２の角部やシール層２８，２９の角部が丸みを有さなくてもよいし、基材２２の角部の曲率半径Ｒｂがシール層２８，２９の角部の曲率半径Ｒｓ以上であってもよい。但し、基材２２の角部の曲率半径Ｒｂよりシール層２８，２９の角部の曲率半径Ｒｓが大きい方が、シール層２８，２９の密着性や、被処理流体の流通が良好になるため、好ましい。

２０…分離膜構造体
２２…基材
２４…分離膜
２６…流路
２８…第１のシール層
２９…第２のシール層
３０…筐体
３１…導入口
３２…濃縮液排出口
３３…第１の濾過液口
３４…第２の濾過液口
３５…金属製遮断部材
３６…金属製遮断部材
３７〜４０…Ｏリング
１００…分離膜構造体モジュール
２２１…第１の端面
２２２…第２の端面
２２３…外周面

Claims (7)

1. 長手方向の第１の端面と、第２の端面と、前記第１の端面と前記第２の端面とを連通し、被処理流体が流通する流路と、を備える多孔質無機材料からなる基材と、
   前記流路の内壁面又は外壁面に形成された分離膜と、
   少なくとも前記第１，２の端面に形成されたシール層と、
   を備え、
   前記シール層は、フッ素系樹脂から形成され、
   前記基材の前記第１の端面と前記基材の外周面との間、前記基材の前記第２の端面と前記基材の外周面との間、前記基材の前記第１の端面と前記流路の前記内壁面との間、および前記基材の前記第２の端面と前記流路の前記内壁面との間、の少なくともいずれかにおいて形成される基材角部、および前記基材角部上に形成された前記シール層のシール層角部は、丸みを有しており、前記シール層角部の曲率半径Ｒｓは、前記基材角部の曲率半径Ｒｂより大きく、前記シール層は、８０℃、４重量％の水酸化ナトリウム水溶液中に１０００時間浸漬した後の表面粗さＲａが０．５μｍ以下である、分離膜構造体。
2. 請求項１に記載の分離膜構造体において、
   前記シール層は、前記浸漬前後の表面粗さＲａの変化量の前記浸漬前の表面粗さＲａに対する比が、０．５未満である、分離膜構造体。
3. 請求項１または請求項２に記載の分離膜構造体において、
   前記シール層は、静摩擦係数μｓが、０．５未満である、分離膜構造体。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の分離膜構造体において、
   前記シール層は、テトラフルオロエチレン、またはテトラフルオロエチレンを基本分子骨格とした共重合体フッ素樹脂化合物から形成される、分離膜構造体。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の分離膜構造体において、
   前記シール層は、前記基材の前記第１，２の端面、前記第１，２の端面近傍の前記外周面、および前記第１，２の端面近傍の前記分離膜を被覆し、
   前記外周面および前記分離膜に形成された前記シール層は、前記第１，２の端面に形成された前記シール層から連続して形成されている、分離膜構造体。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の分離膜構造体と、前記分離膜構造体を内部に格納する筐体と、を備える分離膜構造体モジュール。
7. 請求項６に記載の分離膜構造体モジュールにおいて、
   前記分離膜構造体は、
   弾性材料から成るシール部材を介して、前記基材の外周面の前記第１，２の端面近傍が支持されて前記筐体内に格納され、
   前記シール層は、
   前記第１，２の端面、前記第１，２の端面近傍の前記分離膜、および前記外周面の前記第１，２の端面から前記シール部材と接する位置までを、少なくとも被覆する、
   分離膜構造体モジュール。

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