JP6670583B2 - Bubble liquid concentrator and high-density fine bubble liquid generator - Google Patents

Bubble liquid concentrator and high-density fine bubble liquid generator Download PDF

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Description

本発明は、分離膜により気泡を含有した供給液中の気泡を高濃度化する気泡液濃縮装置、及びこれを用いた高密度微細気泡液生成装置に関し、特に、液体中に存在する直径1μm未満の気泡(ウルトラファインバブル、UFB)を高濃度化する技術として有用である。   The present invention relates to a bubble liquid concentrating device for increasing the concentration of bubbles in a supply liquid containing bubbles by a separation membrane, and a high-density fine bubble liquid generating device using the same, and in particular, a diameter of less than 1 μm existing in a liquid. This is useful as a technique for increasing the concentration of bubbles (ultra fine bubbles, UFB).

近年、長期にわたり安定なウルトラファインバブルを含む水を生成する技術の研究が盛んに行われている。例えば、非特許文献1には、ウルトラファインバブルを多量に生成する装置が開示されている。また、非特許文献2では、ウルトラファインバブルが水中に安定的に存在する点について報告されている。   2. Description of the Related Art In recent years, technology for producing water containing ultrafine bubbles that is stable for a long time has been actively researched. For example, Non-Patent Document 1 discloses an apparatus that generates a large amount of ultrafine bubbles. Non-Patent Document 2 reports that ultrafine bubbles are stably present in water.

また、ウルトラファインバブルを生成する方法としても種々の方法が存在し、例えば、特許文献1の微細気泡発生装置では、流体旋回室内において気体と液体とが混合された混合流体を高速に旋回させ、旋回流に発生する剪断力により気泡が微細化される。   Also, there are various methods for generating ultrafine bubbles. For example, in the microbubble generating device of Patent Document 1, a mixed fluid in which gas and liquid are mixed is swirled at high speed in a fluid swirling chamber. The bubbles are made finer by the shearing force generated in the swirling flow.

しかし、ウルトラファインバブルを含む水は、機械的に水と空気とを混合することにより生成されるため、微細気泡の生成量は、0.1億個/mL〜10億個/mL程度であり、微細気泡を含む液体の用途の研究や、微細気泡を含む液体の取り扱いの効率化のためには、微細気泡の高密度化が重要であった。   However, since water containing ultrafine bubbles is generated by mechanically mixing water and air, the amount of fine bubbles generated is about 0.1 billion / mL to about 1 billion / mL. In order to study the use of liquid containing fine bubbles and to improve the efficiency of handling liquid containing fine bubbles, it is important to increase the density of fine bubbles.

このため、特許文献2には、微細気泡の密度が高い液体を容易に生成することを目的として、直径が200nmより大きい微細気泡を通さない濾過フィルタに、微細気泡を含む液体の一部を透過させ、その液体の残部である高密度微細気泡液を得る高密度微細気泡液生成方法が、開示されている。ただし、特許文献2では濾過フィルタの孔径について言及されているものの、その材質等については開示されていない。   For this reason, Patent Literature 2 discloses that a part of a liquid containing fine bubbles is passed through a filtration filter that does not allow fine bubbles having a diameter of more than 200 nm to easily generate a liquid having a high density of fine bubbles. A high-density microbubble liquid generation method for obtaining a high-density microbubble liquid as the remaining liquid is disclosed. However, Patent Document 2 refers to the pore size of the filtration filter, but does not disclose the material or the like.

特許第4129290号公報Japanese Patent No. 4129290 特開2014−155920号公報JP 2014-155920 A

「FZ1N−02形ナノバブル発生装置」カタログ、[online]、2011年5月23日、IDEC株式会社、[2011年12月20日検索]、インターネット<URL:http://www.idec.com/jpja/products/dldata/pdf_b/P1383-0.pdf>"FZ1N-02 Nanobubble Generator" catalog, [online], May 23, 2011, IDEC Corporation, [searched on December 20, 2011], Internet <URL: http://www.idec.com/ jpja / products / dldata / pdf_b / P1383-0.pdf> 寺坂宏一、他5名、「気液混合せん断法により生成したナノバブルの分析法の検討」、日本混相流学会年会講演会2011講演論文集、日本混相流学会年会講演会2011(京都)実行委員会、2011年8月、P424−425Koichi Terasaka and 5 others, "Examination of analysis method of nanobubbles generated by gas-liquid mixed shear method", Proceedings of the Annual Meeting of the Japanese Society of Multiphase Flow 2011, and the Japan Society of Multiphase Flow Annual Meeting 2011 (Kyoto) Committee, August 2011, P424-425

しかしながら、特許文献2の高密度微細気泡液生成方法のように、分離膜として通常使用される濾過フィルタを用いた場合、気泡液の濃縮の際に、膜との接触により気泡が消失し易いため、供給した液中の気泡の総量に対して、濃縮後の気泡の総量が大幅に減少することが判明した。例えば、後述するように、分離膜として汎用されているポリスルホン製のUF膜を使用した場合(比較例1参照)、原液を10倍に濃縮しても、殆どの気泡が消失することによって、高濃度の気泡含有液を得ることができないという問題があった。   However, when a filtration filter generally used as a separation membrane is used as in the high-density microbubble liquid generation method of Patent Document 2, bubbles tend to disappear due to contact with the membrane when the bubble liquid is concentrated. It was found that the total amount of air bubbles after concentration was significantly reduced with respect to the total amount of air bubbles in the supplied liquid. For example, as described later, when a UF membrane made of polysulfone, which is widely used as a separation membrane, is used (see Comparative Example 1), even if the stock solution is concentrated 10 times, most of the bubbles disappear, so There is a problem that a bubble-containing liquid having a high concentration cannot be obtained.

そこで、本発明の目的は、高濃度の気泡含有液を得ることができる気泡液濃縮装置、及びこれを用いた高密度微細気泡液生成装置を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a bubble liquid concentrating device capable of obtaining a high-concentration bubble-containing liquid, and a high-density fine bubble liquid generating device using the same.

本発明者らは、気泡液の濃縮に使用する膜の材質や表面特性について鋭意検討した結果、水中において気泡の接線方向と分離膜の表面との成す接触角(以下、気泡接触角という。)が140°以上である分離膜を使用することで、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。   The present inventors have conducted intensive studies on the material and surface characteristics of the membrane used for concentrating the bubble liquid, and as a result, found that the contact angle between the tangential direction of the bubbles and the surface of the separation membrane in water (hereinafter referred to as the bubble contact angle). It has been found that the above object can be achieved by using a separation membrane having an angle of 140 ° or more, and the present invention has been completed.

即ち、本発明の気泡液濃縮装置は、分離膜により気泡を含有した供給液中の気泡を高濃度化する気泡液濃縮装置において、前記分離膜が、少なくとも一方の表面について、水中における空気との気泡接触角が140°以上であることを特徴とする。 That is, the bubble liquid concentration device of the present invention is a bubble liquid concentration device for increasing the concentration of bubbles in a supply liquid containing bubbles by a separation membrane, wherein the separation membrane has at least one surface with air in water. The bubble contact angle is 140 ° or more.

本発明の気泡液濃縮装置によると、濃縮に用いる分離膜の表面の気泡接触角が140°以上であるため、膜面に気泡が付着しにくくなる。つまり、図1に示すように、水中における気泡接触角104°(図1a)の場合と気泡接触角167°(図1c)の場合とでは、気泡の付着状態が大きく異なり、後者の方が膜面に気泡が付着しにくくなることで、気泡が消失するのを抑制しつつ、液体を透過させることができると考えられる。その結果、気泡液濃縮の際に膜との接触により気泡が消失するのを抑制することができ、高濃度の気泡含有液を得ることができる。   According to the bubble liquid concentrating device of the present invention, since the bubble contact angle on the surface of the separation membrane used for concentration is 140 ° or more, bubbles are less likely to adhere to the membrane surface. In other words, as shown in FIG. 1, the state of attachment of air bubbles is significantly different between the case of a bubble contact angle of 104 ° in water (FIG. 1a) and the case of a bubble contact angle of 167 ° (FIG. 1c). It is considered that by making it difficult for air bubbles to adhere to the surface, it is possible to transmit liquid while suppressing the disappearance of air bubbles. As a result, it is possible to suppress the disappearance of bubbles due to contact with the membrane during the concentration of the bubble liquid, and it is possible to obtain a high-concentration bubble-containing liquid.

特に、本発明では、前記供給液に、直径1μm未満の気泡が含まれていることが好ましい。分離膜表面の気泡接触角が140°以上であると、直径1μm未満の微細気泡に対しても、膜面に気泡を付着しにくくすることができ、効率良く気泡を分離して濃縮することができる。   In particular, in the present invention, it is preferable that the supply liquid contains bubbles having a diameter of less than 1 μm. When the bubble contact angle on the surface of the separation membrane is 140 ° or more, it is possible to make it difficult for the bubbles to adhere to the membrane surface even for fine bubbles having a diameter of less than 1 μm, and it is possible to efficiently separate and concentrate the bubbles. it can.

上記において、前記分離膜は、前記一方の表面が、平均孔径1,000nm以下の多孔質構造、又は非多孔質構造であることが好ましい。このような平均孔径であると、直径1μm未満の気泡を効率良く分離して濃縮することができる。   In the above, it is preferable that the one surface of the separation membrane has a porous structure having an average pore diameter of 1,000 nm or less or a non-porous structure. With such an average pore size, bubbles having a diameter of less than 1 μm can be efficiently separated and concentrated.

また、前記一方の表面に、親水性を有するポリマー多孔質層又は非多孔質層を有することが好ましい。親水性を有するポリマー多孔質層又は非多孔質層を有することにより、水中における気泡接触角が140°以上の分離膜が得られ易くなる。   Further, it is preferable that a hydrophilic polymer porous layer or a non-porous layer is provided on the one surface. By having a hydrophilic polymer porous layer or non-porous layer, a separation membrane having a bubble contact angle in water of 140 ° or more can be easily obtained.

本発明の気泡液濃縮装置は、前記分離膜を有する膜エレメントと、その膜エレメントを収容して濃縮側流路と透過側流路とを形成する容器とを含む膜モジュールを備えることが好ましい。このように、膜エレメントを容器に収容する構造にすることで、膜エレメントの交換も容易になり、従来の膜分離装置の圧力容器等を利用することができる。   The bubble liquid concentrating device of the present invention preferably includes a membrane module including a membrane element having the separation membrane, and a container accommodating the membrane element and forming a concentration-side flow path and a permeation-side flow path. As described above, by adopting a structure in which the membrane element is housed in the container, the exchange of the membrane element is facilitated, and the pressure vessel or the like of the conventional membrane separation device can be used.

前記膜エレメントは、前記分離膜の一方の膜面に沿って前記供給液が流動しながら、透過液を前記分離膜の他方の膜面側に透過させる構造であることが好ましい。このようなクロスフロー方式の構造を採用することで、より効果的に膜面に気泡が付着するのを防止でき、気泡が消失するのをより確実に抑制することができる。   It is preferable that the membrane element has a structure in which the supply liquid flows along one membrane surface of the separation membrane and the permeated liquid permeates to the other membrane side of the separation membrane. By adopting such a cross-flow structure, bubbles can be more effectively prevented from adhering to the film surface, and the disappearance of bubbles can be suppressed more reliably.

また、前記膜モジュールから排出された濃縮液を供給液に戻す循環流路を備えることが好ましい。このような循環流路を備えることで、供給液の流速を高めて、より効果的に膜面に気泡が付着するのを防止できるようになる。   Further, it is preferable to provide a circulation flow path for returning the concentrated liquid discharged from the membrane module to the supply liquid. By providing such a circulation channel, it is possible to increase the flow rate of the supply liquid and more effectively prevent bubbles from adhering to the membrane surface.

一方、本発明の高密度微細気泡液生成装置は、いずれかに記載の気泡液濃縮装置と、その気泡液濃縮装置に直径1μm未満の気泡を含む供給液を供給する気泡生成装置と、を備えることを特徴とする。本発明の高密度微細気泡液生成装置によると、気泡液濃縮装置が、少なくとも一方の表面について、水中における気泡接触角が140°以上である分離膜を備えるため、気泡液濃縮の際に膜との接触により気泡が消失するのを抑制することができ、高濃度の気泡含有液を得ることができる。   On the other hand, a high-density microbubble liquid generator of the present invention includes the bubble liquid concentrator according to any of the above, and a bubble generator that supplies a supply liquid containing bubbles having a diameter of less than 1 μm to the bubble liquid concentrator. It is characterized by the following. According to the high-density microbubble liquid generating device of the present invention, the bubble liquid concentrating device has, on at least one surface, a separation membrane having a bubble contact angle in water of 140 ° or more in water. The bubbles can be prevented from disappearing due to the contact with, and a high-concentration bubble-containing liquid can be obtained.

なお、気泡生成装置で生成した供給液には直径が1μm未満の気泡だけではなく、直径が1μm以上から500nm以下の気泡も含まれている。したがって、本発明の気泡液濃縮装置により得た気泡含有液にも直径1μm以上の気泡が含まれていてもよい。   Note that the supply liquid generated by the bubble generation device includes not only bubbles having a diameter of less than 1 μm but also bubbles having a diameter of 1 μm to 500 nm. Therefore, bubbles having a diameter of 1 μm or more may be contained in the bubble-containing liquid obtained by the bubble liquid concentrating device of the present invention.

水中における気泡接触角を説明するための写真であり、(a)が気泡接触角104°、(b)が気泡接触角135°、(c)が気泡接触角167°の場合を示す。It is a photograph for explaining a bubble contact angle in water, (a) shows a case where the bubble contact angle is 104 °, (b) shows a bubble contact angle of 135 °, and (c) shows a case where the bubble contact angle is 167 °. 本発明における膜エレメントの一例を示す分解斜視図である。It is an exploded perspective view showing an example of a membrane element in the present invention. 本発明における膜モジュールの一例を示す縦断面図である。It is a longitudinal section showing an example of a membrane module in the present invention. 本発明における膜モジュールの他の例を示す縦断面図である。It is a longitudinal section showing other examples of a membrane module in the present invention. 本発明の気泡液濃縮装置の一例を示す概略構成図である。It is a schematic structure figure showing an example of the bubble liquid concentration device of the present invention. 本発明の気泡液濃縮装置の他の例を示す概略構成図である。It is a schematic structure figure showing other examples of a bubble liquid concentrating device of the present invention. 本発明の高密度微細気泡液生成装置の一例を示す概略構成図である。It is a schematic structure figure showing an example of the high-density fine bubble liquid generating device of the present invention. 本発明の高密度微細気泡液生成装置の気泡生成装置の例を示す縦断面図である。It is a longitudinal section showing an example of a bubble generation device of a high-density fine bubble liquid generation device of the present invention.

本発明の気泡液濃縮装置は、分離膜により気泡を含有した供給液中の気泡を高濃度化する気泡液濃縮装置において、前記分離膜が、少なくとも一方の表面について、水中における気泡接触角が140°以上であることを特徴とする。つまり、本発明の気泡液濃縮装置は、例えば図5に示すように、気泡液濃縮用の分離膜2を備えている。また、本発明の気泡液濃縮装置は、例えば図3に示すように、分離膜2を有する膜エレメント1と、その膜エレメント1を収容して濃縮側流路と透過側流路とを形成する容器31とを含む膜モジュール30を備えることが好ましい。まず、気泡液濃縮用分離膜について詳述する。   The bubble liquid concentrating device of the present invention is a bubble liquid concentrating device for increasing the concentration of bubbles in a supply liquid containing bubbles by a separation membrane, wherein the separation membrane has a bubble contact angle in water of at least one surface of 140. ° or more. That is, the bubble liquid concentrating device of the present invention includes a separation membrane 2 for bubble liquid concentration, as shown in FIG. 5, for example. The bubble liquid concentrating device of the present invention, as shown in FIG. 3, for example, forms a membrane element 1 having a separation membrane 2 and a concentration-side flow path and a permeation-side flow path by accommodating the membrane element 1. Preferably, a membrane module 30 including the container 31 is provided. First, the bubble liquid concentration separation membrane will be described in detail.

(気泡液濃縮用分離膜)
本発明における気泡液濃縮用分離膜は、例えば直径100μm以下の気泡を含有した液体(気泡液)を濃縮して、含有される気泡を高濃度化する際に使用するものであり、特に、直径1μm未満の気泡を含有する液体を濃縮する際に使用することが好ましい。
(Separation membrane for bubble liquid concentration)
The separation membrane for bubble liquid concentration in the present invention is used for, for example, concentrating a liquid (bubble liquid) containing bubbles having a diameter of 100 μm or less to increase the concentration of the contained bubbles. It is preferably used when concentrating a liquid containing bubbles of less than 1 μm.

液体中に存在する直径1μm未満の気泡は、ウルトラファインバブル(UFB)と呼ばれ、直径がより大きいマイクロバルブと比較して、液体中で長期にわたり安定し、液体が透明な性質を有する。   Bubbles having a diameter of less than 1 μm existing in the liquid are called ultrafine bubbles (UFB), which are stable in the liquid for a long time as compared with the microvalve having a larger diameter, and the liquid has a transparent property.

また、UFBは、気体富化、界面活性、圧壊、帯電、比表面積増加、などの特性を有しており、枚葉剥離、乳化、香気封入、鮮度保持などが可能である。このため、UFBは、半導体装置、フラットパネルディスプレイ、電子機器、太陽電池、二次電池などの用途の他、食品、飲料、化粧品、薬品、医療、植物栽培、新機能材料、放射性物質除去等の種々の用途に使用可能である。   In addition, UFB has properties such as gas enrichment, surface activity, crushing, charging, and increase in specific surface area, and can perform single-wafer separation, emulsification, fragrance encapsulation, freshness maintenance, and the like. Therefore, UFB is used not only for semiconductor devices, flat panel displays, electronic devices, solar cells, secondary batteries, etc., but also for foods, beverages, cosmetics, medicines, medical treatment, plant cultivation, new functional materials, removal of radioactive materials, etc. It can be used for various applications.

UFBは、種々の方法で生成することが可能であり、例えば、流体旋回室内において気体と液体とが混合された混合流体を高速に旋回させ、旋回流に発生する剪断力により気泡を微細化する方法が挙げられる。   The UFB can be generated by various methods. For example, the UFB swirls a mixed fluid in which a gas and a liquid are mixed in a fluid swirling chamber at a high speed, and reduces bubbles by a shear force generated in the swirling flow. Method.

気泡を有する液体としては、水、アルコール水溶液、オゾン水、酸性水溶液、アルカリ水溶液、界面活性剤水溶液などが挙げられる。   Examples of the liquid having bubbles include water, an alcohol aqueous solution, ozone water, an acidic aqueous solution, an alkaline aqueous solution, and a surfactant aqueous solution.

UFBの平均直径としては、上記のような機能を発現させる観点から、通常1μm未満であり、0.01〜0.5μmが好ましい。また、濃縮前の液体中の数密度は、濃縮後の数密度を高める観点から、少なくとも0.3億個/mL以上が好ましく、1億個/mL〜10億個/mLであることがより好ましい。   The average diameter of the UFB is usually less than 1 μm, and preferably 0.01 to 0.5 μm, from the viewpoint of exhibiting the above functions. From the viewpoint of increasing the number density after concentration, the number density in the liquid before concentration is preferably at least 0.3 billion / mL or more, more preferably 100 million / mL to 1 billion / mL. preferable.

本発明における気泡液濃縮用分離膜は、少なくとも一方の表面について、水中における気泡接触角が140°以上であることを特徴とするが、両方の表面が気泡接触角140°以上であってもよい。一方の表面のみが気泡接触角140°以上である場合、その表面が供給液側(濃縮前の原液)に配置され、他方の面から透過液側に配置される。   The separation membrane for bubble liquid concentration in the present invention is characterized in that at least one surface has a bubble contact angle in water of 140 ° or more, but both surfaces may have a bubble contact angle of 140 ° or more. . When only one surface has a bubble contact angle of 140 ° or more, that surface is disposed on the supply liquid side (a stock solution before concentration) and disposed on the permeate liquid side from the other surface.

水中における気泡接触角は、140°以上180°未満であるが、気泡液濃縮の際に膜との接触により気泡が消失するのをより確実に抑制する観点から、145°以上が好ましく、150°以上がより好ましく、160以上が最も好ましい。また、水中における気泡接触角は、分離膜の製造のし易さ等の観点から、178°以下が好ましく、175°以下がより好ましく、170°以下が最も好ましい。   The bubble contact angle in water is 140 ° or more and less than 180 °, but is preferably 145 ° or more, and more preferably 150 °, from the viewpoint of more reliably suppressing the disappearance of bubbles due to contact with the membrane during bubble liquid concentration. The above is more preferable, and 160 or more is most preferable. The bubble contact angle in water is preferably 178 ° or less, more preferably 175 ° or less, and most preferably 170 ° or less from the viewpoint of ease of production of the separation membrane.

このような気泡接触角を有する分離膜は、疎水性のポリマー多孔質層の少なくとも表面を親水化処理する方法や、親水性のポリマーで分離膜を製造することで得ることができる。   A separation membrane having such a bubble contact angle can be obtained by a method of hydrophilizing at least the surface of a hydrophobic polymer porous layer or by manufacturing a separation membrane with a hydrophilic polymer.

後者のように、親水性のポリマーで分離膜を製造する場合、例えば、セルロース系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、エポキシ樹脂、を用いる方法や、更に架橋構造を導入することで、上記の気泡接触角を有する分離膜を得ることができる。このような分離膜としては、分離膜の耐久性、耐圧性、透過流量、などの観点から、親水性のポリマー多孔質層が不織布層の片面に形成されているものが好ましい。また、本発明では、平膜に限らず、中空糸膜、チューブ状膜も使用することができる。   As in the latter case, when producing a separation membrane with a hydrophilic polymer, for example, a method using a cellulose-based resin, a polyamide-based resin, a polyvinyl alcohol-based resin, or an epoxy resin, or further introducing a crosslinked structure, Can be obtained. Such a separation membrane is preferably one in which a hydrophilic polymer porous layer is formed on one surface of a nonwoven fabric layer from the viewpoints of durability, pressure resistance, permeation flow rate, and the like of the separation membrane. In the present invention, not only flat membranes but also hollow fiber membranes and tubular membranes can be used.

但し、分離膜の耐久性、製造性、などの観点から、疎水性のポリマー多孔質層の表面を親水化処理する方法が好ましい。特に、親水化処理が、親水性物質のコーティング、又は親水性ポリマーのグラフトにより行なわれていることが好ましい。   However, from the viewpoints of durability, manufacturability and the like of the separation membrane, a method of hydrophilizing the surface of the hydrophobic polymer porous layer is preferable. In particular, it is preferable that the hydrophilic treatment is performed by coating with a hydrophilic substance or grafting a hydrophilic polymer.

親水化処理に用いる分離膜としては、疎水性のポリマー多孔質層を有するものが挙げられ、分離膜の耐久性、耐圧性、透過流量、などの観点から、ポリマー多孔質層が不織布層の片面に形成されているものが好ましい。また、本発明では、平膜に限らず、中空糸膜、チューブ状膜も使用することができる。   Examples of the separation membrane used for the hydrophilization treatment include those having a hydrophobic polymer porous layer. From the viewpoints of durability, pressure resistance, permeation flow rate, etc. of the separation membrane, the polymer porous layer is formed on one side of the nonwoven fabric layer. Are preferably formed. In the present invention, not only flat membranes but also hollow fiber membranes and tubular membranes can be used.

疎水性のポリマーとしては、例えば、ポリスルホン、ポリエーテルスルホンに例示されるポリアリールエーテルスルホン、ポリイミド、ポリフッ化ビニリデン、エポキシ樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素樹脂など種々のものをあげることができる。特に化学的、機械的、熱的に安定である点からポリスルホン、ポリアリールエーテルスルホンが好ましい。   Examples of the hydrophobic polymer include various polymers such as polysulfone, polyarylethersulfone exemplified by polyethersulfone, polyimide, polyvinylidene fluoride, epoxy resin, polyethylene, polypropylene, and fluororesin. In particular, polysulfone and polyarylethersulfone are preferable because they are chemically, mechanically and thermally stable.

親水化処理に用いる分離膜としては、膜の両面で平均孔径が異なる非対称膜であっても、対称膜であってもよいが、濃縮時の処理効率の観点から、非対称膜であることが好ましい。   The separation membrane used for the hydrophilization treatment may be an asymmetric membrane having different average pore sizes on both surfaces of the membrane, or a symmetric membrane, but is preferably an asymmetric membrane from the viewpoint of treatment efficiency during concentration. .

分離膜の平均孔径(孔径が小さい方の表面の平均孔径)は、親水化処理後の孔径、親水化処理のし易さ、などの観点から、0.001〜2μmが好ましく、0.05〜1μmがより好ましく、0.01〜0.4μmが更に好ましい。   The average pore size of the separation membrane (the average pore size on the surface with the smaller pore size) is preferably 0.001 to 2 μm, and is preferably 0.05 to 2 μm, from the viewpoint of the pore size after the hydrophilic treatment, the ease of the hydrophilic treatment, and the like. 1 μm is more preferred, and 0.01 to 0.4 μm is even more preferred.

分離膜又はポリマー多孔質層の厚みは、10〜300μmが好ましく、50〜200μmがより好ましい。不織布層の厚みは、30〜200μmが好ましく、50〜150μmがより好ましい。   The thickness of the separation membrane or the polymer porous layer is preferably from 10 to 300 µm, more preferably from 50 to 200 µm. The thickness of the nonwoven fabric layer is preferably from 30 to 200 μm, more preferably from 50 to 150 μm.

不織布層としては、前記分離膜の分離性能および透過性能を保持しつつ、適度な機械強度を付与するものであれば特に限定されるものではなく、市販の不織布を用いることができる。この材料としては例えば、ポリオレフィン、ポリエステル、セルロースなどからなるものが用いられ、複数の素材を混合したものも使用することができる。特に成形性の点ではポリエステルを用いることが好ましい。また適宜、長繊維不織布や短繊維不織布を用いることができるが、ピンホール欠陥の原因となる微細な毛羽立ちや膜面の均一性の点から、長繊維不織布を好ましく用いることができる。また、このときの前記不織布層単体の通気度としては、これに限定されるものではないが、0.5〜10cm/cm・s程度のものを用いることができ、1〜5cm/cm・s程度のものが好ましく用いられる。 The nonwoven fabric layer is not particularly limited as long as it imparts appropriate mechanical strength while maintaining the separation performance and permeation performance of the separation membrane, and a commercially available nonwoven fabric can be used. As this material, for example, a material made of polyolefin, polyester, cellulose or the like is used, and a material obtained by mixing a plurality of materials can also be used. It is particularly preferable to use polyester from the viewpoint of moldability. In addition, a long-fiber nonwoven fabric or a short-fiber nonwoven fabric can be used as appropriate, but a long-fiber nonwoven fabric can be preferably used from the viewpoint of fine fluffing and uniformity of the film surface which cause pinhole defects. In addition, the air permeability of the nonwoven fabric layer alone at this time is not limited to this, but may be about 0.5 to 10 cm 3 / cm 2 · s, and 1 to 5 cm 3 / Those having a size of about cm 2 · s are preferably used.

上記のような分離膜は、各種市販されており、親水性ポリマーの分離膜は、そのまま使用することができる。また、疎水性ポリマーの分離膜は、親水化処理に使用することができる。また、分離膜を公知の方法により製造することも可能である。   Various separation membranes as described above are commercially available, and a separation membrane made of a hydrophilic polymer can be used as it is. In addition, the separation membrane of the hydrophobic polymer can be used for a hydrophilic treatment. Further, the separation membrane can be manufactured by a known method.

前記ポリマー多孔質層のポリマーが、ポリスルホンである場合の製造方法について例示する。ポリマー分離膜は一般に湿式法または乾湿式法と呼ばれる方法により製造できる。まず、ポリスルホンと溶媒及び各種添加剤を溶解した溶液準備工程と、前記溶液で不織布上を被覆する被覆工程と、この溶液中の溶媒を蒸発させてミクロ相分離を生じさせる乾燥工程と、水浴等の凝固浴に浸漬することで固定化する固定化工程を経て、不織布上のポリマー多孔質層を形成することができる。前記ポリマー多孔質層の厚さは、不織布層に含浸される割合も計算の上、前記溶液濃度及び被覆量を調整することで設定することができる。   An example of a production method when the polymer of the polymer porous layer is polysulfone will be described. The polymer separation membrane can be produced by a method generally called a wet method or a dry-wet method. First, a solution preparing step in which polysulfone, a solvent and various additives are dissolved, a coating step of coating the nonwoven fabric with the solution, a drying step of evaporating the solvent in the solution to cause microphase separation, a water bath, and the like. Through a fixing step of fixing by dipping in a coagulation bath, a polymer porous layer on the nonwoven fabric can be formed. The thickness of the polymer porous layer can be set by adjusting the solution concentration and the coating amount after calculating the ratio of impregnation into the nonwoven fabric layer.

次ぎに、親水化処理について説明する。親水化処理は、親水性物質のコーティング、又は親水性ポリマーのグラフトにより行なうことが好ましいが、その他、親水性基の導入による表面処理、プラズマ処理、エキシマレーザー照射、コロナ放電処理等による表面処理、などによっても、親水化処理が可能である。   Next, the hydrophilic treatment will be described. The hydrophilic treatment is preferably performed by coating with a hydrophilic substance or grafting a hydrophilic polymer.In addition, surface treatment by introducing a hydrophilic group, plasma treatment, excimer laser irradiation, surface treatment by corona discharge treatment, etc. The hydrophilization treatment is also possible by such methods.

親水性物質のコーティングには、親水性物質として低分子を用いる方法と、高分子を用いる方法があるが、低分子を用いて重合反応を行ない高分子化することも可能である。   The method of coating a hydrophilic substance includes a method of using a low molecule as a hydrophilic substance and a method of using a polymer, and it is also possible to polymerize using a low molecule to polymerize.

高分子を用いる方法としては、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸、ヒドロキシプロピルセルロース、等のポリマーを用いて、溶媒に溶解し、その溶液を分離膜に塗布又は含浸させた後、乾燥させる方法が挙げられる。その際、架橋剤等を用いて、ポリマー同士又は分離膜との間で架橋反応させることも可能である。   As a method using a polymer, using a polymer such as polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, polyvinylpyrrolidone, polyacrylic acid, hydroxypropylcellulose, and the like, dissolved in a solvent, and then applying or impregnating the solution on a separation membrane, Drying method may be mentioned. At that time, it is also possible to cause a cross-linking reaction between the polymers or the separation membrane using a cross-linking agent or the like.

また、親水性物質として低分子を用いる方法でも、ショ糖脂肪酸エステル、ソルビトール、グリセリンなどの多価アルコールや、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ドデシル硫酸ナトリウム、及びラウリル硫酸ナトリウム等の界面活性剤、乳酸ナトリウム、グリセリン等を用いて、溶媒に溶解し、その溶液を分離膜に塗布又は含浸させた後、乾燥させる方法が挙げられる。   Further, even in a method using a low molecular weight as a hydrophilic substance, polyhydric alcohols such as sucrose fatty acid ester, sorbitol and glycerin, surfactants such as sodium dodecylbenzenesulfonate, sodium dodecyl sulfate and sodium lauryl sulfate, sodium lactate Glycerin, or the like, dissolving in a solvent, and applying or impregnating the solution on a separation membrane, followed by drying.

また、分離膜との反応性を有する官能基を有する親水性物質を使用し、分離膜の間で反応させることも可能である。   In addition, it is also possible to use a hydrophilic substance having a functional group reactive with the separation membrane to cause a reaction between the separation membranes.

親水性ポリマーをグラフトさせる場合、例えばビニル型の親水性モノマーが使用される。ビニル型の親水性モノマーとしては、アクリル酸、メタクリル酸、ヒドロキシメチルメタクリル酸、スルホエチルメタクリル酸、スチレンスルホン酸又はそれらのアルカリ金属塩などが使用できる。   When grafting a hydrophilic polymer, for example, a vinyl-type hydrophilic monomer is used. As the vinyl type hydrophilic monomer, acrylic acid, methacrylic acid, hydroxymethyl methacrylic acid, sulfoethyl methacrylic acid, styrene sulfonic acid, or an alkali metal salt thereof can be used.

グラフトを行う際には、分離膜に電子線照射、開始剤を用いるケミカルグラフト重合、光開始グラフト重合などを行うことが好ましい。また、重合終了後に、余分なモノマーが除去される。   When performing grafting, it is preferable to perform electron beam irradiation, chemical graft polymerization using an initiator, photoinitiated graft polymerization, or the like on the separation membrane. Further, after the polymerization is completed, excess monomers are removed.

低分子を用いて重合反応させることにより、コーティングを行なう方法としては、グラフトに使用するビニル型の親水性モノマーと、重合開始剤、必要に応じて架橋剤等を用いて、重合反応させる方法、又は、次ぎに述べるような界面重合を用いる方法などが挙げられる。   As a method of performing coating by performing a polymerization reaction using a low molecule, a method of performing a polymerization reaction using a vinyl-type hydrophilic monomer used for grafting, a polymerization initiator, and a crosslinking agent as necessary, Alternatively, a method using interfacial polymerization as described below can be used.

界面重合を用いる方法では、例えばポリアミド系のコート層が形成され、一般に、視認できる孔のない均質膜が得られる。ポリアミド系のコート層としては、例えば、多官能アミン成分と多官能酸ハライド成分とを多孔性支持膜上で界面重合させてなるポリアミド系分離機能層がよく知られている。このようなポリアミド系分離機能層はひだ状の微細構造を有することが知られており、この層の厚さは特に限定されるものではないが、0.05〜2μm程度であって、好ましくは0.1〜1μmである。この層が薄すぎると膜面欠陥が生じやすくなり、厚すぎると透過性能が悪化することが知られている。   In the method using interfacial polymerization, for example, a polyamide-based coating layer is formed, and a homogeneous film having no visible holes is generally obtained. As the polyamide-based coating layer, for example, a polyamide-based separating functional layer obtained by interfacially polymerizing a polyfunctional amine component and a polyfunctional acid halide component on a porous support membrane is well known. It is known that such a polyamide-based separation functional layer has a pleated microstructure, and the thickness of this layer is not particularly limited, but is preferably about 0.05 to 2 μm, and is preferably It is 0.1 to 1 μm. It is known that if this layer is too thin, film surface defects are likely to occur, and if it is too thick, the transmission performance will deteriorate.

前記ポリアミド系分離機能層を前記ポリマー多孔質層の表面に形成する方法は特に制限されずにあらゆる公知の方法を用いることができる。例えば、界面重合法、相分離法、薄膜塗布法などの方法が挙げられるが、本発明では特に界面重合法が好ましく用いられる。界面重合法は例えば、前記ポリマー多孔質層上を多官能アミン成分含有アミン水溶液で被覆した後、このアミン水溶液被覆面に多官能酸ハライド成分を含有する有機溶液を接触させることで界面重合が生じ、スキン層を形成する方法である。この方法では、アミン水溶液及び有機溶液の塗布後、適宜余剰分を除去して進めることが好ましく、この場合の除去方法としては対象膜を傾斜させて流す方法や、気体を吹き付けて飛ばす方法、ゴム等のブレードを接触させて掻き落とす方法などが好ましく用いられている。   The method for forming the polyamide-based separation functional layer on the surface of the polymer porous layer is not particularly limited, and any known method can be used. For example, a method such as an interfacial polymerization method, a phase separation method, and a thin film coating method can be used. In the present invention, the interfacial polymerization method is particularly preferably used. In the interfacial polymerization method, for example, after coating the polymer porous layer with an aqueous amine solution containing a polyfunctional amine component, interfacial polymerization occurs by bringing an organic solution containing a polyfunctional acid halide component into contact with the amine aqueous solution-coated surface. And a method of forming a skin layer. In this method, after the application of the aqueous amine solution and the organic solution, it is preferable to proceed by removing the excess as appropriate. In this case, the method of removing the film by inclining the target film, the method of blowing off by blowing a gas, the method of rubber And the like, in which a blade is brought into contact with and scraped off is preferably used.

また、前記工程において、前記アミン水溶液と前記有機溶液が接触するまでの時間は、アミン水溶液の組成、粘度及び多孔性支持膜の表面の孔径にもよるが、1〜120秒程度であり、好ましくは2〜40秒程度である。前記の間隔が長すぎる場合には、アミン水溶液が多孔性支持膜の内部深くまで浸透・拡散し、未反応多官能アミン成分が多孔性支持膜中に大量に残留し、不具合が生じる場合がある。前記溶液の塗布間隔が短すぎる場合には、余分なアミン水溶液が残存しすぎるため、膜性能が低下する傾向にある。   In the step, the time until the amine aqueous solution and the organic solution come into contact with each other depends on the composition of the amine aqueous solution, the viscosity, and the pore size of the surface of the porous support membrane, and is preferably about 1 to 120 seconds, and is preferably. Is about 2 to 40 seconds. When the interval is too long, the amine aqueous solution permeates and diffuses deep inside the porous support membrane, and a large amount of unreacted polyfunctional amine component remains in the porous support membrane, which may cause a problem. . If the application interval of the solution is too short, an excessive amine aqueous solution remains too much, and the film performance tends to decrease.

このアミン水溶液と有機溶液との接触後には、70℃以上の温度で加熱乾燥してスキン層を形成することが好ましい。これにより膜の機械的強度や耐熱性等を高めることができる。加熱温度は70〜200℃であることがより好ましく、特に好ましくは80〜130℃である。加熱時間は30秒〜10分程度が好ましく、さらに好ましくは40秒〜7分程度である。   After the contact between the aqueous amine solution and the organic solution, the skin layer is preferably formed by heating and drying at a temperature of 70 ° C. or higher. Thereby, the mechanical strength and heat resistance of the film can be increased. The heating temperature is more preferably from 70 to 200 ° C, particularly preferably from 80 to 130 ° C. The heating time is preferably about 30 seconds to 10 minutes, more preferably about 40 seconds to 7 minutes.

前記アミン水溶液に含まれる多官能アミン成分は、2以上の反応性アミノ基を有する多官能アミンであり、芳香族、脂肪族、及び脂環式の多官能アミンが挙げられる。 前記芳香族多官能アミンとしては、例えば、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、o−フェニレンジアミン、1,3,5−トリアミノベンゼン、1,2,4−トリアミノベンゼン、3,5−ジアミノ安息香酸、2,4−ジアミノトルエン、2,6−ジアミノトルエン、N,N’−ジメチル−m−フェニレンジアミン、2,4−ジアミノアニソール、アミドール、キシリレンジアミン等が挙げられる。前記脂肪族多官能アミンとしては、例えば、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、トリス(2−アミノエチル)アミン、n−フェニル−エチレンジアミン等が挙げられる。前記脂環式多官能アミンとしては、例えば、1,3−ジアミノシクロヘキサン、1,2−ジアミノシクロヘキサン、1,4−ジアミノシクロヘキサン、ピペラジン、2,5−ジメチルピペラジン、4−アミノメチルピペラジン等が挙げられる。これらの多官能アミンは1種で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。特に本発明では、緻密性の高い分離機能層が得られるm−フェニレンジアミンを主成分とすることが好ましい。
前記有機溶液に含まれる多官能酸ハライド成分は、反応性カルボニル基を2個以上有する多官能酸ハライドであり、芳香族、脂肪族、及び脂環式の多官能酸ハライドが挙げられる。前記芳香族多官能酸ハライドとしては、例えば、トリメシン酸トリクロライド、テレフタル酸ジクロライド、イソフタル酸ジクロライド、ビフェニルジカルボン酸ジクロライド、ナフタレンジカルボン酸ジクロライド、ベンゼントリスルホン酸トリクロライド、ベンゼンジスルホン酸ジクロライド、クロロスルホニルベンゼンジカルボン酸ジクロライド等が挙げられる。前記脂肪族多官能酸ハライドとしては、例えば、プロパンジカルボン酸ジクロライド、ブタンジカルボン酸ジクロライド、ペンタンジカルボン酸ジクロライド、プロパントリカルボン酸トリクロライド、ブタントリカルボン酸トリクロライド、ペンタントリカルボン酸トリクロライド、グルタリルハライド、アジポイルハライド等が挙げられる。前記脂環式多官能酸ハライドとしては、例えば、シクロプロパントリカルボン酸トリクロライド、シクロブタンテトラカルボン酸テトラクロライド、シクロペンタントリカルボン酸トリクロライド、シクロペンタンテトラカルボン酸テトラクロライド、シクロヘキサントリカルボン酸トリクロライド、テトラハイドロフランテトラカルボン酸テトラクロライド、シクロペンタンジカルボン酸ジクロライド、シクロブタンジカルボン酸ジクロライド、シクロヘキサンジカルボン酸ジクロライド、テトラハイドロフランジカルボン酸ジクロライド等が挙げられる。これら多官能酸ハライドは1種で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。中でも、緻密性の高い分離機能層が得られる芳香族多官能酸ハライドを用いることが好ましい。また、多官能酸ハライド成分の少なくとも一部に3価以上の多官能酸ハライドを用いて、架橋構造を形成することが好ましい。
The polyfunctional amine component contained in the amine aqueous solution is a polyfunctional amine having two or more reactive amino groups, and examples thereof include aromatic, aliphatic, and alicyclic polyfunctional amines. Examples of the aromatic polyfunctional amine include m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, o-phenylenediamine, 1,3,5-triaminobenzene, 1,2,4-triaminobenzene, 3,5- Examples thereof include diaminobenzoic acid, 2,4-diaminotoluene, 2,6-diaminotoluene, N, N′-dimethyl-m-phenylenediamine, 2,4-diaminoanisole, amidole, xylylenediamine and the like. Examples of the aliphatic polyfunctional amine include ethylenediamine, propylenediamine, tris (2-aminoethyl) amine, and n-phenyl-ethylenediamine. Examples of the alicyclic polyfunctional amine include 1,3-diaminocyclohexane, 1,2-diaminocyclohexane, 1,4-diaminocyclohexane, piperazine, 2,5-dimethylpiperazine, and 4-aminomethylpiperazine. Can be These polyfunctional amines may be used alone or in combination of two or more. In particular, in the present invention, it is preferable to use m-phenylenediamine as a main component from which a highly dense separation function layer can be obtained.
The polyfunctional acid halide component contained in the organic solution is a polyfunctional acid halide having two or more reactive carbonyl groups, and examples thereof include aromatic, aliphatic, and alicyclic polyfunctional acid halides. As the aromatic polyfunctional acid halide, for example, trimesic acid trichloride, terephthalic acid dichloride, isophthalic acid dichloride, biphenyl dicarboxylic acid dichloride, naphthalene dicarboxylic acid dichloride, benzene trisulfonic acid trichloride, benzene disulfonic acid dichloride, chlorosulfonylbenzene And dicarboxylic acid dichloride. Examples of the aliphatic polyfunctional acid halide include, for example, propane dicarboxylic acid dichloride, butane dicarboxylic acid dichloride, pentane dicarboxylic acid dichloride, propane tricarboxylic acid trichloride, butane tricarboxylic acid trichloride, pentane tricarboxylic acid trichloride, glutaryl halide, azide Poil halide and the like. Examples of the alicyclic polyfunctional acid halide include, for example, cyclopropanetricarboxylic acid trichloride, cyclobutanetetracarboxylic acid tetrachloride, cyclopentanetricarboxylic acid trichloride, cyclopentanetetracarboxylic acid tetrachloride, cyclohexanetricarboxylic acid trichloride, tetrahydrochloride Examples thereof include furantetracarboxylic acid tetrachloride, cyclopentanedicarboxylic dichloride, cyclobutanedicarboxylic dichloride, cyclohexanedicarboxylic dichloride, and tetrahydrofurandicarboxylic dichloride. These polyfunctional acid halides may be used alone or in combination of two or more. Above all, it is preferable to use an aromatic polyfunctional acid halide from which a dense separation function layer can be obtained. It is preferable to form a crosslinked structure by using a trifunctional or higher polyfunctional acid halide for at least a part of the polyfunctional acid halide component.

前記界面重合法において、アミン水溶液中の多官能アミン成分の濃度は特に限定されるものではないが、0.1〜7重量%が好ましく、さらに好ましくは1〜5重量%である。多官能アミン成分の濃度が低すぎると、スキン層に欠陥が生じやすくなり、塩阻止性能が低下する傾向にある。一方で多官能アミン成分の濃度が高すぎる場合には、厚くなりすぎて透過流束が低下する傾向にある。   In the interfacial polymerization method, the concentration of the polyfunctional amine component in the amine aqueous solution is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 7% by weight, more preferably 1 to 5% by weight. If the concentration of the polyfunctional amine component is too low, the skin layer tends to have defects, and the salt rejection performance tends to decrease. On the other hand, if the concentration of the polyfunctional amine component is too high, the thickness tends to be too large and the permeation flux tends to decrease.

前記有機溶液中の多官能酸ハライド成分の濃度は特に制限されないが、0.01〜5重量%が好ましく、さらに好ましくは0.05〜3重量%である。多官能酸ハライド成分の濃度が低すぎると、未反応多官能アミン成分が増加するため、スキン層に欠陥が生じやすくなる。一方、多官能酸ハライド成分の濃度が高すぎると、未反応多官能酸ハライド成分が増加するため、スキン層が厚くなりすぎて透過流束が低下する傾向にある。   The concentration of the polyfunctional acid halide component in the organic solution is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 5% by weight, and more preferably 0.05 to 3% by weight. If the concentration of the polyfunctional acid halide component is too low, the unreacted polyfunctional amine component increases, and the skin layer is likely to have defects. On the other hand, if the concentration of the polyfunctional acid halide component is too high, the unreacted polyfunctional acid halide component increases, so that the skin layer becomes too thick and the permeation flux tends to decrease.

前記多官能酸ハライドを含有させる有機溶媒としては、水に対する溶解度が低く、多孔性支持膜を劣化させることなく、多官能酸ハライド成分を溶解するものであれば特に限定されず、例えば、シクロヘキサン、ヘプタン、オクタン、及びノナン等の飽和炭化水素、1,1,2−トリクロロトリフルオロエタン等のハロゲン置換炭化水素などを挙げることができる。好ましくは沸点が300℃以下、さらに好ましくは沸点が200℃以下の飽和炭化水素である。   The organic solvent containing the polyfunctional acid halide is not particularly limited as long as it has low solubility in water and does not deteriorate the porous support film, as long as it can dissolve the polyfunctional acid halide component. Examples include saturated hydrocarbons such as heptane, octane, and nonane, and halogen-substituted hydrocarbons such as 1,1,2-trichlorotrifluoroethane. Preferably, it is a saturated hydrocarbon having a boiling point of 300 ° C or lower, more preferably 200 ° C or lower.

前記アミン水溶液や有機溶液には、各種性能や取り扱い性の向上を目的とした添加剤を加えてもよい。前記添加剤としては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸などのポリマー、ソルビトール、グリセリンなどの多価アルコールや、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ドデシル硫酸ナトリウム、及びラウリル硫酸ナトリウム等の界面活性剤、重合により生成するハロゲン化水素を除去する水酸化ナトリウム、リン酸三ナトリウム、及びトリエチルアミン等の塩基性化合物、アシル化触媒及び、特開平8−224452号公報記載の溶解度パラメータが8〜14(cal/cm1/2の化合物などが挙げられる。 An additive for the purpose of improving various performances and handleability may be added to the aqueous amine solution or the organic solution. Examples of the additives include polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, polymers such as polyacrylic acid, polyhydric alcohols such as sorbitol and glycerin, and surfactants such as sodium dodecylbenzenesulfonate, sodium dodecyl sulfate, and sodium lauryl sulfate. A basic compound such as sodium hydroxide, trisodium phosphate and triethylamine for removing hydrogen halide produced by polymerization, an acylation catalyst, and a solubility parameter of 8 to 14 (cal) described in JP-A-8-224452. / Cm 3 ) 1/2 compound.

前記ポリアミド系分離機能層の露出表面には、各種ポリマー成分からなるコーティング層を更に設けてもよい。前記ポリマー成分は、分離機能層及び多孔性支持膜を溶解せず、また水処理操作時に溶出しないポリマーであれば特に限定されるものではなく、例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリエチレングリコール、及びケン化ポリエチレン−酢酸ビニル共重合体などが挙げられる。これらのうち、ポリビニルアルコールを用いることが好ましく、特にケン化度が99%以上のポリビニルアルコールを用いるか、ケン化度90%以上のポリビニルアルコールを前記スキン層のポリアミド系樹脂と架橋させることで、水処理時に溶出しにくい構成とすることが好ましい。   A coating layer composed of various polymer components may be further provided on the exposed surface of the polyamide-based separation function layer. The polymer component is not particularly limited as long as it does not dissolve the separation function layer and the porous support membrane and does not elute during the water treatment operation.Examples include polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, hydroxypropyl cellulose, and polyethylene. Glycol and a saponified polyethylene-vinyl acetate copolymer. Among these, it is preferable to use polyvinyl alcohol. In particular, a polyvinyl alcohol having a saponification degree of 99% or more is used, or a polyvinyl alcohol having a saponification degree of 90% or more is crosslinked with the polyamide resin of the skin layer. It is preferable to adopt a configuration that is difficult to elute during water treatment.

本発明では、親水性ポリマーの分離膜又は親水化処理後の分離膜の少なくとも一方の表面が、平均孔径1,000nm以下の多孔質構造、又は非多孔質構造であり、透過流量を高めて濃縮の処理効率を高める観点から、平均孔径1〜500nmの多孔質構造であることが好ましい。   In the present invention, at least one surface of the separation membrane of the hydrophilic polymer or the separation membrane after the hydrophilization treatment has a porous structure with an average pore diameter of 1,000 nm or less, or a non-porous structure, and increases the permeation flow rate to concentrate. From the viewpoint of increasing the processing efficiency of the above, a porous structure having an average pore diameter of 1 to 500 nm is preferable.

(膜エレメント)
本発明における膜エレメントは、以上のような気泡液濃縮用分離膜を備えている。このような膜エレメントの形態としては、特に限定されるものではなく、フレームアンドプレート型などの平膜型、スパイラル型、プリーツ型などが挙げられる。また、気泡液濃縮用分離膜が中空糸膜である場合は、複数の中空糸膜を束ねて、一方又は両方の端部を樹脂等で封止した中空糸膜エレメントが使用される。これらの膜エレメントのうち、一般に圧力と流れ効率の関係よりスパイラル型膜エレメントが好ましい。
(Membrane element)
The membrane element in the present invention is provided with the separation membrane for bubble liquid concentration as described above. The form of such a membrane element is not particularly limited, and examples thereof include a flat membrane type such as a frame and plate type, a spiral type, and a pleated type. When the separation membrane for concentrating bubble liquid is a hollow fiber membrane, a hollow fiber membrane element in which a plurality of hollow fiber membranes are bundled and one or both ends are sealed with a resin or the like is used. Of these membrane elements, spiral membrane elements are generally preferred from the relationship between pressure and flow efficiency.

スパイラル型の膜エレメントは、例えば図2に示すように、分離膜2、供給側流路材6及び透過側流路材3を含む積層体と、その積層体を巻回した有孔の中心管5と、供給側流路と透過側流路との混合を防止する封止部21とを備えている。本実施形態では、分離膜2、供給側流路材6及び透過側流路材3を含む複数の分離膜ユニットが、中心管5の回りに巻きつけられた巻回体Rである場合の例を示す。   As shown in FIG. 2, for example, a spiral-type membrane element includes a laminated body including a separation membrane 2, a supply-side flow path material 6, and a permeation-side flow path material 3, and a perforated central tube around which the laminated body is wound. 5 and a sealing portion 21 for preventing mixing of the supply-side flow path and the permeation-side flow path. In the present embodiment, an example in which a plurality of separation membrane units including the separation membrane 2, the supply-side flow path member 6, and the permeation-side flow path member 3 are wound bodies R wound around the central pipe 5. Is shown.

供給側流路と透過側流路との混合を防止するための封止部21は、例えば、透過側流路材3の両面に分離膜2を重ね合わせて3辺を接着することにより封筒状膜4(袋状膜)を形成する場合、外周側端辺の封止部21と上流側端辺及び下流側端辺とに封止部21が形成される。また、上流側端辺及び下流側端辺の内周側端部と中心管5との間にも封止部21を設けるのが好ましい。   The sealing portion 21 for preventing mixing of the supply-side flow path and the permeation-side flow path is formed in an envelope shape by, for example, stacking the separation membrane 2 on both surfaces of the permeation-side flow path material 3 and bonding three sides thereof. When forming the film 4 (bag-like film), the sealing portions 21 are formed on the outer peripheral side edge, the upstream side edge, and the downstream side edge. In addition, it is preferable to provide the sealing portion 21 also between the central pipe 5 and the inner peripheral ends of the upstream side edge and the downstream side edge.

封筒状膜4は、その開口部を中心管5に取り付け、ネット状(網状)の供給側流路材6とともに中心管5の外周面にスパイラル状に巻回することにより、巻回体Rが形成される。この巻回体Rの上流側には、例えば、シールキャリア等の上流側端部材10が設けられ、下流側には、必要に応じてテレスコープ防止材等の下流側端部材20が設けられる。   The envelope-shaped membrane 4 is attached to the central pipe 5 at the opening thereof, and is spirally wound around the outer peripheral surface of the central pipe 5 together with the net-shaped (net-shaped) supply-side flow path material 6 so that the wound body R is formed. It is formed. An upstream end member 10 such as a seal carrier is provided on the upstream side of the wound body R, and a downstream end member 20 such as a telescope prevention member is provided on the downstream side as necessary.

このようなスパイラル型の膜エレメントにおいては、通常、封筒状膜4は20〜40組の封筒状膜4を巻回することが可能となる。   In such a spiral-type membrane element, normally, the envelope-shaped membrane 4 can wind 20 to 40 sets of the envelope-shaped membranes 4.

上記膜エレメント1を使用する際は、供給液7(濃縮前の原液)は膜エレメント1の一方の端面側から供給される。供給された供給液7は、供給側流路材6に沿って中心管5の軸芯方向A1に平行な方向に流れ、膜エレメント1の他方の端面側から気泡を含んだ濃縮液9として排出される。また、供給液7が供給側流路材6に沿って流れる過程で分離膜2を透過した透過液8は、図中破線矢印に示すように透過側流路材3に沿って開孔5aから中心管5の内部に流れ込み、この中心管5の端部から排出される。つまり、この膜エレメント1は、分離膜2の一方の膜面に沿って供給液が流動しながら、透過液を分離膜2の他方の膜面側に透過させる構造である。   When the above-mentioned membrane element 1 is used, the supply liquid 7 (stock solution before concentration) is supplied from one end face side of the membrane element 1. The supplied supply liquid 7 flows in a direction parallel to the axial direction A1 of the central pipe 5 along the supply-side flow path member 6, and is discharged from the other end face side of the membrane element 1 as a concentrated liquid 9 containing bubbles. Is done. In addition, the permeated liquid 8 that has passed through the separation membrane 2 in the course of the supply liquid 7 flowing along the supply-side flow path member 6 flows from the opening 5a along the permeation-side flow path member 3 as indicated by the dashed arrow in the figure. It flows into the center tube 5 and is discharged from the end of the center tube 5. That is, the membrane element 1 has a structure in which the supply liquid flows along one membrane surface of the separation membrane 2 and the permeated liquid permeates to the other membrane surface of the separation membrane 2.

なお、流路材は一般に、膜面に流体を満遍なく供給するための間隙を確保する役割を有する。このような流路材は、例えばネット、編み物、凹凸加工シートなどを用いることができ、最大厚さが0.1〜3mm程度のものを適宜必要に応じて用いることができる。このような流路材では、圧力損失が低い方が好ましく、さらに適度な乱流効果を生じさせるものが好ましい。また、流路材は分離膜の両面に設置するが、供給液側には供給側流路材、透過液側には透過側流路材として、異なる流路材を用いることが一般的である。供給側流路材では目が粗く厚いネット状の流路材を用いる一方で、透過側流路材では目の細かい織物や編物の流路材を用いる。   In addition, the channel material generally has a role of securing a gap for uniformly supplying a fluid to the membrane surface. As such a channel material, for example, a net, a knitted fabric, a textured sheet, or the like can be used, and a material having a maximum thickness of about 0.1 to 3 mm can be used as needed. In such a flow path material, it is preferable that the pressure loss is low, and it is more preferable that the flow path material generate an appropriate turbulence effect. In addition, the flow path material is installed on both sides of the separation membrane, but it is general to use different flow path materials as the supply side flow path material on the supply liquid side and the permeation side flow path material on the permeate side. . As the supply-side flow path material, a coarse and thick net-like flow path material is used, while as the transmission-side flow path material, a fine-grained woven or knitted flow path material is used.

前記供給側流路材は、例えば前記の二つ折りにした分離膜の内面側に設けられる。供給側流路材の構造は、一般に線状物を格子状に配列した網目構造のものを好ましく利用することができる。構成する材料としては特に限定されるものではないが、ポリエチレンやポリプロピレンなどが用いられる。この供給側流路材の厚さは、一般に0.2〜2.0mmであり、0.5〜1.0mmが好ましい。   The supply-side channel material is provided, for example, on the inner surface side of the two-folded separation membrane. As the structure of the supply-side flow path material, generally, a network structure in which linear objects are arranged in a lattice can be preferably used. The constituent material is not particularly limited, but polyethylene or polypropylene is used. The thickness of the supply-side channel material is generally 0.2 to 2.0 mm, and preferably 0.5 to 1.0 mm.

前記透過側流路材は、例えば前記の二つ折りにした分離膜の外面側に設けられる。この透過側流路材には膜にかかる圧力を膜背面から支えるとともに、透過液の流路を確保することが求められる。一般にはポリエチレンやポリプロピレンから構成されるネットやトリコット編物が用いられる。特にポリエチレンテレフタレートからなるトリコット編物が特に好ましく用いられる。   The permeate-side channel material is provided, for example, on the outer surface side of the two-folded separation membrane. The permeate-side flow path material is required to support the pressure applied to the membrane from the back side of the membrane and to secure a permeate flow path. Generally, a net or a tricot knit made of polyethylene or polypropylene is used. In particular, a tricot knit made of polyethylene terephthalate is particularly preferably used.

前記中心管としては、パイプ(中空管)の壁面に複数の小孔を有する有孔中空管であれば特に限定されるものではない。気泡液濃縮の際には、分離膜を経た透過液が壁面の孔から中空管中に侵入し、透過側流路を形成する。中心管の長さはエレメントの軸方向長さより長いものが一般的だが、複数に分割するなど連結構造の中心管を用いてもよい。中心管を構成する材料としては特に限定されるものではないが、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂が用いられる。   The center tube is not particularly limited as long as it is a perforated hollow tube having a plurality of small holes on the wall surface of a pipe (hollow tube). When the bubble liquid is concentrated, the permeated liquid that has passed through the separation membrane penetrates into the hollow tube through the hole in the wall surface, and forms a permeate-side flow path. The length of the center tube is generally longer than the length of the element in the axial direction, but a center tube having a connection structure such as dividing into a plurality may be used. The material constituting the central tube is not particularly limited, but a thermosetting resin or a thermoplastic resin is used.

(膜モジュール)
本発明における膜モジュールは、前述のような気泡液濃縮用分離膜を備える膜エレメントと、その膜エレメントを収容して濃縮側流路と透過側流路とを形成する容器と、を備えるものである。
(Membrane module)
The membrane module according to the present invention includes a membrane element including the separation membrane for bubble liquid concentration as described above, and a container that accommodates the membrane element and forms a concentration-side flow path and a permeation-side flow path. is there.

本実施の形態で示す膜モジュール30は、例えば、図3に示すように、スパイラル型の膜エレメント1と、これを収容し、供給液7を供給する供給部32、濃縮液9を排出する濃縮液排出部33、および透過液8を排出する透過液排出部34を有する容器31と、を備える。   For example, as shown in FIG. 3, the membrane module 30 shown in the present embodiment includes a spiral-type membrane element 1, a supply unit 32 that accommodates the spiral-type membrane element and supplies a supply liquid 7, and a concentrator that discharges the concentrate 9 A container 31 having a liquid discharge part 33 and a permeate discharge part 34 for discharging the permeate 8 is provided.

図示した例では、上流側端部材10がシール材11を保持し、シール材11が容器31の内壁に圧接することで、供給液7を膜エレメント1の巻回体Rの内部に導く構造になっている。巻回体Rの内部から流出した濃縮液9は、容器31の内部空間を経て濃縮液排出部33と流動する。また、中心管5の一端(図3で左端)が閉塞され、他端(図3で右端)が容器31の透過液排出部34に連結されている。膜エレメント1が容器31内に複数収容される場合は、隣接する膜エレメント1の中心管5同士が、連結部材(図示省略)等を介して連結される。このような構造により、容器31は、濃縮側流路と透過側流路とを形成している。   In the illustrated example, the upstream end member 10 holds the sealing material 11, and the sealing material 11 is pressed against the inner wall of the container 31 to guide the supply liquid 7 into the wound body R of the membrane element 1. Has become. The concentrated liquid 9 flowing out from the inside of the wound body R flows through the internal space of the container 31 and the concentrated liquid discharge part 33. Further, one end (the left end in FIG. 3) of the central tube 5 is closed, and the other end (the right end in FIG. 3) is connected to the permeated liquid discharge part 34 of the container 31. When a plurality of the membrane elements 1 are accommodated in the container 31, the central tubes 5 of the adjacent membrane elements 1 are connected via a connecting member (not shown) or the like. With such a structure, the container 31 forms a concentration-side flow path and a permeation-side flow path.

本発明では、濃縮側流路が加圧された状態で、直径1μm未満の気泡を含有する液体を、供給液7として供給部32から供給することで、気泡液濃縮用分離膜により気泡液が濃縮された濃縮液9を濃縮液排出部33から排出することができる。また、気泡液濃縮用分離膜を透過した透過液8を透過液排出部34から排出することができる。   In the present invention, by supplying a liquid containing bubbles having a diameter of less than 1 μm from the supply unit 32 as the supply liquid 7 in a state where the concentration-side flow path is pressurized, the bubble liquid is separated by the bubble liquid concentration separation membrane. The concentrated concentrate 9 can be discharged from the concentrate discharge part 33. In addition, the permeated liquid 8 that has passed through the separation membrane for bubble liquid concentration can be discharged from the permeated liquid discharge unit 34.

なお、排出される透過液8には気泡が含まれていない(ほぼ液体のみが分離されている)ことがより好ましいが、分離膜の性質、透過流量、濃縮の処理効率などにより透過液8にも少量の気泡が含まれていてもよい。   It is more preferable that the discharged permeate 8 does not contain air bubbles (only the liquid is substantially separated), but the permeate 8 may be separated depending on the properties of the separation membrane, the permeation flow rate, the treatment efficiency of concentration, and the like. May also contain a small amount of air bubbles.

(気泡液濃縮装置)
本発明の気泡液濃縮装置は、例えば図5に示すように、供給液中に存在する気泡を分離膜2により濃縮するものであり、膜モジュール30の供給側流路(濃縮側流路)が加圧された状態で、気泡液の濃縮が行われる。
(Bubble liquid concentrator)
The bubble liquid concentrating device of the present invention, as shown in FIG. 5, for example, concentrates bubbles present in a supply liquid by a separation membrane 2, and a supply-side flow path (concentration-side flow path) of a membrane module 30 is provided. In a pressurized state, concentration of the bubble liquid is performed.

濃縮側流路が加圧された状態とするため、例えば図5に示すように、供給液槽35から供給液7をポンプ37で容器31に加圧供給する際に、供給液7の一部を配管42で循環させつつ、濃縮液9を弁39を介して配管41により循環させながら、弁39により流量を調整することで、濃縮側流路の圧力を調整することができる。その際、圧力計38と流量計40により、各々、圧力と流量を測定することができる。透過液8は、透過液槽43に排出される。   In order to make the concentration-side flow path pressurized, for example, as shown in FIG. The pressure of the concentration-side flow path can be adjusted by adjusting the flow rate by the valve 39 while circulating the concentrate 9 through the pipe 41 through the valve 39 while circulating through the pipe 42. At that time, the pressure and the flow rate can be measured by the pressure gauge 38 and the flow meter 40, respectively. The permeated liquid 8 is discharged to the permeated liquid tank 43.

配管42には、圧力調整を容易にするために、流量を調整する弁を設けることが好ましい。   The pipe 42 is preferably provided with a valve for adjusting the flow rate in order to facilitate the pressure adjustment.

本発明の気泡液濃縮装置により、気泡液の濃縮を行う場合、濃縮側流路の圧力は、分離膜の透過流束に応じて決定されるが、例えば0.05〜6MPaが挙げられる。また、膜面における供給液の平均線速度は、気泡が消失するのを抑制する観点から、0.1〜100cm/秒が好ましく、1〜50cm/秒がより好ましい。さらに好ましくは5〜30cm/秒である。供給液の平均線速度が低すぎると気泡消失抑制効果が不十分となり、高すぎると流路の圧損増大、エネルギーの消費が大きくなり好ましくない。   When the bubble liquid is concentrated by the bubble liquid concentrating device of the present invention, the pressure of the concentration-side flow path is determined according to the permeation flux of the separation membrane, and may be, for example, 0.05 to 6 MPa. Further, the average linear velocity of the supply liquid on the membrane surface is preferably from 0.1 to 100 cm / sec, more preferably from 1 to 50 cm / sec, from the viewpoint of suppressing disappearance of bubbles. More preferably, it is 5 to 30 cm / sec. If the average linear velocity of the supply liquid is too low, the effect of suppressing the disappearance of bubbles becomes insufficient.

(気泡液濃縮装置の他の実施形態)
(1)前述の実施形態では、平膜を有するスパイラル型の膜エレメントを用いる気泡液濃縮装置の例を示したが、本発明では、中空糸膜を有する膜エレメントやこれを用いた膜モジュールを構成することも可能である。
(Other Embodiments of Bubble Liquid Concentrator)
(1) In the above embodiment, an example of a bubble liquid concentrator using a spiral type membrane element having a flat membrane has been described. However, in the present invention, a membrane element having a hollow fiber membrane or a membrane module using the same is used. It is also possible to configure.

例えば、図4に示すように、分離膜2である複数の中空糸膜を束ねて、一方の端部(図4で左端)を樹脂等の閉塞部材15で閉塞するように封止し、他方の端部(図4で右端)を樹脂等の封止部材16で開口するように封止した中空糸膜エレメントが使用できる。封止部材16の外周と、容器31との内面には、シール材17が介在する。これにより、濃縮側流路が形成され、供給液7を供給部32から供給することで、気泡液濃縮用分離膜により気泡液が濃縮された濃縮液9を濃縮液排出部33から排出することができる。また、気泡液濃縮用分離膜を透過した透過液8を透過液排出部34から排出することができる。   For example, as shown in FIG. 4, a plurality of hollow fiber membranes as the separation membranes 2 are bundled, and one end (the left end in FIG. 4) is sealed so as to be closed by a closing member 15 such as a resin, and the other is sealed. A hollow fiber membrane element whose end (right end in FIG. 4) is sealed with a sealing member 16 made of resin or the like can be used. A sealing material 17 is interposed between the outer periphery of the sealing member 16 and the inner surface of the container 31. As a result, a concentration-side flow path is formed, and by supplying the supply liquid 7 from the supply unit 32, the concentrate 9 in which the bubble liquid is concentrated by the bubble liquid concentration separation membrane is discharged from the concentrate discharge unit 33. Can be. In addition, the permeated liquid 8 that has passed through the separation membrane for bubble liquid concentration can be discharged from the permeated liquid discharge unit 34.

図示した例では、一方の端部(図4で左端)を樹脂等の閉塞部材15で閉塞するように封止しているが、複数の中空糸膜をU字型に配置して、両方の端部を樹脂等の封止部材16で開口するように封止した中空糸膜エレメントとすることも可能である。   In the illustrated example, one end (the left end in FIG. 4) is sealed so as to be closed by a closing member 15 such as a resin. It is also possible to use a hollow fiber membrane element whose end is sealed with a sealing member 16 made of resin or the like.

また、中空糸膜の両側の端部を樹脂等の封止部材16で開口するように封止した中空糸膜エレメントとすることも可能であり、その場合、両側の封止部材16の外周と、容器31との内面に、シール材17を介在させることで、容器31内に、濃縮側流路と透過側流路とを形成することができる。このような構造の膜モジュールでは、中空糸膜の外部だけでなく、内部にも気泡液濃縮のための液体を供給することが可能である。   Further, it is also possible to use a hollow fiber membrane element in which both ends of the hollow fiber membrane are sealed so as to be opened by a sealing member 16 such as a resin. By enclosing the sealing material 17 on the inner surface of the container 31, a concentration-side flow path and a permeation-side flow path can be formed in the container 31. In the membrane module having such a structure, it is possible to supply the liquid for bubble liquid concentration to the inside as well as the outside of the hollow fiber membrane.

(2)前述の実施形態では、液体を循環させながら気泡液の濃縮を行う方式の気泡液濃縮装置の例を示したが、本発明の気泡液濃縮装置は、1パスで気泡液の濃縮を行う方式であってもよい。   (2) In the above-described embodiment, the example of the bubble liquid concentrating apparatus of the type in which the bubble liquid is concentrated while circulating the liquid is described. However, the bubble liquid concentrating apparatus of the present invention performs the concentration of the bubble liquid in one pass. May be performed.

例えば、図6に示すように、供給液槽35から供給液7をポンプ37で容器31に加圧供給する際に、濃縮液9を弁39を介して配管41により排出しながら、弁39により流量を調整することで、濃縮側流路の圧力を調整することができる。これにより気泡液を濃縮しつつ、透過液8を排出することができる。   For example, as shown in FIG. 6, when the supply liquid 7 is supplied from the supply liquid tank 35 to the container 31 under pressure by the pump 37, while the concentrated liquid 9 is discharged through the pipe 41 through the valve 39, By adjusting the flow rate, the pressure of the concentration-side flow path can be adjusted. Thereby, the permeated liquid 8 can be discharged while the bubble liquid is concentrated.

(3)前述の実施形態では、気泡を有する供給液を供給液槽に溜めてから膜モジュールに供給する気泡液濃縮装置の例を示したが、直径1μm未満の気泡を有する液体を生成する装置から、直接、膜モジュールに液体を供給することも可能である。   (3) In the above-described embodiment, the example of the bubble liquid concentrating device in which the supply liquid having bubbles is stored in the supply liquid tank and then supplied to the membrane module has been described. However, the device which generates the liquid having bubbles having a diameter of less than 1 μm is described. Therefore, it is also possible to directly supply the liquid to the membrane module.

(高密度微細気泡液生成装置)
本発明の高密度微細気泡液生成装置は、例えば図7に示すように、以上のような本発明の気泡液濃縮装置と、その気泡液濃縮装置に直径1μm未満の気泡を含む供給液を供給する気泡生成装置50と、を備えることを特徴とする。本発明では、気泡生成装置50から直接、気泡液濃縮装置に供給液を供給してもよく、供給液槽に溜めてから供給してもよい。気泡生成装置50としては、例えば、特開2014−155920号公報に詳述されているようなものを採用することが可能である。
(High-density fine bubble liquid generator)
For example, as shown in FIG. 7, the high-density fine bubble liquid generating apparatus of the present invention supplies the above-described bubble liquid concentrating apparatus of the present invention and the supply liquid containing bubbles having a diameter of less than 1 μm to the bubble liquid concentrating apparatus. And a bubble generating device 50 that performs the operation. In the present invention, the supply liquid may be supplied directly from the bubble generation device 50 to the bubble liquid concentration device, or may be supplied after being stored in the supply liquid tank. As the bubble generation device 50, for example, a device as described in detail in JP-A-2014-155920 can be employed.

図8には、気泡生成装置50の一例の縦断面図を示している。気泡生成装置50は、気体と液体とを混合して、当該気体の微細気泡を含む液体を生成する。本実施の形態では、混合前の対象液51として水が使用される。水と混合される気体として、空気が使用される。気泡生成装置50は、微細気泡生成ノズル52と、加圧液生成部53と、送出配管54aと、補助配管54bと、戻し配管54cと、ポンプ54dと、液貯留部55とを備える。液貯留部55には対象液51が貯留される。気泡生成装置50を稼動することにより、対象液51が供給液となる。   FIG. 8 shows a vertical cross-sectional view of an example of the bubble generation device 50. The bubble generation device 50 mixes a gas and a liquid to generate a liquid containing fine bubbles of the gas. In the present embodiment, water is used as the target liquid 51 before mixing. Air is used as a gas to be mixed with water. The bubble generation device 50 includes a fine bubble generation nozzle 52, a pressurized liquid generation unit 53, a delivery pipe 54a, an auxiliary pipe 54b, a return pipe 54c, a pump 54d, and a liquid storage unit 55. The target liquid 51 is stored in the liquid storage unit 55. By operating the bubble generation device 50, the target liquid 51 becomes the supply liquid.

送出配管54aは、加圧液生成部53と微細気泡生成ノズル52とを接続する。加圧液生成部53は、気体を加圧溶解させた加圧液56を生成し、送出配管54aを介して微細気泡生成ノズル52に供給する。微細気泡生成ノズル52の噴出口は、液貯留部55内に位置し、送出配管54aは、実質的に加圧液生成部53と液貯留部55とを接続する。   The delivery pipe 54a connects the pressurized liquid generation unit 53 and the fine bubble generation nozzle 52. The pressurized liquid generation unit 53 generates a pressurized liquid 56 in which gas is dissolved under pressure, and supplies the generated pressurized liquid 56 to the fine bubble generation nozzle 52 via the delivery pipe 54a. The ejection port of the fine bubble generation nozzle 52 is located in the liquid storage unit 55, and the delivery pipe 54a substantially connects the pressurized liquid generation unit 53 and the liquid storage unit 55.

微細気泡生成ノズル52から加圧液56を対象液51中に噴出することにより、対象液51中に微細気泡が生成する。本実施の形態では、空気の微細気泡が対象液51中に生成する。   By ejecting the pressurized liquid 56 from the fine bubble generation nozzle 52 into the target liquid 51, fine bubbles are generated in the target liquid 51. In the present embodiment, fine air bubbles are generated in the target liquid 51.

補助配管54bは、送出配管54aと同様に、加圧液生成部53と液貯留部55とを接続する。補助配管54bは、加圧液生成部53にて余剰の気体を分離する際に余剰の気体と共に排出される液体を液貯留部55へと導く。戻し配管54cにはポンプ54dが設けられ、ポンプ54dにより、戻し配管54cを経由して、対象液51が液貯留部55から加圧液生成部53へと戻される。   The auxiliary pipe 54b connects the pressurized liquid generation unit 53 and the liquid storage unit 55, similarly to the delivery pipe 54a. The auxiliary pipe 54b guides the liquid discharged together with the excess gas to the liquid storage unit 55 when the excess gas is separated by the pressurized liquid generation unit 53. A pump 54d is provided in the return pipe 54c, and the target liquid 51 is returned from the liquid storage section 55 to the pressurized liquid generation section 53 via the return pipe 54c by the pump 54d.

加圧液生成部53は、混合ノズル57と、加圧液生成容器58とを備える。混合ノズル57の気体流入口からは、レギュレータや流量計等を介して空気が流入する。混合ノズル57では、ポンプ54dにより圧送された液体と、空気とが、混合ノズル57により混合され、加圧液生成容器58内に向けて噴出される。   The pressurized liquid generation unit 53 includes a mixing nozzle 57 and a pressurized liquid generation container 58. Air flows from the gas inlet of the mixing nozzle 57 via a regulator, a flow meter, or the like. In the mixing nozzle 57, the liquid pumped by the pump 54d and the air are mixed by the mixing nozzle 57 and ejected into the pressurized liquid generation container 58.

加圧液生成容器58内は、後述する微細気泡生成ノズル52の形状と微細気泡生成ノズル52を加圧液56が通過することにより加圧されて、大気圧よりも圧力が高い状態(以下、「加圧環境」という。)となっている。混合ノズル57から噴出された液体と気体とが混合された流体(以下、「混合流体59」という。)は、加圧液生成容器58内を加圧環境下にて流れる間に、気体が液体に加圧溶解した加圧液56となる。   The inside of the pressurized liquid generation container 58 is pressurized by the pressure of the pressurized liquid 56 passing through the fine bubble generation nozzle 52 and the shape of the fine bubble generation nozzle 52 described below, and the pressure is higher than the atmospheric pressure (hereinafter, referred to as “the pressure”). "Pressurized environment"). The fluid (hereinafter, referred to as “mixed fluid 59”) in which the liquid and the gas ejected from the mixing nozzle 57 are mixed with each other while the gas flows through the pressurized liquid generation container 58 under a pressurized environment. Into a pressurized liquid 56 dissolved under pressure.

混合ノズル57は、上述のポンプ54dにより圧送された液体が流入する液体流入口と、気体が流入する気体流入口と、混合流体59を噴出する混合流体噴出口とを備える。混合流体59は、液体流入口から流入した液体および気体流入口から流入した気体が混合されることにより生成される。液体流入口、気体流入口および混合流体噴出口はそれぞれ略円形である。液体流入口から混合流体噴出口に向かうノズル流路の流路断面、および、気体流入口からノズル流路に向かう気体流路の流路断面も略円形である。流路断面とは、ノズル流路や気体流路等の流路の中心軸に垂直な断面、すなわち、流路を流れる流体の流れに垂直な断面を意味する。また、以下の説明では、流路断面の面積を「流路面積」という。ノズル流路は、流路面積が流路の中間部で小さくなるベンチュリ管状である。   The mixing nozzle 57 includes a liquid inlet into which the liquid pumped by the pump 54d flows, a gas inlet into which gas flows, and a mixed fluid outlet from which the mixed fluid 59 is ejected. The mixed fluid 59 is generated by mixing the liquid flowing from the liquid inlet and the gas flowing from the gas inlet. The liquid inlet, the gas inlet, and the mixed fluid jet are each substantially circular. The cross section of the nozzle flow path from the liquid inlet to the mixed fluid ejection port and the cross section of the gas flow path from the gas inlet to the nozzle flow path are also substantially circular. The channel cross section refers to a cross section perpendicular to the central axis of a channel such as a nozzle channel or a gas channel, that is, a cross section perpendicular to the flow of fluid flowing through the channel. In the following description, the area of the cross section of the flow path is referred to as “flow path area”. The nozzle flow path is a Venturi tube in which the flow path area becomes smaller in the middle of the flow path.

混合ノズル57は、液体流入口から混合流体噴出口に向かって順に連続して配置される導入部と、第1テーパ部と、喉部と、気体混合部と、第2テーパ部と、導出部とを備える。混合ノズル57は、また、内部に気体流路が設けられた気体供給部を備える。   The mixing nozzle 57 includes an introduction portion, a first taper portion, a throat portion, a gas mixing portion, a second taper portion, and an outlet portion, which are sequentially and sequentially arranged from the liquid inlet to the mixed fluid outlet. And The mixing nozzle 57 further includes a gas supply unit having a gas flow path provided therein.

混合ノズル57では、液体流入口からノズル流路に流入した液体が、喉部で加速されて静圧が低下し、喉部および気体混合部において、ノズル流路内の圧力が大気圧よりも低くなる。これにより、気体流入口から気体が吸引され、気体流路を通過して気体混合部に流入し、液体と混合されて混合流体59が生成される。混合流体59は、第2テーパ部および導出部において減速されて静圧が増大し、混合流体噴出口を介して加圧液生成容器58内に噴出される。   In the mixing nozzle 57, the liquid flowing from the liquid inlet into the nozzle flow path is accelerated in the throat and the static pressure is reduced. In the throat and the gas mixing section, the pressure in the nozzle flow path is lower than the atmospheric pressure. Become. As a result, the gas is sucked from the gas inlet, passes through the gas flow path, flows into the gas mixing section, is mixed with the liquid, and the mixed fluid 59 is generated. The mixed fluid 59 is decelerated at the second taper portion and the outlet portion to increase the static pressure, and is ejected into the pressurized liquid generating container 58 via the mixed fluid ejection port.

図8に示すように、加圧液生成容器58は、上下方向に積層される第1流路58aと、第2流路58bと、第3流路58cと、第4流路58dと、第5流路58eとを備える。流路58a〜58eは、水平方向に延びる管路であり、流路58a〜58eの長手方向に垂直な断面は略矩形である。本実施の形態では、流路58a〜58eの幅は、約40mmである。   As shown in FIG. 8, the pressurized liquid generation container 58 includes a first flow path 58a, a second flow path 58b, a third flow path 58c, a fourth flow path 58d, And five flow paths 58e. The flow paths 58a to 58e are pipes extending in the horizontal direction, and the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the flow paths 58a to 58e is substantially rectangular. In the present embodiment, the width of the flow channels 58a to 58e is about 40 mm.

第1流路58aの上流側の端部(すなわち、図8中の左側の端部)には、混合ノズル57が取り付けられており、混合ノズル57から噴出された後の混合流体59は、加圧環境下にて図8中の右側に向かって流れる。本実施の形態では、第1流路58a内の混合流体59の液面より上方にて混合ノズル57から混合流体59が噴出され、噴出された直後の混合流体59は、第1流路58aの下流側の壁面(すなわち、図8中の右側の壁面)に衝突する前に上記液面に直接衝突する。混合ノズル57から噴出された混合流体59を液面に直接衝突させるためには、第1流路58aの長さを、混合ノズル57の混合流体噴出口57bの中心と第1流路58aの下面との間の上下方向の距離の7.5倍よりも大きくすることが好ましい。   A mixing nozzle 57 is attached to the upstream end (that is, the left end in FIG. 8) of the first flow path 58a, and the mixed fluid 59 ejected from the mixing nozzle 57 is added to the mixing nozzle 57. Under the pressure environment, it flows toward the right side in FIG. In the present embodiment, the mixed fluid 59 is ejected from the mixing nozzle 57 above the liquid level of the mixed fluid 59 in the first flow path 58a, and the mixed fluid 59 immediately after the ejection is mixed with the mixed fluid 59 in the first flow path 58a. It collides directly with the liquid surface before colliding with the downstream wall surface (that is, the right wall surface in FIG. 8). In order to cause the mixed fluid 59 ejected from the mixing nozzle 57 to directly collide with the liquid surface, the length of the first flow path 58a is set to the center of the mixed fluid ejection port 57b of the mixing nozzle 57 and the lower surface of the first flow path 58a. Is preferably larger than 7.5 times the vertical distance between.

加圧液生成部53では、混合ノズル57の混合流体噴出口57bの一部または全体が、第1流路58a内の混合流体59の液面よりも下側に位置してもよい。これにより、上述と同様に、第1流路58a内において、混合ノズル57から噴出された直後の混合流体59が、第1流路58a内を流れる混合流体59に直接衝突する。   In the pressurized liquid generation unit 53, a part or the whole of the mixed fluid outlet 57b of the mixing nozzle 57 may be located below the liquid level of the mixed fluid 59 in the first flow path 58a. Thus, similarly to the above, in the first flow path 58a, the mixed fluid 59 immediately after being ejected from the mixing nozzle 57 directly collides with the mixed fluid 59 flowing in the first flow path 58a.

第1流路58aの下流側の端部の下面には、略円形の開口58oが設けられており、第1流路58aを流れる混合流体59は、下方に位置する第2流路58bへと開口58oを介して落下する。このようにして、第1流路58a、第2流路58b、第3流路58c、第4流路58dへと落下する。第1流路58a〜第4流路58dでは、混合流体59は、気泡を含む液体の層と、その上方に位置する気体の層に分かれている。   A substantially circular opening 58o is provided on the lower surface of the downstream end of the first flow path 58a, and the mixed fluid 59 flowing through the first flow path 58a flows to the second flow path 58b located below. It falls through the opening 58o. In this way, it falls to the first flow path 58a, the second flow path 58b, the third flow path 58c, and the fourth flow path 58d. In the first flow path 58a to the fourth flow path 58d, the mixed fluid 59 is divided into a liquid layer including bubbles and a gas layer located above the liquid layer.

第4流路58dでは、下流側の端部の下面に設けられた略円形の開口58oを介して、下方に位置する第5流路58eへと流入(すなわち、落下)する。第5流路58eでは、第1流路58a〜第4流路58dとは異なり、気体の層は存在しておらず、第5流路58e内に充満する液体内において、第5流路58eの上面近傍に気泡が僅かに存在する状態となっている。   In the fourth flow path 58d, it flows (ie, falls) into the fifth flow path 58e located below via a substantially circular opening 58o provided on the lower surface of the downstream end. In the fifth flow path 58e, unlike the first flow path 58a to the fourth flow path 58d, there is no gas layer, and in the liquid filling the fifth flow path 58e, the fifth flow path 58e Is slightly present in the vicinity of the upper surface.

加圧液生成部53では、加圧液生成容器58の流路58a〜58eを、段階的に緩急を繰り返しつつ上から下に流れ落ちる(すなわち、水平方向への流れと下方向への流れとを交互に繰り返しつつ流れる)混合流体59において、気体が液体に徐々に加圧溶解する。第5流路58eにおいては、液体中に溶解している気体の濃度は、加圧環境下における当該気体の(飽和)溶解度の60%〜90%にほぼ等しい。そして、液体に溶解しなかった余剰の気体が、第5流路58e内において、視認可能な大きさの気泡として存在している。   In the pressurized liquid generation unit 53, the liquid flows down the flow paths 58a to 58e of the pressurized liquid generation container 58 from top to bottom while repeating stepwise graduation (that is, the flow in the horizontal direction and the flow in the downward direction). In the mixed fluid 59 (which alternately flows), the gas gradually dissolves under pressure into the liquid. In the fifth flow path 58e, the concentration of the gas dissolved in the liquid is substantially equal to 60% to 90% of the (saturated) solubility of the gas in a pressurized environment. The surplus gas that has not been dissolved in the liquid exists in the fifth flow path 58e as air bubbles of a size that can be visually recognized.

加圧液生成容器58は、第5流路58eの下流側の上面から上方へと延びる余剰気体分離部58fをさらに備え、余剰気体分離部58fには混合流体59が充満している。余剰気体分離部58fの上下方向に垂直な断面は略矩形であり、余剰気体分離部58fの上端部は、圧力調整用の絞り部58gを介して補助配管54bに接続される。第5流路58eを流れる混合流体59の気泡は、余剰気体分離部58f内を上昇して混合流体59の一部と共に補助配管54bに流れ込む。   The pressurized liquid generation container 58 further includes a surplus gas separation portion 58f extending upward from the upper surface on the downstream side of the fifth flow path 58e, and the surplus gas separation portion 58f is filled with the mixed fluid 59. The cross section perpendicular to the up-down direction of the surplus gas separation unit 58f is substantially rectangular, and the upper end of the surplus gas separation unit 58f is connected to the auxiliary pipe 54b via a pressure-regulating throttle 58g. Bubbles of the mixed fluid 59 flowing through the fifth flow path 58e rise in the surplus gas separating portion 58f and flow into the auxiliary pipe 54b together with a part of the mixed fluid 59.

このようにして、混合流体59の余剰な気体が混合流体59の一部と共に分離されることにより、少なくとも容易に視認できる大きさの気泡を実質的に含まない加圧液56が生成され、第5流路58eの下流側の端部に接続された送出配管54aへと送出される。本実施の形態では、加圧液56には、大気圧下における気体の(飽和)溶解度の約2倍以上の気体が溶解している。加圧液生成容器58において流路58a〜58eを流れる混合流体59の液体は、生成途上の加圧液56と捉えることもできる。補助配管54bに流入した混合流体59は、液貯留部55内の対象液51へと導かれる。補助配管54bは、長時間ポンプ54dを稼働した場合における対象液51の減少を防止するための補助流路として機能する。   In this manner, the surplus gas of the mixed fluid 59 is separated together with a part of the mixed fluid 59, so that the pressurized liquid 56 substantially free of bubbles of at least easily visible size is generated. It is delivered to the delivery pipe 54a connected to the downstream end of the five flow paths 58e. In the present embodiment, gas having a solubility of about twice or more (saturated) solubility of the gas under the atmospheric pressure is dissolved in the pressurized liquid 56. The liquid of the mixed fluid 59 flowing through the flow paths 58a to 58e in the pressurized liquid generation container 58 can be regarded as the pressurized liquid 56 in the course of generation. The mixed fluid 59 flowing into the auxiliary pipe 54b is guided to the target liquid 51 in the liquid storage 55. The auxiliary pipe 54b functions as an auxiliary flow path for preventing the target liquid 51 from decreasing when the pump 54d is operated for a long time.

第1流路58aの上方には、排気弁61も設けられる。排気弁61は、ポンプ54dの停止時に開放され、混合流体59が混合ノズル57へと逆流することを防止する。   An exhaust valve 61 is also provided above the first flow path 58a. The exhaust valve 61 is opened when the pump 54d is stopped, and prevents the mixed fluid 59 from flowing back to the mixing nozzle 57.

微細気泡生成ノズル52は、加圧液流入口から加圧液噴出口に向かって順に連続して配置される導入部と、テーパ部と、喉部とを備える。導入部では、流路面積は、ノズル流路0の中心軸方向の各位置においてほぼ一定である。テーパ部では、加圧液56の流れる方向に向かって(すなわち、下流側に向かって)流路面積が漸次減少する。テーパ部の内面は、ノズル流路の中心軸を中心とする略円錐面の一部である。当該中心軸を含む断面において、テーパ部の内面の成す角度は、10°以上90°以下であることが好ましい。   The microbubble generating nozzle 52 includes an introduction portion, a taper portion, and a throat portion that are sequentially arranged from the pressurized liquid inflow port to the pressurized liquid jet port. In the introduction section, the flow channel area is substantially constant at each position in the central axis direction of the nozzle flow channel 0. In the tapered portion, the flow path area gradually decreases in the direction in which the pressurized liquid 56 flows (ie, toward the downstream side). The inner surface of the tapered portion is a part of a substantially conical surface centered on the central axis of the nozzle flow path. In the section including the central axis, the angle formed by the inner surface of the tapered portion is preferably 10 ° or more and 90 ° or less.

喉部25は、テーパ部24と加圧液噴出口22とを連絡する。喉部25の内面は略円筒面であり、喉部25では、流路面積はほぼ一定である。喉部25における流路断面の直径は、ノズル流路20において最も小さく、喉部25の流路面積は、ノズル流路20において最も小さい。加圧液56が喉部25を通過することにより加圧液生成部53の内部は加圧環境となっているが、喉部25を通過した加圧液56が急減圧されることで、加圧液56内に溶解していた気体が気泡として生成されるとともに、減圧時の剪断力によって気泡が微細化される。   The throat portion 25 connects the tapered portion 24 and the pressurized liquid jet 22. The inner surface of the throat 25 is a substantially cylindrical surface, and the flow passage area in the throat 25 is substantially constant. The diameter of the cross section of the throat 25 is the smallest in the nozzle flow path 20, and the area of the throat 25 is the smallest in the nozzle flow path 20. Although the pressurized liquid 56 passes through the throat 25, the inside of the pressurized liquid generation unit 53 is in a pressurized environment. The gas dissolved in the pressurized liquid 56 is generated as air bubbles, and the air bubbles are miniaturized by the shearing force at the time of pressure reduction.

気泡生成装置50の構造は様々に変更されてよく、さらには、異なる構造のものが使用されてもよい。例えば、微細気泡生成ノズル52は、複数の加圧液噴出口を備えてもよい。微細気泡生成ノズル52と加圧液生成部53との間に圧力調整弁が設けられ、微細気泡生成ノズル52に与えられる圧力が高精度にて一定に維持されてもよい。加圧液生成容器58の流路の断面形状は、円形でもよい。気体と液体との混合には、機械的攪拌等の他の手段が利用されてもよい。   The structure of the bubble generation device 50 may be variously changed, and further, a different structure may be used. For example, the fine bubble generation nozzle 52 may include a plurality of pressurized liquid ejection ports. A pressure adjusting valve may be provided between the microbubble generating nozzle 52 and the pressurized liquid generating unit 53, and the pressure applied to the microbubble generating nozzle 52 may be kept constant with high accuracy. The cross-sectional shape of the flow path of the pressurized liquid generation container 58 may be circular. Other means such as mechanical stirring may be used for mixing the gas and the liquid.

(4)前述の実施形態では、気泡液の濃縮を行う際に液体を循環させる方式の気泡液濃縮装置の例を示したが、それに限らず濃縮側流路を気泡生成装置50へ循環させて、気泡液の生成と濃縮を繰り返す方式の高密度微細気泡液生成装置であってもよい。   (4) In the above-described embodiment, an example of the bubble liquid concentrating device in which the liquid is circulated when the bubble liquid is concentrated has been described. However, the present invention is not limited to this. Alternatively, a high-density microbubble liquid generation apparatus of a system that repeatedly generates and concentrates a bubble liquid may be used.

例えば、図7の配管41を図8における気泡生成装置50の戻し配管54cへ接続し、
濃縮液9が混合ノズル57へ再度供給されるようにしてもよい。
また、配管41を気泡生成装置50の液貯留部55へ循環させてもよい。この場合、加圧状態であった濃縮側流路が減圧されることを利用し、配管41の液貯留部55側に微細気泡生成ノズル(図示せず)を設けて減圧し、濃縮液9内の気泡を剪断力によりさらに微細化させてもよく、濃縮側流路を加圧状態とする弁39の代わりとして微細気泡生成ノズルを配置してもよい。
For example, the pipe 41 in FIG. 7 is connected to the return pipe 54c of the bubble generation device 50 in FIG.
The concentrated liquid 9 may be supplied to the mixing nozzle 57 again.
Further, the pipe 41 may be circulated to the liquid storage section 55 of the bubble generation device 50. In this case, utilizing the fact that the pressure on the concentration side flow path which was in the pressurized state is reduced, a fine bubble generation nozzle (not shown) is provided on the liquid storage section 55 side of the pipe 41 to reduce the pressure. May be further refined by a shearing force, and a fine bubble generation nozzle may be arranged instead of the valve 39 that pressurizes the concentration-side flow path.

以下、実施例および比較例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

(分離膜の作製例)
ポリエステル製不織布(阿波製紙(株)製、70g/m、厚さ90μm)上に、ポリスルホン(ソルベイアドバンストポリマーズ社製、P‐3500)18.3重量%とジメチルホルムアミド81.7重量%の混合液を塗布した。その後、その混合液を塗布したポリエステル製不織布を20℃の純水に浸漬し、さらに、45℃の純水に浸漬した。このようにして、約130μmの厚さのポリスルホン製多孔質膜を得た。
(Example of producing separation membrane)
Mixing 18.3% by weight of polysulfone (P-3500, manufactured by Solvay Advanced Polymers) and 81.7% by weight of dimethylformamide on a polyester nonwoven fabric (70 g / m 2 , thickness 90 μm, manufactured by Awa Paper Co., Ltd.) The liquid was applied. Thereafter, the polyester nonwoven fabric to which the mixed solution was applied was immersed in pure water at 20 ° C, and further immersed in pure water at 45 ° C. Thus, a polysulfone porous membrane having a thickness of about 130 μm was obtained.

ここの分離膜は、膜の両面で平均孔径が異なる非対称膜であり、孔径が小さい方の表面の平均孔径は、20nmであった。なお、平均孔径は、SEMの表面観察から読み取ることにより測定した(以下、同様)。   The separation membrane here was an asymmetric membrane having different average pore diameters on both sides of the membrane, and the average pore diameter on the surface with the smaller pore diameter was 20 nm. In addition, the average pore diameter was measured by reading from SEM surface observation (hereinafter the same).

<実施例1>
分離膜の作製例で得られたポリスルホン製多孔質膜を、メタクリル酸水溶液(濃度80wt%)中に浸漬させた後取出し、加速電圧250kV、照射線量30kGy、窒素雰囲気下(酸素濃度300ppm以下)、室温で電子線照射して、メタクリル酸を基材にグラフト重合させた。次いで、基材と未反応のメタクリル酸のモノマーとポリマーを除去するため、60℃の温水で2時間浸漬洗浄を行い、40℃の乾燥機で2時間乾燥させて、実施例1の気泡液濃縮用分離膜(後述する表1で「グラフト膜」と示す)を得た。この分離膜の孔径が小さい方の表面の平均孔径は、20nmであった。
<Example 1>
The porous membrane made of polysulfone obtained in the production example of the separation membrane was immersed in an aqueous methacrylic acid solution (concentration: 80 wt%) and then taken out. The substrate was irradiated with an electron beam at room temperature to graft-polymerize methacrylic acid onto the substrate. Next, in order to remove the unreacted methacrylic acid monomer and polymer from the base material, the substrate was immersed and washed in hot water at 60 ° C. for 2 hours, and dried in a dryer at 40 ° C. for 2 hours. A separation membrane for use (shown as "graft membrane" in Table 1 described later) was obtained. The average pore size of the surface of the separation membrane having the smaller pore size was 20 nm.

<実施例2>
m−フェニレンジアミン3.0g、ラウリル硫酸ナトリウム0.15g、ベンゼンスルホン酸6.0g、トリエチルアミン3.0g、及び水87.85gを混合して水溶液(A)を調製した。水溶液(A)を分離膜の作製例で得られたポリスルホン製多孔質膜の上に塗布して、余分なアミン水溶液を除去した。次に、トリメシン酸クロライド0.2重量%を含むイソオクタン溶液を更に塗布した。その後、余分なイソオクタン溶液を除去して100℃の乾燥器内で2分間保持することで、分離膜上にポリアミドからなるスキン層(厚さ約200nm、非多孔質構造)を形成して、実施例2の気泡液濃縮用分離膜(後述する表1で「コーティング膜」と示す)を得た。
<Example 2>
An aqueous solution (A) was prepared by mixing 3.0 g of m-phenylenediamine, 0.15 g of sodium lauryl sulfate, 6.0 g of benzenesulfonic acid, 3.0 g of triethylamine, and 87.85 g of water. The aqueous solution (A) was applied on the polysulfone porous membrane obtained in the preparation example of the separation membrane to remove excess amine aqueous solution. Next, an isooctane solution containing 0.2% by weight of trimesic acid chloride was further applied. After that, an excess isooctane solution was removed and kept in a dryer at 100 ° C. for 2 minutes to form a skin layer (thickness: about 200 nm, non-porous structure) made of polyamide on the separation membrane. The separation membrane for bubble liquid concentration of Example 2 (shown as “coating membrane” in Table 1 described later) was obtained.

<比較例1>
分離膜の作製例で得られたポリスルホン製多孔質膜を、表面処理することなく気泡液濃縮用分離膜(後述する表1で「ポリスルホン製膜」と示す)として使用した。
<Comparative Example 1>
The polysulfone porous membrane obtained in the production example of the separation membrane was used as a separation membrane for bubble liquid concentration (indicated as “polysulfone membrane” in Table 1 described later) without surface treatment.

(水中での気泡接触角の測定)
作製した実施例1〜2及び比較例1の気泡液濃縮用分離膜を25℃の純水に10分間浸漬した後、自動接触角測定装置(共和界面科学株式会社製の商品名「DM−300」)を用いて、気泡液濃縮用分離膜に付着している空気(気泡)の接触角を測定した。測定は、気泡の直径が400〜500μmのものを対象とし、N=5回で行った。このとき気泡の供給をシリンジ針で行ないながら測定した。
(Measurement of bubble contact angle in water)
After immersing the prepared separation membranes for foam liquid concentration of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 in pure water at 25 ° C. for 10 minutes, an automatic contact angle measuring device (trade name “DM-300” manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.) )), The contact angle of air (bubbles) adhering to the separation membrane for bubble liquid concentration was measured. The measurement was performed on N-cells having a bubble diameter of 400 to 500 μm, N = 5 times. At this time, the measurement was performed while supplying air bubbles with a syringe needle.

(濃縮前後のUFB数密度の測定)
図5に示す気泡液濃縮を用いて、気泡液の濃縮を行ない、ウルトラファインバブルの数密度を測定した。
(Measurement of UFB number density before and after concentration)
The bubble liquid was concentrated using the bubble liquid concentration shown in FIG. 5, and the number density of the ultrafine bubbles was measured.

即ち、作製した平膜状の実施例1〜2及び比較例1の気泡液濃縮用分離膜を所定の形状、サイズに切断し、平膜評価用のセル(日東電工株式会社製、C10−T)にセットした。次いで、ウルトラファインバブル発生装置(IDEC株式会社製、FZ1N−02形)にて生成されたウルトラファインバブル水(気泡の最頻直径は、0.1μm、数密度1億個/mL)4Lが入ったタンクを準備し、気泡液濃縮用分離膜の孔径の小さい側(分離面側)に0.5MPaの圧力、1L/minの流量でウルトラファインバブル原水を供給した。この操作によって原水タンクが0.4Lになるまでウルトラファインバブル原水を循環させながら濾過し、10倍濃縮液を得た。   That is, the prepared flat membrane-shaped separation membranes for bubble liquid concentration of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 were cut into a predetermined shape and size, and a cell for flat membrane evaluation (C10-T, manufactured by Nitto Denko Corporation). ). Next, 4 L of ultra-fine bubble water (mode diameter of bubbles is 0.1 μm, number density of 100 million / mL) generated by an ultra-fine bubble generator (FZ1N-02, manufactured by IDEC) is contained. An ultra-fine bubble raw water was supplied at a pressure of 0.5 MPa and a flow rate of 1 L / min to the side having a smaller pore diameter (separation surface side) of the bubble liquid concentrating separation membrane. By this operation, filtration was performed while circulating the ultrafine bubble raw water until the raw water tank reached 0.4 L to obtain a 10-fold concentrated liquid.

ウルトラファインバブル原水と10倍濃縮液に含まれるウルトラファインバブルの数密度をナノ粒子解析装置(ナノサイト社製、NS500)にてそれぞれ計測し、ウルトラファインバブルの数密度の増加率を算出した。   The number density of the ultrafine bubble raw water and the number density of the ultrafine bubbles contained in the 10-fold concentrated solution were respectively measured by a nanoparticle analyzer (NS500, manufactured by Nanosight Corporation), and the increase rate of the number density of the ultrafine bubbles was calculated.

実施例1〜2及び比較例1に係る気泡液濃縮用分離膜の上記の測定の測定結果を表1に示す。
Table 1 shows the measurement results of the above measurements of the separation membranes for foam liquid concentration according to Examples 1 and 2 and Comparative Example 1.

表1の結果が示すように、実施例1〜2のように、表面処理によって、水中における気泡接触角が140°以上である分離膜を使用した場合には、気泡液濃縮の際に膜との接触により気泡が消失するのを抑制して、高濃度の気泡含有液を得ることができる。これに対して、分離膜として汎用されているポリスルホン製の分離膜を使用した場合、原液を10倍に濃縮しても、殆どの気泡が消失することによって、高濃度の気泡含有液を得ることができなかった。   As shown in the results of Table 1, as in Examples 1 and 2, when a separation membrane having a bubble contact angle in water of 140 ° or more was used by surface treatment, the membrane and the membrane were concentrated during bubble liquid concentration. This suppresses the disappearance of bubbles due to contact with the liquid, thereby obtaining a high-concentration bubble-containing liquid. In contrast, when a polysulfone separation membrane, which is widely used as a separation membrane, is used, even if the stock solution is concentrated 10 times, most of the bubbles disappear, so that a high-concentration bubble-containing liquid can be obtained. Could not.

<実施例3>
実施例1において、分離膜の作製例で得られたポリスルホン製多孔質膜(グラフト未処理品)を用いて、ポリビニルアルコール(クラレ(株)社製、製品名KM−118)により表面処理(コーティング)したこと以外は、実施例1と全く方法で気泡液濃縮用分離膜(気泡接触角155°)を作製し、濃縮前後のUFB数密度の測定を行った。その結果、10倍濃縮時のUFB数密度の増加率は、3.7倍であった。なお、ポリビニルアルコールによるコーティングは次のようにして行った。
<Example 3>
In Example 1, the surface treatment (coating) of polyvinyl alcohol (manufactured by Kuraray Co., Ltd., product name: KM-118) was performed using the polysulfone porous membrane (ungrafted product) obtained in the production example of the separation membrane. Except for the above, a separation membrane for foam liquid concentration (bubble contact angle of 155 °) was prepared in exactly the same manner as in Example 1, and the UFB number density before and after concentration was measured. As a result, the increase rate of the UFB number density at the time of 10-fold concentration was 3.7 times. The coating with polyvinyl alcohol was performed as follows.

分離膜の作製例で得られたポリスルホン製多孔質膜(グラフト未処理品)を10重量%のイソプロピルアルコール水溶液に浸漬して湿潤状態とした後、ポリスルホン膜側にポリビニルアルコール0.05重量%の水溶液を塗布して、80℃のオーブンにて乾燥させた。   The polysulfone porous membrane (ungrafted) obtained in the production example of the separation membrane was immersed in a 10% by weight aqueous solution of isopropyl alcohol to make it wet, and then 0.05% by weight of polyvinyl alcohol was applied to the polysulfone membrane side. The aqueous solution was applied and dried in an oven at 80 ° C.

<比較例2〜4>
疎水性のポリエーテルスルホン製分離膜(平均孔径10nm、接触角75°)、ポリフッ化ビニリデン製分離膜(平均孔径500nm、接触角56°)、エポキシ樹脂製分離膜(平均孔径50nm、接触角110°)を、それぞれ表面処理することなく気泡液濃縮用分離膜として使用した。
<Comparative Examples 2 to 4>
Separation membrane made of hydrophobic polyethersulfone (average pore diameter 10 nm, contact angle 75 °), separation membrane made of polyvinylidene fluoride (average pore diameter 500 nm, contact angle 56 °), separation membrane made of epoxy resin (average pore diameter 50 nm, contact angle 110) °) was used as a separation membrane for foam liquid concentration without any surface treatment.

濃縮前後のUFB数密度の測定を行った結果、10倍〜50倍濃縮時のUFB数密度の増加率は、いずれも2倍未満であった。   As a result of measuring the UFB number density before and after concentration, the rate of increase of the UFB number density at the time of 10- to 50-fold concentration was less than 2 times.

1 膜エレメント
2 分離膜
3 透過側流路材
4 封筒状膜
5 中心管
6 供給側流路材
7 供給液
8 透過液
9 濃縮液
30 膜モジュール
31 容器
50 気泡生成装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Membrane element 2 Separation membrane 3 Permeation side flow path material 4 Envelope membrane 5 Central pipe 6 Supply side flow path material 7 Supply liquid 8 Permeate 9 Concentrate 30 Membrane module 31 Container 50 Bubble generator

Claims (8)

分離膜により気泡を含有した供給液中の気泡を高濃度化する気泡液濃縮装置において、
前記分離膜は、少なくとも一方の表面について、水中における空気との気泡接触角が140°以上であることを特徴とする気泡液濃縮装置。
In a bubble liquid concentrator for increasing the concentration of bubbles in the supply liquid containing bubbles by a separation membrane,
The bubble liquid concentrating device according to claim 2, wherein at least one surface of the separation membrane has a bubble contact angle with air in water of 140 ° or more.
前記供給液には、直径1μm未満の気泡が含まれている請求項1記載の気泡液濃縮装置。   The bubble liquid concentrating device according to claim 1, wherein the supply liquid contains bubbles having a diameter of less than 1 µm. 前記分離膜は、前記一方の表面が、平均孔径1,000nm以下の多孔質構造、又は非多孔質構造である請求項1又は2に記載の気泡液濃縮装置。   The bubble liquid concentrating device according to claim 1 or 2, wherein the one surface of the separation membrane has a porous structure having an average pore diameter of 1,000 nm or less or a non-porous structure. 前記分離膜は、前記一方の表面に、親水性を有するポリマー多孔質層又は非多孔質層を有する請求項1〜3いずれかに記載の気泡液濃縮装置。   The bubble liquid concentrator according to any one of claims 1 to 3, wherein the separation membrane has a polymer porous layer or a non-porous layer having hydrophilicity on the one surface. 前記分離膜を有する膜エレメントと、その膜エレメントを収容して濃縮側流路と透過側流路とを形成する容器とを含む膜モジュールを備える請求項1〜4いずれかに記載の気泡液濃縮装置。   The bubble liquid concentration according to any one of claims 1 to 4, further comprising a membrane module including a membrane element having the separation membrane, and a container accommodating the membrane element and forming a concentration-side flow path and a permeation-side flow path. apparatus. 前記膜エレメントは、前記分離膜の一方の膜面に沿って前記供給液が流動しながら、透過液を前記分離膜の他方の膜面側に透過させる構造である請求項5に記載の気泡液濃縮装置。   The bubble liquid according to claim 5, wherein the membrane element has a structure in which the permeate is allowed to permeate to the other membrane surface side of the separation membrane while the supply liquid flows along one membrane surface of the separation membrane. Concentrator. 前記膜モジュールから排出された濃縮液を供給液に戻す循環流路を備える請求項5又は6に記載の気泡液濃縮装置。   The bubble liquid concentrating device according to claim 5 or 6, further comprising a circulation flow path for returning the concentrated liquid discharged from the membrane module to the supply liquid. 請求項1〜7いずれかに記載の気泡液濃縮装置と、その気泡液濃縮装置に直径1μm未満の気泡を含む供給液を供給する気泡生成装置と、を備える高密度微細気泡液生成装置。
A high-density microbubble liquid generation device, comprising: the bubble liquid concentration device according to any one of claims 1 to 7; and a bubble generation device that supplies a supply liquid containing bubbles having a diameter of less than 1 µm to the bubble liquid concentration device.
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