JP6801839B2 - 酸化剤および還元剤を用いてｔｆｃ膜の流水量を向上させる方法 - Google Patents

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１６年３月３日付で米国特許庁に出願された米国特許出願第１５／０５９，７１１号の優先権および利益を主張し、その内容のすべては本明細書に参考として組み込まれる。

技術分野
本発明は、例えば、水道水、汽水および海水を含む水を精製するために、ナノ濾過、逆浸透または正浸透に用いられる膜を含む薄膜複合（ＴＦＣ）膜に関し、より詳細には、識別層（ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ）の形成後にＴＦＣ膜内で流水量を増加させる方法であって、酸化剤を含有する溶液に膜の識別層を露出させた後に、処理された膜を還元剤に露出させる段階を含むことで、膜の脱塩率特性に否定的な影響を最小限に有したり、膜の脱塩率特性を維持または改善させながら流水量が改善される方法に関する。

薄膜複合（ＴＦＣ）膜は、類似しない物質がともに結合して単一膜を形成する層を有する膜である。このような積層構造は、膜の性能および耐久性を最適化させる物質の組み合わせの使用を可能にする。

ＴＦＣ膜は、ナノ濾過、逆浸透（ＲＯ）および正浸透膜で用いられる。当該膜は、通常、多孔性支持膜上で極性（例えば、水）相の単量体とともに非極性（例えば、有機）相の単量体の界面重合によって製造される。ＴＦＣ膜は、流量（ｆｌｕｘ）および実質的な脱塩率特性が要求される所、例えば、水の精製に用いられる。多様な物質および化学的添加剤を膜の識別層を形成する間に添加して、脱塩率特性を減少させることなく流量を増加させる。例えば、米国特許番号第６，０２４，８７３号は、膜の流水量を増加させるために、界面重縮合前に水相または有機相にアルコールまたはエーテルを添加して識別層を形成することを記載している。米国特許番号第８，１７７，９７８号は、流水量を増加させるために、界面重縮合前に水相または有機相にジケトネートおよび金属添加剤を添加して識別層を形成できると教示している。他の添加剤は、米国特許番号第８，５６７，６１２号；第８，８０１，９３５号；および第８，０２９，８５７号に記載されている。

識別層を形成した後に膜を処理することにより、膜の流水量を意図的に改善する方法がある。例えば、米国特許番号第４，８８８，１１６号は、１級アミン基と反応して膜の脱塩率にほぼ影響がないか全くないと知られたポリアミド膜の流水量を増加させることができるジアゾニウム塩基またはジアゾニウム塩基の誘導体を形成する試薬の水溶液でポリアミド識別層を有する逆浸透膜を処理することを記載している。米国特許番号第３，５５１，３３１号は、プロトン酸、離液塩またはルイス酸で処理してポリアミド膜の透過度を改質させる工程を記載している。米国特許番号第３，９０４，５１９号は、線状芳香族ポリアミドを架橋試薬で処理して得られた膜の流量または流量安定性を改善させることを記載している。

ＴＦＣ膜を塩素または塩素発生剤で処理してその性能を向上させることが多数の特許に開示されている。米国特許番号第４，２７７，３４４号は、ポリアミド膜を１００ｐｐｍのハイポ亜塩素酸塩を含有する溶液で１日間後処理することを記載している。米国特許番号第４，７６１，２３４号は、１つの単量体としてトリアミノ−ベンゼンを含むポリアミドＴＦＣ膜を１，０００ｐｐｍの残留塩素を含有する水溶液で室温、１０．３のｐＨで１８時間処理することを記載している。米国特許番号第５，０５１，１７８号は、トリアミン類の混合物を含む界面重合によって得られた特定類型のポリアミドＴＦＣ膜を１００〜６００ｐｐｍの塩素または塩素発生剤で６〜１３のｐＨで２分〜４５時間の間に処理することを記載している。これらの特許は、膜を塩素を放出する作用剤で処理するとポリアミド膜の流水量を改善させることができるが、流水量の改善は一般的に安定性または脱塩率のような膜の一部の他の性能特性を犠牲にすることを示す。米国特許番号第５，８７６，６０２号は、複合ポリアミド逆浸透膜を２００〜１０，０００ｐｐｍの濃度のハイポ亜塩素酸塩イオンで少なくとも１０．５のｐＨで３０分〜３時間の露出時間で処理することにより、安定性をアルカリ条件で増加させるだけでなく、流水量および脱塩率を改善させることで、かかる欠点を解決することが知られている。

業界に提示された方法の一部は、費用が過度にかかるために商業的に実現することができない。他の方法では、反応が生産条件下で制御しにくかったり、膜または処理装備に損傷を与えたり、膜の改善は一時的であったり、処理によって長い時間にかけて脱塩率を犠牲にしながら流水量が増加することがある。

多くの商用ポリアミド膜は、流水量、脱塩率および化学的安定性の優れた組み合わせを示すことができるものの、改善された性能特性を有する膜を依然として活発に追求している。必要なのは、ＴＦＣ膜の脱塩率特性を維持したり改善しながら識別層を形成した後に、流水量の改善につながる膜を処理する追加的な手法である。

したがって、本発明は、脱塩率を維持しながら膜の流量を向上させ、従来技術の制限および欠点による１つ以上の問題点を実質的に取り除く、ＴＦＣ膜、特に、ＲＯ膜に対する生産後処理工程に関する。

一態様において、増加した流量を有するＴＦＣ膜の製造工程であって、ＴＦＣ膜を膜と反応する酸化剤を含有する酸化溶液で処理し、処理された膜を形成する段階の後に、処理された膜を還元剤を含有する還元溶液と接触させる段階を含むクエンチング（ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）段階を含み、還元剤は酸化剤を中和させることができて、酸化剤が継続して膜と反応するのを防止する製造工程が提供される。処理された膜の脱塩率は、未処理膜と実質的に同一であるか、より良好である。一部の実施例において、塩素、次亜塩素酸またはハイポ亜塩素酸塩イオンのうちのいずれか１つまたは組み合わせが酸化溶液中に存在し、アルカリ−金属メタ−重亜硫酸塩（ａｌｋａｌｉ−ｍｅｔａｌ ｍｅｔａ−ｂｉｓｕｌｆｉｔｅ）は還元溶液中に存在する。

また、ポリアミド識別層を含むＴＦＣ膜の流水量を改善する工程において、ＴＦＣ膜を約７ｐｐｍ〜約３５ｐｐｍの量で酸化剤を含有する酸化溶液で約１０．４以下のｐＨで少なくとも５分の時間の間処理して、ポリアミド識別層と反応して処理された膜を形成する段階；および処理された膜を還元剤を含有する還元溶液と約４〜約８のｐＨで少なくとも１分の時間の間接触する段階を含むが、酸化剤で処理する段階および還元剤で処理する段階の間に近い時間的連結のある方法が提供される。膜を酸化剤で処理する段階の時間の終結と酸化した膜を還元剤と接触する段階の間の時間の量は、一般的に６０分以下である。膜を酸化剤で処理する段階と還元剤で処理する段階との間で、洗浄段階が１回以上あるとよい。洗浄段階は、処理された膜を脱イオン水または逆浸透水（ＲＯ ｗａｔｅｒ）のような水と接触する段階を含むことができる。

還元剤は、酸化剤を中和させて、酸化剤がポリアミド識別層と反応し続けるのを防止することができる。酸化溶液は、分子塩素、次亜塩素酸またはハイポ亜塩素酸塩イオン、またはこれらの組み合わせを含むことができる。還元溶液は、塩素除去剤を含むことができる。還元溶液は、アルカリ−金属メタ−重亜硫酸塩を含むことができる。酸化溶液は、遊離塩素を含むことができ、還元溶液は、塩素除去剤を含むことができる。酸化溶液は、遊離塩素を約７ｐｐｍ〜約３５ｐｐｍの量で含むことができ、還元溶液は、塩素除去剤を約０．１重量％〜約５重量％の量で含むことができる。塩素除去剤は、アルカリ−金属重亜硫酸塩、アルカリ−土−金属重亜硫酸塩、アルカリ−金属メタ−重亜硫酸塩、アルカリ−金属チオ硫酸塩、アルカリ−土−金属チオ硫酸塩、または過酸化水素、またはこれらの任意の組み合わせであってもよい。

また、本願に提供された工程によって製造された逆浸透膜が提供される。逆浸透膜は、未処理ＴＦＣ膜の流水量よりも多い流水量を示す。中心穿孔されたチューブの周囲に螺旋状に巻取られた、本願に提供された工程によって製造された逆浸透膜を含む逆浸透モジュールも提供される。中空繊維で形成されて中空繊維モジュールでポッティングされた（ｐｏｔｔｅｄ）、本願に提供された工程によって製造された逆浸透膜を含む逆浸透モジュールも提供される。水道水、汽水または海水のような水を精製する方法において、水を、本願に提供された工程によって製造された逆浸透膜と接触する段階、または水を、本願に提供された工程によって製造された逆浸透膜を含むモジュールと接触する段階を含む方法も提供される。

本発明のさらなる特徴および長所は後で明細書で説明され、明細書から部分的に明らかになるか、本発明の実行によって学習できる。本発明の目的およびその他の長所は、添付した図面だけでなく、この文書書面の明細書および特許請求の範囲で特別に指摘された構造によって実現され得られるであろう。

逆浸透用、特に、低エネルギー条件で、汽水での使用のための高透過性薄膜複合膜の製造のための形成後（ｐｏｓｔ−ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）工程が提供される。工程は、ＴＦＣ膜のポリアミド識別層を酸化剤を含有する溶液と接触させて処理された膜を形成した後に、処理された膜を還元剤を含有する溶液と接触する段階を含む。得られた膜は、脱塩率を維持しながら向上した流水量を示す。

本発明のさらなる理解のために含まれ、この明細書の一部に含まれてこの明細書の一部を構成する添付図面は、本発明の実施形態を例示し、明細書とともに本発明の原理を説明する役割を果たす。

１つの浸されたガイドローラを含む反応タンクの例示的な一実施形態の図である。 反応タンク内で膜の有効滞留時間を増加させるために、複数の浸されたガイドローラを含む反応タンクの例示的な一実施形態の図である。矢印は、ガイドローラの回転方向を表す。

Ａ．定義

別途に定義されない限り、本願に使われたすべての技術および科学用語は、本発明の属する技術分野における通常の技術を有する者によって共通に理解されるのと同一の意味を有する。別途に指摘されない限り、本願の全体開示物において参照されたすべての特許、特許出願、公開された出願および発行文書、ウェブサイトおよびその他公開された資料はその全体が参照として組み込まれている。本願において、用語に関する複数の定義が存在する場合、本セクションにあるものが勝る。

本願に使われた単数形の「１つ」、「１つの」および「前記」は、文脈が明らかに別途に指示しない限り、複数の指示対象を含む。

本願に使われた範囲および数量は、「約」が特定の数値または範囲として表現される。「約」は、正確な数量も含む。そのため、「約５パーセント」は、「約５パーセント」およびなお「５パーセント」を意味する。「約」は、応用または意図された目的に対する通常の実験エラー以内を意味する。

本願に使われた「選択的」または「選択的に」は、順次に記載された事件または状況が発生したり発生しないことを意味し、明細書は、前記事件または状況が発生した場合および前記事件または状況が発生しない場合を含むことを意味する。例えば、システム内における選択的成分は、システム内で存在したり存在しないことを意味する。

本願に使われた「アルキル」という用語は、少なくとも１つの炭素原子を含有する直鎖、分枝鎖または環鎖、および炭素原子の間に二重または三重結合がないものを指し示す。

本願に使われた「流量」は、膜を通した液体の流れを指し示す。

本願に使われた「組み合わせ」は、２つの項目の間または２つを超えた項目の任意のつながり（ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）を指し示す。つながりは、空間的であったり、共通目的のための２以上の項目の使用を指し示す。

本願に使われた「界面活性剤」という用語は、空気／水、オイル／水および／またはオイル／空気の界面で吸収する分子を指し示し、その表面エネルギーを実質的に減少させる。界面活性剤は、一般的に、表面活性モイエティの電荷によって分類され、陽イオン性、陰イオン性、非イオン性および両性の界面活性剤に分類される。

本願に使われた「薄膜複合膜」は、類似しない物質がともに結合して単一膜を形成する層を有する膜を指し示す。

本願に使われた「接触する」という用語は、２つ以上の物質を十分に近接させて、これによってそれらが相互作用できることを指し示す。

本願に使われた「酸化」は、原子から電子の損失を指し示す。

本願に使われた「酸化剤」は、原子から電子を抽出する任意の作用剤または化合物を指し示す。酸化剤は、酸化工程で還元される。

本願に使われた「還元剤」は、電子供与体であるか、原子に電子を提供する任意の作用剤または化合物を指し示す。還元剤は、還元工程で酸化する。

本願に使われた「クエンチング剤（ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ ａｇｅｎｔ）」は、単独または他の化合物と組み合わせて酸化剤と反応したり中和させて、酸化剤が膜と反応し続けるのを防止できる還元化合物を指し示す。

本願に使われた「遊離塩素」は、水溶性分子塩素、次亜塩素酸（ＨＯＣｌ）および／またはハイポ亜塩素酸塩イオン（ＯＣｌ−）のような水溶液中に存在する塩素を指し示す。遊離塩素は、水以外の外部物質とは反応しないので、物質を酸化させるのに使用できる塩素である。

本願に使われた「組み合わされた塩素」は、アンモニアまたはモノクロラミン（ＮＨ_２Ｃｌ）、ジクロラミン（ＮＨＣｌ_２）、および三塩化窒素（ＮＣｌ_３）のようなクロラミン類の形態の有機アミン類と化学的に組み合わされた、水中に存在する塩素の形態を指し示す。

本願に使われた「総塩素」は、水溶液中の遊離塩素および組み合わされた塩素の合計を指し示す。

本願に使われた「塩素スカベンジャー（ｓｃａｖｅｎｇｅｒ）」は、塩素と反応したりハイポ亜塩素酸塩のような塩素−発生物質と反応して、遊離塩素を除去したり減少させる化合物を指し示す。

本願に使われた「塩素除去剤」は、ハイポ亜塩素酸塩または塩素で処理された物質との持続的な反応を防止するために、残留ハイポ亜塩素酸塩または塩素を中和させたり分解させる物質を指し示す。

本願に使われた「ｇｆｄ」は、１日あたりの平方フィートあたりのガロンを指し示す。

本願に使われた「ｇｐｄ」は、１日あたりのガロンを指し示す。

本願に使われた「近い時間的連結」は、短い持続時間、一般的に１時間以下を指し示す。

Ｂ．流水量の改善

逆浸透（ＲＯ）用ＴＦＣ膜の使用は、水のような混合物の特定成分が塩のような他の成分から分離されるように選択的に通過させる膜の能力に基づく。海水または汽水のような塩水の精製において、水は圧力下でＲＯ ＴＦＣ膜の識別層の一面と接触して塩の通過を最小化しながら膜を通した水の効果的な浸入を引き起こす。

薄膜複合層膜のポリアミド識別層を形成するために、標準界面重合法を用いてＴＦＣ膜をキャスティングする時、脱塩率を犠牲させることなく目標の流水量を得ることは、時々難しい。識別層の形成後、膜表面の化学を酸化剤で改質させた後、還元剤での処理を用いて膜の脱塩率に影響を与えなかったり、ある場合には改善させながら流水量を増加させることができることが知られてきている。

酸化剤に対するポリアミド膜の露出、特に長期間の塩素への露出は、水質精製工程で膜の分解および破壊を起こすことがよく知られている。例えば、流水量は、ポリアミド膜がハイポ亜塩素酸塩と接触した後に、１０％〜略５０％の間のある分減少することが報告されており（例えば、Ｋｗｏｎ ｅｔ ａｌ．，Ｊ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ２８２（２００６）４５６−４６４参照）、脱塩率の損失および流速増加は回復不可能な方式で発生する。これは、塩素が重合体と反応できる多数の異なるサイトを含むポリアミド膜において特に符合する。ポリアミド膜の攻撃される程度は、ポリアミドの形成で採用される特定の酸類およびアミン類に依存する。Ｋａｎｇらは、ポリアミド膜がｐＨ４で６０ｐｐｍ ＮａＣｌＯ⁻で処理される場合の膜低下（ｍｅｍｂｒａｎｅ ｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｏｎ）が、ポリアミド膜がｐＨ１０で１，０００ｐｐｍ ＮａＣｌＯ⁻で処理される場合に観察された低下よりはるかに激しかったことを教示している（Ｋａｎｇ ｅｔ ａｌ．，Ｊ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ３００（２００７）１６５−１７１）。

識別層を形成した後に、膜を洗浄するのに用いられる水に酸化剤が添加される場合、酸化剤はポリアミドと反応し、その構造を改質させることができる。膜との酸化剤反応が制御されなければ、膜の劣化または破壊を起こすことがある。膜を酸化剤に露出させて処理された膜を形成した後に、処理された膜を水で洗浄することは、任意の残留酸化剤または得られた遊離ラジカルが継続して膜と反応できるため、酸化剤のポリアミド膜との反応を制御するのに十分でないことがある。膜の過度の酸化で脱塩率の最初の損失としてたびたび現れる、識別層無欠性（ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）の損失が発生し得る。

約１０〜約１１の範囲または約１０〜約１０．５の範囲のｐＨで約５ｐｐｍ〜約４０ｐｐｍの範囲の濃度の遊離塩素で処理した後、処理された膜をアルカリ金属メタ−重亜硫酸塩のような還元剤に露出させる段階を含むクエンチング段階を経た膜は、未処理膜と比較してはるかに多い流水量を示し、これらの脱塩性質を維持することを、驚くことに見出すようになった。酸化剤としての塩素と還元剤としてのアルカリ金属メタ−重亜硫酸塩は例示的な一実施形態として記載されたが、他の酸化剤および還元剤が用いられてもよい。

ナトリウムメタ−重亜硫酸塩がモジュール内で保存剤として低水準に含まれることが業界で知られている（例えば、米国特許番号第８，２３６，１７８号参照）。ナトリウムメタ−重亜硫酸塩は、本願に記載の方法を用いて製造された膜に対する保存剤として用いられてもよい。メタ重亜硫酸塩を含むことができる還元剤での処理段階は、本願に提供された方法の還元剤処理段階が酸化剤での処理と近い時間的連結で行われるため、保存剤としてナトリウムメタ−重亜硫酸塩の使用とは異なる。膜またはモジュールへの保存剤の添加は、一般的に膜またはモジュール形成の末尾に起こり、たびたび膜またはモジュール形成後、数時間または数日後に起こる。実施例に示されるように、酸化剤を適用した後、このような還元剤適用の遅延で膜損失が発生し得る。膜損失は、脱塩率の減少で現れることがある。洗浄工程が行われた後に、任意の膜損失がさらに明確になり得るが、ここで、膜がｐＨの極値（ｐＨ値はｐＨ２からｐＨ１３まで多様であり得る）を経ることができる。膜は、より少ない洗浄周期の後に破壊され得るため、任意の膜損失は膜の有用寿命を減少させることがある。したがって、本願に提供された方法において、酸化剤の適用および還元剤の適用の間に一般的に短い時間だけが経過するように許容される。酸化剤の適用および還元剤の適用の間に洗浄段階が含まれてもよい。還元剤での処理後に、還元剤溶液は通常除去され、脱イオン水または逆浸透水で洗浄された後に、必要であれば、膜は保存剤を含有する溶液で処理され／されるか、貯蔵される。通常の保存剤は、ナトリウムメタ−重亜硫酸塩、亜黄酸水素ナトリウム、クエン酸および乳酸を含む。

酸化剤

水溶性または略水溶性の環境で機能的な任意の酸化剤が用いられる。酸化剤の例示的な類型は、ハロゲン−含有酸化剤および酸素−含有酸化剤である。ハロゲン−含有酸化剤は、遊離または元素塩素源または臭素源のように、遊離または元素ハロゲン源として特徴づけられるものを含む。

塩素源の非限定的な例は、ハイポ亜塩素酸ナトリウム、ハイポ亜塩素酸カリウム、ハイポ亜塩素酸カルシウム、ハイポ亜塩素酸リチウム、二酸化塩素、塩素ガス、トリクロロイソシアヌル酸、ナトリウムまたはカリウムジクロロ（イソ）シアヌレート、塩素化三ナトリウムリン酸、ジクロロジメチルヒダントイン、Ｎ−クロロスクシンイミド、およびクロロアセチル−尿素、およびこれらの任意の組み合わせを含む。好ましい塩素源は、アルカリ−金属ハイポ亜塩素酸塩またはアルカリ−土−金属ハイポ亜塩素酸塩のうちのいずれか１つである。

酸化剤を含有する臭素の非限定的な例は、１−ブロモ−３−クロロ−５，５−ジメチルヒダントインおよび１，３−ジブロモ−５，５−ジメチル−ヒダントインを含む。酸化剤を含有する酸素の非限定的な例は、オゾン、過酸化水素、過マンガン酸ナトリウム、過炭酸ナトリウム、過ホウ酸ナトリウム、過硫酸ナトリウム、および尿素過酸化水素、およびこれらの任意の組み合わせを含む。

本願に提供された方法において、ポリアミド識別層を含むＴＦＣ膜は、１または約１ｐｐｍ〜５０または約５０ｐｐｍの酸化剤を含有する酸化溶液で処理される。一部の実施形態において、酸化溶液は、水溶性であるか、水を含有し、酸化剤の存在量は、１ｐｐｍ、２ｐｐｍ、３ｐｐｍ、４ｐｐｍ、５ｐｐｍ、６ｐｐｍ、７ｐｐｍ、８ｐｐｍ、９ｐｐｍ、１０ｐｐｍ、１５ｐｐｍ、２０ｐｐｍ、２５ｐｐｍ、３０ｐｐｍ、３５ｐｐｍ、４０ｐｐｍ、４５ｐｐｍまたは５０ｐｐｍ、またはａが酸化剤の先行ｐｐｍ値のうちのいずれか１つであり、ｂはａより大きい酸化剤の先行ｐｐｍ値のうちのいずれか１つであって、約７ｐｐｍ〜約３０ｐｐｍ、または約１５ｐｐｍ〜約３５ｐｐｍ、または約８ｐｐｍ〜約２５ｐｐｍなどのように、ａまたは約ａ〜ｂまたは約ｂの範囲にある量である。

好ましい酸化剤は、遊離または元素塩素源である。一部の実施形態において、ポリアミド識別層を含むＴＦＣ膜は、約１ｐｐｍ〜約５０ｐｐｍの遊離塩素、または約５ｐｐｍ〜約４０ｐｐｍ、または７ｐｐｍ〜約３０ｐｐｍ、または約１５〜約３０ｐｐｍの遊離塩素を含有する水溶液で処理される。一部の実施形態において、遊離塩素の塩素源は、アルカリ−金属ハイポ亜塩素酸塩またはアルカリ−土−金属ハイポ亜塩素酸塩である。

総塩素濃度は、Ｎ，Ｎ−ジエチル−ｐ−フェニレンジアミンスルフェートを用いたＤＰＤ方法のような任意の知られた手法を用いて測定される（Ｔｈｅｒｍｏ Ｏｒｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ ＡＣ４Ｐ７２（２００２））。遊離塩素は、インドフェノール方法を用いて測定される（例えば、ｔｈｅ ７６^ｔｈ Ａｎｎｕａｌ ＷＩＯＡ Ｖｉｃｔｏｒｉａｎ Ｗａｔｅｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎ、Ｂｅｎｄｉｇｏ Ｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ３−５、２０１３で提示されたＷａｒｄ、Ｃｈｌｏｒｉｎｅ Ｒｅｓｉｄｕａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｉｎ Ｃｈｌｏｒａｍｉｎａｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ；およびＷＯ２００９／１５５４６２参照）。

ＴＦＣ膜は、酸化剤に少なくとも５分、または少なくとも１０分、または少なくとも１５分、または少なくとも２０分、または少なくとも２５分、または少なくとも３０分、または少なくとも３５分、または少なくとも４０分、または少なくとも４５分の時間の間露出できる。膜は、酸化剤に４５分以下、または４０分以下、または３５分以下、または３０分以下、または２５分以下、または２０分以下、または１５分以下、または１０分以下、または５分以下の時間の間露出できる。ポリアミド識別層を含むＴＦＣ膜は、酸化剤で約５分〜約９０分の時間の間処理される。一部の例において、膜を酸化剤に露出する露出時間は、約１０分〜約６０分である。

酸化剤は、水溶液中に提供できる。酸化剤を含有する水溶液のｐＨは、約８〜１１の範囲であってよい。一部の応用において、ｐＨは、約１０〜約１１である。一部の応用において、ｐＨは、約１０〜約１０．５である。一部の応用において、ｐＨは、１０．４以下であるか、約ｐＨ９〜約ｐＨ１０．４である。

膜は、任意の温度で酸化剤に露出できる。露出温度は、約４℃〜約４０℃の範囲であってよい。露出温度は、約２０℃〜約２６℃のような周囲温度であってもよい。一部の応用において、露出温度は、約２５℃である。

膜は、任意の圧力で酸化剤に露出できる。露出圧力は、約０．９８気圧（ａｔｍ）〜約１ａｔｍ、または約１０１．３２ｋＰａ〜約１０１．３２５ｋＰａ、または約１４．４ｐｓｉ〜約１４．７ｐｓｉのような周囲圧力であってもよい。膜は、高圧で酸化剤に露出できる。露出圧力は、例えば、２５ｐｓｉまたは約２５ｐｓｉ〜１５０ｐｓｉまたは約１５０ｐｓｉ、例えば、１２５ｐｓｉであってもよい。

処理の近い時間的連結

膜を酸化剤で処理することは、還元剤での処理と近い時間的連結に続いて起こる。膜を酸化剤に露出させた後に、酸化した膜は、還元剤で短い持続時間以内に処理される。一般的に、膜を酸化剤に露出させる期間の末尾と酸化した膜の還元剤への露出開始との間の時間の量は、６０分以下である。膜を酸化剤に露出させる期間の末尾と酸化した膜の還元剤への露出との間の時間の量は、最大６０分、または最大５５分、または最大５０分、または最大４５分、または最大４０分、または最大３５分、または最大３０分、または最大２５分、または最大２０分、または最大１５分、または最大１０分、または最大５分であってもよい。膜を酸化剤に露出させる期間の末尾と酸化した膜の還元剤への露出との間の時間の量は、３０秒〜最大約６０分であってもよい。より多量の酸化剤が使用される場合、膜の酸化剤への露出時間の末尾と酸化した膜の還元剤への露出との間の時間のより少ない量が選択可能である。

酸化した膜は、還元剤での処理前に、１回の洗浄段階または複数の洗浄段階を経ることができる。洗浄段階は、脱イオン水または逆浸透水で洗浄することを含むことができる。洗浄段階は、酸化剤での処理の末尾と還元剤での処理の開始との間の短い持続時間内の任意の持続時間であってもよい。洗浄段階は、少なくとも１分、または少なくとも２分、または少なくとも５分の期間の間であってもよい。洗浄段階は、約６０分以下、または約４５分以下、約３０分以下、または約１５分以下、または約５分以下の期間に行われる。洗浄された膜は、洗浄段階の間の期間に空気中に露出させることができる。例えば、酸化した膜は、脱イオン水で５分間洗浄した後に、１０分以下の時間の間空気乾燥を行った後に、脱イオン水で５分間洗浄段階を経た後、還元剤で処理することができる。膜は、処理する間にモジュールであってもよく、洗浄段階は、脱イオン水または逆浸透水をモジュールを介して一定期間駆動するように圧力を加える段階を含むことができ、選択的には圧力がモジュールに加えられない期間が後に続いてから、後続の洗浄段階として脱イオン水を駆動するように圧力を加える段階、または還元剤を含有する溶液をモジュールを介して誘導する段階が後に続くとよい。

還元剤

膜を酸化剤で処理して酸化した膜を形成した後に、膜は還元剤で処理される。酸化した膜は、還元剤を含有する溶液に膜を露出する前に、水で洗浄される。還元剤は、一般的に任意の残留酸化剤を中和させるように選択される。還元剤の非限定的な例は、亜硫酸アンモニウム、アルカリ−金属亜硫酸塩、アルカリ−土−金属亜硫酸塩、亜硫酸亜鉛、重亜硫酸アンモニウム、アルカリ−金属重亜硫酸塩、アルカリ−土−金属重亜硫酸塩、ジチオン酸ナトリウム、ジチオン酸亜鉛、アルカリ−金属メタ−重亜硫酸塩、アセトン重亜硫酸ナトリウム、重亜硫酸アルキルアミン；アルカリ−金属チオ硫酸塩、アルカリ−土−金属チオ硫酸塩、アルカリ金属ボロハイドライド類（ｂｏｒｏｈｙｄｒｉｄｅｓ）、アルカリ土金属ボロハイドライド類、アルカリ金属アルミニウムハイドライド類、ジアルキルアルミニウムハイドライド類、ハイポ亜リン酸アンモニウム、アルカリ−金属ハイポ亜リン酸塩、アルカリ−土−金属ハイポ亜リン酸塩、亜リン酸アンモニウム、アルカリ−金属亜リン酸塩、アルカリ−土−金属亜リン酸塩チオサリチル酸、リチウムアルミニウムイソプロポキシド、２−ピリジンチオン（ｐｙｒｉｄｉｎｅｔｈｉｏｎｅ）、ジチオトレイトール、Ｌ−アスコルビン酸、二酸化チオ尿素、およびこれらの組み合わせを含む。好ましい還元剤は、亜硫酸アンモニウム、アルカリ−金属亜硫酸塩類、アルカリ−土−金属亜硫酸塩類、亜硫酸亜鉛、重亜硫酸アンモニウム、アルカリ−金属重亜硫酸塩類、アルカリ−土−金属重亜硫酸塩類、ジチオン酸ナトリウム、ジチオン酸亜鉛、およびアルカリ−金属メタ−重亜硫酸塩類、およびこれらの組み合わせを含む。

酸化剤が遊離または元素塩素源であるか、遊離または元素塩素源を含む場合、還元剤は、塩素スカベンジャーであるか、塩素スカベンジャーを含むように選択可能である。塩素スカベンジャーの非限定的な例は、亜硫酸塩、重亜硫酸塩、チオ硫酸塩および亜硝酸塩のような、還元陰イオンを含む化合物およびアスコルビン酸塩、カルバミン酸塩、フェノール類のような抗酸化剤；およびこれらの混合物を含む。任意の塩素スカベンジャーを用いて遊離または元素塩素で処理された酸化した／処理された膜を処理することができる。

酸化剤が遊離または元素塩素源であるか、遊離または元素塩素源を含む場合、還元剤は、塩素除去剤であるか、塩素除去剤を含むように選択可能である。塩素除去剤の非限定的な例は、アルカリ−金属重亜硫酸塩類、アルカリ−土−金属重亜硫酸塩類、アルカリ−金属メタ−重亜硫酸塩類、アルカリ−金属チオ硫酸塩類、アルカリ−土−金属チオ硫酸塩類および過酸化水素を含む。

本願に提供された方法において、ポリアミド識別層を含むＴＦＣ膜は、酸化剤使用量よりもさらに超過する還元剤の量を含有する還元溶液で処理される。還元溶液は、０．０５重量％または約０．０５重量％〜５重量％または約５重量％の還元剤の還元剤量を含有することができる。一部の実施形態において、還元溶液は、水溶性であるか、水を含有し、還元剤の存在量は、０．０５重量％、０．１重量％、０．２重量％、０．３重量％、０．４重量％、０．５重量％、０．６重量％、０．７重量％、０．８重量％、０．９重量％、１重量％、１．２５重量％、１．５重量％、１．７５重量％、２重量％、２．２５重量％、２．５重量％、２．７５重量％、３重量％、３．２５重量％、３．５重量％、３．７５重量％、４重量％、４．２５重量％、４．５重量％、４．７５重量％、または５重量％、またはｃが還元剤の先行重量％値のうちのいずれか１つであり、ｄはｃより大きい還元剤の先行重量％値のうちのいずれか１つであって、約０．３重量％〜約３重量％、または約０．０５重量％〜約１重量％、または約０．２重量％〜約０．９重量％などのように、ｃまたは約ｃ〜ｄまたは約ｄの範囲にある量である。

還元剤の量は、一般的に酸化剤の使用量を超える量である。一部の実施形態において、還元剤の量は、５００：１、または４００：１、または３３３：１，３００：１または２００：１、または１００：１、または９０：１、または８０：１、または７０：１、または６０：１、または５０：１の割合のように、還元剤約５０〜５００部に対する酸化剤１部の割合の酸化剤使用量を超える。

還元溶液の適切なｐＨは、選択された還元剤に基づいて当業者によって選択可能である。例えば、還元溶液のｐＨは、約３．５〜約８の範囲であってよい。一部の応用において、還元溶液は、約３．５〜約５．５のｐＨを有することができる。一部の応用において、還元溶液は、約４〜約６のｐＨを有することができる。一部の応用において、還元溶液は、約７．５以下のｐＨを有することができる。一部の応用において、還元溶液は、約６．５以下のｐＨを有することができる。一部の応用において、還元溶液は、約５．５以下のｐＨを有することができる。一部の応用において、還元溶液は、約４．５以下のｐＨを有することができる。

酸化剤が遊離または元素塩素源の場合、還元剤の量は、総塩素濃度が約０．５ｐｐｍ未満、または約０ｐｐｍ〜約０．５ｐｐｍ、または約０ｐｐｍおよび約０．１ｐｐｍの水準に減少するように選択可能である。

ＴＦＣ膜は、還元剤に少なくとも１分、少なくとも５分、または少なくとも１０分、または少なくとも１５分、または少なくとも２０分、または少なくとも２５分、または少なくとも３０分の時間の間露出できる。膜は、酸化剤に６０分以下、または５５分以下、または５０分以下、または４５分以下、または４０分以下、または３５分以下、または３０分以下、または２５分以下、または２０分以下、または１５分以下、または１０分以下、または５分以下の時間の間露出できる。ポリアミド識別層を含むＴＦＣ膜は、還元剤で約１分〜約６０分の時間の間処理される。一部の例において、膜を還元剤に露出する露出時間は、約２分〜約３０分である。

膜は、任意の温度で還元剤に露出できる。露出温度は、約４℃〜約４０℃の範囲であってよい。露出温度は、約２０℃〜約２６℃のような周囲温度であってもよい。一部の応用において、露出温度は、約２５℃である。

膜は、任意の圧力で還元剤に露出できる。露出圧力は、約０．９８気圧（ａｔｍ）〜約１ａｔｍ、または約１０１．３２ｋＰａ〜約１０１．３２５ｋＰａ、または約１４．４ｐｓｉ〜約１４．７ｐｓｉのような周囲圧力であってもよい。膜は、高圧で還元剤に露出できる。露出圧力は、例えば、２５ｐｓｉまたは約２５ｐｓｉ〜１５０ｐｓｉまたは約１５０ｐｓｉ、例えば、１２５ｐｓｉであってもよい。露出圧力は、例えば、約１８０〜約２２５ｐｓｉであってもよい。露出圧力は、約６００ｐｓｉ以下であってもよい。

Ｂ．ＴＦＣ膜の製造

ＴＦＣ膜は、ナノ濾過、逆浸透（ＲＯ）および正浸透（ＦＯ）応用に用いられる。逆浸透応用のために、膜は、互いに平面配列された少なくとも１つの識別層（正面側）および支持層（背面側）を含んで複合構造を形成する。支持層は特に制限されないが、好ましくは、配向可能な層を含む多孔性不織布または繊維ウェブマットを含む。代案的に、織布が用いられてもよい。支持層の代表例は、米国特許番号第４，２１４，９９４号；第４，７９５，５５９号；第５，４３５，９５７号；第５，９１９，０２６号；第６，１５６，６８０号；および第７，０４８，８５５号；および米国公開特許番号第２００８／０２９５９５１号および第２０１０／０１９３４２８号に記載されている。一部の実施形態において、支持層は、膜層が適用されるシート材料のロール（ｒｏｌｌ）として提供できる。

支持層は、親水性または疎水性であってもよい。一部の応用において、支持層は、親水性である。ＴＦＣ膜は、支持層の表面上に少なくとも１つの識別層も含む。ＴＦＣ膜は、ＴＦＣ膜のいずれか一表面または両表面上に蒸着された防汚層を含むことができる。ＴＦＣ膜は、ＴＦＣ膜のいずれか一表面または両表面上または防汚層上に蒸着された保護層を含んでもよい。例えば、膜表面のスクラッチングを防止したり吸着を変更するために、親水性重合体層が識別層または防汚層の表面に塗布される。例えば、水中ポリビニルアルコールの溶液は、識別層の表面に塗布された後に、熱を加えて親水性重合体層の熱硬化を提供することができる。

１．支持層

支持層は、通常、不織布または織布メッシュ布地によってたびたび順次に支持されて膜の取り扱い性を改善したり、機械的強度のために、または両方とものための重合体微細多孔性支持膜を含む。支持層は、ポリスルホンまたはポリエーテルスルホン、ポリ（エーテルスルホンケトン）、ポリ（エーテルエチルケトン）、ポリ（フタラジノンエーテルスルホンケトン）、ポリアクリロニトリル、ポリビニルクロライド、ポリエステル、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリプロピレン、セルロースナイトレート、セルロースアセテート、セルロースジアセテートまたはセルローストリアセテートを含有する膜のような他の適当な多孔性の膜を含むことができる。支持層は、通常、厚さが約２５〜２５０ミクロンである。支持層は多孔性であり、たびたび支持層の最小の気孔は上面に非常に近く位置する。表面での気孔率は低く、例えば、総表面積の５〜１５％であってもよい。

支持層の製造は、重合体溶液を織布または不織布層上に噴射したりキャスティングする段階を含むことができる。支持層を形成する業界で知られた例示的な工程は、例えば、米国特許番号第３，９２６，７９８号；第４，０３９，４４０号；第４，３３７，１５４号；および第８，１７７，９７８号と米国特許出願公開番号第２０１１／０１７４７２８号および第２０１４／００１４５７５号に開示され、これらそれぞれの開示物は本願に参照として組み込まれる。織布または不織布材料、またはこれらの組み合わせであり、重合体繊維で構成された補強織物層の１つ以上がＴＦＣ膜内に含まれてもよい。織物層が存在する場合、織物層は、好ましくは、水が染み込み可能で、平らで、支持層または識別層に浸入し得る漂遊繊維（ｓｔｒａｙ ｆｉｂｅｒｓ）が存在しない。織物層は、一般的に費用を減少させ、膜面積を最大化するだけ薄く、延伸力に抵抗し、高圧で変形に機械的に抵抗する。

支持層の製造は、一般的に密閉されたガラス瓶内で透明なビーズ形態のポリスルホン重合体（米国、Ａｌｄｒｉｃｈ社のＭ_ｎ−２６，０００）（Ｍ_ｎは数平均分子量）にＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）溶媒（Ａｃｒｏｓ Ｏｒｇａｎｉｃｓ社、ウォルサム、マサチューセッツ州、米国所在）を添加することを含む。代案的に、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）は、溶媒として用いられてもよい。この後、混合物は、ポリスルホン重合体の完全な溶解が達成されて、ドープまたはキャスティング溶液を形成するまで数時間撹拌される。キャスティング溶液は、選択的にはナイフ−エッジを介してガラス板に付着可能な織布または不織布メッシュ織物層上にキャスティングされたり塗布される。一部の実施形態において、メッシュ織物層およびキャスティング溶液を有するガラス板は、（約１５℃〜約３０℃のような）所期の温度に維持される脱塩水に直ちに浸される。直ちに、相反転が始まり、数分後、ポリスルホン膜を支持する織布または不織布織物層がガラス板から分離されて支持層を形成することができる。この後、支持層は、脱イオン水で徹底して洗浄され、使用されるまで冷却条件で貯蔵される。支持層の製造のための連続的なコーティング工程において、ガラス板を必要としない。多孔性支持層は、通常、使用されるまで湿潤状態に維持できる。

２．識別層

ポリアミドを含む少なくとも１つの識別層は、支持層の表面上に形成されて、薄膜複合膜を形成する。識別層は、多孔性支持膜上に界面重合プロセスを用いて合成される。識別層の合成において、主に水相および有機相溶液である２つの非混和溶媒が一般的に用いられ、１つの溶媒中の単量体は、他の溶媒中の単量体と反応して重合し、識別層を形成する。重合反応は非常に迅速で、相対的に高い分子量の重合体が得られる。

識別層は、識別層が濾過の必要な流体の濾過を許容する限り、任意の物質を含有する浸入性膜である。例示的な一実施形態において、識別層は、ポリアミド層であってもよい。識別層の化学は限定的と見なされない。例示的な一実施形態において、ポリアミド層は、極性溶液および非極性溶液の界面重合によって形成される。例示的な極性溶液は、ｍ−フェニレンジアミン（ＭＰＤ）のようなポリアミンを含有する水相であってもよい。例示的な非極性溶液は、トリメソイルクロライド（ＴＭＣ）のような多官能性酸ハライドを含有する有機相であってもよい。識別層は、それぞれが本願に参照として全体が組み込まれている米国特許番号第４，２７７，３４４号；第４，９０２，４２４号；第５，１０８，６０７号；第５，５４３，０４６号；第６，３３７，０１８号；第７，１０９，１４０号；および第８，１７７，９７８号のうちのいずれか１つに開示されている識別層の製造方法および化学のうちのいずれか１つを用いて形成される。

一部の実施形態において、識別層は、一般的に１つ以上の二官能性または多官能性アミン類および１つ以上の二官能性または多官能性アシルクロライド類の間に界面重合によって形成されたポリアミドを含有する。二官能性または多官能性アミン類は、芳香族および／または脂肪族であってもよい。二官能性または多官能性アシルクロライド類は、芳香族および／または脂肪族であってもよい。

一般的に、識別層を形成する重合体マトリックスは、２以上の単量体の反応によって製造できる。第１単量体は、二親核性（ｄｉｎｕｃｌｅｏｐｈｉｌｉｃ）単量体または多親核性（ｐｏｌｙｎｕｃｌｅｏｐｈｉｌｉｃ）単量体であってもよいし、第２単量体は、二親電子性（ｄｉｅｌｅｃｔｒｏｐｈｉｌｉｃ）単量体または多親電子性（ｐｏｌｙｅｌｅｃｔｒｏｐｈｉｌｉｃ）単量体であってもよい。すなわち、それぞれの単量体は、２以上の反応性（例えば、親核性または親電子性）基を有することができる。親核および親電子の両方ともは業界で周知であり、当業者はその用途のために適当な単量体を選択することができる。第１および第２単量体は、界面重合反応を経て接触する場合、重合体マトリックス（すなわち、３次元重合体ネットワーク）を形成できるように選択されてもよい。第１および第２単量体は、重合反応を経て接触する場合、例えば、熱に露出、光放射または化学的架橋剤によって後続の架橋が可能な重合体生成物を形成できるように選択されてもよい。

第１単量体は、極性液体、好ましくは、水に溶解性であって極性混合物を形成するように選択可能である。一般的に、二官能性または多官能性親核性単量体は、１級または２級アミノ基を有することができ、芳香族（例えば、ジアミノベンゼン、トリアミノベンゼン、ｍ−フェニレンジアミン、ｐ−フェニレンジアミン、１，３，５−トリアミノベンゼン、１，３，４−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、２，４−ジアミノアニソールおよびキシレンジアミン）または脂肪族（例えば、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ピペラジンおよびトリス（２−ジアミノ−エチル）アミン）であってもよい。他の例において、極性液体および第１単量体は、同一の化合物であってもよい；すなわち、第１単量体は、別個の極性液体中に提供されて溶解しないことがある。

適当なアミン種の例は、２または３個のアミノ基を有する１級芳香族アミン類、例えば、ｍ−フェニレンジアミン、および２個のアミノ基を有する２級脂肪族アミン類、例えば、ピペラジンを含む。アミンは、通常、極性液体、例えば、水中の溶液であって微細多孔性支持体に塗布される。得られた極性混合物は、通常、アミンを約０．１重量％〜約２０重量％、好ましくは約０．５重量％〜約６重量％含む。多孔性支持層上に一旦コーティングされると、余分な極性混合物が選択的に除去される。極性混合物は水性である必要はないが、極性液体は、無極性液体と非混和性でなければならない。水が好ましい溶媒であるものの、アセトニトリルおよびジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）のような非水性極性溶媒が用いられてもよい。

極性混合物は、通常、ディッピング、浸漬、コーティング、スプレー、または任意の他の塗布手法によって多孔性支持層に塗布される。多孔性支持層に一旦コーティングされると、余分な極性混合物は、選択的には蒸発、排水、エアナイフ、ゴムワイパーブレード、ニップローラ（ｎｉｐ ｒｏｌｌｅｒ）、スポンジ、または他の装置または工程によって除去される。

多孔性支持層の表面上に識別層を形成する方法は、水相の表面上に多孔性支持層を浮遊させる（ｆｌｏａｔｉｎｇ）段階、または多孔性支持層の表面上に水相をキャスティングする段階；または多孔性支持層の表面上に水相をスプレーする段階；または水相内に多孔性支持層を浸漬する段階を含むことができる。水相内に多孔性支持体を浮遊させる段階または浸漬する段階を含む方法において、処理時間は、約１秒〜約２４時間以上の範囲で非常に広範に変化可能であるが、その処理時間は重要でない。一旦行われた処理は大体十分であるが、処理は２回以上行われる。

アミン（例えば、ＭＰＤ）と親電子体（例えば、ＴＭＣ）とが反応してポリアミド薄膜複合膜を形成するための代表的な条件は、ＭＰＤの濃度が極性相（水相）の約１重量％〜約６重量％の場合、約１０：１〜約２０：１の範囲にあるＭＰＤの濃度に対するＴＭＣの濃度の割合の使用を含む。一部の実施形態において、ＭＰＤの濃度に対するＴＭＣの濃度の割合は、約１０：１、または約１１：１、または約１２：１、または約１３：１、または約１４：１、または約１５：１、または約１６：１、または約１７：１、または約１８：１、または約１９：１、または約２０：１である。重合反応は、開放された環境で室温で行われたり、極性または非極性液体のうちのいずれか一方または両方ともの温度は、例えば、（２０℃〜２５℃の）室温を超えた温度または室温未満の温度で調節されたり制御される。識別層は、一旦形成されると、反応物の間の接触を抑制し、反応を遅延させる障壁として作用できる。識別層は、通常、非常に薄く水が染み込み可能であるが、塩水または汽水から除去される塩類のように、溶解、分散または懸濁された固体には相対的に不浸入性であるので、使用中の識別層は、精製された水を生成することができる。

一部の実施形態において、第２単量体は、十分な蒸気圧を有する単量体に対して、単量体が選択的に蒸気相から伝達できるとしても、無極性（有機相）液体と混和性で無極性混合物を形成するように選択可能である。第２単量体は、選択的には極性液体と非混和性であるように選択されてもよい。通常、第２単量体は、二親電子性単量体または多親電子性単量体であってもよい。親電子性単量体は、特性上芳香族であってもよいし、分子あたり２以上、例えば、３個の親電子性基を含有することができる。第２単量体は、トリメソイルハライドであってもよい。アシルハライド親電子性単量体の場合、アシルクロライド類は、相対的に安価な費用およびより大きい利用可能性によって、これに相応する臭化物またはヨウ化物より一般的にさらに適当である。

適当な多官能性アシルハライド類は、トリメソイルクロライド（ＴＭＣ）、トリメリット酸クロライド、イソフタロイルクロライド、テレフタロイルクロライド、および適当なアシルハライド類の類似する化合物またはブレンド（ｂｌｅｎｄ）を含む。他の例として、第２単量体は、フタロイルハライドであってもよい。

多官能性アシルハライドは、無極性有機液体中に、例えば、約０．０１重量％〜約１０．０重量％、または約０．０３重量％〜約３重量％または約０．０５重量％〜約５重量％の範囲で溶解できる。適当な無極性液体は、親電子性単量体（例えば、多官能性アシルハライド類）を溶解させることができ、極性液体（例えば、水）と非混和性である。一般的に、無極性有機液体は、界面重合で非活性の水−非混和性溶媒であり、ハライド化合物と化学的結合を形成せず、多孔性支持層を損傷させない。アシルハライドを溶解させるのに用いられる例示的な無極性有機液体は、Ｃ_８−Ｃ_２４炭化水素のような脂肪族炭化水素およびＩｓｏｐａｒ^ＴＭイソパラフィン流体（例えば、Ｉｓｏｐａｒ^ＴＭ Ｇ石油ナフサ、低悪臭、低級芳香族Ｃ_１０−Ｃ_１２イソアルカン類溶媒、ＥｘｘｏｎＭｏｂｉｌ、アービィング、テキサス州）およびＩｓａｎｅ（登録商標）イソパラフィン溶媒（Ｔｏｔａｌ Ｓｐｅｃｉａｌ Ｆｌｕｉｄｓ、ウダル（Ｏｕｄａｌｌｅ）、フランス）のようなイソパラフィン溶媒のような、これらの混合物を含む。使用された溶媒は、単一溶媒または溶媒の混合物であってもよい。

追加的な無極性液体は、有機相内に含まれてもよい。例えば、オゾン層に脅威を加えることなくその引火点および可燃性の側面で十分に安全で過度な予防措置を取る必要なしに通常の加工を経る無極性液体が選択可能である。これらは、Ｃ_５−Ｃ_７炭化水素およびより高い沸点の炭化水素および芳香族化合物、すなわち、Ｃ_８−Ｃ_２４炭化水素およびこれらのＣ_５−Ｃ_７対応物よりも適当な引火点を有するが、揮発性がより少ない混合物のように、約９０℃を超える沸点を有するものを含むことができる。有機相に含まれる例示的な無極性液体は、１，２，３−トリメチルベンゼン、１，２，４−トリメチルベンゼンおよび１，３，５−トリメチルベンゼンのようなトリメチルベンゼン類；１，２，３，４−テトラメチルベンゼン、１，２，４，５−テトラメチルベンゼンおよび１，３，４，５−テトラメチルベンゼンのようなテトラ−メチル−ベンゼン類；ペンタメチルベンゼン、ヘキサ−メチルベンゼン、ジ−イソプロピル−ベンゼン類、トリ−イソプロピル−ベンゼン類およびテトラ−イソプロピル−ベンゼンを含む。一部の実施形態において、有機相は、多官能性アシルハライドおよび１，３，５−トリメチルベンゼンを含む。

無極性混合物は、通常、ディッピング、浸漬、コーティング、スプレー、または任意の他の塗布手法によって塗布される。

一部の実施形態において、多官能性アシルハライド単量体（酸ハライドともいう）は、通常、有機相溶液を塗布することにより、多孔性支持層上にコーティングされる。アミン溶液が通常、先に多孔性支持体上にコーティングされた後、アシルハライド溶液が塗布される。単量体は、接触する場合に反応して、重合して支持層の上面に重合体（例えば、ポリアミド）マトリックス識別層を生成することができる。多官能性アミンおよびアシルハライド層のうちの１つまたは両方ともが、溶液から上述した水相および有機相の塗布によるもののように多孔性支持層に塗布されるが、これらは、蒸気蒸着または熱によるもののように他の手段によって代案的に塗布される。

水相および有機相溶液の間で支持層上に界面重合する前に一定の時間、例えば、１分〜最大１時間支持層を貯蔵することが有利であり得る。一部の実施形態において、識別層は、有機相溶液を支持層に塗布し、有機相溶液が塗布された後、少なくとも１０秒、好ましくは２分、およびより好ましくは５分後に水相を支持層上の有機相溶液に塗布することにより形成される。一部の実施形態において、識別層は、水相を支持層に塗布し、これを乾燥させた後に、有機相溶液を支持層相の乾燥した水相に塗布することにより形成されてもよい。

本発明の実行は、薄膜複合膜の全体形状に大きく依存しない。平らなシートおよび中空糸構成はこの全体形状に対する可能性のうち２つである。平らなシート膜に対して、識別層は、支持層の上面、下面または両表面上にあってもよい。中空糸膜の場合、識別層は、支持層の内面、支持層の外面、または支持層の内面および外面の両方ともの上にあってもよい。

Ｃ．モジュール

本願に記載の工程を用いて生成されたＴＦＣ膜は、中心多孔性透過収集チューブに螺旋状に巻取られて圧力容器内に使用のための半透過性膜モジュールを生成することができる。螺旋巻取濾過モジュール、これに相当する製造手法および運転方式の代表例は：米国特許番号第４，８４２，７３６号；第５，０９６，５８４号；第５，１１４，５８２号；第５，１４７，５４１号；第５，５３８，６４２号；第５，６８１，４６７号；第６，２７７，２８２号；および第６，８８１，３３６号；および米国特許公開番号第２００７／０２７２６２８号および第２００８／０２９５９５１号に記載されている。モジュールは、透過収集チューブの周囲に同心円的に巻取られた少なくとも１つの膜エンベロープ（ｅｎｖｅｌｏｐｅ）を含む。膜エンベロープは、好ましくは、膜シート周囲の一部に対して封印された１つ以上の膜シートから形成される。膜エンベロープの端は、膜エンベロープが透過収集チューブと流体連通するが、そうでなければ、膜エンベロープの外面を貫通する供給原料流体から封印されるように透過収集チューブに沿って軸方向に整列される。

通常の螺旋状に巻取られた半透過性膜モジュールは、シート−類似半透過性膜材料の個別的なエンベロープであって、その間にポリエステル繊維シート物質のような多孔性透過担持（ｐｅｒｍｅａｔｅ ｃａｒｒｙｉｎｇ）物質の層を狭持する複数の葉（ｌｅａｖｅｓ）を含む。半透過性膜物質は、本願に記載の工程を用いて生成された膜を含む。

圧力容器を介して末端から末端にポンピングされる供給原料水に対する流動通路を提供する合成フィラメント、例えば、ポリプロピレンの交差−押出された（ｃｒｏｓｓ−ｅｘｔｒｕｄｅｄ）フィラメントのスクリーン−類似十字形設計である織布または不織布または他の開放されたメッシュであってもよい、スペーサ（ｓｐａｃｅｒ）物質の長さが一般的に隣接した葉の間に狭持される。この後、そのような交互に置かれた葉とスペーサシートの適切な積層材（ｌａｙ−ｕｐ）は、多孔性側壁を有する中空チューブに螺旋状に巻取られて右側の円形円筒モジュールを生成する。

本願に記載の工程を用いて生成された膜を含有するモジュールを用いて、比較的低圧条件、すなわち、約２２５ｐｓｉ以下で、そして一部の実施形態において、約１５０ｐｓｉ以下の圧力で汽水から飲用水の流れを生成することができる。これらの低圧条件は、逆浸透システムに対して主に要求するものよりも中間程度の圧力定格を有する圧力容器、ポンプ、バルブおよび配管を用いるようにして高価な高圧ＲＯシステムの費用を回避できるということである。これは、標準高圧海水脱塩システムに比べて、初期資本費用だけでなく、運転費用を実質的に減少させる。資本費用は、運転圧力が従来の海水脱塩化システムで使用されるものの約２分の１〜約３分の２であり、約２２５ｐｓｉ以下の圧力に対して定格された圧力容器を用いることができて、高圧容器の設計および製作に関連する費用を回避できるため、著しく減少できる。また、運転圧力は、従来の海水ＲＯ脱塩化設備に要求されるものより低いため、電力費用がさらに低い。

平らな−シート形態の膜を製造する代案として、膜は、業界で知られているように、中空繊維で形成される。中空糸膜は、中空糸モジュールでポッティングされる（例えば、米国特許番号第５，０３２，２６８号；第５，１６０，６７３号；第５，１８３，５６６号；第５，４８４，５２８号；および第８，５５１，３８８号および米国特許出願公開番号第２０１１／００３１１８０号および第２０１５／０１０７４５５号参照）。

Ｄ．形成後処理

ポリアミド識別層を含むＴＦＣ膜が一旦形成されると、酸化剤および還元剤との形成後処理を経ることができる。ＴＦＣ膜はクーポン（ｃｏｕｐｏｎｓ）に切断され、クーポンは形成後処理を経ることができる。ＴＦＣ膜は、工程ライン、例えば、バッチ工程または連続工程で処理される。ＴＦＣ膜は、モジュール内にある間に形成後処理を経てもよいし、圧力容器内で処理される。

クーポンの処理

所望の寸法を有するクーポンは、ＴＦＣ逆浸透膜から切断される。この後、クーポンは、約１ｐｐｍ〜５０ｐｐｍまたは約５０ｐｐｍの酸化剤の量である酸化剤を含有する酸化溶液を含む水槽内に浸漬される。一部の実施形態において、酸化溶液は、水溶性であるか、水を含有する。例示的な酸化剤は、約７ｐｐｍ〜約３０ｐｐｍの量であるアルカリ−金属ハイポ亜塩素酸塩またはアルカリ−土−金属ハイポ亜塩素酸塩である。酸化溶液のｐＨは、１０〜１１の範囲であるか、約ｐＨ１０〜約ｐＨ１０．５、または１０．４以下のｐＨであってもよい。酸化溶液の温度は、約５℃〜約４０℃の範囲内であってもよい。好ましい露出温度は、約２０℃〜約２６℃のような周囲温度である。膜は、任意の圧力で酸化剤に露出できる。開放タンク内で、露出圧力は、約０．９８気圧（ａｔｍ）〜約１ａｔｍ、または約１０１．３２ｋＰａ〜約１０１．３２５ｋＰａ、または約１４．４ｐｓｉ〜約１４．７ｐｓｉのような周囲圧力であってもよい。加圧可能な閉鎖タンク内で、膜は、高圧で酸化剤に露出できる。露出圧力は、例えば、２５ｐｓｉまたは約２５ｐｓｉ〜１５０ｐｓｉまたは約１５０ｐｓｉ、例えば、１２５ｐｓｉであってもよい。クーポンは、酸化溶液に約５分〜約９０分の期間に露出できる。例示的な一実施形態において、酸化溶液は、ハイポ亜塩素酸塩イオンを含有し、露出時間は、約３０分である。

露出後に、酸化した膜を含むクーポンは、酸化溶液を含むタンクから除去され、脱イオン水または逆浸透水で洗浄される。洗浄は、１つの段階または複数の段階で行われる。例えば、クーポンは、脱イオン水または逆浸透水で少なくとも１分の期間にすすがれ、この後、選択的にクーポンを水槽内に少なくとも１分の期間に浸漬することができる。洗浄段階は、３０分以下、または１５分以下、または５分以下の期間に行われる。洗浄段階は、ディッピング、浸漬、コーティング、スプレー、または任意の他の塗布手法またはこれらの組み合わせによって行われる。

洗浄段階の後に、クーポンは、溶液の重量基準で約０．１重量％〜５重量％または約５重量％の還元剤の量で還元剤を含有する還元溶液を含む水槽内に浸漬される。酸化溶液での処理の末尾および還元溶液での処理の開始の間の時間は、一般的に６０分以下である。一部の実施形態において、還元溶液は、水溶性である。例示的な還元剤は、溶液の重量基準で約０．５重量％〜約１重量％の量であるアルカリ−金属メタ−重亜硫酸塩である。還元溶液のｐＨは、約３．５〜約８、または約５以下の範囲内であってもよい。還元溶液の温度は、約５℃〜約４０℃の範囲内であってもよい。好ましい露出温度は、約２０℃〜約２６℃のような周囲温度である。膜は、任意の圧力で還元剤に露出できる。開放タンク内で、露出圧力は、約０．９８気圧（ａｔｍ）〜約１ａｔｍ、または約１０１．３２ｋＰａ〜約１０１．３２５ｋＰａ、または約１４．４ｐｓｉ〜約１４．７ｐｓｉのような周囲圧力であってもよい。加圧可能な閉鎖タンク内で、膜は、高圧で還元剤に露出できる。露出圧力は、例えば、２５ｐｓｉまたは約２５ｐｓｉ〜１５０ｐｓｉまたは約１５０ｐｓｉ、例えば、１２５ｐｓｉであってもよい。クーポンは、還元溶液に約３０分以下、または１５分以下、または５分以下の期間に露出できる。

処理後に、処理されたクーポンは、還元溶液を含むタンクから除去され、脱イオン水または逆浸透水で洗浄される。洗浄は、１つの段階または複数の段階で行われる。例えば、クーポンは、脱イオン水または逆浸透水で少なくとも１分の期間にすすがれ、この後、選択的にクーポンを水槽内に少なくとも１分の期間に浸漬することができる。洗浄段階は、３０分以下、または１５分以下、または５分以下の期間に行われる。洗浄段階は、ディッピング、浸漬、コーティング、スプレー、または任意の他の塗布手法またはこれらの組み合わせによって行われる。

この後、処理されたクーポンは、例えば、平らなシートセル試験装置を用いて、室温および２２５ｐｓｉの応用圧力でＮａＣｌを２，０００ｐｐｍ含有する水溶液を用いて、塩通過および流水量について試験される。膜表面から除去された溶質の蓄積がバルク内での濃度より１０％以下のより高い濃度に至るように、２５００のレイノルズ数で試験が行われる。大部分の試験で、性能特性（例えば、流水量および脱塩率）が測定される前に１時間膜が稼働された。

工程ライン上での処理

ＴＦＣ膜は、一旦形成されると、工程ライン上で形成後処理を経ることができる。バッチまたは連続工程において、ＴＦＣ膜は、一連の処理タンクに向かうようになる。それぞれの処理タンクの大きさおよび／または構成および膜がタンクを介して移動する速度は調節されてそれぞれのタンク内で所望の処理時間を達成することができる。例えば、膜の速度は増加してタンク内での滞留時間を減少させたり、速度が減少してタンク内での滞留時間を増加させることができる。それぞれのタンク内での膜の経路の構成も調節されて処理タンク内で膜の滞留時間を調節することができる。例えば、図１に示されるように、反応タンクを介した単一通過の代わりに、タンク内で滞留時間を増加させるために、図２に示されるように、膜は、一連のループであるタンク内で液体に浸されたタンクを横切るように複数のガイドローラがタンク内に含まれてもよい。図１で、ＴＦＣ膜１１０は、入口ローラ１２０上を貫通してタンク１００内で反応溶液１０５に入る。ＴＦＣ膜１１０は、浸されたガイドローラ１３０上に走行し、出口ローラ１４０を介してタンクを抜け出る。図２で、ＴＦＣ膜１１０は、入口ローラ１２０上を貫通してタンク１００内で反応溶液１０５に入る。ＴＦＣ膜１１０は、出口ローラ１４０を介してタンクを抜け出る前に浸されたガイドローラ１３０、１３１、１３２、１３３および１３４上に走行する。ガイドローラは、所望の滞留時間を達成するために、タンクを介した経路長さを調節するために、任意の構成に位置できる。図示の図面が、膜がタンク内で反応溶液を通して垂直に横切るように位置したガイドローラを有するものの、ガイドローラは、膜が反応溶液を通して水平に横切るように位置するか、膜が垂直および水平構成の組み合わせによるか、反応溶液を通して対角線に反応溶液を横切るように位置してもよい。

例示的な一実施形態において、ＴＦＣ膜は、約１ｐｐｍ〜５０ｐｐｍまたは約５０ｐｐｍの酸化剤の量である酸化剤を含有する酸化溶液を含む第１水槽内に浸漬されて横切ることができる。一部の実施形態において、酸化溶液は、水溶性である。例示的な酸化剤は、アルカリ−金属ハイポ亜塩素酸塩またはアルカリ−土−金属ハイポ亜塩素酸塩であり、約５ｐｐｍ〜約５０ｐｐｍ、または約７ｐｐｍ〜約３５ｐｐｍの量で存在し得る。酸化溶液のｐＨは、１０〜１１の範囲であるか、約１０〜約１０．５のｐＨ、または１０．４以下のｐＨであってもよい。酸化溶液の温度は、約５℃〜約４０℃の範囲内であってもよい。好ましい露出温度は、約２０℃〜約２６℃のような周囲温度である。膜は、任意の圧力で酸化剤に露出できる。開放タンク内で、露出圧力は、約０．９８気圧（ａｔｍ）〜約１ａｔｍ、または約１０１．３２ｋＰａ〜約１０１．３２５ｋＰａ、または約１４．４ｐｓｉ〜約１４．７ｐｓｉのような周囲圧力であってもよい。加圧可能な閉鎖タンク内で、膜は、高圧で酸化剤に露出できる。露出圧力は、例えば、２５ｐｓｉまたは約２５ｐｓｉ〜１５０ｐｓｉまたは約１５０ｐｓｉ、例えば、１２５ｐｓｉであってもよい。膜は、酸化溶液に約５分〜約９０分の期間に露出できる。膜は、酸化溶液に約３０分以下、または１５分以下、または５分以下の期間に露出できる。例示的な一実施形態において、酸化溶液は、ハイポ亜塩素酸塩イオンを含有し、露出時間は、約３０分である。

露出後、処理された膜は、第１処理水槽を抜け出て脱イオン水または逆浸透水で洗浄される。洗浄は、１つの段階または複数の段階で行われる。例えば、膜は、脱イオン水または逆浸透水で少なくとも１分の期間にすすがれ、この後、選択的に膜を水槽に少なくとも１分の期間に通過させることができる。洗浄段階は、３０分以下、または１５分以下、または５分以下の期間に行われる。洗浄段階は、ディッピング、浸漬、コーティング、スプレー、または任意の他の塗布手法またはこれらの組み合わせによって行われる。

洗浄段階の後に、膜は、溶液の重量基準で約０．１重量％〜５重量％または約５重量％の量で還元剤を含む還元溶液中に浸漬できる第２処理水槽に向かうようになる。酸化溶液での処理の末尾および還元溶液での処理の開始の間の時間は、一般的に６０分以下である。一部の実施形態において、還元溶液は、水溶性である。例示的な還元剤は、溶液の重量基準で約０．５重量％〜約１重量％の量であるアルカリ−金属メタ−重亜硫酸塩である。還元溶液のｐＨは、約３．５〜約８、または約５以下の範囲内であってもよい。還元溶液の温度は、約５℃〜約４０℃の範囲内であってもよい。好ましい温度は、約２０℃〜約２５℃のような周囲温度である。膜は、任意の圧力で還元剤に露出できる。開放タンク内で、露出圧力は、約０．９８気圧（ａｔｍ）〜約１ａｔｍ、または約１０１．３２ｋＰａ〜約１０１．３２５ｋＰａ、または約１４．４ｐｓｉ〜約１４．７ｐｓｉのような周囲圧力であってもよい。加圧可能な閉鎖タンク内で、膜は、高圧で還元剤に露出できる。露出圧力は、例えば、２５ｐｓｉまたは約２５ｐｓｉ〜１５０ｐｓｉまたは約１５０ｐｓｉ、例えば、１２５ｐｓｉであってもよい。膜は、還元溶液に約３０分以下、または１５分以下、または５分以下の期間に露出できる。

露出後、処理された膜は、第２処理水槽を抜け出て脱イオン水または逆浸透水で洗浄される。洗浄は、１つの段階または複数の段階で行われる。例えば、膜は、脱イオン水または逆浸透水で少なくとも１分の期間にすすがれ、この後、選択的に膜を水槽に少なくとも１分の期間に通過させることができる。洗浄段階は、３０分以下、または１５分以下、または５分以下の期間に行われる。洗浄段階は、ディッピング、浸漬、コーティング、スプレー、または任意の他の塗布手法またはこれらの組み合わせによって行われる。この後、処理された膜は、モジュール内に貯蔵され／されたり用いられるか、例えば、汚染物質の吸着を回避するための表面処理の適用のような他の後処理プロセッシングに指向される。

モジュール内での膜の処理

一部の実施形態において、膜の形成後処理は、モジュール内の膜に行われる。モジュール内の膜は、中心多孔性透過収集チューブの周囲に螺旋状に巻取られてモジュールを形成することができる。例示的な一実施形態において、モジュールは、圧力容器内にローディングされ、約２５ｐｓｉ〜約１５０ｐｓｉ、例えば、１２５ｐｓｉの圧力で約５分〜約３０分の期間、または約２５分以下の期間に脱イオン水または逆浸透透過水を用いてすすがれる。

洗浄段階の後に、酸化剤を含有する酸化溶液は、構成要素に導入できる。酸化剤は、約１ｐｐｍ〜５０ｐｐｍまたは約５０ｐｐｍの量で存在し得る。一部の実施形態において、酸化溶液は、水溶性である。例示的な酸化剤は、約１ｐｐｍ〜約５０ｐｐｍの量であるアルカリ−金属ハイポ亜塩素酸塩またはアルカリ−土−金属ハイポ亜塩素酸塩である。酸化溶液のｐＨは、約１０〜約１１、または約１０〜約１０．５の範囲内であるか、または１０．４以下のｐＨであってもよい。酸化溶液の温度は、約５℃〜約４０℃の範囲内であってもよい。好ましい露出温度は、約２０℃〜約２５℃のような周囲温度である。

膜は、任意の圧力で酸化剤に露出できる。例えば、モジュールは、高圧で酸化溶液に接触できる。露出圧力は、例えば、２５ｐｓｉまたは約２５ｐｓｉ〜１５０ｐｓｉまたは約１５０ｐｓｉ、例えば、１２５ｐｓｉであってもよい。膜は、酸化溶液に約５分〜約９０分の期間に露出できる。例示的な一実施形態において、酸化溶液は、ハイポ亜塩素酸塩イオンを含有し、露出時間は、約３０分である。膜は、流れ続ける酸化溶液に露出できる。代案的に、酸化溶液は、所望の期間または浸入水内で測定された酸化剤の量が所定の水準に到達するまで膜を通して流れ、この後、酸化溶液の流れが中断され、酸化溶液は、モジュール内の膜内で所望の時間の量の間に相対的に停止したまま維持できる。例えば、ハイポ亜塩素酸塩イオンを含有する酸化溶液は、浸入水中の遊離塩素の測定量が酸化溶液中の遊離塩素の総量の少なくとも５０％、または少なくとも６０％、または少なくとも７０％、または少なくとも８０％、または少なくとも９０％の時までモジュールを介してポンピングできる。この後、膜を横切る酸化溶液の強制的な流れは中断される。

目的の露出時間の量の後に、処理された膜は、脱イオン水または逆浸透浸入水で洗浄される。膜は、脱イオン水または逆浸透水で少なくとも１分の期間または３０分以下または１５分以下または５分以下の期間にすすがれてもよい。

洗浄段階の後に、膜は、溶液の重量基準で約０．１重量％〜５重量％または約５重量％の量で還元剤を含む還元溶液での処理を経るようになる。酸化溶液での処理の末尾および還元溶液での処理の開始の間の時間は、一般的に６０分以下である。一部の実施形態において、還元溶液は、水溶性であるか、水を含有する。例示的な還元剤は、溶液の重量基準で約０．５重量％〜約１重量％の量であるアルカリ−金属メタ−重亜硫酸塩である。還元溶液のｐＨは、約３．５〜約８、または約５以下の範囲内であってもよい。還元溶液の温度は、約５℃〜約４０℃の範囲内であってもよい。好ましい温度は、約２０℃〜約２５℃のような周囲温度である。

膜は、任意の圧力で還元剤に露出できる。例えば、モジュールは、圧力容器内に維持され、高圧で還元溶液と接触できる。露出圧力は、例えば、２５ｐｓｉまたは約２５ｐｓｉ〜１５０ｐｓｉまたは約１５０ｐｓｉ、例えば、１２５ｐｓｉであってもよい。膜は、還元溶液に約６０分以下、または３０分以下、または１５分以下、または５分以下の期間に露出できる。目的の露出時間の量の後に、処理された膜を含むモジュールは、脱イオン水または逆浸透浸入水で洗浄される。膜は、脱イオン水または逆浸透水で少なくとも１分の期間または３０分以下または１５分以下または５分以下の期間にすすがれてもよい。

代案的に、酸化剤に露出して酸化した膜を形成した後に、モジュールは、圧力容器から除去され、還元溶液を含有するタンク内に置かれてもよい。開放タンク内で、露出圧力は、約０．９８気圧（ａｔｍ）〜約１ａｔｍ、または約１０１．３２ｋＰａ〜約１０１．３２５ｋＰａ、または約１４．４ｐｓｉ〜約１４．７ｐｓｉのような周囲圧力であってもよい。膜は、還元溶液に約６０分以下、または３０分以下、または１５分以下、または５分以下の期間に露出できる。目的の露出時間の量の後に、処理された膜を含むモジュールは、脱イオン水または逆浸透浸入水で洗浄される。膜は、脱イオン水または逆浸透水で少なくとも１分の期間または３０分以下または１５分以下または５分以下の期間にすすがれてもよい。一部の応用において、還元溶液は、モジュール内で維持できる。

Ｆ．膜特性

流水量は、方程式１を用いて透過水の流れを測定することにより決定できる：

脱塩率（Ｒ、％）は、方程式２を用いて計算される：

ここで、Ｃ_ｆは、供給原料水中の塩の濃度であり、Ｃ_ｐは、透過水中の塩の濃度であり、両方ともは、補正された導電計を用いて測定される。

Ｇ．実施例

実施例１−ＴＦＣ膜の製造

水相を製造した。水相は、４．５重量％トリエチルアミンカンファースルホネート（ＴＥＡＣＳＡ、Ｓｕｎｌａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ、ロサンゼルス、カリフォルニア州）、３．５重量％ｍ−フェニレンジアミン（ＭＰＤ、Ｄｕｐｏｎｔ、ウィルミントン、デラウェア州）および（Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ、ウォルサム、マサチューセッツ州）から入手可能な０．０６重量％ラウリル硫酸ナトリウム（ＳＬＳ）、１重量％ヘキサメチルホスホアミド（ＨＭＰＡ）（Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ、セントルイス、ミズーリ州）および０．１１重量％Ｓｒ（Ｆ６ａｃａｃ）_２を含有し、Ｆ６ａｃａｃは、１，１，１，５，５，５−ヘキサフルオロアセチル−アセトネートを指し示す（２０１５年６月３日付で提出された米国特許出願系列番号第１４／７３０，１５１号参照）。成分の添加順序の任意の順列が用いられるが、まず、脱イオン（ＤＩ）水を混合容器に添加し、この後、ＴＥＡＣＳＡ、ＭＰＤおよびＳＬＳ、ＨＭＰＡおよびＳｒ（Ｆ６ａｃａｃ）_２を添加することにより、水相を製造した。

有機相を製造した。有機相溶液は、イソパラフィン溶媒であるＩｓｏｐａｒ^ＴＭ Ｇ溶媒（テキサス州ヒューストン所在のＥｘｘｏｎＭｏｂｉｌｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ社の低悪臭、低級芳香族炭化水素溶媒）中に０．２８７重量％ＴＭＣ（Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ、セントルイス、ミズーリ州）および４重量％メシチレン（１，３，５−トリメチルベンゼン、Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ、セントルイス、ミズーリ州）を含有した。Ｉｓｏｐａｒ Ｇを容器に入れて、ＴＭＣおよびメシチレンを任意の順序で混合することにより、有機相を製造した。

膜形成

ポリエステル不織布強化ポリスルホン支持体を使用した。水相を周囲温度（２５℃）および圧力（１気圧）でポリスルホン支持体に塗布した。１０秒後に、支持体層の表面上に残っている任意の余分な水溶液を吸収したり、ローラまたはエアナイフで押して任意の液滴を除去した。表面から液滴を除去した後に、有機相を塗布した。１０秒後に、膜の配向を変更して任意の余分な有機相が排出されるようにし、膜を１０秒間排出するようにした。この後、ウェブが９５℃の温度に到達するオーブン内で膜を乾燥した。膜は、オーブン内に６分間とどまった。この後、膜を６０℃の水で６〜８分間すすいだ。

比較例２〜４および実施例５

膜は、形成後処理を経た。比較例２において、試験前に、実施例１のＴＦＣ膜を周囲温度および圧力で総４５分の時間の間脱イオン水で処理した。比較例３に対して、実施例１のＴＦＣ膜を周囲温度および圧力で３５分間脱イオン水で処理した後、１重量％ナトリウムメタ−重亜硫酸塩を含有する水溶液に露出させた後に、脱イオン水で５分の期間にすすぎ段階を経た。比較例４に対して、実施例１のＴＦＣ膜を周囲温度および圧力で３０分間（ハイポ亜塩素酸ナトリウムから）３０ｐｐｍハイポ亜塩素酸塩イオンを含有する水溶液で処理した後に、脱イオン水で１５分の期間にすすぎ段階を経た。

実施例５に対して、実施例１のＴＦＣ膜を周囲温度および圧力で３０分間（ハイポ亜塩素酸ナトリウムから）３０ｐｐｍハイポ亜塩素酸塩イオンを含有する水溶液で処理した後に、周囲温度および圧力で５分間脱イオン水ですすぎ段階を経た後、１重量％ナトリウムメタ−重亜硫酸塩（ＳＭＢ）を含有する水溶液に５分間露出させた後に、脱イオン水で５分の期間にすすぎ段階を経た。

平らなシートセル試験装置内で膜性能を測定した。膜表面で除去された溶質の蓄積がバルク内での濃度より１０％以下のより高い濃度に至るように、２５００のレイノルズ数で試験を行った。試験は、２５℃、２２５ｐｓｉで汽水（脱イオン水または逆浸透水中の２，０００ｐｐｍ ＮａＣｌ）に対して行われた。膜は、性能特性（例えば、水気流量および脱塩率）が測定される前に１時間稼働された。処理された膜は、一晩中稼働した後に、再び試験された。方程式１を用いて、前記記載のように、透過水の流れの測定によって流水量を決定した。供給原料水中の塩の濃度（Ｃ_ｆ）および透過水中の塩の濃度（Ｃ_ｐ）は、補正された導電計を用いて測定し、脱塩率Ｒ（％）を方程式２を用いて計算した。比較例２〜４および実施例５の膜に対する結果は表１に示されている。

膜特性

データから分かるように、ハイポ亜塩素酸塩イオンで処理した後に、ナトリウムメタ−重亜硫酸塩で処理してクエンチングした実施例５の膜は、流量において最高の改善および脱塩率に肯定的な影響も示された。

比較例６および実施例７

ポリアミド識別層を含むＴＦＣ膜を実施例１に記載されているように製造した。未処理膜の性能を試験した。別途の膜は、異なる２つの処理を経た。比較例６において、水中の３０ｐｐｍハイポ亜塩素酸ナトリウムで１０．５のｐＨで１２５ｐｓｉおよび２５℃で３０分間膜を処理した後に、膜を脱イオン水で５分間洗浄した。この後、洗浄された膜を脱イオン水の水槽に移し入れて、性能試験前に水槽内で２日間濡れるようにした。

実施例７において、水中の３０ｐｐｍハイポ亜塩素酸ナトリウムで１０．５のｐＨで１２５ｐｓｉおよび２５℃で３０分間膜を処理した後に、膜を脱イオン水で５分間洗浄した後に、脱イオン水で５分間洗浄した。この後、洗浄された膜を０．２重量％ＳＭＢを含む水槽に移し入れて、性能試験前にＳＭＢ水槽内で２日間濡れるようにした。

平らなシートセル試験装置内で膜性能を測定した。膜表面で除去された溶質の蓄積がバルク内での濃度より１０％以下のより高い濃度に至るように、２５００のレイノルズ数で試験を行った。試験は、２５℃、２２５ｐｓｉで汽水（脱イオン水または逆浸透水中の２，０００ｐｐｍ ＮａＣｌ）に対して行われた。膜は、性能特性（例えば、水分流量および脱塩率）が測定される前に１時間稼働された。方程式１を用いて、前記記載のように透過水の流れの測定によって流水量を決定した。供給原料水中の塩の濃度（Ｃ_ｆ）および透過水中の塩の濃度（Ｃ_ｐ）は、補正された導電計を用いて測定し、脱塩率Ｒ（％）を方程式２を用いて計算した。比較例６および実施例７の膜に対する結果は表２に示されている。

膜性能

＊変化は、最初の性能値に関するものである。

データは、膜の脱塩率および流量がＮａＯＣｌでの処理によって向上したことを示す。比較例６において、脱塩率における最初の改善は脱イオン水に４８時間濡れた後に失われ（９９．５１％の脱塩率から９９．２４％の脱塩率に戻る）、流量は最初の試験データに比べて著しく増加した。これは、残留活性塩素による重合体の劣化の証拠である。実施例７のＳＭＢ処理された膜で、流量および脱塩率の両方ともの改善が維持された。４８時間の浸漬期間の後に、流量および脱塩率において改善があった。比較例６に記載されているように処理された膜は、処理後の黄色／オレンジ色を有するが、これは、未処理膜の色変化とは著しい色変化である。これと逆に、実施例７に記載されているように処理された膜は、黄色／オレンジ色を有しておらず、その色は未処理膜の色と実質的に変化はなかった。

比較例８

ポリアミド識別層を含むＴＦＣ膜を実施例１に記載されているように製造した。未処理膜の性能を試験した。膜を水中の３０ｐｐｍハイポ亜塩素酸ナトリウムで１０．５のｐＨで周囲圧力および２５℃で３０分間処理した後に、膜を脱イオン水で５分間洗浄した。膜の性能を洗浄段階の後に試験した。この後、洗浄された膜を脱イオン水の水槽に移し入れて、脱イオン水中に一晩中濡れるようにし、性能試験を繰り返した。結果は表３に示す。

ＳＭＢ処理なしでの膜性能

データから分かるように、膜を３０ｐｐｍハイポ亜塩素酸塩で３０分間処理して水で洗浄した後、流水量および脱塩率の増加を観察した。しかし、脱イオン水中に膜を一晩中維持して脱塩率の減少をもたらした。これは、膜低下の証拠であり、ハイポ亜塩素酸塩処理後、水で洗浄したにもかかわらず、残留塩素が残存し、膜を攻撃し続けることを示唆する。

実施例９

ポリアミド識別層を含むＴＦＣ膜を実施例１に記載されているように製造した。未処理膜の性能を試験した。膜を水中の３０ｐｐｍハイポ亜塩素酸ナトリウムで１０．５のｐＨで周囲圧力および２５℃で３０分間処理した後に、膜を脱イオン水で５分間洗浄した後に、０．２重量％ＳＭＢで５分間処理した。膜の性能をＳＭＢ処理後に試験した。この後、洗浄された膜を０．２重量％ＳＭＢ水槽に移し入れて、一晩中濡れるようにし、性能試験を繰り返した。結果は表４に示す。

ＳＭＢ処理ありでの膜性能

データから分かるように、膜を３０ｐｐｍハイポ亜塩素酸塩で３０分間処理し、近い時間的連結にＳＭＢで処理した後、流水量および脱塩率の増加を観察した。膜をＳＭＢに一晩中維持した後に、脱塩率に変化が観察されずかつ、流量において若干の改善が観察された。データは、短い時間内にＳＭＢで塩素酸化剤をクエンチングすると残存し得る任意の残留塩素を破壊したり中和させ、膜を過度な塩素処理および構造的損失を経るようにする段階を最小化したり除去することを示す。

実施例１０

ポリアミド識別層を含むＴＦＣ膜を圧力容器内に本願に提供された方法を用いて処理した。実施例１に記載されているように製造されたポリアミド識別層を含む螺旋状に囲まれた膜を含む構成要素を圧力容器にローディングし、水溶液中の３０ｐｐｍ ＮａＯＣｌに、１０．４ｐＨ、１２５ｐｓｉ、２５℃で３０分間処理した後に逆浸透水で５分洗浄した。繰り返し実験を６回行った。膜性能を測定した。２２５ｐｓｉ、２５℃で汽水（脱イオン水または逆浸透水中の２，０００ｐｐｍ ＮａＣｌ）に対して試験を行った。この後、モジュールを０．２重量％ナトリウムメタ−重亜硫酸塩を含有する水溶液で２５℃で３０分間処理し、膜性能を再び試験した。膜を酸化剤に露出させる期間の末尾と酸化した膜の還元剤への露出開始との間の時間の量は、６０分未満であった。結果の平均は表５に示す。

モジュール膜性能

データから分かるように、モジュール内の膜を３０ｐｐｍハイポ亜塩素酸塩で３０分間処理した後、近い時間的連結にＳＭＢで処理した後（６０分未満）、流水量および脱塩率の増加を観察した。膜をＳＭＢに一晩中維持した後に、脱塩率に変化が観察されずかつ、流量において若干の改善が観察された。データは、モジュール内で酸化剤で処理の短い時間内にＳＭＢで塩素酸化剤をクエンチングすると残存し得る任意の残留塩素を破壊したり中和させ、膜を過度な塩素処理および構造的損失を経るようにする段階を最小化したり除去することを示す。

実施例１１および比較例１２〜１４

ポリアミド識別層を含むＴＦＣ膜を製造した。水相は、６．７５重量％ＴＥＡＣＳＡ、３．５重量％ＭＰＤ、０．０６重量％ＳＬＳ、０．５重量％ＨＭＰＡおよび０．０７重量％Ｓｒ（Ｆ６ａｃａｃ）_２を含有した。成分の添加順序の任意の順列が用いられるが、まず、脱イオン水を混合容器に添加し、この後、ＴＥＡＣＳＡ、ＭＰＤおよびＳＬＳ、ＨＭＰＡおよびＳｒ（Ｆ６ａｃａｃ）_２を添加することにより、水相を製造した。有機相溶液は、イソパラフィン溶媒であるＩｓｏｐａｒ^ＴＭ Ｇ溶媒中で０．２８７重量％ＴＭＣおよび４重量％メシチレンを含有した。Ｉｓｏｐａｒ Ｇを容器に入れて、ＴＭＣおよびメシチレンを任意の順序で混合することにより、有機相を製造した。

膜形成

ポリエステル不織布強化ポリスルホン支持体を用いた。水相を周囲温度（２５℃）および圧力（１気圧）でポリスルホン支持体に塗布した。１０秒後に、支持体層の表面上に残っている任意の余分な水溶液を吸収したり、ローラまたはエアナイフで押して任意の液滴を除去した。表面から液滴を除去した後に、有機相を塗布した。１０秒後に、膜の配向を変更して任意の余分な有機相が排出されるようにし、膜を１０秒間排出するようにした。この後、ウェブが９５℃の温度に到達するオーブン内で膜を乾燥した。膜は、オーブン内に６分間とどまった。この後、膜を６０℃の水で６〜８分間すすいだ。

膜を水溶液中の０ｐｐｍ〜６００ｐｐｍの多様な量のハイポ亜塩素酸ナトリウムで約１０のｐＨ、１２５ｐｓｉ、２５℃で３０分間処理した後に、逆浸透水で５分間洗浄した後に、別途の膜それぞれを水溶液中で還元剤として０．２重量％ナトリウムメタ−重亜硫酸塩（ＳＭＢ）で３０分間処理した。実施例１１に対して、膜を７ｐｐｍ ＮａＯＣｌで処理した後、洗浄し、ＭＳＢで処理した。比較例１２に対して、膜を０ｐｐｍ ＮａＯＣｌで処理した後、洗浄し、ＭＳＢで処理した。比較例１３に対して、膜を１２０ｐｐｍ ＮａＯＣｌで処理した後、洗浄し、ＭＳＢで処理した。比較例１４に対して、膜を６００ｐｐｍ ＮａＯＣｌで処理した後、洗浄し、ＭＳＢで処理した。

ＳＭＢで処理した後に、膜を逆浸透水で洗浄し、平らなシートセル試験装置を用いて流量および脱塩率について試験した。結果は下表６に示す。

膜性能

表に示したデータは、膜の最初の性能を異なる水準のＣｌで塩素処理した後に、ＳＭＢ露出したものと比較した。任意の塩素処理なしでのＳＭＢでの処理（比較例１２）で膜内に最初の流量が増加する。このような流量増加は一時的なものであり、連続的な運転を数時間行った後に消える一時的な効果に過ぎない。しかし、膜を酸化剤で処理した後に、近い時間的連結に還元剤で処理すると膜性能に永久効果を有する。データは、塩素処理後、流量はＣｌ水準の増加とともに増加することを示す。脱塩率値は、より低いＣｌ濃度で増加した後に、高い水準のＣｌで急激に増加する。最大１２０ｐｐｍ Ｃｌでの処理に対する最初のデータは、未処理膜に比べて改善されることを示したものの、クエンチング前に５０ｐｐｍを超えたＣｌ水準に長い期間露出すると膜を弱化させかねず、膜の安定性および長期性能に悪影響がある。５０ｐｐｍを超えたＣｌ水準に長い期間露出すると洗浄用化学物質に対する抵抗性が減少した膜になることを観察した。弱化した膜性能は、膜を洗浄する間に現れることがあるが、この期間に膜がｐＨの極値（ｐＨ値はｐＨ２からｐＨ１３まで多様であり得る）に露出できる。一部の実施形態において、５０ｐｐｍ未満および、特に３５ｐｐｍ未満の遊離Ｃｌ水準で処理した後、還元剤でクエンチングすると、流量および脱塩率の両方ともにおいて著しい増加提供しながら、膜性能に及ぼす塩素処理の任意の否定的な効果を最小化することを確認した。

本発明の思想または範囲を逸脱することなく本発明で多様な変形および変化が可能であることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、本発明の変形および変更が添付した特許請求の範囲およびその均等物の範囲内にあればこれを含むとの意図である。ここで、本実施形態に係る発明の例を項目として記載する。
［項目１］
ポリアミド識別層を含む薄膜複合（ＴＦＣ）膜の流水量を改善する方法であって、
ａ）前記ＴＦＣ膜を約７ｐｐｍ〜約３５ｐｐｍの量の酸化剤を含有する酸化溶液で約１０．４以下のｐＨで少なくとも５分の期間に処理し、前記ポリアミド識別層と反応して処理された膜を形成する段階；および
ｂ）前記処理された膜を還元剤を含有する還元溶液で約４〜約８のｐＨで少なくとも１分の期間に接触する段階を含み、
段階ａ）および段階ｂ）の間に近い時間的連結がある
方法。
［項目２］
前記膜を前記酸化溶液で処理する段階の時間の終結と前記酸化した膜を前記還元剤と接触する段階の間の時間の量は、約６０分以下である、
項目１に記載の方法。
［項目３］
前記酸化溶液での処理の期間は、約５分〜約９０分である、
項目１または２に記載の方法。
［項目４］
前記還元溶液での処理の期間は、約１分〜約６０分である、
項目１から３のいずれか１項に記載の方法。
［項目５］
前記還元溶液は、分子塩素、次亜塩素酸またはハイポ亜塩素酸塩イオン、またはこれらの組み合わせを含む、
項目１から４のいずれか１項に記載の方法。
［項目６］
前記還元溶液は、アルカリ−金属メタ−重亜硫酸塩を含む、
項目１から５のいずれか１項に記載の方法。
［項目７］
段階ａ）および段階ｂ）の間に、洗浄段階をさらに含む、
項目１から６のいずれか１項に記載の方法。
［項目８］
前記酸化溶液は、約７ｐｐｍ〜約３５ｐｐｍの量で遊離塩素を含み；
前記還元溶液は、約０．１重量％〜約５重量％の量で塩素除去剤を含むものである、
項目１から７のいずれか１項に記載の方法。
［項目９］
前記塩素除去剤は、アルカリ−金属重亜硫酸塩、アルカリ−土−金属重亜硫酸塩、アルカリ−金属メタ−重亜硫酸塩、アルカリ−金属チオ硫酸塩、アルカリ−土−金属チオ硫酸塩、および過酸化水素、およびこれらの組み合わせからなる群より選択される、
項目８に記載の方法。
［項目１０］
前記酸化溶液は、約７ｐｐｍ〜約３５ｐｐｍの量で遊離塩素を含み；
前記還元溶液は、約０．１重量％〜約５重量％の量でアルカリ−金属メタ−重亜硫酸塩を含む、
項目１から７のいずれか１項に記載の方法。
［項目１１］
前記ＴＦＣ膜は、２，０００ｐｐｍ以下のＮａＣｌを含有する汽水の精製方法に用いられる、
項目１から１０のいずれか１項に記載の方法。
［項目１２］
前記ＴＦＣ膜は、海水の精製方法に用いられる、
項目１から１０のいずれか１項に記載の方法。

Claims (10)

1. ポリアミド識別層を含む薄膜複合膜（ＴＦＣ膜）の流水量を改善する方法であって、
   ａ）前記ＴＦＣ膜を７ｐｐｍ〜３５ｐｐｍの量の酸化剤を含有する酸化溶液で、８以上１１以下のｐＨで５分から９０分の期間に処理し、前記ポリアミド識別層と反応して処理された膜を形成する段階；および
   ｂ）前記処理された膜を還元剤を含有する還元溶液で４〜８のｐＨで少なくとも１分の期間に接触する段階を含み、
   前記膜を前記酸化溶液で処理する段階の時間の終結と酸化した前記膜を前記還元剤と接触する段階の間の時間の量は、６０分以下であり、
   前記酸化剤は、塩素源であり、
   前記還元剤は、塩素除去剤である、
   方法。
2. 前記還元溶液での処理の期間は、１分〜６０分である、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記酸化溶液は、分子塩素、次亜塩素酸またはハイポ亜塩素酸塩イオン、またはこれらの組み合わせを含む、
   請求項１または２に記載の方法。
4. 前記還元溶液は、アルカリ−金属重亜硫酸塩、アルカリ−土−金属重亜硫酸塩、アルカリ−金属メタ−重亜硫酸塩、アルカリ−金属チオ硫酸塩、アルカリ−土−金属チオ硫酸塩、および過酸化水素、およびこれらの組み合わせからなる群より選択される還元剤を含む、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記還元溶液は、アルカリ−金属メタ−重亜硫酸塩を含む、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
6. 段階ａ）および段階ｂ）の間に、洗浄段階をさらに含む、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記酸化溶液は、７ｐｐｍ〜３５ｐｐｍの量で遊離塩素を含み；
   前記還元溶液は、０．１重量％〜５重量％の量で還元剤を含むものである、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記酸化溶液は、７ｐｐｍ〜３５ｐｐｍの量で遊離塩素を含み；
   前記還元溶液は、０．１重量％〜５重量％の量でアルカリ−金属メタ−重亜硫酸塩を含む、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記ＴＦＣ膜は、２，０００ｐｐｍ以下のＮａＣｌを含有する汽水の精製方法に用いられる、
   請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記ＴＦＣ膜は、海水の精製方法に用いられる、
    請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。

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