JP7103711B2 - 分離膜リーフ、これを含む渦巻型モジュールおよび装置 - Google Patents

分離膜リーフ、これを含む渦巻型モジュールおよび装置 Download PDF

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Description

本出願は、２０１８年７月２７日付で韓国特許庁に提出された韓国特許出願第１０－２０１８－００８７８１９号の出願日の利益を主張し、その内容のすべては本明細書に組み込まれる。
本明細書は、分離膜リーフ、これを含む渦巻型モジュールおよび装置に関する。
分離膜の製造および工程技術は、高純度、高機能性物質の製造と地球環境保護などの社会的要求によって、簡単な実験実績規模から産業分野の大規模工程に至るまで広範に応用されている。
そのうち、全世界的に地球温暖化による水不足現象が深刻化している中、代替水資源確保技術である水浄化技術が注目されている。したがって、海水淡水化、水の再利用など代替水資源を活用した次世代水道事業の核心技術である逆浸透膜（Ｒｅｖｅｒｓｅ ｏｓｍｏｓｉｓ ｍｅｍｂｒａｎｅ）を用いた水処理工程が水産業市場を主導すると予想されている。このような逆浸透膜による逆浸透膜透過水は純粋な水或いは限りのない純粋な水に近い水になって、医療用の無菌水や人工透析用精製水、或いは電子産業の半導体の製造用水など多様な分野で用いられている。
また、分離膜は、水素、酸素をはじめとするガス分離分野などに広範に拡大適用されている。
本明細書は、分離膜リーフ、これを含む渦巻型モジュールおよび装置を提供する。
本明細書の一実施態様は、分離膜と、供給側流路材と、透過側流路材とを含む分離膜リーフにおいて、前記透過側流路材は、トリコットを含み、前記トリコットは、接着部を含み、前記接着部の少なくとも一部は、残りに比べて前記トリコットの低密度部である分離膜リーフであって、前記トリコットは、１つ以上のウェール（Ｗａｌｅ）および１つ以上のコース（Ｃｏｕｒｓｅ）を含み、前記トリコットは、前記いずれか１つのウェールと前記いずれか１つのコースとが交差した交差点を含み、前記低密度部の前記ウェールが並ぶ方向に平行に並ぶ２つの交差点間の平均距離が、前記低密度部以外の部分の前記ウェールが並ぶ方向に平行に並ぶ２つの交差点間の平均距離の１．２５倍以上である分離膜リーフを提供する。
本明細書のもう一つの実施態様は、前記分離膜リーフを含む渦巻型モジュールを提供する。
本明細書のもう一つの実施態様は、前記渦巻型モジュールを１つ以上含む装置を提供する。
本明細書の一実施態様に係る分離膜リーフを渦巻型モジュールに適用する場合、前記渦巻型モジュールの安定した製造が可能である。また、前記渦巻型モジュールの塩除去率性能が向上する。
本明細書の一実施態様に係る分離膜リーフを示す図である。 本明細書の一実施態様に係る分離膜リーフの斜視図を示す。 本明細書の一実施態様に係るトリコットを示す図である。 本明細書の一実施態様に係る接着部を含まないトリコットを示す図である。 比較例によるトリコットを示す図である。 本明細書の一実施態様に係る分離膜を示す図である。 本明細書の一実施態様に係る渦巻型モジュールを示す図である。 本明細書の一実施態様に係るトリコットのサンプル写真を示す図である。 実施例および比較例による渦巻型モジュールのＩ－ＭＲ管理図をグラフで示す。 トリコットの全面積にわたって密度が一定のトリコットのサンプル写真を示す。 低密度部を含むトリコットのサンプル写真を示す。 本明細書の一実施態様に係るトリコットの低密度部以外の部分のウェールが並ぶ方向に平行に並ぶ２つの交差点間の距離を測定して記したトリコットのサンプル写真を示す。 本明細書の一実施態様に係るトリコットの低密度部のウェールが並ぶ方向に平行に並ぶ２つの交差点間の距離を測定して記したトリコットのサンプル写真を示す。 本明細書の一実施態様に係るトリコットを示す図である。
本明細書において、ある部材が他の部材の「上に」位置しているとする時、これは、ある部材が他の部材に接している場合のみならず、２つの部材の間にさらに他の部材が存在する場合も含む。
本明細書において、ある部分がある構成要素を「含む」とする時、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに包含できることを意味する。
本明細書において、「リーフ」とは、分離膜モジュールに用いられる構成要素であって、分離膜、流路材、トリコット、供給通路、および透過通路を含む構成要素を意味する。
以下、本明細書についてより詳細に説明する。
本明細書の一実施態様は、分離膜と、供給側流路材と、透過側流路材とを含む分離膜リーフにおいて、前記透過側流路材は、トリコットを含み、前記トリコットは、接着部を含み、前記接着部の少なくとも一部は、残りに比べて前記トリコットの低密度部である分離膜リーフであって、前記トリコットは、１つ以上のウェール（Ｗａｌｅ）および１つ以上のコース（Ｃｏｕｒｓｅ）を含み、前記トリコットは、前記いずれか１つのウェールと前記いずれか１つのコースとが交差した交差点を含み、前記低密度部の前記ウェールが並ぶ方向に平行に並ぶ２つの交差点間の平均距離が、前記低密度部以外の部分の前記ウェールが並ぶ方向に平行に並ぶ２つの交差点間の平均距離の１．２５倍以上である分離膜リーフを提供する。
具体的には、本明細書の一実施態様は、分離膜と、供給側流路材と、透過側流路材とを含む分離膜リーフにおいて、前記分離膜の一面に供給通路を形成し、前記分離膜の一面に対向する反対面に透過通路を形成し、前記供給側流路材は、前記供給通路に位置し、前記透過側流路材は、前記透過通路に位置し、前記透過側流路材は、トリコットを含み、前記トリコットは、接着部を含み、前記接着部の少なくとも一部は、残りに比べて前記トリコットの低密度部である分離膜リーフを提供する。
本明細書の他の実施態様は、前記分離膜リーフを含む渦巻型モジュールを提供する。
前記渦巻型モジュールを製造する時、前記供給通路を通して流入する原水と、前記透過通路を通して流出する生産水との混入を防止するために、前記渦巻型モジュールに含まれる前記分離膜リーフの縁部に接着部が備えられる。
前記「接着部」は、前記分離膜リーフに含まれる前記分離膜と前記トリコットとが接着する部分を称し、前記トリコットに含まれる接着部と前記分離膜の密封性が高いほど、原水と生産水との混入を効率的に遮断することができる。
前記接着部を形成する時、接着剤が前記トリコットの空白によく満たされないことがあるが、これは、前記分離膜リーフを製造する過程で流入した気泡が前記トリコットの空白に残ったり、前記接着剤が他の物質との反応によって気体が発生して、前記トリコットの空白に残りうるからである。前記トリコットの空白は、トリコットを構成する織物のループ（ｌｏｏｐ）またはステッチ（ｓｔｉｔｃｈ）を意味することができる。
このため、本発明は、前記トリコットの織り密度を低下させた局部的領域を含ませて、前記分離膜リーフの製造過程において発生しうる気泡を前記織り密度の低い局部的領域に配置させて、前記織り密度を低下させた局部的領域を除いた部分に接着剤を満たすことにより、前記接着部の密封性を向上させることができる。
これによって、前記トリコットを含む本明細書の一実施態様に係る分離膜リーフの安定した製造が可能であり、前記分離膜リーフを含む渦巻型モジュールを駆動する場合、塩除去率の性能を向上させることができる。
すなわち、本発明は、前記トリコットの密封性を向上させて、前記トリコットを含む分離膜リーフおよび渦巻型モジュールの塩除去率を向上させることが、解決しようとする主な課題である。これは、トリコットの少なくとも一部の厚さを薄くすることで、分離膜リーフの活性面積を高めて透過流量を向上させる目的とは異なる。
前記織り密度を低下させた局部的領域とは、本明細書において、前記「少なくとも一部」を意味し、前記トリコットの「低密度部」を意味することができる。
本明細書の一実施態様は、前記分離膜は、半分に折り畳まれ、前記折り畳まれた分離膜の内側面に供給通路を形成し、前記折り畳まれた分離膜の外面に透過通路を形成し、前記供給側流路材は、前記供給通路に位置し、前記透過側流路材は、前記透過通路に位置するものである、分離膜リーフを提供する。
本明細書の一実施態様において、前記流路材は、前記供給通路を通して流入する原水、または前記透過通路を通して流入する生産水が流出可能な空間を設ける流路の役割を果たす。
本明細書の一実施態様において、前記供給通路は、供給スペーサまたはフィードスペーサ（ｆｅｅｄ ｓｐａｃｅｒ）で表現されてもよいし、外部から異物が含まれた水（原水）が収容できるように、１つの分離膜と他の１つの分離膜との間の間隔を一定に維持させる役割を果たすことができる。
前記供給通路は、前記分離膜が効果的に原水に含まれた異物を濾過させることができるように、前記分離膜の表面を遮ることを最小化して構成されることが好ましい。
本明細書の一実施態様において、前記透過通路は、内部スペーサまたは透過スペーサ（ｐｅｒｍｅａｔｅ ｓｐａｃｅｒ）で表現されてもよいし、前記分離膜によって濾過した生産水が収容できるように、半分に折り畳まれた１つの分離膜の内部の空間または通路を意味する。
本明細書の一実施態様において、前記トリコット（ｔｒｉｃｏｔ）は、前記透過側流路材に含まれる。前記トリコットは、織物または編物からなる構造を有し、生産水が流出可能な空間を設けることができるように、多孔性表面の構造を有する。
本明細書の一実施態様において、前記接着部の少なくとも一部は、前記トリコットの低密度部を意味する。
本明細書の一実施態様において、前記トリコットの低密度部は、前記トリコットの全面積を基準として０．５％～５％に含まれる。前記トリコットが前記範囲の低密度部を含む場合、前記接着部の密封性を十分に向上させて、分離膜リーフの安定した製造が可能であり、前記分離膜リーフを含む渦巻型モジュールを駆動する場合、塩除去率性能を向上させることができる。
本明細書の一実施態様において、前記トリコットの低密度部は、前記トリコットの全面積の中心を通る１つのウェールから、前記中心を通らない他の１つ以上のウェールが並ぶ方向に平行に並ぶ、他のウェールとの交差点間の距離が４００ｎｍ～６００ｍｍ、好ましくは４３０ｎｍ～５３０ｍｍである箇所に位置してもよいが、これに限定されるものではない。前記範囲を満たす場合、前記トリコットの接着部の密封性を十分に向上させて、分離膜リーフの安定した製造が可能であり、前記分離膜リーフを含む渦巻型モジュールを駆動する場合、塩除去率性能を向上させることができる。
本明細書の一実施態様において、「残り」、「低密度部以外の部分」は、前記トリコットの高密度部であり得る。
本明細書の一実施態様において、前記「残り」は、前記接着部の少なくとも一部を除いた、前記接着部に含まれる面積または領域を意味する。
本明細書の一実施態様において、「密度」とは、物質の質量を体積で割った値とは、辞書的な意味ではない、前記トリコットにおいて、前記トリコットが１つ以上のウェールおよび１つ以上のコースを含み、前記トリコットは、前記いずれか１つのウェールと前記いずれか１つのコースとが交差した交差点を含み、前記ウェールが並ぶ方向に平行に並ぶ２つの交差点の平均距離が相対的に近くて遠い程度の差を意味する。
本明細書の一実施態様において、前記トリコットは、互いに対向する一対の縁部に備えられる接着部を含む。
前記「縁部」とは、前記トリコットの末端を意味することができる。
前記「対向」とは、並んで並ぶことを意味し、互いに接することなく平行に並ぶことを意味することができる。
本明細書の一実施態様において、前記トリコットは、１つ以上のウェール（Ｗａｌｅ）および１つ以上のコース（Ｃｏｕｒｓｅ）を含み、前記トリコットは、前記いずれか１つのウェールと前記いずれか１つのコースとが交差した交差点を含み、前記低密度部の前記ウェールが並ぶ方向に平行に並ぶ２つの交差点間の平均距離が、前記低密度部以外の部分の前記ウェールが並ぶ方向に平行に並ぶ２つの交差点間の平均距離の１．２５倍以上である。
好ましくは、前記平均距離は、１．２５倍以上２０倍以下であってもよいが、これに限定されるものではない。より好ましくは、前記平均距離は、１．２５倍以上２倍以下であってもよく、１．４倍以上１．６倍以下であってもよい。
前記平均距離が前記範囲を満たす場合、前記接着部の密封性を十分に向上させて、分離膜リーフの安定した製造が可能であり、前記分離膜リーフを含む渦巻型モジュールを駆動する場合、塩除去率性能を向上させることができる。
前記「ウェール（Ｗａｌｅ）」とは、前記トリコットにおいて、経糸方向に相当する長手方向に並ぶループ（ｌｏｏｐ）列を意味する。
前記「コース（Ｃｏｕｒｓｅ）」とは、前記トリコットにおいて、緯糸方向に相当する幅方向に並ぶループ（ｌｏｏｐ）列を意味する。
前記「交差点」とは、前記いずれか１つのウェールと前記いずれか１つのコースとが交差する地点を意味し、前記トリコットは、多数の交差点を含むことができる。
前記「ウェールが並ぶ方向に平行に並ぶ２つの交差点間の平均距離」は、ウェールが並ぶ方向に隣接して平行に並ぶ２つの交差点の平均距離を意味することができる。
本明細書の一実施態様において、前記トリコットは、前記ウェールが並ぶ方向に前記ウェールを２個以上３，０００個以下で含むことができる。具体的には１，１００個以上２，８００個以下で含むことができる。
本明細書の一実施態様において、前記トリコットに含まれるウェールの数は、前記ウェールが並ぶ方向へのトリコットの長さ１インチ（０．０２５４ｍ）あたり３０個～８０個であってもよい。好ましくは５５個～６５個であってもよい。前記トリコットが前記個数範囲のウェールを含む場合、高圧運転時に分離膜の陥没を防止して、生産水（分離膜を通過した流体）が安定して中心管に移動できる。
本明細書の一実施態様において、前記トリコットは、前記コースが並ぶ方向に前記コースを２個以上３，０００個以下で含むことができる。具体的には６００個以上３，０００個以下で含むことができる。
本明細書の一実施態様において、前記トリコットに含まれるコースの数は、前記コースが並ぶ方向へのトリコットの長さ１インチ（０．０２５４ｍ）あたり３０個～６５個であってもよい。前記トリコットが前記個数範囲のコースを含む場合、高圧運転時に分離膜の陥没を防止して、生産水（分離膜を通過した流体）が安定して中心管に移動できる。
本明細書の一実施態様において、前記トリコットは、前記渦巻型モジュールの規格が直径８ｉｎｃｈ（０．２０３ｍ）、長さ４０ｉｎｃｈ（１．０２ｍ）の場合を基準として０．５ｍ～１．２５ｍの長さ、１ｍの幅の大きさを有することができるが、これに限定されるものではない。具体的には１ｍの長さおよび１ｍの幅を有することができる。
前記「長さ」とは、本明細書において、ウェールと平行な方向の前記トリコットの端から他の端までの距離を意味し、前記「幅」とは、本明細書において、コースと平行な方向の前記トリコットの端から他の端までの距離を意味することができる。
本明細書において、前記「長手方向」とは、前記コースが並ぶ方向を意味することができ、前記「幅方向」とは、前記ウェールが並ぶ方向を意味することができる。
本明細書の一実施態様において、前記ループ（ｌｏｏｐ）とは、本明細書のトリコットを構成する織物において、ステッチ（ｓｔｉｔｃｈ）が有し得る形態をすべて含むものを称する。
本明細書の一実施態様において、前記２つの交差点間の平均距離を測定する方法は、前記いずれか１つのウェールと前記いずれか１つのコースとが交差したいずれか１つの交差点を基準として、前記ウェールが並ぶ方向に平行に並ぶ交差点との距離を１０～２０回測定して平均値を出したことを意味する。また、前記ウェールが並ぶ方向に平行に並ぶ交差点との距離を２回またはそれ以上測定して平均値を出したことであってもよい。
本明細書の一実施態様において、前記低密度部の前記２つの交差点間の平均距離は、５３７μｍ～６９０μｍであってもよい。具体的には６１０μｍ～６３０μｍであってもよい。低密度部が前記範囲を満たすことにより、前記トリコット全織物の強度を適切に維持しながら、本明細書で目的とする前記接着部の密封性を十分に向上させて、分離膜リーフの安定した製造が可能であり、前記分離膜リーフを含む渦巻型モジュールを駆動する場合、塩除去率性能を向上させることができる。
本明細書の一実施態様において、前記低密度部以外の部分の前記２つの交差点間の平均距離は、４１３μｍ～４４４μｍであってもよい。具体的には４１０μｍ～４３０μｍであってもよい。前記低密度部以外の部分が前記範囲を満たすことにより、トリコット全織物の強度を適切に維持しながら、本明細書で目的とする前記接着部の密封性を十分に向上させて、分離膜リーフの安定した製造が可能であり、前記分離膜リーフを含む渦巻型モジュールを駆動する場合、塩除去率性能を向上させることができる。
本明細書において、前記トリコットの前記接着部の低密度部を含ませる方法は、特に限定されるものではなく、この分野で公知の一般的な手段を制限なく採用可能である。
一般的に、トリコットを製造する方法は、織物を製造する過程と、熱処理による固着化の過程とに区分される。本明細書において、前記トリコットの低密度部を含ませる方法は、前記トリコットの幅方向基準に織り密度を低下させようとする一部の幅の織り状態を、前記一部の幅を除いた残りの部分と異なって織り密度が低い状態で製造する。前記幅とは、前述した説明による。
すなわち、前記トリコットを製織する時、前記トリコットに含まれる接着部の少なくとも一部での密度が、残りの密度より低いように製造することができる。
織物を製造した後に熱処理する過程において、トリコット幅の伸長／収縮が可能であり、熱処理後に製造されたトリコットにおいて、当該織り密度が低い一部の幅の部分が前記接着部に含まれるようにする。
本明細書の一実施態様において、前記トリコットは、前記互いに対向する一対の縁部に備えられる接着部に平行でない縁部に備えられた接着部をさらに含んでもよい。
本明細書の一実施態様において、前記トリコットの前記互いに対向する一対の縁部に備えられる接着部は、第１接着部を意味することができる。
本明細書の一実施態様において、前記平行でない縁部に備えられた接着部は、第２接着部を意味することができる。
前記「平行でない縁部」とは、常時互いに対向する一対の縁部と垂直なものを意味することができる。前記垂直とは、必ずしも９０度の角度を意味するものではなく、８０度～１００度、好ましくは８５度～９５度の範囲であってもよいが、これに限定されるものではない。
本明細書の一実施態様において、前記分離膜リーフに含まれる分離膜は、水処理分離膜または気体分離膜を意味することができる。前記水処理分離膜は、精密濾過膜、限外濾過膜、ナノ濾過膜、または逆浸透膜などに使用可能であり、好ましくは、逆浸透膜に使用可能である。
本明細書の一実施態様において、前記分離膜は、水処理分離膜であってもよい。
本明細書の一実施態様において、前記分離膜は、逆浸透膜であってもよい。
本明細書の他の実施態様において、前記分離膜は、気体分離膜であってもよい。
本明細書の一実施態様において、前記分離膜は、多孔性支持体と、多孔性支持体上に備えられたポリアミド活性層とを含む。
前記分離膜に前記接着部が形成される時、前記ポリアミド活性層ではない、前記多孔性支持体上に形成されることが好ましい。
前記ポリアミド活性層は、多孔性支持体上にアミン化合物を含む水溶液層を形成するステップと、前記アミン化合物を含む水溶液層上にポリアミド活性層を形成するステップとにより形成される。
前記多孔性支持体としては、不織布上に高分子材料のコーティング層が形成されたものを用いることができる。前記高分子材料としては、例えば、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリエチレンオキシド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリメチルクロライド、およびポリビニリデンフルオライドなどが使用できるが、必ずしもこれらに制限されるものではない。具体的には、前記高分子材料として、ポリスルホンを使用することができる。前記コーティング層は、ポリスルホン層であってもよい。
前記不織布の材料としては、ポリエチレンテレフタレートが使用できるが、これに限定されるものではない。
前記不織布の厚さは、５０μｍ～１５０μｍであってもよいが、これに限定されるものではない。好ましくは、前記厚さは、８０μｍ～１２０μｍであってもよい。前記不織布の厚さが前記範囲を満たす場合、前記不織布を含む多孔性支持体を含む分離膜の耐久性が維持できる。
前記コーティング層の厚さは、２０μｍ～１００μｍであってもよいが、これに限定されるものではない。好ましくは、前記厚さは、４０μｍ～８０μｍであってもよい。前記コーティング層の厚さが前記範囲を満たす場合、前記コーティング層を含む多孔性支持体を含む分離膜の耐久性が維持できる。
一例によれば、前記コーティング層は、前記ポリスルホンが含まれた高分子溶液で製造できる。前記ポリスルホンが含まれた高分子溶液は、前記ポリスルホンが含まれた高分子溶液の総重量を基準として、８０重量％～９０重量％の溶媒ジメチルホルムアミドに１０重量％～２０重量％のポリスルホン固形を入れて、８０℃～８５℃で１２時間溶かした後に得た均質（ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ）な液状であってもよいが、前記重量範囲が前記範囲に限定されるものではない。
前記ポリスルホンが含まれた高分子溶液の総重量を基準として前記範囲のポリスルホン固形が含まれる場合、前記コーティング層を含む多孔性支持体を含む分離膜の耐久性が維持できる。
前記コーティング層は、キャスティングの方法で形成される。前記キャスティングは、溶液鋳造（ｃａｓｔｉｎｇ）方法を意味するもので、具体的には、前記高分子材料を溶媒に溶解させた後、接着性のない平滑な表面に展開させた後、溶媒を置換させる方法を意味することができる。具体的には、前記溶媒を置換させる方法は、非溶媒誘導相分離法（ｎｏｎｓｏｌｖｅｎｔ ｉｎｄｕｃｅｄ ｐｈａｓｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）を利用することができる。前記非溶媒誘導相分離法とは、高分子を溶媒に溶解させて均一溶液を作り、これを一定の形態に成形させた後、非溶媒に浸漬させる。この後、非溶媒と溶媒の拡散による相互交換が行われて高分子溶液の組成が変化し、高分子の沈殿が起こりながら溶媒と非溶媒の占めていた部分を気孔に形成させる方法である。
前記ポリアミド活性層は、アミン化合物とアシルハライド化合物との接触時、アミン化合物とアシルハライド化合物とが反応しながら界面重合によってポリアミドを生成し、微細多孔性支持体に吸着して形成される。前記接触は、浸漬、スプレー、またはコーティングなどの方法により行われる。界面重合条件は、当技術分野で知られているものが制限なく使用可能である。
前記ポリアミド活性層を形成させるために、前記多孔性支持体上にアミン化合物を含む水溶液層を形成することができる。前記多孔性支持体上にアミン化合物を含む水溶液層を形成する方法は特に限定せず、前記多孔性支持体上に水溶液層を形成できる方法であれば制限なく使用可能である。具体的には、前記多孔性支持体上にアミン化合物を含む水溶液層を形成する方法は、噴霧、塗布、浸漬、滴下、コーティングなどが挙げられる。
この時、前記水溶液層は、必要に応じて過剰のアミン化合物を含む水溶液を除去するステップを追加的に経ることができる。前記多孔性支持体上に形成された水溶液層は、前記多孔性支持体上に存在する水溶液が多すぎる場合には、不均一に分布しうるが、水溶液が不均一に分布する場合には、後の界面重合によって不均一なポリアミド活性層が形成されることがある。したがって、前記多孔性支持体上に水溶液層を形成した後に過剰の水溶液を除去することが好ましい。前記過剰の水溶液の除去は特に制限されないが、例えば、スポンジ、エアナイフ、窒素ガスブローイング、自然乾燥、または圧縮ロールなどを用いて行うことができる。
前記アミン化合物を含む水溶液において、前記アミン化合物は、分離膜の製造に使用されるアミン化合物であればその種類を制限しないが、具体例を挙げると、ｍ－フェニレンジアミン、ｐ－フェニレンジアミン、１，３，６－ベンゼントリアミン、４－クロロ－１，３－フェニレンジアミン、６－クロロ－１，３－フェニレンジアミン、３－クロロ－１，４－フェニレンジアミン、またはこれらの混合物であることが好ましい。
前記アミン化合物を含む水溶液の溶媒は、水であってもよく、追加的に、アセトン、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、１－メチル－２－ピロリジノン（ＮＭＰ）、またはヘキサメチルホスホアミド（ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌｐｈｏｓｐｈｏｒａｍｉｄｅ、ＨＭＰＡ）を含むことができる。
前記アミン化合物の含有量は、前記組成物の全重量対比１重量％以上１０重量％以下であってもよい。前記含有量を満たす場合、本発明で目的とする塩除去率と流量を確保することができる。
ポリアミド活性層は、アミン化合物を含む水溶液を前記多孔性支持体上にコーティングした後、アシルハライド化合物を含む有機溶液を接触させて界面重合することにより製造できる。
前記アシルハライド化合物としては、ポリアミドの重合に使用可能なものであれば制限しないが、具体例として、２～３個のカルボン酸ハライドを有する芳香族化合物であって、トリメソイルクロライド、イソフタロイルクロライド、およびテレフタロイルクロライドからなる化合物の群より選択される１種または２種以上の混合物が好ましく使用できる。
前記アシルハライド化合物の含有量は、前記組成物の全重量対比０．０１重量％以上０．５重量％以下であってもよい。前記含有量を満たす場合、本発明で目的とする塩除去率と流量を確保することができる。
前記アシルハライド化合物を含む有機溶液に含まれる有機溶媒としては、脂肪族炭化水素溶媒、例えば、フレオン類と炭素数が５～１２のヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、アルカンのような水と混ざらない疎水性液体、例えば、炭素数が５～１２のアルカンとその混合物であるＩｓｏＰａｒ（Ｅｘｘｏｎ）、ＩＳＯＬ－Ｃ（ＳＫ Ｃｈｅｍ）、ＩＳＯＬ－Ｇ（Ｅｘｘｏｎ）などが使用できるが、これらに制限されるものではない。
前記有機溶媒の含有量は、前記アシルハライド化合物を含む有機溶液の全重量対比９５重量％～９９．９９重量％であってもよいが、これに限定されるものではない。前記含有量を満たす場合、本発明で目的とする塩除去率と流量を確保することができる。
前記ポリアミド活性層の厚さは、１０ｎｍ～１０００ｎｍであってもよいが、これに限定されるものではない。前記厚さは、好ましくは３００ｎｍ～５００ｎｍであってもよい。前記ポリアミド活性層の厚さが前記範囲を満たす場合、前記含有量を満たす場合、本発明で目的とする塩除去率と流量を確保することができる。
本明細書の一実施態様において、前記分離膜リーフを含む渦巻型モジュールは、中心管を含む。
本明細書の一実施態様は、前記分離膜リーフは、半分に折り畳まれた部分を含む分離膜を含み、前記半分に折り畳まれた部分は、接着部が備えられる。
本明細書の一実施態様において、前記接着部は、前記半分に折り畳まれた分離膜の外面と、前記トリコットを含む前記透過側流路材とが接着される部分であってもよい。
前記半分に折り畳まれた分離膜の外面と、前記トリコットを含む前記透過側流路材とが接着される部分において、前記分離膜の外面とは、ポリアミド活性層の面ではない、多孔性支持体の面を意味する。
本明細書の一実施態様において、前記接着部に適用される接着材料は特に限定されるものではなく、この分野で公知の一般的な手段を制限なく適用可能である。例えば、ウレタン系接着剤、エポキシ系接着剤、アセテート系接着剤が使用可能であり、これに限定されるものではない。
本明細書の一実施態様は、前記トリコットの厚さが７～１３ｍｉｌｉ ｉｎｃｈ（０．１７８～０．３３０ｍｍ）である分離膜リーフを提供する。厚さが７ｍｉｌｉ ｉｎｃｈ（０．１７８ｍｍ）以下であれば、生産水の流れを妨げ、１３ｍｉｌｉ ｉｎｃｈ（０．３３０ｍｍ）以上であれば、渦巻型モジュール内に入れることが可能な分離膜の量が減少することがある。
本明細書の一実施態様は、前記分離膜リーフを含む渦巻型モジュールを提供する。
前記モジュールの例として、板型（ｐｌａｔｅ＆ｆｒａｍｅ）モジュール、管型（ｔｕｂｕｌａｒ）モジュール、中空糸型（Ｈｏｌｌｏｗ＆Ｆｉｂｅｒ）モジュール、または渦巻型（ｓｐｉｒａｌ ｗｏｕｎｄ）モジュールなどが含まれるが、本明細書において、渦巻型モジュールが好ましい。
本明細書の前記渦巻型モジュールは、前述した分離膜リーフを含む限り、その他の構成および製造方法などは特に限定されず、この分野で公知の一般的な手段を制限なく採用可能である。
一例として、前記分離膜リーフは、前記中心管にロール（ｒｏｌｌ）状に巻いて、膜の面積を３７０ｆｔ２（３４．４ｍ２）～４００ｆｔ２（３７．２ｍ２）にして渦巻型モジュールに製造できるが、これに限定されるものではない。
本明細書の一実施態様において、前記渦巻型モジュールは、前記分離膜リーフを１つ以上含むことができる。具体的には１個～１００個含むことができ、好ましくは１個～５０個含むことができる。より具体的には、前記渦巻型モジュールの規格が直径８ｉｎｃｈ（０．２０３ｍ）、長さ４０ｉｎｃｈ（１．０２ｍ）の場合、前記分離膜リーフを２０個～３０個含むことができる。前記渦巻型モジュールが前記範囲の分離膜リーフを含む場合、適切な有効面積を確保することができる。
本明細書の一実施態様において、前記渦巻型モジュールは、中心管を含み、前記トリコットは、前記中心管と連結される縁部を含み、前記中心管と連結される縁部を除き、互いに対向する一対の縁部に前記接着部を含み、前記中心管の外側に前記分離膜リーフが巻かれたものである。
前記中心管の外側に前記分離膜リーフが巻かれたものとは、巻取（ｗｉｎｄｉｎｇ）られたものを意味することができる。
本明細書の一実施態様において、前記トリコットは、前記中心管と連結される縁部を除き、互いに対向する一対の縁部と平行でない縁部に接着部をさらに含んでもよい。
前記中心管と連結される縁部を除き、互いに対向する一対の縁部と平行でない縁部は、前記トリコットが前記折り畳まれた分離膜の折れた部分と接する領域を意味することができる。
前記中心管は、チューブで表現されてもよいし、前記中心管は、濾過した生産水（精製水）が流入して排出される通路の役割を果たす。
前記中心管の形状は特に限定されるものではないが、前記渦巻型モジュールの中心に位置することが好ましい。また、前記中心管は、生産水が排出できるように、一側面が開放される。
本明細書の一実施態様において、前記中心管は、多数の空隙を含むことができ、本明細書の一実施態様に係る前記渦巻型モジュールによって水処理が進行すれば、生産水が前記中心管の多数の空隙を通して前記中心管の内部に流入した後、流入した生産水は前記中心管の開放されている一側面を通して排出されるようになる。
前記中心管の素材は特に限定されるものではなく、この分野で公知の一般的な素材を用いることができる。
本明細書の一実施態様において、前記渦巻型モジュールは、前記トリコットの前記中心管と連結される縁部を除き、互いに対向する一対の縁部に含まれる接着部を、前記中心管の全長対比１～１０の比率（％）で含む。具体的には１～８の比率（％）であってもよい。
前記接着部が前記中心管の全長対比１～１０の比率（％）に備えられることにより、原水と精製水とが混入されず、渦巻型モジュールの塩除去率を向上させることができる。前記接着部が前記中心管の全長対比１の比率（％）未満の場合、接着部の破損によって精製されていない原水が流入することがあり、１０の比率（％）を超える場合、原水を精製可能な部分（有効面積）が小さくて原水を効果的に精製することができない。
本明細書の一実施態様は、３２，０００ｐｐｍの塩化ナトリウム水溶液、２５℃、８００ｐｓｉ（５．５２×１０６Ｐａ）の条件で平均塩除去率が９９．８８％～９９．９５％である、前記渦巻型モジュールを提供する。前記平均塩除去率は、具体的には９９．８９％～９９．９％であってもよい。
本明細書の一実施態様は、３２，０００ｐｐｍの塩化ナトリウム水溶液を用いて、２５℃、８００ｐｓｉ（５．５２×１０６Ｐａ）の条件で、直径８ｉｎｃｈ（０．２０３ｍ）、長さ４０ｉｎｃｈ（１．０２ｍ）の渦巻型モジュールを基準として、平均透過流量が５，０００ＧＰＤ～２０，０００ＧＰＤである前記渦巻型モジュールを提供する。前記平均透過流量は、具体的には８，０００ＧＰＤ～８，５００ＧＰＤであってもよい。
前記ＧＰＤは、ｇａｌｌｏｎ／ｄａｙを意味する。
本明細書の一実施態様は、前記渦巻型モジュールを１つ以上含む装置を提供する。
前記装置は、前述した渦巻型モジュールを含む限り、その他の構成および製造方法などは特に限定されず、この分野で公知の一般的な手段を制限なく採用可能である。具体的には、前記装置は、水処理装置を意味することができる。
図１は、本明細書の一実施態様に係る分離膜リーフを示す図である。前記分離膜リーフは、折り畳まれた分離膜１０と、供給側流路材２１と、透過側流路材３１とを含む。折り畳まれた分離膜１０の内側面に供給通路２０が形成され、外面に透過通路３０が形成される。供給通路２０に供給側流路材２１が含まれ、透過通路３０に透過側流路材３１が含まれる。原水は供給通路２０に含まれた供給側流路材２１を経て分離膜１０を通過して精製され、精製された生産水が透過通路３０を経て透過側流路材３１を通して効果的に中心管に流れ込んで集まるようになる。
図２は、本明細書の一実施態様に係る分離膜リーフの斜視図を示す。分離膜リーフに含まれた透過側流路材３１に含まれたトリコットは、互いに対向する一対の縁部の一方に備えられた接着部１が示されている。本明細書において、前記トリコットに備えられた接着部１の密封性が向上して渦巻型モジュールの安定した駆動が可能であり、塩除去率および流量性能向上の効果がある。
図３は、本明細書の一実施態様に係るトリコットを示す図である。具体的には、トリコット５０は、互いに対向する一対の縁部１－３に備えられた接着部１を含む。トリコット５０に備えられた接着部１は、少なくとも一部２での密度が残り３の密度より低い低密度部である。前記トリコットは、前記中心管４０と連結される縁部を除き、互いに対向する一対の縁部１－３と平行でない縁部１－２に接着部をさらに含む。
図４は、本明細書の一実施態様に係る接着部を含んでいないトリコットを示す図である。トリコットの厚さＴは、７ｍｉｌｉ ｉｎｃｈ（０．１７８ｍｍ）～１３ｍｉｌｉ ｉｎｃｈ（０．３３０ｍｍ）であってもよい。トリコットの長手方向５１にコースが並び、トリコットの幅方向５２にウェールが並ぶ。
図５は、比較例によるトリコットを示す図である。比較例として用いたトリコットは、全面積において、密度が同一である。
図６は、本明細書の一実施態様に係る分離膜を示す図である。具体的には、図６は、不織布１００およびコーティング層２００を含む多孔性支持体１０１と、ポリアミド活性層３００とが順次に備えられた分離膜を示す図であって、ポリアミド活性層３００に原水４００が流入して、生産水５００が不織布１００を通して排出され、濃縮水６００はポリアミド活性層３００を通過せずに外部に排出される。
図７は、本明細書の一実施態様に係る渦巻型モジュールを示す図である。具体的には、渦巻型モジュールは、中心管４０、供給通路２０、分離膜１０、透過通路３０などを含んで構成される。分離膜１０は、半分に折り畳まれた形態である。渦巻型モジュールに原水を流すと、渦巻型モジュール内の供給通路２０を通して、原水が流入する。１つ以上の分離膜１０は、中心管４０から外側方向に延び、中心管４０の周りに巻取（ｗｉｎｄｉｎｇ）られる。供給通路２０は、外部から原水が流入する通路を形成し、１つの分離膜１０と他の１つの分離膜との間の間隔を維持させる役割を果たす。このために、供給通路２０は、１つ以上の分離膜１０と上側および下側で接触し、中心管４０の周りに巻取られる。前記供給通路２０は、供給側流路材２１を含む。透過通路３０は、前記折り畳まれた分離膜１０の間に位置して、分離膜１０から精製された生産水の流路を形成する役割を果たす。前記透過通路３０は、透過側流路材３１を含む。そして、前記透過側流路材３１は、トリコット５０を含む。前記トリコットは、一般的に織物形態の構造を有し、分離膜１０を通して精製された水が流出可能な空間を設ける流路の役割を果たす。中心管４０は、渦巻型モジュールの中心に位置し、精製水が流入して排出される通路の役割を果たす。この時、中心管４０の外側には濾過した水が流入するように所定の大きさの空隙が形成されることが好ましく、１つ以上形成されることが好ましい。
図８には、本明細書に用いられるトリコットのサンプル写真が示されており、トリコット内にループ（ｌｏｏｐ）が相対的に大きく形成された部分の密度が、ループ（ｌｏｏｐ）が小さく形成された部分の密度より低い。
図９は、実施例および比較例による渦巻型モジュールのＩ－ＭＲ管理図をグラフで示す。前記Ｉ－ＭＲ管理図とは、ミニタブで分類する管理図の一種であって、部分群に含まれない個別観測値である計量型データがある時、工程の平均と変動をモニタリングするためにＩ－ＭＲ管理図が用いられる。すなわち、時間経過に伴って工程の安定性をモニタリングして工程の不安定性を識別し修正する場合に用いられる。図９において、Ｙ軸の数値は、塩除去率を意味する。また、新規技術とは、本発明の一実施態様に係るものであり、従来技術とは、比較例による値を意味する。
図１０は、１つ以上のウェールおよび１つ以上のコースを含んでおり、前記ウェールが並ぶ方向に平行に並ぶ交差点間の平均距離が一定のトリコットのサンプル写真を示す。
図１１は、低密度部を含むトリコットのサンプル写真を示す。前記トリコットのサンプル写真において、低密度部Ｌとは、高密度部Ｈ対比、密度が低い領域を意味する。前記低密度部Ｌとは、前記ウェールが並ぶ方向に平行に並ぶ２つの交差点間の平均距離が、前記低密度部以外の部分の前記ウェールが並ぶ方向に平行に並ぶ２つの交差点間の平均距離の１．２５倍以上であることを意味する。
図１２は、低密度部以外の部分の前記ウェールが並ぶ方向に平行に並ぶ２つの交差点間の距離を測定して記したトリコットのサンプル写真を示す。低密度部を除いた部分は、高密度部を意味することができ、前記低密度部以外の部分の前記ウェールが並ぶ方向に平行に並ぶ２つの交差点間の平均距離が４１３μｍ～４４４μｍである。
図１３は、低密度部の前記ウェールが並ぶ方向に平行に並ぶ２つの交差点間の距離を測定して記したトリコットのサンプル写真を示す。前記低密度部の前記ウェールが並ぶ方向に平行に並ぶ２つの交差点間の平均距離は、５３７μｍ～６９０μｍである。
図１４は、トリコットに含まれる１つ以上のウェールおよび１つ以上のコースが示されており、いずれか１つのウェールＡといずれか１つのコースＢとが交差した交差点Ｃが示されている。低密度部の前記ウェールＡが並ぶ方向に平行に並ぶ２つの交差点間の平均距離Ｄ１が、前記低密度部以外の部分の前記ウェールＡが並ぶ方向に平行に並ぶ２つの交差点間の平均距離Ｄ２の１．２５倍以上である。
以下、本明細書を具体的に説明するために実施例を挙げて詳細に説明する。しかし、本明細書に係る実施例は種々の異なる形態に変形可能であり、本明細書の範囲が以下に詳述する実施例に限定されると解釈されない。本明細書の実施例は、当業界における平均的な知識を有する者に本明細書をより完全に説明するために提供されるものである。
製造例．
実施例．
（トリコットの製造）
トリコットを製織した後に熱処理して、幅１ｍ、長さ１ｍであるトリコットを製造した。
具体的には、トリコットの全面積の中心を通る１つのウェールから、前記中心を通らない他の１つ以上のウェールが並ぶ方向に平行に並ぶ他のウェールとの交差点間の距離が４８０ｍｍ離れており、トリコットの全面積を基準として１％の面積に、トリコットに含まれたウェールとコースとの交差点間の平均距離を６１０μｍ～６３０μｍとなるようにして、低密度部を局部的に含ませるように製織した。
前記トリコットの低密度部以外の部分のウェールとコースとの２つの交差点間の平均距離は４１０μｍ～４３０μｍであった。
すなわち、製造したトリコットは、低密度部の前記ウェールが並ぶ方向に平行に並ぶ２つの交差点間の平均距離が、前記低密度部以外の部分の前記ウェールが並ぶ方向に平行に並ぶ２つの交差点間の平均距離の１．４倍以上１．６倍以下であった。
（分離膜リーフの製造）
多孔性支持体として、１００μｍの厚さの不織布（ポリエチレンテレフタレート）上にコーティング層（ポリスルホン層）を６０μｍの厚さにコーティングした。ポリスルホン層のコーティング溶液は、８５重量％の溶媒ジメチルホルムアミドに１５重量％のポリスルホン固形を入れて、８０℃～８５℃で１２時間撹拌した均質な液状であった。前記コーティングの方法は、ダイコーティング方法を利用した。
この後、多孔性支持体上にｍ－フェニレンジアミン（ｍ－ＰＤ）とトリメソイルクロライド（ＴＭＣ）との界面重合反応でポリアミド活性層を形成させた。
具体的には、ｍ－フェニレンジアミンを５重量％含む水溶液を用いて、前記多孔性支持層上に水溶液層を形成させた。その後、トリメソイルクロライド（ＴＭＣ）０．２重量％、有機溶媒であるＩｓｏｐａｒ－Ｇを９８重量％含む有機溶液を前記水溶液層上に塗布して、界面重合反応を行って、５００ｎｍの厚さのポリアミド活性層を製造した。
これによって、多孔性支持体と、多孔性支持体上に備えられたポリアミド活性層とを含む分離膜を製造した。
製造された分離膜を半分に折り畳んだ後、折れた分離膜の内側面に前記供給側流路材を位置させ、折れた分離膜の外面に前記トリコットを含む透過側流路材を位置させた。
その後、渦巻型モジュールに含まれる中心管の長手方向を基準として、前記トリコットの平行な両末端から中心管の全長対比２．５の比率（％）に２液型ポリウレタン接着剤を塗布した後、分離膜、供給側流路材、透過側流路材を接合して分離膜リーフを製造した。
（渦巻型モジュールの製造）
前記分離膜リーフを用いて渦巻型モジュールを製造した。前記分離膜リーフを中心管にロール（ｒｏｌｌ）状に巻いて、膜の面積４００ｆｔ２（３７．２ｍ２）の渦巻型モジュールを５０個製造した。
比較例．
前記実施例のトリコット製造方法において、トリコットに低密度部を局部的に含ませるように製織した過程を経由しない、トリコットの全面積において密度が一定のトリコットを用いたことを除けば、前記実施例と同様の方法によって分離膜リーフおよび渦巻型モジュールを５０個製造した。
前記低密度部分を含むように製織した過程を経由しないトリコットは、トリコットの全面積においてウェールとコースとの交差点間の平均距離が４１０μｍ～４３０μｍであった。
実験例．
（塩除去率評価）
実施例および比較例によって製造した各５０個の渦巻型モジュールを、３２，０００ｐｐｍの塩化ナトリウム水溶液を用いて、２５℃、８００ｐｓｉ（５．５２×１０６Ｐａ）の条件で５０個の渦巻型モジュールの性能を評価した。原水と生産水との伝導度の差を測定して塩除去率を測定し、その最小値、平均値および標準偏差を下記表１に示した。また、各渦巻型モジュールの塩除去率の値を図９にグラフで示した。
Figure 0007103711000001
前記表１によれば、実施例の最小塩除去率が、比較例の最小塩除去率より高いことを確認することができた。また、平均塩除去率も、実施例の方が比較例より高いことを確認することができた。そして、標準偏差においても、実施例の方が比較例より小さいことを確認することができた。
加えて、図９に示されたＩ－ＭＲ管理図を参照すれば、実施例による塩除去率の値が比較例より均一に分布していて、本明細書の一実施態様に係る渦巻型モジュールが安定して駆動可能であることを確認することができた。
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲と発明の詳細な説明の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、これも発明の範疇に属する。
１：接着部
１－２：互いに対向する一対の縁部に備えられる接着部に平行でない縁部
１－３：トリコットの互いに対向する一対の縁部の一方の部分の接着部
２：接着部１の少なくとも一部（＝低密度部）
３：接着部の低密度部以外の部分（＝高密度部）
１０：分離膜
２０：供給通路
２１：供給側流路材
３０：透過通路
３１：透過側流路材
４０：中心管
４１：中心管の長手方向
５０：トリコット
５０－１：接着部を含まないトリコット
５１：トリコットの長手方向
５２：トリコットの幅方向
Ｔ：トリコットの厚さ
１００：不織布
１０１：多孔性支持体
２００：コーティング層
３００：ポリアミド活性層
４００：原水
５００：生産水
６００：濃縮水
Ｌ：トリコットの低密度部
Ｈ：トリコットの高密度部
Ａ：ウェール
Ｂ：コース
Ｃ：ウェールとコースとが交差した交差点
Ｄ１：低密度部の前記ウェールＡが並ぶ方向に平行に並ぶ２つの交差点間の平均距離
Ｄ２：前記低密度部以外の部分の前記ウェールＡが並ぶ方向に平行に並ぶ２つの交差点間の平均距離Ｄ２

Claims (9)

  1. 分離膜と、供給側流路材と、透過側流路材とを含む分離膜リーフにおいて、
    前記透過側流路材は、トリコットを含み、
    前記トリコットは、接着部を含み、
    前記接着部の少なくとも一部は、残りに比べて前記トリコットの低密度部である分離膜リーフであって、
    前記トリコットは、１つ以上のウェール（Ｗａｌｅ）および１つ以上のコース（Ｃｏｕｒｓｅ）を含み、
    前記トリコットは、前記いずれか１つのウェールと前記いずれか１つのコースとが交差した交差点を含み、
    前記低密度部の前記ウェールが並ぶ方向に平行に並ぶ２つの交差点間の平均距離が、前記低密度部以外の部分の前記ウェールが並ぶ方向に平行に並ぶ２つの交差点間の平均距離の１．２５倍以上であり、
    前記トリコットの低密度部は、前記トリコットの全面積を基準として０．５％～５％に含まれるものである、分離膜リーフ。
  2. 前記トリコットは、互いに対向する一対の縁部に備えられる接着部を含むものである、請求項１に記載の分離膜リーフ。
  3. 前記トリコットは、前記互いに対向する一対の縁部に備えられる接着部に平行でない縁部に備えられた接着部をさらに含むものである、請求項２に記載の分離膜リーフ。
  4. 前記トリコットの厚さは、７ｍｉｌｉ ｉｎｃｈ（０．１７８ｍｍ）～１３ｍｉｌｉ ｉｎｃｈ（０．３３０ｍｍ）である、請求項１～３のいずれか一項に記載の分離膜リーフ。
  5. 請求項１～４のいずれか１項に記載の分離膜リーフを含む渦巻型モジュール。
  6. 前記渦巻型モジュールは、中心管を含み、
    前記トリコットは、前記中心管と連結される縁部を含み、
    前記中心管と連結される縁部を除き、互いに対向する一対の縁部に前記接着部を含み、
    前記中心管の外側に前記分離膜リーフが巻かれたものである、請求項５に記載の渦巻型モジュール。
  7. 前記トリコットは、前記中心管と連結される縁部を除き、互いに対向する一対の縁部と平行でない縁部に接着部をさらに含むものである、請求項６に記載の渦巻型モジュール。
  8. 前記渦巻型モジュールは、
    前記トリコットの前記中心管と連結される縁部を除き、互いに対向する一対の縁部に含まれる接着部を、前記中心管の全長対比１～１０の比率（％）で含むものである、請求項６に記載の渦巻型モジュール。
  9. 請求項６～８のいずれか一項に記載の渦巻型モジュールを１つ以上含む装置。
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