JPH031056B2 - - Google Patents

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JPH031056B2
JPH031056B2 JP58180852A JP18085283A JPH031056B2 JP H031056 B2 JPH031056 B2 JP H031056B2 JP 58180852 A JP58180852 A JP 58180852A JP 18085283 A JP18085283 A JP 18085283A JP H031056 B2 JPH031056 B2 JP H031056B2
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JP
Japan
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ethanol
separation
water
solution
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Toshinobu Higashimura
Toshio Masuda
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Toray Industries Inc
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/36—Pervaporation; Membrane distillation; Liquid permeation
    • B01D61/362—Pervaporation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/36—Pervaporation; Membrane distillation; Liquid permeation
    • B01D61/362—Pervaporation
    • B01D61/3621—Pervaporation comprising multiple pervaporation steps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/44—Polymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds, not provided for in a single one of groups B01D71/26-B01D71/42
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F138/00—Homopolymers of compounds having one or more carbon-to-carbon triple bonds

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、液体分離膜に関するものであり、さ
らに詳しくは、水溶性有機物／水系、特にエタノ
ール／水系の分離に有用である浸透気化膜に関す
るものである。
近年、廃水処理、海水の淡水化、食品工業ある
いは医療分野等の広範な範囲において、各種溶液
の溶室の分離、濃縮あるいは溶媒の回収等に液体
分離膜を用いた膜分離技術が利用され、今後もさ
らに膜を用いた溶液処理は大きな発展が期待され
ている。
このような膜分離技術は、溶液中に溶解してい
る溶質分子の大きさやその性質に応じて分離、濃
縮、精製しようとする溶液処理技術であり、処理
目的ないし処理対象によつて、浸透気化法、逆浸
透法、浸透抽出法などがある。このうち、浸透気
化法は、膜を介してその一方に処理液を供給し、
反対側を、真空にひく、または液成分と反応しな
い気体を流すことにより、膜を通過した成分を蒸
発させ気体状態で取り出す技術であり、最近、ヨ
ーロツパ、日本を中心に研究が盛んである。この
方法の利点は、通常の蒸溜法では分離できない共
沸混合物の分離、近沸点混合物の分離、キシレン
等の異性体の分離に適用可能であること、逆浸透
法とは異なり、全ての濃度範囲での分離が可能で
あることなどにある。
一方、近年、石油資源の枯渇が懸念されはじ
め、トウモロコシ等の植物を発酵することによつ
て得られるアルコール類を石油代替エネルギー源
として使用する試みが各国でなされている。しか
し、このようにバイオマスを発酵して得られるエ
タノール濃度は10％であり、これを燃料溶無水エ
タノールに変換するには蒸留に多大なエネルギー
を要するため、特別な地域を除いては実用化に到
つていないのが実状である。そのため、蒸留に代
りうる省エネルギー的な分離技術の開発が、種々
検討されており、その中で膜による分離、特に浸
透気化法は、最も実現可能性のあるものとして、
研究が盛んである。しかしながら、浸透気化法が
まだ十分に実用化されていないのは、１つの理由
として、選択透過性（分離係数）が十分でなく、
このため、蒸留と同じように純粋なエタノールを
得るためには、何回も膜を透過させなければなら
ない、もう１つの理由としては、透過流速が小さ
く、分離に必要な膜面積が非常に大きくなるた
め、装置自体がコンパクトにならないといつた点
にある。
エタノール／水系の分離に関しては種々の素材
を用いて、浸透気化法の検討が行なわれているが
多くの素材が、水を選択的に透過させるものであ
り、わずかにシリコーンゴムがエタノールを選択
透過する素材であることが知られているのみであ
る。
シリコーンゴム膜をエタノール／水系の分離に
応用した例は、例えば、野村剛志らが、化工協会
第16秋季大会研究発表講演要旨集、540ページ
（1982）に発表しているが、分離および透過性能
は十分なものとは言えない。
ここでエタノール／水系の分離を浸透気化法で
行なう際には、水選択透過型膜よりもエタノール
選択透過型膜を用いた方が次の２点で有利であ
る。
(1) 発酵エタノール水溶液は高々10％であるので
10％を占めるエタノールを透過した方が、90％
を占める水を透過するよりも蒸発潜熱の供給が
少なくてすみ、省エネルギーになる。
(2) エタノール選択透過膜は水選択透過膜と比べ
て、透過流速が同じ場合、同じ膜面積で９倍量
の10％エタノール水溶液を処理できることにな
る。
このような理由により、エタノール選択透過型
で、選択透過性、透過流速に優れた膜の出現は工
業的に大いに期待されているものである。
本発明者らは、各種素材を用いて鋭意検討した
結果、 一般式 （式中R1は水素またはメチル基、R2は炭素数１
〜３のアルキル基）を主な繰り返し単位とするポ
リマーを主成分としてなる膜が、液体分離に優れ
た性能を有することを発見して本発明に到つたも
のである。
本発明者らは、過去において、置換アセチレン
の重合に関して研究を行ない、特殊な触媒を用い
ることにより、高重合度でフイルム形成能のある
置換ポリアセチレン類を得られることを見い出し
た。その詳細は、特公昭51−37312、同52−
20511、同54−43037、同55−23565、同55−
30722、特開昭57−31911、同57−36106、同58−
32608、同58−95541等に示されている。
このような置換ポリアセチレンのなかで、本発
明で用いる側鎖にケイ素を有する、 一般式 （式中R1は水素原子又はメチル基、R2は炭素数
１〜３のアルキル基）を主な繰り返し単位とする
ポリマーを与えるアセチレンモノマーとしては、
CH≡CSi（CH3）3、CCH3≡CSi（CH3）3、CH≡
CSi（CH3）2・C2H5、CCH3≡CSi（CH3）2・C2H5、
CH≡CSi（CH3）2・C3H7、CCH3≡CSi（CH3）2・
C3H7等がある。
本ポリマーの側鎖を形成する、トリメチルシリ
ル基および／又はジメチルアルキルシリル基によ
り、素材としての高分子構造は疏水性となり、こ
のため、水に比べてエタノールが透過しやすくな
るものと考えられるが、このうち、製膜性、分離
性能を考えると、特にCCH3≡CSi（CH3）3の重合
体が有用である。
また、置換ポリアセチレンの主鎖を形成する交
互二重結合は製膜製に対して、分子鎖の固さを与
える点で寄与していると思われるが、分離性能に
悪影響を及ぼさない範囲で、水添によつて還元さ
れてよいことはいうまでもない。
このような置換ポリアセチレンは、一般には、
溶媒に溶解し、適当な表面（例えばガラス板等）
上に流延した後、溶媒を揮発することにより、フ
イルム状態とし、任意の手段ではく離させて膜を
得ることができ、さらには、一般の膜素材を逆浸
透膜等の非対称膜として製造する方法に従つて、
溶媒の揮発を途中で止めて、凝固媒体中で凝固さ
せて非対称膜として得ることも可能である。また
多孔性支持体上に希薄ポリマー溶液として直接塗
布し、溶媒を蒸発して、多孔性支持体上に超薄膜
を形成させ、複合膜として使用することもでき
る。
このようにして得られた膜は、平膜として、ス
パイラル型、プレートアンドフレーム型、チユー
プラー型として知られる液体分離装置に組み込む
ことができ、さらには、膜を中空糸状あるいは複
合中空糸状に形成して、中空糸型の液体分離装置
に組み込んで使用することもできる。しかし、本
発明は、これらの使用する膜形状に左右されるこ
とはない。
本発明によつて得られる膜を実用に供する場
合、膜の片側に混合液（例えばエタノール／水
系）を供給し、反対側を真空とするのが一般的で
ある。供給側圧力は１〜100気圧程度でよく、工
業的には大気圧付近でするのが好ましい。また逆
に、真空側圧力はできるだけ低圧力のほうが好ま
しいが、0.1〜100mmHgとするのが、工業的に有
利である。
以下実施例および比較例によつて本発明の液体
分離膜がエタノール／水系の分離に特に有用であ
ることを示すが、この中で分離率αおよび透過流
速Ｑは次の式で計算されるものである。
αEtOH H2O＝（C′2／C2）（C′1／C1） C1：供給液中の水濃度（％） C′1：供給液中のエタノール濃度（％） C2：透過側の水濃度（％） C′2：透過側のエタノール濃度（％） Ｑ＝Ｗ／Ａ Ｗ：１時間当りの透過量（Kg／hr） Ａ：膜面積（m2） 実施例 CCH3≡CSi（CH3）3から得られたポリマーをシ
クロヘキサンに溶解し、３％溶液を調整した。こ
の溶液を210μｍの厚さでガラス板上に流延した
後、50℃で１時間溶媒を揮発させて厚さ4.3μｍの
均一なフイルムを得た。このフイルムを用いて供
給液10％エタノール水溶液、供給液温度30℃、供
給液圧力１気圧、透過側圧力10mmHgで浸透気化
法によるエタノール／水の分離を行なつたところ
表の結果が得られた。
比較例 CH≡CC（CH3）3から得られたポリマーをｎ−
ヘキサンに溶解し6.8％溶液とした。この溶液を
210μｍの厚さでガラス板上に流延した後50℃で
１時間溶媒を揮発させて厚さ20.8μｍの均一なフ
イルムを得た。このフイルムを用いて実施例１と
同様にして浸透気化法によるエタノール／水の分
離を行なつたところ表の結果が得られた。
αEtOH H2O Ｑ（Kg／m2・hr） 実施例 30.43 1.91 比較例 0.41 0.086

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 一般式 （式中R1は水素原子又はメチル基、R2は炭素数
    １〜３のアルキル基）を主な繰り返し単位とする
    ポリマーを主成分としてなる液体分離膜。
JP58180852A 1983-09-30 1983-09-30 液体分離膜 Granted JPS6075306A (ja)

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