JPH03169304A - スパイラル型脱気膜モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、液体中に溶存しているガス（気体）を分離す
る膜モジュールに関し、詳しくは種々の液体中に溶存し
ているガスを効率よく脱気するスパイラル型脱気膜モジ
ュールに関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕液体の
使用上、脱気を必要とする分野は非常に多い。　例えば
分析機器関連としては液体クロマトグラフィー、自動臨
床化学分析、医用分光光度計等の脱気がある。　また工
業用用途としては、イオン交換水プロセス、超純水シス
テム、ボイラー用水、原発用水、タービン用水等の脱気
がある。

例えば、液体クロマトグラフィーでは、溶媒に空気が溶
存していると、ポンプ内、弁周辺、検知器内に気泡が生
じトラブルの原因となる。　また溶存酸素は溶質と化学
反応を起こす可能性もある。

自動臨床化学分析では、検体量の少量化に伴い、わずか
の溶存酸素も分析精度に悪影響を及ばす。

また分光光度計では紫外短波長領域における溶存酸素等
による吸収の影響が大きい。　一方、イオン交換水プロ
セスでは液体中の溶存酸素や炭酸ガスがイオン交換樹脂
の寿命を短くする。　さらにボイラー用水、原発用水で
は溶存酸素が容器、配管等の腐食を促進する。

その他、飲料水、ビル給水、飲料製造用原料水、飲料製
造用水等の分野で脱気が必要とされている。

従来より液体中の溶存ガスを脱気するために、例えば加
熱沸騰法、減圧法、超音波法、ヘリウム法等の方法が知
られている。　しかしながら加熱沸騰法は高温操作のた
め危険性が高く、減圧法および超音波法は脱気能力が低
く、ヘリウム法は運転費が高いなど決して効果的、経済
的な方法ではなかった。

以上に述べた如く、脱気を必要とする分野は非常に多く
、いずれの分野においても満足できる脱気方法はなかっ
た。

近年、シリコーン、ポリテトラフルオロエチレン等の合
戒樹脂からなるチューブ（中空糸）状の膜を用いた脱気
方法が提案されている（特開昭６０２５５１４号、実開
昭６３−　４３６０９号等）。

例えば、中空糸状の膜の外側を減圧雰囲気に保った状態
で膜の内側に溶存ガスを含む液体を流し、該液体中の溶
存ガスを脱気する方法である。

しかしながら、かかるチューブ（中空糸）状の所謂、中
空糸膜からなる膜モジュールは、中空糸膜内側に被脱気
液体の乱流（表面更新）を促進し脱気速度を増加させる
、所謂、乱流促進機構を有しないため、実用的に脱気用
膜として使用するには、経済効率を決定する脱気速度を
大きくする手段として中空糸膜の内径を小さくする方法
がとられている。　しかし、中空糸膜の内径を小さくす
ることは、機械的強度及び戒形上の問題点と共に液体を
流す際の高い圧力損失の問題点を発生させる原因となる
という欠点があった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは、種々の液体中に溶存しているガス（気体
）の脱気における前記問題点を解決するために鋭意研究
した結果、溶存ガスを含む液体を、乱流促進機構を有す
るシート状物とシート状膜を巻回してなる、所謂、スパ
イラル型膜モジュールで処理することによって、効率よ
く溶存ガスを脱気することができることを見い出して、
本発明に至ったものである。

即ち本発明は、透過膜に溶存ガスを含む液体を接触させ
、該溶存ガスを選択的に透過させてこれを分離する膜モ
ジュールであって、上記透過膜がスパイラル状に巻回さ
れてなることを特徴とするスパイラル型脱気膜モジュー
ルを提供する。

スパイラル型膜モジュールはその構造上、シート状の透
過膜の間に、被脱気液体く原液）の乱流（表面更新）を
促進し脱気速度を増加させる乱流促進機構を有するスペ
ーサーを備えている。　かかるスペーサーとしては、特
に限定されないが、例えばポリプロピレン等からなるネ
ット状あるいは格子状流路材等が用いられる。

また透過側のガスの流路材としては、特に限定されない
が、通常、耐圧強度を有するポリエステルあるいはポリ
プロピレン等のスペーサーが用いられる。

本発明で用いる透過膜は、シート状であれば特に限定さ
れず、さらに不織布等の補強材上に形成されたものを用
いて機械的強度を高めることもできる。

本発明では、好ましくは多孔質支持膜上に合成樹脂の非
多孔質活性薄膜が形戒されてなる選択透過性複合膜を用
いることができる。　ここで活性とは、溶存ガスと液体
とを分離する性質を有するという意味である。　活性薄
膜は膜厚が小さいので溶存ガスの透過抵抗にならず、モ
ジュールの脱気速度を大きくすることができる。

また特に好ましい透過膜として、その構造に限定されな
いが、後述の特定の膜物性値を有する、例えば非多孔質
活性薄膜からなる均質膜や、緻密層または活性緻密層と
これを一体に支持する多孔質層とからなる非対称膜や、
非対称膜の緻密層中に非多孔質薄膜が一部しみこんで形
戒されてなる複合膜等が用いられる。

かかる膜物性値の一つは、３０℃における窒素ガス透過
速度が７Ｘ１０−４〜２×１０２Ｎｍ３／ｍ２　ＸＩＯ
”　Ｎｒｄ／ｒｄ・ｈ・ａｔｍである。　窒素ガス透過
速度が７ＸＩＯ−’Ｎｒｒ？／ｒｄ−ｈ−ａｔｍより小
さい場合、溶存ガスの透過速度、即ち脱気速度が小さく
なる恐れがあり、一方、２　ＸＩＯ２Ｎｎ？／　ｍ−　
ｈ　−　ａｔｍより大きい場合は、液体分子の膜透過速
度が増加して脱気効率が低下する恐れがある。

さらにもう一つの膜物性値は、その透過側圧力を４Ｑｍ
ｍＨｇとし大気圧下２０℃の水を膜に供給した場合、水
蒸気の膜透過量が、１００ｇ／ｍ−　ｈ以下である。　
水蒸気の膜透過量が、１００ｇ／％−　ｈより大きい場
合、その水蒸気圧により透過側圧力が上昇し、その結果
脱気速度が低下することや、透過側に大規模な水蒸気の
濃縮装置を装備しなければならないことがあるため好ま
しくない。

本発明の脱気膜モジュールを用いて、前記透過膜に溶存
ガスを含有する液体を接触させて、溶存ガスを選択的に
膜を透過させることによって、膜の供給側に溶存ガス濃
度が低減された液体を得ることができる。　この際、透
過側の圧力を減圧にすることが好ましく、その圧力が小
さいほど供給側により低い溶存ガス濃度の液体を得るこ
とができ、その圧力は通常０　〜２００　ｍｍｌｌｇ，
好まし《は２０〜１５０　ｍｍｌｌｇとする。

〔発明の効果〕

本発明の脱気膜モジュールは、前記の特徴を有するスパ
イラル型であるので、従来のチューブ（中空糸）状の所
謂中空糸膜モジュールに比べて、脱気速度を大きくでき
、かつ設備費、運転費、メンテナンス費等が低減できる
という利点がある。

〔実施例〕

以下に実施例により本発明を説明するが、本発明はこれ
ら実施例に何ら限定されるものではない。

以下において部及び％は重量部及び重量％を意味する。

実施例ｌ 芳香族ボリスルホン（ユニオン・カーバイド社製「ポリ
サルホンＰ　−１７００Ｊ　０５部と平均分子里６００
のポリエチレングリコール５部を、Ｎ−メチル−２−ビ
ロリドン８０部に溶解した。　　この溶液を不織布上に
塗布して水中で凝固し、１５０μｍのシート状多孔質膜
を得た。

この多孔質膜を６０℃で乾燥させて乾燥膜とした。

この乾燥多孔質膜は、その断面を走査型電子顕微鏡で観
察した結果、表面に緻密層を有し、内部へ向かうに従っ
て粗な多孔質構造を有し、部分的に所謂指状構造と称さ
れる重合体の欠落部分を有する非対称膜であった。　か
かる多孔質膜の３０℃における窒素ガス透過速度は６０
Ｎｏ？／ｒ＋｛・ｈ・ａｔｍであった。　また膜の透過
側圧力を４ＱｌｌＨｇとし大気圧２０℃の水を膜に゜供
給した場合に膜を透過してくる水蒸気量は０．４５ｇＩ
ｎｉ−　ｈであった。

このようにして得られた膜に、被脱気液体（原液）流路
用としてポリプロピレンからなるネット状スペーサーを
挟み込み、透過側流路用としてトリコント織りのポリエ
ステル製スベーサーと共に巻回して、スパイラル型膜モ
ジュールとした。

かかるスパイラルエレメントの径は９０＋＋ｎ、長さは
ｌｍｓ膜面積は６．５ｄであった。

かかるモジュールに、大気圧の空気で飽和した蒸留水（
２５℃で溶存酸素ガス濃度が８．１）ｐｐｍ）を流し、
透過側を４９ｍａｌｌｇの圧力に保持した。

その脱気結果、即ち処理液の流量と被透過液中の溶存酸
素濃度との関係を図に示す。

実施例２ イソオクタン９０部、反応性基としてビニル基を有する
架橋性ポリジメチルシロギサンのブレボリマーＩＯ部及
び架橋剤１部からなる溶液を７０℃で７時間加熱して、
シリコーン樹脂溶液を調製した後、これをイソオクタン
で希釈して、樹脂濃度１．８％の溶液とした。　実施例
１で得た多孔質膜上に上記架橋性シリコーン樹脂溶液を
厚さ５０μｍにて均一に塗布した。　この塗膜をｌ００
“Ｃの温度に加熱して塗膜からイソオクタンを蒸発除去
させた後、室温で２４時間放置して多孔質膜の緻密層上
に、厚さ約ｌμｍの架橋性シリコーン樹脂からなる活性
薄膜を有する選択透過性複合膜を得た。　かかる複合膜
の３０℃における窒素ガス透過速度は、０．７Ｎ　ｎ？
　／　ｒｄ・ｈ　−　ａｔｍであった。　また膜の透過
側圧力を４０ｍｍｌｌｇとし大気圧２０℃の水を膜に供
給した場合に膜を透過してくる水蒸気量は５．８ｇ／ｎ
｛−　ｈであった。

かかる選択透過性複合膜を用いた以外は、実施例ｌと同
様のスパイラル型モジュールを作製し、脱気性能を測定
した。　その脱気結果を図に示す。

比較例ｌ 実施例１と同様の芳香族ボリスルホン溶液を環状ノズル
から中空状に押出し、水を凝固液として内側及び外側表
面から凝固させ、内径０．５５＋ｕ、外径１．００ｍｍ
の中空糸状多孔質膜を得た。

この中空糸状多孔質膜を１００℃で乾燥させて乾燥膜と
した。　この乾燥中空糸状多孔質膜は、その断面を走査
型電子顕微鏡で観察した結果、表面に緻密層を有し、内
部へ向かうに従って粗な多孔質構造を有し、部分的に所
謂指状構造と称される重合体の欠落部分を有する非対称
膜であった。

かかる多孔質膜の３０℃における窒素ガス透過速度は２
６Ｎ　ｒｒ？／　ｒｄ−　ｈ　−　ａｔｔｏであった。

実施例２と同様の架橋性シリコーン樹脂溶液を、上記多
孔質膜の内側（内径側）の緻密層上にエアードクター法
にて均一に塗布した。　この塗膜を８０℃の温度に加熱
して塗膜からイソオクタンを蒸発除去した後、室温で２
４時間放置して多孔質膜の緻密層上に架橋性シリコーン
樹脂からなる活性薄膜を有する複合膜を得た。　かかる
複合膜の３０℃における窒素ガス透過速度は、０．０３
１　Ｎ　ｒｄ　／　ｍ・ｈ　−　ａｔｍであった。　ま
た実施例ｌと同様にして測定した水蒸気量は、０．３２
ｇ／　ｒｄ　−　ｈであった。

このようにして得られた中空糸複合膜を束ねて中空糸１
模モジュールとした。　膜の本数は３６００本、モジュ
ールの径は９０ｎ、長さは１ｍ、膜面積は６．２一であ
った。

かかるモジュールの供給側（中空糸上膜の内径側）に、
大気圧の空気で飽和した蒸留水（２５℃で溶存酸素ガス
濃度が８．１）ｐｐｍ）を流し、透過側（外径側）を４
０ｍｍｌｌｇの圧力に保持した。

その脱気結果、即ち処理液の流量と非透過液中の溶存酸
素濃度との関係を図に示す。

比較例２ 比較例ｌと同様にして、内径０　．　３　ｍｍ、外径０
．４５關の芳香族ポリスルホンの中空糸状多孔質膜を得
、これを１７０’ｃで乾燥して乾燥膜とした。　かかる
多孔質膜の３０℃における窒素ガス透過速度は、５Ｎ　
ｒｄ　／　ｍ・ｈ　−　ａｔｍであった。　また実施例
ｌと同様にして測定した水蒸気量は、０．３　５／ｍ２
・　ｈであった。

このようにして得られた膜を束ねて中空糸膜モジュール
とした。　ここで膜の本数は１６．０００本、モジュー
ルの径は９０ｍｍ、長さは１ｍ．．膜面積はｌ５．ｌポ
であった。

かかるモジュールを用いた以外は比較例１と同様にして
得た脱気結果を図に示す。

【図面の簡単な説明】

図は、実施例及び比較例で得た脱気結果を示すグラフで
ある。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）透過膜に溶存ガスを含む液体を接触させ、該溶存
   ガスを選択的に透過させてこれを分離する膜モジュール
   であって、上記透過膜がスパイラル状に巻回されてなる
   ことを特徴とするスパイラル型脱気膜モジュール。
2. （２）透過膜が、多孔質支持膜上に合成樹脂の非多孔質
   活性薄膜が形成されてなる選択透過性複合膜である請求
   項（１）記載のスパイラル型脱気膜モジュール。
3. （３）透過膜が、膜の物性値として、３０℃における窒
   素ガス透過速度が７×１０＾−＾４〜２×１０＾２Ｎｍ
   ＾３／ｍ＾２・ｈ・ａｔｍであり、かつ膜の透過側圧力
   を４０ｍｍＨｇとし大気圧下２０℃の水を膜に供給した
   場合に膜を透過してくる水蒸気量が１００ｇ／ｍ＾２・
   ｈ以下である請求項（１）記載のスパイラル型脱気膜モ
   ジュール。