JPH04215822A - 溶液の濃縮方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半透膜を利用して溶液
中の溶質を濃縮する際に有効な、溶液の濃縮方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半透膜を利用した分離・濃縮の技術は医
薬・発酵分野、一般の水処理分野・食品分野等、今日さ
まざまな分野に適用されており、半透膜の種類も数オン
グストロ−ムレベルのイオンの透過を阻止する逆浸透膜
から、コロイドや細菌を分離する限外ろ過・精密ろ過膜
まで幅広い種類の膜が開発されている。このうち分子量
数十から数百に至る低分子物質を分画するような場合は
、その溶液の持つ浸透圧によって膜の使用範囲が限定さ
れる場合が生じてくる。例えば逆浸透膜を用いて糖溶液
を濃縮する場合を考えると、数重量パ−セントの濃度の
ショ糖溶液ですでに数ｋｇ／ｃｍ２　の浸透圧がかかり
、これをさらに数十重量パ−セントまでに濃縮するには
操作圧力として数十ｋｇ／ｃｍ２　を要するようになる
。このため果汁溶液のような高い糖濃度溶液を濃縮する
際は、高圧ポンプによる高圧ろ過が必要となり、ランニ
ングコストが大きくなるという問題が生じる。また使わ
れる膜の耐圧強度にも限界があるため（一般に数十ｋｇ
／ｃｍ２　）事実上これ以上は濃縮できないとされる「
濃縮限界」が生じ、処理液の種類によっては使用する膜
が十分な半透性を有していても膜の耐圧性が小さいため
膜法が適用できないといったケ−スがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
を解決し、半透膜を用いて高い浸透圧を持った溶液を、
より低い操作圧力で濃縮する方法を提供するものである
。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は半透膜を用いて
浸透圧の大きい溶液の濃縮を行う際、より低い操作圧力
で処理するためには、ろ過側に、使用している半透膜に
対して浸透圧を有する溶液を循環させながら濃縮を行え
ばよいということを見出したものである。半透膜を介し
て溶液と純水を共存させると、化学ポテンシャルの違い
から、純水側から溶液側へ溶媒である水の移動が起こる
。この時の圧力を浸透圧と呼んでいるが、このため溶液
側から純水側へ水だけ移動させて、溶液側に溶けこんで
いる溶質を濃縮しようとするには最低でも浸透圧に等し
い圧力を加えなければならない。しかしながらここで純
水のかわりに浸透圧を有する溶液を共存させた場合は、
濃縮しようとする側（以後これを濃縮側とする）の浸透
圧が相殺されるため、より低い圧力でも水の移動を起こ
すことが可能となる。また濃縮側とは半透膜により隔て
られた反対側（以後これをろ過側とする）の溶液の浸透
圧が、濃縮側溶液よりも高い場合には、濃縮側に圧力を
かけなくても水の移動が起こり濃縮が行われる。

【０００５】本発明における半透膜とは、溶媒と溶質か
らなる溶液において、溶媒は透過させるが、溶質につい
てはそのすべて、または一部を透過させない性質（半透
性）を有する膜を指し、例えば塩水溶液に対する酢酸セ
ルロ−ス逆浸透膜や低分子量有機物水溶液に対するポリ
アミド系逆浸透膜があげられる。半透膜の形状は平膜、
管状膜、中空糸膜等、特に限定はされないが、モジュ−
ルにした際のサニタリ−性が高く、膜面線速の調整によ
って濃度分極を抑える効果の大きい、中空糸膜を用いる
のが好適である。

【０００６】半透膜を介して濃縮しようとする液の存す
る側を濃縮側、その反対側をろ過側とすれば、ろ過側に
、使用している半透膜に対して浸透圧を有する溶液を接
触させながら濃縮を行うのが本発明の特徴である。半透
膜のろ過側に溶液を接触させながら物質移動を行う方法
としては人工透析法がよく知られているが、透析法は拡
散によって溶質がろ過側の溶液中へ移動するものである
。これに対し、本発明の濃縮法では、濃縮側溶液の溶媒
はろ過側へ抜けるが溶質は移動せず，その結果として濃
縮が行われるので、透析法とは内容が異なる。浸透圧を
有する溶液は、使用している半透膜に対して透過を阻止
される割合（阻止率）が大きい溶質を、溶媒（主に水）
に溶解させることによって得ることができ、例えば糖溶
液、海水などの塩溶液をあげることができる。半透膜の
半透性は濃縮側・ろ過側の溶質に対して十分な阻止率を
有する事が好ましく、通常の圧ろ過を行った際に９５％
、好ましくは９９％以上の溶質が阻止されるような半透
膜を用いるのが好適である。また溶質濃度を変えること
によって浸透圧の大きさを調整できる。

【０００７】この溶液を膜のろ過側に接触させる方法は
特に限定されず、気泡が入りこまないように注意すれば
よいが、濃縮の過程で濃度勾配が生じないように常に循
環させておくのが好ましい。以下本発明を実施例を用い
て具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によっ
て限定されるものではない。

【０００８】

【実施例１】内径０．７５ｍｍ、外径１．３５ｍｍの中
空糸状半透膜を、長さ２５ｃｍ、内径４０ｍｍのポリス
ルホンケ−スに４００本封入し、両端をエポキシ系樹脂
で固着したモジュ−ルを作製した。この半透膜は圧力１
．５ｋｇ／ｃｍ２　で透過実験を行った時、５００ｐｐ
ｍのショ糖（分子量３４２）水溶液の阻止率が９５％で
あった。

【０００９】このモジュ−ルの１次側（中空糸の内表面
側）へ５重量％のラフィノ−ス水溶液（分子量５９５）
１５０ｍｌを５０ｍｌ／分の流量で循環させた。ついで
モジュ−ルの２次側（中空糸の外表面側）へ１０重量％
のショ糖溶液５００ｍｌを５０ｍｌ／分の流量で循環さ
せた。１次側、２次側の圧力はほぼゼロであったが３０
分後の１次側ラフィノ−ス溶液は７５ｍｌになっていた
。ラフィノ−スの濃度を糖度計で測定したところ９．５
重量％になっておりラフィノ−スが濃縮されていた。

【００１０】

【実施例２】実施例１において１次側に１．５ｋｇ／ｃ
ｍ２　の圧力をかけ２次側圧力はほぼゼロに保って１０
分間循環させたところ、１次側の液量は７０ｍｌになっ
ており、ラフィノ−ス濃度は９．０重量％に濃縮されて
いた。

【００１１】

【実施例３】モジュ−ルの１次側にラフィノ−スのかわ
りに５重量部％のポリエチレングリコ−ル水溶液（平均
分子量１０００）を流し、他は実施例１と同様の処理を
行なったところ、３０分後に１次側の液量は８０ｍｌに
なっており、ポリエチレングリコ−ルの濃度は９．０重
量％に濃縮されていた。

【００１２】

【実施例４】実施例３において１次側に１．５ｋｇ／ｃ
ｍ２　の圧力をかけ、２次側圧力はほぼゼロに保ち、１
０分間循環させたところ、１次側の液量は７９ｍｌにな
っており、ポリエチレングリコ−ル濃度は９．５重量％
に濃縮されていた。

【００１３】

【比較例１】モジュ−ルの２次側へ純水を循環させる以
外は実施例１と同様の操作を行ったところ、２次側から
１次側への純水の移動が起こり、１次側のラフィ−ノ−
ス溶液は濃縮されなかった。

【００１４】

【比較例２】比較例１において１次側へ１．５ｋｇ／ｃ
ｍ２　の圧力をかけたところ、３０分後においても１次
側の液量減少は見られず、ラフィノ−ス濃度は変化しな
かった。

【００１５】

【比較例３】モジュ−ルの２次側へ純水を循環させる以
外は実施例３と同様の操作を行ったところ、２次側から
１次側への純水の移動がおこり、１次側のポリエチレン
グリコ−ル溶液は濃縮されなかった。

【００１６】

【比較例４】比較例３において１次側へ１．５ｋｇ／ｃ
ｍ２　の圧力をかけたところ、３０分後の１次側の液量
は１４５ｍｌに減少しており、ポリエチレングリコ−ル
濃度は５．２重量％に濃縮されていたが、２次側へショ
糖溶液を流した時よりも効果は小さかった。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、糖やアミノ酸のような
低分子量有機物溶液、イオン溶液などの浸透圧の高い溶
液も、低圧操作で有効に濃縮することができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　半透膜を用いて溶液を濃縮する方法に
   おいて、ろ過側に、使用している半透膜に対して浸透圧
   を有する溶液を接触させながら濃縮を行うことを特徴と
   する溶液の濃縮方法。
2. 【請求項２】　　半透膜の形状が中空糸膜であることを
   特徴とする請求項１記載の溶液の濃縮方法