JPH0516287B2 - - Google Patents

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JPH0516287B2
JPH0516287B2 JP18597187A JP18597187A JPH0516287B2 JP H0516287 B2 JPH0516287 B2 JP H0516287B2 JP 18597187 A JP18597187 A JP 18597187A JP 18597187 A JP18597187 A JP 18597187A JP H0516287 B2 JPH0516287 B2 JP H0516287B2
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JP
Japan
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membrane
separation
water
plasma
polymer
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JP18597187A
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Japanese (ja)
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JPS6430602A (en
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Toshihiro Hirotsu
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
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  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

産業上の利用分野 本発明は、水とアルコールの混合液から水を優
先的に透過させ、アルコールを濃縮する分離膜お
よびその製造方法に関するものであり、この水−
アルコール分離膜はバイオマス発酵液からのアル
コールの濃縮、各種製造加工工程における水性ア
ルコールからのアルコールの回収精製に利用する
ことが出来る。 従来の技術 水−アルコール混合溶液をはじめとして溶液の
分離や精製には従来蒸留が用いられている。しか
しながら、この蒸留は液をいつたん加熱気化して
このときの沸点の違いを利用して物質分離を行う
ものである。この段階での加熱のための消費エネ
ルギーの量は莫大である。一方、気化した物質を
冷却液化するための水等の冷媒も必要となる。こ
のような蒸留に代わるプロセスとして、近年膜の
利用に多大の期待が寄せられている。 膜を用いた分離精製には広い範囲の用途があ
り、今日人工腎臓用としての膜による透析、逆浸
透膜による海水の淡水化、純水の製造などのプロ
セスはすでに実用化されている。また、酸素富化
膜等のガス分離膜も一部は実用化されて医療用や
化学製造工程分離プロセスのなかに取り入れられ
つつあることは周知のとおりである。 しかしながら、アルコールのような有機物質の
膜分離の例は現在極めてまれである。これは目的
に適つた膜素材の開発がいまだなされていないた
めであり、そのための努力がいま強くなされてい
る。こうした膜が実用化され、膜分離が可能とな
ればこれが蒸留等に取つて代わり、省エネルギー
や生産工程の簡略化・迅速化に寄与して各分野へ
貢献するところは大なるものと期待される。 膜を介しての分離は、透過対象物質の膜内への
溶解と拡散の程度の差を利用して行われる。すな
わち、透過物質がより優先して通過できるよう、
親和性の高い構造を膜内に構成することによつて
選択的な透過分離を達成することが出来る、たと
えば、水と水溶性有機物質の混合溶液から水を選
択的に透過させるためには、膜をより親水性の基
で構成してやればよい。 かかる見地より、水−アルコール混合溶液から
水を選択的に透過分離する膜として、たとえば以
下のようなものが検討されている。 酢酸セルロース膜〔ジヤーナル・オブ・メンブ
ラン・サイエンス誌、第1巻、第271頁、(1976)〕 ポリフエニレンオキシド膜〔膜、第8巻、第
177頁、(1983)〕 アクリル酸−アクリロニトリル共重合膜〔ジヤ
ーナル・オブ・ポリマー・サイエンス誌、ポリマ
ー・レター編、第22巻、第473頁、(1984)〕 N−置換ポリイミド含有共重合膜〔ポリマー・
ジヤーナル誌、第17巻、第363頁、(1985);同誌、
第16巻、第653頁、(1984)〕 キトサン膜〔高分子論文集、第42巻、第139頁、
(1985);同誌、第43巻、第449頁、(1986)〕 ナフイオン膜〔ジヤーナル・オブ・メンブラ
ン・サイエンス誌、第24巻、第101頁、(1985)〕 これらの膜を用いると水−アルコール混合溶液
から水を透過除去できるのでアルコールを濃縮す
ることが出来る。 発明が解決しようとする問題点 以上に述べた膜はいずれも均質膜であり、透過
速度は総じて小さい。また、これら分離膜では溶
液と接触したときに膨潤によつて膜に形成される
微細孔が物質透過の通路となり、ここで選択分離
がおこることになるが、均質膜では膨潤の程度に
よつては膜の変性や破裂なども起りうる。こうし
たことがあれば、分離膜として実用上問題とな
る。すなわち、実用上のある分離膜としては分離
性能とともに力学的な安定性が兼ね備わつていな
ければならないことは述べるまでもない。 本発明の目的は、こうした課題を克服してより
選択分離性の高い分離膜を得ることにある。 問題点を解決するための手段 このために、水およびアルコールに対して安定
な素材からなる多孔性高分子膜を基質として選択
し、この上にアクリルアミドをグラフト重合させ
たのち、メチロール化することによつてこの層を
より親水性の−CONHCH2OHの構造とした膜を
構成することにより、この目的を達成した。 まずアクリルアミドを多孔性高分子膜上にグラ
フト重合させる方法については特願昭60−269951
に詳しい。 水およびアルコールに実質的に影響を受ない多
孔性高分子膜素材としては、ポリエチレン、ポリ
プロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリフツ化ビニリ
デン、ポリテトラフルオロエチレン、ナイロン、
セルロース誘導体を挙げることが出来る。 これら多孔性高分子膜上にアクリルアミドをグ
ラフト重合させる方法としてはいくつかの手段が
ある。たとえば、光、プラズマ、放射線等の励起
種で活性化する方法がある。それぞれに長短があ
るが、本発明に好適な分離膜を形成する手段とし
てプラズマ活性化を経由するグラフト重合を挙げ
ることが出来る。それは、プラズマによる作用が
高分子の極く表面部に限られ、多孔性高分子膜の
バルクとしての機械的性質の低下が防止できると
いう理由からである。さらにプラズマはより広範
な高分子膜素材に対してグラフト重合開始のため
に有効である。また、おなじ理由から真空紫外線
開始によるグラフト重合も有効である。 以下に、プラズマ表面処理を経由したグラフト
重合について説明する。 プラズマ表面処理を経由するグラフト重合に
は、 (1) プラズマ照射による高分子表面のラジカル活
性化 (2) 単量体接触によるグラフト重合 の2段階が関与することになる。 まず、高分子表面のラジカル活性化のプロセス
は、通常のプラズマ表面処理と変りがない。 グロー放電を利用した低温プラズマプロセスに
ついては、すでに周知のとおりである。例えば、
J.R.ホーラン、A.T.ベル編著「プラズマ化学の技
術と応用」ワイリー、ニユーヨーク(1974)など
に詳しい。 プラズマ表面処理を改めて簡単に説明すると、
電気的放電によつて得られたグロー放電を利用し
て高分子材料を照射処理するもので、プラズマに
さらされた材料の極く表層部で各種の反応が生じ
る。すなわち、プラズマの作用で高分子を構成す
る炭素−炭素結合、炭素−水素結合などの開裂が
起つていつたん、高分子ラジカルが形成され、引
き続いてこれらのラジカルが反応して架橋や不飽
和結合、あるいは新たな極性基が導入されること
になる。 高分子へのプラズマ照射の際、架橋や不飽和結
合形成の反応にあずかることの出来なかつた高分
子ラジカルの量もかなりあることは良く知られる
ところである。プラズマグラフト重合は、これら
の高分子ラジカルを重合の開始点として利用する
ものである。表面特異的なプラズマ処理の特徴を
生かしたプラズマグラフト重合で得られる分離膜
は、基質高分子とグラフト重合層のそれぞれの機
能が生かせるという利点があり、他のグラフト手
段に比べて優れている。 グロー放電プラズマの発生方法としては、数K
Hz〜数10KHzオーダーのオーデイオ波、あるいは
波長が短かいGHzオーダーのマイクロ波、
13.56MHzのラジオ波が利用できる。 多孔性高分子膜のプラズマ表面処理条件として
は、0.01〜1.0トールのガス圧のもとで5〜100ワ
ツトの出力で5秒〜10分間照射処理することが適
当である。 プラズマガスとしては、基質多孔性高分子膜の
劣化やエツチングなどを生じることのないアルゴ
ンやヘリウムの希ガス、あるいは非重合性の窒素
ガスや残留無機ガスが適当である。酸素や空気を
プラズマガスとして用いることは、基質高分子膜
を酸化エツチングするために好ましくない。とく
に、ポリプロピレンは空気プラズマや酸素プラズ
マで劣化し膜の強度が著しく低下するので、避け
た方が良い。 つぎに、グラフト重合の方法について述べる。
グラフト重合は活性化した表面を化学的に処理す
る過程であつて、従来言われているところのプラ
ズマ処理におけるドライプロセスという特長を、
場合によつては損うこともあり得るが、連鎖重合
による規則性の高分子層を導入できるという利点
がある。さらに、新たに形成されるグラフト重合
層は、基質と共有結合により化学的に結合してい
るために脱離することがなく、機械的・化学的安
定性に優れる。 プラズマグラフト重合の方法には、 (1) プラズマ活性化した多孔性高分子膜を、高分
子ラジカルとして大気中に取り出すことなく真
空中で直接単量体ガスまたはその溶液と接触さ
せるグラフト重合 (2) プラズマ活性化した多孔性高分子膜を、いつ
たん空気ないしは酸素ガスに接触させて過酸化
物を形成し、これを熱分解して得られるオキシ
ラジカルを経由してのグラフト重合 の2つがあるが、グラフト化分離膜の作成には両
者のいずれの方法をも用いられ得る。 つぎに、こうして得られたアクリルアミドグラ
フト重合処理膜のメチロール化について説明す
る。 ポリアクリルアミドの単独重合体のメチロール
化については公知であり、たとえば、ジヤーナ
ル・オブ・ポリマー・サイエンス誌、A−1、第
7巻、第409頁、(1969)記載の方法により、高い
効率でメチロール化生成物を得ることが出来る。
これと全く同様のやり方で多孔性高分子膜の上に
グラフト重合させたポリアクリルアミド層もメチ
ロール化することが出来る。 すなわち、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム
または水酸化リチウムを用いて10ないしは12Nに
調製した弱アルカリ水溶液中に、パラホルムアル
デヒドを溶解させて2ないし10%の溶液とし、こ
れにポリアクリルアミドグラフト重合処理膜を浸
漬し、室温にて0.5ないし3時間反応させること
によつて達成出来る。ブラフト重合したアクリル
アミド層がほぼ完全にメチロール化していること
は、赤外吸収スペクトルにより、1020cm-1から
1030cm-1にわたつて強い吸収が認められることか
ら明らかである。この吸収は水酸基の根元のC−
O伸縮振動によるものである。 つぎに、分離の手段について述べる。 水−アルコールの分離の手段としてはパーベー
パレーシヨン法が適している。この方法は、分離
の対象となる混合溶液を膜の片面側に接触させ、
他の片面側を真空排気するか、あるいは非活性の
気体を送つて透過物を採集するものである。その
実際については、膜、第6巻、第168頁(1981)
などの文献に詳しい。パーベーパレーシヨンは、
共沸混合物の分離、蒸留のみでは分離の困難な異
性体混合物の分離に有効な方法と言われる。 パーベーパレーシヨンによる分離の実際の例を
以下に示す。 濾過ホルダー内に膜試料を装着し、このホルダ
ー内に溶液混合物を入れる。ホルダーの下方、す
なわち膜の透過液に接触していない面の側を真空
ラインに接続して、これを真空減圧にする。数分
〜10分間程度真空減圧を保ち、系の圧力が一定と
なつて膜透過が平衡に達したのち、液体窒素トラ
ツプを用いて透過分を採集する。一定時間後、採
集物を秤量するとともにガスクロマトグラフイー
にかけてピークの強度から水とアルコールの濃度
を求める。 分離性を示す一指標として、分離係数(α)は
以下の方法で与えられる。 いま、2成分A,Bの混合溶液から、成分Bの
透過分離を考えることにする。膜を介して、供給
側のAおよびB成分の濃度をそれぞれAf,Bfと
し、また透過側の濃度をそれぞれAp,Bpとする
と、Bの分離係数αB/Aはつぎの式で示される。 αB/A=Bp/Ap/Bf/Af すなわち、供給透過両側の各成分の濃度比の比と
して与えられる。 この分離係数の値が大きければ大きいほど透過
における選択性が高いことを表している。 本発明のメチロール化処理膜ではこのパーベー
パレーシヨン法により、0ないし90%のエタノー
ル水溶液を用いて分離操作を行つたときに透過液
中ではいずれもエタノール濃度が著しく低下して
おり、水選択透過性を示すことが認められた。 発明の作用 つぎに、本発明の分離膜が示す作用について添
付図によつてさらに詳細に説明する。 図は、多孔性ポリプロピレン膜上にポリアクリ
ルアミドのメチロール化処理層を有する分離膜に
よる水の選択透過を分離係数で表わし、そのグラ
フト率への依存性として示すものである。ここで
は供給液として70%エタノール水溶液を用いた例
で示している。これを特願昭60−269951記載の方
法による、すなわちメチロール化する前のアクリ
ルアミドグラフト重合処理膜によるものと比較す
ると、分離係数は4−10から40−170と大幅に増
加しており、水−エタノール分離性が著しく向上
している。すなわち、メチロール化処理が有効な
ことがわかる。 こうした水選択透過性の向上は、ポリアクリル
アミド中のアミド基−CONH2がメチロール化処
理により−CONHCH2OHの構造を取り、すなわ
ちアミド基に新たに水酸基が加わつて分離活性層
中の親水成分の密度が高くなつたこと等による。 発明の効果 本断明の分離膜は、アルコール濃度が0−90%
にわたる広範な水−アルコール混合溶液から水を
選択的に透過し、水とアルコールを分離すること
が出来る。したがつて、たとえばバイオマス発酵
液から水を除去してアルコールを濃縮すること等
のために用いることが出来る。 実施例 つぎに、実施例によつて本発明をさらに詳しく
説明する。 実施例 1 多孔性ポリプロピレン膜(ジユラガード)を用
い、これを0.02トールの残留ガス条件下に10ワツ
トで60分間処理したあと、あらかじめ真空脱気し
ておいた5%アクリルアミド水溶液30mlを加え、
真空下に60℃において2時間反応させた。反応
後、水洗により未反応モノマーおよびホモポリマ
ーを除去してアクリルアミドグラフト重合膜を得
た。これを水酸化ナトリウムを用いて11Nとした
アルカリ水溶液30mlにバラホルムアルデヒド3.0
グラムを加えて溶液化し、室温で3時間反応させ
た。水洗、乾燥後の重量増加は4.96mg/cm2であつ
た。 この膜を用いてパーベーパレーシヨンを行い、
30℃において以下の結果を得た。
INDUSTRIAL APPLICATION FIELD The present invention relates to a separation membrane that preferentially permeates water from a mixed solution of water and alcohol and concentrates alcohol, and a method for producing the same.
Alcohol separation membranes can be used to concentrate alcohol from biomass fermentation liquid and to recover and purify alcohol from aqueous alcohol in various manufacturing and processing processes. BACKGROUND ART Distillation has conventionally been used to separate and purify solutions, including water-alcohol mixed solutions. However, this distillation involves heating and vaporizing a liquid and then utilizing the difference in boiling point to separate substances. The amount of energy consumed for heating at this stage is enormous. On the other hand, a refrigerant such as water is also required to cool and liquefy the vaporized substance. In recent years, great expectations have been placed on the use of membranes as an alternative process to such distillation. Separation and purification using membranes has a wide range of applications, and processes such as dialysis using membranes for artificial kidneys, desalination of seawater using reverse osmosis membranes, and production of pure water are already in practical use today. Furthermore, it is well known that some gas separation membranes such as oxygen enrichment membranes have been put into practical use and are being incorporated into medical applications and separation processes in chemical manufacturing processes. However, examples of membrane separation of organic substances such as alcohols are currently extremely rare. This is because membrane materials suitable for this purpose have not yet been developed, and efforts are currently being made to achieve this goal. If such membranes are put into practical use and membrane separation becomes possible, it is expected to replace distillation, etc., and contribute to energy savings, simplify and speed up production processes, and make a major contribution to various fields. . Separation through the membrane is performed using the difference in the degree of dissolution and diffusion of the substance to be permeated into the membrane. In other words, so that permeable substances can pass through with higher priority,
Selective permeation separation can be achieved by constructing a structure with high affinity in the membrane. For example, in order to selectively permeate water from a mixed solution of water and a water-soluble organic substance, The membrane may be composed of more hydrophilic groups. From this point of view, the following membranes, for example, have been studied as membranes that selectively permeate and separate water from a water-alcohol mixed solution. Cellulose acetate membrane [Journal of Membrane Science, Vol. 1, p. 271, (1976)] Polyphenylene oxide membrane [Membrane, Vol. 8, No.
177 pages, (1983)] Acrylic acid-acrylonitrile copolymer membrane [Journal of Polymer Science, edited by Polymer Letters, Vol. 22, No. 473, (1984)] N-substituted polyimide-containing copolymer membrane [ polymer·
Journal, Volume 17, Page 363, (1985);
Vol. 16, p. 653, (1984)] Chitosan membrane [Kobunshi Papers, Vol. 42, p. 139,
(1985); same journal, vol. 43, p. 449, (1986)] Nafion membrane [Journal of Membrane Science, vol. 24, p. 101, (1985)] When these membranes are used, water- Since water can be permeated and removed from an alcohol mixed solution, alcohol can be concentrated. Problems to be Solved by the Invention The membranes described above are all homogeneous membranes, and the permeation rate is generally low. In addition, in these separation membranes, the micropores that are formed in the membrane due to swelling when it comes into contact with a solution become passageways for substance permeation, and selective separation occurs here, but with homogeneous membranes, the degree of swelling Degeneration and rupture of the membrane may also occur. If this happens, it becomes a practical problem as a separation membrane. That is, it goes without saying that a practical separation membrane must have both separation performance and mechanical stability. An object of the present invention is to overcome these problems and obtain a separation membrane with higher selective separation performance. Means to solve the problem To this end, we selected a porous polymer membrane made of a material that is stable against water and alcohol as a substrate, grafted acrylamide onto it, and then converted it into methylol. Therefore, this objective was achieved by constructing a membrane in which this layer had a more hydrophilic -CONHCH 2 OH structure. First, a method for graft polymerizing acrylamide onto a porous polymer membrane was disclosed in Japanese Patent Application No. 60-269951.
I am familiar with Porous polymer membrane materials that are substantially unaffected by water and alcohol include polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, nylon,
Examples include cellulose derivatives. There are several methods for graft polymerizing acrylamide onto these porous polymer membranes. For example, there is a method of activating with excited species such as light, plasma, and radiation. Although each method has its advantages and disadvantages, graft polymerization via plasma activation can be cited as a means for forming a separation membrane suitable for the present invention. This is because the action of the plasma is limited to the very surface of the polymer, thereby preventing deterioration of the mechanical properties of the porous polymer membrane as a bulk. Furthermore, plasma is effective for initiating graft polymerization for a wider range of polymer membrane materials. For the same reason, graft polymerization initiated by vacuum ultraviolet light is also effective. Graft polymerization via plasma surface treatment will be described below. Graft polymerization via plasma surface treatment involves two steps: (1) radical activation of the polymer surface by plasma irradiation, and (2) graft polymerization by monomer contact. First, the process of radical activation of the polymer surface is no different from ordinary plasma surface treatment. A low-temperature plasma process using glow discharge is already well known. for example,
He is familiar with "Techniques and Applications of Plasma Chemistry" edited by JR Horan and AT Bell, Wiley, New York (1974). To briefly explain plasma surface treatment,
Polymer materials are irradiated using glow discharge obtained by electrical discharge, and various reactions occur at the very surface layer of the material exposed to plasma. In other words, as soon as carbon-carbon bonds, carbon-hydrogen bonds, etc. that make up a polymer are cleaved by the action of plasma, polymer radicals are formed, and these radicals subsequently react to form crosslinks and unsaturation. A bond or a new polar group will be introduced. It is well known that when a polymer is irradiated with plasma, there is a considerable amount of polymer radicals that cannot participate in crosslinking or unsaturated bond formation reactions. Plasma graft polymerization utilizes these polymer radicals as starting points for polymerization. Separation membranes obtained by plasma graft polymerization that take advantage of the surface-specific characteristics of plasma treatment have the advantage of utilizing the respective functions of the substrate polymer and the graft polymer layer, and are superior to other grafting methods. As a method of generating glow discharge plasma, several K
Audio waves on the order of Hz to several tens of kilohertz, or microwaves with short wavelengths on the order of GHz,
13.56MHz radio waves are available. The appropriate plasma surface treatment conditions for the porous polymer membrane are irradiation treatment at a gas pressure of 0.01 to 1.0 Torr and an output of 5 to 100 watts for 5 seconds to 10 minutes. Suitable plasma gases include rare gases such as argon and helium, which do not cause deterioration or etching of the porous polymer membrane substrate, or non-polymerizable nitrogen gases or residual inorganic gases. It is not preferable to use oxygen or air as a plasma gas because it oxidizes and etches the substrate polymer film. In particular, polypropylene is deteriorated by air plasma or oxygen plasma and the strength of the film is significantly reduced, so it is better to avoid it. Next, the method of graft polymerization will be described.
Graft polymerization is a process in which an activated surface is chemically treated.
Although it may be damaged in some cases, it has the advantage that a regular polymer layer can be introduced by chain polymerization. Furthermore, since the newly formed graft polymer layer is chemically bonded to the substrate through covalent bonds, it does not come off and has excellent mechanical and chemical stability. Plasma graft polymerization methods include: (1) Graft polymerization in which a plasma-activated porous polymer membrane is brought into direct contact with a monomer gas or its solution in a vacuum without being taken out into the atmosphere as polymer radicals (2). ) There are two types of graft polymerization: a plasma-activated porous polymer membrane is brought into contact with air or oxygen gas to form a peroxide, and this is thermally decomposed to generate oxy radicals. However, either method can be used to create the grafted separation membrane. Next, methylolization of the acrylamide graft polymerized membrane thus obtained will be explained. Methylolation of polyacrylamide homopolymers is known; for example, methylol can be converted with high efficiency by the method described in Journal of Polymer Science, A-1, Vol. 7, p. 409 (1969). It is possible to obtain a reaction product.
A polyacrylamide layer graft-polymerized on a porous polymer membrane can also be methylolized in exactly the same manner. That is, paraformaldehyde is dissolved in a weak alkaline aqueous solution prepared to 10 or 12N using sodium hydroxide, potassium hydroxide, or lithium hydroxide to make a 2 to 10% solution, and a polyacrylamide graft polymerized membrane is added to this solution. This can be achieved by immersing it in water and allowing it to react at room temperature for 0.5 to 3 hours. The infrared absorption spectrum shows that the blast-polymerized acrylamide layer is almost completely methylolized .
This is clear from the fact that strong absorption is observed over 1030 cm -1 . This absorption is caused by the C-
This is due to O stretching vibration. Next, the means of separation will be described. A pervaporation method is suitable as a means for water-alcohol separation. This method involves bringing the mixed solution to be separated into contact with one side of the membrane.
The other side is evacuated or an inert gas is sent to collect the permeate. Regarding the actual situation, please refer to Membrane, Vol. 6, p. 168 (1981).
Familiar with literature such as Pervaporation is
It is said to be an effective method for separating azeotropic mixtures and separating isomer mixtures that are difficult to separate by distillation alone. A practical example of separation by pervaporation is shown below. Mount the membrane sample in the filtration holder and place the solution mixture in the holder. The lower part of the holder, that is, the side of the membrane not in contact with the permeate, is connected to a vacuum line to reduce the pressure. The vacuum is maintained for several to 10 minutes, and after the system pressure becomes constant and membrane permeation reaches equilibrium, the permeate is collected using a liquid nitrogen trap. After a certain period of time, the sample is weighed and subjected to gas chromatography to determine the concentration of water and alcohol from the intensity of the peaks. As an index showing separability, a separation coefficient (α) is given by the following method. Let us now consider permeation separation of component B from a mixed solution of two components A and B. When the concentrations of A and B components on the supply side through the membrane are respectively Af and Bf, and the concentrations on the permeate side are Ap and Bp, respectively, the separation coefficient α B/A of B is expressed by the following equation. α B/A = Bp/Ap/Bf/Af That is, it is given as the ratio of the concentration ratio of each component on both sides of the supply permeation. The larger the value of this separation coefficient, the higher the selectivity in permeation. In the methylolation-treated membrane of the present invention, when a separation operation is performed using a 0 to 90% ethanol aqueous solution by this pervaporation method, the ethanol concentration in the permeate decreases significantly, and water selection It was observed that it showed transparency. Effects of the Invention Next, the effects exhibited by the separation membrane of the present invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. The figure shows the selective permeation of water through a separation membrane having a methylolated layer of polyacrylamide on a porous polypropylene membrane, expressed as a separation coefficient, and its dependence on the grafting rate. Here, an example is shown in which a 70% ethanol aqueous solution is used as the supply liquid. Comparing this with the method described in Japanese Patent Application No. 60-269951, that is, using an acrylamide graft polymerized membrane before methylolization, the separation coefficient has significantly increased from 4-10 to 40-170, and the water- Ethanol separation is significantly improved. That is, it can be seen that the methylol treatment is effective. This improvement in water selective permeability is due to the fact that the amide group -CONH 2 in polyacrylamide takes on the structure of -CONHCH 2 OH through methylolation treatment, that is, a new hydroxyl group is added to the amide group, and the hydrophilic component in the separation active layer is improved. This is due to increased density, etc. Effects of the invention The separation membrane of the present invention has an alcohol concentration of 0-90%.
It is possible to selectively permeate water and separate water and alcohol from a wide range of water-alcohol mixed solutions. Therefore, it can be used, for example, to remove water from a biomass fermentation liquid and concentrate alcohol. Examples Next, the present invention will be explained in more detail with reference to examples. Example 1 Using a porous polypropylene membrane (Jyuragard), it was treated under a residual gas condition of 0.02 Torr at 10 Watts for 60 minutes, and then 30 ml of a 5% acrylamide aqueous solution that had been previously vacuum degassed was added.
The reaction was allowed to proceed for 2 hours at 60° C. under vacuum. After the reaction, unreacted monomers and homopolymers were removed by washing with water to obtain an acrylamide graft polymer membrane. Add 3.0 ml of rose formaldehyde to 30 ml of alkaline aqueous solution made 11N with sodium hydroxide.
gram was added to form a solution, and the mixture was reacted at room temperature for 3 hours. The weight increase after washing and drying was 4.96 mg/cm 2 . Perform pervaporation using this membrane,
The following results were obtained at 30°C.

【表】 また、40℃において以下の結果を得た。【table】 In addition, the following results were obtained at 40°C.

【表】 また、50℃において以下の結果を得た。【table】 In addition, the following results were obtained at 50°C.

【表】 実施例 2 実施例1と同様の方法によりポリプロピレン多
孔膜をプラズマ処理の後、このフイルムを大気中
に10分間さらした。これに前と同様な条件下にア
クリルアミドのグラフト重合とメチロール化処理
を行い、グラフト率0.83mg/cm2の膜を得た。 この膜を用いてパーベーパレーシヨンを行い、
40℃において以下の結果を得た。
[Table] Example 2 A porous polypropylene film was subjected to plasma treatment in the same manner as in Example 1, and then exposed to the atmosphere for 10 minutes. This was subjected to graft polymerization of acrylamide and methylolization treatment under the same conditions as before to obtain a membrane with a graft ratio of 0.83 mg/cm 2 . Perform pervaporation using this membrane,
The following results were obtained at 40°C.

【表】 実施例 3 実施例1と同様の方法によりポリプロピレン多
孔膜をプラズマ処理の後、このフイルムを大気中
に60分間さらした。これに前と同様な条件下にア
クリルアミドのグラフト重合とメチロール化処理
を行い、グラフト率0.625mg/cm2の膜を得た。 この膜を用いてパーベーパレーシヨンを行い、
40℃において以下の結果を得た。
[Table] Example 3 After a polypropylene porous film was subjected to plasma treatment in the same manner as in Example 1, the film was exposed to the atmosphere for 60 minutes. This was subjected to acrylamide graft polymerization and methylolization treatment under the same conditions as before to obtain a membrane with a graft ratio of 0.625 mg/cm 2 . Perform pervaporation using this membrane,
The following results were obtained at 40°C.

【表】 比較例 1 実施例1のメチロール化する前のアクリルアミ
ドグラフト化処理膜を用いて40℃で分離実験を行
つたときの結果は以下のとおりであつた。
[Table] Comparative Example 1 A separation experiment was conducted at 40°C using the acrylamide grafted membrane of Example 1 before methylolization, and the results were as follows.

【表】【table】 【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

図は、本発明の分離膜1による水−アルコール
分離の分離係数をグラフト率への依存性として示
すものであり、メチロール化処理前のアクリルア
ミドグラフト化膜2におけるものと比較して示し
ている。
The figure shows the separation coefficient of water-alcohol separation by the separation membrane 1 of the present invention as a dependence on the grafting rate, and is compared with that of the acrylamide grafted membrane 2 before methylolization treatment.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 アクリルアミドをグラフト重合させた多孔性
高分子膜基質のメチロール化処理物から成る水−
アルコール分離膜 2 多孔性高分子膜基質の表面にアクリルアミド
をグラフト重合させたのち、メチロール化処理す
ることを特徴とする水−アルコール分離膜の製造
方法
[Scope of Claims] 1. Water consisting of a methylolated product of a porous polymer membrane substrate obtained by graft polymerization of acrylamide.
Alcohol separation membrane 2 A method for producing a water-alcohol separation membrane characterized by graft polymerizing acrylamide onto the surface of a porous polymer membrane substrate and then subjecting it to methylolization treatment.
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