JPH0871380A - Novel module - Google Patents

Novel module

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JPH0871380A
JPH0871380A JP21080794A JP21080794A JPH0871380A JP H0871380 A JPH0871380 A JP H0871380A JP 21080794 A JP21080794 A JP 21080794A JP 21080794 A JP21080794 A JP 21080794A JP H0871380 A JPH0871380 A JP H0871380A
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JP
Japan
Prior art keywords
membrane
module
hollow fiber
strength
separation
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP21080794A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takahiro Hori
隆博 堀
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Asahi Chemical Industry Co Ltd filed Critical Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority to JP21080794A priority Critical patent/JPH0871380A/en
Publication of JPH0871380A publication Critical patent/JPH0871380A/en
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  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

PURPOSE: To provide a module developing high-degree separating and purifying capacity by holding the strength of the hollow yarn function membrane charged in the module and making the flow of the fluid to be treated flowing along the outside of hollow yarn turblent or preventing channeling. CONSTITUTION: In a module wherein a housing is packed with a hollow yarn membrane, the space part between the housing and the hollow yarn is filled with a sponge structure mainly constituted of org. matter.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】中空糸状の機能膜を充填したモジ
ュールに関する。さらに詳細に述べれば、機能膜の分離
性能を保持しつつ、強度を付与することができ、かつ、
機能膜表面への処理流体の高い接触効率を確保すること
ができる中空糸状の機能膜を充填したモジュールに関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a module filled with a hollow fiber functional membrane. More specifically, it is possible to impart strength while maintaining the separation performance of the functional membrane, and
The present invention relates to a module filled with a hollow fiber-shaped functional film capable of ensuring a high contact efficiency of a treatment fluid with the surface of the functional film.

【0002】[0002]

【従来の技術】分離機能膜において、分離係数が高いこ
と、処理量が多いこと、そして、長時間使用あるいは繰
り返し使用に耐える強度及び耐久性を有すること、の3
点をどのように調整し、高効率化するかが、技術開発の
歴史であった。分離係数と処理量の両者を高めるために
は、膜厚は薄く、圧力損失が小さく、しかも分離精製能
力に対する信頼性の高いものが求められてきた。しか
し、膜厚が薄くなるほど、物理的な強度は低下し、長時
間使用に耐えられなくなる。この問題を解決するため
に、これまで行われてきた方法は、分離精製を行う膜厚
の薄い活性層とそれを保持し、強度を保つための支持層
の両者を有する多層構造の膜の採用による方法である。
限外ろ過膜や逆浸透膜は、紡糸技術の開発により、活性
層を表面に有する高機能膜の開発が進められ、また、多
孔膜へのコーティング技術により、同様の機能を有する
膜の開発が行われてきた。
2. Description of the Related Art A separation functional membrane has a high separation coefficient, a large amount of treatment, and strength and durability capable of withstanding long-term use or repeated use.
The history of technological development was how to adjust the points and improve efficiency. In order to increase both the separation coefficient and the throughput, a thin film, a small pressure loss, and a highly reliable separation / purification capability have been demanded. However, the thinner the film, the lower the physical strength, and the longer it becomes unable to withstand. In order to solve this problem, the methods that have been used so far have adopted a multi-layered membrane having both a thin active layer for separation and purification and a supporting layer for holding the active layer and maintaining strength. Method.
For ultrafiltration membranes and reverse osmosis membranes, the development of spinning technology has led to the development of high-performance membranes with an active layer on the surface, and the coating technology for porous membranes has led to the development of membranes with similar functions. Has been done.

【0003】しかし、これらの技術は、たとえば、紡糸
によって、活性層と支持層の両者を得る方法の場合、支
持層の強度保持、活性層の分離性能、さらに両者の影響
による処理水量を確保するため、活性層と支持層の両者
の構造制御を1度の紡糸条件で得ることが困難であり、
高機能化に限界が見え始めている。また。コーティング
法においても、活性層の分離性能と、支持層への接着特
性は必ずしも両立せず、使用中にコーティングがはがれ
るなどの問題があった。
However, in these techniques, for example, in the case of a method of obtaining both an active layer and a support layer by spinning, the strength of the support layer is maintained, the separation performance of the active layer and the amount of treated water due to the influence of both are secured. Therefore, it is difficult to obtain structural control of both the active layer and the support layer under one spinning condition,
The limits to high functionality are beginning to be seen. Also. Also in the coating method, the separation performance of the active layer and the adhesive property to the support layer are not necessarily compatible with each other, and there is a problem that the coating peels off during use.

【0004】従って、活性層の研究開発において、分子
レベルの制御により、高度な分離精製の技術が一方で得
られながら、それを保持する手段がないため、強度保持
のため膜厚を厚くすることが必要となり、結局処理量が
得られないなどのジレンマに陥っていた。以上の問題を
解決するためには、活性層における分離性能と、膜シス
テムにおける耐久性の確保はそれぞれ独立に行うことが
必要となる。
Therefore, in the research and development of the active layer, while a high level separation and purification technique can be obtained by controlling at the molecular level, there is no means for holding it, so the film thickness should be increased to maintain the strength. Was needed, and in the end there was a dilemma that the throughput could not be obtained. In order to solve the above-mentioned problems, it is necessary to ensure the separation performance in the active layer and the durability in the membrane system independently.

【0005】なお、高機能膜として、今後実用化が期待
されているのは、機能膜表面に処理流体を接触させ、処
理流体中の特定物質のみを透過させるタイプのものであ
る。このような膜の場合、処理流体と膜表面との接触効
率が問題となる。モジュール内の単位容積あたりの流体
の接触面積を多くとるためには、機能膜形状として中空
糸状が望ましいが、中空糸状の場合、膜外部の流動が必
ずしも乱流とならず流体中の対象物質が膜面と十分に接
触しなかったり、また、チャンネリングが起き、流体は
特定の膜面とのみ活発に接触し、他の部分は滞留してい
たりする場合がある。そのため、Donnan透析膜な
どでは、平膜を採用し、膜間のセパレータにより乱流化
する方法に頼らざるを得ないのが実状である。また、強
度保持を目的として、中空糸膜表面に別種の繊維等を巻
く方法が提案されており(特開昭63−31502号公
報)、それによる接触効率の改善はある程度は期待でき
るがやはり不十分である。
It is to be noted that what is expected to be put to practical use in the future as a high-performance film is a type in which a processing fluid is brought into contact with the surface of the functional film and only a specific substance in the processing fluid is permeated. In the case of such a membrane, the contact efficiency between the processing fluid and the membrane surface becomes a problem. In order to increase the contact area of the fluid per unit volume in the module, a hollow fiber shape is desirable as the functional membrane shape, but in the case of the hollow fiber shape, the flow outside the membrane does not necessarily become turbulent and the target substance in the fluid is In some cases, the fluid may not sufficiently contact with the membrane surface, or channeling may occur, and the fluid may actively contact only with the particular membrane surface, and the other portion may remain. Therefore, the Donnan dialysis membrane or the like has no choice but to rely on a method of adopting a flat membrane and making the separator between the membranes turbulent. Further, a method of winding another kind of fiber or the like on the surface of the hollow fiber membrane for the purpose of maintaining strength has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 63-31502). It is enough.

【0006】なお、本願発明と類似した構造を有するも
のとしてセラミックフィルターが存在するが、セラミッ
クフィルターは、円筒形の空洞を有するレンコン状の多
孔体の穴に相当する空洞の内表面に活性層のコーティン
グがなされているものである。セラミックフィルターで
は、その制作工程において、高温焼結の過程を経るた
め、高度分離精製能力を有する中空糸膜に対して、その
中空糸膜外部にレンコン状のセラミック多孔体を形成さ
せる工程はとりえない。したがって、中空構造を有する
レンコン状のセラミック多孔体をあらかじめ製作し、し
かる後に内面コーティングという形で活性層を導入する
方法に限定されることになり、これは、従来のコーティ
ングの安定性等の問題を相変わらず残すことになる。
Although a ceramic filter has a structure similar to that of the present invention, the ceramic filter has an active layer formed on the inner surface of a cavity corresponding to a hole of a lotus root-shaped porous body having a cylindrical cavity. It has been coated. Since a ceramic filter undergoes a high temperature sintering process in its production process, it is not necessary to form a lotus root-like ceramic porous body on the outside of the hollow fiber membrane having a high separation and purification capability. Absent. Therefore, the method is limited to a method in which a lotus root-like ceramic porous body having a hollow structure is manufactured in advance, and then an active layer is introduced in the form of an inner surface coating, which is a problem such as stability of a conventional coating. Will remain as usual.

【0007】また、このセラミックフィルターによるモ
ジュールにおいては、レンコン状の中空構造の内径を安
定に小さく、また、多数導入することが困難であり、モ
ジュール内の活性層の面積が必ずしも十分に大きくとれ
ないという欠点もある。以上のように、機能膜分野で
は、ラボスケールで多くの優れた分離精製能力が確認さ
れているにも関わらず、実用化には大きな問題が未解決
のまま残されているのである。
Further, in the module using this ceramic filter, the inner diameter of the lotus root-like hollow structure is stably small, and it is difficult to introduce a large number, so that the area of the active layer in the module is not always sufficiently large. There is also a drawback. As described above, in the field of functional membranes, despite the fact that many excellent separation and purification capacities have been confirmed on a lab scale, major problems remain unsolved for practical use.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】中空糸状の機能膜を充
填したモジュールにおいて、機能膜の分離性能を保持し
つつ、強度を付与し、また、機能膜表面への処理流体の
高い接触効率を確保することができる新規のモジュール
を提供することを目的とする。
DISCLOSURE OF THE INVENTION In a module filled with a hollow fiber-shaped functional film, strength is imparted while maintaining the separation performance of the functional film, and high contact efficiency of the treatment fluid with the surface of the functional film is secured. The purpose is to provide a new module that can do.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】鋭意研究を行った結果、
以下のような発明を成すに至った。すなわち、本発明
は、ハウジング内に中空糸膜が充填されたモジュールに
おいて、該ハウジングと該中空糸膜との空間部分が、主
として有機物より構成されるスポンジ状構造体により満
たされていることを特徴とする新規モジュールである。
[Means for solving the problem] As a result of earnest research,
The following inventions have been achieved. That is, according to the present invention, in a module in which a hollow fiber membrane is filled in a housing, a space portion between the housing and the hollow fiber membrane is filled with a sponge-like structure mainly composed of an organic substance. This is a new module.

【0010】このような構成を採用することにより、中
空糸膜の強度が保持され、しかも、モジュール内の中空
糸膜外部と流体との高い接触効率が確保され、分離性
能、処理量、耐久性いずれにおいても優れた新規モジュ
ールを得ることができたものである。図1に例を示す。
本発明について、さらに詳しく説明する。
By adopting such a structure, the strength of the hollow fiber membrane is maintained, and high contact efficiency between the outside of the hollow fiber membrane inside the module and the fluid is ensured, and the separation performance, throughput, and durability are improved. In all cases, excellent new modules could be obtained. An example is shown in FIG.
The present invention will be described in more detail.

【0011】モジュール内に充填する中空糸膜は、きわ
めて広範囲のものが適用できる。基本的に、中空糸膜外
部をスポンジ状の構造体で満たすため、強度特性として
は、内圧破裂に対して強く、また、処理液は、膜外部を
流通させた場合において、乱流化することができ、ある
いはチャンネリングを防ぐことができ、高い接触効率を
得ることができる。
A very wide range of hollow fiber membranes can be applied to the module. Basically, since the outside of the hollow fiber membrane is filled with a sponge-like structure, the strength characteristics are such that it is resistant to internal pressure rupture, and the treatment liquid becomes turbulent when it circulates outside the membrane. Or the channeling can be prevented, and high contact efficiency can be obtained.

【0012】限外ろ過膜、逆浸透膜、ナノフィルター、
精密ろ過膜などのろ過膜に適用する場合は、目的の分離
性能及び透過量を有する基本的に活性層のみの中空糸膜
を充填し、該中空糸膜外部にスポンジ状構造体を満たす
ことにより、内圧破裂強度の優れたモジュールを構成す
ることができ、たとえば、クロスフロータイプの内圧型
の高性能分離膜モジュールを得ることができる。
Ultrafiltration membrane, reverse osmosis membrane, nanofilter,
When applied to a filtration membrane such as a microfiltration membrane, by basically filling a hollow fiber membrane having only the active layer with the desired separation performance and permeation amount, and filling the outside of the hollow fiber membrane with a sponge-like structure. It is possible to configure a module having excellent internal pressure burst strength, and for example, it is possible to obtain a cross-flow type internal pressure type high performance separation membrane module.

【0013】透析膜、Donnan透析膜、クラウンエ
ーテルなどの固定キャリアを有する膜、能動輸送膜ある
いは支持型液体膜への適用を考えた場合、処理液は中空
糸膜外部のスポンジ状構造体の中を流通し、流動が乱流
化されるため、あるいはチャンネリングが抑制されるた
め、膜表面との高い接触効率を確保することができ、処
理流体中の特定物質の膜透過の効率を高く維持すること
ができる。この場合、中空糸膜内部に充填あるいは流通
させる液体の圧力を調整することによって、中空糸膜内
外の圧力差を緩和することができ、外圧圧縮による膜つ
ぶれを防ぐことができる。
Considering application to a dialysis membrane, a Donnan dialysis membrane, a membrane having a fixed carrier such as crown ether, an active transport membrane, or a supported liquid membrane, the treatment liquid is in a sponge-like structure outside the hollow fiber membrane. Since the flow is turbulent and the flow is turbulent or the channeling is suppressed, it is possible to secure high contact efficiency with the membrane surface and maintain high membrane permeation efficiency of specific substances in the treatment fluid. can do. In this case, the pressure difference between the inside and outside of the hollow fiber membrane can be alleviated by adjusting the pressure of the liquid that is filled or circulated inside the hollow fiber membrane, and the collapse of the membrane due to external pressure compression can be prevented.

【0014】パーベイパレーション用の膜を適用する場
合においては、処理流体を中空糸内部に流通させ、中空
糸外部において減圧する方法が、膜に対する圧力が内圧
となるため、強度安定化の上では好ましい。しかし、膜
表面との高い接触効率を確保するためには、処理流体は
膜外部を流通させる方が好ましく、この場合、強度安定
化のためには中空糸内部にキャリアガスを流通させるこ
とによって、中空糸膜外部からの圧力の影響を緩和する
ことができる。
When a membrane for pervaporation is applied, a method in which the treatment fluid is circulated inside the hollow fiber and the pressure is depressurized outside the hollow fiber is because the pressure on the membrane becomes the internal pressure, and therefore the strength is stabilized. Then it is preferable. However, in order to ensure a high contact efficiency with the membrane surface, it is preferable that the treatment fluid be circulated outside the membrane, and in this case, in order to stabilize the strength, by circulating a carrier gas inside the hollow fiber, It is possible to reduce the influence of pressure from the outside of the hollow fiber membrane.

【0015】また、たとえば、ラングミュアーブロジェ
ット膜や生体膜類似の2分子膜のような膜厚5000Å
以下の膜で、分子レベルで構造制御された機能膜をこの
システムに適用する場合は、中空糸状の多孔性支持体の
外表面に、これらの膜をコーティングし、モジュールに
充填後、さらに外部からスポンジ状構造体で固定し、す
なわち、中空糸状支持体とスポンジ状構造体でこれらの
膜を挟み込むことによって高い耐久性を得ることが可能
である。このシステムにおいて、中空糸膜表面に対する
高い接触効率が得られる。
Further, for example, a film thickness of 5000 Å such as a Langmuir-Blodgett film or a bimolecular film similar to a biological film.
When a functional membrane whose structure is controlled at the molecular level is applied to this system with the following membranes, the outer surface of the hollow fiber-like porous support is coated with these membranes, and after filling the module, it is further externally applied. It is possible to obtain high durability by fixing with a sponge-like structure, that is, by sandwiching these membranes between the hollow fiber-like support and the sponge-like structure. In this system, high contact efficiency with the hollow fiber membrane surface can be obtained.

【0016】さらに、気体分離膜をこのモジュールに適
用する場合、気体透過に対して高い分離係数を有し、し
かも高い透過流量を有する膜は、分子レベルで構造制御
された超薄膜となるので中空糸状の支持体にコーティン
グした後、モジュールに充填し、膜外部をスポンジ状構
造体で固定して高強度を達成するのが好適である。処理
流体は、膜外部を流通させ、高い接触効率を得ることに
より、高精度、高透過量の気体分離モジュールを得るこ
とができる。なお、気体分離膜の場合、中空糸膜内部に
特定の気体に対する溶解性の高い液体を流通させ、膜外
部に処理気体を流通させるシステムによって、新規の高
効率気体分離膜モジュールを構成することができる。ま
た、その場合、膜に対する外圧圧縮による負担は少なく
なり好ましい。
Further, when a gas separation membrane is applied to this module, the membrane having a high separation coefficient for gas permeation and a high permeation flow rate is an ultra-thin film whose structure is controlled at the molecular level, so that it is hollow. It is preferable to coat the filamentous support, then fill the module and fix the exterior of the membrane with a sponge-like structure to achieve high strength. By allowing the processing fluid to flow through the outside of the membrane to obtain high contact efficiency, it is possible to obtain a gas separation module with high accuracy and high permeation amount. In the case of a gas separation membrane, a new high-efficiency gas separation membrane module can be constructed by a system in which a liquid having a high solubility for a specific gas is circulated inside the hollow fiber membrane and a treated gas is circulated outside the membrane. it can. Further, in that case, the load on the membrane due to external pressure compression is reduced, which is preferable.

【0017】モジュール内に導入する中空糸膜は以上の
ように極めて広範囲のものが適用できる。膜厚が薄く分
離係数、透過量ともに優れた機能膜を適用することによ
って、本発明が特に生かされることから、膜厚は0.5
μm〜1mmが好ましく、5μm〜500μmがさらに
好適である。膜厚が厚すぎると膜透過の抵抗が大きくな
り、本発明によって膜表面への接触効率を高くする意義
がなくなる。また、膜厚が薄すぎると、本発明による強
度保持の機能の限界を超え、やはり膜破れなどの危険が
生じる。その場合は、膜を中空糸状支持体にコーティン
グし、支持体と合わせた膜厚が上記範囲にはいるように
し、モジュール内に導入してスポンジ状構造体を導入す
る手法を適用することが好ましい。
As described above, a wide range of hollow fiber membranes can be applied to the module. Since the present invention is particularly utilized by applying a functional film having a small film thickness and an excellent separation coefficient and transmission amount, the film thickness is 0.5.
μm to 1 mm is preferable, and 5 μm to 500 μm is more preferable. If the film thickness is too thick, the resistance to permeation through the film increases, and it is meaningless to increase the contact efficiency with the film surface according to the present invention. On the other hand, if the film thickness is too thin, the limit of the function of maintaining strength according to the present invention will be exceeded, and the risk of film breakage will still occur. In that case, it is preferable to apply a method in which the hollow fiber-shaped support is coated with the film so that the film thickness combined with the support falls within the above range, and the film is introduced into the module to introduce the sponge-like structure. .

【0018】膜内径は、50μm〜5mmが好ましく、
さらに好ましくは100μm〜1mmである。膜内径が
小さすぎると、中空部内を流通する流体の圧力損失が大
きくなる。また、膜内径が大きすぎると、モジュール内
の単位容積あたりの膜面積が大きくとれなくなり、処理
効率が低くなり、また、強度特性の上でも膜内径が大き
すぎると、内圧破裂強度や外圧圧縮強度が低くなり、不
都合である。
The inner diameter of the membrane is preferably 50 μm to 5 mm,
More preferably, it is 100 μm to 1 mm. If the inner diameter of the membrane is too small, the pressure loss of the fluid flowing through the hollow portion increases. In addition, if the inner diameter of the membrane is too large, the membrane area per unit volume in the module will not be large and the treatment efficiency will be low.In addition, if the inner diameter of the membrane is too large in terms of strength characteristics, the internal pressure burst strength and the external compression strength will be reduced. Is low, which is inconvenient.

【0019】本発明において、スポンジ状構造体は、主
として有機物から構成されるものとする。スポンジ状構
造体に求められる性能は、まず、スポンジ状構造体の形
成過程において中空糸膜を劣化させるような条件を経過
しないことである。セラミックフィルターにおける焼結
過程のような高温の条件は適用できない。また、スポン
ジ状構造体の形成過程において、中空糸膜の外壁を痛め
ることなく、中空糸膜間にスムーズに入ることが求めら
れる。モジュール使用時においては、膜の膨潤などの寸
法変化を吸収し、しかも、流体の流動による膜の振動を
吸収するような柔軟性を備えていて、膜の支持体として
の機能を果たし、さらに、フォームが連続孔となってい
て膜外部の流動を効率よく乱流化し、また、チャンネリ
ングが起きないような均一なスポンジ構造をとっている
ことが求められる。
In the present invention, the sponge-like structure is mainly composed of an organic substance. The performance required of the sponge-like structure is that the conditions for degrading the hollow fiber membrane do not elapse in the process of forming the sponge-like structure. High temperature conditions such as the sintering process in ceramic filters are not applicable. Further, in the process of forming the sponge-like structure, it is required to smoothly enter between the hollow fiber membranes without damaging the outer wall of the hollow fiber membranes. When the module is used, it absorbs dimensional changes such as swelling of the membrane, and also has the flexibility to absorb the vibration of the membrane due to the flow of fluid, and functions as a support for the membrane. It is required that the foam has continuous pores so that the flow outside the membrane is efficiently turbulent and that the foam has a uniform sponge structure so that channeling does not occur.

【0020】このような条件に合致するようなスポンジ
状構造体の形成方法としては、各種有機物をモジュール
内で発泡させる方法が好ましい。発泡させて得られるス
ポンジ状構造体は、主として有機物によって構成され
る。発泡させることができる有機物には、多種あり、目
的に応じて選ばれるべきであるが、たとえば、軟質ポリ
ウレタンフォームは上記の条件に合致しており、目的に
応じてさまざまな発泡条件が確立されており、好まし
い。また、使用流体によっては、化学的な耐久性、特に
耐酸性が要求されることから、その場合は、たとえば、
シリコン系の発泡体が好適である。
As a method of forming a sponge-like structure which meets such conditions, a method of foaming various organic substances in a module is preferable. The sponge-like structure obtained by foaming is mainly composed of an organic substance. There are various types of organic materials that can be foamed, and they should be selected according to the purpose.For example, flexible polyurethane foam meets the above conditions, and various foaming conditions have been established depending on the purpose. And is preferred. Also, depending on the fluid used, chemical durability, particularly acid resistance, is required.
A silicon-based foam is suitable.

【0021】分離機能性を有する中空糸膜として、限外
ろ過膜、逆浸透膜、ナノフィルター、精密ろ過膜などの
ようなろ過膜のほか、透析膜、Donnan透析膜、パ
ーベイパレーション用の膜、固定キャリアを有する膜、
能動輸送膜、さらには、気体分離膜などの各種機能膜を
適用できる。いずれの機能膜においても、強度保持のた
めの支持層は必ずしも必要ない。基本的に、分離精製能
力を発現する活性層のみからなる薄型の膜を充填し、モ
ジュール内においてスポンジ状構造体により、強度保持
を行うことができる。特に、上記の内、ろ過膜以外の用
途、すなわち、処理流体が膜外部を流通し、流体中の特
定物質のみが選択的に膜を透過するタイプの機能膜を適
用した場合、流体は、膜外部で乱流化することができ、
あるいはチャンネリングを防ぐことができ、モジュール
内の全機能膜表面と流体との高い接触効率を得ることが
できるため、さらに画期的な高効率の分離精製ユニット
を構築することができる。
As a hollow fiber membrane having a separating function, a filtration membrane such as an ultrafiltration membrane, a reverse osmosis membrane, a nanofilter or a microfiltration membrane, as well as a dialysis membrane, a Donnan dialysis membrane or a pervaporation membrane is used. Membrane, membrane with fixed carrier,
Various functional membranes such as an active transport membrane and a gas separation membrane can be applied. In any of the functional films, the support layer for maintaining the strength is not always necessary. Basically, it is possible to fill strength with a thin membrane consisting only of an active layer that expresses separation and purification ability, and to maintain strength by a sponge-like structure in the module. In particular, in the above applications other than the filtration membrane, that is, when a functional membrane of a type in which a treatment fluid flows outside the membrane and only a specific substance in the fluid selectively permeates the membrane, the fluid is a membrane. Can be turbulent externally,
Alternatively, channeling can be prevented, and high contact efficiency between the surface of all functional membranes in the module and the fluid can be obtained, so that an even more highly efficient separation and purification unit can be constructed.

【0022】応用分野はきわめて広い。Donnan透
析による排水中の金属除去、パーベイパレーションによ
る水、エタノール分離、特定の酵素やタンパクの選択的
な回収、あるいは光学異性体の分離など機能膜の用途と
して試みられているあらゆる分野に適用できる。以下に
実施例によって、本発明を説明する。
The field of application is extremely wide. Applicable to all fields where functional membrane applications such as metal removal from wastewater by Donnan dialysis, water and ethanol separation by pervaporation, selective recovery of specific enzymes and proteins, or separation of optical isomers are tried. it can. The present invention will be described below with reference to examples.

【0023】[0023]

【実施例】【Example】

【0024】[0024]

【実施例1】まず、中空糸状の分離機能膜の合成を行っ
た。ポリエチレンのチューブを公知の方法により得た。
すなわち、低密度ポリエチレンペレットを加熱溶融し、
150℃で押しだし、膜厚10μm、内径200μmの
ポリエチレンのチューブを得た。基材として使用する該
チューブに20kGyのγ線を照射し、引き続いてアク
リロニトリルの液中に投入し、グラフト重合反応を行っ
た。反応温度40℃、反応時間は11時間で行った。得
られた膜をN,N−ジメチルホルムアミドで繰り返し洗
浄した。乾燥後、重量増加率を測定したところ、86%
であった。引き続いて、ヒドロキシルアミンの塩酸塩6
%水溶液を水酸化カリウムで中和し、等量のメタノール
と混合させた溶液中に上記得られた膜を投入し、導入し
たシアノ基をアミドオキシム基に変換した。反応は80
℃で8時間行った。反応前後の重量増加率より、シアノ
基からアミドオキシム基への転化率を求めたところ、6
6%であった。
Example 1 First, a hollow fiber-shaped separation functional membrane was synthesized. A polyethylene tube was obtained by a known method.
That is, by heating and melting the low-density polyethylene pellets,
It was extruded at 150 ° C. to obtain a polyethylene tube having a film thickness of 10 μm and an inner diameter of 200 μm. The tube used as a base material was irradiated with 20 kGy of γ-ray and subsequently put into a liquid of acrylonitrile to carry out a graft polymerization reaction. The reaction temperature was 40 ° C. and the reaction time was 11 hours. The obtained membrane was repeatedly washed with N, N-dimethylformamide. After drying, the weight increase rate was measured to be 86%
Met. Subsequently, hydroxylamine hydrochloride 6
% Aqueous solution was neutralized with potassium hydroxide, and the obtained membrane was put into a solution mixed with an equal amount of methanol to convert the introduced cyano group into an amidoxime group. 80 reactions
It was carried out at ℃ for 8 hours. The conversion rate from the cyano group to the amidoxime group was calculated from the weight increase rate before and after the reaction.
It was 6%.

【0025】上記のようにして得られた膜30cmを、
3000本、内径4cmのモジュールに充填した。該膜
はモジュール内の底において片端のみを接着した。スポ
ンジ状構造体としてポリウレタンを使用した。ポリウレ
タン発泡体の製法はプレポリマー法と呼ばれる公知の方
法によった。表1にプレポリマーの製法を示す。ポリプ
ロピレングリコール100重量部と水0.4重量部を混
合し、35〜40℃で30分間加熱した。NCO(イソ
シアネート基)/OH比が1.25、NCO/H2 O比
が1.0となるように、トリレンジイソシアネートを加
え、発熱反応が終わってから、2℃/分の割合で、12
0℃まで昇温し、90分間120℃に保ち、80℃に冷
却し、NCO含有率が9.5%となるようにトリレンジ
イソシアネートを再度加えて、よく混合した後、40℃
に冷却した。引き続いて表2に従って配合し、モジュー
ル内に注入した。注入量は約40gとした。モジュール
内で、ポリウレタンが発泡し、モジュール内空間部分を
満たすことができた。発泡体が固化した後、膜上端の部
分が水平となるように発泡体を切り取った。膜上端を接
着し、目的のモジュールを得ることができた。
30 cm of the film obtained as described above is
3000 pieces were filled in a module having an inner diameter of 4 cm. The membrane adhered only one end at the bottom in the module. Polyurethane was used as the sponge-like structure. The polyurethane foam was produced by a known method called the prepolymer method. Table 1 shows the method for producing the prepolymer. 100 parts by weight of polypropylene glycol and 0.4 parts by weight of water were mixed and heated at 35 to 40 ° C. for 30 minutes. Tolylene diisocyanate was added so that the NCO (isocyanate group) / OH ratio was 1.25 and the NCO / H 2 O ratio was 1.0.
The temperature was raised to 0 ° C., kept at 120 ° C. for 90 minutes, cooled to 80 ° C., tolylene diisocyanate was added again so that the NCO content became 9.5%, mixed well, and then 40 ° C.
Cooled to. It was subsequently compounded according to Table 2 and injected into the module. The injection amount was about 40 g. The polyurethane foamed inside the module and could fill the space inside the module. After the foam solidified, the foam was cut so that the upper end portion of the film was horizontal. The target module could be obtained by bonding the upper end of the membrane.

【0026】[0026]

【表1】 [Table 1]

【0027】[0027]

【表2】 [Table 2]

【0028】[0028]

【比較例1】実施例1で合成した膜を実施例1と同じモ
ジュールに充填し、スポンジ状構造体の導入は行わずに
モジュール化した。上記2種類のモジュールを用いて、
以下の評価を行った。まず、強度測定を行った。モジュ
ールに充填した中空糸膜の内部に空気圧をかけた。0.
5kg/cm2 で、比較例1の膜は10秒以内で破裂し
たが、実施例1の膜は5kg/cm2 を1時間かけ続け
ても破損しなかった。
Comparative Example 1 The membrane synthesized in Example 1 was filled in the same module as in Example 1 to form a module without introducing the sponge-like structure. Using the above two types of modules,
The following evaluation was performed. First, strength measurement was performed. Air pressure was applied to the inside of the hollow fiber membrane filled in the module. 0.
At 5 kg / cm 2 , the film of Comparative Example 1 ruptured within 10 seconds, but the film of Example 1 did not break even after 5 kg / cm 2 was continued for 1 hour.

【0029】さらに、分離精製能力の比較を行った。実
験装置を図2に示す。中空糸膜内部に0.5Nの硫酸を
循環させ、中空糸膜外部に0.02mol/リットルの
硫酸銅溶液を100ml/minで供給した。中空糸膜
外部を流通する処理液のモジュール内流通における圧力
損失は、いずれのモジュールも0.05kg/cm2
下であった。中空糸膜内部流通液は、バルブ1を調整
し、0.2kg/cm2の内圧がかかるようにした。モ
ジュール通過後の処理液中の銅イオン濃度の変化を原子
吸光法により測定した。実施例1の結果を図3に、比較
例1の結果を図4に示す。縦軸は供給液中の銅イオン濃
度に対する処理液中の銅イオン濃度の比率である。処理
液中の銅イオン濃度は、比較例1においては、初期から
50%以上のリークが見られるが、実施例1のモジュー
ルでは、銅イオン濃度は5%以下を維持しており、スポ
ンジ状構造体導入による接触効率改善の効果が顕著に認
められた。
Further, the separation and purification capacities were compared. The experimental apparatus is shown in FIG. 0.5N sulfuric acid was circulated inside the hollow fiber membrane, and a 0.02 mol / liter copper sulfate solution was supplied to the outside of the hollow fiber membrane at 100 ml / min. The pressure loss of the treatment liquid flowing through the outside of the hollow fiber membrane in the module was 0.05 kg / cm 2 or less in all the modules. The flow rate inside the hollow fiber membrane was adjusted by adjusting valve 1 so that an internal pressure of 0.2 kg / cm 2 was applied. The change in copper ion concentration in the treatment liquid after passing through the module was measured by an atomic absorption method. The result of Example 1 is shown in FIG. 3, and the result of Comparative Example 1 is shown in FIG. The vertical axis represents the ratio of the copper ion concentration in the treatment liquid to the copper ion concentration in the supply liquid. Regarding the copper ion concentration in the treatment liquid, in Comparative Example 1, a leak of 50% or more was observed from the initial stage, but in the module of Example 1, the copper ion concentration was maintained at 5% or less, and the sponge-like structure was observed. The effect of improving the contact efficiency by introducing the body was remarkably recognized.

【0030】[0030]

【発明の効果】膜厚が薄く、分離係数、透過量ともに優
れた機能を有する高機能膜において、強度が付与され、
かつ高い接触効率が確保されたモジュールを提供するも
のであり、あらゆる高機能膜を実用規模にスケールアッ
プすることを可能にするものである。
EFFECTS OF THE INVENTION Strength is imparted to a high-performance film having a thin film and excellent functions in terms of separation coefficient and permeation amount.
In addition, the present invention provides a module in which high contact efficiency is ensured, and makes it possible to scale up any high-performance membrane to a practical scale.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】スポンジ状構造体を満たした中空糸膜充填モジ
ュールの例を示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of a hollow fiber membrane filling module filled with a sponge-like structure.

【図2】実施例1および比較例1により作製したモジュ
ールの性能評価用の実験装置の図である。
FIG. 2 is a diagram of an experimental device for performance evaluation of modules manufactured according to Example 1 and Comparative Example 1.

【図3】実施例1における処理液中の銅イオンの経時変
化を示すグラフ図である。
FIG. 3 is a graph showing the change with time of copper ions in the treatment liquid in Example 1.

【図4】比較例1における処理液中の銅イオンの経時変
化を示すグラフ図である。
FIG. 4 is a graph showing changes with time of copper ions in a treatment liquid in Comparative Example 1.

【符号の説明】 1 接着剤 2 スポンジ状構造体 3 中空糸膜 4 バルブ1 5 ポンプ 6 0.5N硫酸[Explanation of symbols] 1 adhesive 2 sponge-like structure 3 hollow fiber membrane 4 valve 1 5 pump 6 0.5N sulfuric acid

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ハウジング内に中空糸膜が充填されたモ
ジュールにおいて、該ハウジングと該中空糸膜との空間
部分が、主として有機物により構成されるスポンジ状構
造体で満たされていることを特徴とする新規モジュー
ル。
1. A module having a housing filled with a hollow fiber membrane, wherein a space between the housing and the hollow fiber membrane is filled with a sponge-like structure mainly composed of an organic substance. A new module to do.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008540108A (en) * 2005-05-20 2008-11-20 アクアポリン エーピーエス Membrane to filter water

Cited By (2)

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JP2008540108A (en) * 2005-05-20 2008-11-20 アクアポリン エーピーエス Membrane to filter water
JP2012192408A (en) * 2005-05-20 2012-10-11 Aquaporin As Membrane for filtering of water

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