JPH11179175A - 複合分離膜の製造方法 - Google Patents

複合分離膜の製造方法

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JPH11179175A
JPH11179175A JP35078997A JP35078997A JPH11179175A JP H11179175 A JPH11179175 A JP H11179175A JP 35078997 A JP35078997 A JP 35078997A JP 35078997 A JP35078997 A JP 35078997A JP H11179175 A JPH11179175 A JP H11179175A
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JP
Japan
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water
aqueous solution
membrane
soluble compound
separation membrane
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JP35078997A
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English (en)
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Tetsuo Inoue
哲男 井上
Hiroyuki Ikada
洋行 筏
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Toray Industries Inc
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Toray Industries Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】複合分離膜表面の荷電特性をコントロールする
と同時に、超薄膜の欠点を防止して膜性能の均一性を高
め、分離性能の高い複合分離膜を提供する。 【解決手段】多孔性支持膜に、1分子中に2個以上の反
応性基を有する水溶性化合物の水溶液を塗布し、その上
に多官能性反応溶液を塗布して先の水溶性化合物と反応
せしめ、さらにその上に1分子中に2個以上の反応性基
を有する水溶性化合物と界面活性剤を含む水溶液を塗布
して、残存する多官能性反応溶液と反応させて、複合分
離膜を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は液状混合物の成分を
選択透過分離するために好適な複合分離膜に関するもの
である。詳しくは、かん水の脱塩、海水の淡水化、そし
て半導体の製造に利用される超純水の製造などに好適に
用いることができる複合分離膜の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、海水の淡水化やかん水の脱塩、半
導体分野における超純水の製造、各種産業における排水
の濃縮、有価を含む廃液処理等、様々な分野で逆浸透膜
などの複合分離膜を用いた液体処理技術が利用されてい
る。現在市販されている複合分離膜の大部分は、微多孔
性支持体上にゲル層とポリマーを架橋した超薄膜層を有
するものと微多孔性支持体上でモノマーを界面重縮合し
た超薄膜層を有するものの2種類で、この超薄膜層によ
って高い脱塩性能が得られる。
【0003】しかし、これらの超薄膜層は水透過性を高
めるために微多孔性支持体上に非常に薄く形成するた
め、微多孔性支持体の傷や異物などが複合分離膜の欠点
となる。さらに、流体分離素子の製造時に膜表面が傷つ
き、膜本来の脱塩性能に対して流体分離素子としての脱
塩性能が低下することがしばしばある。
【0004】そこで、特開平2−115027号公報や
特開平7−171361号公報にはアミノ基を有する水
溶性化合物で膜表面を処理し複合分離膜を傷つきにくい
ものとすることについて記載されているが、膜をアミン
水溶液中に長時間浸漬して膜表面のカチオン性基にイオ
ンを吸着させるので、時間的にもプロセス的にも荷電性
をコントロールすることが困難であったり、荷電性はコ
ントロールできるものの膜性能の均一性が低くなる欠点
を有する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、複合
分離膜表面の荷電性をコントロールすると同時に、膜性
能の均一性の高い複合分離膜を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、多孔性支持膜に、1分子中に2個以上の反応
性基を有する水溶性化合物の水溶液を塗布し、その上に
多官能性反応溶液を塗布して先の水溶性化合物と反応せ
しめ、さらにその上に1分子中に2個以上の反応性基を
有する水溶性化合物と界面活性剤を含む水溶液を塗布し
て、残存する多官能性反応溶液と反応させる、複合分離
膜の製造方法を特徴とするものである。
【0007】ここで、1分子中に2個以上の反応性基を
有する水溶性化合物の水溶液として、アミノ基を有する
水溶性化合物の水溶液を用いることや、多官能性反応溶
液として、多官能性酸塩化物を含む溶液を用いることが
好ましい。そして、残存する多官能性反応溶液と反応さ
せる水溶液として、濃度が多孔性支持膜表面に塗布する
水溶液の濃度の1/1000〜1/10の範囲であるも
のを用いることも好ましい。
【0008】そして、集水管の周りに、上記の方法で得
られる複合分離膜、分離液流路材および原液流路材を含
む膜ユニットを形成してなる流体分離素子、および、そ
の流体分離素子を圧力容器に収容してなる分離膜モジュ
ールも好ましい。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明における複合分離膜の製造
方法は、多孔性支持膜表面に、1分子中に2個以上の反
応性基を有する水溶性化合物の水溶液を塗布し、その上
に多官能性反応溶液を塗布して先の水溶性化合物と反応
せしめ、さらにその上に1分子中に2個以上の反応性基
を有する水溶性化合物と界面活性剤を含む水溶液を塗布
して、残存する多官能性反応溶液と反応させる。
【0010】本発明における多孔性支持膜は、実質的に
は分離性能を有さないが強度を与えるためのものであ
る。そのため、耐薬品性、耐熱性、耐圧性の観点から、
ポリスルホン、酢酸セルロース、硝酸セルロース、ポリ
フェニレンスルフィドのホモポリマーまたはコポリマー
を、単独もしくは混合したものから形成されるものが好
ましい。その中でも、化学的、機械的、熱的に安定性が
高く、成形の容易なポリスルホンがより好ましい。
【0011】これらの溶液、例えばポリスルホンのジメ
チルホルムアミド(DMF)溶液を、密に織ったポリエ
ステル布や不織布などの上に一定厚さになるように注型
した後、ドデシル硫酸ソーダ0.5重量%およびDMF
2重量%を含む水溶液中で湿式凝固させることによっ
て、表面に直径10nm以下の微細な孔を多数有する多
孔性支持膜を得る。
【0012】このように得られる多孔性支持膜上に、1
分子中に2個以上の反応性基を有する水溶性化合物の水
溶液、その水溶性化合物と反応しうる多官能性反応溶液
を順に塗布してin−situ界面重縮合反応させて、
過剰な有機溶媒を除去、揮発させる。その後、ただちに
1分子中に反応性基を2個以上もつ水溶性化合物と界面
活性剤を含む水溶液を塗布し、残存している多官能性反
応溶液の官能基と反応させ、実質的に分離性能を有する
分離機能膜を形成して、複合分離膜とする。本発明にお
いて、溶液を塗布する場合、含浸塗布であってもよい。
【0013】本発明において、1分子中に2個以上の反
応性基を有する水溶性化合物とは、実質的に水に可溶
で、多官能性反応溶液と反応して水不溶性の架橋ポリマ
ーを形成するもの、たとえば、2個以上の反応性基を有
する脂肪族、芳香族、あるいは複素環の化合物である。
ここで反応性基とはアミノ基や水酸基等であるが、反応
性の観点からアミノ基であることが好ましい。そして、
2個以上の反応性基が同一であっても、異なっていても
よい。
【0014】上記の例としては、m−フェニレンジアミ
ン、p−フェニレンジアミン、1,3,5−トリアミノ
ベンゼン、パラキシリレンジアミンなどの芳香族アミン
類、エチレンジアミン、ピペラジン、アミノメチルピペ
ラジンなどの脂肪族アミン類、ポリエチレンイミンなど
である。これらの中では、反応性や得られる膜性能の面
から、多官能アミノ化合物が好ましく、中でも芳香族ア
ミン類、特にはm−フェニレンジアミン、p−フェニレ
ンジアミン、1,3,5−トリアミンベンゼンが好まし
い。
【0015】これらの水溶性化合物は単独であっても混
合していてもよい。そして、これらの水溶性化合物は重
量濃度で0.01%〜20%の水溶液として使用する。
水溶液には必要に応じて他の水溶性化合物を混合しても
かまわない。
【0016】本発明における多官能性反応溶液として
は、多官能の酸ハロゲン化物、多官能のイソシアネート
化合物などの溶液を用いることができる。多官能酸ハロ
ゲン化物としては、たとえば、トリメシン酸ハライド、
イソフタル酸ハライド、テレフタル酸ハライド、トリメ
ット酸ハライド、ベンゼンジスルホン酸ハライドなどの
芳香族系多官能酸ハロゲン化物が用いられる。中でも、
反応性および得られる膜の分離性能の観点から、酸塩化
物、たとえば、トリメシン酸クロライド、イソフタル酸
クロライド、テレフタル酸クロライド、トリメリット酸
クロライド、ベンゼンジスルホン酸クロライド、および
これらの混合物が好ましい。そして、多官能イソシアネ
ート化合物としては、たとえばトルエンジイソシアネー
トなどの芳香族ジイソシアネート化合物が用いられる。
【0017】そして、上記多官能性反応溶液の上に塗布
して残存する官能基と反応せしめる水溶液に含まれる水
溶性性化合物は、多孔質支持体表面に塗布する水溶性化
合物と同一であっても異なっていてもかまわない。
【0018】本発明において、残存する官能基と反応せ
しめる水溶液の濃度は、透水速度および膜性能の均一性
の観点から、多孔質支持体表面に塗布する水溶液の濃度
の1/1000〜1/10の範囲であることが好まし
い。
【0019】また、残存する官能基と反応せしめる水溶
液に含まれる界面活性剤としては、ドデシル硫酸ソー
ダ、ベンゼンスルホン酸ソーダ、もしくはこれらの混合
物が、0.1〜5.0重量%の範囲で含まれていること
が好ましい。
【0020】上記のように、水溶性化合物を含む水溶液
の上に、多官能性反応溶液を塗布して水溶性化合物と反
応させ、その上に水溶性化合物と界面活性剤を含む水溶
液を塗布することで、荷電性をコントロールしつつ、残
存する多官能性反応溶液中の官能基を反応させることが
できる。そして、残存する官能基による膜性能への影響
や膜表面の欠点、傷を減少させることができ、膜厚の均
一性や架橋密度を大きくすることが可能になり、分離性
能、膜特性の均一性を改善することができる。
【0021】このように得られる複合分離膜は、たとえ
ば、実質的には分離性能を有さないが強度を与えるため
の多孔性支持膜表面に、実質的に分離性能を有する分離
機能膜を形成してなる複合分離膜であり、塩透過率の極
めて小さいものとなる。なお、事前に活性炭を用いて海
水中の有機物や微生物などのファウリング物質を除去す
ることで、ファウリング物質が膜に吸着して塩除去率が
実質値より見掛け向上する現象を防ぎ、正確な塩透過率
を測定する。
【0022】上記のように製造される複合分離膜、分離
液流路材および原液流路材とを含む膜ユニットを、集水
管の周りに形成して流体分離素子とし、さらには、その
流体分離素子を圧力容器に収容して分離膜モジュールと
すると、傷つきにくく、かつ、荷電性と均一性の高い膜
であるので、従来の流体分離素子および分離膜モジュー
ルに比べ欠点が少なく、分離性能の高いものとなる。塩
排除性、透水性の観点から、用いる複合分離膜は、酢酸
セルロース、脂肪族ポリアミド、芳香族ポリアミドであ
ることが好ましく、なかでも、芳香族ポリアミドである
ことが好ましい。
【0023】なお、使用時に流体分離素子から溶出され
るファウリング物質を除去するために、食塩水を含む原
水を活性炭で処理する。
【0024】
【実施例】実施例1 縦30cm、横20cmの大きさのポリエステル繊維から
なるタフタをガラス板上に固定し、その上にポリスルホ
ンの15重量%ジメチルホルムアミド(DMF)溶液を
200μmの厚みでキャストし、直ちに水に浸漬してポ
リスルホンの多孔性支持膜を製造した。この支持膜をメ
タフェニレンジアミンの2重量%水溶液に2分間浸漬し
た後、1,1,2トリクロロ1,2,2,トリフルオロ
エタンにトリメシン酸クロライドを0.1重量%溶解し
た溶液を160cm3 /m2 塗布し、過剰の溶液を液切
りして除去した後、さらに上から0.1重量%メタフェ
ニレンジアミンと0.5重量%ドデシル硫酸ソーダを含
む水溶液を160cm3 /m2 塗布して30秒間静置し
た。
【0025】このようにして得られた複合分離膜10枚
を用いて、5.5MPa、pH=6.5、25℃の条件
下で活性炭処理した3.5%海水の逆浸透テストを行っ
た結果、塩排除率99.80%(塩透過率0.20
%)、透水速度0.75m3/m2・日の平均性能が得ら
れた。標準偏差値は塩排除率:0.003%、透水速度
0.01m3/m2・日であった。また、海水のpHを
4.0にしたこと以外は上述と同様に逆浸透テストした
結果、塩排除率99.60%(塩透過率0.40%)、
透水速度0.77m3/m2・日の平均性能が得られた。
【0026】比較例1 実施例1において、ドデシル硫酸ソーダを含む0.1重
量%メタフェニレンジアミン水溶液のコーテイングを行
わないこと以外は、同様に逆浸透テストした。pH=
6.5の結果は塩排除率99.70%(塩透過率0.3
0%)、透水速度0.70m3/m2・日の平均性能であ
った。標準偏差値は塩排除率:0.05%、透水速度
0.05m3/m2・日であった。
【0027】次いで、海水のpHを4.0にした結果、
塩排除率99.55%(塩透過率0.45%)、透水速
度0.72m3/m2・日の平均性能が得られた。
【0028】比較例2 実施例1において、1,1,2トリクロロ1,2,2,
トリフルオロエタンにトリメシン酸クロライドを0.1
重量%溶解した溶液の上に、ドデシル硫酸ソーダを含ま
ない0.1重量%メタフェニレンジアミン水溶液を塗布
する以外は、同様に逆浸透テストした。pH=6.5の
結果は塩排除率99.75%(塩透過率0.25%)、
透水速度0.75 m3/m2・日の平均性能であった。
標準偏差値は塩排除率:0.01%、透水速度:0.0
3m3/m2・日であった。
【0029】次いで、海水のpHを4.0にした結果、
塩排除率99.57%(塩透過率0.43%)、透水速
度0.76m3/m2・dの平均性能が得られた。
【0030】
【発明の効果】本発明の複合分離膜は、水溶性化合物の
水溶液と多官能性反応溶液を反応せしめ、その上に、界
面活性剤を含む水溶性化合物の水溶液を塗布すること
で、反応せずに残存する官能基を減少することができ
る。その結果、未反応の官能基による膜性能への影響や
膜表面の欠点、傷を減少させることができ、膜厚が均一
になり、架橋密度を大きくすることができる。そして、
膜表面の荷電性をコントロールしつつ、分離性能および
膜特性の均一性を高めることができる。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】多孔性支持膜に、1分子中に2個以上の反
    応性基を有する水溶性化合物の水溶液を塗布し、その上
    に多官能性反応溶液を塗布して先の水溶性化合物と反応
    せしめ、さらにその上に1分子中に2個以上の反応性基
    を有する水溶性化合物と界面活性剤を含む水溶液を塗布
    して、残存する多官能性反応溶液と反応させることを特
    徴とする複合分離膜の製造方法。
  2. 【請求項2】前記1分子中に2個以上の反応性基を有す
    る水溶性化合物の水溶液として、アミノ基を有する水溶
    性化合物の水溶液を用いる、請求項1に記載の複合分離
    膜の製造方法。
  3. 【請求項3】前記多官能性反応溶液として、多官能性酸
    塩化物を含む溶液を用いる、請求項1または2に記載の
    複合分離膜の製造方法。
  4. 【請求項4】残存する多官能性反応溶液と反応させる水
    溶液として、濃度が多孔性支持膜表面に塗布する水溶液
    の濃度の1/1000〜1/10の範囲であるものを用
    いる、請求項1〜3のいずれかに記載の複合分離膜の製
    造方法。
  5. 【請求項5】集水管の周りに、請求項1〜4に記載の方
    法で得られる複合分離膜、分離液流路材および原液流路
    材を含む膜ユニットを形成してなることを特徴とする流
    体分離素子。
  6. 【請求項6】請求項5の流体分離素子を圧力容器に収容
    してなることを特徴とする分離膜モジュール。
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Cited By (3)

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