JPH1176774A - Separation membrane for dehydration and its production - Google Patents

Separation membrane for dehydration and its production

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JPH1176774A
JPH1176774A JP26492997A JP26492997A JPH1176774A JP H1176774 A JPH1176774 A JP H1176774A JP 26492997 A JP26492997 A JP 26492997A JP 26492997 A JP26492997 A JP 26492997A JP H1176774 A JPH1176774 A JP H1176774A
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JP
Japan
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water
membrane
chitosan
dehydration
separation
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Application number
JP26492997A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tadashi Uragami
忠 浦上
Yoshiaki Tanaka
喜昭 田中
Shinji Nishida
伸司 西田
Hiroshi Okuno
裕志 奥野
Kenji Uchiyama
憲二 内山
Kiyoko Tsutsui
希代子 筒井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lignyte Co Ltd
Original Assignee
Lignyte Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a separation membrane for dehydration having sufficiently high water separating performance to a mixed soln. or a mixed vapor of high concn. water and an org. solvent. SOLUTION: The separation membrane for dehydration is formed using the dialdehyde crosslinked quaternized chitosan obtd. by quaternizing a part of the amino group (-NH2 ) of chitosan as shown by the formula (where R1 -R3 are 1-4C alkyl and X<-> is Cl<-> , Br<-> or I<-> ). When the chitosan is made hydrophilic, the separation membrane has enhanced selective water permeability. It is preferable that 5-49% of the amino groups of the chitosan are quaternized.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、水と有機溶媒との
混合溶液や混合蒸気から水分を分離して脱水するために
用いられる脱水用分離膜に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a separation membrane for dehydration used for separating water from a mixed solution of water and an organic solvent or a mixed vapor to dehydrate water.

【0002】[0002]

【従来の技術】水−アルコール混合溶液など、水と有機
溶媒との混合溶液や混合蒸気から水分を分離する方法、
すなわち脱水する方法としては、主に蒸留法が用いられ
ている。蒸留法は、混合溶液のそれぞれの成分の沸点の
差を利用して水分を分離する方法であり、混合溶液を加
熱するために相当量の熱エネルギーが必要である。ま
た、共沸点をもつ混合溶液を高度に脱水・濃縮するため
には、共沸蒸留操作を行なわなければならないため、装
置が大型化する問題もある。
2. Description of the Related Art A method of separating water from a mixed solution of water and an organic solvent, such as a water-alcohol mixed solution, or a mixed vapor,
That is, a distillation method is mainly used as a dehydration method. The distillation method is a method of separating water by utilizing a difference in boiling points of respective components of a mixed solution, and requires a considerable amount of heat energy to heat the mixed solution. In addition, in order to highly dehydrate and concentrate a mixed solution having an azeotropic point, an azeotropic distillation operation must be performed.

【0003】このような背景から、近年、蒸留法に替わ
る分離方法として膜分離法が提案されるに至っている。
この膜分離法は、例えば、水と有機溶媒からなる混合溶
液あるいは混合蒸気を膜の一方の面に接触させ、混合溶
液あるいは混合蒸気中の水分を選択的に膜に浸透させる
と共に膜に浸透させた水分を膜の他方の片面から取り出
すことによって、混合溶液あるいは混合蒸気から水分を
分離して脱水する方法である。このように膜分離法は蒸
留法とは分離のメカニズムが全く異なるために、省エネ
ルギーであり、共沸混合物の分離も容易であり、装置も
コンパクトになる等の種々の利点を有している。
[0003] From such a background, in recent years, a membrane separation method has been proposed as a separation method instead of the distillation method.
In this membrane separation method, for example, a mixed solution or a mixed vapor composed of water and an organic solvent is brought into contact with one surface of the membrane, and the water in the mixed solution or the mixed vapor is selectively permeated into the membrane and allowed to permeate the membrane. This is a method of extracting water from the other side of the membrane to separate the water from the mixed solution or mixed vapor and dewatering. As described above, the membrane separation method has various advantages such as energy saving, easy separation of an azeotrope, and a compact apparatus because the separation mechanism is completely different from that of the distillation method.

【0004】このような膜分離法における分離脱水性能
は、膜の性能に依存する。そこでこれまで、水と有機溶
媒からなる混合溶液や混合蒸気を膜分離法で脱水するた
めの様々な分離膜が提案されてきている。例えば、キト
サンは水を優先的に透過する膜素材として知られてお
り、本出願人の提案に係る特公平5−53528号公報
には、キトサンをジアルデヒド架橋したキトサン誘導体
によって形成した膜が開示されている。
[0004] The separation and dehydration performance in such a membrane separation method depends on the performance of the membrane. Accordingly, various separation membranes for dehydrating a mixed solution or a mixed vapor composed of water and an organic solvent by a membrane separation method have been proposed. For example, chitosan is known as a membrane material that transmits water preferentially, and Japanese Patent Publication No. 5-53528 proposed by the present applicant discloses a membrane formed from chitosan derivatives obtained by crosslinking chitosan with dialdehyde. Have been.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】この特公平5−535
28号公報で提供されているジアルデヒド架橋キトサン
は、水と有機溶媒との混合溶液、例えば水−エタノール
混合溶液から水を分離してエタノールを脱水する性能が
高く、特にエタノール濃度30〜70重量%のエタノー
ル水溶液に対して極めて優れた水分離性能を有する。し
かし、エタノール濃度が90%を超える高濃度のエタノ
ール水溶液に対しては、必ずしも十分な水分離性能を有
するものではなく、改良の余地を有するものであった。
Problems to be Solved by the Invention
The dialdehyde-crosslinked chitosan provided in Japanese Patent Publication No. 28 is highly capable of dehydrating ethanol by separating water from a mixed solution of water and an organic solvent, for example, a water-ethanol mixed solution, and particularly has an ethanol concentration of 30 to 70% by weight. % Ethanol aqueous solution. However, a high-concentration aqueous ethanol solution having an ethanol concentration of more than 90% does not necessarily have sufficient water separation performance, and has room for improvement.

【0006】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、高濃度の水と有機溶媒との混合溶液や混合蒸気に
対して十分に高い水分離性能を有する脱水用分離膜を提
供することを目的とするものである。
The present invention has been made in view of the above points, and provides a separation membrane for dehydration having sufficiently high water separation performance with respect to a mixed solution or a mixed vapor of high-concentration water and an organic solvent. The purpose is to do so.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に係る
脱水用分離膜は、キトサンのアミノ基(−NH2 )の一
部が、下記構造式のように四級化された四級化キトサン
の、
Dehydrating the separation membrane according to claim 1 of the present invention solving the problem to means for the], a part of the chitosan amino groups (-NH 2) is a quaternary quaternized as the following structural formula Of chitosan,

【0008】[0008]

【化2】 Embedded image

【0009】ジアルデヒド架橋物で形成されて成ること
を特徴とするものである。また請求項2の発明は、キト
サンのアミノ基の5〜40%が四級化されていることを
特徴とするものである。また請求項3の発明は、上記構
造式のR1 ,R2 ,R3 がメチル基であることを特徴と
するものである。
It is characterized by being formed of a crosslinked dialdehyde. The invention of claim 2 is characterized in that 5 to 40% of the amino groups of chitosan are quaternized. The invention of claim 3 is characterized in that R 1 , R 2 and R 3 in the above structural formula are methyl groups.

【0010】また請求項4の発明は、上記構造式のX-
がCl- であることを特徴とするものである。本発明の
請求項5に係る脱水用分離膜の製造方法は、上記の四級
化キトサンとジアルデヒドと酸触媒を含有する酸水溶液
を加熱乾燥して成膜することを特徴とするものである。
[0010] A fourth aspect of the present invention, the above structural formula X -
Is Cl . The method for producing a separation membrane for dehydration according to claim 5 of the present invention is characterized in that an acid aqueous solution containing the quaternized chitosan, dialdehyde and acid catalyst is heated and dried to form a film. .

【0011】また本発明の請求項6に係る脱水用分離膜
の製造方法は、上記の四級化キトサンとジアルデヒドと
酸触媒を含有する水溶液を加熱乾燥して成膜し、この乾
燥膜の表面をジアルデヒドと酸触媒を含有する水溶液で
処理して乾燥することを特徴とするものである。
Further, in the method for producing a separation membrane for dehydration according to claim 6 of the present invention, the aqueous solution containing the quaternized chitosan, dialdehyde and acid catalyst is heated and dried to form a film. The surface is treated with an aqueous solution containing a dialdehyde and an acid catalyst and dried.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。キトサンはキチンを脱アセチル化して得ることが
できるものであり、希酸に可溶なカチオン性ポリマーで
ある。ここで、キチンは甲殻類や菌類の支持組織を形成
している直鎖の多糖類であって、未利用有機資源として
最大のものであり、本発明はこのキチンの有効利用技術
としても評価される。このキトサンを用いて脱水用の分
離膜を作製することは既述の特公平5−53528号公
報にもみられるように既に知られているところである
が、水−有機溶媒の混合溶液や混合蒸気から水分を膜に
選択的に透過させるには、膜の親水性を高くすることが
必要である。そこで本発明ではキトサンを四級化して親
水性を高めた四級化キトサンを用いるようにしている。
Embodiments of the present invention will be described below. Chitosan can be obtained by deacetylating chitin and is a cationic polymer soluble in dilute acid. Here, chitin is a linear polysaccharide that forms a supporting tissue of crustaceans and fungi and is the largest unused organic resource, and the present invention has been evaluated as an effective utilization technology of this chitin. You. The production of a separation membrane for dehydration using this chitosan is already known, as can be seen from the above-mentioned Japanese Patent Publication No. 5-53528. However, a water-organic solvent mixed solution or mixed vapor is used. In order to selectively allow moisture to pass through the membrane, it is necessary to increase the hydrophilicity of the membrane. Therefore, in the present invention, quaternized chitosan having quaternized chitosan to enhance hydrophilicity is used.

【0013】すなわち、キトサンは次の「化3」に示す
構造式の成分を主たる繰り返し単位とするポリマーであ
る。
That is, chitosan is a polymer having a component represented by the following chemical formula 3 as a main repeating unit.

【0014】[0014]

【化3】 Embedded image

【0015】そして四級化キトサンは、「化3」の構造
式中のアミノ基(−NH2 )の一部を上記の「化2」の
ようにハロゲンイオンを対イオンとしてトリアルキル化
することによって四級化したものであり、繰り返し単位
の一部は次の「化4」の構造式を有するものである。
「化4」の構造式においてR1 ,R2 ,R3 は−C
3,−C2 5 ,−C3 7 ,−C4 9 のいずれか
であり、R1 ,R2 ,R3 は同じものであっても、異な
るものであってもよい。なかでもR1 ,R2 ,R3 がそ
れぞれ−CH3 のものが最も実用的である。また「化
4」の構造式においてX- は塩素イオン(Cl- )、臭
素イオン(Br- )、ヨウ素イオン(I- )のいずれか
である。なかでもX- はCl- であることが、分離膜の
安定性や、透過分離性能の点から最適である。
The quaternized chitosan is obtained by trialkylating a part of the amino group (-NH 2 ) in the structural formula of Chemical Formula 3 with a halogen ion as a counter ion as in Chemical Formula 2 above. And a part of the repeating unit has the following structural formula.
In the structural formula of Chemical Formula 4, R 1 , R 2 , and R 3 represent —C
H 3 , —C 2 H 5 , —C 3 H 7 , or —C 4 H 9 , and R 1 , R 2 , and R 3 may be the same or different. Among them, those in which R 1 , R 2 and R 3 are each —CH 3 are the most practical. In the structural formula of Chemical Formula 4, X is any one of a chloride ion (Cl ), a bromine ion (Br ), and an iodine ion (I ). Among them, X is preferably Cl in terms of stability of the separation membrane and permeation separation performance.

【0016】[0016]

【化4】 Embedded image

【0017】従って、四級化キトサンは次の「化5」の
構造式で示すことができる(尚、「化5」の構造式は、
左側の成分と右側の成分がm:n(mとnは正の整数)
の比率でランダムに直鎖状に結合していることを示
す)。
Therefore, the quaternized chitosan can be represented by the following structural formula (Chemical Formula 5).
The left component and the right component are m: n (m and n are positive integers)
Indicates that they are randomly and linearly linked in the ratio of).

【0018】[0018]

【化5】 Embedded image

【0019】「化5」に示す四級化キトサンを製造する
にあたっては、例えば、キトサンを適当な溶媒中でヨウ
化アルキルなどの四級化剤と反応させることによって、
ヨウ素イオンを対イオンとするヨウ素型四級化キトサン
を得ることができる。またこのように調製したヨウ素型
四級化キトサンに塩化ナトリウムを反応させてヨウ素イ
オンと塩素イオンとを変換させることによって、塩素イ
オンを対イオンとする塩素型四級化キトサンを得ること
ができる。あるいは塩化ナトリウムの代わりに臭化ナト
リウムを用いてヨウ素型四級化キトサンに反応させるこ
とによって、臭素イオンを対イオンとする臭素型四級化
キトサンを得ることができる。四級化剤として使用する
ヨウ化アルキルとしては、ヨウ化メチル、ヨウ化エチ
ル、ヨウ化n−プロピル、ヨウ化n−ブチル及びこれら
の混合物などを用いることができる。
In producing the quaternized chitosan represented by Chemical Formula 5, for example, chitosan is reacted with a quaternizing agent such as alkyl iodide in a suitable solvent,
An iodine-type quaternized chitosan having an iodine ion as a counter ion can be obtained. Further, by reacting the iodine-type quaternized chitosan thus prepared with sodium chloride to convert iodine ion and chloride ion, chlorine-type quaternized chitosan having chloride ion as a counter ion can be obtained. Alternatively, by reacting with iodine-type quaternized chitosan using sodium bromide instead of sodium chloride, brominated quaternized chitosan having a bromine ion as a counter ion can be obtained. Examples of the alkyl iodide used as the quaternizing agent include methyl iodide, ethyl iodide, n-propyl iodide, n-butyl iodide, and mixtures thereof.

【0020】ここで本発明において四級化キトサンとし
ては、その四級化度(「化5」において(n/(m+
n)×100)が5〜40%のもの、すなわちがキトサ
ンのアミノ基の5〜40%が四級化されているものが好
ましく、さらに好ましくは8〜25%である。四級化度
が5%未満の場合は、親水化が十分でなく、実用的な水
選択透過性能を得るのが難しい。逆に四級化度が40%
を超えると、親水性が高くなり過ぎて、膜が吸水して過
度に膨潤し、膜の透過速度は高くなるが水に対する選択
分離性能が低下してしまうおそれがある。
In the present invention, the quaternized chitosan has a quaternization degree ((n / (m +
n) × 100) is preferably 5 to 40%, that is, chitosan in which 5 to 40% of amino groups are quaternized, and more preferably 8 to 25%. When the quaternization degree is less than 5%, the hydrophilicity is not sufficient, and it is difficult to obtain practical water selective permeation performance. Conversely, the degree of quaternization is 40%
If it exceeds, the hydrophilicity becomes too high, the membrane absorbs water and swells excessively, and the permeation rate of the membrane becomes high, but the selective separation performance with respect to water may be reduced.

【0021】四級化キトサンは上記のように親水性が高
く、水溶性である。従ってこの四級化キトサンを水−有
機溶媒の混合溶液や混合蒸気の分離膜として用いるに
は、水に不溶化する必要があり、本発明では、四級化キ
トサンを酸性触媒下でジアルデヒドと反応させて、ジア
ルデヒドで架橋することによって、水に不溶化するよう
にしている。酸性触媒下で四級化キトサンにジアルデヒ
ドを作用させると、四級化キトサンのアミノ基とアルデ
ヒドとが縮合反応し、次の「化6」の構造式に架橋構造
の一例を示すように、四級化キトサンの各分子がシッフ
塩基(−N=CH−)を架橋点として架橋され、三次元
構造になって水に不溶になるものである(尚、「化6」
は分子の構造の大略を示すモデルであり、構造式を正確
に表現したものではない)。
As described above, quaternized chitosan has high hydrophilicity and is water-soluble. Therefore, in order to use this quaternized chitosan as a water-organic solvent mixed solution or a mixed vapor separation membrane, it is necessary to insolubilize it in water.In the present invention, quaternized chitosan reacts with dialdehyde under an acidic catalyst. Then, it is made insoluble in water by crosslinking with dialdehyde. When a dialdehyde is allowed to act on quaternized chitosan under an acidic catalyst, an amino group of the quaternized chitosan and an aldehyde undergo a condensation reaction, as shown in the following structural formula of Chemical Formula 6, as an example of a crosslinked structure, Each molecule of the quaternized chitosan is cross-linked by using a Schiff base (-N = CH-) as a cross-linking point to form a three-dimensional structure and become insoluble in water (hereinafter, "Chemical Formula 6").
Is a model showing the outline of the structure of the molecule, and does not accurately represent the structural formula).

【0022】[0022]

【化6】 Embedded image

【0023】ここで、ジアルデヒドとしては、グリオキ
ザール、マロンジアルデヒド、スクシンジアルデヒド、
グルタルアルデヒド、アジピンジアルデヒド、マレイン
ジアルデヒド、フタルジアルデヒド、イソフタルジアル
デヒド、テレフタルジアルデヒド、ジアルデヒドデンプ
ンなどを用いることができる。また酸性触媒としては、
塩酸、硫酸、硝酸などの無機酸類、ギ酸、酢酸、プロピ
オン酸、酪酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタ
ル酸、アジピン酸などの有機酸類を用いることができ
る。
Here, the dialdehyde includes glyoxal, malondialdehyde, succindialdehyde,
Glutaraldehyde, adipindialdehyde, maledialdehyde, phthaldialdehyde, isophthaldialdehyde, terephthaldialdehyde, dialdehyde starch and the like can be used. As the acidic catalyst,
Inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid and nitric acid, and organic acids such as formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid and adipic acid can be used.

【0024】次に、上記の四級化キトサンのジアルデヒ
ド架橋物によって形成される分離用膜の製造について説
明する。まず、四級化キトサンを水に溶解すると共に、
これに酸触媒とジアルデヒドを加えて四級化キトサンと
ジアルデヒドの酸水溶液を調製する。次にこの四級化キ
トサンとジアルデヒドの酸水溶液をキャストなどして膜
状に流延させた後、これを加熱乾燥することによって、
ジアルデヒドで架橋された四級化キトサンからなる脱水
用分離膜を得ることができる。
Next, the production of a separation membrane formed by the crosslinked dialdehyde of quaternized chitosan will be described. First, while dissolving quaternized chitosan in water,
An acid aqueous solution of quaternized chitosan and dialdehyde is prepared by adding an acid catalyst and dialdehyde thereto. Next, the quaternized chitosan and dialdehyde acid aqueous solution are cast into a film by casting or the like, and then dried by heating.
A separation membrane for dehydration comprising quaternized chitosan cross-linked with dialdehyde can be obtained.

【0025】このようにしてジアルデヒドで架橋された
四級化キトサンからなる脱水用分離膜を得ることができ
るが、この膜の表面をさらにジアルデヒドと酸触媒を含
有するジアルデヒドの酸水溶液で処理して乾燥すること
によって、膜の表面の四級化キトサンをさらにジアルデ
ヒドで架橋させて、膜の表面の架橋度を高めるようにす
るのが好ましい。この際、ジアルデヒドの酸水溶液に例
えばアルコールなどの有機溶媒を混合しておけば、ジア
ルデヒドで架橋された四級化キトサンの膜の膨潤を抑制
しながら、この膜の表面の架橋度を高めるようにするこ
とができる。このように、脱水用分離膜の表面の架橋度
を高めることによって、水に対する選択透過性能を飛躍
的に高めることができるものである。また、次に説明す
るような複合化した膜として使用する場合には、膜の安
定性を向上させて、剥離や膨潤が起こり難くすることが
できるものである。
In this way, a separation membrane for dehydration comprising quaternized chitosan crosslinked with dialdehyde can be obtained. The surface of this membrane is further treated with an aqueous solution of dialdehyde and an acid solution of dialdehyde containing an acid catalyst. Preferably, by treating and drying, the quaternized chitosan on the membrane surface is further crosslinked with dialdehyde to increase the degree of crosslinking on the membrane surface. At this time, if an organic solvent such as alcohol is mixed with the aqueous acid solution of dialdehyde, the degree of cross-linking on the surface of this film is increased while suppressing the swelling of the quaternized chitosan film cross-linked with dialdehyde. You can do so. As described above, by increasing the degree of cross-linking on the surface of the separation membrane for dehydration, the permselectivity to water can be dramatically improved. In addition, when used as a composite film as described below, the stability of the film can be improved, and peeling and swelling can be suppressed.

【0026】脱水用分離膜による処理能力を向上させる
には、膜厚を薄く形成することが望ましいが、膜を薄く
すれば機械的強度が損なわれるので、この場合には、機
械的強度が高い多孔質のフィルムやチューブ、中空糸な
どの支持体の表面に脱水用分離膜を成形し、複合化した
膜として使用するのが好ましい。上記のようにして得ら
れる本発明に係る脱水用分離膜は、水−メタノール、水
−エタノール、水−nプロピルアルコール、水−iso
プロピルアルコール、水−nブチルアルコール、水−i
soブチルアルコール、水−tertブチルアルコー
ル、水−ペンチルアルコール、水−アセトン、水−メチ
ルエチルケトン、水−メチルイソブチルケトン、水−ジ
エチルエーテル、水−1,4ジオキサン、水−テトラヒ
ドロフラン、水−酢酸メチル、水−酢酸エチル、水−
N,Nジメチルホルムアミド、水−N,Nジメチルアセ
トアミド、水−ジメチルスルホキシド、水−エチレング
リコール、水−グリセリンなど、水と有機溶媒との混合
溶液や混合蒸気から水を分離して脱水するために使用さ
れるものである。
In order to improve the processing capacity of the separation membrane for dehydration, it is desirable to form the film with a small thickness. However, if the membrane is made thin, the mechanical strength is impaired. In this case, the mechanical strength is high. It is preferable to form a separation membrane for dehydration on the surface of a support such as a porous film, a tube, or a hollow fiber, and use it as a composite membrane. The separation membrane for dehydration according to the present invention obtained as described above includes water-methanol, water-ethanol, water-n-propyl alcohol, water-iso.
Propyl alcohol, water-n-butyl alcohol, water-i
so-butyl alcohol, water-tert-butyl alcohol, water-pentyl alcohol, water-acetone, water-methyl ethyl ketone, water-methyl isobutyl ketone, water-diethyl ether, water-1,4 dioxane, water-tetrahydrofuran, water-methyl acetate, Water-ethyl acetate, water-
N, N dimethylformamide, water-N, N-dimethylacetamide, water-dimethylsulfoxide, water-ethylene glycol, water-glycerin, etc. to separate and dehydrate water from a mixed solution or mixed vapor of water and an organic solvent What is used.

【0027】[0027]

【実施例】次に、本発明を実施例によって具体的に説明
する。 (実施例1)キトサン(甲陽ケミカル社製、平均分子量
35万、脱アセチル化度100%)33gを、60容量
%のメタノール水溶液2300mL中に攪拌分散させ、
これにヨウ化メチル66mLを加えて、50℃で8時間
反応させることによって、ヨウ素イオンを対イオンとす
るトリメチル型の四級化キトサンを調製した。次にこれ
に塩化ナトリウム93gを加えて30分間さらに攪拌し
て反応させ、この反応液を12Lのアセトン中に注ぎ込
んで、塩素イオンを対イオンとするトリメチル型の四級
化キトサン(「化4」の構造式においてR1 ,R2 ,R
3 がメチル基)の粗製物を沈澱させた。この沈澱物を室
温下で減圧乾燥した後、これを水に2.5重量%の濃度
で溶解し、この溶液を7倍量のアセトン中に注ぎ込み、
再沈澱を行なった。そしてこの再沈澱操作を2回繰り返
すことによって、塩素イオンを対イオンとするトリメチ
ル型四級化キトサンの精製物を得た。この得られた四級
化キトサンを 1H−NMRで分析した結果、四級化度は
15%であった。また得られた四級化キトサンの重量の
算出から収率は75%であった。
Next, the present invention will be described specifically with reference to examples. Example 1 33 g of chitosan (manufactured by Koyo Chemical Co., Ltd., average molecular weight: 350,000, degree of deacetylation: 100%) was stirred and dispersed in 2300 mL of a 60% by volume aqueous methanol solution,
66 mL of methyl iodide was added thereto, and the mixture was reacted at 50 ° C. for 8 hours to prepare trimethyl-type quaternized chitosan having iodine ions as counter ions. Next, 93 g of sodium chloride was added thereto, and the mixture was further stirred for 30 minutes to cause a reaction. The reaction solution was poured into 12 L of acetone, and trimethyl-type quaternized chitosan having chloride ion as a counter ion (“Chemical Formula 4”) In the structural formula of R 1 , R 2 , R
The crude product ( 3 was a methyl group) was precipitated. After the precipitate was dried under reduced pressure at room temperature, it was dissolved in water at a concentration of 2.5% by weight, and the solution was poured into 7 times the volume of acetone.
Reprecipitation was performed. By repeating this reprecipitation operation twice, a purified product of trimethyl-type quaternized chitosan having a chloride ion as a counter ion was obtained. As a result of analyzing the obtained quaternized chitosan by 1 H-NMR, the degree of quaternization was 15%. From the calculation of the weight of the obtained quaternized chitosan, the yield was 75%.

【0028】次に、この四級化キトサン2gを蒸留水9
8gに室温下で攪拌溶解し、この溶液に1重量%濃度の
グルタルアルデヒド水溶液2.5gと、0.01Nの塩
酸水溶液2.5gを加え、均一に攪拌混合した後、これ
を濾過、脱泡して四級化キトサンとグルタルアルデヒド
の塩酸水溶液を調製した。この四級化キトサンとグルタ
ルアルデヒドの塩酸水溶液を外枠付の14cm×14c
mの表面平滑なガラス板の表面に80gキャストして流
延し、60℃で乾燥させることによって、膜厚20μm
のジアルデヒド架橋四級化キトサン膜を得た。
Next, 2 g of the quaternized chitosan was added to 9 parts of distilled water.
Then, 2.5 g of a 1% by weight glutaraldehyde aqueous solution and 2.5 g of a 0.01 N hydrochloric acid aqueous solution were added to the solution, and the mixture was uniformly stirred and mixed, followed by filtration and defoaming. Thus, an aqueous hydrochloric acid solution of quaternized chitosan and glutaraldehyde was prepared. This quaternized chitosan and glutaraldehyde aqueous solution of hydrochloric acid is 14cm x 14c with outer frame.
m, cast 80 g on the surface of a smooth glass plate, cast and dried at 60 ° C.
To obtain a dialdehyde-crosslinked quaternized chitosan membrane.

【0029】このジアルデヒド架橋四級化キトサン膜を
図1に示す装置の脱水用分離膜として用い、水−エタノ
ールの混合蒸気の分離脱水を行なった。すなわち、図1
の装置は、脱水用分離膜1で分離槽2を上側の減圧室4
と下側の溶液室3とに仕切って形成されるものであり、
溶液室3に供給される水と有機溶媒の混合溶液5が脱水
用分離膜1に接触しないようにしてある。図1において
6は恒温水槽、7はコンデンサーに接続されるパイプ、
8はコールドトラップであり、溶液室3内の混合溶液5
を恒温水槽で加熱し、またコールドトラップ8を介して
接続される減圧ポンプによって減圧室4内を減圧するよ
うにしてある。そして混合溶液5を加熱して水と有機溶
媒の混合蒸気を発生させ、この混合蒸気を脱水用分離膜
1に接触させると共に減圧室4を減圧することによっ
て、混合蒸気中の水分を脱水用分離膜1に選択的に浸透
拡散させると共に脱水用分離膜1を選択的に透過した水
分を脱水用分離膜1の減圧室4側の表面から気化させる
ものであり、このように混合溶液5の蒸気の中の水分を
脱水用分離膜1に透過させて分離することによって、混
合溶液5から脱水を行なうことができるものである。
This dialdehyde crosslinked quaternized chitosan membrane was used as a separation membrane for dehydration in the apparatus shown in FIG. 1 to separate and dehydrate a mixed vapor of water and ethanol. That is, FIG.
In the apparatus described above, the separation tank 2 is separated from the decompression separation membrane 1 by the decompression chamber 4 on the upper side.
And a lower solution chamber 3.
A mixed solution 5 of water and an organic solvent supplied to the solution chamber 3 is prevented from coming into contact with the separation membrane 1 for dehydration. In FIG. 1, 6 is a constant temperature water bath, 7 is a pipe connected to a condenser,
Reference numeral 8 denotes a cold trap, which is a mixed solution 5 in the solution chamber 3.
Is heated in a constant temperature water bath, and the pressure inside the decompression chamber 4 is reduced by a decompression pump connected via a cold trap 8. Then, the mixed solution 5 is heated to generate a mixed vapor of water and an organic solvent, and the mixed vapor is brought into contact with the separation membrane 1 for dehydration and the pressure in the decompression chamber 4 is reduced. This is to selectively permeate and diffuse into the membrane 1 and vaporize the water selectively permeating the dehydration separation membrane 1 from the surface of the dehydration separation membrane 1 on the decompression chamber 4 side. The dewatering can be performed from the mixed solution 5 by allowing the water in the liquid to permeate through the separation membrane 1 for dehydration and separating.

【0030】そして実施例1においては、水−エタノー
ルの混合溶液を加熱して表1の濃度の60℃の水−エタ
ノール混合蒸気を脱水用分離膜の片側に大気圧下で供給
し、脱水用分離膜の反対側を0.01mmHgに減圧し
て行なった。この分離の際の透過速度と分離係数及び透
過液のエタノール濃度を表1に示す。透過速度は、脱水
用分離膜を透過した蒸気を液体窒素で冷却したトラップ
で捕集して液化させ、その重量から単位時間、単位膜面
積当たり透過量として表示した。透過速度の値が大きい
程、脱水用分離膜の処理能力が高いということになる。
In Example 1, the mixed solution of water and ethanol was heated, and a mixed vapor of water and ethanol at a concentration of 60 ° C. having the concentration shown in Table 1 was supplied to one side of the separation membrane for dehydration under atmospheric pressure. The pressure was reduced to 0.01 mmHg on the opposite side of the separation membrane. Table 1 shows the permeation rate, the separation coefficient, and the ethanol concentration of the permeate during this separation. The permeation rate was expressed as a permeation amount per unit time and per unit membrane area based on the weight of the vapor permeated through a dewatering separation membrane, collected by a trap cooled with liquid nitrogen and liquefied. The larger the value of the permeation rate, the higher the treatment capacity of the separation membrane for dehydration.

【0031】また分離係数αは、脱水用分離膜を透過し
た蒸気をトラップして液化したものをガスクロマトグラ
フで定量することによって透過液中のエタノール濃度を
測定し、次の式から算出した。 αB/A =(YB /YA )/(XB /XA ) 但し、式中、XA ,XB は脱水用分離膜に供給される混
合蒸気あるいは混合溶液の中のA成分とB成分の重量分
率であり、水−エタノール混合系の場合は、A成分がE
tOH、B成分がH2 Oとなる。またYA ,YB は膜を
透過して得られた透過液中のA成分とB成分の重量分率
であり、水−エタノール混合系の場合は、A成分がEt
OH、B成分がH2 Oとなる。分離係数αの値が大きい
程、エタノールに比べて水を選択的に良く透過させ、効
率良く水の分離が行なわれていることになる。
The separation coefficient α was calculated from the following equation by measuring the concentration of ethanol in the permeate by quantifying the liquefied vapor trapped in the permeate through the separation membrane for dehydration by gas chromatography. α B / A = (Y B / Y A ) / (X B / X A ) where X A and X B are the same as the mixed vapor supplied to the separation membrane for dehydration or the A component in the mixed solution. It is the weight fraction of component B, and in the case of a water-ethanol mixture system, component A is E
The tOH and B components become H 2 O. Y A and Y B are the weight fractions of the A component and the B component in the permeated liquid obtained by permeating the membrane. In the case of the water-ethanol mixture system, the A component is Et.
OH and B components become H 2 O. As the value of the separation coefficient α is larger, water is selectively permeated better than ethanol, and water is more efficiently separated.

【0032】[0032]

【表1】 [Table 1]

【0033】(実施例2)0.5重量%のグルタルアル
デヒド水溶液400mLに0.5Nの硫酸水溶液100
mLを加えてグルタルアルデヒドの硫酸水溶液を調製
し、これに実施例1で得たジアルデヒド架橋四級化キト
サン膜を室温下で1分間浸漬した後、水洗し乾燥するこ
とによって、膜の表面をさらに架橋処理した膜厚20μ
mのジアルデヒド架橋四級化キトサン膜を得た。
(Example 2) A 0.5N aqueous solution of glutaraldehyde was added to 400 mL of a 0.5% by weight aqueous solution of 0.5N sulfuric acid in 100 mL.
Then, the dialdehyde-crosslinked quaternized chitosan film obtained in Example 1 was immersed in the solution at room temperature for 1 minute, washed with water and dried to obtain a surface of the film. Further cross-linked film thickness 20μ
m of dialdehyde crosslinked quaternized chitosan membrane was obtained.

【0034】このジアルデヒド架橋四級化キトサン膜を
実施例1と同様に図1に示す装置の脱水用分離膜として
用い、水−エタノールの混合蒸気の分離脱水を行なっ
た。この分離の際の透過速度と分離係数及び透過液のエ
タノール濃度を表2に示す。
This dialdehyde-crosslinked quaternized chitosan membrane was used as a dehydration separation membrane in the apparatus shown in FIG. 1 in the same manner as in Example 1 to separate and dehydrate a mixed vapor of water and ethanol. Table 2 shows the permeation rate, the separation coefficient, and the ethanol concentration of the permeate during this separation.

【0035】[0035]

【表2】 [Table 2]

【0036】表1と表2の結果の比較から、実施例2の
ようにジアルデヒド架橋四級化キトサン膜の表面をさら
に架橋処理することによって、分離係数が数倍程度に向
上することが確認される。 (比較例1)キトサン(平均分子量5万〜10万、脱ア
セチル化度99.1%)の粉末2.0gに1N酢酸水溶
液200gを加えて25℃にて一晩撹拌溶解し、この溶
液をG2のグラスフィルターで濾過した後、アスピレー
タで減圧脱気した。得られたこのキトサン溶液20gを
シリコン処理したガラス板の表面にキャストし、60℃
で5時間乾燥することによってキトサン酢酸塩膜を製膜
し、この膜を剥離して1NのNaOH水溶液に一晩浸漬
して中和したのち、十分に水洗をおこなって室温で減圧
乾燥することによって、膜厚20μmのキトサン膜を得
た。このようにして得たキトサン膜を、0.4重量%の
グルタルアルデヒド水溶液に触媒として0.5Nの硫酸
水溶液を加えて調製した溶液に室温で15分間浸漬し、
キトサンを架橋させたのちに水洗し、室温で減圧乾燥す
ることによって、既述の特公平5−53528号公報で
提供される膜厚20μmのジアルデヒド架橋キトサンの
膜を得た。
From the comparison of the results in Tables 1 and 2, it was confirmed that the separation coefficient was improved by several times by further crosslinking the surface of the dialdehyde-crosslinked quaternized chitosan membrane as in Example 2. Is done. (Comparative Example 1) 200 g of a 1N acetic acid aqueous solution was added to 2.0 g of a powder of chitosan (average molecular weight of 50,000 to 100,000, deacetylation degree of 99.1%), and the mixture was stirred and dissolved at 25 ° C overnight, and this solution was dissolved. After filtering through a G2 glass filter, the mixture was degassed under reduced pressure using an aspirator. 20 g of the obtained chitosan solution was cast on the surface of a siliconized glass plate,
And then dried for 5 hours to form a chitosan acetate membrane. The membrane is peeled off, immersed in a 1N aqueous solution of NaOH overnight to neutralize, washed sufficiently with water and dried at room temperature under reduced pressure. Thus, a chitosan film having a thickness of 20 μm was obtained. The thus obtained chitosan film is immersed in a solution prepared by adding a 0.5N aqueous sulfuric acid solution as a catalyst to a 0.4% by weight glutaraldehyde aqueous solution at room temperature for 15 minutes,
The crosslinked chitosan was washed with water, and dried under reduced pressure at room temperature to obtain a 20 μm-thick dialdehyde crosslinked chitosan film provided in the above-mentioned Japanese Patent Publication No. 5-53528.

【0037】このジアルデヒド架橋キトサン膜を実施例
1と同様に図1に示す装置の脱水用分離膜として用い、
水−エタノールの混合蒸気の分離脱水を行なった。この
分離の際の透過速度と分離係数及び透過液のエタノール
濃度を表3に示す。
This dialdehyde crosslinked chitosan membrane was used as a dehydration separation membrane in the apparatus shown in FIG.
Water / ethanol mixed vapor was separated and dehydrated. Table 3 shows the permeation rate, separation coefficient, and ethanol concentration of the permeate during this separation.

【0038】[0038]

【表3】 [Table 3]

【0039】表2と表3の結果を比較すると、ジアルデ
ヒド架橋キトサン膜の比較例1のものは分離係数が数千
オーダーであるのに対して、実施例2のジアルデヒド架
橋四級化キトサン膜の分離係数は10000以上であ
り、ジアルデヒド架橋四級化キトサン膜のほうが格段に
優れた分離性能を有することが確認される。 (実施例3)ポリエーテルスルホン(テイジンアモコエ
ンジニアリングプラスチックス社製「A−300N
T」:以下PES略称する)36g、ジメチルホルムア
ミド144g、ポリエチレングリコール(分子量60
0)20gからなる均一な溶液を調製し、この溶液を濾
過、脱泡した後、平滑なガラス板の表面に0.15mm
の厚みで流延し、ガラス板ごとこれを5℃の凝固用の水
中に浸漬して相転換させ、これを十分に水で洗浄して風
乾することによって、厚み70μmの多孔質PESフィ
ルムを得た。
Comparison of the results in Tables 2 and 3 shows that the separation coefficient of the dialdehyde-crosslinked chitosan membrane of Comparative Example 1 is on the order of several thousands, whereas the dialdehyde-crosslinked quaternized chitosan of Example 2 is different. The separation factor of the membrane is 10,000 or more, confirming that the dialdehyde-crosslinked quaternized chitosan membrane has much better separation performance. Example 3 Polyethersulfone (“A-300N” manufactured by Teijin Amoko Engineering Plastics)
T ": 36 g of PES, 144 g of dimethylformamide, polyethylene glycol (molecular weight: 60)
0) A uniform solution consisting of 20 g was prepared, and the solution was filtered and defoamed.
The glass plate is cast into a solid PES film having a thickness of 70 μm by immersing the whole glass plate in water for solidification at 5 ° C. for phase inversion, washing the plate sufficiently with water and air-drying. Was.

【0040】実施例1で得た四級化キトサンとグルアル
アルデヒドの塩酸水溶液をこの多孔質PESフィルムの
表面に0.3mmの厚みで流延し、60℃で乾燥させる
ことによって、多孔質PESフィルムにジアルデヒド架
橋四級化キトサン膜を複合化した。この複合膜を、0.
5重量%のグルタルアルデヒド水溶液400mLに触媒
として0.5Nの硫酸水溶液100mLを加えて調製し
たグルタルアルデヒド硫酸水溶液に室温下1分間浸漬し
た後、水洗・乾燥することによって、ジアルデヒド架橋
四級化キトサン膜の表面をさらに架橋処理した。
The aqueous solution of hydrochloric acid of quaternized chitosan and gluaraldehyde obtained in Example 1 was cast at a thickness of 0.3 mm on the surface of this porous PES film and dried at 60 ° C. to obtain a porous PES film. Dialdehyde cross-linked quaternized chitosan membrane was composited with the film. This composite membrane was used for 0.
A dialdehyde-crosslinked quaternized chitosan is immersed in a glutaraldehyde sulfate aqueous solution prepared by adding 100 mL of a 0.5N sulfuric acid aqueous solution as a catalyst to 400 mL of a 5% by weight glutaraldehyde aqueous solution at room temperature, and then washed and dried with water. The surface of the membrane was further crosslinked.

【0041】このようにして得た多孔質PESフィルム
とジアルデヒド架橋四級化キトサン膜の複合膜を走査型
電子顕微鏡で観察したところ、多孔質PESフィルムの
表面に厚み2μmの均一な厚みでジアルデヒド架橋四級
化キトサン膜が形成されていることが確認された。この
ジアルデヒド架橋四級化キトサン複合膜を実施例1と同
様に図1に示す装置の脱水用分離膜として用い、水−エ
タノールの混合蒸気の分離脱水を行なった。この分離の
際の透過速度と分離係数及び透過液のエタノール濃度を
表4に示す。
When the composite film of the porous PES film thus obtained and the dialdehyde-crosslinked quaternized chitosan film was observed with a scanning electron microscope, it was found that the porous PES film had a uniform thickness of 2 μm on its surface. It was confirmed that an aldehyde-crosslinked quaternized chitosan film was formed. This dialdehyde cross-linked quaternized chitosan composite membrane was used as a dehydration separation membrane in the apparatus shown in FIG. 1 in the same manner as in Example 1 to separate and dehydrate a mixed vapor of water and ethanol. Table 4 shows the permeation rate, separation coefficient, and ethanol concentration of the permeate during this separation.

【0042】[0042]

【表4】 [Table 4]

【0043】表4の結果を表2と比較すると、分離係数
はほぼ同レベルのものが得られておおり、ジアルデヒド
架橋四級化キトサン膜を複合化しても高い分離性能を有
することが確認される。 (実施例4)実施例3と同様にして得られたジアルデヒ
ド架橋四級化キトサン複合膜を図1に示す装置の脱水用
分離膜として用い、水−isoプロピルアルコール混合
蒸気の分離脱水を行なった。分離の条件は実施例1と同
様とし、水−isoプロピルアルコール混合液として各
種の濃度のものを用いた。この分離の際の透過速度と分
離係数及び透過液のisoプロピルアルコール濃度を表
5に示す。
Comparing the results in Table 4 with those in Table 2, it was confirmed that the separation coefficients were almost the same, and that the separation performance was high even if the dialdehyde-crosslinked quaternized chitosan membrane was compounded. Is done. (Example 4) The dialdehyde-crosslinked quaternized chitosan composite membrane obtained in the same manner as in Example 3 was used as a separation membrane for dehydration of the apparatus shown in FIG. 1 to separate and dehydrate water-isopropyl alcohol mixed vapor. Was. Separation conditions were the same as in Example 1, and water-isopropyl alcohol mixtures having various concentrations were used. Table 5 shows the permeation rate, the separation coefficient and the isopropyl alcohol concentration of the permeate during this separation.

【0044】[0044]

【表5】 [Table 5]

【0045】表5にみられるように、ジアルデヒド架橋
四級化キトサンの膜は水−isoプロピルアルコール混
合系に対しても高い分離性能を有することが確認され
る。 (実施例5)実施例3と同様にして作製した多孔質PE
Sフィルムの表面に、実施例1と同様にしてして得た四
級化キトサンとグルアルアルデヒドの塩酸水溶液を0.
1mmの厚みで流延し、60℃で乾燥させることによっ
て、多孔質PESフィルムにジアルデヒド架橋四級化キ
トサン膜を複合化した。この複合膜を、0.5重量%の
グルタルアルデヒド水溶液400mLに触媒として0.
5Nの硫酸水溶液100mLを加えて調製したグルタル
アルデヒド硫酸水溶液に室温下1分間浸漬した後、水洗
・乾燥することによって、ジアルデヒド架橋四級化キト
サン膜の表面をさらに架橋処理した。
As shown in Table 5, it is confirmed that the dialdehyde-crosslinked quaternized chitosan membrane has a high separation performance even with a water-isopropyl alcohol mixed system. (Example 5) Porous PE produced in the same manner as in Example 3
On the surface of the S film, quaternized chitosan obtained in the same manner as in Example 1 and an aqueous hydrochloric acid solution of gluaraldehyde were added in an amount of 0.1 mL.
By casting at a thickness of 1 mm and drying at 60 ° C., a dialdehyde-crosslinked quaternized chitosan membrane was composited with the porous PES film. This composite membrane was used as a catalyst in 400 mL of a 0.5% by weight aqueous glutaraldehyde solution as a catalyst.
The surface of the dialdehyde-crosslinked quaternized chitosan film was further cross-linked by immersing in a glutaraldehyde sulfuric acid aqueous solution prepared by adding 100 mL of a 5N sulfuric acid aqueous solution at room temperature for 1 minute, followed by washing and drying.

【0046】このようにして得た多孔質PESフィルム
とジアルデヒド架橋四級化キトサン膜の複合膜を走査型
電子顕微鏡で観察したところ、多孔質PESフィルムの
表面に厚み0.8μmの均一な厚みでジアルデヒド架橋
四級化キトサン膜が形成されていることが確認された。
図4は多孔質PESフィルムとジアルデヒド架橋四級化
キトサン膜の複合膜の切断面を15000倍に拡大した
電子顕微鏡写真である。
When the composite film of the porous PES film thus obtained and the dialdehyde-crosslinked quaternized chitosan film was observed with a scanning electron microscope, a uniform thickness of 0.8 μm was formed on the surface of the porous PES film. As a result, it was confirmed that a dialdehyde crosslinked quaternized chitosan film was formed.
FIG. 4 is an electron micrograph of a cross section of a composite film of a porous PES film and a dialdehyde-crosslinked quaternized chitosan film at a magnification of 15,000.

【0047】このジアルデヒド架橋四級化キトサン複合
膜を図2に示す装置の浸透気化法の脱水用分離膜として
用い、水−エタノールの混合溶液の分離脱水を行なっ
た。すなわち、図2の装置は、脱水用分離膜1で分離槽
2を上側の溶液室3と下側の減圧室4とに仕切って形成
されるものであり、コールドトラップ8を介して接続さ
れる減圧ポンプによって減圧室4内を減圧するようにし
てある。そして溶液室3内に水と有機溶媒の混合溶液5
を導入して、脱水用分離膜1に混合溶液5を接触させた
状態で減圧室4内を減圧することによって、混合溶液5
中の水分を脱水用分離膜1に選択的に浸透拡散させると
共に脱水用分離膜1を選択的に透過した水分を脱水用分
離膜1の減圧室4側の表面から気化させるものであり、
このように混合溶液5中の水分を脱水用分離膜1に透過
させて分離することによって、混合溶液5から脱水を行
なうことができるものである。
The dialdehyde crosslinked quaternized chitosan composite membrane was used as a separation membrane for dehydration in a pervaporation method of the apparatus shown in FIG. 2 to separate and dehydrate a mixed solution of water and ethanol. That is, the apparatus shown in FIG. 2 is formed by separating the separation tank 2 into an upper solution chamber 3 and a lower decompression chamber 4 with a dewatering separation membrane 1, and is connected via a cold trap 8. The inside of the decompression chamber 4 is depressurized by a decompression pump. Then, a mixed solution 5 of water and an organic solvent is placed in the solution chamber 3.
Is introduced, and the pressure in the decompression chamber 4 is reduced while the mixed solution 5 is in contact with the separation membrane 1 for dehydration.
And selectively permeates and diffuses water therein to the dehydration separation membrane 1 and vaporizes water selectively permeating the dehydration separation membrane 1 from the surface of the dehydration separation membrane 1 on the side of the decompression chamber 4.
As described above, the water in the mixed solution 5 is permeated through the separation membrane for dehydration 1 to be separated, whereby the mixed solution 5 can be dehydrated.

【0048】実施例5においては、表6の濃度の60℃
の水−エタノール混合溶液を脱水用分離膜の片側に供給
し、脱水用分離膜の反対側を0.5mmHgに減圧して
行なった。この分離の際の透過速度と分離係数及び透過
液のエタノール濃度を表6に示す。
In Example 5, the concentration of 60 ° C.
Was supplied to one side of the separation membrane for dehydration, and the pressure on the other side of the separation membrane for dehydration was reduced to 0.5 mmHg. Table 6 shows the permeation rate, separation coefficient, and ethanol concentration of the permeate during this separation.

【0049】[0049]

【表6】 [Table 6]

【0050】(実施例6)実施例5と同様にして得られ
たジアルデヒド架橋四級化キトサン複合膜を図3の装置
の脱水用分離膜として用い、水−エタノール混合蒸気の
分離脱水を行なった。図3の装置は、槽2内を脱水用分
離膜1で蒸気供給室11と減圧室4に仕切って形成され
るものであり、コールドトラップ8を介して接続される
減圧ポンプによって減圧室4内を減圧するようにしてあ
る。一方、水と有機溶媒の混合溶液5は溶液槽12から
送液ポンプ13によって気化器14へ送られ、気化器1
4で気化されて混合蒸気として蒸気供給室11に供給さ
れるようになっている。蒸気供給室11に供給される混
合蒸気の一部はニードルバルブ15を通してコンデンサ
16へ送られ、コンデンサ16で凝縮液化されて溶液槽
12に返送される。図3において17は分離槽2や気化
器14を加温する恒温槽である。そして、水と有機溶媒
の混合蒸気を蒸気供給室11に導入して、脱水用分離膜
1に混合蒸気を接触させた状態で減圧室4内を減圧する
ことによって、混合蒸気中の水分を脱水用分離膜1に選
択的に浸透拡散させると共に脱水用分離膜1を選択的に
透過した水分を脱水用分離膜1の減圧室4側の表面から
気化させるものであり、このように混合蒸気中の水分を
脱水用分離膜1に透過させて分離することによって、混
合溶液5から脱水を行なうことができるものである。
Example 6 A dialdehyde-crosslinked quaternized chitosan composite membrane obtained in the same manner as in Example 5 was used as a separation membrane for dehydration in the apparatus shown in FIG. 3 to separate and dehydrate water-ethanol mixed vapor. Was. The apparatus shown in FIG. 3 is formed by partitioning the inside of the tank 2 with a separation membrane 1 for dehydration into a steam supply chamber 11 and a decompression chamber 4. Is decompressed. On the other hand, the mixed solution 5 of water and the organic solvent is sent from the solution tank 12 to the vaporizer 14 by the liquid sending pump 13,
The gas is vaporized at 4 and supplied to the vapor supply chamber 11 as a mixed vapor. Part of the mixed steam supplied to the steam supply chamber 11 is sent to the condenser 16 through the needle valve 15, condensed and liquefied by the condenser 16, and returned to the solution tank 12. In FIG. 3, reference numeral 17 denotes a constant temperature bath for heating the separation tank 2 and the vaporizer 14. Then, a mixed vapor of water and an organic solvent is introduced into the vapor supply chamber 11, and the pressure in the decompression chamber 4 is reduced while the mixed vapor is in contact with the separation membrane for dehydration 1. And water which selectively permeates and diffuses into the separation membrane 1 for vaporization and vaporizes from the surface of the separation membrane 1 for dehydration on the decompression chamber 4 side. The dewatering can be performed from the mixed solution 5 by allowing the water of the mixed solution 5 to pass through the dewatering separation membrane 1 and separating it.

【0051】実施例5においては、複合膜のジアルデヒ
ド架橋四級化キトサン膜の側に温度110℃の混合蒸気
を2280mmHgの圧力で供給し、透過側を0.5m
mHgに減圧して行なった。この分離の際の透過速度と
分離係数及び透過液のエタノール濃度を表7に示す。
In Example 5, mixed vapor at a temperature of 110 ° C. was supplied at a pressure of 2280 mmHg to the dialdehyde-crosslinked quaternized chitosan membrane of the composite membrane at a pressure of 2280 mmHg, and the permeate side was 0.5 m
This was performed under reduced pressure to mHg. Table 7 shows the permeation rate, separation coefficient, and ethanol concentration of the permeate during this separation.

【0052】[0052]

【表7】 [Table 7]

【0053】(実施例7)ポリスルホン(テイジンアモ
コエンジニアリングプラスチックス社製「P−350
0」:以下PS略称する)46g、ジメチルアセトアミ
ド130g、メチルセロソルブ30gからなる均一な溶
液を調製し、この溶液を濾過、脱泡して紡糸液とした。
この紡糸液を二重管ノズルの外管から吐出させると同時
に内管から芯液として水を吐出させ、5℃の凝固用水浴
中にて相転換させることによって、中空糸を成形し、こ
れを十分に水洗して乾燥することによって、外形1.2
mm、内径0.8mmの多孔質PS中空糸を得た。
Example 7 Polysulfone (“P-350” manufactured by Teijin Amoko Engineering Plastics)
0 ": hereinafter abbreviated as PS) to prepare a uniform solution comprising 46 g, 130 g of dimethylacetamide and 30 g of methylcellosolve, and this solution was filtered and defoamed to obtain a spinning solution.
By discharging the spinning solution from the outer tube of the double tube nozzle and simultaneously discharging water as a core solution from the inner tube and inverting the phase in a coagulation water bath at 5 ° C., a hollow fiber is formed. By thoroughly washing with water and drying, the outer shape 1.2
mm, a porous PS hollow fiber having an inner diameter of 0.8 mm was obtained.

【0054】実施例1で得た四級化キトサンとグルタル
アルデヒドの塩酸水溶液にこの多孔質PS中空糸を浸漬
し、取り出して余分な液を滴下させた後、60℃で乾燥
させることによって、多孔質PS中空糸にジアルデヒド
架橋四級化キトサン膜を複合化した。この複合中空糸膜
を、0.5重量%のグルタルアルデヒド水溶液400m
Lに触媒として0.5Nの硫酸水溶液100mLを加え
て調製したグルタルアルデヒド硫酸水溶液に室温下1分
間浸漬した後、水洗・乾燥することによって、ジアルデ
ヒド架橋四級化キトサン膜の表面をさらに架橋処理し
た。
The porous PS hollow fiber was immersed in an aqueous hydrochloric acid solution of the quaternized chitosan and glutaraldehyde obtained in Example 1, taken out, and an excess liquid was dropped. A polyaldehyde crosslinked quaternized chitosan membrane was formed into a composite PS hollow fiber. This composite hollow fiber membrane was treated with a 0.5 wt% glutaraldehyde aqueous solution 400 m
L is immersed in a glutaraldehyde sulfuric acid aqueous solution prepared by adding 100 mL of a 0.5N sulfuric acid aqueous solution as a catalyst at room temperature for 1 minute, washed with water and dried to further crosslink the surface of the dialdehyde crosslinked quaternized chitosan film. did.

【0055】このようにして得た多孔質PS中空糸とジ
アルデヒド架橋四級化キトサン膜の複合中空糸膜を走査
型電子顕微鏡で観察したところ、多孔質PS中空糸の表
面に厚み0.2μmの均一な厚みでジアルデヒド架橋四
級化キトサン膜が形成されていることが確認された。こ
の複合中空糸膜を長さ18cmに切断して10本束ね、
これをステンレス製のパイプに納めて複合中空糸膜の端
部を樹脂で固めてモジュール化した。このモジュールを
図3の分離槽2と置き換えた装置で水−エタノールの混
合蒸気の分離脱水を行なった。ここで、複合中空糸膜の
外側に温度110℃の混合蒸気を2280mmHgの圧
力で供給し、複合中空糸膜の内側を0.5mmHgに減
圧して分離を行なった。この分離の際の透過速度と分離
係数及び透過液のエタノール濃度を表8に示す。
When the composite hollow fiber membrane of the porous PS hollow fiber thus obtained and the dialdehyde-crosslinked quaternized chitosan membrane was observed with a scanning electron microscope, the surface of the porous PS hollow fiber was 0.2 μm thick. It was confirmed that a dialdehyde-crosslinked quaternized chitosan film was formed with a uniform thickness. This composite hollow fiber membrane is cut into a length of 18 cm and bundled into 10 bundles.
This was placed in a stainless steel pipe, and the end of the composite hollow fiber membrane was solidified with resin to form a module. The module was replaced with the separation tank 2 in FIG. 3 to separate and dehydrate water / ethanol mixed steam. Here, a mixed vapor at a temperature of 110 ° C. was supplied to the outside of the composite hollow fiber membrane at a pressure of 2280 mmHg, and the inside of the composite hollow fiber membrane was reduced to 0.5 mmHg for separation. Table 8 shows the permeation rate, separation coefficient, and ethanol concentration of the permeate during this separation.

【0056】[0056]

【表8】 [Table 8]

【0057】表8にみられるように、ジアルデヒド架橋
四級化キトサン膜を中空糸と複合化しても高い分離性能
を有することが確認される。
As can be seen from Table 8, it is confirmed that even if the dialdehyde-crosslinked quaternized chitosan membrane is combined with the hollow fiber, high separation performance is obtained.

【0058】[0058]

【発明の効果】上記のように本発明の請求項1に係る脱
水用分離膜は、キトサンのアミノ基(−NH2 )の一部
を、下記構造式のように四級化した四級化キトサンを、
Dehydrating the separation membrane according to claim 1 of the present invention as described above according to the present invention, the part of the chitosan amino groups (-NH 2), quaternized quaternized as the following structural formula Chitosan,

【0059】[0059]

【化7】 Embedded image

【0060】ジアルデヒド架橋して形成するようにした
ので、キトサンを親水化して水を選択的に透過する性能
を高めることができ、高濃度の水と有機溶媒との混合溶
液や混合蒸気に対して十分に高い水分離性能を有する脱
水用分離膜を得ることができるものである。また請求項
2の発明は、キトサンのアミノ基の5〜40%を四級化
するようにしたので、適度な親水性を得ることができ、
高い水分離性能を有する脱水用分離膜を得ることができ
るものである。
Since it is formed by dialdehyde cross-linking, the performance of selectively permeating water can be enhanced by hydrophilizing chitosan, and it can be used for a mixed solution or a mixed vapor of high-concentration water and an organic solvent. Thus, a separation membrane for dehydration having sufficiently high water separation performance can be obtained. In the invention of claim 2, since 5 to 40% of the amino groups of chitosan are quaternized, it is possible to obtain appropriate hydrophilicity.
It is possible to obtain a separation membrane for dehydration having high water separation performance.

【0061】本発明の請求項5に係る脱水用分離膜の製
造方法は、上記の四級化キトサンとジアルデヒドの酸水
溶液を加熱乾燥して成膜するようにしたので、酸を触媒
として四級化キトサンをジアルデヒド架橋することがで
き、水に不溶化した脱水用分離膜を容易に製造すること
ができるものである。また本発明の請求項6に係る脱水
用分離膜の製造方法は、上記の四級化キトサンとジアル
デヒドと酸触媒を含有する水溶液を加熱乾燥して成膜
し、この乾燥膜の表面をジアルデヒドと酸触媒を含有す
る水溶液で処理して加熱乾燥するようにしたので、アル
デヒド架橋して成膜した膜の表面をさらにアルデヒド架
橋することによって表面の架橋密度を高めることがで
き、水の分離性能をさらに高めることができるものであ
る。
In the method for producing a separation membrane for dehydration according to a fifth aspect of the present invention, the aqueous solution of quaternized chitosan and dialdehyde is heated and dried to form a film. The graded chitosan can be crosslinked with dialdehyde, and a water-insoluble separation membrane for dehydration can be easily produced. In the method for producing a separation membrane for dehydration according to claim 6 of the present invention, the aqueous solution containing the quaternized chitosan, dialdehyde and acid catalyst is heated and dried to form a film. Since it is treated with an aqueous solution containing an aldehyde and an acid catalyst and dried by heating, the surface of the film formed by aldehyde cross-linking can be further cross-linked with aldehyde to increase the cross-linking density of the surface and separate water. The performance can be further enhanced.

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

【図1】分離装置の一例を示す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of a separation device.

【図2】分離装置の他の一例を示す概略断面図である。FIG. 2 is a schematic sectional view showing another example of the separation device.

【図3】分離装置のさらに他の一例を示す概略断面図で
ある。
FIG. 3 is a schematic sectional view showing still another example of the separation device.

【図4】実施例5で得た多孔質PESフィルムとジアル
デヒド架橋四級化キトサン膜の複合膜の切断面を150
00倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
FIG. 4 shows a cross section of the composite membrane of the porous PES film obtained in Example 5 and the dialdehyde-crosslinked quaternized chitosan membrane cut by 150
It is an electron micrograph enlarged to 00 times.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 脱水用分離膜 1 Separation membrane for dehydration

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内山 憲二 大阪府箕面市粟生間谷西1丁目4番6− 504号 (72)発明者 筒井 希代子 奈良市西登美ケ丘8丁目7番23号 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Kenji Uchiyama 1-46-504, Aowamatanishi, Minoh-shi, Osaka (72) Inventor Kiyoko Tsutsui 8-73-23, Nishitomikagaoka

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 キトサンのアミノ基(−NH2 )の一部
が、下記構造式のように四級化された四級化キトサン
の、 【化1】 ジアルデヒド架橋物で形成されて成ることを特徴とする
脱水用分離膜。
1. A quaternized chitosan in which a part of the amino group (—NH 2 ) of chitosan is quaternized according to the following structural formula: A separation membrane for dehydration, comprising a crosslinked dialdehyde.
【請求項2】 キトサンのアミノ基の5〜40%が四級
化されていることを特徴とする請求項1に記載の脱水用
分離膜。
2. The separation membrane for dehydration according to claim 1, wherein 5 to 40% of the amino groups of chitosan are quaternized.
【請求項3】 上記構造式のR1 ,R2 ,R3 がメチル
基であることを特徴とする請求項1又は2に記載の脱水
用分離膜。
3. The separation membrane for dehydration according to claim 1 , wherein R 1 , R 2 , and R 3 in the structural formula are methyl groups.
【請求項4】 上記構造式のX- がCl- であることを
特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の脱水用分
離膜。
4. The separation membrane for dehydration according to claim 1, wherein X − in the structural formula is Cl .
【請求項5】 請求項1乃至4のいずれかに記載の四級
化キトサンとジアルデヒドと酸触媒を含有する水溶液を
加熱乾燥して成膜することを特徴とする脱水用分離膜の
製造方法。
5. A method for producing a separation membrane for dehydration, comprising heating and drying an aqueous solution containing the quaternized chitosan, dialdehyde and an acid catalyst according to claim 1 to form a film. .
【請求項6】 請求項1乃至3のいずれかに記載の四級
化キトサンとジアルデヒドと酸触媒を含有する水溶液を
加熱乾燥して成膜し、この乾燥膜の表面をジアルデヒド
と酸触媒を含有する水溶液で処理して乾燥することを特
徴とする脱水用分離膜の製造方法。
6. An aqueous solution containing the quaternized chitosan according to claim 1 and a dialdehyde and an acid catalyst is heated and dried to form a film, and the surface of the dried film is coated with a dialdehyde and an acid catalyst. A method for producing a separation membrane for dehydration, comprising treating with an aqueous solution containing the compound and drying.
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