JPS59109204A - 多層膜およびそれを用いた透析蒸発による液体混合物の分離法 - Google Patents

多層膜およびそれを用いた透析蒸発による液体混合物の分離法

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JPS59109204A
JPS59109204A JP58095886A JP9588683A JPS59109204A JP S59109204 A JPS59109204 A JP S59109204A JP 58095886 A JP58095886 A JP 58095886A JP 9588683 A JP9588683 A JP 9588683A JP S59109204 A JPS59109204 A JP S59109204A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 71し体混合物を辿′!′Iなポリマー膜の片面と接触
させ、ポリマー)i巾の他面に真空を施すか、又は不活
性カス流を/Jli通させることによって、液体混合物
を分出II iること65F公知でlbる。液体混合物
の1種ジノ1−の成分番よ容易にポリマー1模を通って
7ゼユカし、ポリマー膜の、ガス相と接触U2ている而
で蒸気状“ζポンプ又811不活性ガス流に。Lっで連
続的に除去される。浸透性の悪い成分は液相に残留し、
河透性の好い成分皮ひ悪い成分への所望の分離度か達成
されるか、又は残留する、tぜ適性の÷1!(い成分の
所望の10]い純度か達成されるまで、濃度を増す。
液体浸透法文&;I:透析蒸発法と言われ、股によるガ
ス混合物の分訓に適するこの処理で特に注目に41hす
ること番J、液体混合物が共沸混合物を形成ずろか、又
は成分の1Jli点が近似していて、有すノかっ経済的
な分離を行う、二とができないので、単純な糸溜によっ
て番コ分離されない液体混合物をその成分に分ん1しう
ろことである。即ら、透析蒸発法では、カス相におりる
混合物の組成には液体トの成分の分圧はも心4や決定的
ではノ、c < 、INの種々のJB過性及びt+tつ
′(液体混合物中の4・(−々の成分に幻゛・;−る股
の選択性が重要である。例えは実験室規4ζ!′c−・
ンセンとツク1コヘキサンとの混合物及びイソブLIパ
ノールと水とのllu合物をそれぞれの共沸215合物
を経て透析蒸発lノミによって分間目る、二とかてきる
。Iri目2)−に0−ギンレン(沸点1/14./l
°(:) 、、 mキラ1/ン(沸点] 39. Io
C)及びp キラ1/ン(沸点13 )13°C)から
成るキソトン異性体を実験室で透析蒸発法によって分出
1]することか(へる。
簡単な酸素含有有機化合物、例えば簡11(なアル二1
−ル、ゲトン、コニ−チル、アルデj二1・及び酸と水
との混合物it特に重要である。、これらの化合物はし
7ばしば」−4業的に重要な物質−(あり)、種々の用
途に大規模に、乾燥し、フ1!(水の状態で必要であり
、他力これらの化合物は水と完全に又は著しく混和し、
水と共沸混合物を形成し、j、QE水の有機物htを分
離し、回収するには著しい経費を伴う。f1゛fって、
二の種の混合物の分線に透析光発法を使用ずイ、試H6
HH;1欠いて番;1いない。し7かし、ilr束のf
(1[究ε、1実験室試験の代を出ていない。他の方l
Jk、例えば逆浸透法に4)使用される二酢酸セルロー
ス又は五酢酸セル1:I−スから成る公知のII!には
、実際、多くの目的に充分な機械的安定性及び満足な透
過液流星を有する。C2かしながら、その選択性は透析
蒸発法に経済的に使用するにはなお充分ではない。
本発明G、1第一・のポリマーから成る孔のない分離層
及び第一のポリマーから成る多孔性支持層を有する多層
膜において、分離層がポリビニルアルコール又は酢酸セ
ルロースから成ることを特徴とする多層膜に関する。
本発明による模本よ液体氾透法又は透析蒸発法で液体混
合物を分離ずイ、のに適当であり)、特に水と酸素含有
有機液体、例えは筒中なアルコール、エーテル、ケトン
、アルテヒド又は酸との混合物から水を分411するた
め適当である。本発明による膜に1、川にガス混合物の
分離にも適当である。
本発明の膜シ、[その多層構造により、優れた機械的安
定性を有し、また、機械的に安定な支持層−ヒに分離層
を透過液流量及び選択性かこの種の膜の経済的使用を可
能にする4’I薄いl−でM6す、二とが−(きる。多
層11!16;l技術用語゛(結合膜ソ、は衿合股と4
)耳われる。
本発明によれば、膜の分Nt 層4;lボ11ヒニルー
Yル′:l−ルR4;J酢酸セルロースから成る。ポリ
ビニルアルコールはポリ酢酸ビニルのけん化によって得
られる。この場合、できるだけ高い4Jん化度、例えば
98%以、ト又は99%以h C7) 4:Iん化度を
¥I’ =するポリビニルアルコールを使用するのが好
まし、い。
フィルム形成又は膜形成が保証されさえずれば、分子量
は限定的なものではない。浦富の分子用は15.000
〜200,000 、例えば70.(HIO〜120.
(10(1(ダルトン)の範囲である。適当な仕成物番
才市場で入手しうる。酢酸セルロースは、特に膜の製造
に通常使用される特性値を有する二酢酸セルロース及び
三酢酸セルロースである。ポリビニルアルコールから成
る分l1Ilt層は、これにより選択性に関しても、透
過液流量に関しても、著しく良好な結果か得られるので
、好ましい。
分離層においては、(多孔性支持層の場合と同41+ 
+、こ)、(・1艷川し人:ボ11マーか連転条件下で
水によっても、分離′Xlべき溶剤に、1、−1°(も
溶解又は作用され八′い、二とか公称である。
分離1i’4とU7(ボリヒニル了ル1−ルを使用する
、二と番、1、多数の特性によっ−(ifれている。ボ
リヒュル゛どル]−ルGJ水に極めて良好に/8け、従
って水溶l+’bから簡を竹に施j′ことができるが、
これに反し、てボリヒ;−ル了ルニZ−ル4.l、°4
−べての簡q1な有妓W溶刑に不l容である。ポリビニ
ルアルコールは什1学的Gご安定であり、熱に4)安定
である。ポリビニルアルコール層を細状化によって後処
理して、そのj−がqj、L 17農ども43時間不溶
であり、水でなお僅かに膨潤(網状化反応の方法Gこま
って調整しろる)を示1゛ようにする。適当な支持1f
i−1−に、充分+14iい透過性を有する、極めて薄
い、強固に付着する分離層を施すことができる。ボリヒ
ニルアルコール分1ill1層の性質を製造条件によっ
て広い範囲で変動するごとができ、ご・)して製造され
る透析蒸発膜を選択性及び透過液流量に関してその都)
tの分離目的に最適に調整することができる。
ホリヒニルーrルコールを細状化−4′ることによって
水に不溶性にする。網状化は、エーテル化、エステル化
又はアセタール化、父はこれらのブj法の糾合せによっ
て行うのが好ましい。例えば、エステル化をジカルボン
酸、好ましくは更にヒl;’ +:rキシル基及び/又
はケト基を含むジカルボン酸を用いて行い、エーテル化
を酸の触媒作用子に又はジハロゲン化合物、例えば1.
3−ジクロロアセトン又は1,3−シクロロイツブ1コ
バノールを用いて行い、又はアセタール化をアルデヒド
又はジアルデヒドを用いて行う。エタノールと水との混
合物に関して、一般にエステル化は選択性を高ぬ、アセ
タール化は透過液流量を商め、選択性及び透過液流量に
対するエーテル化の作用はあまり著しくない。前記のこ
とは他の含水混合物にも当てはまる。種々の網状化の作
用を実施例により明らかにする。
ポリビニルアルコール又は酢酸セルロースから成る分離
層は孔を含まず、欠陥を自L7ない(孔を有しない)。
分離層の層厚は一般に0.05〜1011 ITI、好
ましく L;l’、 0.1〜5 II mであり、約
1〜2If m 011伺1マが実際に特に適当である
ことが証明された。
孔のない分離層を、適当な溶剤に溶かして、直接多孔性
支持層上に施す。この場合、濃度は限定的ではないか、
粘性の商ずぎる溶液を用いると、なお充分薄い層を作る
ことはほとんどできない。
好ましい溶剤は、ポリビニルアルコールには水であり、
F、、、I”it−酸セルロースにはクロロホルム又は
トリクロロエチレンである。
多j−腔用の多孔性支持層としては、限外濾過膜として
適当な物質すべてが、全く一般的に該当する。所望の熱
安定性及び分離すべき溶剤混合物に対して不活性である
ため、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリスルホン
(P S)及び加水分解若しくはりん化した酢酸セルロ
ースから成る多孔性支持層が好ましい。多孔性支持層は
極めて狭い孔径分布を有すると共に、膜の分離層に使用
したポリマー、好ましくはポリビニルアルコールの大き
い分子か支持INの孔中に浸入しないで、表面十(9) に保持されろ程度の平均孔径を有ずろのが好ましい。こ
の方法で極め°C均一で、薄く、自々)lな分間ll1
−iを多孔性支持層上に設(Jる、−とかできる。孔径
及び孔径分布の調整は多孔1)1支持層自体の!!1!
!造時に相応する条件によって行うか、又はそれはと適
当でない多孔性支持層トに中間層を設り、その中間IW
 l=に分離層を設けろ(実施例5及び6参照)ことに
よって行うことができる。分離層に1l111−酸セ)
(y +:]−スを使用する場合、支持lidの孔分布
及び平均孔径は、酢酸セルIコースの分−r−1%1が
ポリビニルアルコールの場合より著しく高く、更に他の
分子構造も存在するので、あまり限定的ではない。最後
に、有機溶剤中の酢酸セルI」−スの溶液41対応する
ポリビニルアルコール水溶液より高い粘性を有する。こ
れらのすべての理由から、分N1ff1fとして使用す
る酢酸セル1コースは、多孔性支持層の孔分布及び孔径
に関してあまり鋭敏ではない。
多層膜の充分な機械的強度が保titされさえすれば、
多孔性支持層の厚さは限定的ではない。多孔性支持層の
厚さは、例えば20.50又4;t: + 00(10
) 71rllソG、!それしJl−である。
本発明にA:、 4Ill儂こおいて、好ましい実施態
様では多孔1」1支持j1イを支持体層としての不織布
又は織布1に施す。支持体層U、他の層と同様に、温度
及び化学≧ψミ品に幻し7て安定で」、るのが好ま5.
r+r)。
多孔1ル々、持回の↑[1偽を避b+ ’:〕たゾ)、
支持体層はそのI−側゛こできイまたけ平滑であるのか
好ましい。ポリコニステlし4;l:l+I′ましいか
、セルロース層は一般に充分11’ li〜CG、1な
い。自体ば好適t1ポリアミドも一般に、ポリエステル
に比べて熱安定性が低く、耐溶剤性か小さいので、あま
的好ま1−7りない。支持体層の厚さは同様に限定的で
はない。実際には、50〜I 5 (l 171TI、
例えは100 メt mの厚さか特にj内当であること
力)iIl[1男され六二。
多孔性支持層を形成するポリマーl容液及び孔のない分
離層を形成するポリマー溶液の塗布及び分1’(を暑E
、、一般に、ボリマーン容液を4・旧芯−4゛ろ1m−
ヒにナイフ又はガラス棒で分配し、剥離する方法で行う
、二の方t〕゛の他Gこ、実際Qには、特にあまり粘性
でないポリマー溶液に番よ、米国の文献に1メニスカス
(11) ″2−チング」又は1−浸漬被〜1と記載されでいる方
法も実施しうろことが判った。この場合、被fVずへき
支持体H料を被覆すべき而をF:にし−c1コール1に
引張し、その際塗布ずべきポリマー溶液の表面とV度接
触するようにずイ】。液体表面と支]持体材料との間に
メニスカスが形成され、支持体祠料の表面はポリマー溶
液で山1潤される。若干の場合Cには、湿潤剤の添加に
ょゲC支持体祠11の/!17潤性を改良するのが好ま
しい。ポリマー溶液の粘度、引張速度、支持体材料及び
ポリマー溶液の水切り時間を変動することによって、ポ
リマー/8液の塗布層の厚さを広い範囲で変動し、再現
riJ能に調節するX:、とができる。
透析蒸発膜の特性を決定するために、温度、分離ずべき
混合物の組成及び透過液側にかLノる圧力などの試験条
件下の透過液流量(kg / h・、()並びにこれら
の条件下での膜の選択性Bを使用ずイ1゜Bは透過液中
の2成分混合物の濃度社を流入液中の濃度比で割った数
値として得られる中位のない数値である。
(12) −,1’、i’s過液 有機l合液流入液 透過液&(1(の大きさは〆詰度に著しく左右される。
すべての実施例で、液体混合物を大気圧で流入さ−(!
、透過液側の圧力を10〜50mbarにした。この範
囲で、透過液側の圧力の高さは膜の透過液流量及び選択
性に認識しうる影響を与えない。
次に図面に基づいて本発明を詳述する。
第1図は本発明の多層膜の好ましい実施態様を示す断面
図、第2図は本発明の多層膜の別の好ましい実施態様を
示す断面図である。
第1図において、多層膜lば厚さ120μmのポリエス
テル不織布支持体層2から成る。この」二に厚さ50μ
mnのポリアクリロニトリルから成る多孔性支持層3が
存在する。分MII層4はマレイン酸で網状化したボリ
ヒニルアルコールから成Q、1.2μn1の厚さを有す
る。この多層膜の製造法については、実施例1に記載す
る。
第2図において、多層H¥21は厚さ120μm(13
) のポリエステル不織布支持体層22がら成る。ごの−ト
に厚さ50メ!mのポリアクリロニトリルから成る多孔
性支持層23が存在すイ1゜その上に番1ん化した三酢
酸セルロースから成る、厚さ50 lt mの多孔性中
間層(付加的支持T舗)24が存在する。
マレイン酸で網状化したポリビニルアルコールから成る
孔のない分離層25はllrm以下の層厚を有する。こ
の多層膜の製造方法に一ついては、実施例5及び6に記
載する。
次に、実施例に基づいて本発明を詳述する。
実施例に使用した支持体層は約120μmの層厚を有す
るポリエステル不織布である。
使用したボリヒニルアルコール(PVA)は、少なくと
も99%のけん化度及び115,000(ダルトン)の
平均分子量を有する常用の市販品である。
例1 ジメチルホルムアミド(D M F )中のポリアクリ
ロニトリル(PAN)0)15%溶液を、支持体層とし
てのポリエステル不織布上に厚さ50 II rn(1
4) の)脅とし7−ζナイフで塗布し、相転移法により8℃
の水中で固化さ・1!る。こらり、−((’Jた多孔1
刺1灼よ4bar 0)fE、力差でl 511 1/
’h ・++?の純水流量及O・水中の11 VAの1
%溶液に対し、 −(!19.5%以」二の保持能を不
−4゜ 続いて1、二のP A N膜」−にモノマ一単位PVA
1モル当たり(1,05モルのマレイン酸をl奈〕叫し
、た7重量%l) V△水溶液を塗布する。PVA分離
相を15(ビ(゛で乾燥し、硬化さ・IL、細状化した
後、この+1 V△分離相は゛もはや沸騰水に4)溶解
しない。
水/−’fJl−コール混合物を用いて、流入液の温度
8 (1’Cで、流入液の水/アルコール比1/4で試
験したとご7)、B = 14 (1(lのj巽択性及
び0.04kg/ h−raの透過液流量が生した。
流入液の水/”〕′ルコール比を5/95にする以外は
間し条件で試験すると、+1. [11kg/ h−r
dの透過液流量で選択性はなお95 (l Oであった
例2 P V A分離相を製造する際にPVAa度を5%に低
下して使用する以外は例1を繰り返す。完成(15) した119に・ついて、下記の条件下に手記の数値が測
定された; 流入液;水12重量%、エタノール88重量%、流入液
の温1史ε30°0、j巽択性250、透過液流1il
O,[15kg/ h−m。
流入液:水20重計知、イソプr−1パノール8()市
惜%、流入液の温度45°C,選択性250、透  。
過液lバj、kl(1,3kH/ h−m。
流入液:水20市量%、アセ1−ン8(()重量%、流
入液の温度6(ビC,選択性100、透過液流量0、2
5 kg/ h−rl。
例3 例]により製造したPAN膜を、PVA5重量%、l)
V Aモノマー中位1モル当たり1モルのホルム了ルデ
ヒト及ヒp V AモノマーQ’1位+モル当たぞ)1
モルの塩酸を含む水溶液で被覆する。
155℃で硬化させた後、エタノールと水との混合物に
ついて70℃で分離効率が測定された。
流入液;エタノール)30重陰気、選択性30、透過液
流It 1.5 ktz/ )l−m。
(16) 流入メル:エタノール90重量%、選択性50、透過1
jllAi %t1. (l kH/ h ・ra。
流入液:エタノール99屯晴%、選択性30、]j:)
過ンイに?AuJ0.2 5 kg/ h  −n(。
例4 1) M l”中のボIJスJレホン〔二1ンデンスト
・ケミカル・ディクショナリイ (Condensen
d ChemiCalllicNonary) 、第ε
(版、1971年、712頁参照〕の1)(%溶液を支
持体層としてのポリエステル不織布1.に塗布し、8°
Cの水中で相転移法により固化さ−Uる。こうし7て形
成した多孔性支持層ヒに、1’ V Aモノマー中位1
モル当たり0.05モルのフマル+q’i+を含むl’
VΔ〔j市61%の水溶液を塗布し、15 (1’Cで
硬化さセる。流入液を水中80重量%のエタノールの濃
度にして80°Cの温度で350の選択性及び0.2 
kg / h・m′の透過液流量が測定された。
例5 D M F中のP A Nの15%溶液を例1により支
持体層としてのポリエステル不織布上に塗布し、(17
) 15τ:の水中で固化さ−Uる。C’) L−(i↓I
た多孔(’11史は、1%p V A l合液について
l 5 (l I / h −rrr1夕1−の純水流
量を示し、l) V Aの平均分子量か11 Fi (
10(lである場合には、90%の保持1jヒ、1)V
A (7) 、ilZ均分子量が72 (1(10テあ
zI場合6j 4.150%の保持能を示す。乾燥した
後、この股上に((!(水クロロポルム中の一ミ酢酸セ
ルロースの1%溶11kを「浸漬被覆」によゲC塗布し
、水分を排除し7ながら溶剤を蒸発させイ1゜この膜C
11,8Fi ’C′で水中)目)%のエタノールの流
入液の濃度で、2kg/11・m′の透過液流1aで1
0の選択性を示した。
例6 例5により得た、三酢酸セルロースから成る分門11層
を有する膜にpl+ 10.5のアンモニア水溶液を、
二ぞ酢酸セルL1−スが完全にりん化されるまで、作用
させた。この多孔性腺は、分子i’f I 15 II
 OtlO) l−’ V Aに対して99.5%し月
−の保持能を示し、分子量72(璽)0のP V Aに
仏jして91(%の保持能を示した。網状化剤としてマ
レイン酸を含む3%PVA溶液で被hyすると、流入液
の温度78°0、(I B ) エタノールlμIIj)i 0%で、(1,5kg /
 h・「dの透過11斐lん(d ’(: 2500)
選択セJ、か生(2,た。
【図面の簡単な説明】
第1図G4本発明による多層lQの一実施籟様を示ず断
面図、第2図GJ本発明による多層膜の別の実施態様を
示す断面図である。 2.22・・・支持体層、3.23・・・多孔性支持層
、4,25・・・分離l爾。 以下余白 (19) 図面の浄書(内容に変更なし) Fl(3,1 1 FIG、2 手続補正書(方式) %式% 1、事件の表示 昭和58年 特許願  第95886号2、発明の名称 多層膜およびそれを用いた透析蒸発による液体混合物の
分離法 3、補正をする者 事件との関係  特許出願人 4、代理人 (外 3 名) 5、補正命令の日付 6 補正の対象 fl)  願書の「出願人の代表者」の欄(2)委任状 (3)法人証明書 (4)図 面 7、 袖IFの内容 +1) 、 f2’l 、 +31  別紙の通り(4
)図面の浄書(内容に変更なり、 )8、 添付書類の
目録

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、第一のポリマーから成る孔のない分離層及び第二の
    ポリマーから成る多孔性支持層を有する多層膜において
    、分離層かポリビニルアルコール又は酢酸セルロースか
    ら成ることを特徴とする多N膜。 2、多孔性支持層が支持体層としての不織布又は織布上
    に施されている特許請求の範囲第1項記載の膜。 3、多孔性支持層がポリアクリロニトリルから成る特許
    請求の範囲第1項又は第2項記載の膜。 4、多孔性支持層がポリスルホンから成る特許請求の範
    囲第1項又は第2項記載の膜。 5、分離層がポリビニルアルコールから成る特許請求の
    範囲第1項〜第4項のいずれか1項に記載の膜。 6、多孔性支持層か狭い孔径分布及びポリビニルアルコ
    ール分子が支持層の孔中に浸入しない程度の平均孔径含
    有する特許請求の範囲第5項記載の膜。 7、既に施したヨ酢酸セルロース層をけん化して前記の
    性質を有する支持層とした特許請求の範囲第〔5項記載
    の膜。 8 、ボリヒニルアルコール分Mllt 1mが網状化
    ポリビニルアルコールから成る特許請求の範囲第1項〜
    第7項のいずれか1項に記載の膜。 1]2網状化ポリビニルアルコ一ル分離層がエーテル化
    、エステル化又はアセタール化、又はこれらの処理の組
    合セによって紺1状化され、熱の作用で水に不溶性にさ
    れたものである特許請求の範囲第8項記載の膜。 10、第一のポリマーから成る孔のない分!1lI1層
    及び第二のポリマーから成る多孔性支持層を有し、分離
    層がポリビニルアルコール又はl+’i[セルロースか
    ら成る多層膜を使用して、液体浸透法又は透析蒸発法に
    より液体混合物を分離することを特徴とする液体混合物
    の分離法。
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