JPS61167405A - 液体混合物の分離法 - Google Patents

液体混合物の分離法

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JPS61167405A
JPS61167405A JP19687585A JP19687585A JPS61167405A JP S61167405 A JPS61167405 A JP S61167405A JP 19687585 A JP19687585 A JP 19687585A JP 19687585 A JP19687585 A JP 19687585A JP S61167405 A JPS61167405 A JP S61167405A
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JP
Japan
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water
membrane
separation
liquid
chamber
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JP19687585A
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English (en)
Inventor
Mitsuo Hirata
平田 光穂
Kyo Ishikawa
石川 矯
Muneki Hirao
平尾 宗樹
Shoichi Kobayashi
昭一 小林
Toru Yoshida
透 吉田
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.)
Resonac Holdings Corp
Original Assignee
Showa Denko KK
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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】 産業上の利用分野 本発明は、水と有機液体との液体混合物(以下、有機液
体混合物と言う)を分離又は濃縮する方法に関する。
従来の技術 多孔質でない均一な高分子膜を用いて有機液体混合物を
分離するプロセスはかなり以前から研究され、例えばB
inningの米国特許第2953502号明細書など
に開示されている。この分離プロセスは、一般に膜ヲ用
いたパーベエパレーション(Pervap−orati
on )プロセスと呼ばれ、高分子膜の一次側(高圧側
)に処理すべき液体を供給し、透過しやすい物質を二次
側(低圧側)に蒸気として優先的に透過させる方法であ
る。この膜分離法は従来簡単な方法では分離できなかっ
た液体混合物、例えば共沸混合物、沸点が近接した比揮
発度の小さい混合物系、加熱によって重合や変性を起す
物質を含む混合物を分離又は濃縮する新しい方法として
注目を浴びている。
従来、このような分離方法に用いられる高分子膜として
は、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース系高分
子物質、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリエス
テル、ポリスチレン、ポリテトラフルオロエチレン又は
これらの共重合体から作られた膜が知られている。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら、これらの膜を用いてバーベエパレーショ
ンにより有機液体混合物を分離する場合には実用上次の
よう問題点がある。即ち、(1)  有機液体混合物が
高分子膜を1回通過することによる濃縮の割合(一般に
、膜透過後のA成分のB成分に対する重量比を膜透過前
のA成分のB成分に対する重量比で除した分離係数αA
Bで表示する。即ち、 αAB= (A2 /B2 ) / (AI /Bl 
)A1及びB1・・・膜透過前のA及びB成分の重量A
2及びB2・・・膜透過後のA及びB成分の重量但しα
ABはαAB≧1になるようにA、 B成分を選択する
) が小さいため、目的とする濃度まで濃縮又は分離するた
めには、非常に多数の膜を通過させなければならない。
(2)有機液体混合物が高分子膜を通過する透過量(一
般に、単位膜表面積、単位膜厚及び単位時間当りの透過
量で表示する)が小さいため、膜表面積を非常に大きく
するか、高分子膜の膜厚を極端に薄くしなければならな
い。従って、前者の場合には装置設備コストが過大にな
り、後者の場合には膜の強度、耐久性に問題が生じる。
本発明の目的は、このような従来の膜分離法の欠点を排
除し、有機液体混合物を高い濃縮割合及び大きい透過速
度で分離する膜分離法を提供することにある。
問題点を解決するための手段 本発明に係る液体混合物の分離法は、ポリテトラフルオ
ロエチレンのグラフト共重合体から成る高分子基体に一
3O3H及び−SO3・ (1/m)M〔式中、Mは周
期律表I族、■族、■族、■族。
■族もしくは■族に属する金属原子を、mはMの原子価
数を、Rは炭素数1〜5のアルキル基を、それぞれ示す
〕の群から選定された基を少なくとも一つ結合させた高
分子膜を用いて水と有機液体との液体混合物をパーベエ
パレーションによって分離することからなる。
前記高分子基体としてはポリテトラフルオロエチレンの
グラフト共重合体を好適に用いることができる。かかる
高分子基体に前記した基を結合させて本発明方法で用い
る高分子膜を製造することは公知のことであり、当業者
であれば適宜なし得るものである。市販品としては、例
えばナフィオン(NafionSDu Pont社)等
を用いることができる。
本発明方法で使用する前記高分子膜は非多孔質の均一膜
でその膜厚は一般に5〜200ミクロン好ましくは、1
0〜100ミクロンとされる。膜厚がこれより薄くなる
と膜の強度が不足するか耐久性が不充分となる。また膜
厚がこれより厚い場合には膜を透過する液体混合物の透
過量が小さくなって実用的でない。高分子膜の形状は通
常平板な膜(平膜)として用いるが、その他例えば円筒
状又は中空繊維の形状にして膜表面積を大きくして用い
ることもできる。
本発明の有機液体混合物の分離方法を添付図面を参照し
て説明する。
添付図面は本発明の分離方法を実施する装置の一例を示
す断面図であり、本装置は、前記高分子膜11で充填室
12と排気室13とに仕切られ、充填室12には分離又
は濃縮せんとする有機液体混合物を充填室液人口14よ
り液状で入れ、一方排気室13は適当な方法で減圧にす
るか、又は他の液体若しくは気体を循環する。
このようにして有機液体混合物を高分子膜11を透過せ
しめて分離又は濃縮を行う。充填室12の内部の液体は
、例えば充填室液人口14及び液出口15を通して循環
したり、充填室12の内部に適当な攪拌装置を設けて攪
拌したりするのが好ましい。なお、図において16は還
流冷却器取付口、17は温度計挿入管を示す。高分子膜
11は適当な方法で充填室12と排気室13との間に保
持するが、図面に示すように、例えばステンレス製多孔
円板18でサポートすると耐久性などの点で極めて有利
である。充填室12より高分子膜11を透過した物質は
排気呈出口19から取り出して捕集する。本装置には通
常加熱装置、例えば図面に示すような加熱ジャケット2
0を取付けて、充填室及び/又は排気室を加熱する。
本発明の分離方法での適用温度範囲は、通常O〜200
℃、好ましくは室温〜100℃とする。これは200℃
を超えると高分子膜の耐熱性が不充分となって膜形状の
保持に問題が生じ、また0℃未満では、単位膜面積、膜
厚及び時間当りの透過量が少(なって好ましくないから
である。一般的に言えば、温度を上昇させると単位膜面
積、II!!*及び時間当りの透過量を上げることはで
きるが、膜透過による濃縮割合(分離係数)は低下する
本発明の分離方法に通用される圧力範囲は、通常真空〜
1(lokg/cd、好ましくは真空〜10kg/a!
で、これ以上の圧力では高分子膜の形状保持が困難とな
る。
本発明方法で分離できる有機液体混合物としては、種々
の組合せのものがあるが、例えば水/イソプロピルアル
コール、水/エチルアルコール、水/n〜プロピルアル
コール、水/アリルアルコール、水/2,3−ジクロロ
ー1−プロパツール、水/2−メトキシエタノール、水
/イソブチルアルコール、水/l−ブタノール、水/2
−ブタノール、水/フルフリルアルコール、水/1−ペ
ンタノール、水/2−ペンタノール、水/4−メチルー
1−ブタノールなどの水−アルコール系混合物;水/テ
トラハイドロフラン、水/ジオキサン、水/メチルエチ
ルケトンなどの水−有機溶媒系などがあげられる。
またこれらの混合物は上記の様な二成分系ばかりでなく
三成分系以上の多成分系あっても通用することが可能で
ある。以上、水と有機物質の混合物について説明したが
、例えば有機液体を含む廃水のような有機物質と無機物
質との混合物についても本発明の分離方法を通用するこ
とができる。
処理すべき液体混合物の混合割合は任意の割合のものを
分離又は濃縮することが可能であるが、一般的にいえば
その割合が当量混合物に近いほど濃縮の割合は大となる
。もし高分子膜を1回通過させる(−膜濃縮、)だけで
は所望の純度が得られない場合は同様な装置を連続に設
置して多数回通過させて(多段濃縮)濃縮又は分離する
ことかできる。
実施例 以下、本発明の詳細な説明するが、本発明はこれらの実
施例によって何ら制限されるものではない。
実施例1 高分子膜として130ミクロン厚(±5ミクロン)のナ
フィオン120膜(下記構造の高分子膜、デュポン社製
、商品名) α を1規定の塩化ナトリウム水溶液で一昼夜処理した後、
純水でよく洗浄し、70℃で24時間真空乾燥した膜を
直径10c11の円形状にセントした、添付図に示すよ
うな装置を用い、充填室に水とイソプロピルアルコール
との混合液を、イソプロピルアルコールの重量パーセン
トで、それぞれ、0.20゜40、60.80および1
00の組成比に門整して循環供給し、排気室を真空ポン
プにて約IQ  mugに吸引し、膜を透過した水とイ
ソプロピルアルコールとをガスクロマトグラフにて分析
し、また凝縮させて定量したところ、単位膜面積および
単位時間当りの透過量Q並びに水のイソプロピルアルコ
ールに対する分離係数α−1は第1表の通りであった。
なお、測定はそれぞれの場合について40℃、50℃お
よび60℃で実施した。
(以下余白) 実施例2 水とイソプロピルアルコールとの組成比をイソプロピル
アルコールの重量パーセントで76および92%とした
以外は実施例1の実験を測定温度40℃で繰り返した。
結果は第2表の通りであった。
第2表 (WT%)   温度℃  透過量  分離係数混合液
組成     (g/hr−n?)  α−!76  
   40   840    9.5892    
 40         16.85実施例3 高分子膜として130ミクロン厚(±5ミクロン)のナ
フィオン120膜を1m定の塩化カリウム水溶液で一昼
夜処理した後、純水でよく洗浄し、70℃で24時間真
空乾燥した膜を用いて実施例1と同様にして様々な濃度
の水−イソプロビルアルコール系混合液の分離実験を行
なった。結果は第3表に示す通りであった。
第3表 混合液組成 (イソプロピルア  温度℃  透過量   分離係数
ルコール −T%)     (g/hr、rrf) 
  α−工1    0’       40    
370     −2   21       40 
  1540    4.733   44     
  40   1490    6.494   64
       40    940    13.06
5    B3       40    250  
  22.726   100       40  
   3      一実施例4 高分子膜として130ミクロン厚(±5ミクロン)のナ
フィオン120膜を1規定の塩化リチウム水溶液で一昼
夜処理した後純水でよく洗浄し、70’lll’で24
時間真空乾燥した膜を用いて実施例1と同様にして様々
な濃度の水−イソプロビルアルコール系混合液の分離実
験を行なった。結果は第4表の通りである。
第  4 表 混合液組成 (イソプロピルア  温度℃   Q    #α−I
ルコール 訂%)      (g/hr、rrf)2
   18       40   3320    
1.723   39       40   296
0    1.934   61       40 
  2250    3.665   89     
  40   1130    6.136   10
0       40    180      一実
施例5 高分子膜として130ミクロン厚(±5ミクロン)のナ
フィオン120膜を1規定の塩化ナトリウム水溶液で一
昼夜処理したのち、純水でよく洗浄した膜を用いて実施
例1と同様にしてエチルアルコール−水(エチルアルコ
ール含量94重量%)系の共沸混合物、n−プロパルア
ルコール−水(n−プロピルアルコール含量72重量%
)系共沸混合物およびメチルアルコール−水(メチルア
ルコール含量50重量%)系混合物のアルコール−水混
合液の分離実験を行なった。結果は第5表に示す通りで
あっ、た。
第5表 透過量  α−^ 混合液  温度”C(g/hr、rd)■ エチルアル
コール/水 40℃    240   9.212 
n−プロピルアルコール/水   1380   12
.2940℃ 3 メチルアルコール/水 40℃    1670 
  1.61実施例6 高分子膜として113ミクロン厚(±5ミクロン)のナ
フィオン120膜を1規定のHCI水溶液で24時間処
理して純水でよく洗浄した後、70℃で24時間真空乾
燥した膜を用いて実施例1と同様にして様々な濃度の水
−イソプロビルアルコール系混合液の分離実験を行なっ
た。結果は第6表に示す通りである。
第  6  表 混合液組成 (イソプロピルア  温度”CQ      crw−
1ルコール 訂%)     (g/hr、 rrf)
2   21       40   3905   
 1.063   40       40   35
70    1.244   60       40
   2810    1.825   77    
   40   1840    2.956   1
00       40    682      一
実施例7 高分子膜として125ミクロン厚(±5ミクロン)のナ
フィオン120膜を1規定の塩化ナトリウム水溶液で一
昼夜処理した後、純水でよく洗浄し、70℃で24時間
真空乾燥した膜を直径10cmの円形状にセットした、
添付図に示すような装置を用いて、実施例1と同様にし
て水−テトラハイドロフラン系混合液(テトラハイドロ
フラン含量95.62重量%)の分離実験を40℃で行
なった。単位膜面積および単位時間当りの透過量Qは4
20 g / hr、rrf)であり、水のテトラハイ
ドロフランに対する分離係数α−Iは46.6であった
実施例8 実施例7と同様にして水−ジオキサン系混合液(ジオキ
サン含量84.82重量%)の分離実験を40℃で行な
った。透過量Qは440 g/hr、 rdで水のジオ
キサンに対する分離係数はα−りは27.9であった。
実施例9 実施例7と同様にして水−メチルエチルケトン混合液(
メチルエチルケトン含量89.49重量%)の分離実験
を40℃で行なった。透過量Qは2200g/hr、−
で水のメチルエチルケトンに対する分離係数はαIf−
Mは25.4であった。
【図面の簡単な説明】
添付図面は本発明の分離方法を実施する装置の一例を示
す断面図である。 11・・・高分子膜、12・・・充填室、13・・・排
気室。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、ポリテトラフルオロエチレンのグラフト共重合体か
    ら成る高分子基体に−SO_3H及びSO_3・(1/
    m)M〔式中、Mは周期律表 I 族、II族、III族、VI族
    、VII族もしくはVIII族に属する金属原子を、mはMの
    原子価数を、それぞれ示す〕の群から選定された基を少
    なくとも一つ結合させた高分子膜を用いて水と有機液体
    との液体混合物をパーベエパレーションによって分離す
    ることを特徴とする液体混合物の分離方法。
JP19687585A 1985-09-07 1985-09-07 液体混合物の分離法 Pending JPS61167405A (ja)

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