JPS62250911A - 分離膜エレメントの製造方法 - Google Patents

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、精密濾過、限外濾過、逆浸透などの膜分離処
理に使用される分離膜エレメントの製造方法に関する。

〔従来の技術〕

微細な鉱物粒子等を膜原料として膜状に成形し焼成工程
を経て製造される薄膜体は、精密濾過、限外濾過、逆浸
透などの膜分離処理用分離膜として有用である。この分
離膜の透過性能を高めるには、できるだけ膜厚を薄く形
成することが必要であるが、分離膜単体構造では、膜の
強度等の点から、あまり薄くすることができない。この
ため、多孔質基板を支持体とし、基板の表面に薄い分離
膜を製膜して分離膜エレメントとすることが行われてい
る。

この分離膜エレメントは、分離膜構成粒子を懸濁させた
泥しように、多孔質基板を浸漬する泥しょう浸漬法によ
り基板表面に分離膜構成粒子を所要の層厚に付着させ、
ついでその付着層を乾燥し、焼成することにより製造さ
れる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記泥しよう浸漬法により多孔質基板の表面に分離膜構
成粒子層を付着形成する場合に、基板をそのまま泥しよ
うに浸漬すると、基板の孔（その孔径は、分離膜構成粒
子の粒径よりも大である）の内部に分離膜構成粒子が侵
入するために、基板の透過性が低下し、また所望の孔径
の孔を有する分離膜を形成することも困難である。

その対策として、基板表面に分離膜を形成するに先立っ
て、基板を、その孔より粒径の大きい粗粒鉱物粒子を含
む泥しように浸漬して、基板表面に粗粒鉱物粒子の付着
層を形成し、しかるのちその基板を、分離膜構成粒子を
含む泥しように浸漬することにより、粗粒鉱物粒子層の
上に分離膜構成粒子層を積層形成するようにした製造方
法が提案されている（特公昭５９−４８４６４号）、シ
かし、その製造方法により得られる分離膜エレメントは
、基板と分離膜との間に、粗粒鉱物粒子層が中間層とし
て介在しているので、中間層が介在している分だけエレ
メントの膜厚が厚く、透過性能が急くなる。また、その
製造工程では、中間層である粗粒鉱物粒子層と、その上
に形成される分離膜構成粒子層とのそれぞれについて、
乾燥と焼成を繰り返さねばならないので、工程が煩瑣と
なり、製造コストも高くつく。

本発明は、上記問題点を解決することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、多孔質基板の表面に、該基板の孔より小径の
粒子からなる分離膜が、中間層を介することな（積層さ
れた高透過性を有する分離膜エレメントの製造方法に係
り、 多孔質基板を、該基板の孔より粒径が小さく、かつ酸化
処理されたカーボンブラックおよび／または黒鉛粒子が
懸濁した泥しようと接触させることにより、基板の孔内
に上記懸濁粒子を含浸させて基板の孔径を分離膜構成粒
子の粒径よりも小さくする工程と、 上記工程を経た多孔質基板を、該基板の孔より粒径の小
さい分離膜構成粒子が′Ｍ、濁した泥しように接触させ
ることにより、基板の表面に分離膜構成粒子を所定の層
厚に付着させる工程と、上記工程を経た多孔質基板の孔
内のカーボンブラックおよび／または黒鉛粒子をガス化
消失させる共に、基板表面の分離膜構成粒子層を焼成す
る加熱処理工程、 とからなるものである。

本発明に使用される多孔質基板は、鉱物粒子（例えば、
アルミナなどの酸化物系、窒化けい素などの非酸化物系
セラミック）焼結品、ガラス質焼結品、あるいは金属粉
末（例えば、ニッケル合金）焼結品等である。その孔径
、気孔率等は任意であるが、１例を挙げれば、孔径：５
〜３０μｍ１気孔率：２０〜６０％である。基板形状は
、例えば平板、または管状体である。

本発明によれば、まず第１の泥しようとして、多孔質基
板の孔径よりも粒径が小さく、かつ酸化処理されたカー
ボンブラックまたは黒鉛粒子を懸濁した泥しようを準備
し、その泥しようを多孔質基板の表面に接触させて、懸
濁粒子を基板の孔に含浸させる。この含浸処理により、
基板の孔を、分離膜構成粒子の粒径よりも小さい孔径に
縮小せしめる。

上記カーボンブラックまたは黒鉛粒子としては、酸化剤
を用いる湿式酸化処理、または加熱（熱酸化処理）、あ
るいは低温プラズマによる酸化処理が施されたもの等が
適宜使用される。酸化処理されたカーボンブラック、黒
鉛粒子は、その表面に導入されたカルボキシル基、また
はフェノール性水酸基などの極性基を帯有しているので
、水をはじめとする各種の極性分散媒に対し、良好な濡
れ性および安定した分散性を示す。その粒径は、基板の
孔径に応じて適宜選ばれるが、例えば、基板の孔径が１
０〜２０μｍである場合、０．５〜３μｍ程度のものを
使用することができる。

上記第１の泥しようは、基板の材質等に応じて選ばれる
水または有機系分散媒に、酸化処理されたカーボンブラ
ックまたは黒鉛粒子（むろん、両者を併用してよい）を
適量、例えば２０〜４０重量％添加し、必要に応じ、解
膠剤、その他の添加剤を適量加えることにより調製され
る。

上記含浸処理は、基板を第１の泥しように適当時間接触
させたのち、乾燥する操作を１回または複数回反復実施
することにより達成される。

含浸処理を終えた多孔質基板を、ついで第２の泥しよう
として用意された、分離膜構成粒子を懸濁した泥しよう
と接触させることにより、基板の表面に分離膜構成粒子
を所定の層厚に付着させる。

基板を第２の泥しように接触させるに際し、基板の表面
にカーボンブラックや黒鉛粒子が付着したままであると
、基板表面に対する分離膜構成粒子の直接接触が妨げら
れるので、それを除去したうえで第２の泥しようと接触
させることを要する。

分離膜構成粒子としては、各種鉱物粒子（例えば、アル
ミナ等の酸化物系または窒化けい素等の非酸化物系セラ
ミック粒子）、または金属粒子（例えば、ニッケル合金
粒子）などが使用される。

その第２の泥しようは、基板および分離膜構成粒子の材
質に応じて選ばれる水または有機系分散媒に、分離膜構
成粒子を適当な濃度、例えば１０〜２５重量％となるよ
うに分散させ、必要に応じて、これに解膠剤、あるいは
基板表面に対する分離膜構成粒子の付着性の改善、乾燥
工程での分離膜層のクランク発生防止等のための有機バ
インダ、その他の添加剤を加え、均一に攪拌混合するこ
とにより調節される。分離膜構成粒子の粒径、および基
板表面に形成される分離膜の膜厚は、用途・要求性能に
もよるが、例えば粒子径は０．０２〜３μｍであり、膜
厚は５〜５０μｍである。

基板の表面に第２の泥しようを接触させて分離膜構成粒
子を所定の層厚に付着させ、その付着層を乾燥したのち
、加熱処理を行う。その加熱処理は、まず酸化雰囲気下
に行われる。これにより、基板の孔内に含浸されている
カーボンブラックまたは黒鉛粒子をガス化消失させる。

その加熱温度は約８００℃までの温度が適当である。つ
いで、基板および分離膜構成粒子の材質に応じた加熱条
件下に、分離膜に所望の孔径・透過性、および強度を付
与するための焼成を行う。基板や分離膜構成粒子の材質
等により、カーボンブラックまたは黒鉛粒子のガス化消
失のための加熱処理と、分離膜構成粒子層を焼成するた
めの加熱処理とが同時に並行して行われる場合もある。

〔作用〕

本発明方法によれば、多孔Ｗ基板の表面に分離膜構成粒
子層を付着形成するに先立って、基板の孔内にカーボン
ブラ・ツクまたは黒鉛粒子を含浸させてその孔径を分離
膜構成粒子の粒径より小さくしているので、分離膜構成
粒子が基板の孔内に侵入することがない。また、カーボ
ンブラック、黒鉛粒子は、基板の孔内に含浸され、基板
の表面の余分な付着粒子は除去されるので、基板表面に
対して直接分離膜構成粒子層を付着形成することができ
、その基板表面との接着性が妨げられることもない。ま
た、基板孔内に含浸されたカーボンブラック、黒鉛粒子
は、分離膜構成粒子層が形成された後の加熱工程におい
て、ガス化消失し、基板の孔内に何らの痕跡も残さない
。

従って、基板の透過性を全く損なわずに、基板の表面に
直接分離膜が積層形成された分離膜エレメントが得られ
る。

また、カーボンブラックまたは黒鉛粒子として、特に酸
化処理されたものを用いることとしたので、後記実施例
にも示すように、酸化処理されていないカーボンブラッ
クまたは黒鉛粒子を用いて得られる分離膜エレメントに
比し、分離膜層の均質性にすぐれ、膜表面にクレータな
どのない平滑な分離膜を有する分離膜エレメントが得ら
れる。

〔実施例〕

実施例１ （１）多孔質基板： 中空円筒状アルミナセラミック焼成品、外径：９φ、肉
厚＝１ｔ、筒長：５００ｊ？　　（龍）、平均気孔径：
１０μｍ。

Ｃ［Ｉ）第１の泥しよう（含浸粒子懸濁泥しよう）：酸
化処理カーボンブラック（平均粒径：０．１μｍ）・・
・・１（１０ｇ 解膠剤（花王石鹸■製「デモールＮＬＪ）・・・・１６
ＣＣ 水　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・４
００　　ｃｃＣＩ）第２の泥しよう（分離膜構成粒子懸
濁泥しよう）： 高純度アルミナ粉末（平均粒径：０．６μｍ）・・・・
１００ｇ 解膠剤（花王石鹸■製ｒＰｏ　Ｉ　Ｚ５２０　Ｊ　）・
・・・１５ｃｃ バインダ（ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）５％水溶液
） ・・・・６０ｃｃ 可塑剤（プロピレングリコール）・・・・３０ｃｃ水　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・５４０
　　ｃｃＣＩＶ）分離膜エレメントの製造： 多孔質基板（中空円筒体）を第１の泥しように浸漬し、
基板の孔内にカーボンブラック粒子を含浸させたのち、
１００℃で１２時間乾燥する。その基板の両面に付着し
た余分のカーボンブラック粒子を除去したのち、基板の
内部（筒孔内部）に第２の泥しようを注入して内面に分
離膜構成粒子を付着させ、しかるのち筒孔内部から泥し
ようを排出し、室温で１２時間乾燥する。ついで、その
基板を加熱処理に付し、まず酸化雰囲気中、　８００℃
×１時間加熱して基板の孔内のカーボンブラック粒子を
ガス化消失させ、更に１４００℃×１時間の加熱により
分離膜層の焼成を行った。

上記工程を経て、中空筒状の多孔質基板（平均孔径：１
０μｍ）の表面に膜厚２０μｍの分離膜（平均気孔径：
０．５μｍ、気孔率：６５％）が密着した分離膜エレメ
ントを得た。その分離膜は、走査電子顕微鏡観察により
、極めて平滑で、均質性に冨み、膜内に欠陥のないこと
が確認された。

大旌桝主 含浸粒子として、酸化処理されたカーボンブラック粒子
に代えて酸化処理された黒鉛粒子（平均粒径：０．４μ
ｍ）を用い、該黒鉛粒子１００ｇおよび解膠剤（「デモ
ールＮＬＪ　）を水５００　ｃｃに加えて調製した泥し
ようを第１の泥しようとして使用する点を除いて、前記
実施例１と同じ条件で処理することにより、中空筒状の
多孔質基板（平均孔径：１０μｍ）の表面に、膜厚２０
μｍの分離膜（平均気孔径二〇、５μｍ、気孔率：６５
％）が密着した分離膜エレメントを得た。その分離膜は
走査電子顕微鏡観察により、実施例１のものと全く同様
に、均質かつ平滑であることが認められた。

比較例 含浸粒子として酸化処理されたカーボンブラック粒子に
代えて酸化処理されていないカーボンブラック粒子を使
用した点を除いて、実施例１と同一の条件に従って分離
膜エレメントを製造した。

得られた分離膜エレメントの基板および分離膜層の気孔
径、気孔率等は前記各実施例のそれと略同じであるが、
分離膜は不均質で、各所にクレータ状の欠陥が認められ
た。

〔発明の効果〕

本発明方法によれば、微細粒子からなる分離膜層が、中
間層を介在させずに、直接多孔質基板の表面に積層され
た分離膜エレメントを製造することができる。また、そ
の分離膜層は、極めて均質かつ平滑であり、各種の膜分
離処理のための分離膜エレメントとして好適である。

また、本発明方法は、基板表面と分離膜との間に中間層
を設ける必要がないので、中間層を必要とする従来法と
異なり、各層ごとに乾燥・焼成処理を繰り返す必要がな
く、製造工程の簡素化・コスト低減等の諸効果も得られ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）多孔質基板の表面に、該基板の孔より小径の粒子
   からなる分離膜層が積層された分離膜エレメントの製造
   方法であって、 多孔質基板を、該基板の孔より粒径の小さい酸化処理さ
   れたカーボンブラックおよび／または黒鉛粒子が懸濁し
   た泥しょうに接触させて基板の孔内に上記懸濁粒子を含
   浸させることにより、該基板の孔を分離膜構成粒子の粒
   径より小さい孔径に縮小せしめる工程と、 上記工程を経た多孔質基板を、該基板の孔より粒径の小
   さい分離膜構成粒子が懸濁した泥しょうに接触させるこ
   とにより、基板の表面に分離膜構成粒子を所定の層厚に
   付着させる工程と、 上記工程を経た多孔質基板の孔内のカーボンブラック粒
   子および／または黒鉛粒子をガス化消失させると共に、
   基板表面の分離膜構成粒子層を焼成する加熱処理工程と
   、 からなる分離膜エレメントの製造方法。