JPS62277107A - 多孔質ガラス管を用いた限外濾過装置 - 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】 ６　発明の詳細な説明 （産業上の利用分野） ？２１　ｉｔｑ　Ｉ沖　府詰り旧位り柿田冬仕布苦酩す
有機溶剤、濃厚酸液等からなる溶液の限外濾過を可能と
するため、その腐蝕作用等に耐えるとともに濾過精度が
肌１μｍ以下の限外濾過性能を備える多孔質ガラス管を
濾過体として構成した限外濾過装置に関する。

（従来の技術） 限外濾過装置の濾過体として一般的に使用される有機質
の限外濾過膜は、濃厚酸溶液、有機溶剤溶液等０腐蝕条
件の苛酷な溶液に遭遇すると、溶解、膨潤、劣化、酸化
および圧密化の現象を起すので長期使用に耐えられない
。

上記の溶液に対して耐久性を有する従来技術の濾過体と
しては次のものが知られている。（ｉ）多孔質セラミッ
クス、（ｉｔ）多孔質テフロン、（（社）多孔質ポリイ
ミド、ル）多孔質ガラス。耐熱化に関しては無機質の（
ｉ）（しＩ？ｉ間Ｍなく、有機質のｉＨＨ面も一応耐熱
性があるといわれている。

（発明が解決しようとする問題点） 従来技術の前記（ｉｌ多孔質セラミックス、（８ｉ）多
孔質テフロンの濾過体は、濾過精度に関して、孔径が０
．１μｍより小さい膜体とすることに困難がある。（面
長孔質ポリイミドは、濃厚酸溶液Ｎ−メチルピロリドン
等の特殊極性溶媒に対する耐久性が悪く、また濾過体モ
ジュールとする場合に使用される市販品の有機質のパツ
キン、接着剤樹脂の耐久性が不充分なため濾過装置を構
成する上で問題が残る。

（ｉ／）多孔質ガラスは、分相現象を生ずる組成範囲の
硼硅酸ソーダガラスを溶解して適宜寸法の濾過体となる
管を成形し、熱処理および酸処理を行ってＢ１０３およ
びＮａｎｏを酸液中に溶出して多孔質のシリカガラスの
骨格を残１−で高珪酸多孔質ガラス管とするものであυ
、それ自体の濾過精度および耐久性は一応満足されるも
のである。しかし多孔質シリカガラス骨格にシリカゲル
が堆積しそれによって濾液の透過速度が著しく低くなり
、必要濾過面積を非常に大きくしなければならず、この
点で実用性が阻害される。

前記の多孔質シリカガラス骨格内に堆積しているシリカ
ゲルは希薄で多量の酸で処理すればほぼ完全に除去する
ことができるが、この場合シリカゲル除去後の細孔径が
犬きくなり、それに伴って濾液の透過速度は増すが分離
性能が満足されないようになるという問題がある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、前記の分相現象を利用して製作する多孔質ガ
ラス管の濾液の透過速度および分離性能をともに満足さ
せるためになされたものであって、分相化したガラス管
に熱処理を行なった後にその内外面の一方から酸処理を
施し、酸処理と反対側の面に部分的にシリカゲルの堆積
を保有させ前記特性の多孔質ガラス管を得てその特性に
適応する限外濾過装置の構成を与えたものである。

すなわち本発明においては、代表的には第１図に示すよ
うに、分相現象を利用して製作する多孔質ガラス濾過体
として、細管に製管し熱処理を施した母体ガラス管（１
）の両管端にテフロン等の耐酸性のろる適宜のキャップ
（２）をはめて管内面の側を隔離して酸液（３）を保有
する酸処理装置（４）に入れ、ヒータ（５）によシ加熱
しながら酸液を循環用ポンプ（６）により循環させて処
理し、多孔質ガラス管とする。（７）は還流冷却器を示
す。

この多孔質ガラス管（１人）は基本的には第２図に示す
ように、その多数本をノズル（８）　（９）を有するケ
ーシングＯＱ内に導入して両管端で無機質束着部（１υ
によシ束着固定してモジュール化しテフロンパツキン＠
、フランジ部１１２３０３とともに組立てて単位の限外
濾過器体α荀とする。

本発明の限外濾過装置は、母体ガラス管（１）の外側を
的記酸処理を受けさせる側として多孔質ガラス管（１人
）をつくる場合、その反対側の管内側を溶液が高圧を保
って通過する側となるようにして単位の限外濾過器体（
１４に管接続して構成される。すなわち、基本的には第
５図に示すように、単位の限外濾過器体ａ→に対して、
貯槽ａＱの濾過原液をポンプσのにより加圧してフラン
ジ部σ１から器内に導入して多孔質ガラス管（１Ａ）の
管内側を通過させ、濾過残液を他端７ランジ部０−Ａ、
ζ＠ｐＨ欽葬１情か導出１イ腔博０鳴ｆ暑塙ナス笹鯰（
ト）に導出して濾過原液圧力を保持させるようにする。

ａ傷はこの管路０綽の圧力計、（ホ）は流量計である。

多孔質ガラス管（１人）の管外側に透過した濾液はノズ
ル（８）　（９）から取出される。この限外濾過装置を
用いてテストを行うために、第３図に示すように、濾液
を濾液透過速度測定容器（財）に取出す。また長時間同
一条件のテストが行えるようにするため、点線で示すよ
うに濾液を貯槽αＱに戻す。調整弁＠は調整弁ｑηと相
俟って単位限外濾過装置（ｌ→の濾過原液流量を調整す
るものである。

（作用） 熱処理によって分相を生じたガラスｖ（１）の内外宍酊
の一方、例えば第１図に示すようにして外表面に酸溶液
を接触させると、細孔となるべき部分に存在するＮａｘ
Ｏ，Ｂ２Ｏ２および５ｉＣｈのうち前二者は酸液中に溶
出し、５ｉｎｓはシリカゲル曽となって細孔Ｃ◆内に残
存する。外面側から希薄濃度の多量の酸で酸処理をつづ
けるとシリカゲルは徐々に溶出し最終的には第４図に示
すように、内面はシリカゲルの残存堆積した内層（１人
）となり、外面側は多孔質ガラスの細孔骨格の外層（１
Ａ５となる。

ガラス管（１人）内表面に残存堆積したシリカゲルはそ
の後の乾燥工程を経ると水和物がとれて骨格ガラスに近
い状態となるため、弗酸およびアルカリを除くすべての
化学薬品に対する耐蝕性を有するより微細孔の多孔質の
薄内層（１人）を形成する。このようにして多孔質ガラ
ス管（１人）は内表面の薄内層（１人）により濾過精度
がよく、かつ外層（１人）により溶液濾過速度があまり
低下せず、両機能を実用的に満足しうる限外濾過装置の
心蔵部の濾過体として機能を発揮する。

（実施例） をつくシ約６００’ｃで熱処理をしたのち、第２表の処
理条件で本発明に示す具体的平頭に従い酸処理を行って
多孔質ガラス管（１人）とした。

第１表　ガラス組成例（単位ｗｔ％） Ｎａ霊０７．２ Ｂ雪０冨　　　　　　２７．３ ＡＩｔｏｓ　　　　　　　５．０ ＳｉＯｘ　　　　６２．５ 第２表　酸処理条件例 酸量　　　硫酸 濃度　　　１規定 温度　　　９８″Ｃ 酸量　　　２１／ガラス１ｇ 処理時間　　　１日 ただし、ガラス組成および酸処理条件は、所望の濾過性
能に応じて選択でれ得るもので６９、本発明を限定する
ものではない。

第３表に示す寸法の多孔質ガラス管（ＩＡ）　１２本を
同表寸法のケーシングに先願特許（特願昭６ｌ−８４６
８７）の方法によシ束着し、単位限外濾過器体ａくを製
作した。

第３表　多孔質ガラス管および単位濾過器体ケーシング
の寸法（単位−） 具体的には、束着予定部へ、エタノールと混合した３２
５メツシユのシリカ粉末を充填し乾燥して多孔質化した
固定材とする第１工程および前記固定材の粒子間隙に第
４表で示す無機質シール剤を反覆して含浸させ固化させ
る第２工程を経て、第２図に示す限外濾過器体α→を製
作した。限外濾過器体α荀の無機質束着部ｑυは多孔質
ガラス管（１人）と同等またはそれ以上の耐久性を保有
するものである。

第４表　無機質シール剤の組成 上記限外濾過器体α荀を、第３図に示す一般的な限外濾
過装置に装着してテストを行った。

テストには第５表に示す組成の原液を用い第６表に示す
操作条件にて１ケ月連続運転の濾過操作を行った。

第５表　濾過原液組成 第６表　　濾過操作条件 テストが目的のため、１ケ月の連続運転中、多孔質ガラ
ス管（１人）は透過した濾液も貯槽０！９に戻している
。

濾液の透過速度は濾液を定期的に濾液透過速度測定容器
Ｑυに取出し秤量して測定した。また原液および濾液の
濃度は該溶液を蒸発させ、蒸発残物すなわちポリエチレ
ングリコールの重量を測定して決定した。

膜分離性能は、一般的な次式によって評価した０ ここに　ＲＪ：溶質排除″４（彌 ０ｆｌｌＸ液濃度Ｃｇｒ／ｅ） Ｃｐ：ｔＪＭ液濃度（ｇｒ／／） テストの結果、透過速度は経時的にほぼ一定となり、測
定値の平均値は第５図において点ＣＢ）となった。

〔比較例Ｉ〕

比較のため、本発明によらずに、ガラス管の内外面から
酸処理して多孔質ガラス管をつくりその他は実施例Ｉと
同条件とした。テストの結果、第５図において点（ｃ）
の結果となった。

〔実施例■〕

比較例Ｉにおける酸処理条件を第２表の２倍の酸量およ
び処理時間として多孔質ガラス管をつくり、その他は実
施例Ｉと同条件とした。その結果、第５図において点（
２）の結果となった。

すなわち、溶質排除率はら一！シ低下せず透過速度が向
上した。

〔実施例■〕

実施例Ｉにおける酸処理条件を第２表の１／４の酸量と
して多孔質ガラス管をつくシ、その他は実施例Ｉと同条
件とした。その結果、溶質排除率はあまり変らず透過速
度が実施例Ｉの場合の１／１００となった。

なお、上記実施例の酸処理条件は細孔内へ残留堆積する
シリカゲルが多量となる条件である。

〔比較例］〕

実施例１において多孔質ガラス管外表面側を高圧側とし
てモジュールを濾過装置に装着し、他は実施例Ｉと同条
件とした。

その結果、濾液の透過速度が経時的に低下し目詰りの現
象を呈した。

（発明の効果） 本発明によると次の諸効果が得られる。

（イ）　多孔質ガラス管の外面のみから酸処理し、管内
表面近傍に薄いシリカゲル堆積層を形成させることによ
り、溶質排除率および透過速度の両性能を向上させるこ
とができる。従って実用的な限外濾過装置として成立つ
。

（ロ）　前記の多孔質ガラス管を用い無機質シール剤等
によ９束着を行った前記モジュールは耐蝕性、耐熱性が
すぐれているため、苛酷条件の溶液の限外濾過プロセス
が実現できる。

（）→　有機質の分離膜では逆圧洗浄時に膜と支持体と
の間で剥離が生ずることがあるが、本発明では多孔質ガ
ラス管は分離膜部と支持体部とが一体化された構造のた
め、多孔質ガラス管の内面側を原液の高圧側として限外
濾過を行うことにより膜の目詰シ現象を防止することが
できるとともに、逆圧洗浄が容易となる。

に）　ガラス管にキャップをはめる等して工業的に実施
容易な方法によシ酸処理を行うことができるため、経済
的な装置として成立つ。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置に使用する多孔質ガラス管の酸処理
状況を示す装置の配置図、第２図は本発明装置の単位限
外濾過器体の代表例の縦断側面図、第３図はテスト用に
構成した本発明の限外濾過装置の部分Ｍ断儒面配管図、
第４図は本発明に使用する多孔質ガラス管の構成を示す
横断面図、第５図は横軸に透過速度、縦軸に溶質排除率
をとり実施例および比較例の両者の関係を示す図表であ
る。 （１）・・母体ガラス管、（１人）・・多孔質ガラスツ
ブ、（３）・・酸液、（４）・・酸処理装置、（５）・
・ヒータ、（６）・・酸液循環ポンプ、（７）・・環流
冷却器、（８）（９）・・ノズル、α０・・ケーシング
、αυ・・無機質束着部、＠・・テフロンパツキン、ａ
ｓ　ａｊ・・フランジ部、α→・・限外濾過器体、αＱ
・・貯槽、αＱ・・ポンプ、αη（イ）・・調整弁、（
至）・・管路、０１・・圧力計、（１）・・流量計、（
ハ）・・濾液透過速度測定容器、翰・・シリカゲル。 （財）・・細孔。 泥１　図 算４　図 芥５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）苛酷な腐蝕環境において長期使用を可能とするた
   め、濾過体として分相化したガラス管の内外面の一方か
   ら酸処理を施した多孔質ガラス管を以つて限外濾過装置
   を構成することを特徴とする多孔質ガラス管を用いた限
   外濾過装置。
2. （２）前記酸処理を分相化したガラス管の外面のみから
   施して管内側の表面近傍にシリカゲルの薄層を残存堆積
   させた多孔質ガラス管を濾過体として使用し、多孔質ガ
   ラス管の管内側を高圧側として濾過を実施するようにし
   た特許請求の範囲第１項記載の多孔質ガラス管を用いた
   限外濾過装置。