KR20130093666A - 흡착분리막 모듈, 흡착분리막 모듈의 제조 방법, 및 구획 부재 - Google Patents

Abstract

흡착 기능을 갖는 중공사막을 이용하여 높은 스케일러빌리티를 확보할 수 있는 흡착분리막 모듈, 흡착분리막 모듈의 제조 방법, 및 구획 부재를 제공한다. 중공사막 모듈(1)은 흡착 기능을 갖는 복수개의 중공사막(2)을 포함하는 중공사막 다발(3)과, 중공사막 다발(3)을 수용하는 하우징(4)과, 중공사막 다발(3)의 단부에 있어서, 이 중공사막 다발(3)을 복수의 소다발(3A, 3B, 3C, 3D)로 구획하는 구획 부재(6A, 6B)를 구비하고, 구획 부재(6A, 6B)는 중공사막(2)의 길이 방향으로 관통하는 관통부(21, 22, 23, 24, 26)를 갖는다. 그리고, 중공사막(2)의 체적 충전율을 30% 이상 70% 미만으로 한다. 이에 따라, 중공사막 모듈(1)의 처리 능력을 확보하면서, 단위 막체적당 흡착 용량을 일정하게 유지할 수 있기 때문에, 높은 스케일러빌리티를 확보할 수 있다.

Description

흡착분리막 모듈, 흡착분리막 모듈의 제조 방법, 및 구획 부재{ADSORPTION/SEPARATION MEMBRANE MODULE, METHOD FOR PRODUCING ADSORPTION/SEPARATION MEMBRANE MODULE, AND PARTITION MEMBER}

본 발명은 흡착분리막 모듈 및 그 제조 방법, 흡착분리막 모듈에 이용되는 구획 부재에 관한 것이다.

종래의 중공사막(中空絲膜) 모듈로서, 복수개의 중공사막을 포함하는 중공사막 다발과, 중공사막 다발을 수용하는 통체와, 중공사막 다발의 단부에서, 그 중공사막 다발을 복수의 막 다발로 구획하는 구획 부재를 구비하는 것이 알려져 있다(예컨대, 특허문헌 1, 2 참조). 이 중공사막 모듈에 있어서는, 구획 부재가, 판을 십자형 등으로 조합함으로써 구성되어 있고, 중공사막 다발을 단부에서 예컨대 4개로 구획하고 있다. 이러한 중공사막 모듈에 의해서, 음식료품, 화학 제품 및 의약품 등의 각종 공업 분야에 있어서의 유가물 농축 및 불순물 제거나, 초순수 제조, 하천수 제탁 및 배수 처리 등의 각종 수처리가 행해지고 있다.

일본 특허 공개 2002-018244호 공보 일본 특허 공개 2000-185220호 공보

중공사막 모듈을 이용하여, 각종 공업 분야용 및 각종 수처리용 정제 또는 농축의 실제 프로세스를 설계함에 있어서는, 소형 사이즈의 중공사막 모듈을 이용한 사전 평가를 기초로, 실제 프로세스에 필요한 대형 사이즈의 중공사막 모듈의 수량을 산출하는 경우가 많다. 여기서, 필요하게 되는 중공사막 모듈의 수량을 간결하게 산출하기 위해서는, 중공사막 모듈의 스케일러빌리티(scalability)를 충분히 확보하는 것이 중요하게 된다. 스케일러빌리티란, 중공사막 모듈의 크기(구체적으로는, 중공사막의 길이, 내외 직경, 중공사막 다발에 있어서의 중공사막의 개수로부터 정해지는 총 막량)와 처리 능력(예컨대, 단위 시간당 처리 수량, 흡착 대상물의 흡착량 등)의 상관성이며, 중공사막 모듈을 소정 배의 크기로 하면, 처리 능력도 그것에 따라 정확히 소정 배가 되는 것이 바람직하다. 스케일러빌리티가 높고 안정적이면, 실제 프로세스에 있어서 원하는 능력을 충분한 정밀도로 설계하는 것이 가능하다. 한편, 중공사막 모듈의 스케일러빌리티가 낮은 경우 및/또는 중공사막 모듈마다 스케일러빌리티에 변동이 있는 경우에는, 실제 프로세스에 있어서 원하는 능력이 발휘할 수 없어, 실제 프로세스의 설계를 잘못할 가능성이 높아진다.

그런데, 중공사막은 「사분(篩分, sieving) 기능」을 갖는 사이즈 분리막과, 「흡착 기능」을 갖는 흡착막으로 나누어진다.

사분 기능이란, 다공질막의 세공 직경에 대한 크기에 따라 분리하는 기능이다. 이 기능을 갖는 사이즈 분리막에서는, 막의 세공 직경보다 작은 용질 성분이나 용매 성분은 막을 통과하지만, 막의 세공 직경보다 큰 용질 성분은 막에 저지됨으로써 분리가 된다. 사분 기능을 갖는 사이즈 분리막으로서는, 소위 한외 여과막, 정밀 여과막, 나노 여과막, 투석막, 역침투막 등이 있다. 이러한 사이즈 분리막은 주로 상수 처리, 하수 처리, 식품의 농축 분리, 초순수 정제, 일반 공업 배수의 처리 등의 용도에 이용된다. 특히, 상수 처리 및 하수 처리에서는, 전술한 바와 같은 소규모의 시험적인 도입이 아니라, 처음부터 실제 프로세스 사이즈에서의 검토가 행해진다.

이러한 사이즈 분리막을 연속 사용하면, 눈막힘에 의해 처리량이 저하되지만, 처리액의 품질은 사분 기능에 의해 유지되기 때문에, 처리액의 품질이 악화되는 일은 없다. 이 때문에, 사이즈 분리막은 주로 처리량이나 수명의 요구가 중시된다.

한편, 흡착 기능이란, 막의 세공 표면 상에의 상호작용력의 차에 의해 분리하는 기능이다. 이 기능을 갖는 흡착막에서는, 막의 세공 표면에 대한 상호작용력에 의해 세공 표면과 친화성이 있는 성분은 다공질막의 다공질 표면 상에 저류되어 농축되지만, 막의 세공 표면과의 상호작용이 없는 성분이나 반발하는 성분은 다공질막을 통과함으로써 분리된다. 흡착 기능을 갖는 흡착막으로서는, 이온 흡착막이나 소수성 상호작용형 흡착막이나 어피니티(affinity)형 흡착막 등이 있다. 이러한 흡착막은 주로 단백질의 정제, 항체 정제, DNA 제거, 바이러스 제거 등의 바이오 용도나, 금속 이온의 회수 등의 용도로서 이용된다. 특히, 바이오 용도 등, 정제 대상이 되는 액이 고가인 경우에는, 작은 스케일에서의 실험 데이터를 바탕으로 실제 프로세스를 설계하는 것이 일반적이다.

이러한 흡착막을 연속 사용하면, 눈막힘에 의해 처리량이 저하될 뿐만 아니고, 흡착막 특유의 흡착 파과(破過)의 영향에 의해 처리액의 품질도 저하된다. 흡착 파과란, 흡착할 수 없게 된 흡착 대상물이 막의 투과측으로 누설되는 현상을 말한다. 이러한 흡착 파과에 의한 흡착 대상물의 누설을 피하기 위해서, 흡착막에서는, 사이즈 분리막에 비해서 스케일러빌리티가 현저히 높고, 안정적일 것이 요구된다.

특히, 의약품의 정제 등 제거해야 하는 불순물의 양(또는 회수해야 하는 유효 성분의 양) 등이 정밀하게 정해져 있는 용도에서는 스케일러빌리티가 매우 중요한 문제가 된다. 즉, 예컨대 불순물을 흡착 제거하는 경우에는, 중공사막 모듈의 처리 능력이 상정보다 낮기 때문에, 의약품인 처리액에 불순물이 혼입된다고 하는 사태를 확실하게 방지할 필요가 있다. 따라서, 정제하여야 할 원액의 양이나 물질의 함유량에 따라서, 어느 정도 크기의 중공사막 모듈을 적용하면 좋은지가 일률적으로 정해져, 그 크기에 대응한 원하는 처리 능력이 확실하게 발휘될 필요가 있다. 즉, 중공사막 모듈이 높은 스케일러빌리티를 갖고 있을 것이 요구된다.

그래서, 본 발명자들이 흡착 기능을 갖는 중공사막을 이용한 중공사막 모듈(이하, 단순히 흡착분리막 모듈이라고 나타내는 경우도 있음)의 스케일러빌리티에 관해서 예의 연구한 바, 중공사막 모듈의 통체의 용적에 대한 중공사막 다발의 점유 체적인 체적 충전율에 의해 중공사막 모듈의 스케일러빌리티가 영향을 받아, 중공사막의 체적 충전율을 정해진 범위 내로 함으로써, 중공사막 모듈의 스케일러빌리티를 높여 안정화할 수 있다는 지견에 이르렀다. 한편, 종래 중공사막을 이용한 중공사막 모듈에 관해서 체적 충전율과 스케일러빌리티를 관련지어 논해진 경우는 없으며, 사이즈 분리막에 비해서 현저히 높은 스케일러빌리티가 요구되는 흡착분리막 모듈의 연구를 거쳐, 체적 충전율이 매우 중요하다는 것을 밝혀냈다.

본 발명은 이러한 지견에 기초하여 이루어진 것으로, 흡착 기능을 갖는 중공사막을 이용하여 높은 스케일러빌리티를 확보할 수 있는 흡착분리막 모듈, 흡착분리막 모듈의 제조 방법, 및 구획 부재를 제공하는 것을 목적으로 한다. 특히, 흡착분리막 모듈의 제조 방법 및 구획 부재에 있어서는, 더욱 안정된 체적 충전율을 얻을 수 있는 흡착분리막 모듈을 제조할 수 있는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 흡착분리막 모듈은, 흡착 기능을 갖는 복수개의 중공사막을 포함하는 중공사막 다발과, 중공사막 다발을 수용하는 통체와, 중공사막 다발의 적어도 한쪽의 단부를 고정한 고정층을 구비하는 흡착분리막 모듈로서, 고정층은 중공사막 다발의 길이 방향을 따라서 고정층의 두께 전역에 걸쳐 연장되는 고정제 밀집부를 갖는다. 여기서, 고정제 밀집부란, 고정제와, 중공사막과, 그 밖의 부재를 구비하는 고정층의 각 요소 영역에 있어서, 고정제가 메인 구성 성분이 되는 영역을 가리킨다.

흡착분리막 모듈을 제조할 때는, 중공사막 다발과 통체를 구비하는 유닛의 단부에 고정제를 충전함으로써 고정층을 형성하는데, 고정층에 중공사막 다발의 길이 방향을 따라서 고정층의 두께 전체로 연장되는 고정제 밀집부가 되는 공간을 확보해 두면, 이 공간을, 고정제를 충전할 때의 완충 공간 및/또는 유로로서 기능하게 할 수 있다(상세한 것은 후술). 이에 따라, 고정제 충전 시의 중공사막 다발의 단부에 작용하는 하중을 작게 하는 것이 가능하게 되기 때문에, 중공사막 다발의 좌굴(座屈, buckling)을 억제할 수 있다.

통체에 대한 중공사막 다발의 체적 충전율이 최적치가 되도록 설계하더라도, 고정제의 충전에 의해 중공사막 다발의 좌굴이 커지면, 통체에 대한 중공사막 다발의 체적 충전율이 설계치보다 커져 버린다. 흡착분리막 모듈은 이 체적 충전율에 따라 흡착량(즉, 흡착 파과될 때까지 흡착 분리 모듈이 대상물을 흡착할 수 있는 양)이 변하기 때문에, 지나친 체적 충전율이 되는 것을 피할 필요가 있다.

여기서, 체적 충전율과 흡착분리막 모듈의 흡착량의 관계에 관해서 설명한다. 중공막의 내표면측에서 액을 흘려, 외표면측으로부터 투과액으로서 처리액을 얻는 경우를 생각한다. 내표면측과 외표면측의 압력차(이하, 막간 차압이라고 함)에 의해서 액이 중공사막을 투과한다. 그리고, 단위 시간당 투과하는 액량은 막간 차압에 의존한다. 중공사막 다발이 통체에 수용되어 있는 흡착분리막 모듈에서, 중공사막의 체적 충전율을 크게 하면, 중공사막 다발의 외표면측과 통체의 내표면측 사이의 공간은 작아진다. 이 때문에, 중공사막의 외표면측의 처리액은 통체의 단부 측면의 개구부(여기로부터 처리액이 배출됨)로 중공사막의 길이 방향을 따라서 이동할 때, 큰 압력 손실을 받는다. 즉, 체적 충전율을 크게 하면, 중공사막의 내표면측의 압력 분포는 변화하지 않고, 중공사막의 외표면측만 중공사막의 길이 방향을 따라서 압력 분포가 변화하기 때문에, 막간 차압의 불균일이 커진다. 이에 따라, 모듈 내 모든 중공사막이 전역에 걸쳐 균등하게 분리 처리에 쓰여야 하지만, 국소적으로 과잉의 처리액이 흐르기 때문에, 각 중공사막에 있어서 흡착 파과가 시작되는 타이밍에 차가 생긴다. 흡착분리막은 흡착 파과가 시작되기 전에 분리 처리를 종료시킬 필요가 있기 때문에, 이와 같이 각 중공사막에 있어서 흡착 파과가 시작되는 타이밍에 차가 생기면, 아직 흡착할 수 있는 미파과(未破過) 중공사막이 남아 있더라도, 흡착분리막 모듈 전체로서의 기능이 종료된다. 중공사의 외표면측으로부터 내표면측으로 액을 투과시키는 경우도 마찬가지라고 말할 수 있다.

그래서, 고정층의 고정제 밀집부를, 고정제 충전 시의 완충 공간 및/또는 유로로서 기능하게 하여, 중공사막 다발의 좌굴을 억제함으로써, 통체에 대한 중공사막 다발의 체적 충전율을 설계치로부터 크게 벗어나 과도해지는 것을 억제하여, 흡착분리막 모듈의 흡착량 저하를 막아, 높고 안정적인 스케일러빌리티를 유지하여, 실제 프로세스에서의 흡착분리막 모듈의 기능 저하, 즉 처리액의 품질 저하를 막는다.

또한, 본 발명은 고정제 밀집부의 단면적이 중공사막 다발의 점유 단면적에 대하여 3% 이상 60% 미만인 것으로 할 수 있다. 이와 같이, 고정제 밀집부의 단면적을 중공사막 다발의 점유 단면적에 대하여 3% 이상 60% 미만으로 함으로써, 좌굴을 억제하는 것이 가능하게 된다. 여기서, 중공사막 다발의 점유 단면적이란, 중공사막 모듈의 고정층의 단부면에 있어서, 중공사막 다발이 존재하는 영역의 대략 외접원이 차지하는 단면적이다.

또한, 본 발명은, 고정층에서, 중공사막 다발이 복수의 작은 소다발로 분할되고, 각 소다발이 간격을 두고 배치되어 있는 것으로 할 수 있다. 소다발끼리는 일부가 간격을 두어(일부가 접촉하여) 배치되어 있더라도 좋고, 완전히 이격되어 배치되어 있더라도 좋다. 중공사막 다발이 복수의 소다발로 분할되어 배치됨으로써, 흡착분리막 모듈의 제조 시에, 고정제를 충전할 때, 소다발 사이의 공간을 고정제 밀집부가 되는 공간, 즉 고정제 충전 시의 완충 공간 및/또는 유로로서 기능하게 할 수 있다. 특히, 소다발끼리가 완전히 이격되어 배치됨으로써, 소다발 사이의 공간이 완충 공간으로서 뿐만 아니라 유로로서도 기능한다. 자세하게는 후술하지만, 유로란, 중공사막 다발과 통체 사이의 넓은 공간으로 고정제를 유도하는 공간이며, 이에 따라 완충 공간을 보다 확장시킬 수 있다. 결과적으로 확실하게 고정제의 충전 시에 중공사막 다발의 단부에 작용하는 하중을 작게 할 수 있어, 중공사막 다발의 좌굴을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명은, 고정층에서 중공사막 다발을 복수의 소다발로 구획하고, 중공사막 다발의 길이 방향으로 관통하는 관통부를 갖는 구획 부재를 더 구비하는 것으로 할 수 있다. 이와 같이, 길이 방향으로 관통하는 관통부를 갖는 구획 부재에 의해 중공사막 다발이 복수의 소다발로 구획됨으로써, 흡착분리막 모듈의 제조 시에, 고정제를 충전할 때, 구획 부재의 관통부를, 고정제 밀집부가 되는 공간, 즉 고정제 충전 시의 완충 공간 및/또는 유로로서 기능하게 하여, 고정층에 중공사막 다발의 길이 방향을 따라서 고정층의 두께 전역으로 연장되는 고정제 밀집부를 형성할 수 있다. 이에 따라, 고정제의 충전에 의해 중공사막의 단부에 작용하는 하중을 작게 하는 것이 가능하게 되어, 중공사막 다발의 좌굴을 억제할 수 있다. 또한, 이 구획 부재에 의해, 고정제의 덩어리가 소다발마다 구분된다. 고정층을 형성하는 고정제는, 경화 시에 발열하여, 고정제의 덩어리가 클수록 경화 발열량이 커지기 때문에, 냉각 수축도 커진다. 그래서, 이와 같이 고정제의 덩어리를 구분함으로써, 고정제 덩어리 하나당 경화 발열량이 작아져, 냉각 수축이 억제되기 때문에, 고정층의 박리나 균열의 발생을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 구획 부재의 관통부를, 고정제를 충전할 때의 완충 공간 및/또는 유로로서 기능하게 하여, 고정층에 중공사막 다발의 길이 방향을 따라서 고정층의 두께 전역으로 연장되는 고정제 점유부(즉, 고정제만으로 이루어지는 고정제 밀집부)를 형성할 수 있다. 이에 따라, 고정제 충전 시의 중공사막 다발의 단부에 작용하는 하중을 확실하게 작게 할 수 있게 되어, 중공사막 다발의 좌굴을 억제할 수 있다. 더구나, 관통부에 충전되는 고정제도 구획 부재에 의해 구분되기 때문에, 고정층의 박리나 균열의 발생을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은, 구획 부재는 한 쌍의 판 부재가 대향 배치됨으로써 관통부가 형성되어 있는 것으로 할 수 있다. 또한, 구획 부재의 관통부를, 고정제를 충전할 때의 완충 공간 및 유로로서 기능하게 하여, 고정층에 중공사막 다발의 길이 방향을 따라서 고정층의 두께 전역으로 연장되는 고정제 밀집부를 형성할 수 있다. 또한, 한 쌍의 판 부재로 구획 부재를 형성함으로써, 완충 공간 및 유로를 설계대로의 확실한 치수로 간편하게 구축할 수 있다. 또한, 구획 부재에 의한 고정제의 덩어리를 구분함에 따라, 고정층의 박리나 균열의 발생을 방지할 수도 있다.

또한, 본 발명은 구획 부재로 구획된 중공사막 다발을 분할하는 분할 수단을 더 구비하는 것으로 할 수 있다. 이와 같이, 중공사막 다발이 분할 수단에 의해 분할됨으로써 중공사막 다발을 작은 다발로 할 수 있다.

또한, 본 발명은, 구획 부재에 의해 구획된 중공사막 다발의 외주를 덮는 보호 부재를 더 구비하는 것으로 할 수 있다. 이러한 보호 부재에 의해서, 중공사막 다발의 외주를 보호할 수 있다. 또한, 중공사막 다발끼리 사이의 간극이 보다 확보되고, 및/또는 중공사막 다발에 있어서의 중공사막이 흩어지는 것을 방지하여, 스케일러빌리티를 한층 더 확보할 수 있다.

또한, 본 발명은, 구획 부재를, 한 쌍의 대향 배치된 판 부재를 십자형으로 조합한 것으로 할 수 있다. 이와 같이, 구획 부재를 심플한 십자형으로 함으로써, 보다 용이하게 관통부를 형성할 수 있고, 구획 부재가 단순한 구조이므로, 그 만큼 충전하는 중공사막의 개수를 늘리는 것이 가능하게 된다. 또한, 구획 부재의 관통부를, 고정제를 충전할 때의 완충 공간 및 유로로서 기능하게 하여, 고정층에, 중공사막 다발의 길이 방향을 따라서 고정층의 두께 전역으로 연장되는 고정제 밀집부를 형성할 수 있다. 또한, 구획 부재에 의해 고정제를 구분함에 따른, 고정층의 박리나 균열의 발생을 방지할 수도 있다.

또한, 본 발명은 바이오 용도의 분리 정제에 사용되는 것으로 할 수 있다. 이에 따라, 원하는 능력으로 바이오 용도의 분리 정제를 충분한 정밀도로 행할 수 있다.

본 발명에 따른 흡착분리막 모듈의 제조 방법은, 흡착 기능을 갖는 복수개의 중공사막을 포함하는 중공사막 다발과, 중공사막 다발을 수용하는 통체와, 중공사막 다발의 적어도 한쪽의 단부를 통체에 고정하는 고정층을 구비하는 흡착분리막 모듈의 제조 방법으로서, 중공사막 다발, 통체 및 중공사막 사이에 간극을 형성하여 중공사막 다발의 길이 방향을 향해 연장되는 고정제 주입 부재를 구비하는 유닛의 단부에 고정제를 충전함으로써, 중공사막 다발을 통체에 고정하고, 유닛의 단부를 절단함으로써 중공사막의 단부를 개구시킨다. 한편, 고정제 주입 부재는 절단된 유닛의 단부와 함께 제거되는 정도의 길이라도 좋고, 흡착분리막 모듈의 고정층에 남는 길이라도 좋다.

본 발명에 따른 흡착분리막 모듈의 제조 방법에서는, 중공사막 사이에 간극을 형성하는 고정제 주입 부재가 중공사막 다발의 길이 방향을 향해 연장됨으로써, 고정제를 충전할 때의 완충 공간 및/또는 유로로서 기능하게 하여, 고정층에, 고정층의 두께 전역으로 연장되는 고정제 밀집부를 형성할 수 있다. 따라서, 전술한 흡착분리막 모듈과 같은 작용·효과를 발휘할 수 있다. 이로써, 본 발명에 따른 흡착분리막 모듈의 제조 방법에 의하면, 안정된 체적 충전율로 되어, 높고 안정된 스케일러빌리티를 갖는 흡착분리막 모듈을 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 흡착분리막 모듈의 제조 방법은, 흡착 기능을 갖는 복수개의 중공사막을 포함하는 중공사막 다발과, 중공사막 다발을 수용하는 통체와, 중공사막 다발의 적어도 한쪽의 단부를 통체에 고정하는 고정층과, 고정층에서 중공사막 다발을 복수의 소다발로 구획하여 중공사막의 길이 방향으로 관통하는 관통부를 갖는 구획 부재를 구비하는 흡착분리막 모듈의 제조 방법으로서, 중공사막 다발, 통체, 및 구획 부재를 구비하는 유닛의 단부에 고정제를 충전함으로써, 중공사막 다발 및 구획 부재를 통체에 고정하고, 유닛의 단부를 절단함으로써 중공사막의 단부를 개구시킨다.

본 발명에 따른 흡착분리막 모듈의 제조 방법에서는, 구획 부재가 중공사막의 길이 방향으로 관통하는 관통부를 갖고 있다. 따라서, 전술한 흡착분리막 모듈과 같은 작용·효과를 발휘할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 흡착분리막 모듈의 제조 방법에 의하면, 안정적인 체적 충전율로 되어, 높고 안정된 스케일러빌리티를 갖는 흡착분리막 모듈을 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 구획 부재는, 흡착 기능을 갖는 복수개의 중공사막을 포함하는 중공사막 다발과, 중공사막 다발을 수용하는 통체와, 중공사막 다발의 적어도 한쪽의 단부를 통체에 고정하는 고정층을 구비하는 흡착분리막 모듈에 설치되며, 중공사막 다발의 단부에서 중공사막 다발을 복수의 막 다발로 구획하는 구획 부재로서, 축선 방향으로 관통하는 관통부를 갖는다.

본 발명에 따른 구획 부재는, 축선 방향, 즉 흡착분리막 모듈에 삽입될 때에, 중공사막의 길이 방향을 따르는 방향으로 관통하는 관통부를 갖는다. 따라서, 본 발명에 따른 구획 부재가 적용된 흡착분리막 모듈은, 전술한 흡착분리막 모듈과 같은 작용·효과를 발휘할 수 있어, 안정된 체적 충전율로 되어, 높고 안정된 스케일러빌리티를 갖는 흡착분리막 모듈을 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 흡착분리막 모듈은, 흡착 기능을 갖는 복수개의 중공사막을 포함하는 중공사막 다발과, 중공사막 다발을 수용하는 통체와, 중공사막 다발의 적어도 한쪽의 단부를 고정한 고정층을 구비하는 흡착분리막 모듈로서, 중공사막의 단사 형태에서의 동적 흡착 용량에 대한 모듈 형태에서의 동적 흡착 용량의 비가 90% 이상 100% 이하이다.

여기서, 동적 흡착 용량이란, 단위 막체적당 흡착 성능을 나타내는 지표이다. 흡착분리막 모듈, 혹은 흡착막 그 자체에, 흡착 파과할 때까지 지표 물질을 공급하여, 흡착된 지표 물질의 양을, 평가에 이용한 흡착막의 총 막체적으로 나눔으로써 구해진다. 즉, 모듈 형태에서의 동적 흡착 용량이란, 이 평가를 모듈로 행했을 때의 흡착 성능이며, 단사 형태에서의 동적 흡착 용량이란, 모듈을 해체하여 충전되어 있는 중공사막을 빼내어 평가했을 때의 흡착 성능이다.

본 발명에 따른 흡착분리막 모듈에 의하면, 소형 사이즈로부터 사이즈의 모듈까지 모든 사이즈에 걸쳐 단사 형태에서의 동적 흡착 용량과 거의 동일한 동적 흡착 용량이 모듈 형태에서도 얻어진다. 결과적으로, 다른 사이즈의 흡착분리막 모듈 사이에서, 높고 안정된 스케일러빌리티를 확보하는 것이 가능하게 되어, 실제 프로세스에 있어서 원하는 능력을 충분한 정밀도로 설계하는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 발명에 따른 흡착분리막 모듈은, 통체의 용적에 대한 중공사막의 점유 체적인 체적 충전율을 30% 이상 70% 미만으로 한다. 이에 따라, 모듈의 설치 면적에 대한 처리 능력을 확보하면서, 단위 막체적당 흡착 성능을 일정하게 유지할 수 있기 때문에, 높고 안정된 스케일러빌리티를 확보할 수 있다. 더욱이 중공사막의 단사 형태에서의 동적 흡착 용량에 대한 모듈 형태에서의 동적 흡착 용량의 비를 90% 이상 100% 이하로 할 수 있다.

본 발명의 흡착분리막 모듈, 흡착분리막 모듈의 제조 방법, 및 구획 부재에 따르면, 흡착 기능을 갖는 중공사막을 이용하여 높고 안정된 스케일러빌리티를 확보할 수 있다. 특히, 흡착분리막 모듈의 제조 방법 및 구획 부재에 있어서는 더욱 안정된 체적 충전율을 얻을 수 있는 흡착분리막 모듈을 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 중공사막 모듈의 길이 방향을 따른 단면 구성을 도시하는 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 중공사막 모듈의 고정층에서의 횡단면 구성을 도시하는 개략 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 중공사막 모듈을 제조하기 위해서 사전에 조립하는 유닛의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 따른 중공사막 모듈의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 도 3에 도시하는 조립 유닛에 고정제를 충전하고 있는 양태를 횡단면 구성으로 도시하는 개략도이다.
도 6은 도 3에 도시하는 조립 유닛에 고정제를 충전하고 있는 양태를 도시하는 개략도이다.
도 7은 도 3에 도시하는 조립 유닛에 고정제를 충전하고 있는 양태를 도시하는 개략도이다.
도 8은 도 3에 도시하는 조립 유닛의 양단부가 절단된 양태를 도시하는 개략도이다.
도 9는 체적 충전율과 모듈의 동적 흡착 용량 간의 관계를 도시한 그래프이다.
도 10은 중공사막 다발의 좌굴 상태를 도시하는 개략도로서, (a)는 중공사막 다발이 좌굴하지 않은 상태를 도시하고, (b)는 중공사막 다발이 좌굴한 상태를 도시하고 있다.
도 11은 변형예에 따른 중공사막 모듈의 고정층에서의 횡단면 구성을 도시하는 개략 구성도이다.
도 12는 도 11의 (b)에 도시하는 중공사막 모듈의 제조 공정을 도시하는 개략도이다.
도 13은 변형예에 따른 중공사막 모듈의 고정층에서의 횡단면 구성을 도시하는 개략 구성도이다.
도 14는 변형예에 따른 중공사막 모듈의 고정층에서의 횡단면 구성을 도시하는 개략 구성도이다.
도 15는 변형예에 따른 중공사막 모듈의 고정층에서의 횡단면 구성을 도시하는 개략 구성도이다.
도 16은 구획 부재와 고정제의 경계를 확인하는 스킴을 나타내는 흐름도이다.
도 17은 실시예 및 비교예에 있어서의 체적 충전율과 흡착 용량 성능비 간의 관계를 도시하는 그래프이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 적합한 실시형태에 관해서 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 중공사막 모듈(1)의 길이 방향을 따른 단면 구성을 도시하는 개략 구성도이다. 도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 중공사막 모듈(1)의 고정층에서의 횡단면 구성을 도시하는 개략 구성도이다. 도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 중공사막 모듈(1)을 제조하기 위해서 사전에 조립하는 유닛의 분해 사시도이다. 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 중공사막 모듈(1)은 흡착 기능을 갖는 복수개의 중공사막(2)을 포함하는 중공사막 다발(3)과, 중공사막 다발(3)을 수용하는 통 형상의 하우징(통체)(4)과, 중공사막 다발(3)의 단부(3a, 3b)에 배치되는 구획 부재(6A, 6B)와, 중공사막 다발(3)의 단부(3a, 3b)를 하우징(4)에 고정하는 고정층(7A, 7B)을 구비한다. 한편, 이 중공사막 모듈(1)은 흡착분리막 모듈이라고도 한다.

중공사막 다발(3)은 구획 부재(6)에 의해서 복수의 소다발(3A, 3B, 3C, 3D)로 나눠진다. 하우징(4)에 고정된 상태에서는, 각 소다발(3A, 3B, 3C, 3D)은 서로 접촉하지 않도록 충분히 간격을 두고서 배치되어 있다. 예컨대 도 3에 도시하는 바와 같이, 각 소다발(3A, 3B, 3C, 3D)은 외주를 각각 보호 부재(8)로 덮고 있더라도 좋다. 이 보호 부재(8)는 메쉬를 갖는 네트형 구조물이다. 본 실시형태에서는, 보호 부재(8)는 중공사막 다발(3)을 4개로 구획한 소다발(3A, 3B, 3C, 3D)을 덮기 위해서, 단면 부채형의 형상을 갖고 있다. 보호 부재(8)의 소재는 특별히 한정되지 않으며 공지된 소재를 사용할 수 있다. 예컨대, 폴리에스테르, 나일론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리불화비닐, 폴리불화비닐리덴, 폴리술폰, 폴리카보네이트 등의 고분자 재료나, 스테인리스 스틸이나 알루미늄 등의 금속 재료나 글라스 파이버나 카본 파이버 등의 무기 재료에서 선정할 수 있다. 특히, 의약품 용도나 음식료품 용도에서는 용출 안전성에의 관점이나 각 용도마다 필요하게 되는 가열 멸균 처리 내성이나 약품 세정 내성 등의 이유로, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리술폰, 폴리카보네이트나 폴리불화에틸렌 등의 재질에서 선택하는 것이 바람직하다. 보호 부재(8)의 메쉬를 갖는 네트의 메쉬 형상이나 메쉬 치수에 대해서도, 중공사막에의 유체 공급을 저해하지 않는 형상이나 치수라면 특별히 제약은 없다. 예컨대 격자형의 편조품이라도 좋고, 직사각형이나 라운드형의 눈(目)이 뚫린 사출품이라도 좋다.

중공사막 다발(3)을 구성하는 중공사막(2)은 소위 「흡착 기능」을 갖는 흡착막이며, 양측의 단부(2a, 2b)에서 개구되어 있다.

흡착막 타입의 중공사막(2)으로서는, 흡착 기능을 갖는 것이라면 소재나 흡착 작용점의 미세 구조에 대해서 한정되는 것은 아니며, 공지된 것을 사용할 수 있다. 또한, 예컨대 하기 공지 기술(국제 공개 제2009/054226호, 미국 특허 제5547575호 명세서, 미국 특허 제6780327호 명세서, 일본 특허 공표 2006-519273호 공보, 일본 특허 공개 2009-53191호 공보 등)을 중공사막에 응용함으로써 얻어지는 흡착막 타입의 중공사막을 사용하더라도 좋다.

흡착막은 흡착 기능을 발현시키는 흡착 작용점과, 투과막으로서의 형상을 유지하기 위한 기재막으로 구성된다. 흡착 기능을 발현시키는 흡착 작용점은, 흡착 기능을 갖는 관능기를 기재 다공질 표면에 도입함으로써 형성된다. 흡착 기능을 갖는 관능기로서는, 예컨대 술폰산기, 카르복실산기, 인산기 등의 양이온 교환기, 1급 아미노기 및 1급 암모늄기, 2급 아미노기 및 2급 암모늄기, 3급 아미노기 및 3급 암모늄기, 4급 암모늄기 등의 음이온 교환기, 알킬기나 방향족계 관능기 등의 소수성기, 이미노이초산기나 에틸렌디아민사초산기 등의 킬레이트형 관능기, 프로테인A나 생체 관련 물질로 이루어지는 어피티니형 관능기를 들 수 있다. 이들 관능기는 복수 종을 조합시켜 이용하더라도 좋다.

흡착 작용점의 미세 구조는 흡착 기능을 갖고 있으면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예컨대, 기재가 되는 중공사막(2)의 표면에 직접 화학적 결합을 하고 있더라도 좋고, 코팅에 의해 중공사막(2)의 다공질체에 물리적으로 고정하고 있더라도 좋다. 혹은 직쇄상의 미세 구조를 형성하더라도 좋고, 가교 구조를 취하더라도 좋다.

흡착막을 구성하는 기재막에는, 공지된 한외여과막 또는 정밀여과막을 사용할 수 있다. 예컨대, 기재막의 소재로서, 폴리불화비닐리덴, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리아크릴로니트릴, 셀룰로오스나 셀룰로오스 유도체, 폴리비닐알코올 등의 고분자 재료 등 및 이들의 복합 소재나, 알루미나나 지르코니아 등의 무기 재료를 이용할 수 있다. 한편, 중공사막(2)에 대하여, 화학적 처리 또는 물리적 처리를 실시함으로써, 나중에 흡착 사이트를 가공하는 경우에는, 그 가공 조건에 의한 변질이나 분해가 발생하지 않는 소재를 선정할 필요가 있다. 또한, 사용 용도에 따라 온도적 부하, 약품적 부하, 사용 압력이나 진동 등의 물리적 부하가 발생하는 경우에는, 각각의 용도에 따라서, 공지된 소재에서 적절한 소재를 선택할 수 있다. 기재막의 보다 바람직한 소재로서 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리불화비닐리덴, 폴리술폰을 이용할 수 있다.

중공사막(2)의 평균 세공 직경은 처리액에 따라서 적절한 사이즈를 선택할 수 있다. 바람직하게는 0.001 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하이며, 보다 바람직하게는 0.01 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.1 ㎛ 이상 1 ㎛ 이하이다.

중공사막(2) 중의 세공이 차지하는 체적 비율인 공공율(空孔率)은 실용상 문제가 없는 범위라면 임의로 선택할 수 있다. 바람직하게는 5% 이상 99% 이하이며, 보다 바람직하게는 10% 이상 95% 이하이고, 더욱 바람직하게는 30% 이상 90% 이하이다.

평균 세공 직경 및 공공율은, 예컨대 Marcel Mulder 저(著) 「막 기술」(가부시키가이샤 아이피씨)에 기재되어 있는 바와 같은, 당업자에게 있어서 통상의 방법에 의해 측정할 수 있다. 측정법의 구체예로서는, 전자 현미경에 의한 관찰, 버블 포인트법, 수은 압입법, 투과율법 등을 들 수 있다.

중공사막(2)의 단면 치수로서는 내경 50 ㎛~10 mm가 바람직하고, 보다 바람직하게는 100 ㎛~4 mm이며, 내/외경비가 0.2~0.8의 범위인 막을 적합하게 사용할 수 있다.

중공사막(2)의 형상은 직선형인 것, 혹은 권축 가공한 것[크림프사(絲)]을 이용할 수 있다.

하우징(4)은, 통 형상의 하우징 본체부(11)와, 하우징 본체부(11)의 양단에 배치되는 캡(12A, 12B)과, 캡(12A, 12B)을 하우징 본체부(11)에 고정하는 고정구(13A, 13B)를 구비한다. 하우징 본체부(11)와, 캡(12A, 12B)과, 고정구(13A, 13B)의 소재에는 특별히 한정은 없고, 폴리염화비닐, 폴리술폰, 폴리카보네이트, ABS 등의 고분자 재료나, 스테인리스 스틸이나 알루미늄 등의 금속 재료를 적용할 수 있다. 하우징 본체부(11)의 양단은 고정층(7A, 7B)으로 각각 밀봉되어 있다. 한편, 하우징 본체부(11)의 양단부의 내벽에서, 고정층(7A, 7B)과 접착하는 부분에는, 고정제와의 접착력을 높이기 위해서, 내측 홈 가공 혹은 조면 가공 등이 실시되더라도 좋다. 이 고정층(7A, 7B)에 의해서 하우징(4)은 3개의 공간으로 구획되어 있다. 구체적으로는, 하우징(4)은 고정층(7A)과 캡(12A)으로 구성되는 공간(4A)과, 고정층(7B)과 캡(12B)으로 구성되는 공간(4B)과, 하우징 본체부(11)와 고정층(7A, 7B)으로 구성되는 공간(4C)을 갖는다. 공간(4A)에 대하여 중공사막(2)의 단부(2a)가 개구되고, 공간(4B)에 대하여 중공사막(2)의 단부(2b)가 개구된다. 또한, 공간(4A)에는 캡(12A)에 형성된 관부(14A)가 연통되고, 공간(4B)에는 캡(12B)에 형성된 관부(14B)가 연통되어 있다. 공간(4C)에는 하우징 본체부(11)에 형성된 관부(16A, 16B)가 연통되어 있다.

구획 부재(6A, 6B)는 중공사막 다발(3)의 단부(3a, 3b)에서, 이 중공사막 다발(3)을 복수의 소다발(3A, 3B, 3C, 3D)로 구획한다. 구획 부재(6A, 6B)는 정해진 단면 형상을 가지며 축선(L1)을 따라서 연장되어 있다. 구획 부재(6A, 6B)의 축선 L1은 하우징(4)의 축선과 일치하도록 배치된다. 구획 부재(6A, 6B)의 축선 방향[즉, 축선(L1)이 연장되는 방향]은 중공사막(2)의 길이 방향과 대략 평행하게 되어, 소다발(3A, 3B, 3C, 3D)을 구획하는 방향과 직교한다. 이 구획 부재(6A, 6B)는 중공사막(2)의 길이 방향(즉, 축선 방향)으로 관통하는 관통부(21, 22, 23, 24, 26)를 갖는다. 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 구획 부재(6A, 6B)는 4개의 벽부(31, 32, 33, 34)를 갖는 십자 형상을 하고 있다. 벽부(31)는 소다발(3A)과 소다발(3B)을 구획한다. 벽부(32)는 소다발(3B)과 소다발(3C)을 구획한다.. 벽부(33)는 소다발(3C)과 소다발(3D)을 구획하고 있다. 벽부(34)는 소다발(3D)과 소다발(3A)을 구획하고 있다. 관통부(21)는 벽부(31)에 형성되어 있다. 관통부(22)는 벽부(32)에 형성되어 있다. 관통부(23)는 벽부(33)에 형성되어 있다. 관통부(24)는 벽부(34)에 형성되어 있다. 관통부(26)는 각 벽부(31~34)의 베이스 부분에 해당하는, 구획 부재(6A, 6B)의 중앙 위치[축선(L1)이 배치되는 위치]에 형성된다. 구획 부재(6A, 6B)의 소재에는 특별히 한정은 없고, 공지된 고분자 재료, 무기 재료, 금속 재료를 적합하게 이용할 수 있다. 예컨대, 중공사막 모듈을 구성하는, 고정제, 중공사막, 하우징 본체와 동일한 소재에서 선정하는 것이 바람직하다. 예컨대, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 실리콘 수지, 폴리불화비닐리덴, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리염화비닐, 폴리카보네이트, ABS 수지 등의 고분자 재료, 알루미나나 지르코니아 등의 무기 재료, 스테인리스 스틸이나 알루미늄 등의 금속 재료를 적용할 수 있다. 고정제와의 접착성이 좋고, 고정제에 대하여 박리 등의 이상을 생기게 하지 않는다고 하는 관점에서, 고정제와 동일한 소재로 하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 구획 부재의 표면은 고정제와의 접착력을 높이기 위해서, 조면 가공이 실시되더라도 좋다.

구체적으로, 벽부(31)는 서로 대향하는 한 쌍의 판 부재(31a, 31b)에 의해서 구성되어 있다. 판 부재(31a)와 판 부재(31b) 사이에 관통부(21)가 형성된다. 이 관통부(21)는 중공사막(2)의 길이 방향으로 관통하고, 외주 방향[판 부재(31a, 31b)의 선단측]에서 개구되어 있다. 벽부(32)는 서로 대향하는 한 쌍의 판 부재(32a, 32b)에 의해서 구성되어 있다. 판 부재(32a)와 판 부재(32b) 사이에 관통부(22)가 형성된다. 이 관통부(22)는 중공사막(2)의 길이 방향으로 관통하고, 외주 방향[판 부재(32a, 32b)의 선단측]에서 개구되어 있다. 벽부(33)는 서로 대향하는 한 쌍의 판 부재(33a, 33b)에 의해서 구성되어 있다. 판 부재(33a)와 판 부재(33b) 사이에 관통부(23)가 형성된다. 이 관통부(23)는 중공사막(2)의 길이 방향으로 관통하고, 외주 방향[판 부재(33a, 33b)의 선단측]에서 개구되어 있다. 벽부(34)는 서로 대향하는 한 쌍의 판 부재(34a, 34b)에 의해서 구성되어 있다. 판 부재(34a)와 판 부재(34b) 사이에 관통부(24)가 형성된다. 이 관통부(24)는 중공사막(2)의 길이 방향으로 관통하고, 외주 방향[판 부재(34a, 34b)의 선단측]에서 개구되어 있다. 관통부(26)는 각 판 부재의 연결 부분에 형성되어 있고, 중공사막(2)의 길이 방향으로 관통한다. 벽부(31, 32, 33, 34)는 각 소다발(3A, 3B, 3C, 3D) 간의 이격 거리를 충분히 확보하는 두께를 갖는다. 따라서, 하우징(4)의 공간(4C)에 있어서, 각 소다발(3A, 3B, 3C, 3D) 사이에는 충분한 간극(SP)이 형성된다.

도 2 및 도 3에 도시하는 구획 부재(6A, 6B)는 서로 평행하게 배치되는 평판(41, 42)과, 이 평판(41, 42)과 수직을 이루어 서로 평행하게 배치되는 평판(43, 44)을 각각의 중앙 위치에서 접합함으로써 구성되어 있다. 평판(41)은 판 부재(31a)와 판 부재(33a)를 구성한다. 평판(42)은 판 부재(31b)와 판 부재(33b)를 구성한다. 평판(43)은 판 부재(32a)와 판 부재(34a)를 구성한다. 평판(44)은 판 부재(32b)와 판 부재(34b)를 구성한다. 구획 부재(6A, 6B)는, 예컨대 평판(41, 42)의 중앙 위치에 슬릿을 형성하고, 평판(43, 44)의 중앙 위치에 슬릿을 형성하고, 각각의 슬릿을 맞대어 연결함으로써 구성할 수 있다. 혹은, 이러한 형상으로 절삭 가공함으로써 구획 부재(6A, 6B)를 구성하더라도 좋고, 이러한 형상으로 성형함으로써 구획 부재(6A, 6B)를 구성하더라도 좋다.

고정층(7A)은 하우징(4)의 하우징 본체부(11)의 한쪽의 단부를 밀봉한다. 고정층(7A)은 중공사막 다발(3)의 한쪽의 단부(3a)와 구획 부재(6A)를 내포하도록 형성된다. 고정층(7B)은 하우징(4)의 하우징 본체부(11)의 다른 쪽의 단부를 밀봉한다. 고정층(7B)은 중공사막 다발(3)의 다른 쪽의 단부(3b)와 구획 부재(6B)를 내포하도록 형성된다. 고정층(7A, 7B)의 재질은 특별히 제한은 없지만, 통상 이액 혼합형 경화성 수지나 열가소성 수지가 이용된다. 이액 혼합형 경화성 수지로서는, 반응성을 갖는 복수의 화합물을 혼합함으로써 경화하는 수지이며, 일반적으로 이액형 접착제(two-component adhesive), 이액형 주형제(two-component resin)라고도 일컬어지는 것으로, 주제와 경화제라고 호칭하는 이액을 사용할 때에 혼합하여 경화시키는 것이다. 예컨대, 반응성기로서 이소시아네이트를 함유하는 주제와 활성 수소 함유 유기 화합물을 함유하는 경화제로 이루어지는 우레탄 수지, 반응성기로서 에폭시기를 함유하는 주요제와 활성 수소 함유 유기 화합물이나 유기산 무수물을 함유하는 경화제로 이루어지는 에폭시 수지, 비닐기 함유 폴리실록산과 히드로실릴기 함유 폴리실록산으로 이루어지는 실리콘 수지 등이 적합하게 사용된다. 또한, 열가소성 수지로서는, 이 수지의 융점이 중공사막을 구성하는 폴리머의 융점보다 낮고, 또한 여과 대상 원수(原水)에 대하여 물리적 및 화학적으로 안정적인 수지가 바람직하다. 구체적으로는, 폴리우레탄이나 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 열가소성 수지나 왁스류 등을 들 수 있다. 고정층(7A, 7B)은 이들 재질에서 적어도 1 종류 이상으로 이루어진다. 고정층(7A, 7B)을 구성하는 고정제는 구획 부재(6A, 6B)의 관통부(21, 22, 23, 24, 26)에도 충전되어, 고정제 밀집부를 형성한다.

여기서, 고정제 밀집부란, 고정제와, 중공사막과, 구획 부재를 구비하는 고정층에서, 중공사막의 평균 밀도에 대하여, 중공사막의 밀도가 1/3 이하인 고정층의 요소 영역을 가리킨다. 고정제 밀집부는, 모듈 제조 공정의 고정제 충전 시에 완충 공간으로서 기능하여, 중공사막 다발의 좌굴을 억제한다는 관점에서, 바람직하게는 1/5 이하이며, 보다 바람직하게는 1/10 이하로 한다. 중공사막 다발의 평균 밀도 및 고정제의 밀도는 모듈 고정층의 단면에서 확인할 수 있다. 여기서 말하는 중공사막 다발의 평균 밀도란, 후에 상세하게 설명하는 실다발(絲束) 점유 단면적에 대한 각 중공사막 다발(예컨대, 소다발)의 점유 단면적의 합을 가리킨다.

고정층(7A, 7B)의 평균 두께에 대한 구획 부재(6A, 6B)의 평균 길이는, 고정제 덩어리를 구분함에 따른 고정층의 박리나 균열의 발생을 방지한다는 관점에서, 50% 이상인 것이 바람직하고, 65% 이상인 것이 보다 바람직하며, 80% 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 구획 부재는 고정층(7A, 7B)의 계면으로부터 돌출되어 있더라도 좋지만, 고정층 내에 완전히 들어가는 것이 바람직하다. 한편, 고정층(7A, 7B)의 평균 두께 및 구획 부재(6A, 6B)의 평균 길이는 모두 하우징(4)의 축선 방향의 치수를 가리킨다.

이상과 같이 구성된 중공사막 모듈(1)에서는, 처리하여야 할 유체가, 관부(14B)로부터 하우징(4)으로 유입되고, 중공사막(2) 내의 중공부를 경유하여, 중공사막(2) 안을 통과할 때에, 통과 성분과 비통과 성분이 분리되어 통과 성분은 공간(4C)을 경유하여, 관부(16A 및/또는 16B)로부터 취출된다. 비통과 성분은 관부(14A)로부터 유출되어, 다시 관부(14B)로 순환되더라도 좋다. 한편, 처리하여야 할 유체의 순환 방향은 반대라도 좋다. 혹은, 처리하여야 할 유체가 관부(16A)로부터 하우징(4)으로 유입되고, 이 공간(4C)을 경유하여, 중공사막(2) 안을 통과할 때에, 통과 성분과 비통과 성분의 분리가 이루어져 통과 성분은 상기 중공사막(2)의 중공부를 통과하여, 관부(14A 및/또는 14B)로부터 취출된다. 일부 비통과 성분은 관부(16B)로부터 유출되어, 다시 관부(16A)로 순환되더라도 좋다. 한편, 처리하여야 할 유체의 순환 방향은 반대라도 좋다.

이어서, 도 3~도 8을 참조하여, 본 실시형태에 따른 중공사막 모듈(1)의 제조 방법에 관해서 설명한다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 중공사막 모듈(1)의 제조 방법에 있어서는, 중공사막(2)의 다발을 정돈하는 공정부터 시작된다(단계 S10). S10의 공정에서는, 복수의 중공사막(2)을 묶음으로써 중공사막 다발(3)이 구성된다. 이 때, 도 3과 같이, 4개의 소다발(3A, 3B, 3C, 3D)로 나눠 두고서, 각각의 막 다발에 보호 부재(8)를 씌우더라도 좋다.

이어서, 중공사막 다발(3)을 구성하는 각 중공사막(2)을 눈먹임하는 공정이 행해진다(단계 S20). S20의 공정에서는, 각 중공사막(2)의 단부에 눈먹임재를 봉입한다. 눈먹임재는 예컨대 석고가 이용된다. 한편, 다발 정돈 공정 S10과 눈먹임 공정 S20의 순서를 역으로 하더라도 좋다.

이어서, 고정제로 밀봉하기 전의 유닛(50)의 조립이 이루어진다(단계 S30). 도 3 및 도 6에 도시하는 바와 같이, S30의 공정에서는, 하우징 본체부(11) 내에, 중공사막 다발(3) 및 구획 부재(6A, 6B)가 삽입된 유닛(50)이 조립된다. 유닛(50)의 상태에서는, 하우징 본체부(11)는, 고정제의 충전 후에 절단되는 절단대(11a, 11b)를 양단부에 갖는다. 또한, 유닛(50)은 하우징 본체부(11)의 양단부에 씌워지는 컵(51A, 51B)을 구비한다. 컵(51A, 51B)은 고정제를 하우징 본체부(11) 내에 유입시키기 위한 관부(51a)를 갖는다. 한편, 하우징 본체부(11)에 중공사막 다발(3) 및 구획 부재(6A, 6B)를 삽입할 때, 미리 4개의 소다발(3A, 3B, 3C, 3D)로 나눠진 상태에서 중공사막 다발(3)을 넣은 후, 구획 부재(6A, 6B)를 넣더라도 좋다. 혹은, 하나의 다발의 중공사막 다발(3)을 하우징 본체부(11) 내에 넣은 후, 구획 부재(6A, 6B)를 넣음으로써, 중공사막 다발(3)이 소다발(3A, 3B, 3C, 3D)로 나눠지더라도 좋다.

이어서, 유닛(50)의 양단부에 대한 고정제(고정제는 최종적으로 경화되어 고정층이 된다)의 충전이 행해진다(단계 S40). S40의 공정에서는, 도 5~도 7에 도시하는 바와 같이, 컵(51A, 51B)의 관부(51a)로부터, 유닛(50)의 하우징 본체부(11) 내에 고정제(BD)가 충전된다. 한편, 도 5는 도 6 및 도 7의 CL1선에 있어서의 단면을 도시하는 것이다. 도 6 및 도 7에는, 소다발(3A, 3D) 및 구획 부재(6A)에 있어서의 벽부(34) 부분만이 도시되고 있지만, 고정제(BD)의 흐름은 다른 소다발(3B, 3C) 및 다른 벽부(31, 32, 33)에 있어서도 마찬가지이며, 구획 부재(6B) 측에 있어서도 마찬가지이다. 한편, 도 5~도 7은 고정제(BD)의 흐름을 도시하기 위한 개략도이며, 중공사막(2), 컵(51A), 하우징 본체부(11), 구획 부재(6A) 등의 치수를 한정하는 것은 아니다. 관부(51a)로부터 충전된 고정제(BD)는 하우징 본체부(11)의 벽면과 중공사막 다발(3) 사이, 중공사막 다발(3)과 구획 부재(6A, 6B) 사이, 및 중공사막 다발(3)에 있어서의 중공사막(2)들 사이로 유입된다. 이때, 고정제(BD)는 구획 부재(6A, 6B)에 있어서의 관통부(21, 22, 23, 24, 26) 내에도 유입된다. 충전된 고정제(BD)는 하우징 본체부(11)의 단부에서, 경화 후에 고정층(7A, 7B)이 되는 층을 구성한다.

고정제(BD)는 원심력을 이용한, 소위 원심 주형법으로 충전될 수 있다. 유닛(50)은 수평으로 가로놓은 상태에서 원심 카세트에 부착되고, 수직축을 회전축으로 하여 수평면 위를 회전한다. 유닛(50)은 접착 대상이 되는 단부측이 원심 방향의 외측이 되도록 배치된다. 원심 카세트의 회전에 의한 원심력에 의해서 유동 상태에 있는 미경화 고정제(BD)가 탱크로부터 압출되고, 관부(51a)로부터 하우징 본체부(11)로 유입된다. 하우징 본체부(11)의 일단측에 고정층(7A)을 형성한 후, 타단측에도 같은 방법에 의해 고정층(7B)을 형성한다. 한편, 회전 중심을 유닛(50)의 중앙 위치에 설정하고, 유닛(50)의 양단측에 동시에 고정제(BD)를 충전하더라도 좋다. 또한, 정치(靜置) 하에서 고정제(BD)를 충전하여 경화시키는, 소위 정치 접착법을 채용하더라도 좋다. 고정제(BD)의 충전이 완료되면, 이 고정제(BD)층을 정치하여 경화시킴으로써 고정층(7A, 7B)이 형성된다.

그런데, 종래의 중공사막 모듈에서는, 관부(51a)로부터 주입된 고정제(BD)는, 컵(51A) 속에서, 중공사막(2)들 사이의 단부면 및 중공사막 다발(3)의 단부면과 컵(51A) 사이에서 충전되어 간다. 그러나, 이들 사이는 좁고, 고정제(BD)의 유입 저항이 크므로, 충전 완료까지 긴 시간을 필요로 한다. 그 결과, 관부(51a)로부터의 주입 속도와 이들의 좁은 공간에의 주입 속도 간의 밸런스가 맞지 않아[관부(51a)로부터의 주입 속도 쪽이 빨라], 종래의 중공사막 모듈은 도 10의 (b)에 도시하는 바와 같이, 고정제(BD)의 주입압에 의해서 중공사막 다발(3)이 밀려, 중공사막 다발(3)이 좌굴된다.

이에 대하여, 본 실시형태와 같이, 중공사막 다발(3)의 길이 방향으로 관통하는 관통부를 갖는 구획 부재를 사용한 경우에는, 도 5 및 도 6에 도시하는 바와 같이, 구획 부재(6A)의 관통부(21, 22, 23, 24, 26)를, 주입된 고정제(BD)의 주입압을 일시적으로 해소시키는, 소위 "완충 공간"으로서 활용할 수 있다(제1 완충 공간). 또한, 본 실시형태와 같이 한 쌍의 판 부재를, 대향 배치시킴에 의한 구획 부재를 사용한 경우에는, 관통부(21, 22, 23, 24)를 하우징 본체부(11)의 내벽과 중공사막 다발(3)의 외주부 사이의 넓은 공간(제2 완충 공간)과 연락하는 유로로서 기능시키는 것도 가능하게 한다. 즉, 구획 부재(6A)의 관통부는 자신이 완충 공간이 되고, 나아가서는 다른 완충 공간까지의 연락 유로가 된다. 더구나, 관통부는 판 부재로 둘러싸이기 때문에, 유로의 확실한 치수 설계가 가능하게 된다. 이에 따라, 고정제(BD)의 주입압을 효과적으로 완화시킬 수 있다. 구획 부재(6A)에 의해서 획득된 제1 및 제2 완충 공간은 일시적으로 고정제(DB)를 저류함으로써 관부(51a)로부터의 고정제(BD)의 빠른 주입을 흡수한다. 그리고, 일시적으로 저류한 고정제(BD)를, 중공사막 다발(3)과 구획 부재 사이, 및 중공사막 다발(3)에 있어서의 중공사막(2)들 사이에 무리 없이 긴 시간을 사용하여 주입하는 것을 가능하게 하기 때문에, 좌굴을 효과적으로 억제할 수 있다. 그 결과, 본 실시형태에 따른 중공사막 모듈(1)은 도 10의 (a)에 도시하는 바와 같이, 하우징의 축선 방향을 따라서 중공사막 다발(3)이 직선형으로 유지된다. 본 실시형태와 같이, 한 쌍의 판 부재를 대향 배치시킴에 의한 구획 부재는 자신이 완충 공간이 되고, 나아가서는 별도의 완충 공간까지의 연락 유로가 됨으로써, 간편하게 완충 공간을 크게 확보할 수 있고, 또한 좌굴을 효과적으로 억제한다는 관점에서 바람직하다. 또한 한 쌍의 판 부재를 십자형으로 배치시킴으로써, 중공사막 다발(3)을 하우징 내에 수납하는 스페이스도 크게 확보할 수 있게 되어, 보다 바람직하다.

도 7에 도시하는 바와 같이, 과잉 충전된 고정제(BD)는 하우징 본체부(11)의 측면에 형성된 관부(16A, 16B)로부터 오버플로우되어, 고정제(BD)의 계면이 관부(16A, 16B)의 내벽과 거의 같아진다.

그리고, 고정제(BD)가 경화되어 고정층(7A, 7B)이 형성되면, 구획 부재(6A, 6B)의 관통부(21, 22, 23, 24, 26)에는, 중공사막 다발(3)의 길이 방향을 따라서 고정층(7A, 7B)에 두께 전역에 걸쳐 고정제 밀집부가 형성된다.

이어서, 유닛(50) 양단부의 절단이 이루어진다(단계 S50). 유닛(50)의 단부를 절단함으로써, 중공사막(2)의 개구 단부(2a, 2b)를 형성한다. 구체적으로는, 도 7 및 도 8에 도시하는 바와 같이, 절단 후의 작업성 향상의 관점에서 CL1로 나타내어지는 부분에서 절단이 행해진다. 이에 따라, 컵(51A, 51B), 하우징 본체부(11)의 절단대(11a, 11b), 눈먹임재가 봉입되어 있는 중공사막(2)의 단부(눈먹임재에 의해서 눈먹임되어 있는 부분), 구획 부재(6A, 6B)의 단부가 제거된다. 또한, 모듈의 치수 안정성 관점에서 절단을 CL2로 나타내어지는 부분에서 행하더라도 좋다. 그 경우에는, 컵(51A, 51B), 중공사막(2)의 단부(눈먹임재에 의해서 눈먹임되어 있는 부분), 구획 부재(6A, 6B)의 단부가 제거된다.

이어서, 캡(12A, 12B) 및 고정구(13A, 13B)의 부착이 이루어진다(단계 S60). S60의 공정이 종료되면, 도 4에 나타내는 공정이 종료되어, 중공사막 모듈(1)이 완성된다.

이와 같이 하여 제조되는 중공사막 모듈(1)은 중공사막의 단사 형태에서의 동적 흡착 용량에 대한 모듈 형태에서의 동적 흡착 용량의 비가 90% 이상 100% 이하가 되도록 제조된다.

또한, 이와 같이 하여 제조되는 중공사막 모듈(1)은 하우징 본체부(11)의 용적에 대한 중공사막 다발(3)의 점유 체적인 체적 충전율을 30% 이상 70% 미만으로 한다. 체적 충전율의 하한치는 바람직하게는 40% 이상, 보다 바람직하게는 50% 이상, 더욱 더 바람직하게는 55% 이상으로 한다. 또한, 체적 충전율의 상한치는 바람직하게는 70% 미만, 보다 바람직하게는 68% 미만으로 한다. 즉, 가장 바람직하게는 55% 이상 68% 미만으로 한다.

체적 충전율의 산출 방법을 자세히 설명하면, 완성된 중공사막 모듈(1)에 있어서, 하우징 본체부(11)의 내용적을 Vh로 하고, 중공사막 다발(3)의 체적을 Vf라고 하면, 체적 충전율 Rv는 식 (1)로 표현된다.

Rv=Vf/Vh (1)

중공사막 다발(3)의 체적 Vf는 식 (2)로 표현된다.

Vf=(Do/2)²×π× L'×n (2)

Do는 중공사막(2)의 평균 외경, L'은 중공사막(2)의 평균 유효 길이, n은 하우징(4)에 충전된 중공사막(2)의 충전 개수이다.

하우징 본체부(11)의 내용적 Vh는 식 (3)으로 표현된다.

Vh=(Dh/2)²×π×L (3)

Dh는 하우징 본체부(11)의 평균 내경, L은 중공사막 모듈(1)에 있어서의 고정층(7A, 7B)의 계면 사이 거리이다.

체적 충전율 Rv는, 중공사막 모듈(1)을 해체하여, 중공사막(2)의 충전 개수 n, 중공사막(2)의 평균 유효 길이 L', 중공사막(2)의 평균 외경 Do, 하우징 본체부(11)의 평균 내경 Dh, 고정층(7A, 7B)의 계면 사이 거리 L을 실측함으로써 산출된다. 중공사막 모듈(1)을 해체하여, 고정층(7A, 7B)의 계면으로부터 중공사막 다발(3)을 잘라내어, 충전 개수 n을 카운트한다. 충전 개수 n의 10%에 상당하는 개수를 중공사막 다발(3)의 전역에서 균등하게 샘플링하여, 각각의 길이 및 외경을 측정하고, 평균치를 산출하여, 평균 유효 길이 L' 및 평균 외경 Do를 구하고, 상기 식 (2)로부터 중공사막 다발(3)의 체적 Vf를 구한다. 한편, 해체한 하우징 본체부(11)로부터 하우징의 평균 내경 Dh 및 고정층(7A, 7B)의 계면 사이 거리 L을 실측하여, 식 (3)으로부터 하우징 본체부(11)의 내용적 Vh를 구한다.

여기서, 도 9 및 도 10을 참조하여, 체적 충전율에 관해서 더욱 자세히 설명한다. 도 9에 있어서, 횡축은 하우징 본체부(11)의 용적에 대한 중공사막 다발(3)의 점유 체적을 나타내는 체적 충전율[%]이며, 종축은 모듈 형태에서의 중공사막(2)의 단위 막체적[mL]당 흡착 대상물의 흡착량[mg]을 나타내는 흡착 용량[mg/mL]이다.

도 9에 나타내는 바와 같이, 흡착막 타입의 중공사막(2)을 이용한 중공사막 모듈(1)은, 체적 충전율이 작은 동안은, 체적 충전율의 증감에 상관없이, 모듈 형태에서의 동적 흡착 용량이 거의 일정하게 되어, 높은 스케일러빌리티가 확보된다. 그러나, 체적 충전율이 정해진 값을 넘으면, 체적 충전율이 증가함에 따라서 모듈 형태에서의 동적 흡착 용량이 저하되기 때문에, 높은 스케일러빌리티가 확보되지 않게 된다. 본 발명자들이 체적 충전율과 모듈 형태에서의 동적 흡착 용량 간의 관계에 관해서 연구한 바, 체적 충전율이 70% 미만이면, 모듈 형태에서의 동적 흡착 용량이 거의 일정하게 유지될 수 있음을 알 수 있었다. 한편, 체적 충전율을 30% 미만으로 하면, 하우징 사이즈에 대하여 충전되는 중공사막의 총 체적이 작아짐으로써, 설치 면적에 대한 모듈의 흡착 처리 능력이 저하되어, 처리 효율이 저하된다.

그래서, 하우징 본체부(11)에 대한 중공사막(2)의 체적 충전율을 30% 이상 70% 미만으로 함으로써, 흡착 처리 능력을 확보하면서, 모듈 형태에서의 동적 흡착 용량을 거의 일정하게(즉, 단사 형태에서의 동적 흡착 용량과 거의 같게) 유지할 수 있다. 소형 사이즈로부터 대형 사이즈에 이를 때까지 모듈의 사이즈에 상관없이, 항상 단사의 동적 흡착 용량과 동일한 동적 흡착 용량이 모듈 형태로 발휘되기 때문에, 상이한 사이즈의 모듈 사이에서 높은 스케일러빌리티를 확보할 수 있다.

그런데, 도 10의 (b)에 도시하는 바와 같이, 고정제(BD)의 주입압에 의해서 중공사막 다발(3)이 눌리면, 좌굴된다. 체적 충전율을 30% 이상 70% 미만이 되도록 설계하더라도, 중공사막 다발(3)의 좌굴이 커지면, 체적 충전율이 설계치보다 커져 버린다.

체적 충전율의 설계치와 제조 후의 값 사이의 괴리를 좌굴의 정도(좌굴율)로 평가한다. 상세한 것은 후술하지만, 체적 충전율을 Rv, 이론 체적 충전율을 Rv0으로 한 경우에, 좌굴율 W를 식 (4)로 정의한다.

W= Rv/Rv0 (4)

이론 체적 충전율 Rv0란, 좌굴이 전혀 없는(즉, 중공사막 모듈에 충전된 모든 중공사막(2)이 고정층 사이에서 직선형으로 배치된) 상태의 체적 충전율로, 전술한 중공사막 다발(3)의 체적을 구하는 식 (2)에 있어서, 중공사막(2)의 평균 유효길이 L'에, 중공사막 모듈(1)에서의 고정층(7A, 7B)의 계면 사이 거리 L을 대입했을 때의 체적 충전율이다. 좌굴율은 100% 이상의 수치 범위가 된다. 또한, 120% 이하인 것이 바람직하고, 110% 이하인 것이 보다 바람직하고, 105% 이하인 것이 더욱 바람직하다.

좌굴에 의해서 체적 충전율이 이론 체적 충전율에서 크게 벗어나, 과도한 체적 충전율로 된 경우, 전술한 바와 같이, 중공사막 다발(3)에 있어서 막간 차압의 불균일이 발생하여, 모듈 내 모든 중공사막(2)이 전역에 걸쳐 균등하게 분리 처리에 쓰여야 하지만, 국소적으로 과도한 처리액이 흐르기 때문에, 각 중공사막(2)에 있어서 흡착 파과가 시작되는 타이밍에 차가 생긴다.

흡착막에서는, 흡착 처리의 진행과 함께 다공질막 내에 저류하여 농축되는 흡착 대상물의 양이 점차로 늘어나, 그대로 흡착 처리를 계속하면, 이윽고 막의 투과측에의 흡착 대상물의 누설, 즉 흡착 파과가 시작된다. 그 때문에, 흡착막에서는 흡착 파과가 발생하기 전에 흡착 처리를 종료시킬 필요가 있다.

이 때문에, 흡착 파과가 시작되는 타이밍에 차가 생기면, 아직 흡착 가능한 상태의 부분이 남아 있더라도, 중공사막 모듈(1) 전체로서의 기능이 종료되어, 처리액의 품질이 저하된다.

이에 대하여, 본 실시형태에 따른 중공사막 모듈(1)은 중공사막(2)의 길이 방향으로 관통하는 관통부(21, 22, 23, 24, 26)를 갖는 구획 부재(6A, 6B)가 중공사막 다발(3)의 소다발(3A, 3B, 3C, 3D)을 구획하도록 배치되어 있다. 구획 부재(6A, 6B)에 의해 형성되는 관통부(21, 22, 23, 24, 26)는 고정제(BD)를 충전할 때의 완충 공간 및 유로로서 기능하게 하여, 중공사막 다발(3)의 단부에 대하여 작용하는 하중을 작게 할 수 있고, 도 10의 (a)에 도시하는 바와 같이, 중공사막 다발(3)의 좌굴을 억제할 수 있다. 이 때문에, 체적 충전율이 상정 이상으로 과대하게 되는 것이 억제되어, 중공사막(2)에 생기는 흡착 파과가 시작되는 타이밍의 차도 해소되기 때문에, 높은 스케일러빌리티를 확보할 수 있다.

또한, 이와 같이 하여 제조되는 중공사막 모듈(1)은 중공사막 다발(3)의 점유 단면적(실다발 점유 단면적 Sf)에 대한 고정제 밀집부의 단면적(고정제 밀집부 단면적 Sb)인 고정제 밀집부 비율 Rb를 3% 이상 60% 미만으로 한다. 고정제 밀집부 비율 Rb는 식 (5)로 표현된다.

Rb=Sb/Sf (5)

고정제 밀집부 비율 Rb의 하한치는 보다 바람직하게는 4% 이상으로 하고, 더욱 바람직하게는 7% 이상으로 하며, 고정제 밀집부 비율 Rb의 상한치는 보다 바람직하게는 50% 미만으로 하고, 더욱 바람직하게는 30% 미만으로 한다. 즉, 7% 이상 30% 미만으로 하는 것이 가장 바람직하다.

실다발 점유 단면적이란, 중공사막 다발(3)의 점유 단면적으로서, 중공사막 다발(3)을 구성하는 모든 소다발(3A, 3B, 3C, 3D)의 대략 외접원이 차지하는 단면적이다.

고정제 밀집부 단면적 Sb란, 중공사막 다발(3)의 점유 단면적에 포함되는 부분 중, 고정제가 빽빽하게 충전되어 있는 부분(고정제 밀집부)의 단면적이다. 도 2의 경우를 일례로서 설명하면, 실다발 점유 단면적 Sf는 소다발(3A, 3B, 3C, 3D)과, 구획 부재(6A, 6B)의 벽부(31, 32, 33, 34)와, 구획 부재(6A, 6B)의 관통부(21, 22, 23, 24, 26)를 합한 단면적이 되고, 고정제 밀집부 단면적 Sb은 구획 부재(6A, 6B)의 관통부(21, 22, 23, 24, 26)의 단면적이 된다. 여기서, 구획 부재를 구비하지 않고, 중공사막 다발(3)을 소다발로 하여, 이 소다발 사이에 간극을 형성하여 고정제를 충전하는 경우에는, 고정제 밀집부 단면적 Sb는 실다발 점유 단면적에 포함되는 단면적 중, 소다발 사이의 간극에 고정제가 충전되는 모든 부분의 단면적이 된다.

이와 같이, 고정제 밀집부 비율 Rb를 3% 이상 60% 미만으로 함으로써, 좌굴의 억제 제어가 가능하게 되어, 체적 충전율을 용이하게 30% 이상 70% 미만으로 할 수 있다.

고정제 밀집부 비율 Rb를 산출할 때, 고정층에서, 구획 부재와 고정제의 경계를 확인함으로써, 치수를 실측하여, 고정제 밀집부 비율을 산출하는 것이 가능하게 된다. 구획 부재와 고정제의 경계의 확인은 도 16에 나타내는 스킴에 따른다.

도 16에 나타내는 바와 같이, 구획 부재와 고정제의 경계 확인의 스킴은, 우선 중공사막 다발이 구획되어 있는지 여부를 판정한다(단계 S1). 그리고, 중공사막 다발이 구획되어 있지 않다고 판정하면(단계 S1: NO), 구획 부재가 없다고 판단한다(단계 S5). 한편, 중공사막 다발이 구획되어 있다고 판정하면(단계 S1: YES), 이어서, 모듈 단부면에서 구획 부재가 보이는지 여부를 판정한다(단계 S2). 그리고, 모듈 단부면에서 구획 부재가 보인다고 판정하면(단계 S2: YES), 구획 부재가 있다고 판정한다(단계 S6). 한편, 모듈 단부면에서 구획 부재가 보이지 않는다고 판정하면(단계 S2: NO), 이어서, 고정층 매설부에서 구획 부재가 보이는지 여부를 판정한다(단계 S3). 단계 S3은 예컨대 고정층을 얇게 슬라이스한 슬라이스편의 색의 차이로 판정할 수 있다. 그리고, 고정층 매설부에서 구획 부재가 보인다고 판정하면(단계 S3: YES), 구획 부재가 있다고 판정한다(단계 S6). 한편, 고정층 매설부에서 구획 부재가 보이지 않는다고 판정하면(단계 S3: NO), 이어서, 고정층 슬라이스편이 고정제와 구획 부재 간의 계면에서 갈라져 있는지 여부를 판정한다(단계 S4). 그리고, 고정층 슬라이스편이 고정제와 구획 부재 간의 계면에서 갈라져 있다고 판정하면(단계 S4: YES), 구획 부재가 있다고 판정한다(단계 S6). 한편, 고정층 슬라이스편이 고정제와 구획 부재 간의 계면에서 갈라지지 않았다고 판정하면(단계 S4: NO), 구획 부재가 없다고 판단한다(단계 S5). 이와 같이 하여, 구획 부재와 고정제의 경계를 확인한다.

유지하여야 할 상기 소다발로 된 상태는, 소다발 내부의 중공사막이 어느 한 외주부로부터 바람직하게는 중공사막의 외경의 12배 이내, 보다 바람직하게는 10배 이내의 위치에 배치된 상태이다. 예컨대, 중공사막의 외경이 3 mm로 된 경우, 어느 한 외주부로부터 바람직하게는 36 mm 이내, 보다 바람직하게는 30 mm 이내의 위치에 배치된 상태이다. 이러한 상태라면 소다발의 단면 형상에는 특별히 제약은 없고, 부채형, 원형, 삼각형, 사각형, 육각형 등의 기하학 형상 및 이들 기하학 형상의 조합을 이용할 수 있다. 또한, 가장 근접하는 중공사막들 사이의 거리가 바람직하게는 1 mm 이상 30 mm 이하, 보다 바람직하게는 3 mm 이상 20 mm 이하이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 따른 중공사막 모듈(1)에 의하면, 하우징 본체부(11)에 대한 중공사막(2)의 체적 충전율을 30% 이상 70% 미만으로 함으로써 처리 능력을 확보하면서, 모듈 형태에서의 동적 흡착 용량을 거의 일정하게 유지할 수 있기 때문에, 높고 안정된 스케일러빌리티를 확보할 수 있다.

특히, 이 중공사막 모듈(1)을 바이오 용도의 분리 정제에 사용한 경우에도, 원하는 능력으로 충분한 정밀도로 행할 수 있다.

또한, 중공사막 모듈(1)을 제조할 때는, 중공사막(2)과 하우징 본체부(11)를 구비하는 유닛(50)의 단부에 고정제(BD)를 충전함으로써 고정층(7A, 7B)을 형성하는데, 관통부(21, 22, 23, 24, 26)를 형성하는 구획 부재(6A, 6B)로 중공사막 다발(3)의 소다발(3A, 3B, 3C, 3D)을 구획함으로써, 관통부(21, 22, 23, 24, 26)를 고정제(BD)의 유로로서 기능하게 할 수 있다. 이에 따라, 중공사막 다발(3)의 단부에 대하여 작용하는 하중이 작아져, 중공사막 다발(3)의 좌굴이 억제되기 때문에, 통체에 대한 중공사막의 체적 충전율이 설계치로부터 크게 벗어나는 것을 억제하여, 높은 스케일러빌리티를 유지할 수 있고, 체적 충전율의 불균일에 의한 중공사막 모듈 기능이 저하되어 처리액의 품질이 저하되는 것을 억제할 수 있다.

또한, 구획 부재(6A, 6B)에 의해, 고정제의 덩어리가 분할된 소다발(3A, 3B, 3C, 3D)로 구분된다. 고정층(7A, 7B)를 형성하는 고정제는 경화 시에 발열하여, 고정제의 덩어리가 클수록 경화 발열량이 커지기 때문에, 냉각 수축도 커진다. 그래서, 이와 같이 고정제의 덩어리를 구분함으로써, 고정제 덩어리 하나당 경화 발열량이 작아져, 냉각 수축이 억제되기 때문에, 고정층(7A, 7B)의 박리나 균열의 발생을 방지할 수 있다.

본 발명은 전술한 실시형태에 한정되는 것이 아니다. 예컨대, 상기 실시형태에서는, 소다발(3A, 3B, 3C, 3D)로 분할된 중공사막 다발(3)과, 구획 부재(6A, 6B)와, 고정층(7A, 7B)을 구비하는 중공사막 모듈(1)을 일례로 하여 설명했지만, 중공사막 모듈은 통체의 용적에 대한 중공사막의 점유 체적인 체적 충전율이 30% 이상 70% 미만이라면, 어떠한 구성이라도 좋다.

예컨대, 도 11의 (a)에 도시하는 중공사막 모듈과 같이, 복수개의 중공사막(2)으로 구성되는 중공사막 다발(3)을 소다발로 분할하지 않은 상태에서 하우징 본체부에 삽입하여, 중공사막 다발(3) 주위에 고정층(7)을 형성하는 것으로 하더라도 좋다.

또한, 고정층은 중공사막의 길이 방향을 따라서 고정층의 두께 전역에 걸쳐 연장되는 고정제 밀집부가 형성되어 있으면 되며, 반드시 구획 부재를 설치하지 않더라도 좋다. 예컨대, 중공사막 다발의 중심축 부근에 중공사막의 길이 방향을 따라서 고정층의 두께 전역에 걸쳐 연장되는 파이프 부재를 배치시켜, 이 파이프 부재의 파이프 내부를 "완충 공간"으로 하여, 고정제를 충전하여 고정층을 형성하는 것으로 하더라도 좋다. 또한, 도 11의 (b)에 도시하는 중공사막 모듈과 같이, 복수개의 중공사막(2)으로 구성되는 중공사막 다발(3)을 복수의 소다발로 분할하여, 간격을 두고 각 소다발을 배치시키거나, 혹은 소다발의 일부끼리 접촉시켜 각 소다발을 배치시키고, 소다발 사이의 간격을 "완충 공간"으로 하여, 소다발에 고정층(7)을 형성하는 것으로 하더라도 좋다. 도 11의 (b)에 도시하는 중공사막 모듈은 예컨대 도 12에 도시하는 방법으로 제조될 수 있다.

우선, 도 12의 (a)에 도시하는 바와 같이, 단부가 막힌 복수의 중공사막(2)이 다발로 정돈된 소다발의 중공사막 다발(3)을 복수개 준비한다. 그리고, 하우징 본체부 내에, 각 중공사막 다발(3)이 간격을 두고 배치되도록 각 중공사막 다발(3) 사이에 가늘고 긴 스트로우형의 고정제 주입 부재(81)를 배치하여, 유닛을 조립한다. 그렇게 하면, 고정제 주입 부재(81)에 의해, 고정층(7)이 형성되는 중공사막(2)의 단부가 중공사막 다발(3)의 길이 방향으로 관통한다.

이어서, 도 12의 (b)에 도시하는 바와 같이, 유닛의 양단부로부터 고정제를 충전한다. 그렇게 하면, 고정제 주입 부재(81)의 관통부가 고정제의 유로로서 기능하기 때문에, 충전된 고정제는 고정제 주입 부재(81)의 관통부로부터 하우징 본체부 내로 유입된다. 그리고, 고정제가 경화됨으로써, 중공사막 다발(3)을 하우징 본체부에 고정하는 고정층(7)이 형성된다. 이에 따라, 각 소다발이 간격을 두고 배치되어, 이 소다발 사이에 형성되는 고정층(7)에, 중공사막(2)의 길이 방향 전역에 걸쳐 연장되는 고정제 밀집부가 형성된다.

이어서, 도 12의 (c)에 도시하는 바와 같이, 유닛의 양단부를 절단함으로써, 중공사막(2)의 필러를 제거하여 중공사막(2)의 단부를 개구시킨다. 도 12의 (c)에서는, 유닛 양단부의 절단 시에, 절단 조각과 함께 고정제 주입 부재(81)가 제거되기 때문에, 절단면에는 고정제 주입 부재(81)가 남지 않지만, 긴 고정제 주입 부재(81)를 이용한 경우는, 고정제 주입 부재(81)가 절단면에 남는 경우도 있다. 그리고, 이 유닛에 캡을 부착함으로써, 도 11의 (b)에 도시하는 중공사막 모듈의 제조가 종료된다.

또한, 구획 부재로서, 판 부재로 구성된 것뿐만 아니라, 중공사막(2)의 길이 방향으로 관통하는 관통부를 갖는 것이라면, 어떠한 구성을 채용하더라도 좋다. 예컨대, 도 13의 (a)에 도시하는 중공사막 모듈의 구획 부재(71)와 같이, 중공사막 다발(3)의 길이 방향으로 관통하는 관통부가 형성된 원통 부재를 복수개 연결하여, 전체적으로 십자형으로 한 것이라도 좋다. 또한, 도 13의 (b)에 도시하는 중공사막 모듈의 구획 부재(72)와 같이, 복수의 네트를 일정 간격으로 이격시켜 대향 배치하고, 이 복수의 네트를 교차시켜 십자형으로 한 것이라도 좋다. 또한, 도 13의 (c)에 도시하는 중공사막 모듈의 구획 부재(73)와 같이, 골판지의 단면 구성과 같이 네트(또는 판 부재)로 둘러싸인 내부 영역에 물결치는 평판을 배치한 것을 교차시켜 십자형으로 한 것이라도 좋다.

또한, 구획 부재는 십자형에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형상을 채용할 수 있다. 예컨대, 도 14의 (a)에 도시하는 중공사막 모듈의 구획 부재(74)와 같이, 한 쌍의 대향 배치된 판 부재를 가로로 3조, 세로로 1조 배치함으로써, 중공사막 다발(3)의 소다발을 8개로 구획하더라도 좋다.

또한, 중공사막 다발(3)을 구획하는 수단은 구획 부재에 한정되는 것이 아니라, 예컨대, 도 14의 (b)에 도시하는 바와 같이, 분할 네트(76)로 중공사막 다발(3)을 분할시키더라도 좋다. 이와 같이, 분할 네트(76)에 의해 중공사막 다발(3)을 분할함으로써, 중공사막 다발(3)을 더욱 작은 다발로 할 수 있다.

또한, 도 15의 (a)에 도시하는 바와 같이, 구획 부재(78)를, 1장의 평판을 십자형으로 교차시킨 것으로 하여, 관통부를 형성하지 않는 것으로 하더라도 좋다. 또한, 도 15의 (b)에 도시하는 바와 같이, 구획 부재 대신에 작은 다발로 된 중공사막 다발(3)들 사이에 블록형 스페이서(77)를 배치시킴으로써, 중공사막 다발(3)을 완전히 구획하지 않더라도, 중공사막 다발(3)들 사이에 고정제를 유입시켜 고정층(7)을 형성할 수 있다.

또한, 구획 부재는 고정제 충전 시에, 고정제의 주입압을 해소할 수 있는 완충 공간을 갖고 있으면 어떠한 구조라도 좋다.

이 경우, 구획 부재는, 또한 중공사막 다발(3)의 외주부와, 하우징 본체부(11)의 내벽측 사이의 공간(제2 완충 공간)까지 고정제를 유도하는 유로를 갖는 구조라면, 보다 바람직하다.

예컨대, 길이 방향으로 관통하는 관통부를 갖는 구획 부재에 있어서, 관통부의 구획 부재 축방향의 한쪽 단부, 및 관통부의 측면부(유닛을 조립했을 때에, 하우징 본체부와 대향하는 부분)는 적어도 공기가 빠질 정도 크기의 구멍이 적어도 하나 있으면, 막혀 있더라도 좋다.

예컨대, 구획 부재(6A, 6B)의 관통부의 한쪽 단부가 작은 구멍이 뚫린 덮개에 의해 막히고, 구획 부재(6A, 6B)의 관통부의 측면부가 구멍이 없는 덮개에 의해 완전히 막힌 구조로 할 수 있다. 이 경우, 덮개가 씌워진 한쪽 단부는 고정층의 계면측에 배치된다. 덮개가 씌워지지 않고 개방되어 있는 다른 쪽의 단부는 고정제가 유입되는 개구부가 되어, 고정제 밀집부를 형성하는 공간, 즉 완충 공간으로서 기능한다. 이에 따라, 좌굴을 억제할 수 있게 된다. 이때, 덮개에 형성된 작은 구멍으로부터 공기가 빠져나갈 수 있기 때문에, 고정제의 관통부에의 충전이 가능하게 된다.

또한, 구획 부재(6A, 6B)의 관통부의 한쪽 단부가 구멍이 없는 덮개에 의해 완전히 막히고, 구획 부재(6A, 6B)의 관통부의 측면부가 작은 구멍이 뚫린 덮개에 의해 막힌 구조로 할 수 있다. 이 경우, 작은 구멍이 덮개가 씌워진 한쪽 단부 부근에 형성되고, 이 덮개가 씌워진 한쪽의 단부가 고정층의 계면측에 배치된다. 그리고, 상기와 마찬가지로, 고정제의 충전이 가능하게 되기 때문에, 좌굴을 억제할 수 있게 된다.

또한, 한 쌍의 판 부재가 대향 배치된 구획 부재에 있어서, 쌍을 이루는 판 부재들이 축 방향 및/또는 축과 수직 방향에 대하여 평행 배치가 아니라도 좋다. 이 경우, 실의 충전 개수가 많이 생기므로, 한 쌍의 판 부재를 평행하게 배치하는 것이 바람직하다.

또한, 예컨대, 특허문헌 2와 같은, 중공사막 다발의 한쪽 끝만이 개방되고 반대 끝이 폐색된 형태 등의 공지된 중공사막 모듈 기술에 응용하는 것이 가능하다.

실시예

이어서, 본 발명의 실시예 및 비교예에 관해서 설명한다. 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것이 아니다.

[평가 방법 1] 모듈 해체에 의한 중공사막과 하우징의 치수 확인 방법

다음의 순서로 중공사막 모듈(1)을 해체하여, 개수와 치수를 실측함으로써, 「중공사막의 충전 개수 n」과, 「중공사막의 평균 유효 길이 L'」과, 「중공사막의 평균 내경 Di」 및 「중공사막의 평균 외경 Do」과, 「하우징의 평균 내경 Dh」과, 「고정층의 계면 사이 거리 L」을 얻었다.

첫째로, 「중공사막의 충전 개수 n」을 확인했다. 우선 중공사막 모듈을 주의 깊게 해체하고, 이어서 고정층의 계면에서 중공사막 다발을 잘라내고, 그리고 중공사막 다발을 채취했다. 마지막으로 이 중공사막 다발을 구성하는 중공사막의 개수를 카운트함으로써, 「중공사막의 충전 개수 n」을 얻었다.

둘째로, 채취한 중공사막으로부터 「중공사막의 평균 유효 길이 L'」과, 「중공사막의 평균 내경 Di」 및 「중공사막의 평균 외경 Do」을 확인했다. 우선, 채취한 중공사막 다발 전체에서 남김없이 10%에 상당하는 개수의 중공사막을 대표 샘플로서 확보했다. 이어서, 확보한 대표 샘플의 1개 1개의 중공사막의 길이, 내경, 외경을 측정했다. 그리고 측정한 길이, 내경, 외경으로부터 각각의 평균치를 구함으로써, 「중공사막의 평균 유효 길이 L'」과, 「중공사막의 평균 내경 Di」 및 「중공사막의 평균 외경 Do」을 얻었다. 한편, 중공사막의 내경 및 외경의 측정에는 Nikon사 제조 MEASURING MICROSCOPE MM-40를 이용했다.

셋째로, 해체한 하우징 본체부로부터 「하우징의 평균 내경 Dh」과 「고정층의 계면 사이 거리 L」을 확인했다. 중공사막 다발을 잘라낸 후의 모듈로부터 여러 군데의 치수를 측정하여 그 평균치로부터 「하우징의 평균 내경 Dh」과 「고정층의 계면 사이 거리 L」을 얻었다.

[평가 방법 2] 중공사막 다발의 체적 충전율의 산출

「중공사막 다발의 체적 충전율 Rv」는 「중공사막 다발의 체적 Vf」 및 「하우징 내용적 Vh」로부터 구했다.

「중공사막 다발의 체적 Vf」는 평가 방법 1로부터 얻은 n, Do, L'를 식 (6)에 대입함으로써 구했다. 「하우징 내용적 Vh」는 평가 방법 1로부터 얻은 Dh, L을 식 (7)에 대입함으로써 구했다.

Vf=(Do/2)²×π×L'×n (6)

Vh=(Dh/2)²×π×L (7)

「중공사막의 체적 충전율 Rv」는 식 (6) 및 식 (7)로부터 구해지는 「중공사막 다발의 체적 Vf」 및 「하우징 내용적 Vh」를 식 (8)에 대입함으로써 구했다.

Rv=Vf/Vh (8)

[평가 방법 3] 중공사막의 좌굴율의 산출

중공사막의 좌굴 정도를 나타내는 「좌굴율 W」는 체적 충전율 Rv와 이론 체적 충전율 Rv0을 이용하여 식 (9)로부터 구했다.

W=Rv/Rv0 (9)

이론 체적 충전율 Rv0이란, 좌굴이 전혀 없는(즉, 중공사막 모듈에 충전된 모든 중공사막이 고정층 사이에서 직선형으로 배치된) 상태의 충전율이다. 이 이론 체적 충전율에 있을 때의 중공사막 다발의 체적 Vf0로 하면, Vf0은 고정층의 평가 방법 1로부터 얻은 계면 사이 거리 L을 이용하여 식 (10)으로 표현할 수 있다.

Vf0=(Do/2)²×π×L×n (10)

「좌굴율 W」는 식 (8) 및 식 (10)을 식 (9)에 대입함으로써 구했다. 또한, 식 (9)를 전개하면, 좌굴율 W는 식 (11)과 같이 간소화할 수 있다.

W=L'/L (11)

[평가 방법 4] 흡착막 모듈에 충전된 중공사막 체적의 산출

「중공사막 모듈에 충전된 중공사막 체적 Vmm」은 평가 방법 1로부터 얻은 n, Di, Do, L'을 식 (12)에 대입함으로써 구했다. 한편, 중공사막의 경우에는, 흡착에 기여하는 부분의 막체적으로서, 중공사막의 원환 체적을 이용하는 것이 적당하다. 중공사막 체적 Vmm은 원환 단면적×평균 유효 길이×충전 개수가 되며, 식 (12)로 표현된다.

Vmm={(Do/2)²-(Di/2)²}×π×L'×n (12)

[평가 방법 5] 고정층의 고정제 밀집부 비율의 산출

고정층의 고정제 밀집부 비율 Rb란, 중공사막 다발의 점유 단면적(실다발 점유 단면적 Smb)에 대한 고정제 밀집부의 단면적(고정제 밀집부 단면적 Sb)으로서, 식 (13)으로 정의한다.

Rb=Sb/Smb (13)

「실다발 점유 단면적 Smb」란, 중공사막 다발 전체가 둘러싸는 영역의 단면적을 가리킨다. 예컨대 중공사막이 복수의 소다발로 분할되어 있는 경우에는, 모든 소다발을 포함하는 최소의 대략 외접원이 차지하는 단면적을 가리킨다. 「고정제 밀집부 단면적 Sb」란, 중공사막 다발의 점유 단면적에 포함되는 부분 중, 고정제가 충전되는 부분의 단면적이다.

예컨대, 도 2의 경우에서 「실다발 점유 단면적 Smb」와 「고정제 밀집부 단면적 Sb」를 설명한다. 「실다발 점유 단면적 Smb」는 소다발(3A, 3B, 3C, 3D)과, 구획 부재(6A, 6B)의 벽부(31, 32, 33, 34)와, 구획 부재(6A, 6B)의 관통부(21, 22, 23, 24, 26)를 합한 단면적이다. 「고정제 밀집부 단면적 Sb」는 구획 부재(6A, 6B)의 관통부(21, 22, 23, 24, 26)의 단면적이다.

또한, 도 2와는 별도의 예로서, 구획 부재를 구비하지 않고, 중공사막 다발(3)을 소다발로 하고, 이 소다발 사이에 간극을 형성하여 고정제를 충전하는 경우로 「실다발 점유 단면적 Smb」와 「고정제 밀집부 단면적 Sb」를 설명한다. 고정제 밀집부 단면적은 실다발 점유 단면적에 포함되는 단면적 중, 소다발 사이의 간극에 고정제가 충전되는 모든 부분의 단면적이 된다.

고정제 밀집부를 산출할 때, 고정층에서, 구획 부재와 고정제의 경계를 확인함으로써 치수를 실측하여, 고정제 밀집부를 산출하는 것이 가능하게 된다. 구획 부재와 고정제의 경계의 확인은 전술한 바와 같이 도 16에 나타내는 스킴에 따른다.

[평가 방법 6] 흡착 성능 측정용 용액의 조정 방법

피흡착 물질로서는 지표 단백질을 이용했다. 정제 장치의 성능을 나타내기 위해서 가장 알맞은 단백질을 이용하는 것이 바람직하고, 일반적으로 이용되는 단백질로서는 BSA(소 혈청 알부민)이나 리소자임이 있다. 음이온 교환막의 평가에서는 BSA를, 양이온 교환막의 평가에서는 리소자임을 사용하는 경우가 많은데, 평가 조건(pH, 완충액 등)에 따라 적당한 것을 선택할 수 있다. 본 실시예에서는, 지표 단백질로서 SIGMA사 제조의 BSA를 이용했다. 피흡착 물질로서 정제된 단백질의 시판 제품을 이용하여 흡착 성능을 계측하는 것은 바이오테크놀로지의 정제 장치의 성능을 표시할 때에 일반적으로 이용되고 있다.

이하에, 평가에 이용한 용액의 조정 방법을 나타낸다.

<트리스염산염 완충액(완충액)>

트리스(히드록시메틸)아미노메탄(나카라이테스크)을 초순수에 용해하고, 염산을 가하여 pH 8로 조정한 후, 농도 20 mmol/L(pH 8)로 했다. 그 후, 구경 0.45 ㎛의 필터를 통과시킨 것을 이용했다.

<BSA 용액>

20 mmol/L(pH 8) 트리스염산 완충액에 대하여 BSA를 용해시켜, 1 [g(BSA)/L(완충액)]으로 했다. 구경 0.45 ㎛의 필터를 통과시킨 것을 이용했다.

<염 완충액>

상기 트리스염산 완충액에 NaCl(와코시야쿠 특급)을 용해하여, 농도 1 mol/L의 염화나트륨을 포함하는 완충액을 조제했다. 그 후, 구경 0.45 ㎛의 필터를 통과시킨 것을 이용했다.

[평가 방법 7] 흡착막 모듈의 지표 단백질 흡착 성능의 평가 방법

흡착막 모듈의 지표 단백질 흡착 성능의 평가에는, 고속 액체 크로마토그래피(HPLC) 시스템을 이용했다. HPLC로서는, 송액 펌프, 유량계, 압력계, 가시자외 흡광도계로 구성되는, 가부시키가이샤 와이엠씨의 중압 크로마트 장치 「BP-5000S-L」을 사용했다.

흡착 성능을 측정하기 전의 준비는 다음의 순서로 이루어졌다. 우선, 중공사막 모듈을 세운 상태에서 고정하고, HPLC로부터의 공급 배관을, 중공사막 모듈의 아래쪽 캡에 접속했다. 이어서, 액을 모듈에 공급하면서 모듈 내의 공기를 배출했다. 이어서, 중공사막 모듈의 측면 아래의 노즐과 HPLC의 인입 배관과 접속하여, 위쪽의 캡 및 측면 위의 노즐은 폐쇄했다. 즉, 중공사막 모듈을, 내압 여과 방식의 전체 여과가 가능한 상태로 설정했다.

흡착 성능의 측정은 다음의 순서로 각 용액의 여과 조작을 함으로써 실시했다. 즉, 첫째로 완충액을 이용하여 흡착막 모듈의 평형화 조작을 하고, 둘째로 지표 단백질 용액을 이용하여 단백질의 흡착 조작을 하며, 셋째로 다시 완충액을 이용하여 흡착막에 흡착되어 있지 않은 유리 단백질의 세정 조작을 하고, 넷째로 염 완충액을 이용하여 흡착막에 흡착되어 있는 흡착 단백질의 용출 조작을 하며, 다섯째로 재차 완충액을 이용하여 흡착막 모듈의 염분 농도를 저하하는 재생 조작을 했다. 한편, 각 용액은, 중공사막 모듈에 대하여 일정 유속으로 내압식의 전체 여과 조작을 계속했다. 또한, 가시자외 흡광도계를 이용하여 단백질의 흡착 거동 및 용출 거동을 추적하고, 여과액측에의 단백질의 누설 동향을 파장 280 nm의 흡광도 변화로 확인했다.

[평가 방법 8] 흡착 중공사막의 지표 단백질 흡착 성능의 평가 방법

흡착 중공사막의 지표 단백질 흡착 성능의 평가에는 튜브 펌프를 이용했다. 미리 송액량 조정한 튜브 펌프에, 압력계와, 유효 막 길이 7 ㎝의 흡착 중공사막을 접속하여, 중공부의 공기를 배제함으로써, 내압 여과 방식의 전체 여과가 가능한 상태로 설정했다.

흡착 성능의 측정은 평가 방법 7에 기재한 것과 같은 순서로 이루어졌다. 단, 단백질의 흡착 거동 및 용출 거동은 프랙션 컬렉터(fraction collector)로 여과액을 일정 시간 간격으로 분별 채취한 후에, 여과액의 각 프랙션을 가시자외 흡광도계를 이용하여 280 nm의 흡광도 변화를 추적함으로써 확인했다.

[평가 방법 9] 흡착막 모듈의 동적 흡착 용량의 산출

평가 방법 7에 있어서, 지표 단백질 흡착 조작 시의 여과액측에의 단백질의 누설 동향으로부터, 여과 후의 흡광도가 여과 전의 지표 단백질 용액(원액)의 흡광도의 10%가 되는 시점의 여과액량[mL]을 확인했다. 그리고, 이 여과액량을 1 g/L의 관계로부터 단백질의 중량으로 환산함으로써, 흡광도의 10%가 되는 시점의 단백질 흡착량[mg]을 산출했다. 또한, 이 단백질 흡착량[mg]을, 평가 방법 4로 구한 흡착막 모듈에 충전된 중공사막 체적 Vmm[mL]으로 나눔으로써, 모듈 형태에서의 단위 막체적당 단백질 흡착량[mg/mL]을 산출했다.

여과액이 10%의 흡광도가 되는 시점에서의 단위 막체적당 단백질 흡착량을 「동적 흡착 용량」이라고 부른다. 이 방법으로 산출된 동적 흡착 용량을 모듈 형태에서의 동적 흡착 용량, 혹은 단순히 「모듈의 흡착 용량」이라고 부른다. 한편, 바이오테크놀로지의 정제 분야 등에서는, 「동적 흡착 용량」은 일반적으로 이용되는 용어이다.

[평가 방법 10] 흡착 중공사막의 동적 흡착 용량의 산출

평가 방법 8에서 얻어진 값을 기초로, 평가 방법 9과 같은 순서로, 흡착 중공사막 형태에서의 단위 막체적당 단백질 흡착량[mg/mL]을 산출했다. 단, 평가 방법 8에서의 중공사막의 체적 Vmm[mL]은 원환 단면적×유효 막 길이로 표현되기 때문에, 식 (14)에, 평가 방법 1에서 구한 Di, Do와, 평가에 이용한 중공사막의 유효 막 길이 Ls를 대입함으로써 구했다.

Vms={(Do/2)²-(Di/2)²}×π×Ls (14)

이후, 이 방법으로 산출된 흡착 중공사막 형태에서의 동적 흡착 용량을 단사 형태에서의 동적 흡착 용량, 혹은 단순히 「단사의 흡착 용량」이라고 부르고, [평가 방법 9]에 나타내는 「모듈의 흡착 용량」과의 비교에 이용한다.

[평가 방법 11] 흡착 성능의 스케일러빌리티 산출

「흡착막 모듈의 스케일러빌리티」를, 평가 방법 10에서 얻은 「중공사막 단사 형태의 동적 흡착 용량」과, 평가 방법 9에서 얻은 「흡착막 모듈의 동적 흡착 용량」을 이용하여 식 (15)로 정의한다.

흡착막 모듈의 스케일러빌리티=(모듈의 동적 흡착 용량)/(단사의 동적 흡착 용량)×100 (15)

[평가 방법 12] 고정층의 내구성 평가 방법

고정층의 내구성 평가로서, 중공사막 모듈을 최대 10회 반복 사용하여, 고정층에 불량이 발생할 때까지의 횟수를 카운트했다. 즉, 고정층의 내구성 평가는, 고정층의 불량이 발생하지 않고 사용할 수 있었던 반복 횟수를 내구성의 횟수로서 평가한다. 예컨대, 첫회의 흡착 및 용출을 1로 하여 카운트를 시작하고, 2번째의 사용 중에 고정층의 불량이 발생한 경우는, 내구성 1회로 한다. 흡착막의 중공사막은 예컨대 평가 방법 7에 기재한 일련의 조작 순서 등, 공급하는 액의 조건(pH, 전도도 등)을 바꿈으로써, 피흡착 단백질을 용출시키는 것이 가능하다.

이어서, 표 1~표 3을 참조하면서 실시예 1~11 및 비교예 1, 2에 관해서 구체적으로 설명한다. 상기한 실시형태에서 설명한 제조 방법(도 4 참조)에 따라서, 각 실시예에 관해 동일한 제법으로 3개의 모듈을 작성했다(A, B, C).

모듈 A는 우선 평가 방법 6, 7에 따라서 모듈의 흡착량을 평가했다. 이어서, 평가 방법 1, 2, 3, 4에 따라서 모듈을 해체하여, 체적 충전율 Rv, 좌굴율 W, 막체적 Vmm을 산출했다. 그 후, 평가 방법 9로부터 모듈 형태에서의 단위 막체적당 흡착 용량을 산출했다. 또한 평가 방법 5에 따라서 고정제 밀집부 비율 Rb를 구했다.

모듈 B는 우선 평가 방법 1, 2, 3, 4에 따라서 모듈을 해체하여, 체적 충전율 Rv, 좌굴율 W를 산출했다. 이어서, 해체하여 샘플링한 흡착막으로부터, 평가 방법 10에 따라서 단사 형태에서의 단위 막체적당 흡착 용량을 산출했다. 또한 평가 방법 5에 따라서 고정제 밀집부 비율 Rb를 구했다.

여기서, 모듈 A의 모듈의 흡착 용량과 모듈 B의 단사의 흡착 용량으로부터, 평가 방법 11에 따라서 흡착막 모듈의 스케일러빌리티를 산출했다.

더욱이, 평가 방법 3에 의해 구한 모듈 A와 모듈 B의 좌굴율의 비교에 의해, 그 차분의 절대치를 좌굴율차로 하여, 좌굴율의 불균일을 비교했다.

모듈 C는 평가 방법 12에 따라서 고정층의 내구성을 평가했다.

[실시예 1]

도 11의 (a)에 도시하는 중공사막 모듈을 3개(1A, 1B, 1C) 작성했다. 한편, 실시예 1에서는 구획 부재를 이용하지 않았다.

모듈(1A)에 관해서, 모듈의 흡착 용량 평가를 실시한 바, 모듈당 27.4 g의 BSA가 흡착하였다. 그 후, 해체하여 조사한 바, 모듈(1A)에 충전되어 있는 중공사막의 개수 n은 460개, 중공사막의 평균 내경 Di/평균 외경 Do은 2.26 mm/3.69 mm, 중공사막의 평균 유효 길이 L'은 206 mm였다. 또한, 고정층의 계면 사이 거리 L은 190.0 mm, 하우징 내경 Dh는 104.7 mm였다. 이로써, 체적 충전율 Rv는 61.9%, 좌굴율 W는 108.4%, 막체적(원환부) Vmm은 633 mL였다. 이로부터, 모듈의 흡착 용량은 43.3 mg/mL로 산출되었다. 한편, 고정제 밀집부 비율 Rb는 0%였다.

모듈(1B)에 관해서, 해체하여 조사한 바, 모듈(1B)에 충전되어 있는 중공사막의 개수 n은 460개, 중공사막의 평균 내경 Di/평균 외경 Do은 2.26 mm/3.69 mm, 중공사막의 평균 유효 길이 L'은 212 mm였다. 또한, 고정층의 계면 사이 거리 L은 190.0 mm, 하우징 내경 Dh는 104.7 mm였다. 이로부터, 체적 충전율 Rv는 63.8%, 좌굴율 W는 111.6%, 막체적(원환부) Vmm은 652 mL였다. 뽑아낸 중공사막의 단사의 동적 흡착 용량은 44.3 mg/mL이며, 스케일러빌리티는 97.7%였다.

한편, 모듈(1A와 1B)의 좌굴율차는 3.2%였다. 또한, 모듈(1C)의 내구 횟수는 2회였다.

이러한 평가 결과로부터, 실시예 1에서는, 스케일러빌리티가 성립하는 중공사막 모듈을 제조할 수 있음이 드러났다.

[실시예 2]

도 11의 (a)에 도시하는 중공사막 모듈을 3개(2A, 2B, 2C) 작성했다. 한편, 실시예 2에서는 구획 부재를 이용하지 않았다.

모듈(2A)에 관해서, 모듈의 흡착 용량 평가를 실시한 바, 모듈당 29.8 g의BSA가 흡착하였다. 그 후, 해체하여 조사한 바, 모듈(2A)에 충전되어 있는 중공사막의 개수 n은 510개, 중공사막의 평균 내경 Di/평균 외경 Do은 2.26 mm/3.69 mm, 중공사막의 평균 유효 길이 L'은 206 mm였다. 또한, 고정층의 계면 사이 거리 L은 190.0 mm, 하우징 내경 Dh는 104.7 mm였다. 이로써, 체적 충전율 Rv는 68.7%, 좌굴율 W는 108.4%, 막체적(원환부) Vmm은 702 mL였다. 이로부터, 모듈의 흡착 용량은 42.5 mg/mL로 산출되었다. 한편, 고정제 밀집부 비율 Rb는 0%였다.

모듈(2B)에 관해서, 해체하여 조사한 바, 모듈(2B)에 충전되어 있는 중공사막의 개수 n은 510개, 중공사막의 평균 내경 Di/평균 외경 Do은 2.26 mm/3.69 mm, 중공사막의 평균 유효 길이 L'은 213 mm였다. 또한, 고정층의 계면 사이 거리 L은 190.0 mm, 하우징 내경 Dh는 104.7 mm였다. 이로써, 체적 충전율 Rv는 71.0%, 좌굴율 W는 112.1%, 막체적(원환부) Vmm은 726 mL였다. 뽑아낸 중공사막의 동적 흡착 용량은 44.7 mg/mL이며, 스케일러빌리티는 95.1%였다.

한편, 모듈(2A와 2B)의 좌굴율차는 3.7%였다. 또한, 모듈(2C)의 내구 횟수는 1회였다.

이러한 평가 결과로부터, 실시예 2에서는, 스케일러빌리티가 성립하는 중공사막 모듈을 제조할 수 있음이 드러났다.

[실시예 3]

도 4에 나타내는 다발 정돈 공정에 있어서, 1 다발의 중공사막 다발들 사이에, 외경이 10 mm, 내경이 8 mm인 스트로우형의 고정제 주입 부재를 6개 배치함으로써, 중공사막 모듈을 3개(3A, 3B, 3C) 작성했다. 한편, 실시예 3에서는, 구획 부재를 이용하지 않았다.

모듈(3A)에 관해서, 모듈의 흡착 용량 평가를 실시한 바, 모듈당 28.6 g의BSA가 흡착하였다. 그 후, 해체하여 조사한 바, 모듈(3A)에 충전되어 있는 중공사막의 개수 n은 480개, 중공사막의 평균 내경 Di/평균 외경 Do은 2.26 mm/3.69 mm, 중공사막의 평균 유효 길이 L'은 197 mm였다. 또한, 고정층의 계면 사이 거리 L은 190.0 mm, 하우징 내경 Dh는 104.7 mm였다. 이로써, 체적 충전율 Rv는 61.8%, 좌굴율 W는 103.7%, 막체적(원환부) Vmm은 632 mL였다. 이로부터, 모듈의 흡착 용량은 45.3 mg/mL로 산출되었다. 한편, 고정제 밀집부 비율 Rb는 4.2%였다.

모듈(3B)에 관해서, 해체하여 조사한 바, 모듈(3B)에 충전되어 있는 중공사막의 개수 n은 480개, 중공사막의 평균 내경 Di/평균 외경 Do은 2.26 mm/3.69 mm, 중공사막의 평균 유효 길이 L'은 198 mm였다. 또한, 고정층의 계면 사이 거리 L은 190.0 mm, 하우징 내경 Dh는 104.7 mm였다. 이로써, 체적 충전율 Rv는 62.1%, 좌굴율 W는 104.2%, 막체적(원환부) Vmm은 635 mL였다. 뽑아낸 중공사막의 동적 흡착 용량은 46.4 mg/mL이며, 스케일러빌리티는 97.6%였다.

한편, 모듈(3A와 3B)의 좌굴율차는 0.5%였다. 또한, 모듈(3C)의 내구 횟수는 3회였다.

이러한 평가 결과로부터, 실시예 3에서는, 스케일러빌리티가 성립하는 중공사막 모듈을 제조할 수 있음이 드러났다. 또한, 고정제 주입 부재를 사용하여, 중공사막의 길이 방향을 따라서 고정층의 두께 전역에 걸쳐 연장되는 고정제 밀집부를 형성하고, 또한 좌굴을 억제하여, 좌굴의 불균일도 작게 함으로써, 상정된 체적 충전율로부터 벗어나는 것을 막는 효과가 있음이 드러났다.

[실시예 4]

도 4에 나타내는 다발 정돈 공정에 있어서, 7개의 소다발로 분할된 중공사막 다발들 사이에, 외경이 10 mm, 내경이 8 mm인 스트로우형의 고정제 주입 부재를 배치함으로써, 도 11의 (b)에 도시하는 중공사막 모듈을 3개(4A, 4B, 4C) 작성했다. 한편 실시예 4에서는 구획 부재를 이용하지 않았다.

모듈(4A)에 관해서, 모듈의 흡착 용량 평가를 실시한 바, 모듈당 26.3 g의BSA가 흡착하였다. 그 후, 해체하여 조사한 바, 모듈(4A)에 충전되어 있는 중공사막의 개수 n은 480개, 중공사막의 평균 내경 Di/평균 외경 Do은 2.26 mm/3.69 mm, 중공사막의 평균 유효 길이 L'은 190 mm였다. 또한, 고정층의 계면 사이 거리 L은 190.0 mm, 하우징 내경 Dh는 104.7 mm였다. 이로써, 체적 충전율 Rv는 59.6%, 좌굴율 W는 100%, 막체적(원환부) Vmm은 609 mL였다. 이로부터, 모듈의 흡착 용량은 43.1 mg/mL로 산출되었다. 한편, 고정제 밀집부 비율 Rb는 32.7%였다.

모듈(4B)에 관해서, 해체하여 조사한 바, 모듈(4B)에 충전되어 있는 중공사막의 개수 n은 480개, 중공사막의 평균 내경 Di/평균 외경 Do은 2.26 mm/3.69 mm, 중공사막의 평균 유효 길이 L'은 190 mm였다. 또한, 고정층의 계면 사이 거리 L은 190.0 mm, 하우징 내경 Dh는 104.7 mm였다. 이로써, 체적 충전율 Rv는 59.6%, 좌굴율 W는 100%, 막체적(원환부) Vmm은 609 mL였다. 뽑아낸 중공사막의 동적 흡착 용량은 43.7 mg/mL이며, 스케일러빌리티는 98.7%였다.

한편, 모듈(4A와 4B)의 좌굴율차는 0.0%였다. 또한, 모듈(4C)의 내구 횟수는 1회였다.

이러한 평가 결과로부터, 실시예 4에서는, 스케일러빌리티가 성립하는 중공사막 모듈을 제조할 수 있음이 드러났다. 또한, 소다발 사이의 간격을 두어, 중공사막의 길이 방향을 따라서 고정층의 두께 전역에 걸쳐 연장되는 고정제 밀집부를 형성하고, 또한 좌굴을 억제하여, 좌굴의 불균일도 작게 함으로써, 상정된 체적 충전율로부터 벗어나는 것을 막는 효과가 있음이 드러났다.

[실시예 5]

도 4에 나타내는 다발 정돈 공정에 있어서, 구획 부재 대신에 작은 다발로 된 중공사막 다발(3)들 사이에, 단면이 6 mm×6 mm인 블록형 스페이서(77)를 배치함으로써, 도 15의 (b)에 도시하는 중공사막 모듈을 3개(5A, 5B, 5C) 작성했다. 한편, 실시예 5에서는 구획 부재를 이용하지 않았다.

모듈(5A)에 관해서, 모듈의 흡착 용량 평가를 실시한 바, 모듈당 29.1 g의 BSA가 흡착하였다. 그 후, 해체하여 조사한 바, 모듈(5A)에 충전되어 있는 중공사막의 개수 n은 540개, 중공사막의 평균 내경 Di/평균 외경 Do은 2.26 mm/3.69 mm, 중공사막의 평균 유효 길이 L'은 190 mm였다. 또한, 고정층의 계면 사이 거리 L은 190.0 mm, 하우징 내경 Dh는 104.7 mm였다. 이로써, 체적 충전율 Rv는 67.1%, 좌굴율 W는 100%, 막체적(원환부) Vmm은 686 mL였다. 이로부터, 모듈의 흡착 용량은 42.5 mg/mL로 산출되었다. 한편, 고정제 밀집부 비율 Rb는 12.6%였다.

모듈(5B)에 관해서, 해체하여 조사한 바, 모듈(5B)에 충전되어 있는 중공사막의 개수 n은 540개, 중공사막의 평균 내경 Di/평균 외경 Do은 2.26 mm/3.69 mm, 중공사막의 평균 유효 길이 L'은 190 mm였다. 또한, 고정층의 계면 사이 거리 L은 190.0 mm, 하우징 내경 Dh는 104.7 mm였다. 이로써, 체적 충전율 Rv는 67.1%, 좌굴율 W는 100%, 막체적(원환부) Vmm은 686 mL였다. 뽑아낸 중공사막의 동적 흡착 용량은 45.0 mg/mL이며, 스케일러빌리티는 94.4%였다.

한편, 모듈(5A와 5B)의 좌굴율차는 0.0%였다. 또한, 모듈(5C)의 내구 횟수는 1회였다.

이러한 평가 결과로부터, 실시예 5에서는, 스케일러빌리티가 성립하는 중공사막 모듈을 제조할 수 있음이 드러났다. 또한, 중공사막의 길이 방향을 따라서 고정층의 두께 전역에 걸쳐 연장되는 고정제 밀집부를 형성하고, 또한 좌굴을 억제하여, 좌굴의 불균일도 작게 함으로써, 상정된 체적 충전율로부터 벗어나는 것을 막는 효과가 있음이 드러났다.

[실시예 6]

도 4에 나타내는 다발 정돈 공정에 있어서, 중공사막 다발을 4개의 소다발로 분할하여, 각 소다발을 구획 부재로 구획으로써, 도 15의 (a)에 도시하는 중공사막 모듈을 3개(6A, 6B, 6C) 작성했다. 구획 부재는 판 두께가 4 mm, 폭이 102 mm인 것을 이용했다.

모듈(6A)에 관해서, 모듈의 흡착 용량 평가를 실시한 바, 모듈당 31.5 g의 BSA가 흡착하였다. 그 후, 해체하여 조사한 바, 모듈(6A)에 충전되어 있는 중공사막의 개수 n은 512개, 중공사막의 평균 내경 Di/평균 외경 Do은 2.26 mm/3.69 mm, 중공사막의 평균 유효 길이 L'은 205 mm였다. 또한, 고정층의 계면 사이 거리 L은 190.0 mm, 하우징 내경 Dh는 104.7 mm였다. 이로써, 체적 충전율 Rv는 68.6%, 좌굴율 W는 107.9%, 막체적(원환부) Vmm은 701 mL였다. 이로부터, 모듈의 흡착 용량은 44.8 mg/mL로 산출되었다. 한편, 고정제 밀집부 비율 Rb는 0.0%였다.

모듈(6B)에 관해서, 해체하여 조사한 바, 모듈(6B)에 충전되어 있는 중공사막의 개수 n은 512개, 중공사막의 평균 내경 Di/평균 외경 Do은 2.26 mm/3.69 mm, 중공사막의 평균 유효 길이 L'은 211 mm였다. 또한, 고정층의 계면 사이 거리 L은 190.0 mm, 하우징 내경 Dh는 104.7 mm였다. 이로써, 체적 충전율 Rv는 70.6%, 좌굴율 W는 111.1%, 막체적(원환부) Vmm은 722 mL였다. 뽑아낸 중공사막의 동적 흡착 용량은 47.3 mg/mL이며, 스케일러빌리티는 94.8%였다.

한편, 모듈(6A와 6B)의 좌굴율차는 3.2%였다. 또한, 모듈(6C)의 내구 횟수는 10회 이상이었다.

이러한 평가 결과로부터, 실시예 6에서는, 스케일러빌리티가 성립하는 중공사막 모듈을 제조할 수 있음이 드러났다. 또한, 고정층에서 균열이 발생하지 않고, 반복 내구성이 향상하는 것이 드러났다.

[실시예 7]

도 4에 나타내는 다발 정돈 공정에 있어서, 중공사막 다발을 4개의 소다발로 분할하여, 각 소다발을 십자형으로 연결된 복수의 원통 부재로 구획함으로써, 도 13의 (a)에 도시하는 중공사막 모듈을 3개(7A, 7B, 7C) 작성했다. 십자형을 구성하는 각 원통 부재는 외경이 14.5 mm, 내경이 12 mm인 것을 10개 이용했다.

모듈(7A)에 관해서, 모듈의 흡착 용량 평가를 실시한 바, 모듈당 26.8 g의 BSA가 흡착하였다. 그 후, 해체하여 조사한 바, 모듈(7A)에 충전되어 있는 중공사막의 개수 n은 460개, 중공사막의 평균 내경 Di/평균 외경 Do은 2.26 mm/3.69 mm, 중공사막의 평균 유효 길이 L'은 193 mm였다. 또한, 고정층의 계면 사이 거리 L은 190.0 mm, 하우징 내경 Dh는 104.7 mm였다. 이로써, 체적 충전율 Rv는 58.0%, 좌굴율 W는 101.6%, 막체적(원환부) Vmm은 593 mL였다. 이로부터, 모듈의 흡착 용량은 45.1 mg/mL로 산출되었다. 한편, 고정제 밀집부 비율 Rb는 14.1%였다.

모듈(7B)에 관해서, 해체하여 조사한 바, 모듈(7B)에 충전되어 있는 중공사막의 개수 n은 460개, 중공사막의 평균 내경 Di/평균 외경 Do은 2.26 mm/3.69 mm, 중공사막의 평균 유효 길이 L'은 193.5 mm였다. 또한, 고정층의 계면 사이 거리 L은 190.0 mm, 하우징 내경 Dh는 104.7 mm였다. 이로써, 체적 충전율 Rv는 58.2%, 좌굴율 W는 101.8%, 막체적(원환부) Vmm은 595 mL였다. 뽑아낸 중공사막의 동적 흡착 용량은 45.5 mg/mL이며, 스케일러빌리티는 99.1%였다.

한편, 모듈(7A와 7B)의 좌굴율차는 0.3%였다. 또한, 모듈(7C)의 내구 횟수는 10회 이상이었다.

이러한 평가 결과로부터, 실시예 7에서는, 스케일러빌리티가 성립하는 중공사막 모듈을 제조할 수 있음이 드러났다. 또한, 중공사막의 길이 방향을 따라서 고정층의 두께 전역에 걸쳐 연장되는 고정제 밀집부를 형성하고, 또한 좌굴을 억제하여, 좌굴의 불균일도 작게 함으로써, 상정된 체적 충전율로부터 벗어나는 것을 막는 효과가 있음이 드러났다.

[실시예 8]

도 4에 나타내는 다발 정돈 공정에 있어서, 중공사막 다발을 8개의 소다발로 분할하여, 한 쌍의 대향 배치된 판 부재가 가로로 3조 그리고 세로로 1조 배치된 구획 부재로 각 소다발을 구획함으로써, 도 14의 (a)에 도시하는 중공사막 모듈을 3개(8A, 8B, 8C) 작성했다. 구획 부재는 각 판 부재의 판 두께가 4 mm, 한 쌍의 판 부재의 이격 거리가 4 mm인 것을 이용했다.

모듈(8A)에 관해서, 모듈의 흡착 용량 평가를 실시한 바, 모듈당 18.8 g의 BSA가 흡착하였다. 그 후, 해체하여 조사한 바, 모듈(8A)에 충전되어 있는 중공사막의 개수 n은 340개, 중공사막의 평균 내경 Di/평균 외경 Do은 2.26 mm/3.69 mm, 중공사막의 평균 유효 길이 L'은 190 mm였다. 또한, 고정층의 계면 사이 거리 L은 190.0 mm, 하우징 내경 Dh는 104.7 mm였다. 이로써, 체적 충전율 Rv는 42.2%, 좌굴율 W는 100.0%, 막체적(원환부) Vmm은 432 mL였다. 이로부터, 모듈의 흡착 용량은 43.6 mg/mL로 산출되었다. 한편, 고정제 밀집부 비율 Rb는 14.3%였다.

모듈(8B)에 관해서, 해체하여 조사한 바, 모듈(8B)에 충전되어 있는 중공사막의 개수 n은 340개, 중공사막의 평균 내경 Di/평균 외경 Do은 2.26 mm/3.69 mm, 중공사막의 평균 유효 길이 L'은 190 mm였다. 또한, 고정층의 계면 사이 거리 L은 190.0 mm, 하우징 내경 Dh는 104.7 mm였다. 이로써, 체적 충전율 Rv는 42.2%, 좌굴율 W는 100.0%, 막체적(원환부) Vmm은 432 mL였다. 뽑아낸 중공사막의 동적 흡착 용량은 43.9 mg/mL이며, 스케일러빌리티는 99.4%였다.

한편, 모듈(8A와 8B)의 좌굴율차는 0.0%였다. 또한, 모듈(8C)의 내구 횟수는 10회 이상이었다.

이러한 평가 결과로부터, 실시예 8에서는, 스케일러빌리티가 성립하는 중공사막 모듈을 제조할 수 있음이 드러났다. 또한, 고정층에서 균열이 발생하지 않고, 반복 내구성이 향상하는 것이 드러났다. 또한, 중공사막의 길이 방향을 따라서 고정층의 두께 전역에 걸쳐 연장되는 고정제 밀집부를 형성하고, 또한 좌굴을 억제하여, 좌굴의 불균일도 작게 함으로써, 상정된 체적 충전율로부터 벗어나는 것을 막는 효과가 있음이 드러났다.

[실시예 9]

도 4에 나타내는 다발 정돈 공정에 있어서, 중공사막 다발을 4개의 소다발로 분할하여, 한 쌍의 대향 배치된 판 부재가 십자형으로 배치된 구획 부재로 각 소다발을 구획함으로써, 도 2에 도시하는 중공사막 모듈을 3개(9A, 9B, 9C) 작성했다. 구획 부재는, 각 판 부재의 판 두께가 4 mm, 한 쌍의 판 부재의 이격 거리가 4 mm인 것을 이용했다.

모듈(9A)에 관해서, 모듈의 흡착 용량 평가를 실시한 바, 모듈당 25.9 g의 BSA가 흡착하였다. 그 후, 해체하여 조사한 바, 모듈(9A)에 충전되어 있는 중공사막의 개수 n은 460개, 중공사막의 평균 내경 Di/평균 외경 Do은 2.26 mm/3.69 mm, 중공사막의 평균 유효 길이 L'은 190 mm였다. 또한, 고정층의 계면 사이 거리 L은 190.0 mm, 하우징 내경 Dh는 104.7 mm였다. 이로써, 체적 충전율 Rv는 57.1%, 좌굴율 W는 100.0%, 막체적(원환부) Vmm은 584 mL였다. 이로부터, 모듈의 흡착 용량은 44.3 mg/mL로 산출되었다. 한편, 고정제 밀집부 비율 Rb는 8.9%였다.

모듈(9B)에 관해서, 해체하여 조사한 바, 모듈(9B)에 충전되어 있는 중공사막의 개수 n은 460개, 중공사막의 평균 내경 Di/평균 외경 Do은 2.26 mm/3.69 mm, 중공사막의 평균 유효 길이 L'은 190 mm였다. 또한, 고정층의 계면 사이 거리 L은 190.0 mm, 하우징 내경 Dh는 104.7 mm였다. 이로써, 체적 충전율 Rv는 57.1%, 좌굴율 W는 100.0%, 막체적(원환부) Vmm은 584 mL였다. 뽑아낸 중공사막의 동적 흡착 용량은 44.4 mg/mL이며, 스케일러빌리티는 99.8%였다.

한편, 모듈(9A와 9B)의 좌굴율차는 0.0%였다. 또한, 모듈(9C)의 내구 횟수는 10회 이상이었다.

이러한 평가 결과로부터, 실시예 9에서는, 스케일러빌리티가 성립하는 중공사막 모듈을 제조할 수 있음이 드러났다. 또한, 고정층에서 균열이 발생하지 않고, 반복 내구성이 향상하는 것이 드러났다. 또한, 중공사막의 길이 방향을 따라서 고정층의 두께 전역에 걸쳐 연장되는 고정제 밀집부를 형성하고, 또한 좌굴을 억제하여, 좌굴의 불균일도 작게 함으로써, 상정된 체적 충전율로부터 벗어나는 것을 막는 효과가 있음이 드러났다.

[실시예 10]

도 4에 나타내는 다발 정돈 공정에 있어서, 중공사막 다발을 8개의 소다발로 분할하여, 한 쌍의 대향 배치된 판 부재가 십자형으로 배치된 구획 부재로 소다발을 2 다발씩 구획하고, 구획 부재로 구획된 2 다발의 소다발을 분할 네트로 구획함으로써, 도 14의 (b)에 도시하는 중공사막 모듈을 3개(10A, 10B, 10C) 작성했다. 구획 부재는, 각 판 부재의 판 두께가 4 mm, 한 쌍의 판 부재의 이격 거리가 4 mm인 것을 이용했다. 분할 네트는 메쉬를 갖는 얇은 네트를 이용했다.

모듈(10A)에 관해서, 모듈의 흡착 용량 평가를 실시한 바, 모듈당 26.8 g의 BSA가 흡착하였다. 그 후, 해체하여 조사한 바, 모듈(10A)에 충전되어 있는 중공사막의 개수 n은 460개, 중공사막의 평균 내경 Di/평균 외경 Do은 2.26 mm/3.69 mm, 중공사막의 평균 유효 길이 L'은 190 mm였다. 또한, 고정층의 계면 사이 거리 L은 190.0 mm, 하우징 내경 Dh는 104.7 mm였다. 이로써, 체적 충전율 Rv는 57.1%, 좌굴율 W는 100.0%, 막체적(원환부) Vmm은 587 mL였다. 이로부터, 모듈의 흡착 용량은 45.9 mg/mL로 산출되었다. 한편, 고정제 밀집부 비율 Rb는 21.5%였다.

모듈(10B)에 관해서, 해체하여 조사한 바, 모듈(10B)에 충전되어 있는 중공사막의 개수 n은 460개, 중공사막의 평균 내경 Di/평균 외경 Do은 2.26 mm/3.69 mm, 중공사막의 평균 유효 길이 L'은 190 mm였다. 또한, 고정층의 계면 사이 거리 L은 190.0 mm, 하우징 내경 Dh는 104.7 mm였다. 이로써, 체적 충전율 Rv는 57.1%, 좌굴율 W는 100.0%, 막체적(원환부) Vmm은 584 mL였다. 뽑아낸 중공사막의 동적 흡착 용량은 46.0 mg/mL이며, 스케일러빌리티는 99.8%였다.

한편, 모듈(10A와 10B)의 좌굴율차는 0.0%였다. 또한, 모듈(10C)의 내구 횟수는 10회 이상이었다.

이러한 평가 결과로부터, 실시예 10에서는, 스케일러빌리티가 성립하는 중공사막 모듈을 제조할 수 있음이 드러났다. 또한, 고정층에서 균열이 발생하지 않고, 반복 내구성이 향상하는 것이 드러났다. 또한, 중공사막의 길이 방향을 따라서 고정층의 두께 전역에 걸쳐 연장되는 고정제 밀집부를 형성하고, 또한 좌굴을 억제하여, 좌굴의 불균일도 작게 함으로써, 상정된 체적 충전율로부터 벗어나는 것을 막는 효과가 있음이 드러났다.

[실시예 11]

도 4에 나타내는 다발 정돈 공정에 있어서, 중공사막 다발을 4개의 소다발로 분할하여, 분할한 소다발의 외주를 각각 보호 부재로 덮고, 한 쌍의 대향 배치된 판 부재가 십자형으로 배치된 구획 부재로, 보호 부재에 의해 덮인 각 소다발을 구획함으로써, 도 2 및 도 3에 도시하는 중공사막 모듈을 3개(11A, 11B, 11C) 작성했다. 구획 부재는, 각 판 부재의 판 두께가 4 mm, 한 쌍의 판 부재의 이격 거리가 4 mm인 것을 이용했다. 분할 네트는 메쉬를 갖는 얇은 네트를 이용했다.

모듈(11A)에 관해서, 모듈의 흡착 용량 평가를 실시한 바, 모듈당 18.9 g의 BSA가 흡착하였다. 그 후, 해체하여 조사한 바, 모듈(11A)에 충전되어 있는 중공사막의 개수 n은 332개, 중공사막의 평균 내경 Di/평균 외경 Do은 2.26 mm/3.69 mm, 중공사막의 평균 유효 길이 L'은 190 mm였다. 또한, 고정층의 계면 사이 거리 L은 190.0 mm, 하우징 내경 Dh는 104.7 mm였다. 이로써, 체적 충전율 Rv는 41.2%, 좌굴율 W는 100.0%, 막체적(원환부) Vmm은 422 mL였다. 이로부터, 모듈의 흡착 용량은 44.9 mg/mL로 산출되었다. 한편, 고정제 밀집부 비율 Rb는 39.2%였다.

모듈(11B)에 관해서, 해체하여 조사한 바, 모듈(11B)에 충전되어 있는 중공사막의 개수 n은 332개, 중공사막의 평균 내경 Di/평균 외경 Do은 2.26 mm/3.69 mm, 중공사막의 평균 유효 길이 L'은 190 mm였다. 또한, 고정층의 계면 사이 거리 L은 190.0 mm, 하우징 내경 Dh는 104.7 mm였다. 이로써, 체적 충전율 Rv는 41.2%, 좌굴율 W는 100.0%, 막체적(원환부) Vmm은 422 mL였다. 뽑아낸 중공사막의 동적 흡착 용량은 45.1 mg/mL이며, 스케일러빌리티는 99.5%였다.

한편, 모듈(11A와 11B)의 좌굴율차는 0.0%였다. 또한, 모듈(11C)의 내구 횟수는 10회 이상이었다.

이러한 평가 결과로부터, 실시예 11에서는, 스케일러빌리티가 성립하는 중공사막 모듈을 제조할 수 있음이 드러났다. 또한, 고정층에서 균열이 발생하지 않고, 반복 내구성이 향상하는 것이 드러났다. 또한, 중공사막의 길이 방향을 따라서 고정층의 두께 전역에 걸쳐 연장되는 고정제 밀집부를 형성하고, 또한 좌굴을 억제하여, 좌굴의 불균일도 작게 함으로써, 상정된 체적 충전율로부터 벗어나는 것을 막는 효과가 있음이 드러났다.

[비교예 1]

도 4에 나타내는 다발 정돈 공정에 있어서, 중공사막만을 한 다발로 정돈함으로써, 도 11의 (a)에 도시하는 중공사막 모듈을 3개(1'A, 1'B, 1'C) 작성했다. 한편, 비교예 1에서는 구획 부재를 이용하지 않았다.

모듈(1'A)에 관해서, 모듈의 흡착 용량 평가를 실시한 바, 모듈당 28.9 g의 BSA가 흡착하였다. 그 후, 해체하여 조사한 바, 모듈(1'A)에 충전되어 있는 중공사막의 개수 n은 560개, 중공사막의 평균 내경 Di/평균 외경 Do은 2.26 mm/3.69 mm, 중공사막의 평균 유효 길이 L'은 204 mm였다. 또한, 고정층의 계면 사이 거리 L은 190.0 mm, 하우징 내경 Dh는 104.7 mm였다. 이로써, 체적 충전율 Rv는 74.7%, 좌굴율 W는 107.4%, 막체적(원환부) Vmm은 763 mL였다. 이로부터, 모듈의 흡착 용량은 37.8 mg/mL로 산출되었다. 한편, 고정제 밀집부 비율 Rb는 0.0%였다.

모듈(1'B)에 관해서, 해체하여 조사한 바, 모듈(1'B)에 충전되어 있는 중공사막의 개수 n은 560개, 중공사막의 평균 내경 Di/평균 외경 Do은 2.26 mm/3.69 mm, 중공사막의 평균 유효 길이 L'은 209 mm였다. 또한, 고정층의 계면 사이 거리 L은 190.0 mm, 하우징 내경 Dh는 104.7 mm였다. 이로써, 체적 충전율 Rv는 76.5%, 좌굴율 W는 110.0%, 막체적(원환부) Vmm은 782 mL였다. 뽑아낸 중공사막의 동적 흡착 용량은 43.2 mg/mL이며, 스케일러빌리티는 87.6%였다.

한편, 모듈(1'A와 1'B)의 좌굴율차는 2.6%였다. 또한, 모듈(1'C)의 내구 횟수는 2회였다.

이러한 결과로부터, 비교예 1에서는, 단사의 흡착 용량에 대한 모듈의 흡착 용량의 성능비가 87.6%로 낮아, 중공사막 모듈의 형태에서 단사의 성능을 유지하기가 곤란하다는 것을 확인할 수 있었다.

[비교예 2]

도 4에 나타내는 다발 정돈 공정에 있어서, 중공사막만을 한 다발로 정돈함으로써, 도 11의 (a)에 도시하는 중공사막 모듈을 3개(2'A, 2'B, 2'C) 작성했다. 한편, 비교예 2에서는 구획 부재를 이용하지 않았다.

모듈(2'A)에 관해서, 모듈의 흡착 용량 평가를 실시한 바, 모듈당 239.4 g의 BSA가 흡착하였다. 그 후, 해체하여 조사한 바, 모듈(2'A)에 충전되어 있는 중공사막의 개수 n은 880개, 중공사막의 평균 내경 Di/평균 외경 Do은 2.26 mm/3.69 mm, 중공사막의 평균 유효 길이 L'은 1016 mm였다. 또한, 고정층의 계면 사이 거리 L은 936.0 mm, 하우징 내경 Dh는 130.0 mm였다. 이로써, 체적 충전율 Rv는 77.0%, 좌굴율 W는 108.5%, 막체적(원환부) Vmm은 5975 mL였다. 이로부터, 모듈의 흡착 용량은 40.1 mg/mL로 산출되었다. 한편, 고정제 밀집부 비율 Rb는 0.0%였다.

모듈(2'B)에 관해서, 해체하여 조사한 바, 모듈(2'B)에 충전되어 있는 중공사막의 개수 n은 880개, 중공사막의 평균 내경 Di/평균 외경 Do은 2.26 mm/3.69 mm, 중공사막의 평균 유효 길이 L'은 996 mm였다. 또한, 고정층의 계면 사이 거리 L은 936.0 mm, 하우징 내경 Dh는 130.0 mm였다. 이로써, 체적 충전율 Rv는 75.4%, 좌굴율 W는 106.4%, 막체적(원환부) Vmm은 5857 mL였다. 뽑아낸 중공사막의 동적 흡착 용량은 45.8 mg/mL이며, 스케일러빌리티는 87.6%였다.

한편, 모듈(2'A와 2'B)의 좌굴율차는 2.1%였다. 또한, 모듈(1'C)의 내구 횟수는 1회였다.

이러한 평가 결과로부터, 비교예 2에서는, 단사의 흡착 용량에 대한 모듈의 흡착 용량의 성능비가 87.6%로 낮아, 중공사막 모듈의 형태에서 단사의 성능을 유지하기가 곤란하다는 것을 확인할 수 있었다.

실시예 1~11 및 비교예 1, 2에 있어서의 체적 충전율과 흡착 용량 성능비 간의 관계를 도 17에 나타낸다. 도 17에 나타내는 바와 같이, 체적 충전율이 70% 이상이 되는 비교예 1, 2에서는, 단사의 흡착 용량에 대한 모듈의 흡착 용량이 90% 미만의 낮은 값을 보여, 스케일러빌리티를 확보하기가 어려운 데 반해, 체적 충전율이 30% 이상 70% 미만의 범위가 되는 실시예 1~11에서는, 단사의 흡착 용량에 대한 모듈의 흡착 용량이 90% 이상의 높은 값을 보여, 높은 스케일러빌리티를 확보할 수 있음을 알 수 있었다.

한편, 비교예 2는, 일본 특허 공개 2011-016116호 공보나 일본 특허 공개 2011-016119호 공보에 기재된 중공사막 모듈을 모델로 한 것이다. 그리고, 이 비교예 2에 관해서 실제로 실험한 바, 고정제의 충전에 의해 중공사막이 크게 좌굴되어 체적 충전율이 77.0%까지 상승했다. 그 결과, 단위 막체적당 흡착 용량이 낮아져, 단사의 흡착 용량에 대한 모듈의 흡착 용량이 87.5%로 낮아졌다.

한편, 예컨대, 실시예 2, 1, 9, 11에 있어서, 모듈(2A, 1A, 9A, 11A)의 체적 충전율과 스케일러빌리티 간의 관계는 체적 충전율 68.7%, 61.9%, 57.1%, 41.2%에 대하여, 성능비 95.1%, 97.7%, 99.8%, 99.5%로 전부 90% 이상이 되는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 예컨대 실시예 6, 3, 9, 5, 4에 있어서, 고정제 밀집부 비율과 좌굴율차를 비교하면, 고정제 밀집부 비율이 0.0%, 4.2%, 8.9%, 12.6%, 32.7%에 대하여, 좌굴율차가 3.2%, 0.5%, 0.0%, 0.0%, 0.0%가 되어, 고정제 밀집부 비율이 3% 이상으로 됨으로써, 좌굴에 의한 체적 충전율의 불균일이 억제되는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 실시예 1~5는 고정층에 구획 부재를 구비하지 않는 실시예이며, 실시예 6~11은 고정층에 구획 부재를 구비한 실시예이다. 구획 부재를 구비함으로써, 고정층의 반복 내구성이 향상하는 것을 확인할 수 있었다.

1: 중공사막 모듈(흡착분리막 모듈) 2: 중공사막
2a, 2b: 단부 3: 중공사막 다발
3A, 3B, 3C, 3D: 소다발 3a, 3b: 중공사막 다발의 단부
4: 하우징(통체) 4A: 공간
4B: 공간 4C: 공간
6, 6A, 6B: 구획 부재 7, 7A, 7B: 고정층
8: 보호 부재 11: 하우징 본체부(통체)
11a, 11b: 절단대 12A, 12B: 캡
13A, 13B: 고정구 14A, 14B: 관부
16A, 16B: 관부 21, 22, 23, 24, 26: 관통부
31, 32, 33, 34: 벽부 31a, 31b: 판 부재
32: 벽부 32a, 32b: 판 부재
33: 벽부 33a, 33b: 판 부재
34: 벽부 34a, 34b: 판 부재
41, 42: 평판 43, 44: 평판
50: 유닛 51A, 51B: 컵
51a: 관부 71: 구획 부재
72: 구획 부재 73: 구획 부재
74: 구획 부재 76: 분할 네트(분할 수단)
77: 스페이서 78: 구획 부재
81: 고정제 주입 부재 BD: 고정제

Claims (15)

1. 흡착 기능을 갖는 복수개의 중공사막(中空絲膜)을 포함하는 중공사막 다발과,
   상기 중공사막 다발을 수용하는 통체와,
   상기 중공사막 다발의 적어도 한쪽의 단부를 상기 통체에 고정하는 고정층
   을 구비하는 흡착분리막 모듈에 있어서,
   상기 고정층은 상기 중공사막의 길이 방향을 따라서, 상기 고정층의 두께 전역에 걸쳐 연장되는 고정제 밀집부를 갖는 것인 흡착분리막 모듈.
2. 제1항에 있어서, 상기 고정제 밀집부의 단면적은 상기 중공사막 다발의 점유 단면적에 대하여 3% 이상 60% 미만인 것인 흡착분리막 모듈.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 고정층에서, 상기 중공사막 다발이 복수의 소다발로 분할되고, 각 소다발이 간격을 두고 배치되어 있는 것인 흡착분리막 모듈.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정층에서 상기 중공사막 다발을 복수의 소다발으로 구획하여, 상기 중공사막 다발의 길이 방향으로 관통하는 관통부를 갖는 구획 부재를 더 구비하는 흡착분리막 모듈.
5. 제4항에 있어서, 상기 관통부에 상기 고정층을 구성하는 고정제가 충전되어 있는 것인 흡착분리막 모듈.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 구획 부재는, 한 쌍의 판 부재가 대향 배치되는 것에 의해 상기 관통부가 형성되는 것인 흡착분리막 모듈.
7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구획 부재로 구획된 상기 중공사막 다발을 분할하는 분할 수단을 더 구비하는 흡착분리막 모듈.
8. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구획 부재로 구획된 상기 중공사막 다발의 외주를 덮는 보호 부재를 더 구비하는 흡착분리막 모듈.
9. 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구획 부재는 한 쌍의 대향 배치된 판 부재가 십자형으로 조합되어 있는 것인 흡착분리막 모듈.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 바이오 용도의 분리 정제에 사용되는 흡착분리막 모듈.
11. 흡착 기능을 갖는 복수개의 중공사막을 포함하는 중공사막 다발과, 상기 중공사막 다발을 수용하는 통체와, 상기 중공사막 다발의 적어도 한쪽의 단부를 상기 통체에 고정하는 고정층을 구비하는 흡착분리막 모듈의 제조 방법에 있어서,
    상기 중공사막 다발, 상기 통체 및 상기 중공사막 사이에 간극을 형성하여 상기 중공사막 다발의 길이 방향을 향해 연장되는 고정제 주입 부재를 구비하는 유닛의 단부에 고정제를 충전함으로써, 상기 중공사막 다발을 상기 통체에 고정하는 단계와,
    상기 유닛의 상기 단부를 절단함으로써, 상기 중공사막의 단부를 개구시키는 단계
    를 포함하는 흡착분리막 모듈의 제조 방법.
12. 흡착 기능을 갖는 복수개의 중공사막을 포함하는 중공사막 다발과, 상기 중공사막 다발을 수용하는 통체와, 상기 중공사막 다발의 적어도 한쪽의 단부를 상기 통체에 고정하는 고정층과, 상기 고정층에서 상기 중공사막 다발을 복수의 소다발로 구획하여 상기 중공사막의 길이 방향으로 관통하는 관통부를 갖는 구획 부재를 구비하는 흡착분리막 모듈의 제조 방법에 있어서,
    상기 중공사막 다발, 상기 통체, 및 상기 구획 부재를 구비하는 유닛의 단부에 고정제를 충전함으로써, 상기 중공사막 다발 및 상기 구획 부재를 상기 통체에 고정하는 단계와,
    상기 유닛의 상기 단부를 절단함으로써, 상기 중공사막의 단부를 개구시키는 단계
    를 포함하는 흡착분리막 모듈의 제조 방법.
13. 흡착 기능을 갖는 복수개의 중공사막을 포함하는 중공사막 다발과, 상기 중공사막 다발을 수용하는 통체와, 상기 중공사막 다발의 적어도 한쪽의 단부를 상기 통체에 고정하는 고정층을 구비하는 흡착분리막 모듈에 설치되며, 상기 중공사막 다발의 단부에서 상기 중공사막 다발을 복수의 막 다발로 구획하는 구획 부재에 있어서,
    축선 방향으로 관통하는 관통부를 갖는 구획 부재.
14. 흡착 기능을 갖는 복수개의 중공사막을 포함하는 중공사막 다발과,
    상기 중공사막 다발을 수용하는 통체와,
    상기 중공사막 다발의 적어도 한쪽의 단부를 상기 통체에 고정하는 고정층
    을 구비하는 흡착분리막 모듈에 있어서,
    상기 중공사막의 동적 흡착 용량에 대한 상기 흡착분리막 모듈의 동적 흡착 용량의 비가 90% 이상 100% 이하인 것인 흡착분리막 모듈.
15. 제14항에 있어서, 상기 통체의 용적에 대한 상기 중공사막의 점유 체적인 체적 충전율이 30% 이상 70% 미만인 것인 흡착분리막 모듈.

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