WO2013047746A1 - 分離膜、分離膜エレメントおよび分離膜の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(1-1)分離膜の概要
分離膜とは、分離膜表面に供給される流体中の成分を分離し、分離膜を透過した透過流体を得ることができる膜である。分離膜は、分離膜本体と、分離膜本体上に配置された流路材とを備える。
<概要>
分離膜本体としては、使用方法、目的等に応じた分離性能を有する膜が用いられる。分離膜本体は、単一層によって形成されていてもよいし、分離機能層と基材とを備える複合膜であってもよい。また、図7に示すように、複合膜においては、分離機能層203と基材201との間に、多孔性支持層202が形成されていてもよい。
分離機能層の厚みは具体的な数値に限定されないが、分離性能と透過性能の点で5nm以上3000nm以下であることが好ましい。特に逆浸透膜、正浸透膜、ナノろ過膜では5nm以上300nm以下であることが好ましい。
(A)エチレン性不飽和基を有する反応性基および加水分解性基がケイ素原子に直接結合したケイ素化合物、ならびに
(B)前記化合物(A)以外の化合物であってエチレン性不飽和基を有する化合物。
・化合物(A)のみが縮合および/または重合することで形成された重合物、
・化合物(B)のみが重合して形成された重合物、並びに
・化合物(A)と化合物(B)との共重合物
のうちの少なくとも1種の重合物を含有することができる。なお、重合物には縮合物が含まれる。また、化合物(A)と化合物(B)との共重合体中で、化合物(A)は加水分解性基を介して縮合していてもよい。
多孔性支持層は、分離機能層を支持する層であり、多孔性樹脂層とも言い換えられる。
分離膜本体の強度、寸法安定性等の観点から、分離膜本体は基材を有することができる。基材としては、強度、凹凸形成能および流体透過性の点で繊維状基材を用いることが好ましい。
<概要>
分離膜本体の透過側の面には、圧縮弾性率が0.1GPa以上5.0GPa以下の流路材が、透過側流路を形成するように基材に固着される。「透過側の流路を形成するように設けられる」とは、分離膜が後述の分離膜エレメントに組み込まれたときに、分離膜本体を透過した透過流体が集水管に到達できるように、流路材が形成されていることを意味する。流路材の構成の詳細は以下のとおりである。
流路材の圧縮弾性率は、0.1GPa以上5.0GPa以下であることが好ましい。海水淡水化用途では高圧での運転が行われる。高圧下では流路材が圧密化されて透過側流路が狭まるので、流動抵抗が増加して造水量が低下しやすい。流路材の圧縮弾性率が0.1GPa以上であることで、このような造水量の低下を抑制することができる。また、流路材の圧縮弾性率が極端に高いと、分離膜を巻囲するときに流路材が破壊されやすい。これに対して、圧縮弾性率が5.0GPa以下であることで、加圧ろ過時の流路材変形を抑え、流路を安定的に形成することができる。
分離膜に流路材を固着させると分離膜自身の剛性が高くなるが、剛性が高くなりすぎると、分離膜エレメントを作製するための分離膜の巻回性が低下してしまい、分離膜が巻回されるにつれて流路材の破壊や分離膜の機能層が破壊される場合がある。そのため、流路材が固着された分離膜の剛軟度は400mm以下が好ましく、350mm以下がさらに好ましく、200mm以下が特に好ましい。
流路材31は、分離膜本体2とは異なる材料で形成されることが好ましい。異なる材料とは、分離膜本体2で使用される材料とは異なる組成を有する材料を意味する。特に、流路材31の組成は、分離膜本体2のうち、流路材31が形成されている面の組成とは異なることが好ましく、分離膜本体2を形成するいずれの層の組成とも異なることが好ましい。
<<概要>>
従来広く用いられているトリコットは編み物であり、立体的に交差した糸で構成されている。つまり、トリコットは、二次元的に連続した構造を有している。このようなトリコットが流路材として適用された場合、流路の高さはトリコットの厚みよりも小さくなる。すなわち、トリコットの厚みの全てを流路の高さとして利用することはできない。
図2~図4において、a~fは下記値を指す。
b:分離膜本体2の幅方向における流路材31の間隔
c:流路材の高さ(流路材31と分離膜本体2の透過側の面22との高低差)
d:流路材31の幅
e:分離膜本体2の長さ方向における上記流路材の間隔
f:流路材31の長さ
値a、b、c、d、e、fの測定には、例えば、市販の形状測定システムまたはマイクロスコープなどを用いることができる。各値は、1枚の分離膜において30箇所以上で測定を行い、それらの値を総和した値を測定総箇所の数で割って平均値を算出することで、求められる。このように、少なくとも30箇所における測定の結果得られる各値が、以下に記載する範囲を満たせばよい。
長さaは、第2方向(分離膜の長さ方向)における分離膜本体2の一端から他端までの距離である。この距離が一定でない場合、1枚の分離膜本体2において30箇所以上の位置でこの距離を測定し、平均値を求めることで長さaを得ることができる。
第1方向(分離膜の幅方向)において隣接する流路材31の間隔bは、流路5の幅に相当する。1つの断面において1つの流路5の幅が一定でない場合、つまり隣り合う2つの流路材31の側面が平行でない場合は、1つの断面内で、1つの流路5の幅の最大値と最小値の平均値を測定し、その平均値を算出する。図4に示すように、第2方向に垂直な断面において、流路材31は上が細く下が太い台形状を示す場合、まず、隣接する2つの流路材31の上部間の距離と下部間の距離を測定して、その平均値を算出する。任意の30箇所以上の断面において、流路材31の間隔を測定して、それぞれの断面において平均値を算出する。そして、こうして得られた平均値の相加平均値をさらに算出することで、間隔bが算出される。
高さcとは、流路材と分離膜本体の表面との高低差である。図4に示すように、高さcは、第2方向に垂直な断面における、流路材31の最も高い部分と分離膜本体の透過側面との高さの差である。すなわち、高さにおいては、基材中に含浸している部分の厚みは考慮しない。高さcは、30箇所以上の流路材31について高さを測定し、平均して得られる値である。流路材の高さcは、同一の平面内における流路材の断面の観察によって得られてもよいし、複数の平面における流路材の断面の観察によって得られてもよい。
流路材31の幅dは、次のように測定される。まず、第1方向(分離膜の幅方向)に垂直な1つの断面において、1つの流路材31の最大幅と最小幅の平均値を算出する。つまり、図4に示すような上部が細く下部が太い流路材31においては、流路材下部の幅と上部の幅を測定し、その平均値を算出する。このような平均値を少なくとも30箇所の断面において算出し、その相加平均を算出することで、1枚の膜当たりの幅dを算出することができる。
第2方向における流路材31の間隔eは、第2方向(分離膜の長さ方向)において隣り合う流路材31間の最短距離である。図2に示すように、流路材31が第2方向において分離膜本体2の一端から他端まで(分離膜エレメント内では、巻回方向の内側端部から外側端部まで)連続して設けられている場合、間隔eは0mmである。また、図3に示すように、流路材31が第2方向において途切れている場合
間隔eは、好ましくは5mm以下であり、より好ましくは1mm以下であり、さらに好ましくは0.5mm以下である。間隔eが上記範囲内であることで、膜落ち込みが生じても膜への機械的負荷が小さく、流路閉塞による圧力損失を比較的小さくすることができる。なお、間隔eの下限は、0mmである。
流路材31の長さfは、分離膜本体2の長さ方向(つまり第2方向)における流路材31の長さである。長さfは、1枚の分離膜1内で、30個以上の流路材31の長さを測定し、その平均値を算出することで求められる。流路材の長さfは、分離膜本体の長さa以下であればよい。流路材の長さfが分離膜本体の長さaと同等のときは、流路材31が分離膜1の巻回方向内側端部から外側端部へ連続的に設けられていることを指す。長さfは、好ましくは10mm以上であり、より好ましくは20mm以上である。長さfが10mm以上であることで、圧力下でも流路が確保される。
上述したように、本実施形態の流路材は、従来のトリコットのような連続形状を有する流路材に比べて圧力損失を小さくすることができる。言い換えると、本実施形態の技術によると、圧力損失が同等であっても、従来技術よりもリーフ長を大きくすることができる。リーフ長を大きくすることができると、リーフ数を低減することができる。
i)a2f2(b+c)2(b+d)×10-6/b3c3(e+f)2≦1400かつ
ii)850≦a≦7000かつ
iii)b≦2かつ
iv)c≦0.5かつ
v)0.15≦df/(b+d)(e+f)≦0.85
このように、透過側に流路材を所定の形態で設けることで、従来のトリコットのような連続形状を有する流路材に比べて圧力損失が小さくなるので、リーフ長を長くすることができる。よって、1個の分離膜エレメント当たりのリーフ数を低減しても、分離性能に優れる分離膜エレメントを提供することができる。
流路材の形状は特に限定されないが、流路の流動抵抗を少なくし、透過させた際の流路を安定化させるような形状が選択され得る。これらの点で、分離膜の面方向に垂直ないずれかの断面において、流路材の形状は、直柱状や台形状、曲柱状、あるいはそれらの組み合わせでもよい。
分離膜の透過側の面に対する流路材の投影面積比は、特に透過側流路の流動抵抗を低減し、流路を安定に形成させる点では、0.03以上0.85以下であることが好ましく、0.15以上0.85以下であることがより好ましく、0.2以上0.75以下であることがさらに好ましく、0.3以上0.6以下であることがさらに好ましい。なお、投影面積比とは、分離膜を5cm×5cmで切り出し、分離膜の面方向に平行な平面に投影した時に得られる流路材の投影面積を、切り出し面積(25cm2)で割った値である。また、この値は、上述の式v)に記載されたdf/(b+d)(e+f)で表すこともできる。
分離膜を透過した水は透過側流路5を通過して集水管6に集められる。分離膜において、集水管から遠い領域、つまり巻回方向外側の端部近傍の領域(図5における右側端部に近い領域)を透過した水は、集水管6に向かう間に、巻回方向においてより内側の領域を透過した水と合流し、集水管6へ向かう。よって、透過側流路においては、集水管6から遠い方が、存在する水量が少ない。
(2-1)概要
図5に示すように、分離膜エレメント100は、集水管6と、上述したいずれかの構成を備え、集水管6の周囲に巻回された分離膜1を備える。
<概要>
分離膜1は、集水管6の周囲に巻回されており、分離膜の幅方向が集水管6の長手方向に沿うように配置される。その結果、分離膜1は、長さ方向が巻回方向に沿うように配置される。
図1に示すように、分離膜は、膜リーフ4(本書において、単に「リーフ」と称することがある。)を形成する。リーフ4において分離膜1は、供給側の面21が、図示しない供給側流路材を挟んで他の分離膜7の供給側の面71と対向するように、配置される。分離膜リーフ4において、互いに向かい合う分離膜の供給側の面の間には供給側流路が形成される。
上述したように、分離膜1には透過側流路材31を備えている。透過側流路材31によって、封筒状膜の内側、つまり向かい合う分離膜の透過側の面の間には、透過側流路が形成される。
(流路材)
分離膜エレメント100は、向かい合う分離膜の供給側の面の間に、分離膜1に対する投影面積比が0を超えて1未満となる流路材を備える(図示せず)。供給側流路材の投影面積比は0.03以上0.50以下であることが好ましく、さらに好ましくは0.10以上0.40以下、特に好ましくは、0.15以上0.35以下である。投影面積比が0.03以上0.50以下であることで、流動抵抗が比較的小さく抑えられる。なお、投影面積比とは、分離膜と供給側流路材を5cm×5cmで切り出し、供給側流路材を分離膜の面方向に平行な平面に投影した時に得られる投影面積を切り出し面積で割った値である。
また、分離膜の供給側の面に供給側流路材を配置するに代わりに、エンボス成形、水圧成形、カレンダ加工といった方法で分離膜の供給側に高低差を付与することができる。
集水管6は、その中を透過水が流れるように構成されていればよく、材質、形状、大きさ等は特に限定されない。集水管6としては、例えば、複数の孔が設けられた側面を有する円筒状の部材が用いられる。
より具体的な形態として、図8-図10に、第1-第3の形態の分離膜エレメント100A、100B、100Cを示す。図8は、第1形態の分離膜エレメント100Aを部分的に分解して示す説明図であり、集水管6の周りに、複数枚の分離膜1が巻回されている。また、分離膜エレメント100Aは、上述した構成に加えて、さらに以下の構成を備える。
図9を参照して、本実施形態の分離膜エレメント100Bについて説明する。なお、既に説明した構成要素については、同符号を付してその説明を省略する。
図10を参照して、本実施形態の分離膜エレメント100Cについて説明する。なお、既に説明した構成要素については、同符号を付してその説明を省略する。
分離膜エレメントの製造方法は、分離膜を製造する工程を含む。また、分離膜を製造する工程は、少なくとも以下の工程:
基材および分離機能層を有する分離膜本体を準備する工程、
上記分離膜本体とは異なる組成を有する材料を、熱によって軟化する工程、
軟化した前記材料を、上記分離膜本体の基材側の面に配置することで、透過側流路材を形成する工程、および
上記材料を固化することで、上記分離膜本体上に上記透過側流路材を固着させる工程
を含む。
分離膜本体の製造方法については上述したが、簡単にまとめると以下のとおりである。
分離膜の製造方法は、分離膜本体の透過側の面に、不連続な流路材を設ける工程を備える。この工程は、分離膜製造のどの時点で行われてもよい。例えば、流路材は、基材上に多孔性支持層が形成される前に設けられてもよいし、多孔性支持層が設けられた後であって分離機能層が形成される前に設けられてもよいし、分離機能層が形成された後、上述の化学処理が施される前または後に行われてもよい。
供給側流路材が、分離膜本体と異なる材料で形成された不連続な部材である場合、供給側流路材の形成には、透過側流路材の形成と同じ方法およびタイミングを適用することができる。
分離膜リーフは、上述したように、供給側の面が内側を向くように分離膜を折りたたむことで形成することされてもよいし、別々の2枚の分離膜を、供給側の面が向かい合うように貼り合わせることで形成されてもよい。
1枚の分離膜を透過側面が内側を向くように折り畳んで貼り合わせることで、または2枚の分離膜を透過側面が内側を向くように重ねて貼り合わせることで、封筒状膜を形成することができる。長方形状の封筒状膜においては、長さ方向の一端のみが開口するように、他の3辺を封止する。封止は、接着剤またはホットメルト等による接着、熱またはレーザによる融着等により実行できる。
分離膜エレメントの製造には、従来のエレメント製作装置を用いることができる。また、エレメント作製方法としては、参考文献(日本国特公昭44-14216号公報、日本国特公平4-11928号公報、日本国特開平11-226366号公報)に記載される方法を用いることができる。詳細には以下の通りである。
分離膜エレメントの製造方法は、上述のように形成された分離膜の巻回体の外側に、フィルムおよびフィラメント等をさらに巻きつけることを含んでいてもよいし、集水管の長手方向における分離膜の端を切りそろえるエッジカット、端板の取り付け等のさらなる工程を含んでいてもよい。
分離膜エレメントは、さらに、直列または並列に接続して圧力容器に収納されることで、分離膜モジュールとして使用されてもよい。
キーエンス社製高精度形状測定システムKS-1100を用い、5cm×5cmの透過側の測定結果から平均の高低差を解析した。10μm以上の高低差のある30箇所を測定し、各高さの値を総和した値を測定総箇所の数で割って求めた。
走査型電子顕微鏡(S-800)(日立製作所製)を用いて30個の任意の流路材断面を500倍で写真撮影し、分離膜の透過側における流路材の頂点から、隣の流路材の頂点までの水平距離を200箇所について測定し、その平均値をピッチとして算出した。
流路材と共に分離膜を5cm×5cmで切り出し、レーザ顕微鏡(倍率10~500倍の中から選択)を用い、ステージを移動させて、流路材の全投影面積を測定した。流路材を分離膜透過側または供給側から投影した時に得られる投影面積を切り出し面積で割った値を投影面積比とした。
分離膜または分離膜エレメントについて、原水として3.5重量%食塩、運転圧力5.5MPa、運転温度25℃、pH6.5で運転(回収率15%)の条件下で100時間運転を行った。その後、同条件で、10分間の運転を行うことで透過水を得た。この10分間の運転で得られた透過水の体積から、分離膜の単位面積あたり、かつ1日あたりの透水量(立方メートル)を、造水量(m3/日)として表した。
造水量の測定における10分間の運転で用いた原水およびサンプリングした透過水について、TDS濃度を伝導率測定により求め、下記式からTDS除去率を算出した。
TDS除去率(%)=100×{1-(透過水中のTDS濃度/原水中のTDS濃度)}。
全ての壁状物(透過側流路材)に対して膜リーフ長L1と、膜リーフ長に対して集水管から遠方の端部から壁状物が存在しない距離または一面に塗布されている距離L3を測定し、欠点率(%)=L3/L1×100の式に基づいて算出した上で、1個の壁状物当たりの平均値を求めた。以下、得られた平均値を「欠点率」と表記する。
流路材を直径10mm、厚さ25mmの円柱状に溶融成形し、テンシロン万能材料試験器(RTF-2430)(エー・アンド・デイ製)を用いて圧縮速度10mm/分、25℃下で圧縮応力とひずみの関係を調べ、得られた曲線の初期勾配を算出した。この初期勾配が圧縮弾性率である。
原水と透過水中のホウ素濃度をICP発光分析装置(日立製作所製 P-4010)で分析し、次の式から求めた。
ホウ素除去率(%)=100×{1-(透過水中のホウ素濃度/原水中のホウ素濃度)}
(剛軟度)
ISO 13934-1 1999に従い、水平面と、45°の斜面とを有する水平台を用いて、剛軟度を測定した。具体的には、分離膜を25mm幅に切断して、サンプルを得た。切分離器機能層が水平面に対向するように、分離膜のサンプルを水平面上に配置した。サンプルの一端を斜面と水平面との境界に合わせた状態で、サンプルの他端を金属板で押さえた。次に、サンプルを押さえながら、金属板を斜面と水平面との境界に向かって静かに滑らせた。サンプルの先端の中央部分が斜面に接したときの、押し出された長さ(mm)を測定した。測定された長さが分離膜の剛軟度である。
ポリエチレンテレフタレート繊維からなる不織布(糸径:1デシテックス、厚み:約90μm、通気度:1cc/cm2/sec、密度0.80g/cm3)上にポリスルホンの15.0重量%のDMF溶液を180μmの厚みで室温(25℃)にてキャストし、ただちに純水中に浸漬して5分間放置し、80℃の温水で1分間浸漬することによって繊維補強ポリスルホン支持膜からなる、多孔性支持層(厚さ130μm)を作製した。
実施例1で得た分離膜を、分離膜エレメントでの有効面積が37.0m2となるように折り畳み断裁加工し、ネット(厚み:0.7mm、ピッチ:5mm×5mm、繊維径:350μm、投影面積比:0.13)を供給側流路材として幅900mmかつリーフ長800mmで26枚のリーフを作製した。
以下、特に言及しない条件については、実施例1と同様にして分離膜を作製した。
実施例3で得た分離膜を、分離膜の長手方向が集水管の長手方向に対して垂直になるように配置して、実施例2と同様にして、8インチエレメントを作製した。
欠点率を12%とした以外は全て実施例3と同様にして、分離膜を作製した。続いて、実施例2と同様にして、分離膜エレメントを作製した。
欠点率を25%とした以外は全て実施例3と同様にして、分離膜を作製した。続いて、実施例2と同様にして、分離膜エレメントを作製した。
透過側流路材の高さを0.32mmとした以外は実施例3と同様にして、分離膜を作製した。続いて、分離膜エレメントの有効膜面積を36m2としたこと以外は全て実施例2と同様にして、分離膜エレメントを作製した。
実施例3で得た分離膜を用い、供給側流路材であるネットの厚みを0.95mmとし、かつ分離膜エレメントの有効膜面積を31m2としたこと以外は全て実施例2と同様にして、分離膜エレメントを作製した。
実施例3で得た分離膜を、分離膜エレメントでの有効面積が0.5m2となるように折り畳み断裁加工し、ネット(厚み:510μm、ピッチ:2mm×2mm、繊維径:255μm、投影面積比:0.21)を供給側流路材として幅200mmで2枚のリーフを作製した。
透過側流路材の高さを0.11mmとし、かつ分離膜エレメントの有効膜面積を0.56m2としたこと以外は全て実施例9と同様にして、分離膜エレメントを作製した。
リーフ数を1枚(リーフ長1,600mm)とし、分離膜エレメントの有効膜面積を0.49m2としたこと以外は全て実施例9と同様にして、分離膜エレメントを作製した。
実施例3で得た分離膜を、分離膜エレメントでの有効面積が0.5m2となるように折り畳み断裁加工し、ネット(厚み:510μm、ピッチ:2mm×2mm、繊維径:255μm、投影面積比:0.21)を供給側流路材として、幅200mmの6枚のリーフを作製した。
透過側流路材の断面形状を半円状(幅:0.5mm)としたこと以外は全て実施例3と同様にして、分離膜を作製した。この分離膜を用いて、実施例2と同様にして、分離膜エレメントを作製した。
基材をポリエステル長繊維不織布(糸径:1デシテックス、厚み:約90μm、通気度:1.0cc/cm2/sec、多孔性支持層側表層の繊維配向度:40°、多孔性支持層とは反対側の表層での繊維配向°:20°、密度0.80g/cm3)にした以外は全て実施例3と同様にして、分離膜を作製した。この分離膜を用いて、実施例2と同様にして、分離膜エレメントを作製した。
基材としてポリエステル長繊維不織布(糸径:1デシテックス、厚み:約90μm、通気度:1.0cc/cm2/sec、多孔性支持層側表層の繊維配向度:40°、多孔性支持層とは反対側の表層での繊維配向°:20°、密度0.80g/cm3)を用い、かつポリプロピレンに対して炭酸カルシウム(和光純薬工業社製)を25wt%添加した以外は、て、全て実施例3と同様にして、分離膜を作製した。さらに、実施例2と同様にして分離膜エレメントを作製した。分離膜の剛軟度は210mmであった。透過側流路材の圧縮弾性率は1.5GPaであった。
透過側流路材の形成条件について、樹脂を変性オレフィン系ホットメルト(PK-100S、圧縮弾性率:0.11GPa)とし、樹脂温度を170℃、加工速度を6.0m/分に変更したこと以外は全て実施例3と同様にして、分離膜を作製した。この分離膜を用いて、実施例2と同様に分離膜エレメントを作製した。分離膜の剛軟度は110mmであった。
透過側流路材の形成条件について、樹脂をポリオレフィン系ホットメルト(商品名:PHC-9275、圧縮弾性率:0.18GPa)とし、樹脂温度を180℃、加工速度を11.0m/分に変更したこと以外は全て実施例3と同様にして、分離膜を作製した。この分離膜を用いて、実施例2と同様に分離膜エレメントを作製した。分離膜の剛軟度は140mmであった。
透過側流路材の形成条件について、ポリオレフィン系ホットメルトに対してケイ酸マグネシウム(和光純薬工業社製)を25wt%添加したこと以外は、全て実施例17と同様にして、分離膜を作製し、さらに分離膜エレメントを作製した。分離膜の剛軟度は150mmであった。透過側流路材の圧縮弾性率は0.25GPaであった。
透過側流路材の形成条件について、樹脂をポリエチレンテレフタレート(商品名:PET200、圧縮弾性率:2.9GPa)とし、樹脂温度を280℃、加工速度を2.0m/分に変更したこと以外は全て実施例3と同様にして、分離膜を作製した。この分離膜を用いて、実施例2と同様にして、分離膜エレメントを作製した。分離膜の剛軟度は250mmであった。
透過側流路材の形成条件について、樹脂をポリスチレン(商品名:CR-2500、圧縮弾性率:3.5GPa)とし、樹脂温度を250℃、加工速度を2.0m/分に変更したこと以外は全て実施例3と同様にして、分離膜を作製した。この分離膜を用いて、実施例2と同様にして、分離膜エレメントを作製した。分離膜の剛軟度は290mmであった。
透過側流路材の形成条件について、ポリスチレンに対して炭酸カルシウム(和光純薬工業社製)を25wt%添加して、圧縮弾性率を4.0GPaとしたこと以外は全て実施例20と同様にして、分離膜を作製した。この分離膜を用いて、実施例2と同様に分離膜エレメントを作製した。なお、分離膜の剛軟度は320mmであった。
透過側流路材の形成条件について、ポリスチレンに対してケイ酸マグネシウム(和光純薬工業社製)を50wt%添加したこと以外は全て実施例20と同様にして、分離膜を作製した。この分離膜を用いて、実施例2と同様に分離膜エレメントを作製した。透過側流路材の圧縮弾性率は4.2GPaであり、分離膜の剛軟度は390mmであった。
実施例3で作製した分離膜を、実施例2と同様に、集水管の周囲にスパイラル状に巻き付けることで、巻囲体を作製した。巻囲体の外周面を、筒状に連続押し出し成形されたネット(厚み:0.7mm、ピッチ:5mm×5mm、繊維径:350μm、投影面積比:0.13)で被覆した。被覆された巻囲体の両端のエッジカットを行った後、巻囲体の一端に孔のない端板(第1端板91に相当する)を取り付け、他端に孔付き端板(第2端板92に相当する)を巻囲体に取り付けた。本実施例の分離膜エレメントは、原水の供給口を分離膜エレメントの外周面のみに備えており、図9に示す第2形態の分離膜エレメント100Bに相当した。
巻囲体の両端に孔付き端板(第2端板92に相当する)を巻囲体に取り付けた。本実施例の分離膜エレメントは、供給口を分離膜エレメントの外周面と端部との両方に備えており、図10に示す第3形態の分離膜エレメント100Cに相当した。
透過側に配置する透過側流路材として、連続形状を有するトリコット(厚み:280μm、溝幅:400μm、畦幅:300μm、溝深さ:105μm、ポリエチレンテレフタレート製)を用いたこと以外は全て実施例2と同様にして、分離膜エレメントを作製した。
透過側流路材を形成する条件について、樹脂をエチレン酢酸ビニル系ホットメルト(701A、圧縮弾性率:0.04GPa)とし、樹脂温度を115℃、加工速度を5.0m/分としたこと以外は全て実施例3と同様にして、分離膜を作製した。この分離膜を用いて、実施例2と同様にして、分離膜エレメントを作製した。なお、分離膜の剛軟度は170mmであった。
透過側流路材を形成する条件について、樹脂をオレフィン系ホットメルト(2705、圧縮弾性率:0.08GPa)とし、樹脂温度を145℃、加工速度を7.0m/分としたこと以外は全て実施例3と同様にして、分離膜を作製した。この分離膜を用いて、実施例2と同様にして、分離膜エレメントを作製した。なお、分離膜の剛軟度は170mmであった。
11 封筒状膜
2 分離膜本体
21 供給側の面
22 透過側の面
201 基材
202 多孔性支持層
203 分離機能層
31 透過側流路材
32 供給側流路材
4 分離膜リーフ
5 透過側流路
6 集水管
7 分離膜
71 供給側の面
72 透過側の面
82 多孔性部材
91 端板(孔無)
92 端板(孔有)
100 分離膜エレメント
a 分離膜(リーフ)長さ
b 透過側流路材の幅方向間隔
c 透過側流路材の高低差
d 透過側流路材の幅
e 透過側流路材の長さ方向の間隔
f 透過側流路材の長さ
R2 分離膜において巻回方向内側から外側に並んだ透過側流路材の先頭から最後尾までを含む領域
R3 分離膜の巻回方向外側端部において透過側流路材が設けられていない領域
L1 分離膜全体の長さ(上記長さa)
L2 領域R2の長さ
L3 領域R3の長さ
100 分離膜エレメント
100A 分離膜エレメント(第1形態)
100B 分離膜エレメント(第2形態)
100C 分離膜エレメント(第3形態)
101 原水
102 透過水
103 濃縮水
Claims (14)
- 分離膜本体と、前記分離膜本体上に固着した流路材と、を備える分離膜であって、
前記流路材の圧縮弾性率が0.1GPa以上5.0GPa以下であることを特徴とする分離膜。 - 前記分離膜の剛軟度が400mm以下であることを特徴とする請求項1記載の分離膜。
- 原水温度25℃以下かつ圧力5.5MPa以下で運転したときの、前記流路材の高さの変形率が40%以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の分離膜。
- 前記分離膜本体は、供給側の面と透過側の面とを備え、
前記流路材は、前記透過側の面に設けられることを特徴とする請求項1~3に記載の分離膜。 - 前記流路材は、前記分離膜機能層とは異なる材料で形成されている
請求項1~4のいずれかに記載の分離膜。 - 前記流路材と前記分離膜表面との高さが30μm以上800μm以下であることを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載の分離膜。
- 前記流路材が第1方向において前記分離膜本体上に不連続に設けられていることを特徴とする請求項1~6のいずれかに分離膜。
- 前記流路材は、前記第1方向に直交する方向において、前記分離膜本体の一端から他端まで連続状に設けられていることを特徴とする請求項1~7のいずれかに記載の分離膜。
- 隣り合う流路材の間隔が0.05mm以上5mm以下であることを特徴とする請求項1~8のいずれかに記載の分離膜。
- 前記流路材が熱可塑性樹脂で形成されていることを特徴とする請求項1~9のいずれかに記載の分離膜。
- 前記分離膜本体が、基材と、前記基材上に設けられた多孔性支持層と、前記多孔性支持層上に設けられた分離機能層とを備え
前記基材が長繊維不織布であることを特徴とする請求項1~10のいずれかに記載の分離膜。 - 前記長繊維不織布の前記多孔性支持層とは反対側の表層における繊維が、前記多孔性支持層側の表層の繊維よりも縦配向である、請求項11に記載の分離膜。
- 集水管と、請求項1~12のいずれかに記載の前記分離膜と、を備え、
前記分離膜は、前記第1方向が前記集水管の長手方向に沿うように配置され、かつ前記集水管の周囲に巻回されている分離膜エレメント。 - 少なくとも基材および分離機能層を有する分離膜本体を準備する工程、
圧縮弾性率が0.1GPa以上5.0GPa以下の材料を熱によって軟化する工程、
軟化した前記材料を、前記分離膜本体の基材側の面に配置することで、透過側流路材を形成する工程、および
前記材料を固化することで、前記分離膜本体上に前記透過側流路材を固着させる工程
を含む分離膜の製造方法。
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