WO2017073698A1 - 複合半透膜およびその製造方法 - Google Patents

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semipermeable membrane
group
membrane
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淳 岡部
宏治 中辻
剛志 浜田
雅樹 東
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東レ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a composite semipermeable membrane useful for selective separation of a liquid mixture and a method for producing the same.
  • the composite semipermeable membrane obtained by the present invention has a high permeated water amount and salt removal performance, and is excellent in performance stability during long-term operation, and can be suitably used for desalination of brine, for example.
  • membrane separation method As an energy saving and resource saving process has been expanded.
  • membranes used in the membrane separation method include microfiltration membranes, ultrafiltration membranes, nanofiltration membranes, and reverse osmosis membranes. These membranes are used, for example, in the case of obtaining drinking water from seawater, brine, water containing harmful substances, etc., in the production of industrial ultrapure water, wastewater treatment, recovery of valuable materials, and the like.
  • composite semipermeable membranes which have an active layer in which a gel layer and a polymer are cross-linked on a support membrane, and polycondensate monomers on the support membrane.
  • a composite semipermeable membrane obtained by coating a support membrane with a separation functional layer made of a crosslinked polyamide obtained by polycondensation reaction of a polyfunctional amine and a polyfunctional acid halide has a permeated water amount and a selective separation property. Widely used as a high separation membrane.
  • Patent Document 1 a method of bringing an aqueous solution containing nitrous acid into contact with a composite semipermeable membrane having a crosslinked polyamide polymer as a separation functional layer
  • Patent Document 2 a method of bringing an aqueous solution containing chlorine into contact
  • fouling permeated water
  • foulants membrane contaminants such as inorganic substances and organic substances
  • Patent Document 3 a method of reducing the interaction with a foulant having a negative charge by coating polyvinyl alcohol on the surface of the separation functional layer and neutralizing the charged state of the membrane surface
  • Patent Document 4 a method of modifying the film surface by a free radical polymerization reaction using ultraviolet irradiation or the like
  • the acid chloride remaining after the formation of the crosslinked polyamide polymer has a hydrophilic group having an amino group Proposed is a method of modifying the membrane surface by reacting a reactive compound (Patent Documents 5 and 6) and a method of modifying the membrane surface by reacting a carboxyl group-containing hydrophilic compound with an amino group on the membrane surface (Patent Document 7).
  • reverse osmosis membranes need not only salt removal performance and permeated water amount, but also fouling resistance for stable operation over the long term.
  • the membranes described in Patent Documents 1 and 2 can increase the amount of permeated water, but have low fouling resistance.
  • the fouling resistance is improved by coating, but the amount of permeate is reduced.
  • the polyamide molecular chain of a reverse osmosis membrane is cut
  • salt removal performance falls by modification of the film
  • medical agent falls in the process of increasing the terminal amino group of the film
  • An object of the present invention is to provide a composite semipermeable membrane having a high permeated water amount and a salt removing performance and having high fouling resistance and a method for producing the same.
  • a composite semipermeable membrane comprising a support membrane comprising a substrate and a porous support layer, and a separation functional layer provided on the porous support layer,
  • the separation functional layer includes a crosslinked polyamide and a hydrophilic polymer having an acidic group, and in the separation functional layer, the molar equivalent of amino group / molar equivalent of amide group is 0.18 or less. film.
  • Step (A) By using an aqueous solution containing a polyfunctional amine and an organic solvent containing a polyfunctional acid halide, by performing interfacial polycondensation on the surface of the support film including the substrate and the porous support layer, Step (b) of forming a crosslinked polyamide Step of introducing a hydrophilic polymer into the crosslinked polyamide obtained in the step (a) by an amide bond (c) Converting a primary amino group of the crosslinked polyamide to a functional group
  • the step [6] of contacting with a reagent is described in the above [5], wherein the step (b) is a step of contacting a reagent that converts a carboxy group into a carboxylic acid derivative and a solution containing a hydrophilic polymer having an acidic group.
  • a method for producing a composite semipermeable membrane [7] The composite semipermeable membrane according to [5] or [6], wherein the step (c) is a contact reaction with a reagent that reacts with a primary amino group to produce a diazonium salt or a derivative thereof. Production method.
  • a composite semipermeable membrane having a high permeated water amount and a salt removing performance and excellent in fouling resistance can be obtained.
  • Use of this membrane is expected to continue stable operation over a long period of time in a desalination plant or the like.
  • the composite semipermeable membrane of the present invention may be referred to as a support membrane including a substrate and a porous support layer, and a crosslinked polyamide (hereinafter simply referred to as “polyamide”) provided on the porous support layer. And a separation functional layer containing a hydrophilic polymer having an acidic group.
  • the molar equivalent of amino group / molar equivalent of amide group in the separation functional layer is 0.18 or less, and more preferably 0.12 or less.
  • the hydrophilic polymer is preferably bonded to a crosslinked polyamide and an amide bond.
  • the separation function layer is a layer that plays a role of separating the solute in the composite semipermeable membrane.
  • the composition such as the composition and thickness of the separation functional layer is set in accordance with the intended use of the composite semipermeable membrane.
  • the separation functional layer includes a crosslinked polyamide and a hydrophilic polymer having an acidic group, and the crosslinked polyamide is obtained by interfacial polycondensation of a polyfunctional amine and a polyfunctional acid halide.
  • the hydrophilic polymer is preferably introduced and bonded to the crosslinked polyamide through an amide bond.
  • the polyfunctional amine is preferably composed of at least one component selected from an aromatic polyfunctional amine and an aliphatic polyfunctional amine.
  • the aromatic polyfunctional amine is an aromatic amine having two or more amino groups in one molecule, and is not particularly limited, but includes metaphenylenediamine, paraphenylenediamine, 1,3,5-triamine. Examples thereof include aminobenzene and N-alkylated products thereof. Examples of the N-alkylated product include N, N-dimethylmetaphenylenediamine, N, N-diethylmetaphenylenediamine, N, N-dimethylparaphenylenediamine, and N, N-diethylparaphenylenediamine. In view of the stability of performance, metaphenylenediamine (hereinafter referred to as m-PDA) or 1,3,5-triaminobenzene is particularly preferable.
  • m-PDA metaphenylenediamine
  • 1,3,5-triaminobenzene 1,3,5-triaminobenzene is particularly preferable.
  • the aliphatic polyfunctional amine is an aliphatic amine having two or more amino groups in one molecule, preferably a piperazine-based amine or a derivative thereof.
  • piperazine or 2,5-dimethylpiperazine is preferable from the viewpoint of stability of performance expression.
  • These polyfunctional amines may be used alone or in combination of two or more.
  • the polyfunctional acid halide is an acid halide having two or more carbonyl halide groups in one molecule, and is not particularly limited as long as it gives a polyamide by reaction with the polyfunctional amine.
  • Examples of the polyfunctional acid halide include oxalic acid, malonic acid, maleic acid, fumaric acid, glutaric acid, 1,3,5-cyclohexanetricarboxylic acid, 1,3-cyclohexanedicarboxylic acid, 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid.
  • 1,3,5-benzenetricarboxylic acid, 1,2,4-benzenetricarboxylic acid, 1,3-benzenedicarboxylic acid, 1,4-benzenedicarboxylic acid and other halides can be used.
  • acid halides acid chlorides are preferred, and are acid halides of 1,3,5-benzenetricarboxylic acid, particularly in terms of economy, availability, ease of handling, and ease of reactivity.
  • Trimesic acid chloride (hereinafter referred to as TMC) is preferred.
  • TMC Trimesic acid chloride
  • the said polyfunctional acid halide may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types as a mixture.
  • the polyamide has an amide group derived from a polymerization reaction of a polyfunctional amine and a polyfunctional acid halide, an amino group derived from an unreacted terminal functional group, and a carboxy group.
  • the amount of these functional groups affects the water permeability and salt removal rate of the composite semipermeable membrane.
  • the functional group can also be introduced by converting an amino group present in the crosslinked polyamide into a phenolic hydroxyl group or an azo group by an appropriately selected chemical reaction.
  • an amino group present in the crosslinked polyamide into a phenolic hydroxyl group or an azo group by an appropriately selected chemical reaction.
  • dinitrogen tetroxide, nitrous acid, nitric acid, sodium hydrogen sulfite, sodium hypochlorite, etc. as reagents, it is possible to convert amino groups to phenolic hydroxyl groups, while via diazonium salt formation
  • the amino group can be converted into an azo group by an azo coupling reaction or a reaction between an amino group and a nitroso compound.
  • the water permeability is increased by including a hydrophilic functional group such as carboxy group, amino group and phenolic hydroxyl group.
  • the membrane performance is improved, and the durability of the membrane is increased by including an azo group.
  • the water permeability decreases as the azo group content increases.
  • amino groups are easily oxidized with an oxidizing agent such as chlorine or hypochlorous acid.
  • the amount of functional groups in these polyamides can be determined by, for example, 13 C solid state NMR measurement. Specifically, the substrate is peeled from the composite semipermeable membrane to obtain a separation functional layer and a porous support layer, and then the porous support layer is dissolved and removed to obtain a separation functional layer. The obtained separation functional layer is subjected to DD / MAS- 13 C solid state NMR measurement, and the integrated value of the peak of the carbon atom to which each functional group is bonded is calculated. The amount of each functional group can be identified from this integrated value.
  • the functional group ratio “mole equivalent of amino group / mole equivalent of amide group” in the separation functional layer relates to the durability of the composite separation membrane, and is also simply referred to as “amino group ratio”.
  • the amino group ratio is 0.18 or less, preferably 0.12 or less.
  • the interaction acting in the polyamide separation functional layer becomes weak and the amount of permeated water becomes high.
  • the lower limit of the amino group ratio is not particularly limited, but may be, for example, 0.10.
  • the azo group is preferably introduced so that the ratio of “molar equivalent of azo group / molar equivalent of amide group” in the polyamide is 0.1 or more and less than 1.0. When this ratio is 0.1 or more and less than 1.0, a high salt removal rate can be obtained.
  • the hydrophilic polymer is introduced into the polyamide layer by an amide bond.
  • the hydrophilic polymer is a polymer that dissolves 0.5 g or more in 1 L of water under the condition of 25 ° C.
  • the hydrophilic polymer is bonded to the polyamide which is the main component of the separation functional layer by an amide bond in many cases via an amino group at the terminal of the polyamide. More specifically, the hydrophilic polymer is preferably disposed on the surface of the separation functional layer (in other words, the surface of the layer formed of polyamide). As will be described later, when the hydrophilic polymer is introduced after the formation of the polyamide, the hydrophilic polymer is disposed on the surface of the portion formed of the polyamide in the separation functional layer. This is because it is considered that the hydrophilic polymer hardly passes through the polyamide layer that substantially assumes the separation function.
  • the hydrophilic polymer is applied to the surface of the separation functional layer. It is possible to confirm that there are many. That is, it can be said that the separation functional layer has a cross-linked polyamide layer and a hydrophilic polymer layer provided thereon.
  • the separation membrane can exhibit high fouling resistance.
  • the hydrophilic polymer is introduced by weak bond or interaction, it may be easily detached by chemical cleaning or the like.
  • the fouling resistance may include both of suppressing fouling and suppressing a decrease in performance even if fouling occurs. The reason why the fouling resistance is obtained by the hydrophilic polymer is considered as follows.
  • the hydrophilic polymer can suppress contamination of the separation functional layer due to its mobility. Inhibition of fouling by motility is effective for any soil of nonions, cations and anions. Further, since the hydrophilic polymer is present on the surface of the separation functional layer, the dirt is more likely to adhere to the hydrophilic polymer than the polyamide. That is, even if dirt adheres to the surface of the separation functional layer, it is considered that the dirt adheres to a position away from the polyamide by the hydrophilic polymer. Therefore, the performance degradation of the separation membrane can be kept low.
  • the hydrophilic polymer preferably contains an acidic group from the viewpoint of improving the solubility in water and reducing the adhesion of foulants having a negative charge.
  • Preferred acidic groups are a carboxy group, a phosphonic acid group, a phosphoric acid group, and a sulfonic acid group, and one of these may be contained alone in the hydrophilic polymer, and two or more are contained. May be.
  • the structure of these acidic groups may exist in any form of an acid form, an ester compound, an anhydride, and a metal salt.
  • hydrophilic polymers are preferably polymers of monomers having an ethylenically unsaturated group in view of the chemical stability of the polymer.
  • a monomer having an ethylenically unsaturated group may contain two or more acidic groups, but a monomer containing one or two acidic groups is preferred from the standpoint of availability of the monomer.
  • examples of the monomer having a carboxy group include the following. Maleic acid, maleic anhydride, acrylic acid, methacrylic acid, 2- (hydroxymethyl) acrylic acid, 4- (meth) acryloyloxyethyl trimellitic acid and the corresponding anhydride, 10-methacryloyloxydecylmalonic acid, N- ( 2-hydroxy-3-methacryloyloxypropyl) -N-phenylglycine and 4-vinylbenzoic acid. Of these, acrylic acid, methacrylic acid, and maleic acid are preferred from the viewpoints of versatility and copolymerizability.
  • monomers having a phosphonic acid group include vinylphosphonic acid, 4-vinylphenylphosphonic acid, 4-vinylbenzylphosphonic acid, 2-methacryloyloxyethylphosphonic acid, 2- Methacrylamidoethylphosphonic acid, 4-methacrylamideamido-4-methyl-phenyl-phosphonic acid, 2- [4- (dihydroxyphosphoryl) -2-oxa-butyl] -acrylic acid and 2- [2- (dihydroxyphosphoryl)- Ethoxymethyl] -acrylic acid-2,4,6-trimethyl-phenyl ester is exemplified.
  • monomers having an ethylenically unsaturated group include 2-methacryloyloxypropyl monohydrogen phosphate, 2-methacryloyloxypropyl dihydrogen phosphate, and 2-methacryloyloxyethyl monohydrogen.
  • examples of the monomer having a sulfonic acid group include vinyl sulfonic acid, 4-vinylphenyl sulfonic acid, and 3- (methacrylamide) propyl sulfonic acid.
  • the weight average molecular weight of the hydrophilic polymer used in the present invention is preferably 2,000 or more. By introducing the hydrophilic polymer to the surface of the polyamide separation functional layer, it is considered that there is an effect of suppressing foulant adhesion to the film surface due to the mobility of the hydrophilic polymer.
  • the weight average molecular weight of the hydrophilic polymer is more preferably 5,000 or more, and further preferably 100,000 or more.
  • the upper limit of the weight average molecular weight of the hydrophilic polymer is not particularly limited, but may be 1,000,000 or less, for example.
  • the hydrophilic polymer may be a homopolymer of the above monomer having an ethylenically unsaturated group, or may be a copolymer of two or more monomers depending on the purpose.
  • copolymer components include polyvinylpyrrolidone, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, polyethylene glycol, polypropylene glycol, polyethyleneimine, polyvinylamine, polyallylamine, or block copolymers of these hydrophilic and hydrophobic polymers. , Graft copolymers, random copolymers and the like.
  • polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl alcohol, and polyvinyl acetate are preferable from the viewpoints of easy copolymerization and reduced adhesion to foulants.
  • the ratio of the structure containing an acidic group as a monomer unit is preferably 5 mol% or more and 100 mol% or less. That is, among the monomers constituting the hydrophilic polymer, the ratio (copolymerization ratio) of (number of moles of monomer having an acidic group / number of moles of monomer constituting the hydrophilic polymer) is 5% (0.05 ) Or more and 100% (1.0) or less.
  • the ratio of the monomer unit containing an acidic group is 5 mol% or more, the hydrophilic polymer is sufficiently bonded to the polyamide, so that the foulant adheres to the film surface due to the mobility of the hydrophilic polymer. Is suppressed.
  • the ratio of the structure containing an acidic group is more preferably 10 mol% or more and 100 mol% or less, and further preferably 40 mol% or more and 100 mol% or less.
  • the root mean square roughness (hereinafter also referred to as Rms) of the separation functional layer surface in a state where the hydrophilic polymer is bonded is preferably 50 nm or more.
  • Rms The root mean square roughness
  • the root mean square surface roughness may be 80 nm or more.
  • the upper limit of the root mean square roughness is not particularly limited, but may be, for example, 100 nm or less, 90 nm or less, or 86 nm or less.
  • the root mean square surface roughness can be measured with an atomic force microscope (hereinafter sometimes referred to as AFM).
  • the root mean square surface roughness is the square root of the value obtained by averaging the squares of deviations from the reference plane to the specified plane.
  • the measurement surface is the surface indicated by all measurement data
  • the specified surface is the surface that is subject to roughness measurement
  • the specific portion specified by the clip of the measurement surface and the reference surface is the specified surface
  • the average height is Z0
  • the AFM for example, NanoScope IIIa manufactured by Digital Instruments can be used.
  • the root mean square surface roughness of the separation functional layer can be controlled by the monomer concentration and temperature when the separation functional layer is formed by interfacial polycondensation. For example, when the temperature during interfacial polycondensation is low, the root mean square roughness decreases, and when the temperature is high, the root mean square roughness increases.
  • the surface of the separation functional layer is modified with a hydrophilic polymer, since the root mean square surface roughness decreases when the hydrophilic polymer layer is thick, the surface mean surface roughness is modified to be 50 nm or more. It is preferable.
  • the thickness of the separation functional layer is usually preferably in the range of 0.01 to 1 ⁇ m, more preferably in the range of 0.1 to 0.5 ⁇ m, in order to obtain sufficient separation performance and permeated water amount.
  • the thickness of the hydrophilic polymer layer is usually preferably in the range of 1 to 30 nm and more preferably in the range of 2 to 10 nm in order to suppress foulant adhesion to the film surface and to obtain durability. When the thickness of the hydrophilic polymer layer is 1 nm or more, a foulant adhesion suppressing effect on the film surface can be sufficiently obtained.
  • the support membrane is for imparting strength to the separation functional layer, and itself has substantially no separation performance for ions and the like.
  • the support membrane includes a base material and a porous support layer.
  • the size and distribution of pores in the porous support layer are not particularly limited.For example, uniform and fine pores, or fine pores gradually increasing from the surface on the side where the separation functional layer is formed to the other surface,
  • a support film including a porous support layer in which the size of the micropores on the surface on the side where the separation functional layer is formed is 0.1 nm or more and 100 nm or less is preferable.
  • the support membrane can be obtained, for example, by forming a porous support layer on the base material by casting a polymer on the base material.
  • the material used for the support membrane and its shape are not particularly limited.
  • the base material examples include a fabric made of at least one selected from polyester and aromatic polyamide. Particular preference is given to using polyesters which are highly mechanically and thermally stable.
  • a long fiber nonwoven fabric or a short fiber nonwoven fabric can be preferably used.
  • a polymer solution is cast on a substrate, it penetrates by over-penetration, the substrate and the porous support layer peel off, and the membrane is non-uniform due to fluffing of the substrate.
  • the long fiber nonwoven fabric can be more preferably used because excellent film-forming properties that do not cause defects such as crystallization and pinholes are required.
  • the long fiber nonwoven fabric examples include a long fiber nonwoven fabric composed of thermoplastic continuous filaments.
  • the base material is made of a long-fiber nonwoven fabric, it is possible to suppress non-uniformity and membrane defects caused by fluffing caused by fluffing, which occurs when a short-fiber nonwoven fabric is used.
  • the orientation of the fibers arranged on the surface opposite to the porous support layer of the base material is the vertical orientation with respect to the film forming direction, thereby maintaining the strength of the base material and preventing film breakage and the like. It is preferable because it is possible.
  • the longitudinal orientation means that the fiber orientation direction is parallel to the film forming direction. Conversely, when the fiber orientation direction is perpendicular to the film forming direction, it is referred to as lateral orientation.
  • the fiber orientation degree of the nonwoven fabric substrate is preferably 0 ° or more and 25 ° or less.
  • the degree of fiber orientation is an index indicating the direction of the fibers of the nonwoven fabric substrate constituting the support membrane, and the direction of film formation during continuous film formation is 0 °, that is, the direction perpendicular to the film formation direction, that is, the nonwoven fabric.
  • the average angle of the fibers constituting the nonwoven fabric substrate when the width direction of the substrate is 90 °. Accordingly, the closer to 0 ° the fiber orientation, the longer the orientation, and the closer to 90 °, the lateral orientation.
  • the manufacturing process of the composite semipermeable membrane and the manufacturing process of the element include a heating step, but a phenomenon occurs in which the support membrane or the composite semipermeable membrane contracts due to heating.
  • a phenomenon occurs in which the support membrane or the composite semipermeable membrane contracts due to heating.
  • the film tends to shrink in the width direction. Since the support membrane or the composite semipermeable membrane shrinks, a problem arises in dimensional stability and the like, and therefore, a substrate having a low rate of thermal dimensional change is desired.
  • the degree of orientation difference between the fiber disposed on the surface opposite to the porous support layer in the nonwoven fabric substrate and the fiber disposed on the surface on the porous support layer side is 10 ° or more and 90 ° or less, A change in the width direction can be suppressed, which is preferable.
  • the air permeability of the substrate is preferably 2.0 cc / cm 2 / sec or more.
  • the air permeability is within this range, the amount of permeated water of the composite semipermeable membrane increases. This is a process of forming a support film.
  • a high molecular weight polymer is cast on a base material and immersed in a coagulation bath, the non-solvent replacement rate from the base material side is increased, thereby increasing the porous support layer. This is thought to be because the internal structure of the resin changes and affects the retention amount and diffusion rate of the monomer in the subsequent step of forming the separation functional layer.
  • the air permeability can be measured by a Frazier type tester based on JIS L1096 (2010). For example, a base material is cut out to a size of 200 mm ⁇ 200 mm and used as a sample. This sample is attached to the Frazier type tester, and the suction fan and air hole are adjusted so that the inclined barometer has a pressure of 125 Pa. Based on the pressure indicated by the vertical barometer at this time and the type of air hole used, The amount of air passing through the material, that is, the air permeability can be calculated. As the Frazier type tester, KES-F8-AP1 manufactured by Kato Tech Co., Ltd. can be used.
  • the thickness of the substrate is preferably in the range of 10 ⁇ m to 200 ⁇ m, more preferably in the range of 30 ⁇ m to 120 ⁇ m.
  • vinyl polymer polyphenylene sulfide, polyphenylene sulfide sulfone, polyphenylene sulfone, polyphenylene oxide, and the like homopolymers or copolymers alone or blended.
  • cellulose acetate and cellulose nitrate can be used as the cellulose polymer
  • polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polyacrylonitrile and the like can be used as the vinyl polymer.
  • homopolymers or copolymers such as polysulfone, polyamide, polyester, cellulose acetate, cellulose nitrate, polyvinyl chloride, polyacrylonitrile, polyphenylene sulfide, and polyphenylene sulfide sulfone are preferable. More preferred is cellulose acetate, polysulfone, polyphenylene sulfide sulfone, or polyphenylene sulfone.
  • polysulfone is highly stable chemically, mechanically and thermally, and is easy to mold. Generally, it can be preferably used. Specifically, it is more preferable to use polysulfone composed of a repeating unit represented by the following chemical formula because the pore diameter of the support membrane can be easily controlled and the dimensional stability is high.
  • a solution of the above polysulfone in N, N-dimethylformamide (hereinafter referred to as DMF) is cast on a densely woven polyester fabric or polyester nonwoven fabric to a certain thickness and wet-coagulated in water.
  • DMF N, N-dimethylformamide
  • the thickness of the above support membrane affects the strength of the resulting composite semipermeable membrane and the packing density when it is used as an element.
  • the thickness of the support film is preferably in the range of 30 ⁇ m to 300 ⁇ m, more preferably in the range of 100 ⁇ m to 220 ⁇ m.
  • the morphology of the porous support layer can be observed with a scanning electron microscope, a transmission electron microscope, or an atomic microscope.
  • a scanning electron microscope after peeling off the porous support layer from the substrate, it is cut by the freeze cleaving method to obtain a sample for cross-sectional observation.
  • This sample is thinly coated with platinum, platinum-palladium or ruthenium tetrachloride, preferably ruthenium tetrachloride, and observed with a high resolution field emission scanning electron microscope (UHR-FE-SEM) at an acceleration voltage of 3 to 15 kV.
  • UHR-FE-SEM high resolution field emission scanning electron microscope
  • an S-900 electron microscope manufactured by Hitachi, Ltd. can be used.
  • the support membrane used in the present invention can be selected from various commercially available materials such as “Millipore Filter VSWP” (trade name) manufactured by Millipore, and “Ultra Filter UK10” (trade name) manufactured by Toyo Roshi Kaisha, “Office of Saleen Water Research and Development Progress Report” No. 359 (1968).
  • the thickness of the porous support layer is preferably in the range of 20 ⁇ m to 100 ⁇ m. Since the porous support layer has a thickness of 20 ⁇ m or more, good pressure resistance can be obtained and a uniform support film having no defects can be obtained. Therefore, a composite semipermeable membrane provided with such a porous support layer Can exhibit good salt removal performance. If the thickness of the porous support layer exceeds 100 ⁇ m, the remaining amount of unreacted substances at the time of production increases, thereby reducing the amount of permeated water and chemical resistance in some cases.
  • the thickness of the base material and the thickness of the composite semipermeable membrane can be measured with a digital thickness gauge. Moreover, since the thickness of the separation functional layer is very thin compared with the support membrane, the thickness of the composite semipermeable membrane can be regarded as the thickness of the support membrane. Therefore, the thickness of the porous support layer can be easily calculated by measuring the thickness of the composite semipermeable membrane with a digital thickness gauge and subtracting the thickness of the substrate from the thickness of the composite semipermeable membrane. As the digital thickness gauge, PEACOCK manufactured by Ozaki Manufacturing Co., Ltd. can be used. When a digital thickness gauge is used, the average value is calculated by measuring the thickness at 20 locations.
  • the thickness may be measured with a scanning electron microscope. Thickness is calculated
  • the manufacturing method includes a support film forming step and a separation functional layer forming step.
  • the support film forming step includes a step of applying a polymer solution to a substrate and a step of immersing the substrate coated with the polymer solution in a coagulation bath to coagulate the polymer. including. Thereby, a porous support layer is formed on the substrate.
  • the polymer solution is prepared by dissolving the polymer that is a component of the porous support layer in a good solvent for the polymer.
  • the temperature of the polymer solution when applying the polymer solution is preferably 10 ° C. or more and 60 ° C. or less when polysulfone is used as the polymer. If the temperature of the polymer solution is within this range, the polymer does not precipitate, and the polymer solution is sufficiently impregnated between the fibers of the base material and then solidified. As a result, the porous support layer is firmly bonded to the substrate by the anchor effect, and a good support film can be obtained.
  • the preferred temperature range of the polymer solution can be adjusted as appropriate depending on the type of polymer used, the desired solution viscosity, and the like.
  • the time from application of the polymer solution on the substrate to immersion in the coagulation bath is 0.1 second or more and 5 seconds or less. If the time until dipping in the coagulation bath is within this range, the organic solvent containing the polymer is sufficiently impregnated between the fibers of the base material and then solidified. In addition, the preferable range of time until it immerses in a coagulation bath can be suitably adjusted with the kind of polymer solution to be used, desired solution viscosity, etc.
  • the coagulation bath water is usually used, but any solid can be used as long as it does not dissolve the polymer that is a component of the porous support layer.
  • the membrane form of the support membrane obtained by the composition of the coagulation bath changes, and the resulting composite semipermeable membrane also changes.
  • the temperature of the coagulation bath is preferably ⁇ 20 ° C. or higher and 100 ° C. or lower, more preferably 10 ° C. or higher and 50 ° C. or lower. If the temperature of the coagulation bath is within this range, the vibration of the coagulation bath surface due to thermal motion does not become intense, and the smoothness of the film surface after film formation is maintained. If the temperature is within this range, the solidification rate is appropriate and the film forming property is good.
  • the support membrane thus obtained is washed with hot water in order to remove the solvent remaining in the membrane.
  • the temperature of the hot water at this time is preferably 40 ° C. or higher and 100 ° C. or lower, more preferably 60 ° C. or higher and 95 ° C. or lower. Within this range, the shrinkage of the support membrane does not increase and the amount of permeated water is good. If the temperature is within this range, the cleaning effect is sufficient.
  • the separation functional layer is formed on the porous support layer in the support membrane.
  • the separation functional layer is formed by performing the following steps (a), (b) and (c) in this order.
  • (A) By using an aqueous solution containing a polyfunctional amine and an organic solvent containing a polyfunctional acid halide, by performing interfacial polycondensation on the surface of the support film including the substrate and the porous support layer, Forming a crosslinked polyamide; (B) a step of introducing a hydrophilic polymer into the crosslinked polyamide obtained in the step (a) by an amide bond; (C) A step of bringing the primary amino group of the crosslinked polyamide into contact with a reagent for functional group conversion.
  • the step (b) is a step of introducing a hydrophilic polymer into the amino group of the crosslinked polyamide through an amide bond.
  • the step (c) is a step of converting an amino group to a functional group, and the step (c) is performed after the step (b), so that the step (c) is performed before the step (b).
  • Many hydrophilic polymers can be introduced to improve the fouling resistance.
  • step (a) the organic solvent that dissolves the polyfunctional acid halide is immiscible with water, does not destroy the support membrane, and does not inhibit the formation reaction of the crosslinked polyamide. Any may be used. Typical examples include liquid hydrocarbons and halogenated hydrocarbons such as trichlorotrifluoroethane.
  • octane nonane, decane, undecane, dodecane, tridecane, tetradecane, heptadecane, hexadecane, cyclooctane , Ethylcyclohexane, 1-octene, 1-decene and the like or a mixture thereof is preferably used.
  • the organic solvent containing the polyfunctional amine aqueous solution or polyfunctional acid halide may be an acylation catalyst, polar solvent, acid scavenger, surfactant if necessary so long as it does not interfere with the reaction between the two components. Further, a compound such as an antioxidant may be contained.
  • the support membrane surface is coated with a polyfunctional amine aqueous solution.
  • concentration of the aqueous solution containing the polyfunctional amine is preferably 0.1% by weight or more and 20% by weight or less, more preferably 0.5% by weight or more and 15% by weight or less.
  • the surface of the supporting membrane may be uniformly and continuously coated with this aqueous solution, and a known coating means, for example, an aqueous solution is coated on the surface of the supporting membrane.
  • a method, a method of immersing the support film in an aqueous solution, or the like may be performed.
  • the contact time between the support membrane and the polyfunctional amine aqueous solution is preferably in the range of 5 seconds to 10 minutes, and more preferably in the range of 10 seconds to 3 minutes.
  • a method for draining liquid for example, there is a method in which the film surface is allowed to flow naturally while being held in a vertical direction. After draining, the membrane surface may be dried to remove all or part of the water in the aqueous solution.
  • an organic solvent containing the above-mentioned polyfunctional acid halide is applied to a support film coated with an aqueous polyfunctional amine solution, and a crosslinked polyamide is formed by interfacial polycondensation.
  • the time for performing the interfacial polycondensation is preferably from 0.1 second to 3 minutes, and more preferably from 0.1 second to 1 minute.
  • the concentration of the polyfunctional acid halide in the organic solvent is not particularly limited, but if it is too low, the formation of the polyamide as the active layer may be insufficient, which may be a drawback, and if it is too high, it is disadvantageous from the cost aspect, About 0.01% by weight or more and 1.0% by weight or less is preferable.
  • the organic solvent after the reaction by a liquid draining step.
  • a method of removing the excess organic solvent by naturally flowing it by holding the film in the vertical direction can be used.
  • the time for gripping in the vertical direction is preferably 1 minute or more and 5 minutes or less, and more preferably 1 minute or more and 3 minutes or less.
  • the gripping time is 1 minute or longer, it is easy to obtain a polyamide having the desired function, and since it is 5 minutes or less, more preferably 3 minutes or less, the occurrence of defects due to overdrying of the organic solvent can be suppressed. The decrease can be suppressed.
  • the polyamide obtained by the above-mentioned method is washed with hot water for 1 minute or more and 60 minutes or less within a range of 25 ° C. or more and 90 ° C. or less, thereby further improving the solute blocking performance and the amount of permeated water of the composite semipermeable membrane. Can be improved.
  • the temperature of the hot water is too high, the chemical resistance decreases if it is cooled rapidly after the hot water washing treatment. Therefore, it is preferable to perform hot water washing within the range of 25 ° C. or more and 60 ° C. or less.
  • the hot water cleaning process is performed at a high temperature of more than 60 ° C. and not more than 90 ° C., it is preferable to cool slowly after the hot water cleaning process. For example, there is a method of cooling to room temperature by contacting with low temperature hot water stepwise.
  • acid or alcohol may be contained in the hot water.
  • an acid or an alcohol it becomes easier to control the formation of hydrogen bonds in the polyamide.
  • the acid include inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, and phosphoric acid, and organic acids such as citric acid and oxalic acid.
  • the acid concentration is preferably adjusted to be pH 2 or less, more preferably pH 1 or less.
  • the alcohol include monohydric alcohols such as methyl alcohol, ethyl alcohol, and isopropyl alcohol, and polyhydric alcohols such as ethylene glycol and glycerin.
  • the concentration of the alcohol is preferably 10% by weight or more and 100% by weight or less, more preferably 10% by weight or more and 50% by weight or less.
  • a hydrophilic polymer is introduced into the crosslinked polyamide through an amide bond.
  • a method in which an aqueous solution containing a hydrophilic polymer and a condensing agent is brought into contact with the polyamide layer is preferably used. That is, it is preferable to contact the polyamide layer with a reagent (condensing agent) that converts a carboxy group into a carboxylic acid derivative and a solution containing a hydrophilic polymer having an acidic group.
  • the surface of the polyamide layer is preferably in contact with an aqueous solution containing a hydrophilic polymer and a condensing agent.
  • the hydrophilic polymer Since the functional group of the polyamide layer (the functional group on the surface of the polyamide layer) and the activated functional group contained in the hydrophilic polymer form an amide bond by a condensation reaction, the hydrophilic polymer is introduced.
  • the method for bringing the aqueous solution containing the hydrophilic polymer and the condensing agent into contact with the separation functional layer is not particularly limited.
  • the entire composite semipermeable membrane may be immersed in the aqueous solution containing the hydrophilic polymer and the condensing agent.
  • an aqueous solution containing a hydrophilic polymer and a condensing agent may be sprayed on the surface of the composite semipermeable membrane, and the method is not limited as long as the polyamide, the hydrophilic polymer and the condensing agent are in contact with each other.
  • the hydrophilic polymer to be brought into contact with the polyamide layer may be used alone or as a mixture of several kinds.
  • the hydrophilic polymer is preferably used as an aqueous solution having a weight concentration of 10 ppm to 1%.
  • concentration of the hydrophilic polymer is 10 ppm or more, the functional group present in the polyamide can be sufficiently reacted with the hydrophilic polymer.
  • the hydrophilic polymer layer becomes thick, so the amount of water produced may be reduced.
  • an alkaline metal compound such as sodium carbonate, sodium hydroxide, or sodium phosphate may be added to promote the reaction between the polyamide layer and the hydrophilic polymer.
  • an alkaline metal compound such as sodium carbonate, sodium hydroxide, or sodium phosphate
  • monomers such as polyfunctional acid halides and polyfunctional amine compounds, and oligomers produced by the reaction of these monomers remaining in the polyamide, dodecyl sulfate
  • a surfactant such as sodium or sodium benzenesulfonate.
  • the condensing agent refers to a compound that activates a carboxy group in water and advances a condensation reaction with an amino group of polyamide.
  • Such compounds include 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride, 1,3-bis (2,2-dimethyl-1,3-dioxolan-4-ylmethyl) carbodiimide, and 4- (4,6-dimethoxy-1,3,5-triazin-2-yl) -4-methylmorpholinium chloride (hereinafter referred to as DMT-MM).
  • DMT-MM is particularly preferably used because of stability during the condensation reaction and low toxicity of by-products after the condensation reaction.
  • the concentration of the condensing agent in the aqueous solution containing the hydrophilic polymer and the condensing agent is not particularly limited as long as it is higher than the concentration of the carboxy group to be activated, and a sufficient effect for condensation with the reactive group can be obtained.
  • the pH of the aqueous solution containing the hydrophilic polymer and the condensing agent is preferably 2 or more and 6 or less.
  • the pH exceeds 6 the contact frequency between the polyamide and the hydrophilic polymer may decrease due to the negative charge generated by the dissociation of the carboxy group, and the efficiency of the condensation reaction may decrease.
  • an aqueous solution having a pH of less than 2 is used, deterioration due to an acid may occur, and the salt removal performance of the composite semipermeable membrane may deteriorate.
  • the thickness of the introduced hydrophilic polymer layer is preferably 1 nm or more and 30 nm or less.
  • the completed separation membrane can acquire sufficient fouling resistance.
  • the hydrophilic polymer layer thickness is 30 nm or less, the functional group conversion of the primary amino group proceeds sufficiently in a later step, so that the completed separation membrane can acquire high durability. it can.
  • the root mean square roughness of the surface of the crosslinked polyamide layer after introduction of the hydrophilic polymer is preferably 50 nm or more. When the root mean square roughness is 50 nm or more, the functional group conversion of the primary amino group proceeds sufficiently in the subsequent step, and thus the completed separation membrane can acquire high durability.
  • the washed polyamide after the step (b) is brought into contact with a reagent that converts the primary amino group of the crosslinked polyamide to a functional group.
  • a reagent that converts the primary amino group of the crosslinked polyamide to a functional group it is preferable to convert the functional group by a contact reaction in which the reagent reacts with a primary amino group to form a diazonium salt or a derivative thereof.
  • the reagent that reacts with a primary amino group to produce a diazonium salt or a derivative thereof include aqueous solutions of nitrous acid and salts thereof, nitrosyl compounds, and the like.
  • aqueous solutions of nitrous acid and nitrosyl compounds have the property of generating gas and decomposing, it is preferable to sequentially generate nitrous acid by the reaction of nitrite and acidic solution.
  • nitrite reacts with hydrogen ions to produce nitrous acid (HNO 2 ), but it is efficiently produced when the pH of the aqueous solution is 7 or less, preferably 5 or less, more preferably 4 or less.
  • an aqueous solution of sodium nitrite reacted with hydrochloric acid or sulfuric acid in an aqueous solution is particularly preferable because of easy handling.
  • the concentration of nitrous acid or nitrite in the reagent that reacts with the primary amino group to form a diazonium salt or derivative thereof is preferably in the range of 0.01 wt% to 1 wt%, more preferably The range is from 0.05% by weight to 0.5% by weight. If the concentration is 0.01% by weight or more, a sufficient effect can be obtained, and if the concentration is 1% by weight or less, the solution can be easily handled.
  • the temperature of the nitrous acid aqueous solution is preferably 15 ° C. or higher and 45 ° C. or lower.
  • the temperature is 15 ° C. or higher, a sufficient reaction time can be obtained, and when it is 45 ° C. or lower, the decomposition of nitrous acid hardly occurs and handling is easy.
  • the contact time with the nitrous acid aqueous solution may be a time at which at least one of the diazonium salt and its derivative is formed, and can be processed in a short time at a high concentration, but a long time is required at a low concentration. . Therefore, the solution having the above concentration is preferably within 10 minutes, more preferably within 3 minutes.
  • the contacting method is not particularly limited, and the composite semipermeable membrane may be immersed in the reagent solution or the reagent solution.
  • the solvent for dissolving the reagent any solvent may be used as long as the reagent is dissolved and the composite semipermeable membrane is not eroded.
  • the solution may contain a surfactant, an acidic compound, an alkaline compound, or the like as long as it does not interfere with the reaction between the primary amino group and the reagent.
  • a part of the generated diazonium salt or a derivative thereof is converted into a different functional group.
  • a part of the diazonium salt or a derivative thereof is converted into a phenolic hydroxyl group by reacting with water, for example. Also, contact with a solution containing chloride ion, bromide ion, cyanide ion, iodide ion, boroboric acid, hypophosphorous acid, sodium bisulfite, sulfite ion, aromatic amine, hydrogen sulfide, thiocyanic acid, etc. To the corresponding functional group. Further, by contacting with an aromatic amine, a diazo coupling reaction takes place and an aromatic group can be introduced onto the film surface.
  • these reagents may be used alone, or may be used by mixing a plurality of them, or may be brought into contact with different reagents a plurality of times.
  • Examples of the reagent that causes a diazo coupling reaction include compounds having an electron-rich aromatic ring or heteroaromatic ring.
  • Examples of the compound having an electron-rich aromatic ring or heteroaromatic ring include an unsubstituted heteroaromatic ring compound, an aromatic compound having an electron donating substituent, and a heteroaromatic ring compound having an electron donating substituent.
  • Examples of the electron-donating substituent include an amino group, an ether group, a thioether group, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, and an aryl group.
  • the above compounds include, for example, methoxyaniline bonded to a benzene ring in any positional relationship of aniline, ortho-position, meta-position, and para-position, and two amino groups are ortho-position, meta-position, para-position, and the like.
  • Examples include 4-aminobenzylamine, sulfanilic acid, 3,3′-dihydroxybenzidine, 1-aminonaphthalene, 2-aminonaphthalene, or N-alkylated products of these compounds.
  • the compound having an amino group increases the molar equivalent of the amino group / the molar equivalent of the amide group in the separation functional layer, so that the durability is lowered.
  • an ether group, a thioether group, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, or an aryl group is preferably used.
  • the reaction amount is appropriately adjusted and the amount of the amino group is determined. Is preferably included within the scope of the present invention.
  • the composite semipermeable membrane of the present invention comprises a plurality of pores together with a raw water channel material such as a plastic net, a permeate channel material such as tricot, and a film for increasing pressure resistance as required. Is wound around a cylindrical water collecting pipe and is suitably used as a spiral composite semipermeable membrane element. Furthermore, a composite semipermeable membrane module in which these elements are connected in series or in parallel and accommodated in a pressure vessel can be obtained.
  • the above-described composite semipermeable membrane, its elements, and modules can be combined with a pump for supplying raw water to them, a device for pretreating the raw water, and the like to constitute a fluid separation device.
  • a separation device By using this separation device, raw water can be separated into permeated water such as drinking water and concentrated water that has not permeated through the membrane, and water suitable for the purpose can be obtained.
  • the composite semipermeable membrane of the present invention for example, in a low pressure region where the operation pressure is 0.1 MPa or more and 3 MPa or less, more preferably 0.1 MPa or more and 1.55 MPa or less, the composite permeate is maintained while maintaining a high permeated water amount.
  • a semipermeable membrane or a fluid separation element can be used. Since the operating pressure can be lowered, the capacity of a pump to be used can be reduced, power consumption can be reduced, and the cost of water production can be reduced. When the operating pressure is less than 0.1 MPa, the amount of permeated water tends to decrease, and when it exceeds 3 MPa, the power consumption of the pump and the like increases and the membrane is easily clogged by fouling.
  • the composite semipermeable membrane of the present invention uses a sodium chloride aqueous solution having a pH of 6.5 and a concentration of 2,000 mg / L, and has a permeated water amount of 0.50 m 3 when filtered at 25 ° C. under an operating pressure of 1.55 MPa for 24 hours. / M 2 / day to 3.0 m 3 / m 2 / day or less is preferable.
  • Such a composite semipermeable membrane can be produced, for example, by appropriately selecting the production method described above.
  • the amount of permeated water is 0.50 m 3 / m 2 / day or more and 3.0 m 3 / m 2 / day or less, generation of fouling can be appropriately suppressed and water can be stably formed. It is more practically preferable that the amount of permeated water is 0.80 m 3 / m 2 / day or more and 3.0 m 3 / m 2 / day or less.
  • a hardly biodegradable organic substance such as a surfactant may be contained without being completely decomposed by biological treatment.
  • the surfactant is adsorbed on the membrane surface, and the amount of permeated water is reduced.
  • the composite semipermeable membrane of the present invention has a high amount of permeated water and a high detachability with respect to membrane contaminants, it can exhibit stable performance.
  • the composite semipermeable membrane of the present invention has a high ability to suppress adhesion to membrane contaminants. That is, the amount of permeate when an aqueous solution having a pH of 6.5 mg and a NaCl concentration of 2,000 mg / L is filtered for 1 hour at a pressure of 1.55 MPa is F1, followed by polyoxyethylene (10) octylphenyl ether. Is added to the aqueous solution so as to have a concentration of 100 mg / L, and the amount of permeated water when filtered for 1 hour is F2, it is preferable that the value of F2 / F1 is 0.80 or more. More preferably, it is 0.90 or more. By using such a composite semipermeable membrane, fouling is unlikely to occur on the surface of the membrane, and a high amount of permeated water can be stably maintained for a long period of time.
  • NaCl removal rate 100 ⁇ ⁇ 1 ⁇ (NaCl concentration in permeated water / NaCl concentration in feed water) ⁇
  • Root mean square roughness A composite semipermeable membrane washed with ultrapure water and air-dried is cut into 1 cm squares, attached to a slide glass with double-sided tape, and the root mean square roughness (RMS) of the separation functional layer is measured with an atomic force microscope.
  • RMS root mean square roughness
  • cantilever Veeco Instruments NCHV-1 was used, and measurement was performed at normal temperature and pressure. The scan speed was 1 Hz, and the number of sampling points was 512 pixels square. Gwydion was used as the analysis software.
  • one-dimensional baseline correction tilt correction
  • the recovered polyamide was dried with a vacuum dryer to remove the remaining dichloromethane.
  • the obtained polyamide was freeze-pulverized into a powdery sample, sealed in a sample tube used for solid NMR measurement, and subjected to 13 C solid NMR measurement by CP / MAS method and DD / MAS method.
  • 13 C solid state NMR measurement for example, CMX-300 manufactured by Chemicals can be used. From the obtained spectrum, peak splitting was performed for each peak derived from the carbon atom to which each functional group was bonded, and the amount of the functional group was quantified from the area of the split peak.
  • the membrane was drained vertically and dried by blowing air at 25 ° C. using a blower, followed by washing with pure water at 40 ° C.
  • the thus obtained composite semipermeable membrane was measured for root mean square surface roughness, functional group amount, membrane performance during film formation, membrane performance after fouling and chemical resistance, and the values shown in Table 1 were obtained. .
  • Comparative Example 2 The composite semipermeable membrane obtained in Comparative Example 1 was placed in an aqueous solution containing 100 wt ppm of polyacrylic acid (weight average molecular weight 5,000, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and 0.1 wt% of DMT-MM at 20 ° C. for 24 hours. After contact, it was washed with water. When the obtained composite semipermeable membrane was evaluated, the membrane performance was the value shown in Table 1.
  • Example 1 The composite semipermeable membrane obtained in Comparative Example 2 was immersed in a 0.1 wt% aqueous sodium nitrite solution adjusted to pH 3 and 35 ° C. for 1 minute. The pH of sodium nitrite was adjusted with sulfuric acid. Next, the composite semipermeable membrane of Example 1 was obtained by immersing in a 0.1 wt% aqueous sodium sulfite solution at 35 ° C. for 2 minutes. When the obtained composite semipermeable membrane was evaluated, the membrane performance was the value shown in Table 1.
  • Example 2 The composite semipermeable membrane obtained in Comparative Example 2 was immersed in a 0.2 wt% sodium nitrite aqueous solution adjusted to pH 3 and 35 ° C. for 1 minute. The pH of sodium nitrite was adjusted with sulfuric acid. Next, the composite semipermeable membrane of Example 2 was obtained by being immersed in a 0.1 wt% aqueous sodium sulfite solution at 35 ° C. for 2 minutes. When the obtained composite semipermeable membrane was evaluated, the membrane performance was the value shown in Table 1.
  • Example 3 The composite semipermeable membrane obtained in Comparative Example 2 was immersed in a 0.3 wt% sodium nitrite aqueous solution adjusted to pH 3 and 35 ° C. for 1 minute. The pH of sodium nitrite was adjusted with sulfuric acid. Next, the composite semipermeable membrane of Example 3 was obtained by immersing in a 0.1 wt% aqueous sodium sulfite solution at 35 ° C. for 2 minutes. When the obtained composite semipermeable membrane was evaluated, the membrane performance was the value shown in Table 1.
  • Example 4 The composite semipermeable membrane obtained in Comparative Example 1 was brought into contact with an aqueous solution containing 100 wt ppm of polyacrylic acid (weight average molecular weight 2,000, manufactured by Toagosei Co., Ltd.) and 0.1 wt% of DMT-MM at 20 ° C. for 24 hours. And then washed with water. Thereafter, it was immersed in a 0.3 wt% sodium nitrite aqueous solution adjusted to pH 3 and 35 ° C. for 1 minute. The pH of sodium nitrite was adjusted with sulfuric acid.
  • polyacrylic acid weight average molecular weight 2,000, manufactured by Toagosei Co., Ltd.
  • the composite semipermeable membrane of Example 4 was obtained by being immersed in a 0.1 wt% aqueous sodium sulfite solution at 35 ° C. for 2 minutes.
  • the membrane performance was the value shown in Table 1.
  • Example 5 The composite semipermeable membrane obtained in Comparative Example 1 was placed in an aqueous solution containing 100 wt ppm polyacrylic acid (weight average molecular weight 25,000, manufactured by Wako Pure Chemical Industries) and 0.1 wt% DMT-MM at 20 ° C for 24 hours. After contact, it was washed with water. Thereafter, it was immersed in a 0.3 wt% sodium nitrite aqueous solution adjusted to pH 3 and 35 ° C. for 1 minute. The pH of sodium nitrite was adjusted with sulfuric acid. Next, the composite semipermeable membrane of Example 5 was obtained by being immersed in a 0.1 wt% aqueous sodium sulfite solution at 35 ° C. for 2 minutes. When the obtained composite semipermeable membrane was evaluated, the membrane performance was the value shown in Table 1.
  • Example 6 The composite semipermeable membrane obtained in Comparative Example 1 was brought into contact with an aqueous solution containing 100 wt ppm polyacrylic acid (weight average molecular weight 500,000, manufactured by Toa Gosei Co., Ltd.) and 0.1 wt% DMT-MM at 20 ° C for 24 hours. And then washed with water. Thereafter, it was immersed in a 0.3 wt% sodium nitrite aqueous solution adjusted to pH 3 and 35 ° C. for 1 minute. The pH of sodium nitrite was adjusted with sulfuric acid.
  • aqueous solution containing 100 wt ppm polyacrylic acid (weight average molecular weight 500,000, manufactured by Toa Gosei Co., Ltd.) and 0.1 wt% DMT-MM at 20 ° C for 24 hours. And then washed with water. Thereafter, it was immersed in a 0.3 wt% sodium nitrite aqueous solution adjusted to pH 3 and 35 ° C.
  • the composite semipermeable membrane of Example 6 was obtained by being immersed in a 0.1 wt% aqueous sodium sulfite solution at 35 ° C. for 2 minutes.
  • the membrane performance was the value shown in Table 1.
  • Example 7 The composite semipermeable membrane obtained in Comparative Example 1 was added to an aqueous solution containing 100 wt ppm polyacrylic acid (weight average molecular weight 1,250,000, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and 0.1 wt% DMT-MM at 20 ° C. After contact for 24 hours, it was washed with water. Thereafter, it was immersed in a 0.3 wt% sodium nitrite aqueous solution adjusted to pH 3 and 35 ° C. for 1 minute. The pH of sodium nitrite was adjusted with sulfuric acid.
  • polyacrylic acid weight average molecular weight 1,250,000, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.
  • the composite semipermeable membrane of Example 7 was obtained by immersing in a 0.1 wt% aqueous sodium sulfite solution at 35 ° C. for 2 minutes.
  • the membrane performance was the value shown in Table 1.
  • Comparative Example 3 The composite semipermeable membrane obtained in Comparative Example 1 was brought into contact with a 100 wt ppm aqueous solution of polyacrylic acid (weight average molecular weight 5,000, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) at 20 ° C. for 24 hours, and then washed with water. When the obtained composite semipermeable membrane was evaluated, the membrane performance was the value shown in Table 1.
  • Comparative Example 4 The composite semipermeable membrane obtained in Comparative Example 1 was immersed in a 0.3 wt% sodium nitrite aqueous solution adjusted to pH 3 and 35 ° C. for 1 minute. The pH of sodium nitrite was adjusted with sulfuric acid. Next, the composite semipermeable membrane of Comparative Example 4 was obtained by immersing in a 0.1 wt% aqueous sodium sulfite solution at 35 ° C. for 2 minutes. When the functional group amount in the polyamide of the obtained composite semipermeable membrane, the root mean square surface roughness, the membrane performance during film formation, the membrane performance after fouling, and the chemical resistance were measured, the values shown in Table 1 were obtained. .
  • Example 8 The composite semipermeable membrane obtained in Comparative Example 4 was immersed in an aqueous solution of pH 4 containing 0.1% by weight of DMT-MM at 25 ° C. for 24 hours and then washed with pure water, whereby the composite of Example 8 was obtained. A semipermeable membrane was obtained. When the obtained composite semipermeable membrane was evaluated, the membrane performance was the value shown in Table 1.
  • Comparative Example 5 The composite semipermeable membrane obtained in Comparative Example 4 was immersed in a 0.05 wt% m-PDA aqueous solution at 35 ° C. for 1 minute to carry out a diazo coupling reaction. Then, after being immersed in an aqueous solution of pH 4 containing 100 wt ppm of polyacrylic acid (weight average molecular weight 5,000, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and 0.1 wt% of DMT-MM at 25 ° C. for 24 hours, pure water The composite semipermeable membrane of Comparative Example 5 was obtained. When the obtained composite semipermeable membrane was evaluated, the membrane performance was the value shown in Table 1.
  • the composite semipermeable membrane obtained in Comparative Example 1 is an aqueous solution containing 0.5% by weight of polyvinyl alcohol (degree of saponification 88%, weight average molecular weight 2,000, manufactured by Nacalai Tesque) and 0.2% by weight of glutaraldehyde. Then, it was immersed in an aqueous solution to which hydrochloric acid was added as an acid catalyst so as to be 0.1 mol / liter for 2 minutes. After maintaining for 1 minute vertically and cutting off excess liquid, it was dried in a hot air dryer at 90 ° C. for 4 minutes to obtain a composite semipermeable membrane having a separation functional layer coated with polyvinyl alcohol.
  • the composite semipermeable membrane of Comparative Example 6 was obtained by immersing in a 0.1 wt% aqueous sodium sulfite solution at 35 ° C. for 2 minutes.
  • the membrane performance was the value shown in Table 1.
  • the composite semipermeable membrane of the present invention has a high permeated water amount and salt removal performance, is excellent in performance stability, and can stably maintain high performance for a long period of time.
  • raw water can be separated into permeated water such as drinking water and concentrated water that has not permeated through the membrane, and water suitable for the purpose can be obtained.
  • the composite semipermeable membrane of the present invention can be particularly suitably used for brine or seawater desalination.

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Abstract

本発明は、高い透過水量及び塩除去性能を有し、かつ、長期運転時の性能安定性に優れる複合半透膜を提供することを目的とする。本発明の複合半透膜は、基材および多孔性支持層を含む支持膜と、多孔性支持層上に設けられた分離機能層とを備え、分離機能層が架橋ポリアミドと、酸性基を有する親水性高分子とを含み、かつ分離機能層において、アミノ基のモル当量／アミド基のモル当量が０．１８以下である。

Description

複合半透膜およびその製造方法
　本発明は、液状混合物の選択的分離に有用な複合半透膜とその製造方法に関する。本発明によって得られる複合半透膜は、高い透過水量及び塩除去性能を有し、かつ、長期運転時の性能安定性に優れ、例えばかん水の淡水化に好適に用いることができる。
　混合物の分離に関して、溶媒（例えば水）に溶解した物質（例えば塩類）を除くための技術には様々なものがある。近年、省エネルギーおよび省資源のためのプロセスとして膜分離法の利用が拡大している。膜分離法に使用される膜には、精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜、逆浸透膜などがある。これらの膜は、例えば海水、かん水、有害物を含んだ水などから飲料水を得る場合や、工業用超純水の製造、廃水処理、有価物の回収などに用いられている。
　現在市販されている逆浸透膜およびナノろ過膜の大部分は複合半透膜であり、支持膜上にゲル層とポリマーを架橋した活性層を有するものと、支持膜上でモノマーを重縮合して形成された活性層を有するものとの２種類がある。なかでも、多官能アミンと多官能酸ハロゲン化物との重縮合反応によって得られる架橋ポリアミドからなる分離機能層を支持膜上に被覆して得られる複合半透膜は、透過水量や選択分離性の高い分離膜として広く用いられている。
　逆浸透膜を用いる造水プラントではランニングコストの一層の低減を図るため、より高い透過水量が求められている。このような要求に対し、分離機能層として架橋ポリアミド重合体を有する複合半透膜に、亜硝酸を含む水溶液を接触させる方法（特許文献１）や、塩素を含む水溶液を接触させる方法（特許文献２）などが知られている。
　また、逆浸透膜を用いる造水プラントで起こる問題の一つに、無機物や有機物といった膜汚染物質（以下、ファウラントということがある。）による透過水量の低下（以下、ファウリングということがある。）が挙げられる。これを改善する方法として、ポリビニルアルコールを分離機能層表面にコーティングし、膜表面の荷電状態を中性にすることで、負荷電を持つファウラントとの相互作用を減らす方法（特許文献３）、架橋ポリアミド重合体の形成後、紫外線照射等を用いるフリーラジカル重合反応によって膜表面を修飾する方法（特許文献４）、架橋ポリアミド重合体の形成後に残余している酸塩化物に、アミノ基を有する親水性化合物を反応させ、膜表面を修飾する方法（特許文献５、６）、及び膜表面のアミノ基にカルボキシ基含有親水性化合物を反応させ、膜表面を修飾する方法（特許文献７）が提案されている。
日本国特開２０１１－１２５８５６号公報 日本国特開昭６３－５４９０５号公報 国際公開第９７／３４６８６号 日本国特表２０１１－５２９７８９号公報 日本国特開２０１０－２４０６５１号公報 米国特許出願公開第２０１２／０２４１３７３号明細書 国際公開第２０１５／０４６５８２号
　このように、逆浸透膜には塩除去性能や透過水量だけではなく、長期的に安定運転を行うための耐ファウリング性が必要である。特許文献１及び２に記載の膜は、透過水量を高くすることができるが、耐ファウリング性が低い。一方、特許文献３ではコーティングにより耐ファウリング性は向上するが、透過水量の低下が生じる。また、特許文献４では紫外線照射を行った際に逆浸透膜のポリアミド分子鎖が切断されるため、塩除去性能が低下する。また、特許文献５及び６では、親水性化合物による膜表面の修飾によって塩除去性能が低下する。また、特許文献７では膜表面の末端アミノ基を増加させる工程にて薬品に対する耐久性が低下する。
　本発明の目的は、高い透過水量及び塩除去性能を有し、かつ、耐ファウリング性が高い複合半透膜とその製造方法を提供することである。
　上記目的を達成するための本発明は、以下の構成をとる。
［１］基材および多孔性支持層を含む支持膜と、前記多孔性支持層上に設けられた分離機能層とを備える複合半透膜であって、
　前記分離機能層が、架橋ポリアミドと、酸性基を有する親水性高分子とを含み、かつ
　前記分離機能層において、アミノ基のモル当量／アミド基のモル当量が０．１８以下である複合半透膜。
［２］前記アミノ基のモル当量／アミド基のモル当量が０．１２以下である前記［１］記載の複合半透膜。
［３］前記分離機能層表面の自乗平均面粗さが５０ｎｍ以上である前記［１］または［２］に記載の複合半透膜。
［４］前記架橋ポリアミドと前記親水性高分子がアミド結合によって結合している前記［１］～［３］のいずれか１つに記載の複合半透膜。
［５］基材と、前記基材上に形成される多孔性支持層と、前記多孔性支持層上に形成される分離機能層とを備える複合半透膜の製造方法であって、
　下記工程（ａ）、（ｂ）および（ｃ）をこの順に行うことで前記分離機能層を形成する工程を有する複合半透膜の製造方法。
（ａ）多官能アミンを含有する水溶液と、多官能酸ハロゲン化物を含有する有機溶媒とを用い、前記基材および前記多孔性支持層を含む支持膜の表面で界面重縮合を行うことにより、架橋ポリアミドを形成する工程
（ｂ）上記工程（ａ）で得られた前記架橋ポリアミドに親水性高分子をアミド結合で導入する工程
（ｃ）前記架橋ポリアミドの第一級アミノ基を官能基変換する試薬に接触させる工程
［６］前記工程（ｂ）が、カルボキシ基をカルボン酸誘導体に変換させる試薬と酸性基を有する親水性高分子を含む溶液とに接触させる工程である前記［５］に記載の複合半透膜の製造方法。
［７］前記工程（ｃ）が、第一級アミノ基と反応してジアゾニウム塩またはその誘導体を生成する試薬との接触反応である前記［５］または［６］に記載の複合半透膜の製造方法。
　本発明によって、高い透過水量及び塩除去性能を有し、かつ、耐ファウリング性に優れた複合半透膜が得られる。この膜を用いることで、造水プラント等で長期間にわたって安定的な運転の継続が期待される。
１．複合半透膜
　本発明の複合半透膜は、基材および多孔性支持層を含む支持膜と、多孔性支持層上に設けられた、架橋ポリアミド（以下、単に「ポリアミド」と称することもある。）及び酸性基を有する親水性高分子を含む分離機能層とを備える。前記分離機能層におけるアミノ基のモル等量／アミド基のモル等量が０．１８以下であり、０．１２以下がより好ましい。
　また、本発明の複合半透膜は前記親水性高分子が架橋ポリアミドとアミド結合によって結合していることが好ましい。
（１－１）分離機能層
　分離機能層は、複合半透膜において溶質の分離機能を担う層である。分離機能層の組成および厚み等の構成は、複合半透膜の使用目的に合わせて設定される。
　分離機能層は、具体的には、架橋ポリアミドと、酸性基を有する親水性高分子とを含み、該架橋ポリアミドは、多官能アミンと多官能酸ハロゲン化物との界面重縮合によって得られる。また該親水性高分子は架橋ポリアミドに対してアミド結合で導入され結合していることが好ましい。
　ここで多官能アミンは、芳香族多官能アミン及び脂肪族多官能アミンから選ばれる少なくとも１つの成分からなることが好ましい。
　芳香族多官能アミンとは、一分子中に２個以上のアミノ基を有する芳香族アミンであり、特に限定されるものではないが、メタフェニレンジアミン、パラフェニレンジアミン、１，３，５－トリアミノベンゼンやそれらのＮ－アルキル化物などが例示される。Ｎ－アルキル化物としては、Ｎ，Ｎ－ジメチルメタフェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ－ジエチルメタフェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ－ジメチルパラフェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ－ジエチルパラフェニレンジアミンなどが例示される。性能発現の安定性から、特にメタフェニレンジアミン（以下、ｍ－ＰＤＡという。）、または１，３，５－トリアミノベンゼンが好ましい。
　また、脂肪族多官能アミンとは、一分子中に２個以上のアミノ基を有する脂肪族アミンであり、好ましくはピペラジン系アミン及びその誘導体である。例えば、ピペラジン、２，５－ジメチルピペラジン、２－メチルピペラジン、２，６－ジメチルピペラジン、２，３，５－トリメチルピペラジン、２，５－ジエチルピペラジン、２，３，５－トリエチルピペラジン、２－ｎ－プロピルピペラジン、２，５－ジ－ｎ－ブチルピペラジン、エチレンジアミンなどが例示される。性能発現の安定性から、特に、ピペラジンまたは２，５－ジメチルピペラジンが好ましい。これらの多官能アミンは、１種を単独で用いても、２種類以上を混合物として用いてもよい。
　多官能酸ハロゲン化物とは、一分子中に２個以上のハロゲン化カルボニル基を有する酸ハロゲン化物であり、上記多官能アミンとの反応によりポリアミドを与えるものであれば特に限定されない。多官能酸ハロゲン化物としては、例えば、シュウ酸、マロン酸、マレイン酸、フマル酸、グルタル酸、１，３，５－シクロヘキサントリカルボン酸、１，３－シクロヘキサンジカルボン酸、１，４－シクロヘキサンジカルボン酸、１，３，５－ベンゼントリカルボン酸、１，２，４－ベンゼントリカルボン酸、１，３－ベンゼンジカルボン酸、１，４－ベンゼンジカルボン酸等のハロゲン化物を用いることができる。酸ハロゲン化物の中でも、酸塩化物が好ましく、特に経済性、入手の容易さ、取り扱い易さ、反応性の容易さ等の点から、１，３，５－ベンゼントリカルボン酸の酸ハロゲン化物であるトリメシン酸クロライド（以下、ＴＭＣという。）が好ましい。上記多官能酸ハロゲン化物は１種を単独で用いても、２種類以上を混合物として用いてもよい。
　上記ポリアミドは、多官能アミンと多官能酸ハロゲン化物の重合反応に由来するアミド基、未反応末端官能基に由来するアミノ基及びカルボキシ基を有する。これらの官能基量は、複合半透膜の透水性能や塩除去率に影響を与える。
　松浦剛著「合成膜の基礎」：１９８１（喜多見書房）９頁によると、逆浸透膜の性能発現に当たっては、イオン基（官能基）の種類、量、位置等を選ぶことによって与えられた用途に最も適当な膜をデザインすることが出来る。架橋ポリアミド膜の性能向上には、主鎖を構成するカルボキシ基、アミノ基に加えて、親水基であるフェノール性水酸基を存在せしめることも有効である。さらに、ポリアミドの耐久性を向上させる手段として、色素（染料）開発の技術を応用し、堅牢度の向上効果の高いアゾ基を同時に存在せしめることも有効である。
　また、前記架橋ポリアミド中に存在するアミノ基を、適宜選択した化学反応によって、フェノール性水酸基やアゾ基に変換する事によっても、前記官能基の導入が可能である。例えば、四酸化二窒素や亜硝酸、硝酸、亜硫酸水素ナトリウム、次亜塩素酸ナトリウム等を試薬として用いることでアミノ基をフェノール性水酸基に変換することが可能であり、一方、ジアゾニウム塩生成を経由したアゾカップリング反応や、アミノ基とニトロソ化合物との反応等によってアミノ基をアゾ基に変換することができる。
　前記架橋ポリアミド中にカルボキシ基、アミノ基、フェノール性水酸基およびアゾ基を有する複合半透膜では、親水性官能基であるカルボキシ基、アミノ基、フェノール性水酸基を含むことによって透水量が増加して膜性能が向上し、アゾ基を含むことによって膜の耐久性が増大する。一方、アゾ基の含有量増加にともなって透水量が減少する。また、アミノ基は一般に塩素、次亜塩素酸などの酸化剤で容易に酸化される。
　以上を勘案すると、アミノ基の含有量を低下させ、アゾ基の含有割合を大きくすることで、好ましくは、加えてフェノール性水酸基の含有量を増加させることで、高い膜性能と高い耐久性の両立が可能である。
　これらのポリアミド中の官能基量は、例えば、１３Ｃ固体ＮＭＲ測定で求めることができる。具体的には、複合半透膜から基材を剥離し、分離機能層と多孔性支持層を得た後、多孔性支持層を溶解・除去し、分離機能層を得る。得られた分離機能層をＤＤ／ＭＡＳ－１３Ｃ固体ＮＭＲ測定を行い、各官能基が結合している炭素原子のピークの積分値を算出する。この積分値から各官能基量を同定できる。
　分離機能層中の官能基割合「アミノ基のモル当量／アミド基のモル当量」は複合分離膜の耐久性に関係し、単に「アミノ基割合」とも呼ばれる。本発明における分離機能層においては、このアミノ基割合が０．１８以下であり、好ましくは０．１２以下である。「アミノ基のモル当量／アミド基のモル当量」が０．１８以下であることで、ポリアミド分離機能層中に働く相互作用が弱くなり、透過水量が高くなる。
　また、アミノ基割合の下限は特に限定されないが、例えば０．１０であってもよい。
　ポリアミド分離機能層にアゾ基を導入すると、塩除去率が向上するため好ましい。アゾ基は、ポリアミド中の「アゾ基のモル等量／アミド基のモル等量」の比が０．１以上１．０未満になるように導入されることが好ましい。この比が０．１以上１．０未満であることで、高い塩除去率を得ることができる。
　本発明では親水性高分子がポリアミド層にアミド結合で導入されていることが好ましい。なお、本発明において親水性高分子とは、２５℃の条件下で水１Ｌに対し０．５ｇ以上溶解する高分子である。
　親水性高分子は、具体的には、分離機能層の主成分であるポリアミドに、多くの場合はポリアミドの末端のアミノ基を介して、アミド結合によって結合する。また、より具体的には、親水性高分子は、分離機能層の表面（言い換えるとポリアミドで形成された層の表面）に配置されることが好ましい。後述するように、ポリアミドの形成後に親水性高分子が導入されることで、親水性高分子は、分離機能層中のポリアミドで形成された部分の表面に配置される。親水性高分子は、分離機能を実質的に担うポリアミドの層をほとんど通過しないと考えられるからである。また、分離機能層の表面において親水性高分子を検出し、その後エッチングし、さらに親水性高分子を検出する、という一連の測定操作を繰り返すことで、親水性高分子が分離機能層の表面に多く存在することを確認することが可能である。つまり、分離機能層は、架橋ポリアミドの層と、その上に設けられた親水性高分子の層とを有するともいえる。
　親水性高分子が分離機能層にアミド結合によって導入されていることで、分離膜は高い耐ファウリング性を発現することができる。親水性高分子が弱い結合や相互作用で導入されている場合には、薬液洗浄等により容易に脱離しやすくなる場合がある。ここで、耐ファウリング性とは、ファウリングを抑制することと、ファウリングが起きたとしても性能低下を小さく抑えることとのいずれをも含み得る。親水性高分子によって耐ファウリング性が得られる理由については、以下のように考えられる。
　親水性高分子は、その運動性によって、分離機能層に汚れが付着することを抑制できる。運動性よるファウリング抑制は、ノニオン、カチオンおよびアニオンのいずれの汚れについても効果的である。また、親水性高分子が分離機能層表面に存在するため、汚れはポリアミドよりも親水性高分子に付着しやすい。つまり、仮に汚れが分離機能層表面に付着しても、親水性高分子によって、汚れはポリアミドから離れた位置に付着すると考えられる。よって、分離膜の性能低下が低く抑えられる。
　特に水への溶解性を向上させる効果や、負電荷を有するファウラントの付着を低減させる効果から、親水性高分子は酸性基を含むことが好ましい。
　好ましい酸性基としては、カルボキシ基、ホスホン酸基、リン酸基およびスルホン酸基であり、親水性高分子にこれらのうちの１つが単独で含まれていてもよく、２つ以上が含まれていてもよい。これらの酸性基の構造としては、酸の形態、エステル化合物、無水物、および金属塩のいずれの状態で存在してもよい。
　これら親水性高分子は、重合体の化学的安定性からエチレン性不飽和基を有するモノマーの重合体であることが好ましい。エチレン性不飽和基を有するモノマーは、２つ以上の酸性基を含有し得るが、モノマーの入手の容易さなどから、１つ、または２つの酸性基を含有するモノマーが好ましい。
　上記のエチレン性不飽和基を有するモノマーの中でカルボキシ基を有するモノマーとしては、以下のものが例示される。マレイン酸、無水マレイン酸、アクリル酸、メタクリル酸、２－（ヒドロキシメチル）アクリル酸、４－（メタ）アクリロイルオキシエチルトリメリト酸および対応する無水物、１０－メタクリロイルオキシデシルマロン酸、Ｎ－（２－ヒドロキシ－３－メタクリロイルオキシプロピル）－Ｎ－フェニルグリシンおよび４－ビニル安息香酸が挙げられる。中でも汎用性、共重合性等の点から、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸が好ましい。
　上記のエチレン性不飽和基を有するモノマーの中でホスホン酸基を有するモノマーとしては、ビニルホスホン酸、４－ビニルフェニルホスホン酸、４－ビニルベンジルホスホン酸、２－メタクリロイルオキシエチルホスホン酸、２－メタクリルアミドエチルホスホン酸、４－メタクリルアミド－４－メチル－フェニル－ホスホン酸、２－［４－（ジヒドロキシホスホリル）－２－オキサ－ブチル］－アクリル酸および２－［２－（ジヒドロキシホスホリル）－エトキシメチル］－アクリル酸－２，４，６－トリメチル－フェニルエステルが例示される。
　上記のエチレン性不飽和基を有するモノマーの中でリン酸エステル基を有するモノマーとしては、２－メタクリロイルオキシプロピル一水素リン酸および２－メタクリロイルオキシプロピル二水素リン酸、２－メタクリロイルオキシエチル一水素リン酸および２－メタクリロイルオキシエチル二水素リン酸、２－メタクリロイルオキシエチル－フェニル－水素リン酸、ジペンタエリトリトール－ペンタメタクリロイルオキシホスフェート、１０－メタクリロイルオキシデシル－二水素リン酸、ジペンタエリトリトールペンタメタクリロイルオキシホスフェート、リン酸モノ－（１－アクリロイル－ピペリジン－４－イル）－エステル、６－（メタクリルアミド）ヘキシル二水素ホスフェートならびに１，３－ビス－（Ｎ－アクリロイル－Ｎ－プロピル－アミノ）－プロパン－２－イル－二水素ホスフェートが例示される。
　上記のエチレン性不飽和基を有するモノマーの中でスルホン酸基を有するモノマーとしては、ビニルスルホン酸、４－ビニルフェニルスルホン酸または３－（メタクリルアミド）プロピルスルホン酸が挙げられる。
　本発明に用いられる親水性高分子の重量平均分子量は２，０００以上であることが好ましい。親水性高分子をポリアミド分離機能層表面に導入することで、親水性高分子の運動性により膜面へのファウラントの付着を抑制する効果があると考えられる。親水性高分子の重量平均分子量は５，０００以上であるとより好ましく、さらに好ましくは１００，０００以上である。また、親水性高分子の重量平均分子量の上限は特に限定されないが、例えば１，０００，０００以下であってもよい。
　親水性高分子は上記エチレン性不飽和基を有するモノマーの単独重合体でもよいが、目的に応じて２成分以上のモノマーの共重合体であってもよい。共重合成分の例としては、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレンイミン、ポリビニルアミン、ポリアリルアミン、またはこれらの親水性高分子と疎水性高分子のブロック共重合体、グラフト共重合体、ランダム共重合体などが挙げられる。上記親水性高分子の中でも、共重合の容易さ、ファウラントに対する付着性低減の観点から、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニルが好ましい。
　親水性高分子において、モノマー単位として酸性基を含む構造の割合は、５ｍｏｌ％以上１００ｍｏｌ％以下であることが好ましい。つまり、親水性高分子を構成するモノマーのうち、（酸性基を有するモノマーのｍｏｌ数／親水性高分子を構成するモノマーのｍｏｌ数）の比（共重合比）が、５％（０．０５）以上１００％（１．０）以下であることが好ましい。親水性高分子において、酸性基を含むモノマー単位の割合が５ｍｏｌ％以上であると、親水性高分子がポリアミドに十分に結合するので、親水性高分子の運動性により膜面へのファウラントの付着が抑制される。酸性基を含む構造の割合は１０ｍｏｌ％以上１００ｍｏｌ％以下であるとより好ましく、４０ｍｏｌ％以上１００ｍｏｌ％以下であるとさらに好ましい。
　親水性高分子が結合している状態での分離機能層表面の自乗平均面粗さ（以下、Ｒｍｓともいう。）は、５０ｎｍ以上であることが好ましい。自乗平均面粗さが５０ｎｍ以上であることで、分離機能層の表面積が大きくなり、透過水量が高くなる。自乗平均面粗さは８０ｎｍ以上であってもよい。また、自乗平均面粗さの上限は特に限定されないが、例えば１００ｎｍ以下であってもよいし、９０ｎｍ以下または８６ｎｍ以下であってもよい。
　なお、自乗平均面粗さは原子間力顕微鏡（以下、ＡＦＭということがある。）で測定できる。自乗平均面粗さは基準面から指定面までの偏差の自乗を平均した値の平方根である。ここで測定面とは全測定データの示す面をいい、指定面とは粗さ計測の対象となる面で、測定面のうちクリップで指定した特定の部分をいい、基準面とは指定面の高さの平均値をＺ０とするとき、その高さＺがＺ＝Ｚ０で表される平面をいう。ＡＦＭは、例えばデジタル・インスツルメンツ社製ＮａｎｏＳｃｏｐｅ　ＩＩＩａが使用できる。
　分離機能層表面の自乗平均面粗さは、界面重縮合によって分離機能層を形成する時のモノマー濃度や温度によって制御できる。例えば、界面重縮合時の温度が低いと自乗平均面粗さは小さくなり、温度が高いと自乗平均面粗さは大きくなる。また、分離機能層表面に親水性高分子による修飾を行う場合は、親水性高分子層が厚いと自乗平均面粗さは小さくなるため、自乗平均面粗さが５０ｎｍ以上となるように修飾することが好ましい。
　分離機能層の厚みは、十分な分離性能および透過水量を得るために、通常０．０１～１μｍの範囲内が好ましく、０．１～０．５μｍの範囲内がより好ましい。
　親水性高分子層の厚みは、膜面へのファウラントの付着抑制および耐久性を得るために、通常１～３０ｎｍの範囲内が好ましく、２～１０ｎｍの範囲内がより好ましい。親水性高分子層の厚みが１ｎｍ以上であることで、膜面へのファウラントの付着抑制効果が充分に得られる。
（１－２）支持膜
　支持膜は、分離機能層に強度を与えるためのものであり、それ自体は、実質的にイオン等の分離性能を有さない。支持膜は、基材と多孔性支持層とを含む。
　多孔性支持層における孔のサイズや分布は特に限定されないが、例えば、均一で微細な孔、あるいは分離機能層が形成される側の表面からもう一方の表面まで徐々に大きくなる微細孔をもち、かつ、分離機能層が形成される側の表面における微細孔の大きさが０．１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であるような多孔性支持層を含む支持膜が好ましい。
　支持膜は、例えば基材上に高分子重合体を流延することで、基材上に多孔性支持層を形成することにより得ることができる。支持膜に使用する材料やその形状は特に限定されない。
　基材としては、ポリエステルおよび芳香族ポリアミドから選ばれる少なくとも一種からなる布帛が例示される。機械的および熱的に安定性の高いポリエステルを使用するのが特に好ましい。
　基材に用いられる布帛としては、長繊維不織布や短繊維不織布を好ましく用いることができる。基材上に高分子重合体の溶液を流延した際にそれが過浸透により裏抜けしたり、基材と多孔性支持層が剥離したり、さらには基材の毛羽立ち等により膜の不均一化やピンホール等の欠点が生じたりすることがないような優れた製膜性が要求されることから、長繊維不織布をより好ましく用いることができる。
　長繊維不織布としては、熱可塑性連続フィラメントより構成される長繊維不織布などが挙げられる。基材が長繊維不織布からなることにより、短繊維不織布を用いたときに起こる、毛羽立ちによって生じる高分子溶液流延時の不均一化や、膜欠点を抑制することができる。また、複合半透膜を連続製膜する工程においては、基材の製膜方向に張力がかけられることからも、基材としては、寸法安定性に優れる長繊維不織布を用いることが好ましい。
　特に、基材の多孔性支持層と反対側の表面に配置される繊維の配向が、製膜方向に対して縦配向であることにより、基材の強度を保ち、膜破れ等を防ぐことができるので好ましい。ここで、縦配向とは、繊維の配向方向が製膜方向と平行であることを言う。逆に、繊維の配向方向が製膜方向と直角である場合は、横配向と言う。
　不織布基材の繊維配向度としては、多孔性支持層と反対側の表面における繊維の配向度が０°以上２５°以下であることが好ましい。ここで繊維配向度とは、支持膜を構成する不織布基材の繊維の向きを示す指標であり、連続製膜を行う際の製膜方向を０°とし、製膜方向と直角方向、すなわち不織布基材の幅方向を９０°としたときの、不織布基材を構成する繊維の平均の角度のことを言う。よって、繊維配向度が０°に近いほど縦配向であり、９０°に近いほど横配向であることを示す。
　複合半透膜の製造工程やエレメントの製造工程には、加熱工程が含まれるが、加熱により支持膜または複合半透膜が収縮する現象が起きる。特に連続製膜において、幅方向には張力が付与されていないので、幅方向に収縮しやすい。支持膜または複合半透膜が収縮することにより、寸法安定性等に問題が生じるため、基材としては熱寸法変化率が小さいものが望まれる。
　不織布基材において多孔性支持層と反対側の表面に配置される繊維と、多孔性支持層側の表面に配置される繊維との配向度差が１０°以上９０°以下であると、熱による幅方向の変化を抑制することができ好ましい。
　基材の通気度は２．０ｃｃ／ｃｍ２／ｓｅｃ以上であることが好ましい。通気度がこの範囲だと、複合半透膜の透過水量が高くなる。これは、支持膜を形成する工程で、基材上に高分子重合体を流延し、凝固浴に浸漬した際に、基材側からの非溶媒置換速度が速くなることで多孔性支持層の内部構造が変化し、その後の分離機能層を形成する工程においてモノマーの保持量や拡散速度に影響を及ぼすためと考えられる。
　なお、通気度はＪＩＳ　Ｌ１０９６（２０１０）に基づき、フラジール形試験機によって測定できる。例えば、２００ｍｍ×２００ｍｍの大きさに基材を切り出し、サンプルとする。このサンプルをフラジール形試験機に取り付け、傾斜形気圧計が１２５Ｐａの圧力になるように吸込みファン及び空気孔を調整し、このときの垂直形気圧計の示す圧力と使用した空気孔の種類から基材を通過する空気量、すなわち通気度を算出することができる。フラジール形試験機は、カトーテック株式会社製ＫＥＳ－Ｆ８－ＡＰ１などが使用できる。
　また、基材の厚みは、１０μｍ以上２００μｍ以下の範囲内にあることが好ましく、より好ましくは３０μｍ以上１２０μｍ以下の範囲内である。
　多孔性支持層の素材にはポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアミド、ポリエステル、セルロース系ポリマー、ビニルポリマー、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンスルフィドスルホン、ポリフェニレンスルホン、ポリフェニレンオキシドなどのホモポリマーあるいはコポリマーを単独であるいはブレンドして使用することができる。ここでセルロース系ポリマーとしては酢酸セルロース、硝酸セルロースなど、ビニルポリマーとしてはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリルなどが使用できる。中でもポリスルホン、ポリアミド、ポリエステル、酢酸セルロース、硝酸セルロース、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリル、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンスルフィドスルホンなどのホモポリマーまたはコポリマーが好ましい。より好ましくは酢酸セルロース、ポリスルホン、ポリフェニレンスルフィドスルホン、またはポリフェニレンスルホンが挙げられ、さらに、これらの素材の中では化学的、機械的、熱的に安定性が高く、成型が容易であることからポリスルホンが一般的に好ましく使用できる。
　具体的には、次の化学式に示す繰り返し単位からなるポリスルホンを用いると、支持膜の孔径が制御しやすく、寸法安定性が高いため、より好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
　例えば、上記ポリスルホンのＮ，Ｎ－ジメチルホルムアミド（以下、ＤＭＦという。）溶液を、密に織ったポリエステル布あるいはポリエステル不織布の上に一定の厚さに流延し、それを水中で湿式凝固させることによって、表面の大部分が直径数１０ｎｍ以下の微細な孔を有した支持膜を得ることができる。
　上記の支持膜の厚みは、得られる複合半透膜の強度およびそれをエレメントにしたときの充填密度に影響を与える。支持膜の厚みは、十分な機械的強度および充填密度を得るためには、３０μｍ以上３００μｍ以下の範囲内にあることが好ましく、より好ましくは１００μｍ以上２２０μｍ以下の範囲内である。
　多孔性支持層の形態は、走査型電子顕微鏡や透過型電子顕微鏡、原子間顕微鏡により観察できる。例えば走査型電子顕微鏡で観察するのであれば、基材から多孔性支持層を剥がした後、これを凍結割断法で切断して断面観察のサンプルとする。このサンプルに白金、白金－パラジウムまたは四塩化ルテニウム、好ましくは四塩化ルテニウムを薄くコーティングして３～１５ｋＶの加速電圧で高分解能電界放射型走査電子顕微鏡（ＵＨＲ－ＦＥ－ＳＥＭ）によって観察する。高分解能電界放射型走査電子顕微鏡は、日立製作所社製Ｓ－９００型電子顕微鏡などが使用できる。
　本発明に使用する支持膜は、ミリポア社製“ミリポアフィルターＶＳＷＰ”（商品名）や、東洋濾紙社製“ウルトラフィルターＵＫ１０”（商品名）のような各種市販材料から選択することもできるし、“オフィス・オブ・セイリーン・ウォーター・リサーチ・アンド・ディベロップメント・プログレス・レポート”Ｎｏ．３５９（１９６８）に記載された方法などに従って製造することもできる。
　多孔性支持層の厚みは、２０μｍ以上１００μｍ以下の範囲内にあることが好ましい。多孔性支持層の厚みが２０μｍ以上であることで、良好な耐圧性が得られると共に、欠点のない均一な支持膜を得ることができるので、このような多孔性支持層を備える複合半透膜は、良好な塩除去性能を示すことができる。多孔性支持層の厚みが１００μｍを超えると、製造時の未反応物質の残存量が増加し、それにより透過水量が低下するとともに、耐薬品性が低下する場合がある。
　なお、基材の厚みおよび複合半透膜の厚みは、デジタルシックネスゲージによって測定することができる。また、分離機能層の厚みは支持膜と比較して非常に薄いので、複合半透膜の厚みを支持膜の厚みとみなすことができる。従って、複合半透膜の厚みをデジタルシックネスゲージで測定し、複合半透膜の厚みから基材の厚みを引くことで、多孔性支持層の厚みを簡易的に算出することができる。デジタルシックネスゲージとしては、尾崎製作所株式会社のＰＥＡＣＯＣＫなどが使用できる。デジタルシックネスゲージを用いる場合は、２０箇所について厚みを測定して平均値を算出する。
　なお、基材の厚みもしくは複合半透膜の厚みをシックネスゲージによって測定することが困難な場合、走査型電子顕微鏡で測定してもよい。１つのサンプルについて任意の５箇所における断面観察の電子顕微鏡写真から厚みを測定し、平均値を算出することで厚みが求められる。
２．製造方法
　次に、上記複合半透膜の製造方法について説明する。製造方法は、支持膜の形成工程および分離機能層の形成工程を含む。
（２－１）支持膜の形成工程
　支持膜の形成工程は、基材に高分子溶液を塗布する工程および高分子溶液を塗布した前記基材を凝固浴に浸漬させて高分子を凝固させる工程を含む。これにより、基材上に多孔性支持層が形成される。
　基材に高分子溶液を塗布する工程において、高分子溶液は、多孔性支持層の成分である高分子を、その高分子の良溶媒に溶解して調製する。
　高分子溶液塗布時の高分子溶液の温度は、高分子としてポリスルホンを用いる場合、１０℃以上６０℃以下であることが好ましい。高分子溶液の温度がこの範囲内であれば、高分子が析出することがなく、高分子溶液が基材の繊維間にまで充分含浸したのち固化される。その結果、アンカー効果により多孔性支持層が基材に強固に接合し、良好な支持膜を得ることができる。なお、高分子溶液の好ましい温度範囲は、用いる高分子の種類や、所望の溶液粘度などによって適宜調整することができる。
　基材上に高分子溶液を塗布した後、凝固浴に浸漬させるまでの時間は、０．１秒以上５秒以下であることが好ましい。凝固浴に浸漬するまでの時間がこの範囲であれば、高分子を含む有機溶媒が基材の繊維間にまで充分含浸したのち固化される。なお、凝固浴に浸漬するまでの時間の好ましい範囲は、用いる高分子溶液の種類や、所望の溶液粘度などによって適宜調整することができる。
　凝固浴としては、通常水が使われるが、多孔性支持層の成分である高分子を溶解しないものであればよい。凝固浴の組成によって得られる支持膜の膜形態が変化し、それによって得られる複合半透膜も変化する。凝固浴の温度は、－２０℃以上１００℃以下が好ましく、さらに好ましくは１０℃以上５０℃以下である。凝固浴の温度がこの範囲以内であれば、熱運動による凝固浴面の振動が激しくならず、膜形成後の膜表面の平滑性が保たれる。また温度がこの範囲内であれば凝固速度が適当で、製膜性が良好である。
　次に、このようにして得られた支持膜を、膜中に残存する溶媒を除去するために熱水洗浄する。このときの熱水の温度は４０℃以上１００℃以下が好ましく、さらに好ましくは６０℃以上９５℃以下である。この範囲内であれば、支持膜の収縮度が大きくならず、透過水量が良好である。また、温度がこの範囲内であれば洗浄効果が十分である。
（２－２）分離機能層の形成工程
　次に、複合半透膜を構成する分離機能層の形成工程を説明する。分離機能層は支持膜中の多孔性支持層上に形成される。分離機能層は、下記工程（ａ）、（ｂ）および（ｃ）をこの順に行うことで形成される。
（ａ）多官能アミンを含有する水溶液と、多官能酸ハロゲン化物を含有する有機溶媒とを用い、前記基材および前記多孔性支持層を含む支持膜の表面で界面重縮合を行うことにより、架橋ポリアミドを形成する工程、
（ｂ）上記工程（ａ）で得られた前記架橋ポリアミドに親水性高分子をアミド結合で導入する工程、
（ｃ）前記架橋ポリアミドの第一級アミノ基を官能基変換する試薬に接触させる工程。
　上記工程（ｂ）は架橋ポリアミドのアミノ基に親水性高分子をアミド結合で導入する工程である。一方、上記工程（ｃ）はアミノ基を官能基変換する工程であり、工程（ｃ）は、工程（ｂ）の後に行うことで、工程（ｂ）の前に工程（ｃ）を行うよりも多くの親水性高分子を導入し、耐ファウリング性を向上させることができる。
　以下、各工程を（ａ）、（ｂ）および（ｃ）の順に実行する場合の本工程について説明する。
　工程（ａ）において、多官能酸ハロゲン化物を溶解する有機溶媒としては、水と非混和性のものであって、支持膜を破壊しないものであり、かつ、架橋ポリアミドの生成反応を阻害しないものであればいずれであってもよい。代表例としては、液状の炭化水素、トリクロロトリフルオロエタンなどのハロゲン化炭化水素が挙げられる。オゾン層を破壊しない物質であることや入手のしやすさ、取り扱いの容易さ、取り扱い上の安全性を考慮すると、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、トリデカン、テトラデカン、ヘプタデカン、ヘキサデカン、シクロオクタン、エチルシクロヘキサン、１－オクテン、１－デセンなどの単体あるいはこれらの混合物が好ましく用いられる。
　多官能アミン水溶液や多官能酸ハロゲン化物を含有する有機溶媒には、両成分間の反応を妨害しないものであれば、必要に応じて、アシル化触媒や極性溶媒、酸捕捉剤、界面活性剤、酸化防止剤等の化合物が含まれていてもよい。
　界面重縮合を支持膜の表面で行うために、まず、多官能アミン水溶液で支持膜表面を被覆する。ここで、多官能アミンを含有する水溶液の濃度は、０．１重量％以上２０重量％以下が好ましく、より好ましくは０．５重量％以上１５重量％以下である。
　多官能アミン水溶液で支持膜表面を被覆する方法としては、支持膜の表面がこの水溶液によって均一にかつ連続的に被覆されればよく、公知の塗布手段、例えば、水溶液を支持膜表面にコーティングする方法、支持膜を水溶液に浸漬する方法等で行えばよい。支持膜と多官能アミン水溶液との接触時間は、５秒以上１０分以下の範囲内であることが好ましく、１０秒以上３分以下の範囲内であるとさらに好ましい。次いで、過剰に塗布された水溶液を液切り工程により除去することが好ましい。液切りの方法としては、例えば膜面を垂直方向に保持して自然流下させる方法等がある。液切り後、膜面を乾燥させ、水溶液の水の全部あるいは一部を除去してもよい。
　その後、多官能アミン水溶液で被覆した支持膜に、前述の多官能酸ハロゲン化物を含有する有機溶媒を塗布し、界面重縮合により架橋ポリアミドを形成させる。界面重縮合を実施する時間は、０．１秒以上３分以下が好ましく、０．１秒以上１分以下であるとより好ましい。
　有機溶媒における多官能酸ハロゲン化物の濃度は、特に限定されないが、低すぎると活性層であるポリアミドの形成が不十分となり欠点になる可能性があり、高すぎるとコスト面から不利になるため、０．０１重量％以上１．０重量％以下程度が好ましい。
　次に、反応後の有機溶媒を液切り工程により除去することが好ましい。有機溶媒の除去は、例えば、膜を垂直方向に把持して過剰の有機溶媒を自然流下して除去する方法を用いることができる。この場合、垂直方向に把持する時間としては、１分以上５分以下であることが好ましく、１分以上３分以下であるとより好ましい。把持する時間が１分以上であることで目的の機能を有するポリアミドを得やすく、５分以下、より好ましくは３分以下であることで有機溶媒の過乾燥による欠点の発生を抑制できるので、性能低下を抑制することができる。
　上述の方法により得られたポリアミドを、２５℃以上９０℃以下の範囲内で１分以上６０分以下の熱水で洗浄処理することで、複合半透膜の溶質阻止性能や透過水量をより一層向上させることができる。ただし、熱水の温度が高すぎた場合、熱水洗浄処理後に急激に冷却すると耐薬品性が低下する。そのため、熱水洗浄は、２５℃以上６０℃以下の範囲内で行うことが好ましい。また、６０℃超９０℃以下の高温で熱水洗浄処理する際には、熱水洗浄処理後は、緩やかに冷却することが好ましい。例えば、段階的に低い温度の熱水と接触させて室温まで冷却させる方法等がある。
　また、上記の熱水洗浄する工程において、熱水中に酸またはアルコールが含まれていてもよい。酸またはアルコールを含むことで、ポリアミドにおける水素結合の形成をより制御しやすくなる。酸としては、塩酸、硫酸、リン酸などの無機酸や、クエン酸、シュウ酸などの有機酸などが挙げられる。酸の濃度は、ｐＨ２以下となるように調整することが好ましく、ｐＨ１以下であるとより好ましい。アルコールとしては、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコールなどの１価アルコールや、エチレングリコール、グリセリンなどの多価アルコールが挙げられる。アルコールの濃度は、好ましくは１０重量％以上１００重量％以下であり、より好ましくは１０重量％以上５０重量％以下である。
　次に、工程（ｂ）として、親水性高分子を架橋ポリアミドにアミド結合で導入する。この工程として、親水性高分子及び縮合剤を含む水溶液を、ポリアミド層に接触させる方法が好適に用いられる。すなわち、ポリアミド層に、カルボキシ基をカルボン酸誘導体に変換させる試薬（縮合剤）と、酸性基を有する親水性高分子を含む溶液とを接触させることが好ましい。特に、ポリアミド層の表面が、親水性高分子および縮合剤を含む水溶液と接触することが好ましい。ポリアミド層の官能基（ポリアミド層の表面の官能基）と、親水性高分子に含まれる活性化された官能基とが縮合反応によってアミド結合を形成するため、親水性高分子が導入される。分離機能層に親水性高分子及び縮合剤を含む水溶液を接触させる方法は特に限定されず、例えば、複合半透膜全体を親水性高分子と縮合剤とを含む水溶液中に浸漬してもよいし、親水性高分子及び縮合剤を含む水溶液を複合半透膜表面にスプレーしてもよく、ポリアミドと親水性高分子及び縮合剤が接触するのであれば、その方法は限定されない。
　ポリアミド層に接触させる親水性高分子は単独であっても数種混合して用いてもよい。親水性高分子は、重量濃度で１０ｐｐｍ以上１％以下の水溶液として使用するのが好ましい。親水性高分子の濃度が１０ｐｐｍ以上であれば、ポリアミドに存在する官能基と親水性高分子を十分に反応させることができる。一方で、１％を超えると親水性高分子層が厚くなるため、造水量が低下する場合がある。
　また、親水性高分子の水溶液には必要に応じて他の化合物を混合することもできる。例えば、ポリアミド層と親水性高分子の反応を促進するため、炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、リン酸ナトリウムなどのアルカリ性金属化合物を添加してもよい。また、ポリアミド中に残存する、水と非混和性の有機溶媒や、多官能酸ハロゲン化物や多官能アミン化合物などのモノマー、及びこれらモノマーの反応で生じたオリゴマーなどを除去するために、ドデシル硫酸ナトリウム、ベンゼンスルホン酸ナトリウムなどの界面活性剤を添加することも好ましい。
　本発明において縮合剤とは、水中でカルボキシ基を活性化させ、ポリアミドのアミノ基との縮合反応を進行する化合物を指す。このような化合物として、１－エチル－３－（３－ジメチルアミノプロピル）カルボジイミド塩酸塩、１，３－ビス（２，２－ジメチル－１，３－ジオキソラン－４－イルメチル）カルボジイミド、及び４－（４，６－ジメトキシ－１，３，５－トリアジン－２－イル）－４－メチルモルホリニウムクロリド（以下、ＤＭＴ－ＭＭという。）が挙げられる。これらの化合物の中でも、縮合反応時の安定性、及び縮合反応後の副生成物の毒性の低さなどから、ＤＭＴ－ＭＭが特に好ましく用いられる。
　親水性高分子と縮合剤とを含む水溶液中の縮合剤の濃度は、活性化させるカルボキシ基濃度より高ければ特に限定されず、反応性基との縮合に十分な効果を得ることができる。
　親水性高分子と縮合剤とを含む水溶液のｐＨは２以上６以下であることが好ましい。ｐＨが６を超える場合、カルボキシ基の解離で生じた負電荷によってポリアミドと親水性高分子の接触頻度が低下し、縮合反応の効率が低下する場合がある。一方で、ｐＨ２未満の水溶液を用いると、酸による劣化が生じ、複合半透膜の塩除去性能が低下する場合がある。
　導入された親水性高分子の層の厚みは、１ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることが好ましい。親水性高分子の層の厚みが１ｎｍ以上であることで、完成した分離膜は充分な耐ファウリング性を獲得することができる。また、親水性高分子の層の厚みが３０ｎｍ以下であることで、後の工程で第一級アミノ基の官能基変換が充分進行するので、完成した分離膜が高い耐久性を獲得することができる。
　また、親水性高分子が導入された後の架橋ポリアミドの層の表面（つまり分離機能層の表面）の自乗平均面粗さは５０ｎｍ以上であることが好ましい。自乗平均面粗さが５０ｎｍ以上であることで、後の工程で第一級アミノ基の官能基変換が充分進行するので、完成した分離膜が高い耐久性を獲得することができる。
　次に、工程（ｃ）として、工程（ｂ）後の洗浄したポリアミドを、架橋ポリアミドの第一級アミノ基を官能基変換する試薬に接触させる。中でも第一級アミノ基と反応してジアゾニウム塩またはその誘導体を生成する試薬に接触させる接触反応により、官能基の変換を行うことが好ましい。第一級アミノ基と反応してジアゾニウム塩またはその誘導体を生成する試薬としては、亜硝酸およびその塩、ニトロシル化合物などの水溶液が挙げられる。亜硝酸やニトロシル化合物の水溶液は気体を発生して分解する性質を持つため、亜硝酸塩と酸性溶液との反応によって亜硝酸を逐次生成するのが好ましい。一般に、亜硝酸塩は水素イオンと反応して亜硝酸（ＨＮＯ２）を生成するが、水溶液のｐＨが７以下、好ましくは５以下、さらに好ましくは４以下で効率よく生成する。中でも、取り扱いの簡便性から水溶液中で塩酸または硫酸と反応させた亜硝酸ナトリウムの水溶液が特に好ましい。
　前記第一級アミノ基と反応してジアゾニウム塩またはその誘導体を生成する試薬中の亜硝酸や亜硝酸塩の濃度は、好ましくは０．０１重量％以上１重量％以下の範囲であり、より好ましくは０．０５重量％以上０．５重量％以下の範囲である。０．０１重量％以上の濃度であれば十分な効果が得られ、濃度が１重量％以下であれば溶液の取扱いが容易である。
　亜硝酸水溶液の温度は１５℃以上４５℃以下であることが好ましい。１５℃以上の温度であれば十分な反応時間が得られ、４５℃以下であれば亜硝酸の分解が起こり難いため取り扱いが容易である。
　亜硝酸水溶液との接触時間は、ジアゾニウム塩及びその誘導体のうち少なくとも一方が生成する時間であればよく、高濃度では短時間で処理が可能であるが、低濃度であると長時間必要である。そのため、上記濃度の溶液では１０分間以内であることが好ましく、３分間以内であることがさらに好ましい。また、接触させる方法は特に限定されず、該試薬の溶液を塗布しても、該試薬の溶液に該複合半透膜を浸漬させてもよい。該試薬を溶かす溶媒は該試薬が溶解し、該複合半透膜が侵食されなければ、いかなる溶媒を用いてもかまわない。また、溶液には、第一級アミノ基と試薬との反応を妨害しないものであれば、界面活性剤や酸性化合物、アルカリ性化合物などが含まれていてもよい。
　次に、生成したジアゾニウム塩またはその誘導体の一部を異なる官能基へ変換する。ジアゾニウム塩またはその誘導体の一部は、例えば、水と反応することによりフェノール性水酸基へと変換される。また、塩化物イオン、臭化物イオン、シアン化物イオン、ヨウ化物イオン、フッ化ホウ素酸、次亜リン酸、亜硫酸水素ナトリウム、亜硫酸イオン、芳香族アミン、硫化水素、チオシアン酸等を含む溶液と接触させると、対応した官能基へ変換される。また、芳香族アミンと接触させることでジアゾカップリング反応が起こり膜面に芳香族基を導入することが可能となる。なお、これらの試薬は単一で用いても、複数混合させて用いてもよく、異なる試薬に複数回接触させてもよい。
　ジアゾカップリング反応が生じる試薬としては、電子豊富な芳香環または複素芳香環を持つ化合物が挙げられる。電子豊富な芳香環または複素芳香環を持つ化合物としては、無置換の複素芳香環化合物、電子供与性置換基を有する芳香族化合物、および電子供与性置換基を有する複素芳香環化合物が挙げられる。電子供与性の置換基としては、アミノ基、エーテル基、チオエーテル基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基などが挙げられる。上記化合物の具体的な例としては、例えば、アニリン、オルト位、メタ位、パラ位のいずれかの位置関係でベンゼン環に結合したメトキシアニリン、２個のアミノ基がオルト位、メタ位、パラ位のいずれかの位置関係でベンゼン環に結合したフェニレンジアミン、１，３，５－トリアミノベンゼン、１，２，４－トリアミノベンゼン、３，５－ジアミノ安息香酸、３－アミノベンジルアミン、４－アミノベンジルアミン、スルファニル酸、３，３’－ジヒドロキシベンジジン、１－アミノナフタレン、２－アミノナフタレン、またはこれらの化合物のＮ－アルキル化物が挙げられる。
　これら試薬の中で、アミノ基を有する化合物は分離機能層中のアミノ基のモル当量／アミド基のモル当量を増加させるため耐久性が低下する。電子供与性の置換基としてはエーテル基、チオエーテル基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基が好適に用いられ、アミノ基を選択する場合には適宜反応量を調整し、アミノ基の量が本発明の範囲内に含まれることが好ましい。
３．複合半透膜の利用
　本発明の複合半透膜は、プラスチックネットなどの原水流路材と、トリコットなどの透過水流路材と、必要に応じて耐圧性を高めるためのフィルムと共に、多数の孔を穿設した筒状の集水管の周りに巻回され、スパイラル型の複合半透膜エレメントとして好適に用いられる。さらに、このエレメントを直列または並列に接続して圧力容器に収納した複合半透膜モジュールとすることもできる。
　また、上記の複合半透膜やそのエレメント、モジュールは、それらに原水を供給するポンプや、その原水を前処理する装置などと組み合わせて、流体分離装置を構成することができる。この分離装置を用いることにより、原水を飲料水などの透過水と膜を透過しなかった濃縮水とに分離して、目的にあった水を得ることができる。
　本発明の複合半透膜を使用することにより、たとえば、操作圧力が０．１ＭＰａ以上３ＭＰａ以下、より好ましくは０．１ＭＰａ以上１．５５ＭＰａ以下といった低圧領域で、高い透過水量を維持しつつ、複合半透膜や流体分離素子を使用することができる。操作圧力を低くすることができるため、用いるポンプなどの容量を小さくすることができ、消費電力を抑え、造水のコストダウンを図ることができる。操作圧力が０．１ＭＰａを下回ると、透過水量が減少する傾向があり、３ＭＰａを超えるとポンプなどの消費電力が増加するとともに、ファウリングによる膜の目詰まりを起こしやすくなる。
　本発明の複合半透膜は、ｐＨ６．５、濃度が２，０００ｍｇ／Ｌの塩化ナトリウム水溶液を用い、２５℃において、操作圧力１．５５ＭＰａで２４時間ろ過したときの透過水量が０．５０ｍ３／ｍ２／日以上３．０ｍ３／ｍ２／日以下であることが好ましい。このような複合半透膜は、例えば、前述した製造方法を適宜選択することで、製造することができる。透過水量が０．５０ｍ３／ｍ２／日以上３．０ｍ３／ｍ２／日以下であることで、ファウリングの発生を適度に抑え、安定的に造水することができる。透過水量が０．８０ｍ３／ｍ２／日以上３．０ｍ３／ｍ２／日以下であると、実用上さらに好ましい。
　本発明の複合半透膜で処理する下水中には、界面活性剤などの難生分解性有機物が、生物処理で完全には分解されず含まれていることがある。従来の複合半透膜で処理を行うと界面活性剤が膜表面に吸着し、透過水量が低下してしまう。しかし、本発明の複合半透膜は、高い透過水量と膜汚染物質に対する高い脱離性を持つため、安定した性能を発現することが可能である。
　ここで、本発明の複合半透膜は、膜汚染物質に対する付着抑制能が高い。すなわち、２５℃、ｐＨ６．５、ＮａＣｌ濃度が２，０００ｍｇ／Ｌである水溶液を１．５５ＭＰａの圧力で１時間ろ過したときの透過水量をＦ１とし、続いてポリオキシエチレン（１０）オクチルフェニルエーテルを１００ｍｇ／Ｌの濃度となるように前記水溶液に加えて１時間ろ過したときの透過水量をＦ２としたとき、Ｆ２／Ｆ１の値が０．８０以上であることが好ましい。さらに好ましくは０．９０以上である。このような複合半透膜を用いることにより、膜の表面にファウリングが生じにくくなり、高い透過水量を長期間安定して維持することができる。
　以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
（ＮａＣｌ除去率）
　複合半透膜に、温度２５℃、ｐＨ７、塩化ナトリウム濃度２，０００ｐｐｍに調整した評価水を操作圧力１．５５ＭＰａで供給して膜ろ過処理を行なった。供給水および透過水の電気伝導度を東亜電波工業株式会社製電気伝導度計で測定して、それぞれの実用塩分、すなわちＮａＣｌ濃度を得た。こうして得られたＮａＣｌ濃度および下記式に基づいて、ＮａＣｌ除去率を算出した。
　ＮａＣｌ除去率（％）＝１００×｛１－（透過水中のＮａＣｌ濃度／供給水中のＮａＣｌ濃度）｝
（透過水量）
　前項の試験において、供給水（ＮａＣｌ水溶液）の膜透過水量を測定し、膜面１平方メートル当たり、１日の透水量（立方メートル）に換算した値を膜透過流束（ｍ３／ｍ２／日）とした。
　ファウリング後の透過水量評価においては、２５℃において、ｐＨ６．５、ＮａＣｌ濃度が２，０００ｍｇ／Ｌである水溶液を１．５５ＭＰａの圧力で１時間ろ過したときの透過水量をＦ１とし、続いてポリオキシエチレン（１０）オクチルフェニルエーテルを１００ｍｇ／Ｌの濃度となるように水溶液に加えて１時間ろ過したときの透過水量をＦ２とし、Ｆ２／Ｆ１の値を算出した。
（耐久性）
　複合半透膜をｐＨ１の硫酸水溶液に２０時間浸漬し、その前後での脱塩率の変化から複合膜の耐久性（耐薬品性）を求めた。
　　ＳＰ比＝（１００－浸漬後の脱塩率）／（１００－浸漬前の脱塩率）
　なお、ＳＰとは物質透過（Ｓｕｂｓｔａｎｃｅ　Ｐｅｒｍｅａｔｉｏｎ）の略である。
（自乗平均面粗さ）
　複合半透膜を超純水で洗浄し、風乾させたものを、１ｃｍ角に切り出し、スライドグラスに両面テープで貼り付け、分離機能層の自乗平均面粗さ（ＲＭＳ）を、原子間力顕微鏡（Ｎａｎｏｓｃｏｐｅ　ＩＩＩａ：デジタル・インスツルメンツ社）を用い、タッピングモードで測定した。カンチレバーはＶｅｅｃｏ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ　ＮＣＨＶ－１を用い、常温常圧下で測定した。スキャンスピードは１Ｈｚ、サンプリング点数は５１２ピクセル四方であった。解析ソフトはＧｗｙｄｄｉｏｎを用いた。測定結果について、Ｘ軸およびＹ軸ともに１次元のベースライン補正（傾き補正）を行い、自乗平均面粗さを求めた。
（１３Ｃ固体ＮＭＲ法によるポリアミドの官能基分析）
　ポリアミドの１３Ｃ固体ＮＭＲ法測定を以下に示す。まず本発明に示した製造方法を用いて支持膜上にポリアミドを有する複合半透膜を形成した後、複合半透膜から基材を物理的に剥離させ、多孔性支持層及びポリアミドを回収した。２５℃で２４時間静置することで乾燥させた後、ジクロロメタンの入ったビーカー内に少量ずつ加えて撹拌し、多孔性支持層を構成するポリマーを溶解させた。ビーカー内の不溶物を濾紙で回収し、ジクロロメタンで数回洗浄した。回収したポリアミドは真空乾燥機で乾燥させ、残存するジクロロメタンを除去した。得られたポリアミドは凍結粉砕によって粉末状の試料とし、固体ＮＭＲ法測定に用いられる試料管内に封入して、ＣＰ／ＭＡＳ法、及びＤＤ／ＭＡＳ法による１３Ｃ固体ＮＭＲ測定を行った。１３Ｃ固体ＮＭＲ測定には、例えば、Ｃｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｓ社製ＣＭＸ－３００を用いることができる。得られたスペクトルから、各官能基が結合している炭素原子由来のピークごとにピーク分割を行い、分割されたピークの面積から官能基量を定量した。
（複合半透膜の作製）
（比較例１）
　長繊維からなるポリエステル不織布上にポリスルホン（ＰＳｆ）の１５．０重量％ＤＭＦ溶液を２５℃の条件下でキャストし、ただちに純水中に浸漬して５分間放置することによって、多孔性支持層の厚みが４０μｍである支持膜を作製した。
　次に、この支持膜を３．５重量％のｍ－ＰＤＡ水溶液に浸漬した後、余分な水溶液を除去し、さらに０．１４重量％のＴＭＣとなるように溶解したｎ－デカン溶液を多孔性支持層の表面が完全に濡れるように塗布した。次に膜から余分な溶液を除去するために、膜を垂直にして液切りを行って、送風機を使い２５℃の空気を吹き付けて乾燥させた後、４０℃の純水で洗浄した。このようにして得られた複合半透膜の自乗平均面粗さ、官能基量、製膜時膜性能、ファウリング後膜性能及び耐薬品性を測定したところ、表１に示す値であった。
（比較例２）
　比較例１で得られた複合半透膜をポリアクリル酸（重量平均分子量５，０００、和光純薬工業社製）１００重量ｐｐｍとＤＭＴ－ＭＭ０．１重量％を含む水溶液に２０℃で２４時間接触させた後、水洗した。得られた複合半透膜を評価したところ、膜性能は表１に示す値であった。
（実施例１）
　比較例２で得られた複合半透膜をｐＨ３、３５℃に調整した０．１重量％の亜硝酸ナトリウム水溶液に１分間浸漬した。なお、亜硝酸ナトリウムのｐＨの調整は硫酸で行った。次に０．１重量％の亜硫酸ナトリウム水溶液に３５℃で２分間浸漬することで、実施例１の複合半透膜を得た。得られた複合半透膜を評価したところ、膜性能は表１に示す値であった。
（実施例２）
　比較例２で得られた複合半透膜をｐＨ３、３５℃に調整した０．２重量％の亜硝酸ナトリウム水溶液に１分間浸漬した。なお、亜硝酸ナトリウムのｐＨの調整は硫酸で行った。次に０．１重量％の亜硫酸ナトリウム水溶液に３５℃で２分間浸漬することで、実施例２の複合半透膜を得た。得られた複合半透膜を評価したところ、膜性能は表１に示す値であった。
（実施例３）
　比較例２で得られた複合半透膜をｐＨ３、３５℃に調整した０．３重量％の亜硝酸ナトリウム水溶液に１分間浸漬した。なお、亜硝酸ナトリウムのｐＨの調整は硫酸で行った。次に０．１重量％の亜硫酸ナトリウム水溶液に３５℃で２分間浸漬することで、実施例３の複合半透膜を得た。得られた複合半透膜を評価したところ、膜性能は表１に示す値であった。
（実施例４）
　比較例１で得られた複合半透膜をポリアクリル酸（重量平均分子量２，０００、東亜合成社製）１００重量ｐｐｍとＤＭＴ－ＭＭ０．１重量％を含む水溶液に２０℃で２４時間接触させた後、水洗した。その後ｐＨ３、３５℃に調整した０．３重量％の亜硝酸ナトリウム水溶液に１分間浸漬した。なお、亜硝酸ナトリウムのｐＨの調整は硫酸で行った。次に０．１重量％の亜硫酸ナトリウム水溶液に３５℃で２分間浸漬することで、実施例４の複合半透膜を得た。得られた複合半透膜を評価したところ、膜性能は表１に示す値であった。
（実施例５）
　比較例１で得られた複合半透膜をポリアクリル酸（重量平均分子量２５，０００、和光純薬工業社製）１００重量ｐｐｍとＤＭＴ－ＭＭ０．１重量％を含む水溶液に２０℃で２４時間接触させた後、水洗した。その後ｐＨ３、３５℃に調整した０．３重量％の亜硝酸ナトリウム水溶液に１分間浸漬した。なお、亜硝酸ナトリウムのｐＨの調整は硫酸で行った。次に０．１重量％の亜硫酸ナトリウム水溶液に３５℃で２分間浸漬することで、実施例５の複合半透膜を得た。得られた複合半透膜を評価したところ、膜性能は表１に示す値であった。
（実施例６）
　比較例１で得られた複合半透膜をポリアクリル酸（重量平均分子量５００，０００、東亜合成社製）１００重量ｐｐｍとＤＭＴ－ＭＭ０．１重量％を含む水溶液に２０℃で２４時間接触させた後、水洗した。その後ｐＨ３、３５℃に調整した０．３重量％の亜硝酸ナトリウム水溶液に１分間浸漬した。なお、亜硝酸ナトリウムのｐＨの調整は硫酸で行った。次に０．１重量％の亜硫酸ナトリウム水溶液に３５℃で２分間浸漬することで、実施例６の複合半透膜を得た。得られた複合半透膜を評価したところ、膜性能は表１に示す値であった。
（実施例７）
　比較例１で得られた複合半透膜をポリアクリル酸（重量平均分子量１，２５０，０００、和光純薬工業社製）１００重量ｐｐｍとＤＭＴ－ＭＭ０．１重量％を含む水溶液に２０℃で２４時間接触させた後、水洗した。その後ｐＨ３、３５℃に調整した０．３重量％の亜硝酸ナトリウム水溶液に１分間浸漬した。なお、亜硝酸ナトリウムのｐＨの調整は硫酸で行った。次に０．１重量％の亜硫酸ナトリウム水溶液に３５℃で２分間浸漬することで、実施例７の複合半透膜を得た。得られた複合半透膜を評価したところ、膜性能は表１に示す値であった。
（比較例３）
　比較例１で得られた複合半透膜をポリアクリル酸（重量平均分子量５，０００、和光純薬工業社製）１００重量ｐｐｍ水溶液に２０℃で２４時間接触させた後、水洗した。得られた複合半透膜を評価したところ、膜性能は表１に示す値であった。
（比較例４）
　比較例１で得られた複合半透膜を、ｐＨ３、３５℃に調整した０．３重量％の亜硝酸ナトリウム水溶液に１分間浸漬した。なお、亜硝酸ナトリウムのｐＨの調整は硫酸で行った。次に０．１重量％の亜硫酸ナトリウム水溶液に３５℃で２分間浸漬することで、比較例４の複合半透膜を得た。得られた複合半透膜のポリアミド中の官能基量、自乗平均面粗さ、製膜時膜性能、ファウリング後膜性能、及び耐薬品性を測定したところ、表１に示す値であった。
（実施例８）
　比較例４で得られた複合半透膜を、０．１重量％のＤＭＴ－ＭＭを含むｐＨ４の水溶液に２５℃で２４時間浸漬した後、純水で洗浄することで、実施例８の複合半透膜を得た。得られた複合半透膜を評価したところ、膜性能は表１に示す値であった。
（比較例５）
　比較例４で得られた複合半透膜を、０．０５重量％のｍ－ＰＤＡ水溶液に３５℃で１分間浸漬させ、ジアゾカップリング反応を行った。次いで、ポリアクリル酸（重量平均分子量５，０００、和光純薬工業社製）１００重量ｐｐｍと０．１重量％のＤＭＴ－ＭＭを含むｐＨ４の水溶液に２５℃で２４時間浸漬した後、純水で洗浄することで、比較例５の複合半透膜を得た。得られた複合半透膜を評価したところ、膜性能は表１に示す値であった。
（比較例６）
　比較例１で得られた複合半透膜をポリビニルアルコール（けん化度８８％、重量平均分子量２，０００、ナカライテスク社製）０．５重量％と、グルタルアルデヒド０．２重量％とを含む水溶液に、酸触媒として塩酸を０．１モル／リットルとなるように添加した水溶液に２分間浸漬した。垂直で１分間保持し余分な液を切った後に熱風乾燥機で９０℃、４分間乾燥して、分離機能層がポリビニルアルコールでコーティングされた複合半透膜を得た。その後ｐＨ３、３５℃に調整した０．３重量％の亜硝酸ナトリウム水溶液に１分間浸漬した。なお、亜硝酸ナトリウムのｐＨの調整は硫酸で行った。次に０．１重量％の亜硫酸ナトリウム水溶液に３５℃で２分間浸漬することで、比較例６の複合半透膜を得た。得られた複合半透膜を評価したところ、膜性能は表１に示す値であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　以上のように、本発明の複合半透膜は、高い透過水量及び塩除去性能を有し、かつ、性能安定性に優れ、長期間安定して高い性能を維持することができる。
　本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。本出願は、２０１５年１０月２７日出願の日本特許出願（特願２０１５－２１１０１６）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
　本発明の複合半透膜を用いれば、原水を飲料水などの透過水と膜を透過しなかった濃縮水とに分離して、目的にあった水を得ることができる。本発明の複合半透膜は、特に、かん水または海水の脱塩に好適に用いることができる。

Claims (7)

  1. 　基材および多孔性支持層を含む支持膜と、前記多孔性支持層上に設けられた分離機能層とを備える複合半透膜であって、
    　前記分離機能層が、架橋ポリアミドと、酸性基を有する親水性高分子とを含み、かつ
    　前記分離機能層において、アミノ基のモル当量／アミド基のモル当量が０．１８以下である複合半透膜。
  2. 　前記アミノ基のモル当量／アミド基のモル当量が０．１２以下である請求項１記載の複合半透膜。
  3. 　前記分離機能層表面の自乗平均面粗さが５０ｎｍ以上である請求項１または２に記載の複合半透膜。
  4. 　前記架橋ポリアミドと前記親水性高分子がアミド結合によって結合している請求項１～３のいずれか１項に記載の複合半透膜。
  5. 　基材と、前記基材上に形成される多孔性支持層と、前記多孔性支持層上に形成される分離機能層とを備える複合半透膜の製造方法であって、
    　下記工程（ａ）、（ｂ）および（ｃ）をこの順に行うことで前記分離機能層を形成する工程を有する複合半透膜の製造方法。
    （ａ）多官能アミンを含有する水溶液と、多官能酸ハロゲン化物を含有する有機溶媒とを用い、前記基材および前記多孔性支持層を含む支持膜の表面で界面重縮合を行うことにより、架橋ポリアミドを形成する工程
    （ｂ）上記工程（ａ）で得られた前記架橋ポリアミドに親水性高分子をアミド結合で導入する工程
    （ｃ）前記架橋ポリアミドの第一級アミノ基を官能基変換する試薬に接触させる工程
  6. 　前記工程（ｂ）が、カルボキシ基をカルボン酸誘導体に変換させる試薬と酸性基を有する親水性高分子を含む溶液とに接触させる工程である請求項５に記載の複合半透膜の製造方法。
  7. 　前記工程（ｃ）が、第一級アミノ基と反応してジアゾニウム塩またはその誘導体を生成する試薬との接触反応である請求項５または６に記載の複合半透膜の製造方法。
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