WO2020241795A1 - 原料液濃縮システム - Google Patents
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- F26B5/04—Drying solid materials or objects by processes not involving the application of heat by evaporation or sublimation of moisture under reduced pressure, e.g. in a vacuum
- F26B5/06—Drying solid materials or objects by processes not involving the application of heat by evaporation or sublimation of moisture under reduced pressure, e.g. in a vacuum the process involving freezing
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
- B01D2311/08—Specific process operations in the concentrate stream
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
- B01D2311/26—Further operations combined with membrane separation processes
- B01D2311/2699—Drying
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
- B01D2325/20—Specific permeability or cut-off range
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
- Y02A20/124—Water desalination
- Y02A20/131—Reverse-osmosis
Definitions
- the present invention relates to a raw material liquid concentration system. More specifically, the present invention relates to a raw material liquid concentration system using a process in which a raw material liquid is concentrated by a forward osmosis method and then dried by a freeze-drying method. More specifically, in the forward osmosis method process, the induction solution is permeated to the raw material liquid side at an appropriate flow rate to suppress the adhesion of the raw material component to the surface of the forward osmosis membrane, and the yield of the raw material component after freeze-drying is determined. Regarding the raw material solution concentration system to be raised.
- the purpose is to concentrate specific components (solutes) present in the raw material liquid.
- a traditional concentration method an evaporation method in which a raw material liquid is heated to remove a solvent is known.
- the solute component adheres to the inner wall of the evaporator due to heat, so that the solute recovery rate cannot be said to be sufficient.
- RO Reverse Osmosis
- the raw material liquid is pressurized to a predetermined pressure higher than the osmotic pressure of the raw material liquid, then supplied to the reverse osmosis (RO) membrane module, permeated through the RO membrane, and the solvent in the raw material liquid (typically). It is a method of concentrating the raw material liquid by removing water).
- this RO method requires pressurization, when applied to a raw material solution containing a large amount of solids, oils, high molecular weight substances, etc., the RO membrane is likely to be clogged, so that the life of the RO membrane is short. It cannot be said that the recovery rate of the solute is sufficient. Therefore, the RO method may be inappropriate for application to raw material liquids such as foods, beverages, and pharmaceuticals. Further, in the RO method, the osmotic pressure of the solvent (filtered solvent) of the concentrated raw material liquid does not exceed the pressure of the high-pressure pump used for pressurization. Therefore, there is a limit to the concentration rate of the raw material liquid by the RO method according to the capacity of the pump. This RO method focuses on the solvent (water) removed from the raw material liquid and is mainly used for desalination of seawater.
- a forward osmosis (FO: Forward Osmosis) method in which the solvent in the raw material liquid is separated by utilizing the difference in osmotic pressure.
- FO Forward Osmosis
- the raw material solution is concentrated by bringing the raw material solution and the inductive solution having a higher osmotic pressure than the raw material solution into contact with each other through the FO membrane to diffuse the solvent from the raw material solution to the inductive solution.
- the method Since the FO method does not require pressurization, it is expected that the desired concentration effect can be maintained for a long period of time even with a raw material solution containing a large amount of solid matter, high molecular weight substance and the like.
- a freeze-drying method As a method for concentrating the raw material liquid other than these, a freeze-drying method is known in which the raw material liquid is frozen and then the solvent in the raw material liquid is sublimated to concentrate the raw material liquid. Since the freeze-drying method does not require high-temperature heating or the like, it is possible to concentrate while suppressing alteration of components in the raw material liquid, deformation of solid content, and the like. Foods that have been freeze-dried (freeze-dried foods), for example, have little change in nutritional components such as vitamins, flavor, etc., can be stored for a long time at room temperature, and are relatively lightweight and transportable due to their low moisture content. There are advantages such as high. Because of these advantages, the freeze-drying method is currently applied to a wide variety of foods, pharmaceuticals, and the like.
- the freeze-drying method requires a vacuum pump for creating a high vacuum, a heat source for sublimation, a cooling unit for recovering the solvent vapor generated from the raw material liquid as a liquid or a solid, and the like.
- a vacuum pump for creating a high vacuum
- a heat source for sublimation for recovering the solvent vapor generated from the raw material liquid as a liquid or a solid, and the like.
- the time required for freeze-drying increases remarkably as the volume, thickness, and the like of the frozen body increase. Therefore, in order to apply the freeze-drying method to the concentration of the raw material liquid, the raw material liquid before being subjected to freeze-drying should be used as much as possible so that the energy cost of the vacuum pump, heat source, cooling unit, etc. It is required to be concentrated.
- Non-Patent Document 1 discloses that the dissolved mass maintained in the concentrate after lyophilization decreases in proportion to the water removal rate from the raw material liquid during lyophilization. From this, in order to obtain a concentrate after freeze-drying (hereinafter, also referred to as dry freeze-concentrate) having a higher solute retention rate, the raw material liquid to be freeze-dried should be concentrated as much as possible. Is required.
- Patent Document 1 proposes a method using the RO method in two steps. Further, Patent Document 2 proposes to use a centrifugation method or a limit filtration method as another concentration step in the pretreatment for freeze-drying.
- the RO method described in Patent Document 1 is a method in which heating is not essential, so that the components are less likely to be altered by heat.
- the RO method requires pressurization of the raw material liquid as described above. Therefore, in the method described in Patent Document 1, the solute in the raw material liquid may adhere to the surface of the RO film (fouling), so that the recovery rate of the solute component after freeze-drying cannot be sufficiently increased. May lead to problems.
- an object of the present invention is to obtain a freeze-dried concentrate in a high yield by arranging a pretreatment step suitable for freeze-drying (performing a pretreatment step) in a raw material liquid concentration system using a freeze-drying method. It is to provide a raw material liquid concentration system for this purpose.
- a raw material solution containing a solvent and a solute and an inductive solution containing an inductive solute are brought into contact with each other via a forward osmosis membrane to move the solvent in the raw material solution into the inductive solution and the above.
- Raw material liquid concentration system A raw material liquid concentration system.
- the backdiffusion rate of the inductive solute for moving the inductive solute in the inducible solution into the raw material solution is 200 g / (m 2 ⁇ hr) or less.
- ⁇ Aspect 3 The reverse diffusion rate of the induced solute for moving the induced solute in the inducible solution in the first unit into the raw material solution is 0.001 g / (m 2 ⁇ hr) or more, 50 g / (.
- the initial permeation rate of the forward osmosis membrane is 0.15L / (m 2 ⁇ hr) or 35L / (m 2 ⁇ hr) or less for said solvent, embodiments 1 to The raw material liquid concentration system according to any one of 3.
- the solvent contained in the raw material liquid is water and, Containing one or more selected from the group consisting of acetonitrile, methanol, and 2-propanol.
- ⁇ Aspect 6 >> The solvent further contains an acidic component and The pH of the solvent is 1-4.
- ⁇ Aspect 7 The raw material liquid concentration system according to Aspect 6, wherein the acidic component is one or two selected from the group consisting of trifluoroacetic acid and acetic acid.
- ⁇ Aspect 8 The item according to any one of aspects 1 to 7, wherein the solute of the raw material solution contains one or more selected from the group consisting of sugars, amino acids, oligopeptides, enzymes, and nucleic acids.
- Raw material solution concentration system ⁇ Aspect 9 >> The raw material liquid concentration system according to any one of aspects 1 to 7, wherein the solute contains a compound having a number average molecular weight of 100 to 6,000.
- ⁇ Aspect 10 The raw material according to any one of aspects 1 to 9, wherein the contact between the raw material solution and the induction solution in the first unit via the forward osmosis membrane is a cross-flow type contact. Liquid concentration system.
- ⁇ Aspect 11 The raw material liquid concentrating system according to any one of aspects 1 to 10, wherein the temperature of the raw material liquid in the first unit is 5 ° C. or higher and 50 ° C. or lower.
- ⁇ Aspect 12 Further comprising a first induction solution regeneration system for removing the solvent from the dilution induction solution to obtain a regeneration induction solution and using the obtained regeneration induction solution as the induction solution.
- the raw material solution concentration system according to any one of aspects 1 to 11. 13.
- Aspect 14 >> The solvent was removed from the induction solution to obtain a concentration induction solution, and the obtained concentration induction solution and the dilution induction solution were mixed to obtain a mixture, and the obtained mixture was used as described above.
- ⁇ Aspect 16 The raw material liquid concentration system according to any one of aspects 1 to 14, wherein the inductive solution is a solution containing an inorganic salt as the inductive solute.
- ⁇ Aspect 17 The raw material liquid concentration system according to any one of aspects 1 to 16, wherein the inductive solution is a solution containing alcohol as the inductive solute.
- ⁇ Aspect 18 The raw material liquid concentration system according to Aspect 17, wherein the alcohol comprises one or two selected from ethanol and 2-propanol.
- the positive osmotic film has polyethersulfone, polysulfone, polyketone, polyetheretherketone, polyphenylene ether, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polyimine, polyimide, polybenzoxazole, polybenzoimidazole, perfluorosulfonic acid weight.
- ⁇ Aspect 20 The raw material liquid concentration system according to any one of aspects 1 to 19, wherein the forward osmosis membrane is a hollow filamentous membrane.
- the first unit is in the form of a membrane module having a hollow fiber yarn bundle composed of the plurality of hollow fiber-like forward osmotic membranes.
- the hollow thread-like forward osmosis membrane includes a microporous support membrane and a separation active layer of a polymer polymer thin film provided on the inner surface of the microporous support membrane.
- the total membrane area of the hollow fiber yarn bundle is 0.01 m 2 or more.
- ⁇ Aspect 22 The raw material liquid according to any one of aspects 1 to 21, which has a circulation mechanism in which the concentrated raw material liquid obtained in the first unit is used as the raw material liquid in the first unit. Concentration system.
- ⁇ Aspect 23 A raw material solution containing a solvent and a solute and an inductive solution containing an inductive solute are brought into contact with each other via a forward osmosis membrane to move the solvent in the raw material solution into the inductive solution and the above. The first step of obtaining a concentrated raw material solution and a diluted inducing solution by moving the inductive solute in the inductive solution into the raw material solution.
- the backdiffusion rate of the induced solute for moving the induced solute in the inductive solution into the raw material solution is 200 g / (m 2 ⁇ hr) or less.
- the backdiffusion rate of the salt that moves the inductive solute in the inductive solution into the raw material liquid is 0.001 g / (m 2 ⁇ hr) or more, 50 g / (m). 2 ⁇ hr)
- the initial permeation rate of the forward osmosis membrane is 0.15L / (m 2 ⁇ hr) or 35L / (m 2 ⁇ hr) or less for said solvent, aspects 23 to The method for concentrating a raw material solution according to any one of 25.
- the solvent contained in the raw material liquid is water and, Containing one or more selected from the group consisting of acetonitrile, methanol, and 2-propanol.
- the solvent further contains an acidic component and The pH of the solvent is 1-4.
- ⁇ Aspect 29 The method for concentrating a raw material solution according to Aspect 28, wherein the acidic component is one or two selected from the group consisting of trifluoroacetic acid and acetic acid.
- ⁇ Aspect 30 The item according to any one of aspects 23 to 29, wherein the solute of the raw material solution contains one or more selected from the group consisting of sugars, amino acids, oligopeptides, enzymes, and nucleic acids.
- ⁇ Aspect 32 The item according to any one of aspects 23 to 31, wherein the contact between the raw material solution and the induction solution in the first step via the forward osmosis membrane is performed by a cross-flow type contact.
- ⁇ Aspect 34 Further comprising a first induction solution regeneration step for removing the solvent from the dilution induction solution to obtain a regeneration induction solution and using the obtained regeneration induction solution as the induction solution.
- Aspect 35 The method for concentrating a raw material solution according to Aspect 34, wherein the removal of the solvent from the dilution-inducing solution in the first induction solution regeneration step is performed by evaporating the solvent from the dilution-inducing solution. .. ⁇ Aspect 36 >> The solvent was removed from the induction solution to obtain a concentration induction solution, and the obtained concentration induction solution and the dilution induction solution were mixed to obtain a mixture, and the obtained mixture was used as described above.
- ⁇ Aspect 37 The raw material solution concentration method according to Aspect 36, wherein in the second induction solution regeneration step, removal of the solvent from the induction solution is performed by evaporating the solvent from the induction solution.
- ⁇ Aspect 38 The method for concentrating a raw material solution according to any one of aspects 23 to 37, wherein the inductive solution is a solution containing an inorganic salt as the inductive solute.
- ⁇ Aspect 39 The method for concentrating a raw material solution according to any one of aspects 23 to 37, wherein the inducing solution is a solution containing alcohol as the inducing solute.
- ⁇ Aspect 40 The method for concentrating a raw material solution according to Aspect 39, wherein the alcohol comprises one or two selected from ethanol and 2-propanol.
- the positive osmotic film has polyethersulfone, polysulfone, polyketone, polyetheretherketone, polyphenylene ether, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polyimine, polyimide, polybenzoxazole, polybenzoimidazole, perfluorosulfonic acid weight.
- the method for concentrating a raw material solution according to any one of aspects 23 to 40 which is a film having a thin film layer containing one or more kinds of main components selected from the group consisting of coalescence and polyamide.
- ⁇ Aspect 42 >> The method for concentrating a raw material liquid according to any one of aspects 23 to 41, wherein the forward osmosis membrane is a hollow filamentous membrane.
- ⁇ Aspect 43 >> The raw material liquid concentration method according to Aspect 42, wherein in the first step, a pressure of 10 kPa or more and 200 kPa or less is applied to the inside of the hollow thread-like forward osmosis membrane.
- the first step is performed using a first unit in the form of a membrane module having a hollow fiber bundle composed of the plurality of hollow fiber-like forward osmotic membranes.
- the hollow thread-like forward osmosis membrane includes a microporous support membrane and a separation active layer of a polymer polymer thin film provided on the inner surface of the microporous support membrane.
- the total membrane area of the hollow fiber yarn bundle is 0.01 m 2 or more.
- the separation activity in the radial direction and the length direction of the hollow fiber membrane bundle calculated by a method of measuring the mass of the separation active layer portion in the scanning electron microscope image obtained by photographing the cross section of the separation active layer in the thickness direction.
- the coefficient of variation of the layer thickness is 0-60%.
- ⁇ Aspect 45 >> The raw material liquid according to any one of aspects 23 to 44, which has a circulation mechanism in which the concentrated raw material liquid obtained in the first step is used as the raw material liquid in the first step. Concentration method.
- the raw material liquid concentration system of the present invention is a combination of concentration of the raw material liquid by the forward osmosis method and concentration by the freeze-drying method. According to such a raw material liquid concentrating system of the present invention, it is possible to prevent the components in the raw material liquid from being lost during the process, so that the freeze-dried concentrate in which the component composition in the raw material liquid is maintained can be obtained in high yield. Obtainable.
- the raw material liquid concentration system of this embodiment is The raw material solution containing the solvent and the solute and the inductive solution containing the inductive solute are brought into contact with each other via a forward osmosis membrane to move the solvent in the raw material solution into the inductive solution and the inductive solute in the inductive solution as the raw material.
- a first unit for obtaining a concentrated raw material solution and a dilution inducing solution by moving them into a solution It has a second unit for freeze-drying the concentrated raw material solution to obtain a further concentrated product.
- a preferred example of the raw material liquid concentrating system of the present embodiment is a guide solute having the above-mentioned first unit and second unit and moving the inductive solute in the inductive solution in the first unit into the raw material liquid.
- another preferable example of the raw material liquid concentrating system of the present embodiment has the above-mentioned first unit and the above-mentioned second unit, and the back-diffusion rate of the above-mentioned induced solute is 0.001 g / (m 2). It is a system of ⁇ hr) or more and 50 g / (m 2 ⁇ hr) or less.
- the raw material liquid concentration system of the present embodiment includes, for example, concentration of oral liquids (liquid foods, beverages, etc.), concentration of pharmaceutical raw materials, concentration of reaction products in the pharmaceutical manufacturing process, treatment of precursor solutions for chemical species synthesis, gas. It can be suitably applied to applications such as treatment of accompanying water discharged from fields (including shale gas fields) and oil fields.
- the above-mentioned oral liquid means the whole thing that a person or an animal eats, and includes both a thing taken orally and a thing excreted after being put in the mouth. Examples of oral ingestions include beverages such as juices and soft drinks; fluid foods such as various soup stocks, seasonings and soups; health supplements; oral medicines; and raw materials thereof.
- Examples of substances that are discharged after being put in the mouth include mouthwash, mouthwash, and raw materials thereof.
- the above-mentioned pharmaceutical raw material means a raw material compound for producing a pharmaceutical product.
- the reaction product in the above-mentioned drug manufacturing process means a product obtained by a chemical reaction carried out for manufacturing a drug.
- the following two steps (1) and (2) are simultaneously performed.
- the raw material solution and the inducing solution are brought into contact with each other via a forward osmosis membrane, and the solvent in the raw material solution is moved into the inducing solution.
- the raw material solution is concentrated and the induction solution is diluted to obtain a concentrated raw material solution and a dilution induction solution.
- the concentrated raw material solution obtained in the first unit is further concentrated by the freeze-drying method to obtain a product (concentrate) in which the water content is preferably reduced to 5% by mass or less.
- first step the step performed by the first unit
- second step the step performed by the second unit of the present embodiment
- the raw material liquid concentration system of the present embodiment there may be a unit that performs the pre-stage of the freeze-drying method between the first unit and the second unit.
- the unit that performs the pre-stage of the freeze-drying method include a preliminary freezing unit, a sterilization unit, a desalting unit, a pH adjusting unit, and the like.
- the first step by the first unit and the second step by the second unit may be performed continuously without a time interval, or may be performed with a predetermined time interval.
- the concentrated raw material liquid obtained by the first unit may be temporarily stored, and after a predetermined time has elapsed, it may be provided to the second unit to perform the second step.
- An osmotic pressure measuring device is included between the first unit and the second unit to confirm that the concentrated raw material liquid obtained in the first unit is concentrated to a predetermined osmotic pressure. You may.
- the osmotic pressure may be measured by the osmotic pressure measuring device in the first unit in which the first step is performed, or a part of the concentrated raw material liquid may be extracted after the first step.
- FIG. 1 shows a schematic diagram for explaining an example of the raw material liquid concentration system of the present embodiment having the first and second units.
- the first unit of the raw material liquid concentration system of FIG. 1 is a forward osmosis membrane unit having a forward osmosis membrane o and performing a forward osmosis treatment.
- the internal space of the forward osmosis membrane unit is divided into two, a raw material liquid side space R and an induction solution side space D, by the forward osmosis membrane o.
- the raw material liquid a which is the object to be concentrated, is introduced into the space R on the raw material liquid side of the forward osmosis membrane unit.
- the induction solution d is introduced into the induction solution side space D of the forward osmosis membrane unit.
- the raw material liquid a contains a solute and a solvent b.
- the inductive solution d preferably contains an inductive solute (for example, an inorganic salt) and further contains a solvent b.
- the osmotic pressure of the inductive solution d is set to be higher than that of the raw material solution a.
- the solvent b in the raw material liquid a is driven by the osmotic pressure difference between the two solutions, and the solvent b in the raw material liquid a becomes the forward osmosis membrane o.
- the induced solute s in the inductive solution d passes through the forward osmosis membrane o and moves into the raw material liquid a, driven by the partial pressure difference of the inductive solute. This is referred to as the backdiffusion r of the induced solute s.
- a concentrated raw material solution c which is a concentrated raw material solution
- a diluted induction solution e which is a diluted induction solution
- the raw material solution a and the induction solution d are countercurrent, but parallel flow may be used.
- the forward osmosis treatment in the first unit may be performed by a total amount filtration method or a cross-flow filtration method, but the cross-flow filtration method is preferable from the viewpoint of filtration flow rate and suppression of membrane contamination.
- the osmotic pressure of the concentrated raw material liquid c obtained by the first unit is measured at the position of "P".
- the concentrated raw material liquid c is freeze-dried. Lyophilization typically involves three steps within the chamber: (A) Freezing stage; (B) Primary drying step; and (C) Secondary drying step Step (A) is a step of freezing the solvent in the concentrated raw material liquid c obtained by the first unit.
- step (B) the pressure in the chamber is reduced (eg, up to 13.3 Pa (0.1 torr) or less) and heat is applied to sublimate the frozen solvent.
- step (C) the temperature in the chamber is raised and removed, including the binding solvent such as water of crystallization, until the residual solvent content drops to a desired level. In this way, the product f in which the concentrated raw material liquid c is further concentrated is obtained.
- a method of inflowing a dried gas may be used instead of lowering the chamber pressure.
- FIG. 2 shows a schematic diagram for explaining another example of the raw material liquid concentrating system of the present embodiment having the first unit and the second unit.
- the first unit and the second unit in the raw material liquid concentrating system of FIG. 2 may be the same as the first unit and the second unit in the raw material liquid concentrating system of FIG. 1, respectively.
- the raw material liquid concentrating system of FIG. 2 has a circulation mechanism for reusing the concentrated raw material liquid obtained in the first unit as the raw material liquid in the first unit.
- the osmotic pressure of the concentrated raw material liquid obtained by passing the raw material liquid a through the first unit once does not reach a predetermined value, at least a part of the concentrated raw material liquid is used.
- a concentrated raw material liquid c having a predetermined osmotic pressure can be obtained by passing it through one unit a plurality of times.
- the number of times the raw material liquid a is passed through the first unit that is, the number of times the concentrated raw material liquid obtained in the first unit is reused as the raw material liquid in the first unit) is arbitrary.
- FIG. 3 shows a schematic diagram for explaining still another example of the raw material liquid concentration system of the present embodiment having the first unit and the second unit.
- the first unit and the second unit in the raw material liquid concentrating system of FIG. 3 may be the same as the first unit and the second unit in the raw material liquid concentrating system of FIG. 1, respectively.
- the raw material liquid concentration system of FIG. 3 further has an induction solution regeneration unit (first induction solution regeneration unit).
- first induction solution regeneration unit a unit for performing the first inductive solution regeneration step of the present embodiment is shown as a “first inductive solution regeneration unit”.
- the "first induction solution regeneration step” can be replaced with the “first induction solution regeneration unit", and conversely, the “first induction solution regeneration unit” is referred to as “first induction solution regeneration unit”. It can be replaced with “induction solution regeneration step”.
- the solvent b is removed from the dilution induction solution e obtained in the first unit and concentrated to obtain the regeneration induction solution g, and the obtained regeneration induction solution g is reconstituted. It may have a function of circulating as an inducing solution d.
- the removal of the solvent b from the dilution induction solution e may be carried out by a known concentration means, for example, an evaporation means or the like.
- the regeneration-inducing solution g may contain a part of the solvent b.
- the solvent b is an other component system containing water and the other component is an azeotropic component, it is difficult to remove the solvent b. Therefore, the regeneration-inducing solution g contains a part of the solvent b, but this does not pose a problem in the system.
- FIG. 4 shows a schematic diagram for explaining still another example of the raw material liquid concentration system of the present embodiment having the first unit and the second unit.
- the first unit and the second unit in the raw material liquid concentration system of FIG. 4 may be the same as the first unit and the second unit in the raw material liquid concentration system of FIG. 1, respectively.
- the raw material solution concentrating system of FIG. 4 has an induction solution regeneration unit (second induction solution regeneration unit) of a mode different from that of the raw material solution concentration system of FIG.
- a unit for performing the second inductive solution regeneration step of the present embodiment is shown as a “second inductive solution regeneration unit”.
- the "second induction solution regeneration step” can be replaced with the “second induction solution regeneration unit", and conversely, the “second induction solution regeneration unit” is referred to as “second induction solution regeneration unit”. It can be replaced with “induction solution regeneration step”.
- the second induction solution regeneration unit in the raw material solution concentration system of FIG. 4 first, the solvent b is removed from the induction solution d to obtain the concentration induction solution h. Then, the concentrated induction solution h obtained here and the dilution induction solution e obtained in the first step are mixed to obtain a mixture (regeneration induction solution g), and the regeneration induction solution g is used as the induction solution d. It may have a function to be used as.
- the removal of the solvent b from the induction solution d may be carried out by a known concentration means, for example, an evaporation means or the like.
- Mixing of the concentration-inducing solution h and the dilution-inducing solution e may be performed, for example, in a buffer tank as shown in FIG.
- the concentration-inducing solution h may contain a part of the solvent b.
- the solvent b is an other component system containing water and the other component is an azeotropic component, it is difficult to remove the solvent b. Therefore, a part of the solvent b is contained in the concentration induction solution h, but this does not pose a problem in the system.
- FIG. 5 shows a schematic diagram for explaining still another example of the raw material liquid concentration system of the present embodiment having the first unit and the second unit.
- the first unit and the second unit in the raw material liquid concentration system of FIG. 5 may be the same as the first unit and the second unit in the raw material liquid concentration system of FIG. 1, respectively.
- the raw material liquid concentration system of FIG. 5 has a circulation mechanism shown in FIG. 2 and a second induction solution regeneration unit shown in FIG. 4 in an overlapping manner.
- the one of the embodiment shown in FIG. 3 (first induction solution regeneration unit) may be adopted.
- the first inductive solution regeneration unit and the second inductive solution regeneration unit may be provided in an overlapping manner.
- the concentration-inducing solution h may contain a part of the solvent b.
- the solvent b is an other component system containing water and the other component is an azeotropic component, it is difficult to remove the solvent b. Therefore, a part of the solvent b is contained in the concentration induction solution h, but this does not pose a problem in the system.
- the raw material liquid a is a fluid containing a solute and a solvent b, and is scheduled to be concentrated by the raw material liquid concentrating system of the present embodiment.
- the raw material liquid a may be an emulsion as long as it is a fluid.
- Examples of the raw material liquid a applied to the present embodiment include food; pharmaceutical raw material; seawater, accompanying water discharged from a gas field / oil field, and the like, and among them, food or pharmaceutical raw material is preferable.
- a concentrate from which the solvent has been removed can be obtained while maintaining the composition of the raw material liquid a substantially as it is. Therefore, when the raw material liquid concentration system of the present embodiment is applied to the concentration of foods, it is possible to concentrate with less loss of aroma components. Further, when the system of the present embodiment is applied to the concentration of a pharmaceutical raw material, it becomes possible to concentrate while maintaining the pharmaceutical efficacy.
- solute of the raw material liquid a applied to the present embodiment examples include useful substances selected from the group consisting of sugars, amino acids, oligopeptides, enzymes, and nucleic acids.
- the solute of the raw material liquid a is preferably a compound having a number average molecular weight of 100 to 6,000. Solutes with a molecular weight of less than 100 may permeate the forward osmotic membrane in the first unit. Solutes with a molecular weight of more than 6,000 may adhere to the surface of the forward osmosis membrane.
- the solute is a low molecular weight body having a molecular weight of 500 or less, the number average molecular weight thereof may be the molecular weight calculated from the structural formula.
- the solute is a high molecular weight substance having a molecular weight of more than 500, the number average molecular weight thereof may be a polyethylene oxide-equivalent number average molecular weight measured by gel permeation chromatography.
- Foods applicable in the raw material liquid concentration system of the present embodiment include, for example, coffee extract, fruit juice extract (eg, orange juice, tomato juice, grapefruit, lemon, etc.), alcoholic beverage (liquid containing ethanol, for example, eg. Wine, beer, distilled liquor, etc.), dairy products (eg, lactic acid bacteria beverage, raw milk, whey, etc.), juice (eg, kelp juice, syrup juice, etc.), tea extract, fragrance emulsion (eg, vanilla essence, strawberry essence, etc.) , Etc.), honeys (eg, maple syrup, coconut syrup, birch syrup, honey, etc.), food oil emulsions (eg, olive oil, rapeseed oil, sunflower oil, red flowers, corn, etc.), vitamins, And so on.
- fruit juice extract eg, orange juice, tomato juice, grapefruit, lemon, etc.
- alcoholic beverage liquid containing ethanol, for example, eg. Wine, beer, distilled liquor, etc.
- dairy products eg,
- monosaccharides eg glucose, fructose, galactose, mannose, ribose, deoxyribose, etc.
- disaccharides eg, maltose, sucrose, lactose, etc.
- sugar chains eg glucose, galactose, mannose, fucose, xylose, etc.
- Others such as glucuronic acid and isulonic acid
- saccharide derivatives such as N-acetylglucosamine, N-acetylgalactosamine and N-acetylneuraminic acid
- complex oligosaccharides heparin, erythropoetin, glycans, hyaluronic acid, albumin, ceramide
- examples thereof include erythritol, trehalose, lipopolysacchari
- essential amino acids eg, tryptophan, lysine, methionine, phenylalanine, threonine, valine, leucine, isoleucine, etc.
- non-essential amino acids eg, arginine, glycine
- unnatural amino acid refers to any non-naturally occurring artificial compound having an amino acid skeleton in the same molecule, and can be produced by binding various labeled compounds to the amino acid skeleton.
- amino acid skeleton contains a carboxyl group, an amino group, and a portion connecting these groups in the amino acid.
- Labeled compound refers to dye compounds, fluorescent substances, chemical / bioluminescent substances, enzyme substrates, coenzymes, antigenic substances, and protein binding substances known to those skilled in the art.
- unnatural amino acid for example, "labeled amino acid” which is an amino acid bound to a labeled compound can be mentioned.
- the labeled amino acid include an amino acid in which a labeled compound is bound to an amino acid having an amino acid skeleton containing an aromatic ring such as a benzene ring in the side chain.
- unnatural amino acids to which a specific function is given include, for example, photoresponsive amino acids, optical switch amino acids, fluorescent probe amino acids, fluorescently labeled amino acids and the like.
- oligopeptides examples include L-alanyl-L-glutamine, ⁇ -alanyl-L-histidine cyclosporine, and glutathione.
- the "oligopeptide” refers to a compound to which any amino acid having 2 or more residues and less than 50 residues is bound.
- the oligopeptide may be chained or cyclic.
- nucleic acid examples include drugs having a natural nucleotide or a chemically modified nucleotide as a basic skeleton.
- drugs having a natural nucleotide or a chemically modified nucleotide as a basic skeleton.
- antisense oligonucleotides, RNAi, aptamers, decoys and the like can be mentioned.
- the inductive solution d preferably contains an inductive solute and further contains a solvent b.
- the inductive solution d is a fluid that has a higher osmotic pressure than the raw material solution a and does not significantly denature the forward osmotic membrane o.
- the induction solution in the present embodiment may be a solution containing one or more selected from inorganic salts, sugars, alcohols, polymers and the like.
- the induction solution in the present embodiment preferably contains one or more selected from the group consisting of inorganic salts and alcohols as the solute from the viewpoint of having a high osmotic pressure.
- Examples of the inorganic salt include sodium chloride, potassium chloride, magnesium chloride, calcium chloride, sodium sulfate, magnesium sulfate, sodium thiosulfate, sodium sulfite, ammonium chloride, ammonium sulfate, ammonium carbonate and the like;
- sugars include general sugars such as sucrose, fructose, and glucose, and special sugars such as oligosaccharides and rare sugars;
- Examples of the alcohol include monoalcohols such as methanol, ethanol, 1-propanol and 2-propanol; and glycols such as ethylene glycol and propylene glycol. The alcohol is preferably one or two selected from the group consisting of ethanol and 2-propanol.
- Examples of the polymer include polymers such as polyethylene oxide and propylene oxide, and copolymers thereof.
- the concentration of the inductive solute in the inductive solution d is set so that the osmotic pressure of the inductive solution d is higher than the osmotic pressure of the raw material liquid a.
- the osmotic pressure of the inductive solution d may fluctuate within the range as long as it is higher than the osmotic pressure of the raw material solution a.
- one of the following methods can be used.
- the solvent b in this embodiment is, for example, water and, It may contain one or more selected from the group consisting of acetonitrile, methanol, and 2-propanol, and it is preferable that these are the main components.
- the main component referred to here means that the solvent b is contained in a proportion of more than 50% by mass, 60% by mass or more, 80% by mass or more, 95% by mass or more, or 100% by mass.
- the solvent b in the raw material liquid a is a mixture of water and one or more selected from the group consisting of acetonitrile, methanol, and 2-propanol
- the solvent b further contains an acidic component, and the solvent thereof.
- the pH of b is preferably 1 to 4.
- the acidic component is preferably one or two selected from the group consisting of acetic acid and trifluoroacetic acid.
- the solvent of the induction solution d in this embodiment may be water.
- ⁇ Concentrated raw material liquid c> In the concentrated raw material liquid c obtained by being concentrated by the first unit, the components in the raw material liquid a are maintained, and at least a part of the solvent b is selectively separated. In the raw material liquid concentrating system of the present embodiment, the amount or ratio of the solvent b separated from the raw material liquid a can be arbitrarily controlled in the first unit.
- the freeze-drying time in the second unit can be shortened even when the amount of the raw material liquid a is large. In this way, by performing the forward osmosis treatment in the first unit until the osmotic pressure of the raw material liquid a becomes sufficiently high, the freeze-drying step in the second unit can be made more efficient, and the time and energy in freeze-drying can be improved. Load can be reduced.
- the first unit of this embodiment forward osmosis treatment is performed. Therefore, in the first unit, it is possible to obtain a high concentration ratio while maintaining a high degree of raw material liquid components. Further, by changing the inductive solute, an arbitrary concentration ratio can be obtained.
- the types of raw material liquids to which the raw material liquid concentration system of the present embodiment can be applied are various, and substantially any liquid can be concentrated. Among them, as described above, the raw material liquid to which the raw material liquid concentration system of the present embodiment can be applied is preferably a food or pharmaceutical raw material. In the raw material liquid concentration system of the present embodiment, a concentrate from which the solvent has been removed can be obtained while maintaining the composition of the raw material liquid a substantially as it is.
- the raw material liquid concentration system of the present embodiment when the raw material liquid concentration system of the present embodiment is applied to the concentration of foods, it is possible to concentrate with less loss of aroma components. Further, when the system of the present embodiment is applied to the concentration of a pharmaceutical raw material, it becomes possible to concentrate while maintaining the pharmaceutical efficacy.
- a forward osmosis treatment is performed.
- the forward osmosis treatment in the present embodiment may be carried out using, for example, a forward osmosis membrane unit in which the internal space is divided into two, a raw material liquid side space R and an induction solution side space D, by the forward osmosis membrane o.
- the forward osmosis membrane o of the forward osmosis membrane unit has a function of allowing the solvent b in the raw material liquid a to permeate but not allowing the solute to permeate or making it difficult to permeate, and concentrates the inductive solute s in the inductive solution d. It has a function of reverse diffusion r in the raw material liquid c.
- the forward osmosis membrane o used in the first unit of the raw material liquid concentration system of the present embodiment may be a membrane having a function as a reverse osmosis membrane.
- the reverse osmosis treatment that removes the solvent by pressure and the forward osmosis treatment that utilizes the difference in osmotic pressure between the raw material solution and the induction solution are appropriate due to the difference in the driving force utilized for removing the solvent.
- the membrane structure is different.
- a forward osmosis treatment is incorporated in a series of units, such as the raw material liquid concentration system of the present embodiment, it is preferable to use a membrane having a higher function as a forward osmosis membrane.
- a forward osmosis membrane may be utilized for the purpose of arranging a filter such as an ultrafiltration membrane (UF membrane) during the process to separate 80% or more of the solute and recover the solute in the permeate. ..
- UF membrane ultrafiltration membrane
- the forward osmosis membrane o examples include a hollow fiber membrane shape and a flat membrane shape.
- the forward osmosis membrane o is preferably a composite membrane having a separation active layer on the support layer (support membrane).
- the support membrane may be a flat membrane or a hollow fiber membrane.
- the support layer and the separation active layer may be made of the same material or different materials.
- the flat membrane When used as a support membrane, it may have a separation active layer on one side or both sides of the support membrane.
- the hollow fiber membrane is used as a support membrane, it may have a separation active layer on the outer surface or the inner surface of the hollow fiber membrane, or both surfaces.
- the support membrane in the present embodiment is a membrane for supporting the separation active layer, and it is preferable that the support membrane itself does not substantially exhibit separation performance with respect to the separation target.
- the support film any known microporous support film, non-woven fabric and the like can be used.
- the preferred support membrane in this embodiment is a microporous hollow fiber support membrane.
- the fine pore hollow fiber support membrane has fine pores having a pore diameter of preferably 0.001 ⁇ m or more and 2.0 ⁇ m or less, more preferably 0.005 ⁇ m or more and 1.0 ⁇ m or less on the inner surface thereof.
- the structure is as sparse as possible while maintaining the strength. It is preferable to have.
- the sparse structure of this portion is preferably, for example, a net-like structure, a finger-like void, or a mixed structure thereof.
- the separation active layer in the flat or hollow filamentous normal osmotic film o since the inhibition rate of the induced solute is high, for example, polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene ether, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polyethylene, polypropylene, etc.
- the thin film layer contains one or more selected from the above. More preferably, the main component is at least one selected from polysulfone, polyethersulfone, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, and polyamide, and a layer of polyamide is particularly preferable.
- the polyamide in the separation active layer can be formed by interfacial polymerization of a polyfunctional acid halide and a polyfunctional aromatic amine.
- the polyfunctional aromatic acid halide is an aromatic acid halide compound having two or more acid halide groups in one molecule.
- trimesic acid halide trimellitic acid halide
- isophthalic acid halide terephthalic acid halide
- pyromellitic acid halide pyromellitic acid halide
- benzophenone tetracarboxylic acid halide biphenyldicarboxylic acid halide
- naphthalenedicarboxylic acid halide pyridinedicarboxylic acid
- halide ion in these aromatic acid halide compounds examples include chloride ion, bromide ion, and iodide ion.
- particularly trimesic acid chloride alone, a mixture of trimesic acid chloride and isophthalic acid chloride, or a mixture of trimesic acid chloride and terephthalic acid chloride is preferably used.
- the polyfunctional aromatic amine is an aromatic amino compound having two or more amino groups in one molecule.
- Interfacial polymerization of polyfunctional acid halides and polyfunctional aromatic amines can be carried out according to a conventional method.
- a perfluorosulfonic acid polymer generally refers to a polymer having a side chain having a sulfonic acid in a main chain skeleton in which a part or all of hydrogen is replaced with fluorine.
- Perfluorosulfonic acid polymers are used, for example, in chemically stable cation exchange resins, salt electrolysis as ion-selective permeable membranes, polymer electrolyte fuel cells, water electrolysis, and various sensors, for example, Nafion (registered).
- Trademarks such as (DuPont), Aciplex (registered trademark) (Asahi Kasei Chemicals), Flemion (registered trademark) (Asahi Glass), etc. are commercially available in the form of a film or solution. Can be mentioned.
- Y -(CF 2- CF (CF 3 ) -O-) m- (CF 2 ) n- SO 3 H
- x 0.06 to 0.5
- n is an integer of 1 to 6 ⁇ .
- "(CF 2 -CF 2)" units and "(CF 2 -CF (OY))" sequence of units has been described for convenience in succession may be a block, a random It may be good, or it may be a combination thereof.
- a hollow fiber-shaped forward osmosis membrane it is preferable to use a hollow fiber-shaped forward osmosis membrane, and it is particularly preferable to use a composite hollow fiber having a separation active layer made of a polymer thin film on the inner surface of the hollow fiber-shaped porous support membrane.
- the forward osmosis membrane unit it is preferable to use one in the form of a forward osmosis membrane module in which a plurality of forward osmosis membrane yarn bundles are preferably housed in an appropriate housing.
- the forward osmosis membrane as the hollow fiber membrane is a membrane module having a hollow fiber yarn bundle composed of a plurality of hollow fibers.
- the hollow fiber membrane is provided on the inner surface of the microporous support membrane and the microporous support membrane, and includes a separation active layer of a polymer polymer thin film.
- the total area of the hollow fiber membrane having the hollow fiber bundle is 0.01 m 2 or more.
- the thickness of the separation active layer in the radial direction and the length direction of the hollow fiber bundle calculated by the method of measuring the mass of the separation active layer portion in the scanning electron microscope image obtained by photographing the cross section in the thickness direction of the separation active layer.
- the coefficient of variation of is preferably 0 to 60%. More preferably, the total area of the hollow fiber membranes having the hollow fiber bundles is 1 m 2 or more.
- the variation in the average thickness of the separation active layer at each location in the module of the hollow fiber in the composite hollow fiber membrane module is represented by a coefficient of variation.
- the coefficient of variation is a value obtained by dividing the standard deviation of the values at each measurement point by the average value, and is expressed as a percentage (%).
- the number of measurement points is 1 or more (n number of each point) for each of the 9 measurement points, which are the outer peripheral part, the middle part, and the central part of the module in the radial direction. Is the same).
- the thickness at each measurement point is expressed as the average thickness in the measurement range of about 5 to 100 ⁇ m in length.
- the length of this measurement range is preferably 5 to 50 ⁇ m, more preferably 5 to 20 ⁇ m, and most preferably 13 ⁇ m.
- the separation active layer in the composite hollow fiber membrane module of the present embodiment preferably has a fine uneven shape on its surface, as will be described later. Therefore, when evaluating the thickness of the separation active layer, it is appropriate to evaluate by the average thickness of the measurement range at each measurement point.
- the separation active layer in the composite hollow fiber membrane module of the present embodiment has a small variation when the average value thickness measured at a plurality of measurement points is compared.
- the length direction of the measurement range in the evaluation of the average thickness may be the length direction of the hollow fiber, the circumferential direction of the hollow fiber, or the length direction of the hollow fiber. It may be in an oblique direction.
- the directions of the lengths of the measurement ranges in the plurality of scanning electron microscope images used for calculating the average value may be the same direction or different directions from each other.
- the coefficient of variation of the average thickness of is preferably 0 to 60%, respectively. Each of these values is more preferably 0 to 50%, still more preferably 0 to 40%. Most preferably, it is 0 to 30%.
- the present inventors infer the mechanism by which the surface of the separation active layer in the composite hollow fiber membrane module of the present embodiment has such a fine concave shape as follows. However, the present invention is not bound by the following theory.
- the separation active layer in the composite hollow fiber membrane module of the present embodiment is preferably formed by interfacial polymerization.
- interfacial polymerization when the liquid film of the first monomer solution formed on the surface of the hollow yarn comes into contact with the second monomer solution, it is considered that the two do not incompatible and the polymerization proceeds at the interface to form a polymerized layer. Be done. As a result, it is considered that the formed separation active layer has a shape with many fine irregularities on the surface. If the separation active layer is formed by a method other than interfacial polymerization, it is not possible to form a separation active layer having a shape with many surface fine irregularities.
- the permeation flux of the forward osmosis membrane o in the first unit with respect to the solvent b is 0.15 L / (m 2 ⁇ hr) or more and 35 L / (m 2 ⁇ ) as the initial permeation flow rate at the start of the first step. hr) or less is preferable. Although the reason is not clear, if the initial permeation flux is 0.15 L / (m 2 ⁇ hr) or more, the separation efficiency of the solvent b is unlikely to be impaired.
- this value is 35 L / (m 2 ⁇ hr) or less, it becomes easy to prevent the solute contained in the raw material liquid a from adhering to the surface of the forward osmosis membrane o, and the forward osmosis membrane o is clogged. It is possible to obtain a high-concentration concentrated raw material solution c. As a result, the solute can be recovered while suppressing the loss of the solute in the raw material liquid a, and the freeze-drying treatment time in the second unit can be shortened.
- the permeated flux with respect to the solvent b in the present specification means the amount of the solvent b passing through the forward osmosis membrane o, which is allocated per unit area of the forward osmosis membrane o and per unit time. It is defined by the following formula (2).
- F L / (M ⁇ H) (2)
- F is the permeated flux (L / (m 2 ⁇ hr)) for the solvent b
- L is the volume (L) of the permeated solvent b
- M is the surface area (m 2 ) of the forward osmosis membrane o.
- H is the time (hr).
- the permeated flux when the solvent b is water is generally called "water permeation amount", and can be measured using, for example, pure water as the treatment solution and 3.5% by mass saline solution as the induction solution. ..
- the backdiffusion rate of the inductive solute s in the inductive solution d, which moves into the raw material liquid via the forward osmosis membrane o is preferably 200 g / (m 2 ⁇ hr) or less, more preferably 0.001 g / (m 2). ⁇ hr) or more and 50 g / (m 2 ⁇ hr) or less.
- this reverse diffusion rate is 200 g / (m 2 ⁇ hr) or less, it can be evaluated that the induced dissolved mass transferred into the raw material liquid is relatively small. In this case, it is possible to avoid lengthening the freeze-drying treatment time, which is the second step.
- the freeze-drying treatment time becomes long.
- the reason is not clear, but the present inventors speculate as follows.
- the water in the concentrated raw material liquid is once formed into ice crystals and then sublimated and removed during the freeze-drying treatment.
- the induced solute is present in the concentrated raw material liquid, the water around the induced solute is immobilized as antifreeze water while remaining amorphous. Since it takes a long time to remove the immobilized antifreeze water, it is presumed that the freeze-drying treatment time becomes long when the backdiffusion of the induced solute is excessively large.
- the solute in the raw material liquid is less likely to foul on the membrane surface of the forward osmosis membrane o, and the forward osmosis membrane.
- a high-concentration concentrated raw material solution c can be obtained without clogging o.
- the solute can be recovered while suppressing the loss of the solute in the raw material liquid a, and the freeze-drying treatment time in the second unit can be shortened.
- the backdiffusion rate of the induced solute s is preferably 0.001 g / (m 2 ⁇ hr) or more and 50 g / (m 2 ⁇ hr) or less.
- the back diffusion rate r means the amount of the induced solute s passing through the forward osmosis membrane o, which is allocated per unit area of the forward osmosis membrane o and per unit time. It is defined by the formula (3).
- RF g / (M ⁇ H) (3)
- RF is the permeated flux (g / (m 2 ⁇ hr)) for the induced solution d
- g is the amount of permeated induced solute (g)
- M is the surface area (m) of the forward osmotic membrane o. 2 ), where H is time (hr).
- the amount (g) of the inductive solute transferred to the raw material liquid side space R was measured using ICP-MS manufactured by Thermo Fisher Scientific Co., Ltd., in the form of "iCAP Q".
- the permeation flux of the solute moved by the operation was calculated from the formula (3).
- the raw material liquid a to be concentrated is introduced into the raw material liquid side space R of the forward osmosis membrane unit, and the induction solution d is introduced into the induction solution side space D.
- the direction of these flows may be countercurrent or parallel.
- the flow rate of the raw material liquid a introduced into the raw material liquid side space R of the forward osmosis membrane unit is arbitrary, but as a typical example, per 1 m 2 of the surface area of the forward osmosis membrane o in the forward osmosis membrane unit, per minute.
- 50mL / (m 2 ⁇ min) or more 20,000mL / (m 2 ⁇ min) can be exemplified the following range, 100mL / (m 2 ⁇ min) or more 15,000mL / (m 2 ⁇ min) or less Is preferable.
- a pressure of 10 kPa or more and 200 kPa or less may be applied to the raw material liquid side space R.
- the permeation flux of the forward osmosis membrane o with respect to the solvent b can be increased, which is preferable.
- the flow rate of the draw solution d which is introduced into the draw solution side space D of the forward osmosis membrane unit is arbitrary, illustrate 100mL / (m 2 ⁇ min) or more 5,000mL / (m 2 ⁇ min) the range it can, it is preferable to 500mL / (m 2 ⁇ min) or more 2,000mL / (m 2 ⁇ min) or less.
- the temperature of the raw material liquid a introduced into the raw material liquid side space R of the forward osmosis membrane unit is preferably 3 ° C. or higher and 60 ° C. or lower, and more preferably 5 ° C. or higher and 50 ° C. or lower.
- the permeation flow velocity becomes slow when the temperature of the raw material liquid a is 3 ° C. or higher, and it is possible to prevent some of the components in the raw material liquid a from being denatured at 60 ° C. or lower. It will be easier.
- the temperature of the induction solution d introduced into the induction solution side space D of the forward osmosis membrane unit is preferably 5 ° C. or higher and 60 ° C. or lower, and more preferably 10 ° C. or higher and 50 ° C. or lower.
- ⁇ Second unit (second process)> the concentrated raw material liquid c obtained in the first unit is freeze-dried to obtain a further concentrated product f.
- Any known technique may be used for freeze-drying in the raw material liquid concentration system of the present embodiment, and the typical process thereof is as described above.
- the induction solution regeneration unit arbitrarily adopted in the raw material liquid concentration system of the present embodiment may be any of the following.
- the first induction solution regeneration unit (for example, in the case of FIG. 3) or (2) the solvent b is removed from the induction solution d to obtain a concentration induction solution h which is a concentrate of the induction solution d, and the obtained concentration is obtained.
- the removal of the solvent b from the dilution induction solution e in the first induction solution regeneration unit and the removal of the solvent b from the induction solution d in the second induction solution regeneration unit may be performed, for example, by evaporation means. ..
- evaporation means for example, a distillation process, a forward osmosis process, a membrane distillation process or the like can be used.
- the dilution induction solution e or the induction solution d is adjusted to a predetermined temperature and then fed into a distillation tower to obtain a solvent b from the top of the column, and the solvent b is removed from the bottom of the column to concentrate.
- the dilution induction solution e or the induction solution d is circulated so as to be in contact with the forward osmosis membrane, and the solvent b contained in the dilution induction solution e or the induction solution d is removed through the forward osmosis membrane.
- This is a step of separating the solvent b from the regeneration-inducing solution g or the concentration-inducing solution h.
- the membrane distillation process is a method using a membrane unit having a separation chamber divided into a liquid phase portion and a gas phase portion by a water-repellent porous membrane.
- the dilution induction solution e or the induction solution d is introduced into the liquid phase portion of the membrane unit for membrane distillation, and the gas phase portion is depressurized so that the solvent b contained in the dilution induction solution e or the induction solution d. However, it moves from the liquid phase portion to the gas phase portion under reduced pressure through the water-repellent porous film. Thereby, the solvent b can be removed from the dilution induction solution e or the induction solution d to obtain the regeneration induction solution g or the concentration induction solution h.
- a forward osmosis process using a forward osmosis membrane or a membrane distillation process using a water-repellent porous membrane is preferable because the equipment size is small, and the dilution induction solution e or the induction solution d to the solvent b.
- a film distillation process using a water-repellent porous film is more preferable because the transfer of the induced solute to the solution can be suppressed.
- Water-repellent porous membrane of membrane distillation process examples include a hollow fiber membrane, a flat membrane, and a spiral membrane.
- the flat film-like water-repellent porous film may be composed of, for example, a single layer, or may have a support layer and a separation active layer on the support layer. ..
- the hollow thread-like water-repellent porous film may be, for example, a hollow thread composed of a single layer, a hollow thread-like support layer, an outer surface or an inner surface of the support layer, or both of them. It may have a separation active layer on the surface of the above.
- the material of the support layer and the separation active layer in the water-repellent porous membrane may each be composed of any material selected from the materials exemplified above for the forward osmosis membrane o in the first unit.
- the permeation flux of the water-repellent porous membrane with respect to the solvent b is preferably 1 L / (m 2 ⁇ hr) or more and 200 L / (m 2 ⁇ hr) or less. If the permeation flux is 1 L / (m 2 ⁇ hr) or more, it becomes easy to avoid the case where the efficient separation of the solvent b is impaired, and if it is 200 L / (m 2 ⁇ hr) or less, the induction solution It becomes easy to avoid the case where the amount of the induced solute that moves from d through the water-repellent porous membrane to the solvent b increases.
- This permeation flux is defined in the same way as the permeation flux for the solvent b of the forward osmosis membrane o in the first unit.
- the temperature of the dilution induction solution e or the induction solution d is adjusted in the range of 20 ° C. or higher and 90 ° C. or lower before being introduced into the liquid phase portion.
- this temperature is 20 ° C. or higher, it becomes easy to avoid the case where the efficiency of separation of the solvent b by membrane distillation is impaired, and when it is 90 ° C. or lower, the induced solute contained in the dilution inducing solution e or the inducing solution d is present. , It becomes easy to avoid the case where the amount of transfer to the solvent b through the water-repellent porous membrane increases.
- a heat exchanger can be used, or exhaust heat from an industrial process or the like can be used. It is preferable to use exhaust heat as a heat source because the amount of energy newly consumed for separating the solvent b can be reduced.
- the gas phase portion of the membrane unit for membrane distillation used in the membrane distillation process is preferably depressurized to a predetermined pressure.
- the pressure of the gas phase portion may be appropriately set according to the scale of the apparatus, the concentration of the induction solution d, the production rate of the desired solvent b, etc., but is preferably 0.1 kPa or more and 80 kPa or less, for example. More preferably, it is 1 kPa or more and 50 kPa or less.
- Examples of the decompression device for depressurizing the gas phase portion of the membrane unit for membrane distillation include a diaphragm vacuum pump, a dry pump, an oil rotary vacuum pump, an ejector, and an aspirator.
- the solvent b is separated from the dilution induction solution e to become the regeneration induction solution g which is a concentrated dilution induction solution, and is discharged from the membrane unit for membrane distillation.
- the obtained regeneration-inducing solution g can be reused as the inducing solution d after being mixed with the dilution-inducing solution e as necessary and adjusted to a predetermined concentration.
- the temperature of the regeneration-inducing solution g may be adjusted by using a cooling device.
- the solvent b is separated from the induction solution d to become a concentrated induction solution h, which is discharged from the membrane unit for membrane distillation.
- the obtained concentration-inducing solution h is mixed with the dilution-inducing solution e and adjusted to a predetermined concentration to become the regeneration-inducing solution g.
- the regeneration-inducing solution g can be reused as the induction solution d as it is, or the mixture of the regeneration-inducing solution g mixed with the induction solution can be reused as the induction solution d.
- the temperature of the concentration-inducing solution h may be adjusted by using a cooling device.
- a cooling device in the above, for example, a chiller, a heat exchanger, or the like can be used.
- the solvent b separated from the induction solution d by these induction solution regeneration units may be reused if necessary.
- the concentration of the component (solute) contained in the raw material liquid a is concentrated to a high concentration while being substantially maintained.
- the raw material solution c can be obtained with high efficiency.
- the concentrated raw material liquid c is freeze-dried to obtain a further concentrated product f.
- the concentrated raw material liquid f obtained in the first unit the higher the degree to which the composition of the components contained in the raw material liquid a is maintained, the more the raw material liquid in the product f obtained in the second unit
- the recovery rate of contained components (solutes) is high.
- the analysis of the solute in the obtained product f may be appropriately selected according to the types of the components contained in the raw material liquid a and the concentrated raw material liquid c.
- gravimetric method ICP-MS (inductively coupled high frequency plasma mass spectrometry), nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR) method, gas chromatography mass spectrometry (GC / MS) method, colorimetric method, fluorescence method, high performance liquid chromatograph ( Various known analytical methods such as HPLC) can be used.
- the recovery rate of the solute in the product f obtained from the second unit can be 70% or more based on the dissolved mass in the raw material liquid a.
- this recovery rate is 70% or more, the product cost when the raw material liquid a containing an expensive useful substance is concentrated can be suppressed.
- the recovery rate of the solute in the product f can be 80% or more, 90% or more, and further 95% or more. Therefore, from the viewpoint of product cost reduction. Therefore, it is suitable.
- the recovery rate of the solute in the product f may be kept at 99.9% or less.
- the raw material liquid concentration method of the present embodiment is The raw material solution containing the solvent and the solute and the inductive solution containing the inductive solute are brought into contact with each other via a forward osmosis membrane to move the solvent in the raw material solution into the inductive solution and in the inductive solution.
- the raw material liquid concentrating method of the present embodiment is performed using the raw material liquid concentrating system of the present embodiment described above.
- first step the step performed in the first unit
- second step the step performed in the second unit of the present embodiment
- first step the step performed in the first unit
- second step the step performed in the second unit of the present embodiment
- the hollow fiber is immersed in ethanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and gelatin capsule No. After encapsulation in 00 (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), it was immersed in liquefied nitrogen for 5 minutes and frozen.
- the hollow fibers were cut together with the frozen capsules using a chisel and a mallet. Then, the obtained cut product was freeze-dried to obtain a hollow fiber cross-section sample for observation with a scanning electron microscope. Scanning electron microscope observation was performed on each of the above cross-sectional samples. The scanning electron microscopic observation was performed using a model S-4800 manufactured by Hitachi, Ltd.
- the microscopic image was printed on paper with a printer, the separated active layer portion was cut out, and the mass was measured with a precision balance. This mass was converted into the thickness ( ⁇ m) of the separation active layer by a calibration curve prepared in advance. Then, the coefficient of variation was calculated by using the average value of the nine samples as the average thickness of the separated active layer.
- Examples 1 to 22 and 33 were carried out using the raw material liquid concentration system having the configuration shown in FIG. 5, respectively.
- the circulation mechanism was used as needed. That is, in the first step, the raw material liquid a was concentrated to a predetermined concentration ratio while being circulated using a circulation mechanism as needed. However, when the backdiffusion rate of the induction solution d exceeded (100 g / m 2 / hr), the operation was stopped in 13 hours. When the concentration was achieved to a predetermined concentration ratio by passing the forward osmosis membrane unit only once, the circulation mechanism was not used.
- Example 1> ⁇ Preparation of raw material liquid concentration system ⁇ ⁇ Preparation of a forward osmosis membrane unit having a forward osmosis membrane o>
- PES Hollow Fiber Support Membrane Module Polyether sulfone
- N-methyl-2-pyrrolidone manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.
- Hollow fiber spinning stock solution was prepared.
- a wet hollow fiber spinning machine equipped with a double spinner was filled with the above stock solution and extruded into a coagulation tank filled with water to form hollow fibers by phase separation. The obtained hollow fiber was wound on a winder.
- the outer diameter of the obtained hollow fiber was 1.0 mm, the inner diameter was 0.7 mm, the diameter of the fine pores on the inner surface was 0.05 ⁇ m, and the water permeability was 1,020 kg / (m 2 ⁇ hr) / 100 kPa.
- This hollow fiber was used as a support layer.
- the effective inner surface area of the film is reduced by filling a cylindrical plastic housing having a diameter of 2.2 cm and a length of 9.2 cm with a bundle of 130 hollow thread-shaped support layers and fixing both ends with an adhesive.
- a module with a hollow thread-like support layer of 023 m 2 was prepared.
- the core side (inside of the hollow fiber) of the module of the hollow fiber-like support layer manufactured above is filled with the first solution, allowed to stand for 30 minutes, then drained, and a thin film of the first solution is formed inside the hollow fiber.
- the second solution was sent to the core side at a flow rate of 100 mL / min for 3 minutes to perform interfacial polymerization.
- the polymerization temperature was 25 ° C.
- nitrogen at 50 ° C. was flowed through the core side of the module for 30 minutes, n-hexane was evaporated and removed by nitrogen purging, and hot water at 85 ° C. was flown over the core side of the module for 30 minutes to perform hot water washing. It was.
- the module was placed in an autoclave (manufactured by Tomy Seiko Co., Ltd., model name "ES-315"), and high-temperature steam at 121 ° C. was supplied to the core side of the module for 20 minutes to perform high-temperature steam treatment. Further, by washing both the core side and the shell side of the module with water at 20 ° C. for 30 minutes, a hollow fiber forward osmosis having a separation active layer made of polyamide (PA) is provided on the inner surface of the hollow fiber support layer. A forward osmosis membrane unit, which is a module of membrane o, was produced.
- PA polyamide
- Freeze-drying chamber A 100 mL eggplant flask was used as the freeze-drying chamber.
- ⁇ Dilution induction solution concentration means> (Preparation of membrane distillation unit) As the dilution-inducing solution concentrating means in the induction solution regeneration step, a membrane distillation unit prepared as follows was used. 23 parts by mass of hydrophobic silica (AEROSIL-R972, manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.) with an average primary particle size of 0.016 ⁇ m and a specific surface area of 110 m 2 / g, 31 parts by mass of octyl (DOP) when phthalate, and butyl when phthalate ( 6 parts by mass of DBP) was mixed with a Henschel mixer, 40 parts by mass of vinylidene polyvinylfluoride (SOLVAY, Solef® 6010) having a weight average molecular weight of 310,000 was added thereto, and mixed again with a Henschel mixer.
- AEROSIL-R972 hydrophobic silica
- DOP octyl
- SOLVAY vinyli
- This mixture was mixed with a twin-screw kneading extruder and pelletized.
- the obtained pellets were melt-kneaded at 240 ° C. with a twin-screw kneading extruder and extruded into hollow threads to obtain hollow fibers.
- a hollow fiber forming spun is attached to the extrusion port in the head at the tip of the extruder, and the melt is extruded from the melt extrusion annular hole on the extrusion surface to obtain an extrusion, and at the same time, the extrusion product is obtained.
- Hollow fiber-shaped extruded product was obtained by discharging nitrogen gas from a circular hole for discharging a hollow fiber forming fluid inside the annular hole for extruding a melt and circulating it in the hollow portion of the extruded product.
- the obtained hollow thread-like extruded product was introduced into a water bath (40 ° C.) at an idle distance of 20 cm and wound at a speed of 20 m / min.
- the obtained hollow filamentous extruded product was continuously picked up by a pair of first endless track type belt pickers at a speed of 20 m / min, and the space temperature was controlled to 40 ° C. in the first heating tank (0.8 m length). Was passed through. After that, it was picked up at a speed of 40 m / min by a second track-type belt picker similar to the first track-type belt picker, and stretched 2.0 times. Then, after passing through a second heating tank (0.8 m long) in which the space temperature was controlled to 80 ° C., the mixture was cooled while being periodically bent on the water surface of the cooling water tank at 20 ° C.
- the wound hollow filamentous extrusion was immersed in methylene chloride to extract and remove DOP and DBP in the hollow filamentous extrusion, and then dried. Then, after immersing in a 50 mass% ethanol aqueous solution, the silica in the hollow filamentous extruded product was extracted and removed by immersing in a 5 mass% sodium hydroxide aqueous solution at 40 ° C. for 1 hour. Then, it was washed with water and dried to obtain a hollow fiber. The outer diameter of the obtained hollow fiber was 1.25 mm, the inner diameter was 0.68 mm, and the diameter of the fine pores on the inner surface was 0.1 ⁇ m. This hollow fiber was used as a water-repellent porous film for membrane distillation.
- Example 1 the L-alanyl-L-glutamine aqueous solution was concentrated.
- the raw material solution a (L-alanyl-L-glutamine aqueous solution) is induced in the forward osmosis membrane unit of the first step in the raw material solution concentration system shown in FIG.
- the solution d was flowed at a flow rate of 150 mL / min. At this time, the temperature of the raw material liquid a was maintained at 25 ° C., and filtration was performed by a cross-flow method.
- the inducing solution d an aqueous solution containing 20% by mass of magnesium chloride was used as the inducing substance.
- freeze-drying treatment was performed by the following operations.
- 25 g of the concentrated raw material liquid c obtained in the first step was weighed and completely frozen in liquid nitrogen.
- Four freezing chambers containing the concentrated raw material liquid c after freezing were connected to a freeze dryer using a multi-purpose tube to freeze-dry. Freeze-drying was carried out for 24 hours under the following conditions.
- Pre-freezing method Freezing in liquid nitrogen Vacuum degree: Approximately 10 to 20 Pa
- the amount of solvent contained in the concentrated raw material liquid c after the first step was calculated from the concentration of the raw material liquid a before the first step and the volume reduction rate of the raw material liquid before and after the first step.
- the solvent in the second step is calculated by the mathematical formula ⁇ (amount of solvent contained in the concentrated raw material liquid c-amount of water contained in the product f) / amount of solvent contained in the concentrated raw material liquid c ⁇ ⁇ 100.
- the removal rate was calculated and evaluated according to the following criteria. The results are shown in Table 1.
- C When the solvent removal rate is 90% or more and less than 95%
- D When the solvent removal rate is If it is less than 90%
- Examples 2 to 8 and 16 to 22> The same as in Example 1 except that the type of the solute contained in the raw material solution a, the type and concentration of the inductive solute contained in the inductive solution d, and the type of the solvent b were changed as shown in Table 1, respectively.
- the raw material solution a was concentrated and evaluated. The results are shown in Table 1.
- Table 1 the solvent column of the raw material solution a and "aq.” Of the inductive solution run represent the aqueous solution.
- the first step is performed by applying the pressures shown in Table 1 from the core side to the shell side (from the inside to the outside of the hollow filamentous forward osmosis membrane) of the forward osmosis membrane unit. It was.
- the raw material liquid a containing the freeze-dried powder of the tea extract in Example 20 was prepared as follows. 10 g of lyophilized tea extract powder was placed in a 3.0 L SUS304 airtight container, 1 L of distilled water was added, and the solution obtained by stirring for 30 minutes was used as the raw material liquid a.
- Example 9 A forward osmosis membrane module was prepared, the raw material liquid a was concentrated, and an evaluation was carried out in the same manner as in Example 1 except that "(2) Preparation of a forward osmosis membrane unit" was performed as follows. .. The results are shown in Table 1.
- the core side (inside of the hollow fiber) of the hollow fiber support membrane module produced in the same manner as in Example 1 is filled with the first solution, allowed to stand for 30 minutes, then drained, and the first solution is inside the hollow fiber. A thin liquid film was formed.
- the core side pressure was set to normal pressure, and the shell side pressure was set to a reduced pressure of 10 kPa as an absolute pressure.
- the second solution was sent to the core side at a flow rate of 1.5 L / min for 3 minutes while maintaining this pressure, and interfacial polymerization was performed.
- the polymerization temperature was 25 ° C.
- a forward osmosis membrane unit which is a module of a hollow fiber forward osmosis membrane o having a separation active layer composed of the above, was prepared.
- Example 10 In "(2) Preparation of forward osmosis membrane unit", the hot water temperature for hot water washing after nitrogen purging was set to 90 ° C, the temperature of the high temperature water container for high temperature steam treatment was set to 131 ° C, and the pressure treatment on the shell side was performed. A forward osmosis membrane module was produced in the same manner as in Example 9 except that the above was not performed. Using the obtained forward osmosis membrane module, the raw material liquid a was concentrated and evaluated in the same manner as in Example 2. The results are shown in Table 1.
- Example 11 A forward osmosis membrane module was prepared, the raw material liquid a was concentrated, and an evaluation was carried out in the same manner as in Example 1 except that "(2) Preparation of a forward osmosis membrane unit" was performed as follows. The results are shown in Table 1.
- the aqueous acetic acid solution is removed from the module and washed to obtain a module of a hollow fiber forward osmosis membrane o having a separation active layer made of polyamide immersed in the aqueous acetic acid solution on the inner surface of the hollow fiber support layer.
- a forward osmosis membrane unit was prepared.
- Example 12 In “(2) Preparation of forward osmosis membrane unit", the hot water temperature for hot water washing after nitrogen purging was set to 100 ° C, the temperature of the high temperature water container for high temperature steam treatment was set to 141 ° C, and the pressure treatment on the shell side was performed. A forward osmosis membrane module was produced in the same manner as in Example 9 except that it was not performed. Using the obtained forward osmosis membrane module, the raw material liquid a was concentrated and evaluated in the same manner as in Example 2. The results are shown in Table 1.
- Example 14 In "(1) Preparation of Hollow Fiber Support Membrane Module", a hollow fiber support membrane module is manufactured in the same manner as in Example 1 except that a hollow fiber made of polysulfone (PS) is used as the hollow fiber support membrane. , A forward osmosis membrane unit was prepared using this. Using the obtained forward osmosis membrane module, the raw material liquid a was concentrated and evaluated in the same manner as in Example 2. The results are shown in Table 1. A hollow fiber support membrane module containing a hollow fiber made of polysulfone was prepared as follows.
- PS polysulfone
- a spinning stock solution was prepared.
- a wet hollow fiber spinning machine equipped with a double spinner was filled with the above stock solution and extruded into a coagulation tank filled with water to form hollow fibers by phase separation.
- the obtained hollow fiber was wound on a winder.
- the outer diameter of the obtained hollow fiber was 1.00 mm, and the inner diameter was 0.70 mm.
- This hollow fiber was used as a hollow fiber-like support film.
- a hollow fiber support layer module having an effective inner surface area of 0.023 m 2 is produced by filling the 130 hollow fiber support films in a cylindrical plastic housing having a diameter of 2 cm and a length of 10 cm and fixing both ends with an adhesive. did.
- Example 15 In "(1) Fabrication of Hollow Fiber Support Membrane Module", a hollow fiber support membrane module was prepared in the same manner as in Example 1 except that a hollow fiber made of polyketone (PK) was used as the hollow fiber support membrane. , A forward osmosis membrane unit was prepared using this. Using the obtained forward osmosis membrane module, the raw material liquid a was concentrated and evaluated in the same manner as in Example 2. The results are shown in Table 1. A hollow fiber support membrane module containing a hollow fiber made of a polyketone was produced as follows.
- PK polyketone
- the outer diameter of the obtained hollow fiber was 1.0 mm, the inner diameter was 0.7 mm, and the diameter of the fine pores on the inner surface was 0.15 ⁇ m.
- This hollow fiber was used as a hollow fiber-like support layer.
- a hollow fiber support layer module having an effective inner surface area of 0.023 m 2 is produced by filling the 130 hollow fiber support films in a cylindrical plastic housing having a diameter of 2 cm and a length of 10 cm and fixing both ends with an adhesive. did.
- Examples 23 to 32 were carried out using the raw material liquid concentration system having the configuration shown in FIG. 2, respectively.
- the circulation mechanism was used as needed. That is, in the first step, the raw material liquid a was concentrated to a predetermined concentration ratio while being circulated using a circulation mechanism as needed. However, when the backdiffusion rate of the induction solution d exceeded (100 g / m 2 / hr), the operation was stopped in 13 hours. When the concentration was achieved to a predetermined concentration ratio by passing the forward osmosis membrane unit only once, the circulation mechanism was not used.
- Example 23 As the forward osmosis membrane unit in the first step and the freeze-drying unit in the second step, the same ones as in Example 1 were used. Then, 2-propanol was used as the inducing solution, and the raw material liquid a was concentrated and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the inducing solution regeneration step was not performed. The results are shown in Table 1.
- Examples 24-32> The raw material solution a was concentrated and evaluated in the same manner as in Example 23, except that the type and concentration of the inductive solute contained in the inductive solution d and the type of the solvent b were changed as shown in Table 1, respectively. Was carried out. The results are shown in Table 1.
- TFA trifluoroacetic acid
- Example 33 the raw material liquid concentration system having the configuration shown in FIG. 2 was used.
- a forward osmosis membrane module produced by using a hollow fiber support membrane module having an effective membrane area of 1.65 m 2 was used.
- a membrane distillation unit having an effective membrane area of 7.5 m 2 was used.
- the freeze-drying chamber used was the same as in Example 1.
- the forward osmosis membrane module and the membrane distillation unit were prepared as follows, respectively.
- a forward osmosis membrane unit which is a module of a hollow fiber forward osmosis membrane o having a separation active layer made of polyamide on the inner surface of the hollow fiber support layer in the same manner as in Example 1 except that the flow rate is 1.75 L / min. was produced.
- ⁇ Dilution induction solution concentration means> (Preparation of membrane distillation unit) Similar to Example 1, 4,700 semipermeable membranes made of hollow fibers having an outer diameter of 1.25 mm, an inner diameter of 0.68 mm, and an inner surface micropore diameter of 0.1 ⁇ m are formed into a cylindrical shape having a diameter of 13 cm and a length of 75 cm. By filling the plastic housing and fixing both ends with adhesive
- the raw material liquid a (L-alanyl-L-glutamine aqueous solution) was concentrated using the raw material liquid concentration system having the above structure.
- the first step is the same as in Example 1 except that the supply flow rate of the raw material liquid a to the forward osmosis membrane unit prepared above is 2 L / min and the supply flow rate of the induction solution d is 7 L / min. went.
- the second step the same method as in Example 1 was used.
- the induction solution regeneration step was carried out in the same manner as in Example 1 except that the membrane distillation unit prepared above was used and the supply flow rate of the dilution induction solution e was 4 L / min. Table 1 shows the results of the evaluation performed in the same manner as in Example 1.
- ⁇ Comparative example 1> The raw material liquid a was concentrated and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the ultrafiltration device was used instead of the first step.
- the ultrafiltration membrane Hydrosart (registered trademark) / Sartorius License Casset (exclusion limit molecular weight: 10K, membrane area: 0.1m 2 , material: regenerated cellulose membrane, manufactured by Sartorius AG, manufactured by polyether sulfone (PES)) Is attached to a membrane holder (Sartcon Slice Holder, manufactured by Sartorius AG), and a pump (Rikiport NE1.300, manufactured by KNF) is used to achieve a linear velocity of 100 cm / s, an operating temperature of 25 ° C., and an intermembrane differential pressure. Treatment was performed by a cross-flow filtration method under the condition of (TMP) of about 0.05 MPa.
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Abstract
Description
なお、このRO法は、原料液から除去される溶媒(水)に着目して、主として海水の淡水化に実用されている。
また、凍結乾燥後の濃縮物の溶質の維持率には、原料液中の水分量が関与していることが知られている。例えば非特許文献1には、凍結乾燥時の原料液からの水分除去率に比例して、凍結乾燥後の濃縮物に維持される溶質量が減少することが開示されている。このことからも、溶質の維持率がより高い、凍結乾燥後の濃縮物(以下、乾燥凍結濃縮物ともいう)を得るためには、凍結乾燥に供する原料液を可能な限り濃縮しておくことが求められている。
他方の限外ろ過法では、主には低分子量の溶質が限外ろ過膜のフィルターを通り抜けてしまうことがあるので、十分な収率が得られないことがある。つまり、限外ろ過膜の分子分画分子量以下の物質は、その一部又はすべてが膜を透過してしまうため、原料液中の成分組成を保ったまま濃縮することができない。
したがって本発明の目的は、凍結乾燥法を用いる原料液の濃縮システムにおいて、凍結乾燥に適切な前処理工程を配置(前処理工程を実施)することによって、高い収率で凍結乾燥濃縮物を得るための、原料液濃縮システムを提供することである。
《態様1》溶媒及び溶質を含有する原料液と、誘導溶質を含有する誘導溶液とを、正浸透膜を介して接触させ、前記原料液中の前記溶媒を前記誘導溶液中に移動させるとともに前記誘導溶液中の前記誘導溶質を前記原料液中に移動させることにより、濃縮原料液及び希釈誘導溶液を得るための、第一のユニットと、
前記濃縮原料液を凍結乾燥処理して更に濃縮された生成物を得るための、第二のユニットと
を有する、
原料液濃縮システム。
《態様2》前記第一のユニットにおける、前記誘導溶液中の前記誘導溶質を前記原料液中へ移動させる、誘導溶質の逆拡散速度が、200g/(m2×hr)以下である、態様1に記載の原料液濃縮システム。
《態様3》前記第一のユニットにおける前記誘導溶液中の前記誘導溶質を前記原料液中へ移動させる、誘導溶質の逆拡散速度が、0.001g/(m2×hr)以上、50g/(m2×hr)以下である、態様1に記載の原料液濃縮システム。
《態様4》前記第一のユニットにおいて、前記溶媒についての前記正浸透膜の初期透過流速が0.15L/(m2×hr)以上35L/(m2×hr)以下である、態様1~3のいずれか一項に記載の原料液濃縮システム。
《態様5》前記原料液に含まれる前記溶媒が、
水と、
アセトニトリル、メタノール、及び2-プロパノールから成る群から選択される1種又は2種以上と
を含有する、
態様1~4のいずれか一項に記載の原料液濃縮システム。
《態様6》前記溶媒が、酸性成分をさらに含み、かつ、
前記溶媒のpHが1~4である、
態様4に記載の原料液濃縮システム。
《態様7》前記酸性成分が、トリフルオロ酢酸及び酢酸から成る群から選択される1種又は2種である、態様6に記載の原料液濃縮システム。
《態様8》前記原料液の溶質が、糖、アミノ酸、オリゴペプチド、酵素、及び核酸から成る群から選択される1種又は2種以上を含む、態様1~7のいずれか一項に記載の原料液濃縮システム。
《態様9》前記溶質が、数平均分子量が100~6,000の化合物を含む、態様1~7のいずれか一項に記載の原料液濃縮システム。
《態様10》前記第一のユニットにおける、前記原料液と前記誘導溶液との前記正浸透膜を介する接触が、クロスフロー方式の接触である、態様1~9のいずれか一項に記載の原料液濃縮システム。
《態様11》前記第一のユニットにおける、前記原料液の温度が5℃以上50℃以下である、態様1~10のいずれか一項に記載の原料液濃縮システム。
《態様12》前記希釈誘導溶液から前記溶媒を除去して再生誘導溶液を得て、得られた前記再生誘導溶液を前記誘導溶液として使用するための、第一の誘導溶液再生システムをさらに有する、態様1~11のいずれか一項に記載の原料液濃縮システム。
《態様13》前記第一の誘導溶液再生システムにおける、前記希釈誘導溶液からの前記溶媒の除去が、前記希釈誘導溶液から前記溶媒を蒸発させることである、態様12に記載の原料液濃縮システム。
《態様14》前記誘導溶液から前記溶媒を除去して濃縮誘導溶液を得て、得られた前記濃縮誘導溶液と前記希釈誘導溶液とを混合して混合物を得て、得られた前記混合物を前記誘導溶液として使用するための、第二の誘導溶液再生システムをさらに有する、態様1~13のいずれか一項に記載の原料液濃縮システム。
《態様15》前記第二の誘導溶液再生システムにおける、前記誘導溶液からの前記溶媒の除去が、前記誘導溶液から前記溶媒を蒸発させることである、態様14に記載の原料液濃縮システム。
《態様16》前記誘導溶液が、前記誘導溶質としての無機塩を含む溶液である、態様1~14のいずれか一項に記載の原料液濃縮システム。
《態様17》前記誘導溶液が、前記誘導溶質としてのアルコールを含む溶液である、態様1~16のいずれか一項に記載の原料液濃縮システム。
《態様18》前記アルコールが、エタノール、及び2-プロパノールから選択される1種又は2種を含む、態様17に記載の原料液濃縮システム。
《態様19》前記正浸透膜が、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンエーテル、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリイミン、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾイミダゾール、パーフルオロスルホン酸重合体、及びポリアミドから成る群から選ばれる、1種又は2種以上を主成分とする薄膜層を有する膜である、態様1~18のいずれか一項に記載の原料液濃縮システム。
《態様20》前記正浸透膜が中空糸状の膜である、態様1~19のいずれか一項に記載の原料液濃縮システム。
《態様21》前記第一のユニットが、複数の中空糸状の前記正浸透膜によって構成される中空糸糸束を有する膜モジュールの形態にあって、
前記中空糸状の正浸透膜が、微細孔性支持膜と、前記微細孔性支持膜の内表面に設けられた、高分子重合体薄膜の分離活性層とを備え、
前記中空糸糸束の膜面積の合計が0.01m2以上であり、
そして前記分離活性層の厚み方向の断面を撮影した走査型電子顕微鏡画像における分離活性層部分の質量を測定する方法により算出された、前記中空糸糸束の半径方向及び長さ方向における前記分離活性層の厚みの変動係数が0~60%である、態様20記載の原料液濃縮システム。
《態様22》前記第一のユニットで得られた前記濃縮原料液を、前記第一のユニットにおける前記原料液として使用する循環機構を有する、態様1~21のいずれか一項に記載の原料液濃縮システム。
《態様23》溶媒及び溶質を含有する原料液と、誘導溶質を含有する誘導溶液とを、正浸透膜を介して接触させ、前記原料液中の前記溶媒を前記誘導溶液中に移動させるとともに前記誘導溶液中の前記誘導溶質を前記原料液中に移動させることにより、濃縮原料液及び希釈誘導溶液を得る、第一の工程と、
前記濃縮原料液を凍結乾燥処理して更に濃縮された生成物を得る、第二の工程と
を有する、
原料液濃縮方法。
《態様24》前記第一の工程における、前記誘導溶液中の前記誘導溶質を前記原料液中へ移動させる、誘導溶質の逆拡散速度が、200g/(m2×hr)以下である、態様23に記載の原料液濃縮方法。
《態様25》前記第一の工程における、前記誘導溶液中の前記誘導溶質を前記原料液中へ移動させる塩の逆拡散速度が、0.001g/(m2×hr)以上、50g/(m2×hr)以下である、態様23に記載の原料液濃縮方法。
《態様26》前記第一の工程における、前記溶媒についての前記正浸透膜の初期透過流速が0.15L/(m2×hr)以上35L/(m2×hr)以下である、態様23~25のいずれか一項に記載の原料液濃縮方法。
《態様27》前記原料液に含まれる前記溶媒が、
水と、
アセトニトリル、メタノール、及び2-プロパノールから成る群から選択される1種又は2種以上と
を含有する、
態様23~26のいずれか一項に記載の原料液濃縮方法。
《態様28》前記溶媒が、酸性成分をさらに含み、かつ、
前記溶媒のpHが1~4である、
態様27に記載の原料液濃縮方法。
《態様29》前記酸性成分が、トリフルオロ酢酸及び酢酸から成る群から選択される1種又は2種である、態様28に記載の原料液濃縮方法。
《態様30》前記原料液の溶質が、糖、アミノ酸、オリゴペプチド、酵素、及び核酸から成る群かラ選択される1種又は2種以上を含む、態様23~29のいずれか一項に記載の原料液濃縮方法。
《態様31》前記溶質が、数平均分子量が100~6,000の化合物を含む、態様23~29のいずれか一項に記載の原料液濃縮方法。
《態様32》前記第一の工程における、前記原料液と前記誘導溶液との前記正浸透膜を介する接触が、クロスフロー方式の接触によって行われる、態様23~31のいずれか一項に記載の原料液濃縮方法。
《態様33》前記第一の工程における、前記原料液の温度が5℃以上50℃以下である、態様23~32のいずれか一項に記載の原料液濃縮方法。
《態様34》前記希釈誘導溶液から前記溶媒を除去して再生誘導溶液を得て、得られた前記再生誘導溶液を前記誘導溶液として使用するための、第一の誘導溶液再生工程をさら有する、態様23~33のいずれか一項に記載の原料液濃縮方法。
《態様35》前記第一の誘導溶液再生工程における、前記希釈誘導溶液からの前記溶媒の除去が、前記希釈誘導溶液から前記溶媒を蒸発させることによって行われる、態様34に記載の原料液濃縮方法。
《態様36》前記誘導溶液から前記溶媒を除去して濃縮誘導溶液を得て、得られた前記濃縮誘導溶液と前記希釈誘導溶液とを混合して混合物を得て、得られた前記混合物を前記誘導溶液として使用するための、第二の誘導溶液再生工程をさらに有する、態様23~35のいずれか一項に記載の原料液濃縮方法。
《態様37》前記第二の誘導溶液再生工程における、前記誘導溶液からの前記溶媒の除去が、前記誘導溶液から前記溶媒を蒸発させることによって行われる、態様36に記載の原料液濃縮方法。
《態様38》前記誘導溶液が、前記誘導溶質としての無機塩を含む溶液である、態様23~37のいずれか一項に記載の原料液濃縮方法。
《態様39》前記誘導溶液が、前記誘導溶質としてのアルコールを含む溶液である、態様23~37のいずれか一項に記載の原料液濃縮方法。
《態様40》前記アルコールが、エタノール及び2-プロパノールから選択される1種又は2種を含む、態様39に記載の原料液濃縮方法。
《態様41》前記正浸透膜が、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンエーテル、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリイミン、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾイミダゾール、パーフルオロスルホン酸重合体、及びポリアミドから成る群から選ばれる、1種又は2種以上を主成分とする薄膜層を有する膜である、態様23~40のいずれか一項に記載の原料液濃縮方法。
《態様42》前記正浸透膜が中空糸状の膜である、態様23~41のいずれか一項に記載の原料液濃縮方法。
《態様43》前記第一の工程において、中空糸状の正浸透膜の内部に、10kPa以上200kPa以下の圧力をかける、態様42に記載の原料液濃縮方法。
《態様44》前記第一の工程が、複数の中空糸状の前記正浸透膜によって構成される中空糸糸束を有する膜モジュールの形態にある、第一のユニットを用いて行われ、
前記中空糸状の正浸透膜が、微細孔性支持膜と、前記微細孔性支持膜の内表面に設けられた、高分子重合体薄膜の分離活性層とを備え、
前記中空糸糸束の膜面積の合計が0.01m2以上であり、
そして前記分離活性層の厚み方向の断面を撮影した走査型電子顕微鏡画像における分離活性層部分の質量を測定する方法により算出された、前記中空糸糸束の半径方向及び長さ方向における前記分離活性層の厚みの変動係数が0~60%である、
態様42又は43に記載の原料液濃縮方法。
《態様45》前記第一の工程で得られた前記濃縮原料液を、前記第一の工程における前記原料液として使用する循環機構を有する、態様23~44のいずれか一項に記載の原料液濃縮方法。
本実施形態の原料液濃縮システムは、
溶媒及び溶質を含有する原料液と、誘導溶質を含有する誘導溶液とを、正浸透膜を介して接触させ、原料液中の溶媒を誘導溶液中に移動させるとともに誘導溶液中の誘導溶質を原料液中に移動させることにより、濃縮原料液及び希釈誘導溶液を得るための、第一のユニットと、
濃縮原料液を凍結乾燥処理して更に濃縮された生成物を得るための、第二のユニットと
を有する。
本実施形態の原料液濃縮システムの好ましい例は、上記の第一のユニットと第二のユニットとを有し、第一のユニットにおける誘導溶液中の誘導溶質を原料液中へ移動させる誘導溶質の逆拡散速度が、200g/(m2×hr)以下のシステムである。
また、本実施形態の原料液濃縮システムの他の好ましい例は、上記の第一のユニットと第二のユニットとを有し、上記の誘導溶質の逆拡散速度が、0.001g/(m2×hr)以上、50g/(m2×hr)以下のシステムである。
上記の医薬品原料とは、医薬品を製造するための原料化合物を意味する。上記の医薬品製造プロセスにおける反応生成物とは、医薬品を製造するために進められる化学反応で得た生成物を意味する。
(1)原料液と、誘導溶液とを、正浸透膜を介して接触させ、原料液中の溶媒を誘導溶液中に移動させること。これによって、原料液の濃縮を行うとともに、誘導溶液が希釈され、濃縮原料液及び希釈誘導溶液を得る。
(2)誘導溶液中の誘導溶質を原料液中へ移動させること。
第二のユニットでは、第一のユニットで得られた濃縮原料液を凍結乾燥法によって更に濃縮し、水分量が好ましくは5質量%以下にまで減少された生成物(濃縮物)を得る。
本明細書では、第一のユニットで行われる工程を「第一の工程」と称し、本実施形態の第二のユニットで行われる工程を「第二の工程」と称する。すなわち、本明細書において、「第一の工程」及び「第二の工程」は、それぞれ「第一のユニット」及び「第二のユニット」に置き換えることができ、また逆に、「第一のユニット」及び「第二のユニット」は、それぞれ「第一の工程」及び「第二の工程」に置き換えることができる。
凍結乾燥法の前段階を行うユニットとしては、例えば、予備凍結ユニット、殺菌ユニット、脱塩ユニット、pH調整ユニット等が挙げられる。
第一のユニットによる第一の工程と第二のユニットによる第二の工程とは、時間間隔を置かずに連続して行ってもよいし、所定の時間間隔を開けて行ってもよい。例えば、第一のユニットによって得られた濃縮原料液を一時的に貯蔵し、所定の時間が経過した後に、第二のユニットに供して、第二の工程を行ってもよい。しかしながら、第一のユニットと第二のユニットとを連結させ、第一の工程と第二の工程との間に時間間隔を置かずに、連続して濃縮を行うことが、時間的な効率の点でより好ましい。
図1の原料液濃縮システムの第一のユニットは、正浸透膜oを有し、正浸透処理を行う正浸透膜ユニットである。この正浸透膜ユニットの内部空間は、正浸透膜oによって、原料液側空間R及び誘導溶液側空間Dの2つに分割されている。正浸透膜ユニットの原料液側空間Rに、濃縮対象物である原料液aを導入する。他方、正浸透膜ユニットの誘導溶液側空間Dには、誘導溶液dを導入する。
原料液aは、溶質及び溶媒bを含有する。誘導溶液dは、誘導溶質(例えば、無機塩)を含有し、更に溶媒bを含有することが好ましい。誘導溶液dの浸透圧は、原料液aよりも高くなるように設定されている。
同時に、(2)誘導溶質の分圧差を駆動力として、誘導溶液d中の誘導溶質sは、正浸透膜oを通過して、原料液a中に移動する。これを誘導溶質sの逆拡散rとする。
これにより、濃縮された原料液である濃縮原料液cと、希釈された誘導溶液である希釈誘導溶液eとが得られる。図1における第一のユニットでは、原料液aと誘導溶液dとを向流させているが、並流でもよい。
第一のユニットにおける正浸透処理は、全量ろ過方式によってもクロスフローろ過方式によってもよいが、クロスフローろ過方式によることが、ろ過流速及び膜汚染抑制の観点から好ましい。
凍結乾燥は、典型的には、チャンバー内における以下の3つの段階を含む:
(A)凍結段階;
(B)一次乾燥段階;及び
(C)二次乾燥段階
段階(A)は、第一のユニットによって得られた濃縮原料液c中の溶媒を凍結する段階である。段階(B)においては、チャンバー内の圧力を低下させ(例えば、13.3Pa(0.1トール)以下まで)、熱を加えて、凍結溶媒を昇華させる。段階(C)において、チャンバー内の温度を上昇させて、結晶水等の結合溶媒も含めて、残留溶媒含有量が所望のレベルに下がるまで、取り除く。このようにして、濃縮原料液cが更に濃縮された、生成物fを得る。ここで、脱溶媒を促進する方法として、チャンバー圧力の低下に代えて、乾燥された気体を流入させる方法を用いてもよい。
図2の原料液濃縮システムにおける第一のユニット及び第二のユニットは、それぞれ、図1の原料液濃縮システムにおける第一のユニット及び第二のユニットと同じであってよい。しかしながら、図2の原料液濃縮システムでは、第一のユニットで得られた濃縮原料液を、第一のユニットにおける原料液として再使用する循環機構を有している。この実施態様では、例えば、原料液aを第一のユニットに1回通して得られた濃縮原料液の浸透圧が、所定の値に到達しないときに、当該濃縮原料液の少なくとも一部を第一のユニットに複数回通すことにより、所定の浸透圧の濃縮原料液cを得られる利点を有する。
この場合、原料液aを第一のユニットに通す回数(すなわち、第一のユニットで得られた濃縮原料液を、第一のユニットにおける原料液として再使用する回数)は任意である。
図3の原料液濃縮システムにおける第一のユニット及び第二のユニットは、それぞれ、図1の原料液濃縮システムにおける第一のユニット及び第二のユニットと同じであってよい。しかしながら、図3の原料液濃縮システムでは、誘導溶液再生ユニット(第一の誘導溶液再生ユニット)を更に有している。図3では、本実施形態の第一の誘導溶液再生工程を行うためのユニットが「第一の誘導溶液再生ユニット」として示されている。本明細書において、「第一の誘導溶液再生工程」は、「第一の誘導溶液再生ユニット」に置き換えることができ、また逆に、「第一の誘導溶液再生ユニット」は、「第一の誘導溶液再生工程」に置き換えることができる。この第一の誘導溶液再生ユニットは、第一のユニットで得られた希釈誘導溶液eから溶媒bを除去して濃縮し、再生誘導溶液gを得るとともに、得られた再生誘導溶液gを、再び誘導溶液dとして循環させる機能を有していてよい。希釈誘導溶液eからの溶媒bの除去は、公知の濃縮手段、例えば蒸発手段等によって行われてよい。
なお、再生誘導溶液gに溶媒bの一部が含まれてもよい。例えば、溶媒bが水を含む他成分系であり、他成分が共沸成分である場合は、溶媒bの除去は困難となる。そのため、再生誘導溶液gに溶媒bの一部が含まれることになるが、システム上問題にはならない。
図4の原料液濃縮システムにおける第一のユニット及び第二のユニットは、それぞれ、図1の原料液濃縮システムにおける第一のユニット及び第二のユニットと同じであってよい。しかしながら、図4の原料液濃縮システムでは、図3の原料液濃縮システムとは別の態様の誘導溶液再生ユニット(第二の誘導溶液再生ユニット)を有している。図4では、本実施形態の第二の誘導溶液再生工程を行うためのユニットが「第二の誘導溶液再生ユニット」として示されている。本明細書において、「第二の誘導溶液再生工程」は、「第二の誘導溶液再生ユニット」に置き換えることができ、また逆に、「第二の誘導溶液再生ユニット」は、「第二の誘導溶液再生工程」に置き換えることができる。図4の原料液濃縮システムにおける第二の誘導溶液再生ユニットでは、先ず、誘導溶液dから溶媒bを除去して濃縮誘導溶液hを得る。そして、ここで得られた濃縮誘導溶液hと、第一の工程で得られた希釈誘導溶液eとを混合して混合物(再生誘導溶液g)を得て、この再生誘導溶液gを誘導溶液dとして使用する機能を有していてよい。この第二の誘導溶液再生ユニットにおいて、誘導溶液dからの溶媒bの除去は、公知の濃縮手段、例えば蒸発手段等によって行われてよい。濃縮誘導溶液hと希釈誘導溶液eとの混合は、例えば、図4に示したようなバッファタンク内で行われてよい。
なお、濃縮誘導溶液hに溶媒bの一部が含まれてもよい。例えば、溶媒bが水を含む他成分系であり、他成分が共沸成分である場合は、溶媒bの除去は困難となる。そのため、濃縮誘導溶液hに溶媒bの一部が含まれることになるが、システム上問題にはならない。
図5の原料液濃縮システムにおける第一のユニット、及び第二のユニットは、それぞれ、図1の原料液濃縮システムにおける第一のユニット及び第二のユニットと同じであってよい。図5の原料液濃縮システムは、図2に示した循環機構と、図4に示した第二の誘導溶液再生ユニットとを、重畳的に有する。
図5の原料液濃縮システムにおいて、第二の誘導溶液再生ユニットに代えて、図3に示した態様のもの(第一の誘導溶液再生ユニット)を採用してもよい。或いは、第一の誘導溶液再生ユニットと第二の誘導溶液再生ユニットとを重畳的に有していてもよい。
なお、濃縮誘導溶液hに溶媒bの一部が含まれてもよい。例えば、溶媒bが水を含む他成分系であり、他成分が共沸成分である場合は、溶媒bの除去は困難となる。そのため、濃縮誘導溶液hに溶媒bの一部が含まれることになるが、システム上問題にはならない。
引き続き、本実施形態の原料液濃縮システムを構成する各要素について、以下に詳説する。
原料液aとは、溶質及び溶媒bを含有する流体であり、本実施形態の原料液濃縮システムによって濃縮されることが予定されている。この原料液aは、流体である限りにおいて、乳化物であってもよい。
本実施形態に適用される原料液aの溶質としては、糖、アミノ酸、オリゴペプチド、酵素、及び核酸から成る群から選択される有用物質が挙げられる。原料液aの溶質として好ましくは、数平均分子量が100~6,000である化合物である。分子量が100未満の溶質は、第一のユニット中の正浸透膜を透過する場合がある。分子量が6,000を超える溶質は、正浸透膜表面に付着する場合がある。溶質が、分子量500以下の低分子量体である場合、その数平均分子量は、構造式から計算される分子量であってよい。溶質が、分子量500を超える高分子量体である場合、その数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーによって測定された、ポリエチレンオキシド換算の数平均分子量であってよい。
非天然アミノ酸の一例として、例えば、標識化合物と結合したアミノ酸である「標識化アミノ酸」が挙げられる。標識化アミノ酸としては、例えば、側鎖にベンゼン環等の芳香環を含むアミノ酸骨格を有するアミノ酸に標識化合物を結合させたアミノ酸等が挙げられる。また、特定の機能が付与された非天然アミノ酸の例として、例えば、光応答性アミノ酸、光スイッチアミノ酸、蛍光プローブアミノ酸、蛍光標識アミノ酸等が挙げられる。
誘導溶液dは、誘導溶質を含有し、更に溶媒bを含有することが好ましい。そして、誘導溶液dは、原料液aよりも高い浸透圧を持ち、かつ、正浸透膜oを著しく変性させない流体である。
本実施形態で使用可能な誘導溶質としては、例えば、無機塩、糖、アルコール、重合体等を挙げることができる。したがって本実施形態における誘導溶液は、無機塩、糖、アルコール、重合体等から選択される1種又は2種以上を含む溶液であってよい。なかでも、本実施形態における誘導溶液は、高い浸透圧を有するとの観点から、溶質として、無機塩及びアルコールから成る群から選択される1種又は2種以上を含むことが好ましい。
無機塩としては、例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、硫酸ナトリウム、硫酸マグネシウム、チオ硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、炭酸アンモニウム等を;
糖としては、例えば、ショ糖,果糖,ブドウ糖等の一般的な糖類、及びオリゴ糖,希少糖等の特殊な糖類を;
アルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール等のモノアルコール;エチレングルコール、プロピレングリコール等のグリコール等を、挙げることができる。アルコールとして好ましくは、エタノール及び2-プロパノールから成る群から選択される1種又は2種である。
重合体としては、例えば、ポリエチレンオキシド,プロピレンオキシド等の重合体、及びこれらの共重合体等を挙げることができる。
二つの液体間の浸透圧差を判断するには、例えば、以下のいずれかの方法によることができる。
(1)二つの液体を混合後、二相分離する場合:二相分離後に、体積が増えた方の液体の浸透圧が高いと判断する、又は、
(2)二つの液体を混合後、二相分離しない場合:正浸透膜oを介して二つの液体を接触させ、一定時間の経過後に体積が大きくなった液体の浸透圧が高いと判断する。このときの一定時間とは、その浸透圧差に依存するが、一般的には数分から数時間の範囲である。
本実施形態における溶媒bは、例えば、
水と、
アセトニトリル、メタノール、及び2-プロパノールから成る群から選択される1種又は2種以上と
を含有していてよく、これらを主成分とすることが好ましい。ここでいう主成分とは、溶媒b中に、50質量%超え、60質量%以上、80質量%以上、95質量%以上又は100質量%の割合で含まれていることを意味する。
本実施形態における誘導溶液dの溶媒は、水であってよい。
第一のユニットによって濃縮されて得られる濃縮原料液cは、原料液a中の成分が維持され、かつ、溶媒bの少なくとも一部が選択的に分離されている。本実施形態の原料液濃縮システムでは、第一のユニットにおいて、原料液aから分離される溶媒bの量又は割合を、任意に制御することができる。
このように、第一のユニットにおいて、原料液aの浸透圧が十分に高くなるまで正浸透処理を行うことにより、第二のユニットにおける凍結乾燥工程を効率化でき、凍結乾燥における時間的及びエネルギー的な負荷を低減することができる。
本実施形態の原料液濃縮システムの第一の工程では、正浸透処理が行われる。
本実施形態における正浸透処理は、例えば、正浸透膜oによって内部空間が原料液側空間R及び誘導溶液側空間Dの2つに分割された正浸透膜ユニットを用いて実施されてよい。
正浸透膜ユニットの正浸透膜oとは、原料液a中の溶媒bは透過させるが、溶質は透過させない、又は透過させ難い機能を有し、かつ、誘導溶液d中の誘導溶質sを濃縮原料液c中に逆拡散rさせる機能を有する。
本実施形態の原料液濃縮システムの第一のユニットで用いられる正浸透膜oは、逆浸透膜としての機能を有する膜であってもよい。しかしながら、圧力によって溶媒を除去する逆浸透処理と、原料液と誘導溶液との浸透圧の差を利用する正浸透処理とは、溶媒除去に活用される駆動力の違いに起因して、適切な膜構造が異なる。
本実施形態の原料液濃縮システムのように、一連のユニットに正浸透処理が組み込まれているシステムにおいては、正浸透膜としての機能がより高い膜を使用することが好ましい。プロセス中に限外ろ過膜(UF膜)のようなフィルターを配置して、80%以上の溶質を分離し、その透過液中の溶質を回収する目的で、正浸透膜を活用してもよい。
正浸透膜oは、支持層(支持膜)上に分離活性層を有する複合型の膜が好ましい。上記支持膜は、平膜であっても中空糸膜であってもよい。支持層と分離活性層は同一の素材であってもよいし、異なる素材であってもよい。
平膜を支持膜とする場合、支持膜の片面又は両面に分離活性層を有するものであってよい。
中空糸膜を支持膜とする場合、中空糸膜の外表面若しくは内表面、又はこれらの双方の面上に分離活性層を有するものであってよい。
本実施形態において好ましい支持膜は、微細孔性中空糸支持膜である。この微細孔中空糸支持膜は、その内表面に、孔径が好ましくは0.001μm以上2.0μm以下、より好ましくは0.005μm以上1.0μm以下の微細孔を有する。他方、微細孔性中空糸支持膜の内表面から膜の深さ方向に外表面までの構造については、透過する流体の透過抵抗を小さくするために、強度を保ち得る限りでできるだけ疎な構造であることが好ましい。この部分の疎な構造は、例えば網状、指状ボイド等、又はそれらの混合構造のいずれかであることが好ましい。
更に好ましくは、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、及びポリアミドから選ばれる少なくとも1種を主成分とすることであり、特に好ましくはポリアミドの層である。
分離活性層におけるポリアミドは、多官能性酸ハライド及び多官能性芳香族アミンの界面重合により形成されることができる。
正浸透膜ユニットとしては、複数の正浸透膜の糸束が好ましくは適当なハウジング内に収納されて構成される、正浸透膜モジュールの形態にあるものを使用することが好ましい。
中空糸膜が、微細孔性支持膜と、微細孔性支持膜の内表面に設けられ、高分子重合体薄膜の分離活性層とを備え、
中空糸糸束を有する中空糸膜の膜面積の合計が0.01m2以上であり、
そして分離活性層の厚み方向の断面を撮影した走査型電子顕微鏡画像における分離活性層部分の質量を測定する方法により算出された、中空糸糸束の半径方向及び長さ方向における分離活性層の厚みの変動係数が0~60%であることが好ましい。
より好ましくは、中空糸糸束を有する中空糸膜の膜面積の合計が1m2以上である。
本実施形態の複合中空糸膜モジュールにおける分離活性層の表面が、このような微細凹形状となる機構につき、本発明者等は以下のように推察している。ただし本発明は、以下の理論に拘束されるものではない。
F=L/(M×H) (2)
ここで、Fは溶媒bについての透過流束(L/(m2×hr))であり、Lは透過した溶媒bの容量(L)であり、Mは正浸透膜oの表面積(m2)であり、Hは時間(hr)である。
溶媒bが水である場合の透過流束は、一般に「透水量」と呼ばれ、例えば、処理液として純水を用い、誘導溶液として3.5質量%食塩水を用いて測定することができる。
この逆拡散速度が200g/(m2×hr)以下であれば、原料液中に移動する誘導溶質量が比較的少ないと評価できる。この場合には、第二の工程である凍結乾燥の処理時間が長くなることを回避できる。誘導溶質の逆拡散が過度に多いと、凍結乾燥の処理時間が長くなる。その理由は定かではないが、本発明者等は、次のように推察している。
濃縮原料液中の水は、凍結乾燥処理中に、いったん氷の結晶となったうえ、昇華して除去される。ここで、濃縮原料液中に誘導溶質が存在すると、当該誘導溶質の周囲の水は、非晶質のまま不凍水として固定化される。この固定化された不凍水の除去には長時間を要するため、誘導溶質の逆拡散が過度に多いときには、凍結乾燥の処理時間が長くなると推察される。
一方、この誘導溶質sの逆拡散速度が0.001g/(m2×hr)以上であれば、原料液中の溶質が、正浸透膜oの膜表面にファウリングし難くなり、正浸透膜oが目詰まりすることなく、高濃度の濃縮原料液cを得ることができる。そして、このことにより、原料液a中の溶質の損失を抑制しつつ、溶質を回収することができ、かつ、第二のユニットにおける凍結乾燥処理の時間を短縮することが可能となる。
以上のことから、効率的な濃縮を行う観点から、誘導溶質sの逆拡散速度は、0.001g/(m2×hr)以上50g/(m2×hr)以下が好ましい。
RF=g/(M×H) (3)
ここで、RFは誘導溶液dについての透過流束(g/(m2×hr))であり、gは透過した誘導溶質の量(g)であり、Mは正浸透膜oの表面積(m2)であり、Hは時間(hr)である。
原料液側空間Rへ移動した誘導溶質の量(g)は、Thermo Fishier Scientific社製のICP-MS、形式「iCAP Q」を用いて測定した。数式(3)より運転により移動した溶質の透過流束を計算した。
正浸透膜ユニットの原料液側空間Rには濃縮対象物である原料液aが導入され、誘導溶液側空間Dには誘導溶液dが導入される。これらの流れの方向は、向流でも並流でもよい。
正浸透膜ユニットの原料液側空間Rに導入される原料液aの流量は任意であるが、典型的な例として、正浸透膜ユニット中の正浸透膜oの表面積1m2当たり、1分間当たり、50mL/(m2・分)以上20,000mL/(m2・分)以下の範囲を例示することができ、100mL/(m2・分)以上15,000mL/(m2・分)以下とすることが好ましい。
第一のユニットにおいて、原料液側空間R(中空糸状の正浸透膜の内部)に原料液aを流通させるとき、原料液側空間Rに、10kPa以上200kPa以下の圧力をかけてもよい。この加圧により、正浸透膜oの、溶媒bについての透過流束を高くすることができ、好ましい。
第一の工程において、正浸透膜ユニットの原料液側空間Rに導入される原料液aの温度は、好ましくは3℃以上60℃以下であり、より好ましくは5℃以上50℃以下である。理由は定かではないが、原料液aの温度が3℃以上では透過流速が遅くなることを回避し易くなりでき、60℃以下では原料液a中の成分の一部が変性することを回避し易くなる。
正浸透膜ユニットの誘導溶液側空間Dに導入される誘導溶液dの温度は、好ましくは5℃以上60℃以下であり、より好ましくは10℃以上50℃以下である。理由は定かではないが、誘導溶液dの温度が5℃以上又は60℃以下のときは、正浸透膜oを介して誘導溶液dから原料液aへ誘導溶質が移動する量が多くなることを回避し易くなる。
本実施形態の原料液濃縮システムにおける第二のユニットでは、第一のユニットで得られた濃縮原料液cを凍結乾燥させ、更に濃縮された生成物fを得る。
本実施形態の原料液濃縮システムにおける凍結乾燥には、公知であるいずれの技術を使用してもよく、その典型的なプロセスに関しては前述したとおりである。
本実施形態の原料液濃縮システムにおいて任意に採用される誘導溶液再生ユニットは、以下のいずれかであってよい。
(1)希釈誘導溶液eから溶媒bを除去して、希釈誘導溶液eの濃縮物である再生誘導溶液gを得て、得られた再生誘導溶液gを誘導溶液dとして使用するためのユニット(第一の誘導溶液再生ユニット、例えば図3の場合)、又は
(2)誘導溶液dから溶媒bを除去して、誘導溶液dの濃縮物である濃縮誘導溶液hを得て、得られた濃縮誘導溶液hと希釈誘導溶液eとを混合して混合物(再生誘導溶液g)を得て、得られた再生誘導溶液gを誘導溶液dとして使用するためのユニット(第二の誘導溶液再生ユニット、例えば図4の場合)。
蒸留プロセスとは、希釈誘導溶液e又は誘導溶液dを所定の温度に調整した後、蒸留塔に送入し、塔頂部から溶媒bを得るとともに、塔底部からは、溶媒bが除去されて濃縮された希釈誘導溶液である再生誘導溶液g、又は溶媒bが除去されて濃縮された誘導溶液である濃縮誘導溶液hを得るプロセスである。
膜蒸留プロセスとは、撥水性多孔質膜によって液相部と気相部とに分割された分離室を有する膜ユニットを用いる方法である。この場合、膜蒸留用の膜ユニットの液相部に希釈誘導溶液e又は誘導溶液dを導入し、気相部を減圧とすることにより、希釈誘導溶液e又は誘導溶液dに含有される溶媒bが、液相部から撥水性多孔質膜を通過して減圧の気相部に移動する。これによって希釈誘導溶液e又は誘導溶液dから溶媒bを除去して、再生誘導溶液g又は濃縮誘導溶液hを得ることができる。
以下、膜蒸留プロセスに使用される要素について説明する。
膜蒸留プロセスに用いる撥水性多孔質膜の形状としては、例えば、中空糸膜状、平膜状、スパイラル膜状等が挙げられる。
平膜状の撥水性多孔質膜は、例えば、単一の層から構成されるものであってもよいし、支持層と、該支持層上の分離活性層とを有するものであってもよい。中空糸状の撥水性多孔質膜は、例えば、単一の層から構成される中空糸であってもよいし、中空糸状の支持層と、該支持層の外表面若しくは内表面、又はこれらの双方の面上の分離活性層とを有するものであってもよい。
撥水性多孔質膜における支持層及び分離活性層の素材は、それぞれ、第一のユニットにおける正浸透膜oについて上記に例示した素材から選択される任意のものから構成されていてよい。
この透過流束は、第一のユニットにおける正浸透膜oの、溶媒bについての透過流束と同様に定義される。
希釈誘導溶液e又は誘導溶液dは、液相部に導入される前に、20℃以上90℃以下の範囲に温度調整されていることが好ましい。この温度が20℃以上であれば、膜蒸留による溶媒bの分離の効率が損なわれる場合を回避し易くなり、90℃以下であれば、希釈誘導溶液e又は誘導溶液dに含まれる誘導溶質が、撥水性多孔質膜を通過して溶媒bへ移動する量が増大する場合を回避し易くなる。
希釈誘導溶液e又は誘導溶液dを加熱するための熱源として、例えば熱交換器を用いることができ、又は産業プロセス等の排熱を用いることができる。熱源として排熱を利用すると、溶媒bの分離のために新たに消費されるエネルギー量を削減することができるため、好ましい。
膜蒸留プロセスに用いる膜蒸留用の膜ユニットの気相部は、所定の圧力まで減圧されていることが好ましい。気相部の圧力は、装置のスケール、誘導溶液dの濃度、所望の溶媒bの生成速度等に応じて適宜に設定されてよいが、例えば、0.1kPa以上80kPa以下とすることが好ましく、1kPa以上50kPa以下とすることがより好ましい。
膜蒸留用の膜ユニットの気相部を減圧するための減圧装置としては、例えば、ダイアフラム真空ポンプ、ドライポンプ、油回転真空ポンプ、エジェクタ、アスピレーター等が挙げられる。
第一の誘導溶液再生ユニットによると、希釈誘導溶液eから溶媒bが分離されて、濃縮された希釈誘導溶液である再生誘導溶液gとなり、膜蒸留用の膜ユニットから排出される。得られた再生誘導溶液gは、必要に応じて希釈誘導溶液eと混合されて所定の濃度に調整されたうえで、誘導溶液dとして再利用することができる。再生誘導溶液gの再利用の際、冷却装置を用いて再生誘導溶液gの温度を調整してもよい。
第二の誘導溶液再生ユニットによると、誘導溶液dから溶媒bが分離されて、濃縮された誘導溶液である濃縮誘導溶液hとなり、膜蒸留用の膜ユニットから排出される。得られた濃縮誘導溶液hは、希釈誘導溶液eと混合されて所定の濃度に調整されて再生誘導溶液gとなる。再生誘導溶液gをそのまま誘導溶液dとして、又は再生誘導溶液gを誘導溶液に混合した混合物を誘導溶液dとして再利用することができる。濃縮誘導溶液hの再利用の際、冷却装置を用いて濃縮誘導溶液hの温度を調整してもよい。
上記における冷却装置としては、例えば、チラー、熱交換器等を用いることができる。
これらの誘導溶液再生ユニットによって誘導溶液dから分離された溶媒bは、必要に応じて再利用してよい。
上記のような本実施形態の原料液濃縮システムによると、第一のユニットにおいて、原料液aに含有される成分(溶質)の組成が実質的に維持されたまま、高濃度に濃縮された濃縮原料液cを、高い効率で得ることができる。更に、第二のユニットにおいて、濃縮原料液cの凍結乾燥が行われ、更に濃縮された生成物fが得られる。
ここで、第一のユニットで得られる濃縮原料液fにおいて、原料液aに含有される成分の組成が維持される程度が高いほど、第二のユニットで得られる生成物fにおける、原料液の含有成分(溶質)の回収率が高くなる。
得られた生成物f中の溶質の分析は、原料液a及び濃縮原料液cに含まれる成分の種類に応じて、適宜に選択されてよい。例えば、重量法、ICP-MS(誘導結合高周波プラズマ質量分析)、核磁気共鳴分光(NMR)法、ガスクロマトグラフィー質量分析(GC/MS)法、比色法、蛍光法、高速液体クロマトグラフ(HPLC)等の各種の公知の分析方法を用いることができる。
一方、生成物fにおける溶質の回収率を過度に高くしようとすると、かえって過分のコストを要することとなる。この観点から、本実施形態の原料液濃縮システムでは、生成物fにおける溶質の回収率は、99.9%以下に留めてもよい。
溶媒及び溶質を含有する原料液と、誘導溶質を含有する誘導溶液とを、正浸透膜を介して接触させ、前記原料液中の前記溶媒を前記誘導溶液中に移動させるとともに前記誘導溶液中の前記誘導溶質を前記原料液中に移動させることにより、濃縮原料液及び希釈誘導溶液を得る、第一の工程と、
前記濃縮原料液を凍結乾燥処理して更に濃縮された生成物を得る、第二の工程と
を有する、
原料液濃縮方法である。
上述したとおり、本明細書では、第一のユニットで行われる工程を「第一の工程」と称し、本実施形態の第二のユニットで行われる工程を「第二の工程」と称している。したがって、当業者は、本実施形態の原料液濃縮システムの第一のユニット及び第二のユニット、並びに誘導溶液再生ユニットについての上記の説明において、「ユニット」を「工程」に読み替えることにより、本実施形態の原料液濃縮方法の詳細を理解することができる。
以下の実施例及び比較例において、各物性は以下の方法により測定した。
溶媒についての正浸透膜の初期透過流速(第一の工程開始時における、溶媒についての正浸透膜の初期透過流速)は、以下の方法により測定した。
運転開始から1分間に、原料液aから誘導溶液へ透過した溶媒bの量(L)を、エー・アンド・デイ社製電子天秤(GX-12K)にて測定した。測定値を数式(2)に代入し、運転によって移動した溶媒の初期透過流束を計算した。計算結果を表1に示す。
誘導溶液中の誘導溶質を原料液中へ移動させる、誘導溶質の逆拡散速度は、以下の方法により測定した。
運転終了後、得られた濃縮原料液に含まれる誘導溶質の量を、Thermo Fishier Scientific社製のICP-MS、形式「iCAP Q」を用いて測定した。測定値を数式(3)に代入し、運転によって移動した誘導溶質の透過流束を計算し、得られた値を誘導溶質の逆拡散速度とした。
各実施例及び比較例で得られた複合中空糸膜モジュールを分解し、モジュールの半径方向の中心、半径の50%の位置、及び最外周部の3箇所から、中空糸をそれぞれ1本ずつサンプリングした。各中空糸を長さ方向に3等分し、9つのサンプルを得た。これらの中空糸サンプルのそれぞれを凍結割断して、中空糸断面サンプルを作成した。
ここで、凍結割断によるサンプル作製は以下のようにして行った。
上記断面サンプルのそれぞれについて、走査型電子顕微鏡観察を行った。該走査型電子顕微観察は、日立製作所製、形式S-4800を使用し、加速電圧1.0kV、WD5mm基準±0.7mm、及びエミッション電流設定10±1μAの条件で行った。顕微鏡像をプリンターで用紙に印刷して分離活性層部分を切り取り、その質量を精密天秤で測定した。この質量を、予め作成したおいた検量線により、分離活性層の厚み(μm)に換算した。そして、9つのサンプルの平均値を分離活性層の平均厚みとし、変動係数を算出した。
≪原料液濃縮システムの作製≫
<正浸透膜oを有する正浸透膜ユニットの作製>
(1)中空糸状支持膜モジュールの作製
ポリエーテルスルホン(PES:BASF社製、商品名「Ultrason」)をN-メチル-2-ピロリドン(和光純薬(株)製)に溶解して、20質量%の中空糸紡糸原液を調製した。二重紡口を装備した湿式中空糸紡糸機に上記の原液を充填し、水を満たした凝固槽中に押し出し、相分離により中空糸を形成した。得られた中空糸は、巻き取り機に巻き取った。得られた中空糸の外径は1.0mm、内径は0.7mm、内表面の微細孔の径は0.05μm、透水性能は1,020kg/(m2×hr)/100kPaであった。
この中空糸を支持層として用いた。
上記中空糸状の支持層130本を束ねた糸束を、2.2cm径、9.2cm長の円筒状プラスチックハウジングに充填し、両端部を接着剤で固定することにより、有効膜内表面積0.023m2の中空糸状支持層のモジュールを作製した。
10L容器に、m-フェニレンジアミン100g及びラウリル硫酸ナトリウム8gを入れ、さらに純水4,892gを加えて溶解し、界面重合に用いる第1溶液を5kg調製した。
別の10L容器に、トリメシン酸クロリド8gを入れ、n-ヘキサン3,992gを加えて溶解し、界面重合に用いる第2溶液4kgを調製した。
上記で製造した中空糸状支持層のモジュールのコア側(中空糸の内側)に第1溶液を充填し、30分静置した後に液を抜いて、中空糸の内側に第1溶液の薄い液膜を形成した。この状態で、第2溶液をコア側に100mL/分の流量で3分間送液し、界面重合を行った。重合温度は25℃とした。
次いで、モジュールのコア側に50℃の窒素を30分流し、窒素パージによってn-ヘキサンを蒸散除去し、さらに、モジュールのコア側に85℃の熱水を30分間流して、熱水洗浄を行った。
その後、モジュールをオートクレーブ((株)トミー精工製、型名「ES-315」)中に入れ、モジュールのコア側に121℃の高温水蒸気を20分間供給して、高温水蒸気処理を行った。さらに、モジュールのコア側及びシェル側の双方を、20℃の水による30分間の水洗処理を行うことにより、中空糸支持層の内面にポリアミド(PA)から成る分離活性層を有する中空糸状正浸透膜oのモジュールである、正浸透膜ユニットを作製した。
凍結乾燥チャンバーとしては、100mLのナスフラスコを用いた。
(膜蒸留ユニットの作製)
誘導溶液再生工程における希釈誘導溶液濃縮手段としては、以下のように作製した膜蒸留ユニットを使用した。
平均一次粒径0.016μm、比表面積110m2/gの疎水性シリカ(日本アエロジル(株)製、AEROSIL-R972)23質量部とフタル酸時オクチル(DOP)31質量部とフタル酸時ブチル(DBP)6質量部とをヘンシェルミキサーで混合し、これに重量平均分子量が310,000のポリフッ化ビニリデン(SOLVAY社製、Solef(登録商標)6010)40質量部を添加し、再度ヘンシェルミキサーで混合した。この混合物を2軸混練押し出し機で混合し、ペレット化した。
得られたペレットを、2軸混練押し出し機により240℃にて溶融混練し、中空糸状に押出して中空繊維を得た。このとき、押出機先端のヘッド内の押出口に、中空糸成形用紡口を装着し、その押出面にある溶融物押出用円環穴から上記溶融物を押し出して押出物を得ると同時に、溶融物押出用円環穴の内側にある中空部形成流体吐出用の円形穴から窒素ガスを吐出させ、押出物の中空部内に流通させることにより、中空糸状の押出物を得た。得られた中空糸状押出物は、空走距離20cmにて水浴(40℃)中に導入し、20m/分の速度で巻き取った。
実施例1では、L-アラニル-L-グルタミン水溶液の濃縮を行った。
原料液aとしてのL-アラニル-L-グルタミン水溶液は、以下のように調製した。
市販のL-アラニル-L-グルタミン(白色粉末状態、ナカライテスク(株)製)10gを、25℃のイオン交換水/アセトニトリル=85/15(体積比)の混合溶媒中に溶解させて、10g/LのL-アラニル-L-グルタミン水溶液を1L得た。
図5に示した原料液濃縮システムにおける、第一の工程の正浸透膜ユニットに、原料液a(L-アラニル-L-グルタミン水溶液)を流速130mL/分で、誘導溶液dを流速は150mL/分で、それぞれ流した。このとき、原料液aの温度が25℃に保たれ、クロスフロー方式でろ過が行われるように設定した。
誘導溶液dとしては、誘導物質として塩化マグネシウム20質量%を含有する水溶液を使用した。
図5に示した原料液濃縮システムにおける第二の工程では、以下の操作によって、凍結乾燥処理を行った。
4個の凍結乾燥チャンバー(100mLのナスフラスコ)中に、それぞれ、第一の工程で得られた濃縮原料液cを、25gずつ量り取り、液体窒素で完全に凍結させた。
凍結後の濃縮原料液cを含む凍結チャンバー4個を、多岐管を用いて凍結乾燥機に接続して、凍結乾燥を行った。凍結乾燥は、下記の条件にて、24hr実施した。
使用装置:東京理化器械(株)製、EYELA凍結乾燥機FDU-2110型
予備凍結方法:液体窒素で凍結
真空度:約10~20Pa
誘導溶液の誘導濃度を一定に保つための、誘導溶液再生工程には、上記で作製した膜蒸留ユニットを用いた。
誘導溶液再生工程の膜蒸留ユニットに、誘導溶液dを流速100cm3/分にて流し、膜蒸留ユニットの気相部の圧力が絶対圧で10kPaになるように真空ポンプで調節して、膜蒸留を行い、濃縮誘導溶液hを得た。
第一の工程で得られた希釈誘導溶液eと、膜蒸留で得られた濃縮誘導溶液hとを、バッファタンク中で混合して誘導溶液dを調製(再生)し、再生誘導溶液gを得て、第一の工程で循環使用した。
得られた生成物fについて、以下の評価を行った。
(4-1)第二の工程(凍結乾燥)における溶媒除去率
得られた生成物fに含まれる水分量、及びアセトニトリル量を、それぞれ、カールフィッシャー水分測定システム(メトローム社製、型名「MATi10」)及びGC/MSシステム(日本電子(株)製、型名「JMS-Q1000GC K9」)により、測定した。
先ず、GC/MSの測定を行った。その結果、生成物f中にアセトニトリルの残留がないことを確認した。
次に、カールフィッシャー測定により、生成物f中の水分量の測定を行った。
さらに、第一の工程前の原料液aの濃度、及び第一の工程前後の原料液の減容率より、第一の工程後の濃縮原料液cに含まれる溶媒量を算出した。
そして、数式{(濃縮原料液cに含まれる溶媒量-生成物fに含まれる水分量)/濃縮原料液cに含まれる溶媒量}×100により、第二の工程(凍結乾燥工程)における溶媒除去率を算出し、以下の基準で評価した。結果を表1に示す。
A:溶媒除去率が100%であった場合
B:溶媒除去率が95%以上100%未満であった場合
C:溶媒除去率が90%以上95%未満であった場合
D:溶媒除去率が90%未満であった場合
第一の工程前の原料液aの濃度、及び第一の工程前後の原料液の減容率より、原料液中の溶質回収率を100%と仮定した場合の、濃縮後原料液cに含まれる理論溶質量を算出した。
次に、第二の工程で得られた凍結乾燥後の生成物fの質量を、天秤で測定した。
そして、数式{(生成物fの質量-生成物f中の水分量)/理論溶質量}×100により、第一の工程及び第二の工程を経た後の溶質回収率を算出し、以下の基準で評価した。結果を表1に示す。
A:溶質回収率が95%以上であった場合
B:溶質回収率が90%以上95%未満であった場合
C:溶質回収率が80%以上90%未満であった場合
D:溶質回収率が80%未満であった場合
原料液aに含まれる溶質の種類、誘導溶液dに含まれる誘導溶質の種類及び濃度、並びに溶媒bの種類を、それぞれ、表1に記載のとおりに変更した以外は、実施例1と同様にして原料液aの濃縮を行い、評価を実施した。結果を表1に示す。
表1中、原料液aの溶媒欄、及び誘導溶液ランの「aq.」は水溶液を表す。
なお、実施例4~7では、正浸透膜ユニットのコア側からシェル側(中空糸状正浸透膜の内側から外側)へ、それぞれ、表1に記載の圧力をかけて、第一の工程を行った。
実施例20における、茶抽出液の凍結乾燥粉末を含む原料液aは、以下のように調製した。
容量3.0LのSUS304製密閉容器に、茶抽出液の凍結乾燥物の粉末10gを入れ、蒸留水1Lを加えて、30分撹拌して得られた溶液を、原料液aとして用いた。
「(2)正浸透膜ユニットの作製」を、以下のように行った以外は、実施例1と同様にして、正浸透膜モジュールを作製し、原料液aの濃縮を行い、評価を実施した。結果を表1に示す。
0.5LL容器に、m-フェニレンジアミン10g及びラウリル硫酸ナトリウム0.8gを入れ、さらに純水489.2gを加えて溶解し、界面重合に用いる第1溶液を0.5kg調製した。
別の0.5L容器に、トリメシン酸クロリド0.8gを入れ、n-ヘキサン399.2gを加えて溶解し、界面重合に用いる第2溶液0.4kgを調製した。
実施例1と同様にして作製した中空糸状支持膜モジュールのコア側(中空糸の内側)に第1溶液を充填し、30分静置した後に液を抜いて、中空糸の内側に第1溶液の薄い液膜を形成した。
次に、コア側圧力を常圧に設定し、シェル側圧力を絶対圧として10kPaの減圧に設定した。この状態で30分静置した後、この圧力を維持したまま、第2溶液をコア側に1.5L/分の流量で3分間送液し、界面重合を行った。重合温度は25℃とした。
その後、実施例1と同様に、50℃の窒素による窒素パージ、85℃の熱水による熱水洗浄、121℃の高温水蒸気処理による高温水蒸気処理、及び20℃の水による水洗処理を行った。
さらに、モジュールのシェル側(中空糸外側)を100KPaの圧力にて加圧する加圧処理を行っ後、シェル側及びコア側の双方を純水によって洗浄することにより、中空糸支持層の内面にポリアミドから成る分離活性層を有する中空糸状正浸透膜oのモジュールである正浸透膜ユニットを作製した。
「(2)正浸透膜ユニットの作製」において、窒素パージ後の熱水洗浄の熱水温度を90℃とし、高温水蒸気処理の高温水容器の温度を131℃とし、シェル側の加圧処理を行わなかった他は、実施例9と同様にして正浸透膜モジュールを作製した。
得られた正浸透膜モジュールを用いて、実施例2と同様にして、原料液aの濃縮を行い、評価を実施した。結果を表1に示す。
「(2)正浸透膜ユニットの作製」を以下のように行った以外は、実施例1と同様にして、正浸透膜モジュールを作製し、原料液aの濃縮を行い、評価を実施した。結果を表1に示す。
実施例1と同様にして、中空糸状支持層のモジュールのコア側(中空糸の内側)にて、ポリアミドの界面重合を行った。
次いで、モジュールのコア側に50℃の窒素を30分流してn-ヘキサンを蒸散除去した後、シェル側及びコア側の双方を純水にて洗浄した。
さらに、モジュールの内部(コア側及びシェル側双方)に、45℃の酢酸水溶液(pH=2)を流入させて、界面重合で得られたポリアミドを1時間酢酸水溶液に浸漬させる、酢酸処理を行った。1時間経過後、モジュールから酢酸水溶液を取り除き、洗することにより、中空糸支持層の内面に、酢酸水溶液に浸漬させたポリアミドから成る分離活性層を有する中空糸状正浸透膜oのモジュールである、正浸透膜ユニットを作製した。
「(2)正浸透膜ユニットの作製」において、窒素パージ後の熱水洗浄の熱水温度を100℃とし、高温水蒸気処理の高温水容器の温度を141℃とし、シェル側の加圧処理を行わなかった以外は、実施例9と同様にして正浸透膜モジュールを作製した。
得られた正浸透膜モジュールを用いて、実施例2と同様にして、原料液aの濃縮を行い、評価を実施した。結果を表1に示す。
「(2)正浸透膜ユニットの作製」において、酢酸処理に用いた酢酸水溶液(pH=2)の温度を60℃とした以外は、実施例11と同様にして正浸透膜モジュールを作製した。
得られた正浸透膜モジュールを用いて、実施例1と同様にして、原料液aの濃縮を行い、評価を実施した。結果を表1に示す。
「(1)中空糸状支持膜モジュールの作製」において、中空糸状支持膜として、ポリスルホン(PS)から成る中空糸を用いた以外は、実施例1と同様にして、中空糸状支持膜モジュールの作製し、これを用いて正浸透膜ユニットを作製した。
得られた正浸透膜モジュールを用いて、実施例2と様にして、原料液aの濃縮を行い、評価を実施した。結果を表1に示す。
ポリスルホンから成る中空糸を含む、中空糸状支持膜モジュールは、以下のように作製した。
ポリスルホン(ソルベイ社製、P-3500)をN-メチル-2-ピロリドン(和光純薬(株)製)に溶解して、ポリマー濃度19質量%の中空糸紡糸原液を調製した。二重紡口を装備した湿式中空糸紡糸機に上記原液を充填し、水を満たした凝固槽に押し出して、相分離により中空糸を形成した。得られた中空糸は、巻き取り機に巻き取った。得られた中空糸の外径は1.00mm、内径は0.70mmであった。
この中空糸を中空糸状支持膜として用いた。
上記中空糸状支持膜130本を、2cm径、10cm長の円筒状プラスチックハウジングに充填し、両端部を接着剤で固定することにより、有効膜内表面積0.023m2の中空糸支持層モジュールを作製した。
「(1)中空糸状支持膜モジュールの作製」において、中空糸状支持膜として、ポリケトン(PK)から成る中空糸を用いた以外は、実施例1と同様にして、中空糸状支持膜モジュールの作製し、これを用いて正浸透膜ユニットを作製した。
得られた正浸透膜モジュールを用いて、実施例2と同様にして、原料液aの濃縮を行い、評価を実施した。結果を表1に示す。
ポリケトンから成る中空糸を含む、中空糸状支持膜モジュールは、以下のように作製した。
エチレンと一酸化炭素とが完全交互共重合した、極限粘度3.4dl/gのポリケトンを、65質量%レゾルシン水溶液に添加し、80℃で2時間攪拌溶解し、脱泡を行って、ポリマー濃度10.7質量%の均一透明な中空糸紡糸原液を得た。
二重紡口を装備した湿式中空糸紡糸機に上記の原液を充填した。水を満たした凝固槽中に、50℃に調温された原液を押し出して、相分離により中空糸を形成した。得られた中空糸は、巻き取り機に巻き取った。得られた中空糸の外径は1.0mm、内径は0.7mm、内表面の微細孔の径は0.15μmであった。
この中空糸を中空糸状支持層として用いた。
上記中空糸状支持膜130本を、2cm径、10cm長の円筒状プラスチックハウジングに充填し、両端部を接着剤で固定することにより、有効膜内表面積0.023m2の中空糸支持層モジュールを作製した。
第一の工程の正浸透膜ユニット、及び第二の工程の凍結乾燥ユニットとしては、それぞれ、実施例1におけるのと同様のものを用いた。
そして、誘導溶液として2-プロパノールを用い、誘導溶液再生工程を行わなかった他は、実施例1と同様にして、原料液aの濃縮を行い、評価を実施した。結果を表1に示す。
誘導溶液dに含まれる誘導溶質の種類及び濃度、並びに溶媒bの種類を、それぞれ、表1に記載のとおりに変更した以外は、実施例23と同様にして原料液aの濃縮を行い、評価を実施した。結果を表1に示す。
そのため、「(4-1)第二の工程(凍結乾燥)における溶媒除去率」では、実施例1と同様に、生成物f中の水分量に基づいて、して、溶媒除去率を算出した。
実施例33では、図2に示した構成の原料液濃縮システムを使用して実施した。
正浸透膜ユニットとしては、有効膜面積が1.65m2である中空糸支持膜モジュールを用いて作製された正浸透膜モジュールを用いた。
希釈誘導溶液濃縮手段としては、有効膜面積が7.5m2の膜蒸留ユニットを用いた。
凍結乾燥チャンバーは、実施例1と同様のものを用いた。
正浸透膜モジュール及び膜蒸留ユニットは、それぞれ、以下のように作製した。
(1)中空糸状支持膜モジュールの作製
実施例1と同様にして得た中空糸を、支持膜として用いた。
この中空糸状支持膜1,750本を束ねた糸束を、5.5cm径、50cm長の円筒状プラスチックハウジングに充填し、両端部を接着剤で固定することにより、有効膜内表面積1.65m2の中空糸状支持膜モジュールを作製した。
上記で得られた中空糸状支持膜モジュールを用い、中空糸の内側に第1溶液の薄い液膜を形成した後に、第2溶液をコア側に送液するときの流量を1.75L/分とした他は、実施例1と同様にして、中空糸支持層の内面にポリアミドから成る分離活性層を有する中空糸状正浸透膜oのモジュールである正浸透膜ユニットを作製した。
(膜蒸留ユニットの作製)
実施例1と同様にして外径1.25mm、内径0.68mm、内表面の微細孔の径0.1μmの中空糸から成る半透膜4,700本を、13cm径、75cm長の円筒状プラスチックハウジングに充填し、両端部を接着剤で固定することによ
第一の工程は、上記で作製した正浸透膜ユニットへの原料液aの供給流速を2L/分とし、誘導溶液dの供給流速を7L/分とした他は、実施例1と同様にして行った。
第二の工程には、実施例1と同様の手法を用いた。
誘導溶液再生工程では、上記で作製した膜蒸留ユニットを用い、希釈誘導溶液eの供給流速を4L/分とした他は、実施例1と同様にして行った。
実施例1と同様の方法で行った評価の結果を、表1に示す。
第一の工程の代わりに限外ろ過装置を用いた他は、実施例1と同様にして、原料液aの濃縮を行い、評価を実施した。
限外ろ過膜としては、Hydrosart(登録商標)/Sartocon Slice Casset(排除限界分子量:10K、膜面積:0.1m2、材質:再生セルロース膜、Sartorius AG社製、ポリエーテルスルホン(PES)製)を、膜ホルダー(Sartcon Slice Holder、Sartorius AG社製)に装着して用い、ポンプ(リキポート NE1.300、KNF社製)を用いて、線速100cm/s、運転温度25℃、膜間差圧(TMP)約0.05MPaの条件下で、クロスフロー式ろ過法による処理を行った。
第一の工程の代わりに、逆浸透膜法を用いた以外は、比較例1と同様にして、原料液aの濃縮を行い、評価を実施した。
逆浸透膜には日東電工(株)製の品番「NTR-759HR」、ポリエーテルスルホン(PES)製)を用い、線速10cm/s、運転温度25℃、3.0MPaの操作圧力にて運転した。結果を表2に示す。
第一の工程の代わりに減圧システムを組み込んだ蒸留塔を用い、70℃、10.7~13.3kPa(80~100Torr)にて減圧蒸留を行った以外は、比較例1と同様にして、原料液aの濃縮を行い、評価を実施した。結果を表2に示す。
b 溶媒
c 濃縮原料液
d 誘導溶液
e 希釈誘導溶液
f 生成物
g 再生誘導溶液
h 濃縮誘導溶液
o 正浸透膜
s 誘導溶質(塩)
r 誘導溶液の逆拡散
D 誘導溶液側空間
P 浸透圧測定位置
R 原料液側空間
Claims (45)
- 溶媒及び溶質を含有する原料液と、誘導溶質を含有する誘導溶液とを、正浸透膜を介して接触させ、前記原料液中の前記溶媒を前記誘導溶液中に移動させるとともに前記誘導溶液中の前記誘導溶質を前記原料液中に移動させることにより、濃縮原料液及び希釈誘導溶液を得るための、第一のユニットと、
前記濃縮原料液を凍結乾燥処理して更に濃縮された生成物を得るための、第二のユニットと
を有する、
原料液濃縮システム。 - 前記第一のユニットにおける、前記誘導溶液中の前記誘導溶質を前記原料液中へ移動させる、誘導溶質の逆拡散速度が、200g/(m2×hr)以下である、請求項1に記載の原料液濃縮システム。
- 前記第一のユニットにおける前記誘導溶液中の前記誘導溶質を前記原料液中へ移動させる、誘導溶質の逆拡散速度が、0.001g/(m2×hr)以上、50g/(m2×hr)以下である、請求項1に記載の原料液濃縮システム。
- 前記第一のユニットにおいて、前記溶媒についての前記正浸透膜の初期透過流速が0.15L/(m2×hr)以上35L/(m2×hr)以下である、請求項1~3のいずれか一項に記載の原料液濃縮システム。
- 前記原料液に含まれる前記溶媒が、
水と、
アセトニトリル、メタノール、及び2-プロパノールから成る群から選択される1種又は2種以上と
を含有する、
請求項1~4のいずれか一項に記載の原料液濃縮システム。 - 前記溶媒が、酸性成分をさらに含み、かつ、
前記溶媒のpHが1~4である、
請求項4に記載の原料液濃縮システム。 - 前記酸性成分が、トリフルオロ酢酸及び酢酸から成る群から選択される1種又は2種である、請求項6に記載の原料液濃縮システム。
- 前記原料液の溶質が、糖、アミノ酸、オリゴペプチド、酵素、及び核酸から成る群から選択される1種又は2種以上を含む、請求項1~7のいずれか一項に記載の原料液濃縮システム。
- 前記溶質が、数平均分子量が100~6,000の化合物を含む、請求項1~7のいずれか一項に記載の原料液濃縮システム。
- 前記第一のユニットにおける、前記原料液と前記誘導溶液との前記正浸透膜を介する接触が、クロスフロー方式の接触である、請求項1~9のいずれか一項に記載の原料液濃縮システム。
- 前記第一のユニットにおける、前記原料液の温度が5℃以上50℃以下である、請求項1~10のいずれか一項に記載の原料液濃縮システム。
- 前記希釈誘導溶液から前記溶媒を除去して再生誘導溶液を得て、得られた前記再生誘導溶液を前記誘導溶液として使用するための、第一の誘導溶液再生システムをさらに有する、請求項1~11のいずれか一項に記載の原料液濃縮システム。
- 前記第一の誘導溶液再生システムにおける、前記希釈誘導溶液からの前記溶媒の除去が、前記希釈誘導溶液から前記溶媒を蒸発させることである、請求項12に記載の原料液濃縮システム。
- 前記誘導溶液から前記溶媒を除去して濃縮誘導溶液を得て、得られた前記濃縮誘導溶液と前記希釈誘導溶液とを混合して混合物を得て、得られた前記混合物を前記誘導溶液として使用するための、第二の誘導溶液再生システムをさらに有する、請求項1~13のいずれか一項に記載の原料液濃縮システム。
- 前記第二の誘導溶液再生システムにおける、前記誘導溶液からの前記溶媒の除去が、前記誘導溶液から前記溶媒を蒸発させることである、請求項14に記載の原料液濃縮システム。
- 前記誘導溶液が、前記誘導溶質としての無機塩を含む溶液である、請求項1~14のいずれか一項に記載の原料液濃縮システム。
- 前記誘導溶液が、前記誘導溶質としてのアルコールを含む溶液である、請求項1~16のいずれか一項に記載の原料液濃縮システム。
- 前記アルコールが、エタノール、及び2-プロパノールから選択される1種又は2種を含む、請求項17に記載の原料液濃縮システム。
- 前記正浸透膜が、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンエーテル、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリイミン、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾイミダゾール、パーフルオロスルホン酸重合体、及びポリアミドから成る群から選ばれる、1種又は2種以上を主成分とする薄膜層を有する膜である、請求項1~18のいずれか一項に記載の原料液濃縮システム。
- 前記正浸透膜が中空糸状の膜である、請求項1~19のいずれか一項に記載の原料液濃縮システム。
- 前記第一のユニットが、複数の中空糸状の前記正浸透膜によって構成される中空糸糸束を有する膜モジュールの形態にあって、
前記中空糸状の正浸透膜が、微細孔性支持膜と、前記微細孔性支持膜の内表面に設けられた、高分子重合体薄膜の分離活性層とを備え、
前記中空糸糸束の膜面積の合計が0.01m2以上であり、
そして前記分離活性層の厚み方向の断面を撮影した走査型電子顕微鏡画像における分離活性層部分の質量を測定する方法により算出された、前記中空糸糸束の半径方向及び長さ方向における前記分離活性層の厚みの変動係数が0~60%である、請求項20記載の原料液濃縮システム。 - 前記第一のユニットで得られた前記濃縮原料液を、前記第一のユニットにおける前記原料液として使用する循環機構を有する、請求項1~21のいずれか一項に記載の原料液濃縮システム。
- 溶媒及び溶質を含有する原料液と、誘導溶質を含有する誘導溶液とを、正浸透膜を介して接触させ、前記原料液中の前記溶媒を前記誘導溶液中に移動させるとともに前記誘導溶液中の前記誘導溶質を前記原料液中に移動させることにより、濃縮原料液及び希釈誘導溶液を得る、第一の工程と、
前記濃縮原料液を凍結乾燥処理して更に濃縮された生成物を得る、第二の工程と
を有する、
原料液濃縮方法。 - 前記第一の工程における、前記誘導溶液中の前記誘導溶質を前記原料液中へ移動させる、誘導溶質の逆拡散速度が、200g/(m2×hr)以下である、請求項23に記載の原料液濃縮方法。
- 前記第一の工程における、前記誘導溶液中の前記誘導溶質を前記原料液中へ移動させる塩の逆拡散速度が、0.001g/(m2×hr)以上、50g/(m2×hr)以下である、請求項23に記載の原料液濃縮方法。
- 前記第一の工程における、前記溶媒についての前記正浸透膜の初期透過流速が0.15L/(m2×hr)以上35L/(m2×hr)以下である、請求項23~25のいずれか一項に記載の原料液濃縮方法。
- 前記原料液に含まれる前記溶媒が、
水と、
アセトニトリル、メタノール、及び2-プロパノールから成る群から選択される1種又は2種以上と
を含有する、
請求項23~26のいずれか一項に記載の原料液濃縮方法。 - 前記溶媒が、酸性成分をさらに含み、かつ、
前記溶媒のpHが1~4である、
請求項27に記載の原料液濃縮方法。 - 前記酸性成分が、トリフルオロ酢酸及び酢酸から成る群から選択される1種又は2種である、請求項28に記載の原料液濃縮方法。
- 前記原料液の溶質が、糖、アミノ酸、オリゴペプチド、酵素、及び核酸から成る群かラ選択される1種又は2種以上を含む、請求項23~29のいずれか一項に記載の原料液濃縮方法。
- 前記溶質が、数平均分子量が100~6,000の化合物を含む、請求項23~29のいずれか一項に記載の原料液濃縮方法。
- 前記第一の工程における、前記原料液と前記誘導溶液との前記正浸透膜を介する接触が、クロスフロー方式の接触によって行われる、請求項23~31のいずれか一項に記載の原料液濃縮方法。
- 前記第一の工程における、前記原料液の温度が5℃以上50℃以下である、請求項23~32のいずれか一項に記載の原料液濃縮方法。
- 前記希釈誘導溶液から前記溶媒を除去して再生誘導溶液を得て、得られた前記再生誘導溶液を前記誘導溶液として使用するための、第一の誘導溶液再生工程をさら有する、請求項23~33のいずれか一項に記載の原料液濃縮方法。
- 前記第一の誘導溶液再生工程における、前記希釈誘導溶液からの前記溶媒の除去が、前記希釈誘導溶液から前記溶媒を蒸発させることによって行われる、請求項34に記載の原料液濃縮方法。
- 前記誘導溶液から前記溶媒を除去して濃縮誘導溶液を得て、得られた前記濃縮誘導溶液と前記希釈誘導溶液とを混合して混合物を得て、得られた前記混合物を前記誘導溶液として使用するための、第二の誘導溶液再生工程をさらに有する、請求項23~35のいずれか一項に記載の原料液濃縮方法。
- 前記第二の誘導溶液再生工程における、前記誘導溶液からの前記溶媒の除去が、前記誘導溶液から前記溶媒を蒸発させることによって行われる、請求項36に記載の原料液濃縮方法。
- 前記誘導溶液が、前記誘導溶質としての無機塩を含む溶液である、請求項23~37のいずれか一項に記載の原料液濃縮方法。
- 前記誘導溶液が、前記誘導溶質としてのアルコールを含む溶液である、請求項23~37のいずれか一項に記載の原料液濃縮方法。
- 前記アルコールが、エタノール及び2-プロパノールから選択される1種又は2種を含む、請求項39に記載の原料液濃縮方法。
- 前記正浸透膜が、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンエーテル、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリイミン、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾイミダゾール、パーフルオロスルホン酸重合体、及びポリアミドから成る群から選ばれる、1種又は2種以上を主成分とする薄膜層を有する膜である、請求項23~40のいずれか一項に記載の原料液濃縮方法。
- 前記正浸透膜が中空糸状の膜である、請求項23~41のいずれか一項に記載の原料液濃縮方法。
- 前記第一の工程において、中空糸状の正浸透膜の内部に、10kPa以上200kPa以下の圧力をかける、請求項42に記載の原料液濃縮方法。
- 前記第一の工程が、複数の中空糸状の前記正浸透膜によって構成される中空糸糸束を有する膜モジュールの形態にある、第一のユニットを用いて行われ、
前記中空糸状の正浸透膜が、微細孔性支持膜と、前記微細孔性支持膜の内表面に設けられた、高分子重合体薄膜の分離活性層とを備え、
前記中空糸糸束の膜面積の合計が0.01m2以上であり、
そして前記分離活性層の厚み方向の断面を撮影した走査型電子顕微鏡画像における分離活性層部分の質量を測定する方法により算出された、前記中空糸糸束の半径方向及び長さ方向における前記分離活性層の厚みの変動係数が0~60%である、
請求項42又は43に記載の原料液濃縮方法。 - 前記第一の工程で得られた前記濃縮原料液を、前記第一の工程における前記原料液として使用する循環機構を有する、請求項23~44のいずれか一項に記載の原料液濃縮方法。
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