JP2009220023A - Method for manufacturing composite semi-permeable membrane - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液状混合物の選択的分離に有用な複合半透膜の製造方法に関する。本発明によって得られる複合半透膜は例えば海水やかん水の淡水化に好適に用いることができる。 The present invention relates to a method for producing a composite semipermeable membrane useful for selective separation of a liquid mixture. The composite semipermeable membrane obtained by the present invention can be suitably used for desalination of seawater and brine, for example.
混合物の分離に関して、溶媒(例えば水)に溶解した物質(例えば塩類)を除くための技術には様々なものがあるが、近年、省エネルギーおよび省資源のためのプロセスとして膜分離法の利用が拡大している。膜分離法に使用される膜には、精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜、逆浸透膜などがあり、これらの膜は、例えば海水、かん水、有害物を含んだ水などから飲料水を得る場合や、工業用超純水の製造、排水処理、有価物の回収などに用いられている。 Regarding the separation of mixtures, there are various techniques for removing substances (eg, salts) dissolved in a solvent (eg, water), but in recent years, the use of membrane separation methods has expanded as a process for saving energy and resources. is doing. Membranes used in membrane separation methods include microfiltration membranes, ultrafiltration membranes, nanofiltration membranes, and reverse osmosis membranes. These membranes can be used for beverages such as seawater, brine, and water containing harmful substances. It is used to obtain water, to manufacture industrial ultrapure water, to treat wastewater, to recover valuable materials.
現在市販されている逆浸透膜およびナノろ過膜の大部分は複合半透膜であり、多孔性支持膜上にゲル層とポリマーを架橋した活性層を有するものと、多孔性支持膜上でモノマーを重縮合した活性層を有するものの2種類がある。なかでも、多官能アミンと多官能酸ハロゲン化物との重縮合反応によって得られる架橋ポリアミドからなる分離機能層を多孔性支持膜上に被覆して得られる複合半透膜は、透過性や選択分離性の高い分離膜として広く用いられている。しかしながら、資源の枯渇・高騰、環境保全の観点から、さらに省エネルギーを意図した高透水性を実現する簡便な膜の処理方法、製造方法が望まれている。 The majority of currently marketed reverse osmosis membranes and nanofiltration membranes are composite semipermeable membranes, which have an active layer in which a gel layer and a polymer are crosslinked on a porous support membrane, and monomers on the porous support membrane. There are two types, one having an active layer obtained by polycondensation. Among these, composite semipermeable membranes obtained by coating a porous support membrane with a separation functional layer made of a crosslinked polyamide obtained by polycondensation reaction of a polyfunctional amine and a polyfunctional acid halide have permeability and selective separation. It is widely used as a highly reliable separation membrane. However, from the viewpoints of resource depletion and soaring and environmental conservation, a simple membrane treatment method and manufacturing method that realizes high water permeability intended for further energy saving are desired.
透水性を向上させるための処理方法として、例えば、亜硝酸による後処理方法(特許文献1)や塩素による後処理方法(特許文献2)が知られている。
本発明は、高い溶質除去性、高い水透過性とともに高い耐久性を有する複合半透膜の製造方法を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the manufacturing method of the composite semipermeable membrane which has high durability with high solute removal property and high water permeability.
上記目的を達成するための本発明は、以下の構成をとる。すなわち、
(1)ポリアミド分離機能層を有する複合半透膜の製造方法であって、微多孔性支持膜上に多官能アミンと多官能酸ハロゲン化物との界面重縮合によってポリアミド分離機能層を形成する工程Aと、前記ポリアミド分離機能層をヒドラジンと接触させてヒドラジドととする工程Bと、その後、ヒドラジドと反応して酸アジドを生成する試薬に接触させる工程Bを含むことを特徴とする複合半透膜の製造方法。
To achieve the above object, the present invention has the following configuration. That is,
(1) A method for producing a composite semipermeable membrane having a polyamide separation functional layer, wherein a polyamide separation functional layer is formed on a microporous support membrane by interfacial polycondensation of a polyfunctional amine and a polyfunctional acid halide. A composite semi-transparent material comprising: A; a step B in which the polyamide separation functional layer is brought into contact with hydrazine to form a hydrazide; and a step B in which the polyamide separation functional layer is brought into contact with a reagent that reacts with the hydrazide to form an acid azide. A method for producing a membrane.
(2)前記ヒドラジドと反応して酸アジドを生成する試薬が亜硝酸および/またはその塩を含む水溶液である(1)に記載の複合半透膜の製造方法。 (2) The method for producing a composite semipermeable membrane according to (1), wherein the reagent that reacts with hydrazide to produce acid azide is an aqueous solution containing nitrous acid and / or a salt thereof.
(3)工程Cの後に40℃以上100℃以下の温度で熱水処理する工程Dを含む(1)または(2)に記載の複合半透膜の製造方法。 (3) The method for producing a composite semipermeable membrane according to (1) or (2), comprising a step D of performing hydrothermal treatment at a temperature of 40 ° C. or higher and 100 ° C. or lower after the step C.
本発明によれば、高い溶質除去性と高い水透過性を有し、さらに高い耐久性を併せ持つ複合半透膜を得ることができる。 According to the present invention, a composite semipermeable membrane having high solute removability and high water permeability and also having high durability can be obtained.
本発明に係る複合半透膜は、微多孔性支持膜上にポリアミド分離機能層を形成してなる複合半透膜である。 The composite semipermeable membrane according to the present invention is a composite semipermeable membrane formed by forming a polyamide separation functional layer on a microporous support membrane.
本発明において微多孔性支持膜は、実質的にイオン等の分離性能を有さず、実質的に分離性能を有する分離機能層に強度を与えるためのものである。孔のサイズや分布は特に限定されないが、例えば、均一で微細な孔、あるいは分離機能層が形成される側の表面からもう一方の面まで徐々に大きな微細孔をもち、かつ、分離機能層が形成される側の表面で微細孔の大きさが0.1nm以上100nm以下であるような支持膜が好ましい
微多孔性支持膜に使用する材料やその形状は特に限定されないが、例えばポリエステルまたは芳香族ポリアミドから選ばれる少なくとも一種を主成分とする布帛により強化されたポリスルホンや酢酸セルロースやポリ塩化ビニル、あるいはそれらを混合したものが好ましく使用される。使用される素材としては、化学的、機械的、熱的に安定性の高いポリスルホンを使用するのが特に好ましい。
In the present invention, the microporous support membrane is intended to give strength to a separation functional layer that substantially does not have separation performance of ions or the like and has substantial separation performance. The size and distribution of the pores are not particularly limited. For example, the pores have uniform and fine pores or gradually have large pores from the surface on the side where the separation functional layer is formed to the other surface, and the separation functional layer has A support membrane in which the size of the micropores is 0.1 nm or more and 100 nm or less on the surface on the side to be formed is preferable. The material used for the microporous support membrane and the shape thereof are not particularly limited. For example, polyester or aromatic Polysulfone, cellulose acetate, polyvinyl chloride, or a mixture thereof reinforced with a cloth mainly composed of at least one selected from polyamide is preferably used. As a material to be used, it is particularly preferable to use polysulfone having high chemical, mechanical and thermal stability.
具体的には、次の化学式に示す繰り返し単位からなるポリスルホンを用いると、孔径が制御しやすく、寸法安定性が高いため好ましい。 Specifically, it is preferable to use polysulfone composed of repeating units represented by the following chemical formula because the pore diameter is easy to control and the dimensional stability is high.
例えば、上記ポリスルホンのN,N−ジメチルホルムアミド(以降、DMFと記載)溶液を、密に織ったポリエステル布あるいは不織布の上に一定の厚さに注型し、それを水中で湿式凝固させることによって、表面の大部分が直径数10nm以下の微細な孔を有した微多孔性支持膜を得ることができる。 For example, an N, N-dimethylformamide (hereinafter referred to as DMF) solution of the above polysulfone is cast on a densely woven polyester cloth or nonwoven fabric to a certain thickness, and wet coagulated in water. Thus, a microporous support membrane having most of the surface with fine pores having a diameter of several tens of nm or less can be obtained.
上記の多孔性支持体および基材の厚みは、複合半透膜の強度およびそれをエレメントにしたときの充填密度に影響を与える。十分な機械的強度および充填密度を得るためには、50〜300μmの範囲内にあることが好ましく、より好ましくは100〜250μmの範囲内である。また、多孔性支持体の厚みは、10〜200μmの範囲内にあることが好ましく、より好ましくは30〜100μmの範囲内である。 The thickness of the porous support and the substrate described above affects the strength of the composite semipermeable membrane and the packing density when it is used as an element. In order to obtain sufficient mechanical strength and packing density, it is preferably in the range of 50 to 300 μm, more preferably in the range of 100 to 250 μm. Moreover, it is preferable that the thickness of a porous support body exists in the range of 10-200 micrometers, More preferably, it exists in the range of 30-100 micrometers.
多孔性支持膜形態は、走査型電子顕微鏡や透過型電子顕微鏡、原子間顕微鏡により観察できる。例えば走査型電子顕微鏡で観察するのであれば、基材から多孔質支持体を剥がした後、これを凍結割断法で切断して断面観察のサンプルとする。このサンプルに白金または白金−パラジウムまたは四塩化ルテニウム、好ましくは四塩化ルテニウムを薄くコーティングして3〜6kVの加速電圧で高分解能電界放射型走査電子顕微鏡(UHR−FE−SEM)で観察する。高分解能電界放射型走査電子顕微鏡は、日立製S−900型電子顕微鏡などが使用できる。得られた電子顕微鏡写真から多孔性支持体の膜厚や表面孔径を決定する。なお、本発明における厚みや孔径は平均値を意味するものである。 The form of the porous support film can be observed with a scanning electron microscope, a transmission electron microscope, or an atomic microscope. For example, when observing with a scanning electron microscope, the porous support is peeled off from the substrate, and then cut by a freeze cleaving method to obtain a sample for cross-sectional observation. The sample is thinly coated with platinum, platinum-palladium, or ruthenium tetrachloride, preferably ruthenium tetrachloride, and observed with a high-resolution field emission scanning electron microscope (UHR-FE-SEM) at an acceleration voltage of 3 to 6 kV. A Hitachi S-900 electron microscope or the like can be used as the high resolution field emission scanning electron microscope. The film thickness and surface pore diameter of the porous support are determined from the obtained electron micrograph. In addition, the thickness and the hole diameter in this invention mean an average value.
分離機能層を構成するポリアミドは、多官能アミンと多官能酸ハロゲン化物との界面重縮合により形成することができる。多官能アミンまたは多官能酸ハロゲン化物成分の少なくとも一方が3官能以上の化合物を含んでいることが好ましい。 The polyamide constituting the separation functional layer can be formed by interfacial polycondensation of a polyfunctional amine and a polyfunctional acid halide. It is preferable that at least one of the polyfunctional amine or the polyfunctional acid halide component contains a trifunctional or higher functional compound.
分離機能層の厚みは、十分な分離性能および透過水量を得るために、通常0.01〜1μmの範囲内、好ましくは0.1〜0.5μmの範囲内である。 The thickness of the separation functional layer is usually in the range of 0.01 to 1 μm, preferably in the range of 0.1 to 0.5 μm, in order to obtain sufficient separation performance and permeated water amount.
ここで、多官能アミンとは、一分子中に少なくとも2個の一級および/または二級アミノ基を有するアミンをいい、例えば、2個のアミノ基がオルト位やメタ位、パラ位のいずれかの位置関係でベンゼンに結合したフェニレンジアミン、キシリレンジアミン、1,3,5−トリアミノベンゼン、1,2,4−トリアミノベンゼン、3,5−ジアミノ安息香酸などの芳香族多官能アミン、エチレンジアミン、プロピレンジアミンなどの脂肪族アミン、1,2−ジアミノシクロヘキサン、1,4−ジアミノシクロヘキサン、ピペラジン、1,3−ビスピペリジルプロパン、4−アミノメチルピペラジンなどの脂環式多官能アミン等を挙げることができる。中でも、膜の選択分離性や透過性、耐熱性を考慮すると、一分子中に2〜4個の一級および/または二級アミノ基を有する芳香族多官能アミンであることが好ましく、このような多官能芳香族アミンとしては、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、1,3,5−トリアミノベンゼンが好適に用いられる。中でも、入手の容易性や取り扱いのしやすさから、m−フェニレンジアミン(以下、m−PDAと記す)を用いることがより好ましい。これらの多官能アミンは、単独で用いても、2種以上を同時に用いてもよい。 Here, the polyfunctional amine refers to an amine having at least two primary and / or secondary amino groups in one molecule. For example, two amino groups are any of ortho, meta, and para positions. Aromatic polyfunctional amines such as phenylenediamine, xylylenediamine, 1,3,5-triaminobenzene, 1,2,4-triaminobenzene and 3,5-diaminobenzoic acid bonded to benzene in the positional relationship of Aliphatic amines such as ethylenediamine and propylenediamine, alicyclic polyfunctional amines such as 1,2-diaminocyclohexane, 1,4-diaminocyclohexane, piperazine, 1,3-bispiperidylpropane and 4-aminomethylpiperazine be able to. Among them, in view of selective separation, permeability, and heat resistance of the membrane, it is preferably an aromatic polyfunctional amine having 2 to 4 primary and / or secondary amino groups in one molecule. As the polyfunctional aromatic amine, m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, and 1,3,5-triaminobenzene are preferably used. Among these, it is more preferable to use m-phenylenediamine (hereinafter referred to as m-PDA) from the standpoint of availability and ease of handling. These polyfunctional amines may be used alone or in combination of two or more.
多官能酸ハロゲン化物とは、一分子中に少なくとも2個のハロゲン化カルボニル基を有する酸ハロゲン化物をいう。例えば、3官能酸ハロゲン化物では、トリメシン酸クロリド、1,3,5−シクロヘキサントリカルボン酸トリクロリド、1,2,4−シクロブタントリカルボン酸トリクロリドなどを挙げることができ、2官能酸ハロゲン化物では、ビフェニルジカルボン酸ジクロリド、アゾベンゼンジカルボン酸ジクロリド、テレフタル酸クロリド、イソフタル酸クロリド、ナフタレンジカルボン酸クロリドなどの芳香族2官能酸ハロゲン化物、アジポイルクロリド、セバコイルクロリドなどの脂肪族2官能酸ハロゲン化物、シクロペンタンジカルボン酸ジクロリド、シクロヘキサンジカルボン酸ジクロリド、テトラヒドロフランジカルボン酸ジクロリドなどの脂環式2官能酸ハロゲン化物を挙げることができる。多官能アミンとの反応性を考慮すると、多官能酸ハロゲン化物は多官能酸塩化物であることが好ましく、また、膜の選択分離性、耐熱性を考慮すると、一分子中に2〜4個の塩化カルボニル基を有する多官能芳香族酸塩化物であることが好ましい。中でも、入手の容易性や取り扱いのしやすさの観点から、トリメシン酸クロリドを用いるとより好ましい。これらの多官能酸ハロゲン化物は、単独で用いても、2種以上を同時に用いてもよい。 The polyfunctional acid halide refers to an acid halide having at least two carbonyl halide groups in one molecule. Examples of trifunctional acid halides include trimesic acid chloride, 1,3,5-cyclohexanetricarboxylic acid trichloride, 1,2,4-cyclobutanetricarboxylic acid trichloride, and bifunctional acid halides include biphenyl dicarboxylic acid. Aromatic difunctional acid halides such as acid dichloride, azobenzene dicarboxylic acid dichloride, terephthalic acid chloride, isophthalic acid chloride, naphthalene dicarboxylic acid chloride, aliphatic difunctional acid halides such as adipoyl chloride, sebacoyl chloride, cyclopentane Examples thereof include alicyclic difunctional acid halides such as dicarboxylic acid dichloride, cyclohexane dicarboxylic acid dichloride, and tetrahydrofuran dicarboxylic acid dichloride. Considering the reactivity with the polyfunctional amine, the polyfunctional acid halide is preferably a polyfunctional acid chloride, and considering the selective separation property and heat resistance of the membrane, 2 to 4 per molecule. The polyfunctional aromatic acid chloride having a carbonyl chloride group is preferred. Among them, it is more preferable to use trimesic acid chloride from the viewpoint of easy availability and easy handling. These polyfunctional acid halides may be used alone or in combination of two or more.
次に、本発明の複合半透膜の製造方法について説明する。 Next, the manufacturing method of the composite semipermeable membrane of this invention is demonstrated.
複合半透膜における分離機能層は、例えば、前述の多官能アミンを含有する水溶液と、多官能酸ハロゲン化物を含有する、水と非混和性の有機溶媒溶液とを用い、微多孔性支持膜の表面で界面重縮合を行うことによりその骨格を形成できる。 The separation functional layer in the composite semipermeable membrane uses, for example, an aqueous solution containing the aforementioned polyfunctional amine and a water-immiscible organic solvent solution containing a polyfunctional acid halide, and a microporous support membrane. The skeleton can be formed by interfacial polycondensation on the surface.
ここで、多官能アミン水溶液における多官能アミンの濃度は0.1〜20重量%の範囲内であることが好ましく、より好ましくは0.5〜15重量%の範囲内である。この範囲であると十分な塩除去性能および透水性を得ることができる。多官能アミン水溶液には、多官能アミンと多官能酸ハロゲン化物との反応を妨害しないものであれば、界面活性剤や有機溶媒、アルカリ性化合物、酸化防止剤などが含まれていてもよい。界面活性剤は、多孔性支持膜表面の濡れ性を向上させ、アミン水溶液と非極性溶媒との間の界面張力を減少させる効果があり、有機溶媒は界面重縮合反応の触媒として働くことがあり、添加することにより界面重宿合反応を効率よく行える場合がある。 Here, the concentration of the polyfunctional amine in the polyfunctional amine aqueous solution is preferably in the range of 0.1 to 20% by weight, more preferably in the range of 0.5 to 15% by weight. In this range, sufficient salt removal performance and water permeability can be obtained. As long as the polyfunctional amine aqueous solution does not interfere with the reaction between the polyfunctional amine and the polyfunctional acid halide, a surfactant, an organic solvent, an alkaline compound, an antioxidant, or the like may be contained. The surfactant has the effect of improving the wettability of the porous support membrane surface and reducing the interfacial tension between the aqueous amine solution and the nonpolar solvent, and the organic solvent may act as a catalyst for the interfacial polycondensation reaction. In some cases, the interfacial double reaction can be efficiently performed by adding them.
界面重縮合を多孔性支持膜上で行うために、まず、上述の多官能アミン水溶液を多孔性支持膜に接触させる。接触は、多孔性支持膜面上に均一にかつ連続的に行うことが好ましい。具体的には、例えば、多官能アミン水溶液を多孔性支持膜にコーティングする方法や多孔性支持膜を多官能アミン水溶液に浸漬する方法を挙げることができる。多孔性支持膜と多官能アミン水溶液との接触時間は、1〜10分間の範囲内であることが好ましく、1〜3分間の範囲内であるとさらに好ましい。 In order to perform interfacial polycondensation on the porous support membrane, first, the above-mentioned polyfunctional amine aqueous solution is brought into contact with the porous support membrane. The contact is preferably performed uniformly and continuously on the porous support membrane surface. Specific examples include a method of coating a porous support membrane with a polyfunctional amine aqueous solution and a method of immersing the porous support membrane in a polyfunctional amine aqueous solution. The contact time between the porous support membrane and the polyfunctional amine aqueous solution is preferably in the range of 1 to 10 minutes, and more preferably in the range of 1 to 3 minutes.
多官能アミン水溶液を多孔性支持膜に接触させた後は、膜上に液滴が残らないように十分に液切りする。十分に液切りすることで、膜形成後に液滴残存部分が膜欠点となって膜性能が低下することを防ぐことができる。液切りの方法としては、例えば、特開平2−78428号公報に記載されているように、多官能アミン水溶液接触後の多孔性支持膜を垂直方向に把持して過剰の水溶液を自然流下させる方法や、エアーノズルから窒素などの気流を吹き付け、強制的に液切りする方法などを用いることができる。また、液切り後、膜面を乾燥させて水溶液の水分を一部除去することもできる。 After bringing the polyfunctional amine aqueous solution into contact with the porous support membrane, the solution is sufficiently drained so that no droplets remain on the membrane. By sufficiently draining the liquid, it is possible to prevent the remaining portion of the liquid droplet from becoming a film defect after the film is formed and deteriorating the film performance. As a method of draining, for example, as described in JP-A-2-78428, a method of allowing an excess aqueous solution to naturally flow down by vertically gripping a porous support membrane after contacting a polyfunctional amine aqueous solution. Alternatively, it is possible to use a method of forcibly removing liquid by blowing an air stream such as nitrogen from an air nozzle. In addition, after draining, the membrane surface can be dried to partially remove water from the aqueous solution.
次いで、多官能アミン水溶液接触後の支持膜に、多官能酸ハロゲン化物を含む有機溶媒溶液を接触させ、界面重縮合により架橋ポリアミド分離機能層の骨格を形成させる。 Next, an organic solvent solution containing a polyfunctional acid halide is brought into contact with the support film after contact with the polyfunctional amine aqueous solution, and a skeleton of a crosslinked polyamide separation functional layer is formed by interfacial polycondensation.
有機溶媒溶液中の多官能酸ハロゲン化物の濃度は、0.01〜10重量%の範囲内であると好ましく、0.02〜2.0重量%の範囲内であるとさらに好ましい。0.01重量%以上とすることで十分な反応速度が得られ、また、10重量%以下とすることで副反応の発生を抑制することができるためである。さらに、この有機溶媒溶液にDMFのようなアシル化触媒を含有させると、界面重縮合が促進され、さらに好ましい。 The concentration of the polyfunctional acid halide in the organic solvent solution is preferably in the range of 0.01 to 10% by weight, and more preferably in the range of 0.02 to 2.0% by weight. This is because a sufficient reaction rate can be obtained when the content is 0.01% by weight or more, and the occurrence of side reactions can be suppressed when the content is 10% by weight or less. Further, it is more preferable to include an acylation catalyst such as DMF in the organic solvent solution, since interfacial polycondensation is promoted.
有機溶媒は、水と非混和性であり、かつ酸ハロゲン化物を溶解し、微多孔性支持膜を破壊しないものが望ましく、アミノ化合物および酸ハロゲン化物に対して不活性であるものであればよい。好ましい例として、n−ヘキサン、n−オクタン、n−デカンなどの炭化水素化合物が挙げられる。 The organic solvent is preferably immiscible with water and dissolves acid halides and does not destroy the microporous support membrane, and may be any one that is inert to amino compounds and acid halides. . Preferred examples include hydrocarbon compounds such as n-hexane, n-octane, and n-decane.
多官能酸ハロゲン化物の有機溶媒溶液のアミノ化合物水溶液相への接触の方法は、多官能アミン水溶液の微多孔性支持膜への被覆方法と同様に行えばよい。 The method of contacting the polyfunctional acid halide organic solvent solution with the amino compound aqueous solution phase may be performed in the same manner as the method of coating the polyfunctional amine aqueous solution on the microporous support membrane.
上述したように、酸ハロゲン化物の有機溶媒溶液を接触させて界面重縮合を行い、多孔性支持膜上に架橋ポリアミドを含む分離機能層を形成したあとは、余剰の溶媒を液切りするとよい。液切りの方法は、例えば、膜を垂直方向に把持して過剰の有機溶媒を自然流下して除去する方法を用いることができる。この場合、垂直方向に把持する時間としては、1〜5分間の間にあることが好ましく、1〜3分間であるとより好ましい。短すぎると分離機能層が完全に形成せず、長すぎると有機溶媒が過乾燥となり欠点が発生しやすく、性能低下を起こしやすい場合がある。 As described above, after the interface polycondensation is performed by bringing the acid halide organic solvent solution into contact with each other and the separation functional layer containing the crosslinked polyamide is formed on the porous support membrane, the excess solvent may be drained. As a method for draining, for example, a method in which a film is held in a vertical direction and excess organic solvent is allowed to flow down and removed can be used. In this case, the time for gripping in the vertical direction is preferably 1 to 5 minutes, more preferably 1 to 3 minutes. If it is too short, the separation functional layer is not completely formed, and if it is too long, the organic solvent is excessively dried and defects are likely to occur, and performance may be deteriorated.
次いで、形成したポリアミド分離機能層をヒドラジンに接触させ、ヒドラジドとする。無水ヒドラジンは毒物であるので、安全性の面から水和物を使用するのが好ましい。ヒドラジンは水やアルコールの溶液として用いてもよい。ヒドラジンとの接触時間は1秒〜10分間の範囲であることが好ましく、10秒〜5分間であるとより好ましい。短すぎると反応が十分に進行せず、長すぎると生産効率が低下してしまう場合がある。 Next, the formed polyamide separation functional layer is brought into contact with hydrazine to form hydrazide. Since anhydrous hydrazine is a toxic substance, it is preferable to use a hydrate from the viewpoint of safety. Hydrazine may be used as a solution of water or alcohol. The contact time with hydrazine is preferably in the range of 1 second to 10 minutes, more preferably 10 seconds to 5 minutes. If it is too short, the reaction does not proceed sufficiently, and if it is too long, the production efficiency may decrease.
次いで、ヒドラジンとしたポリアミド分離機能層に、ヒドラジドと反応して酸アジドを生成する試薬を接触させる。 Next, a reagent that reacts with hydrazide to produce an acid azide is brought into contact with the polyamide separation functional layer formed as hydrazine.
本発明の、ヒドラジドと反応して酸アジドを生成する試薬としては、亜硝酸およびその塩、ニトロシル化合物などの水溶液が挙げられる。亜硝酸やニトロシル化合物の水溶液は気体を発生して分解しやすいので、例えば、亜硝酸塩と酸性溶液との反応によって亜硝酸を逐次生成するのが好ましい。一般に、亜硝酸塩は水素イオンと反応して亜硝酸を生成するが、20℃の水溶液ではpHが7以下、好ましくは5以下、さらに好ましくは4以下で効率よく生成する。中でも、取り扱いの簡便性から水溶液中で塩酸または硫酸と反応させた亜硝酸ナトリウムの水溶液が特に好ましい。 Examples of the reagent of the present invention that reacts with hydrazide to produce an acid azide include aqueous solutions of nitrous acid and its salts, nitrosyl compounds and the like. Since an aqueous solution of nitrous acid or a nitrosyl compound easily generates gas and decomposes, it is preferable to sequentially generate nitrous acid by, for example, a reaction between nitrite and an acidic solution. In general, nitrite reacts with hydrogen ions to produce nitrous acid, but in an aqueous solution at 20 ° C., it is efficiently produced at a pH of 7 or less, preferably 5 or less, more preferably 4 or less. Among these, an aqueous solution of sodium nitrite reacted with hydrochloric acid or sulfuric acid in an aqueous solution is particularly preferable because of easy handling.
ヒドラジドと反応して酸アジドを生成する試薬中の亜硝酸や亜硝酸塩の濃度は、20℃において0.01〜1重量%の範囲であると好ましい。0.01%よりも低い濃度では十分な効果が得られず、1%よりも高い濃度では溶液の取り扱いが困難となる場合がある。 The concentration of nitrous acid or nitrite in the reagent that reacts with hydrazide to produce acid azide is preferably in the range of 0.01 to 1% by weight at 20 ° C. If the concentration is lower than 0.01%, a sufficient effect cannot be obtained, and if the concentration is higher than 1%, it may be difficult to handle the solution.
上述の方法により得られた複合半透膜は、40〜100℃の範囲内、好ましくは60〜100℃の範囲内で1〜10分間、より好ましくは2〜8分間熱水処理する工程などを付加することで、複合半透膜の溶質阻止性能や透水性をより一層向上させることができる。 The composite semipermeable membrane obtained by the above method is subjected to a hydrothermal treatment step in the range of 40 to 100 ° C., preferably in the range of 60 to 100 ° C. for 1 to 10 minutes, more preferably 2 to 8 minutes. By adding, the solute blocking performance and water permeability of the composite semipermeable membrane can be further improved.
また、得られた複合半透膜をさらに酸性水溶液で処理することも性能向上のために効果的である。pH1〜3の酸性水溶液に1〜30分間、より好ましくは1〜10分間接触させると良い。 It is also effective to improve the performance to further treat the obtained composite semipermeable membrane with an acidic aqueous solution. It may be brought into contact with an acidic aqueous solution of pH 1 to 3 for 1 to 30 minutes, more preferably 1 to 10 minutes.
このように形成される本発明の複合半透膜は、プラスチックネットなどの原水流路材と、トリコットなどの透過水流路材と、必要に応じて耐圧性を高めるためのフィルムと共に、多数の孔を穿設した筒状の集水管の周りに巻回され、スパイラル型の複合半透膜エレメントとして好適に用いられる。さらに、このエレメントを直列または並列に接続して圧力容器に収納した複合半透膜モジュールとすることもできる。 The composite semipermeable membrane of the present invention formed in this way has a large number of pores together with a raw water channel material such as a plastic net, a permeate channel material such as tricot, and a film for increasing pressure resistance if necessary. Is wound around a cylindrical water collecting pipe and is suitably used as a spiral composite semipermeable membrane element. Furthermore, a composite semipermeable membrane module in which these elements are connected in series or in parallel and accommodated in a pressure vessel can be obtained.
また、上記の複合半透膜やそのエレメント、モジュールは、それらに原水を供給するポンプや、その原水を前処理する装置などと組み合わせて、流体分離装置を構成することができる。この分離装置を用いることにより、原水を飲料水などの透過水と膜を透過しなかった濃縮水とに分離して、目的にあった水を得ることができる。 In addition, the above-described composite semipermeable membrane, its elements, and modules can be combined with a pump that supplies raw water to them, a device that pretreats the raw water, and the like to form a fluid separation device. By using this separation device, raw water can be separated into permeated water such as drinking water and concentrated water that has not permeated through the membrane, and water suitable for the purpose can be obtained.
流体分離装置の操作圧力は高い方がホウ素除去率は向上するが、運転に必要なエネルギーも増加すること、また、複合半透膜の耐久性を考慮すると、複合半透膜に被処理水を透過する際の操作圧力は、1.0MPa以上、10MPa以下が好ましい。供給水温度は、高くなるとホウ素除去率が低下する場合があるが、低くなるにしたがい膜透過流束も減少するので、5℃以上、45℃以下が好ましい。また、供給水pHは、高くなると供給水中のホウ素がホウ酸イオンに解離するためホウ素除去率が向上するが、海水などの高塩濃度の供給水の場合、マグネシウムなどのスケールが発生する恐れがあり、また、高pH運転による膜の劣化が懸念されるため、中性領域での運転が好ましい。 The higher the operating pressure of the fluid separator, the better the boron removal rate, but the energy required for operation also increases, and considering the durability of the composite semipermeable membrane, water to be treated is added to the composite semipermeable membrane. The operating pressure at the time of permeation is preferably 1.0 MPa or more and 10 MPa or less. As the feed water temperature increases, the boron removal rate may decrease. However, as the supply water temperature decreases, the membrane permeation flux also decreases. Therefore, it is preferably 5 ° C. or higher and 45 ° C. or lower. Further, when the pH of the feed water becomes high, boron in the feed water is dissociated into borate ions, so that the boron removal rate is improved. However, in the case of feed water with a high salt concentration such as sea water, scales such as magnesium may be generated. In addition, since there is a concern about membrane deterioration due to high pH operation, operation in a neutral region is preferable.
以下に実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によってなんら限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to these examples.
実施例および比較例における膜の特性は、複合半透膜に、温度25℃、pH6.5に調整した海水(TDS濃度約3.5%)を操作圧力5.5MPaで供給して膜ろ過処理を行ない、透過水、供給水の水質を測定することにより求めた。 The membrane characteristics in the examples and comparative examples are membrane filtration treatment by supplying seawater (TDS concentration of about 3.5%) adjusted to a temperature of 25 ° C. and pH 6.5 to the composite semipermeable membrane at an operating pressure of 5.5 MPa. And the quality of permeated water and feed water was measured.
(脱塩率(TDS除去率))
TDS除去率(%)=100×{1−(透過水中のTDS濃度/供給水中のTDS濃度)}
(膜透過流束)
供給水(海水)が膜透過した水量を、膜面1平方メートル当たり、1日あたりの透水量(立方メートル)でもって表した(m3/m2・日)。
(Desalination rate (TDS removal rate))
TDS removal rate (%) = 100 × {1- (TDS concentration in permeated water / TDS concentration in feed water)}
(Membrane permeation flux)
The amount of water that the feed water (seawater) permeated through the membrane was expressed as the amount of water per cubic meter (m 3 / m 2 · day) per square meter of membrane surface.
(TDS透過係数)
「膜処理技術大系」、上巻、p171、中垣 正幸 監修,フジテクノシステム(1991)記載の以下の計算式から求めた。
TDS透過係数(m/s)={(100−TDS除去率)/TDS除去率}×膜透過流束×115.7×10−7
(膜組成評価方法)
分離機能層中における上記式(1)で表される置換基の存在は、分離機能層を支持膜から剥離させたものに対して、固体NMRスペクトルを測定したり、あるいは強アルカリ水溶液で加熱することにより加水分解した試料のHPLC測定や1H−NMRスペクトル測定をしたりすることによって分析ができる。
(TDS transmission coefficient)
It calculated | required from the following calculation formulas of "Membrane processing technology large series", the first volume, p171, the supervision of Masayuki Nakagaki, and the Fuji techno system (1991).
TDS permeability coefficient (m / s) = {(100−TDS removal rate) / TDS removal rate} × membrane permeation flux × 115.7 × 10 −7
(Film composition evaluation method)
The presence of the substituent represented by the above formula (1) in the separation functional layer is obtained by measuring a solid NMR spectrum or heating with a strong alkaline aqueous solution for the separation functional layer peeled from the support membrane. The sample can be analyzed by performing HPLC measurement or 1 H-NMR spectrum measurement of the hydrolyzed sample.
(実施例1)
ポリエステル不織布(通気度0.5〜1cc/cm2・sec)上にポリスルホンの15.3重量%DMF溶液を200μmの厚みで室温(25℃)でキャストし、ただちに純水中に浸漬して5分間放置することによって微多孔性支持膜を作製した。
Example 1
A 15.3% by weight DMF solution of polysulfone was cast on a polyester non-woven fabric (air permeability 0.5 to 1 cc / cm 2 · sec) to a thickness of 200 μm at room temperature (25 ° C.) and immediately immersed in pure water 5 A microporous support membrane was prepared by leaving for a minute.
このようにして得られた微多孔性支持膜(厚さ210〜215μm)を、m−PDAの3.4重量%水溶液中に2分間浸漬し、該支持膜を垂直方向にゆっくりと引き上げ、エアーノズルから窒素を吹き付け支持膜表面から余分な水溶液を取り除いた後、トリメシン酸クロリド(以下TMCという)0.15重量%を含むn−デカン溶液を表面が完全に濡れるように塗布して1分間静置した。次に、膜から余分な溶液を除去するために膜を1分間垂直に把持して液切りした。その後、ヒドラジン1水和物を10%含むイソプロピルアルコール溶液を表面が完全に濡れるように塗布して2分間静置し、窒素を吹き付けて余分な溶液を除去した。次いで、硫酸でpH3に調整した0.3重量%の亜硝酸ナトリウムを含む水溶液に1分間浸漬し、90℃の熱水で2分間処理して複合半透膜を得た。 The microporous support membrane (thickness 210 to 215 μm) thus obtained was immersed in a 3.4 wt% aqueous solution of m-PDA for 2 minutes, the support membrane was slowly pulled up in the vertical direction, and air Nitrogen was blown from the nozzle to remove excess aqueous solution from the surface of the support membrane, and then an n-decane solution containing 0.15% by weight of trimesic acid chloride (hereinafter referred to as TMC) was applied so that the surface was completely wetted and allowed to stand for 1 minute. I put it. Next, in order to remove excess solution from the membrane, the membrane was held vertically for 1 minute and drained. Thereafter, an isopropyl alcohol solution containing 10% of hydrazine monohydrate was applied so that the surface was completely wet and allowed to stand for 2 minutes, and nitrogen was blown to remove excess solution. Subsequently, it was immersed in an aqueous solution containing 0.3% by weight of sodium nitrite adjusted to pH 3 with sulfuric acid for 1 minute and treated with hot water at 90 ° C. for 2 minutes to obtain a composite semipermeable membrane.
得られた複合半透膜を評価したところ、膜透過流束、TDS除去率はそれぞれ表1に示す値であった。 When the obtained composite semipermeable membrane was evaluated, the membrane permeation flux and the TDS removal rate were the values shown in Table 1, respectively.
(比較例1)
ポリアミド分離機能層をヒドラジンと接触させないこと、および、亜硝酸ナトリウム水溶液と接触させないこと以外は実施例1と同様の工程により膜を作成した。評価結果を表1に示す。
(Comparative Example 1)
A membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that the polyamide separation functional layer was not contacted with hydrazine and was not contacted with an aqueous sodium nitrite solution. The evaluation results are shown in Table 1.
(比較例2)
ポリアミド分離機能層を亜硝酸ナトリウムと接触させないこと以外は実施例1と同様の工程により膜を作成した。評価結果を表1に示す。
(Comparative Example 2)
A membrane was prepared by the same process as in Example 1 except that the polyamide separation functional layer was not brought into contact with sodium nitrite. The evaluation results are shown in Table 1.
(比較例3)
ポリアミド分離機能層をヒドラジンと接触させないこと以外は実施例1と同様の工程により膜を作成した。評価結果を表1に示す。
(Comparative Example 3)
A membrane was prepared by the same process as in Example 1 except that the polyamide separation functional layer was not contacted with hydrazine. The evaluation results are shown in Table 1.
本発明の処理方法および製造方法は、特に、かん水や海水の脱塩に有用な半透膜の製造に好適に用いることができる。 The treatment method and the production method of the present invention can be suitably used particularly for the production of a semipermeable membrane useful for desalination of brine or seawater.
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- 2008-03-17 JP JP2008067218A patent/JP2009220023A/en active Pending
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