JP2010099549A - Manufacturing method of composite semi-permeable membrane - Google Patents
Manufacturing method of composite semi-permeable membrane Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010099549A JP2010099549A JP2008270597A JP2008270597A JP2010099549A JP 2010099549 A JP2010099549 A JP 2010099549A JP 2008270597 A JP2008270597 A JP 2008270597A JP 2008270597 A JP2008270597 A JP 2008270597A JP 2010099549 A JP2010099549 A JP 2010099549A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- membrane
- functional layer
- separation functional
- composite semipermeable
- polyfunctional
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
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との2種類がある。なかでも、多官能アミンと多官能酸ハロゲン化物との重縮合反応によって得られる架橋ポリアミドからなる分離機能層を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。しかしながら、これらの処理方法には透水性が向上する一方でホウ素などの溶質除去性が低下する問題点があった。
本発明は、高い溶質除去性と高い水透過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 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。
(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アンモニアと接触させる工程B、さらにイソシアナート化試薬と接触させる工程Cを含むことを特徴とする複合半透膜の製造方法。
(2)前記イソシアナート化試薬がハロゲンのアルカリ水溶液であることを特徴とする上記(1)に記載の複合半透膜の製造方法。
(3)工程Cの後にイソシアナートを加水分解する工程Dを含む上記(1)または(2)に記載の複合半透膜の製造方法。
To achieve the above object, the present invention has the following configuration.
(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 method for producing a composite semipermeable membrane, comprising A, a step B in which the polyamide separation functional layer is brought into contact with ammonia, and a step C in which the polyamide separation functional layer is brought into contact with an isocyanate reagent.
(2) The method for producing a composite semipermeable membrane as described in (1) above, wherein the isocyanate reagent is an alkaline aqueous solution of halogen.
(3) The method for producing a composite semipermeable membrane according to the above (1) or (2), comprising the step D of hydrolyzing the isocyanate 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と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 both high solute removal properties and high water permeability can be obtained.
本発明は、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、前記ポリアミド分離機能層をアンモニアと接触させる工程、さらにイソシアナート化試薬と接触させる工程を有する。 The present invention relates to 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 step, a step of bringing the polyamide separation functional layer into contact with ammonia, and a step of bringing into contact with an isocyanate reagent.
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。 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 film having a micropore size of 0.1 nm or more and 100 nm or less on the surface to be formed is preferable.
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である基材により強化された多孔性支持体が用いられる。多孔性支持体の素材としては、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、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。 The material used for the microporous support membrane and the shape thereof are not particularly limited. For example, a porous support reinforced with a base material that is a fabric mainly composed of at least one selected from polyester or aromatic polyamide is used. . As the material for the porous support, polysulfone, cellulose acetate, polyvinyl chloride, or a mixture thereof is preferably used, and 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.
上記の微多孔性支持膜の厚みは、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 microporous support membrane 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.
微多孔性支持膜の形態は、走査型電子顕微鏡や透過型電子顕微鏡、原子間顕微鏡により観察できる。例えば走査型電子顕微鏡で観察するのであれば、基材から微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 microporous support membrane 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, after peeling off the microporous support from the base material, it is 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.
本発明において、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。ここで、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。 In the present invention, the polyamide constituting the separation functional layer can be formed by interfacial polycondensation of a polyfunctional amine and a polyfunctional acid halide. Here, 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環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, 3,5-diaminobenzoic acid, etc. Aliphatic amines such as ethylenediamine, propylenediamine, alicyclic polyfunctional amines such as 1,2-diaminocyclohexane, 1,4-diaminocyclohexane, piperazine, 1,3-bispiperidylpropane, 4-aminomethylpiperazine, etc. Can be mentioned. 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 bifunctional 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、微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 microporous support membrane surface and reducing the interfacial tension between the aqueous amine solution and the nonpolar solvent, and the organic solvent can act as a catalyst for the interfacial polycondensation reaction. In some cases, the interfacial double reaction can be carried out efficiently by adding them.
界面重縮合を微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微多孔性支持膜に接触させる。接触は、微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微多孔性支持膜にコーティングする方法や微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。微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 microporous support membrane, first, the above-mentioned polyfunctional amine aqueous solution is brought into contact with the microporous support membrane. The contact is preferably performed uniformly and continuously on the surface of the microporous support membrane. Specific examples include a method of coating a polyfunctional amine aqueous solution on a microporous support membrane and a method of immersing the microporous support membrane in a polyfunctional amine aqueous solution. The contact time between the microporous support membrane and the polyfunctional amine aqueous solution is preferably within a range of 1 to 10 minutes, and more preferably within a range of 1 to 3 minutes.
多官能アミン水溶液を微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微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 microporous 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 for draining, for example, as described in JP-A-2-78428, the microporous support membrane after contacting with the polyfunctional amine aqueous solution is vertically gripped to allow the excess aqueous solution to flow down naturally. A method or a method of forcibly draining an air stream such as nitrogen from an air nozzle can be used. 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微多孔性支持膜に、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 microporous support membrane after contact with the polyfunctional amine aqueous solution, and a skeleton of the 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、かつ多官能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、多官能アミン化合物および多官能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 the polyfunctional acid halide and does not break the microporous support membrane, and is inert to the polyfunctional amine compound and the polyfunctional acid halide. If there is something. 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多官能アミン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 for contacting the polyfunctional acid halide organic solvent solution with the polyfunctional amine compound aqueous solution phase may be the same as the method for coating the polyfunctional amine aqueous solution on the microporous support membrane.
上述したように、多官能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、微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。 As described above, after interfacial polycondensation is performed by contacting an organic solvent solution of a polyfunctional acid halide to form a separation functional layer containing a crosslinked polyamide on a microporous support membrane, excess solvent is drained off. Good. 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 will not be completely formed, and if it is too long, the organic solvent will be overdried and defects will easily occur and performance will be deteriorated.
次いで、形成したポリアミド分離機能層をアンモニアと接触させる。この工程により多官能酸ハロゲン化物のハロゲン化カルボニル基で重合時に反応しなかった官能基が一級アミドへと変換される。アンモニアは水および/またはアルコールを溶媒とする溶液として使用される。アンモニア溶液の濃度は0.1〜30重量%の範囲であると好ましい。0.1%よりも低い濃度では十分な効果が得られず、30%よりも高い濃度では溶液の取り扱いが困難となる。ポリアミド分離機能層とアンモニアとの接触時間は1秒〜10分間の範囲であることが好ましい。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。 Next, the formed polyamide separation functional layer is brought into contact with ammonia. By this step, the functional group that did not react during polymerization with the carbonyl halide group of the polyfunctional acid halide is converted to a primary amide. Ammonia is used as a solution using water and / or alcohol as a solvent. The concentration of the ammonia solution is preferably in the range of 0.1 to 30% by weight. If the concentration is lower than 0.1%, a sufficient effect cannot be obtained, and if the concentration is higher than 30%, it becomes difficult to handle the solution. The contact time between the polyamide separation functional layer and ammonia is preferably in the range of 1 second to 10 minutes. If it is too short, the reaction does not proceed sufficiently.
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.
続いて、ポリアミド分離機能層を一級アミドと反応してイソシアナートを生成する試薬と接触させる。一級アミドをイソシアナートへ変換する化学反応はHofmann転位反応として一般に知られており、本発明におけるイソシアナートの生成法はこれに基づくものである。すなわち、イソシアナートを生成する試薬としてはハロゲンのアルカリ水溶液が用いられ、ハロゲンとして臭素、次亜鉛素酸塩、次亜塩素酸などが好適に用いられる。 Subsequently, the polyamide separation functional layer is brought into contact with a reagent that reacts with a primary amide to produce an isocyanate. A chemical reaction for converting a primary amide to an isocyanate is generally known as a Hofmann rearrangement reaction, and the method for producing an isocyanate in the present invention is based on this. That is, an alkaline aqueous solution of halogen is used as a reagent for generating an isocyanate, and bromine, hypozinc acid salt, hypochlorous acid, or the like is preferably used as the halogen.
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。この工程によって比較的不安定な化学構造であるイソシアナートを加水分解し、ポリアミド分離機能層を安定化することができる。該加水分解を効率的に行うためには薬品の取扱い性および生産効率の点から、ポリアミド分離機能層をpH1〜3の酸性水溶液に1〜30分間接触させるのが適当である。酸としてはpH制御の容易な塩酸や硫酸などの鉱酸が好ましく用いられるが、水溶性の酸であればこれらに限られるものではない。 It is also effective to improve the performance to further treat the obtained composite semipermeable membrane with an acidic aqueous solution. By this step, isocyanate having a relatively unstable chemical structure can be hydrolyzed, and the polyamide separation functional layer can be stabilized. In order to carry out the hydrolysis efficiently, it is appropriate to bring the polyamide separation functional layer into contact with an acidic aqueous solution having a pH of 1 to 3 for 1 to 30 minutes from the viewpoint of handling of chemicals and production efficiency. As the acid, a mineral acid such as hydrochloric acid or sulfuric acid whose pH is easily controlled is preferably used.
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塩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、高くなると塩除去率が低下するが、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 higher the salt 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 rises, the salt removal rate decreases, but as the feed water temperature decreases, the membrane permeation flux also decreases. In addition, when the pH of the feed water becomes high, scales such as magnesium may be generated in the case of feed water with a high salt concentration such as seawater, and there is a concern about deterioration of the membrane due to high pH operation. Is preferred.
本発明に係る複合半透膜によって処理される原水としては、海水、かん水、排水等の500mg/L〜100g/LのTDSを含有する液状混合物が挙げられる。一般に、TDSは総溶解固形分量を指し、「質量÷体積」あるいは「重量比」で表される。定義によれば、0.45ミクロンのフィルターで濾過した溶液を39.5〜40.5℃の温度で蒸発させ残留物の重さから算出できるが、より簡便には実用塩分(S)から換算する。 Examples of raw water treated by the composite semipermeable membrane according to the present invention include liquid mixtures containing 500 mg / L to 100 g / L TDS, such as seawater, brine, and waste water. In general, TDS refers to the total dissolved solid content, and is expressed as “mass ÷ volume” or “weight ratio”. According to the definition, the solution filtered through a 0.45 micron filter can be calculated from the weight of the residue by evaporating at a temperature of 39.5 to 40.5 ° C., but more simply converted from practical salt (S) To do.
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)}
(ホウ素除去率)
供給水と透過水中のホウ素濃度をICP発光分析装置で分析し、次の式から求めた。
ホウ素除去率(%)=100×{1−(透過水中のホウ素濃度/供給水中のホウ素濃度)}
(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/d)。
(Desalination rate (TDS removal rate))
TDS removal rate (%) = 100 × {1- (TDS concentration in permeated water / TDS concentration in feed water)}
(Boron removal rate)
The boron concentration in the feed water and the permeated water was analyzed with an ICP emission analyzer, and obtained from the following equation.
Boron removal rate (%) = 100 × {1− (boron concentration in permeated water / boron 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 day (m 3 / m 2 / d) per square meter of membrane surface (m 3 / m 2 / d).
(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 wt% DMF solution of polysulfone was cast on a polyester nonwoven fabric (air permeability 0.5 to 1 cc / cm 2 / sec) at a room temperature (25 ° C.) to a thickness of 200 μm, 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。つづいて、複合半透膜を5.0重量%のアンモニアと10.0重量%のイソプロピルアルコールを含む水溶液に2分間浸漬した。その後、水酸化ナトリウムでpH12とした1.0mmol/Lの臭素水溶液に1分間浸漬し、90℃の熱水で2分間洗浄した。 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. Subsequently, the composite semipermeable membrane was immersed in an aqueous solution containing 5.0 wt% ammonia and 10.0 wt% isopropyl alcohol for 2 minutes. Then, it was immersed in a 1.0 mmol / L bromine aqueous solution adjusted to pH 12 with sodium hydroxide for 1 minute and washed with hot water at 90 ° C. for 2 minutes.
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、ホウ素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, TDS removal rate, and boron 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アンモニア溶液および臭素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 by the same process as in Example 1 except that the polyamide separation functional layer was not brought into contact with the ammonia solution and the bromine solution. The evaluation results are shown in Table 1.
(比較例2)
ポリアミド分離機能層をアンモニア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 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 the ammonia solution. The evaluation results are shown in Table 1.
(比較例3)
ポリアミド分離機能層を臭素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 3)
A membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that the polyamide separation functional layer was not brought into contact with the bromine solution. The evaluation results are shown in Table 1.
(比較例4)
ポリアミド分離機能層に接触させる臭素溶液が臭素を含ま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 4)
A membrane was prepared by the same process as in Example 1 except that the bromine solution brought into contact with the polyamide separation functional layer did not contain bromine. The evaluation results are shown in Table 1.
(比較例5)
実施例1と同様の工程により製膜した多孔性支持膜を、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、TMC0.15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、室温で30秒間風乾した後、90℃の熱水で2分間洗浄した。最後に、硫酸でpH3とした2000ppmの亜硝酸ナトリウム水溶液に35秒間浸漬し、ポリアミド複合半透膜を得た。評価結果を表1に示す。
(Comparative Example 5)
A porous support membrane formed by the same process as in Example 1 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 nitrogen was removed from the air nozzle. After removing the excess aqueous solution from the surface of the spray supporting film, an n-decane solution containing 0.15% by weight of TMC was applied so that the surface was completely wetted and allowed to stand for 1 minute. Next, in order to remove excess solution from the membrane, the membrane was vertically held for 1 minute to drain, air-dried at room temperature for 30 seconds, and then washed with hot water at 90 ° C. for 2 minutes. Finally, it was immersed in a 2000 ppm sodium nitrite aqueous solution adjusted to pH 3 with sulfuric acid for 35 seconds to obtain a polyamide composite semipermeable membrane. The evaluation results are shown in Table 1.
(比較例6)
実施例1と同様の工程により製膜した多孔性支持膜を、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、TMC0.15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、室温で30秒間風乾した。つづいて、膜を90℃の熱水で2分間洗浄した後、pH7に調整した200ppmの次亜塩素酸ナトリウム水溶液に2分間浸漬した。最後に、95℃の熱水で2分間洗浄してポリアミド複合半透膜を得た。評価結果を表1に示す。
(Comparative Example 6)
A porous support membrane formed by the same process as in Example 1 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 nitrogen was removed from the air nozzle. After removing the excess aqueous solution from the surface of the spray supporting film, an n-decane solution containing 0.15% by weight of TMC was applied so that the surface was completely wetted and allowed to stand for 1 minute. Next, in order to remove excess solution from the membrane, the membrane was vertically held for 1 minute to drain, and air dried at room temperature for 30 seconds. Subsequently, the membrane was washed with hot water at 90 ° C. for 2 minutes, and then immersed in a 200 ppm sodium hypochlorite aqueous solution adjusted to pH 7 for 2 minutes. Finally, it was washed with hot water at 95 ° C. for 2 minutes to obtain a polyamide composite semipermeable membrane. The evaluation results are shown in Table 1.
以上のように、本発明の製造方法により得られる複合半透膜は、既存の製造方法では達成することのできなかった高い溶質除去性と高い水透過性を有している。 As described above, the composite semipermeable membrane obtained by the production method of the present invention has high solute removability and high water permeability that could not be achieved by existing production methods.
本発明の製造方法は、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。 Especially the manufacturing method of this invention can be used suitably for manufacture of the semipermeable membrane useful for desalination of brine or seawater.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008270597A JP5062136B2 (en) | 2008-10-21 | 2008-10-21 | Manufacturing method of composite semipermeable membrane |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008270597A JP5062136B2 (en) | 2008-10-21 | 2008-10-21 | Manufacturing method of composite semipermeable membrane |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010099549A true JP2010099549A (en) | 2010-05-06 |
JP5062136B2 JP5062136B2 (en) | 2012-10-31 |
Family
ID=42290672
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008270597A Expired - Fee Related JP5062136B2 (en) | 2008-10-21 | 2008-10-21 | Manufacturing method of composite semipermeable membrane |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5062136B2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012090862A1 (en) * | 2010-12-28 | 2012-07-05 | 東レ株式会社 | Composite semipermeable membrane |
WO2012137635A1 (en) * | 2011-04-01 | 2012-10-11 | 東レ株式会社 | Composite semipermeable membrane, composite semipermeable membrane element, and method for manufacturing composite semipermeable membrane |
JP2015515372A (en) * | 2012-04-09 | 2015-05-28 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | Thin film composite membrane structure |
-
2008
- 2008-10-21 JP JP2008270597A patent/JP5062136B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012090862A1 (en) * | 2010-12-28 | 2012-07-05 | 東レ株式会社 | Composite semipermeable membrane |
JPWO2012090862A1 (en) * | 2010-12-28 | 2014-06-05 | 東レ株式会社 | Composite semipermeable membrane |
JP6136266B2 (en) * | 2010-12-28 | 2017-05-31 | 東レ株式会社 | Composite semipermeable membrane |
WO2012137635A1 (en) * | 2011-04-01 | 2012-10-11 | 東レ株式会社 | Composite semipermeable membrane, composite semipermeable membrane element, and method for manufacturing composite semipermeable membrane |
JP5978998B2 (en) * | 2011-04-01 | 2016-08-24 | 東レ株式会社 | Composite semipermeable membrane, composite semipermeable membrane element, and method for producing composite semipermeable membrane |
JP2015515372A (en) * | 2012-04-09 | 2015-05-28 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | Thin film composite membrane structure |
US10112153B2 (en) | 2012-04-09 | 2018-10-30 | 3M Innovative Properties Company | Thin film composite membrane structures |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5062136B2 (en) | 2012-10-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6136266B2 (en) | Composite semipermeable membrane | |
JP5895838B2 (en) | Separation membrane element and method for producing composite semipermeable membrane | |
JP5696361B2 (en) | Composite semipermeable membrane and method for producing the same | |
JP2011078980A (en) | Composite semipermeable membrane and manufacturing method of the same | |
JP2010094641A (en) | Method of treating composite semipermeable film | |
WO2016002821A1 (en) | Composite semipermeable membrane | |
WO2012137635A1 (en) | Composite semipermeable membrane, composite semipermeable membrane element, and method for manufacturing composite semipermeable membrane | |
KR102293090B1 (en) | Composite semipermeable membrane | |
JP2008080187A (en) | Composite semipermeable membrane and use thereof | |
JP5287353B2 (en) | Composite semipermeable membrane | |
JP5177056B2 (en) | Composite semipermeable membrane | |
JP5062136B2 (en) | Manufacturing method of composite semipermeable membrane | |
JP2009226320A (en) | Composite semi-permeable membrane and its manufacturing method | |
JP2009262089A (en) | Manufacturing method of composite semi-permeable membrane | |
JP2005095856A (en) | Compound semi-permeable membrane and production method therefor | |
JP5120006B2 (en) | Manufacturing method of composite semipermeable membrane | |
JP2013223861A (en) | Composite diaphragm | |
JP2006102624A (en) | Reverse osmosis membrane and its manufacturing method | |
JP2012143750A (en) | Method for producing composite semi-permeable membrane | |
JP2016010771A (en) | Composite semipermeable membrane | |
JP2009078218A (en) | Method of manufacturing composite semi-permeable membrane | |
JP2009011891A (en) | Manufacturing method of composite semi-permeable membrane | |
JP2009220023A (en) | Method for manufacturing composite semi-permeable membrane | |
JP5050335B2 (en) | Manufacturing method of composite semipermeable membrane | |
JP4872800B2 (en) | Method for treating composite semipermeable membrane and method for producing salt-treated composite semipermeable membrane |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110915 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120307 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120508 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120613 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120710 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120723 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150817 Year of fee payment: 3 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |