JP2011255312A - Forward osmosis device and forward osmosis method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、順浸透法（ＦＯ法）および、該ＦＯ法による分離および／または濃縮を行うことが可能な順浸透装置（ＦＯ装置）に関する。 The present invention relates to a forward osmosis method (FO method) and a forward osmosis device (FO device) capable of performing separation and / or concentration by the FO method.
水不足は、世界中の乾燥地域や人口密度の高い地域において深刻な問題となっている。そこで、海水から塩を除去する海水処理技術が求められている。 Water shortages are a serious problem in dry and densely populated areas around the world. Thus, there is a need for seawater treatment technology that removes salt from seawater.
海水処理技術としては、膜処理法が知られており、該膜処理法では、通常、半透膜が用いられる。半透膜は、特定の大きさ以下の分子やイオンのみを透過させる膜として知られ、例えば、海水中の水は透過させるが塩は透過させない膜である。そして、溶質濃度が互いに異なる２種の溶液を、半透膜を隔てて接触させると、両溶液間に浸透圧差が生じ、溶質濃度が低い側、すなわち、浸透圧の低い側の溶液の溶媒が、溶質濃度が高い側、すなわち、浸透圧の高い側へ浸透する。この浸透現象は、理論的には、浸透圧差がゼロになる段階まで続く。例えば、海水と水とを半透膜を隔てて接触させた場合、水が海水側へ浸透して、平衡状態を形成しようとする。
このような半透膜を利用した膜処理法として、逆浸透法（ＲＯ法）と順浸透法（ＦＯ法）が知られている。
As a seawater treatment technique, a membrane treatment method is known, and a semipermeable membrane is usually used in the membrane treatment method. The semipermeable membrane is known as a membrane that allows only molecules and ions having a specific size or less to permeate. For example, the semipermeable membrane is a membrane that allows water in seawater to permeate but does not permeate salt. When two kinds of solutions having different solute concentrations are brought into contact with each other across the semipermeable membrane, an osmotic pressure difference is generated between the two solutions, and the solvent of the solution having the lower solute concentration, that is, the lower osmotic pressure side, is It penetrates to the higher solute concentration side, that is, the higher osmotic pressure side. This osmosis phenomenon theoretically continues until the osmotic pressure difference becomes zero. For example, when seawater and water are brought into contact with each other across a semipermeable membrane, the water permeates into the seawater and tries to form an equilibrium state.
As membrane treatment methods using such a semipermeable membrane, a reverse osmosis method (RO method) and a forward osmosis method (FO method) are known.
ＲＯ法は、浸透圧の高い側から浸透圧の低い側へ水等の低分子成分を逆行して浸透させる技術である。このような逆浸透を起こさせるため、ＲＯ法では、浸透圧が高い側に、両溶液の浸透圧差を超える高い圧力を印加する。例えば、海水から水を分離する場合、海水と水とを半透膜を隔てて接触させ、海水側に、海水と水の浸透圧差を超える圧力、通常は、該浸透圧差をはるかに上回る圧力を印加して、海水中の水を水側に浸透させる。 The RO method is a technique in which low molecular components such as water are permeated in reverse from a high osmotic pressure side to a low osmotic pressure side. In order to cause such reverse osmosis, in the RO method, a high pressure exceeding the osmotic pressure difference between the two solutions is applied to the side where the osmotic pressure is high. For example, when separating water from seawater, seawater and water are brought into contact with each other across a semipermeable membrane, and the seawater side is subjected to a pressure exceeding the osmotic pressure difference, usually far above the osmotic pressure difference. Apply and allow water in seawater to permeate into the water side.
これに対し、ＦＯ法は、特許文献１および特許文献２においても開示されているとおり、浸透圧の高いドロー溶液（draw溶液）を用いて、人為的に、２種の溶液間に浸透圧差を生じさせて溶媒を移動させる方法である。具体的には、原料溶液であるフィード溶液（feed溶液）と、該フィード溶液より浸透圧の高いドロー溶液とを半透膜を隔てて接触させる。そうすると、両溶液の浸透圧差により、フィード溶液の溶媒がドロー溶液側へ浸透する。その後、ドロー溶液中の溶質成分を揮発させて回収することにより、フィード溶液の溶媒を分取する。また、逆に、濃縮されたフィード溶液を分取する場合もある。
以下に、海水から水を分離する場合の一例を図１に従って説明する。
図１は、ＦＯ法を利用した海水処理装置の一例を示したものであって、実線の矢印は海水または海水から分離された水１１の流れを、点線はドロー溶液またはドロー溶液の溶質１２の流れを、それぞれ示している。最初に、海水１１とドロー溶液１２とが、半透膜１３を介して接触する。海水１１中の水は、半透膜１３を介して、ドロー溶液１２側に浸透する。そして、蒸留塔１４中において、海水の水によって希釈されたドロー溶液からドロー溶液の溶質成分を揮発させることによって、水１６と、ドロー溶液の溶質成分１５とに分離する。ドロー溶液の溶質成分１５は、ガス吸収器１７を得てガス化された後、希釈されたドロー溶液に溶解され、ドロー溶液１２として再利用される。尚、１８は圧力計である。
On the other hand, as disclosed in Patent Document 1 and
Below, an example in the case of isolate | separating water from seawater is demonstrated according to FIG.
FIG. 1 shows an example of a seawater treatment apparatus using the FO method, where solid arrows indicate the flow of
このように、ＲＯ法とＦＯ法は、半透膜を利用する点では共通するが、そのメカニズムは全く異なっている。そのため、ＲＯ法に用いられる逆浸透膜（ＲＯ膜）と、ＦＯ法に用いられる順浸透膜（ＦＯ膜）に求められる機能も大きく異なっている。
半透膜部分については、膜厚が薄いほど水の透過速度が向上し、実用的な透過速度を達成するために、どちらの場合も半透膜も膜厚は１μｍ以下と非常に薄い。ここで、半透膜が極薄であるため半透膜を支持体により保持する必要がある。
この支持体部分について、ＲＯ法では、浸透圧差をはるかに上回る高い圧力を印加して逆浸透を起こさせるため、支持体付与により半透膜に高い圧力耐性を持たせる必要がある。従って支持体は精密ろ過膜と不織布の積層構造のように、非常に孔径が小さく、膜厚も厚いものが必要となる。
これに対し、ＦＯ法では、溶液の濃度差が浸透の駆動力となるため、半透膜近傍における濃度勾配が重要なポイントとなる。図２は、ＦＯ膜の一般的な構成を示す概略図であって、２１はフィード溶液側を、２２はドロー溶液側を、２３は半透膜を、２４は支持体を示している。また、矢印は、フィード溶液の溶媒の流れを示している。また、図２では、支持体２４はドロー溶液側２２に設けられているが、フィード溶液側２１に設けられている場合や両側に設けられている場合もある。ここで、支持体２４にＲＯ膜と同様のものを用いると、支持体中では、溶質成分の拡散が大きく低下する。この拡散の遅れは、支持体中での溶質濃度のさらなる低下を引き起こす。この現象を濃度分極といい、これにより、フィード溶液とドロー溶液の浸透圧差が大きく低下し、水の透過流速も減少してしまう。例えば、海水を、二酸化炭素とアンモニアを含むドロー溶液を用いて処理する場合、海水側の半透膜近傍では塩由来のナトリウムイオンや塩化物イオンの濃度が高くなり、ドロー溶液側の半透膜近傍では、特に支持体中では、二酸化炭素由来の炭酸イオンやアンモニア由来のアンモニウムイオンの濃度が低くなって、浸透圧差が小さくなり、海水中の水が半透膜を浸透しにくくなる。
従って、半透膜の両方の側において、このような濃度分極を抑制し、かつ、必要な強度を有するＦＯ膜が求められる。
Thus, the RO method and the FO method are common in that a semipermeable membrane is used, but their mechanisms are completely different. Therefore, the functions required for the reverse osmosis membrane (RO membrane) used in the RO method and the forward osmosis membrane (FO membrane) used in the FO method are also greatly different.
As for the semipermeable membrane portion, the thinner the film thickness, the higher the water permeation rate. In order to achieve a practical permeation rate, the thickness of the semipermeable membrane is 1 μm or less. Here, since the semipermeable membrane is extremely thin, it is necessary to hold the semipermeable membrane by the support.
In this RO method, in the RO method, a high pressure far exceeding the osmotic pressure difference is applied to cause reverse osmosis, so it is necessary to give the semipermeable membrane a high pressure resistance by applying the support. Therefore, the support is required to have a very small pore diameter and a large film thickness like a laminated structure of a microfiltration membrane and a nonwoven fabric.
On the other hand, in the FO method, the concentration gradient in the vicinity of the semipermeable membrane is an important point because the concentration difference of the solution becomes the driving force for permeation. FIG. 2 is a schematic view showing a general configuration of the FO membrane, in which 21 is a feed solution side, 22 is a draw solution side, 23 is a semipermeable membrane, and 24 is a support. Moreover, the arrow has shown the flow of the solvent of feed solution. In FIG. 2, the
Therefore, on both sides of the semipermeable membrane, there is a need for an FO membrane that suppresses such concentration polarization and has the required strength.
これに対し、ＦＯ法については、特許文献３が知られている。これは、ＦＯ膜の基礎技術が開示されたものであり、古典的なフェロシアン化銅膜を用い、順浸透法を行っている。この用法では、上記の濃度分極の問題が顕著となり、透過流速が劣ってしまう。その後、ＦＯ法については、研究が殆ど行われてこなかった。しかしながら、近年、環境問題が重要視されるようになっており、エネルギーの再利用の観点からＦＯ法を活用することが求められつつある。すなわち、ＦＯ法では、エネルギーは、実質的には、上述のドロー溶液の分離のための蒸留の段階で使われる熱エネルギーのみであり、圧力を印加して浸透を促進させるＲＯ法に比べて、電気エネルギーをほとんど使用しない。従って、ＦＯ法で用いるエネルギーは、排エネルギーの利用が見込め、ＦＯ法のさらなる開発が望まれる。
On the other hand,
本発明は、上記課題を解決するものであって、ＦＯ装置およびＦＯ法において、ＦＯ膜に生じる濃度分極とＦＯ膜の膜強度に関する問題を解決することを目的とする。 The present invention solves the above-described problems, and an object of the present invention is to solve problems related to concentration polarization generated in the FO film and film strength of the FO film in the FO apparatus and the FO method.
かかる課題のもと、本願発明者は、ＦＯ膜自身の改善に加えて、順浸透のシステムを改善することを試みた。すなわち、ＦＯ膜に生ずる上記問題をＦＯ膜のみを用いて行うのではなく、ＦＯ法全体において見直すことにより、解決できるのではないかと考えた。そして、あらゆる方面から、鋭意検討した結果、半透膜の支持体としてメッシュを用い、さらに、メッシュの孔径とＦＯ膜の膜間圧力が一定の関係を満たす場合に、透過流速が低下せず、長期間に渡って安定なＦＯ法による運転が可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、以下の手段により、達成された。 Under such a problem, the present inventor tried to improve the forward osmosis system in addition to the improvement of the FO membrane itself. That is, the present inventors have considered that the above problem occurring in the FO film can be solved by reexamining the FO method as a whole instead of using only the FO film. And as a result of earnest examination from all directions, when the mesh is used as the support for the semipermeable membrane, and further, when the pore diameter of the mesh and the intermembrane pressure of the FO membrane satisfy a certain relationship, the permeation flow rate does not decrease, It has been found that stable operation by the FO method is possible over a long period of time, and the present invention has been completed. Specifically, it was achieved by the following means.
（１）半透膜がメッシュで支持された順浸透膜を用いる順浸透装置であって、下記式（１）〜（３）のすべてを満たすことを特徴とする、順浸透装置。
式（１） Ｚ≦（０．０９・Ｘ）／Ｙ
式（２） Ｘ≦１０００
式（３） Ｙ≦５００
（式中、Ｘは半透膜の厚さ（ｎｍ）を、Ｙはメッシュの孔径（μｍ）を、Ｚは順浸透膜の膜間圧力Ｚ（ＭＰａ）をそれぞれ示す。）
（２）非定常運転時においても、膜間圧力が式（１）を満たすことを特徴とする、（１）に記載の順浸透装置。
（３）式（２）がＸ≦５００である、（１）または（２）に記載の順浸透装置。
（４）式（２）がＸ≦３５０である、（１）または（２）に記載の順浸透装置。
（５）液送圧力が６気圧以下である、（１）〜（４）のいずれか１項に記載の順浸透装置。
（６）前記順浸透膜は、半透膜の膜面の液体が浸透しうる部分が、正射影によって観察したとき半透膜の膜面の９９％以上において、メッシュと非接着状態にあることを特徴とする、（１）〜（５）のいずれか１項に記載の順浸透装置。
（７）前記順浸透膜は、半透膜の膜面とメッシュとが、規則性をもって部分的に接着しており、半透膜とメッシュの接着割合が、正射影によって観察したとき半透膜の膜面の０％を超え３０％未満であることを特徴とする、（１）〜（５）のいずれか１項に記載の順浸透装置。
（８）メッシュが、半透膜の両側に設けられていることを特徴とする、（１）〜（７）のいずれか１項に記載の順浸透装置。
（９）海水処理用である、（１）〜（８）のいずれか１項に記載の順浸透装置。
（１０）半透膜がメッシュで支持された順浸透膜を用い、下記式（１）〜（３）のすべてを満たすことを特徴とする、順浸透法。
式（１） Ｚ≦０．０９・Ｘ／Ｙ
式（２） Ｘ≦１０００
式（３） Ｙ≦５００
（式中、Ｘは半透膜の厚さ（ｎｍ）を、Ｙはメッシュの孔径（μｍ）を、Ｚは順浸透膜の膜間圧力Ｚ（ＭＰａ）をそれぞれ示す。）
（１１）非定常運転時においても、膜間圧力が式（１）を満たすことを特徴とする、（１０）に記載の順浸透法。
（１２）式（２）がＸ≦５００である、（１０）または（１１）に記載の順浸透法。
（１３）式（２）がＸ≦３５０である、（１０）または（１１）に記載の順浸透法。
（１４）液送圧力が６気圧以下である、（１０）〜（１３）のいずれか１項に記載の順浸透法。
（１５）前記順浸透膜は、半透膜の膜面の液体が浸透しうる部分が、正射影によって観察したとき半透膜の膜面の９９％以上において、メッシュと非接着状態にあることを特徴とする、（１０）〜（１４）のいずれか１項に記載の順浸透法。
（１６）前記順浸透膜は、半透膜の膜面とメッシュとが、規則性をもって部分的に接着しており、半透膜とメッシュの接着割合が、正射影によって観察したとき半透膜の膜面の０％を超え３０％未満であることを特徴とする、（１０）〜（１５）のいずれか１項に記載の順浸透法。
（１７）メッシュが、半透膜の両側に設けられていることを特徴とする、（１０）〜（１６）のいずれか１項に記載の順浸透法。
（１８）海水処理法として用いることを特徴とする、（１０）〜（１６）のいずれか１項に記載の順浸透法。
(1) A forward osmosis device using a forward osmosis membrane in which a semipermeable membrane is supported by a mesh, which satisfies all of the following formulas (1) to (3).
Formula (1) Z <= (0.09 * X) / Y
Formula (2) X <= 1000
Formula (3) Y <= 500
(In the formula, X represents the thickness (nm) of the semipermeable membrane, Y represents the pore size (μm) of the mesh, and Z represents the intermembrane pressure Z (MPa) of the forward osmosis membrane.)
(2) The forward osmosis device according to (1), wherein the transmembrane pressure satisfies the formula (1) even during unsteady operation.
(3) The forward osmosis device according to (1) or (2), wherein Formula (2) is X ≦ 500.
(4) The forward osmosis device according to (1) or (2), wherein Formula (2) satisfies X ≦ 350.
(5) The forward osmosis device according to any one of (1) to (4), wherein the liquid feeding pressure is 6 atm or less.
(6) The forward osmosis membrane is in a non-adhered state with the mesh in a portion where the liquid on the membrane surface of the semipermeable membrane can permeate is 99% or more of the membrane surface of the semipermeable membrane when observed by orthographic projection. The forward osmosis device according to any one of (1) to (5), characterized in that:
(7) In the forward osmosis membrane, the membrane surface of the semipermeable membrane and the mesh are partially bonded with regularity, and the semipermeable membrane is observed when the bonding ratio of the semipermeable membrane and the mesh is observed by orthographic projection. The forward osmosis device according to any one of (1) to (5), characterized in that it is more than 0% and less than 30% of the membrane surface.
(8) The forward osmosis device according to any one of (1) to (7), wherein the mesh is provided on both sides of the semipermeable membrane.
(9) The forward osmosis device according to any one of (1) to (8), which is used for seawater treatment.
(10) A forward osmosis method using a forward osmosis membrane in which a semipermeable membrane is supported by a mesh and satisfying all of the following formulas (1) to (3).
Formula (1) Z <= 0.09 * X / Y
Formula (2) X <= 1000
Formula (3) Y <= 500
(In the formula, X represents the thickness (nm) of the semipermeable membrane, Y represents the pore size (μm) of the mesh, and Z represents the intermembrane pressure Z (MPa) of the forward osmosis membrane.)
(11) The forward osmosis method according to (10), wherein the transmembrane pressure satisfies the formula (1) even during unsteady operation.
(12) The forward osmosis method according to (10) or (11), wherein Formula (2) is X ≦ 500.
(13) The forward osmosis method according to (10) or (11), wherein Formula (2) satisfies X ≦ 350.
(14) The forward osmosis method according to any one of (10) to (13), wherein the liquid feeding pressure is 6 atm or less.
(15) The forward osmosis membrane is in a non-adhering state with the mesh in a portion where the liquid on the membrane surface of the semipermeable membrane can permeate is 99% or more of the membrane surface of the semipermeable membrane when observed by orthographic projection. The forward osmosis method according to any one of (10) to (14), wherein:
(16) In the forward osmosis membrane, the membrane surface of the semipermeable membrane and the mesh are partially adhered with regularity, and the semipermeable membrane when the bonding ratio of the semipermeable membrane and the mesh is observed by orthographic projection. The forward osmosis method according to any one of (10) to (15), characterized in that it is more than 0% and less than 30% of the membrane surface.
(17) The forward osmosis method according to any one of (10) to (16), wherein the mesh is provided on both sides of the semipermeable membrane.
(18) The forward osmosis method according to any one of (10) to (16), which is used as a seawater treatment method.
本発明により、ＦＯ膜の濃度分極が抑制され、透過流速が低下せず、かつ、ＦＯ膜がダメージを受けにくくなったため、長期間に渡って安定なＦＯ法による運転が可能になった。 According to the present invention, concentration polarization of the FO film is suppressed, the permeation flow rate does not decrease, and the FO film is less likely to be damaged, so that it is possible to operate with a stable FO method over a long period of time.
以下において、本発明の内容について詳細に説明する。尚、本願明細書において「〜」とはその前後に記載される数値を下限値および上限値として含む意味で使用される。 Hereinafter, the contents of the present invention will be described in detail. In the present specification, “to” is used to mean that the numerical values described before and after it are included as a lower limit value and an upper limit value.
本発明のＦＯ法は、半透膜がメッシュで支持されたＦＯ膜を用い、下記式（１）〜（３）のすべてを満たすことを特徴とする。
式（１） Ｚ≦（０．０９・Ｘ）／Ｙ
式（２） Ｘ≦１０００
式（３） Ｙ≦５００
（式中、Ｘは半透膜の厚さ（ｎｍ）を、Ｙはメッシュの孔径（μｍ）を、Ｚは順浸透膜の膜間圧力Ｚ（ＭＰａ）をそれぞれ示す。）
このような構成とすることにより、ＦＯ法に必要な透過流速を保ちつつ、ＦＯ膜が破断しないため、長期間の安全な運転が可能になる。
The FO method of the present invention uses an FO membrane in which a semipermeable membrane is supported by a mesh, and satisfies all of the following formulas (1) to (3).
Formula (1) Z <= (0.09 * X) / Y
Formula (2) X <= 1000
Formula (3) Y <= 500
(In the formula, X represents the thickness (nm) of the semipermeable membrane, Y represents the pore size (μm) of the mesh, and Z represents the intermembrane pressure Z (MPa) of the forward osmosis membrane.)
By adopting such a configuration, the FO film does not break while maintaining the permeation flow rate necessary for the FO method, and thus a long-term safe operation is possible.
ここで、膜間圧力とは、ＦＯ膜におけるドロー溶液側とフィード溶液側の圧力の差をいう。本発明における膜間圧力とは、定常運転時の膜間圧力をいうが、本発明では、さらに、非定常運転時にも、膜間圧力が上記式（１）を満たすことが好ましい。ここで、定常運転時とは、運転が軌道にのった際の膜間圧力をいい、非定常時運転とは、起動時や停止時等の起動にのっていない段階の膜間圧力をいう。
本発明では、式（２）が５０≦Ｘ≦５００であることが好ましく、５０≦Ｘ≦３５０であることがより好ましい。また、式（３）は、２０≦Ｙ≦５００であることが好ましく、５０≦Ｙ≦３５０であることがさらに好ましい。
このような範囲とすることにより、本発明の効果をより効果的に発揮させることが可能になる。ここで、メッシュの孔径とは、メッシュの４本の糸によって構成される領域の径をいい、市販品については、通常、カタログ等に記載されている。
Here, the transmembrane pressure refers to the difference in pressure between the draw solution side and the feed solution side in the FO membrane. The transmembrane pressure in the present invention refers to the transmembrane pressure during steady operation, but in the present invention, it is further preferable that the transmembrane pressure satisfies the above formula (1) even during non-steady operation. Here, the steady operation refers to the transmembrane pressure when the operation is on the track, and the non-steady operation refers to the transmembrane pressure at the stage where the start is not started or stopped. Say.
In this invention, it is preferable that Formula (2) is 50 <= X <= 500, and it is more preferable that it is 50 <= X <= 350. In the formula (3), 20 ≦ Y ≦ 500 is preferable, and 50 ≦ Y ≦ 350 is more preferable.
By setting it as such a range, it becomes possible to exhibit the effect of this invention more effectively. Here, the pore diameter of the mesh refers to the diameter of a region constituted by four mesh threads, and commercially available products are usually described in catalogs and the like.
本発明で用いるＦＯ膜は、半透膜がメッシュで支持されている。
ここで、本願発明における半透膜とは、一定の大きさ以下の分子、イオン、イオンの水和物のみを透過させ、大きな分子等は通過させない膜をいう。例えば、海水から塩を除く場合のように、海水等の溶液から水等の溶媒のみを通過させたい場合、該溶媒のみを通過させ、塩由来のイオン水和物等の溶質を通過させない膜をいう。
本発明で用いる半透膜の密度は、好ましくは、１．０ｇ／ｃｍ3〜２．５ｇ／ｃｍ3であり、より好ましくは、１．１ｇ／ｃｍ3〜１．８ｇ／ｃｍ3である。
半透膜の材料としては、特に定めるものではないが、再生セルロース、セルロースエステル、ポリアクリロニトリル、テフロン（登録商標）、ポリエステル系ポリマーアロイ、ポリアミド、ポリイミド、ポリスルフォンが例示され、セルロースエステル、ポリアミド、ポリイミドが好ましく、セルロースエステル、芳香族ポリアミド、芳香族ポリイミドがより好ましい。
セルロースとしては、酢酸セルロースが好ましく、該酢酸セルロースの水酸基のアセチル基への置換度は、２．０〜３．０が好ましい。
The FO membrane used in the present invention has a semipermeable membrane supported by a mesh.
Here, the semipermeable membrane in the present invention refers to a membrane that allows only molecules, ions, and hydrates of ions not larger than a certain size to pass through and does not allow large molecules to pass through. For example, when it is desired to pass only a solvent such as water from a solution such as seawater, such as when removing salt from seawater, a membrane that passes only the solvent and does not pass a solute such as an ion hydrate derived from salt is used. Say.
The density of the semipermeable membrane used in the present invention is preferably a 1.0g / cm 3 ~2.5g / cm 3 , more preferably 1.1g / cm 3 ~1.8g / cm 3 .
The material of the semipermeable membrane is not particularly defined, but examples thereof include regenerated cellulose, cellulose ester, polyacrylonitrile, Teflon (registered trademark), polyester polymer alloy, polyamide, polyimide, polysulfone, cellulose ester, polyamide, Polyimide is preferable, and cellulose ester, aromatic polyamide, and aromatic polyimide are more preferable.
As the cellulose, cellulose acetate is preferable, and the substitution degree of the hydroxyl group of the cellulose acetate to the acetyl group is preferably 2.0 to 3.0.
本発明において、メッシュは、半透膜の膜破断強度（耐圧性）を高めるために働くものである。本発明におけるＦＯ膜の好ましい態様としては、（１）半透膜の膜面の液体が浸透しうる部分が、正射影によって観察したとき半透膜の膜面の９９％以上において、メッシュと非接着状態にあるＦＯ膜、（２）半透膜の膜面とメッシュとが、規則性をもって部分的に接着しており、半透膜とメッシュの接着割合が、正射影によって観察したとき半透膜の膜面の０％を超え３０％未満であるＦＯ膜が挙げられる。 In the present invention, the mesh functions to increase the membrane breaking strength (pressure resistance) of the semipermeable membrane. As preferred embodiments of the FO membrane in the present invention, (1) When the portion of the semipermeable membrane where the liquid can permeate is observed by orthographic projection in 99% or more of the membrane surface of the semipermeable membrane, (2) The membrane surface of the semipermeable membrane and the mesh are partially adhered with regularity, and the adhesion ratio between the semipermeable membrane and the mesh is observed by orthographic projection. An FO film that is more than 0% and less than 30% of the film surface of the film can be mentioned.
（１）半透膜の膜面の液体が浸透しうる部分が、正射影によって観察したとき半透膜の膜面の９９％以上において、メッシュと非接着状態にあるＦＯ膜
半透膜の液体が浸透しうる部分とは、半透膜を浸透圧の違う２種の液体を隔てるように設置したとき、正常な状態で、液体が浸透する可能性のある部分をいう。すなわち、半透膜が該半透膜を保持する保持具等によって、覆われている部分などは、半透膜の液体が浸透しうる部分には該当しない。逆に、このように液体の浸透が完全に阻害されている部分以外は、実際に液体が浸透しなくても、液体が浸透しうる部分に該当する。
また、正射影とは、ＦＯ膜を膜面に垂直な平面上に下した垂線の足の軌跡をいう。従って、メッシュが複数の糸や繊維等が折り重なって構成されている場合は、重なっている部分については、重なっている糸等のいずれかに接着している場合は、その部分は接着状態にあるとする。また、本発明では、半透膜の液体が浸透しうる部分の半透膜の膜面の９９％以上において、メッシュと非接着状態にあり、好ましくは、９９．５％以上において非接着状態にあり、さらに好ましくは１００％非接着状態にあることを言う。
ここで、非接着状態とは、半透膜とメッシュが接する部分が固定されていないことをいう。具体的には、半透膜とメッシュが、接着剤等によって意図的に貼りあわされていないことを意味する。一方、半透膜とメッシュが、分子間力や静電気、水を介した吸着等により自然に結合するものは、本発明における固定には含まれない。
(1) The FO film which is in a non-adhering state with the mesh in 99% or more of the film surface of the semipermeable membrane when the portion of the semipermeable membrane where the liquid can permeate is observed by orthographic projection The portion where the liquid can permeate means a portion where the liquid may permeate in a normal state when the semipermeable membrane is installed so as to separate two kinds of liquids having different osmotic pressures. That is, a portion where the semipermeable membrane is covered with a holder or the like that holds the semipermeable membrane does not correspond to a portion where the liquid of the semipermeable membrane can permeate. On the contrary, the portion other than the portion where the penetration of the liquid is completely inhibited corresponds to the portion where the liquid can penetrate even if the liquid does not actually penetrate.
The orthogonal projection refers to a trajectory of a perpendicular foot that drops the FO film on a plane perpendicular to the film surface. Therefore, when the mesh is formed by folding a plurality of yarns or fibers, if the overlapping portion is bonded to any of the overlapping yarns, the portion is in an adhesive state. And Further, in the present invention, 99% or more of the membrane surface of the semipermeable membrane where the liquid of the semipermeable membrane can permeate is in a non-adhered state with the mesh, preferably 99.5% or more. Yes, more preferably 100% non-adhered state.
Here, the non-adhered state means that the portion where the semipermeable membrane and the mesh are in contact is not fixed. Specifically, it means that the semipermeable membrane and the mesh are not intentionally attached with an adhesive or the like. On the other hand, the case where the semipermeable membrane and the mesh are naturally bonded by intermolecular force, static electricity, adsorption via water, or the like is not included in the fixation in the present invention.
本発明において、半透膜にメッシュを接触させる方法としては、公知の方法を採用できる。例えば、図３に示すように、半透膜３１を、基材３３の上に犠牲層（図示せず）を介して予め製膜しておき、液体中で、犠牲層を溶解し、基材３３を分離することによって、メッシュ３２に接触させる方法が挙げられる。また、半透膜を、基材の上に犠牲層を介して予め製膜しておき、さらに、接着成分を用いて半透膜とメッシュを接触後、犠牲層および接着成分を溶解可能な溶液中で、犠牲層および接着成分の溶解を行うことも可能である。
In the present invention, a known method can be adopted as a method of bringing the mesh into contact with the semipermeable membrane. For example, as shown in FIG. 3, a
（２）半透膜の膜面とメッシュとが、規則性をもって部分的に接着しており、半透膜とメッシュの接着割合が、正射影によって観察したとき半透膜の膜面の０％を超え３０％未満であるＦＯ膜
本実施形態におけるＦＯ膜は、半透膜とメッシュは、規則性をもって部分的に接着している。例えば、ドット状、線状、または、網目状に接着している場合をいう。接着方法は特に定めるものではないが、通常、接着剤による接着や熱融着による接着が好ましく採用される。
熱融着による接着としては、例えば、メッシュとして熱によって融着する材料を用い、熱融着を行うことができる。メッシュの膜面全体を熱融着すれば、メッシュは網目状の形状をしているため、網目状の部分接着が容易に行える。
接着剤で接着する場合、その種類等は特に定めるものではないが、例えば、ラテックス系接着剤を採用することができる。
(2) The membrane surface of the semipermeable membrane and the mesh are partially adhered with regularity, and the adhesion ratio between the semipermeable membrane and the mesh is 0% of the membrane surface of the semipermeable membrane when observed by orthographic projection. FO film exceeding 30% and less than 30% In the FO film in this embodiment, the semipermeable membrane and the mesh are partially bonded with regularity. For example, the case where it adheres in dot shape, line shape, or mesh shape is said. The adhesion method is not particularly defined, but usually, adhesion by an adhesive or adhesion by heat fusion is preferably employed.
As adhesion by thermal fusion, for example, a material that is fused by heat as a mesh can be used and thermal fusion can be performed. If the entire membrane surface of the mesh is heat-sealed, since the mesh has a mesh shape, the mesh-like partial adhesion can be easily performed.
In the case of bonding with an adhesive, the type and the like are not particularly defined, but for example, a latex adhesive can be employed.
本発明では、また、正射影によって観察したとき、半透膜の膜面の０％を超え３０％未満の割合において、接着している。半透膜の膜面とメッシュの接着割合は、半透膜の膜面の１％を超え３０％未満であることが好ましく、半透膜の膜面の５％以上３０％未満であることが好ましく、半透膜の膜面の２０％以上３０％未満であることがより好ましい。このような範囲とすることにより、本発明の効果をより効果的に発揮させることが可能になる。 In the present invention, when observed by orthographic projection, bonding is performed at a ratio of more than 0% and less than 30% of the film surface of the semipermeable membrane. The adhesion ratio between the membrane surface of the semipermeable membrane and the mesh is preferably more than 1% and less than 30% of the membrane surface of the semipermeable membrane, and more than 5% and less than 30% of the membrane surface of the semipermeable membrane. Preferably, it is 20% or more and less than 30% of the film surface of the semipermeable membrane. By setting it as such a range, it becomes possible to exhibit the effect of this invention more effectively.
本発明で用いるＦＯ膜は、上記（１）および（２）の態様の何れも好ましく用いることができ、上記（１）のＦＯ膜がより好ましい。
また、本発明におけるメッシュは、半透膜の片側に設けられていてもよいが、図４に示すように半透膜４１の両側にメッシュ４２が設けられていることが好ましい。このような構成とすることにより、より効果的に本発明の効果を発揮させることができる。
As the FO film used in the present invention, both the above aspects (1) and (2) can be preferably used, and the FO film of the above (1) is more preferable.
The mesh in the present invention may be provided on one side of the semipermeable membrane, but it is preferable that the
本発明で用いるメッシュは、孔の８０％以上についての孔径が、孔の平均孔径の±１０μｍ以内に分布していることが好ましく、±５μｍ以内に分布していることがより好ましい。
また、本発明におけるメッシュの空隙率は、０．０５以上であることが好ましく、より好ましくは０．２以上であり、さらに好ましくは０．５以上であり、より好ましくは、０．６以上である。空隙率を０．０５以上とすることにより、メッシュ内の物質移動抵抗を低下させることができ、透過流速を向上させることができる。上限値としては特に定めるものではないが、例えば、０．９以下とすることができる。
本発明における空隙率（ε）とは、支持体中の全容積に対する、その中に含まれるすきまの容積の割合をいう。
In the mesh used in the present invention, the pore diameter of 80% or more of the pores is preferably distributed within ± 10 μm of the average pore diameter, and more preferably within ± 5 μm.
Further, the porosity of the mesh in the present invention is preferably 0.05 or more, more preferably 0.2 or more, still more preferably 0.5 or more, more preferably 0.6 or more. is there. By setting the porosity to 0.05 or more, the mass transfer resistance in the mesh can be reduced, and the permeation flow rate can be improved. The upper limit value is not particularly defined, but can be set to 0.9 or less, for example.
The porosity (ε) in the present invention refers to the ratio of the volume of the gap contained therein to the total volume in the support.
メッシュの材料は、本発明の趣旨を逸脱しない限り特に定めるものではないが、天然高分子、合成高分子、金属、ガラス繊維、セラミック、炭素繊維、ならびに、これらの複合物から選択される少なくとも１種が例示される。天然高分子としては、セルロース等が例示され、合成高分子としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ナイロン（登録商標）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン等が例示され、金属としては、亜鉛、銅、鉄、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、アルミ等が例示される。本発明では、加工適正、コスト等を考慮すると、合成高分子が好ましく、ＰＥＴがより好ましい。 The material of the mesh is not particularly defined as long as it does not depart from the spirit of the present invention, but at least one selected from natural polymers, synthetic polymers, metals, glass fibers, ceramics, carbon fibers, and composites thereof. Species are exemplified. Examples of natural polymers include cellulose, and synthetic polymers include polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate (PET), nylon (registered trademark), polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polysulfone, polyethersulfone, and the like. Examples of the metal include zinc, copper, iron, stainless steel (SUS), and aluminum. In the present invention, in consideration of processing suitability, cost, and the like, a synthetic polymer is preferable, and PET is more preferable.
本発明で用いるメッシュは、炭酸アンモニウム、アンモニア、炭酸およびアミン類のいずれか１種以上を含む溶液に対して耐性を有することが好ましい。本発明のＦＯ膜はＦＯ法に用いられるが、ＦＯ法で用いるドロー溶液は、通常、炭酸アンモニウム、アンモニア、炭酸およびアミン類のいずれか１種以上を含む。従って、このようなドロー溶液の成分に対して耐性を有することは、装置の耐久性向上の観点から好ましい。
ここで、耐性を有するとは、支持体をこれらの溶液に一日間、２５℃で浸漬させたときに、重量変化率が２０％以下のものをいう。
The mesh used in the present invention preferably has resistance to a solution containing at least one of ammonium carbonate, ammonia, carbonic acid, and amines. The FO film of the present invention is used in the FO method, and the draw solution used in the FO method usually contains one or more of ammonium carbonate, ammonia, carbonic acid, and amines. Therefore, having resistance to the components of such a draw solution is preferable from the viewpoint of improving the durability of the apparatus.
Here, having resistance means that the weight change rate is 20% or less when the support is immersed in these solutions at 25 ° C. for one day.
本発明で用いるメッシュの形状は、本発明の趣旨を逸脱しない限り特に定めるものではないが、例えば、不織布、メッシュ（織布）、パンチングメタル等が挙げられ、孔径の均一性、空隙率、加工適正、コスト等を考慮すると、メッシュ（織布）が好ましい。メッシュは、溶媒の流路を構成するため、浸透がよりスムーズになるという利点もある。
前記メッシュの平均開口径（糸径）としては、１０μｍ〜１０００μｍであり、１０μｍ〜３００μｍが好ましく、３０μｍ〜２００μｍがより好ましい。
前記平均開口径を、１０μｍ以上とすることにより、濃度分極による透過流束の低下をより効果的に抑制することができ、１０００μｍ以下とすることにより、半透膜の破壊をより効果的に防ぐことができる。
前記平均開口径は、光学顕微鏡による観察もしくは、ポロメータを用いて、ＣＵＭＵＬＡＴＩＶＥ ＦＩＬＴＥＲ ＦＬＯＷ ＶＳ ＤＩＡＭＥＴＥＲグラフにおけるＣＵＭＵＬＡＴＩＶＥ ＦＩＬＴＥＲ ＦＬＯＷの値が５０％のＤＩＡＭＥＴＥＲとして測定することができる。
The shape of the mesh used in the present invention is not particularly defined as long as it does not depart from the gist of the present invention, and examples thereof include non-woven fabric, mesh (woven fabric), punching metal, etc., and uniform pore size, porosity, and processing. Considering appropriateness and cost, a mesh (woven fabric) is preferable. Since the mesh constitutes the flow path of the solvent, there is also an advantage that the permeation becomes smoother.
The average opening diameter (thread diameter) of the mesh is 10 μm to 1000 μm, preferably 10 μm to 300 μm, and more preferably 30 μm to 200 μm.
By setting the average opening diameter to 10 μm or more, it is possible to more effectively suppress a decrease in the permeation flux due to concentration polarization, and by setting the average opening diameter to 1000 μm or less, the destruction of the semipermeable membrane can be more effectively prevented. be able to.
The average aperture diameter can be measured as a DIAMETER having a value of 50% in the CUMLATIVE FILTER FLOW VS DIAMETER graph using an optical microscope or a porometer.
前記不織布及び織布における目付け量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、１ｇ／ｍ2〜１ｋｇ／ｍ2が好ましく、１０ｇ／ｍ2〜５００ｇ／ｍ2がより好ましく、１０ｇ／ｍ2〜１００ｇ／ｍ2が特に好ましい。
１ｇ／ｍ2以上とすることにより、メッシュとして強度が向上する傾向にあり、１ｋｇ／ｍ2以下とすることにより、開口を有する層として繊維の比重が低くなり、濃度分極による透過流束の低下をより効果的に抑制することが可能になる。
The basis weight of the nonwoven fabric and woven fabric is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, but is preferably 1g / m 2 ~1kg / m 2 , is 10g / m 2 ~500g / m 2 more preferably, 10g / m 2 ~100g / m 2 is particularly preferred.
By setting it to 1 g / m 2 or more, the strength tends to be improved as a mesh, and by setting it to 1 kg / m 2 or less, the specific gravity of the fiber becomes low as a layer having openings, and the permeation flux decreases due to concentration polarization. Can be more effectively suppressed.
本発明ではメッシュが、半透膜と非接着または部分接着であるため、使用中に半透膜層がメッシュ上で僅かに移動する場合がある。従って、メッシュを構成する部分は、突起がなく滑らかで、摩擦が小さな表面であることが望ましい。 In the present invention, since the mesh is non-adhered or partially adhered to the semipermeable membrane, the semipermeable membrane layer may move slightly on the mesh during use. Therefore, it is desirable that the portion constituting the mesh is a surface having no protrusions and smooth and having a small friction.
本発明におけるメッシュの厚さ（ｔ）は、好ましくは１μｍ≦ｔ≦５００μｍであり、より好ましくは１０μｍ≦ｔ≦３００μｍであり、さらに好ましくは５０μｍ≦ｔ≦２００μｍである。膜厚保を５００μｍ以下とすることにより、メッシュ内の物質移動抵抗を低下させることができ、１μｍ以上とすることにより、強度を向上させることができる。 The thickness (t) of the mesh in the present invention is preferably 1 μm ≦ t ≦ 500 μm, more preferably 10 μm ≦ t ≦ 300 μm, and further preferably 50 μm ≦ t ≦ 200 μm. By setting the film thickness to 500 μm or less, the mass transfer resistance in the mesh can be reduced, and by setting it to 1 μm or more, the strength can be improved.
本発明のＦＯ法は、通常、希釈工程と、分離工程と、溶解工程とを有し、更に必要に応じてその他の工程を有する。本発明のＦＯ法は、本発明のＦＯ装置により好適に実施することができる。 The FO method of the present invention usually has a dilution step, a separation step, and a dissolution step, and further includes other steps as necessary. The FO method of the present invention can be preferably carried out by the FO apparatus of the present invention.
＜希釈工程＞
希釈工程は、ドロー溶液とフィード溶液とを半透膜を介して接触させ、該半透膜により、フィード溶液から分離された溶媒で前記ドロー溶液を希釈する工程である。本発明では、このときのフィード溶液の液送圧力が、６気圧以下であることが好ましく、１〜３気圧であることがより好ましい。このような圧力とすることにより、膜間圧力が異常にあがる危険性を除去できる。
<Dilution process>
The dilution step is a step of bringing the draw solution and the feed solution into contact with each other through a semipermeable membrane and diluting the draw solution with the solvent separated from the feed solution by the semipermeable membrane. In this invention, it is preferable that the liquid feeding pressure of the feed solution at this time is 6 atmospheres or less, and it is more preferable that it is 1-3 atmospheres. By setting it as such a pressure, the danger that the transmembrane pressure will be abnormal can be removed.
フィード溶液
フィード溶液としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、海水、ブラキッシュウォーター、河川、湖、沼、池等の自然界から得られる水、工場や各種工業施設から排出される工業廃水、家庭や一般施設から排出される一般廃水、果汁や野菜ジュース等が挙げられる。これらの中でも、安定かつ大量に得られる入手容易性と、浄化の必要性の点で海水が特に好ましい。
Feed solution The feed solution is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, water obtained from the natural world such as seawater, brackish water, rivers, lakes, swamps, ponds, factories and various industries. Examples include industrial wastewater discharged from facilities, general wastewater discharged from households and general facilities, fruit juices and vegetable juices. Among these, seawater is particularly preferable from the viewpoints of availability that can be obtained stably and in large quantities and the necessity of purification.
ドロー溶液
ドロー溶液は、少なくとも特定の温度で水よりも揮発性が高い物質を溶質を含み、該溶質は、用途に応じて適宜設定される。揮発性の指標としては、物質の各温度におけるヘンリー定数や飽和蒸気圧が水の飽和蒸気圧より大きいことが挙げられる。ヘンリー定数とは、物質が大量の溶媒に溶けている溶液における、物質のモル分率と飽和蒸気分圧の関係を示す物性値であり、これが大きいほどその溶液中において揮発性が高いことを示し、書籍「化学便覧（丸善株式会社発行）」、書籍「増補 ガス吸収（化学工業株式会社発行）」などに記載されている。
Draw Solution The draw solution contains a solute that is more volatile than water at least at a specific temperature, and the solute is appropriately set depending on the application. Examples of the volatility index include that the Henry's constant and the saturated vapor pressure at each temperature of the substance are larger than the saturated vapor pressure of water. The Henry constant is a physical property value that indicates the relationship between the molar fraction of a substance and the saturated vapor partial pressure in a solution in which the substance is dissolved in a large amount of solvent. The larger this value, the higher the volatility in the solution. , The book “Chemical Handbook (issued by Maruzen Co., Ltd.)” and the book “Augmented Gas Absorption (issued by Chemical Industries, Ltd.)”.
ドロー溶液は、通常、アニオンとカチオンを含む。
アニオンとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、二酸化炭素（ＣＯ2）、二酸化硫黄（ＳＯ2）などが挙げられる。これらの中でも、揮発性の高さ、安定性、低反応性、入手容易性の点で二酸化炭素（ＣＯ2）が特に好ましい。アニオンは、水に溶解することによって水和（炭酸）し、引き続き、脱プロトン化することによって、アニオン（ＨＣＯ3−、ＣＯ3 2-、ＨＳＯ3−、ＳＯ3 2-）となる。
カチオンとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、アンモニア、アミン類が好適に挙げられる。カチオンは、水に溶解することによってプロトン化し、カチオン（ＮＨ4+）となる。
The draw solution usually contains anions and cations.
The anion is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the purpose, for example, carbon dioxide (CO 2), sulfur dioxide (SO 2), and the like. Among these, carbon dioxide (CO 2 ) is particularly preferable in terms of high volatility, stability, low reactivity, and availability. The anion is hydrated (carbonic acid) by dissolving in water, and subsequently becomes anion (HCO 3 −, CO 3 2− , HSO 3 −, SO 3 2− ) by deprotonation.
There is no restriction | limiting in particular as a cation, Although it can select suitably according to the objective, Ammonia and amines are mentioned suitably. The cation is protonated by being dissolved in water to be a cation (NH 4+ ).
ドロー溶液中のアニオン及びカチオンの含有量は特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、フィード溶液から溶媒を分離する速度を高める観点から高濃度であることが好ましい。例えば、アニオンとカチオンを混合したときのｐＨが８以上となる混合比が好ましい。 The contents of the anion and cation in the draw solution are not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. A high concentration is preferable from the viewpoint of increasing the rate of separating the solvent from the feed solution. For example, the mixing ratio is preferably such that the pH when the anion and cation are mixed is 8 or more.
＜分離工程＞
分離工程は、希釈工程により希釈されたドロー溶液から、ドロー溶液の揮発性の溶質を分離して、分離液・濃縮液等の目的液を得る工程である。
分離工程としては、希釈工程により希釈された水溶液から、揮発性の溶質を少なくとも部分的に分離できれば原理や構成などについては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、限外ろ過膜（ＵＦ膜）を用いた分離、イオン交換膜を用いた電気透析、磁気分離、イオン交換膜を用いた拡散透析、蒸留、などが挙げられ、本発明では蒸留が好ましく採用される。蒸留に用いられる蒸留塔としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば棚段塔、充填塔、などが挙げられる。
<Separation process>
The separation step is a step in which a volatile solute of the draw solution is separated from the draw solution diluted in the dilution step to obtain a target solution such as a separation liquid or a concentrated liquid.
The separation step is not particularly limited in principle and configuration as long as the volatile solute can be at least partially separated from the aqueous solution diluted in the dilution step, and can be appropriately selected according to the purpose. Examples include separation using an outer filtration membrane (UF membrane), electrodialysis using an ion exchange membrane, magnetic separation, diffusion dialysis using an ion exchange membrane, and distillation. In the present invention, distillation is preferably employed. There is no restriction | limiting in particular as a distillation tower used for distillation, According to the objective, it can select suitably, For example, a plate tower, a packed tower, etc. are mentioned.
＜溶解工程＞
溶解工程は、分離工程により分離されたドロー溶液の揮発性の溶質をドロー溶液に戻し、溶解する工程である。溶解工程としては、特に制限はなく、一般的なガス吸収に用いられている装置の中から目的に応じて適宜選択することができ、例えば、書籍「増補 ガス吸収（化学工業株式会社発行）」のｐ４９〜ｐ５４、ｐ８３〜ｐ１４４に記載されている装置、部品、条件などを任意に選択することができ、具体的には、吸収器、充填塔、棚段塔、スプレー塔、流動充填塔を用いた方式、液膜十字流接触方式、高速旋回流方式、機械力利用方式、などが挙げられる。また、マイクロリアクター、メンブレンリアクター等の微小流体の制御機構を利用して薄層気液層を構築して吸収させてもよい。
<Dissolution process>
The dissolution step is a step in which the volatile solute of the draw solution separated in the separation step is returned to the draw solution and dissolved. There is no restriction | limiting in particular as a melt | dissolution process, It can select suitably according to the objective from the apparatuses used for general gas absorption, for example, a book "a supplement gas absorption (Chemical Industry Co., Ltd. issue)" P49-p54, p83-p144, the equipment, parts, conditions, etc. can be selected arbitrarily. Specifically, the absorber, packed tower, plate tower, spray tower, fluid packed tower The method used, the liquid film cross flow contact method, the high-speed swirl flow method, the mechanical force utilization method, and the like can be mentioned. Further, a thin gas-liquid layer may be constructed and absorbed using a microfluidic control mechanism such as a microreactor or a membrane reactor.
その他の工程
その他の工程としては、例えば制御工程、駆動工程などが挙げられる。
Other processes Examples of other processes include a control process and a driving process.
上述したものの他、本発明においては、本発明を逸脱しない範囲内において、米国特許第６３９１２０５号明細書、米国特許出願公開第２００５／０１４５５６８号明細書、国際公開ＷＯ２００７／１４６０９４号パンフレットに記載の技術を採用することができる。 In addition to the above, the present invention includes techniques described in US Pat. No. 6,391,205, US Patent Application Publication No. 2005/0145568, and International Publication No. WO 2007/146094 without departing from the present invention. Can be adopted.
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り、適宜、変更することができる。従って、本発明の範囲は以下に示す具体例に限定されるものではない。 The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. The materials, amounts used, ratios, processing details, processing procedures, and the like shown in the following examples can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention is not limited to the specific examples shown below.
半透膜１の作成
ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）シート上に、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）６％溶液を乾燥膜厚が約２μｍになるように塗布して１００℃で乾燥させた。得られたシートのＰＶＡ表面に、酢酸セルロース（置換度５２％）をアセトン：シクロヘキサノン＝１：１混合溶媒に重量濃度１．６５％で溶解させた溶液を乾燥膜厚が０．３５μｍになるように塗布して１００℃で乾燥させた。これをイオン交換水中で７０℃、５分間浸漬させ、ＰＶＡを溶解することで、ＰＥＴシートと酢酸セルロース膜を剥離し、半透膜１を得た。
Preparation of semipermeable membrane 1 On a polyethylene terephthalate (PET) sheet, a 6% polyvinyl alcohol (PVA) solution was applied to a dry film thickness of about 2 μm and dried at 100 ° C. A solution obtained by dissolving cellulose acetate (substitution degree 52%) in acetone: cyclohexanone = 1: 1 mixed solvent at a weight concentration of 1.65% on the PVA surface of the obtained sheet so that the dry film thickness becomes 0.35 μm. And dried at 100 ° C. This was immersed in ion-exchanged water at 70 ° C. for 5 minutes to dissolve PVA, whereby the PET sheet and the cellulose acetate film were peeled off to obtain a semipermeable membrane 1.
メッシュによる片面支持
イオン交換水中の半透膜１を熱融着性のポリエステルを糸として用いたメッシュですくってメッシュに接触させ、端を固定具で止めることでＦＯ膜を得た。半透膜の膜面の液体が浸透しうる部分は１００％非接着である。
Single-sided support by mesh A semi-permeable membrane 1 in ion-exchanged water was scrubbed with a mesh using heat-fusible polyester as a thread, brought into contact with the mesh, and the end was fixed with a fixture to obtain an FO membrane. The portion of the semipermeable membrane where the liquid can penetrate is 100% non-adhering.
メッシュによる両面支持
イオン交換水中の半透膜１を熱融着性のポリエステルを糸として用いたメッシュで両面から挟んで半透膜に接触させ、端を固定具で止めることでＦＯ膜を得た。半透膜の膜面の液体が浸透しうる部分は１００％非接着である。
Double-sided support by mesh A semi-permeable membrane 1 in ion-exchanged water is sandwiched from both sides with a mesh using heat-fusible polyester as a thread, brought into contact with the semi-permeable membrane, and an end is secured with a fixture to obtain an FO membrane. . The portion of the semipermeable membrane where the liquid can penetrate is 100% non-adhering.
メッシュによる熱融着
乾燥させた状態の半透膜に、芯鞘構造からなる熱融着性のポリエステルを糸として用いたメッシュを用い、熱融着（１３０℃）により接着を行った。これをイオン交換水中で７０℃、５分間浸漬させ、ＰＶＡを溶解することで、ＰＥＴシートと酢酸セルロース膜を剥離し、ＦＯ膜を得た。支持体とメッシュの接着割合は、半透膜の膜面の２６％である。
Heat Fusion by Mesh A mesh using a heat-fusible polyester having a core-sheath structure as a thread was adhered to the dried semipermeable membrane by heat fusion (130 ° C.). This was immersed in ion-exchanged water at 70 ° C. for 5 minutes to dissolve PVA, whereby the PET sheet and the cellulose acetate film were peeled off to obtain an FO film. The adhesion ratio between the support and the mesh is 26% of the membrane surface of the semipermeable membrane.
本実施例または比較例で用いた熱融着性のポリエステルを糸として用いたメッシュはそれぞれ下記のとおりである。メッシュ７の材料は、低融点ポリエステルである。
また、比較例５では、ＦＯ膜に代えて、市販品のＲＯ膜（GE Water & Process Technologies社製、GE Sepa memberane CE（CA））を用いた。該ＲＯ膜で用いられる支持体は、多孔質膜であってメッシュではない。
比較例６では、USP 3,216,930に従い作製したフェロシアン化銅作製したフェロシアン化銅膜である。ここでの支持体は多孔質膜であってメッシュではない。
In Comparative Example 5, a commercially available RO membrane (GE Water & Process Technologies, GE Sepa memberane CE (CA)) was used instead of the FO membrane. The support used in the RO membrane is a porous membrane, not a mesh.
Comparative Example 6 is a ferrocyanide copper film produced in accordance with USP 3,216,930. The support here is a porous membrane, not a mesh.
（順浸透システム評価）
図１に示す順浸透システムを組み立てた。フィード溶液として、３．５質量％塩化ナトリウム水溶液を用いた。ドロー溶液のアニオン源として、二酸化炭素を用いた。ドロー溶液のカチオン源として、アンモニアを用いた。ドロー溶液は、二酸化炭素を３ｍｏｌ／Ｌ含有し、アンモニアを４．２ｍｏｌ／Ｌ含有するものとした。
図１に示す順浸透システムにおいて、５５分の定常運転を行った後、５分間停止し、再度、５５分の定常運転を行うという操作を１週間繰り返し行った。フィード溶液の液送圧力は、６気圧とした。膜間圧力（定常運転時）は、図１の圧力計１８によって測定される膜間圧力を測定した。また、膜間圧力（起動停止時）とは、起動停止時の図１の圧力計１８によって測定される膜間圧力の最大圧力差とした。結果を下記表に示す。
The forward osmosis system shown in FIG. 1 was assembled. A 3.5 mass% sodium chloride aqueous solution was used as the feed solution. Carbon dioxide was used as the anion source for the draw solution. Ammonia was used as the cation source for the draw solution. The draw solution contained 3 mol / L of carbon dioxide and 4.2 mol / L of ammonia.
In the forward osmosis system shown in FIG. 1, after 55 minutes of steady operation, the operation of stopping for 5 minutes and then performing 55 minutes of steady operation was repeated for one week. The feed pressure of the feed solution was 6 atm. As the transmembrane pressure (during steady operation), the transmembrane pressure measured by the
上記表から明らかなとおり、本発明の条件を満たす場合、１週間の運転で、膜は破損せず、かつ、高い透過流速を維持することができた。また、上記実施例および比較例において、ドロー溶液のカチオン源をトリメチルアミンに代え、他は同様に行ったところ、同様の傾向が認められた。
これに対し、本発明の条件を満たさない場合、１週間以内に膜が破損してしまった。
As is apparent from the above table, when the conditions of the present invention were satisfied, the membrane was not damaged and a high permeation flow rate could be maintained after one week of operation. Moreover, in the said Example and comparative example, when the cation source of the draw solution was replaced with trimethylamine and others were performed similarly, the same tendency was recognized.
On the other hand, when the conditions of the present invention were not satisfied, the film was damaged within one week.
１ 希釈手段
２ 溶解手段
３ 分離手段
１１ 海水
１２ ドロー溶液
１３ 半透膜
１４ 蒸留塔
１５ ドロー溶液の揮発成分
１６ 水
１７ ガス吸収器
１８ 圧力計
２１ フィード溶液
２２ ドロー溶液
２３ 半透膜
２４ メッシュ
３１ 半透膜
３２ メッシュ
３３ 基材
４１ 半特膜
４２ メッシュ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Dilution means 2 Dissolution means 3 Separation means 11
Claims (18)
式（１） Ｚ≦（０．０９・Ｘ）／Ｙ
式（２） Ｘ≦１０００
式（３） Ｙ≦５００
（式中、Ｘは半透膜の厚さ（ｎｍ）を、Ｙはメッシュの孔径（μｍ）を、Ｚは順浸透膜の膜間圧力Ｚ（ＭＰａ）をそれぞれ示す。） A forward osmosis device using a forward osmosis membrane in which a semipermeable membrane is supported by a mesh, wherein all of the following formulas (1) to (3) are satisfied.
Formula (1) Z <= (0.09 * X) / Y
Formula (2) X <= 1000
Formula (3) Y <= 500
(In the formula, X represents the thickness (nm) of the semipermeable membrane, Y represents the pore size (μm) of the mesh, and Z represents the intermembrane pressure Z (MPa) of the forward osmosis membrane.)
式（１） Ｚ≦０．０９・Ｘ／Ｙ
式（２） Ｘ≦１０００
式（３） Ｙ≦５００
（式中、Ｘは半透膜の厚さ（ｎｍ）を、Ｙはメッシュの孔径（μｍ）を、Ｚは順浸透膜の膜間圧力Ｚ（ＭＰａ）をそれぞれ示す。） A forward osmosis method characterized by using a forward osmosis membrane in which a semipermeable membrane is supported by a mesh and satisfying all of the following formulas (1) to (3).
Formula (1) Z <= 0.09 * X / Y
Formula (2) X <= 1000
Formula (3) Y <= 500
(In the formula, X represents the thickness (nm) of the semipermeable membrane, Y represents the pore size (μm) of the mesh, and Z represents the intermembrane pressure Z (MPa) of the forward osmosis membrane.)
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