JP6066804B2 - Organic wastewater treatment method - Google Patents
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Description
本発明は、電子デバイス製造工場等から排出される塩類および有機物(TOC)を含有する廃水を、電気透析装置を用いて処理する際、電気透析装置内での有機物の膜面付着による電圧上昇を防止して長期にわたり安定的に塩類を効率的に除去できる有機性廃水の処理方法に関する。 In the present invention, when waste water containing salts and organic matter (TOC) discharged from an electronic device manufacturing factory or the like is treated using an electrodialyzer, the voltage rise due to the film surface adhesion of the organic matter in the electrodialyzer is reduced. The present invention relates to a method for treating organic wastewater that can prevent and efficiently remove salts stably over a long period of time.
近年、環境基準ないし水質基準は益々厳しくなる傾向にあり、放流水についても高度に浄化することが望まれている。一方で、水不足解消の目的から、各種の排水を回収して再利用するためにも、高度な水処理技術の開発が望まれている。 In recent years, environmental standards and water quality standards tend to be stricter, and it is desired to purify discharged water to a high degree. On the other hand, for the purpose of eliminating water shortage, development of advanced water treatment technology is also desired in order to collect and reuse various wastewater.
特許文献1には、半導体製造プロセスから排出されるアセトン、イソプロピルアルコールなどを含む高濃度TOCあるいは低濃度TOC含有排水を回収して再利用する場合、これをまず生物処理してTOC成分を除去し生物処理水を逆浸透(RO)膜処理して浄化する方法が開示されている。
In
特許文献2には、有機物含有排水に、該有機物含有排水中のカルシウムイオンの5重量倍以上のスケール防止剤を添加すると共に、スケール防止剤添加の前、後又は同時に有機物含有排水にアルカリを添加してpHを9.5以上に調整し、その後RO分離処理する方法及び装置が開示されている。
特許文献3には、有機物含有排水に、スケール防止剤を添加するスケール防止剤添加工程と、該スケール防止剤を添加した有機物含有排水を逆浸透膜分離装置に供給して、透過水と濃縮水とに分離する逆浸透膜分離工程と、該逆浸透膜分離装置に供給する有機物含有排水のpHを9.5以上に調整するpH調整工程とを有する有機物含有排水の処理方法において、前記濃縮水に、ペルオキシド基を含む硫黄化合物を添加すると共に、紫外線を照射して、該濃縮水を酸化処理することを特徴とする有機物含有排水の処理方法が開示されている。
電気透析法は、陰・陽の電極間に陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とを交互に配して、脱塩室及び濃縮室を構成してなる電気透析槽において、脱塩室に塩類を含む有機物の溶液を、また濃縮室に電解質を含む液、例えば希薄食塩水を流通させながら両極間に直流電圧を印加する方法である。このことによって、該有機物の溶液中に存在する塩類(灰分)がイオンとしてイオン交換膜を透過して濃縮側に移行し脱塩処理される。このようなイオン交換膜電気透析槽において有機物に含まれる塩類を脱塩する方法は有効である。 In electrodialysis, a cation exchange membrane and an anion exchange membrane are alternately arranged between an anion and a positive electrode, and a salt is placed in the desalination chamber in an electrodialysis tank comprising a desalination chamber and a concentration chamber. In this method, a direct current voltage is applied between the two electrodes while flowing an organic solution containing a solution containing an electrolyte in the concentrating chamber, for example, a diluted saline solution. As a result, salts (ash) present in the organic solution permeate through the ion exchange membrane as ions and move to the concentration side to be desalted. A method of desalting salts contained in organic substances in such an ion exchange membrane electrodialysis tank is effective.
特許文献4には、塩類及び有機物を含有する有機性廃水に対してカルシウム濃度を低減させる軟化処理を行った後、生物処理、凝集沈殿処理、砂ろ過処理、精密ろ過膜処理からなる群から選ばれる1以上の処理または2以上の組み合わせからなるSS除去処理を行う前処理工程と、電気透析処理により電気透析濃縮水と電気透析処理水とに分離する電気透析処理工程と、逆浸透膜処理により逆浸透濃縮水と逆浸透膜処理水とに分離する逆浸透膜処理工程とを備えた有機性廃水の処理方法において、電気透析処理工程から得られた電気透析濃縮水を電解処理装置に供給して電気分解を行い、次亜塩素酸ナトリウム溶液を生成することを特徴とする有機性廃水の処理方法が開示されている。
特許文献1に開示の方法では、生物処理排水をRO膜分離装置に通水した場合、微生物による有機物分解で生成される生物代謝物により、RO膜の膜面が閉塞され、フラックスが低下するという問題があった。また、電子デバイス製造工場から排出される排水には、RO膜分離装置の膜面に付着し、フラックスを低下させる恐れのある非イオン性界面活性剤が混入する場合があるため、従来、このような非イオン性界面活性剤含有排水には、RO膜分離処理を適用することはできない問題があった。
According to the method disclosed in
特許文献2または3に開示されている高価なスライムコントロール剤やスケール防止剤の添加は、処理コストの増加を招く為、より安価な方法が求められている。
Addition of the expensive slime control agent and scale inhibitor disclosed in
特許文献4に開示されている電気透析法は、陰・陽の電極間に陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とを交互に配して、脱塩室及び濃縮室を構成してなる電気透析槽において、脱塩室に塩類を含む有機物の溶液を、また濃縮室に電解質を含む液、例えば希薄食塩水を流通させながら両極間に直流電圧を印加する方法である。このことによって、該有機物の溶液中に存在する塩類(灰分)がイオンとしてイオン交換膜を透過して濃縮側に移行し脱塩処理される。このようなイオン交換膜電気透析槽において有機物に含まれる塩類を脱塩する方法は有効である。しかしながら、電気透析中において、該有機物がイオン交換膜面に付着するという問題があるが、特許文献4には、有機物汚染防止に対する対策については開示されていない。
The electrodialysis method disclosed in
したがって、本発明の目的は、塩類及び有機物を含有する有機性廃水を電気透析処理を行うにあたり、耐有機汚染性の優れたイオン交換膜を得て、このイオン交換膜を用いて電気透析を行うことであり、すなわち、かかる耐有機汚染性の優れたイオン交換膜を用いて電気透析を行うことによる、有機性廃水の処理方法を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to obtain an ion exchange membrane having excellent resistance to organic contamination when performing an electrodialysis treatment on an organic wastewater containing salts and organic substances, and performing electrodialysis using the ion exchange membrane. That is, it is to provide a method for treating organic waste water by performing electrodialysis using such an ion exchange membrane having excellent resistance to organic contamination.
本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、アニオン性基を有するアニオン性重合体セグメントとビニルアルコール重合体セグメントを有するビニルアルコール系共重合体を含む陽イオン交換膜におけるミクロ相分離が、前記ビニルアルコール系共重合体に不純物として混入する塩類の含有量により影響され、塩類の含有量を低下させて製膜することにより、ドメインサイズが小さくなり、ミクロ相分離が抑制され、それにより荷電密度や膜抵抗の電気特性に優れ、更には従来のスチレンジビニルベンゼン等のイオン交換膜より親水性にすることで、膜抵抗を殆ど増大させることなく耐有機汚染性を付与することができることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that a microphase in a cation exchange membrane comprising an anionic polymer segment having an anionic group and a vinyl alcohol copolymer having a vinyl alcohol polymer segment. Separation is affected by the content of salts mixed as impurities in the vinyl alcohol copolymer, and by forming a film by reducing the content of salts, the domain size is reduced, and microphase separation is suppressed, As a result, it has excellent electrical characteristics such as charge density and membrane resistance. Furthermore, by making it more hydrophilic than conventional ion exchange membranes such as styrenedivinylbenzene, it can provide organic contamination resistance with almost no increase in membrane resistance. The present inventors have found that this can be done and have completed the present invention.
すなわち、本発明は、塩類及び有機物を含有する有機性廃水に対してSS除去処理を行った後、前記SS除去処理後の有機性廃水に電気透析処理を行って、電気透析濃縮水と電気透析処理水とに分離する有機性廃水の処理方法において、
前記電気透析処理における陽イオン交換膜として、
アニオン性基を有するアニオン性重合体セグメントとビニルアルコール重合体セグメントを有するビニルアルコール系共重合体を含有し、ドメインサイズ(X)が、0nm<X≦150nmの範囲内にあるミクロ相分離構造を有する陽イオン交換膜を用いることを特徴とする有機性廃水の処理方法である。
本発明において、ミクロ相分離とは、2種類以上の鎖状高分子を含む共重合体において、同種のポリマーセグメント同士で凝集して、異種ポリマーセグメント間に斥力的な相互作用が働き、結果としてナノスケールからサブミクロンスケールの周期的な自己組織化構造を形成し、得られる周期構造を言う。また、本発明において、ドメインとは、1本または複数のポリマー鎖において、同種のポリマーセグメントが凝集してできた塊のことを意味する。
That is, the present invention performs an SS removal treatment on an organic wastewater containing salts and organic matter, and then performs an electrodialysis treatment on the organic wastewater after the SS removal treatment to obtain an electrodialysis concentrated water and an electrodialysis. In the method of treating organic wastewater separated into treated water,
As a cation exchange membrane in the electrodialysis treatment,
A microphase-separated structure comprising an anionic polymer segment having an anionic group and a vinyl alcohol copolymer having a vinyl alcohol polymer segment and having a domain size (X) in the range of 0 nm <X ≦ 150 nm. An organic wastewater treatment method characterized by using a cation exchange membrane.
In the present invention, microphase separation means that in a copolymer containing two or more types of chain polymers, the same kind of polymer segments aggregate together and a repulsive interaction acts between different polymer segments. A periodic structure obtained by forming a periodic self-organized structure from nanoscale to submicron scale. In the present invention, the domain means a mass formed by aggregating polymer segments of the same kind in one or a plurality of polymer chains.
前記ニルアルコール重合体セグメントは、アニオン性基を含有しないビニルアルコール重合体から形成されるセグメントであり、前記セグメントを有するビニルアルコール系共重合体を含有する陽イオン交換膜を用いて電気透析処理を行うことが好ましい。 The nil alcohol polymer segment is a segment formed from a vinyl alcohol polymer not containing an anionic group, and electrodialysis treatment is performed using a cation exchange membrane containing a vinyl alcohol copolymer having the segment. Preferably it is done.
前記ビニルアルコール系共重合体に架橋構造が導入されていることが好ましい。 It is preferable that a cross-linked structure is introduced into the vinyl alcohol copolymer.
前記ビニルアルコール系共重合体が、ビニルアルコール重合体ブロックとアニオン性基を有するアニオン性重合体ブロックを有するアニオン性ブロック共重合体であることが好ましい。 The vinyl alcohol copolymer is preferably an anionic block copolymer having a vinyl alcohol polymer block and an anionic polymer block having an anionic group.
前記ビニルアルコール系共重合体が、ビニルアルコール重合体ブロックとアニオン性基を有するアニオン性重合体ブロックを有するアニオン性グラフト共重合体であることが好ましい。 The vinyl alcohol copolymer is preferably an anionic graft copolymer having a vinyl alcohol polymer block and an anionic polymer block having an anionic group.
前記SS処理は、有機性廃水に対する生物処理、凝集沈殿処理、砂ろ過処理、精密ろ過膜処理からなる群から選ばれる1以上の処理または2以上の組み合わせからなることが好ましい。 The SS treatment is preferably composed of one or more treatments or a combination of two or more selected from the group consisting of biological treatment for organic wastewater, coagulation sedimentation treatment, sand filtration treatment, and microfiltration membrane treatment.
本発明に係る有機性廃水の処理方法によれば、電気透析処理に用いられる陽イオン交換膜が、アニオン性重合体セグメントとビニルアルコール重合体セグメントを有するビニルアルコール系共重合体から構成されているが、前記ビニルアルコール系共重合体に不純物として含有されている塩類の含有量を減少させてイオン交換膜が製膜されているため、アニオン性重合体セグメントとビニルアルコール重合体セグメントとのミクロ相分離が抑制されて、ドメインサイズが0nmよりも大きく、150nm以下の膜を形成している。このため、陽イオン交換膜としては、ビニルアルコール重合体セグメントが高い親水性を有することで膜抵抗が小さく、上記のようにミクロ相分離が抑制されているため、イオンパス構造が緻密形成され、耐久性が高く、長期間にわたって効率よく、安定に電気透析を行うことができる。かかる陽イオン交換膜を用いて有機性廃水の電気透析処理を行うことにより、陽イオン交換膜が有機汚染されることなく、低い電気抵抗を維持しながら、長期間にわたって電気透析を安定に行うことが可能であり、有機性廃水の処理を効率的に行うことが出来る According to the organic wastewater treatment method of the present invention, the cation exchange membrane used for the electrodialysis treatment is composed of a vinyl alcohol copolymer having an anionic polymer segment and a vinyl alcohol polymer segment. However, since the ion exchange membrane is formed by reducing the content of salts contained as impurities in the vinyl alcohol copolymer, the microphase of the anionic polymer segment and the vinyl alcohol polymer segment is formed. Separation is suppressed, and a film having a domain size larger than 0 nm and 150 nm or less is formed. For this reason, as the cation exchange membrane, since the vinyl alcohol polymer segment has high hydrophilicity, the membrane resistance is low, and the microphase separation is suppressed as described above, so that the ion path structure is densely formed and durable. The electrodialysis can be performed stably and efficiently over a long period of time. By performing electrodialysis treatment of organic wastewater using such a cation exchange membrane, the cation exchange membrane can be stably electrodialyzed over a long period of time while maintaining low electrical resistance without organic contamination. It is possible to efficiently treat organic wastewater
(電気透析による有機性廃水の処理)
本発明は、塩類及び有機物を含有する有機性廃水に対してSS除去処理を行った後、前記SS除去処理後の有機性廃水に電気透析処理を行って、電気透析濃縮水と電気透析処理水とに分離する有機性廃水の処理方法に関するものである。本発明において、電気透析とは、陽極と陰極との間に複数枚の陽イオン交換膜(陰極側)と陰イオン交換膜(陽極側)とを交互に配列して構成した電気透析槽内に有機性廃水を供給して通電することにより、
電気透析濃縮水と電気透析処理水とに分離する操作を意味するが、本発明の特徴とするところは、該電気透析処理における陽イオン交換膜として、
アニオン性基を有するアニオン性重合体セグメントとビニルアルコール重合体セグメントを有するビニルアルコール系共重合体を含有し、ドメインサイズ(X)が、0nm<X≦150nmの範囲内にあるミクロ相分離構造を有する陽イオン交換膜を用いる点にある。
そこで、以下、本発明において用いられる陽イオン交換膜について詳述する。
(Treatment of organic wastewater by electrodialysis)
In the present invention, after performing SS removal treatment on organic wastewater containing salts and organic matter, electrodialysis treatment is performed on the organic wastewater after the SS removal treatment, and electrodialyzed concentrated water and electrodialysis treated water. It is related with the processing method of the organic waste water isolate | separated into. In the present invention, electrodialysis refers to an electrodialysis tank constructed by alternately arranging a plurality of cation exchange membranes (cathode side) and anion exchange membranes (anode side) between an anode and a cathode. By supplying organic wastewater and energizing it,
Although it means the operation of separating into electrodialyzed concentrated water and electrodialyzed water, the feature of the present invention is that as a cation exchange membrane in the electrodialyzed process,
A microphase-separated structure comprising an anionic polymer segment having an anionic group and a vinyl alcohol copolymer having a vinyl alcohol polymer segment and having a domain size (X) in the range of 0 nm <X ≦ 150 nm. The cation exchange membrane is used.
Therefore, the cation exchange membrane used in the present invention will be described in detail below.
(陽イオン交換膜)
本発明に用いる陽イオン交換膜は、アニオン性基を有するアニオン性重合体セグメントとビニルアルコール重合体セグメントとを有するビニルアルコール系共重合体とから構成されている。通常、アニオン性重合体セグメントとビニルアルコール重合体セグメントとは共有結合で結合されて、ビニルアルコール系共重合体を構成している。本発明において、重合体セグメントとは、同一のモノマー単位が2個以上連結した同一の繰り返し単位を含む重合体鎖を意味し、ブロック共重合体における重合体ブロック、グラフト重合体における幹鎖または枝鎖に相当する重合体ブロックを包含する用語として用いられている。また、アニオン性基を有するアニオン性重合体セグメントにおいて、アニオン性基は重合体末端に含まれていてもよいので、アニオン性基を有する単量体が繰り返し単位でなくてもよい。
本発明に用いる陽イオン交換膜は、上記のように、アニオン性基を有するアニオン性重合体セグメントとビニルアルコール重合体セグメントを有するビニルアルコール系共重合体から構成されるが、この共重合体だけでなく、この共重合体に加えて、アニオン性重合体セグメントと結合していないアニオン性基を有しないビニルアルコール系重合体、ビニルアルコール重合体と結合していないアニオン性重合体を、相分離構造に影響しない程度に含んでいてもよい。
(Cation exchange membrane)
The cation exchange membrane used in the present invention is composed of an anionic polymer segment having an anionic group and a vinyl alcohol copolymer having a vinyl alcohol polymer segment. Usually, an anionic polymer segment and a vinyl alcohol polymer segment are bonded by a covalent bond to constitute a vinyl alcohol copolymer. In the present invention, the polymer segment means a polymer chain containing the same repeating unit in which two or more of the same monomer units are linked, and is a polymer block in a block copolymer, a trunk chain or a branch in a graft polymer. It is used as a term encompassing polymer blocks corresponding to chains. Further, in the anionic polymer segment having an anionic group, the anionic group may be contained at the end of the polymer, and therefore the monomer having the anionic group may not be a repeating unit.
As described above, the cation exchange membrane used in the present invention is composed of an anionic polymer segment having an anionic group and a vinyl alcohol copolymer having a vinyl alcohol polymer segment. In addition to this copolymer, a phase separation of a vinyl alcohol polymer that does not have an anionic group that is not bonded to an anionic polymer segment, and an anionic polymer that is not bonded to a vinyl alcohol polymer. It may be included to the extent that it does not affect the structure.
本発明に用いる陽イオン交換膜は、ビニルアルコール系共重合体に含まれる塩類の含有量を低下させて製膜することにより、膜を構成するビニルアルコール系共重合体はミクロ相分離構造を示し、そのドメインサイズを150nm以下にできることを本発明者は見出した。本発明において用いる陽イオン交換膜は、通常、ビニルアルコール重合体セグメントが架橋処理されて実用に供されるが、ドメインサイズ(X)が、0nm<X≦150nmの範囲に特定されることにより、イオンパス構造に変化がなく、膜構造が安定し、荷電密度や膜抵抗などの電気特性が優れた、電気透析用として有用な陽イオン交換膜を得ることができる。上記のドメインサイズ(X)は、塩類含有量を低下させるほど小さくなり、0nm<X≦130nm、さらには0nm<X≦100nmとすることができる。 The cation exchange membrane used in the present invention is formed by reducing the content of salts contained in the vinyl alcohol copolymer, so that the vinyl alcohol copolymer constituting the membrane exhibits a microphase separation structure. The inventors have found that the domain size can be made 150 nm or less. The cation exchange membrane used in the present invention is usually provided for practical use by crosslinking the vinyl alcohol polymer segment, but the domain size (X) is specified in the range of 0 nm <X ≦ 150 nm, It is possible to obtain a cation exchange membrane useful for electrodialysis having no change in ion path structure, stable membrane structure, and excellent electrical characteristics such as charge density and membrane resistance. The domain size (X) becomes smaller as the salt content is lowered, and can be set to 0 nm <X ≦ 130 nm, and further 0 nm <X ≦ 100 nm.
本発明に用いる陽イオン交換膜は、上記のようにビニルアルコール重合体セグメントを有するビニルアルコール系共重合体から構成されているので、親水性のイオン交換膜である。このことにより被処理液中の有機汚染物質の付着による汚染を抑制できる利点を有する。ここで構成ポリマーが親水性であるとは、上記アニオン性重合体であるために必要な官能基(アニオン性基)がない構造において親水性を有することを意味する。このように、構成重合体が親水性重合体であることにより、親水性度の高い陽イオン交換膜が得られ、被処理液中の有機汚染物質が陽イオン交換膜に付着して膜の性能を低下させる問題を低減できる。また、膜強度が高くなるという利点を有する。 The cation exchange membrane used in the present invention is a hydrophilic ion exchange membrane because it is composed of a vinyl alcohol copolymer having a vinyl alcohol polymer segment as described above. This has the advantage that contamination due to adhesion of organic pollutants in the liquid to be treated can be suppressed. Here, that the constituent polymer is hydrophilic means that the polymer has hydrophilicity in a structure having no functional group (anionic group) necessary for the anionic polymer. As described above, since the constituent polymer is a hydrophilic polymer, a cation exchange membrane having a high degree of hydrophilicity is obtained, and organic contaminants in the liquid to be treated adhere to the cation exchange membrane and the performance of the membrane. The problem of lowering can be reduced. Moreover, it has the advantage that film | membrane intensity | strength becomes high.
(アニオン性重合体)
本発明で用いられるアニオン性重合体セグメントを構成するアニオン性重合体は、分子鎖中にアニオン性基を含有する重合体である。当該アニオン性基は主鎖、側鎖、末端のいずれに含まれていても構わない。アニオン性基としては、スルホネート基、カルボキシレート基、ホスホネート基などが例示される。また、スルホン酸基、カルボキシル基、ホスホン酸基のように、水中において少なくともその一部が、スルホネート基、カルボキシレート基、ホスホネート基に変換し得る官能基も、アニオン性基に含まれる。この中で、イオン解離定数が大きい点から、スルホネート基が好ましい。アニオン性重合体は、1種類
のみのアニオン性基を含有していてもよいし、複数種のアニオン性基を含有していてもよい。また、アニオン性基の対カチオンは特に限定されず、水素イオン、アルカリ金属イオン、などが例示される。この中で、設備の腐蝕問題が少ない点から、アルカリ金属イオンが好ましい。アニオン性重合体は、1種類のみの対カチオンを含有していてもよいし、複数種の対カチオンを含有していてもよい。
(Anionic polymer)
The anionic polymer constituting the anionic polymer segment used in the present invention is a polymer containing an anionic group in the molecular chain. The anionic group may be contained in any of the main chain, side chain, and terminal. Examples of the anionic group include a sulfonate group, a carboxylate group, and a phosphonate group. In addition, functional groups that can be converted into sulfonate groups, carboxylate groups, and phosphonate groups at least partially in water, such as sulfonic acid groups, carboxyl groups, and phosphonic acid groups are also included in the anionic groups. Of these, a sulfonate group is preferred because of its large ion dissociation constant. The anionic polymer may contain only one type of anionic group or may contain a plurality of types of anionic groups. Moreover, the counter cation of an anionic group is not specifically limited, A hydrogen ion, an alkali metal ion, etc. are illustrated. Of these, alkali metal ions are preferred from the viewpoint of less equipment corrosion problems. The anionic polymer may contain only one type of counter cation or may contain a plurality of types of counter cation.
本発明で用いられるアニオン性重合体は、上記アニオン性基を含有する構造単位のみからなる重合体であってもよいし、上記アニオン性基を含有しない構造単位をさらに含む重合体であってもよい。また、これらの重合体は架橋性を有するものであることが好ましい。アニオン性重合体は、1種類のみの重合体からなるものであってもよいし、複数種のアニオン性重合体を含むものであってもよい。また、これらアニオン性重合体と別の重合体との混合物であっても構わない。ここでアニオン性重合体以外の重合体はカチオン性重合体でないことが望ましい。 The anionic polymer used in the present invention may be a polymer composed only of a structural unit containing the anionic group, or may be a polymer further containing a structural unit not containing the anionic group. Good. Moreover, it is preferable that these polymers have a crosslinking property. An anionic polymer may consist of only one type of polymer, or may include a plurality of types of anionic polymers. Moreover, you may be a mixture of these anionic polymers and another polymer. Here, the polymer other than the anionic polymer is preferably not a cationic polymer.
アニオン性重合体としては、以下の一般式(1)および(2)の構造単位を有するものが例示される。 As an anionic polymer, what has the structural unit of the following general formula (1) and (2) is illustrated.
一般式(1)で表わされる構造単位を含有するアニオン性重合体としては、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸の単独重合体または共重合体などが例示される。 Examples of the anionic polymer containing the structural unit represented by the general formula (1) include 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid homopolymer or copolymer.
一般式(2)で表わされる構造単位を含有するアニオン性重合体としては、p−スチレンスルホン酸ナトリウムなどp−スチレンスルホン酸塩の単独重合体または共重合体などが例示される。 Examples of the anionic polymer containing the structural unit represented by the general formula (2) include homopolymers or copolymers of p-styrene sulfonate such as sodium p-styrene sulfonate.
また、アニオン性重合体としては、ビニルスルホン酸、(メタ)アリルスルホン酸などのスルホン酸またはその塩の単独重合体または共重合体、フマール酸、マレイン酸、イタコン酸、無水マレイン酸、無水イタコン酸等のジカルボン酸、その誘導体またはその塩の単独重合体または共重合体なども例示される。 Examples of the anionic polymer include homopolymers or copolymers of sulfonic acids such as vinyl sulfonic acid and (meth) allyl sulfonic acid or salts thereof, fumaric acid, maleic acid, itaconic acid, maleic anhydride, itaconic anhydride. Examples include dicarboxylic acids such as acids, homopolymers or copolymers of derivatives or salts thereof.
一般式(1)または(2)において、Gは、より高い荷電密度を与えるスルホネート基
、スルホン酸基、ホスホネート基、またはホスホン酸基であることが好ましい。また一般
式(1)および一般式(2)中、M+で表わされるアルカリ金属イオンとしてはナトリウ
ムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン等が挙げられる。
In the general formula (1) or (2), G is preferably a sulfonate group, a sulfonic acid group, a phosphonate group, or a phosphonic acid group that gives a higher charge density. In the general formulas (1) and (2), examples of the alkali metal ion represented by M + include sodium ion, potassium ion, and lithium ion.
(ビニルアルコール重合体セグメント)
本発明において、ビニルアルコール重合体セグメントを構成するポリビニルアルコール
としては、ビニルエステル系モノマーを重合して得られたビニルエステル系重合体をけん化し、ビニルエステル単位をビニルアルコール単位としたものが用いられる。前記ビニルエステル系モノマーとしては、例えば、ギ酸ビニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、バレリン酸ビニル、ラウリン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、安息香酸ビニル、ピバリン酸ビニル、バーサティック酸ビニル等を挙げることができ、これらのなかでも酢酸ビニルを用いるのが好ましい。
ビニルエステル系モノマーを共重合させる際には、必要に応じて共重合可能なモノマー
を、発明の効果を損なわない範囲内(好ましくは50モル%以下、より好ましくは30モ
ル%以下の割合)で共重合させても良い。
このようなビニルエステル系モノマーと共重合可能なモノマーとしては、例えば、エチ
レン、プロピレン、1−ブテン、イソブテン等の炭素数3〜30のオレフィン類;アクリ
ル酸およびその塩;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−プロピル、ア
クリル酸i−プロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸i−ブチル、アクリル酸t−
ブチル、アクリル酸2−エチルへキシル、アクリル酸ドデシルアクリル酸オクタデシル等
のアクリル酸エステル類;メタクリル酸およびその塩;メタクリル酸メチル、メタクリル
酸エチル、メタクリル酸n−プロピル、メタクリル酸i−プロピル、メタクリル酸n−ブ
チル、メタクリル酸i−ブチル、メタクリル酸t−ブチル、メタクリル酸2−エチルへキ
シル、メタクリル酸ドデシル、メタクリル酸オクタデシル等のメタクリル酸エステル類;
アクリルアミド、N−メチルアクリルアミド、N−エチルアクリルアミド、N,N−ジメ
チルアクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド、アクリルアミドプロパンスルホン酸お
よびその塩、アクリルアミドプロピルジメチルアミンおよびその塩、N−メチロールアク
リルアミドおよびその誘導体等のアクリルアミド誘導体;メタクリルアミド、N−メチル
メタクリルアミド、N−エチルメタクリルアミド、メタクリルアミドプロパンスルホン酸
およびその塩、メタクリルアミドプロピルジメチルアミンおよびその塩、N−メチロール
メタクリルアミドおよびその誘導体等のメタクリルアミド誘導体;N−ビニルホルムアミ
ド、N−ビニルアセトアミド、N−ビニルピロリドン等のN−ビニルアミド類;メチルビ
ニルエーテル、エチルビニルエーテル、n−プロピルビニルエーテル、i−プロピルビニ
ルエーテル、n−ブチルビニルエーテル、i−ブチルビニルエーテル、t−ブチルビニル
エーテル、ドデシルビニルエーテル、ステアリルビニルエーテル等のビニルエーテル類;
アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のニトリル類;塩化ビニル、塩化ビニリデン、
フッ化ビニル、フッ化ビニリデン等のハロゲン化ビニル類;酢酸アリル、塩化アリル等の
アリル化合物;マレイン酸およびその塩またはそのエステル;イタコン酸およびその塩ま
たはそのエステル;ビニルトリメトキシシラン等のビニルシリル化合物;酢酸イソプロペ
ニル等を挙げることができる。
(Vinyl alcohol polymer segment)
In the present invention, as the polyvinyl alcohol constituting the vinyl alcohol polymer segment, a vinyl ester polymer obtained by polymerizing a vinyl ester monomer is saponified and the vinyl ester unit is used as a vinyl alcohol unit. . Examples of the vinyl ester monomers include vinyl formate, vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl valelate, vinyl laurate, vinyl stearate, vinyl benzoate, vinyl pivalate, vinyl versatate, and the like. Of these, vinyl acetate is preferably used.
When the vinyl ester monomer is copolymerized, a monomer that can be copolymerized, if necessary, within a range that does not impair the effects of the invention (preferably 50 mol% or less, more preferably 30 mol% or less). It may be copolymerized.
Examples of the monomer copolymerizable with the vinyl ester monomer include olefins having 3 to 30 carbon atoms such as ethylene, propylene, 1-butene and isobutene; acrylic acid and salts thereof; methyl acrylate and acrylic acid. Ethyl, n-propyl acrylate, i-propyl acrylate, n-butyl acrylate, i-butyl acrylate, t-acrylate
Acrylic esters such as butyl, 2-ethylhexyl acrylate, octadecyl acrylate; methacrylic acid and its salts; methyl methacrylate, ethyl methacrylate, n-propyl methacrylate, i-propyl methacrylate, methacryl Methacrylic acid esters such as n-butyl acid, i-butyl methacrylate, t-butyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, dodecyl methacrylate, octadecyl methacrylate;
Acrylamide derivatives such as acrylamide, N-methyl acrylamide, N-ethyl acrylamide, N, N-dimethyl acrylamide, diacetone acrylamide, acrylamide propane sulfonic acid and its salt, acrylamide propyl dimethylamine and its salt, N-methylol acrylamide and its derivative Methacrylamide derivatives such as methacrylamide, N-methylmethacrylamide, N-ethylmethacrylamide, methacrylamidepropanesulfonic acid and its salts, methacrylamidepropyldimethylamine and its salts, N-methylolmethacrylamide and its derivatives; N-vinylamides such as vinylformamide, N-vinylacetamide, N-vinylpyrrolidone; methyl vinyl ether, ethyl vinyl Ether, n- propyl vinyl ether, i- propyl vinyl ether, n- butyl vinyl ether, i- butyl vinyl ether, t- butyl ether, dodecyl vinyl ether and stearyl vinyl ether;
Nitriles such as acrylonitrile and methacrylonitrile; vinyl chloride, vinylidene chloride,
Vinyl halides such as vinyl fluoride and vinylidene fluoride; allyl compounds such as allyl acetate and allyl chloride; maleic acid and its salts or esters thereof; itaconic acid and its salts or esters thereof; vinylsilyl compounds such as vinyltrimethoxysilane And isopropenyl acetate.
ビニルアルコール系共重合体におけるアニオン性基以外の部分の構造単位は、それぞれ独立に選択することができるが、前記共重合体は、同一の構造単位を有する単量体から構成されることが好ましい。これにより、ドメイン同士の間の親和性が高くなるため、陽イオン交換膜の機械的強度が増大する。ビニルアルコール系共重合体は、同一の構造単位を50モル%以上有していることが好ましく、70モル%以上有していることがより好ましい。 The structural units other than the anionic group in the vinyl alcohol copolymer can be selected independently, but the copolymer is preferably composed of monomers having the same structural unit. . Thereby, since the affinity between domains becomes high, the mechanical strength of a cation exchange membrane increases. The vinyl alcohol copolymer preferably has 50 mol% or more of the same structural unit, more preferably 70 mol% or more.
また、親水性であることが望ましいことから、同一の構造単位がビニルアルコール単位
であることが特に好ましい。ビニルアルコール単位を有することにより、グルタルアルデ
ヒドなどの架橋処理剤によりドメイン同士の間を化学的に架橋することができるので、陽
イオン交換膜の機械的強度をさらに高くすることもできる。
Moreover, since it is desirable that it is hydrophilic, it is particularly preferable that the same structural unit is a vinyl alcohol unit. By having a vinyl alcohol unit, the domains can be chemically crosslinked with a crosslinking agent such as glutaraldehyde, so that the mechanical strength of the cation exchange membrane can be further increased.
上記のように、本発明において、アニオン性重合体セグメントとビニルアルコール重合
体セグメントとを有するビニルアルコール系共重合体は、アニオン性重合体セグメントとビニルアルコール重合体セグメントとが結合している構造が好ましい。
As described above, in the present invention, the vinyl alcohol copolymer having an anionic polymer segment and a vinyl alcohol polymer segment has a structure in which the anionic polymer segment and the vinyl alcohol polymer segment are bonded. preferable.
本発明に用いる陽イオン交換膜は、上記のようにアニオン性重合体セグメントにビニルアルコール重合体セグメントを有するビニルアルコール系共重合体から構成されているが、ビニルアルコール系共重合体は、アニオン性基を含有しないビニルアルコール重合体を含み混合物から構成されていてもよい。 The cation exchange membrane used in the present invention is composed of a vinyl alcohol copolymer having a vinyl alcohol polymer segment in the anionic polymer segment as described above. The vinyl alcohol copolymer is anionic. It may be composed of a mixture including a vinyl alcohol polymer containing no group.
(ブロックまたはグラフト共重合体)
本発明において、前記ビニルアルコール系共重合体は、アニオン性重合体セグメントとビニルアルコール重合体セグメントとがブロック共重合体またはグラフト共重合体を形成しているのが好ましい。なかでも、ブロック共重合体がより好適に用いられる。こうすることにより、陽イオン交換膜全体の強度の向上、膜の膨潤度の抑制、および形状保持についての機能を担うビニルアルコール重合体ブロックと、陽イオンを透過させる機能を担うアニオン性基単量体を重合してなるアニオン性重合体ブロックと、が役割分担でき、陽イオン交換膜のイオン透過機能と寸法安定性とを両立することができる。アニオン性基単量体を重合してなる重合体ブロックの構造単位は特に限定されないが、前記一般式(1)〜(2)で表わされるものなどが例示される。この中で、入手容易である点から、アニオン性重合体を構成する単量体としては、p−スチレンスルホン酸塩または2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸塩を用いて、p−スチレンスルホン酸塩を重合してなるアニオン性重合体ブロックとビニルアルコール重合体ブロックとを含有するアニオン性ブロック共重合体、または2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸塩を重合してなるアニオン性重合体ブロックとビニルアルコール重合体ブロックとからなるブロック共重合体が好ましく用いられる。
また、グラフト共重合体としては、アニオン性重合体セグメントを幹鎖として、ビニル
アルコール重合体性セグメントを枝鎖とする場合と、ビニルアルコール重合体セグメント
を幹鎖として、アニオン性重合体セグメントを枝鎖とする場合とがある。本発明において
は特に限定されないが、強度的性質を得やすい点から、ビニルアルコールを幹鎖として、
アニオン性重合体セグメントを枝鎖とするグラフト共重合体が好ましい。グラフト共重合
方法としては、公知の方法が適用される。
(Block or graft copolymer)
In the present invention, the vinyl alcohol copolymer is preferably such that the anionic polymer segment and the vinyl alcohol polymer segment form a block copolymer or a graft copolymer. Among these, a block copolymer is more preferably used. By doing this, the vinyl alcohol polymer block responsible for the function of improving the strength of the entire cation exchange membrane, suppressing the degree of swelling of the membrane, and maintaining the shape, and the amount of anionic group responsible for the permeation of the cation The anionic polymer block formed by polymerizing the polymer can share the role, and both the ion permeation function and the dimensional stability of the cation exchange membrane can be achieved. The structural unit of the polymer block obtained by polymerizing the anionic group monomer is not particularly limited, and examples thereof include those represented by the general formulas (1) to (2). Among these, from the viewpoint of easy availability, as the monomer constituting the anionic polymer, p-styrene sulfonate or 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonate is used. Anionic block copolymer containing an anionic polymer block obtained by polymerizing an acid salt and a vinyl alcohol polymer block, or an anionic polymer obtained by polymerizing 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonate A block copolymer comprising a block and a vinyl alcohol polymer block is preferably used.
The graft copolymer includes an anionic polymer segment as a backbone and a vinyl alcohol polymer segment as a branched chain, and a vinyl alcohol polymer segment as a backbone and an anionic polymer segment as a branch. Sometimes it is a chain. Although not particularly limited in the present invention, from the viewpoint of easily obtaining strength properties, vinyl alcohol as a backbone,
A graft copolymer having an anionic polymer segment as a branched chain is preferred. A known method is applied as the graft copolymerization method.
(ブロック共重合体の製造方法)
本発明で用いられるアニオン性単量体を重合してなるアニオン性重合体ブロックとビ
ニルアルコール重合体ブロックとを含有するブロック共重合体の製造方法は主に次の2つ
の方法に大別される。すなわち、(1)所望のブロック共重合体を製造した後、特定のブ
ロックにアニオン性基を結合させる方法、および(2)少なくとも1種類のアニオン性基
単量体を重合させて所望のブロック共重合体を製造する方法である。このうち、(1)に
ついては、末端にメルカプト基を有するポリビニルアルコールの存在下、1種類または複
数種の単量体をブロック共重合させ、次いでブロック共重合体中の1種類または複数種の
重合体成分にイオン基を導入する方法、(2)については、末端にメルカプト基を有する
ポリビニルアルコールの存在下、少なくとも1種類のアニオン性基単量体をラジカル重合
させることによりブロック共重合体を製造する方法が挙げられるが、これらの方法は、工
業的な容易さから好ましい。特に、ブロック共重合体中のビニルアルコールブロックとア
ニオン性基単量体を重合してなるアニオン性重合体ブロックの各ブロックにおける構成単
量体の種類や量を容易に制御できることから、末端にメルカプト基を有するポリビニルア
ルコールの存在下、少なくとも1種類のアニオン性基単量体をラジカル重合させてブロッ
ク共重合体を製造する方法が好ましい。こうして得られるアニオン性基単量体を重合して
なる重合体ブロックとビニルアルコール重合体ブロックとを含有するブロック共重合体に
は、末端にメルカプト基を有するポリビニルアルコールが未反応のまま含まれていても構
わない。
(Method for producing block copolymer)
The method for producing a block copolymer containing an anionic polymer block obtained by polymerizing an anionic monomer used in the present invention and a vinyl alcohol polymer block is mainly classified into the following two methods. . (1) a method in which a desired block copolymer is produced and then an anionic group is bonded to a specific block; and (2) at least one anionic group monomer is polymerized to form a desired block copolymer. It is a method for producing a polymer. Among these, for (1), one or more types of monomers are block copolymerized in the presence of polyvinyl alcohol having a mercapto group at the terminal, and then one or more types of polymer in the block copolymer are copolymerized. For the method of introducing an ionic group into the coalescing component, (2), a block copolymer is produced by radical polymerization of at least one anionic group monomer in the presence of polyvinyl alcohol having a mercapto group at the terminal. However, these methods are preferable because of industrial ease. In particular, the type and amount of constituent monomers in each block of an anionic polymer block obtained by polymerizing a vinyl alcohol block and an anionic group monomer in the block copolymer can be easily controlled. A method of producing a block copolymer by radical polymerization of at least one anionic group monomer in the presence of a group-containing polyvinyl alcohol is preferred. The block copolymer containing a polymer block obtained by polymerizing the anionic group monomer thus obtained and a vinyl alcohol polymer block contains unreacted polyvinyl alcohol having a mercapto group at the terminal. It doesn't matter.
これらのブロック共重合体の製造に用いられる、末端にメルカプト基を有するビニルア
ルコール系重合体は、例えば、特開昭59−187003号公報などに記載されている方
法により得ることができる。すなわち、チオール酸の存在下にビニルエステル系単量体、
例えば酢酸ビニルをラジカル重合して得られるビニルエステル系重合体をけん化する方法
が挙げられる。このようにして得られる末端にメルカプト基を有するポリビニルアルコー
ルと、アニオン性基単量体とを用いてブロック共重合体を得る方法としては、例えば、特
開昭59−189113号公報などに記載された方法が挙げられる。すなわち、末端にメ
ルカプト基を有するポリビニルアルコールの存在下にアニオン性基単量体をラジカル重合
させることによりブロック共重合体を得ることができる。このラジカル重合は公知の方法
、例えばバルク重合、溶液重合、パール重合、乳化重合などによって行うことができるが
、末端にメルカプト基を含有するポリビニルアルコールを溶解し得る溶剤、例えば水やジ
メチルスルホキシドを主体とする媒体中で行うのが好ましい。また、重合プロセスとして
は、回分法、半回分法、連続法のいずれをも採用することができる。
The vinyl alcohol polymer having a mercapto group at the end used for the production of these block copolymers can be obtained, for example, by the method described in JP-A-59-187003. That is, a vinyl ester monomer in the presence of thiolic acid,
For example, a method of saponifying a vinyl ester polymer obtained by radical polymerization of vinyl acetate can be mentioned. A method for obtaining a block copolymer using a polyvinyl alcohol having a mercapto group at the terminal thus obtained and an anionic group monomer is described in, for example, JP-A-59-189113. Method. That is, a block copolymer can be obtained by radical polymerization of an anionic group monomer in the presence of polyvinyl alcohol having a mercapto group at the terminal. This radical polymerization can be carried out by a known method such as bulk polymerization, solution polymerization, pearl polymerization, emulsion polymerization, etc., but mainly contains a solvent capable of dissolving polyvinyl alcohol containing a mercapto group at the terminal, such as water or dimethyl sulfoxide. It is preferable to carry out in the medium. As the polymerization process, any of a batch method, a semi-batch method, and a continuous method can be employed.
上記ラジカル重合は、通常のラジカル重合開始剤、例えば、2,2’−アゾビスイソブ
チロニトリル、ベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ジイソプロピル
パーオキシカーボネート、4,4′−アゾビス−(4−シアノペンタノイックナトリウム
)、4,4′−アゾビス−(4−シアノペンタノイックアンモニウム)、4,4′−アゾ
ビス−(4−シアノペンタノイックカリウム)、4,4′−アゾビス−(4−シアノペン
タノイックリチウム)等や2,2′−アゾビス{2−メチル−N−[1,1′−ビス(ヒ
ドロキシメチル)−2−ヒドロキシエチル]プロピオンアミド}、2過硫酸カリウム、過
硫酸アンモニウム等の中から重合系にあったものを使用して行うことができるが、水系で
の重合の場合、ビニルアルコール系重合体末端のメルカプト基と臭素酸カリウム、過硫酸
カリウム、過硫酸アンモニウム、過酸化水素等の酸化剤によるレドックス開始や,2′−
アゾビス[2−メチル−N(2−ヒドロキシエチル)プロピオンアミド]等でも可能である
。特には、分解後もイオン性残基が発生しないものが特に好まれる。
The above radical polymerization may be performed by using a normal radical polymerization initiator such as 2,2′-azobisisobutyronitrile, benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, diisopropyl peroxycarbonate, 4,4′-azobis- (4-cyano Pentanoic sodium), 4,4'-azobis- (4-cyanopentanoic ammonium), 4,4'-azobis- (4-cyanopentanoic potassium), 4,4'-azobis- (4- Cyanopentanoic lithium), 2,2'-azobis {2-methyl-N- [1,1'-bis (hydroxymethyl) -2-hydroxyethyl] propionamide}, potassium persulfate, ammonium persulfate, etc. Can be used by using one that is suitable for the polymerization system, but in the case of polymerization in an aqueous system, vinyl alcohol Initiation of redox by a mercapto group at the end of a polymer and an oxidizing agent such as potassium bromate, potassium persulfate, ammonium persulfate, hydrogen peroxide, 2'-
Azobis [2-methyl-N (2-hydroxyethyl) propionamide] and the like are also possible. In particular, those that do not generate ionic residues after decomposition are particularly preferred.
ビニルエステル系重合体のけん化反応の触媒としては通常アルカリ性物質が用いられ、
その例として、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどのアルカリ金属の水酸化物、およ
びナトリウムメトキシドなどのアルカリ金属アルコキシドが挙げられる。けん化触媒は、
けん化反応の初期に一括して添加しても良いし、あるいはけん化反応の初期に一部を添加
し、残りをけん化反応の途中で追加して添加しても良い。けん化反応に用いられる溶媒と
しては、メタノール、酢酸メチル、ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド、ジメ
チルホルムアミドなどが挙げられる。これらの溶媒の中でもメタノールが好ましい。けん
化反応は、バッチ法および連続法のいずれの方式にても実施可能である。けん化反応の終
了後に、必要に応じて、残存するけん化触媒を中和しても良く、使用可能な中和剤として
、酢酸、乳酸などの有機酸、および酢酸メチルなどのエステル化合物などが挙げられる。
As a catalyst for the saponification reaction of a vinyl ester polymer, an alkaline substance is usually used.
Examples thereof include alkali metal hydroxides such as potassium hydroxide and sodium hydroxide, and alkali metal alkoxides such as sodium methoxide. The saponification catalyst is
It may be added all at once at the beginning of the saponification reaction, or a part thereof may be added at the beginning of the saponification reaction, and the rest may be added during the saponification reaction. Examples of the solvent used for the saponification reaction include methanol, methyl acetate, dimethyl sulfoxide, diethyl sulfoxide, dimethylformamide and the like. Of these solvents, methanol is preferred. The saponification reaction can be carried out by either a batch method or a continuous method. After completion of the saponification reaction, the remaining saponification catalyst may be neutralized as necessary, and usable neutralizing agents include organic acids such as acetic acid and lactic acid, and ester compounds such as methyl acetate. .
(ビニルアルコール重合体のけん化度)
ビニルアルコール重合体のけん化度は特に限定されないが、40〜99.9モル%であ
ることが好ましい。けん化度が40モル%未満だと、結晶性が低下し、陽イオン交換膜の
強度が不足するおそれがある。けん化度が60モル%以上であることがより好ましく、8
0モル%以上であることがさらに好ましい。通常、けん化度は99.9モル%以下である
。このとき、前記ポリビニルアルコールが複数種のポリビニルアルコールの混合物である
場合のけん化度は、混合物全体としての平均のけん化度をいう。なお、ポリビニルアルコ
ールのけん化度は、JIS K6726に準じて測定した値である。
(Degree of saponification of vinyl alcohol polymer)
Although the saponification degree of a vinyl alcohol polymer is not specifically limited, It is preferable that it is 40-99.9 mol%. If the degree of saponification is less than 40 mol%, the crystallinity is lowered and the strength of the cation exchange membrane may be insufficient. More preferably, the saponification degree is 60 mol% or more, and 8
More preferably, it is 0 mol% or more. Usually, the saponification degree is 99.9 mol% or less. At this time, the saponification degree when the polyvinyl alcohol is a mixture of plural kinds of polyvinyl alcohols refers to the average saponification degree of the whole mixture. The saponification degree of polyvinyl alcohol is a value measured according to JIS K6726.
(ポリビニルアルコールの重合度)
ビニルアルコール重合体セグメントを構成するポリビニルアルコールの粘度平均重合度
(以下単に重合度と言うことがある)は特に限定されないが、50〜10000であるこ
とが好ましい。重合度が50未満だと、実用上で陽イオン交換膜が十分な強度を保持でき
ないおそれがある。重合度が100以上であることがより好ましい。重合度が10000
を超えると重合体水溶液の粘度が高すぎて、塗布が困難になり、得られる膜に欠陥が生じ
やすくなるおそれがある。重合度が8000以下であることがより好ましい。このとき、
前記ポリビニルアルコールが複数種のポリビニルアルコールの混合物である場合の重合度
は、混合物全体としての平均の重合度をいう。なお、ポリビニルアルコールの粘度平均重
合度は、JIS K6726に準じて測定した値である。本発明で用いられるイオン基を
含有しないポリビニルアルコールの重合度も、上記範囲であることが好ましい。
(Polyvinyl alcohol polymerization degree)
The viscosity average degree of polymerization of the polyvinyl alcohol constituting the vinyl alcohol polymer segment (hereinafter sometimes simply referred to as the degree of polymerization) is not particularly limited, but is preferably 50 to 10,000. When the degree of polymerization is less than 50, there is a possibility that the cation exchange membrane cannot maintain sufficient strength in practical use. More preferably, the degree of polymerization is 100 or more. The degree of polymerization is 10,000
If it exceeds 1, the viscosity of the polymer aqueous solution will be too high, it will be difficult to apply, and the resulting film may be prone to defects. The degree of polymerization is more preferably 8000 or less. At this time,
The degree of polymerization when the polyvinyl alcohol is a mixture of a plurality of types of polyvinyl alcohol refers to the average degree of polymerization of the entire mixture. In addition, the viscosity average polymerization degree of polyvinyl alcohol is a value measured according to JIS K6726. The polymerization degree of polyvinyl alcohol containing no ionic group used in the present invention is also preferably within the above range.
(アニオン性基単量体単位の含有量)
陽イオン交換膜を構成するビニルアルコール系共重合体中のアニオン性基単量体単位の含有量は特に限定されないが、前記共重合体のアニオン性基単量体単位の含有量、すなわち、前記共重合体中の単量体単位の総数に対するアニオン性基単量体単位の数の割合が、0.1モル%以上であることが好ましい。アニオン性基単量体単位の含有量が0.1モル%未満だと、陽イオン交換膜中の有効荷電密度が低下し、電解質選択透過性が低下するおそれがある。アニオン性基単量体単位の含有量が0.5モル%以上であることがより好ましく、1モル%以上であることがさらに好ましい。また、アニオン性基単量体単位の含有量は50モル%以下であることが好ましい。アニオン性基単量体単位の含有量が50モル%を超えると、陽イオン交換膜の膨潤度が高くなり、陽イオン交換膜中の有効荷電密度が低下し、電解質選択透過性が低下するおそれがある。アニオン性基単量体単位の含有量が30モル%以下であることがより好ましく、20モル%以下であることがさらに好ましい。ビニルアルコール系共重合体が、アニオン性基を含有する重合体とアニオン性基を含有しない重合体との混合物である場合や、アニオン性基を含有する重合体の複数種の混合物である場合のアニオン性基単量体単位の含有量は、混合物中の単量体単位の総数に対するアニオン性基単量体単位の数の割合をいう。
(Content of anionic group monomer unit)
The content of the anionic group monomer unit in the vinyl alcohol copolymer constituting the cation exchange membrane is not particularly limited, but the content of the anionic group monomer unit of the copolymer, that is, the above The ratio of the number of anionic group monomer units to the total number of monomer units in the copolymer is preferably 0.1 mol% or more. When the content of the anionic group monomer unit is less than 0.1 mol%, the effective charge density in the cation exchange membrane is lowered, and the electrolyte permselectivity may be lowered. The content of the anionic group monomer unit is more preferably 0.5 mol% or more, and further preferably 1 mol% or more. Moreover, it is preferable that content of an anionic group monomer unit is 50 mol% or less. When the content of the anionic group monomer unit exceeds 50 mol%, the degree of swelling of the cation exchange membrane increases, the effective charge density in the cation exchange membrane decreases, and the electrolyte permselectivity may decrease. There is. The content of the anionic group monomer unit is more preferably 30 mol% or less, and further preferably 20 mol% or less. When the vinyl alcohol copolymer is a mixture of a polymer containing an anionic group and a polymer containing no anionic group, or a mixture of a plurality of polymers containing an anionic group The content of anionic group monomer units refers to the ratio of the number of anionic group monomer units to the total number of monomer units in the mixture.
(陽イオン交換膜の製造方法)
本発明に用いる陽イオン交換膜の製造方法の特徴は、ビニルアルコール重合体セグメントと、アニオン性基を有するアニオン性重合体セグメントを構成成分とするビニルアルコール系共重合体(好ましくは、ブロック共重合体)を主成分とし、前記共重合体中の塩類を低減し、製膜することで相分離ドメインサイズを小さくしたことにある。ここで言う塩類とは、ビニルアルコール重合体セグメントを構成するポリビニルアルコール中に含まれる不純物である硫酸塩、酢酸塩や、アニオン性基を有するアニオン性重合体セグメントを構成する、アニオン性基を有するモノマーに不純物として含まれる、臭化物塩、塩化物塩、硝酸塩、リン酸塩などの金属塩が挙げられる。これらの塩類は、ビニルアルコール系共重合体に不可避的に不純物として混入するものであるが、本発明者らはこの不純物の混入が、製膜時において、ビニルアルコール系共重合体におけるアニオン性重合体セグメントのミクロ相分離を大きくして、膜特性に悪影響を及ぼすことを見出した。本発明においては、ビニルアルコール系共重合体に含まれる塩類の含有量を低下させて製膜することで、膜の相分離ドメインサイズを小さくすることができる。このときのビニルアルコール系共重合体の重量(P)に対する塩類の重量(C)の比(重量比)(C)/(P)は、4.5/95.5以下が必要で、より相分離ドメインサイズを小さくするには、4.0/96.0以下、さらに好ましくは、3.5/96.5以下である、重量比(C)/(P)が4.5/95.5を超えると、アニオン性基重合体セグメントのミクロ相分離ドメインサイズが大きくなり、陽イオン交換膜として使用したとき、イオンパス構造に変化が生じて、耐久性にある陽イオン交換膜を得ることができない。
(Method for producing cation exchange membrane)
A feature of the method for producing a cation exchange membrane used in the present invention is that a vinyl alcohol polymer segment and a vinyl alcohol copolymer (preferably a block copolymer) having an anionic polymer segment having an anionic group as constituent components. The phase separation domain size is reduced by forming a film by reducing the salt in the copolymer and forming a film. The salts referred to herein have an anionic group that constitutes an anionic polymer segment having an anionic group, such as sulfate and acetate which are impurities contained in the polyvinyl alcohol constituting the vinyl alcohol polymer segment. Examples thereof include metal salts such as bromide salts, chloride salts, nitrates, and phosphates contained as impurities in the monomer. These salts are inevitably mixed as impurities in the vinyl alcohol copolymer, and the present inventors have mixed the impurities into the anionic heavy weight in the vinyl alcohol copolymer during film formation. It has been found that the microphase separation of the coalesced segment is increased to adversely affect the membrane characteristics. In the present invention, the phase separation domain size of the membrane can be reduced by reducing the content of salts contained in the vinyl alcohol copolymer to form a membrane. At this time, the ratio (weight ratio) (C) / (P) of the weight (C) of the salt to the weight (P) of the vinyl alcohol copolymer is required to be 4.5 / 95.5 or less. In order to reduce the separation domain size, it is 4.0 / 96.0 or less, more preferably, 3.5 / 96.5 or less, and the weight ratio (C) / (P) is 4.5 / 95.5. If it exceeds 1, the microphase separation domain size of the anionic group polymer segment will increase, and when used as a cation exchange membrane, the ion path structure will change, and a durable cation exchange membrane cannot be obtained. .
ビニルアルコール系共重合体に含まれる塩類の含有量を所定値以下に減少させるには、特に限定されないが、例えば、ビニルアルコール重合体セグメントを構成するポリビニルアルコール中に含まれる不純物については、ポリマーフレークを水洗することにより減少させることができる。
また、アニオン性重合体セグメントを構成するポリマー中に含まれる不純物については
、該ポリマーを適当な溶媒に溶解したポリマー溶液を貧溶媒中で再沈殿精製することによ
り減少させて、ポリマーを精製することができる。
なお、本発明において、塩類の含有量は上記のように低減されておればよく、したがっ
て、ポリビニルアルコールとアニオン性重合体のどちらか一方または両方を精製して上記
に規定する含有量に低減させればよい。
Although there is no particular limitation on reducing the salt content contained in the vinyl alcohol copolymer to a predetermined value or less, for example, for impurities contained in polyvinyl alcohol constituting the vinyl alcohol polymer segment, polymer flakes may be used. Can be reduced by washing with water.
In addition, impurities contained in the polymer constituting the anionic polymer segment can be reduced by reprecipitation purification in a poor solvent of a polymer solution obtained by dissolving the polymer in an appropriate solvent, thereby purifying the polymer. Can do.
In the present invention, the salt content only needs to be reduced as described above. Therefore, one or both of polyvinyl alcohol and anionic polymer are purified to reduce the content to the above-described content. Just do it.
(製膜)
上記により塩類含有量を調整されたビニルアルコール系共重合体を、水、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノールなどの低級アルコール、又はこれらの混合溶媒から構成される溶媒に溶解して、ダイから押し出して膜状に成形し、溶媒を揮発除去することにより所定厚みの膜を形成することができる。皮膜をプレート上またはローラ上で成形する際の製膜温度は、特に限定されないが、通常、室温〜100℃程度の温度範囲が適当である。溶媒除去は、適宜加熱しておこなうことができる。
(Film formation)
The vinyl alcohol copolymer having a salt content adjusted as described above is dissolved in a solvent composed of water, a lower alcohol such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, or a mixed solvent thereof, A film having a predetermined thickness can be formed by extruding from a die, forming into a film, and removing the solvent by volatilization. The film forming temperature when the film is formed on a plate or a roller is not particularly limited, but a temperature range of about room temperature to about 100 ° C. is usually appropriate. Solvent removal can be performed by heating as appropriate.
(膜厚)
本発明に用いる陽イオン交換膜は、電気透析用電解質膜として必要な性能、機械的強度、ハンドリング性等の観点から、その膜厚が30〜1000μm程度であることが好ましい。膜厚が30μm未満である場合には、膜の機械的強度が不充分となる傾向がある。逆に、膜厚が1000μmを超える場合には、膜抵抗が大きくなり、充分なイオン交換性が発現しないため、電気透析効率が低くなる傾向となる。好ましくは40〜500μmであり、より好ましくは50〜300μmである。
(Film thickness)
The cation exchange membrane used in the present invention preferably has a thickness of about 30 to 1000 μm from the viewpoints of performance, mechanical strength, handling properties, etc. required as an electrolyte membrane for electrodialysis. When the film thickness is less than 30 μm, the mechanical strength of the film tends to be insufficient. On the other hand, when the film thickness exceeds 1000 μm, the membrane resistance increases and sufficient ion exchange properties are not exhibited, so that the electrodialysis efficiency tends to decrease. Preferably it is 40-500 micrometers, More preferably, it is 50-300 micrometers.
(架橋処理)
本発明に用いる陽イオン交換膜においては、製膜後、架橋処理を施すことが好ましい。架橋処理を施すことによって、得られる陽イオン交換膜の機械的強度が増大する。架橋処理の方法は、重合体の分子鎖同士を化学的に結合する方法でもよく、また、熱処理などにより物理的な結合を導入してもよく、特に限定されない。
(Crosslinking treatment)
The cation exchange membrane used in the present invention is preferably subjected to a crosslinking treatment after film formation. By performing the crosslinking treatment, the mechanical strength of the resulting cation exchange membrane is increased. The method for the crosslinking treatment is not particularly limited, and may be a method of chemically bonding the molecular chains of the polymer or introducing physical bonds by heat treatment or the like.
化学的に結合する場合には、通常、架橋処理剤を含む溶液に浸漬する方法などが用いら
れる。該架橋処理剤としては、グルタルアルデヒド、ホルムアルデヒド、グリオキザール
などのポリビニルアルコールのアセタール化剤が例示されるが、なかでもグルタルアルデヒド、グリオギザールなどのジアルデヒド架橋剤が好ましい。該架橋処理剤の濃度は、通常、溶液に対する架橋処理剤の体積濃度が0.001〜10体積%である。架橋反応は、上記のアルデヒドを、水、アルコールまたはそれらの混合溶媒中で、酸性条件下で、ポリビニルアルコール系共重合体を処理して、化学的に架橋結合を導入することにより行うことができる。架橋反応後、水洗して未反応のアルデヒド、酸などを取り除くのが好ましい。
When chemically bonding, a method of immersing in a solution containing a crosslinking agent is usually used. Examples of the crosslinking agent include polyvinyl alcohol acetalizing agents such as glutaraldehyde, formaldehyde, and glyoxal. Among them, dialdehyde crosslinking agents such as glutaraldehyde and gliogital are preferable. The concentration of the crosslinking agent is usually 0.001 to 10% by volume of the crosslinking agent relative to the solution. The crosslinking reaction can be performed by treating the polyvinyl alcohol copolymer with the above aldehyde in water, alcohol or a mixed solvent thereof under acidic conditions to chemically introduce a crosslinking bond. . After the crosslinking reaction, it is preferable to remove unreacted aldehyde, acid and the like by washing with water.
また、架橋処理の方法として、熱処理を行って分子鎖間に物理的な架橋を導入してもよ
い。熱処理を施すことによって、物理的な架橋が生じ、得られるイオン交換膜の機械的強
度が増大する。熱処理の方法は特に限定されず、熱風乾燥機などが一般に用いられる。熱
処理の温度は、特に限定されないが、ポリビニルアルコールの場合、50〜250℃であ
ることが好ましい。熱処理の温度が50℃未満だと、得られるイオン交換膜の機械的強度
が不足するおそれがある。該温度が80℃以上であることがより好ましく、100℃以上
であることがさらに好ましい。熱処理の温度が250℃を超えると、結晶性重合体が融解
するおそれがある。該温度が230℃以下であることがより好ましく、200℃以下であ
ることがさらに好ましい。
Moreover, as a method for the crosslinking treatment, physical crosslinking may be introduced between the molecular chains by performing a heat treatment. By performing the heat treatment, physical crosslinking occurs, and the mechanical strength of the resulting ion exchange membrane is increased. The method of heat treatment is not particularly limited, and a hot air dryer or the like is generally used. Although the temperature of heat processing is not specifically limited, In the case of polyvinyl alcohol, it is preferable that it is 50-250 degreeC. If the temperature of the heat treatment is less than 50 ° C., the mechanical strength of the obtained ion exchange membrane may be insufficient. The temperature is more preferably 80 ° C. or higher, and further preferably 100 ° C. or higher. When the temperature of the heat treatment exceeds 250 ° C., the crystalline polymer may be melted. The temperature is more preferably 230 ° C. or less, and further preferably 200 ° C. or less.
前記製造方法においては、熱処理と化学的な架橋処理の両方を行ってもよいし、そのい
ずれかのみを行ってもよい。熱処理と架橋処理を両方行う場合、熱処理の後に架橋処理を
行ってもよいし、架橋処理の後に熱処理を行ってもよいし、両者を同時に行ってもよい。
熱処理の後に架橋処理を行うこと、特に、ビニルアルコール系共重合体溶液を溶解した溶液から製膜して得られる皮膜を、100℃以上の温度で熱処理した後、水、アルコール又はそれらの混合溶媒中で、酸性条件下、ジアルデヒド化合物による架橋処理を行うことが得られるイオン交換膜の機械的強度の面から好ましい。
In the manufacturing method, both heat treatment and chemical crosslinking treatment may be performed, or only one of them may be performed. When both the heat treatment and the crosslinking treatment are performed, the crosslinking treatment may be performed after the heat treatment, the heat treatment may be performed after the crosslinking treatment, or both may be performed simultaneously.
After the heat treatment, a crosslinking treatment is performed. In particular, a film obtained by forming a film from a solution in which a vinyl alcohol copolymer solution is dissolved is heat-treated at a temperature of 100 ° C. or higher, and then water, alcohol, or a mixed solvent thereof. Among them, it is preferable from the viewpoint of mechanical strength of an ion exchange membrane obtained by performing a crosslinking treatment with a dialdehyde compound under acidic conditions.
(イオン交換容量)
電気透析用の陽イオン交換膜として使用するのに十分なイオン交換性を発現するために
は、得られるビニルアルコール系共重合体のイオン交換容量は0.30meq/g以上であることが好ましく、0.50meq/g以上であることがより好ましい。ビニルアルコール系共重合体のイオン交換容量の上限については、イオン交換容量が大きくなりすぎると親水性が高まり膨潤度の抑制が困難となるので、3.0meq/g以下であるのが好ましい。
(Ion exchange capacity)
In order to express sufficient ion exchange properties for use as a cation exchange membrane for electrodialysis, the ion exchange capacity of the resulting vinyl alcohol copolymer is preferably 0.30 meq / g or more, More preferably, it is 0.50 meq / g or more. The upper limit of the ion exchange capacity of the vinyl alcohol copolymer is preferably 3.0 meq / g or less because if the ion exchange capacity becomes too large, hydrophilicity increases and it becomes difficult to suppress the degree of swelling.
(荷電密度)
また、電気透析用の陽イオン交換膜として使用するのに十分な電気特性を発現するため
には、得られる陽イオン交換膜の荷電密度は0.6mol/dm3以上であることが好ま
しく、1.0mol/dm3以上であることがより好ましい。陽イオン交換膜の荷電密度
としては、より高いものが好まれるが、膜抵抗との兼ね合いで、比較的低膜抵抗性を維持
して、荷電密度を発現するものが好ましい。
(Charge density)
Further, in order to develop sufficient electrical characteristics to be used as a cation exchange membrane for electrodialysis, the charge density of the obtained cation exchange membrane is preferably 0.6 mol / dm 3 or more. More preferably, it is 0.0 mol / dm 3 or more. As the charge density of the cation exchange membrane, a higher one is preferred, but in view of the membrane resistance, the one having a relatively low membrane resistance and expressing the charge density is preferred.
本発明に用いる陽イオン交換膜は、必要に応じて、不織布、織布、多孔体などの支持体と積層することにより補強されて使用することができる。 The cation exchange membrane used in the present invention can be reinforced by being laminated with a support such as a nonwoven fabric, a woven fabric, or a porous material, if necessary.
(電気透析処理において用いられる陰イオン交換膜)
本発明における電気透析処理において、上述の陽イオン交換膜とともに用いられる陰イオン交換膜としては、特に限定はなく、第4級アンモニウム基等の強塩基性基を有するポリマーからなる膜、第1級アミノ基、第2級アミノ基、第3級アミノ基等の弱塩基性官能基を有するポリマーからなる膜を適宜選択して使用できる。
(Anion exchange membrane used in electrodialysis treatment)
In the electrodialysis treatment of the present invention, the anion exchange membrane used together with the cation exchange membrane is not particularly limited, and is a membrane made of a polymer having a strongly basic group such as a quaternary ammonium group, a primary grade. A film made of a polymer having a weakly basic functional group such as an amino group, a secondary amino group, or a tertiary amino group can be appropriately selected and used.
(有機性廃水)
本発明の方法により処理される塩類及び有機物を含有する有機性廃水としては、化学工場廃水や食品工場廃水、畜産廃棄物を処理した廃水、貝類等生物由来廃棄物処理廃水等の有機性廃水が挙げられ、これらの廃水には、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化アンモニウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム等の塩類が含まれていることが多く、本発明の方法により除去可能である。
(Organic wastewater)
Organic wastewater containing salts and organic matter treated by the method of the present invention includes organic wastewater such as chemical factory wastewater, food factory wastewater, wastewater treated with livestock waste, shellfish and other biological waste treatment wastewater, etc. These wastewaters often contain salts such as sodium chloride, potassium chloride, ammonium chloride, magnesium chloride, calcium chloride, and can be removed by the method of the present invention.
(SS除去処理)
上記の有機性廃水は、まず上記の有機性廃水に含まれる有機汚濁物などの懸濁物質(SS)が、生物処理、凝集沈殿処理、砂ろ過処理、精密ろ過膜処理などのSS除去処理によって除去される。SS除去処理によって懸濁物質(SS)を除去することによって有機物の低減を図った後、電気透析処理を施すため、SSや有機物の影響で電気透析処理水中へ有機物成分が漏洩したりするのを防止することができる。
(SS removal process)
In the organic wastewater, suspended substances (SS) such as organic pollutants contained in the organic wastewater are first subjected to SS removal treatment such as biological treatment, coagulation sedimentation treatment, sand filtration treatment, and microfiltration membrane treatment. Removed. In order to reduce organic matter by removing suspended solids (SS) by SS removal treatment, electrodialysis treatment is performed, so that organic matter components leak into the electrodialysis treatment water due to the influence of SS and organic matter. Can be prevented.
生物処理としては、具体的には標準的な活性汚泥法の他に、生物学的硝化脱窒素法なども挙げることができ、これらの方法を利用することにより、有機物の分解や窒素除去をすることができ、懸濁物質(SS)及びBODを低下させることができる。 Specific examples of biological treatment include biological activated nitrification and denitrification in addition to the standard activated sludge method. By using these methods, organic substances are decomposed and nitrogen is removed. And can reduce suspended matter (SS) and BOD.
凝集沈殿処理とは、水中の微細な浮遊物質やコロイド状物質を、凝集剤によりフロック(凝集体)を形成させ、必要に応じて高分子凝集剤などで更にフロックを大きくして固液分離したり、或いは、イオン化した重金属をキレート剤等の凝集剤により化学反応させて沈降分離除去したりする処理方法である。凝集沈殿処理によって、懸濁物質(SS)や、重金属イオン成分などを除去することができる。またCODも下げることができる。 The coagulation-precipitation process is a process that forms fine flocculent substances and colloidal substances in water with flocculants to form flocs (aggregates), and if necessary, further increases the flocs with a polymer flocculant and solid-liquid separation. Alternatively, it is a treatment method in which ionized heavy metals are chemically reacted with a flocculant such as a chelating agent to precipitate and remove. Suspended substances (SS), heavy metal ion components, and the like can be removed by the coagulation sedimentation treatment. COD can also be lowered.
砂ろ過処理とは、砂利を積んだ支持砂利層の上に、各種砂の層を積層してなる砂ろ過池に、被処理水を通過させて不純物を除去するろ過方法であり、懸濁物質(SS)や、鉄やマンガンなどを除去することができる。 Sand filtration treatment is a filtration method that removes impurities by passing water to be treated through a sand filtration pond in which various layers of sand are laminated on a gravel-supported gravel layer. (SS), iron, manganese and the like can be removed.
精密ろ過膜処理(凝集MF膜ろ過処理)とは、精密ろ過膜を利用した処理方法であり、好ましくは、生物処理と組み合わせて、生物処理による処理水に無機凝集剤を添加して凝集させたものを、精密ろ過膜でろ過するのがよい。このような方法を利用すると、特に懸濁物質(SS)を廃水中から除去することができる。 The microfiltration membrane treatment (aggregation MF membrane filtration treatment) is a treatment method using a microfiltration membrane, and preferably in combination with biological treatment, an inorganic flocculant is added to the treated water by biological treatment to cause aggregation. Goods should be filtered through a microfiltration membrane. When such a method is used, suspended substances (SS) can be removed from waste water.
(電気透析)
本発明における有機性廃水の処理方法において、電気透析槽は、陽極と陰極との間に少なくとも一方が本発明における陽イオン膜を用いて、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とを配列して構成される基本構造を有するものであれば、公知の電気透析槽を特に制限なく用いうる。例えば、陰イオン交換膜及び陽イオン交換膜を交互に配列しこれらのイオン交換膜と室枠とによって脱塩室と濃縮室とが形成された基本構造よりなるフィルタープレス型やユニットセル型などのような電気透析槽が好適に使用できる。なお、かかる電気透析槽に用いる膜数あるいは脱塩室および濃縮室の流路間隔(膜間隔)等は、処理される有機性廃水の種類や処理量により適宜選定される。
(Electrodialysis)
In the method for treating organic wastewater according to the present invention, the electrodialysis tank has a cation exchange membrane and an anion exchange membrane arranged at least one of the cation membrane according to the present invention between the anode and the cathode. A known electrodialysis tank can be used without particular limitation as long as it has a basic structure. For example, an anion exchange membrane and a cation exchange membrane are alternately arranged, such as a filter press type or unit cell type having a basic structure in which a desalination chamber and a concentration chamber are formed by the ion exchange membrane and a chamber frame. Such an electrodialysis tank can be preferably used. The number of membranes used in the electrodialysis tank or the channel spacing (membrane spacing) between the desalting chamber and the concentrating chamber is appropriately selected depending on the type and amount of organic wastewater to be treated.
SS除去処理後の有機性廃水が電気透析装置に供給され、電気透析処理されて、電気透析処理水と電気透析濃縮水とに分離される。電気透析処理水は脱塩された脱塩水であり、電気透析濃縮水は塩を高濃度に含有している。前記電気透析処理水は、再利用可能な水質にまでは塩類は低減されないが、原水と比較すれば十分に塩類の濃度が低減されており、
河川などに放流しても塩類による周辺環境への影響は生じない。
また、電気透析濃縮水は、含まれている塩は非常に高濃度で水分量が少ないため、蒸発缶などを用いて乾燥しても使用するエネルギー量は少なく、乾燥・結晶固化して結晶固化塩としてもよく、また、回収された結晶固化塩は、廃棄処分してもよい。
The organic waste water after the SS removal treatment is supplied to the electrodialysis apparatus, subjected to electrodialysis treatment, and separated into electrodialysis treatment water and electrodialysis concentrated water. The electrodialyzed water is desalted demineralized water, and the electrodialyzed concentrated water contains a high concentration of salt. The electrodialyzed water does not reduce the salt to a reusable water quality, but the salt concentration is sufficiently reduced compared to the raw water,
Even if released into rivers, the surrounding environment will not be affected by salt.
Electrodialyzed concentrated water contains a very high concentration of salt and has a small amount of water, so even if it is dried using an evaporator, the amount of energy used is small. It may be a salt, and the recovered crystal solidified salt may be disposed of.
以下、本発明を更に詳細に説明するため実施例を挙げるが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、実施例中、特に断りのない限り「%」および「部」は重量基準である。 Hereinafter, examples will be given to describe the present invention in more detail, but the present invention is not limited to these examples. In the examples, “%” and “parts” are based on weight unless otherwise specified.
実施例および比較例に示す陽イオン交換膜の特性は、以下の方法により測定した。 The characteristics of the cation exchange membranes shown in Examples and Comparative Examples were measured by the following methods.
1)膜含水率(H)
イオン交換膜の乾燥重量を予め測定しておき、その後、脱イオン水に浸漬し膨潤平衡に達したところで湿潤重量を測定した。膜含水率(H)は下式により算出した。H=<(Ww−Dw)/ 1.0> /<(Ww−Dw)/ 1.0+(Dw/1.3)>
ここで1.0と1.3はそれぞれ水とポリマーの比重を示している。
・H:膜含水率[−]
・Dw:膜の乾燥重量[g]
・Ww:膜の湿潤重量[g]
1) Membrane moisture content (H)
The dry weight of the ion exchange membrane was measured in advance, and then the wet weight was measured when it was immersed in deionized water and reached a swelling equilibrium. The membrane water content (H) was calculated by the following equation. H = <(W w -D w ) / 1.0> / <(W w -D w) / 1.0+ (D w /1.3)>
Here, 1.0 and 1.3 indicate the specific gravity of water and polymer, respectively.
-H: membrane water content [-]
Dw : dry weight of membrane [g]
W w : wet weight of the film [g]
2)陽イオン交換容量の測定
陽イオン交換膜を1mol/LのHCl水溶液に10時間以上浸漬する。その後、1mol/LのNaNO3水溶液で水素イオン型をナトリウムイオン型に置換させ、遊離した水素イオンを酸-塩基滴定により定量した(Amol)。
2) Measurement of cation exchange capacity A cation exchange membrane is immersed in a 1 mol / L aqueous HCl solution for 10 hours or more. Thereafter, the hydrogen ion type was replaced with the sodium ion type with 1 mol / L NaNO 3 aqueous solution, and the liberated hydrogen ions were quantified by acid-base titration (Amol).
次に、同じ陽イオン交換膜を1mol/LのNaCl水溶液に4時間以上浸漬し、イオン交換水で十分に水洗したのち熱風乾燥機中で105℃、8時間乾燥し、乾燥時の重さW(g)を測定した。
イオン交換容量は次式により算出した。
・イオン交換容量=A×1000/W [mmol/g−乾燥膜]
Next, the same cation exchange membrane is immersed in a 1 mol / L NaCl aqueous solution for 4 hours or more, washed thoroughly with ion exchange water, dried in a hot air drier at 105 ° C. for 8 hours, and the weight when dried W (G) was measured.
The ion exchange capacity was calculated by the following formula.
・ Ion exchange capacity = A × 1000 / W [mmol / g-dry membrane]
3)ポリビニルアルコール系共重合体中の塩の測定
ポリビニルアルコール系共重合体中の塩類の量は、ポリビニルアルコール系共重合体の架橋前の皮膜をメタノール溶液にて48時間ソックスレー抽出を行い、抽出物を乾固後、イオンクロマトグラフィICS−5000(DIONEX社製)により測定を行った。
3) Measurement of the salt in the polyvinyl alcohol copolymer The amount of the salt in the polyvinyl alcohol copolymer was determined by Soxhlet extraction of the film before crosslinking of the polyvinyl alcohol copolymer with a methanol solution for 48 hours. The product was dried and then measured by ion chromatography ICS-5000 (manufactured by DIONEX).
4)膜抵抗の測定
膜抵抗は、図2に示される白金黒電極板を有する2室セル中に陽イオン交換膜を挟み、膜の両側に0.5mol/L−NaCl溶液を満たし、交流ブリッジ(周波数10サイクル/秒)により25℃における電極間の抵抗を測定し、該電極間抵抗と陽イオン交換膜を設置しない場合の電極間抵抗との差により求めた。上記測定に使用する膜は、あらかじめ0.5mol/L−NaCl溶液中で平衡にしたものを用いた。
4) Measurement of membrane resistance The membrane resistance was measured by sandwiching a cation exchange membrane in a two-chamber cell having a platinum black electrode plate as shown in Fig. 2, and filling a 0.5 mol / L-NaCl solution on both sides of the membrane. The resistance between the electrodes at 25 ° C. was measured by (
5)ドメインサイズの測定
蒸留水に浸漬した陽イオン交換膜を一辺1cmの正方形に切り出して測定試料を作製した。この測定試料を、酢酸鉛(II)で染色した後、TEM(透過電子顕微鏡)を用いて観察し、測定試料中の粒子群についての画像を得た。得られた画像について、三谷商事株式会社製画像処理ソフト「WINROOF」を用いて画像処理を行い、各々の粒子の最大粒子径を求めた。約400個の粒子について最大粒子径を求め、最大粒子径の累積頻度が50%である粒子径を、陽イオン交換膜のアニオン性基ポリマーセグメントのドメインサイズとした。
5) Measurement of domain size A cation exchange membrane immersed in distilled water was cut into a 1 cm square to prepare a measurement sample. This measurement sample was stained with lead acetate (II) and then observed using a TEM (transmission electron microscope) to obtain an image of a particle group in the measurement sample. The obtained image was subjected to image processing using image processing software “WINROOF” manufactured by Mitani Corporation, and the maximum particle size of each particle was determined. The maximum particle size was determined for about 400 particles, and the particle size at which the cumulative frequency of the maximum particle size was 50% was defined as the domain size of the anionic group polymer segment of the cation exchange membrane.
<PVA−1(分子末端にメルカプト基を有するポリビニルアルコール系共重合体の合成)の作製>
特開昭59−187003号公報に記載された方法によって、表1に示す分子末端にメルカプト基を有するポリビニルアルコール(PVA−1)を合成した。PVA−1の重合度およびけん化度を表1に示す。
<Preparation of PVA-1 (Synthesis of polyvinyl alcohol copolymer having a mercapto group at the molecular terminal)>
Polyvinyl alcohol (PVA-1) having a mercapto group at the molecular end shown in Table 1 was synthesized by the method described in JP-A-59-187003. Table 1 shows the polymerization degree and saponification degree of PVA-1.
<NaSS−1(アニオン性単量体)>
表2に示すポリスチレンスルホン酸ナトリウムモノマー(NaSS:東ソー製)をそのまま用いた。塩類の含有量はイオンクロマトグラフィICS−5000(DIONEX社製)により測定を行った。なお、表2に示す全塩量以外のモノマー中の不純物は水分とした。
<NaSS-1 (anionic monomer)>
The polystyrene sulfonate sodium monomer (NaSS: manufactured by Tosoh Corporation) shown in Table 2 was used as it was. The salt content was measured by ion chromatography ICS-5000 (manufactured by DIONEX). The impurities in the monomer other than the total salt amount shown in Table 2 were moisture.
<NaSS−2の作製>
ポリスチレンスルホン酸ナトリウムモノマー(NaSS:東ソー製)を1000gと純水950g、水酸化ナトリウム40g、硝酸ナトリウム、1gを60℃で1時間溶解させ、20℃に冷却して再結晶を行った。その後、遠心ろ過によりポリスチレンスルホン酸モノマーの結晶を分離し、結晶を乾燥させ表2に示すNaSS−2(精製ポリスチレンスルホン酸モノマー)を得た。塩類の含有量はイオンクロマトグラフィICS−5000(DIONEX社製)により測定を行った。
<Preparation of NaSS-2>
1000 g of sodium polystyrene sulfonate monomer (NaSS: manufactured by Tosoh Corp.), 950 g of pure water, 40 g of sodium hydroxide, 1 g of sodium nitrate were dissolved at 60 ° C. for 1 hour, cooled to 20 ° C. and recrystallized. Thereafter, the polystyrenesulfonic acid monomer crystals were separated by centrifugal filtration, and the crystals were dried to obtain NaSS-2 (purified polystyrenesulfonic acid monomer) shown in Table 2. The salt content was measured by ion chromatography ICS-5000 (manufactured by DIONEX).
<P−1(アニオン性ブロック共重合体)の合成>
還流冷却管、攪拌翼を備え付けた1L四つ口セパラブルフラスコに、水660g、末端にメルカプト基を有するビニルアルコール系重合体として表1に示すPVA−1を80gと、NaSS−1を46.6g仕込み、攪拌下95℃まで加熱して該ビニルアルコール系重合体とNaSS−1を溶解した。また、水溶液中に窒素をバブリングしながら30分間系内を窒素置換した。窒素置換後、90℃まで冷却し、上記水溶液に2,2′−アゾビス[2−メチル−N(2−ヒドロキシエチル)プロピオンアミド]5.4%溶液13mlを1.5時間かけて逐次的に添加してブロック共重合を開始、進行させた後、系内温度を90℃に1時間維持して重合をさらに進行させ、ついで冷却して、固形分濃度15%のPVA−(b)−p−スチレンスルホン酸ナトリウム水溶液を得た。得られた水溶液の一部を乾燥した後、重水に溶解し、400MHzでの1H−NMR測定に付した結果、パラスチレンスルホン酸ナトリウム単位の変性量は10モル%であった。得られたアニオン性ブロック共重合体の特性を表3に示す。
<Synthesis of P-1 (anionic block copolymer)>
In a 1 L four-necked separable flask equipped with a reflux condenser and a stirring blade, 660 g of water, 80 g of PVA-1 shown in Table 1 as a vinyl alcohol polymer having a mercapto group at the end, and 46. 6 g was charged and heated to 95 ° C. with stirring to dissolve the vinyl alcohol polymer and NaSS-1. The system was purged with nitrogen for 30 minutes while bubbling nitrogen into the aqueous solution. After nitrogen substitution, the solution was cooled to 90 ° C., and 13 ml of a 5.4% solution of 2,2′-azobis [2-methyl-N (2-hydroxyethyl) propionamide] was sequentially added to the above aqueous solution over 1.5 hours. After the addition and the block copolymerization was started and proceeded, the system temperature was maintained at 90 ° C. for 1 hour to further proceed the polymerization, followed by cooling to a solid content concentration of 15% PVA- (b) -p -A sodium styrenesulfonate aqueous solution was obtained. A part of the obtained aqueous solution was dried, dissolved in heavy water, and subjected to 1 H-NMR measurement at 400 MHz. As a result, the amount of modification of the sodium parastyrenesulfonate unit was 10 mol%. Table 3 shows the properties of the obtained anionic block copolymer.
<P−2の合成>
アニオン性基含有単量体の種類および仕込み量を表3に示す内容に変更した。これ以外はP−1と同様の方法により固形分濃度15%のPVA−(b)−p−スチレンスルホン酸ナトリウム水溶液を得た。得られたアニオン性ブロック共重合体の特性を表3に示す。
<Synthesis of P-2>
The type and amount of the anionic group-containing monomer were changed to those shown in Table 3. Except for this, a PVA- (b) -p-sodium styrenesulfonate aqueous solution having a solid concentration of 15% was obtained in the same manner as P-1. Table 3 shows the properties of the obtained anionic block copolymer.
<P−3の合成>
還流冷却管、攪拌翼を備え付けた1L四つ口セパラブルフラスコに、水616g、末端にメルカプト基を有するビニルアルコール系重合体として表1に示すPVA−1を80gと、NaSS−1を46.6gと、を仕込み、攪拌下95℃まで加熱して該ビニルアルコール系重合体とNaSS−1を溶解した後、室温まで冷却した。該水溶液に1/2規定の硫酸を添加してpHを3.0に調整した。90℃まで加温し、また、水溶液中に窒素をバブリングしながら30分間系内を窒素置換した。窒素置換後、上記水溶液に過硫酸カリウムの2.5%水溶液63mLを1.5時間かけて逐次的に添加してブロック共重合を開始、進行させた後、系内温度を90℃に1時間維持して重合をさらに進行させ、ついで冷却して、固形分濃度15%のPVA−(b)−p−スチレンスルホン酸ナトリウムブロック共重合体水溶液を得た。得られた水溶液の一部を乾燥した後、重水に溶解し、400MHzでの1H−NMR測定に付した結果、p−スチレンスルホン酸ナトリウム単位の変性量は10モル%であった。得られたアニオン性ブロック共重合体の特性を表3に示す。
<Synthesis of P-3>
In a 1 L four-necked separable flask equipped with a reflux condenser and a stirring blade, 616 g of water, 80 g of PVA-1 shown in Table 1 as a vinyl alcohol polymer having a mercapto group at the end, and 46. NaSS-1 were obtained. 6 g was charged and heated to 95 ° C. with stirring to dissolve the vinyl alcohol polymer and NaSS-1, and then cooled to room temperature. 1/2 N sulfuric acid was added to the aqueous solution to adjust the pH to 3.0. The system was heated to 90 ° C., and the system was purged with nitrogen for 30 minutes while bubbling nitrogen into the aqueous solution. After nitrogen substitution, 63 mL of a 2.5% aqueous solution of potassium persulfate was sequentially added to the aqueous solution over 1.5 hours to start and proceed with block copolymerization, and then the system temperature was increased to 90 ° C. for 1 hour. The polymerization was further continued to proceed, followed by cooling to obtain a PVA- (b) -p-sodium styrenesulfonate block copolymer aqueous solution having a solid concentration of 15%. A part of the obtained aqueous solution was dried, dissolved in heavy water, and subjected to 1 H-NMR measurement at 400 MHz. As a result, the amount of modification of the sodium p-styrenesulfonate unit was 10 mol%. Table 3 shows the properties of the obtained anionic block copolymer.
<P−4〜5の合成>
アニオン性基含有単量体の種類および仕込み量を表3に示す内容に変更した。これ以外はP−3と同様の方法により固形分濃度15%のPVA−(b)−p−スチレンスルホン酸ナトリウム水溶液を得た。得られたアニオン性ブロック共重合体の特性を表3に示す。
<Synthesis of P-4 to 5>
The type and amount of the anionic group-containing monomer were changed to those shown in Table 3. Except for this, a PVA- (b) -p-sodium styrenesulfonate aqueous solution having a solid concentration of 15% was obtained in the same manner as P-3. Table 3 shows the properties of the obtained anionic block copolymer.
<P−6(アニオン性ランダム共重合体)の合成>
攪拌機、温度センサー、滴下漏斗および還流冷却管を備え付けた6Lのセパラブルフラスコに、酢酸ビニル2450g、メタノール762g、および2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸ナトリウム(AMPS)27gを仕込み、攪拌下に系内を窒素置換した後、内温を60℃まで上げた。この系に2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)を0.8g含有するメタノール20gを添加し、重合反応を開始した。重合開始時点より2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸ナトリウム(AMPS)を25質量%含有するメタノール溶液568gを系内に添加しながら、4時間重合反応
を行った後、重合反応を停止した。重合反応を停止した時点における系内の固形分濃度、すなわち、重合反応スラリー全体に対する固形分の含有率は30質量%であった。ついで、系内にメタノール蒸気を導入することにより、未反応の酢酸ビニル単量体を追い出し、ビニルエステル共重合体を30質量%含有するメタノール溶液を得た。
<Synthesis of P-6 (anionic random copolymer)>
A 6 L separable flask equipped with a stirrer, temperature sensor, dropping funnel and reflux condenser was charged with 2450 g of vinyl acetate, 762 g of methanol, and 27 g of sodium 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonate (AMPS) under stirring. After the system was purged with nitrogen, the internal temperature was raised to 60 ° C. To this system, 20 g of methanol containing 0.8 g of 2,2′-azobisisobutyronitrile (AIBN) was added to initiate the polymerization reaction. While adding 568 g of methanol solution containing 25% by mass of sodium 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonate (AMPS) to the system from the start of polymerization, the polymerization reaction was stopped for 4 hours, and then the polymerization reaction was stopped. The solid content concentration in the system when the polymerization reaction was stopped, that is, the solid content with respect to the entire polymerization reaction slurry was 30% by mass. Subsequently, methanol vapor was introduced into the system to drive out unreacted vinyl acetate monomer, thereby obtaining a methanol solution containing 30% by mass of a vinyl ester copolymer.
このビニルエステル共重合体を30質量%含有するメタノール溶液に、該共重合体中の酢酸ビニル単位に対する水酸化ナトリウムのモル比が0.02、ビニルエステル共重合体の固形分濃度が30質量%となるように、メタノール、水酸化ナトリウムを10質量%含有するメタノール溶液をこの順序で攪拌下に加え、40℃でけん化反応を開始した。 In a methanol solution containing 30% by mass of this vinyl ester copolymer, the molar ratio of sodium hydroxide to vinyl acetate units in the copolymer is 0.02, and the solid content concentration of the vinyl ester copolymer is 30% by mass. Then, a methanol solution containing 10% by mass of methanol and sodium hydroxide was added in this order with stirring, and the saponification reaction was started at 40 ° C.
けん化反応の進行に伴ってゲル化物が生成した直後に、これを反応系から取り出して粉砕し、ついで、ゲル化物が生成してから1時間が経過した時点で、この粉砕物に酢酸メチルを添加することにより中和を行い、膨潤状態のポリビニルアルコール−ポリ(2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸ナトリウム)のランダム共重合体の水溶液を得た。この膨潤したアニオン性重合体に対して質量基準で6倍量(浴比6倍)のメタノールを加え、還流下に1時間洗浄し、該重合体をろ取した。該重合体を65℃で16時間乾燥した。得られた重合体を重水に溶解し、400MHzでの1H−NMR測定を行ったところ、該アニオン性重合体中のアニオン性単量体の含有量、すなわち、該重合体中の単量体単位の総数に対する2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸ナトリウム単量体単位の数の割合は5モル%であった。得られたアニオン性ランダム共重合体の特性を表4に示す。 Immediately after the saponification reaction has occurred, a gelled product is formed and taken out from the reaction system and pulverized. Then, when 1 hour has passed since the gelated product was formed, methyl acetate was added to the pulverized product. By carrying out neutralization, an aqueous solution of a random copolymer of polyvinyl alcohol-poly (sodium 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonate) in a swollen state was obtained. To this swollen anionic polymer, 6 times the amount of methanol (6 times the bath ratio) of methanol was added and washed under reflux for 1 hour, and the polymer was collected by filtration. The polymer was dried at 65 ° C. for 16 hours. When the obtained polymer was dissolved in heavy water and subjected to 1 H-NMR measurement at 400 MHz, the content of the anionic monomer in the anionic polymer, that is, the monomer in the polymer The ratio of the number of sodium 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonate monomer units to the total number of units was 5 mol%. Table 4 shows the properties of the obtained anionic random copolymer.
<CEM−1の作製>
P−3の樹脂を濃度10wt%まで希釈し、樹脂溶液の1倍の体積のメタノールにより再沈して塩類を除去した樹脂を取り出した。このとき含有塩量(C)は、4.5wt%であった。次いで、必要量の蒸留水を加えて濃度15wt%の水溶液を調整した。この水溶液を縦270mm×横210mmのアクリル製のキャスト板に流し込み、余分な液、気泡を除去した後、50℃のホットプレート上で24時間乾燥させることにより、皮膜を作製した。
<Production of CEM-1>
The resin of P-3 was diluted to a concentration of 10 wt%, and the resin from which salts were removed by reprecipitation with 1 volume of methanol of the resin solution was taken out. At this time, the salt content (C) was 4.5 wt%. Next, a necessary amount of distilled water was added to prepare an aqueous solution having a concentration of 15 wt%. This aqueous solution was poured into a cast board made of acrylic having a length of 270 mm and a width of 210 mm to remove excess liquid and bubbles, and then dried on a hot plate at 50 ° C. for 24 hours to prepare a film.
こうして得られた皮膜を、160℃で30分間熱処理し、物理的な架橋を生じさせた。ついで、皮膜を2mol/Lの硫酸ナトリウムの電解質水溶液に24時間浸漬させた。該水溶液にそのpHが1になるように濃硫酸を加えた後、1.0体積%グルタルアルデヒド水溶液に皮膜を浸漬し、25℃で24時間スターラーを用いて撹拌し、架橋処理を行った。ここで、グルタルアルデヒド水溶液としては、石津製薬株式会社製「グルタルアルデヒド」(25体積%)を水で希釈したものを用いた。架橋処理の後、皮膜を脱イオン水に浸漬し、途中数回脱イオン水を交換しながら、皮膜が膨潤平衡に達するまで浸漬させ、陽イオン交換膜を得た。 The film thus obtained was heat treated at 160 ° C. for 30 minutes to cause physical crosslinking. Subsequently, the film was immersed in an aqueous electrolyte solution of 2 mol / L sodium sulfate for 24 hours. Concentrated sulfuric acid was added to the aqueous solution so that the pH was 1, and then the film was immersed in a 1.0% by volume glutaraldehyde aqueous solution and stirred with a stirrer at 25 ° C. for 24 hours to carry out a crosslinking treatment. Here, as the glutaraldehyde aqueous solution, a product obtained by diluting “glutaraldehyde” (25% by volume) manufactured by Ishizu Pharmaceutical Co., Ltd. with water was used. After the crosslinking treatment, the film was immersed in deionized water, and the film was immersed until the film reached a swelling equilibrium while exchanging the deionized water several times in the middle to obtain a cation exchange membrane.
(イオン交換膜の評価)
このようにして作製した陽イオン交換膜を、所望の大きさに裁断し、測定試料を作製した。得られた測定試料を用い、上記方法にしたがって、膜含水率、陽イオン交換容量、膜抵抗の測定、相分離ドメインサイズの測定を行なった。得られた結果を表5に示す。
(Evaluation of ion exchange membrane)
The cation exchange membrane thus prepared was cut into a desired size to prepare a measurement sample. Using the obtained measurement sample, the membrane water content, the cation exchange capacity, the membrane resistance, and the phase separation domain size were measured according to the above methods. The results obtained are shown in Table 5.
<CEM−2の作製>
P−3の樹脂を濃度10wt%まで希釈し、樹脂溶液の2倍の体積のメタノールにより再沈して塩類を除去した樹脂を取り出した。次いで、必要量の蒸留水を加えて濃度15wt%の水溶液を調整した。この水溶液を縦270mm×横210mmのアクリル製キャスト板に流し込み、余分な液、気泡を除去した後、50℃のホットプレート上で24時間乾燥させることにより、皮膜を作製した。このとき含有塩量(C)は、4.0wt%であった。これ以外は、CEM−1と同様にして陽イオン交換膜の膜特性を測定した。得られた測定結果を表5に示す。
<Production of CEM-2>
The resin of P-3 was diluted to a concentration of 10 wt%, and the resin from which salts were removed by reprecipitation with twice the volume of methanol as the resin solution was taken out. Next, a necessary amount of distilled water was added to prepare an aqueous solution having a concentration of 15 wt%. This aqueous solution was poured onto an acrylic cast plate having a length of 270 mm and a width of 210 mm to remove excess liquid and bubbles, and then dried on a hot plate at 50 ° C. for 24 hours to prepare a film. At this time, the salt content (C) was 4.0 wt%. Except for this, the membrane characteristics of the cation exchange membrane were measured in the same manner as CEM-1. The obtained measurement results are shown in Table 5.
<CEM−3の作製>
P−2の水溶液を縦270mm×横210mmのアクリル製のキャスト板に流し込み、余分な液、気泡を除去した後、50℃のホットプレート上で24時間乾燥させることにより、皮膜を作製した。このとき含有塩量(C)は、2.8wt%であった。これ以外は、CEM−1と同様にして陽イオン交換膜の膜特性を測定した。得られた測定結果を表5に示す。
<Preparation of CEM-3>
An aqueous solution of P-2 was poured onto an acrylic cast plate having a length of 270 mm and a width of 210 mm to remove excess liquid and bubbles, and then dried on a hot plate at 50 ° C. for 24 hours to prepare a film. At this time, the salt content (C) was 2.8 wt%. Except for this, the membrane characteristics of the cation exchange membrane were measured in the same manner as CEM-1. The obtained measurement results are shown in Table 5.
<CEM−4作製>
CEM−3において、熱処理温度を表5に示すように変更した以外は、CEM−3と同様にして陽イオン交換膜の膜特性を測定した。得られた測定結果を表5に示す。
<CEM-4 production>
In CEM-3, the membrane characteristics of the cation exchange membrane were measured in the same manner as in CEM-3 except that the heat treatment temperature was changed as shown in Table 5. The obtained measurement results are shown in Table 5.
<CEM−5作製>
P−3の樹脂を濃度10wt%まで希釈し、樹脂溶液の5倍の体積のメタノールにより再沈して塩類を除去した樹脂を取り出した。次いで、必要量の蒸留水を加えて濃度15wt%の水溶液を調整した。この水溶液を縦270mm×横210mmのアクリル製のキャスト板に流し込み、余分な液、気泡を除去した後、50℃のホットプレート上で24時間燥させることにより、皮膜を作製した。このとき含有塩量(C)は、2.0wt%であった。これ以外は、CEM−1と同様にして陽イオン交換膜の膜特性を測定した。得られた測定結果を表5に示す。
<CEM-5 production>
The resin of P-3 was diluted to a concentration of 10 wt%, and the resin from which salts were removed by reprecipitation with 5 times the volume of methanol of the resin solution was taken out. Next, a necessary amount of distilled water was added to prepare an aqueous solution having a concentration of 15 wt%. This aqueous solution was poured onto an acrylic cast plate having a length of 270 mm and a width of 210 mm to remove excess liquid and bubbles, and then dried on a hot plate at 50 ° C. for 24 hours to prepare a film. At this time, the salt content (C) was 2.0 wt%. Except for this, the membrane characteristics of the cation exchange membrane were measured in the same manner as CEM-1. The obtained measurement results are shown in Table 5.
<CEM−6作製>
P−3の樹脂を濃度10wt%まで希釈し、樹脂溶液の10倍の体積のメタノールにより再沈して塩類を除去した樹脂を取り出した。次いで、必要量の蒸留水を加えて濃度15wt%の水溶液を調整した。この水溶液を縦270mm×横210mmのアクリル製のキャスト板に流し込み、余分な液、気泡を除去した後、50℃のホットプレート上で24時間乾燥させることにより、皮膜を作製した。このとき含有塩量(C)は、1.5wt%であった。これ以外は、CEM−1と同様にして陽イオン交換膜の膜特性を測定した。得られた測定結果を表5に示す。
<CEM-6 production>
The P-3 resin was diluted to a concentration of 10 wt%, and the resin from which salts were removed by reprecipitation with 10 times the volume of methanol of the resin solution was taken out. Next, a necessary amount of distilled water was added to prepare an aqueous solution having a concentration of 15 wt%. This aqueous solution was poured into a cast board made of acrylic having a length of 270 mm and a width of 210 mm to remove excess liquid and bubbles, and then dried on a hot plate at 50 ° C. for 24 hours to prepare a film. At this time, the salt content (C) was 1.5 wt%. Except for this, the membrane characteristics of the cation exchange membrane were measured in the same manner as CEM-1. The obtained measurement results are shown in Table 5.
<CEM−7〜11の作製>
陽イオン交換樹脂を表5に示した内容に変更した以外はCEM−1と同様にして陽イオン交換膜の膜特性を測定した。得られた測定結果を表5に示す。
<Production of CEM-7 to 11>
The membrane characteristics of the cation exchange membrane were measured in the same manner as CEM-1 except that the cation exchange resin was changed to the contents shown in Table 5. The obtained measurement results are shown in Table 5.
図1(a)、図1(b)、図1(c)、図1(d)および図1(e)は、塩含有量の異なるブロック共重合体を用いた陽イオン交換膜のTEM写真を示している(塩含有量は、表5を参照)。図1(a)〜図1(e)のTEM写真から、相分離構造は塩含有量により変化し、塩含有重量(C)/ブロック共重合体の重量(P)の減少と共にドメインサイズが小さくなることがわかる。特に変性量10モル%での含有塩の重量(C)が最も少ない図1(b)[CEM−7]では、膜の相溶性が向上し、ドメインサイズが4nmと非常に小さいものであった。一方で、含有塩重量(C)の最も多い図1(C)[CEM−8]では、相分離が激しく空隙が発生した。 1 (a), 1 (b), 1 (c), 1 (d) and 1 (e) are TEM photographs of cation exchange membranes using block copolymers having different salt contents. (See Table 5 for salt content). From the TEM photographs of FIGS. 1 (a) to 1 (e), the phase separation structure varies depending on the salt content, and the domain size decreases with decreasing salt-containing weight (C) / block copolymer weight (P). I understand that In particular, in FIG. 1 (b) [CEM-7] in which the weight (C) of the contained salt is the smallest at a modification amount of 10 mol%, the compatibility of the film is improved and the domain size is very small, 4 nm. . On the other hand, in FIG. 1 (C) [CEM-8] having the largest salt content (C), phase separation was severe and voids were generated.
表5の結果からは、特に塩含有重量(C)が4.0%以下のブロック共重合体(P)を用いた膜は、ドメインサイズが150 nm以下となり、膜抵抗が低い膜となり、陽イオン交換膜として優れていることが判る(CEM−1〜7)。さらに、塩含有重量(C)が3.5%以下の膜は、ドメインサイズが130nm以下であり、膜抵抗が低くなることがわかる(CEM−2〜7)。一方で、塩含有重量が4.0%よりも多いブロック共重合体を用いた陽イオン交換膜はドメインサイズが150nmよりも大きく、高い膜抵抗であり、陽イオン交換膜としての特性が発現しなかった(CEM−8−10)。特に、塩含有量(C)の多いものは膜のポリマーセグメントの相分離が激しく、イオン交膜全体で空隙が発生し、イオン交換膜として満足のいく特性を発現していない(CEM−8)。なお、CEM−9では、精製したNaSS−2を使用しているが、重合開始剤としてKPSを使用しているため、得られた陽イオン交換樹脂中の塩含有量は高い。
一方で、完全相溶系であると考えられるミクロ相分離が確認されなかったランダム共重合体のP−6を用いた膜(CEM−11)は、相分離ドメインサイズの小さいブロック共重合体P−5(CEM−5)に比べ、膜抵抗が高い(表5)。これから、相分離ドメインが存在し、相分離ドメインサイズ(X)が0を超す、すなわちX>0であるブロック共重合体であることが、膜性能発現に重要であることがわかる。
From the results shown in Table 5, the film using the block copolymer (P) having a salt-containing weight (C) of 4.0% or less is a film having a domain size of 150 nm or less and a low film resistance. It turns out that it is excellent as an ion exchange membrane (CEM-1-7). Furthermore, it can be seen that a film having a salt content weight (C) of 3.5% or less has a domain size of 130 nm or less and a low film resistance (CEM-2 to 7). On the other hand, a cation exchange membrane using a block copolymer having a salt content of more than 4.0% has a domain size larger than 150 nm, a high membrane resistance, and exhibits characteristics as a cation exchange membrane. None (CEM-8-10). In particular, when the salt content (C) is large, the phase separation of the polymer segment of the membrane is severe, and voids are generated in the entire ion exchange membrane, and satisfactory characteristics as an ion exchange membrane are not expressed (CEM-8). . In CEM-9, purified NaSS-2 is used, but since KPS is used as the polymerization initiator, the salt content in the obtained cation exchange resin is high.
On the other hand, a membrane (CEM-11) using a random copolymer P-6 that was not confirmed to be completely compatible with microphase separation was a block copolymer P- with a small phase separation domain size. Film resistance is higher than 5 (CEM-5) (Table 5). From this, it can be seen that a block copolymer having a phase separation domain and having a phase separation domain size (X) exceeding 0, that is, X> 0 is important for the expression of membrane performance.
<実施例1>
図3に示す装置を用いて行った。該装置は、生物処理槽1、電気透析装置3、生物処理槽1と電気透析装置3との間に配置されているカ−トリッジフィルタ−2から構成されており、BOD濃度300mg/Lの原水を生物処理槽1で生物処理した後の上澄み処理液を、孔径10μmのカートリッジフィルター2でS−S除去処理を行った液を電気透析装置3へ供給した。電気透析装置3は小型電気透析装置CH−0型(AGCエンジニアリング(株)製)にて、陽イオン交換膜にCEM−1、陰イオン交換膜にセレミオンAMV(AGCエンジニアリング(株)製)を用いて陰極と陽極の両電極間に交互に配列してスタックを組み立て有機性廃水の脱塩試験を実施した。この際、S−S除去処理水中にはBOD濃度:20mg/L、TDS(蒸発残留物成分濃度):3000ppmを含んでいた。このろ過水を電気透析装置3の脱塩室に供給し、25℃で電流密度1〜2A/dm2にて1パスで7時間電気透析をした。7時間後の脱塩率、有機汚染度(開始時点の電圧からの7時間運転後の電圧の上昇率)を測定した結果を表6に示す。
<Example 1>
This was performed using the apparatus shown in FIG. The apparatus is composed of a
<実施例2〜7>
用いる陽イオン交換膜を表6に示す内容に変更した以外は実施例1と同様にして有機性廃水の脱塩試験を行った。得られた結果を表6に示す。
<Examples 2 to 7>
A desalting test of organic wastewater was performed in the same manner as in Example 1 except that the cation exchange membrane used was changed to the contents shown in Table 6. The results obtained are shown in Table 6.
<比較例1〜4>
用いる陽イオン交換膜を表6に示す内容に変更した以外は実施例1と同様にして有機物の脱塩試験を行った。得られた結果を表6に示す。
<Comparative Examples 1-4>
An organic matter desalting test was conducted in the same manner as in Example 1 except that the cation exchange membrane used was changed to the contents shown in Table 6. The results obtained are shown in Table 6.
<比較例5>
陽イオン交換膜に市販品CMV(AGCエンジニアリング(株)社製)を用いて実施例1と同じ条件で測定した。結果を表6に示す。
<Comparative Example 5>
The measurement was performed under the same conditions as in Example 1 using a commercial product CMV (manufactured by AGC Engineering Co., Ltd.) as the cation exchange membrane. The results are shown in Table 6.
<比較例6>
図4に示す装置を用いて行った。該装置は、生物処理槽1、RO膜装置6、生物処理槽1とRO膜装置6との間に配置されているカ−トリッジフィルタ−2から構成されており、BOD濃度300mg/Lの原水を生物処理槽1で生物処理した後の上澄み処理液を、孔径10μmのカートリッジフィルター2でS−S除去処理を行った液をRO膜装置6へ供給した。RO膜分離装置6(低圧芳香族ポリアミド型RO膜「ES−10」:日東電工製)を用いて圧力:0.75MPa、通水量:80L/h、回収率:75%の条件で有機性廃水の脱塩試験を実施した。この際、S−S除去処理水中にはBOD濃度:20mg/L、TDS:3000ppmを含んでいた。このとき処理開始後3時間で通水量が40L/hまで低下し、有機汚染度が激しかった。
<Comparative Example 6>
The measurement was performed using the apparatus shown in FIG. The apparatus is composed of a
表6の結果から明らかであるように、実施例1〜7では、比較例1〜4に比べて脱塩率が優れており、また、比較例5に比べて、電圧上昇率が低く、耐有機汚染性に優れている。 As is clear from the results in Table 6, in Examples 1 to 7, the desalination rate is superior to Comparative Examples 1 to 4, and the voltage increase rate is low compared to Comparative Example 5, Excellent organic contamination.
上記のように、アニオン性重合体セグメントとビニルアルコール重合体セグメントを有するビニルアルコール系共重合体から構成され、ドメインサイズが0nm<X≦150nmの範囲内にあるミクロ相分離構造を有する陽イオン交換膜は、有機性廃水を電気透析処理して、電気透析濃縮水と電気透析処理水とに分離するのに有効であり、かつ、耐有機汚染性に優れており、長期にわたる電気透析を安定に行うことができるので、産業上の利用可能性を有する。 As described above, cation exchange having a microphase separation structure composed of a vinyl alcohol copolymer having an anionic polymer segment and a vinyl alcohol polymer segment and having a domain size in a range of 0 nm <X ≦ 150 nm. The membrane is effective in separating organic wastewater into electrodialyzed concentrated water and electrodialyzed water, and has excellent resistance to organic contamination, enabling stable long-term electrodialysis. Since it can be performed, it has industrial applicability.
以上、本発明の好ましい実施態様を例示的に説明したが、当業者であれば、特許請求の範囲に開示した本発明の範囲および精神から逸脱することなく多様な修正、付加および置換ができることが理解可能であろう。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above by way of example, those skilled in the art can make various modifications, additions and substitutions without departing from the scope and spirit of the present invention disclosed in the claims. It will be understandable.
A イオン交換膜
B 白金電極
C NaCl水溶液
D 水浴
E LCRメーター
A ion exchange membrane B platinum electrode C NaCl aqueous solution D water bath E LCR meter
Claims (6)
前記電気透析処理における陽イオン交換膜として、
アニオン性基を有するアニオン性重合体セグメントとビニルアルコール重合体セグメントを有するビニルアルコール系共重合体を含有し、ドメインサイズ(X)が、0nm<X≦150nmの範囲内にあるミクロ相分離構造を有する陽イオン交換膜を用いることを特徴とする有機性廃水の処理方法。 The organic wastewater containing salts and organic substances is subjected to SS removal treatment, and then the organic wastewater after the SS removal treatment is subjected to electrodialysis treatment to be separated into electrodialysis concentrated water and electrodialysis treatment water. In the method of treating organic wastewater,
As a cation exchange membrane in the electrodialysis treatment,
A microphase-separated structure comprising an anionic polymer segment having an anionic group and a vinyl alcohol copolymer having a vinyl alcohol polymer segment and having a domain size (X) in the range of 0 nm <X ≦ 150 nm. A method for treating organic wastewater, comprising using a cation exchange membrane.
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