JP2001252540A

JP2001252540A - 逆浸透複合膜

Info

Publication number: JP2001252540A
Application number: JP2000067413A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Kihara; 正浩木原; Katsufumi Ooto; 勝文大音; Shuji Furuno; 修治古野
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2000-03-10
Filing date: 2000-03-10
Publication date: 2001-09-18

Abstract

(57)【要約】【課題】７.０MPa以上の高圧運転下においても、水質
低下を招くことなく高い透過水量を生産できる逆浸透複
合膜を提供する。【解決手段】多孔質基材２Ａの表面に、連通孔２ｂが
分布する支持膜２Ｂと分離機能層２Ｃがこの順序で製膜
されている逆浸透複合膜２において、支持膜２Ｂの平均
空隙率と平均孔径をそれぞれＤｓ（単位：％），ｄｓ
（単位：μｍ）とし、また多孔質基材２Ａの平均空隙率
と平均孔径をそれぞれＤｂ（単位：％），ｄｂ（単位：
μｍ）としたとき、Ｄｓ，ｄｓ，Ｄｂ、およびｄｂは、
それぞれ、４０≦Ｄｓ≦９０，０.１≦ｄｓ≦０.６，１
５≦Ｄｂ≦６０、および０.５≦ｄｂ≦３０を同時に満
足する数である逆浸透複合膜。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は例えば海水の淡水化
装置に組み込まれる逆浸透複合膜に関し、更に詳しく
は、装置の高圧運転下にあっても、逆浸透分離性能の低
下が起こりづらく、また支持膜や基材の圧密化に基づく
透過水量の低下も起こりづらいように支持膜構造が設計
されている逆浸透複合膜に関する。

【０００２】

【従来の技術】逆浸透分離方法は、溶質が含まれている
溶液をその浸透圧以上の圧力で逆浸透膜を透過させるこ
とにより溶質の一部を分離除去し、溶質濃度が低下した
透過液を得る方法であって、例えば、海水の淡水化、か
ん水の脱塩、超純水の製造、廃液の濃縮やそこからの有
価物の回収などの分野で採用されている。

【０００３】とくに、海水の淡水化の場合には、蒸発法
に比べると相変化はなく、省エネルギーであり、また運
転時には海水を所定の圧力に昇圧して逆浸透膜へ供給す
るだけでよいので運転管理は容易であるということから
して逆浸透分離方法が広く採用されはじめている。海水
に対するこの逆浸透分離方法の実施に際しては、例えば
図５と図５のVI−VI線に沿う断面図である図６で示した
ような構造のスパイラル型逆浸透膜エレメントが使用さ
れている。

【０００４】このエレメントは、表面に複数の透孔１ａ
が形成されている集水管１がエレメント全体の中心に配
置され、その外周面には、図７で示したように、逆浸透
膜２，透過水流路材３、および供給海水流路材４から成
る積層シート状物が渦巻状に巻回された構造になってい
る。ここで、上記した積層シート状物を図６と図７に基
づいて説明する。

【０００５】まず、逆浸透膜２は全体として袋形状にな
っていて、その中に例えばトリコットから成る透過水流
路材３が収容されている。この透過水流路材３の片面に
は、所定の幅と深さを有し、かつ逆浸透膜２の袋とじ端
部２ｃから開口２ｄにかけて延在している複数の溝３ａ
が形成されている。そして、袋形状になっている逆浸透
膜２の開口２ｄが集水管の透孔１ａを包み込むようにし
て当該集水管１の外周面に配置されていることにより、
逆浸透膜２の内部、したがって透過水流路材３は集水管
の透孔１ａと連通している。

【０００６】また、各逆浸透膜２の間には、繊維４ａを
織成した例えば平面視形状が菱目形状になっているメッ
シュ組織の供給海水流路材４が介装されている。そし
て、この積層シート状物の全体は、図６で示したように
渦巻状に巻回され、全体の両端に通液構造の枠体５を装
着することにより、上記したスパイラル構造が保持され
ている。

【０００７】このエレメントは全体が圧力容器の中に収
容され、その一端（上流側）から所定の圧力で供給海水
６が供給される。供給海水６は、図５の矢印で示したよ
うに、供給海水流路材４を伝わってエレメントの長手方
向に流れていき、その過程で、逆浸透膜２による透過水
と塩分の逆浸透分離が進む。

【０００８】逆浸透膜２を透過した透過水６ａは透過水
流路材３の溝３ａを通り、透孔１ａを通って集水管１に
集められ、エレメントの下流端から取り出される。一
方、逆浸透膜２を透過しない供給海水は、そのまま供給
海水流路材４を伝わって下流側に流れていき、その過程
で逆浸透膜２で分離・除去された塩分を取り込んで高塩
分濃度の濃縮水６ｂになる。

【０００９】例えば、塩分濃度が３.５％の海水から４
０％の造水率で透過水６ａを得ようとする場合は、当該
海水を昇圧ポンプ（図示しない）で６.５MPa程度にまで
昇圧して上記エレメントに供給されている。そしてその
場合には、塩分濃度が５.８％程度の濃縮水６ｂが供給
海水の６０％量で副生する。このようなエレメントで用
いられる逆浸透膜２としては、最近、次のような構造の
複合膜が主流になっている。それを図１に基づいて説明
する。

【００１０】この複合膜２は、基材２Ａと、その片面に
製膜された支持膜２Ｂと、支持膜２Ｂの上に製膜された
分離機能層２Ｃとから成る一体構造物になっている。そ
して、上記基材２Ａは前記した透過水流路材３側に配置
され、分離機能層２Ｃが供給海水流路材４側に配置され
る。この複合膜２において、最上層に位置する分離機能
層２Ｃは、ここに供給される所定圧力の供給海水から透
過水を分離する。その場合、透過水の透過流束はこの分
離機能層の厚みに反比例するので、透過流束を高めて透
過水量を増加させるためには、当該分離機能層が薄膜化
しているほど有利である。

【００１１】この分離機能層２Ｃの下に位置する支持膜
２Ｂは、以下の役割を果たすために設けられる。その１
つは、上に位置する分離機能層２Ｃは極薄でありその機
械的強度が弱いので、高圧運転時や運転圧力の変動時な
どに変形して破損するような事態が起こらないように、
当該分離機能層２Ｃを支持してそれを補強することであ
る。

【００１２】他の役割は、分離機能層２Ｃを透過した透
過水を円滑に基材２Ａ側へ導くためのいわば流通経路と
しての役割である。このため、支持膜２Ｂには、その膜
面２Ｂ₁から基材２Ａ側に分布する多数の連通孔２ｂが
形成されている。その場合、膜面２Ｂ₁から基材２Ａ側
にかけて、すなわち膜厚方向では徐々に孔径が大きくな
っていく態様で連通孔２ｂは分布しているのが通例であ
る。

【００１３】支持膜２Ｂの下に位置し、かつ、図７で示
した溝３ａを有する透過水流路材３の上に位置する基材
２Ａは、複合膜全体の強度を保持し、また形状を保持す
るために設けられるものであって、支持膜２Ｂを透過し
てきた透過水は、これら繊維間の隙間、すなわち空隙を
通って透過水流路材の方へ流れていく。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記したよ
うに、例えば塩分濃度３.５％の海水から４０％の造水
率で透過水を得ようとする場合には、通常、６.５MPa程
度にまで海水を１段の昇圧で逆浸透分離する操作が一般
的である。そして、そのときに、より多くの透過水を得
るために、逆浸透複合膜における支持膜２Ｂの構造決定
に関しては、膜面２Ｂ₁の近傍や膜内部に分布する連通
孔２ｂの孔径を比較的大きくすることにより、分離機能
層２Ｃからの透過水の流通経路としての機能を円滑に発
揮させるという設計思想が適用されていた。

【００１５】一方、最近では、１段目で副生した濃縮水
を更に逆浸透分離することにより、その濃縮水から更に
透過水（淡水）を造水して造水率をより高めた昇圧２段
法が実施されはじめている。例えば、前記した運転条件
下で副生した６０％量の濃縮水（塩分濃度５.８％）を
９.０MPa程度にまで昇圧して２段目の逆浸透分離が行わ
れている。この場合、２段目部分のみに注目すれば３３
％量の淡水が得られ、６７％量の濃縮水（塩分濃度８.
８％）が得られ、結局、１段目と２段目の逆浸透分離に
より、造水率は全体として４０％から６０％に増大す
る。

【００１６】しかしながら、上記したように、逆浸透分
離に際して高圧運転を採用すると、全体としての造水率
の増加、したがって造水コストの低減という点で有利で
あるが、他方では、高圧運転下にある逆浸透複合膜には
次のような問題が生じてくる。それを以下に説明する。

【００１７】（１）まず、運転圧力が高くなると、図１
で示した複合膜２において、基材２Ａと支持膜２Ｂは低
圧運転のときよりも圧縮される。とくに、支持膜２Ｂの
場合は、高分子材料から成るマトリックスの中に所定の
孔径分布をもって存在している連通孔２ｂが押しつぶさ
れて全体は圧密化した状態になる。そのため、透過水の
流通経路が閉塞された状態になり、高圧運転により分離
機能層２Ｃの分離能は高まっているとはいえ、支持膜２
Ｂの透水性は低下してしまうので、複合膜全体としての
造水性能は低下することになる。

【００１８】そして、前記した設計思想に基づいて製膜
されていた従来の支持膜の場合、膜面２Ｂ₁近傍や膜内
部の連通孔２ｂの孔径を大きくするように設計されてい
るので、膜の骨格部分の強度は低くなっていて当該連通
孔２ｂはつぶれやすい状態になっている。そのため、圧
密化が起こりやすく、透過水の流通経路が閉塞されやす
く、造水性能の低下が顕著に発現するようになる。この
ような問題の発生を抑制するために、支持膜２Ｂにおけ
る連通孔２ｂの孔径を小さくすると、確かに膜の骨格部
分の強度が向上して圧接化を抑制することは可能である
が、他方では、支持膜２ｂにおける透過水の透過抵抗が
大きくなって透水性能の低下という問題が派生してく
る。

【００１９】（２）また、基材２Ａの場合には、運転圧
力が高くなると、支持膜２Ｂの場合と同じように圧密化
することによりその通液性が低下して膜全体の透水性能
の低下を招く。しかしながら、そのこと以上に重要な問
題は、運転圧力が高くなると、複合膜２の全体が図７で
示した透過水流路材の溝３ａの中に凹没して変形し、そ
のとき溝３ａのエッジ部で膜全体が破損して透過水の水
質が極度に低下するという深刻な問題を引き起こすこと
である。

【００２０】このような問題の発生を抑制するために
は、基材２Ａとして高強度の材料を用いればよいのであ
るが、そのような材料は、一般に密度も高いので通液性
に劣り、そのため透水性能の低下が余儀なくされる。本
発明は、運転圧力を高めたときの逆浸透複合膜における
上記した問題を解決し、高圧運転下においても、支持膜
や基材の圧密化が起こりにくく、適正な水質の透過水
を、透過水量の低下を招くことなく増水することができ
る逆浸透複合膜の提供を目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記した
目的を達成するために鋭意研究を重ねる過程で、支持膜
と基材における圧密化や変形は、支持膜や基材に形成さ
れている空隙（支持膜の場合は連通孔であり、基材の場
合は繊維間の隙間である）の割合の大小と当該空隙それ
自体の大小の影響を受けるものと考察した。例えば、支
持膜における連通孔の割合が多かったり、また大きな連
通孔であったりした場合は、膜の骨格部分の膜内におけ
る占有割合は少なくなってその強度は低下し、そのため
圧密化が起こりやすくなると考えられるからである。

【００２２】そこで、本発明者らは、支持膜と基材の強
度特性に影響を与えるパラメータとして後述する平均空
隙率と平均孔径を創出し、このパラメータが異なる各種
の逆浸透複合膜につき、その透水性能と脱塩性能を調べ
たところ、上記パラメータが後述する値を示す支持膜と
基材から成る逆浸透複合膜は、高圧運転下においても、
高い透水性能と高い脱塩性能を発揮するとの事実を見出
し、本発明の逆浸透複合膜を開発するに至った。

【００２３】すなわち、本発明の逆浸透複合膜は、多孔
質基材と、連通孔を有する支持膜と、分離機能層とをこ
の順に積層して成り、多孔質基材の平均空隙率をＤｂ
（％），多孔質基材の平均孔径をｄｂ（μｍ），支持膜
の平均空隙率をＤｓ（％），支持膜の平均孔径をｄｓと
したとき、Ｄｓ，Ｄｓ，Ｄｂおよびｄｂが次式（１）〜
（４）：１５≦Ｄｂ≦６０ …（１）０.５≦ｄｂ≦３０ …（２）４０≦Ｄｓ≦９０ …（３）０.１≦ｄｓ≦０.６ …（４）を同時に満足していることを特徴とする。

【００２４】好ましくは、次式（５）〜（８）：２０≦Ｄｂ≦４０ …（５）１≦ｄｂ≦２０ …（６）６０≦Ｄｓ≦８０ …（７）０.１５≦ｄｓ≦０.４ …（８）を同時に満足している。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明の逆浸透複合膜は、図１で
示したように、基材２Ａの上に、連通孔２ｂが分布する
支持膜２Ｂと、分離機能層２Ｃとがこの順序で製膜され
ている。そして、本発明の逆浸透複合膜においては、支
持膜２Ｂの平均空隙率をＤｓ（％）、支持膜内に分布し
ている連通孔２ｂの平均孔径をｄｓ（μｍ）とし、ま
た、この支持膜２Ｂの下に位置する基材２Ａの平均空隙
率をＤｂ（％）、基材２Ａ内に存在する繊維間の隙間
（空隙）の平均孔径をｄｂ（μｍ）としたとき、Ｄｓ
は、４０〜９０％、好ましくは６０〜８０％、ｄｓは、
０.１〜０.６μｍ、好ましくは０.１５〜０.４μｍ、Ｄ
ｂは１５〜６０％、好ましくは２０〜４０％、そしてｄ
ｂは０.５〜３０μｍ、好ましくは１.０〜２０μｍの値
を同時に満足している。

【００２６】なお、本発明でいう平均空隙率と平均孔径
は次のようにして測定された値のことをいう。図１で示
した複合膜２において、例えばピンセットを用いて基材
２Ａから機械的に分離した支持膜２Ｂと、用いた基材２
Ａのそれぞれに対して、水銀圧入法により平均孔径（ｄ
ｓ、およびｄｂ）を測定する。

【００２７】水銀圧入法では、前記支持膜２Ｂと基材２
Ａの連通孔に水銀が圧入されるように水銀に圧力ｐをか
け、圧力の増分ｄｐに対するセル内の水銀の体積変化ｄ
Ｖを測定することによって、次式から、細孔分布関数Ｆ
（ｒ）を求める。

【００２８】

【数１】（ここで、ｒは細孔半径，σは水銀の表面張力（０.４
８０Ｎ／ｍ），θは接触角（１４０°）を表す）平均孔
径ｄは、次式によって求め、その計算値をｄｓまたはｄ
ｂとする。

【００２９】

【数２】

【００３０】一方、平均空隙率は、水銀圧入法により、
支持膜２Ｂと基材２Ａについて、それぞれ連通孔に水銀
が圧入される前の嵩密度Ｄａを求め、次式によって求め
る。Ｄａ＝（ｍ０−ｍ１）／ρ …（１１）（ここで、ｍ０は空の測定セル内に水銀を満たしたとき
の水銀の重量，ｍ１は試料をセル内に入れ、水銀をセル
内に導入したときの水銀の重量，ρは水銀の密度を表
す）更に水銀が圧入されて連通孔が完全に水銀で置換さ
れる前と後の体積変化Ｖ１から、真密度Ｄｔを次式によ
って求め、Ｄｔ＝Ｗ／（Ｗ／Ｄａ−Ｖ１） …（１２）（ここで、Ｗは試料重量を表す）（３），（４）式か
ら、平均空隙率Ｄ（ＤｂおよびＤｓ）はＤｂ＝（Ｄｔ−Ｄａ）×１００／Ｄｔ …（１３）をもって算出された値とする。

【００３１】上記したパラメータ特性で特徴づけられる
本発明の逆浸透複合膜において、今、支持膜のＤｓ値が
同じ程度であると仮定した場合、運転圧力が高くなる
と、ｄｓ値が大きい場合ほど連通孔２ｂへの圧力集中が
起こりやすくなるので、支持膜は変形しやすくなって圧
密化を起こしやすくなる。そのため、支持膜の透水性能
は低下するようになる。このようなことから、支持膜の
ｄｓ値の上限値は、０.６μｍに設定される。

【００３２】一方、支持膜のｄｓ値が小さくなるほど連
通孔２ｂへの応力集中は小さくなるので、支持膜の圧密
化は起こりにくくなり、そのため、支持膜の透水性能の
低下は抑制される。しかしながら、ｄｓ値が小さくなり
すぎると、透過水に対する透過抵抗が大きくなるので、
高い透水性能が得られなくなる。このようなことから、
支持膜の下限値は０.１μｍに設定される。

【００３３】また、支持膜のｄｓ値が同じ程度であると
仮定した場合には、Ｄｓ値が小さい場合ほど膜の骨格部
分の占有割合は大きく膜自体の強度も大きいので、運転
圧力が高くなっても支持膜の圧密化は起こりにくい。し
かし他方では、透過水の透過抵抗は高くなり、透水性能
の低下が引き起こされる。このようなことから、Ｄｓ値
の下限値は４０％に設定される。

【００３４】一方、Ｄｓ値が大きくなるほど透過水に対
する透過抵抗は小さくなって透水性能は向上する。しか
しながら、膜の骨格部分の占有割合は少なく、その強度
は低くなるので、運転圧力が高くなると圧密化を起こし
やすい。このようなことから、Ｄｓ値の上限値は９０％
に設定される。支持膜２ｂのＤｓ値とｄｓ値を上記した
範囲に設定することにより、当該支持膜は、例えば操作
圧力が７.０MPaといった高圧運転下においても、圧密化
を起こしにくく、かつ高い透過水量を実現する支持膜と
して機能する。

【００３５】次に、基材２Ａにおいて、今、Ｄｂ値が同
じ程度であると仮定した場合、運転圧力が高くなると、
ｄｂ値が大きい場合ほど当該基板２Ａの強度は低下する
ので変形しやすくなり、その結果、透過水流路材の溝へ
の落ち込みが起こりやすく、破損による水質低下を引き
起こすことがある。このようなことから、ｄｂ値の上限
値は３０μｍに設定される。

【００３６】一方、基材のｄｂ値が小さくなるほど基材
の強度は高くなって上記した溝への落ち込みは起こりに
くくなる。しかしながら、ｄｂ値が小さくなりすぎる
と、基材としては緻密になってその通液性が低下するの
で高い透過性能が得られなくなる。このようなことか
ら、基材のｄｂ値の下限値は０.５μｍに設定される。
また、基材のｄｂ値が同じ程度であると仮定した場合に
は、Ｄｂ値が小さい場合ほど基材は緻密化してその強度
も大きくなるので、運転圧力が高くなっても基材の変形
起こりにくい。しかし他方では、通液性は低下するの
で、透水性能の低下が引き起こされる。このようなこと
から、Ｄｂ値の下限値は１５％に設定される。

【００３７】一方、Ｄｂ値が大きくなればなるほど基材
の通液性は向上する。しかしながら、他方では基材の強
度は低下するので、運転圧力を高めると変形して透過水
流路材の溝への落ち込みが起こりやすくなる。このよう
なことから、基材のＤｂ値の上限値は６０％に設定され
る。基材２ＡのＤｂ値とｄｂ値を上記した範囲に設定す
ることにより、当該基材は、例えば操作圧力が７.０MPa
といった高圧運転下においても、変形を起こしにくく、
かつ好適な通液性を維持する基材として機能する。

【００３８】次に、上記した逆浸透複合膜の製造方法に
ついて述べる。まず、所定の寸法，形状に裁断した基材
の片面に、支持膜の構成材料となる高分子材料を有機溶
媒溶液に溶解して成る樹脂液を所定の厚みで塗布し、つ
いで、この溶媒を揮散せしめて支持膜を形成する。例え
ば、高分子材料としてポリスルホンを用いる場合は、そ
の所定量をジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）に溶解せし
めて所定濃度のポリスルホン樹脂液を調製する。つい
で、この樹脂液を基材上に所定の厚みで塗布したのち、
直ちに水中に浸漬する。これにより、水と接触する表面
部分などは、溶媒のＤＭＦが迅速に揮散するとともに、
ポリスルホンの凝固が急速に進行し、ＤＭＦの存在した
部分を核とする微細な連通孔が生成する。また、上記の
表面部分から基材側へ向かう内部においては、ＤＭＦの
揮散とポリスルホンの凝固は表面に比べて緩慢に進行す
るので、ＤＭＦが凝集して大きな核を形成しやすく、し
たがって、生成する連通孔が大径化する。勿論、上記の
核生成の条件は、膜表面からの距離によって徐々に変化
するので、明確な境界のない、滑らかな孔径分布を有す
る支持膜が形成されることになる。本発明においては、
上記の工程において、有機溶媒溶液の濃度や温度，分布
を行う際の相対湿度を制御することにより、平均空隙率
や平均孔径が前述の範囲内にある支持膜を得ることがで
きる。

【００３９】さて、上記においては、高分子材料として
ポリスルホンを例示したが、その他に、ポリアクリロニ
トリルやポリフッ化ビニリデン，ポリアミド，ポリエス
テル，ポリフェニレンスルフィドスルホン，ポリフェニ
レンスルホン，酢酸セルロースなどを用いることができ
る。中でも、ポリスルホン，ポリアクリロニトリル，酢
酸セルロースを用いることが好ましく、とくに、ポリス
ルホンを用いると、化学的，機械的，熱的に安定な支持
膜とすることができるので好適である。

【００４０】また、生成する支持膜の厚みが１〜１００
μｍの範囲内になるように、上記の樹脂液を塗布するこ
とが好ましい。用いる基材としては、例えば、ポリエス
テル繊維を織った、厚みが１０〜２００μｍの範囲内に
あるタフタや不織布を用いることが好ましい。基材とし
てこのような繊維から成る布帛を用いることにより、上
記の樹脂液が基材の繊維間にまで充填されたのち固化す
るので（図１における２Ｄで示される部分）、そのアン
カー効果により支持膜が基材に強固に接合する。しか
も、繊維の繊維径や織密度などを適宜選択することによ
り、基材の平均空隙率や平均孔径を容易に制御して上述
の範囲内にすることができる。

【００４１】さて、上記の樹脂液の塗布において、所定
の平均空隙率や平均孔径を有する支持膜を得るために
は、樹脂液の温度と樹脂濃度、および塗布する際の雰囲
気の相対湿度の制御が重要である。まず、温度である
が、本発明においては、樹脂としてポリスルホンを用い
る場合、２０〜３５℃の範囲内にある樹脂液を塗布する
とよい。この温度が２０℃を下回ると、樹脂と溶媒との
相分離が充分に進行しないうちに凝固が始まるため、生
成する連通孔の孔径が小さくなりやすい。また、３５℃
を超えると、相分離が進行して連通孔となる溶媒相が大
きく成長し、連通孔が大きくなる傾向にあり、所定の平
均空隙率や平均孔径が得にくくなる。

【００４２】また、樹脂濃度については、同じくポリス
ルホンを用いる場合、１２〜２０重量％の範囲内にある
樹脂液を用いるとよい。１２重量％を下回ると連通孔の
孔径が大きくなる傾向があり、また、２０重量％を超え
ると連通孔の孔径が小さくなる傾向があり、いずれにし
ても、所定の平均空隙率や平均孔径を得にくくなる。さ
らに、樹脂液を基材に塗布する際の雰囲気の相対湿度も
支持膜の平均空隙率や平均孔径に影響を与えるため、こ
の相対湿度が６０％以下の雰囲気下で塗布を行うとよ
い。６０％を超えると、樹脂液の凝固が急速に進むため
平均孔径が小さくなりやすい。

【００４３】上記のようにして、支持膜を形成したあと
は、その上に分離機能層を形成する。これは、例えば、
支持膜上にモノマーと触媒とを含む混合溶液を塗布した
のち加熱などにより重合反応を進めて形成したり、ポリ
マーの水溶液を支持膜上に塗布したのち、その上から架
橋剤や触媒を含む有機溶媒溶液を塗布して、両者の界面
で加熱などにより架橋反応を進めて形成する方法を用い
ることができる。具体的には、ポリアミドの分離機能層
を形成する場合、メタフェニレンジアミンやトリアミノ
ベンゼンなどのアミンモノマーを含む水溶液を支持膜上
に薄く塗布したのち、架橋剤として、トリメシン酸クロ
ライドなどの酸クロライド成分を含む有機溶媒溶液を塗
布し、加熱を行って、両者の界面で重縮合反応を起こさ
せて架橋する方法を採用することができる。

【００４４】この分離機能層の厚みは、薄いほど透過水
量が増加して好ましいが、薄すぎると膜の強度が低下し
たり異物の混入により欠陥が発生しやすくなるので、分
離機能層の厚みが０.１〜１μｍの範囲内になるように
上記の溶液を塗布することが好ましい。上記した本発明
の逆浸透複合膜は、図２，図３に示すように、スパイラ
ル型逆浸透膜エレメントに好適に用いることができる。
また、図４に示すように、複数個のエレメントを圧力容
器内に直列に収納した逆浸透膜モジュールとすることも
できる。

【００４５】図２において、エレメント３１は、供給液
流路材３２と、逆浸透複合膜３３と、透過液流路材３４
とを含む膜ユニットが集水管３５の周囲に巻回され、端
部にブラインシール３６を配した構造になっている。上
記膜ユニットの配置は、図３に示すように、本発明の逆
浸透複合膜の袋状体を供給液流路材３２と透過液流路材
３４とを介装した状態で、集水管３５の周囲にスパイラ
ル状に巻き、全体を円筒状ケースに収納したものであ
る。そして、前記袋状体の一端は開口して集水管の透孔
３５ａと連通するように接着されていて、供給液は前記
袋状体の外側を流れ、この袋状体を透過してその内側に
透過液として流入し、前記開口部を通って集水管に集め
られる。

【００４６】上記膜ユニットにおいて、供給液流路材と
して菱目状をした網体を用いると、原液（供給液）の流
れが乱され、濃度分極層の厚みを小さくすることができ
るので、透過水の品質を高めることができるので好適で
ある。また、透過液流路材としては、圧力による変形が
少なく、かつ、逆浸透複合膜を傷つけたりしにくいもの
がよく、例えば、透過水の流路たる溝を有するポリエス
テル製のトリコットを用いることができる。さらに、高
圧下における変形をより抑えることを目的として、上記
トリコットの溝を有する面の上に不織布などの透水性を
有するシートを配してもよい。

【００４７】また、上記したエレメントは、図４に示す
ように、継手３７を介して順に直列に接続され、それぞ
れがブラインシール３６にて区画されつつ耐圧容器３８
内に収納されて膜モジュール５０として構成することが
できる。なお、集水管の一端はプロダクトエンドキャッ
プ４２で封止されている。耐圧容器３８の一端側に設け
られた供給液口３９から導入される供給液は、エレメン
ト３１内に導かれ、供給液流路材３２，逆浸透複合膜３
３，透過液流路材３４の順に通過したのち、集水管３５
に集められ、透過液口４０から取り出される。また、逆
浸透複合膜３３を透過しなかった濃縮水は、順に下流側
のエレメントに導かれて、上記と同様に透過水と濃縮水
都に分離され、最終的に排出口４１から排出される。

【００４８】上記の逆浸透複合膜やスパイラル型逆浸透
膜，膜モジュールは、供給液として海水やかん水を用
い、それから淡水を取り出し、飲料水や工業用水に利用
可能なように造水を行う目的に利用することができる。
とくに、海水は塩濃度が高く、操作圧力も高くなるた
め、本発明の逆浸透複合膜を用いることにより、高い圧
力においても透過水の品質が低下しない造水方法を提供
することができる。

【００４９】上記の膜モジュールを用いた膜分離装置と
しては、例えば、昇圧ポンプと、膜モジュールまたはこ
の膜モジュールを複数個接続したユニットとを接続した
１段法配置の装置とすることもできるし、膜モジュール
またはユニットを２段に接続し、初段から得られる濃縮
液を後段の供給液とする濃縮液２段法の装置とすること
もできる。この場合、初段に供給液を昇圧して供給する
第１の昇圧ポンプと、後段へ供給液をさらに昇圧して供
給する第２の昇圧ポンプを配備するとよい。とくに、第
２の昇圧ポンプとして、ターボチャージャなどのエネル
ギ回収手段を用いると、エネルギの消費量を抑えて造水
コストを低下させることができて好適である。

【００５０】

【実施例】実施例１〜７，比較例１〜５１．複合膜の製造ポリエステル繊維の不織布から成り、表１で示した平均
空隙率（Ｄｂ）と平均孔径（ｄｂ）を有する基材を用意
した。

【００５１】一方、ポリスルホン（テイジンアコモ
（株）製ＵｄｅｌＰ−３５００）のジメチルホルムア
ミド溶液を上記基材の片面に塗布したのち、約３秒後に
全体を樹脂液と同じ温度にした純水中に浸漬して５分間
放置してから取り出した。溶液の温度とポリスルホン濃
度、および塗布の際の雰囲気の相対湿度は表１に示すと
おりである。得られた支持膜の厚みはいずれも約５０μ
ｍであった。

【００５２】ついで、それぞれの支持膜を、メタフェニ
レンジアミン０.８６４重量％，トリアミノベンゼン１.
１３６重量％を含有する水溶液に２分間浸漬した。つぎ
に、支持膜表面から余分な水溶液を取り除いたのち、ト
リメシン酸クロライド０.０５重量％とテレフタル酸ク
ロライド０.０７５重量％を混合した溶液を、膜表面が
完全に濡れるようにコーティングして１分間静置した。
ついで、膜を垂直にして余分な溶液を液切りして除去し
たのち、温水で充分に洗浄し、架橋芳香族ポリアミドか
ら成る厚みが約０.１５μｍの分離機能層を形成した。
なお、製膜した支持膜については、それを基材から剥離
したのち、その平均空隙率（Ｄｓ）と平均孔径（ｄｓ）
を測定した。その結果を表１に示した。

【００５３】２．複合膜の性能これらの複合膜を用いて図２で示したスパイラル型逆浸
透膜エレメントを組み立てた。なお、その場合、透過水
流路材としては、両面に溝（幅０.１mm，深さ０.０８m
m）が形成されている厚み０.２５mmのポリエステル製ダ
ブルトリコットを用い、また、供給海水流路材として
は、厚み０.７mm，網目ピッチ４mm，網目角度７０°の
メッシュスペーサを用いた。組み込んだ逆浸透複合膜の
有効膜面積は３０ｍ²に設定した。

【００５４】各エレメントに塩分濃度５.８％の海水
（温度２５℃）を供給し、９.０MPaの運転圧力で２４時
間連続運転し、そのときの脱塩率と透過水量を測定し
た。その結果を表１に示した。

【００５５】

【表１】

【００５６】表１から明らかなように、Ｄｓ値，ｄｓ
値，Ｄｂ値、およびｄｓ値のいずれか１つでも本発明で
規定する値から外れている比較例の複合膜を用いると、
脱塩率が低下したり、または透過水量が減少している。
これに反し、各パラメータがいずれも同時に本発明で規
定する範囲内にある実施例の複合膜を用いると、脱塩率
と透過水量の双方は好適な水準に確保されている。

【００５７】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
逆浸透複合膜は、基材と支持膜の平均空隙率と平均孔径
を最適化することにより、高圧運転下においても、圧密
化や変形が起こりづらく設計されており、もって水質低
下を招くことなく高い透水性能が実現されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】逆浸透複合膜の１例を示す部分断面図である。

【図２】本発明の逆浸透複合膜を含むスパイラル型逆浸
透膜エレメントの１例を示す部分切欠斜視図である。

【図３】図２のIII−III線に沿う断面図である。

【図４】本発明の逆浸透複合膜を含む膜モジュールを示
す概略図である。

【図５】逆浸透膜エレメントの１例を示す部分切欠斜視
図である。

【図６】図５のVI−VI線に沿う断面図である。

【図７】集水管の外周に配置されるシート状物の１例を
示す断面図である。

【符号の説明】

１集水管１ａ透孔２逆浸透複合膜２Ａ基材２ａ基材２Ａを構成する繊維２Ｂ支持膜２Ｂ₁ 支持膜２Ｂの膜面２ｂ支持膜２Ｂの連通孔２Ｃ分離機能層２Ｄ基材２Ａと支持膜２Ｂの接合界面３透過水流路材４供給海水流路材４ａ繊維５枠体６供給海水６ａ透過水６ｂ濃縮水３１スパイラル型逆浸透膜エレメント３２供給液流路材３３逆浸透複合膜３４透過液流路材３５集水管３５ａ透孔３６ブラインシール３７継手３８耐圧容器３９供給液口４０透過液口４１排出口４２プロダクトエンドキャップ５０膜モジュール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０２Ｆ 1/44 Ｃ０２Ｆ 1/44 ＧＣ０８Ｊ 5/18 ＣＦＧＣ０８Ｊ 5/18 ＣＦＧ // Ｃ０８Ｌ 77:06 Ｃ０８Ｌ 77:06 (72)発明者古野修治滋賀県大津市園山１丁目１番１号東レ株式会社滋賀事業場内Ｆターム(参考） 4D006 GA03 HA62 HA65 MA06 MA22 MA24 MB16 MC56 MC62 NA44 NA46 PA02 PB03 4F071 AA56 AF53 AF54 AH02 BA02 BB12 BC02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多孔質基材と、連通孔を有する支持膜
と、分離機能層とをこの順に積層して成り、多孔質基材
の平均空隙率をＤｂ（％），多孔質基材の平均孔径をｄ
ｂ（μｍ），支持膜の平均空隙率をＤｓ（％），支持膜
の平均孔径をｄｓとしたとき、Ｄｓ，Ｄｓ，Ｄｂおよび
ｄｂが次式（１）〜（４）を同時に満足していることを
特徴とする逆浸透複合膜。１５≦Ｄｂ≦６０ …（１）０.５≦ｄｂ≦３０ …（２）４０≦Ｄｓ≦９０ …（３）０.１≦ｄｓ≦０.６ …（４）
【請求項２】Ｄｓ，ｄｓ，Ｄｂおよびｄｂは、次式
（５）〜（８）を同時に満足している、請求項１に記載
の逆浸透複合膜。２０≦Ｄｂ≦４０ …（５）１≦ｄｂ≦２０ …（６）６０≦Ｄｓ≦８０ …（７）０.１５≦ｄｓ≦０.４ …（８）
【請求項３】支持膜がポリスルホンを含み、かつ、分
離機能層が架橋芳香族ポリアミドを含んでいる、請求項
１または２に記載の逆浸透複合膜。
【請求項４】供給液流路材と、請求項１〜３のいずれ
かに記載の逆浸透複合膜と、透過液流路材とを含む膜ユ
ニットを集水管の周囲に巻回してなることを特徴とする
スパイラル型逆浸透膜エレメント。
【請求項５】請求項４に記載のスパイラル型逆浸透膜
エレメントを複数個直列に接続して圧力容器に収納して
成ることを特徴とする膜モジュール。
【請求項６】請求項５に記載の膜モジュールに海水を
供給して透過水を得ることを特徴とする造水方法。
【請求項７】平均空隙率が１５〜６０％の範囲内にあ
り、かつ、平均孔径が０.５〜３０μｍの範囲内にある
多孔質基材上に、ポリスルホンを１２〜２０重量％の範
囲内で含有する、温度が２０〜３５℃の範囲内にある有
機溶媒溶液を相対湿度が６０％以下の雰囲気下で塗布し
たのち水中に浸漬して支持膜を形成し、ついで、この支
持膜上に分離機能層を形成することを特徴とする逆浸透
複合膜の製造方法。