TW201323071A - 分離膜元件及分離膜元件之製造方法 - Google Patents

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Kentaro Takagi
Hiroho Hirozawa
Yoshiki Okamoto
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Abstract

一種螺旋型分離膜元件,其具備:集水管;分離膜,其具備回捲於該集水管周圍,且具有供給側之面及透過側之面,同時在該集水管之長度方向中之該供給側之面之至少一端部具備帶狀區域;及流通道材料,其熱熔融於該帶狀區域。

Description

分離膜元件及分離膜元件之製造方法
本發明係關於一種螺旋型分離膜元件,其使用分離膜,以逆滲透技術或過濾技術等來分離流體之成分。
分離液體等之分離膜,因其孔徑尺寸及分離功能之差異,而被分類為各種型式。但是,即使型式不同的分離膜,在使原流體(raw fluid)供給於分離膜之一面時,藉由透過分離膜,而使自原流體分離的透過流體可自另一面獲得之觀點觀之,則為共通。分離膜可適用於逆滲透過濾所使用之分離膜元件。例如,螺旋型分離膜元件,具備有孔集水管(water collection pipe),同時具備纏繞於其周圍的供給側流通道材料(feeding side flow path material)、分離膜及透過側流通道材料(permeating side flow path material)。供給側流通道材料係供給原流體至分離膜之供給流體側。分離膜則將含於原流體的成分分離。透過側流通道材料透過分離膜,將自原流體所分離的透過流體導至有孔集水管。螺旋型分離膜元件係藉由提供壓力於原流體,而可多量取出透過流體。
因原流體流經螺旋型分離膜元件之供給側流通道所致阻力(亦即,壓力損失),大幅受到供給側流通道材料所支配。因此,在目的為使壓力損失減小,具有各種結構的網狀物(net)之報告被發表(參照例如專利文獻1至3)。
另一方面,在專利文獻4之螺旋型膜分離裝置,相當於供給側流通道材料之網目(mesh)狀之原液流通道用材料(5)被配置於膜分離裝置兩端部。
專利文獻5已指摘專利文獻4之原液流通道用材料並無固定於分離膜之問題,而為了解決該等問題,則提案下述螺旋型膜元件。亦即,在專利文獻5之螺旋型膜元件,係使生水間隔件(raw water spacer)(11a)及(11b),固定於分離膜(13)之生水流入側端部(15)、或生水流入側端部(15)及濃縮水流出側端部(16)。生水間隔件,係藉由黏接劑而黏接,或藉由使被摺疊成2折的生水間隔件成為自兩面夾持分離膜之端部,而固定於分離膜之端部。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2000-000437號公報
[專利文獻2]日本特開2000-042378號公報
[專利文獻3]日本特開2005-305422號公報
[專利文獻4]日本實開昭59-44506號公報
[專利文獻5]日本特開2004-50081號公報
即使先前之技術,減低原流體之阻力及壓力損失難謂充分,針對造水量之提高尚有改良之空間。尤其是,在先前技術,供給側流通道材料之形狀被限定於網狀物,形狀變更之自由度很小。
本發明之目的在於提供一種技術,其可藉由提高供給側流通道材料之形狀變更的自由度,而可因應原流體種類、或應得之透過流體或者濃縮流體,而變更供給側流通道材料之形狀。
為了解決上述課題,本發明之分離膜元件係具備:集水管;分離膜,其具有供給側之面及透過側之面;及流通道材料,其設置於該供給側之面,其中該流通道材料具有熔融於該供給側之面的複數個樹脂體。
本發明可藉由提高供給側流通道材料之形狀變更的自由度,而因應原流體種類、或應得透過流體或者濃縮流體,來變更供給側流通道材料之形狀。
[實施發明之形態]
1.分離膜元件之概要
就螺旋型分離膜元件(以下,單稱為分離膜元件)之形態之一例,參照第1圖及第2圖加以說明。
如第1圖及第2圖所示,分離膜元件1具備:集水管2、分離膜3、供給側流通道材料4、透過側流通道材料5、供給側端板7及透過側端板8。分離膜元件1可將原流體101分離成為透過流體102及濃縮流體103。
集水管2在一方向(圖中x軸方向)係長圓筒狀之構件。在集水管2之側面設置複數個孔。
分離膜3只要是具有所期望分離性能之膜即可。就可適用作為分離膜3之膜之例子則如後述。分離膜3具有接觸原流體101之供給側之面31、與接觸透過流體102之透過側之面32。
供給側流通道材料4係設置於分離膜3之供給側之面31。在供給側之面31設置樹脂體之密度較高的區域、與低區域。
以透過側流通道材料5而言,可適用先前之流通道材料,例如可使用翠可特經編織物(tricot)等之編織物。透過側流通道材料5在封套(envelope)狀膜6,係配置於互相面對的2個透過側之面32間。但是,透過側流通道材料5可變更成為可形成透過側流通道於分離膜3之間的其他構件。又,藉由使用形成有凹凸之分離膜作為分離膜3,則可省略透過側流通道材料5。就透過側流通道材料之詳細內容及其他例則如後述。
封套狀膜6係藉由以使透過側之面32成為內側而經疊合的2片分離膜,或藉由經摺疊的1片分離膜3來形成。封套狀膜6之平面形狀為長方形,封套狀膜3在三邊封閉,1邊開口。封套狀膜6之配置係使其開口部朝向集水管2,進一步在集水管2之周圍纏繞。在分離膜元件1,係使複數個封套狀膜6重疊般地回捲。在封套狀膜6外側之面係供給側之面31,相鄰的封套狀膜6係配置成為使供給側之面31互相面對。亦即,在相鄰的封套狀膜6之間形成供給側流通道,而在封套狀膜6之內側形成透過側流通道。
供給側端板7及透過側端板8分別安裝於回捲體之上游側端部21及下游側端部22。
此外,分離膜元件可具備上述以外之構件。例如,分離膜之回捲體之周圍亦可以薄膜等其他構件覆蓋。
原流體101經由供給側端板7供給於分離膜3之供給側之面31。透過了分離膜3的透過流體102,通過以透過側流通道劑5而形成於封套狀膜6內的流通道,流入至集水管2。流經集水管2的透過流體通過端板8排出至分離膜元件1之外部。又,濃縮流體103,通過供給側之面31間,自端板8排出至外部。如此,原流體101分離成為透過流體102及濃縮流體103。
2.供給側流通道材料
在供給側之面31設置有流通道材料4之密度較高的區域(第1區域)、與流通道材料4之密度較低的區域(第2區域)。第1區域稱為樹脂體區域。
在第1區域,供給側流通道材料4(構成流通道材料4之樹脂體)係以預定值以下之間隔配置。第2區域係不相當於第1區域的區域,具體言之,雖無樹脂體配置,不過係其間隔較預定值大的區域。在此,預定值係指因應元件之運轉條件、流通道材料之材質等而設定之物,並非限定於具體的數值。例如,較佳為50mm,更佳為30mm、20mm或10mm。
第1區域與第2區域之面積比,亦即(第1區域之面積/第2區域之面積)較佳為1/99以上,更佳為10/90以上,再佳為15/85以上。又,該面積比較佳為80/20以下,更佳為60/40以下,再佳為40/60以下。藉由使面積比為1/99以上,則可抑制濃度極化之發生,而藉由在80/20以下,則可抑制流動阻力之增大。
此外,第1區域與第2區域之界線(boundary),可特定作為在50mm以下間隔所設置的樹脂體之集合體外緣。第1區域與第2區域,並無必要以供給側流通道材料之密度以外之點區別。亦即,帶狀區域所含之分離膜,亦可具有與帶狀區域外之分離膜相同組成及結構,亦可具有不同組成或結構。
就此種分離膜及流通道材料,具體說明如下。在下述說明之形態,可適用在此之前所述數值範圍等之構成。
[第1形態]
(帶狀區域)
在第1圖至第2圖等所示形態,作為第1區域之一例,係在集水管2之長度方向(亦即x軸方向)中之分離膜3之端部設置帶狀區域33及34。在上游側之供給側流通道材料4與下游側之供給側流通道材料4之間,作為第2區域之一例,可設置中央區域37。
帶狀區域33及34之外緣並無必要與分離膜3之外緣一致,亦可使帶狀區域遠離分離膜之外緣。但是,帶狀區域33與分離膜之上游側之外緣之距離、及帶狀區域34與分離膜之下游側之外緣之距離,例如,在x軸方向中分離膜3之寬W0之5%以下,或1%以下。如此,藉由使供給側流通道材料4在x軸方向中分離膜之緣附近,尤其是藉由設置在上游側之緣附近,而相對於供給側之面31可有效率的供給原流體101。
又,帶狀區域所設置的「端部」,具體言之,係指自分離膜3之x軸方向中之外緣至x軸方向中分離膜3之寬W0之20%以內之區域。亦即,供給側流通道材料4係自分離膜3之x軸方向中之外緣,配置於x軸方向中之分離膜3之寬W0之20%範圍內。因而,中央區域37之寬W3,亦即第2區域之寬為寬W0之80%以上。
又,帶狀區域33之寬W1及帶狀區域34之寬W2,各為寬W0之1%以上,而使原流體穩定的供給於供給側之面31。
再者,帶狀區域之寬W1至W2之合計亦可設定在寬W0之10%至60%左右。藉由使相對於寬W0之寬W1至W2之比率為60%以下,則可減低流動阻力及壓力損失。又,藉由使該比率為10%以上,則可抑制因亂流效果而致濃度極化發生。進一步,寬W1及W2各自可為W0之10%以上。
此種形態之例在本實施形態,帶狀區域33及34之形狀及大小為相同。亦即,第2圖中寬W1與W2為相同。又,寬W1及W2各自為一定。
如此,藉由在供給側之面31之端部配置供給側流通道材料4,則在互相面對的2個供給側之面31之間可確保原流體101之流通道。此外,在本實施形態,雖在1個供給側之面31設置2個帶狀區域33及34,但本發明並非限定於該形態,帶狀區域亦可在x軸方向中之一端部,亦即僅設置於上游側或下游側之一端部。
在分離膜3被折彎之情形,雖依構成供給側流通道材料4之樹脂剛性(rigidity)而定,不過為了提高分離膜3之彎曲性,較佳為在折線(polygonal line)上及其附近,不配置供給側流通道材料4。
在本實施形態,除了因熱熔融而設置的供給側流通道材料4以外,並不在供給側之面31設置流通道材料。藉此可減低流動阻力及壓力損失,並提高造水量。尤其是藉由不在中央區域37設置網狀物及翠可特經編織物等之具有連續形狀的構件,而可獲得流動阻力及壓力損失大幅減低的效果。再者,因中央區域37在回捲方向中自分離膜3之外側端部至內側端部為止呈連續,故該效果可進一步提高。但是,在供給側之面31,在帶狀區域33及34以外之區域,為了提高螺旋型分離膜元件之剛性,故由流動阻力及壓力損失之觀點觀之,在可容許的程度,藉由熱熔融或藉由其他方法,而可設置構件。
在封套狀膜之黏接部分較佳是不產生空隙。在產生空隙時,在進行元件之加壓運轉時,因在透過流通道與供給流通道之間產生洩漏,故在透過流體中混入原流體或濃縮流體。此種洩漏發生之或然率高,係表示分離膜元件之生產產率低之意。元件之生產產率係指在水中進行生產的分離膜元件之空氣洩漏試驗,計數洩漏發生的分離膜元件數時之(發生空氣洩漏的分離膜元件數/供作評價的分離膜元件數)之比率。
相對於此,在因熔融而設置流通道材料時,因分離膜之剛性高,故在捲繞(wound)時難以產生分離膜之撓曲(deflection)或皺折之發生等。因而,在互相面對的透過側之面之間,空隙難以產生。結果,可抑制分離膜元件之脫鹽率(salt rejection ratio)降低或生產產率之降低。
第1區域及第2區域較佳為呈規則性配置。此種構成之一例,帶狀區域33及34之寬各自為一定,且帶狀區域33與帶狀區域34互為平行。再者,帶狀區域33及34被設置成為在回捲方向中(在第2圖係z軸方向中)自分離膜3之外側端部至內側端部為止呈連續。亦即,帶狀區域33與帶狀區域34具有相同面積。此外,中央區域37之寬亦為均一。如此藉由使流通道材料規則地配置,而可獲得穩定的剛性及強度。尤其是,藉由在回捲方向連續的設置,則在回捲方向遍及分離膜之全體,剛性及強度升高。
在本形態,全部之第1區域面積相同,不過在一片分離膜上設置3個以上第1區域之情形,較佳是至少2個第1區域之面積相同。
此外,「相同」係指,較佳為例如所比較的二值之差為15%以下,更佳為10%以下,再佳為5%以下。又,「一定」係指較佳是最大值與最小值之差為15%以下,更佳為10%以下,或包含5%以下之情形。
在本實施形態,供給側流通道材料4係因熔融而設置的樹脂體或複數個樹脂體之集合體。藉由使流通道材料因熔融而設置,使得供給側流通道材料之形狀之自由度非常地高。因而,因應各式各樣條件,而可變更流通道材料之形狀。
例如,流通道材料4可為具有連續的形狀,亦可具有不連續的形狀。但是,要減低原流體之流動阻力,較佳為流通道材料4具有不連續的形狀。
「連續」係指,相對於分離膜之面之流通道材料之投影像為連續的形狀。以具有此種形狀之構件而言,可例舉織物(例如翠可特經編織物等)、編織物(例如網狀物等)、不織布、多孔性材料(多孔性薄膜等)等。
「不連續」係指,在帶狀區域,相對於分離膜之面之投影像為不連續的形狀。以不連續而言,可例舉複數個樹脂體,在分離膜上互相隔出間隔而設置的形態。又,不連續,換言之,亦係指在1片分離膜上使相鄰的樹脂體之距離遠離至使透過流體可流經樹脂體間之程度。
如上述,帶狀區域33及34,相當於第1區域。在本實施形態,在該等區域,樹脂體係配置成為使樹脂體之頂點間距離D為50mm。此外,頂點係指樹脂體之最高部分,亦即最遠離供給側之面31的部分。就距離D之例,係如第3圖、第4圖、第7A圖至第7D圖所示。
又,各個樹脂體之形狀可予選擇,以減少供給側流通道之流動阻力,並使供給側流通道穩定化。
以各個樹脂體之形狀而言,可適用粒狀、線狀、半球狀、柱狀(含圓柱狀、角柱狀等),或壁狀等。在1片分離膜上所設置的線狀或壁狀之複數個流通道材料,較佳為配置成為互不交叉,例如亦可配置成為互相平行。
又,在平面方向,各個樹脂體,例如,亦可具有直線(例如第3圖)、曲線、橢圓(含正圓及長圓)、多角形(三角形、長方形、正方形、平行四邊形、菱形、梯形(trapezoidal))、不定形等之形狀。
在垂直於分離膜之面方向的剖面,流通道材料4(及含於該等之樹脂體),例如亦可具有橢圓、多角形、不定形等之形狀。橢圓包含正圓及長圓,該等之一部分亦含有缺口的形狀(例如第7B圖)。以多角形而言,可具有梯形(例如第7A圖、第7C圖)、三角形、長方形(例如第7D圖)、正方形、平行四邊形、菱形、不定形之形狀。又,在垂直於分離膜之面方向的剖面,供給側流通道材料,係自上部朝向下部(亦即,在厚度方向中自供給側流通道材料之頂點,朝向分離膜之供給側之面),寬度擴展之形狀(例如第7A圖、第7B圖)、狹窄形狀(例如第7C圖),顯示一定寬度之形狀(例如第7D圖)中之任一種。
流通道材料4之高度(流通道材料4與供給側之面31之高低差),較佳為80μm以上或100μm以上。又,流通道材料4之高度較佳為2000μm以下、1500μm以下、或1000μm以下。藉由使高低差為2000μm以下,則可加大每1個元件之膜面積,藉由使高低差為80μm以上,則可使流動阻力減小。此外,流通道材料4之高度,換言之,為流通道材料4之厚度,與各個樹脂體之高度一致。
各個樹脂體之形狀為線狀之情形,為了製造便利起見,及為了供給側流通道之穩定地形成起見,樹脂體之配置圖案較佳為條帶狀。在條帶狀圖案,線狀樹脂體係配置成為互不交叉。線狀可為直線及曲線之任一種。線狀樹脂體之寬度較佳為0.2mm以上,更佳為0.5mm以上。又,線狀樹脂體之寬度較佳為10mm以下,更佳為3mm以下。相鄰樹脂體彼此間之間隔,可在樹脂體之寬度10分之1至50倍之間選擇。
又,各個樹脂體之形狀為點(dot)狀之情形,點狀樹脂體之直徑較佳為0.1mm以上,更佳為0.5mm以上。又,樹脂體之直徑較佳為5.0mm以下,更具體言之可為1.0mm以下。作為點狀樹脂體之配置圖案之例,可例舉鋸齒形(zigzag)及格子狀。樹脂體之間隔較佳為0.2mm以上,更佳為1.0mm以上。又,樹脂體之間隔較佳為20.0mm以下,更佳為15.0mm以下。
又,在各第1區域,供給側流通道材料4對供給側之面31之投影面積比,較佳為0.05以上。藉此,可更確實地形成流通道。又,投影面積比較佳為小於0.2。藉此,可減低原流體之阻力,並抑制壓力損失為低,同時可確保有效膜面積。
供給側流通道材料4及含於該供給側流通道材料4的樹脂材之寬度、直徑、間隔、高度等值,可使用市售之形狀測定系統計測。例如,就寬度、間隔係使用掃描型電子顯微鏡(S-800)(日立製作所製),以500倍進行30個任意剖面的照片攝影,由結果計算算術平均來求得。又,樹脂體之高度(厚度),係藉由使用雷射顯微鏡(Keyence製高精度形狀測定系統KS-1100等)的表面測定或剖面測定,就流通道材料存在的30個任意處進行測定,自結果計算算術平均而求得。
此外,自供給側流通道材料之剖面形狀、及膜上部觀察之情形的表面形狀,只要是不損及作為螺旋型分離膜元件之所期望效果之範圍,則其形狀並無特別限定。
構成流通道材料4的樹脂,較佳為聚烯烴、變性聚烯烴、聚酯、聚醯胺、胺基甲酸酯、環氧樹脂等之熱塑性樹脂。尤其是由加工性及費用之點觀之,以樹脂而言,更佳為乙烯乙酸乙烯酯共聚樹脂等之聚烯烴樹脂及聚酯樹脂,特佳為在100℃以下可行加工的乙烯乙酸乙烯酯共聚樹脂等之聚烯烴樹脂及聚酯樹脂。
藉由變更樹脂種類、熱熔融等熱處理時之溫度等,而可調整流通道材料4之剖面形狀,厚度(高低差)等。
以上所述流通道材料之配置圖案之例,在第3圖及第4圖,可例舉條帶狀流通道材料41及點狀流通道材料42。此外,在第3圖及第4圖表示上游側之帶狀區域33,在本實施形態,即使在下游側之帶狀區域34亦有配置與上游側之帶狀區域33相同形狀及配置圖案之流通道材料。但是,配置於下游側之帶狀區域34的流通道材料之形狀及配置圖案,可為與配置於帶狀區域33的流通道材料之配置圖案相同、或相異。
在第3圖所示例,流通道材料41具備複數個樹脂體411,樹脂體411係直線且相對於集水管2之長度方向(x軸方向)為傾斜地長條形狀。尤其是,在第3圖樹脂體411互呈平行配置。傾斜係指除了平行及正交之意。亦即,樹脂體411之長度方向與x軸方向之間之角度θ為0°以上小於90°。此外,角度θ係指絶對值。亦即,相對於x軸互為線對稱的2個樹脂體表示相同角度θ。
藉由使角度θ小於90°,則因原流體101之流動紊亂,故難以產生濃度極化(concentration polarization),可實現良好的分離性能。藉由使角度θ大於0°,則濃度極化之抑制效果更加升高。又,藉由使角度θ為60°以下,則可使原流體之流動阻力較低,且相對於濃度極化可獲得高抑制效果。再者,為了減低流動阻力,同時產生亂流效果,則更佳為大於15°、45°以下。
此外,在條帶狀之配置,上游側之流通道材料與下游側之流通道材料可為平行,亦可為非平行。例如,在條帶狀之配置,上游側之流通道材料與下游側之流通道材料,相對於z軸亦可為線對稱,亦可為非對稱。
第4圖所示流通道材料42具備複數個點形狀之樹脂體421。各個樹脂體421之平面形狀為圓形,樹脂體421配置成鋸齒形。
如上述,分離膜3為使供給側之面31互相面對而重疊。流通道材料4,如此藉由使分離膜3重疊,則亦可配置成為在相面對(confronted)供給側之面31所設置的樹脂體互為重疊。
此種構成之例,在第5圖表示第3圖之流通道材料41之重疊樣態。在分離膜3掉進樹脂體411間時,則供給側流通道變狹,而如第5圖所示藉由使各個樹脂體411交叉而重疊,則可抑制此種掉落。
此外,要將分離膜3如此疊加就得如第6圖般摺疊分離膜3,使供給側之面31成為內側,亦可貼合2片分離膜3以使供給側之面31呈相向。如上述,在使分離膜3摺疊之情形,流通道材料41係偏離折線及其附近而配置。
[第2形態]
參照第8圖,就第1區域及第2區域之其他形態加以說明。關於可適用前已說明的構成之要素,參照同符號其說明予以省略。在本形態,供給側流通道材料設置於3處。如此,藉由使第1區域存在3個以上,則可進一步提高分離膜元件之剛性。
如第8圖所示,在本形態,就第1區域而言,除了上述帶狀區域33及34,進一步具備第3個帶狀區域35。帶狀區域35之形狀及大小,與帶狀區域33及34相同。又,帶狀區域35係與帶狀區域33及34平行地設置。再者,帶狀區域35係在x軸方向設置於分離膜中央。又,帶狀區域35亦在回捲方向,以自分離膜3之外側至內側連續地設置。
在帶狀區域33至35之間,在相當於第2區域之區域中,係無設置流通道材料的區域38及39。亦即,在x軸方向,第1區域與第2區域係交替地配置。
如此,藉由將屬第2區域的區域38及39除外,並設置流通道材料4於分離膜全體,則如上述,在回捲方向中可遍及全長而提供剛性於分離膜。
(其他形態)
(a)第1區域之數目及第2區域之數目,並非限定於第1及第2形態。例如,第1區域可為在1片分離膜僅設置1處,亦可設置於4處以上。
(b)在第1及第2形態,第1區域33至35之寬度為一定,且區域33及區域34互為平行,第1區域33至35亦為互為平行的形狀。因而,在第1及第2實施形態,分離膜第1區域所佔面積之比率,與分離膜之寬W0中第1區域寬度合計值之比率為一致。又,第1區域之寬度W1及W2(進一步為寬度W4)之合計值與第2區域寬度合計值之比,與第1區域之面積及第2區域之面積之比為一致。
如上述,較佳是至少2個第1區域之寬度或面積相同。但是,本發明並非限定於此,亦可為2個以上之第1區域具有互為相異的面積或寬度。又,在設置2個以上第1區域之情形,該等並無互為平行之必要。就第2區域亦相同。
(c)在第1及第2形態,帶狀區域33至35之形狀為相同。但是,在設置2個以上第1區域之情形,全部第1區域亦可為互為相異之形狀,較佳為至少2個第1區域具有相同形狀。
(d)1個第1區域之寬度並無必要為一定。但是,第1區域之寬度非一定之情形,或2個以上第1區域並非互為平行之情形,亦可適用上述面積之比率,及寬度比率之數值範圍。就第2區域亦相同。
(e)在設置2個以上第1區域之情形,在集水管之長度方向,較佳為依照第1區域、第2區域、第1區域之順序排列。上述第1及第2形態,係此種構成之具體例。
(f)上述所說明的構成各自單獨適用的元件、及組合所適用的元件亦含於本發明之技術範圍。
3.透過側流通道材料
透過側流通道材料5(以下,簡稱「流通道材料」),較佳是構成為可使透過流體到達有孔集水管,形狀、大小、材料等並非限定於具體的構成。
在本實施形態,透過側流通道材料5係與分離膜不同的材料所構成。「透過側流通道材料5係與分離膜不同的材料所構成」係指,包含透過側流通道材料5之組成與分離膜之組成不同之情況。「具有與分離膜不同的組成」係指分離膜在具備分離功能層、支持層及基材之三層結構之情形,透過側流通道材料5之組成亦與任一層之組成不同之意。又,「具有不同組成」係指化學組成不同之意,其包含:含有之成分之至少一部分不同;及即使含有之成分相同,其含有率為不同。尤其是,屬透過側流通道材料5之主成分的化合物、與分離膜各層之主成分的化合物亦可為不同。又,透過側流通道材料5,在含有構成支持層之成分之至少一部分、與構成基材之成分之至少一部分之情形等亦包含於「組成為不同」形態。
例如,透過側流通道材料5,藉由具有與分離膜不同的組成,則相對於壓力可顯示較分離膜更高耐性。具體言之,透過側流通道材料5,尤其是在垂直於分離膜之面方向的方向中相對於壓力,較佳為以具有較分離膜更高形狀保持力的材料所形成。藉此,透過側流通道材料5,即使經過重複之輸水或高壓下之輸水,亦可確保透過側流通道。
又,透過側流通道材料5,亦可設置為進行分離膜所致流體之分離。亦即,使分離膜之一部分接觸流體而外露,較佳為設置透過側流通道材料5,以使流體一面接觸於分離膜一面可移動。亦即,透過側流通道材料5,在分離膜之面方向,具有與分離膜不同形狀。
例如,就透過側流通道材料5而言,可使用網眼粗的網狀物、棒狀、圓柱狀、點狀物、發泡物、粉末狀物、該等之組合等。以組成而言並無特別限定,不過由耐藥品性之觀點觀之,較佳為乙烯乙酸乙烯酯共聚物樹脂、聚乙烯、聚丙烯等之聚烯烴或共聚聚烯烴、聚酯、胺基甲酸酯、環氧等之樹脂等,不僅是熱塑性樹脂,亦可使用熱或光所致硬化性樹脂。該等可單獨使用或者作為包含二種以上的混合物使用。但是,只要是熱塑性樹脂,因成形容易,故可使流通道材料之形狀均勻。
含有該等樹脂作為母材,進一步亦可適用含有填充材料的複合材。流通道材料之壓縮彈性率藉由對母材添加多孔質無機物等之填充材料而可提高。具體言之,可將矽酸鈉、矽酸鈣、矽酸鎂等鹼土類金屬矽酸鹽;二氧化矽、氧化鋁、氧化鈦等金屬氧化物;碳酸鈣、碳酸鎂等鹼土類金屬之碳酸鹽等作為填充材料使用。此外,填充材料之添加量只要不損及本發明效果之範圍,則無特別限定。
在分離膜3中,更具體言之,亦可在基材中,浸染(impregnation)透過側流通道材料5之成分。在分離膜之基材側,亦即在透過側配置流通道材料5,以熱熔性法等自基材側加熱時,自分離膜內側朝向表側進行透過側流通道材料5之浸染。隨著浸染之進行,則流通道材料與基材之黏接堅固,即使加壓過濾,流通道材料也難以自基材剝離。
但是,若透過側流通道材料5之成分浸染至分離功能層(供給側之面31)之附近時,則在加壓過濾時,經浸染的流通道材料造成分離功能層破壞。因此,透過側流通道材料5之成分浸染於基材之情形,透過側流通道材料5之浸染厚度對基材厚度之比率(亦即浸染率)較佳在5%以上95%以下之範圍,更佳在10%以上80%以下之範圍,進一步較佳為在20%以上60%以下之範圍。此外,浸染厚度係指流通道材料最大浸染厚度,流通道材料最大浸染厚度係指,在1個剖面,對應於該流通道材料之浸染部分厚度之最大值之意。
透過側流通道材料5之浸染厚度,例如,藉由變更構成透過側流通道材料5之材料種類(更具體言之,樹脂種類)及/或材料之量,而可調整。又,在將透過側流通道材料5以熱熔性法而設置之情形,藉由變更處理溫度等而可調整浸染厚度。
此外,藉由將含有透過側流通道材料5之浸染部分的基材供作差示掃描熱量測定等的熱分析,而只要能獲得起因於與基材不同的透過側流通道材料5之成分之峰值,則可確認流通道材料5係浸染於基材。
流通道材料5對基材之浸染率,可以掃描型電子顯微鏡或透過型電子顯微鏡、原子間顯微鏡,觀察存在流通道材料5之分離膜剖面,計算流通道材料浸染厚度與基材厚度。例如只要以掃描型電子顯微鏡觀察,則將分離膜與流通道材料5一起在深度方向切斷,以掃描型電子顯微鏡觀察剖面,測定流通道材料浸染厚度與基材厚度。接著,可自基材中流通道材料5浸染程度最高的流通道材料最大浸染厚度、及基材厚度之比來計算。此外,在計算浸染深度之情形的「基材厚度」係指在與測定最大浸染厚度的部分相同處中之基材厚度。
透過側流通道材料5,可為連續形狀,亦可為不連續形狀。
透過側流通道材料5,在作為具有連續形狀之構件之例,就翠可特經編織物已經例舉。就連續之定義已經敘述過。以具有連續形狀之構件而言,此外,可例舉織物、編織物(網狀物等)、不織布、多孔性材料(多孔性薄膜等)等。
又,關於不連續之定義亦已如上述。以不連續的流通道材料之形狀而言,具體言之,可例舉點狀、粒狀、線狀、半球狀、柱狀(含有圓柱狀、角柱狀等),或壁狀等。在1片分離膜上設置的線狀或壁狀之複數個流通道材料,較佳為可配置成為互為不交叉,具體言之,亦可配置成互為平行。
構成不連續形狀之透過側流通道材料的各個樹脂體之形狀並無特別限定,不過較佳為減少透過流體流通道之流動阻力,且在供給、透過原流體於分離膜元件時將流通道穩定化為佳。在自垂直於分離膜之透過側之面的方向觀察不連續形狀之透過側流通道材料一單位的平面視圖(plan view)形狀而言,可例舉例如橢圓、圓、長圓、梯形、三角形、長方形、正方形、平行四邊形,菱形、不定形。又,在垂直於分離膜之面方向的剖面,透過側流通道材料,係自上部朝向下部(亦即,在厚度方向中自透過側流通道材料之頂點,朝向透過側流通道材料所設置的分離膜),可為寬度擴展的形狀、狹窄形狀、顯示一定寬度的形狀之任一種。
在分離膜元件中透過側流通道材料之厚度較佳為30μm以上1000μm以下,更佳為50μm以上700μm以下,進一步較佳為50μm以上500μm以下,只要是該等範圍,則可確保穩定的透過流體之流通道。
透過側流通道材料之厚度,例如以熱熔性加工法配置不連續形狀之透過側流通道材料之情形,藉由變更處理溫度或選擇之熱熔性用之樹脂,則可自由調整以滿足所要求的分離特性或透過性能之條件。
透過側流通道材料之厚度,可使用市售之形狀測定系統等計測。例如可進行自雷射顯微鏡所致剖面之厚度測定,以Keyence製高精度形狀測定系統KS-1100等測定。測定係就任意之透過側流通道材料存在之處實施,可將各厚度之值加以總計的值除以測定總處之數而求得。
4.分離膜
<分離膜構成之概要>
分離膜,可分離原流體中之成分。
分離膜,例如,i)可具備:基材、分離功能層、配置於基材及分離功能層之間的多孔性支持層;或者ii)可為具備分離功能層與基材,在基材及分離功能層之間不設置多孔性支持層的構成。此外,ii)之分離膜,亦可具備在i)之分離膜中具有與多孔性支持層相同構成的層作為分離功能層。
分離膜具備供給側之面與透過側之面。在供給側之面供給原流體時,原流體分離成為透過分離膜移動至面之側的透過流體、與滯留於供給側之面側的濃縮流體。
<分離功能層>
在上述i)之形態之分離膜,以分離功能層而言,例如,由孔徑控制,耐久性之觀點觀之,可使用交聯高分子。具體言之,以分離性能之觀點觀之,可適當使用聚醯胺分離功能層及有機無機混成功能層等,其中聚醯胺分離功能層係在如後述之多孔性支持層上,將多官能胺及多官能酸鹵化物縮聚而成。
在上述i)之分離膜中分離功能層可含有聚醯胺作為主成分。該分離膜,可適當使用於例如自海水、鹽水、含有有害物的水等獲得飲用水之情形或工業用超純水之製造。聚醯胺係例如多官能胺及多官能酸鹵化物之縮聚物。
本說明書中,「組成物X係含有物質Y作為主成分」之情形,物質Y之組成物X中含有率,較佳為50重量%以上,更佳為60重量%以上,特佳為80重量%以上。又,組成物X實質上亦可僅以物質Y形成。組成物係含有混合物、複合物及化合物等之概念。
聚醯胺之構成、以及多官能胺及多官能酸鹵化物係例示於製造方法之欄。進一步,構成上述i)之分離膜的分離功能層,由耐藥品性之觀點觀之,亦可具有有機-無機混成結構,其具有矽元素等。有機-無機混成結構之分離功能層之組成並無特別限定,不過可含有聚合物,其係例如:(A)具有乙烯性不飽和基之反應性基及水解性基直接鍵結於矽原子的矽化合物;及/或(B)具有該矽化合物以外之乙烯性不飽和基的化合物。
亦即,分離功能層可含有下列中至少一種之聚合物:
‧藉由將僅化合物(A)之縮合及/或者聚合而形成之聚合物,
‧將僅化合物(B)聚合所形成之聚合物,以及
‧化合物(A)及化合物(B)之共聚合物
此外,在聚合物係含有縮合物。又,在化合物(A)及化合物(B)之共聚物中,化合物(A)亦可經由水解性基進行縮合。化合物B亦可經由乙烯性不飽和基聚合。
在分離功能層,化合物(A)之含有率,較佳為10重量%以上,更佳為20重量%以上50重量%以下。又,分離功能層中化合物(B)之含有率較佳為90重量%以下,更佳為50重量%以上80重量%以下。又,化合物(A):化合物(B)之重量比率較佳為1:9至1:1。在該等範圍,因在分離功能層所含聚縮合物可獲得較高的交聯度,故在膜過濾時可抑制來自分離功能層之成分溶離,結果,可實現穩定的過濾性能。
此外,化合物(A)、化合物(B)及其他化合物,會形成聚合物(含縮合物)等之化合物之情形。因而,在論及例如「分離功能層中化合物(A)之含有率」之情形,在化合物(A),於縮聚合物中,亦含有來自化合物(A)的成分之量。就化合物(B)及其他化合物亦為相同。
又,分離功能層,除了化合物(A)之外,雖不具有具乙烯性不飽和基的反應性基,不過亦可含有來自具有水解性基的矽化合物(C)之成分。就此種化合物(C)之例則如後述。
該等化合物(C)亦可含有僅化合物(C)之縮合物,亦可含有作為化合物(A)與化合物(B)之聚合物之縮合物。
接著,就構成上述ii)之分離膜的分離功能層予以詳述。上述ii)之分離膜,在下水道處理等可適當使用。
上述ii)之分離膜中分離功能層,只要是具有分離功能與機械強度之物,則無特別限定,不過可由例如纖維素、聚乙烯樹脂、聚丙烯樹脂、聚氯乙烯樹脂、聚氟化亞乙烯樹脂、聚碸樹脂、聚醚碸樹脂、聚醯亞胺樹脂、聚醚醯亞胺樹脂等所形成。此外,分離功能層亦可含有該等樹脂作為主成分。
尤其是,就分離功能層之主成分而言,因利用溶液進行的製膜較容易,故較佳為物理耐久性或耐藥品性優異的聚氯乙烯樹脂、聚氟化亞乙烯樹脂、聚碸樹脂、聚醚碸樹脂等。
分離功能層係如後述,例如將聚碸之N,N-二甲基甲醯胺(後續記載為DMF)溶液,在後述基材,亦即不織布上鑄製(casting)成一定厚度,使其在水中進行濕式凝固而製造。
在上述ii)之分離膜,在多孔性樹脂層(亦即分離功能層)之一表面中平均孔徑,亦可為另一表面之平均孔徑之2倍以上大小。
關於任一分離功能層,其厚度亦無限定。上述i)之分離膜,例如,以逆滲透、正滲透,奈米過濾膜可適當採用。在此情形,分離功能層之厚度,由分離性能與透過性能之觀點觀之,較佳為5nm以上3000nm以下,尤其是在5nm以上300nm以下,由透過性能之觀點觀之較佳。
又,上述i)之分離膜中,分離功能層之厚度,可依照目前為止之分離膜之膜厚測定法,例如將分離膜利用樹脂進行包埋後,製作超薄切片,進行染色等之處理後,藉由以透過型電子顯微鏡觀察,而可測定。以主要的測定法而言,在分離功能層具有褶襞(ridge and grooves)結構之情形,就1個褶襞在位於較多孔性支持層更上方位置的褶襞結構之剖面長度方向,以50nm間隔測定,使其就20個褶襞進行,並可自其平均求得。
另一方面,在上述ii)形態之分離膜之情形,分離功能層之厚度,較佳為1μm以上,更佳為5μm以上。分離功能層之厚度,較佳為200μm以下,更佳為500μm以下。分離功能層之厚度為1μm以上之情形,因在分離功能層難以產生皸裂等之缺陷故可維持過濾性能。分離功能層之厚度為500μm以下之情形,可維持良好的透過性能。
<多孔性支持層>
多孔性支持層可賦予分離膜機械強度。又,多孔性支持層中孔之尺寸或分布並無特別限定,多孔性支持層相對於離子等分子尺寸小的成分,不具有分離性能亦可。具體言之,多孔性支持層,一般可為被稱作「多孔性支持膜」般之物,例如,可謂均勻且微細的孔,或者自分離功能層所形成側之表面至另一面為止,具有慢慢變大之微細孔之層。較佳為使用多孔性支持層,其在形成分離功能層側之表面使用原子間力顯微鏡或電子顯微鏡等,而自表面測定的細孔之投影面積等效圓直徑(equivalent diameter)為1nm以上100nm以下。尤其是由界面聚合反應性及分離功能膜之保持性之觀點觀之,較佳為具有3nm以上50nm以下之投影面積等效圓直徑。
多孔性支持層之厚度,並無特別限定,不過由形成分離膜之強度、分離膜之高低差之觀點及供給側流通道之形態穩定性之觀點觀之,較佳為在20μm以上500μm以下之範圍,更佳為在30μm以上300μm以下之範圍。
多孔性支持層之形態,可以掃描型電子顯微鏡或透過型電子顯微鏡、原子間顯微鏡來觀察。例如只要是以掃描型電子顯微鏡觀察,則自基材(不織布)剝離多孔性支持膜後,將其以凍結割斷(freeze-fracture)法切斷,製成剖面觀察之試樣。在該試樣上薄薄的塗膜鉑或鉑-鈀或四氯化釕,較佳為四氯化釕,用3至6kV之加速電壓,以高分解能電場放射型掃描電子顯微鏡(UHR-FE-SEM)觀察。高分解能電場放射型掃描電子顯微鏡,可使用日立製S-900型電子顯微鏡等。自所得電子顯微鏡照片決定多孔性支持層之膜厚或表面之投影面積等效圓直徑。如此所得支持層之厚度及孔徑係平均值。又,支持層之厚度,係以剖面觀察在與厚度方向正交的方向以20μm間隔測定,為20點測定之平均值。又,孔徑係計數孔200個,為各投影面積等效圓直徑之平均值。
以多孔性支持層之材料而言,較佳為聚碸、乙酸纖維素、聚氯乙烯、環氧樹脂或者混合、積層該等之物,就化學、機械、熱穩定性高、易於控制孔徑的材料而言,較佳為聚碸。
如上述,具有與本欄說明的多孔性支持層相同構成的層,有作為分離功能層而設置於基材上之情形。在此情形,多孔性支持層之孔徑等,係因應作為分離對象的物質而設定。
<基材>
接著,以基材而言,由保持分離膜之分離性能及透過性能,同時賦予適度的機械強度,控制分離膜表面之高低差之觀點觀之,亦可使用為纖維狀基材之不織布。
以不織布而言,可使用包含聚烯烴、聚酯、纖維素等之物,而由形成分離膜之高低差之觀點,由形態保持性之觀點觀之,較佳為包含聚烯烴、聚酯之物。又,亦可使用使複數個材料混合之物。
以基材而言,可適當使用長纖維不織布或短纖維不織布。基材較佳為滿足下列事項:在使高分子聚合物之溶液流延於基材時,高分子聚合物之溶液難以滲透至基材之內(透過側);難以剝離多孔性支持層;進一步難以產生因基材之起毛(fluff)等所致分離膜之不均勻化或針孔等之缺點等。因而,以基材而言,特佳可使用長纖維不織布。基材亦可為例如由熱塑性連續單絲所構成的長纖維不織布。又,在分離膜之連續製膜,即使自相對於製膜方向施加張力,在基材以使用尺寸穩定性優異的長纖維不織布為佳。尤其是在上述i)形態之分離膜,由強度及成本之觀點觀之,較佳為長纖維不織布,進一步由基材成形性之觀點觀之,較佳為聚酯長纖維不織布。
長纖維不織布,由成形性、強度之觀點觀之,在與多孔性支持層為相反側之表層中,較佳是纖維較多孔性支持層側表層之纖維更為縱配向。根據此種結構,可保持強度更有效地抑制膜破裂等。進一步,因此種結構,而亦可提高含有多孔性支持層及基材的積層物之成形性,並穩定分離膜之凹凸部形狀。更具體言之,長纖維不織布之與多孔性支持層為相反側之表層中,纖維配向度較佳為0°至25°,又,較佳為在多孔性支持層側表層中與纖維配向度之配向度差為10°至90°。
在分離膜之製造步驟或元件之製造步驟含有加熱之步驟。藉由加熱,產生多孔性支持層或分離功能層收縮的現象。尤其是在連續製膜不供予張力的寬度方向,收縮極為顯著。因藉由收縮,而產生尺寸穩定性等問題,故以基材而言,以熱尺寸變化率小者為理想。在不織布與多孔性支持層為相反側之表層中之纖維配向度,與多孔性支持層側表層中之纖維配向度之差為10°至90°時,亦可抑制因熱所致寬度方向之變化,故較佳。
在此,纖維配向度係指,表示構成多孔性支持層的不織布基材之纖維之方向的指標,將進行連續製膜時之製膜方向設為0°,與製膜方向呈直角方向,亦即將不織布基材之寬度方向設為90°時之構成不織布基材的纖維之平均角度之謂。因而,纖維配向度越接近0°表示越為縱配向,越接近90°表示越為橫配向。
纖維配向度係自不織布隨機的採取小片試樣10個,以掃描型電子顯微鏡,用100至1000倍攝影該等試樣表面,就自各試樣每10支,計100支之纖維,測定使不織布之長度方向(縱方向、製膜方向)設為0°、不織布之寬度方向(橫方向)設為90°時之角度,將該等平均值之小數點以下第一位予以四捨五入,作為纖維配向度求得。
此外,分離膜所含之基材、多孔性支持層及分離功能層等之各層,除了上述成分以外,可以5重量%以下、2重量%以下或1重量%以下之比率含有著色劑、抗靜電劑、塑化劑等之添加物。
<凹凸>
由提高分離膜元件之分離性能、透過性能、原流體側流通道形成之觀點觀之,亦可在分離膜3之供給側或透過側之面形成有高低差。在分離膜「形成有高低差」,在本說明書係指使分離膜本身形成具有凹凸之意。
高低差可在100μm以上2000μm以下之範圍內。尤其是藉由在供給側之面設置高低差,則即使在不配置樹脂之部分亦可產生亂流效果。結果,可抑制濃度極化。進一步在穩定元件之供給側流通道,並提高分離性能及透過性能方面,高低差較佳為200μm以上1500μm以下,更佳為200μm以上1000μm以下。
分離膜3之表面,亦即分離功能層表面之高低差可使用市售之形狀測定系統等計測。例如,可以自雷射顯微鏡所致剖面的高低差測定、Keyence製高精度形狀測定系統KS-1100等來測定。
以高低差,亦即以凹凸形狀而言並無特別限定,不過由可選擇形狀,以使流通道之流動阻力減少,且將流體供給、透過分離膜元件時之流通道穩定化之這些觀點觀之,分離膜之高低差,亦即凸部或凹部之形狀,在膜之面方向,可選自例如橢圓、圓、長圓、梯形、三角形、長方形、正方形、平行四邊形、菱形、不定形之任一種。又,在分離膜之厚度方向,凸部或凹部,係在將分離膜中任一面配置於上方時,可為自上方至下方寬度擴開的形狀、狹窄形狀、或表示一定寬度的形狀之任一種。在將高低差之1/2作為基準位置時,具有位於較基準位置更上方位置的凸部之面積,係自垂直於膜面的方向的觀察面積(二維面積),較佳為全膜面積之5%以上80%以下,由流動阻力及流通道穩定性之觀點觀之,特佳為10%以上60%以下。
分離膜之高低差較佳為設置於第2區域。亦即,在上述中央區域37、第2區域38及39,分離膜形成有凹凸,較佳為在屬第1區域之帶狀區域33至35,分離膜為平坦。如此,在配置供給側流通道材料的處所之分離膜,因無形成凹凸,故可容易進行流通道材料之配置。
5.分離膜元件之製造
5-1.分離膜之製造
<在上述i)中多孔性支持層及上述ii)中分離功能層之形成>
在上述i)之分離膜中之多孔性支持層及上述ii)之分離膜中之分離功能層,在以下說明總稱為「多孔性樹脂層」。
茲就多孔性樹脂層之形成方法之具體例,係含有溶解樹脂於良溶劑之步驟,在基材鑄製所得樹脂溶液之步驟,使該樹脂溶液與非溶劑接觸之步驟的方法加以說明。在該方法,首先,在基材(例如不織布)之表面,形成含有上述樹脂及溶劑的原液之被膜,同時將該原液浸染於基材。其後,將僅具有被膜之基材之被膜側表面,與含有非溶劑之凝固浴(coagulation bath)接觸,使樹脂凝固,並在基材表面形成作為分離功能層之多孔性樹脂層。原液之溫度,由製膜性之觀點觀之,通常,較佳為在0至120℃之範圍內選擇。
關於樹脂之種類,已如上述。
溶劑係溶解樹脂之物。溶劑,作用於樹脂及開孔劑,促進該等形成多孔性樹脂層。以溶劑而言,可使用N-甲基吡咯酮(NMP)、N,N-二甲基乙醯胺(DMAc)、N,N-二甲基甲醯胺(DMF)、二甲基亞碸(DMSO)、丙酮、甲基乙酮等。其中,較佳可使用樹脂溶解性高的NMP、DMAc、DMF、DMSO。
在原液亦可添加開孔劑。開孔劑係在浸漬於凝固浴時萃取,具有將樹脂層當做多孔質的作用之物。開孔劑較佳是對凝固浴之溶解性高之物。例如可使用氯化鈣、碳酸鈣等之無機鹽。又,開孔劑亦可選自聚乙二醇,聚丙二醇等之聚氧伸烷類;聚乙烯醇、聚乙烯縮丁醛(vinyl butyral)、聚丙烯酸等之水溶性高分子;及甘油。
進一步,在原液亦可添加非溶劑。非溶劑係不溶解樹脂的液體。非溶劑係控制樹脂之凝固速度並作用以控制細孔大小。以非溶劑而言,可使用水或甲醇、乙醇等之醇類。其中,由廢水處理之容易性或價格之觀點,較佳為水或甲醇。亦可為該等之混合物。
在原液,樹脂之濃度係例如5至40重量%或8至25重量%。溶劑之濃度,係例如40至95重量%、55至94.9重量%或60至90重量%。樹脂極端少時,則多孔性樹脂層之強度降低,過多時會有透水性降低之情形。又,溶劑過少時原液易於凝膠化,過多時會有多孔性樹脂層之強度降低之情形。
尤其是,在添加開孔劑及非溶劑之情形,在原液,較佳為樹脂含有率為5至40重量%,溶劑之含有率較佳為40至94.9重量%。原液中開孔劑之含有率較佳為0.1至15重量%。開孔劑之含有率更佳為0.5至10重量%。又,非溶劑之含有率較佳為0至20重量%,更佳為0.5至15重量%。
開孔劑,在過少時會使透水性降低,過多時會有多孔性樹脂層強度降低之情形。又,開孔劑之量極端多之情形,會有殘存於多孔性樹脂中之情形。殘存的開口劑,藉由在使用中溶離,而會有使透過水水質惡化,或引起透水性之變動之情況。
以凝固浴而言,可使用非溶劑,或含非溶劑及溶劑的混合液。在凝固浴中溶劑之含有率例如為40至95重量%,更具體言之為50至90重量%。凝固浴較佳為至少含有非溶劑5重量%。溶劑低於40重量%時,樹脂之凝固速度變快,細孔徑變小。又,溶劑超過95重量%時,樹脂難以凝固,難以形成多孔性樹脂層。
可以凝固浴溫度來調整凝固速度。凝固浴之溫度可為例如0至100℃、或10至80℃。
將僅具有被膜的基材之被膜側表面,與凝固浴接觸之方法並無特別限定。例如,要使具有被膜的基材之被膜側表面來到下側,與凝固浴表面接觸之方法,或亦可在玻璃板、金屬板等平滑的板上,與被膜側為相反側接觸,並黏貼以使凝固浴不致在內側環繞(wraparound),將具有被膜之基材每一板浸漬於凝固浴。在後者之方法,將基材黏貼於板之後形成原液之被膜亦無妨,在形成原液之被膜於基材之後,黏貼於板亦可。
對基材之原液被膜之形成,係藉由對基材之原液塗布、或基材對原液之浸漬來進行。在塗布原液之情形,塗布於基材之單面亦無妨,塗布於兩面亦無妨。此時雖依原液之組成而定,不過在使用密度為0.7g/cm3以下之多孔性基材時,原液相對於多孔性基材可適度地浸染。
如上述所製造的分離膜,係在多孔性樹脂層(亦即分離功能層),與凝固浴接觸的側表面之平均孔徑,係另一表面之平均孔徑之2倍以上大小。此係因在凝固浴含有溶劑40至95重量%,故原液及凝固浴之取代速度比較慢,在多孔性樹脂層,進行與凝固浴接觸的側表面之孔之成長,使細孔徑變大,相對於此,在相反側之表面,因不與凝固浴接觸,故僅因原液之相分離,而形成孔,因而比較地細孔徑變小。因此,如此所得之分離膜,亦可使用與凝固浴接觸側作為被處理液側,而另一方作為透過液側。
就具體的形成方法加以說明。將預定量之聚碸溶解於DMF,並調製預定濃度之聚碸樹脂溶液(原液)。接著,將該原液在包含不織布的基材上塗布成為大致一定的厚度後,於一定時間在空氣中除去表面之溶劑後,在凝固液中將聚碸凝固。此時,與凝固液接觸之表面部分等使溶劑之DMF迅速地汽化(vaporize),同時使聚碸之凝固急速地進行,並產生將DMF之存在的部分作為核的微細連通孔。
又,在自上述表面部分朝向基材側的內部,DMF之汽化與聚碸之凝固相較於表面緩慢地進行,故DMF凝聚,而易於形成大的核,因此,產生之連通孔進行大直徑化。當然,上述核生成(nucleation)條件,係藉由自表面之距離而慢慢地變化,故被認定可形成無明確界線,具有平滑的孔徑分布之層。藉由調節在該形成步驟使用之原液溫度、聚碸之濃度、進行塗布之環境的相對濕度、在塗布之後浸漬於凝固液為止之時間、凝固液之溫度或組成等,而可控制平均空隙率及平均孔徑。
關於以上所述步驟之詳細內容,或無特別論及的條件等,可依照例如,“鹽水辦公室研究發展進程報告Office of Saline Water Research and Development Progress Report”No.359(1968)所記載之方法進行。但是,為了獲得具備目的之結構之層,則可變更聚合物濃度、溶劑之溫度、不良溶劑。
<上述i)中分離功能層之形成>
構成上述i)之分離膜的分離功能層可以下述方式製造。
將聚醯胺作為主成分之分離功能層,可在多孔性支持層上以多官能胺、多官能酸鹵化物之界面縮聚來形成。在此,就多官能胺或多官能酸鹵化物之至少一方而言,較佳為使用至少一種3官能以上之化合物。
在此,多官能胺係指一分子中具有至少2個一級胺基及/或二級胺基,該胺基中至少1個係指屬一級胺基之胺。
例如,以2個胺基為鄰位或間位、對位中任一位置關係並鍵結於苯環的伸苯二胺、苯二甲二胺、1,3,5-三胺苯、1,2,4-三胺苯、3,5-二胺基苯甲酸、3-胺基苄胺、4-胺基苄胺等之芳香族多官能胺;乙二胺、丙二胺等之脂肪族胺;1,2-二胺基環己烷、1,4-二胺基環己烷、4-胺基哌啶、4-胺乙基六氫吡等之脂環式多官能胺等。
在考慮膜之選擇分離性或透過性、耐熱性時,以多官能胺而言,較佳為一分子中具有2至4個一級胺基及/或二級胺基的芳香族多官能胺。以此種多官能芳香族胺而言,較佳是使用間伸苯二胺、對伸苯二胺、1,3,5-三胺基苯。其中,由取得容易性或處理容易性,更佳為間伸苯二胺(以下稱為m-PDA)。
多官能胺可單獨使用,亦可組合二種以上多官能胺使用。在使用2種以上多官能胺之情形,亦可組合如上述所例示的胺彼此間,亦可將上述胺與一分子中具有至少2個二級胺基的胺加以組合。在一分子中具有至少2個二級胺基的胺,可例舉例如六氫吡、1,3-雙哌啶基丙烷等。
多官能酸鹵化物係指一分子中具有至少2個鹵素化羰基的酸鹵化物之意。
例如,以3官能酸鹵化物而言,可例舉1,3,5-苯三甲酸氯、1,3,5-環己烷三羧酸三氯、1,2,4-環丁烷三羧酸三氯等。以2官能酸鹵化物而言,可例舉聯苯基二羧酸二氯、偶氮苯二羧酸二氯、對酞酸氯、異酞酸氯、萘二羧酸氯等之芳香族2官能酸鹵化物;己二醯氯(adipoyl chloride)、癸二醯氯(sebacoyl chloride)等之脂肪族2官能酸鹵化物、環戊烷二羧酸二氯、環己烷二羧酸二氯、四氫呋喃二羧酸二氯等之脂環式2官能酸鹵化物。
在考慮與多官能胺之反應性時,較佳為多官能酸鹵化物屬多官能酸氯化物。又,在考慮膜之選擇分離性、耐熱性時,多官能酸鹵化物,較佳為一分子中具有2至4個氯化羰基的多官能芳香族酸氯化物。尤其是,由取得容易性或處理容易性之觀點,更佳為1,3,5-苯三甲酸氯。
該等多官能酸鹵化物,可單獨使用,亦可同時使用2種以上。
就多官能酸鹵化物而言,可使用2官能酸鹵素化合物與3官能鹵素化合物。由保持分離膜之分離性能之觀點觀之,2官能酸鹵素化合物與3官能鹵素化合物之比率,以莫耳比(2官能酸鹵素化合物之莫耳/3官能酸鹵素化合物之莫耳)為0.05至1.5,更佳為0.1至1.0。
茲就作為分離功能層形成聚醯胺層的具體方法加以說明。
在多孔性支持膜上,塗布多官能胺水溶液後,將多餘的胺水溶液以氣刀等除去。在其上,塗布含多官能酸鹵化物溶液,將多餘的多官能酸鹵化物以氣刀等除去。
其後,亦可藉由洗淨而除去單體。又,亦可實施氯、酸、鹼、亞硝酸等之化學處理。在化學處理後亦可進行洗淨,在洗淨後亦可進行化學處理。
以含多官能酸鹵化物溶液之溶劑而言,係使用有機溶劑。以有機溶劑而言,與水為非均勻混合性,且溶解多官能酸鹵化物,不破壞多孔性樹脂之物為理想,相對於多官能胺化合物及多官能酸鹵化物,只要為惰性均可。適當之例,可例舉正己烷、正辛烷、正癸烷等之烴化合物。
又,就具有矽元素等的有機-無機混成結構之分離功能層之形成加以說明。如上述,有機-無機混成結構之分離功能層,係藉由化合物(A)之縮合、及化合物(A)及化合物(B)之聚合之至少一方之反應而得。
首先,就化合物(A)加以說明。
具有乙烯性不飽和基的反應性基係直接鍵結於矽原子。以此種反應性基而言,可例示乙烯基、烯丙基、甲基丙烯酸氧乙基、甲基丙烯酸氧丙基、丙烯酸氧乙基、丙烯酸氧丙基、苯乙烯基。由聚合性之觀點觀之,較佳為甲基丙烯酸氧丙基、丙烯酸氧丙基、苯乙烯基。
化合物(A),在經過使與矽原子直接鍵結之水解性基變化成羥基等之製程,藉由使矽化合物彼此間以矽氧烷鍵結而結合的縮合反應,而成為高分子。
以水解性基而言,可例示烷氧基、烯氧基、羧基、酮肟基、胺羥基、鹵素原子及異氰酸酯基等之官能基。以烷氧基而言,較佳為碳數1至10之物,進一步較佳為碳數1至2之物。以烯氧基而言,較佳為碳數2至10之物,進一步為碳數2至4,再進一步為3之物。以羧基而言,較佳為碳數2至10之物,進一步為碳數2之物、亦即為乙醯氧基。以酮肟基而言,可例示甲基乙酮肟基、二甲酮肟基、二乙酮肟基。胺羥基係具有一與矽原子鍵結之胺基,而兩基之間介在氧原子之物。以此種物而言,可例示二甲胺羥基、二乙胺羥基、甲基乙胺羥基。以鹵素原子而言,較佳是使用氯原子。
在分離功能層之形成時,亦可使用使上述水解性基之一部分水解,並採用矽烷醇結構的矽化合物。又可使用使2個以上矽化合物製成高分子量化至使水解性基之一部分水解、縮合而不交聯之程度之物。
以矽化合物(A)而言,較佳為下述通式(a)所示之物。
Si(R1)m(R2)n(R3)4-m-n ‧‧‧(a)
(R1表示含有乙烯性不飽和基的反應性基。R2表示烷氧基、烯氧基、羧基、酮肟基、鹵素原子或異氰酸酯基之任一種。R3表示H或烷基。m、n係滿足m+n≦4之整數,視為滿足m≧1、n≧1。R1、R2、R3各自使2個以上官能基鍵結於矽原子之情形,可為相同或相異)
R1係包含乙烯性不飽和基的反應性基,如同上述解釋。
R2為水解性基,而該等係如上述解釋。以成為R3之烷基之碳數而言,較佳為1至10之物,再佳為1至2之物。
以水解性基而言,在分離功能層之形成時,因反應液具有黏性,故較佳為使用烷氧基。
以此種矽化合物而言,可例示乙烯基三甲氧矽烷、乙烯基三乙氧矽烷、苯乙烯三甲氧矽烷、甲基丙烯醯氧基丙基甲基二甲氧矽烷、甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧矽烷、甲基丙烯醯氧基丙基甲基二乙氧矽烷、甲基丙烯醯氧基丙基三乙氧矽烷、丙烯醯氧基丙基三甲氧矽烷。
除了化合物(A)之外,並無具有乙烯性不飽和基的反應性基,不過亦可同時使用具有水解性基的矽化合物(C)。關於化合物(A),係以通式(a)定義「m≧1」,相對於此,以化合物(C)而言,可例示通式(a)中m為零之化合物。以化合物(C)而言,可例示四甲氧矽烷、四乙氧矽烷、甲基三甲氧矽烷、甲基三乙氧矽烷。
接著,在化合物(A)以外之物,茲就具有乙烯性不飽和基之化合物(B)加以說明。
乙烯性不飽和基具有加成聚合性。以此種化合物而言,可例示乙烯、丙烯、甲基丙烯酸、丙烯酸、苯乙烯及該等衍生物。
又,該化合物在使用分離膜於水溶液之分離等時,為了提高水之選擇透過性,提升鹽之過濾係數(filter coefficient),較佳為具有酸基的鹼可溶性之化合物。
以較佳酸之結構而言,有羧酸、膦酸、磷酸及磺酸,以該等酸之結構而言,亦可以酸之形態、酯化合物,及金屬鹽之任一種狀態存在。具有該等乙烯性不飽和基1個以上之化合物,可含有2個以上酸,不過特佳是含有1個至2個酸基的化合物。
以上述具有乙烯性不飽和基1個以上之化合物中具有羧酸基之化合物而言,可例示以下之物。順丁烯二酸、順丁烯二酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸、2-(羥甲基)丙烯酸、4-(甲基)丙烯醯基氧乙基偏苯三甲酸及對應之酐;10-甲基丙烯醯基氧癸基丙二酸、N-(2-羥基-3-甲基丙烯醯基氧丙基)-N-苯基甘胺酸及4-乙烯基苯甲酸。
以上述具有乙烯性不飽和基1個以上之化合物中,以具有膦酸基之化合物而言,可例示乙烯基膦酸、4-乙烯基苯膦酸、4-乙烯基苄膦酸、2-甲基丙烯醯基氧乙基膦酸、2-甲基丙烯酸醯胺乙基膦酸、4-甲基丙烯酸醯胺-4-甲基-苯基-膦酸、2-[4-(二羥基磷氧基)-2-氧雜-丁基]-丙烯酸及2-[2-二羥磷氧基)-乙氧基甲基]-丙烯酸-2,4,6-三甲基-苯酯。
上述具有乙烯性不飽和基1個以上的化合物中,以磷酸酯之化合物而言,可例示2-甲基丙烯醯基氧丙基一氫磷酸及2-甲基丙烯醯基氧丙基二氫磷酸、2-甲基丙烯醯基氧乙基一氫磷酸及2-甲基丙烯醯基氧乙基二氫磷酸、2-甲基丙烯醯基氧乙基-苯基-氫磷酸、二新戊四醇-五甲基丙烯醯基氧磷酸酯、10-甲基丙烯醯基氧癸基-二氫磷酸、二新戊四醇五甲基丙烯醯基氧磷酸酯、磷酸單-(1-丙烯醯基-哌啶-4-基)-酯、6-(甲基丙烯酸醯胺)己基二氫磷酸酯以及1,3-雙-(N-丙烯醯基-N-丙基-胺基)-丙烷-2-基-二氫磷酸酯。
以上述具有乙烯性不飽和基1個以上之化合物中具有磺酸基之化合物而言,可例舉乙烯基磺酸、4-乙烯基苯基磺酸或3-(甲基丙烯酸醯胺)丙基磺酸。
在有機-無機混成結構之分離功能層之形成,係使用含有化合物(A)、化合物(B)及聚合引發劑的反應液。藉由將該反應液塗布於多孔性支持層上,使水解性基縮合,且使聚合乙烯性不飽和基聚合而使該等化合物高分子量化。
在化合物(A)單獨縮合之情形,因交聯鏈之鍵結集中於矽原子,故矽原子周邊與遠離矽原子部分之密度差變大。結果,傾向於分離功能層中之孔徑成為不均勻。一方面,藉由化合物(A)本身之高分子量化及交聯,再加上使化合物(B)與化合物(A)共聚,則可適度分散水解性基之縮合所致交聯點與乙烯性不飽和基之聚合所致交聯點。如此藉由使交聯點分散,則在分離膜中之孔徑可均勻化。結果,可實現在分離膜中透水性能及除去性能之良好的均衡性。又,具有乙烯性不飽和基1個以上之低分子量化合物,藉由在分離膜使用時溶離,則會引起膜性能降低,不過藉由在分離功能層使化合物高分子化,而可抑制此種膜性能降低。
在此種製造方法,較佳為相對於反應液所含有之100重量份固體成分量,化合物(A)之含量為10重量份以上,進一步較佳為20重量份至50重量份。在此,反應液所含有之固體成分係指在反應液所含有之全成分中,除去溶劑及在縮合反應生成之水或醇等之餾去成分的所得複合半透膜中含有最終作為分離功能層的成分之意。藉由使化合物(A)之量為充分則可獲得充分的交聯度,可減低在膜過濾時發生使分離功能層之成分溶離,並使分離性能降低等不良影響之虞。
化合物(B)之含量,相對於反應液所含有100重量份固體成分量,較佳為90重量份以下,進一步較佳為50重量份至80重量份。化合物(B)之含量在該等範圍時,因所得分離功能層交聯度變高,故不必使分離功能層溶離即可穩定地進行膜過濾。
接著,如上述般,就將具有有機-無機混成結構的分離功能層形成於多孔性支持層上的方法加以說明。
分離功能層形成方法可例示依照塗布含有化合物(A)及化合物(B)的反應液之步驟、除去溶劑之步驟、聚合乙烯性不飽和基之步驟、縮合水解性基之步驟之順序進行的方法。在聚合乙烯不飽和基的步驟,亦可含有使水解性基同時縮合者。
首先,將含有化合物(A)及化合物(B)的反應液,接觸後述之多孔性支持層。此等反應液,通常為含有溶劑之溶液,不過只要是此等溶劑不致破壞多孔性支持層,而溶解化合物(A)、化合物(B)及可依照需要添加的聚合引發劑之物,則無特別限定。藉由將相對於化合物(A)之莫耳數之1至10倍莫耳量之水,較佳為1至5倍莫耳量之水,與無機酸或有機酸同時添加於該反應液,而可促進化合物(A)之水解。
以反應液之溶劑而言,較佳為將水、醇系有機溶劑、醚系有機溶劑、酮系有機溶劑及該等予以混合(mixed)之物。例如,醇系有機溶劑可例舉甲醇、乙氧基甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、環己醇、甲基環己醇、乙二醇單甲醚(2-甲氧基乙醇)、乙二醇單乙醯酯、二乙二醇單甲醚、二乙二醇單乙酸酯、丙二醇單***、丙二醇單乙酸酯、二丙二醇單***、甲氧基丁醇等。又,醚系有機溶劑可例舉二甲縮醛(methylal)、二***、二丙醚、二丁醚、二戊醚、二乙基縮醛、二己基醚、三(trioxane)、二氧陸圜(dioxane)等。又,酮系有機溶劑,可例舉丙酮、甲基乙酮、甲基丙酮、甲基異丁酮、甲基戊酮、甲基己基環己酮、二乙酮、乙基丁酮、三甲基壬酮、乙腈丙酮(acetonitrile acetone)、甲基酯(dimethyl oxide)、佛耳酮(phorone)、環己酮、乙醯丙酮醇等。
又,相對於反應液所含有之100重量份固體成分量,較佳為溶劑之添加量為50重量份以上,更佳為80重量份以上。藉由相對於100重量份固體成分量,使溶劑之添加量為50重量份以上,則可獲得具有良好的透水性之膜。又,藉由相對於100重量份固體成分量使溶劑之添加量以下,則有對膜難以產生缺點的優點。
多孔性支持層與上述反應液之接觸,較佳為在多孔性支持層上均勻地且連續地進行。具體言之,可例舉使用例如旋轉塗布機、金屬線棒、簾狀流塗布機(curtain flow coater)、模塗布機、輥塗布機,噴灑器等之塗布裝置,將反應液塗膜於多孔性支持層上之方法。又可例舉將多孔性支持層浸漬於反應液之方法。
在予以浸漬之情形,多孔性支持層與反應液之接觸時間,較佳在0.5至10分鐘之範圍內,再佳為在1至3分鐘之範圍內。在使反應液接觸於多孔性支持層後,較佳是進行充分地液排放(liquid drainning),以使多孔性支持層上不致殘留液滴。藉由充分地進行液排放,而可防止在膜形成後液滴殘存部分成為膜缺點而使膜性能降低。以液排放之方法而言,可使用下述方法:在垂直方向把持反應液接觸後之多孔性支持層,使過剩之反應液自然流下之方法;或自空氣噴嘴吹入氮等之風,強制地進行液排放之方法(亦即氣刀)等。又,亦可在液排放後,使膜面乾燥,並除去反應液之溶劑分之一部分。
使矽之水解性基縮合之步驟,係藉由使反應液接觸多孔性支持層後,進行加熱處理來進行。吾人要求此時之加熱溫度,要較使多孔性支持層熔融,使作為分離膜之性能降低之溫度更低。為使縮合反應快速進行,較佳是通常在0℃以上進行加熱,更佳為20℃以上。又,該反應溫度較佳為150℃以下,更佳為100℃以下。只要是反應溫度在0℃以上,則可使水解及縮合反應快速進行,只要是150℃以下則可容易進行水解及縮合反應之控制。又,藉由添加促進水解或縮合之觸媒,則可在更低溫進行反應。進一步藉由選擇加熱條件及濕度條件,以使分離功能層具有細孔,則可適切地進行縮合反應。
以具有化合物(A)及化合物(B)之乙烯性不飽和基的化合物之乙烯性不飽和基之聚合方法而言,可藉由熱處理、電磁波照射、電子束照射、電漿照射來進行。在此電磁波係含有紅外線、紫外線、X線、γ線等。聚合方法較佳為進行適宜最適當的選擇,而由維護成本、生產性等之觀點觀之,較佳為電磁波照射所致聚合。在電磁波中,由紅外線照射或紫外線照射的簡便性之觀點觀之更佳。實際上使用紅外線或紫外線進行聚合時,該等光源並無必要僅選擇性發生該波長區域之光,只要是含有該等波長區域之電磁波則佳。但是,由聚合時間之縮短、聚合條件之控制等容易性之觀點觀之,較佳為該等電磁波之強度較其他波長區域之電磁波高者。
電磁波可自鹵素燈、氙燈、UV燈、準分子燈、金屬鹵素燈、稀有氣體螢光燈、汞燈等發生。電磁波之能量若可聚合則無特別限制,不過尤其是高效率且低波長之紫外線,薄膜形成性高。此種紫外線可由低壓汞燈、準分子雷射燈發生。分離功能層之厚度、形態因各自之聚合條件而有大幅變化,只要是電磁波所致聚合,則因電磁波波長、強度、被照射物之距離、處理時間而有大幅變化之情形。因此該等條件有必要進行適宜最適當化。
在基於加速聚合速度之目的,進行分離功能層形成時,較佳為添加聚合引發劑、聚合促進劑等。在此,聚合引發劑、聚合促進劑並非有特別限定,可配合使用之化合物之結構、聚合方法等而適宜選擇。
聚合引發劑例示如下。以電磁波所致聚合之引發劑而言,可例示安息香醚、二烷苄縮酮、二烷氧基苯乙酮、氧化膦醯或者氧化雙膦醯、α-二酮(例如9,10-菲醌)、二乙醯醌、呋喃醌、大茴香醌、4,4’-二氯苄醌及4,4’-二烷氧基苄醌、及樟腦醌。以熱所致聚合之引發劑而言,可例示偶氮化合物(例如2,2’-偶氮雙(異丁腈)(AIBN)或者偶氮雙-(4-氰吉草酸)),或過氧化物(例如過氧化二苯甲醯基、過氧化二月桂醯基、過辛酸三級丁酯、過苯甲酸三級丁酯或者二-(三級丁基)過氧化物),進一步可例示芳香族重氮鹽、雙鎏鹽、芳香族碘鎓鹽、芳香族鎏鹽、過硫酸鉀、過硫酸銨、烷基鋰、異丙苯基鉀、萘鈉、二苯乙烯二陰離子。其中苯并及2,2’-二烷苯并特佳是作為用以自由基聚合之引發劑。
過氧化物及α-二酮,為了加速初始化(initiation),較佳為與芳香族胺組合使用。該組合亦稱為氧化還原(redox)系統。以此種系統之例而言,有過氧化苯甲醯基或樟腦醌與胺(例如N,N-二甲基-對甲苯胺、N,N-二羥乙基-對甲苯胺、對二甲基-胺基苯甲酸乙酯或其衍生物)之組合。進一步,又佳為含有將過氧化物與作為還原劑之抗壞血酸、巴比妥酸鹽或亞磺酸組合之系統。
接著,將其在約100至200℃予以加熱處理時,則產生縮聚反應,而在多孔性支持層表面形成來自矽烷偶合劑之分離功能層。加熱溫度雖因多孔性支持層之材料而定,不過在過高時引起溶解,而使多孔性支持層之細孔閉塞,故最終所得分離膜之造水量降低。一方面在過低之情形,縮聚反應變得不充分,因分離功能層之溶離而使除去率能夠降低。
此外在上述製造方法,將矽烷偶合劑及具有乙烯性不飽和基1個以上之化合物予以高分子量化之步驟,亦可在矽烷偶合劑之縮聚步驟之前進行,亦可在之後進行。又,亦可同時進行。
如此所得,具有有機-無機混成結構的分離膜,雖可直接使用,不過在使用之前,較佳為例如藉由含醇水溶液、鹼水溶液而使膜之表面親水化。
<後處理>
在上述i)及ii)之任一分離膜,分離功能層在提高透過性能、除去性能等之基本性能方面,亦可實施含氯化合物、酸、鹼、亞硝酸、偶合劑等所致化學處理。進一步亦可藉由洗淨,除去未聚合之單體。
<凹凸之形成>
以提供高低差之方法而言,雖無特別限定,不過可使用在分離膜進行壓紋成形、水壓成形、壓延加工等之方法,在分離膜形成高低差後,藉由實施40至150℃之熱處理,而可提高凹凸形狀之保持性。成形後該熱處理溫度係藉由自分離膜僅剝離(tearing-off)基材,並測定基材之DSC,則可使用周知方法鑑定聚酯纖維之熱處理溫度。
以高低差之成形步驟而言,並無特別限定,不過在製作分離膜為止之階段,較佳可使用加工多孔性支持層之步驟、加工基材之步驟、加工積層有多孔性支持層及基材的積層物之步驟、或加工形成有分離功能層的分離膜之步驟。
5-2.供給側流通道材料之配置
供給側流通道材料係以熔融而設置於分離膜上。熔融,具體言之可例舉熱熔融。以熱熔融法而言,可使用熱風熔接、熱板熔接、雷射熔接、高頻熔接、感應加熱(induction heating)熔接、旋轉熔接、振動熔接、超音波熔接、DSI成形等。
藉由塗布已熔融樹脂,而配置供給側流通道材料之情形,若在供給側之面31之帶狀區域可以目的之圖案配置流通道材料4,則其方法並無特別限定,可例舉例如噴嘴型之熱熔性塗布機、噴灑型之熱熔性塗布機、扁平噴嘴型之熱熔性塗布機、輥型塗布機、凹版法、擠壓型塗布機、印刷、噴霧等。
配置供給側流通道材料之步驟,可在分離膜製造中之任意時機進行。例如,在製作分離膜前之階段加工支持膜之步驟、或加工支持膜及基材之積層物之步驟、加工分離膜之步驟等,而可塗布樹脂。
5-3.透過側流通道材料之配置
以透過側流通道材料之形成方法而言,並無特別限定,不過在連續形狀之情形,較佳為將預先加工的流通道材料積層於分離膜之透過流體側之方法。在不連續形狀之情形,將構成透過側流通道材料之材料在分離膜之透過流體側可使用直接以印刷、噴霧、塗布機塗布、熱熔性加工等配置之方法。
5-4.元件之組裝
使用先前之元件製作裝置,可製作例如葉片(leaf)數26片、有效面積37m2之8英吋元件。以元件製作方法而言,可使用參考文獻(日本特公昭44-14216,日本特公平4-11928,日本特開平11-226366)所記載的方法。
分離膜被重疊,纏繞於集水管之周圍,同時被貼合。分離膜彼此間之黏接所使用之黏接劑,較佳為黏度40PS(泊)以上150PS以下之範圍內,更佳為50PS以上120PS以下。在黏接劑黏度過高之情形,在將已積層的葉片捲繞(winding)於集水管時,易於發生皺折而易於損及分離膜元件之性能。相反地,黏接劑黏度過低之情形,除了自葉片端部(黏接面部分)流出黏接劑使裝置污損之外,還有附著於不需要的部分而損害分離膜元件之性能,同時因流出的黏接劑之處理作業,而使作業效率顯著降低。
黏接劑之塗布量,在將葉片捲繞於集水管後,在分離膜上附著黏接劑的區域之寬度,亦可予以調整成為10mm以上100mm以下。藉由使塗布寬度為10mm以上,則可抑制黏接不良之發生。因而,可抑制供給流體之一部分流入透過側。另一方面,黏接劑係藉由使分離膜回捲時擴開,則會減低相關於分離的分離膜之面積(亦即有效膜面積)。相對於此,藉由使附著黏接劑之區域之寬度為100mm以下,則可確保有效膜面積。
以黏接劑而言,較佳為胺基甲酸酯系黏接劑,要將黏度設在40PS以上150PS以下之範圍,就得將主劑之異氰酸酯與硬化劑之聚醇,以異氰酸酯:聚醇=1:1至1:5之比率混合之物。黏接劑之黏度係預先將規定主劑、硬化劑單體及調配比率的混合物之黏度以B型黏度計(JIS K 6833)測定。
6.元件之使用
分離膜元件係藉由串聯或並聯地連接而收容於壓力容器,而可使用作為分離膜模組。
又,上述分離膜元件及模組,可與供給流體於該等之幫浦,或使該流體進行前處理之裝置等組合,而可構成流體分離裝置。藉由使用該分離裝置,例如將原流體分離成為飲用水等之透過流體、與不透過膜之濃縮流體,而可獲得合乎目的的水。
流體分離裝置之操作壓力高者雖可提高除去率,不過運轉所需能量亦增加,又,在考慮膜元件之供給流通道、透過流通道之保持性時,將被處理水透過膜模組時之操作壓力較佳為0.2MPa以上8.0MPa以下。原流體溫度過高時則鹽除去率降低,不過隨著原流體變低,亦使膜透過通量減少,故較佳為3℃以上60℃以下。
以本發明之螺旋型分離膜元件所處理之流體,並無特別限定,在使用於水處理之情形,以原流體而言,可例舉含有海水、鹽水、排水等之500mg/L至100g/L之TDS(Total Dissolved Solids:總溶解固體成分)之液狀混合物。一般而言,TDS係指總溶解固體量,以「質量÷體積」或者「重量比」表示。根據定義,以0.45微米過濾器過濾的溶液在39.5至40.5℃之溫度予以蒸發,並可自殘留物重量計算,不過更簡便是由實用鹽分(practical salinity)(S)來換算。
[實施例]
本發明並非因以下實施例而受任何限定。
(分離膜之製作)
在表1及表2所示各種基材上,在室溫(25℃),以180μm厚度鑄製聚碸之16.0重量%、二甲基甲醯胺(DMF)溶液。鑄製後,馬上浸漬於純水中放置5分鐘。如此製作包含纖維補強聚碸支持膜的多孔性支持層(厚度135μm)輥。
將多孔性支持層輥開捲(解開),在聚碸支持膜之表面塗布1.5重量%m-PDA、5.0重量%ε-己內酯之水溶液。藉由自空氣噴嘴吹入氮,而自支持膜表面移除多餘的水溶液後,塗布含0.06重量%之1,3,5-苯三甲酸氯的25℃正己烷溶液,以使支持膜表面完全濕潤。其後,以鼓風自膜除去多餘溶液,並以50℃熱水洗淨,在2%甘油水溶液浸漬1分鐘後,以100℃之熱風烤爐處理3分鐘,獲得半乾燥狀態之分離膜輥。
如此,可獲得使基材、聚碸製支持膜、聚醯胺製分離功能層依照順序積層的分離膜。
(供給側流通道材料之高度)
自分離膜切出1cm×5cm大小之試樣,以含有設置供給側流通道材料的部分。使用Keyence製高精度形狀測定系統KS-1100,測定分離膜之供給側之面高低差,自其結果解析平均之高低差。具體言之,關於1個試樣,就有10μm以上高低差的30處進行測定,所得高低差之總和除以測定處之數,求得流通道材料之高度。使其就3個試樣進行,獲得各試樣所得值之平均值作為流通道材料之高度。
(分離膜之高低差)
自未設置供給側流通道材料的分離膜切出5cm×5cm大小之試樣,使用Keyence製高精度形狀測定系統KS-1100,測定供給側之面之高低差,自結果解析平均之高低差。具體言之,就有10μm以上高低差之30處進行測定,所得高低差之總和除以測定處之數,求得分離膜之高低差。使其就3個試樣進行,獲得作為分離膜之高低差之各試樣所得值之平均。
(脫鹽率(TDS除去率))
原流體之食鹽濃度:500mg/L、運轉壓力:0.75MPa、運轉溫度:25℃,以pH7進行元件運轉(回收率15%)。藉由測定此時透過流體中之鹽濃度,自次式求得。
TDS除去率(%)=100×{1-(透過流體中之TDS濃度/原流體中之TDS濃度)}。
(造水量)
在與脫鹽率之測定同條件下,使元件運轉。此時透過水量,係將1個分離膜元件中每日透水量(立方公尺)以造水量(m3/日)表示。
(實施例1)
基材係使用以抄紙法自聚對酞酸乙二酯纖維所得之不織布(紗徑:1g/10000m(dtex),厚度:90μm,通氣度:0.9cc/cm2/sec),如上述獲得分離膜。
接著,相對於分離膜輥之分離膜表面(原流體側)端部兩側,以噴嘴式熱熔性加工機,將乙烯乙酸乙烯酯共聚樹脂(701A),以間隔5.0mm、線寬1.0mm、高度400μm、斜行角度(degree of bias filling)θ 45°、塗布寬度50mm,熱熔融成為條帶狀,並配置供給側流通道材料。此外,塗布寬度係指相當於x軸方向中第1區域之寬度。
其後,透過側流通道材料係將翠可特經編織物(厚度:300μm、溝寬度:200μm、犁溝(furrow)寬度:300μm、溝深度:105μm)連續地積層於分離膜之透過側面。
將與透過側流通道材料積層的分離膜裁斷,進行摺疊加工後,藉由在分離膜上塗布胺基甲酸酯系黏接劑(異氰酸酯:聚醇=1:3)以使1邊呈開口,並予疊加,而製作寬930mm之26片封套狀分離膜,以使分離膜元件之有效面積成為37.0m2寬度。
其後,藉由將封套狀分離膜之積層物回捲於有孔集水管成為螺旋狀,而可獲得包含26片封套狀分離膜的回捲體。接著,在外周將薄膜纏繞,以膠帶固定後,進行邊緣切斷(edge cut)、端板安裝、單絲捲繞(winding)。如此以製作8英吋螺旋型分離膜元件。此外,設置於作為供給側流通道材料之分離膜的樹脂體,係配置成為與設置在相向之分離膜上的樹脂體交叉。
將該元件放入壓力容器,在以上述條件運轉,結果脫鹽率99.35%、造水量45.4m3/日。各條件及元件之評價結果,與其他實施例等同時示於表3。
(實施例2至4)
在實施例2,除了將供給側流通道材料僅設置於原流體之供給側端部(上游側端部)以外,其他與實施例1相同方法製作元件進行評價。結果,脫鹽率99.25%、造水量44.1m3/日。
在實施例3,除了將供給側流通道材料之條帶之斜行角度θ變更為20°以外,其他與實施例1相同方法,製作元件,進行評價。結果,脫鹽率99.32%、造水量45.7m3/日。
在實施例4,除了變更供給側流通道材料之條帶形狀為間隔20.0mm、線寬度1.5mm、高度200μm、斜行角度θ30°、塗布寬度80mm以外,其他與實施例1相同方法,製作元件,進行評價。結果,脫鹽率99.28%、造水量44.3m3/日。
(實施例5)
在實施例5,除了變更供給側流通道材料之配置圖案為格子形狀之點(間隔7.0mm、直徑1.0mmΦ、高度400μm、塗布寬度50mm)以外,其他與實施例1相同方法,製作元件。結果,脫鹽率99.30%、造水量42.5m3/日。
(實施例6)
在實施例6,除了變更基材為聚酯長纖維不織布(紗徑:1g/10000m(dtex)、厚度:約90μm、通氣度:1.0cc/cm2/sec、多孔性支持層側表層之纖維配向度:40°,在與多孔性支持層為相反側之表層之纖維配向°:20°)以外,其他與實施例1相同方法,製作元件。結果,脫鹽率99.45%、造水量45.5m3/日,可觀察到製膜時膜缺點減少所致脫鹽率之提高。
(實施例7)
在實施例7,除了變更基材為聚酯長纖維不織布(紗徑:1g/10000m(dtex)、厚度:約90μm、通氣度:1.0cc/cm2/sec,在多孔性支持層側表層之纖維配向度:40°,在與多孔性支持層為相反側之表層之纖維配向度:20°)以外,其他與實施例2相同方法製作元件。結果,脫鹽率99.33%、造水量44.1m3/日,可觀察到製膜時之膜缺點減少所致脫鹽率之提高。
(實施例8)
在實施例8,除了變更基材為聚酯長纖維不織布(紗徑:1g/10000m(dtex)、厚度:約90μm,通氣度:1.0cc/cm2/sec,在多孔性支持層側表層之纖維配向度:40°,在與多孔性支持層為相反側之表層之纖維配向度:20°)以外,其他與實施例3相同方法,製作元件。結果,脫鹽率99.37%、造水量45.9m3/日,可見到製膜時膜缺點減少所致脫鹽率之提高。
(實施例9)
在實施例9,除了變更基材為聚酯長纖維不織布(紗徑:1g/10000m(dtex)、厚度:約90μm、通氣度:1.0cc/cm2/sec,在多孔性支持層側表層之纖維配向度:40°,在與多孔性支持層為相反側之表層之纖維配向度:20°)以外,其他與實施例4相同方法,製作元件。結果,脫鹽率99.35%、造水量44.4m3/日,可觀察到製膜時膜缺點減少所致脫鹽率之提高。
(實施例10)
在實施例10,除了變更供給側流通道材料之條帶形狀之間隔為30.0mm以外,其他與實施例6相同方法製作元件。結果,脫鹽率99.41%、造水量44.3m3/日。
(實施例11)
在實施例11,除了變更基材為在多孔性支持層側表層20°,在與多孔性支持層為相反側之表層具有40°之纖維配向度之基材以外,其他與實施例6相同方法製作元件。結果,脫鹽率98.30%、造水量43.5m3/日,因製膜時之膜缺點增加而使脫鹽率、造水量減少。
(實施例12)
除了變更條帶加工之斜行角度θ為70°以外,其他與實施例1相同方法製作元件,進行評價。結果,脫鹽率99.30%、造水量42.2m3/日,原流體流入元件供給側面時之阻力增加、造水量若干降低。
(實施例13)
除了變更條帶加工之斜行角度θ成為85°以外,其他則與實施例1相同方法製作元件,進行評價。結果,脫鹽率99.05%、造水量35.2m3/日,原流體流入元件供給側面時之阻力增加、造水量降低。
(實施例14)
在實施例14,除了在實施對分離膜端部之樹脂之熱熔融之前,相對於分離膜,進行網狀之壓紋加工,並在分離膜表面(供給流體側)供予200μm之高低差以外,其他則與實施例1相同方法製作元件。結果,脫鹽率99.51%、造水量45.7m3/日,可抑制亂流效果所致濃度極化,進一步提高脫鹽率。
(實施例15)
除了將透過側流通道材料自翠可特經編織物變更為以熱熔性而形成,並在回捲方向呈平行的條帶狀之構件以外,其他與實施例1相同製作元件。亦即,使用溝寬度及線寬度各自裝配450μm之梳子形墊片(shim)的熱熔性塗布機,在樹脂溫度125℃,行進速度3m/min,將乙烯乙酸乙烯酯共聚樹脂(商品名:703A)塗布為直線狀,以使自分離膜之回捲方向之內側端部至外側端部為止,相對於集水管之長度方向呈垂直。如此所得之透過側流通道材料,高度140μm、剖面形狀為梯形狀,而為其上底及下底為0.4mm及0.6mm、溝寬度0.4mm、間隔1.0mm,且配置成為條帶狀的壁狀構件。
運轉本實施例元件之結果,脫鹽率99.35%、造水量52.5m3/日。
(實施例16)
在實施例16,除了變更聚酯長纖維不織布(紗徑:1g/10000m(dtex)、厚度:約90μm、通氣度:1.0cc/cm2/sec,在多孔性支持層側表層之纖維配向度:40°,在與多孔性支持層為相反側之表層之纖維配向度:20°之基材)以外,其他與實施例15相同方法製作元件。結果,脫鹽率99.48%、造水量52.6m3/日,可觀察到製膜時之膜缺點減少所致脫鹽率之提高。
(實施例17)
在實施例17,係使供給側流通道材料之塗布寬度為30mm。又,製作寬280mm之2片封套狀膜,以使在分離膜元件之有效面積成為0.5m2,。其他構件及順序等則與實施例1相同。使用該封套狀分離膜,以與實施例1相同方法製作2英吋元件。結果,脫鹽率99.30%、造水量0.61m3/日。
(實施例18)
在實施例18,除了變更基材為聚酯長纖維不織布(紗徑:1g/10000m(dtex)、厚度:約90μm、通氣度:1.0cc/cm2/sec,在多孔性支持層側表層之纖維配向度:40°,在與多孔性支持層為相反側之表層之纖維配向度:20°)以外,其他與實施例17相同方法製作元件。結果,脫鹽率99.45%、造水量0.61m3/日,可觀察到製膜時之膜缺點減少所致脫鹽率之提高。
(實施例19)
在實施例19,除了將透過側流通道材料自翠可特經編織物變更為乙烯乙酸乙烯酯共聚樹脂製(商品名:701A)之壁狀物(高度140μm、剖面形狀為梯形狀且其上底及下底為0.4mm及0.6mm、溝寬度0.4mm、間隔1.0mm)以外,其他與實施例17相同地製作元件。結果,脫鹽率99.35%、造水量0.73m3/日。該壁狀物係與實施例15相同方法塗布。
(實施例20)
在實施例20,除了變更基材為聚酯長纖維不織布(紗徑:1g/10000m(dtex)、厚度:約90μm、通氣度:1.0cc/cm2/sec,在多孔性支持層側表層之纖維配向度:40°,在與多孔性支持層為相反側之表層之纖維配向度:20°)以外,其他與實施例19相同方法製作元件。結果,脫鹽率99.44%、造水量0.73m3/日,可觀察到製膜時之膜缺點減少所致脫鹽率之提高。
(實施例21)
在實施例21,製作寬280mm之6片封套狀膜,以使在分離膜元件之有效面積為1.5m2。使用該封套狀膜,以與實施例1相同方法製作3英吋元件。結果,脫鹽率99.30%、造水量1.84m3/日。
(比較例1)
除了作為供給側流通道材料係配置網狀物(厚度:900μm、間距:3mm×3mm)於分離膜表面全體,以替代於端部熱熔融樹脂以外,其他與實施例1相同方法,製作8英吋元件。結果,脫鹽率99.30%、造水量41.2m3/日。
(比較例2)
除了作為供給側流通道材料係配置網狀物(厚度:900μm、間距:3mm×3mm、寬:50mm),以替代在端部兩側熱熔融樹脂以外,其他以與實施例1相同方法,製作8英吋元件。結果,脫鹽率98.90%、造水量41.4m3/日,造水量之提高僅少許,亦可觀察到脫鹽率之降低。
(比較例3)
除了作為供給側流通道材料係配置網狀物(厚度:900μm、間距:3mm×3mm)於分離膜表面全體,以替代熱熔融樹脂於端部以外,其他以與實施例16相同方法,製作2英吋元件。結果,脫鹽率99.30%、造水量0.55m3/日。
(比較例4)
除了作為供給側流通道材料係配置網狀物(厚度:900μm、間距:3mm×3mm,寬:50mm),以於端部兩側替代熱熔融樹脂以外,其他以與實施例16相同方法製作2英吋元件。結果,脫鹽率98.88%、造水量0.56m3/日,造水量之提高僅些許,亦可觀察到脫鹽率之降低。
(比較例5)
除了作為供給側流通道材料係配置網狀物(厚度:900μm、間距:3mm×3mm)於分離膜表面全體,以於端部替代熱熔融樹脂以外,其他以與實施例20相同方法製作3英吋元件。結果,脫鹽率99.31%、造水量1.66m3/日。
(比較例6)
除了作為供給側流通道材料係配置網狀物(厚度:900μm、間距:3mm×3mm、寬:50mm),以替代於端部兩側熱熔融樹脂以外,其他以與實施例20相同方法製作3英吋元件。結果,脫鹽率98.89%、造水量1.70m3/日、造水量之提高僅些許,亦可觀察到脫鹽率之降低。
(實施例22)
除了將供給側流通道材料設置於分離膜之兩端部及中央部(自分離膜之上游側之端部自435mm至495mm之範圍),且將熱熔性所致塗布寬度製成60mm以外,其他與實施例1相同方法製作元件進行評價。結果,脫鹽率99.39%、造水量43.8m3/日。
(實施例23至27)
在實施例23除了使樹脂之塗布位置僅實施於原流體之供給側端部(上游側端部)及中央部以外,其他以與實施例22相同方法製作元件。運轉元件之結果脫鹽率99.35%、造水量44.2m3/日。
在實施例24,除了變更條帶加工之斜行角度為20°以外,其他與實施例22相同方法製作元件。運轉元件之結果,脫鹽率99.37%、造水量44.0m3/日。
在實施例25,除了變更條帶形狀為間隔20.0mm、線寬度1.5mm、高度200μm、斜行角度30°、塗布寬度80mm以外,其他與實施例22相同方法製作元件。該運轉元件之結果,脫鹽率99.31%、造水量43.2m3/日。
在實施例26,除了自分離膜表面(原流體側)之兩側端部至60mm之範圍、自上游側之端自290mm至350mm之範圍、及自端部580mm至640mm之範圍,將乙烯乙酸乙烯酯共聚樹脂(701A)予以熱熔融以外,其他與實施例22相同方法製作元件。亦即,在以熱熔融而塗布樹脂的分離膜中,4個區域(第1區域),寬度在60mm為相同,在無樹脂塗布的3個區域(第2區域)之寬度在230mm為相同。亦即,相對於分離膜之樹脂體區域之配置為均等。如此所得元件予以運轉之結果,脫鹽率99.47%、造水量43.4m3/日。
在實施例27除了變更塗布寬度為90mm以外,其他與實施例22相同方法製作元件。此元件予以運轉結果,脫鹽率99.48%、造水量43.5m3/日。
(實施例28)
除了變更樹脂之塗布圖案為格子狀之點(間隔7.0mm、直徑1.0mmΦ、高度400μm、塗布寬度60mm)以外,其他與實施例22相同方法製作元件。結果,脫鹽率99.40%、造水量41.9m3/日。
(實施例29)
除了變更基材為聚酯長纖維不織布(紗徑:1g/10000m(dtex)、厚度:約90μm、通氣度:1.0cc/cm2/sec,在多孔性支持層側表層之纖維配向度:40°,在與多孔性支持層為相反側表層之纖維配向度:20°)以外,其他與實施例22相同方法製作元件。該元件運轉之結果,脫鹽率99.46%、造水量43.8m3/日,可觀察到製膜時之膜缺點減少所致脫鹽率之提高。
(實施例30)
除了將分離膜進行凹凸加工以外,其他與實施例22相同方法製作元件。亦即,藉由在實施對分離膜端部之樹脂的熱熔融之前,在未配置供給側流通道材料的區域,在100℃及40kg/cm實施形狀為網型、間距5mm、投影面積比0.30之壓紋輥所致分離膜輥之壓紋加工,則在分離膜表面(供給流體側)形成400μm(亦即,在製成封套狀分離膜的情形為800μm)之高低差。結果,脫鹽率99.57%、造水量44.7m3/日,可抑制亂流效果所致濃度極化,並進一步提高脫鹽率。
(實施例31)
除了變更透過側流通道材料成為上述壁狀構件以外,其他與實施例22相同製作元件。
元件運轉之結果,脫鹽率99.41%、造水量50.8m3/日。
(實施例32)
在實施例32,將塗布寬度以30mm配置,並製作寬280mm之2片封套狀膜,以使分離膜元件之有效面積成為0.5m2。使用該封套狀膜,以與實施例22相同方法製作2英吋之元件。結果,脫鹽率99.33%、造水量0.59m3/日。
(實施例33)
在實施例33,除了變更基材為聚酯長纖維不織布(紗徑:1g/10000m(dtex)、厚度:約90μm、通氣度:1.0cc/cm2/sec,在多孔性支持層側表層之纖維配向度:40°,在與多孔性支持層為相反側表層之纖維配向度:20°)以外,其他與實施例32相同方法製作元件。結果,脫鹽率99.45%、造水量0.59m3/日,可觀察到製膜時膜缺點減少所致脫鹽率之提高。
(實施例34)
在實施例34,除了將透過側流通道材料自翠可特經編織物變更為乙烯乙酸乙烯酯共聚樹脂製(商品名:701A)之壁狀物(高度140μm、剖面形狀為梯形狀,且其上底及下底為0.4mm及0.6mm、溝寬度0.4mm、間隔1.0mm)以外,其他與實施例32相同製作元件。結果,脫鹽率99.35%、造水量0.71m3/日。該壁狀物係與實施例15相同方法塗布。
(實施例35)
在實施例35,除了變更基材為聚酯長纖維不織布(紗徑:1g/10000m(dtex)、厚度:約90μm、通氣度:1.0cc/cm2/sec,在多孔性支持層側表層之纖維配向度:40°,在與多孔性支持層為相反側表層之纖維配向度:20°)以外,其他與實施例34相同方法製作元件。結果,脫鹽率99.44%、造水量0.71m3/日,可觀察到製膜時膜缺點減少所致脫鹽率之提高。
(實施例36)
在實施例36,除了製作寬280mm之6片封套狀膜,以使分離膜元件之有效面積成為1.5m2以外,其他與實施例32相同方法製作3英吋螺旋型分離膜元件。結果脫鹽率99.30%、造水量1.78m3/日。
(實施例37)
除了變更供給側流通道材料之斜行角度為70°以外,其他與實施例22相同方法製作元件。運轉該元件之結果,脫鹽率99.33%、造水量40.0m3/日,並無觀察到影響壓力損失之增加而性能之提高。
(實施例38)
除了變更條帶形狀為間隔50.0mm、線寬度1.5mm、高度400μm、斜行角度15°、塗布寬度50mm以外,其他與實施例22相同方法,製作元件,進行評價。在本例中,供給側流通道材料並無形成交叉結構。結果,脫鹽率98.79%、造水量33.5m3/日。
[產業上之可利用性]
本發明之分離膜及分離膜元件,尤其是可適用於鹽水或海水之脫鹽。
1...螺旋型分離膜元件
2...集水管
21...分離膜元件之上游側之端部
22...分離膜元件之下游側之端部
3...分離膜
31...分離膜之供給側之面
32...分離膜之透過側之面
33、34、35...帶狀區域(第1區域之例)
37、38、39...中央區域(第2區域之例)
4、41、42...供給側流通道材料
411、421、43至46...樹脂體
5...透過側流通道材料
6...封套狀膜
7...上游側之端板
8...下游側之端板
101...原液流體
102...透過流體
103...濃縮流體
W0...集水管長度方向中分離膜之寬度
W1、W2、W4...同方向中第1區域之寬度
W3...同方向中,設置於分離膜端部的第1區域間之距離
D...樹脂體之頂點間之距離
第1圖係本發明第1形態之展開此等螺旋型分離膜元件一部分之立體圖。
第2圖係第1態樣之螺旋型分離膜元件之展開立體圖。
第3圖表示為供給側流通道材料一例的條帶狀流通道材料之平面圖。
第4圖表示為供給側流通道材料另一例之點狀流通道材料之平面圖。
第5圖表示在相向之2個分離膜,供給側流通道材料為疊合(superimposed)狀態之平面圖。
第6圖表示將供給側之面作為內側而摺疊(folded up)之分離膜的立體圖。
第7A圖表示供給側流通道材料一例的剖面圖。
第7B圖表示供給側流通道材料其他例之剖面圖。
第7C圖表示供給側流通道材料另外其他例之剖面圖。
第7D圖表示供給側流通道材料另外其他例之剖面圖。
第8圖係在第2形態中螺旋型分離膜元件之展開立體圖。
1...螺旋型分離膜元件
2...集水管
21...分離膜元件之上游側之端部
22...分離膜元件之下游側之端部
3...分離膜
31...分離膜之供給側之面
32...分離膜之透過側之面
33...帶狀區域(第1區域之例)
4...供給側流通道材料
5...透過側流通道材料
6...封套狀膜
7...上游側之端板
8...下游側之端板
101...原液流體
102...透過流體
103...濃縮流體

Claims (16)

  1. 一種螺旋型分離膜元件,其具備:集水管;分離膜,其回捲於該集水管周圍,並具有供給側之面及透過側之面,同時在該集水管長度方向中於該供給側之面之至少一端部具備帶狀區域;及流通道材料,其熔融於該帶狀區域。
  2. 如申請專利範圍第1項之螺旋型分離膜元件,其中該流通道材料,具有在該帶狀區域內互相隔出間隔,以熔融所配置的複數個樹脂體。
  3. 如申請專利範圍第2項之螺旋型分離膜元件,其中該複數個樹脂體係以點狀或條帶狀之至少一者的形態配置。
  4. 如申請專利範圍第2或3項之螺旋型分離膜元件,其中相對於該集水管長度方向,該樹脂體在傾斜方向為長條形狀。
  5. 如申請專利範圍第4項之螺旋型分離膜元件,其中該集水管長度方向與該樹脂體長度方向之間之角度為60°以下。
  6. 如申請專利範圍第2至5項中任一項之螺旋型分離膜元件,其中該分離膜係被配置為使該供給側之面互為相向,該流通道材料係被配置成為使設置於相向之該供給側之面上的樹脂體互為重疊。
  7. 如申請專利範圍第6項之螺旋型分離膜元件,其中該樹脂體係在一方向具有長條形狀,且被配置為重疊的該樹脂體之長度方向為交叉。
  8. 如申請專利範圍第1至7項中任一項之螺旋型分離膜元件,其中該流通道材料係被配置於自該集水管長度方向中之該分離膜之外緣,至該分離膜寬度之20%範圍內。
  9. 如申請專利範圍第1至8項中任一項之螺旋型分離膜元件,其中該樹脂體高度為80μm以上2000μm以下。
  10. 如申請專利範圍第1至9項中任一項之螺旋型分離膜元件,其中該供給側之面及透過側之至少一者包含具有100μm以上2000μm以下高低差之區域。
  11. 如申請專利範圍第1至10項中任一項之螺旋型分離膜元件,其中該分離膜具備基材、形成於該基材上之多孔性支持層、及形成於該多孔性支持層上之分離功能層。
  12. 如申請專利範圍第11項之螺旋型分離膜元件,其中該基材為長纖維不織布。
  13. 如申請專利範圍第12項之螺旋型分離膜元件,其中在與該長纖維不織布之該多孔性支持層為相反側之表層中之纖維,較該多孔性支持層側表層之纖維更為縱配向。
  14. 如申請專利範圍第1至13項中任一項之螺旋型分離膜元件,其係在該供給側之面,具備:樹脂體區域,其中配置樹脂體以使頂點間距離為50mm以下;及不相當於該樹脂體區域之區域,該樹脂體區域及不相當的該區域之面積比在1:99至80:20之範圍內。
  15. 如申請專利範圍第14項之螺旋型分離膜元件,其中相對於1片分離膜,設置3個以上的該樹脂體區域。
  16. 一種螺旋型分離膜元件之製造方法,該螺旋型分離膜元件具備集水管及回捲於該集水管周圍的分離膜,該製造方法之特徵係包含下述步驟(a)至(c):(a)準備具有供給側之面及透過側之面的分離膜本體;(b)在該集水管長度方向中的該供給側面之至少一端部上設置的帶狀區域內,使流通道材料熱熔融;及(c)將經過該步驟(b)的分離膜本體回捲於集水管周圍。
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