JP7219440B2 - filtration membrane - Google Patents
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Description
特許法第30条第2項適用 (その1)ウェブサイトの掲載日 2018年2月27日 ウェブサイトのアドレス http://www3.scej.org/meeting/83a/pages/jp_appl-intellectual.html (その2) 開催日 2018年3月13日から2018年3月15日(公開日は2018年3月14日) 集会名、開催場所 化学工学会 第83年会 関西大学 千里山キャンパス(大阪府吹田市山手町3丁目3番35号)Application of
本発明は、有機溶媒及び溶質を含有する溶液中のナノサイズ溶質をろ過するためのろ過膜等に関する。 The present invention relates to filtration membranes and the like for filtering nano-sized solutes in solutions containing organic solvents and solutes.
ナノろ過は逆浸透と限外ろ過の中間サイズである分画分子量(200-2000)を分離するものであり、一般的には水溶液から水を透過させるものであるが、医薬品、石油化学産業において有機溶媒を透過させることができる有機溶媒ナノろ過膜(OSN)の開発が望まれている。OSNは石油化学産業を始め、医薬品製造プロセスにおける有機溶媒回収・リサイクルに有効であり、これまで廃棄されていた廃液の処理費用、有機溶媒のコストを大幅にカットすることができ、大幅な環境負荷低減を可能にする技術である。しかし、既存の膜は透過係数が低く、阻止率も十分ではないので、膨大な膜面積が必要であったり、加圧にエネルギーがかかったり、透過側に望ましくない物質が混入したりなどの問題がある。特に、潤滑油などの分子量(約300)は有機溶媒の分子量と比較的近いので、これらの問題がより顕著になる。 Nanofiltration separates the molecular weight cutoff (200-2000), which is an intermediate size between reverse osmosis and ultrafiltration, and generally allows water to permeate from an aqueous solution, but in the pharmaceutical and petrochemical industries There is a desire to develop organic solvent nanofiltration membranes (OSNs) that are permeable to organic solvents. Starting with the petrochemical industry, OSN is effective in recovering and recycling organic solvents in the pharmaceutical manufacturing process. It is a technology that enables reduction. However, existing membranes have low permeation coefficients and do not have sufficient rejection, so there are problems such as the need for a huge membrane area, the energy required for pressurization, and the contamination of undesirable substances on the permeation side. There is In particular, since the molecular weight of lubricating oil (approximately 300) is relatively close to that of organic solvents, these problems become more pronounced.
有機溶媒ナノろ過膜としては、高分子膜が多く用いられている。ただ、高分子膜は、透過流束が低いなどの問題がある(非特許文献1)。 Polymer membranes are often used as organic solvent nanofiltration membranes. However, polymer membranes have problems such as low permeation flux (Non-Patent Document 1).
本発明は、有機溶媒及び溶質を含有する溶液中のナノサイズの溶質をより効率的にろ過することができる技術を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a technique capable of more efficiently filtering nano-sized solutes in a solution containing an organic solvent and solutes.
本発明者は上記課題に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、ろ過を多孔質疎水性シリカ膜を含むろ過膜を用いて行う、且つ/或いはろ過を浸透気化分離法により行うことにより、有機溶媒及び溶質を含有する溶液中のナノサイズの溶質をより効率的にろ過できることを見出した。この知見に基づいてさらに研究を進めた結果、本発明が完成した。 As a result of intensive research in view of the above problems, the present inventors performed filtration using a filtration membrane containing a porous hydrophobic silica membrane and / or performed filtration by a pervaporation separation method to obtain an organic solvent and We have found that nano-sized solutes in solutions containing solutes can be more efficiently filtered. As a result of further research based on this knowledge, the present invention was completed.
即ち、本発明は、下記の態様を包含する。 That is, the present invention includes the following aspects.
項1. 多孔質疎水性シリカ膜を含む、有機溶媒及び溶質を含有する溶液中のナノサイズ溶質をろ過するためのろ過膜。
項2. 前記ナノサイズ溶質の分子量が200~1000である、項1に記載のろ過膜。
項3. 前記ナノサイズ溶質の分子量が200~500である、項1又は2に記載のろ過膜。
項4. 前記多孔質疎水性シリカ膜の平均細孔径が2nm未満である、項1~3のいずれかに記載のろ過膜。
Section 4. Item 4. The filtration membrane according to any one of
項5. 前記多孔質疎水性シリカ膜の平均細孔径が0.1~0.9nmである、項1~4のいずれかに記載のろ過膜。
Item 5. Item 5. The filtration membrane according to any one of
項6. 前記多孔質疎水性シリカ膜の厚みが50~500nmである、項1~5のいずれかに記載のろ過膜。
項7. 前記疎水性シリカが炭化水素基を含む、項1~6のいずれかに記載のろ過膜。
Item 7. Item 7. The filtration membrane according to any one of
項8. さらに支持体を含み、且つ前記多孔質疎水性シリカ膜が該支持体上に配置されている、項1~7のいずれかに記載のろ過膜。
Item 8. Item 8. The filtration membrane according to any one of
項9. 前記支持体の平均細孔径が2~500nmである、項8に記載のろ過膜。 Item 9. Item 9. The filtration membrane according to Item 8, wherein the support has an average pore size of 2 to 500 nm.
項10. 前記支持体が、平均細孔径20~500nmの支持層、及び該支持層上に配置されている平均細孔径2~10nmの中間層を含む、項8又は9に記載のろ過膜。 Item 10. Item 10. The filtration membrane according to Item 8 or 9, wherein the support comprises a support layer having an average pore size of 20 to 500 nm, and an intermediate layer having an average pore size of 2 to 10 nm disposed on the support layer.
項11. 前記中間層の厚みが0.2~5μmである、項10に記載のろ過膜。 Item 11. Item 11. The filtration membrane according to Item 10, wherein the intermediate layer has a thickness of 0.2 to 5 μm.
項12. 浸透気化分離法によるろ過に用いるための、項1~11のいずれかに記載のろ過膜。
Item 12. Item 12. The filtration membrane according to any one of
項13. 項1~12のいずれかに記載のろ過膜を含む、膜モジュール。
Item 13. Item 13. A membrane module comprising the filtration membrane according to any one of
項14. 項13に記載の膜モジュールを含む、膜分離システム。 Item 14. Item 14. A membrane separation system comprising the membrane module according to Item 13.
項15. 項1~12のいずれかに記載のろ過膜を用いて、有機溶媒及び溶質を含む溶液中のナノサイズ溶質をろ過することを含む、ろ過方法。
Item 15. Item 13. A filtration method comprising filtering a nano-sized solute in a solution containing an organic solvent and a solute using the filtration membrane according to any one of
項16. 前記ろ過が浸透気化分離法により行われる、項15に記載のろ過方法。 Item 16. Item 16. The filtration method according to Item 15, wherein the filtration is performed by a pervaporation method.
項17. 有機溶媒及び溶質を含む溶液中のナノサイズ溶質を浸透気化分離法によりろ過することを含む、ろ過方法。 Item 17. A filtration method comprising filtering a nano-sized solute in a solution containing an organic solvent and a solute by pervaporation.
本発明によれば、有機溶媒及び溶質を含有する溶液中のナノサイズの溶質を、より効率的に、具体的には例えばより高い阻止率及び/又はより高い透過係数で、ろ過することができる。 According to the present invention, nano-sized solutes in solutions containing organic solvents and solutes can be filtered more efficiently, in particular with, for example, higher rejection and/or higher permeability coefficients. .
本明細書中において、「含有」及び「含む」なる表現については、「含有」、「含む」、「実質的にからなる」及び「のみからなる」という概念を含む。 As used herein, the expressions "contain" and "include" include the concepts "contain", "include", "consist essentially of" and "consist only of".
1.実施形態1
本発明は、その一態様において、多孔質疎水性シリカ膜を含む、有機溶媒及び溶質を含有する溶液中のナノサイズ溶質をろ過するためのろ過膜(本明細書において、「本発明のろ過膜」と示すこともある。)、並びに本発明のろ過膜を用いたろ過方法(本明細書において、「本発明のろ過方法1」と示すこともある。)に関する。以下に、これについて説明する。
1.
In one aspect of the present invention, a filtration membrane for filtering nano-sized solutes in a solution containing an organic solvent and a solute, comprising a porous hydrophobic silica membrane (herein referred to as the "filtration membrane of the present invention ), and a filtration method using the filtration membrane of the present invention (in this specification, it is also referred to as “
1-1.多孔質疎水性シリカ膜
多孔質疎水性シリカ膜は、多孔質であり、且つ疎水性シリカが主成分である膜である限り、特に制限されない。ここで、「主成分である」とは、疎水性シリカの含有量が、多孔質疎水性シリカ膜100質量%に対して、例えば80質量%以上、好ましくは90質量%以上、より好ましくは95質量%以上、さらに好ましくは99質量%以上であることを示す。
1-1. Porous Hydrophobic Silica Membrane The porous hydrophobic silica membrane is not particularly limited as long as it is porous and mainly composed of hydrophobic silica. Here, the term “main component” means that the content of hydrophobic silica is, for example, 80% by mass or more, preferably 90% by mass or more, more preferably 95% by mass, relative to 100% by mass of the porous hydrophobic silica membrane. % or more, preferably 99% or more by mass.
多孔質疎水性シリカ膜の平均細孔径は、ナノサイズ溶質をろ過することが可能である限り特に制限されるものではない。該平均細孔径は、透過させたい物質及び透過を阻止したい物質に応じて適宜設定することができる。例えば、阻止したい物質の半分くらいの細孔径であり、且つ溶媒が十分に通ることができる細孔径のおよそ1.5倍(例えば1.3~1.8倍程度)の細孔径が例示される。具体的態様の一例として、阻止率、透過係数等の観点から、例えば2nm未満、好ましくは0.1~1.5nm、より好ましくは0.1~1nm、さらに好ましくは0.1~0.9nm、よりさらに好ましくは0.2~0.7nm、特に好ましくは0.3~0.5nmである。 The average pore size of the porous hydrophobic silica membrane is not particularly limited as long as it can filter nano-sized solutes. The average pore size can be appropriately set according to the substance to be permeated and the substance to be prevented from permeating. For example, the pore diameter is about half of the substance to be blocked and about 1.5 times (for example, about 1.3 to 1.8 times) the pore diameter through which the solvent can sufficiently pass. As a specific example, from the viewpoint of rejection, transmission coefficient, etc., it is less than 2 nm, preferably 0.1 to 1.5 nm, more preferably 0.1 to 1 nm, further preferably 0.1 to 0.9 nm. , more preferably 0.2 to 0.7 nm, particularly preferably 0.3 to 0.5 nm.
なお、平均細孔径は、パームポロメトリで測定することができる。該測定では、非凝集性ガスにはヘリウム、凝集性ガスには水及びヘキサンを用いる。凝集性ガスと非凝集性ガスを膜に供給し、膜を透過したヘリウムの透過流量を石鹸膜流量計によって測定する。水及びヘキサンは、Eq.(1)のKelvin式(下記)から算出した蒸気圧となるようにシリンジポンプを用いて供給する。膜の測地温度は315Kで行う。 In addition, the average pore diameter can be measured by perm porometry. In this measurement, helium is used as the non-cohesive gas, and water and hexane are used as the cohesive gas. A coherent gas and a non-coherent gas are supplied to the membrane, and the permeation flow rate of helium passing through the membrane is measured with a soap film flowmeter. Water and hexane are Eq. Supply using a syringe pump so as to achieve the vapor pressure calculated from the Kelvin formula (below) of (1). The geodetic temperature of the membrane is carried out at 315K.
ここで、dはKlvin径[m]、νはモル体積[m3mol-1]、Rは気体定数[Jmol-1K-1]、Tは温度[K]、σは表面張力[Nm-1]、θは接触角[deg.]、Pは蒸気圧[Pa]及びPsは飽和蒸気圧[Pa]である。 where d is the Klvin diameter [m], ν is the molar volume [m 3 mol −1 ], R is the gas constant [Jmol −1 K −1 ], T is the temperature [K], σ is the surface tension [Nm − 1 ], θ is the contact angle [deg. ], P is the vapor pressure [Pa] and Ps is the saturated vapor pressure [Pa].
多孔質疎水性シリカ膜の厚みは、特に制限されるものではなく、本発明のろ過膜の機械的強度の観点から適宜設定することができる。具体的態様の一例として、阻止率、透過係数等の観点から、例えば10~1000nm、好ましくは50~500、より好ましくは50~400nm、さらに好ましくは100~300、よりさらに好ましくは150~250nmである。 The thickness of the porous hydrophobic silica membrane is not particularly limited, and can be appropriately set from the viewpoint of the mechanical strength of the filtration membrane of the present invention. As an example of a specific embodiment, from the viewpoint of rejection, transmission coefficient, etc., the be.
なお、厚みは、膜の断面を顕微鏡で観察し、得られた観察像に基づいて測定することができる。 The thickness can be measured based on the observed image obtained by observing the cross section of the film with a microscope.
疎水性シリカは、通常、疎水性官能基を含むシリカであり、その限りにおいて特に制限されない。疎水性基としては、例えば炭化水素基が挙げられる。炭化水素基としては、ハロゲン原子等で置換されていてもよいアルキル基、ハロゲン原子等で置換されていてもよいシクロアルキル基、ハロゲン原子等で置換されていてもよいアリール基等が挙げられる。 Hydrophobic silica is generally silica containing a hydrophobic functional group, and is not particularly limited as far as it is concerned. Hydrophobic groups include, for example, hydrocarbon groups. Examples of the hydrocarbon group include alkyl groups optionally substituted with halogen atoms and the like, cycloalkyl groups optionally substituted with halogen atoms and the like, and aryl groups optionally substituted with halogen atoms and the like.
アルキル基には、直鎖状又は分岐鎖状(好ましくは直鎖状)のいずれのものも包含される。該アルキル基の炭素数は、特に制限されず、例えば1~12、好ましくは1~8、より好ましくは2~5、さらに好ましくは3~4、よりさらに好ましくは3である。該アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、sec-ブチル基、n-ペンチル基、ネオペンチル基、n-ヘキシル基、3-メチルペンチル基、n-ヘプチル基、n-オクチル基、n-ノニル基、n-デシル基、n-ウンデシル基、n-ドデシル基等が挙げられる。これらの中でも、特に好ましくはn-プロピル基である。該アルキル基は、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子で置換されていてもよい。 Alkyl groups include both linear and branched (preferably linear). The number of carbon atoms in the alkyl group is not particularly limited, and is, for example, 1-12, preferably 1-8, more preferably 2-5, still more preferably 3-4, still more preferably 3. Specific examples of the alkyl group include methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, tert-butyl group, sec-butyl group, n-pentyl group, neopentyl group, n -hexyl group, 3-methylpentyl group, n-heptyl group, n-octyl group, n-nonyl group, n-decyl group, n-undecyl group, n-dodecyl group and the like. Among these, an n-propyl group is particularly preferred. The alkyl group may be substituted with halogen atoms such as fluorine, chlorine, bromine and iodine atoms.
シクロアルキル基の炭素数は、特に制限されず、例えば3~10である。該シクロアルキル基の具体例としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基等が挙げられる。該シクロアルキル基は、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子で置換されていてもよい。 The number of carbon atoms in the cycloalkyl group is not particularly limited, and is, for example, 3-10. Specific examples of the cycloalkyl group include cyclopropyl group, cyclobutyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, cycloheptyl group, cyclooctyl group and the like. The cycloalkyl group may be substituted with halogen atoms such as fluorine, chlorine, bromine and iodine atoms.
アリール基は、特に制限されないが、炭素数が6~12のものが好ましく、6~8のものがさらに好ましい。該アリール基は、単環式又は多環式(例えば2環式、3環式等)のいずれでも有り得るが、好ましくは単環式である。該アリール基としては、具体的には、例えばフェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、ペンタレニル基、インデニル基、アントラニル基、テトラセニル基、ペンタセニル基、ピレニル基、ペリレニル基、フルオレニル基、フェナントリル基等が挙げられ、好ましくはフェニル基が挙げられる。該アリール基は、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子で置換されていてもよい。 The aryl group is not particularly limited, but preferably has 6 to 12 carbon atoms, more preferably 6 to 8 carbon atoms. The aryl group can be either monocyclic or polycyclic (eg, bicyclic, tricyclic, etc.), but is preferably monocyclic. Specific examples of the aryl group include phenyl, naphthyl, biphenyl, pentalenyl, indenyl, anthranyl, tetracenyl, pentacenyl, pyrenyl, perylenyl, fluorenyl, and phenanthryl groups. and preferably a phenyl group. The aryl group may be substituted with halogen atoms such as fluorine, chlorine, bromine and iodine atoms.
多孔質疎水性シリカ膜は、ゾルゲル法によるシリカゲルの作製方法に準じた方法により製造することができる。例えば、多孔質疎水性シリカ膜は、ケイ素原子に連結した疎水性基を含むアルコキシシラン、界面活性剤、及び溶媒を混合してアルコキシシランを加水分縮重合した後、得られた混合液を焼成することにより得ることができる。 The porous hydrophobic silica membrane can be produced by a method according to the method for producing silica gel by the sol-gel method. For example, a porous hydrophobic silica film can be prepared by mixing an alkoxysilane containing a hydrophobic group linked to a silicon atom, a surfactant, and a solvent, hydrolyzing the alkoxysilane, and then calcining the resulting mixture. can be obtained by
アルコキシシランは、ケイ素原子に連結した疎水性基を含む限りにおいて、特に制限されない。該アルコキシシランとしては、例えば一般式(1): Alkoxysilane is not particularly limited as long as it contains a hydrophobic group linked to a silicon atom. Examples of the alkoxysilane include general formula (1):
[式中:R1は疎水性基を示す。R2、R3及びR4は同一又は異なって、アルキル基を示す。]
で表される化合物が挙げられる。
[In the formula: R 1 represents a hydrophobic group. R 2 , R 3 and R 4 are the same or different and represent an alkyl group. ]
The compound represented by is mentioned.
R1で示される疎水性基については、上記で説明した疎水性基と同様である。 The hydrophobic group represented by R 1 is the same as the hydrophobic group explained above.
R2、R3及びR4で示されるアルキル基には、直鎖状又は分岐鎖状のいずれのものも包含される。該アルキル基の炭素数は、特に制限されず、例えば1~6、好ましくは1~4、より好ましくは1~2である。該アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、sec-ブチル基、n-ペンチル基、ネオペンチル基、n-ヘキシル基、3-メチルペンチル基等が挙げられる。 The alkyl groups represented by R 2 , R 3 and R 4 include both linear and branched alkyl groups. The number of carbon atoms in the alkyl group is not particularly limited, and is, for example, 1-6, preferably 1-4, more preferably 1-2. Specific examples of the alkyl group include methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, tert-butyl group, sec-butyl group, n-pentyl group, neopentyl group, n -hexyl group, 3-methylpentyl group and the like.
アルコキシシランの使用量は、特に制限されないが、溶媒100mLに対して、例えば0.003~0.3mol、好ましくは0.01~0.1mol、より好ましくは0.02~0.5molである。 The amount of alkoxysilane used is not particularly limited, but is, for example, 0.003 to 0.3 mol, preferably 0.01 to 0.1 mol, more preferably 0.02 to 0.5 mol, per 100 mL of solvent.
界面活性剤としては、特に制限されず、例えばカチオン界面活性剤、アニオン界面活性剤、ノニオン界面活性剤等を広く使用することができる。これらの中でも、好ましくは陽イオン性界面活性剤が挙げられ、より好ましくはアルキルアンモニウム又はその塩が挙げられる。界面活性剤は、アルコキシシラン又はその加水分解物の疎水性基と相互作用することにより、焼成後の細孔の形成に寄与する。この観点から、界面活性剤は、炭素数12以上(好ましくは12~25、より好ましくは12~20、さらに好ましくは14~18、よりさらに好ましくは15~17のアルキル基)を含むことが好ましい。 The surfactant is not particularly limited, and for example cationic surfactants, anionic surfactants, nonionic surfactants, etc. can be widely used. Among these, cationic surfactants are preferred, and alkylammonium or salts thereof are more preferred. Surfactants contribute to the formation of pores after firing by interacting with the hydrophobic groups of the alkoxysilane or its hydrolyzate. From this point of view, the surfactant preferably contains 12 or more carbon atoms (preferably 12 to 25, more preferably 12 to 20, still more preferably 14 to 18, still more preferably 15 to 17 alkyl groups). .
界面活性剤の使用量は、特に制限されないが、溶媒100mLに対して、例えば0.0008~0.08mol、好ましくは0.002~0.03mol、より好ましくは0.005~0.012molである。 The amount of surfactant used is not particularly limited, but is, for example, 0.0008 to 0.08 mol, preferably 0.002 to 0.03 mol, more preferably 0.005 to 0.012 mol, per 100 mL of the solvent. .
加水分解の際には、加水分解触媒として、硝酸、塩酸、硫酸等の酸が添加されていることが好ましい。 At the time of hydrolysis, an acid such as nitric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, etc. is preferably added as a hydrolysis catalyst.
溶媒は、アルコキシドの加水分解に必要な水を含む限りにおいて、特に制限されない。通常、溶媒は、水及び有機溶媒(例えば、エタノール等のアルコール)の混合溶媒である。 The solvent is not particularly limited as long as it contains water necessary for hydrolysis of the alkoxide. The solvent is typically a mixture of water and an organic solvent (eg, an alcohol such as ethanol).
混合時間及び混合温度は、特に制限されず、例えば10~40℃で1~5時間(好ましくは2~4時間)である。これによりアルコキシドが加水分解される。 The mixing time and mixing temperature are not particularly limited, and are, for example, 10 to 40° C. for 1 to 5 hours (preferably 2 to 4 hours). This hydrolyzes the alkoxide.
得られた混合液は、必要に応じて適当な基材に塗布してから、焼成される。基材としては、後述の支持体を用いることが好ましい。焼成により、溶媒を蒸発させ、残った水酸基同士の反応を促進することにより、アモルファスのシリカ膜を得ることができる。 The obtained mixed solution is applied to a suitable base material as necessary, and then baked. As the substrate, it is preferable to use the support described later. The baking evaporates the solvent and promotes the reaction between the remaining hydroxyl groups to obtain an amorphous silica film.
基材への塗布は、特に制限されず、公知の方法に従って又は準じて行うことができる。塗布方法としては、例えばディップコーティング法、スピンコーティング法、スプレーコーティング法等が挙げられる。 Application to the substrate is not particularly limited, and can be carried out according to or according to known methods. Examples of coating methods include dip coating, spin coating, and spray coating.
焼成温度は、溶媒の蒸発及び残った水酸基同士の反応が促進され、且つ疎水性基が除去されない程度の温度である限り、特に制限されない。該温度は、例えば100~250℃、好ましくは130~220℃、より好ましくは160~220℃、さらに好ましくは170~190℃である。焼成時間は、焼成温度により適宜設定されるものであり、特に制限されない。該時間は、例えば1~6時間、好ましくは2~4時間である。焼成後は、膜を洗浄することが望ましい。 The baking temperature is not particularly limited as long as it is a temperature that promotes the evaporation of the solvent and the reaction between the remaining hydroxyl groups and does not remove the hydrophobic groups. The temperature is, for example, 100 to 250°C, preferably 130 to 220°C, more preferably 160 to 220°C, still more preferably 170 to 190°C. The firing time is appropriately set depending on the firing temperature and is not particularly limited. The time is, for example, 1 to 6 hours, preferably 2 to 4 hours. After firing, it is desirable to wash the film.
1-2.ろ過膜の層構造
本発明のろ過膜は、多孔質疎水性シリカ膜を含む限りにおいて特に制限されない。好ましくは、本発明のろ過膜は、さらに支持体を含む。この場合、多孔質疎水性シリカ膜は、支持体上に配置されている。支持体により、本発明のろ過膜の機械的強度を保ちながらも、多孔質疎水性シリカ膜の膜厚をより薄くすることができる。
1-2. Layer Structure of Filtration Membrane The filtration membrane of the present invention is not particularly limited as long as it contains a porous hydrophobic silica membrane. Preferably, the filtration membrane of the invention further comprises a support. In this case, a porous hydrophobic silica membrane is placed on a support. The support makes it possible to make the film thickness of the porous hydrophobic silica membrane thinner while maintaining the mechanical strength of the filtration membrane of the present invention.
支持体の材料は、特に制限されず、ろ過膜の支持体として使用され得る材料を広く使用することができる。該材料としては、例えばジルコニア、アルミナ、シリカ、チタニア、マグネシア等が挙げられる。 The material for the support is not particularly limited, and a wide range of materials that can be used as the support for filtration membranes can be used. Examples of such materials include zirconia, alumina, silica, titania, magnesia and the like.
支持体の平均細孔径は、特に制限されないが、阻止率、透過係数等の観点から、例えば2~500nm、好ましくは2~200nm、より好ましくは2~100nmである。支持体の厚みは、特に制限されないが、阻止率、透過係数等の観点から、例えば50~300μm、好ましくは120~200μmである。 The average pore diameter of the support is not particularly limited, but is, for example, 2 to 500 nm, preferably 2 to 200 nm, more preferably 2 to 100 nm, from the viewpoint of rejection, permeability coefficient and the like. The thickness of the support is not particularly limited, but is, for example, 50 to 300 μm, preferably 120 to 200 μm, from the viewpoint of rejection, transmission coefficient and the like.
支持体の層構造は特に制限されない。支持体は単層からなるものであることもできるし、複層からなるものであることもできる。支持体は、好ましくは平均細孔径20~500nmの支持層、及び該支持層上に配置されている平均細孔径2~10nmの中間層を含む。 The layer structure of the support is not particularly limited. The support may consist of a single layer or may consist of multiple layers. The support preferably comprises a support layer with an average pore size of 20-500 nm and an intermediate layer with an average pore size of 2-10 nm disposed on the support layer.
支持層の平均細孔径は、特に制限されないが、阻止率、透過係数等の観点から、好ましくは20~200nm、より好ましくは20~100nm、さらに好ましくは30~80nmである。支持層の厚みは、特に制限されないが、阻止率、透過係数等の観点から、例えば50~300μm、好ましくは120~200μmである。支持層の材料は、好ましくはジルコニアである。 The average pore diameter of the support layer is not particularly limited, but is preferably 20 to 200 nm, more preferably 20 to 100 nm, still more preferably 30 to 80 nm from the viewpoint of rejection, permeability coefficient, and the like. The thickness of the support layer is not particularly limited, but is, for example, 50 to 300 μm, preferably 120 to 200 μm, from the viewpoint of rejection, transmission coefficient and the like. The material of the support layer is preferably zirconia.
中間層の平均細孔径は、特に制限されないが、阻止率、透過係数等の観点から、好ましくは2~8nm、より好ましくは3~6nmである。中間層の厚みは、特に制限されないが、透過係数等の観点から、好ましくは0.2~5μm、より好ましくは0.5~3μm、さらに好ましくは0.7~2μmである。中間層の材料は、好ましくはアルミナである。 Although the average pore diameter of the intermediate layer is not particularly limited, it is preferably 2 to 8 nm, more preferably 3 to 6 nm, from the viewpoint of rejection, permeability coefficient and the like. Although the thickness of the intermediate layer is not particularly limited, it is preferably 0.2 to 5 μm, more preferably 0.5 to 3 μm, still more preferably 0.7 to 2 μm from the viewpoint of permeability coefficient and the like. The material of the intermediate layer is preferably alumina.
支持層、中間層等の支持体は、公知の方法に従って又は準じて形成することができる。これらは、例えば、既報(Adv.Funct.Mater. 27(2017)1604311.、Journal of Membrane Science,290(2007)138-145等)に従って形成することができる。 Supports such as support layers and intermediate layers can be formed according to or according to known methods. These can be formed, for example, according to previous reports (Adv. Funct. Mater. 27 (2017) 1604311., Journal of Membrane Science, 290 (2007) 138-145, etc.).
1-3.用途
本発明のろ過膜は、有機溶媒及び溶質を含有する溶液中のナノサイズ溶質をろ過するために用いられる。
1-3. Applications The filtration membranes of the present invention are used to filter nano-sized solutes in solutions containing organic solvents and solutes.
有機溶媒としては、特に制限されないが、例えばメタノールやエタノール等のアルコール、トルエン、メチルエチルケトン、アセトン、酢酸エチル、1-メチル,2-ピロリドン、イソプロパノール、n-ヘプタン、n-ヘキサン、ジメチルホルミアミド、テトラヒドロフラン等が挙げられる。有機溶媒の分子量は、例えば20~150、好ましくは30~120、より好ましくは30~100である。 Examples of organic solvents include, but are not limited to, alcohols such as methanol and ethanol, toluene, methyl ethyl ketone, acetone, ethyl acetate, 1-methyl,2-pyrrolidone, isopropanol, n-heptane, n-hexane, dimethylformamide, tetrahydrofuran and the like. The molecular weight of the organic solvent is, for example, 20-150, preferably 30-120, more preferably 30-100.
ナノサイズ溶質は、特に制限されないが、例えば分子量が200~1000、好ましくは200~500、より好ましくは200~400、さらに好ましくは250~400の溶質が挙げられる。ナノサイズ溶質としては、例えば潤滑油、より具体的には例えばアルファオレフィンオリゴマー、ポリブデン、ジエステル、リン酸エステル、ケイ酸エステル等が挙げられる。 The nano-sized solute is not particularly limited, but includes, for example, a solute having a molecular weight of 200-1000, preferably 200-500, more preferably 200-400, further preferably 250-400. Nano-sized solutes include, for example, lubricating oils, and more specifically, for example, alpha olefin oligomers, polybutene, diesters, phosphate esters, silicate esters, and the like.
ろ過の方法としては、例えばナノろ過法、浸透気化分離法等が挙げられる。本発明のろ過膜は、いずれの方法に用いても、より高い阻止率及び/又はより高い透過係数を達成することができる。これらの方法は、従来公知の方法に従って又は準じて実施することができる。本発明のろ過膜は、浸透気化分離法によるろ過に用いることにより、透過係数をより顕著に高めることができる。 Filtration methods include, for example, a nanofiltration method, a pervaporation method, and the like. The filtration membrane of the present invention can achieve a higher rejection rate and/or a higher permeability coefficient in any method. These methods can be carried out according to or according to conventionally known methods. INDUSTRIAL APPLICABILITY The filtration membrane of the present invention can significantly increase the permeability coefficient by using it for filtration by the pervaporation method.
浸透気化分離法によるろ過の際の供給温度は、特に制限されない。該温度は、例えば5℃以上、好ましくは15℃以上、より好ましくは30℃以上、さらに好ましくは50℃以上、よりさらに好ましくは60℃以上である。該温度をより高く設定することにより、透過係数をより顕著に高めることができる。上限は、特に制限されず、有機溶媒の沸点に応じて、操作圧力と有機溶媒の蒸気圧に基づいて適宜設定することができる。該上限は、例えば200℃、150℃、100℃、80℃である。 There is no particular restriction on the supply temperature during filtration by the pervaporation method. The temperature is, for example, 5° C. or higher, preferably 15° C. or higher, more preferably 30° C. or higher, even more preferably 50° C. or higher, and even more preferably 60° C. or higher. By setting the temperature higher, the transmission coefficient can be increased more significantly. The upper limit is not particularly limited, and can be appropriately set according to the boiling point of the organic solvent, based on the operating pressure and the vapor pressure of the organic solvent. The upper limits are, for example, 200°C, 150°C, 100°C and 80°C.
本発明のろ過膜を用いて、有機溶媒及び溶質を含有する溶液中のナノサイズ溶質をろ過することにより、より高い阻止率及び/又はより高い透過係数を達成することができる。 Higher rejection and/or higher permeability coefficients can be achieved by filtering nano-sized solutes in solutions containing organic solvents and solutes using the filtration membranes of the present invention.
透過係数は、例えば0.1Lm-2h-1bar-1以上、好ましくは0.15Lm-2h-1bar-1以上である。浸透気化分離法を採用した場合は、透過係数は、例えば1Lm-2h-1bar-1以上、好ましくは5Lm-2h-1bar-1以上、より好ましくは10Lm-2h-1bar-1以上、さらに好ましくは20Lm-2h-1bar-1以上、よりさらに好ましくは40Lm-2h-1bar-1以上、特に好ましくは60Lm-2h-1bar-1以上である。透過係数の上限は特に制限されず、例えば100Lm-2h-1bar-1である。 The permeability coefficient is, for example, 0.1 Lm −2 h −1 bar −1 or more, preferably 0.15 Lm −2 h −1 bar −1 or more. When the pervaporation separation method is employed, the permeability coefficient is, for example, 1 Lm -2 h -1 bar -1 or more, preferably 5 Lm -2 h -1 bar -1 or more, more preferably 10 Lm -2 h -1 bar - 1 or more, more preferably 20 Lm -2 h -1 bar -1 or more, still more preferably 40 Lm -2 h -1 bar -1 or more, and particularly preferably 60 Lm -2 h -1 bar -1 or more. The upper limit of the permeability coefficient is not particularly limited, and is, for example, 100 Lm -2 h -1 bar -1 .
透過係数は、供給側の溶質濃度及び透過側の溶質濃度に基づいて、以下の式に従って算出することができる。 The permeability coefficient can be calculated according to the following formula based on the solute concentration on the feed side and the solute concentration on the permeate side.
阻止率は、例えば90%以上、好ましくは95%以上、より好ましくは98%以上、さらに好ましくは99%以上、よりさらに好ましくは99.5%以上、特に好ましくは99.8%以上であり、通常100%未満である。 The blocking rate is, for example, 90% or higher, preferably 95% or higher, more preferably 98% or higher, still more preferably 99% or higher, still more preferably 99.5% or higher, particularly preferably 99.8% or higher, Usually less than 100%.
阻止率は、供給側の溶質濃度及び透過側の溶質濃度に基づいて、以下の式に従って算出することができる。 The rejection can be calculated according to the following formula based on the solute concentration on the feed side and the solute concentration on the permeate side.
1-4.膜モジュール、膜分離システム
本発明は、その一態様において、本発明のろ過膜を含む膜モジュール、及び該膜モジュールを含む膜分離システムに関する。
1-4. Membrane Module, Membrane Separation System In one aspect, the present invention relates to a membrane module including the filtration membrane of the present invention, and a membrane separation system including the membrane module.
膜モジュールの種類としては、特に制限されず、例えばスパイラル型モジュール、プリーツ型モジュール、モノリス型モジュール、チューブ型モジュール等が挙げられる。膜モジュールには、本発明のろ過膜の他に、適宜、モジュールを構成する部品が含まれる。 The type of membrane module is not particularly limited, and examples thereof include spiral type modules, pleated type modules, monolith type modules, tube type modules and the like. The membrane module includes parts constituting the module as appropriate in addition to the filtration membrane of the present invention.
膜分離システムは、上記膜モジュール以外に、膜分離システムを構成する部品や装置が含まれる。例えば、ろ過モードの場合は、加圧器、多段システム等、多段の場合の透過しない液を前段に戻すシステム等を含む。PVモードの場合は、供給装置(連続でも、バッチでも可)等、連続の場合は多段システム等、多段の場合はリサイクル透過しなかった液をリサイクルするシステム、真空装置、冷却して透過蒸気を回収する装置等をを含む。 The membrane separation system includes parts and devices that constitute the membrane separation system in addition to the membrane module. For example, in the case of filtration mode, it includes a pressurizer, a multi-stage system, etc., and a system for returning non-permeable liquid to the previous stage in the case of multi-stage. In the case of PV mode, a supply device (continuous or batch), etc., in the case of continuous, multi-stage system, etc., in the case of multi-stage, recycling system for recycling liquid that did not permeate, vacuum device, cooling and permeating vapor Including recovery equipment.
実施形態2
本発明は、その一態様において、有機溶媒及び溶質を含む溶液中のナノサイズ溶質を浸透気化分離法によりろ過することを含む、ろ過方法にも関する。
The invention also relates, in one aspect thereof, to a filtration method comprising filtering a nano-sized solute in a solution comprising an organic solvent and the solute by pervaporation.
各構成の定義等は、実施形態1における定義と同じである。本方法に使用するろ過膜としては、本発明のろ過膜以外にも、公知のろ過膜を挙げることができる。公知のろ過膜としては、例えばポリジメチルシロキサン、ポリテトラフルオロエチレン、エチレン-プロピレン-ジエン三元共重合体、ポリウレタン尿素、ポリ(エーテル-ブロックアミド)、ポリ(1-トリメチルシリル-1-プロピン)、ポリプロピレン、ポリアニリン、ポリイミド、ポリエーテルスルフォン、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ジメチルホルムアミド、ポリエチレンイミン等の高分子膜、チタニア、アルミナ、シリカ等を用いた無機膜等の膜が挙げられる。 The definition of each configuration is the same as the definition in the first embodiment. As the filtration membrane used in the present method, well-known filtration membranes can be mentioned in addition to the filtration membrane of the present invention. Examples of known filtration membranes include polydimethylsiloxane, polytetrafluoroethylene, ethylene-propylene-diene terpolymer, polyurethane urea, poly(ether-block amide), poly(1-trimethylsilyl-1-propyne), Films such as polymer films such as polypropylene, polyaniline, polyimide, polyethersulfone, polyacrylonitrile, polyamide, dimethylformamide, and polyethyleneimine, and inorganic films using titania, alumina, silica, and the like.
以下に、実施例に基づいて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in detail below based on examples, but the present invention is not limited by these examples.
比較例1.γ-アルミナ膜を含むろ過膜の調製
中空糸状ジルコニア支持体上にγ-アルミナ膜を形成した。具体的には以下のようにして行った。また、この形成方法の概略を図1に示す。
Comparative example 1. Preparation of Filtration Membrane Containing γ-Alumina Membrane A γ-alumina membrane was formed on a hollow fiber zirconia support. Specifically, it was carried out as follows. An outline of this formation method is shown in FIG.
ポリビニルアルコール1.75g及び0.05M硝酸水溶液50mLを混合して、90℃で2時間還流させた。そこへベーマイト溶液(濃度:0.8mol/L)25mLを添加して、20分間、超音波攪拌して、γ-アルミナ膜形成用溶液を得た。中空糸状ジルコニア支持体(厚み:158μm、平均細孔径約50nm、Adv.Funct.Mater. 27(2017)1604311.)を、2mm/sの速度でγ-アルミナ膜形成用溶液に浸漬して20秒間保持させた後、1mm/sの速度の速度で該溶液から引き上げた。室温で3時間乾燥させた後、600℃で24時間焼成して、γ-アルミナ膜を得た。 1.75 g of polyvinyl alcohol and 50 mL of 0.05 M nitric acid aqueous solution were mixed and refluxed at 90° C. for 2 hours. 25 mL of a boehmite solution (concentration: 0.8 mol/L) was added thereto and ultrasonically stirred for 20 minutes to obtain a γ-alumina film forming solution. A hollow-fiber zirconia support (thickness: 158 μm, average pore size: about 50 nm, Adv. Funct. Mater. 27 (2017) 1604311.) was immersed in the γ-alumina film-forming solution at a rate of 2 mm/s for 20 seconds. After being held, it was pulled up from the solution at a speed of 1 mm/s. After drying at room temperature for 3 hours, it was calcined at 600° C. for 24 hours to obtain a γ-alumina film.
実施例1.多孔質疎水性シリカ膜を含むろ過膜の調製
比較例1で調製したろ過膜を支持体として、該支持体の中間層(γ-アルミナ膜)上に多孔質疎水性シリカ膜を形成した。具体的には以下のようにして行った。また、この形成方法の概略を図2に示す。エタノール25mL、1M硝酸水溶液7.5mL、N-プロピルトリメトキシシラン0.01mol、及びセチルトリメチルアンモニウムブロマイド0.008molを混合して、室温下で3時間攪拌して、多孔質疎水性シリカ膜形成用溶液(シリカゾル)を得た。比較例1で調製したろ過膜を、多孔質疎水性シリカ膜形成用溶液に浸漬して60秒間保持させた後、1mm/sの速度の速度で該溶液から引き上げた。180℃3時間焼成後、エタノールに24時間浸漬し、多量のエタノールで洗浄して、多孔質疎水性シリカ膜を得た。
Example 1. Preparation of Filtration Membrane Containing Porous Hydrophobic Silica Membrane Using the filtration membrane prepared in Comparative Example 1 as a support, a porous hydrophobic silica membrane was formed on the intermediate layer (γ-alumina membrane) of the support. Specifically, it was carried out as follows. An outline of this forming method is shown in FIG. 25 mL of ethanol, 7.5 mL of 1M nitric acid aqueous solution, 0.01 mol of N-propyltrimethoxysilane, and 0.008 mol of cetyltrimethylammonium bromide are mixed and stirred at room temperature for 3 hours to form a porous hydrophobic silica film. A solution (silica sol) was obtained. The filtration membrane prepared in Comparative Example 1 was immersed in the solution for forming a porous hydrophobic silica membrane, held for 60 seconds, and then pulled up from the solution at a speed of 1 mm/s. After baking at 180° C. for 3 hours, it was immersed in ethanol for 24 hours and washed with a large amount of ethanol to obtain a porous hydrophobic silica film.
試験例1.膜厚の測定
実施例1で調製したろ過膜の断面をFE-SEM(電界放出形走査電子顕微鏡)(日立製作所製、製品名S-4800)で観察し(倍率20000倍)、得られた観察像に基づいて各層の厚みを測定した。その結果、γ-アルミナ膜の厚みは約1μmであり、多孔質疎水性シリカ膜の厚みは約200nmであった。
Test example 1. Film thickness measurement The cross section of the filtration membrane prepared in Example 1 was observed with an FE-SEM (field emission scanning electron microscope) (manufactured by Hitachi, Ltd., product name S-4800) (magnification: 20,000 times). The thickness of each layer was measured based on the images. As a result, the thickness of the γ-alumina film was about 1 μm, and the thickness of the porous hydrophobic silica film was about 200 nm.
試験例2.平均細孔径の測定
比較例1で調製したろ過膜及び実施例1で調製したろ過膜について、γ-アルミナ膜及び多孔質疎水性シリカ膜それぞれの細孔径分布をパームポロメトリで測定した。本試験例では、非凝集性ガスにはヘリウム、凝集性ガスには水及びヘキサンを用いた。凝集性ガスと非凝集性ガスを膜に供給し、膜を透過したヘリウムの透過流量を石鹸膜流量計によって測定した。水及びヘキサンは、Eq.(1)のKelvin式(下記)から算出した蒸気圧となるようにシリンジポンプを用いて供給した。膜の測地温度は315Kで行った。
Test example 2. Measurement of Average Pore Diameter Regarding the filtration membrane prepared in Comparative Example 1 and the filtration membrane prepared in Example 1, the pore diameter distribution of each of the γ-alumina membrane and the porous hydrophobic silica membrane was measured by perm porometry. In this test example, helium was used as the non-cohesive gas, and water and hexane were used as the cohesive gas. A coherent gas and a non-coherent gas were supplied to the membrane, and the permeation flow rate of helium through the membrane was measured with a soap film flowmeter. Water and hexane are Eq. It was supplied using a syringe pump so that the vapor pressure calculated from the Kelvin equation (1) (below) was obtained. The geodetic temperature of the membrane was carried out at 315K.
ここで、dはKlvin径[m]、νはモル体積[m3mol-1]、Rは気体定数[Jmol-1K-1]、Tは温度[K]、σは表面張力[Nm-1]、θは接触角[deg.]、Pは蒸気圧[Pa]及びPsは飽和蒸気圧[Pa]である。 where d is the Klvin diameter [m], ν is the molar volume [m 3 mol −1 ], R is the gas constant [Jmol −1 K −1 ], T is the temperature [K], σ is the surface tension [Nm − 1 ], θ is the contact angle [deg. ], P is the vapor pressure [Pa] and Ps is the saturated vapor pressure [Pa].
その結果、γ-アルミナ膜の平均細孔径は4.1nmであり、多孔質疎水性シリカ膜の平均細孔径は0.43nmであった。 As a result, the average pore diameter of the γ-alumina membrane was 4.1 nm, and the average pore diameter of the porous hydrophobic silica membrane was 0.43 nm.
試験例3.透過試験
試験例3-1.ナノろ過(NF)試験
有機溶媒としてエタノールを用い、溶質にメチルオレンジ(分子量327、分子径約1nm)を用いて、メチルオレンジ35μMの溶液を調製した。圧力容器に膜(比較例1又は実施例1)を接続し、圧力容器上部より6bar加圧した。透過液は圧力容器下部よりビーカーに回収した。供給側及び透過側の濃度は吸光度計(ASUV 6300-PC、アズワン社製)で測定した。本試験の概略を図3に示す。
Test example 3. Penetration test
Test Example 3-1. Nanofiltration (NF) test Ethanol was used as an organic solvent, and methyl orange (molecular weight: 327, molecular diameter: about 1 nm) was used as a solute to prepare a 35 μM solution of methyl orange. The membrane (Comparative Example 1 or Example 1) was connected to the pressure vessel and pressurized to 6 bar from the top of the pressure vessel. The permeated liquid was collected in a beaker from the bottom of the pressure vessel. The concentrations on the feed side and the permeate side were measured with an absorbance meter (ASUV 6300-PC, manufactured by As One). The outline of this test is shown in FIG.
透過係数(Permeance)及び阻止率(Rejection)を以下の式に従って算出した。 A permeability coefficient (Permeance) and a rejection (Rejection) were calculated according to the following equations.
試験例3-2.浸透気化分離試験
有機溶媒としてエタノールを用い、溶質にメチルオレンジ(分子量327)を用いて、メチルオレンジ35μMの溶液を調製した。膜(比較例1又は実施例1)を溶液に浸漬し、真空ポンプで膜の内側を約5.0Paに減圧した。透過した気体をコールドトラップで液体として回収し、透過液の重量を測定した。供給側の濃度は吸光度計(ASUV 6300-PC、アズワン社せい)で測定した。本試験の概略を図4に示す。
Test Example 3-2. Pervaporation Separation Test Ethanol was used as an organic solvent, and methyl orange (molecular weight: 327) was used as a solute to prepare a solution of 35 μM of methyl orange. The membrane (Comparative Example 1 or Example 1) was immersed in the solution, and the pressure inside the membrane was reduced to about 5.0 Pa with a vacuum pump. The permeated gas was recovered as a liquid with a cold trap, and the weight of the permeated liquid was measured. Feed-side concentration was measured with an absorbance meter (ASUV 6300-PC, manufactured by As One). The outline of this test is shown in FIG.
供給温度を20、30、50、60、及び70℃に設定し、各温度で30分間溶液を回収し、温度変化の分離性能に及ぼす影響を検討した。70℃の試験の後に30分毎に溶液を回収し続け270分間試験し、経時変化の影響を検討した。 The supply temperature was set to 20, 30, 50, 60, and 70°C, and the solution was recovered for 30 minutes at each temperature to study the effect of temperature change on separation performance. After the test at 70°C, the solution was collected every 30 minutes and tested for 270 minutes to study the effect of aging.
透過係数及び阻止率を試験例3-1と同じ方法でv算出した。 The permeability coefficient and rejection rate were calculated in the same manner as in Test Example 3-1.
試験例3-3.結果
<結果1>
比較例1の膜(γ-アルミナ)と実施例1の膜(H-silica)で、NF試験を行った結果を表1に示す。
Test Example 3-3. Result <
Table 1 shows the results of an NF test performed on the film of Comparative Example 1 (γ-alumina) and the film of Example 1 (H-silica).
比較例1の膜は阻止率が13.6%と低い値を示したものの、シリカ層をコーティングした膜は99.9%以上と高い膜を示した。透過係数は、中間層のみで行った試験に比べて低いものの、図5に示す既報(Chem.Rev.,114,10735-10806(2014))の高分子膜のメチルオレンジ分離試験と比較した場合、トレードオフの関係を突破していることが分かる。 The film of Comparative Example 1 showed a low blocking rate of 13.6%, but the film coated with a silica layer showed a high blocking rate of 99.9% or more. Although the permeability coefficient is lower than the test performed only with the intermediate layer, when compared with the methyl orange separation test of the polymer membrane in the previous report shown in FIG. , it can be seen that the trade-off relationship is broken through.
<結果2>
浸透気化分離試験の結果を表2(供給温度20℃)に示す。また、温度及び経時変化の影響を図6及び図7に示す。
<
The results of the pervaporative separation test are shown in Table 2 (
表2に示されるように、浸透気化分離を行うことによって、透過係数が大幅に上昇した。また、図6より、20~70℃では温度増加に伴い透過流束が増加することが分かった。また、図7より、透過流束は経時変化に伴い徐々に減少し、270分経過後で一定になったことが分かった。ただ、270分経過後の膜を洗浄して再度試験に供したところ、同程度の性能を示すことが分かった。 As shown in Table 2, pervaporation separation significantly increased the permeability coefficient. Also, from FIG. 6, it was found that the permeation flux increased with an increase in temperature between 20 and 70°C. Moreover, it was found from FIG. 7 that the permeation flux gradually decreased with the passage of time and became constant after 270 minutes. However, when the membrane was washed after 270 minutes had passed and subjected to the test again, it was found that the same level of performance was exhibited.
Claims (13)
前記多孔質疎水性シリカ膜が、ケイ素原子に連結した疎水性基を含むアルコキシシラン、界面活性剤、及び溶媒を混合してアルコキシシランを加水分解重合した後、得られた混合物を焼成することにより得られる多孔質疎水性シリカ膜であり、
前記多孔質疎水性シリカ膜が、下記式(1)で表されるケイ素原子に連結した疎水性基を含むアルコキシシラン
の重合体である、
前記ろ過膜。 A filtration membrane comprising a porous hydrophobic silica membrane and a support, wherein the porous hydrophobic silica membrane is disposed on the support, the support comprises a support layer and on the support layer The intermediate layer has a thickness of 0.2 to 5 μm, and the filtration membrane is a filtration membrane for filtering nano-sized solutes in a solution containing an organic solvent and solutes. , the nano-sized solute has a molecular weight of 200 to 1000,
The porous hydrophobic silica film is obtained by mixing an alkoxysilane containing a hydrophobic group linked to a silicon atom, a surfactant, and a solvent to hydrolyze and polymerize the alkoxysilane, and then calcining the resulting mixture. The resulting porous hydrophobic silica membrane,
The porous hydrophobic silica film is an alkoxysilane containing a silicon atom-linked hydrophobic group represented by the following formula (1):
is a polymer of
said filtration membrane;
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