JP4618081B2 - Processing method and manufacturing method of composite semipermeable membrane - Google Patents
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Description
本発明は、液状混合物の成分を選択透過分離するために用いられる、高性能な改質半透膜（改質された複合半透膜）を得るための複合半透膜の処理方法および製造方法に関するものである。本発明によって得られる改質半透膜は、原水中に含まれる金属多価イオン、汚染物質や微量有害物質およびそれらの前駆物質などを選択的に分離除去する際に好適に用いることができる。 The present invention relates to a processing method and a manufacturing method of a composite semipermeable membrane for obtaining a high-performance modified semipermeable membrane (modified composite semipermeable membrane) used for selectively permeating and separating components of a liquid mixture. It is about. The modified semipermeable membrane obtained by the present invention can be suitably used for selectively separating and removing metal polyvalent ions, contaminants, trace amounts of harmful substances and their precursors contained in raw water.
混合物の分離に関して、溶媒（例えば水）に溶解した物質（例えば塩類）を除くための技術には様々なものがあるが、近年、省エネルギーおよび省資源のためのプロセスとして膜分離法が利用されている。膜分離法に使用されている膜には、精密ろ過膜、限外ろ過膜、逆浸透膜などがある。さらに近年、逆浸透膜と限外ろ過膜の境界に位置する膜（ルースＲＯ膜あるいはＮＦ「nanofiltration」膜）も現れ、使用されるようになってきており、これら膜は、例えば海水、カン水、有害物を含んだ水から飲料水を得る場合や、工業用超純水の製造、排水処理、有価物の回収などに用いられてきている。 Regarding the separation of a mixture, there are various techniques for removing substances (for example, salts) dissolved in a solvent (for example, water). In recent years, a membrane separation method has been used as a process for saving energy and resources. Yes. Examples of membranes used in the membrane separation method include microfiltration membranes, ultrafiltration membranes, and reverse osmosis membranes. Furthermore, in recent years, a membrane (loose RO membrane or NF “nanofiltration” membrane) located at the boundary between a reverse osmosis membrane and an ultrafiltration membrane has also appeared and has been used. In the case of obtaining drinking water from water containing harmful substances, it has been used for the production of industrial ultrapure water, wastewater treatment, recovery of valuable materials, and the like.
現在市販されている逆浸透膜、ルースＲＯ膜、ＮＦ膜の大部分は複合半透膜であり、多孔性支持膜上にゲル層とポリマーを架橋した活性層とを有するものと、多孔性支持膜上でモノマーを重縮合した活性層を有するものの２種類がある。中でも、多官能アミンと多官能酸ハロゲン化物との重縮合反応によって得られる架橋ポリアミドからなる分離機能層を多孔性支持膜上に被覆して得られる複合半透膜は、透過性や選択分離性の高い逆浸透膜として広く用いられている。しかしながら、溶質の酸化除去や殺菌のために付与される過酸化水素、次亜塩素酸、オゾンなどの酸化剤と逆浸透膜とを長時間接触させると膜性能が低下することが知られており、耐久性の向上が望まれている。また、現在では様々な用途で用いられており、それぞれの用途にあった膜を簡易に作り分ける方法が望まれている。 Most of the reverse osmosis membranes, loose RO membranes, and NF membranes currently on the market are composite semipermeable membranes, which have a gel layer and an active layer crosslinked with a polymer on a porous support membrane, and a porous support There are two types, those having an active layer in which monomers are polycondensed on the membrane. Among these, composite semipermeable membranes obtained by coating a porous support membrane with a separation functional layer made of a crosslinked polyamide obtained by polycondensation reaction between a polyfunctional amine and a polyfunctional acid halide have permeability and selective separation properties. Widely used as a high reverse osmosis membrane. However, it is known that the membrane performance deteriorates when an oxidant such as hydrogen peroxide, hypochlorous acid, ozone, etc. applied for oxidative removal and sterilization is contacted with a reverse osmosis membrane for a long time. Therefore, improvement in durability is desired. At present, it is used in various applications, and a method for easily making a film suitable for each application is desired.
簡易に膜の性能を変える方法として、例えば、特許文献１には、第一級アミノ基またはその塩をジアゾニウム塩の前駆体とまたはジアゾニウム塩と反応性の基と反応させることによって、平均して少なくとも１つの第一級アミノ基もしくはその塩と少なくとも１つのジアゾニウム塩と反応性の基を持つポリマーから誘導される識別層を設けることで、ある程度の溶質排除性、透水性とともに、化学的安定性を持つ逆浸透膜が得られることが開示されている。しかしながら、この文献に具体的に記載される膜性能では十分に高いとはいえず、さらなる高性能、とりわけ高い脱塩能が求められている。 As a method for easily changing the performance of the film, for example, Patent Document 1 discloses, on average, by reacting a primary amino group or a salt thereof with a diazonium salt precursor or a reactive group with a diazonium salt. By providing a discriminating layer derived from a polymer having a reactive group with at least one primary amino group or a salt thereof and at least one diazonium salt, chemical stability with a certain degree of solute exclusion and water permeability is provided. It is disclosed that a reverse osmosis membrane having the following can be obtained. However, the membrane performance specifically described in this document cannot be said to be sufficiently high, and further high performance, particularly high desalting ability, is required.
一方、特許文献２には、透水性を高めるために半透膜を塩素含有水溶液に接触させる技術が開示されている。これは高透水性能の半透膜を得る優れた手段であるが、耐久性、とりわけ耐塩素性に関してさらなる向上が望まれる。 On the other hand, Patent Document 2 discloses a technique of bringing a semipermeable membrane into contact with a chlorine-containing aqueous solution in order to increase water permeability. This is an excellent means for obtaining a semipermeable membrane with high water permeability, but further improvement in durability, particularly chlorine resistance, is desired.
特許文献３には、特許文献１と特許文献２を組み合わせることで、耐久性かつ膜性能に優れた膜の製造方法が開示されているが、透過水量がまだ十分ではない。
本発明は、高い溶質除去性と高い水透過性を有し、かつ高い耐久性を有する半透膜を提供すると同時に、高い生産性を実現しうる半透膜およびその製造方法を提供することを目的とするものである。 The present invention provides a semipermeable membrane having high solute removal properties, high water permeability, and high durability, and at the same time, providing a semipermeable membrane capable of realizing high productivity and a method for producing the same. It is the purpose.
かかる課題を解決するために、本発明は以下の構成からなる。すなわち、
（１）第一級アミノ基を含む分離機能層を有する複合半透膜を、第一級アミノ基と反応してジアゾニウム塩またはその誘導体を生成する化合物を含む溶液に接触させた後、４０℃以上８０℃以下の水に接触させ、しかる後にジアゾニウム塩との反応性化合物を含む溶液と接触させることを特徴とする複合半透膜の処理方法。
In order to solve this problem, the present invention has the following configuration. That is,
(1) A composite semipermeable membrane having a separation functional layer containing a primary amino group is brought into contact with a solution containing a compound that reacts with the primary amino group to produce a diazonium salt or a derivative thereof, and is then heated to 40 ° C. A method for treating a composite semipermeable membrane, which is brought into contact with water at 80 ° C. or lower and then contacted with a solution containing a reactive compound with a diazonium salt.
（２）前記第一級アミノ基と反応してジアゾニウム塩またはその誘導体を生成する化合物を含む溶液が、亜硝酸および／またはその塩を含む水溶液である、（１）に記載の複合半透膜の処理方法。 (2) The composite semipermeable membrane according to (1), wherein the solution containing a compound that reacts with the primary amino group to produce a diazonium salt or a derivative thereof is an aqueous solution containing nitrous acid and / or a salt thereof. Processing method.
（３）前記ジアゾニウム塩との反応性化合物を含む溶液が、亜硫酸イオンまたは亜硫酸水素イオンを含む溶液であることを特徴とする（１）または（２）に記載の複合半透膜の処理方法。 (3) a solution containing a reactive compound of the diazonium salt, the processing method of a composite semipermeable membrane according to (1) or (2) that it is a solution containing a sulfite ion or bisulfite ion.
（４）前記４０℃以上８０℃以下の水に接触させる時間が、１分以上１０分以下であることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の複合半透膜の処理方法。
(4) The treatment of the composite semipermeable membrane according to any one of (1) to (3), wherein the time of contact with the water at 40 ° C. or higher and 80 ° C. or lower is 1 minute or longer and 10 minutes or shorter. Method.
（５）（１）〜（４）のいずれかに記載の処理方法を用いた処理工程を含む複合半透膜の製造方法。 (5) A method for producing a composite semipermeable membrane including a treatment step using the treatment method according to any one of (1) to (4).
本発明によれば、高い水透過性と高い溶質除去性を併せ持ち、さらに高い耐久性を有した半透膜を高い生産性で得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a semipermeable membrane having both high water permeability and high solute removability and high durability with high productivity.
本発明の複合半透膜の一態様としては、実質的に分離性能を有する分離機能層が、実質的に分離性能を有さない多孔性支持膜上に被覆されてなり、好ましくは、該分離機能層は多官能アミンと多官能酸ハロゲン化物との反応によって得られる架橋ポリアミドからなる複合半透膜が用いられるのであって、本発明では、該分離機能層に第一級アミノ基を含んだ複合半透膜が用いられることを必須とするものである。ここで、多官能アミンは芳香族多官能アミンまたは脂肪族多官能アミンの少なくとも１つの成分からなる。 As one aspect of the composite semipermeable membrane of the present invention, a separation functional layer having substantially separation performance is coated on a porous support membrane having substantially no separation performance. As the functional layer, a composite semipermeable membrane made of a crosslinked polyamide obtained by the reaction of a polyfunctional amine and a polyfunctional acid halide is used. In the present invention, the separation functional layer contains a primary amino group. It is essential to use a composite semipermeable membrane. Here, the polyfunctional amine is composed of at least one component of an aromatic polyfunctional amine or an aliphatic polyfunctional amine.
芳香族多官能アミンとは、一分子中に２個以上のアミノ基を有する芳香族アミンであり、特に限定されるものではないが、メタフェニレンジアミン、パラフェニレンジアミン、１，３，５−トリアミノベンゼンなどがあり、そのＮ−アルキル化物としてＮ，Ｎ−ジメチルメタフェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ−ジエチルメタフェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルパラフェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ−ジエチルパラフェニレンジアミンなどが例示され、性能発現の安定性から、特にメタフェニレンジアミン、１，３，５−トリアミノベンゼンが好ましい。 The aromatic polyfunctional amine is an aromatic amine having two or more amino groups in one molecule, and is not particularly limited, but includes metaphenylenediamine, paraphenylenediamine, 1,3,5-triamine. Examples of N-alkylated products include N, N-dimethylmetaphenylenediamine, N, N-diethylmetaphenylenediamine, N, N-dimethylparaphenylenediamine, and N, N-diethylparaphenylenediamine. In view of the stability of performance, metaphenylenediamine and 1,3,5-triaminobenzene are particularly preferable.
また、脂肪族多官能アミンとは、一分子中に２個以上のアミノ基を有する脂肪族アミンである。例えば、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、１，２−ジアミノシクロヘキサン、１，４−ジアミノシクロヘキサン、１，３−ビスジピペリジルプロパン、ピペラジン、２，５−ジメチルピペラジン、２−メチルピペラジン、２，６−ジメチルピペラジン、２，３，５−トリメチルピペラジン、２，５−ジエチルピペラジン、２，３，５−トリエチルピペラジン、２−ｎ−プロピルピペラジン、２，５−ジ−ｎ−ブチルピペラジンなどが例示され、性能発現の安定性から、特に、エチレンジアミン、ピペラジンが好ましい。 The aliphatic polyfunctional amine is an aliphatic amine having two or more amino groups in one molecule. For example, ethylene diamine, propylene diamine, 1,2 - diaminocyclohexane, 1,4 - diaminocyclohexane, 1,3 - bis dipiperidyl propane, piperazine, 2,5-dimethylpiperazine, 2-methylpiperazine, 2,6-dimethylpiperazine 2,3,5-trimethylpiperazine, 2,5-diethylpiperazine, 2,3,5-triethylpiperazine, 2-n-propylpiperazine, 2,5-di-n-butylpiperazine, etc. Of these, ethylenediamine and piperazine are particularly preferable.
これらのアミンは単独で用いることもできるし、混合して用いても良いが、１級アミンを含有するアミンを少なくとも１つ用いる必要がある。 These amines can be used alone or in combination, but it is necessary to use at least one amine containing a primary amine.
多官能酸ハロゲン化物とは、一分子中に２個以上のハロゲン化カルボニル基を有する酸ハロゲン化物であり、上記アミンとの反応によりポリアミドを与えるものであれば特に限定されない。多官能酸ハロゲン化物としては、例えば、シュウ酸、マロン酸、マレイン酸、フマル酸、グルタル酸、１，３，５−シクロヘキサントリカルボン酸、１，３−シクロヘキサンジカルボン酸、１，４−シクロヘキサンジカルボン酸、１，３，５−ベンゼントリカルボン酸、１，２，４−ベンゼントリカルボン酸、１，３−ベンゼンジカルボン酸、１，４−ベンゼンジカルボン酸の酸ハロゲン化物を用いることができる。酸ハロゲン化物の中でも、酸塩化物が好ましく、特に経済性、入手の容易さ、取り扱い易さ、反応性の容易さ等の点から、１，３，５−ベンゼントリカルボン酸の酸ハロゲン化物であるトリメシン酸クロライドが好ましい。上記多官能酸ハロゲン化物は単独で用いることもできるが、混合物として用いてもよい。 The polyfunctional acid halide is an acid halide having two or more carbonyl halide groups in one molecule, and is not particularly limited as long as it gives a polyamide by reaction with the amine. Examples of the polyfunctional acid halide include oxalic acid, malonic acid, maleic acid, fumaric acid, glutaric acid, 1,3,5-cyclohexanetricarboxylic acid, 1,3-cyclohexanedicarboxylic acid, and 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid. 1,3,5-benzenetricarboxylic acid, 1,2,4-benzenetricarboxylic acid, 1,3-benzenedicarboxylic acid, and acid halides of 1,4-benzenedicarboxylic acid can be used. Among acid halides, acid chlorides are preferred, and are acid halides of 1,3,5-benzenetricarboxylic acid, particularly in terms of economy, availability, ease of handling, and ease of reactivity. Trimesic acid chloride is preferred. Although the said polyfunctional acid halide can also be used independently, you may use it as a mixture.
多官能酸ハロゲン化物を溶解する有機溶媒は、水と非混和性であり、かつ多孔性支持膜を破壊しないことが好ましく、架橋ポリアミドの生成反応を阻害しないものであればいずれであっても良い。代表例としては、液状の炭化水素、トリクロロトリフルオロエタンなどのハロゲン化炭化水素が挙げられるが、オゾン層を破壊しない物質であることや入手のしやすさ、取り扱いの容易さ、取り扱い上の安全性を考慮すると、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、トリデカン、テトラデカン、ヘプタデカン、ヘキサデカンなど、シクロオクタン、エチルシクロヘキサン、１−オクテン、１−デセンなどの単体あるいはこれらの混合物が好ましく用いられる。 The organic solvent that dissolves the polyfunctional acid halide is not miscible with water, and preferably does not destroy the porous support membrane, and may be any as long as it does not inhibit the formation reaction of the crosslinked polyamide. . Typical examples include halogenated hydrocarbons such as liquid hydrocarbons and trichlorotrifluoroethane, but they are substances that do not destroy the ozone layer, are easily available, are easy to handle, and are safe for handling. In consideration of the properties, octane, nonane, decane, undecane, dodecane, tridecane, tetradecane, heptadecane, hexadecane, etc., and simple substances such as cyclooctane, ethylcyclohexane, 1-octene, 1-decene, or a mixture thereof are preferably used.
次に、本発明に用いられる複合半透膜の好ましい製造方法について説明する。複合半透膜中の実質的に分離性能を有する分離機能層は、例えば、多官能アミンを含有する水溶液と、前述の多官能酸ハロゲン化物を含有する、水とは非混和性の有機溶媒溶液を用い、後述の多孔性支持膜上で反応させることにより形成される。このようにして形成されたポリアミド分離機能層はポリマー末端に１級アミノ基を有する。 Next, the preferable manufacturing method of the composite semipermeable membrane used for this invention is demonstrated. The separation functional layer having substantially separation performance in the composite semipermeable membrane is, for example, an aqueous solution containing a polyfunctional amine and a water-immiscible organic solvent solution containing the aforementioned polyfunctional acid halide. It is formed by making it react on the below-mentioned porous support membrane. The polyamide separation functional layer thus formed has a primary amino group at the polymer terminal.
ここで、多官能アミンを含有する水溶液の濃度は、０．１〜２０重量％が好ましく、より好ましくは０．５〜１５重量％である。 Here, the concentration of the aqueous solution containing the polyfunctional amine is preferably 0.1 to 20% by weight, more preferably 0.5 to 15% by weight.
多官能アミンを含有する水溶液や多官能酸ハロゲン化物を含有する有機溶媒溶液には、両成分間の反応を妨害しないものであれば、必要に応じて、アシル化触媒や極性溶媒、酸捕捉剤、界面活性剤、酸化防止剤等の化合物が含まれていてもよい。 In the case of an aqueous solution containing a polyfunctional amine or an organic solvent solution containing a polyfunctional acid halide, an acylation catalyst, a polar solvent, an acid scavenger may be used as long as it does not interfere with the reaction between the two components. In addition, compounds such as surfactants and antioxidants may be contained.
本発明において、多孔性支持膜は、架橋ポリアミドなどの分離機能層を支持するために使用される。多孔性支持膜の構成は特に限定されないが、好ましい多孔性支持膜としては布帛により強化されたポリスルホン支持膜などを例示することができる。多孔性支持膜の孔径や孔数は特に限定されないが、均一で微細な孔あるいは片面からもう一方の面まで徐々に大きな微細な孔を有していて、その微細孔の大きさは、その片面の表面が１００ｎｍ以下であるような構造の支持膜が好ましい。 In the present invention, the porous support membrane is used to support a separation functional layer such as a crosslinked polyamide. Although the structure of a porous support membrane is not specifically limited, As a preferable porous support membrane, the polysulfone support membrane reinforced with the cloth etc. can be illustrated. The pore diameter and the number of pores of the porous support membrane are not particularly limited, but it has uniform fine pores or gradually large pores from one side to the other side, and the size of the fine pores is the size of one side. A support film having a structure in which the surface of the film is 100 nm or less is preferable.
本発明に使用する多孔性支持膜は、ミリポア社製”ミリポアフィルターＶＳＷＰ”（商品名）や、東洋濾紙社製”ウルトラフィルターＵＫ１０”（商品名）のような各種市販材料から選択することもできるが、”オフィス・オブ・セイリーン・ウォーター・リサーチ・アンド・ディベロップメント・プログレス・レポート”Ｎｏ．３５９（１９６８）に記載された方法に従って製造することができる。 The porous support membrane used in the present invention can be selected from various commercially available materials such as “Millipore Filter VSWP” (trade name) manufactured by Millipore and “Ultra Filter UK10” (trade name) manufactured by Toyo Roshi Kaisha. “Office of Saleen Water Research and Development Progress Report” No. 359 (1968).
多孔性支持膜に使用する素材は特に限定されず、例えば、ポリスルホン、酢酸セルロース、硝酸セルロース、ポリ塩化ビニル等のホモポリマーあるいはブレンドしたもの等が使用できるが、化学的、機械的、熱的に安定性の高い、ポリスルホンを使用するのが好ましい。具体的に例示すると、ポリスルホンのジメチルホルムアミド（以降、ＤＭＦと記載）溶液を密に織ったポリエステル布あるいは不織布の上に略一定の厚さに塗布し、ＤＭＦ２重量％を含む水溶液中で湿式凝固させることによって、表面の大部分が直径数１０ｎｍ以下の微細な孔を有した好適な多孔性支持膜を得ることができる。 The material used for the porous support membrane is not particularly limited. For example, polysulfone, cellulose acetate, cellulose nitrate, polyvinyl chloride, or other homopolymers or blended materials can be used, but chemically, mechanically, and thermally. It is preferable to use polysulfone having high stability. Specifically, a polysulfone dimethylformamide (hereinafter referred to as DMF) solution is applied to a polyester fabric or non-woven fabric which is densely woven to a substantially constant thickness, and wet coagulated in an aqueous solution containing 2% by weight of DMF Thus, it is possible to obtain a suitable porous support membrane in which most of the surface has fine pores having a diameter of several tens of nm or less.
多孔性支持膜表面への多官能アミンを含有する水溶液の被覆は、該水溶液が表面に均一にかつ連続的に被覆されればよく、公知の塗布手段、例えば、該水溶液を多孔性支持膜表面にコーティングする方法、多孔性支持膜を該水溶液に浸漬する方法等で行えばよい。次いで、過剰に塗布された該水溶液を液切り工程により除去する。液切りの方法としては、例えば膜面を垂直方向に保持して自然流下させる方法等がある。液切り後、膜面を乾燥させ、水溶液の水の全部あるいは一部を除去してもよい。その後、多官能アミンを含有する水溶液で被覆した多孔性支持膜に、前述の多官能酸ハロゲン化物を含有する有機溶媒溶液を塗布し、反応により架橋ポリアミドの分離機能層を形成させる。 The surface of the porous support membrane may be coated with an aqueous solution containing a polyfunctional amine as long as the aqueous solution is uniformly and continuously coated on the surface. For example, the coating may be carried out by a method of coating a porous support membrane in the aqueous solution. Next, the excessively applied aqueous solution is removed by a liquid draining step. As a method for draining liquid, for example, there is a method in which the film surface is allowed to flow naturally while being held in a vertical direction. After draining, the membrane surface may be dried to remove all or part of the water in the aqueous solution. Then, the organic solvent solution containing the above-mentioned polyfunctional acid halide is applied to the porous support membrane coated with the aqueous solution containing the polyfunctional amine, and a separation functional layer of crosslinked polyamide is formed by reaction.
多官能酸ハロゲン化物の濃度は特に限定されないが、少なすぎると活性層である分離機能層の形成が不十分となり欠点になる可能性があり、多いとコスト面から不利になるため、有機溶媒溶液中で０．０１〜１．０重量％程度が好ましい。反応後の有機溶媒の除去は、例えば、特開平５−７６７４０号公報記載の方法等で行うことができる。 The concentration of the polyfunctional acid halide is not particularly limited, but if it is too small, the formation of the separation functional layer, which is an active layer, may become a disadvantage, and if it is too large, it will be disadvantageous in terms of cost. Among these, about 0.01 to 1.0% by weight is preferable. The removal of the organic solvent after the reaction can be performed, for example, by the method described in JP-A-5-76740.
このようにして得られた複合半透膜は、このままでも使用できるが、使用する前に水洗などによって未反応残存物を取り除くことが好ましい。すなわち、３０〜１００℃の範囲内にある水で膜を洗浄し、残存するアミノ化合物などを除去することが好ましい。また、洗浄は、上記温度範囲内にある水中に支持膜を浸漬したり、水を吹き付けたりして行うことができる。用いる水の温度が３０℃を下回ると、複合半透膜中にアミノ化合物が残存し透過水量が低くなる傾向にある。また、オートクレーブやスチームなどで１００℃を超える温度で洗浄を行うと、膜が熱収縮を起こすことがあり、やはり透過水量が低くなる傾向にある。さらに、この後、各種後処理を行うことが好ましい。 The composite semipermeable membrane thus obtained can be used as it is, but it is preferable to remove unreacted residues by washing before use. That is, it is preferable to wash the membrane with water in the range of 30 to 100 ° C. to remove the remaining amino compound and the like. The washing can be performed by immersing the support membrane in water within the above temperature range or spraying water. When the temperature of the water used is less than 30 ° C., the amino compound remains in the composite semipermeable membrane and the amount of permeated water tends to be low. Further, when washing is performed at a temperature exceeding 100 ° C. with an autoclave, steam, or the like, the membrane may cause thermal shrinkage, and the amount of permeated water tends to be low. Furthermore, it is preferable to perform various post-treatments thereafter.
そして、上述の方法により製造した複合半透膜を、第一級アミノ基と反応してジアゾニウム塩またはその誘導体を生成する化合物を含む溶液に接触させ、ジアゾニウム塩またはその誘導体を生成する。そして、かかるジアゾニウム塩またはその誘導体を熱水（常温の水を加熱した水）に接触させ、当該ジアゾニウム塩の一部をフェノール化合物などに変換させた後に、ジアゾニウム塩との反応性化合物を含む溶液と接触させることで、様々な官能基を複合半透膜の分離機能層中に最適量導入することが可能となる。複合半透膜に熱水、および反応性化合物を含む溶液を接触させる方法は特に限定されず、たとえば、複合半透膜全体を熱水、および反応性化合物を含む溶液中に浸漬する方法でも良いし、熱水、および反応性化合物を含む溶液をスプレーする方法でも良く、分離機能層と熱水、および反応性化合物を含む溶液が接触するならば、その方法は限定されない。 Then, the composite semipermeable membrane produced by the above-described method is brought into contact with a solution containing a compound that reacts with a primary amino group to produce a diazonium salt or a derivative thereof to produce a diazonium salt or a derivative thereof. Then, the diazonium salt or a derivative thereof is brought into contact with hot water (water obtained by heating water at room temperature), and a part of the diazonium salt is converted into a phenol compound, and then a solution containing a reactive compound with the diazonium salt. It is possible to introduce an optimal amount of various functional groups into the separation functional layer of the composite semipermeable membrane. The method for bringing the composite semipermeable membrane into contact with the solution containing hot water and the reactive compound is not particularly limited. For example, a method of immersing the entire composite semipermeable membrane in the solution containing hot water and the reactive compound may be used. and, hot water, and may be a method of spraying a solution containing a reactive compound, if a solution containing a separation function layer and the hot water, and reactive compounds are in contact, the method is not limited.
本発明の、第一級アミノ基と反応してジアゾニウム塩またはその誘導体を生成する化合物を含む溶液としては、亜硝酸およびその塩、ニトロシル化合物などの水溶液が挙げられる。亜硝酸やニトロシル化合物の水溶液は気体を発生して分解しやすいので、例えば、亜硝酸塩と酸性溶液との反応によって亜硝酸を逐次生成するのが好ましい。一般に、亜硝酸塩は水素イオンと反応して亜硝酸（ＨＮＯ２）を生成するが、２０℃で水溶液のｐＨが７以下、好ましくは５以下、さらに好ましくは４以下で効率よく生成する。中でも、取り扱いの簡便性から水溶液中で塩酸または硫酸と反応させた亜硝酸ナトリウムの水溶液が特に好ましい。 Examples of the solution containing a compound that reacts with a primary amino group to produce a diazonium salt or a derivative thereof according to the present invention include aqueous solutions of nitrous acid and salts thereof, nitrosyl compounds, and the like. Since an aqueous solution of nitrous acid or a nitrosyl compound easily generates gas and decomposes, it is preferable to sequentially generate nitrous acid by, for example, a reaction between nitrite and an acidic solution. In general, nitrite reacts with hydrogen ions to produce nitrous acid (HNO 2 ), but it is efficiently produced at 20 ° C. when the pH of the aqueous solution is 7 or less, preferably 5 or less, more preferably 4 or less. Among these, an aqueous solution of sodium nitrite reacted with hydrochloric acid or sulfuric acid in an aqueous solution is particularly preferable because of easy handling.
本発明において、前記第一級アミノ基と反応してジアゾニウム塩またはその誘導体を生成する化合物を含む溶液中の亜硝酸や亜硝酸塩の濃度は、好ましくは２０℃において０．０１〜１重量％の範囲である。０．０１％よりも低い濃度では十分な効果が得られず、亜硝酸、亜硝酸塩濃度が１％よりも高いと溶液の取扱いが困難となる。 In the present invention, the concentration of nitrous acid or nitrite in a solution containing a compound that reacts with the primary amino group to form a diazonium salt or a derivative thereof is preferably 0.01 to 1% by weight at 20 ° C. It is a range. If the concentration is lower than 0.01%, a sufficient effect cannot be obtained. If the concentration of nitrous acid and nitrite is higher than 1%, handling of the solution becomes difficult.
亜硝酸水溶液の温度は１５℃〜４５℃が好ましい。これ以下の温度だと反応に時間がかかり、４５℃以上だと亜硝酸の分解が早く取り扱いが困難である。 The temperature of the nitrous acid aqueous solution is preferably 15 ° C to 45 ° C. If the temperature is lower than this, the reaction takes time, and if it is 45 ° C. or higher, the decomposition of nitrous acid is quick and difficult to handle.
亜硝酸水溶液との接触時間は、ジアゾニウム塩が生成する時間であればよく、高濃度では短時間で処理が可能であるが、低濃度であると長時間必要である。低濃度で長時間掛けてジアゾニウム塩を生成させるとジアゾニウム塩との反応性化合物を含む溶液と反応させる前にジアゾニウム塩がカップリング反応を起こすため、高濃度で短時間処理を行う方が望ましい。たとえば、２０００ｍｇ／ｌの亜硝酸水溶液では３０秒から１０分が好ましい。 The contact time with the nitrous acid aqueous solution may be a time for forming a diazonium salt, and the treatment can be performed in a short time at a high concentration, but a long time is required at a low concentration. When a diazonium salt is produced at a low concentration over a long period of time, the diazonium salt undergoes a coupling reaction before reacting with a solution containing a reactive compound with the diazonium salt, so it is desirable to perform treatment at a high concentration for a short time. For example, in a 2000 mg / l aqueous nitrous acid solution, 30 seconds to 10 minutes is preferable.
生成したジアゾニウム塩は水と接触させることでフェノール化合物などに変換される。水の他にも、ジアゾニウム塩との反応性化合物を含む溶液と反応させることでジアゾニウム塩が各種官能基を有する化合物に変換され膜の特性を様々に変えることが可能である。ここで用いる反応性化合物を含む溶液とは、塩化物イオン、臭化物イオン、シアン化物イオン、ヨウ化物イオン、フッ化ホウ素酸、次亜リン酸、亜硫酸水素ナトリウム、亜硫酸イオン、芳香族アミン、硫化水素、チオシアン酸を含む溶液等が挙げられる。塩化物イオン、臭化物イオン、シアン化物イオンはそのままでは反応性が低く塩化銅を共存させることが必要である。たとえば、次亜リン酸のような還元剤を用いるとアミノ基を水素に置換することが可能となる。芳香族アミンを用いることでジアゾカップリング反応が起こり膜面にアゾ基を導入することが可能となる。好ましくは亜硫酸水素ナトリウム、および亜硫酸イオンを含む溶液である。亜硫酸水素ナトリウムと反応させると瞬時に置換反応が起こり、ジアゾニウムイオンがスルホ基に置換される。 The produced diazonium salt is converted into a phenol compound or the like by contacting with water. In addition to water, by reacting with a solution containing a reactive compound with a diazonium salt , the diazonium salt is converted into a compound having various functional groups, and the characteristics of the film can be changed variously. The solution containing the reactive compound used here is chloride ion, bromide ion, cyanide ion, iodide ion, boroboric acid, hypophosphorous acid, sodium bisulfite, sulfite ion, aromatic amine, hydrogen sulfide And a solution containing thiocyanic acid. Chloride ions, bromide ions, and cyanide ions have low reactivity as they are, and it is necessary to coexist with copper chloride. For example, when a reducing agent such as hypophosphorous acid is used, the amino group can be replaced with hydrogen. By using an aromatic amine, a diazo coupling reaction takes place and an azo group can be introduced on the film surface. A solution containing sodium bisulfite and sulfite ions is preferred. When reacted with sodium hydrogen sulfite, a substitution reaction occurs instantaneously, and the diazonium ion is substituted with a sulfo group.
生成したジアゾニウム塩を、水との反応と、反応性化合物を含む溶液との反応を制御することで目的に応じた膜を作ることができる。水との反応は反応速度が遅いため、４０℃以上８０℃以下の水と接触させ反応を加速し、ジアゾニウム塩の一部をフェノール化合物などに変換させた後、反応性化合物を含む溶液と接触させることで達成できる。 By controlling the reaction of the generated diazonium salt with water and the solution containing the reactive compound, a film according to the purpose can be formed. Because the reaction rate with water is slow, contact with water at 40 ° C or higher and 80 ° C or lower to accelerate the reaction , convert a part of diazonium salt into a phenol compound, etc., and then contact with a solution containing a reactive compound This can be achieved.
熱水温度が４０℃未満の時は反応速度が遅く、反応時間が掛かり、フェノール化合物などへの変換反応率を制御することも難しい。４０℃以上の熱水と接触させることで、短時間でフェノール化合物などへの変換反応を進行させることが可能となる。また、８０℃より高温ではポリマーの収縮がおこり透過水量が低下してしまう。さらに好ましい熱水温度は５０℃〜７０℃である。 When the hot water temperature is less than 40 ° C., the reaction rate is slow, the reaction time is long, and it is difficult to control the conversion reaction rate to a phenol compound or the like . By contacting with hot water of 40 ° C. or higher , the conversion reaction to a phenol compound or the like can proceed in a short time. On the other hand, when the temperature is higher than 80 ° C., the polymer shrinks and the amount of permeated water decreases. A more preferable hot water temperature is 50 ° C to 70 ° C.
熱水との接触時間は１分から１０分が好ましい。１分以下では反応が不十分であるし、１０分以上だとポリマー収縮による造水量低下が起こる。さらに好ましい接触時間は１．５分〜５分である。 The contact time with hot water is preferably 1 to 10 minutes. If the reaction time is less than 1 minute, the reaction is insufficient. Further preferable contact time is 1.5 to 5 minutes.
たとえば、反応性化合物を含む溶液に亜硫酸水素ナトリウムを含む溶液を用いた場合、高温もしくは長時間の熱水処理でフェノール化合物などへの変換反応が進行するに伴い、低除去率、高透過水量の膜が得られる。熱水温度、熱水との接触時間を選択することで最適な性能の膜を得ることが出来る。 For example, when a solution containing sodium bisulfite is used as a solution containing a reactive compound , a low removal rate and a high permeated water amount are obtained as the conversion reaction to a phenol compound or the like proceeds by high-temperature or long-time hot water treatment. A membrane is obtained. A membrane with optimum performance can be obtained by selecting the hot water temperature and the contact time with hot water.
そして、本発明によれば、操作圧力０．５ＭＰａ、温度２５℃にて塩化ナトリウム５００ｐｐｍを含有するｐＨ６．５の水溶液で評価したときの性能が、塩化ナトリウムの排除率が９９％以上、透過水量が１．０ｍ３／ｍ２ ・日以上であることを特徴とする複合半透膜を得ることが出来る。 And according to the present invention, the performance when evaluated with an aqueous solution of pH 6.5 containing 500 ppm of sodium chloride at an operating pressure of 0.5 MPa and a temperature of 25 ° C., the rejection rate of sodium chloride is 99% or more, the amount of permeated water Is 1.0 m 3 / m 2 · day or more, a composite semipermeable membrane can be obtained.
本発明の製造方法で得られた複合半透膜を用いて、例えば、操作圧力０．１〜３．０ＭＰａで原水中に含まれる無機物や有機物などの有害物質およびその前駆物質の除去を行うことができる。 Using the composite semipermeable membrane obtained by the production method of the present invention, for example, removing harmful substances such as inorganic substances and organic substances and precursors thereof contained in raw water at an operating pressure of 0.1 to 3.0 MPa Can do.
ここで、操作圧力を低くすると使用するポンプの容量が少なくなり電力費が低下する反面、膜が目詰まりしやすくなり透過水量が少なくなる傾向がある。逆に、操作圧力を高くすると前記の理由で電力費が増加し、透過水量が多くなる傾向がある一方、透過水量が高すぎると膜面のファウリングによる目詰まりを起こす可能性があり、低いとコスト高となる。したがって、コストを抑えて安定運転を行うためには、操作圧力を０．１〜３．０ＭＰａの範囲とすることが好ましく、より好ましくは０．１〜２．０ＭＰａ、さらに好ましくは０．１〜１．０ＭＰａの範囲内である。また、同様の理由から、透過水量の範囲を、０．５〜５．０ｍ３／ｍ２ ・日の範囲とすることが好ましく、より好ましくは０．６〜３．０ｍ３／ｍ２ ・日、さらに好ましくは０．８〜２．０ｍ３／ｍ２ ・日の範囲内である。 Here, when the operating pressure is lowered, the capacity of the pump to be used is reduced and the power cost is reduced. On the other hand, the membrane tends to be clogged and the amount of permeated water tends to be reduced. Conversely, if the operating pressure is increased, the power cost increases for the reasons described above, and the amount of permeated water tends to increase. On the other hand, if the amount of permeated water is too high, clogging due to fouling of the membrane surface may occur. And the cost is high. Therefore, in order to carry out stable operation at a reduced cost, the operating pressure is preferably in the range of 0.1 to 3.0 MPa, more preferably 0.1 to 2.0 MPa, and still more preferably 0.1 to 3.0 MPa. Within the range of 1.0 MPa. For the same reason, it is preferable that the permeated water amount be in the range of 0.5 to 5.0 m 3 / m 2 · day, more preferably 0.6 to 3.0 m 3 / m 2 · day. More preferably, it is in the range of 0.8 to 2.0 m 3 / m 2 · day.
また、効率的に供給水を処理して造水コストを下げるため、原水供給量に対する透過水量の割合、すなわち回収率は８０％以上が好ましく、より好ましくは８５％以上、さらには９０％以上が良い。ただし、供給水中の溶解物によっては回収率を上げるとスケールが発生するため、スケ−ル防止剤を添加したり、ｐＨを調整することが必要となり、最も経済的な回収率で運転することが望ましい。 Further, in order to efficiently treat the supplied water and reduce the water production cost, the ratio of the permeated water amount to the raw water supply amount, that is, the recovery rate is preferably 80% or more, more preferably 85% or more, and more preferably 90% or more. good. However, depending on the dissolved matter in the feed water, if the recovery rate is increased, scale may be generated. Therefore, it is necessary to add a scale inhibitor or adjust the pH, and it is possible to operate at the most economical recovery rate. desirable.
なお、本発明において、複合半透膜の形態は限定されるものではなく、中空糸膜でも平膜でもよい。また、本発明により得られる改質複合半透膜は液体分離に用いる場合エレメント、モジュールを形成するが、その形態もモジュール型、スパイラル型など特に限定されるものではない。 In the present invention, the form of the composite semipermeable membrane is not limited and may be a hollow fiber membrane or a flat membrane. The modified composite semipermeable membrane obtained by the present invention forms elements and modules when used for liquid separation, but the form thereof is not particularly limited, such as a module type or a spiral type.
以下に実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるものではない。実施例および比較例において膜評価は、温度２５℃、ｐＨ６．５、濃度が５００ｍｇ／ｌの塩化ナトリウム水溶液を用い操作圧力０．５ＭＰａの条件で３時間ろ過したときの透過水量を評価した。
透過水量は、単位時間（日）に単位面積（ｍ２）当たりの膜を透過する水量で求めた。
なお、実施例において除去率は次式により求めた。
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these examples. In Examples and Comparative Examples, membrane evaluation was performed by evaluating the amount of permeated water when filtered for 3 hours using a sodium chloride aqueous solution having a temperature of 25 ° C., pH 6.5, and a concentration of 500 mg / l under an operating pressure of 0.5 MPa.
The amount of permeated water was determined by the amount of water permeating the membrane per unit area (m 2 ) per unit time (day).
In the examples, the removal rate was determined by the following equation.
除去率（％）＝｛１−（透過液中の溶質濃度）／（供給液中の溶質濃度）｝×１００。 Removal rate (%) = {1- (solute concentration in permeate) / (solute concentration in feed solution)} × 100.
また、透過する水量は単位時間（日）に単位面積（ｍ２）当たりの膜を透過する透過水量（ｍ３／ｍ２ ・日）として求めた。 The amount of permeated water was determined as the amount of permeated water per unit area (m 2 ) per unit time (day) (m 3 / m 2 · day).
＜実施例１＞
多孔性支持膜である布帛補強ポリスルホン支持膜（限外濾過膜）は、次の手法により製造した。すなわち、単糸繊度０．５および１．５デシテックスのポリエステル繊維の混繊で、通気度０．７ｃｍ３／ｃｍ２・秒、平均孔径７μｍ以下の、縦３０ｃｍ、横２０ｃｍの大きさの湿式不織布をガラス板上に固定し、その上に、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）溶媒のポリスルホン濃度１５重量％の溶液（２．５ポアズ：２０℃）を、総厚み２００μｍになるようにキャストし、直ちに水に浸積してポリスルホンの多孔性支持膜を得た（これをＰＳ支持膜と記す）。
<Example 1>
A fabric-reinforced polysulfone support membrane (ultrafiltration membrane), which is a porous support membrane, was produced by the following method. That is, a wet non-woven fabric of polyester fiber having a single yarn fineness of 0.5 and 1.5 dtex, an air permeability of 0.7 cm 3 / cm 2 · sec, an average pore diameter of 7 μm or less, a length of 30 cm and a width of 20 cm Was fixed on a glass plate, and a solution of dimethylformamide (DMF) solvent in a polysulfone concentration of 15% by weight (2.5 poise: 20 ° C.) was cast to a total thickness of 200 μm, and immediately poured into water. A porous support membrane of polysulfone was obtained by immersion (this is referred to as a PS support membrane).
次に、この多孔性支持膜をｍ−フェニレンジアミンの１．５重量％、ε−カプロラクタム１．５ｗｔ％水溶液に２分間浸漬した後、デカンにトリメシン酸クロライドを０．０６重量％になるように溶解した溶液を１６０ｃｍ３／ｍ２の割合になるように塗布した。次に、膜を垂直にして余分な溶液を液切りして除去した後、膜面に残った溶媒を蒸発させるために、膜表面での風速が８ｍ／ｓとなるように、温度３０℃の空気を１分間吹き付けた後、１％Ｎａ２ＣＯ３水溶液で残存している酸ハライド基を加水分解させた。その後９０℃の熱水に２分間浸漬し複合半透膜を得た。 Next, this porous support membrane was immersed in an aqueous solution of 1.5% by weight of m-phenylenediamine and 1.5% by weight of ε - caprolactam for 2 minutes, and then trimesic acid chloride in decane was adjusted to 0.06% by weight. The dissolved solution was applied at a rate of 160 cm 3 / m 2 . Next, after removing the excess solution by removing the excess solution with the film vertical, in order to evaporate the solvent remaining on the film surface, the temperature of 30 ° C. is set so that the wind speed on the film surface is 8 m / s. After blowing air for 1 minute, the remaining acid halide groups were hydrolyzed with a 1% aqueous Na 2 CO 3 solution. Thereafter, it was immersed in hot water at 90 ° C. for 2 minutes to obtain a composite semipermeable membrane.
この膜を、硫酸によりｐＨを３に調整した２０００ｍｇ／ｌの亜硝酸ナトリウム水溶液に３０℃で６０秒浸漬した。その後５０℃の熱水に２分間浸漬した後、１０００ｍｇ／ｌの亜硫酸水素ナトリウム水溶液に浸漬した。膜性能を表１に示す。 This membrane was immersed in a 2000 mg / l aqueous sodium nitrite solution adjusted to pH 3 with sulfuric acid at 30 ° C. for 60 seconds. Thereafter, it was immersed in hot water at 50 ° C. for 2 minutes, and then immersed in a 1000 mg / l sodium hydrogen sulfite aqueous solution. The membrane performance is shown in Table 1.
＜実施例２〜５＞
熱水温度を表１記載の温度に変えた以外は、実施例１と同様に膜を作成した。
<Examples 2 to 5>
A membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that the hot water temperature was changed to the temperature shown in Table 1.
＜比較例１、２＞
熱水温度を９０℃、３０℃に変えた以外は、実施例１と同様に膜を作成した。
<Comparative Examples 1 and 2>
A membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that the hot water temperature was changed to 90 ° C. and 30 ° C.
＜比較例３＞
熱水に浸漬しない以外は、実施例１と同様に膜を作成した。
<Comparative Example 3>
A film was prepared in the same manner as in Example 1 except that it was not immersed in hot water.
＜比較例４＞
熱水に浸漬後、水に浸漬した以外は、実施例１と同様に膜を作成した。
<Comparative example 4>
A film was prepared in the same manner as in Example 1 except that the film was immersed in hot water and then immersed in water.
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