JPH067651A - 支持された液膜及びこれを使用する分離法 - Google Patents

支持された液膜及びこれを使用する分離法

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JPH067651A
JPH067651A JP5060505A JP6050593A JPH067651A JP H067651 A JPH067651 A JP H067651A JP 5060505 A JP5060505 A JP 5060505A JP 6050593 A JP6050593 A JP 6050593A JP H067651 A JPH067651 A JP H067651A
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    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、支持体に支持された固定化液膜及
びその使用法を提供する。 【構成】 該液膜は、疎水性の、ポリ両親和性のオリゴ
マー又はポリマー液が、微細孔性の支持体に支持された
ものである。該支持体も疎水性であり得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、疎水性の微小細孔固体
支持体内に支持又は固定化されたオリゴマー又はポリマ
ー液膜を包含する安定な支持された液膜（ＳＬＭ）に関
する。本発明はまた、溶解された分子種（溶質又は目的
化合物）を選択的に除去する方法に関し、上記溶解分子
種は、気体流から又は水溶液流からの、液体又は気体で
あり得る。換言すれば、本発明の分離方法は、気／気、
気／液、又は液／液分離に適用し得る。該方法の一つと
しては、上記水溶液とストリッピング用水溶液とを、微
小細孔固体支持体内に固定化された疎水性オリゴマー又
はポリマー液膜を包含する支持された液膜の相対する
側、つまり相対する表面にて接触させる方法が挙げられ
る。
【０００２】
【従来の技術及び課題】固定化液膜は既知である。よく
使われている設計では、親水性微小細孔膜内に固定化さ
れた水溶液膜を使用するのであるが、この親水性微小細
孔膜は、一方では疎水性の微小細孔膜で支持されてい
る。この疎水性膜は、上記組立体の低圧側に位置され、
親水性膜から水溶液膜が押し出されてくる速度を遅くし
ている。
【０００３】このような設計は、米国特許第 3,819,806
号、第 4,089,653号、第 4,115,512号、第 4,119,408
号、第 4,147,754号及び第 4,174,374号各明細書に記載
されている。このような固定化液体膜は、気体混合物か
ら気体成分を除去するためには用いられるが、水溶液か
ら溶解成分を除くには好適なものとは言えないのは勿論
である。上記の組立体は、更に強化することも可能で、
その場合は、細かい網目を有する、平らなステンレス鋼
のスクリーンを用いる。
【０００４】米国特許第 4,973,434号明細書には固定化
水溶性液膜及びその調製法が記載されているが、この場
合、従来的に用いられている親水性膜に代えて疎水性微
小細孔支持体が用いられる。おそらく、疎水性の支持体
を用いることにより、相当な正圧差、例えば、１７５ps
igでも水溶液膜の逸出を無くしようというものであろう
と思われる。固定化水溶液膜を調製するには、この微小
細孔疎水性支持体に対して、交換剤、例えば、エチルア
ルコールの水溶液と水とを交互に接触させる方法が必要
である。この系も、水溶液から溶解成分を除去するには
好適とはいえないであろう。
【０００５】別の形のアプローチとしては、水溶液のよ
うな液体混合物から一種又はそれ以上の成分、つまり目
的化合物（複数を含む）を選択的に抽出することを一般
に目的として、微小細孔支持体の細孔に保持された有機
膜（有機溶剤）が提唱されている。典型的には、目的成
分が液体膜中を移動する速度を向上させる目的で、担体
剤を、有機溶剤、例えば、ケロシン又はアルコールに溶
解又は懸濁させて用いる。しかし、これらの設計を用い
ることも、有機溶剤の損失、担体の損失、浸透圧におけ
るアンバランス及び液体膜の自然乳濁化などを含む膜の
不安定性問題に妨げられてきた。
【０００６】これらの問題があるにもかかわらず、固定
化液膜は、他の形式の膜移動よりも選択的及び／又は高
速的分離を行うことができ、しかも大抵は容易に製造で
きるので、ある種の適用には依然として望ましいもので
ある。
【０００７】従って、固定化液体膜の技術には、この技
術に本質的な利点を有しつつ、従来技術を悩ませてきた
不安定性問題（例えば、有効寿命が最小限しかないこ
と）を最小とする系への必要性が存在している。
【０００８】米国特許第 4,276,179号明細書には、水溶
液の流からハロゲン化炭化水素を吸着によって除去する
方法が記載されている。好ましい態様によれば、ハロゲ
ン化炭化水素含有の水性媒体を、飽和又は不飽和油脂又
は蝋含浸の微小細孔ポリオレフィン（例えば、ポリプロ
ピレン）と接触させるものである。これらの油脂又は蝋
としては、鉱油、シリコーン油、植物油並びに植物蝋及
び動物油並びに動物蝋が挙げられる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、微小細孔支持
体内に固定化又は含浸された疎水性オリゴマー又はポリ
マー液を包含する、支持された液体膜（ＳＬＭ）に関す
るものである。本発明の固定化液膜は、高濃度の無機塩
を有し得る水溶液媒体から、溶解された分子種（複数を
含む）を選択的に除去する（すなわち、移動させる）の
に特に有用である。
【００１０】本発明はまた、微小細孔支持体の細孔内に
支持又は固定化された疎水性オリゴマー又はポリマー液
を包含する、支持された液体膜の一面と水性媒体とを接
触させて、溶解分子種が液膜を浸透又は拡散させ、そし
て支持された液体膜の反対側の面から上記溶解分子種を
除去することによって、水溶液媒体から溶解分子種、特
に極性有機化合物を選択的に除去する方法に関する。な
お、該水溶液媒体には他の有機化合物及び／又は高濃度
の塩を含有してもよい。溶解分子種つまり極性有機化合
物が支持された液膜間を連続的に移動する駆動力は、ピ
ックアップ（ストリップ）溶液との親和力又は相互力で
もあり得るし、pH（塩基又は酸を用いて）でもあり得る
し、蒸気圧（蒸散力）でもあり得るし、そして劣化（生
物学的破壊）でもあり得る。好ましくは、この力は、生
物学的破壊によるもの、揮発性化合物の場合は蒸散力に
よるもの、或いはストリップ液への捕捉によるものであ
る。
【００１１】本発明はまた、水性媒体から分子種を除く
ために上記に記載の方法と同じように、気体流から溶解
分子種を選択的に除去する方法、つまり気／気分離に関
する。換言すれば、本方法は、本明細書に記載の支持さ
れた液膜の反対側に気体流を接触させること、及び支持
された液膜間を連続的に移動する手段とを包含する。駆
動力は、直ぐ上の段落に記載の水性媒体から分子種を分
離する場合のものと同じであり得る。
【００１２】固定化されたオリゴマー又はポリマー液膜
を浸透・移動する溶解分子種は、溶解分子（複数を含
む）次第ではあるが、例えば、水溶液ストリッピング溶
液によって固定化液膜から回収することができるし、又
は蒸発によって、蒸散によって、又は活性勾配が確立さ
れる他の手段によって、例えば、反応劣化によって除か
れる。好ましい実際においては、ストリッピング溶液に
入った溶解分子種は、非浸透性の形に転化され、従って
ストリッピング溶液に保持されることになる。このよう
な方法によって、少量のストリッピング溶液を用いて比
較的大量の水溶液を効率的に処理することが可能とな
る。従って、本発明の膜と方法とは、水質汚濁防止の分
野で特に適用性がある。もっとも、本発明はそのような
適用例に限定されるものではない。
【００１３】固定化液膜として特に疎水性のオリゴマー
又はポリマー液を使用することによって、支持された液
膜間を有機薬剤、及び特に極性有機化合物が選択的かつ
高速に移動するようになるとともに、従来技術の液膜の
使用を限定してきた不安定性問題を実質的に克服するこ
とになった。本発明の術語においては、疎水性の、オリ
ゴマー又はポリマー液は、複数の、一般に交互する疎水
性領域と極性領域とを有するものであって、その結果該
液は、有機化合物、特に極性有機化合物に対して高い親
和力を有するとともに、該液は水に対して低い溶解度
（つまり、実質的に水に不溶）と水に対する低い相溶性
を示すものである。
【００１４】本明細書において使用する場合、特にオリ
ゴマー又はポリマー液に関して使用する場合の術語「疎
水性」は、該液が実質的に水に不溶であり、しかも水に
相溶性がないことを意味する。「水に不溶」とは、オリ
ゴマー又はポリマー液が、使用中に接触している水溶液
に殆ど不溶なので、水溶液流に溶解することなく長期間
にわたって微小細孔性支持体の細孔中に保持されている
ことを意味する。本発明の術語においては、長期間とい
う意味は、多くの要因に左右されるが、基本的には経済
性に立脚する変数である。特定の適用例次第であるが、
長期間とは、数時間から数週間の範囲になることがあ
る。上記疎水性液は、水溶液中に好ましくは約５０ppm
未満、より好ましくは約３０ppm 未満そして最も好まし
くは約１０ppm 未満の量で溶解するものである。「水に
相溶性がない」とは、水が疎水性オリゴマー又はポリマ
ー液に対して極めて低い溶解度しか有しないので、使用
中に水が液膜を殆ど浸透していかないということを意味
する。好ましくは疎水性液に対する水の溶解度は、約１
０％未満、より好ましくは約５％未満でなければなら
ず、そして一般には約３％以下でなければならない。特
に好ましいオリゴマー又はポリマー液は、水のみなら
ず、水に極めて溶解性の高い分子種、例えば、無機塩も
当オリゴマー又はポリマー液に極めて低い溶解度を有す
るもの、である。水に不溶でありしかも水に非相溶であ
るというこの組み合わせの特性を示さない液は、本発明
の場合「疎水性」であるとは認められない。
【００１５】本発明のもう一つの点は、本発明に有用な
疎水性の、オリゴマー又はポリマー液が、ポリ（両親媒
性）化合物として特性化することができることである。
ポリ（両親媒性）化合物という術語は、極性領域と疎水
性領域とを交互に有するオリゴマー又はポリマーの一族
をいう。極性と疎水性とのこれらの領域は、オリゴマー
又はポリマーの骨格に沿って交互に現れ、極性基及び疎
水基の両者が高密度に分子に含まれるようになってい
る。このようなポリ（両親媒性）化合物は、例えば、極
性有機モノマー、好ましくは水に僅少の溶解度しか有し
ないモノマーを温和にオリゴマー化又はポリマー化させ
ること、或いは疎水性オリゴマー又はポリマーを極性基
で官能化することによって、調製することができる。こ
のようなポリ（両親媒性）化合物を調製する手順及び技
法は当業に既知であるので特に記載する必要はない。更
にこのようなポリ（両親媒性）化合物は、数多くの業者
から市販されている。
【００１６】一般法則として言えば、好適な疎水性の、
オリゴマー又はポリマーのポリ（両親媒性）化合物は、
以下のような繰り返し基:
【化７】 を含有する。式中、Hy は、オリゴマー又はポリマーが
実質的に水に不溶並びに水に非相溶になるに十分な疎水
基であり、Ｘは、極性有機目的化合物に対する選択的な
親和力に寄与する極性基である。繰り返し数, n はオリ
ゴマー又はポリマー内の繰り返し基（例えば、モノマー
基）の平均数を示す数である。典型的には, n は少なく
とも３であり、通常は５と１０００との間のどこかにあ
る数であり、１０と２００との間が最も多い。本発明の
重要な点は、このようなポリ（両親媒性）化合物の水に
対する溶解度が、このような化合物の分子量が増加する
につれて、つまり、n の値が増加するにつれて減少する
ということであり、またこれは、化合物の官能性を、化
合物の疎水性及び極性の相対値を含めて変えることな
く、達成されるということである。
【００１７】好適な疎水基としては、線形又は枝分かれ
アルキレン基、好ましくは３〜７個の炭素原子を有する
もの、及びフェニレニル基が挙げられ、このフェニレニ
ル基は他の実質的にヒドロカルビル基で全て置換されて
いるものでよい。例えば、式
【化８】 （式中、Ｒは炭素原子１〜４個のアルキル基）のアルキ
レン分子基、メチル（プロピレン）又はエチル（ブチレ
ン）が有用であることが証明されている。他のＲ置換基
としては、例えば、炭素原子４〜８のシクロアルキル及
びフェニルのようなアリール基、エンジルのようなアル
キルアリール及びトリールのようなアリールアルキル基
が挙げられる。好適な極性基（Ｘ）としては、エーテル
結合（−Ｏ−）、エステル結合（−ＯＣＯ−）、カルボ
ニル基（−ＣＯ−）、ウレタン結合（−ＮＲ−ＣＯＯ
−）、尿素結合（−ＮＲ−ＣＯ−）、アミノ基（−ＮＲ
−）、ニトロ基（−ＮＯ2 ）、スルフォン基（−ＳＯ2
−）、スルフォキシド基（−ＳＯ−）、フォスフィンオ
キシド基（＞ＰＯ−) などを含有する基などが挙げられ
る。なお、Ｒは水素か上記に定義のものである。多く
の、異なる形式の、疎水領域と極性領域とを交互して含
有するオリゴマー及びポリマーも考えられる。例えば、
上記液体オリゴマー又はポリマーは、アミノ基とカルボ
ニル基とを共に有し、疎水基を交互に有するポリアミン
でよい。繰り返すモノマー基から成るオリゴマー及びポ
リマーに加えて、ポリマーの官能基部分、つまり、Ｘも
全ポリマーを水に不溶にするための疎水基に付加するこ
とができる。支配する条件は、疎水性の、オリゴマー及
びポリマーのポリ（両親媒性）化合物が、操作条件下に
上記のように実質的に水に不溶で、水に非相溶である液
体でなければならないということである。
【００１８】この定義に当てはまる、水に不溶、水に非
相溶で、本発明の固定化液膜を調製するのに使用するこ
とができる既知のオリゴマー及びポリマーはたくさんあ
る。疎水性の、オリゴマー及びポリマー液は天然品にし
ろ合成品にしろ蓋然的には使用できる。好適なオリゴマ
ー及びポリマー液の代表は、酸化ポリアルキレン、特に
ポリプロピレングリコール、ポリブチレングリコール、
ポリテトラメチレングリコール、ポリペンタメチレング
リコール、ポリヘキサメチレングリコール及びポリヘプ
タメチレングリコール、ポリエステル、ポリユリア、ポ
リウレタン、シリコン油（ポリジメチルシロキサンな
ど) などである。オリゴマー又はポリマーであることか
ら、これらの液体は、極めて低い蒸気圧を有しているの
で、事実上、通常の条件では非揮発性である。従って、
このような液体は取扱に安全であり、疎水性微小細孔支
持体からの蒸発損失は極めて少ない。
【００１９】オリゴマー及びポリマー液はまた、かなり
粘稠であるので、比較的大きな静圧差下における多孔性
マトリックスからの物理的逸出（例えば、漏出又は浸
出）に対しては、従来技術の有機溶媒に較べて、より安
定性がある。オリゴマー及びポリマー液の粘度が極めて
大きく、単味のオリゴマー又はポリマー液を微小細孔支
持体の多孔マトリックスへ上手く担持させるのに障害に
なる場合は、担体溶媒を、米国特許第 4,973,434号明細
書に記載のように、必要に応じて用い、該液の低粘度の
溶液を作り、より粘稠のオリゴマー又はポリマー液を微
小細孔支持体の多孔マトリックスへ容易に担持させるこ
とができる。担体溶媒は、膜の細孔に実質的に純粋な液
体オリゴマー又はポリマーを残すために、その後、例え
ば、蒸発によって除かれることになろう。
【００２０】ポリマー技術に熟達した者にはよく分かっ
ているように、このようなオリゴマー及びポリマー液の
粘度及び、ある程度は、水への溶解度並びに水への相溶
性は分子量によって強く影響されるのであるが、分子量
は、多くの場合必要に応じて変えることが可能であり、
膜の安定性や性能の向上に資するために液体オリゴマー
又はポリマーに望まれるこれらの性質を得ることができ
る。上記のように、このようなオリゴマー及びポリマー
液においては、分子量を増大させて、液の官能性に影響
を与えることなく、水への溶解度を下げることができ
る。液体ポリブチレングリコールの場合は、約１０００
以上の分子量が満足的であることが証明されているが、
ポリプロピレングリコールに対しては、約２０００以上
の分子量が満足的となるはずである。
【００２１】特定の適用に当たっては、例えば、水溶液
から選択的に取り除こうとしている目的化合物（複数を
含む）に対する選択的親和力を最大にするように、そし
て目的化合物（複数を含む）が液膜を通過する移動速度
を最大にするようにオリゴマー又はポリマー液が選択さ
れ、或いは合成されるであろう。固定化液膜を形成する
のにオリゴマー又はポリマー液を用いる重要な利点は、
ポリマーの骨格に沿って多くの官能基を導入し、修飾し
て、オリゴマー又はポリマーの選択的親和力、及び液膜
を通過して移動させる目的の成分（典型的には極性有機
化合物) に対する移動速度を向上させることができると
いうことである。オリゴマー又はポリマー液をこのよう
に修飾すると、液膜を通過する移動速度と並んで目的成
分に対する選択性をも共に改善することができる。
【００２２】実際のところ、本発明の液膜は、回収に使
われ得るばかりではなく、物理的性質、例えば、疎水
性、水素結合能力、pKによって示されるような水溶液に
おける解離度などの差に基づいて、水溶液中の他の有機
化合物から一種又はそれ以上の有機化合物を分離するの
にも使われ得るのである。
【００２３】さて、発見されたところによると、既知の
オクタノール／水系と本発明のＳＬＭ／水の分配係数と
の間に相関関係が存在する。 化合物 K オクタノール／水 K PPG −４０００／水 アクリル酸 １．３５ ５ フェノール ２８．８ １５０ Ｐ−ニトロフェノール ７７ ３００ トルエン ５３７ １０００ この相関関係は、本発明の、支持された液膜の適用性を
決定する基礎を与える。例えば、EPA(アメリカ環境保護
局) のマニュアル(March 1990 Manual EPA/600/8-90/00
3)に記載の「表 1A. 主な化学品に対する水への溶解
度、蒸気圧、ヘンリー定数 Koc, 及びKow 」を参照され
たい。
【００２４】発見されたところによると、式
【化９】Ｈ〔Ｏ−Ｒ1 〕n ＯＨ （式中、Ｒ1 は炭素原子３〜７個の線形アルキレンであ
るか、又は式
【化１０】 （式中、Ｒは上記に定義のもので、（Ｒはこの場合水素
ではあり得ない））の置換アルキレン基であり、そして
n は５〜１０００である）を有するポリアルキレングリ
コール（ポリアルキレンオキサイド）、そして特にポリ
プロピレンとポリブチレングリコールが、極性化合物及
びフェノール並びに関連化合物、例えば、フェノール、
ニトロフェノール、ニトロアニリンなどに対して特に強
い親和力を有し、水溶液からこのような化合物を除去す
るのに特に有用である。これらの化合物に対する分配係
数、つまり、ポリアルキレングリコール相における該化
合物の濃度の、平衡条件下に接触している水溶液相にお
ける該化合物の濃度に対する商又は比は、約１５０から
５００以上の範囲になる。これらの高分配係数は、有機
化合物とポリ（両親媒性）オリゴマー及びポリマー液と
の間の生起した水素結合及び疎水相互反応の結果である
と考えられる。
【００２５】もう一つ別の態様においては、疎水性液と
高い相溶性があり、目的化合物に対する強い親和力を示
す低分子量物質を包含する担体剤を、上記のオリゴマー
及びポリマー液と混ぜ合わせて、目的成分に対する選択
性及び／又はその液膜通過速度を向上させることができ
る。例えば、水溶液から極性化合物である酢酸を除去す
る場合では目的化合物酢酸の透過性を改良するためにト
リオクチルホスフィンオキシドを該疎水性液へ添加する
ことができる。特定の適用に用いることが可能な、他の
低分子量担体剤は、当業者には明らかとなろう。このよ
うな場合、液体オリゴマー及びポリマーの化学修飾を行
うと、固定化液膜から担体剤の損失が起こる速度を遅く
させるため担体剤（複数を含む) に対するポリマー液に
親和力を向上させるのに役立たせることもできる。担体
剤のオリゴマー又はポリマー液に対する添加比率は、疎
水性支持体の細孔に固定化される液体の粘度及び揮発特
性が悪影響を受けないことと、液膜からの蒸発又はその
他の分離現象による担体の損失が起こらないようにする
ように定める。
【００２６】本発明に使用するのに好適な微小細孔支持
体及びその調製方法は、当業に周知であり、詳細には述
べる必要はない。この点に関しては、米国特許第 3,42
6,754号、第 3,801,404号、第 3,802,444号、第 3,839,
516号、第 3,843,761号、第3,843,762 号、第 3,920,78
5号、第 4,055,696号、第 4,255,376号、第 4,257,997
号、第 4,359,510号、第 4,405,688号及び第 4,438,185
号各明細書を参照されたい。なおこれらの明細書に開示
の内容を本明細書に参考文献として引用する。広く言え
ば、開放したセルが、互いに入り組んだ構造を有する疎
水性微小細孔物質は、つまり水で自動的に濡れない物質
は、どんなも物質でも本発明に使用することができる。
該膜は、目的化合物（複数を含む) を効率的に移動する
ことが出来る限りは最小の細孔径を有し、そして適当な
機械的一体性を有する限りは最大の空隙率及び最小の厚
さを有すべきである。該膜支持体も、水溶液の原料又は
廃棄溶液、強酸又は強塩基の可能性のあるストリッピン
グ用水溶液、オリゴマー又はポリマー液膜に対して、並
びに特定の適用下において遭遇する可能性のある他の条
件に対して化学的に安定な物質で構成される必要があ
る。このような物質を挙げてみると、ポリオレフィン、
ポリスルフォン、ポリテトラフルオロ−エチレン、ポリ
スチレン、ポリカーボネートなどである。
【００２７】これらの記載条件を満足する微小細孔膜
は、幾つかの発売元から商業的に入手可能であり、当業
者には周知である。このような物質においては、各微小
細孔は、曲がりくねった通路で相互につながっており、
曲がった通路は膜表面又は表面領域の一から他へと伸び
ている。市販の微小細孔物質の細孔は、有効径約０．０
２〜２ミクロンの範囲に入るのが大部分である。もっと
も各細孔の径は上記の平均細孔径とは相当に異なること
が多い。下は０．０１ミクロンから上は１０ミクロンの
細孔も珍しくはなく、特定の細孔径も厳密には臨界的で
はない。平均細孔径約０．１μを有する微小細孔物質を
用いると、分子量約４０００のプロピレングリコールを
用いて安定な液膜が得られる。
【００２８】上記のように、空隙率は、支持体全体に開
かれた網目状の通路（開放細孔構造）を構成するように
十分に大きくなければならない。典型的には、市販の微
小細孔膜支持体は約３０〜８０％の空隙率を有するが、
セルガード(CelgardTM) 膜のような等方性膜に対する、
より通常な空隙率は約４０〜５０％の範囲である。空隙
率は、基板物質の容積分率でなく、空隙となっている膜
の容積分率（％で表示）として定義される。空隙率は、
別のやり方では、物質の嵩密度を参照して決めることも
できる。好適な微小細孔物質は、セル構造を有しない同
じポリマー物質の嵩密度よりも低い嵩密度を有するであ
ろう。嵩密度とは、その単位全容量当たりの物質の重量
を言うのであるが、全容量とは、置換された流体の容積
であり、水銀のような流体は表面張力を示すので、該流
体が物質の微小細孔へ流れ込むのは防止される。1949年
刊行のカーク・オスマー著の化学技術百科辞典第４巻の
８９２頁(Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Tech
nology, Vol. 4, page 892(1946)) の水銀法密度計を参
照のこと。
【００２９】微小細孔質の膜支持体の細孔は、オリゴマ
ー又はポリマー液を毛細管作用によって保持するような
大きさにする必要がある。細孔径と空隙率とを適当に組
み合わせると、オリゴマー又はポリマー液を多孔性マト
リックス内に担持させることが容易に行えるが、毛細管
力は、液膜を使用している時に支持体からオリゴマー又
はポリマー液が逸出するのを抑える程度に十分強い状態
とする。
【００３０】支持体の空隙率は、その断面積に対して均
一な場合が多いが、別の態様においては、疎水性の微小
細孔質の膜支持体が非対照性空隙率を有するものでも差
し支えない。例えば、支持体の表面領域が、主マトリッ
クス領域より小さな細孔及び／又はより低い空隙率を有
し、主領域の大きな空隙率のおかげで目的成分の移動が
容易になることも差し支えない。このような構成を用い
ると、均一な空隙率の膜支持体に対比して、より高い移
動速度が得られる可能性がある。このような構成を満足
させる非対照ポリスルフォンの一つは、米国特許第 5,0
30,672号明細書に開示されているので、この明細書の開
示内容を参考文献として引用するものとする。
【００３１】薄い膜を用いると、複合液膜を通過する目
的成分の移動速度が高くなろう。しかし、膜の安定性及
び支持体の強度を考えると、このアプローチを性能向上
に用いることができる程度が限定される。典型的には、
商用の膜支持体（壁）厚さは１０〜２００ミクロンの範
囲である。
【００３２】本発明の微小細孔支持体として有用な疎水
性微小細孔フィルムの好ましい一つは、ノースカロライ
ナ州サウスポイントのヘキストセラニーズ社(Hoechst C
elanese Corporation)のヘキストセラニーズ分離製品事
業部(Hoechst Celanese Separations Products Divisio
n)から市販されているセルガードTMポリプロピレン材で
ある。このような微小細孔材料は、シート状もしくは微
小細孔質中空ファイバーとして入手可能である。他の有
用な材料としては、パーフルオロカーボンポリマー、特
にデラウエアー州ニューアークのゴア社(W.L.Gore & A
ssociates, Inc.)の商標ゴアテックス(GoretexTM) とし
て示される形式のものと、アキュレル(AccurelTM) とい
う 商標の下にアクゾー社(Akzo N.V.) から市販のポリ
プロピレン中空ファイバーである。
【００３３】ポリプロピレンマイクロフィルター膜（セ
ルガードTM２４００）を分子量約４０００のポリプロピ
レンで含浸することによって調製された固定化液膜は、
２０％ＮａＣｌ含有の水溶液に一面を、そして純水もし
くは低伝導度水溶液に他面を曝した時に一週間を超える
間その一体性を保った。この液膜は、ほとんど塩を通過
させず、水の移動（拡散）もほとんど示されなかった。
【００３４】本発明の固定化液膜は、微小細孔支持体と
水に不溶のオリゴマー又はポリマー液とを接触させるこ
とによって容易に調製できることが多い。これらは相互
に疎水性であるが故に、液体は該支持体を容易に湿潤
し、多孔質マトリックス内に吸収される。例えば、中空
ファイバー微小細孔支持体の場合は、固定化液膜は、フ
ァイバーの束にオリゴマー又はポリマー液を満たし、そ
の後で適当な接触時間約１０分後に水又は他の非相溶性
液でゆすぎ、過剰のオリゴマー又はポリマーを除くこと
によって単純に調製することができる。別法としては、
前記膜をオリゴマー又はポリマーの溶液と、例えば、ポ
ンプ輸送を可能とするためにエタノール中にオリゴマー
又はポリマー（例えば、PPG ）５０重量％とした溶液と
接触させることもできる。溶媒（アルコール）は次いで
空気ストリップ又は真空乾燥で除かれる。
【００３５】同様に、劣化した膜の再生は、膜支持体を
揮発性溶媒、例えば、ポリプロピレングリコール液膜の
場合アルコールで洗浄し、残余のオリゴマー又はポリマ
ー液を除き、その後で更に追加の液と接触させて支持体
に吸収させることによって容易に達成される。本発明の
複合液膜の調製及び再生が一般に簡単であるということ
は、容易にその場で再生することができない膜を使うこ
とに比較して、特定の適用にての必要要件とされる膜安
定性を、ある程度は気にしなくて済むようにする。
【００３６】本発明の固定化液膜は、低濃度の低分子量
有機化合物、特に極性有機化合物、例えば、アルコー
ル、フェノールや置換フェノールを含むフェノール化合
物、カルボン酸を含む有機酸、芳香族アミンを含む有機
アミン、ケトン、アルデヒド、エステル、有機ニトリル
などを、液膜を通過することができない無機塩を高濃度
に含有する水溶液から選択的に除去するのに特に有用で
ある。そのような流れは、有機合成のために酸−塩基化
学がふんだんに使用されているので、産業に共通の廃棄
物問題を投げかける。塩が存在すると処理法の選択が複
雑化し、従って廃棄コストが増大する。本発明は、これ
らに直接的な解決を与えるものである。本発明の固定化
複合オリゴマー又はポリマー液膜は、水及び特に水に易
溶の物質、例えば、無機塩及びイオン性有機分子種に対
して効果的に不浸透性である理由で選択される。そのよ
うな液膜の液は、低分子量の非イオン性有機化合物、特
に極性有機化合物を容易に移動させることができる。更
に、上記のように、本発明を用いれば、多くの有機分子
種の物性に基づいて、水性媒体中の他の有機化合物から
極性有機化合物を選択的に分離する方法が得られる。
【００３７】イオン化した有機溶質、そして特にイオン
化し得る極性化合物の場合、フェノール化合物を含め
て、水溶液の pH はどんな特定条件においても分配係数
に相当な影響を与える。最良の結果は、最初に水溶液の
pH を、必要に応じて、目的とする溶質化合物の pKaよ
り pH 約１単位以上だけ下の pH に調整した後で分離を
行うことによって得られる。溶質の pKaとは、溶質化合
物が水溶液に５０％イオン化した時の pH である。この
意図は、原料水溶液中に溶質化合物が主として非イオン
形にて存在する pH 条件を確立することにある。実際、
水溶液の pH を各有機分子種の pKa値の間になるように
調整することによって、イオン化可能の有機化合物に一
つを他の化合物から分離する高い選択性を得ることが可
能である。この技法は、以下の実施例２７にて説明され
る。
【００３８】使用に際しては、本発明の固定化オリゴマ
ー又はポリマー液膜を、二種の液、例えば、二種の水溶
液の間に位置させることができる。溶液の一、例えば、
目的有機化合物又は抽出すべき化合物を含有する廃棄水
溶液流が該液膜の一面に接触し、ストリッピング水溶液
が他の面に接して、目的化合物が液膜を拡散した後でそ
れを受容する。ストリッピング溶液は、受動モード、つ
まり液膜からの目的化合物の移動の駆動力が単純に希釈
であるモードでも、又は能動モード、つまり目的化合物
が液膜からストリッピング液へ通過する際に化学的に変
化するモードのいずれでも操作することができる。目的
化合物の化学変化は、 pH 制御からのような、イオン化
状態の変化、又は触媒或いは生物学的に引き起こされた
変化程度に単純であって差し支えない。例えば、フェノ
ール化合物は、ストリッピング水溶液中のアルカリ物質
を用いる pH 制御によってそのフェネート塩へと転化す
ることができる。
【００３９】別のアプローチにおいては、液膜のストリ
ッピング側を、真空下に置いたり、又はガス、好ましく
は不活性の、例えば、空気や窒素で吹いて、目的化合物
を蒸発によって除去することができる。この技法は、本
発明に使用されるオリゴマー又はポリマー液の揮発性が
極めて低いという事実から可能となるのである。明らか
にこのアプローチは、当業では蒸散と呼ばれているもの
であるが、目的化合物が十分な揮発性を示す事例におい
てのみ有用である。
【００４０】有用な態様の一つにおいて、目的化合物
（複数を含む）を含有する水溶液が、ハウジング内に支
持された微小細孔壁を有する長い中空ファイバーの束を
通って循環され、該ファイバー壁には水に不溶で水に非
相溶のオリゴマー又はポリマー液が吸収されており、そ
してストリッピング溶液がファイバーの外側に循環され
ている。別の態様においては、当業ではプレート・フレ
ーム構造と呼ばれているものであるが、少なくとも一枚
の固定化液膜が、フィルムの形で、液体が漏れないハウ
ジング内に納められ、該ハウジングの内部を少なくとも
二つの室、原料水溶液室とストリッピング液室へと分割
する。固定化液膜によって二つの室の間の連絡が達成さ
れる。上記二つの構成において、ハウジングには入口及
び出口又は分岐管が備えられ、原料水溶液及びストリッ
ピング溶液をそれぞれ導入したり、排出したり出来るよ
うにしている。
【００４１】以下の実施例は、本発明を特定的に説明す
るために示されるものであり、本発明を限定する目的の
ものではない。本発明の範囲を定めるには、前記の特許
請求の範囲を参照されたい。これらの実施例では、多く
の目的化合物の移動初期速度は１．０ｍｇ／ｈｒ−ｃｍ
2 以上が一般であり、２．０ｍｇ／ｈｒ−ｃｍ2 以上が
多い。これらの高移動速度と、終始一貫して１２時間を
超え、一般に２４時間を超え、そして多くは48時間を超
える該複合膜の安定性を組み合わせることにより、選択
的物質移動に対する特に効果的なシステムが得られる。
【００４２】
【実施例１】平板シート状の微細孔ポリプロピレン膜
（セルガード２４００, 空隙率３８％、平均細孔径０．
０５ミクロン、厚さ２５ミクロン）をダウケミカル社(D
ow Chemical Company)から入手のポリプロピレングリコ
ール(PPG) 分子量４０００で湿潤した。やり方として
は、膜にPPG を数滴たらして塗り広げた。膜はPPG が接
触すると極めて容易にPPG を吸収し、PPG で完全に飽和
されると透明になった。半透明から透明フィルムへのこ
の変化は、液膜の状態を可視的に決定するのに便利に用
いることができる。過剰のPPG を拭い去り、固定化PPG
付きの膜の使用準備が整った。この膜は、PPG が実際上
非揮発性であるので、空気中で室温にて数カ月も取り扱
ったり、貯蔵したりすることができる。同じ湿潤手順
を、中空ファイバー膜に使用することができる。モジュ
ール形においては、ファイバーの束の中にPPG を緩やか
にポンプで送ることによって、湿潤することができる。
ファイバーに残された過剰のPPG は、その後ファイバー
の管内側に空気を吹いたり、又は水を流したりすること
によって除去することができる。
【００４３】
【実施例２】実施例 1に従って調製した平板シート状固
定化液膜を、二つのセル室の間に挟んだ。膜の表面積は
８ｃｍ2 であった。一つのセル室は、濃度４０００ｍｇ
／ｌのパラ -ニトロフェノール(PNP) と20重量% KClを
含有した。他の室は、ストリップ用水溶液として０．１
Ｎ ＮａＯＨを含有した。両液はポンプで循環した。膜
の左右の側の液の全容量は、１００ｍｌであった。この
系の温度は室温であった。両室のPNP 濃度は、分光光度
法を用いて定期的に測定を行った。PNP が膜を通過して
移動する初期速度は、膜面積平方センチ当たり約５ミリ
グラム／時であった。一晩操作を行うと、系はPNP 分布
に関して平衡に達した。廃棄側のPNP 濃度は約３ｍｇ／
ｌに落ちたが、苛性液側は約３８００ｍｇ／ｌで、濃度
差は、１０００倍もあった。苛性ストリップ溶液の塩素
含有率は、PPG 液膜の通過するKCl のいい指標である
が、僅か０．０４９ｇ／ｌであることが見出された。一
方これに比較して廃棄側は１００ｇ／ｌを超える濃度で
あった。これは、PNP/KCl 分配係数にして少なくとも２
０００に対応する。分配係数とは、PNP 濃度/KCl濃度の
ストリッピング側比のPNP 濃度/KCl濃度の廃棄側の比に
対する商又は割合として定義される。
【００４４】
【実施例２ａ】実施例２の方法を繰り返したが、０．１
Ｎ ＮａＯＨの代わりにストリップ溶液としてPEG-200
を用いた。PEG ポリマーは、PPG ポリマーと同じ官能性
を有するか、水により易溶である。PNP が膜を通過して
移動する初期速度は、実施例２で見出された速度よりも
高かった。廃溶液中のPNP 濃度は、４７００ ppmから１
２ ppmへ約 8時間運転後に下がり、２日後には０．６ p
pmへ下がった。
【００４５】
【実施例２ｂ】実施例２の方法を繰り返したが、ストリ
ップ溶液は水に溶かした５０重量% のPEG −２００であ
った。PNP が膜を通過して移動する初期速度は、実施例
２で見出された速度と概略同じであった。廃溶液中のPN
P 濃度は、４４４９ ppmから１９２ppm へ約９時間運転
後に下がった。
【００４６】
【実施例２ｃ】実施例２の方法を繰り返したが、セルガ
ード支持体は、以下の構造:
【化１１】 すなわち、カーバメート官能性を有する液膜で湿潤し
た。PNP が膜を通過して移動する初期速度はPPG ４００
０を用いたものの二倍も速かった。廃溶液中のPNP濃度
は、４３００ ppmから２５ppm へ５．５時間運転後に下
がり、一晩では５ ppmへ下がった。
【００４７】
【実施例２ｄ】実施例２の方法を繰り返したが、廃溶液
は、約１８００ppm のカプロン酸を含むものであった。
カプロン酸が膜を通過して移動する初期速度は、PPF −
４０００を用いた場合と概略同じであった。廃溶液中の
カプロン酸濃度は、１８００ ppmから１３ppm へ２３時
間運転後に下がった。
【００４８】
【実施例２ｅ】実施例２の方法を繰り返したが、しか
し、セルガード支持体は、カスター油、つまり脂肪酸の
トリグリセリドで湿潤した。PNP が膜を通過して移動す
る初期速度は、PPG −４０００を用いた場合の１／４で
あった。廃溶液中のPNP 濃度は、４２７２ ppmから４ p
pmへ９６時間運転後に下がった。
【００４９】
【実施例２ｆ】実施例２の方法を繰り返したが、セルガ
ード支持体は、以下構造:
【化１２】 （式中、n は１．５である) を有するイゲパル(Igepal
TM) で湿潤した。PNP が膜を通過して移動する初期速度
は、PPG −４０００で得られたものと同等であった。廃
溶液中のPNP 濃度は、４３９７ ppmから１０ppm へ２４
時間運転後に下がった。
【００５０】
【実施例３】実施例２の方法を繰り返したが、セルガー
ド２５００を膜支持体として用いた。この膜支持体は、
セルガード２４００と同じ厚さであるが、少し大きい細
孔（平均細孔径０．０７５ミクロン）を有し、しかも高
空隙率（４５％）を有する。PNP 移動の初期速度は、膜
面積平方センチ当たり約８ミリグラム／時であり、この
膜支持体の、より開放された構造によって、移動速度が
向上したことが示された。一晩経つと、原料側とストリ
ッピング側とのPNP 濃度は、それぞれ５ｍｇ／ｌと４４
３０ｍｇ／ｌとなった。
【００５１】
【実施例４】実施例２の方法を再び繰り返したが、セル
ガード２４０２を膜支持体として用いた。この膜支持体
は、セルガード２４００と細孔径と空隙率では同じであ
るが、二倍ほど厚い（５０ミクロン) ものであった。PN
P 移動の初期速度は、膜面積平方センチ当たり約２ミリ
グラム／時であった。一晩経つと、原料側のPNP 濃度
は、１０ｍｇ／ｌに落ち、ストリッピング側のそれは、
４９００ｍｇ／ｌへ上がった。
【００５２】
【実施例５】セルガードＸ２０ ４００中空ファイバー
（空隙率４０％, 細孔径０．０６５ミクロン, 内径４０
０ミクロン, 外径４６０ミクロン) を、１８センチ長さ
のファイバー５４本を含むモジュールに組み立てた。全
膜面積は、１２０ｃｍ2 であった。PPG MW４０００を該
ファイバー束へポンプで送り、これを湿潤させた。次
に、水をポンプで送り、過剰のPPG を除去した。次にフ
ァイバー壁にPPG を固定化したモジュールを用いて、PN
P 約４０００〜５０００ｍｇ／ｌ及びKCl ２０重量％を
含有する水溶液からPNP を除去した。ストリッピング用
水溶液は０．１ＮＮａＯＨであった。実験装置構成は、
実施例２で使用のものと類似であった。中空ファイバー
膜を通過するPNP 移動の初期速度は、膜面積平方センチ
当たり約４ミリグラム/ 時であった。３時間の運転後、
ストリッピング側のPNP 濃度は、４４００ｍｇ／ｌへ上
がり、原料側のそれは、４５ｍｇ／ｌに落ちた。
【００５３】
【実施例６】実施例５の方法と類似の方法を用いるが、
ポリスルフォン中空ファイバー（ペルミア(Permea),
セントルイス) を膜支持体として用いて、廃水溶液から
PNPの選択的抽出を検討した。超濾過ポリスルフォン中
空ファイバー（長さ１８センチ、MWカットオフ１６０，
０００、外径１１５０ミクロン、内径８７０ミクロン)
を、１７．６センチ長さのファイバー10本を含むモジュ
ールに組み立てた。有効膜面積は、約４８ｃｍ2 であっ
た。移動の初期速度は、膜面積平方センチ当たり約１ミ
リグラム／時であった。
【００５４】
【実施例７】実施例２の方法を繰り返したが、 pH ５．
８を有し、フェノール（≒５０００ｍｇ／ｌ）と２０％
KCl を含有する原料（廃）水溶液を用いた。フェノール
移動の初期速度は、膜面積平方センチ当たり１０ミリグ
ラム／時以上であった。一晩経つと、原料側のPNP 濃度
は、５ｍｇ／ｌに落ち、ストリッピング溶液側のそれ
は、約５０５０ｍｇ／ｌヘ上がった。塩化物は、ストリ
ッピング溶液にはほとんど検出されなかった。
【００５５】
【実施例８】実施例２の方法を再び繰り返したが、≒５
００ｍｇ／ｌのｐ−ニトロアニリン(PNA) と２０％KCl
を含有する、pH９の原料溶液を用いた。また、ストリッ
ピング用水溶液は、 pH ０．５４の０．１ Ｎ硝酸であ
った。移動の初期速度は、膜面積平方センチ当たり１．
５ミリグラム/ 時であった。一晩経つと、原料側のPNA
濃度は、７０ｍｇ／ｌに落ち、ストリッピング溶液側の
それは、４５０ｍｇ／ｌへ上がった。塩化物は、ストリ
ッピング溶液にはほとんど検出されなかった。
【００５６】
【実施例９】実施例２の方法を繰り返したが、原料水溶
液は、蟻酸、酢酸、又はプロピオン酸を５重量％の濃度
で２０重量％KCl 含有の溶液に含有するものであった。
ストリッピング用水溶液は０．１Ｎ ＮａＯＨであり、
この工程は室温で運転された。得られた結果は、表１に
示される。再度この場合も、一晩の実験後にも塩化物
は、ストリッピング溶液にはほとんど検出されなかっ
た。
【表１】 表 1 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 化合物 初期速度 ( ミリグラム/ 時 - 平方センチ) ─────────────────────────────── 蟻酸(C1) 1.0 酢酸(C2) 1.6 プロピオン酸(C3) 5.4 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
【００５７】
【実施例１０】実施例２の方法を繰り返したが、原料水
溶液は、硫酸アンモニウム約６重量％及び低MWの有機化
合物( ニトリル, イミド，及び有機酸) など全部で１重
量％を含有するものであった。一晩で有機物の約４０％
が膜を通じて移動したが、硫酸アンモニウムは、ストリ
ッピング溶液にはほとんど検出されなかった。
【００５８】
【実施例１１】実施例２の方法を繰り返したが、液膜と
していろいろなシリコーン油を使用した。原料水溶液は
４０００ｍｇ／ｌのPNP と２０重量％ KClを含有した。
ストリッピング用水溶液は０．１Ｎ ＮａＯＨであり、
この工程は室温で運転された。得られた結果は、表２に
示される。一晩の実験後にも塩化物は、ストリッピング
溶液にはほとんど検出されなかった。
【表２】 表 2 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 液 膜 初期速度 ( ミリグラム/ 時 - 平方センチ) ─────────────────────────────── シリコン油 分子量 975 0.17 分子量 5000 0.17 分子量 12500 0.13 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
【００５９】
【実施例１２】実施例１に従って調製した平板シート状
固定化液膜を二つのセル室の間に挟んだ。膜の表面積は
8ｃｍ2 であった。一つのセル室は、いろいろな一塩基
性カルボン酸を含有した。他の室は、ストリップ用水溶
液として０．１Ｎ ＮａＯＨを含有した。両液はポンプ
で循環した。膜の左右の側の液の全容量は、３０ｍｌで
あった。この系の温度は室温であった。これらの酸の膜
移動の相対速度及び対応する分配係数は、表３に示され
る。表３で注目されることは、酸の分子量が大きくなれ
ばなるほど、またより疎水性となり、よりポリマー側に
溶解性になるのであるが、その移動速度も速くなった。
これは、分配係数の大きさによって示されるようにPPG
液膜における分配能力が高いからであることが明白であ
る。
【表３】 表 3 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 化合物 透過率 分配係数 (センチ/ 秒) ( Kp )* ─────────────────────────────── 蟻酸 ( C1 ) 0.055×10-4 0.45 酢酸 ( C2 ) 0.10 ×10-4 0.65 プロピオン酸( C3 ) 0.33 ×10-4 …… 酪酸( C4 ) 0.42 ×10-4 7.2 吉草酸( C5) 1.6 ×10-4 24.6 カプロン酸( C6) 4.0 ×10-4 83 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ * Kp = PPG中における酸濃度÷水中における酸濃度
（平衡時) 透過率は実施例１９にて定義。
【００６０】
【実施例１３】実施例１２に記載の方法に類似の方法を
用いて、カルボン酸が液膜を通過して移動する速度に対
する原料（廃液) 流の pH の影響を検討した。結論とし
ては、PPG の液膜は、一塩基性カルボン酸を移動させる
に際し、その非イオン状態のものは効果的に移動させる
が、そのイオン形のものは排除する。pKa ３．７５を有
する蟻酸については表４に示される。
【表４】 表４ 膜 : セルガード中の PPG 4000 原料 : 4.4重量％ギ酸, 20重量％KCl 水溶液 ストリップ液: 0.1 N NaOH 溶液 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 溶液の pH 速度, ミリグラム/ 時 - 平方センチ ─────────────────────────────── 5.0 0.026 1.6 1.0 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
【００６１】
【実施例１４】実施例１２の方法を繰り返したが、ただ
し、原料は、Ｃ2 〜Ｃ6 の一塩基性カルボン酸混合物を
含有し、全有機カーボン(TOC) 含有量２０００ ppmを有
する、実際の廃液流であった。約７時間後、廃液流にお
けるTOC レベルは約５０％へ減少した。一日後、約５０
０ ppmのTOC が原料中に残ったが、これは約８０％除去
に相当する。
【００６２】
【実施例１５】実施例１２の方法を繰り返したが、セル
ガード２５００を膜支持体として用いたものである。こ
の膜支持体は、セルガード２４００と同じ厚さである
が、より大きい細孔（０．０７５ミクロン) 及び高空隙
率（４５％）を有する。約４時間の運転後TOC の約６０
％が除去され、そして約９時間後は約８０％が除去され
た。
【００６３】
【実施例１６】実施例１５と同じであるが、工程は６５
℃で運転され、約６時間の運転後、TOC の９２％が除去
された。
【００６４】
【実施例１７】セルガードＸ２０ ４００中空ファイバ
ー( 空隙率４０％, 細孔径０．０６５ミクロン, 内径４
００ミクロン, 外径４６０ミクロン) を、１８センチ長
さのファイバー１２０本を含むモジュールに組み立て
た。全膜面積は、２６０ｃｍ2 であった。PPG MW ４０
００を該ファイバー束へポンプで送り、これを湿潤させ
た。次に、水をポンプで送り、過剰のPPG を除去した。
実施例１２に類似の方法を用い、ファイバー壁にPPG を
固定化した、このモジュールを用いて、次に実施例１４
に記載の廃溶液からTOC を除去した。原料容積は、２０
０ｍｌであった。ストリッピング用水溶液は、容積３５
ｍｌの１０％炭酸ナトリウム／硼酸ナトリウム（ pH 約
１０) であった。温度は、６０℃であった。６時間後、
廃液中のTOCは、７５ ppmへ落ち、全TOC 除去は約９６
％であった。また、原料対ストリップ溶液の差のため
に、有機物の約５倍の濃縮が達成された。
【００６５】
【実施例１８】実施例１７と同じであったが、室温で行
うとともに原料容積は５００ｍｌを用いた。２日の運転
後、原料液中のTOC は、６７ ppmであった。ストリップ
溶液中に蓄積したTOC を基準とすると１３倍の濃縮が達
成された。
【００６６】
【実施例１９】廃水溶液からTOC を除去するため実施例
１２及び１７の工程においていろいろな膜支持体を代替
する効果を研究したが、その結果を以下の表５に示す。
透過率は、原料流中のTOC レベルを時間の関数として追
跡し、結果を点轍することによって測定した。Ln（原料
TOC ）対時間を点轍すると、直線が得られ、その勾配
は、透過率と膜面積の積を原料容積で割ったものに等し
い。すなわち、透過率は、次の式 : Ln（原料TOC ）＝ (透過率×膜面積／原料容積 )×時間 から決定することができる。表５で注目されることは、
透過率は液膜支持体の厚さと空隙率に極めて依存すると
いうことである。
【表５】
【００６７】
【実施例２０】実施例２の方法を繰り返したが、ただ
し、セルガード２４００膜を、ダウケミカル社(Dow Che
mical Company)から得たポリブチレングリコール(PBG)
MW２０００で含浸した。PNP が膜を通過して移動する初
期速度は、膜平方センチ当たり約３．３ミリグラム／時
であった。一晩の運転後、苛性側のPNP の廃液（原料)
側に対する比は、約１３００であった。
【００６８】
【実施例２１】実施例２０の方法を繰り返したが、ただ
し、MWが約５０００のポリブチレングリコールを代わり
に用いた。PNP が膜を通過して移動する初期速度は、膜
平方センチ当たり約２．１ミリグラム／時であった。一
晩の運転後、PNP 比（ストリップ側の濃度の原料側に対
する) は、約１２０であった。
【００６９】
【実施例２２】実施例２の方法を繰り返したが、ただ
し、廃（原料）水溶液は、マレイミド７，０００ｍｇ／
Ｌ及び４０重量％硫酸アンモニウムを含有するものであ
った。マレイミドが膜を通過して移動する初期速度は、
膜平方センチ当たり約１．２ミリグラム／時であった。
【００７０】
【実施例２３】実施例２２の方法を繰り返したが、ただ
し、使用液膜は、PPG −４０００中にプルロニック(Plu
ronic)L −８１(BASF 社(BASF Corporation)からの) を
溶かした３０重量％溶液であった。プルロニックは、ポ
リエチレングリコールとポリプロピレングリコールとの
ブロックコーポリマーであり、従って親ポリマー二つの
間の中間の疎水性特質を有する。マレイミドの初期速度
は、二倍を超えて（＝膜平方センチ当たり２．５ミリグ
ラム／時 )測定された。この実施例は、いろいろな相溶
性のあるポリマーを混ぜ合わせて優れた性能を得ること
ができることを示す。
【００７１】
【実施例２４】実施例２の方法を繰り返したが、ただ
し、該廃水溶液は、１，０００ｍｇ／ｌのフマロニトリ
ル及び40重量% 硫酸アンモニウムを含有するものであっ
た。フマロニトリル移動の初期速度は、膜平方センチ当
たり約０．５ミリグラム／時であった。
【００７２】
【実施例２５】実施例２の方法を繰り返したが、ただ
し、該液膜として、オクタノール、つまりp-ニトロフェ
ノールに高い親和性を有する典型的な溶媒を用いた。オ
クタノールは、揮発性が高いので、オクタノール含浸の
膜は、液の膜の全体性を維持するために手早く取り扱う
必要があったことが観察された。膜を通過する PNPの移
動の初期速度は、膜平方センチ当たり約５ミリグラム／
時であり、PPG 液膜で得られたものと同等であった。し
かし、固定化オクタノール液膜は、約１０分の操作で壊
れてしまったが、恐らく浸透圧の差に基づく静圧の急激
な変化によるもので、そのため塩並びに苛性液は一室か
ら他室へ通過してしまうことになった。この実験の証明
するところは、固定化PPG 液膜が、膜の安定性において
従来の有機溶媒より優れ、移動速度にもほとんど悪影響
がないことである。
【００７３】
【実施例２６】この実施例の証明するところは、固定化
PPG 液膜が揮散モードで水溶液からブタノールを除去す
る能力である。セルガード２５００（平板シート状の微
細孔ポリプロピレン膜）をPPG −４０００で湿潤し、実
施例 2に記載のようにセル膜の二室の間に挟んだ。室の
一つにはブタノール５０００ｍｇ／ｌ含有の水溶液を充
填した。空気を他の室の方へ吹き流し、膜を拡散してく
るブタノールを取り除き、かくして更に移動させるため
の駆動力を生じさせる。この系は、６５℃で運転した。
ブタノール除去の初期速度は膜平方センチ当り約７ミリ
グラム／時であった。運転約５時間後、水溶液中のブタ
ノール濃度は約４００ｍｇ／ｌへ落ちた。
【００７４】
【実施例２７】実施例１２の方法を酢酸に対して繰り返
したが、ただし、使用液膜は、PPG −４０００中にトリ
オクチルホスフィンオキシド(TOPO)を溶かした５０重量
％溶液であった。TOPOは、水溶液から酢酸を除く溶剤抽
出プロセスに使用されてきたものである。TOPOは、弱塩
基であることから、カルボン酸のような弱酸との相互作
用が良好である。TOPO−PPG 液膜で得られる透過率は、
PPG 液膜単独で得られるものより二倍も高かった。
【００７５】
【実施例２８】実施例１４の方法を繰り返したが、ただ
し、原料（実廃液) の容量は３００ｍｌでストリップ溶
液は３０ｍｌの１Ｎ ＮａＯＨであった。試験は、二週
間以上にわたって連続的に行われ、その間原料中のTOC
の約８０％が取り除かれ、その結果、ストリップ溶液の
有機物濃度は、初期原料のそれより約９倍にも上昇し
た。上記の二週間運転の前と後に膜について個別に測定
を行ったが、基本的に透過率は同一であった。この実施
例が示すことは、実際の適用条件でも固定化PPG 液膜が
長期にわたって安定性があるということである。
【００７６】
【実施例２９】この実施例は、異なった解離定数を有す
る化合物、例えば、ｐ−ニトロフェノール（ｐＫａ＝
７．１）と安息香酸（ｐＫａ＝４．２５）とを溶液 pH
を変えることによって達成することができる分離選択性
を示す。
【００７７】この方法は、実施例２と同じであったが、
違いは、原料水溶液が、２０重量％KCl 中にPNP 約４０
００ｍｇ／ｌと安息香酸約2000mg/lとを含むもので、そ
の pH は５．４であり、この pH は該二つの極性化合物
のpKa の間にある。この pHでは、PNP は溶液、主にそ
の非イオン形で存在するが、安息香酸は実際上完全にイ
オン化されている。見出されたことによると、PNP は、
容易に膜を通過し、一夜にして原料溶液から約９９％の
PNP が除去される結果になった。しかし、安息香酸は膜
でほとんど阻止された。一夜の処理を行っても、安息香
酸は痕跡量( 原料の＜１％) しかストリップ水溶液に検
出されなかった。注目すべきは、この分離が極めて高い
イオン強度（２０重量％KCl)の存在下に行われたこと
で、このイオン強度ではイオン交換法ではこのような分
離は実際上操作不能となるであろう。
【００７８】
【実施例３０】移動速度に対する pH とイオン化との効
果を更に示すために、実施例２９の方法を繰り返した
が、今回は原料水溶液の pH を２．５に調整した。この
pH は、極性有機化合物二種の pKaより低い。一夜にし
て、PNP と安息香酸の両方は原料からほとんどなくな
り、実質上完全にストリップ側へ移動してしまった。
【００７９】以下の実施例ではPPG −４０００の鎖長さ
（大きさ）を、いろいろな量のトルエンジイソシアネー
ト(TDI) を用いてPPG 分子を結合することによって大き
くした。この操作は、４０００より大きい有効分子量を
有するPPG を得て、これらの高分子量ポリマー液が、支
持される液膜として効果的であることを示すために行わ
れたのである。
【００８０】
【実施例３１】約６ｇのPPG −４０００（アルドリッチ
社(Aldrich) 製造) を室温でいろいろな量のTDI(工業
用, 80% , アルドリッチ社製造) と混ぜて、TDI/PPG −
４０００のモル比が０(TDI無添加),０．２５，０．５及
び１．０の溶液を調製した。次に、これらの溶液を約６
０時間６０℃に加熱して反応を完結させ、その後室温ま
で冷却した。観察によると、純粋なPPG −４０００には
変化が見られなかったが、０．２５モル比の混合液は、
より粘稠になり、０．５及び１．０モル比の溶液は、濃
いゲルとなった。このことは、TDI 量が多いと、PPG 分
子の連鎖度が高くなる結果になるという事実に一致す
る。
【００８１】上記のTDI/PPG −４０００生成物をセルガ
ード２４００支持体に吸収させ、支持された液膜を得、
この液膜体を用いて、実施例２に記載の方法と類似の方
法で水溶液からPNP を除去した。TDI/PPG −４０００の
モル比が０，０．２５，及び１．０の液膜に対して測定
された透過率は、それぞれ、３．６×１０-4, ３．８×
１０-4, 及び２．６×１０-4センチ／秒であった。一晩
経過すると、純粋なPPG −４０００使用の液膜では原料
溶液中のPNP 濃度は約８ ppmまで下がったが、他の二つ
のケースに対するPNP 濃度は１ ppm以下であった。
【００８２】
【実施例３２】実施例３１における方法と同じ方法を用
いたが、ただし、セルガード２４００支持体を最初にい
ろいろな未反応のTDI/PPG −４０００溶液で室温で湿潤
してから、その後で６０時間６０℃に加熱して反応を完
結させた。この方法を用いると、セルガード支持体の細
孔内で分子鎖の延長が行われるようになる。この方法で
の純粋なPPG 液膜及びTDI/PPG モル比１．０の液膜を用
いて、PNP を除去した。上記のPPG 液膜及びTDI/PPG 液
膜に対して得られた透過率は、それぞれ、４．８×１０
-4, 及び５．３×１０-4センチ／秒であった。一晩経過
すると、純粋なPPG 液膜に対して原料溶液中のPNP 濃度
は約２ ppmまで下がり、他の液膜に対しては約５ ppmま
で下がった。
【００８３】
【実施例３３】本実施例は、液膜を通って移動した有機
化合物（この場合はエステル) を異なる化合物へ化学的
に転化してしまうことによって、通過した化合物が原料
側に戻らないようにするという概念を示すものである。
実施例２の方法を用いたが、ただし、原料は、 pH ７．
１にて安息香酸エチル（エステル) を５００ｍｇ／ｌ含
有するものであった。ストリップ液は同じく０．１Ｎ
ＮａＯＨであった。アルカリ側 pH ではエステルは、対
応する酸とアルコールとへ加水分解されることが知られ
ている。従って、安息香酸エチルが膜を通過してアルカ
リ性ストリップ液へ浸透すると、それは安息香酸ナトリ
ウムへと転化されるが、この塩は、水溶性であり、従っ
てPPG 液膜を通って浸透することはない。温度２３℃に
おける安息香酸エチルの透過率は、約９×１０-4センチ
／秒であった。一晩経過すると、原料側の安息香酸エチ
ルの濃度は、１ｍｇ／ｌまで落ちた。ストリップ液を分
析すると、安息香酸が約４２０ｍｇ／ｌの濃度で存在し
ていることが示された。
【００８４】本発明の原理、好ましい態様及び運転モー
ドは、前記の詳細な説明の項に記載した。しかし、保護
されるべき本発明は、特定の開示内容に限定されると解
釈してはならない。前記の開示は説明のためであり、決
して限定する目的ではないからである。当業者は、本発
明の精神から逸脱することなく部分的な改変や変更は可
能であろう。

Claims (39)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 微小細孔内に固定化されたオリゴマー又
    はポリマー液を包含する支持された液膜。
  2. 【請求項２】 微小細孔支持体が疎水性である、請求項
    １記載の支持された液膜。
  3. 【請求項３】 前記オリゴマー又はポリマー液が、繰り
    返し基 : 【化１】 （式中、Hyは疎水性分子基であり、Ｘは極性分子基であ
    り、そしてn は３〜１０００の間の数である）を含有す
    る疎水性ポリ（両親和性）化合物である、請求項１記載
    の支持された液膜。
  4. 【請求項４】 疎水性分子基(Hy)が、炭素数３〜７の線
    形又は枝分かれアルキレン基である、請求項３記載の支
    持された液膜。
  5. 【請求項５】 疎水性分子基(Hy)が、式 : 【化２】 （式中、Ｒは炭素数１〜４のアルキル基、炭素数４〜８
    のシクロアルキル基、アリール基、アルキルアリール基
    又はアリールアルキル基である、請求項３記載の支持さ
    れた液膜。
  6. 【請求項６】 極性分子基Ｘが、エーテル結合（−Ｏ
    −）、エステル結合（−ＯＣＯ−）、カルボニル基（−
    ＣＯ−）、ウレタン結合（−ＮＲ−ＣＯＯ−）、尿素結
    合（−ＮＲ−ＣＯ−）、アミノ基（−ＮＲ−）、ニトロ
    基（−ＮＯ2 ）、スルフォン基（−ＳＯ2 −）、スルフ
    ォキシド（−ＳＯ−）、及びフォスフィンオキシド基
    （＞ＰＯ−）など( 式中、Ｒは水素、炭素数１〜４のア
    ルキル基、炭素数４〜８のシクロアルキル基、アリール
    基、アルキルアリール基又はアリールアルキル基であ
    る) である、請求項４記載の支持された液膜。
  7. 【請求項７】 極性分子基Ｘが、エーテル結合（−Ｏ
    −）、エステル結合（−ＯＣＯ−）、カルボニル基（−
    ＣＯ−）、ウレタン結合（−ＮＲ−ＣＯＯ−）、尿素結
    合（−ＮＲ−ＣＯ−）、アミノ基（−ＮＲ−）、ニトロ
    基（−ＮＯ2 ）、スルフォン基（−ＳＯ2 −）、スルフ
    ォキシド（−ＳＯ−）、及びフォスフィンオキシド基
    （＞ＰＯ−）など（式中、Ｒは水素、炭素数１〜４のア
    ルキル基、炭素数４〜８のシクロアルキル基、アリール
    基、アルキルアリール基又はアリールアルキル基であ
    る) から選択される、請求項５記載の支持された液膜。
  8. 【請求項８】 前記オリゴマー又はポリマー液が、ポリ
    アルキレンオキシド、ポリエステル、ポリウレア、ポリ
    ウレタン、及び官能化されたポリオレフィンからなる群
    から選択されるポリ（両親和性）化合物である、請求項
    ３記載の支持された液膜。
  9. 【請求項９】 前記ポリ（両親和性）化合物が、ポリア
    ルキレンオキシドである、請求項３記載の支持された液
    膜。
  10. 【請求項１０】 前記ポリアルキレンオキシドが、式 【化３】Ｈ〔Ｏ−Ｒ1 〕n ＯＨ （式中、Ｒ1 は炭素数３〜７の線形アルキレン基又は式 【化４】 （式中、Ｒは炭素数１〜４のアルキル基、炭素数４〜８
    のシクロアルキル基、アリール基、アルキルアリール基
    又はアリールアルキル基である) の置換アルキレン基で
    あり、 そして n は、５〜１０００間の数である) を
    有するものである、請求項９記載の支持された液膜。
  11. 【請求項１１】 前記ポリ（両親和性）化合物が、 【化５】 CH3-(CH2)3-N-C(O)-O-(CH2)6-OC(O)-N-(CH2)3-CH3 である、請求項３記載の支持された液膜。
  12. 【請求項１２】 前記ポリ（両親和性）化合物が、 【化６】 である、請求項３記載の支持された液膜。
  13. 【請求項１３】 前記微小細孔支持体が、前記ポリ( 両
    親和性) 化合物によって湿潤され得るものである、請求
    項１記載の支持された液膜。
  14. 【請求項１４】 前記ポリアルキレンオキシドが、ポリ
    プロピレングリコール又はポリブチレングリコールであ
    る、請求項１０記載の支持された液膜。
  15. 【請求項１５】 前記ポリアルキレンオキシドが、少な
    くとも約１０００の分子量を有する、請求項９記載の支
    持された液膜。
  16. 【請求項１６】 前記ポリブチレングリコールが、少な
    くとも約１０００の分子量を有する、請求項１４記載の
    支持された液膜。
  17. 【請求項１７】 前記ポリプロピレングリコールが、少
    なくとも約２０００の分子量を有する、請求項１４記載
    の支持された液膜。
  18. 【請求項１８】 前記疎水性微小細孔支持体が、ポリオ
    レフィン、ポリスルフォン、ポリテトラフルオロエチレ
    ン、ポリカーボネート及びポリスチレンから成る群から
    選択される材料から製造される、請求項１記載の支持さ
    れた液膜。
  19. 【請求項１９】 前記疎水性微小細孔支持体が、ポリオ
    レフィンのフィルムである、請求項１８記載の支持され
    た液膜。
  20. 【請求項２０】 前記疎水性微小細孔支持体が、ポリオ
    レフィンの中空ファイバーである、請求項１８記載の支
    持された液膜。
  21. 【請求項２１】 前記ポリオレフィンがポリプロピレン
    である、請求項１９記載の支持された液膜。
  22. 【請求項２２】 前記ポリオレフィンがポリプロピレン
    である、請求項１９記載の支持された液膜。
  23. 【請求項２３】 前記疎水性微小細孔支持体がポリプロ
    ピレンから製造される、請求項１４記載の支持された液
    膜。
  24. 【請求項２４】 前記疎水性微小細孔支持体がポリプロ
    ピレンから製造される、請求項１５記載の支持された液
    膜。
  25. 【請求項２５】 前記液が、ポリアルキレンオキシド、
    ポリエステル、ポリウレア、ポリウレタン、及び官能化
    されたポリオレフィンからなる群から選択される、請求
    項１８記載の支持された液膜。
  26. 【請求項２６】 微小細孔ポリプロピレン支持体内に固
    定化された、疎水性ポリプロピレングリコール又はポリ
    ブチレングリコールのオリゴマー又はポリマー液を包含
    する、支持された液膜。
  27. 【請求項２７】 水溶液から有機化合物を選択的に除去
    する方法において、請求項１記載の支持された液膜の相
    対する側に、上記水溶液とストリッピング液とを接触さ
    せることを包含する方法。
  28. 【請求項２８】 水溶液から有機化合物を選択的に除去
    する方法において、請求項１８記載の支持された液膜の
    相対する側に、上記水溶液とストリッピング液とを接触
    させることを包含する方法。
  29. 【請求項２９】 水溶液から有機化合物を選択的に除去
    する方法において、請求項１９記載の支持された液膜の
    相対する側に、上記水溶液とストリッピング液とを接触
    させることを包含する方法。
  30. 【請求項３０】 水溶液から有機化合物を選択的に除去
    する方法において、請求項２１記載の支持された液膜の
    相対する側に、上記水溶液とストリッピング液とを接触
    させることを包含する方法。
  31. 【請求項３１】 水溶液から揮発性有機化合物を選択的
    に除去する方法において、請求項１記載の支持された液
    膜の一面側に上記水溶液を接触させること、及び上記の
    支持された液膜の他面側から上記揮発性有機化合物を蒸
    発させることを包含する方法。
  32. 【請求項３２】 水溶液から揮発性有機化合物を選択的
    に除去する方法において、請求項１８記載の支持された
    液膜の一面側に上記水溶液を接触させること、及び上記
    の支持された液膜の他面側から上記揮発性有機化合物を
    蒸発させることを包含する方法。
  33. 【請求項３３】 水溶液から揮発性有機化合物を選択的
    に除去する方法において、請求項１９記載の支持された
    液膜の一面側に上記水溶液を接触させること、及び上記
    の支持された液膜の他面側から上記揮発性有機化合物を
    蒸発させることを包含する方法。
  34. 【請求項３４】 水溶液から揮発性有機化合物を選択的
    に除去する方法において、請求項２１記載の支持された
    液膜の一面側に上記水溶液を接触させること、及び上記
    の支持された液膜の他面側から上記揮発性有機化合物を
    蒸発させることを包含する方法。
  35. 【請求項３５】 前記有機化合物が、アルコール、フェ
    ノール化合物、有機酸、ケトン、エステル、有機ニトリ
    ル、有機アミン、及びアルデヒドから成る群から選択さ
    れる極性有機化合物である、請求項 24 記載の方法。
  36. 【請求項３６】 前記有機化合物が、アルコール、フェ
    ノール化合物、有機酸、ケトン、エステル、有機ニトリ
    ル、有機アミン、及びアルデヒドから成る群から選択さ
    れる極性有機化合物である、請求項２７記載の方法。
  37. 【請求項３７】 前記有機化合物が、アルコール、フェ
    ノール化合物、有機酸、ケトン、エステル、有機ニトリ
    ル、有機アミン、及びアルデヒドから成る群から選択さ
    れる極性有機化合物である、請求項２９記載の方法。
  38. 【請求項３８】 前記揮発性有機化合物が、アルコー
    ル、フェノール化合物、有 機酸、ケトン、エステル、
    有機ニトリル、有機アミン、及びアルデヒドから成る群
    から選択される極性有機化合物である、請求項２８記載
    の方法。
  39. 【請求項３９】 気体流から揮発性有機化合物を選択的
    に除去する方法において、請求項１記載の支持された液
    膜の相対する側に、上記気体流と、 1. ピックアップ液（ストリップ溶液) 2. pH 3. 蒸散 4. 生物学的又は反応劣化、又は 5. １〜４項の組合せから選択される、 手段とを接触させ、前記の支持された膜の反対側から上
    記の有機化合物を除去することを包含する方法。
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