JPH074508B2 - 混合溶液の分離方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、透過膜を用いた混合溶液の分離方法に関する
ものである。

［従来技術］ 有機液体の混合溶液など、２以上の成分が混合された混
合溶液を分離する手法の一つとして、浸透気化法の研究
が進んでいる。この浸透気化法は第２図にその原理を示
すように、透過膜４で分離槽５を上側の溶液室３と下側
の減圧室１とに仕切り、溶液室３内に混合溶液２を導入
して透過膜４に混合溶液２を接触させた状態で減圧室１
内を減圧することによって、混合溶液２中の特定の成分
を透過膜４に優先的に浸透拡散させると共に透過膜４を
透過した成分を透過膜４の減圧室１側の表面から気化さ
せるようにしたものであり、このようにして透過膜４を
浸透透過させた成分を捕集することによって分離採取を
おこなうことができ、あるいはこのように透過膜４を透
過する成分が除去されたのちの混合溶液２の残留液を回
収することによって分離採取をおこなうことができるの
である。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、この浸透気化法においては混合溶液２が透過膜
４に直接接触した状態にあり、一般に高分子材料で形成
される透過膜４は混合溶液２の浸透によって膨潤され易
い。そしてこのように透過膜４が膨潤されると透過膜４
の膜機能が低下し、高い分離性能で混合溶液２を分離す
ることが難しいという問題がある。

本発明はこの点に鑑みて為されたものであって、混合溶
液の分離性能を高めることを目的とするものである。

［問題点を解決するための手段］ しかして本発明は、減圧室１と混合溶液２が導入される
溶液室３との間に混合溶液２から分離回収する特定成分
を優先的に透過させる透過膜4aを混合溶液２に接触させ
た状態で設け、減圧室１を混合溶液２の上記分離回収す
る特定成分以外の特定の成分を優先的に透過させる透過
膜4bで仕切って溶液室３に近い側の室1aと遠い側の室1b
に分割し、減圧室１内の溶液室３から遠い側の室1bを減
圧して、混合溶液２を溶液室３と減圧室１との間の透過
膜4bに浸透させて減圧室１内の溶液室３に近い側の室1a
内に気化させると共にこの溶液室３に近い側の室1a内に
気化させた蒸気をさらに減圧室１内を仕切る透過膜4bに
浸透させて溶液室３から遠い側の室1b内に透過させ、減
圧室１内の溶液室３に近い側の室1a内から分離液を回収
することを特徴とする混合溶液の分離方法に係るもので
ある。

以下本発明を詳細に説明する。第１図は本発明の原理装
置の一例を示すものであり、透過膜4aで分離槽５を下側
の減圧室１と上側の溶液室３とに仕切り、透過膜4aで溶
液室３の底部が形成されるようにして溶液室３内に導入
される混合溶液２を透過膜4aの全面に接触させるように
してある。さらに減圧室１内に透過膜4bを設けて減圧室
１内を上下二つの溶液室３に近い側の室1aと遠い側の室
1bに仕切って分割するようにしてある。また減圧室１の
室1b内を減圧することによって、透過膜4bを通して室1a
内も減圧状態になるようにしてある。

そして、透過膜4aに接触する混合溶液２を透過膜4a内に
浸透して拡散するが、透過膜4aは混合溶液２の特定の成
分を優先的に浸透させて拡散させるものであり、このよ
うに透過膜4aを透過した混合溶液２は減圧状態にある減
圧室１の室1a内に気化される。透過膜4aには混合溶液２
中の特定成分が優先的に透過するために、室1a内に気化
された蒸気はこの特定成分の濃度が高められた状態にな
っている。次に、室1a内に至ったこの蒸気が透過膜4bに
接触すると透過膜4bに浸透して拡散され、室1aよりも室
1bのほうが高い減圧状態にあるために透過膜4bを透過し
て室1b側に至る。このとき、透過膜4bは混合溶液２の他
の特定の成分を優先的に浸透させて拡散させるものであ
り、室1aの蒸気のうち他の特定成分が優先的に透過膜4b
を透過して溶液室３から遠い側の室1bに至ることにな
り、室1a内の蒸気から他の特性成分が除去されて上記特
定成分の濃度がさらに高められた状態になる。

例えば混合溶液２として水−アルコール溶液を使用して
水とアルコールとを分離させるようにする場合、透過膜
4aとしてアルコールを優先的に透過させるアルコール選
択性の材質のものを用いると共に透過膜4bとして水を優
先的に透過させる水選択性の材質のものを用いる。そし
て減圧室１の室1bを減圧すると、まず透過膜4aはアルコ
ールを優先的に透過させるために混合溶液２はアルコー
ル成分が透過膜4aに優先的に浸透し、透過膜4aの室1a側
から気化した蒸気はアルコール濃度が高められた状態と
なる。次に室1a内のこのアルコール濃度が高められた蒸
気に含有される水分は、透過膜4bを優先的に浸透透過し
て室1bへと移動されることになり、この結果、室1a内の
蒸気中から水分を除去してアルコール濃度をさらに高め
ることができることになる。このように減圧室１と溶液
室３との間の透過膜4aとして、混合溶液２から分離回収
する特定成分、すなわちアルコール選択性のものを用い
ると共に、減圧室３内を仕切る透過膜4bとして分離回収
する特定成分以外の特定の成分、すなわち水選択性のも
のを用いることによって、水−アルコール溶液からアル
コール成分を濃度高く分離した状態で室1aから回収する
ことが可能になるのである。また室1aからはアルコール
成分を、室1bからは水分を、というように混合溶液２か
ら二成分をそれぞれ独立して分離することも可能にな
る。もちろん用いる透過膜4a,4b…の枚数を三枚、四枚
と増やすことによって、さらに三成分、四成分というよ
うに混合溶液から多成分を分離することが可能になる。

ここで透過膜としては非多孔質膜と称されているものを
用いることができ、従来の浸透気化法で使用されている
ものなどを用いることができる。例えばアルギン酸膜、
キトサン膜、架橋キトサン膜、キトサン酢酸塩膜、四級
化キトサン膜、ポリスチレン膜、ポリ塩化ビニリデン
膜、シリコン（ポリジメチルシロキサン）膜、ポリフッ
化ビニリデン膜、硝酸セルロース膜、酢酸セルロース
膜、架橋ポリビニルアルコール膜、ポリアミック酸膜、
ポリ（1-トリメチルシリル）‐1-プロピン膜、スチレン
‐ジメチルシロキサン系グラフト共重合体膜などであ
る。このように列挙する透過膜のうち、例えば上記のよ
うに水−アルコール混合溶液を分離する場合、水選択性
の膜としてアルギン酸膜、キトサン膜、架橋キトサン
膜、ポリスチレン膜、架橋ポリビニルアルコール膜、ポ
リアミック酸膜などを、またアルコール選択性の膜とし
てポリジメチルシロキサン膜、ポリ（1-トリメチルシリ
ル）‐1-プロピン膜、スチレン‐ジメチルシロキサン系
グラフト共重合体膜などをそれぞれ選択して用いること
ができる。また透過膜内での透過速度は膜厚に逆比例す
るために、透過膜の膜厚を薄くすることによって透過速
度を速めることができ、しかも混合溶液を成分分離する
性能を膜厚に無関係であるために、透過膜を薄膜化する
ことで膜性能を向上させることができるものである。透
過膜内の透過速度はこの他に減圧室内の減圧度によって
も影響を受けるものであり、減圧室内の減圧度が大きい
程すなわち高真空にする程透過速度を速めることができ
る。尚、透過膜は薄く形成されるために通常脆弱であっ
て減圧室の減圧状態に耐えることができない場合が多い
ので、ポリプロピレン不織布やポリエステル不織布、テ
フロンやポリスルホンの多孔質フィルム、多孔質ガラス
板や多孔質セラミック板など、多孔質の支持体によって
透過膜を支持し、この支持体によって透過膜が減圧室の
減圧状態で破れたりすることを防ぐようにするのがよ
い。

本発明の方法を用いて種々の混合溶液を分離することが
できるが、特に通常の蒸留では分離することができない
混合溶液の分離に有効である。例えば、水−アルコール
系や水−芳香族化合物系、水−エーテル系などの共沸混
合物からのアルコールや芳香族化合物、エーテル類の回
収、沸点が近接する炭化水素類など有機溶媒の分離回
収、o-とm-とp-のキシレンの混合物など構造異性体の混
合物の分離回収、右旋性と左旋性など光学異性体の混合
物の分離回収、薬剤や生体関連物質、果汁、重合性単量
体など熱分解性や熱変質性の混合物の分離、反応の平衡
をずらすことによって反応を促進するために反応混合物
から生成物を分離すること、廃水中からのアンモニアや
アミン、硫化水素、二酸化炭素、亜硫酸ガスなど揮発性
有機混合物の分離除去等に有効に本発明を適用すること
ができる。その他、バイオマスからのアルコールの分離
濃縮、合成繊維紡糸浴中からのジメチルホルムアミドや
ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホオキシドなど高
価な有機溶媒の分離回収、塗料製造時や塗装ラインで発
生する塗料廃液中の溶媒の分離回収、化学工場における
アルコール混合物や有機溶媒混合液の分離濃縮、あるい
はこれらの混合液中の塩類の分離回収、ドライクリーニ
ングに用いられるトリクレンの回収、エマルジョン溶液
の濃縮処理、放射性物質を含む溶液の濃縮、溶液中から
の希土類イオンの濃縮分離、ウイルスやバクテリオファ
ージの濃縮、製薬用や病院用、血液透析用などの無菌水
や非発熱水の製造、電子工業用の超純水の製造などにも
本発明を適用することができる。

［実施例］ 以下本発明を実施例によってさらに説明する。

実施例１ 第１図に示す装置を用い、第１図の浸透膜4aとしてアル
コールを優先的に透過させるアルコール選択性のポリジ
メチルシロキサン膜を、浸透膜4bとして水を優先的に透
過させる水選択性のジアルデヒド架橋キトサン膜をそれ
ぞれ用いた。ここで、ジアルデヒド架橋キトサン膜はそ
の透過面積がポリジメチルシロキサン膜の透過面積の５
倍になるように膜の大きさを調整して用いた。

ポリジメチルシロキサン膜は、７重量部のポリジメチル
シロキサン、0.25重量部の硬化剤としてのキャタリスト
RA（信越化学社製）、及び49重量部のベンゼンを混合
し、これを攪拌したのちにステンレス製の成膜器に流延
し、25℃で６時間静置乾燥して厚み100μｍの膜に成膜
することによって得た。

またジアルデヒド架橋キトサン膜は次のようにして作成
した。すなわち、1Nの酢酸水溶液に１重量％のキトサン
を溶解した溶液を減圧下で脱気して調製したキャスト液
を成膜用フラットシャーレに流延し、60℃の恒温乾燥機
中に６時間静置することによって溶媒を完全に蒸発させ
てキトサン酢酸塩を成膜した。このキトサン酢酸塩の膜
をフラットシャーレから剥がして1Nの水酸化ナトリウム
水溶液中に浸漬することによってキトサン膜を得た。次
に0.4％のグルタールアルデヒド水溶液に触媒として0.5
Nの硫酸水溶液を加えて調製した溶液にこのキトサン膜
を室温で15分間浸漬し、キトサンをジアルデヒド架橋さ
せたのちに水洗して室温で減圧乾燥することによって、
厚みが20μｍのジアルデヒド架橋キトサン膜を得た。

そして溶液室３内に混合溶液２として種々の濃度のエタ
ノール水溶液を導入し、減圧室１の各室1a,1bをそれぞ
れ40℃の雰囲気下に調整すると共に室1bを1.5×10^-2Tor
rに減圧するようにした。このとき減圧の操作は、室1a
のバルブ６を閉じると共に室1bのバルブ７を開いた状態
で室1bを吸引状態にして１時間保持することによってお
こなった。この操作後における減圧室１の室1a内の蒸気
のエタノールの濃度を測定した。結果を第１表に示す。

比較例１ 第２図に示す装置を使用し、ポリジメチルシロキサン膜
を透過膜４として用い、あとは実施例１と同様にして減
圧室１内を１時間減圧操作した。この操作後における減
圧室１内の蒸気のエタノールの濃度を測定した。結果を
第１表に示す。

第１表にみられるように、浸透気化法による比較例１の
ものよりも、浸透気化法にさらに透過膜を付加した方法
である実施例１のほうが、エタノールの濃度を高めた状
態で分離して回収できることが確認される。

実施例2,3 第１図に示す装置を使用し、減圧室１の各室1a,1bの雰
囲気温度を25℃（実施例２）、55℃（実施例３）にそれ
ぞれ設定するようにした他は実施例１と同様にして室1a
内の蒸気のエタノールの濃度を測定した。結果を第２表
に示す。

比較例2,3 第２図に示す装置を使用し、減圧室１の雰囲気温度を25
℃（比較例２）、55℃（比較例３）にそれぞれ設定する
ようにした他は比較例１と同様にして減圧室１内の蒸気
のエタノールの濃度を測定した。結果を第２表に示す。

第２表においても同様に、浸透気化法による比較例2,3
のものより、浸透気化法に透過膜を付加した方法である
実施例2,3のほうが、エタノールの濃度を高めた状態で
分離して回収できることが確認される。

［発明の効果］ 上述のように本発明にあっては、減圧室と混合溶液が導
入される溶液室との間に混合溶液から分離回収する特定
成分を優先的に透過させる透過膜を混合溶液に接触させ
た状態で設け、減圧室を混合溶液の分離回収する特定成
分以外の特定の成分を優先的に透過させる透過膜で仕切
って溶液室に近い側の室と遠い側の室に分割し、減圧室
内の溶液室から遠い側の室を減圧して、混合溶液を溶液
室と減圧室との間の透過膜に浸透させて減圧室内の溶液
室に近い側の室内に気化させると共にこの溶液室に近い
側の室内に気化させた蒸気をさらに減圧室内を仕切る透
過膜に浸透させて溶液室から遠い側の室内に透過させ、
減圧室内の溶液室に近い側の室内から分離液を回収する
ようにしたので、溶液室と減圧室との間の透過膜によっ
て混合溶液から分離回収する特定成分を優先的に透過さ
せて減圧室内の溶液室に近い側の室内にこの特定成分の
濃度を高めて分離することができると共に、減圧室内の
溶液室に近い側の室内の蒸気中の分離回収する特定成分
以外の他の特定成分は減圧室を仕切る透過膜を浸透透過
して減圧室内の溶液室から遠い側の室内に分離され、減
圧室内の溶液室に近い側の室内の蒸気から分離回収する
特定成分以外の他の特定成分を除去して上記の分離回収
する特定成分の濃度をさらに高めることができ、減圧室
内の溶液室に近い側の室内から分離回収する特定成分の
濃度を高くした状態で回収することができるものであ
り、浸透気化法による混合溶液の分離性能を向上させる
ことができるものである。また上記のようにして混合溶
液を分離するにあたって、減圧室内の溶液室に近い側の
室内に分離回収する特定成分の濃度の高い蒸気を滞留さ
せたまま溶液室から遠い側の室の減圧を継続すると、こ
の減圧継続時間に応じて、減圧室内の溶液室に近い側の
室内の蒸気中の分離回収する特定成分以外の他の特定成
分は減圧室内を仕切る透過膜を浸透透過して減じていく
ことになって、減圧室内の溶液室に近い側の室内の分離
回収する特定成分の濃度をさらに高めていくことがで
き、減圧継続時間を長くすることによって減圧室内の溶
液室に近い側の室内から分離回収する特定成分の濃度を
一層高くした状態で回収することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いる装置の概略図、第２図は従来の
浸透気化法で用いる装置の概略図である。 １は減圧室、1a,1bは減圧室の各室、２は混合溶液、３
は溶液室、3a,3bは溶液室内の仕切られた各室、4a,4bは
透過膜である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】減圧室と混合溶液が導入される溶液室との
   間に混合溶液から分離回収する特定成分を優先的に透過
   させる透過膜を混合溶液に接触させた状態で設け、減圧
   室を混合溶液の上記分離回収する特定成分以外の特定の
   成分を優先的に透過させる透過膜で仕切って溶液室に近
   い側の室と遠い側の室に分割し、減圧室内の溶液室から
   遠い側の室を減圧して、混合溶液を溶液室と減圧室との
   間の透過膜に浸透させて減圧室内の溶液室に近い側の室
   内に気化させると共にこの溶液室に近い側の室内に気化
   させた蒸気をさらに減圧室内を仕切る透過膜に浸透させ
   て溶液室から遠い側の室内に透過させ、減圧室内の溶液
   室に近い側の室内から分離液を回収することを特徴とす
   る混合溶液の分離方法。