JPH0767521B2 - 微孔性膜による液体／液体抽出法 - Google Patents
微孔性膜による液体／液体抽出法Info
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- JPH0767521B2 JPH0767521B2 JP62114907A JP11490787A JPH0767521B2 JP H0767521 B2 JPH0767521 B2 JP H0767521B2 JP 62114907 A JP62114907 A JP 62114907A JP 11490787 A JP11490787 A JP 11490787A JP H0767521 B2 JPH0767521 B2 JP H0767521B2
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- B01D—SEPARATION
- 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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- B01D61/38—Liquid-membrane separation
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- B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
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- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/06—Organic material
- B01D71/26—Polyalkenes
- B01D71/261—Polyethylene
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は微孔性膜による液体／液体抽出の方法と装置に
関する。
関する。
発明の背景 本発明の方法と装置によりこの液体／液体抽出の物質移
動速度が増加できることが発見されている。
動速度が増加できることが発見されている。
一般に物質移動プロセスは次式であらわされる： Ｎ＝Ｋ（Ci−Co） 上式中Ｎは物質流量、即ち物質移動速度であり、CiとCo
は異なる時間における物質濃度、即ち駆動力でありかつ
Ｋは物質移動に対する抵抗、しばしば全物質移動係数を
あらわす。
は異なる時間における物質濃度、即ち駆動力でありかつ
Ｋは物質移動に対する抵抗、しばしば全物質移動係数を
あらわす。
液体／液体抽出はある種の物質を１液体から他液体に移
動させるに２液間の化学的差違を利用する単一分離操作
である。一般に液体／液体抽出に使われる装置は混合沈
降機、スプレーおよびパツクされた抽出塔および遠心抽
出機より成る。一般にマツクケープW.L.とJ.C.スミスの
Unit Operations of Chemical Engineering,3版、（マ
ツクグロービルN.Y.1976）465−800ページを参照された
い。これらの方法は液体／液体の緊密接触を用いる。し
たがってこれらは乳濁液生成並に逆混合又は氾濫による
様な１液他液による汚染などの問題がある。（上記622
−623ページ） 液体緊密混合を含む抽出操作に固有の問題を避けるため
の技術は１液の他液中への分散を防ぎかつ１液から他液
へ抽出した物質を移す媒質と役立つ作用をする種々の膜
を使用している。ペリーR.H.とC.H.チルトンのChemical
Engineer's Handbook,5版（マツクグローヒルN.Y.169
6）17−43ページを参照されたい。
動させるに２液間の化学的差違を利用する単一分離操作
である。一般に液体／液体抽出に使われる装置は混合沈
降機、スプレーおよびパツクされた抽出塔および遠心抽
出機より成る。一般にマツクケープW.L.とJ.C.スミスの
Unit Operations of Chemical Engineering,3版、（マ
ツクグロービルN.Y.1976）465−800ページを参照された
い。これらの方法は液体／液体の緊密接触を用いる。し
たがってこれらは乳濁液生成並に逆混合又は氾濫による
様な１液他液による汚染などの問題がある。（上記622
−623ページ） 液体緊密混合を含む抽出操作に固有の問題を避けるため
の技術は１液の他液中への分散を防ぎかつ１液から他液
へ抽出した物質を移す媒質と役立つ作用をする種々の膜
を使用している。ペリーR.H.とC.H.チルトンのChemical
Engineer's Handbook,5版（マツクグローヒルN.Y.169
6）17−43ページを参照されたい。
最近抽出法に選択性透過膜が使われている。米国特許第
4,268,279号は微孔性中空繊維膜を使うガス移送法を発
表している。特許は第１液体と第２ガス又は液体との間
にガス相中の溶質を移動させる方法に関する。したがつ
てそれに使われる膜はガス成分を透過させるが操作条件
における液体には透過性でない。
4,268,279号は微孔性中空繊維膜を使うガス移送法を発
表している。特許は第１液体と第２ガス又は液体との間
にガス相中の溶質を移動させる方法に関する。したがつ
てそれに使われる膜はガス成分を透過させるが操作条件
における液体には透過性でない。
米国特許第4,443,413号はモリブデンを膜をとおして１
溶液から他溶液に移動させるタングステンからモリブデ
ン分離法を発表している。この特許は供給水液と抽出物
質が直接接触しない様膜をとおしての有機抽出液と浸出
水液の間接接触を使うのである。
溶液から他溶液に移動させるタングステンからモリブデ
ン分離法を発表している。この特許は供給水液と抽出物
質が直接接触しない様膜をとおしての有機抽出液と浸出
水液の間接接触を使うのである。
キアニA.らのJournal of Membrane Science,20巻125−1
45（1984）は固定液体／液体界面をもつ微孔性疎水性膜
使用抽出法を発表している。しかしキアニらは酢酸抽出
用平面疎水性膜についてのみ論述しているが、抽出法に
えらばれる液体／液体と膜系の基準については論述して
いない。本発明はキアニらのふれていない膜をしめすに
適する液体の選択とそれによる液体／液体抽出における
物質移動速度増加に特に関係するものである。
45（1984）は固定液体／液体界面をもつ微孔性疎水性膜
使用抽出法を発表している。しかしキアニらは酢酸抽出
用平面疎水性膜についてのみ論述しているが、抽出法に
えらばれる液体／液体と膜系の基準については論述して
いない。本発明はキアニらのふれていない膜をしめすに
適する液体の選択とそれによる液体／液体抽出における
物質移動速度増加に特に関係するものである。
本発明によつて意外にも液体／液体抽出法における物質
移動速度が微孔性膜をぬらすに適当な液体の正しい選択
によつて従来の抽出法の物質移動速度よりも非常に増加
できることが見出された。従来技術は溶質物質が移動す
る液体／液体と膜系の選択によつて液体／液体抽出法に
おける物質移動速度が如何に効果的に増加するか認めて
いなかつたのである。
移動速度が微孔性膜をぬらすに適当な液体の正しい選択
によつて従来の抽出法の物質移動速度よりも非常に増加
できることが見出された。従来技術は溶質物質が移動す
る液体／液体と膜系の選択によつて液体／液体抽出法に
おける物質移動速度が如何に効果的に増加するか認めて
いなかつたのである。
したがつて本発明の目的は微孔性膜を使う液体／液体抽
出法における物質移動速度増加法を提供することにあ
る。
出法における物質移動速度増加法を提供することにあ
る。
本発明の他の目的は物質移動速度を効果的に増加するた
め抽出法に使われる微孔性膜をぬらす液体の選択法提供
にある。
め抽出法に使われる微孔性膜をぬらす液体の選択法提供
にある。
更に本発明の他の目的は微孔性膜のぬれた表面に固定さ
れた液体／液体界面をもつ抽出方法とその装置の提供に
ある。
れた液体／液体界面をもつ抽出方法とその装置の提供に
ある。
更に本発明の目的は本明細書を検討されることによつて
当業者に明らかとなるであろう。
当業者に明らかとなるであろう。
発明の概要 本発明は微孔性膜を溶質がより可溶性にある液体でぬら
し、ぬらした微孔性膜の表面において不混和性２液体間
の界面を固定化しかつ上記溶質を抽出することより成る
微孔性膜をとおし上記２液間で溶質抽出する方法を提供
するものである。多数の中空繊維を微孔性膜として利用
すると好ましい。
し、ぬらした微孔性膜の表面において不混和性２液体間
の界面を固定化しかつ上記溶質を抽出することより成る
微孔性膜をとおし上記２液間で溶質抽出する方法を提供
するものである。多数の中空繊維を微孔性膜として利用
すると好ましい。
本発明は溶質を供給液からそれと不混和性の抽出剤液へ
抽出する方法を提供する。その方法は （ａ）供給液と抽出剤液のうち溶質がより可溶性である
液を決定し； （ｂ）向き合った両膜面をもつ微孔性膜を選択し； （ｃ）溶質がより可溶性である液として工程（ａ）にお
いて決定した供給液または抽出剤液のうちの一方の液を
上記の両膜面のうち１つの面に接触させて上記の微孔性
膜の細孔を完全に満たし、それによって充填孔が上記の
一方の液から専ら成る湿潤備孔性膜を生成し； （ｄ）上記の一方の液を両膜面のうちの他方の面におい
て固定化し； （ｅ）膜の細孔を満たしていない且つ溶質が可溶性に乏
しい上記供給液と抽出剤液のうちの他方の液を上記の一
方の液と上記の他方の面において接触させ、それによっ
て上記の一方の液と他方との間に界面接触を確立し；そ
してその後に （ｆ）溶質を上記の一方の液と他方の液との間で上記の
確立した界面において抽出す； 諸工程より成ることを特徴とする。
抽出する方法を提供する。その方法は （ａ）供給液と抽出剤液のうち溶質がより可溶性である
液を決定し； （ｂ）向き合った両膜面をもつ微孔性膜を選択し； （ｃ）溶質がより可溶性である液として工程（ａ）にお
いて決定した供給液または抽出剤液のうちの一方の液を
上記の両膜面のうち１つの面に接触させて上記の微孔性
膜の細孔を完全に満たし、それによって充填孔が上記の
一方の液から専ら成る湿潤備孔性膜を生成し； （ｄ）上記の一方の液を両膜面のうちの他方の面におい
て固定化し； （ｅ）膜の細孔を満たしていない且つ溶質が可溶性に乏
しい上記供給液と抽出剤液のうちの他方の液を上記の一
方の液と上記の他方の面において接触させ、それによっ
て上記の一方の液と他方との間に界面接触を確立し；そ
してその後に （ｆ）溶質を上記の一方の液と他方の液との間で上記の
確立した界面において抽出す； 諸工程より成ることを特徴とする。
多数の中空繊維を微孔性膜として利用すると好ましい。
更に本発明は供給液と抽出剤が不混和性であり１方が溶
解化性液体である供給液流から溶質を抽出剤液流中に抽
出する装置を提供する。供給液と抽出剤液が互いに不混
和性でありかつその液の一方が他方の液に比べて溶質が
より可溶性である溶解化液である条件で微孔性膜の一面
において確立した両液間の界面で溶質を供給液流から抽
出剤流中に抽出する装置において、微孔性膜；上記抽出
剤液流を該微孔性膜の他面に提供し、微孔性膜を溶解化
液によって専ら混純させそれによって溶解化液から成る
充てん孔をもたせる抽出剤液流供給手段；および湿潤膜
面の溶解化液を固定化しそれによって供給液流および抽
出剤液流の一方の液と他方の液体との間に界面接触を確
立する固定化手段；を備えて成ることを特徴とする。多
数の中空繊維を微孔性膜として利用すれば好ましい。
解化性液体である供給液流から溶質を抽出剤液流中に抽
出する装置を提供する。供給液と抽出剤液が互いに不混
和性でありかつその液の一方が他方の液に比べて溶質が
より可溶性である溶解化液である条件で微孔性膜の一面
において確立した両液間の界面で溶質を供給液流から抽
出剤流中に抽出する装置において、微孔性膜；上記抽出
剤液流を該微孔性膜の他面に提供し、微孔性膜を溶解化
液によって専ら混純させそれによって溶解化液から成る
充てん孔をもたせる抽出剤液流供給手段；および湿潤膜
面の溶解化液を固定化しそれによって供給液流および抽
出剤液流の一方の液と他方の液体との間に界面接触を確
立する固定化手段；を備えて成ることを特徴とする。多
数の中空繊維を微孔性膜として利用すれば好ましい。
付図の簡単な説明 図１は本発明の抽出装置の概略図である。
図２は一連の抽出における水流量（Vw、繊維長さ（ｌ）
に対し補正した）と全物質移動係数（Ｋ）の関係図であ
る。
に対し補正した）と全物質移動係数（Ｋ）の関係図であ
る。
図３は図２同じ一連の抽出におけるアミルアセテート流
量（Vs、繊維長さ（ｌ）について補正した）と全物質移
動係数（Ｋ）の関係図である。
量（Vs、繊維長さ（ｌ）について補正した）と全物質移
動係数（Ｋ）の関係図である。
図４は対照抽出における全物質移動係数（Ｋ）と有機液
体流速（Vs）の関係図である。
体流速（Vs）の関係図である。
図５は本発明の微孔性膜と液体／液体系の顕微鏡拡大図
である。
である。
発明の詳細記述 本発明は物質移動速度が従来の液体／液体抽出法よりも
大きく改善された備孔性膜使用液体／液体抽出方法とそ
の装置を提供するものである。
大きく改善された備孔性膜使用液体／液体抽出方法とそ
の装置を提供するものである。
液体／液体抽出法は一般に溶質を含む供給液流と不混和
性抽出剤液流を含む。溶質物質移動は２不混和相間の界
面でおこる。この方法において物質移動効率を２相間の
界面積を最大とすることによつて増加しようとする試み
が一般的である。この界面積を最適にする様求める液体
／液体抽出法は伝統的に密閉塔、混合沈降機などの様な
装置で行なわれている。この様な装置内でしばしば緊密
混合が行なわるが、これは２相の安定乳濁液生成となつ
て相分離と生成物回収を防げる。慣例の液体／液体抽出
系は同一密度をもつ液体を使つてこの乳濁液生成問題を
促進すると思われる状態を避けて来たのである。更に密
閉塔系にある制限には塔負荷要求と氾濫防止がある。
性抽出剤液流を含む。溶質物質移動は２不混和相間の界
面でおこる。この方法において物質移動効率を２相間の
界面積を最大とすることによつて増加しようとする試み
が一般的である。この界面積を最適にする様求める液体
／液体抽出法は伝統的に密閉塔、混合沈降機などの様な
装置で行なわれている。この様な装置内でしばしば緊密
混合が行なわるが、これは２相の安定乳濁液生成となつ
て相分離と生成物回収を防げる。慣例の液体／液体抽出
系は同一密度をもつ液体を使つてこの乳濁液生成問題を
促進すると思われる状態を避けて来たのである。更に密
閉塔系にある制限には塔負荷要求と氾濫防止がある。
本発明の方法は２不混和性液体間の界面接触の支持体と
なる備考性膜を使用している。この微孔性膜が液体でぬ
れると液体は膜の孔を満たす。不混和性第２液が膜の片
側で膜に接触すると膜のその側の表面で接触界面膜がで
きる。圧力を湿潤液上よりも非湿潤性液上で高く、しか
し膜の孔から湿潤性液を非湿潤性液で置換するに要する
圧よりは低く保つことによつてその界面は膜面で安定化
される。（この安定必要条件はキアニらによつて論述さ
れている）液体／液体抽出界面が上記の方法で微孔性膜
面にできれば慣例的液体／液体抽出系における上記の問
題はさけられる。
なる備考性膜を使用している。この微孔性膜が液体でぬ
れると液体は膜の孔を満たす。不混和性第２液が膜の片
側で膜に接触すると膜のその側の表面で接触界面膜がで
きる。圧力を湿潤液上よりも非湿潤性液上で高く、しか
し膜の孔から湿潤性液を非湿潤性液で置換するに要する
圧よりは低く保つことによつてその界面は膜面で安定化
される。（この安定必要条件はキアニらによつて論述さ
れている）液体／液体抽出界面が上記の方法で微孔性膜
面にできれば慣例的液体／液体抽出系における上記の問
題はさけられる。
本発明は特に微孔性膜物質による不混和性液流間の溶質
抽出法に関する。はからずも微孔性膜をぬらす液として
溶質がより可溶な液体を選択することによつて物質移動
速度を非常に増加できることが発見されたのである。故
にある場合は供給液が膜をぬらしまた他の場合は抽出剤
液が膜をぬらすことができる。
抽出法に関する。はからずも微孔性膜をぬらす液として
溶質がより可溶な液体を選択することによつて物質移動
速度を非常に増加できることが発見されたのである。故
にある場合は供給液が膜をぬらしまた他の場合は抽出剤
液が膜をぬらすことができる。
本発明は微孔性膜、好ましくは中空繊維形態を使用する
と共に膜をぬらす液の正しい選択によつて非常に物質移
動速度を増加できる。抽出法における物質移動速度は接
触液体の表面積増加によつて増加できることはこの技術
分野でよく知られている。平面形態と反対に中空繊維形
膜を使用すれば物質移動表面積増加によつて有利である
ことは技術的に認められている。しかし従来技術は如何
に微孔性膜をぬらす液の適当選択によつて物質移動速度
増加ができるか認めていない。与えられた方法における
平面膜とちがつて中空繊維使用は物質移動速度の算術的
増加となつている。はからずも適当な膜、例えば中空繊
維の選択と共に微孔性膜をぬらす適当液選択が物質移動
速度において期待される追加増をはるかに超える相乗的
増加をもたらすことがわかつたのである。
と共に膜をぬらす液の正しい選択によつて非常に物質移
動速度を増加できる。抽出法における物質移動速度は接
触液体の表面積増加によつて増加できることはこの技術
分野でよく知られている。平面形態と反対に中空繊維形
膜を使用すれば物質移動表面積増加によつて有利である
ことは技術的に認められている。しかし従来技術は如何
に微孔性膜をぬらす液の適当選択によつて物質移動速度
増加ができるか認めていない。与えられた方法における
平面膜とちがつて中空繊維使用は物質移動速度の算術的
増加となつている。はからずも適当な膜、例えば中空繊
維の選択と共に微孔性膜をぬらす適当液選択が物質移動
速度において期待される追加増をはるかに超える相乗的
増加をもたらすことがわかつたのである。
本発明によつて抽出された溶質は供給液と抽出剤双方に
可溶のどんな物質を事実上含んでいてもよい。本発明に
よつて有機と無機両物質は分離できる。更に膜の孔大き
さよりも小さい直径をもつ重合物質、特に蛋白質は本発
明法によつて分離できる。更に本発明により多くの溶質
物質が分離できる。好ましい実施態様の溶質は有機物質
である。最も好ましい溶質はポリペプチドと蛋白質の様
な生物学的化合物および薬剤、酵素、ヴイタミンおよび
ホルモンの様な生態影響化合物より成る溶質であるが、
上記例に限定するものではない。なお更に本発明は金属
イオンおよび金属錯塩およびその混合物、特にAu3+イオ
ンの様な無機物質抽出に使用できる。
可溶のどんな物質を事実上含んでいてもよい。本発明に
よつて有機と無機両物質は分離できる。更に膜の孔大き
さよりも小さい直径をもつ重合物質、特に蛋白質は本発
明法によつて分離できる。更に本発明により多くの溶質
物質が分離できる。好ましい実施態様の溶質は有機物質
である。最も好ましい溶質はポリペプチドと蛋白質の様
な生物学的化合物および薬剤、酵素、ヴイタミンおよび
ホルモンの様な生態影響化合物より成る溶質であるが、
上記例に限定するものではない。なお更に本発明は金属
イオンおよび金属錯塩およびその混合物、特にAu3+イオ
ンの様な無機物質抽出に使用できる。
本発明実施にあたり溶解化液体を決定する必要がある、
即ち供給液と抽出剤のいづれに抽出しようとする様質が
より可溶性であるか知る必要がある。この決定はこの分
野でよく知られた方法でできる。例えばこれらには溶解
度数値、効率又はこの分野で知られた膜を使わない液体
／液体抽出系の分配係数又は特定溶質除去用市販抽出剤
の製造業者のデータからの分配係数の使用がある。溶質
を含む供給液のみがわかれば、抽出剤液はそれが供給液
と不混和性でありまた溶質の比較溶解度がこの業界知識
人によく知られている分配係数実験によつて決定できる
様に選択できる。換言すれば供給液又は抽出剤の不混和
性液体の１方が必ず溶解化液体でなければならない。即
ち１方は溶質が他方より可溶性である液でなければなら
ない。不混和性液体のいづれに溶質がより可溶性か普通
決定することはこの分野の常識内である。溶質がより可
溶性である液体をこれ以後溶解化液体という。
即ち供給液と抽出剤のいづれに抽出しようとする様質が
より可溶性であるか知る必要がある。この決定はこの分
野でよく知られた方法でできる。例えばこれらには溶解
度数値、効率又はこの分野で知られた膜を使わない液体
／液体抽出系の分配係数又は特定溶質除去用市販抽出剤
の製造業者のデータからの分配係数の使用がある。溶質
を含む供給液のみがわかれば、抽出剤液はそれが供給液
と不混和性でありまた溶質の比較溶解度がこの業界知識
人によく知られている分配係数実験によつて決定できる
様に選択できる。換言すれば供給液又は抽出剤の不混和
性液体の１方が必ず溶解化液体でなければならない。即
ち１方は溶質が他方より可溶性である液でなければなら
ない。不混和性液体のいづれに溶質がより可溶性か普通
決定することはこの分野の常識内である。溶質がより可
溶性である液体をこれ以後溶解化液体という。
溶解化液が決定されれば溶解化液によつてぬらされる微
孔性膜が選択される。膜が液体によつてぬれるかどうか
の１決定法は膜の透光性変化による。微孔性膜は通常半
透明であるが透明ではない。この膜を液体に浸漬しとり
出したとき溶液が膜をぬらしたときは膜は透明に見え
る。ぬれないときは膜は半透明のままでいる。この場合
液は微孔性膜を自然にぬらしたといわれる。液体表面張
力が膜の臨界表面張力より小さいときこの自然ぬれ現象
がおこる。このパラメーターは容易に知られており又は
この分野の知識人によつて普通確かめることができる。
孔性膜が選択される。膜が液体によつてぬれるかどうか
の１決定法は膜の透光性変化による。微孔性膜は通常半
透明であるが透明ではない。この膜を液体に浸漬しとり
出したとき溶液が膜をぬらしたときは膜は透明に見え
る。ぬれないときは膜は半透明のままでいる。この場合
液は微孔性膜を自然にぬらしたといわれる。液体表面張
力が膜の臨界表面張力より小さいときこの自然ぬれ現象
がおこる。このパラメーターは容易に知られており又は
この分野の知識人によつて普通確かめることができる。
好ましい微孔性膜組成物にはポリオレフイン、セルロー
スエステルポリマー、ポリアミド、ポリアクリルアミ
ド、ポリ（スルホン化スチレン）、ポリスルホン、およ
びポリアクリリツクスがある。最も好ましいものはセル
ロースアセテートポリマー、ポリエチレン、ポリプロピ
レン、ポリメチルペンテン、およびポリテトラフルオロ
エチレンがある。
スエステルポリマー、ポリアミド、ポリアクリルアミ
ド、ポリ（スルホン化スチレン）、ポリスルホン、およ
びポリアクリリツクスがある。最も好ましいものはセル
ロースアセテートポリマー、ポリエチレン、ポリプロピ
レン、ポリメチルペンテン、およびポリテトラフルオロ
エチレンがある。
好ましい微孔性膜構造は１乃至75ミクロンの厚さ、50乃
至2000オングストロームの平均孔大きさおよび１％以下
から約99％までの多孔性をもつ。微孔性中空繊維膜の場
合１−75ミクロンの壁厚さ、５−1500ミクロンの内径、
50−2000オングストロームの平均孔大きさおよび１％以
下から約99％までの多孔性をもつ膜が好ましい。特に好
ましいのはセルガード微孔性膜、で最もよいのはセルガ
ードX20微孔性中空繊維（NC、チャーロツテ、セラニー
ズセパレーシヨンプロダクツから市販されている）であ
る。
至2000オングストロームの平均孔大きさおよび１％以下
から約99％までの多孔性をもつ。微孔性中空繊維膜の場
合１−75ミクロンの壁厚さ、５−1500ミクロンの内径、
50−2000オングストロームの平均孔大きさおよび１％以
下から約99％までの多孔性をもつ膜が好ましい。特に好
ましいのはセルガード微孔性膜、で最もよいのはセルガ
ードX20微孔性中空繊維（NC、チャーロツテ、セラニー
ズセパレーシヨンプロダクツから市販されている）であ
る。
図５は本発明の顕微鏡拡大液体／液体と膜系を示してい
る。微孔性膜50は平面幾何学的なもので支持網55の様な
硬質裏張りで支持されている。溶解化液70は膜面62と接
触し膜をぬらして膜孔60中に入つている。他液80は膜の
反対面64と接触する。２液間の界面75は膜表面、即ち非
溶解化液と接触している膜表面において非可動化されて
いる。
る。微孔性膜50は平面幾何学的なもので支持網55の様な
硬質裏張りで支持されている。溶解化液70は膜面62と接
触し膜をぬらして膜孔60中に入つている。他液80は膜の
反対面64と接触する。２液間の界面75は膜表面、即ち非
溶解化液と接触している膜表面において非可動化されて
いる。
どの液体が溶解化液であるかまたは微孔性膜をぬらすか
決定されれば溶解化液が供給液又は抽出剤であるかどう
かは関係ない。本発明の実施には膜をぬらす液体に抽出
される溶質がより可溶であるだけで十分である。抽出剤
液が溶解化液であることが好ましい。
決定されれば溶解化液が供給液又は抽出剤であるかどう
かは関係ない。本発明の実施には膜をぬらす液体に抽出
される溶質がより可溶であるだけで十分である。抽出剤
液が溶解化液であることが好ましい。
例えばペニシリンを水溶液から水不混和性有機アセテー
ト中に抽出したい場合を考えてみよ。水溶液が塩基性、
即ちpH7以上であるならばペニシリンをイオン化し有機
相よりも水相により可溶性とする。したがつて水で自然
にぬれる微孔性膜が抽出法用に選択される。適当な微孔
性物質は例えばセルロースアセテート又はスルホン化ポ
リエチレンである。他方で水溶液が酸性であればペニシ
リンは非イオン性であり有機相により可溶性である。こ
の場合有機アセテートによつて自然にぬれる微孔性物質
が抽出用に選択される。例えば微孔性ポリプロピレン、
ポリメチルペンテン又はポリスルホンである。
ト中に抽出したい場合を考えてみよ。水溶液が塩基性、
即ちpH7以上であるならばペニシリンをイオン化し有機
相よりも水相により可溶性とする。したがつて水で自然
にぬれる微孔性膜が抽出法用に選択される。適当な微孔
性物質は例えばセルロースアセテート又はスルホン化ポ
リエチレンである。他方で水溶液が酸性であればペニシ
リンは非イオン性であり有機相により可溶性である。こ
の場合有機アセテートによつて自然にぬれる微孔性物質
が抽出用に選択される。例えば微孔性ポリプロピレン、
ポリメチルペンテン又はポリスルホンである。
次の実施例は本発明の実施態様、目的、利点を明らかに
するであろう。これらは本発明を例証するためのもので
限定するものではない。
するであろう。これらは本発明を例証するためのもので
限定するものではない。
実施例 Ｉ 本実施例はｐ−ニトロフエノール溶質の供給水液からア
ミルアセテート抽出剤液への抽出に関するものである。
この系は最近の抗生物質抽出にしばしば使われている。
使用装置は図１に示されている。外枠と管熱交換機に似
た中空繊維モジユール１は商品名セルガードX20（内径4
13ミクロン、壁厚さ26.5ミクロン、空間部分40％、孔大
きさ約0.03乃至約0.05ミクロンを特徴とする）として市
販されている微孔性ポリプロピレン中空繊維120本より
成る。供給水液びん２は供給水液中にｐ−ニトロフエノ
ール溶質を含んでおり流量計６をへてモジユール１の管
側に接続している。有機抽出剤びん３はアミルアセテー
ト抽出剤液を入れ流量計７をへてモジユール１の枠側に
接続している。再循環液はそれぞれポンプ４と５をへて
びんに戻される。びんの液濃度は分光光度計で測定され
た。溶質は供給液よりも抽出剤液に70倍も可溶であると
測定されたので抽出剤液は溶解化液である。微孔性ポリ
プロピレン膜は極めて疎水性であるので選ばれた、した
がつてそれは抽出剤／溶解化液によつて自然ににらされ
る。
ミルアセテート抽出剤液への抽出に関するものである。
この系は最近の抗生物質抽出にしばしば使われている。
使用装置は図１に示されている。外枠と管熱交換機に似
た中空繊維モジユール１は商品名セルガードX20（内径4
13ミクロン、壁厚さ26.5ミクロン、空間部分40％、孔大
きさ約0.03乃至約0.05ミクロンを特徴とする）として市
販されている微孔性ポリプロピレン中空繊維120本より
成る。供給水液びん２は供給水液中にｐ−ニトロフエノ
ール溶質を含んでおり流量計６をへてモジユール１の管
側に接続している。有機抽出剤びん３はアミルアセテー
ト抽出剤液を入れ流量計７をへてモジユール１の枠側に
接続している。再循環液はそれぞれポンプ４と５をへて
びんに戻される。びんの液濃度は分光光度計で測定され
た。溶質は供給液よりも抽出剤液に70倍も可溶であると
測定されたので抽出剤液は溶解化液である。微孔性ポリ
プロピレン膜は極めて疎水性であるので選ばれた、した
がつてそれは抽出剤／溶解化液によつて自然ににらされ
る。
全物質移動係数はこの分野で既知の方法によつてえるこ
とができ、また一連の実験後非溶解化液（この場合供給
液）流量に体する全物質移動係数の関係は決定される。
この結果は図２に示されている。図２の白点は黒点は平
行流抽出に使われたちがつた長さの繊維モジユールをあ
らわし角点は向流抽出をあらわす。この図から非湿潤性
供給液流速（l/Vw）が増せば全物質移動係数も増加する
ことがわかる。
とができ、また一連の実験後非溶解化液（この場合供給
液）流量に体する全物質移動係数の関係は決定される。
この結果は図２に示されている。図２の白点は黒点は平
行流抽出に使われたちがつた長さの繊維モジユールをあ
らわし角点は向流抽出をあらわす。この図から非湿潤性
供給液流速（l/Vw）が増せば全物質移動係数も増加する
ことがわかる。
初めみて非湿潤性液流量増加と共に物質移動係数増加が
意外に思われないが、実際にはそれは図３に示された結
果を考える予期しない驚きである。図３の丸点は種々の
有機抽出剤液流速（l/Vw）における物質移動係数をあら
わしている。点線は物質移動に対し供給水液によつて抵
抗がおこらないと仮定して予想される結果を示してい
る。図３から全物質移動係数は事実上ぬらす液の流速変
化によつて影響されないことがわかる。換言すれば物質
移動係数はぬらす液が溶解化液でもある場合はぬらす液
の流速と事実上無関係なのである。
意外に思われないが、実際にはそれは図３に示された結
果を考える予期しない驚きである。図３の丸点は種々の
有機抽出剤液流速（l/Vw）における物質移動係数をあら
わしている。点線は物質移動に対し供給水液によつて抵
抗がおこらないと仮定して予想される結果を示してい
る。図３から全物質移動係数は事実上ぬらす液の流速変
化によつて影響されないことがわかる。換言すれば物質
移動係数はぬらす液が溶解化液でもある場合はぬらす液
の流速と事実上無関係なのである。
比較実施例 Ｉ 酢酸溶質を供給水液からメチルアミルケトン抽出剤液中
に抽出するに上の実施例の装置を使用した。酢酸はケト
ンよりも水により可溶である、即ち溶解化水液である
が、同じポリプロピレン微孔性中空繊維膜を使用した、
即ち微孔性膜は溶解化液でない液体でぬらされる。この
抽出結果は図４に示している。丸点は固定供給水液速度
をあらわし角点は固定ケトン抽出剤液速度をあらわして
いる。点線は膜はよる抵抗がないと仮定した物質移動係
数の普通計算値を示している。この図から物質移動係数
は供給水液流速又はケトン抽出剤液流速のいづれの変化
にも影響されないことがわかる。
に抽出するに上の実施例の装置を使用した。酢酸はケト
ンよりも水により可溶である、即ち溶解化水液である
が、同じポリプロピレン微孔性中空繊維膜を使用した、
即ち微孔性膜は溶解化液でない液体でぬらされる。この
抽出結果は図４に示している。丸点は固定供給水液速度
をあらわし角点は固定ケトン抽出剤液速度をあらわして
いる。点線は膜はよる抵抗がないと仮定した物質移動係
数の普通計算値を示している。この図から物質移動係数
は供給水液流速又はケトン抽出剤液流速のいづれの変化
にも影響されないことがわかる。
酢酸抽出における実際結果と予想結果（図４に点線で示
した様な）との差は本発明の方法と一致する。微孔性ポ
リプロピレン膜がケトンによつてぬらされ、したがつて
膜は溶質がより可溶である液によつてぬらされないの
で、抽出速度はぬらす液体の適当選択によつてえられる
もずつとおそい。ｐ−ニトロフエノールと酢酸の拡散係
数は水中いづれも約10-5cm2/秒で、アミルアセテート又
はメチルアミルケトン中でそんなにちがうと予想されな
い。しかし酢酸の物質移動係数は約0.2×10-3cm/秒であ
り、反対にｐ−ニトロフエノール抽出については約3.0
×10-3cm/秒である。したがつてｐ−ニトロフエノール
の物質移動係数は酢酸抽出についてのそれより14倍大き
い。この比較実施例は上記キアニらの行なつた抽出と本
質的に同じであるが、但しキアニらは中空繊維を用いた
実施例を発表していない。実際の物質移動速度は物質移
動用全表面積、時間に対する濃度変化および全物質移動
係数の積である。
した様な）との差は本発明の方法と一致する。微孔性ポ
リプロピレン膜がケトンによつてぬらされ、したがつて
膜は溶質がより可溶である液によつてぬらされないの
で、抽出速度はぬらす液体の適当選択によつてえられる
もずつとおそい。ｐ−ニトロフエノールと酢酸の拡散係
数は水中いづれも約10-5cm2/秒で、アミルアセテート又
はメチルアミルケトン中でそんなにちがうと予想されな
い。しかし酢酸の物質移動係数は約0.2×10-3cm/秒であ
り、反対にｐ−ニトロフエノール抽出については約3.0
×10-3cm/秒である。したがつてｐ−ニトロフエノール
の物質移動係数は酢酸抽出についてのそれより14倍大き
い。この比較実施例は上記キアニらの行なつた抽出と本
質的に同じであるが、但しキアニらは中空繊維を用いた
実施例を発表していない。実際の物質移動速度は物質移
動用全表面積、時間に対する濃度変化および全物質移動
係数の積である。
実施例 II 上記実施例に使用したと同じ装置を利用した。そして特
にセルガードX20の名で入手できる微孔性ポリプロピレ
ン中空繊維を利用した。この実施例のAu3＋である溶質
を塩酸供給液からジエチレングリコールブチルエーテル
（DGDE）抽出剤液中に抽出した。微孔性中空繊維膜はDG
DEによつてぬらされ、溶質Au3＋は塩酸中よりもDGDEに
約50倍も可溶性（即ち分配係数Ｈ＝50）であることが測
定された。かくて溶解化液は微孔性膜をぬらす。
にセルガードX20の名で入手できる微孔性ポリプロピレ
ン中空繊維を利用した。この実施例のAu3＋である溶質
を塩酸供給液からジエチレングリコールブチルエーテル
（DGDE）抽出剤液中に抽出した。微孔性中空繊維膜はDG
DEによつてぬらされ、溶質Au3＋は塩酸中よりもDGDEに
約50倍も可溶性（即ち分配係数Ｈ＝50）であることが測
定された。かくて溶解化液は微孔性膜をぬらす。
物質移動係数は上記抽出におけるとおり計算され非溶解
化液（塩酸）の速度に依り、溶解化液（DGDE）速度に依
らないことがわかつた。物質移動係数はこの抽出につい
て約１×10-3cm/秒であるとわかつた。
化液（塩酸）の速度に依り、溶解化液（DGDE）速度に依
らないことがわかつた。物質移動係数はこの抽出につい
て約１×10-3cm/秒であるとわかつた。
比較実施例 II 溶質としてAu3+を供給液としてDGDEから抽出剤液として
のpH9に緩衝された２％KCN溶液中に抽出するため実施例
IIの装置と同じ装置を使用した。再び微孔性中空繊維膜
をDGDEでぬらした。しかしこの場合Ｈ＝0.027即ちAu3+
はDGDE中よりもKCN溶液中に約37倍も可溶性（37の逆数
は0.027）である。故に溶解化液KCNは膜をぬらさない。
のpH9に緩衝された２％KCN溶液中に抽出するため実施例
IIの装置と同じ装置を使用した。再び微孔性中空繊維膜
をDGDEでぬらした。しかしこの場合Ｈ＝0.027即ちAu3+
はDGDE中よりもKCN溶液中に約37倍も可溶性（37の逆数
は0.027）である。故に溶解化液KCNは膜をぬらさない。
物質移動係数は上のとおり計算した、また非湿潤性／溶
解化液速度（即ちKCN水溶液）に本質的に依らずまた湿
潤性液（即ちDGDE）にのみ値かに依存するとわかつた。
物質移動係数は約２×10-3cm/秒であり、膜抵抗なしと
仮定した場合よりも約100倍低いことがわかつた。
解化液速度（即ちKCN水溶液）に本質的に依らずまた湿
潤性液（即ちDGDE）にのみ値かに依存するとわかつた。
物質移動係数は約２×10-3cm/秒であり、膜抵抗なしと
仮定した場合よりも約100倍低いことがわかつた。
実施例IIと比較実施例IIからAu3＋抽出の物質移動係数
は他の非溶解化液が膜をぬらすよりも好ましい溶解化液
が膜をぬらす場合に500倍も大きいことがわかるのであ
る。
は他の非溶解化液が膜をぬらすよりも好ましい溶解化液
が膜をぬらす場合に500倍も大きいことがわかるのであ
る。
特定理論に拘速されたくないが、これらの実験は物質移
動が膜の孔をとおしておこりまた本発明の方法における
物質移動に対する意味深い抵抗は非湿潤性液体と膜の間
の境界層のみであることを示していると信じられる。更
に溶質がより可溶性である液体による膜のぬれは膜と溶
解化／湿潤性液によつておこる物質移動に対する抵抗を
事実上否定すると信じられる。故に便利な膜と微孔性膜
をぬらすに適当な液体選択の組合せによつて中空繊維膜
単独でえられるよりも予想外に大きくまた普通抽出法よ
りも予想外にまた実質的に大きい物質移動速度がえられ
るのである。
動が膜の孔をとおしておこりまた本発明の方法における
物質移動に対する意味深い抵抗は非湿潤性液体と膜の間
の境界層のみであることを示していると信じられる。更
に溶質がより可溶性である液体による膜のぬれは膜と溶
解化／湿潤性液によつておこる物質移動に対する抵抗を
事実上否定すると信じられる。故に便利な膜と微孔性膜
をぬらすに適当な液体選択の組合せによつて中空繊維膜
単独でえられるよりも予想外に大きくまた普通抽出法よ
りも予想外にまた実質的に大きい物質移動速度がえられ
るのである。
本発明の好ましい実施態様について記述したが、本発明
の真意から逸脱しない限り当業者のより多くの修正法や
変更法の作成も可能なのである。この修正法や変更法も
特許請求の範囲に示すとおりその範囲内に包含されるも
のと考えている。
の真意から逸脱しない限り当業者のより多くの修正法や
変更法の作成も可能なのである。この修正法や変更法も
特許請求の範囲に示すとおりその範囲内に包含されるも
のと考えている。
図１は本発明の方法実施のための装置概略図である。 図中は中空繊維モジユール、２は供給水液用びん、３は
有機抽出剤用びんである。 図２は一連の抽出における全物質移動係数（Ｋ）と水流
速（Vw）の関係図である。縦軸に1/K（秒/cm）をとり横
軸に（l/Vw）1/3をとつている。 図３は図２の抽出における全物質移動係数（Ｋ）とアミ
ルアセテート流速（VS）の関係図である。縦軸に1/K
（秒/cm）をとり横軸に（l/VS）1/3をとつている。 図４は比較抽出における全物質移動係数（Ｋ）と有機液
流速（VS）の関係図である。縦軸に1/K（103秒/cm）を
とり横軸に（l/VS）1/3をとつている。 図５は本発明の顕微鏡拡大微孔性膜と液体／液体系の図
である。 図中 50……微孔性膜 55……支持網 60……孔 70……溶解化液 75……界面 80……他液
有機抽出剤用びんである。 図２は一連の抽出における全物質移動係数（Ｋ）と水流
速（Vw）の関係図である。縦軸に1/K（秒/cm）をとり横
軸に（l/Vw）1/3をとつている。 図３は図２の抽出における全物質移動係数（Ｋ）とアミ
ルアセテート流速（VS）の関係図である。縦軸に1/K
（秒/cm）をとり横軸に（l/VS）1/3をとつている。 図４は比較抽出における全物質移動係数（Ｋ）と有機液
流速（VS）の関係図である。縦軸に1/K（103秒/cm）を
とり横軸に（l/VS）1/3をとつている。 図５は本発明の顕微鏡拡大微孔性膜と液体／液体系の図
である。 図中 50……微孔性膜 55……支持網 60……孔 70……溶解化液 75……界面 80……他液
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート ダブリユー キヤラハン アメリカ合衆国ノースカロライナ州 チヤ ーロツト プリンス ジヨージ ロード 8133 (72)発明者 ポール アール アレキサンダー ジユニ ア アメリカ合衆国ノースカロライナ州 チヤ ーロツト パイン レーク レーン 6911
Claims (12)
- 【請求項１】溶質を供給液からそれと不混和性の抽出剤
液中に抽出する方法において、 （ａ）供給液と抽出剤液のうち溶質がより可溶性である
液を決定し； （ｂ）向き合った両膜面をもつ微孔性膜を選択し； （ｃ）溶質がより可溶性である液として工程（ａ）にお
いて決定した供給液または抽出剤液のうちの一方の液を
上記の両膜面のうちの１つの面に接触させて上記の微孔
性膜の細孔を完全に満たし、それによって充填孔が上記
の一方の液から専ら成る湿潤微孔性膜を生成し； （ｄ）上記の一方の液を両膜面のうちの他方の面におい
て固定化し； （ｅ）膜の細孔を満たしていない且つ溶質が可溶性に乏
しい上記供給液と抽出剤液のうちの他方の液を上記の一
方の液と上記の他方の面において接触させ、それによっ
て上記の一方の液と他方の液との間に界面接触を確立
し；そしてその後に （ｆ）溶質を上記の一方の液と他方の液との間で上記の
確立した界面において抽出する； 諸工程より成ることを特徴とする方法。 - 【請求項２】上記微孔性膜が少なくとも１の中空繊維よ
り成る特許請求の範囲第１項に記載の方法。 - 【請求項３】上記微孔性膜が１乃至75ミクロンの厚さ、
50乃至2000オングストロームの平均孔大きさおよび約99
％以下の多孔度をもつ微孔性ポリオレフイン膜である特
許請求の範囲第１項に記載の方法。 - 【請求項４】上記中空繊維が１乃至75ミクロンの壁厚
さ、５乃至1500ミクロンの内径、50乃至2000オングスト
ロームの平均孔大きさおよび約99％以下の多孔度をもつ
中空繊維形状の微孔性膜より成る特許請求の範囲第２項
に記載の方法。 - 【請求項５】上記溶質が生体に影響をもつ化合物である
特許請求の範囲第１項に記載の方法。 - 【請求項６】上記溶質が薬剤、酵素、蛋白質、ビタミ
ン、およびホルモンより成る群から選ばれた有機化合物
である特許請求の範囲第１項に記載の方法。 - 【請求項７】上記溶質が無機化合物である特許請求の範
囲第１項に記載の方法。 - 【請求項８】上記溶質が金属イオン、金属錯塩およびそ
れらの混合物より成る群からえらばれた化合物である特
許請求の範囲第１項に記載の方法。 - 【請求項９】上記溶質がAu3+である特許請求の範囲第８
項に記載の方法。 - 【請求項１０】供給液と抽出剤液が互いに不混和性であ
りかつその液の一方がその他方の液に比べて溶質がより
可溶性である溶解化液である条件で微孔性膜の一面にお
いて確立した両液間の界面で溶質を供給液流から抽出剤
液流中に抽出する装置において、微孔性膜；上記抽出剤
液流を該微孔性膜の他面に提供し、微孔性膜を溶解化液
によって専ら混潤させそれによって溶解化液から成る充
てん孔をもたせる抽出剤液流供給手段；および湿潤膜面
の溶解化液を固定化しそれによって供給液流および抽出
剤液流の一方の液と他方の液との間に界面接触を確立す
る固定化手段；を備えて成ることを特徴とする溶質を供
給液流から抽出剤液流中に抽出する装置。 - 【請求項１１】上記微孔性膜が少なくとも１の中空繊維
より成る特許請求の範囲第10項に記載の装置。 - 【請求項１２】上記膜が厚さ１乃至75ミクロン、平均孔
大きさ５乃至2000オングストロームおよび約99％以下の
多孔度をもつ微孔性ポリオレフイン膜である特許請求の
範囲第10項に記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US862807 | 1986-05-13 | ||
| US06/862,807 US4966707A (en) | 1986-05-13 | 1986-05-13 | Liquid/liquid extractions with microporous membranes |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62279803A JPS62279803A (ja) | 1987-12-04 |
| JPH0767521B2 true JPH0767521B2 (ja) | 1995-07-26 |
Family
ID=25339413
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62114907A Expired - Fee Related JPH0767521B2 (ja) | 1986-05-13 | 1987-05-13 | 微孔性膜による液体／液体抽出法 |
Country Status (11)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4966707A (ja) |
| EP (1) | EP0246065B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0767521B2 (ja) |
| KR (1) | KR930001602B1 (ja) |
| AT (1) | ATE81305T1 (ja) |
| AU (1) | AU599377B2 (ja) |
| CA (1) | CA1312291C (ja) |
| DE (1) | DE3782086T2 (ja) |
| ES (1) | ES2035050T3 (ja) |
| IL (1) | IL82468A0 (ja) |
| ZA (1) | ZA873432B (ja) |
Families Citing this family (41)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4885087A (en) * | 1986-11-26 | 1989-12-05 | Kopf Henry B | Apparatus for mass transfer involving biological/pharmaceutical media |
| US4944882A (en) * | 1989-04-21 | 1990-07-31 | Bend Research, Inc. | Hybrid membrane separation systems |
| US5084183A (en) * | 1990-10-31 | 1992-01-28 | Exxon Research And Engineering Company | Fractionation of light/heavy waxes by use of porous membranes |
| US5120900A (en) * | 1990-12-05 | 1992-06-09 | Exxon Research And Engineering Company | Integrated solvent extraction/membrane extraction with retentate recycle for improved raffinate yield |
| US5095170A (en) * | 1990-12-05 | 1992-03-10 | Exxon And Research And Engineering Company | Intergrated membrane pre-extraction/solvent extraction of distillates |
| US5107059A (en) * | 1990-12-05 | 1992-04-21 | Exxon Research & Engineering Company | Iso/normal paraffin separation by membrane extraction |
| US5045206A (en) * | 1990-12-05 | 1991-09-03 | Exxon Research & Engineering Company | Selective multi-ring aromatics extraction using a porous, non-selective partition membrane barrier |
| US5107056A (en) * | 1990-12-05 | 1992-04-21 | Exxon Research And Engineering Company | Selective separation of naphthenes from paraffins by membrane extraction |
| US5107058A (en) * | 1990-12-05 | 1992-04-21 | Exxon Research And Engineering Company | Olefin/paraffin separation via membrane extraction |
| ES2032716A6 (es) * | 1991-03-13 | 1993-02-16 | Univ Madrid Complutense | Procedimiento para la extraccion de substancias de bajo peso moleculara traves de membrana presentes en productos naturales y sinteticos. |
| DK0561760T3 (da) * | 1992-03-20 | 1999-05-25 | Monsanto Co | Ekstraktion af organiske forbindelser fra vandige opløsninger |
| US5507949A (en) * | 1992-03-20 | 1996-04-16 | Monsanto Company | Supported liquid membrane and separation process employing same |
| US5391298B1 (en) * | 1993-03-05 | 1997-10-28 | Minnesota Mining & Mfg | Method for performing a solid-phase extraction under pressurized conditions |
| DE69404848T2 (de) * | 1993-08-13 | 1998-03-19 | Minnesota Mining & Mfg | Filterpatrone mit darauf angeordneten unlöslichen enzympartikeln |
| US5468847A (en) * | 1994-03-10 | 1995-11-21 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Method of isolating and purifying a biomacromolecule |
| US5609765A (en) * | 1994-05-19 | 1997-03-11 | Bowman; Ronald W. | Steam stripping method for the softening of water |
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| US7122709B2 (en) * | 2003-03-13 | 2006-10-17 | 3M Innovative Properties Company | Method for obtaining ethanol |
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