JPH0824585A - 水溶液の濃縮方法 - Google Patents

水溶液の濃縮方法

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JPH0824585A
JPH0824585A JP18195594A JP18195594A JPH0824585A JP H0824585 A JPH0824585 A JP H0824585A JP 18195594 A JP18195594 A JP 18195594A JP 18195594 A JP18195594 A JP 18195594A JP H0824585 A JPH0824585 A JP H0824585A
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JP
Japan
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aqueous solution
water vapor
concentrating
permeable membrane
selective permeable
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JP18195594A
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English (en)
Inventor
Junjiro Iwamoto
純治郎 岩元
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AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】小規模にでき、対象とする水溶液の適用範囲が
広く、経済効率の高い、水溶液の濃縮方法を提供する。 【構成】水溶液を濃縮するにあたり、水溶液を水蒸気選
択透過膜の一方の面側に導入し、水蒸気選択透過膜の他
方の面側に搬送気体を導入して、水蒸気選択透過膜を介
して水溶液中の水分を搬送気体側に移行させることによ
り水溶液を濃縮する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は水溶液の濃縮方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】水溶液の濃縮方法には蒸発法、逆浸透膜
を用いる方法及びイオン交換膜を用いて電解質の溶解し
た水溶液を電気透析により濃縮する方法等が知られてい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、蒸発法
は、規模が大きく対象とする水溶液に対して充分耐食性
があり安価で加工性のある材料が使用できる場合には効
率的で経済性が良好な方法であるが、規模が小さく対象
とする水溶液に対して耐食性のある材料が高価で加工性
の悪い場合には経済効率が極めて悪いことが知られてい
る。
【0004】また逆浸透膜を用いる方法では、原液の濃
度が大きいと浸透圧の関係上、必要動力が極めて大きく
なり、濃度の大きな原液を更に濃縮する用途に対しては
経済効率が極めて悪かった。また逆浸透膜法では、用い
られている素材は通常耐食性が余り大きくなく、このた
め濃縮の対象とされる水溶液は極めて限定されたもので
あった。
【0005】さらにイオン交換膜を用いて電解質の溶解
した水溶液を電気透析により濃縮する方法は電解質の薄
い水溶液には効率的であるが、装置が複雑であり小規模
の設備に対しては経済性が必ずしも充分ではなかった。
【0006】本発明は、小規模にでき、対象とする水溶
液の適用範囲が広く、経済効率の高い、水溶液の濃縮方
法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明で
は、水溶液を濃縮するにあたり、水溶液を水蒸気選択透
過膜の一方の面側に導入し、水蒸気選択透過膜の他方の
面側に搬送気体を導入し、水蒸気選択透過膜を介して水
溶液中の水分を搬送気体側に移行させることにより水溶
液を濃縮するように構成されている。
【0008】請求項2に記載の発明では、請求項1に記
載の水溶液の濃縮方法において、搬送気体として外気を
用いている。
【0009】請求項3に記載の発明では、請求項1又は
2に記載の水溶液の濃縮方法において、濃縮すべき水溶
液又は搬送気体の両方又は一方を気温より5℃以上加熱
するようにしている。
【0010】請求項4に記載の発明では、請求項1〜3
のいずれか1つに記載の水溶液の濃縮方法において、水
蒸気選択透過膜がパ−フルオロスルホン酸系陽イオン交
換膜より形成されている。
【0011】請求項5に記載の発明では、請求項1〜4
のいずれか1つに記載の水溶液の濃縮方法において、水
蒸気選択透過膜からなる、入口と出口を有する封筒状体
を外側にスぺーサーを配置して巻き込んでなるモジュ−
ルの、封筒状体の内部に水溶液を通過させ、封筒状体の
外部に搬送気体を導入して水溶液中の水分を水蒸気選択
透過膜を介して搬送気体側に移行させることにより水溶
液を濃縮するようにしている。
【0012】本発明は基本的には水溶液と搬送気体の間
の分圧差による水分の蒸発現象を利用した濃縮法であ
る。水溶液と外部に分圧差を付けるために真空ポンプで
減圧することも可能であるが、しかしこの方法では減圧
を保つために気密保持が必要となり設備のコストが増大
する。また水蒸気の移行に対しても、搬送気体が皆無か
極めて少ないため水蒸気の移動速度を増大させにくい。
そこで本発明では搬送気体を導入する方法を用いてい
る。
【0013】搬送気体としては、圧縮空気を用いたり、
冷凍法や吸着法などの除湿機より得られる乾燥空気を用
いることもできるが、大がかりな装置や、過大なエネル
ギーを必要するので好ましくない。本発明では外気を用
いている。外気は低圧ファン等で導入でき大掛かりな装
置を必要とせず経済的である。
【0014】通常、外気の相対湿度は20〜80%程度
であることが多いが、水溶液の温度が外気より低いと、
導入させた外気が冷却され、場合によっては飽和に近く
なる可能性があり、この場合には水溶液の濃縮は期待で
きない。そのため、安定して濃縮操作を行なうために
は、導入した外気を、気温より5℃以上、好ましくは1
0℃以上加熱する方が好ましい。
【0015】一方、前述の通り、水分の外気への移行は
蒸発現象であるので、濃縮操作の際に水溶液の温度低下
が起きる。水溶液の温度が低下すると、水蒸気の透過速
度が低下し、同時に、導入された外気の温度も低下させ
てしまう。そこで、水溶液の温度も気温より5℃以上、
好ましくは10℃以上加熱するのが好ましい。
【0016】なお、水溶液と、導入した外気の両方を加
熱しても、あるいは、いずれにしろ起こる水蒸気選択透
過膜を介しての熱移動を考慮して、一方だけを加熱して
もよい。
【0017】本発明で用いることができる水蒸気選択透
過膜の材質としては、例えばセロファン、シリコン樹
脂、透湿性ウレタン樹脂、イオン交換樹脂等があり、こ
のほか水蒸気選択透過性を有するものであれば使用でき
る。この中でも強度、耐薬品性の点でイオン交換樹脂膜
を使用するのが好ましい。またイオン交換樹脂でも、水
蒸気透過性、耐薬品性、強度の点で含フッ素スルフォン
酸型が特に好ましい。
【0018】なかでも本発明の水蒸気選択透過膜として
は、以下の化1の構造式を有するパ−フルオロスルホン
酸系陽イオン交換膜が好ましく、特に固定イオン濃度1
〜6N、好ましくは2〜5N、吸水率20〜250重量
%、好ましくは22〜110重量%、膜厚0.1〜10
0μm、好ましくは1〜80μmのものが適当である。
ここで吸水率は、乾燥膜重量当たりの膜に含まれる水分
量の百分率で表され、また固定イオン濃度は、膜に含ま
れる水分当たりのイオン交換容量で表される。
【0019】
【化1】
【0020】化1において、p、qは正の数であり、そ
の比q/pは2〜16、mは0または1、nは1〜5の
整数である。Mは水素原子又はNa、Kなどの金属原子
を表す。
【0021】水蒸気選択透過膜としては、水蒸気選択透
過性をもつ樹脂の単層膜を用いることができる。しかし
通常、水蒸気選択透過樹脂は水存在下では1%〜150
%程度膨潤し、それにつれて強度、特に剛性と引き裂き
強度が低下することが多い。また透過度を上げコストを
下げる点から通常高価な水蒸気選択透過性樹脂を薄膜化
することが好ましい。この2点から強度とのバランスを
取るために補強体を使うことが好ましい。補強体として
は例えば織布、不織布、メッシュ、多孔体又はこれらの
組み合わせなどを用いることができる。
【0022】水蒸気選択透過膜の形態としては平膜状で
も中空糸、チューブ状いずれでも用いることができる。
また図1のように、水蒸気選択透過膜を2枚張り合せて
入口1a、出口1bを有する封筒状体1を作り、スペー
サー2を配置して巻き込んでモジュール3を作り、封筒
状体の内部に濃縮すべき水溶液を流通させ、封筒体の外
部に外気4を導入して、水溶液中の水分を水蒸気選択透
過膜を介して外気側に移行(移動)させるようにしても
よい。この場合モジュールの製作が簡単であり、装置も
コンパクトにできる。
【0023】
【実施例】テトラフルオロエチレンとCF2 =CFOC
2 CF(CF3 )OCF2 CF2 SO2 Fとを共重合
せしめてイオン交換容量1.10ミリ当量/g樹脂の共
重合体Aを得た。この共重合体を水酸化カリウム水溶液
で加水分解後、塩酸で処理し末端を−SO3 Hに交換し
た共重合体Bを得た。共重合体Bとエタノールをオート
クレーブに入れ、加熱攪拌し、共重合体Bの10重量%
の含フッ素系イオン交換樹脂エタノール溶液を得た。
【0024】この溶液をポリテトラフルオロエチレン
(PTFE)製フィルムの上に液膜厚100μmでキャ
ストし、その後、恒温槽中で60℃、5分の条件で乾燥
し5μmの厚みの含フッ素系イオン交換樹脂の薄膜を得
た。さらにその上に100μmの厚みで前述の溶液を更
にキャストしエタノールが蒸散する前に素早く100μ
mの厚みのPTFE多孔体をのせ含フッ素系イオン交換
樹脂薄膜とPTFE多孔体を積層しその後同様な条件で
乾燥し水蒸気選択透過膜を得た。
【0025】このようにして得た、幅20cm、長さ
2.5mの水蒸気選択透過膜を2枚張り合せて有効面積
1m2 の封筒状体1をつくり、スペーサー2を配置し巻
き込んで、図1のような直径約10cmのモジュール3
にした。封筒状体1の内部に0.5Nの硝酸溶液10リ
ットルを40℃に加熱してポンプで循環させ、また外気
4を40℃に加熱しながら流速5m/秒で導入した。こ
のような条件で5時間連続運転を行い、その後硝酸溶液
の濃度を測定したところ1.8Nまで濃度が上昇した。
この時外気温度は20℃、相対湿度は50%であった。
【0026】
【発明の効果】請求項1に記載の発明では、水溶液を濃
縮するにあたり、水溶液を水蒸気選択透過膜の一方の面
側に導入し、他方の面側に搬送気体を導入し、水蒸気選
択透過膜を介して水溶液中の水分を搬送気体に移動させ
ることにより水溶液を濃縮するので、大掛かりな装置を
必要とせず、濃縮の対象となる水溶液の範囲も広く、し
かも経済効率が高い。
【0027】請求項2に記載の発明では、搬送気体とし
て外気を用いるので、大がかりな装置を必要とせず、低
圧ファン等で導入でき、過大なエネルギーを必要としな
い。
【0028】請求項3に記載の発明では、導入した水溶
液又は搬送気体の両方又は一方を気温より5℃以上加熱
するので、水蒸気の透過速度が低下することなく安定し
た濃縮操作ができる。
【0029】請求項4に記載の発明では、水蒸気選択透
過膜がパ−フルオロスルホン酸系陽イオン交換膜より形
成されているので、強度、水蒸気透過性、、耐薬品性、
コストの点で優れている。
【0030】請求項5に記載の発明では、水蒸気選択透
過膜からなる、入口と出口を有する封筒状体にスぺーサ
ーを配置し、封筒状体の外側にスぺーサーを配置して巻
き込んだ構成のモジュ−ルを用いているので、濃縮操作
が効率よくでき、モジュールは作るのが簡単で装置を小
型にできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の水溶液の濃縮方法の一例を説明する略
示図ある。
【符号の説明】
1 水蒸気選択透過膜からなる封筒状体 1a 入口 1b 出口 2 スぺーサー 3 モジュ−ル 4 外気

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】水溶液を濃縮するにあたり、水溶液を水蒸
    気選択透過膜の一方の面側に導入し、水蒸気選択透過膜
    の他方の面側に搬送気体を導入して、水蒸気選択透過膜
    を介して水溶液中の水分を搬送気体側に移行させること
    により水溶液を濃縮することを特徴とする水溶液の濃縮
    方法。
  2. 【請求項2】搬送気体として外気を用いることを特徴と
    する請求項1に記載の水溶液の濃縮方法。
  3. 【請求項3】濃縮すべき水溶液又は搬送気体の両方又は
    一方を気温より5℃以上加熱することを特徴とする請求
    項1又は2に記載の水溶液の濃縮方法。
  4. 【請求項4】水蒸気選択透過膜がパ−フルオロスルホン
    酸系陽イオン交換膜であることを特徴とする請求項1〜
    3のいずれか1つに記載の水溶液の濃縮方法。
  5. 【請求項5】水蒸気選択透過膜からなる、入口と出口を
    有する封筒状体をスぺーサーを配置して巻き込んでなる
    モジュ−ルの、封筒状体の内部に水溶液を通過させ、封
    筒状体の外部に搬送気体を導入して水溶液中の水分を水
    蒸気選択透過膜を介して搬送気体側に移行させることに
    より水溶液を濃縮することを特徴とする請求項1〜4の
    いずれか1つに記載の水溶液の濃縮方法。
JP18195594A 1994-07-12 1994-07-12 水溶液の濃縮方法 Pending JPH0824585A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006159177A (ja) * 2004-11-10 2006-06-22 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 排水処理装置、排水処理システム、排水処理方法、及び排水リサイクル方法
JP2008194570A (ja) * 2007-02-09 2008-08-28 Mebiol Kk 連続濃縮システムおよび濃縮方法
WO2018230566A1 (ja) * 2017-06-12 2018-12-20 Agcエンジニアリング株式会社 加湿モジュール及び該加湿モジュールを用いた流体の加湿方法

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JP2008194570A (ja) * 2007-02-09 2008-08-28 Mebiol Kk 連続濃縮システムおよび濃縮方法
WO2018230566A1 (ja) * 2017-06-12 2018-12-20 Agcエンジニアリング株式会社 加湿モジュール及び該加湿モジュールを用いた流体の加湿方法

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