JPS6135807A

JPS6135807A - 膜透析装置

Info

Publication number: JPS6135807A
Application number: JP59157669A
Authority: JP
Inventors: Toru Kiyota; 徹清田; Yoshiyuki Miyaki; 義行宮木
Original assignee: Toyo Soda Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Tosoh Corp
Priority date: 1984-07-30
Filing date: 1984-07-30
Publication date: 1986-02-20

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は両性イオン交換膜を用いた透析装置において、
透析液を循環させる通路にイオン交、換樹−脂を組み込
んだこ七を特徴とする膜透析装置に関する。重膜透析装
置および透析分離方法は、生化学物質の分離精製等に有
用である。

〔従来の技術〕

アミノ酸、生理活性オリゴペプチド、抗生物質を始めと
する生化学物質の製造において、不純物としてそれらに
含まれる無機イオンを取り除くことが必須となっている
。このような場合、従来、（１）イオン交換樹脂を充填
したカラムに溶液を直接通ずる方法、（２）溶液中から
目的物を結晶化させる方法（晶析法）　、　（３）イオ
ン交換膜を用いておこなう電気透析法筒が採用されてき
た。しかし、上記の生化学物質には、化学的に不安定な
ものが多く（１）や（２）の方法では、それらを変質さ
せてしまう危険が高い。また、（１）の方法では、イオ
ン交換樹脂中から新たな不純物が混入する恐れも生じる
。一方、（３）の方法は、エネルギーを大量に消費し装
置も大がかりな上に、無機イオンを完全に取り除くこと
が不可能である。

（発明が解決しようとする問題点）本発明の目的は、これら′従来の方法に比べより簡単に
しかも目的物を変質させることなく、脱塩・精製を行う
膜透析装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の要旨は、上記生化学物質等を脱塩−精製するた
めの膜透析装置において、用いる膜を両性イオン交換膜
とし、透析液を循環させる通路にイオン交換樹脂を組み
込むことにある。以下、その詳細について説明する。

本発明は、両性イオン交換膜を用い２種類以上の有機性
物質あるいは無機性物質あるいは１種類以上の有機性物
質と無機性物質の混合物を膜透過成分と不透過成分とに
分離するための膜透析装置において、透析液を循環させ
る通路にイオン交換樹脂を組み込んだことを特徴とする
膜透析装置に関する。

本発明で用いる両性イオン交換膜とは、陽イオン交換領
域と陰イオン交換領域とから構成されるか、あるいは、
これら２つの領域とイオン交換基をもたない領域とから
構成される。

ここで陽イオン交換領域は、カルボン酸基あるいはスル
ホン酸基をもち、陰イオン交換領域は第１級あるいは第
２級あるいは第５級アミノ基あるいは第４級アンモニウ
ム塩基をもつものである。

用いる両性イオン交換膜は、これら陽と陰のイオン交換
領域の中心間距離が１酩以下であることが望ましく、さ
らに望ましくは１１ｗ以下である。

また、陽および陰イオン交換容量は、各々乾燥膜１ｇあ
たり１１〜２ミリ当量であることが望ましく、さら゛に
望ましくは１５〜２ミリ当量である。

これらの条件を満足しない両性イオン交換膜を本発明に
用いた場合、本発明によって得られる効果は著しく損わ
れる可能性が大きい。

両性イオン交換膜の作製方法は、各積卸られている。（
文献例、膜、第８巻、第４号、２１２〜２２４ページ、
１９８５年）例として、本発明で用いる両性イオン交換
膜は、陽イオン交換基が導入可能な高分子ｐｏｌｙ　Ａ
と陰イオン交換基が導入可能な高分子ｐｏｌｙ　Ｂとイ
オン交換基を導入させない高分子ｐｏｌｙ　Ｏとが−ｐ
ｏｌｙ　Ａ　−ｐｏｌｙ　Ｏ−ｐｏｌｙ　Ｂ　。

ｐｏｌｙｏ　−ｐｏｌｙＡ　−ｐｏｌｙＯ−ｐｏｌｙＢ
　、　ｐｏｌｙＡ　−ｐｏｌｙＯ−ｐｏｌｙＢ　−ｐｏ
ｌｙｏ　、　ｐｏｌｙｏ　−ｐｏｌｙＡ　−ｐｏｌｙＯ
−ｐｏｌｙＢ　−ｐｏｌｙｏ　、　ｐｏｌｙＡ　−ｐｏ
ｌｙｏ　−ｐｏｌｙＢ　−ｐｏｌｙｏ　−ｐｏｌｙＡ　
、　ｐｏｌｙＢ　−ｐｏｌｙｏ　−ｐｏ：Ｌｙ　Ａ　−
ｐｏｌｙ　Ｏ−ｐｏｌｙ　Ｂ等のように結合してなる原
ブロック共重合体とフィルム状に成型後、陽および陰イ
オン交換基の導入および必要に応じて架橋反応を行って
得られる。

ここで、ブロック共重合体を構成する上記３種の高分子
ブロックのうちｐｏｌｙＡは例えば、スチレン、α−メ
チルスチレン、ビニルトルエン、ビニルナフタレン、α
−ハロゲン化スチレン、ジ７工二ルＹタジエン、ｏ、ｍ
、ｐ−クロルスチレン。

Ｏｓ　ｍ＊　Ｐ−ヒドロキシスチレン、ｏ、ｍ、ｐ−ヒ
ドロキシスチレン誘導体（例えば、ｏ、ｍ、ｐ−メトキ
シスチレン、ｏ、ｍ、ｐ−アセトキシスチレン、ｏ、ｍ
、ｐ−ｔ＠ｒｔ−ブトキシスチレン等）等公知の方法で
容易にスルホン化可能な芳香族環を有するモノマーの重
合体、あるいはアクリル酸エステル類、メタクリル酸エ
ステル類、りａトン酸エステル類、共役ジエン系カルボ
ン酸エステル類等の不飽和カルボン酸エステル類あるい
はアクリロニトリル、メタクリロニトリル、ビニリデン
シアニド等のシアノ基をもつモノマーあるいは、アルキ
リデンマロン酸エステル類あるいはα−シアノアクリル
酸エステル等加水分解によりて容易にカルボン酸基を導
入できるモノマーの重合体であれば良い。

また、陰イオン交換基を導入可能な高分子ｐｏｌｙＢは
、例えば、ビニルピリジン類、ビニルピリミジン類、ビ
ニルキノリン類、ビニルカルバゾール類、あるいは（ｎは１から３の整数、八と４は各々炭素数が１から１
２のアルキル基）であられされるｏ、　ｍ、　ｐ　−ビ
ニルフェニルアルキレンジアルキルアミン類ノ重合体で
あればよい。これらの高分子はアルキルハロゲン化合物
を用いて容易に４級化することができる。

また、イオン交換基を導入させない高分子ｐｏｌｙＣは
、ブタジェン、イソプレン、インタジエン。

シクロヘキサジエン等ジエン系モノマーの重合体であれ
ばよく、これらは公知の方法により容易に架橋が可能で
ある。また、両性イオン交換膜を作製する過程において
、スルホン化を行わない場合、ｐｏｌｙＯはスチレン、
ビニルトルエン、α−メチルスチレン、ビニルキシレン
等の芳香族系モノマーの重合体でありてもよい。

上述の原ブロック共重合体は、陽イオン交換基を導入可
能な高分子１１０）Ｊムと陰イオン交換基を導入可能な
高分子ｐｏｌｙＢとをそれぞれ重量比で１５％以上含有
することが望ましい。また、その原ブロック共重体を構
成するそれぞれの高分子ブロックの分子量は、１０３〜
１　［Ｆ　９　／　ｍσ１であることが望ましい。

本発明で用いるイオン交換樹脂は、陽イオン交換樹脂あ
るいは陰イオン交換樹脂あるいはこれら両者である。両
者を用いる場合、それぞれを充填したカラムを直列ある
いは並列に接続するか、それらの混合物を１つのカラム
に充填して用いることができる。

ここで言う陽イオン交換樹脂は、゛スルホン酸基あるい
はカルボン酸基をもつものであり、例えば、スルホン化
スチレン−ジビニルベンゼン共重合体やメタクリル酸−
ジビニルベンゼン共重合体が市販品として知られている
。また、陰イオン交換樹脂は、第１級あるいは第２級あ
るいは第５級アミノ基または第４級アンモニウム塩基を
もつものあるいは、これらの基を２種類以上もつもので
ある。

このような陰イオン交換樹脂として、クロジメチル化し
たスチレン−ジビニルベンゼン共重合体とトリメチルア
ミンとの反応により得られる強塩基性イオン交換樹脂、
クロジメチル化したスチレン−ジビニルベンゼン共重合
体にジェタノールアミンとの反応から得られる強塩基性
イオン交換樹脂。

クロロメチル化したスチレン−ジビニルベンゼン共重合
体と第２級アミンとの反応から得られる弱塩基性第３級
アミン樹脂等が市販品として知られている。これらのイ
オン交換樹脂は通常、イオン交換容量が乾燥樹脂１９あ
たり１〜１５ミリ当量であり、表面積が１〜１５０ｒＩ
？／９、孔半径が１００〜２００００１程度、水分含有
率は３０〜１００％である。

本発明の膜透析装置において処理されるべき液（被処理
液）はｓ　ｐＨが２から１２の間のいずれかの領域でイ
オンに解離し、分子量が１０”　９　／ｍｏｌ以下の有
機性あるいは無機性の溶質を少なくとも１種類含有する
。これらの溶質には例えば、無機酸およびアルカリ、無
機塩、有機塩、アミン類。

アミノ醗、オリゴペプチド、核酸関連物質等がある。、
これらの溶質は、解離するｐＨ領域で両性イオン交換膜
を透過し易くなる。また、被処理液は非解離性の有機性
物質および分子量１０”　９７　ｍｏ１以上の解離性物
質（例えば、核酸および核酸関連物質、酵素類、ビタミ
ン、抗生物質、補酵素、糖。

オリ゛コ糖、多糖類、アルコール類、エーテル類。

タンパク質、オリゴペプチド、その他の各種水溶性高分
子、生体調節および生理活性物質、天然および合成有機
物等）のうち１種類以上の物質を含んでもよく、またバ
クテリア等の微生物、細胞。

分散状態あるいは懸濁状態で存在する、有機あるいは無
機物を含んでもよい。これらの物質は、どのｐＨ領域に
おいても、両性イオン交換膜に対する透過性は低い。

本発明の膜透析装置において、被処理液中の低分子量イ
オン種は、両性イオン交換膜を通って透析液側に輸送さ
れる。この時、イオンを輸送する駆動力は主に両性イオ
ン交換膜両面間のイオン濃度比である。従って、透析液
の循環経路中にイオン交換樹脂を充填したカラムを置か
ないとすると、被処理液中のイオン濃度が減少するとと
もに透析液中のイオン濃度が増すので、膜を通してのイ
オンの透過速度は急速に低下してしまう。このため、被
処理液中の膜透過性イオン種を最後まで除くには、透析
液をイオン種を含まないものに入れ替る必要がある。透
析液の循環経路中にイオン交換樹脂カラムを置けば、透
析液中のイオン種は、イオン交換樹脂に取り込まれるの
で透析液のイオン濃度を低く保ったまま透析を科うこと
ができる。従って、透析液を新しく入れ替ることなく被
処理液中の透過性イオン種を最後まで除くことができる
。

本発明の一実施例として、イオン交換樹脂を組み込んだ
膜透析装置について図面を参照しつつ説明する。Ａは被
処理液タンクで、この被処理液は導管経路１によりて送
液用ポンプＰ１を介して膜透析セルフに送られ、この膜
透析セル内に装着された両性イオン交換層重の片面に接
触せしめられた後、圧力調整弁ｖ１を介してタンクムに
戻るようになっている。また、１は透析液用タンクで透
析液は導管経路２によって送液用ポンプ馬を介して膜透
析、セルフに送られ、この中の両性イオン交換層重の上
記と反対側の面に接触せしめられた後、イオン交換樹脂
が充填されたカラム０を経てタンクＢに戻るようになっ
ている。

図中圧力調整弁馬は両性イオン交換膜Ｉに接する被処理
液を必要な場合加圧するためのものであるＯなお、図面に示したものは本発明の膜透析、装置の一例
であり、導管経路中に新たに圧力計、弁。

流量計、フィルター、バイパス、脈動防止用ダンパー等
を設けても本発明の主旨に反しない。また、カラム０は
透析液の循環経路中、どの場所に設置されてもよく、圧
力調整弁１は無くてもよい。

（実施例）実施例１ｓ＠ａ−ブチルリチウムを開始剤、ベンゼンを重合溶媒
に用い、通常のモノマー逐次添加法によるアニオン重合
法により、ｌリプタジエン（Ｂ）、ポリスチレン（Ｓ）
　＃ポリ（４−ビニルベンジルジメチルアミン）（６）
がＢ−８−Ｂ−ム−Ｂの順に結合した５元ブｐツク共重
合体を得た。このプルツク共重合体のＳ部分、Ａ部分お
よびＢ部分の重量パーセントは、それぞれ、２７％、３
４％および３９％であり、全体の数平均分子量は２．３
　×１０’　９７’ｎｏｘであった。

このブロック共重合体のベンゼン溶液から水銀面上で溶
媒蒸発法により作製した厚さ約７０μｍのフィルムを、
ヨウ化メチルの蒸気中で６時間処理して、Ａ部分を４級
化し、２０体積パーセントの一塩化硫黄の二）ａメタン
溶液で４時間処理してＢ部分を架橋し、さらに２体積パ
ーセントのり四ルスルホン醸のジクロ四エタン？１［で
１ｓ分間処理してＳ部分を架橋した。得られたフィルム
を稀アルカリと醗水溶液および純水で洗った後、常法に
より陽および陰イオン交換容量を測定したところ、それ
らは、それぞれ乾燥膜１ｇあたり１．２ミリ当量と１９
８ミリ当量であった。これより両性イオン交換膜が得ら
れたことが明らかでありた。

このｉ５ｉ忰イオン冷ｔＩｈ謙を１Ｍの跳階鉛に２０誌
間浸、潰して、スルホン化したＳ部分を染色し、水染後
、　°ｓ　ｏ　ｏ　１程度の超薄切片とした。さらにこ
れを四酸化オスミウムの蒸気で処理して透過型電子顕微
鏡で観察したところ、黒い層（スルホン化Ｓ部分）、白
い層（架橋３部分）および灰色の層（４級化Ａ部分）と
が−８−Ｂ−Ａ−Ｂ−の繰り返し単位で並んだラメラ構
造が確認された。それぞれの層の厚さは、１５０Ａ程度
でありた。。

図４に示した透析装置のセルＤに上記の両性イオン交換
膜を装着しく有効膜面積２！ｉｃＩ／ｌ）、イオン交換
カラムＣに塩酸で洗った陽イオン交換樹脂（商品名アン
バーライトエＲ−１２０）と水酸化ナトリウム水溶液で
洗った陰イオン交換樹脂（商品名アンバーライトエＲＡ
−４００）の１：１混合物を充填し、サッカリースをα
１Ｍと食塩１１Ｍを含む水溶液を被処理液として透析実
験を行った。透析セルＤの両性イオン交換膜の両側の流
路は、約１ｉ５１Ｉ１ｍ厚の薄膜とし、被処理液の初期
体積は５００ａＪ、透析液は、１０００ｓｔｊ（Ｄ水と
し、被処理液と透析液は毎分６０ｍ１の流速で循環し、
た。この結果、被処理液の食塩濃度は１５時間後に始め
の約１／１０となり、その時サッカシース濃度は始めと
ほとんど変らなかった。

比較例１実施例１において透析装置からイオン交換カラム０を取
り除き、８時間毎に透析液を新たに純水に取り替えた他
は、実施例１と同様に透析を行った。その結果、被処理
液の食塩濃度が始めの１／１０となるのに２８時間を要
した。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように本発明によれば、例えば
低分子量の有機化合物の脱塩・精製をそれを含有する溶
液を直接イオン交換樹脂に接することなく行うことが可
能である。このため、精製したい有機化合物が化学的に
不安定な生理活性物質であってもその生理活性を失うこ
となく、精製することが可能となり、また被処理液中に
含まれる薬品によるイオン交換樹脂の変質も防ぐことが
可能となる。また、透析による被処理液の脱塩・精製を
短時間で行うことが可能となる他、この時消費される水
の量も大幅に削減できるので、運転管理上および経済上
の利益が大である。

【図面の簡単な説明】

図１は本発明の一実施態様を示す。Ａ・・・被処理液タンク、Ｂ・・・透析液用タンク。０・・・イオン交換樹脂が充填されたカラム。Ｄ・・・膜透析セル、ＩＣ・・・両性イオン交換膜。烏・・・送液用ポンプ、Ｐ、・・・送液用ポンプ。１・・・圧力調整弁、１・・・被処理液の導管経路。２・・・透析液の導管経路

Claims

【特許請求の範囲】１、両性イオン交換膜を用い、２種類以上の有機性物質
あるいは無機性物質あるいは１種類以上の有機性物質と
無機性物質の混合物を膜透過成分と不透過成分とに分離
するための膜透析装置において、透析液を循環させる通
路にイオン交換樹脂を組み込んだことを特徴とする膜透
析装置。２、両性イオン交換膜が陽イオン交換領域と陰イオン交
換領域とから構成される膜である特許請求の範囲１記載
の膜透析装置。３、両性イオン交換膜が陽イオン交換領域と陰イオン交
換領域とイオン交換基をもたない領域とから構成される
膜である特許請求の範囲１記載の膜透析装置。４、イオン交換樹脂が陽イオン交換樹脂あるいは陰イオ
ン交換樹脂あるいはこれら両者である特許請求の範囲１
記載の膜透析装置。