JPS6157205A

JPS6157205A - サ−モパ−ベ−パレ−シヨン法による水溶液の処理方法

Info

Publication number: JPS6157205A
Application number: JP17889984A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Shimatani; 俊一島谷
Original assignee: Nitto Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1984-08-27
Filing date: 1984-08-27
Publication date: 1986-03-24

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】本発明はサーモパーベーパレーション法による水溶液の
処理方法に関し、詳しくは、表面張力の小さい水溶液を
溶質の除去率の低下なしに、サーモパーベーパレーショ
ン法により濃縮し、或いは凝縮水を得る方法に関する。

例えば、特公昭４９−４５４６１号公報に記載されてい
るように、水溶液から水を分離し、或いは水溶液を：ａ
縮するための方法として、水蒸気は透過させるが、水溶
液自体は透過させない疎水性微孔質膜の一面側に所定の
温度に加熱した水溶液、例えば、熱海水を流通させ、こ
の熱海水から発生した水蒸気を上記微孔質膜を透過させ
、この膜の他面側に対向して配された低温の伝熱壁で冷
却して凝縮させ、このようにして微孔質膜の一面側にお
いて水溶液をＳ縮し、他面側において凝縮水を得るサー
モパーベーパレーション法による液体の分離方法は既に
知られている。

このようなサーモバーベーパレージコン法による液体の
濃縮や分離には、代表的にはポリテトラフルオロエチレ
ンのようなフッ素樹脂からなる疎水性耐熱性の微孔質膜
が分離手段として用いられ、この方法は水溶液のｔ’ｆ
ｉａＭやこの水溶液から水を分離するために好適である
。例えば、水が主成分である一般的な水溶液は、表面張
力が通常７２〜６Ｑ　ｄｙｎ／ｃｍ程度であって、この
ような水溶液中ではフッ素樹脂の疎水性が保たれるので
、水溶液の膜透過なしにサーモパーベーパレーション法
ニヨり水溶液を濃縮し、また、凝縮水を得ることができ
る。しかし、水溶液が界面活性剤や有機物質を含有して
、表面張力が６５〜２５　ｄｙｎ／ｃｍのように小さい
場合には、ポリテトラフルオロエチレンからなる微孔質
膜のように、臨界表面張力の最も小さい樹脂からなる微
孔質膜であっても、このような水溶液中ではその疎水性
効果が失なわれる結果、微孔質膜は水溶液の透過を許す
ようになって、溶質に対する除去率が低下すると同時に
、凝縮水中に水溶液が混入し、その純度を低下させるこ
とがある。

従って、上記のように水溶液が界面活性剤を含有する場
合は、これを除去した後にサーモパーベーパレーション
法を適用することが好ましく、また、果汁や魚肉汁液等
のように、タンパク質やデンプン等の有機物質を含有す
る場合は勿論、海水のように微量の有機物質を含有する
場合においても、その界面活性作用のために水溶液の表
面張力カ小さく、サーモパーベーパレーション法を適用
するには、予めこれら有機物質を除去して、その表面張
力を高めてお（ことが好ましい。しかし、水溶液から界
面活性剤や微量の有機物質を除去することは容易ではな
く、むしろこれらを高い効率で水溶液から除去する方法
こそが要請されるのである。

そこで、本発明者らは、上記した要請に応えるために鋭
意研究した結果、予期しないことに、所定の孔径の微孔
を有する微孔質膜を用いることにより、界面活性剤や有
機物質を含有するために表面張力が小さい水溶液につい
ても、実質的に水溶液の膜透過なしに、有効にサーモパ
ーベーパレーション法を適用し得ることを見出して、本
発明に至ったものである。

本発明は、水溶液は透過させないが、水蒸気は透過させ
る疎水性微孔質膜の一面側に水溶液を接触させ、この水
溶液から水蒸気を発生させ、これ　　　　　　゛を上記
微孔質膜の他面側に透過させ、冷却して凝縮させるサー
モパーベーパレーション法による水溶液の処理方法にお
いて、表面張力が６５〜２５ｄｙｎ／ｃｍの範囲にある
水溶液を平均孔径０．４μｍ以下の微孔を有する微孔質
膜に接触させることを特徴とする。

本発明のサーモパーベーパレーション法によれば、用い
る微孔質膜は、表面張力が６５〜２５ｄｙｒｒ／ｃｍの
範囲の小さい水溶液に対して、水溶液は実質的に透過さ
せないが、水蒸気は透過し得るように、その微孔の平均
孔径が０．４μｍ以下、好ましくは０．３μｍ以下であ
ることが必要である。

微孔孔径が、例えば、０．５μｍ以上のときは、上記の
ように表面張力の小さい水溶液自体が少、なくとも一部
膜を透過して、水溶液が凝縮水に混入する。膜厚は特に
制限されないが、通常は、１〜３００μｍ、好ましくは
５〜５０μｍである。

本発明において、微孔質膜の有する微孔の平均孔径は、
八ＳＴＭ　Ｄｅｓｉｇｎａｔｉｏｎ：　、Ｆ３１６４０
に記載された方法によって測定される平均孔径を意味す
る。

即ち、微孔質膜を適宜に選択した有機溶剤（本発明では
表面張力が約２２　ｄｙｎ／ｃｍであるｎ−ヘキシルエ
ーテルを用いる。）にて完全に濡らして保持し、この膜
の一面に窒素ガスを瀬次加圧下に接触させ、窒素ガスの
圧力に対して膜を透過した窒素ガスの透過流量を測定し
、濡れた膜による窒素ガス透過流量線（ａｌを求ある。

別に、乾燥した微孔質膜について同様にして窒素ガスの
透過流量線ｆｂ）を求める。この線（ｂｌは実質的に窒
素ガス圧力の一次関数であって、直線を形成する。次い
で、線（ｂ）の傾きの半分の傾きを存する直′Ｋｉ　（
ｃ）と上記線（ａ）との交点Ｉを求め、その交点に対応
する窒素ガス圧力Ｐ　（ａｎｌｌｇ）を求めれば、上記
存機溶剤の表面張力をγ（ｍＮ／ｍ）、接触角をθとし
て、微孔質膜の有する微孔の平均孔径ｄ　（μｍ）を得
ることができる。

゛本発明においては、上記微孔質膜としては、具体的に
は、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、フッ化ビニリデ
ン樹脂、エチレンーテトラフルオ口エチレン共重合樹脂
等のようなフッ素系樹脂からなる微孔質膜が耐熱性と疎
水性にすぐれる点から特に好ましく用いられる。しかし
、例えばポリスルホンやセルロース樹脂のような親水性
樹脂からなる微孔質膜でも、表面にフッ素系樹脂やシリ
コーン樹脂等の１農水性樹脂を被覆して、疎水性の微孔
質表面を付与するときは、これら樹脂膜も使用すること
ができる。

尚、微孔質膜は、一般に強度が小さいので、適宜の支持
体上に支持させてもよい。このような支持体は、微孔質
膜を補強すると共に、水蒸気を透過させることができれ
ば足り、例えば、ポリアミドからなる織布又は不織布や
、セラミック製の多孔質管が好適に用いられる。

第１図及び第２図は、本発明によるサーモパーベーパレ
ーション装置の一例を示す。

即ち、外管１内には微孔質膜よりなる膜管２が同軸的に
配設されており、更に、この膜管と外管との間に所定の
温度に加熱された水溶液のための水溶液通路３が形成さ
れている。

水溶液通路３には水溶液の導入管４及び導出管５が接続
され、水溶液は、弁６を備えた水溶液供給管７から適宜
に水溶液回路に補充され、この水溶液回路に循環して流
通される。必要に応じて、水溶液は、これら管路に設け
た加熱器８により所定の温度に加熱される。また、図示
しないが、水溶液は、必要に応じて排出管により水溶液
回路から一部が排出される。

膜管２の内側には、更にこれと同軸的に伝熱壁を備えた
伝熱管９が配設され、前記膜管との間に蒸気拡散空間１
０を存するように適宜の間隔がおかれている。伝熱管は
伝熱性の高い材料、例えば金属製薄肉管からなる。この
伝熱管には冷却媒体のための導入管１１及び導出管１２
が接続され、例えば冷却水のような冷却媒体が伝熱管内
にｖａ環して流通される。

蒸気拡散空間の下端には、蒸気空間において前記伝熱管
９によって冷却され、ｉ縮した凝縮水を取り出すための
導出管１３が接続されてい、る。

上記した装置においては、所定の温度に加熱された水溶
液は水溶液通路３に導入され、水溶液より発生した水蒸
気は膜管２を透過して蒸気拡散空間１０に至り、蒸気拡
散空間を拡散して、伝熱管９で冷却されて凝縮水を生じ
、この凝縮水は伝熱管表面を流下して凝縮水薄出管１３
より装置外に４かれる。

以上のように、本発明の方法によれば、界面活性剤や有
機物質を含むために、その表面張力が小さい水溶液につ
いても、平均孔径が０．４μｍ以下、好ましくは０．３
μｍ以下の微孔を有する微孔質膜は水溶液自体を膜透過
させず、水蒸気のみを膜透過させるので、予め水溶液中
の界面活性剤や有機物質を除去することなしに、有効に
サーモパーベーパレーション法によって水溶液の濃縮や
凝縮水の取得を行なうことができる。

従って、本発明による方法は、例えば、海水の淡水化の
ほか、有機物質を含有する種々の水溶液の濃縮や、水溶
液からの水の分離に好適であり、例えば、食品や医薬品
産業に畜ける有用成分の濃縮分離や廃水処理、具体的に
は、魚貝類のエキス類の濃縮、ミカン等の果汁濃縮、ペ
クチンやゼラチン水溶液の処理、馬鈴薯廃水、染色、パ
ルプ廃水等の廃水処理に好適に適用し得る。

以下に本発明の実施例を挙げる。

実施例１第１図に示したように、直径４０鵡の合成樹脂製外管内
に、種々の平均孔径の微孔を有する厚み６０μｍのポリ
テトラフルオロエチレン微孔ｒ！を膜を同軸的に配設し
て直径約２８ｍｍの１１り管を形成し、更にこの膜管内
に蒸気拡散空間の幅が２．３關となるようにステンレス
鋼製伝熱管を配設して、サーモパーベーパレーション装
置を構成した。装置における有効膜面積は２４０ｃｎ！
であった。

この装置において、表面張カフ６　ｄｙｎ／ｃｍの３゜
５重量％の塩化ナトリウム水溶液Ａ、及び３．５重量％
の塩化ナトリウム水？ｇ　ｔ＆にドデシルベンゼンスル
ホン酸ナトリウムを臨界ミセル濃度以上の濃度まで加え
て、表面張力を３１　ｄｙｎ／ｃｍに調製した水溶液Ｂ
のそれぞれを温度６０℃に加熱し、水溶液通路に流通さ
せ、温度４°Ｃの冷却水を伝熱管内に流通させて、各水
溶液を濃縮すると共に、凝縮水を得た。

結果を表に示すように、表面張カフ　６　ｄｙｎ／ｃｍ
の水溶液Ａについては、微孔孔径によらず、凝縮水取得
速度及び除塩率共に同じ結果が得られたが、表面張′力
３１　ｄｙｎ／ｃｍの水溶液Ｂについては、凝縮水取得
速度及び除塩率のいずれも微孔孔径への依存性が顕著で
あって、本発明実施例１及び２に従って平均孔径０．３
μｍ以下の微孔を有する微孔質膜を備えた装置によれば
、水溶液の膜透過なしに凝縮水を得ることができる。し
かし、微孔孔径がこれよりも大きいときは、除塩率の急
激な低下と凝縮水取得速度の著しい増大から、水溶液の
膜透過が生じていることが明らかである。

また、比較例１の場合は、膜は水溶液Ｂに濡れなかった
が、水溶液の膜透過が生じた。比較例２及び３の場合は
、膜は完全に水溶液Ｂに濡れ、特に、後者においては、
水溶液通路へ水溶液を循環させるポンプを止めても、水
溶液はその静圧で膜を透過した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるサーモパーベーパレーションの一
例を示す縦断面図、第２図は第１図において線Ａ−Ａ線
に沿う断面図、第３図は微孔質膜の有する微孔の平均孔
径をＡＳＴＭ　Ｄｅｓｉｇｎａｔｉｏｎ：　Ｆ３１６−
８０に記載された方法に従って求めた一例を示すグラフ
である。１・・・外管、２・・・膜管、３・・・水溶液通路、４
・・・水溶液導入管、５・・・水溶液導出管、７・・・
水溶液供給管、９・・・伝熱管、１０・・・蒸気拡散空
間、１１・・・冷却媒体導入管、１２・・・冷却媒体導
出管、１３・・・凝縮水取出管。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）水溶液は透過させないが、水蒸気は透過させる疎
水性微孔質膜の一面側に水溶液を接触させ、この水溶液
から水蒸気を発生させ、これを上記微孔質膜の他面側に
透過させ、冷却して凝縮させるサーモパーベーパレーシ
ョン法による水溶液の処理方法において、表面張力が６
５〜２５ｄｙｎ／ｃｍの範囲にある水溶液を平均孔径０
．４μｍ以下の微孔を有する微孔質膜に接触させること
を特徴とするサーモパーベーパレーション法による水溶
液の処理方法。