WO2008038524A1

WO2008038524A1 - Structure comprenant une membrane de séparation de liquide

Info

Publication number: WO2008038524A1
Application number: PCT/JP2007/067803
Authority: WO
Inventors: Kenichi Noda; Makiko Niino; Miyuki Yabuki
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2006-09-28
Filing date: 2007-09-13
Publication date: 2008-04-03
Anticipated expiration: 2009-03-28
Also published as: US8307992B2; JP5469338B2; US20080156721A1; JPWO2008038524A1; EP2067523B1; EP2067523A4; EP2067523A1

Description

明細書

液体分離膜配設体

技術分野

[0001] 本発明は、液体分離膜配設体に関し、更に詳しくは、液体の透過流速を向上させることが可能な液体分離膜配設体に関する。

背景技術

[0002] 従来、粘土を使用して分離を行う方法が提案されて!/、る。例えば、粘土をシート状の自立膜に成形して分離膜 (粘土膜)として使用できることが開示されている（例えば、特許文献 1参照）。また、気体の分離を目的とするものではあるが、基材上に成膜した粘土膜を用いた分離方法が開示されている（例えば、特許文献 2参照）。また、基材上に 2 mの粘土膜を成膜して、塩水中の塩の分離を行った例が開示されている（例えば、非特許文献 1参照)。

[0003] また、粘土膜を処理してメソポア材料を合成した報告 (例えば、特許文献 3, 4参照）もあるが、この粘土膜は触媒担体等を目的としたものであり、細孔径が大きいため細孔によって液体の分離を行うことができないものであった。

[0004] 特許文献 1：特開平 6 340413号公報

特許文献 2：特開平 9 239228号公報

特許文献 3：特許第 3341278号公報

特許文献 4：特許第 3379353号公報

非特許文献 1 :J. Colloid and Interface Sci. , 273 (2004) , 540 - 546 発明の開示

[0005] 上記特許文献 1に記載の粘土膜は、自立膜であるため、膜厚が厚くなり、例えば液体の透過性に関しては、よいものとはいえな力、つた。上記特許文献 2に記載の粘土膜は、気体の分離用に形成されているため、液体中では粘土が再分散し使用できないという問題があると考えられる。上記非特許文献 1に記載の粘土膜は、膜厚が厚いため液体の透過流速を十分に速くすることができないという問題と分離性能を向上し難いという問題があった。 [0006] 本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、液体の透過流速を向上させることが可能な液体分離膜配設体を提供することを特徴とする。

[0007] 上記課題を達成するため、本発明によって以下の液体分離膜配設体が提供される

〇

[0008] [1] 多孔質基材と、前記多孔質基材に配設された液体分離膜とを備える液体分離膜配設体であって、前記液体分離膜が、分散性層状無機化合物が成膜された多孔質膜であり、前記液体分離膜の膜厚が、 0. ；!〜 1. 5 ^ 111である液体分離膜配設体。

[0009] [2] 前記液体分離膜が、厚さ 0. ；!〜 lOOnm、長径 0. 01〜5 111、アスペクト比（長径/厚さ） 3以上のシート状の前記分散性層状無機化合物が前記多孔質基材に成膜されたものである [1]に記載の液体分離膜配設体。

[0010] [3] 前記分散性層状無機化合物が、粘土化合物、シリカナノシート、チタユアナノシート、及びニオブ酸化物ナノシート、グラフアイトナノシートから選択される少なくとも一種である [1]又は [2]に記載の液体分離膜配設体。

[0011] [4] 前記粘土化合物力 S、スメクタイト、バーミキユライト、及び雲母から選択される少なくとも一種である [3]に記載の液体分離膜配設体。

[0012] [5] 前記液体分離膜の平均細孔径が 0. ；!〜 lOnmである [1]〜[4]のいずれかに記載の液体分離膜配設体。

[0013] [6] 前記液体分離膜が、前記多孔質基材表面に前記分散性層状無機化合物が焼結されて配設されたものである [1]〜 [5]の!/、ずれかに記載の液体分離膜配設体。

[0014] [7] 前記液体分離膜の一方の表面を大気圧とし、他方の表面を 1. 5L/cm² '分の排気速度で減圧にしたときの真空到達圧力 lOOOPa以下である [1]〜[6]のいずれかに記載の液体分離膜配設体。

[0015] [8] 前記液体分離膜が、前記多孔質基材表面に濾過成膜にて配設されたものである [1]〜 [7]の!/、ずれかに記載の液体分離膜配設体。

[0016] 本発明の液体分離膜配設体によれば、液体を分離するときの透過流速を向上させること力 S可能となる。特に、塩水、水アルコール混合液、水酸混合液、水アルカリ混合液等の混合液体力水等を分離する分離膜として好適に使用することができる。図面の簡単な説明

[0017] [図 1]本発明の液体分離膜配設体について液体分離試験 1を行うための分離装置を示す模式図である。

[図 2]本発明の液体分離膜配設体について液体分離試験 2を行うための分離装置を示す模式図である。

[図 3A]本発明の液体分離膜配設体について真空到達圧を測定する方法を説明するものであり、円筒管形状の液体分離膜配設体の真空到達圧を測定するときの状態を示す断面図である。

[図 3B]本発明の液体分離膜配設体について真空到達圧を測定する方法を説明するものであり、平板形状の液体分離膜配設体の真空到達圧を測定するときの状態を示す断面図である。

符号の説明

[0018] 1：分離用容器、 2：液体分離膜配設体、 3：容器本体、 4：有底筒状容器、 5：蓋部、 6 ：内筒（ガラス管）、 7:冷却管、 8:温度計、 9:撹拌子、 10:ユニオン、 11:ゴム栓、 12 ：熱媒用容器、 13:封止部材、 14:捕集器、 15:減圧装置、 16:減圧用配管、 17:保冷管、 21:混合液側空間、 22:減圧側空間、 31:混合液、 32:膜透過物質、 33:熱媒、 34:液体窒素、 41:貯留容器、 42:撹拌子、 43:スターラー、 44:送液ポンプ、 5 1:耐圧容器、 52:液体分離膜配設体、 53:封止部材、 54:サンプルホルダー、 55: サンプル装着部、 61:送液配管、 62:回収配管、 63:圧力計、 64:背圧弁、 70:膜透過液、 71:混合液、 81, 91:液体分離膜配設体、 82:封止部材、 83, 93:サンプノレホルダー、 84, 94:圧力計、 100, 200:分離装置。

発明を実施するための最良の形態

[0019] 以下、本発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなぐ本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。

[0020] 本発明の液体分離膜配設体の一の実施形態は、多孔質基材と、多孔質基材に配設された液体分離膜とを備える液体分離膜配設体であって、液体分離膜が、分散性層状無機化合物が成膜された多孔質膜であり、液体分離膜の膜厚が、 0.；!〜 1. 5 ,i mである液体分離膜配設体である。

[0021] このように、液体分離膜が、分散性層状無機化合物が多孔質基材の表面に厚さ 0. ；!〜 1. 5 で成膜されてなるものであることにより、液体分離時に液体の透過流速を向上させることが可能である。液体分離膜の厚さが、 0. Ι πιより薄いと、分離性能が低下するため好ましくなぐ 1. 5 inより厚いと、透過流速が遅くなるため好ましくない。液体分離膜の膜厚は、断面を電子顕微鏡で観察することによって測定した値である。

[0022] (I)液体分離膜：

本発明の液体分離膜配設体を構成する液体分離膜は、分散性層状無機化合物が膜状に形成され、焼結された無機化合物の多孔質膜である。分散性層状無機化合物は、厚さ 0. l ~ 100nm,長径 0. 01〜5 111、アスペクト比（長径/厚さ） 3以上のシート状であることが好ましい。分散性層状無機化合物が、このような形状であるため、多孔質基材表面に配設されたときに、多孔質基材の細孔内に入り込むことがなぐ分散性層状無機化合物が重なり合って適度な細孔を形成することが可能となる。下限値の厚さ 0. lnmとは、層状無機化合物の単層の厚さであり、これよりも薄くすることはできない。 lOOnmより厚いと、層状無機化合物を基材上に成膜した際に、層状無機化合物の重なりから形成される細孔が大きくなりすぎる可能性がある。長径が、 0 . 01 mより短いと、層状無機化合物が基材中に入り込みやすくなり、 5 111より長いと、層状無機化合物が溶媒中に分散しに《なることがある。なお、層状無機化合物の基材への入り込みを避けるため、層状無機化合物の長径は、用いる基材の細孔径よりも大きな値である必要がある。アスペクト比力 ¾より小さいと、多孔質基材上に成膜された層状無機化合物が 2次元配向しにくくなるため、細孔径が所望の値よりも大きくなりやすい。ここで、長径とは、シート形状の表面上、最も長く伸びた部分の長さをいう。例えば、長方形の場合は対角線の長さであり楕円形の場合は楕円の長径である。分散性層状無機化合物の厚さ及び長径は、透過型電子顕微鏡によって測定した値である。

[0023] 液体分離膜の平均細孔径は、 0.；!〜 10nmであることが好ましぐ 0. 2〜2nmであることが更に好ましい。 0. lnmより小さいと液体分離時の透過速度が遅くなることがあり、 10nmより大きいと、液体の分離に適さなくなることがある。細孔径はガス吸着法で測定すること力できる。

[0024] 分散性層状無機化合物は、複数の、金属酸化物 4面体及び/又は 8面体が、平面状に結合し、シート状に広がる構造を有する層力 1層又は 2層以上積層された構造を単位構造として有するものであり、この単位構造が 1単位又は 2単位以上積層されたものである。そして、分散性層状無機化合物の上記好ましい厚さ、長径及びァスぺタト比は、このような積層構造を有する分散性層状無機化合物が、水、有機溶媒等の溶媒に分散されたときの形状である。また、分散性層状無機化合物を構成する金属酸化物に含まれる金属は、 Si、 Al、 Mg、 Fe、 Ti、 Nb等であることが好ましい。また、分散性層状無機化合物には、層間にアルカリイオン、アルカリ土類イオン、アンモニゥムイオン等が共存していてもよい。層間に存在するイオンとしては、分散性の観点から、ナトリウムイオン、カリウムイオン、アンモニゥムイオンであることが好ましい。

[0025] 分散性層状無機化合物は、粘土化合物、シリカナノシート、チタユアナノシート、及びニオブ酸化物ナノシート、グラフアイトナノシートから選択される少なくとも一種であることが好ましい。粘土化合物としては、スメクタイト、バーミキユライト、及び雲母から選択される少なくとも一種であることが好ましい。

[0026] 本実施の形態の液体分離膜配設体を構成する液体分離膜は、分散性層状無機化合物が一部焼結されて形成されて!/、るので、単に乾燥しただけのものと比較して分散性層状無機化合物同士が強固に結合され、液体中で使用したときの分散性層状無機化合物の再分散を防止することができる。

[0027] 液体分離膜 (分散性層状無機化合物膜）中には、他に少量のゾルゃスラリー等を含んでも良い。例えば、ゾルゃスラリーの成分としては、シリカ、アルミナ、ジルコユア、チタニア、及びこれらの混合物等を挙げることができる。

[0028] また、分散性層状無機化合物は、有機化合物による修飾やイオン交換を行ったものでもよい。修飾を行う有機化合物としては、有機アンモニゥムイオン等を用いること力できる。また、イオン交換には、ナトリウムやカリウムなどのアルカリイオン、カルシゥムなどのアルカリ土類イオン、アンモニゥムイオン等を用いることができる。また、修飾やイオン交換は、分散性層状無機化合物の成膜前または成膜後に行うことができる。修飾やイオン交換により、分散性層状無機化合物の細孔径ゃ親 '疎水性を変化させることが可能である。

[0029] (II)多孔質基材：

本発明の液体分離膜配設体は、液体分離膜が多孔質基材の表面に配設されたものであるが、液体分離膜が支持体表面に配設されることにより、液体分離膜を薄膜としても、多孔質基材に支えられてその形状を維持し破損等を防止することが可能となる。また、液体分離膜は、上述のように、多孔質基材の表面に、シート状の分散性層状無機化合物が重なり合って形成されているため、多孔質基材の細孔内に入り込むことがない。このため、例えば、ゼォライト膜等を多孔質基材の表面に配設する場合のように、ゼォライト等の一部が多孔質基材の細孔に入り込み、透過抵抗が増加し、透過流速を低下させるようなことがない。従って、このような構造力もも、分散性層状無機化合物を多孔質基材表面に成膜して液体分離膜を形成した本実施の形態の液体分離膜配設体力、透過流速の向上に適したものであることがわかる。

[0030] 多孔質基材は、多孔質材料から形成され、表面に液体分離膜を形成することができ、液体中で使用できれば特に限定されるものではなぐその材質、形状及び大きさは用途等に合わせて適宜決定することができる。多孔質基材を構成する材料としては、ァノレミナ（α—ァノレミナ、 γーァノレミナ、陽極酸化アルミナ等）、ジルコユア等のセラミックスあるいはステンレスなどの金属等を挙げることができ、多孔質基材作製、入手の容易さの点から、アルミナが好ましい。アルミナとしては、平均粒径 0. 001-30 mのアルミナ粒子を原料として成形、焼結させたものが好ましい。多孔質基材の形状としては、板状、円筒状、断面多角形の管状、モノリス形状、スパイラル形状等いずれの形状でもよい。多孔質基材は、三次元状に連続した多数の微細な細孔を有するものである。この細孔の孔径は、 0. 003〜2〃111であることが好ましぐ 0. 05—l ^ m であることが更に好ましい。

[0031] (III)液体分離：

本実施形態の液体分離膜配設体は、混合液体から特定の液体や溶質を濃縮するのに好適に使用されるものである。例えば、塩水を液体分離膜配設体に通すことにより、水が選択的に液体分離膜を透過し、水が濃縮された液体を得ることができる。また、このとき、液体分離膜を透過しなかった液体は、塩が濃縮された液体となる。また、水とアルコールとの混合溶液を、水が濃縮された液体とアルコールが濃縮された液体とに分離することもでき、特に、水とエタノールとの混合液の濃縮、分離に好適に使用すること力 Sでさる。

[0032] (IV)製造方法：

本実施形態の液体分離膜配設体の製造方法は、まず、分散性層状無機化合物を水等の溶媒に分散させ、多孔質基材表面に成膜する。分散性層状無機化合物を多孔質基材表面に成膜する方法としては、濾過成膜やディップコーティング等を用いることができ、濾過成膜がより好ましい。

[0033] 上記非特許文献 1においては、膜厚が約 2 mあるにも関わらず、逆浸透試験におけるイオン除去率が 45%程度にとどまつている。一方、本発明の分離膜においては、例えば、以下に説明する実施例 2の液体分離膜配設体では、イオン除去率が 70% という高い値であった。これは、液体分離に必要な程度まで十分に緻密化していない膜が形成されていることによると考えられる。一方、本発明においては十分に緻密な膜が形成されているため、このような問題が発生しない。このような膜の緻密化の度合いについては、真空到達圧によって評価することが可能である。このように、非特許文献 1の分離膜と本発明の分離膜は微構造が異なると考えられる。

[0034] なお、真空到達圧とは、液体分離膜配設体の一方の表面を大気圧とし、他方の表面を油回転真空ポンプを用いて 1. 5L/cm² ·分の排気速度で減圧にしたときの到達圧力とする。例えば、液体分離膜配設体が円筒管形状である場合には、図 3Aに示すように、液体分離膜配設体 81の一方の端部にステンレス製の封止部材 82を直接接着や Oリングを介しての封止等により気密接合し、他方の端部に円筒状の真空引き用サンプルホルダー（材質:ステンレス製） 83の一方の端部を直接接着や Oリングを介しての封止等により気密接合し、サンプルホルダー 83の他方の端部側から真空ポンプにより真空引き（減圧）し、圧力計 84で到達圧力を測定する。また、例えば、液体分離膜配設体が平板形状である場合には、図 3Bに示すように、液体分離膜配設体 91を、円筒形状の一方の端部側を拡開してヌッチェのような漏斗型に形成したサンプルホルダー（材質:ステンレス製） 93の拡開した部分に直接接着や Oリングを介しての封止等により気密接合し、拡開していない側の端部から真空引きし、圧力計 94で到達圧力を測定する。尚、図 3A及び図 3Bは本発明の液体分離膜配設体について真空到達圧を測定する方法を説明するものであり、図 3Aは円筒管形状の液体分離膜配設体の真空到達圧を測定するときの状態を示す断面図であり、図 3Bは平板形状の液体分離膜配設体の真空到達圧を測定するときの状態を示す断面図である。また、図 3A及び図 3Bにおいて、矢印で真空引き（減圧）する方向を示している。この真空到達圧は、 lOOOPa以下であることが好ましぐ 500Pa以下であること力 Sより好ましぐ 300Pa以下であることが更に好ましい。真空到達圧が、 lOOOPaよりも大きい場合、膜の緻密化が不十分であったり膜に欠陥が存在するなどの問題のため、十分な分離性能を得ることができなレ、こと力る。

[0035] 分散性層状無機化合物としては、上記本発明の液体分離膜配設体を構成する粘土化合物等の分散性層状無機化合物を使用することが好ましい。粉体や固体の分散性層状無機化合物を溶媒中に分散させる方法としては、スターラー等による攪拌や超音波振動等を使用して分散させることが好ましい。また、層状無機化合物を溶媒中で剥離する方法ゃゾルーゲル法などの液相法によって、溶媒中に直接分散性層状無機化合物を合成する方法を用いてもょレ、。

[0036] 分散性層状無機化合物を分散させる溶媒としては、水、アルコール類、ケトン類、芳香族炭化水素、脂肪族炭化水素等を使用することが好ましレ、。

[0037] 分散性層状無機化合物を溶媒中に分散させるときには、分散性層状無機化合物 1 質量部に対して、 50〜； 1000質量部の溶媒を使用することが好ましい。これにより、分散性層状無機化合物を多孔質基材表面に成膜するときに、所望の膜厚で均一に成膜することカできる。また、溶媒中にはポリビュルアルコール等のバインダーや分散剤を少量添加してもよレヽ。

[0038] 多孔質基材としては、上記本発明の液体分離膜配設体を構成するセラミックス、金属等からなる多孔質基材を使用することが好ましい。セラミックス、金属等からなる多孔質基材は、公知の製造方法により製造することができる。

[0039] 分散性層状無機化合物を多孔質基材表面に濾過成膜する場合には、分散性層状無機化合物が溶媒に分散したスラリーを多孔質基材の一の面（流入面）から流入させて濾過することにより、多孔質基材の流入面に分散性層状無機化合物を堆積させて成膜を行うことが好ましい。膜厚は、濾過時間によって制御することができ、 0.；!〜 1. δ πιとすること力 S好ましい。このように、分散性層状無機化合物の膜厚を薄くすることにより、得られる液体分離膜配設体の、液体分離時の透過流速を向上させること力 Sできる。また、スラリーの濾過は、吸引（真空)濾過とすることが好ましい。

[0040] 分散性層状無機化合物を多孔質基材表面にディップコーティングする場合には、スラリー濃度及びディッビングの速度や回数によって、膜厚を制御することができる。

[0041] 次に、多孔質基材表面に分散性層状無機化合物を成膜したものについて乾燥を行う。乾燥方法は、特に限定されないが、熱風乾燥、マイクロ波乾燥、誘電乾燥、減圧乾燥、真空乾燥、凍結乾燥等の従来公知の乾燥方法を用いることができる。乾燥条件は、各乾燥方法により適宜決定することができ、例えば、熱風乾燥の場合は、 6 0〜90°Cで、；!〜 24時間とすることが好ましい。

[0042] 次に、多孔質基材表面に分散性層状無機化合物を成膜し乾燥したものについて、焼成を行い、液体分離膜配設体を得ることができる。焼成条件は、 400〜600°Cで、 1〜24時間とすることが好ましい。また、焼成に使用する機器としては、電気炉等を挙げることができる。このように、多孔質基材表面に成膜した分散性層状無機化合物を焼成し、一部焼結させることにより、分散性層状無機化合物同士が強固に結合し、液体中で使用しても分散性層状無機化合物が再分散することを防止することができる。ここで、一部焼結した状態とは、焼結によって膜中の分散性層状無機化合物同士が結合しているものの、膜中に膜の一方の面から他方の面へ連続する細孔が残つている状態を指す。

[0043] 液体分離膜配設体を構成する液体分離膜の細孔径は、焼成温度や時間によって制卸すること力 Sでさる。

実施例

[0044] 以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明する力本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。

[0045] (実施例 1) 以下の方法により、液体分離膜配設体を作製した。

[0046] (多孔質基材）

アルミナからなり、直径 lOmm X長さ 100mmの円筒管形状の多孔質基材を使用した。多孔質基材の表面の細孔径は 0. 2 111、気孔率は 30%であった。

[0047] (スラリー調製）

分散性層状無機化合物として、スメクタイト粉末を使用した。スメクタイト粉末を濃度が 0. 2%となるように純水に加え、スターラーを用いて 24時間撹拌し、分散液を得た。スメクタイト粉末は、コープケミカル社製、商品名：ルーセンタイトを使用した。

[0048] (成膜）

濾過成膜により、分散性層状無機化合物 (スメクタイト粉末)を多孔質機材表面に成膜した。スメクタイト粉末を水中に分散させたスラリーを多孔質基材の外側の面（流入面）から流入させ、多孔質基材の流入面にスメクタイトを堆積させて成膜を行った。濾過成膜は、多孔質基材の内側を油回転真空ポンプ (アルバック株式会社製、商品名： G— 50DA)で減圧して、 30秒間吸引濾過することにより行った。

[0049] (乾燥、焼成）

スメクタイト粉末を多孔質基材に成膜した後、電気炉を使用して熱風乾燥させた。乾燥条件は、 80°C、 12時間とした。その後、乾燥させたものを、電気炉を使用して 5 00°C、 2時間の条件で焼成し、液体分離膜配設体 (実施例 1)を得た。膜厚は、 0. 5 ΐηであった。液体分離膜の膜厚は、電子顕微鏡を使用して測定した。真空到達圧は、大気圧下に配設した円筒缶形状の液体分離膜配設体の片端を気密封止した後、他端力も円筒管内部を油回転真空ポンプ (アルバック株式会社製、商品名： G— 5 ODA)にて 1. 5L/cm²'分の排気速度で吸引し、円筒管内部の圧力を測定することによって fiつた。

[0050] (実施例 2)

成膜工程における濾過時間を 120秒間とした以外は、実施例 1と同様にして、液体分離膜配設体 (実施例 2)を得た。膜厚は、 1. O ^ mであった。

[0051] (実施例 3)

成膜工程における濾過時間を 200秒間とした以外は、実施例 1と同様にして、液体分離膜配設体 (実施例 3)を得た。膜厚は、 1. 4 ^ !11であった。

[0052] (比較例 1)

成膜工程における濾過時間を 250秒間とした以外は、実施例 1と同様にして、液体分離膜配設体 (比較例 1)を得た。膜厚は、 1. 7 111であった。

[0053] (比較例 2)

成膜工程における濾過時間を 300秒間とした以外は、実施例 1と同様にして、液体分離膜配設体 (比較例 2)を得た。膜厚は、 2. Ο ΐηであった。

[0054] (比較例 3)

スメクタイト濃度が 0. 4%であり、成膜工程における濾過時間を 45秒間とした以外は、実施例 1と同様にして、液体分離膜配設体 (比較例 3)を得た。膜厚は、 2. O ^ m であった。

[0055] (比較例 4)

成膜工程における濾過時間を 50秒間とした以外は、比較例 3と同様にして、液体分離膜配設体 (比較例 4)を得た。膜厚は、 2. 2 !11であった。

[0056] (比較例 5)

成膜工程における濾過時間を 60秒間とした以外は、比較例 3と同様にして、液体分離膜配設体 (比較例 5)を得た。膜厚は、 2. 5 111であった。

[0057] (比較例 6)

成膜工程における濾過時間を 90秒間とした以外は、比較例 3と同様にして、液体分離膜配設体 (比較例 6)を得た。膜厚は、 3. 5 111であった。

[0058] (比較例 7)

成膜工程における濾過時間を 300秒間とした以外は、比較例 3と同様にして、液体分離膜配設体 (比較例 7)を得た。膜厚は、 6. 2 !11であった。しかし、焼成後、この膜には微細なクラックが発生し、分離試験を行うことができな力た。また、真空到達圧を測定した結果、 2000Paであった。

[0059] (液体分離試験 1)

得られた実施例 1〜 3及び比較例 1〜 6の液体分離膜配設体を使用して、以下に示す液体分離試験を行った。分離に使用した液体は、エタノールと水との混合液 (エタノール：水 = 90： 10 (体積比） )である。

[0060] (分離用容器）

図 1に示すような、ガラス製の蓋部 5と、容量 500mLの有底円筒状の有底筒状容器 (ガラス製) 4とを有する容器本体 3の、蓋部 5に温度計 8と冷却管 7とを差し込んだ。そして、上記、液体分離膜配設体 2の端部にガラス製の封止部材 13を取り付け、他方の端部に内筒（ガラス管） 6を接続し、ガラス管 6と減圧用配管 16とをステンレス製のユニオン 10で接続した。封止部材 13側が容器本体 3内に入るようにしてガラス管 6 をゴム栓 11に差し込んだ状態で蓋部 5 (容器本体 3)に配設し、分離用容器 1とした。混合液を撹拌できるように、マタネティックスターラー用の撹拌子 9を容器本体 3内に入れた。尚、図 1は、本発明の液体分離膜配設体について液体分離試験 1を行うための分離装置を示す模式図である。

[0061] (混合液の分離装置）

図 1に示すような、分離装置 100を作製した。すなわち、得られた分離用容器 1を、図 1に示すように、熱媒 33を入れた熱媒用容器 12内に入れ、温度制御可能にした。熱媒 33としては、水を使用した。そして、図 1に示すように、捕集器 14と減圧装置 15 とを準備し、分離用容器 1のガラス管 6と減圧用配管 16とをステンレス製のユニオン 1 0で接続し、捕集器 14とを減圧用配管 16で繋ぎ、捕集器 14と減圧装置 15とを減圧用配管 16でつないだ。捕集器 14としては、大倉理研製のトラップを使用し、減圧装置 15としては、油回転真空ポンプ (G50DA)を使用した。また、捕集器 14は、流入してくる膜透過物質の蒸気を冷却して捕集するため、冷媒である液体窒素 34を入れた有底円筒状の保冷管 17内に配置した。

[0062] (分離操作 1)

図 1に示すように、上記エタノール 90体積％水溶液（混合液） 31を上記分離用容器 1の有底筒状容器 4内（混合液側空間 21)に入れた。次に、混合液 31を撹拌子 9 で撹拌しながら、混合液 31が 70°Cになるように熱媒 33により加熱し、内筒 6内（減圧側空間 22)を lOPa以下に減圧した。そして、捕集器 14により膜透過液 32を捕集した。上記分離操作により得られた膜透過液の質量は電子天秤にて秤量し、組成はガスクロマトグラフィーにて分析した。透過流速は、膜透過液の質量、液体分離膜の面積、分離操作時間より求めた。また、液体分離膜の分離係数は以下の式より求めた。

[0063] 分離係数 = { (膜透過液の水濃度) / (膜透過液のエタノール濃度） }/{ (供給液の水濃度) / (供給液のユタノール濃度） }

[0064] [表 1]

[0065] 表 1より、実施例;!〜 3の液体分離膜配設体は、分離係数は若干小さいが、それ以上に透過流速が非常に速ぐ液体分離においてその処理量を大きくすることが可能であること力 S分力、る。比較例；!〜 6の液体分離膜配設体は、分離係数は大きいが、それ以上に透過流速が非常に遅いため、液体分離においてその処理量を大きくすることができないことが分かる。

[0066] (液体分離試験 2)

実施例 2の液体分離膜配設体を使用して、以下に示す液体分離試験を行った。分離に使用した液体は、食塩水（濃度 0. lmol/Uである。

[0067] (混合液の分離装置）

図 2は、本発明の液体分離膜配設体について液体分離試験 2を行うための分離装置を示す模式図である。図 2に示す分離装置 200は、食塩水を用いた液体分離試験に適している。装置 200は、スターラー 43と撹拌子 42とを用いて内部の液体を撹拌することが可能な貯留容器 (材質:ガラス製) 41と、貯留容器 41内の液体を送液することが可能な送液ポンプ 44と、貯留容器 41内の液体を送液ポンプ 44により送り込むことが可能な耐圧容器 (材質:ステンレス製） 51とを備えるものである。送液ポンプ 44 と耐圧容器 51とは圧力計 63を有する送液配管 61で繋がれ、貯留容器 41内の液体は送液ポンプ 44及び送液配管 61を経由して耐圧容器 51内に送られる。また、耐圧容器 51と貯留容器 41とは背圧弁 64を有する回収配管 62で繋がれており、送液ボンプ 44で送られた液体が耐圧容器 51内を満たし、更に耐圧容器 51から溢れる液体を、回収配管 62を通じて貯留容器 41に戻すように形成されている。耐圧容器 51内の圧力は、送液ポンプ 44と背圧弁 64とにより制御し、耐圧容器 51内の圧力を一定に保ちながら混合液を分離する。また、耐圧容器 51内の液体は、スターラー 43及び撹拌子 42により撹拌すること力 Sできる。耐圧容器 51内には、円筒状の液体分離膜配設体 52の一方の端部を封止部材 (材質:ステンレス製） 53で密封し、他方の端部に円筒状のサンプルホルダー（材質：ステンレス製） 54を接続して形成されるサンプル装着部 55が配設されている。サンプルホルダー 54は、その一方の端部が液体分離膜配設体 52の上記他方の端部に密着するように接続した。サンプル装着部 55は、サンプルホルダー 54の他方の端部（液体分離膜配設体 52が接続されてレ、な!/、側の端部）を耐圧容器 51の外に出し、液体分離膜配設体 52の円等形状の内部が耐圧容器 51の外部と通じるような状態で、耐圧容器 51に配設されている。サンプル装着部 55と耐圧容器 51との接続部分は、液体が漏れないよう液密に接続されている。 (分離操作 2)

図 2に示すように、上記濃度 0. lmol/L食塩水（混合液） 71を貯留容器 41に入れた。次に、混合液を撹拌子 42で撹拌しながら、混合液 71を送液ポンプ 44で耐圧容器 51に送液し、耐圧容器 51から溢れた混合液 71を回収配管 62を通じて貯留容器 41に回収することにより、耐圧容器 51内を 0. 8MPaGに加圧しながら混合液 71を循環させた。そして、シリンジを用いて液体分離膜配設体 52を透過した膜透過液 70を捕集した。上記分離操作により得られた膜透過液 70の食塩濃度は、塩分濃度計にて測定した。また、イオン除去率は以下の式より求めた。 [0069] イオン除去率（％) = { (供給液の食塩濃度）（膜透過液の食塩濃度） } / (供給液の食塩濃度） X I 00

[0070] 実施例 2の液体分離膜配設体のイオン除去率を測定したところ、イオン除去率は 7 0%であった。

産業上の利用可能性

[0071] 本発明は、塩水、水アルコール混合液、水酸混合液、水アルカリ混合液等の混合液体から水等を分離することが可能な液体分離膜を配設した液体分離膜配設体として利用でき、特に、透過流速を速くし、液体分離における処理量を向上させることが可能な液体分離膜配設体として利用することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 多孔質基材と、前記多孔質基材に配設された液体分離膜とを備える液体分離膜配設体であって、

前記液体分離膜が、分散性層状無機化合物が成膜された多孔質膜であり、前記液体分離膜の膜厚が、 0. ；!〜 1. 5 ^ 111である液体分離膜配設体。

[2] 前記液体分離膜が、厚さ 0. l ~ 100nm,長径 0. 01〜5 μ m、アスペクト比（長径

/厚さ） 3以上のシート状の前記分散性層状無機化合物が前記多孔質基材に成膜されたものである請求項 1に記載の液体分離膜配設体。

[3] 前記分散性層状無機化合物が、粘土化合物、シリカナノシート、チタユアナノシート

、及びニオブ酸化物ナノシート、グラフアイトナノシートから選択される少なくとも一種である請求項 1又は 2に記載の液体分離膜配設体。

[4] 前記粘土化合物が、スメクタイト、バーミキユライト、及び雲母から選択される少なくとも一種である請求項 3に記載の液体分離膜配設体。

[5] 前記液体分離膜の平均細孔径が 0. ；!〜 10nmである請求項 1〜4のいずれかに記載の液体分離膜配設体。

[6] 前記液体分離膜が、前記多孔質基材表面に前記分散性層状無機化合物が焼結されて配設されたものである請求項;!〜 5のいずれかに記載の液体分離膜配設体。

[7] 前記液体分離膜の一方の表面を大気圧とし、他方の表面を 1. 5L/cm² '分の排気速度で減圧にしたときの真空到達圧力 lOOOPa以下である請求項 1〜6のいずれかに記載の液体分離膜配設体。

[8] 前記液体分離膜が、前記多孔質基材表面に濾過成膜にて配設されたものである請求項;!〜 7のいずれかに記載の液体分離膜配設体。