复合中空纤维膜组件及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种具有中空纤维纤维束的正渗透复合中空纤维膜组件，中空纤维是在由包含聚酮的高分子聚合物构成的微细孔性中空纤维支撑膜的内表面设有高分子聚合物薄膜的分离活性层的中空纤维，中空纤维纤维束的膜面积为100cm2以上，在中空纤维纤维束的半径方向和长度方向上，分离活性层的平均厚度的变异系数为0～60％，该变异系数是通过对于分离活性层部分的质量进行测定的方法而计算出的，该扫描型电子显微镜图像是对于分离活性层的厚度方向的截面进行拍摄而得到的。的截面进行拍摄而得到的。的截面进行拍摄而得到的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】复合中空纤维膜组件及其制造方法


[0001]本专利技术涉及用于从包含有机溶剂的液态混合物中分离出溶质等和其他物质的具有选择透过性的复合中空纤维膜组件及其制造方法。更详细地说，本专利技术涉及通过利用所谓界面聚合法在支撑膜的内表面形成具有选择透过性的分离活性层而制造出的复合中空纤维膜组件及其制造方法。

技术介绍

[0002]作为在分离工艺中可以期待突破性的节能化的技术，已知有以包含有机溶剂的液态混合物作为对象的正渗透技术(非专利文献1和2)。
[0003]该技术为下述的技术：使包含有机溶剂的待分离液态混合物(供给溶液)与具有比其更高的渗透压的溶液(驱动溶液)隔着半透膜接触，由上述液态混合物中除去有机溶剂、水、目的物质以外的溶质等，得到目的物质经高浓度化后的溶液。
[0004]上述技术中，隔着半透膜进行的物质的移动是通过供给溶液与驱动溶液的渗透压差而驱动的。因此上述技术的特征在于，无需人为地创建机械压力差。但是实际上，在技术上难以长时间控制完全没有压力差的状态，因此上述两种溶液往往成为一方被另一方加压的状态。因此，上述技术中使用的半透膜需要具有无论从供给溶液、驱动溶液的哪一侧施加压力时，均不会由此损害其功能的耐久性。
[0005]通常，在上述技术中，使用了在微细孔性的支撑膜上形成有承担分离的薄的分离活性层的复合膜。这样的复合膜中，实用上最重要的问题在于针对从支撑膜侧施加的压力的耐久性。如上所述，复合膜是在支撑膜上形成有分离活性层的膜，因此当从支撑膜侧施加压力时，分离活性层发生剥离，复合膜可能会丧失其功能。
[0006]为了防止这种情况，认为例如将支撑膜与分离活性层牢固地粘接是有效的。例如提出了将支撑膜与分离活性层藉由化学键合牢固地粘接而成的复合膜(专利文献2)。但是，仅凭这一点还不能说针对来自支撑膜侧的压力的耐久性是充分的。
[0007]另一方面，可知在极端增厚分离活性层的情况下，尽管针对来自支撑膜侧的压力得到了充分的耐久性，但是透过性能显著降低。
[0008]需要说明的是，通常已知当分离活性层在其表面具有微细的凹凸时，表面积进一步增大，因此可得到更大的透过性能。
[0009]现有技术文献
[0010]专利文献
[0011]专利文献1：日本特开2017
‑
213559号公报
[0012]专利文献2：国际公开第2016/024573号
[0013]专利文献3：日本特开2017
‑
144390号公报
[0014]专利文献4：国际公开第2016/027869号
[0015]非专利文献
[0016]非专利文献1：Nat.Mater.16,276
‑
279(2017)
[0017]非专利文献2：NATURE COMMUNICATIONS(2018)91426

技术实现思路

[0018]专利技术所要解决的课题
[0019]本专利技术的目的在于，在针对包含有机溶剂的液态混合物的正渗透技术中提供一种正渗透复合中空纤维膜组件，该组件兼顾了针对来自支撑膜侧的压力的实用上充分的耐久性(反压耐久性)、以及高透水量。
[0020]用于解决课题的手段
[0021]本专利技术人认为，在从支撑膜侧施加压力时，分离活性层中的最薄、最脆弱的部分成为破坏的起点，导致复合膜被破坏。
[0022]本专利技术人基于该考察为了解决本专利技术的上述课题反复进行了深入研究，从而完成了本专利技术。
[0023]实现上述目的的本专利技术如下所述。
[0024]《方式1》一种组件，其是具有由复数根中空纤维构成的中空纤维纤维束的正渗透复合中空纤维膜组件，其中，
[0025]上述中空纤维是在由包含聚酮的高分子聚合物构成的微细孔性中空纤维支撑膜的内表面设有高分子聚合物薄膜的分离活性层的中空纤维，上述中空纤维纤维束的膜面积为100cm2以上，
[0026]在上述中空纤维纤维束的半径方向和长度方向上，分离活性层的平均厚度的变异系数为0～60％，该变异系数是通过对于扫描型电子显微镜图像中的分离活性层部分的质量进行测定的方法而计算出的，该扫描型电子显微镜图像是对于上述分离活性层的厚度方向的截面进行拍摄而得到的。
[0027]《方式2》如方式1所述的组件，其中，在对于上述分离活性层的厚度方向的截面进行拍摄而得到的扫描型电子显微镜图像中，该分离活性层与中空纤维支撑膜的界面的长度L1和该分离活性层表面的长度L2之比L2/L1为1.1以上5.0以下。
[0028]《方式3》如方式2所述的组件，其中，上述比L2/L1为1.2以上3.0以下。
[0029]《方式4》如方式1～3中任一项所述的组件，其中，上述变异系数为0～50％。
[0030]《方式5》如方式4所述的组件，其中，上述变异系数为0％以上30％以下。
[0031]《方式6》如方式1～5中任一项所述的组件，其中，
[0032]上述高分子聚合物为第1单体与第2单体的缩聚生成物，
[0033]该第1单体由选自多官能胺中的至少一种构成，
[0034]该第2单体由选自由多官能酰卤化物和多官能异氰酸酯组成的组中的至少一种构成。
[0035]《方式7》如方式6所述的组件，其中，上述高分子聚合物为选自聚酰胺和聚脲中的至少一种。
[0036]《方式8》一种组件的制造方法，其是方式6所述的组件的制造方法，该方法经历下述工序：
[0037]第1溶液液膜形成工序，在微细孔性中空纤维支撑膜的内表面形成含有上述第1单体和第2单体中的一者的第1溶液的液膜；
[0038]压力差设定工序，在上述微细孔性中空纤维支撑膜的内侧与外侧设置压力差，以使得(内侧压力)>(外侧压力)；以及
[0039]第2溶液接触工序，使含有上述第1单体和第2单体中的另一者的第2溶液与上述第1溶液的液膜接触。
[0040]《方式9》如方式8所述的方法，其中，在进行上述压力差设定工序后，直至进行上述第2溶液接触工序为止的时间为10分钟以内。
[0041]《方式10》如方式8或9所述的方法，其中，上述压力差通过对上述该中空纤维支撑膜的外侧进行减压而产生。
[0042]《方式11》如方式8或9所述的方法，其中，上述压力差通过在上述中空纤维支撑膜的内侧加压而产生。
[0043]《方式12》如方式8或9所述的方法，其中，上述压力差通过以不同的压力对上述中空纤维支撑膜的外侧和内侧进行加压而产生。
[0044]《方式13》如方式8～12中任一项所述的方法，其中，上述压力差为1～100kPa。
[0045]专利技术的效果
[0046]本专利技术的复合中空纤维膜组件可显著提高针对来自支撑膜侧的压力的耐久性，并且具有足够高的透过性能。
[0047]因此，本专利技术的复合中空纤维膜组件能够适宜地应用于针对包含有机溶剂的液态混合物的正渗透技术中。
[0048]另外，本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种组件，其是具有由复数根中空纤维构成的中空纤维纤维束的正渗透复合中空纤维膜组件，其中，所述中空纤维是在由包含聚酮的高分子聚合物构成的微细孔性中空纤维支撑膜的内表面设有高分子聚合物薄膜的分离活性层的中空纤维，所述中空纤维纤维束的膜面积为100cm2以上，在所述中空纤维纤维束的半径方向和长度方向上，分离活性层的平均厚度的变异系数为0％以上60％以下，该变异系数是通过对于扫描型电子显微镜图像中的分离活性层部分的质量进行测定的方法而计算出的，该扫描型电子显微镜图像是对于所述分离活性层的厚度方向的截面进行拍摄而得到的。2.如权利要求1所述的组件，其中，在对于所述分离活性层的厚度方向的截面进行拍摄而得到的扫描型电子显微镜图像中，该分离活性层与中空纤维支撑膜的界面的长度L1和该分离活性层表面的长度L2之比L2/L1为1.1以上5.0以下。3.如权利要求2所述的组件，其中，所述比L2/L1为1.2以上3.0以下。4.如权利要求1～3中任一项所述的组件，其中，所述变异系数为0％以上50％以下。5.如权利要求4所述的组件，其中，所述变异系数为0％以上30％以下。6.如权利要求1～5中任一项所述的组件，其中，所述高分子聚合物为第1单体与第2单体的缩聚生成物，该第1单体由选自多官能胺中的至...

【专利技术属性】
技术研发人员：高田谅一，久保田昇，铃村庆太郎，大崎刚裕，
申请(专利权)人：旭化成株式会社，
类型：发明
国别省市：