JP7687175B2 - Composite semipermeable membrane and method for producing same - Google Patents
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Description
本発明は、液状混合物の選択的分離に有用な複合半透膜に関する。本発明によって得られる複合半透膜は、例えば海水またはかん水の淡水化に好適に用いることができる。 The present invention relates to a composite semipermeable membrane useful for selective separation of a liquid mixture. The composite semipermeable membrane obtained by the present invention can be suitably used, for example, for desalinating seawater or brackish water.
混合物の分離に関して、溶媒(例えば水)に溶解した物質(例えば塩類)を除くための技術には様々なものがある。近年、省エネルギーおよび省資源のためのプロセスとして膜分離法の利用が拡大している。 Regarding the separation of mixtures, there are various techniques for removing substances (e.g. salts) dissolved in a solvent (e.g. water). In recent years, the use of membrane separation has expanded as an energy- and resource-saving process.
膜分離法に使用される膜には、精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜、逆浸透膜などがある。これらの膜は、例えば海水、かん水、有害物を含んだ水などから飲料水を得ること、または工業用超純水の製造、排水処理、有価物の回収などに用いられている。 Membranes used in membrane separation include microfiltration membranes, ultrafiltration membranes, nanofiltration membranes, and reverse osmosis membranes. These membranes are used, for example, to obtain drinking water from seawater, brackish water, and water containing harmful substances, as well as to produce ultrapure water for industrial use, treat wastewater, and recover valuable materials.
現在市販されている逆浸透膜およびナノろ過膜の大部分は複合半透膜であり、微多孔性支持膜上にゲル層とポリマーを架橋した活性層を有するものと、微多孔性支持膜上でモノマーを重縮合した活性層を有するものとの2種類がある。 The majority of reverse osmosis and nanofiltration membranes currently on the market are composite semipermeable membranes, and there are two types: those with an active layer in which a gel layer and a polymer are crosslinked on a microporous support membrane, and those with an active layer in which a monomer is polycondensed on a microporous support membrane.
なかでも、多官能性アミンと多官能性酸ハロゲン化物との重縮合反応によって得られる架橋ポリアミドからなる分離機能層を多孔性支持膜上に被覆して得られる複合半透膜(特許文献1)は、透水性および除去性の高い分離膜として広く用いられている。 Among these, a composite semipermeable membrane (Patent Document 1) obtained by coating a porous support membrane with a separation functional layer made of a crosslinked polyamide obtained by a polycondensation reaction between a polyfunctional amine and a polyfunctional acid halide is widely used as a separation membrane with high water permeability and removal properties.
一方、これらの膜は原水を連続的に透過することで、原水中の汚れ成分(ファウラント)が膜面に付着し、透過水量や選択分離性を低下させる課題がある。 However, as raw water continuously passes through these membranes, foulants in the raw water adhere to the membrane surface, reducing the amount of water passing through and selective separation.
複合半透膜の耐汚れ性(耐ファウリング性)を向上させた膜として、酸性基を含む親水性高分子を前記分離機能層表面にアミド結合で導入する方法(特許文献2)が開示されている。 As a method for improving the dirt resistance (fouling resistance) of a composite semipermeable membrane, a method for introducing a hydrophilic polymer containing an acidic group into the surface of the separation functional layer via an amide bond (Patent Document 2) has been disclosed.
しかしながら、これらの膜を用いて極度に濁質濃度の高い原水や多様な汚れ物質を含有する原水をろ過する場合には、親水性高分子の水和量が低下しやすく、これにより耐ファウリング性が低下してしまうという課題がある。 However, when these membranes are used to filter raw water with extremely high turbidity concentrations or raw water containing a variety of pollutants, the amount of hydration of the hydrophilic polymer is likely to decrease, which poses the problem of reduced fouling resistance.
上記課題を解決するための本発明は、以下1~7の構成を包含する。
1.多孔性支持層上に位置する分離機能層を備える複合半透膜であって、
前記分離機能層は、架橋ポリアミドを主成分とする薄膜を有し、
前記分離機能層は、エチレン性不飽和基を有するモノマーの重合体である親水性高分子を2種以上含み、
前記分離機能層の表面から200nmまでの正電荷性官能基密度Dwと負電荷性官能基密度Dbが以下(a)~(c)を満たし、かつ前記分離機能層の表面のpH7、NaCl10mMにおけるゼータ電位が-10mV以上10mV以下である、複合半透膜。
(a) Dw>0.30×10-9mol/cm2
(b) Db>0.30×10-9mol/cm2
(c) 0.9<Dw/Db<1.1
2.前記親水性高分子は、正電荷性官能基を有する親水性高分子及び負電荷性官能基を有する親水性高分子をそれぞれ1種以上含む合計2種以上である、前記1に記載の複合半透膜。
3.前記分離機能層表面のpH3、NaCl10mMにおけるゼータ電位が30mV以上である、前記1または2に記載の複合半透膜。
4.前記分離機能層表面のpH11、NaCl10mMにおけるゼータ電位が-30mV以下である、前記1から3のいずれか1に記載の複合半透膜。
5.前記正電荷性官能基がアミノ基を含み、前記負電荷性官能基がカルボキシ基を含む、前記1から4のいずれか1に記載の複合半透膜。
6.多孔性支持層上に設けられた分離機能層を備える複合半透膜の製造方法であって、
前記多孔性支持層上に界面重合により架橋ポリアミドを含む層を形成する工程と、
前記架橋ポリアミドを含む層と、エチレン性不飽和基を有するモノマーの重合体である親水性高分子Aとを結合する工程と、
前記親水性高分子Aとは異なる種類のエチレン性不飽和基を有するモノマーの重合体である親水性高分子Bを主成分とするナノ粒子体を前記親水性高分子Aと結合させる工程と、
を含む、複合半透膜の製造方法。
7.前記親水性高分子Aと前記親水性高分子Bは互いに相反する荷電性基を有する、前記6に記載の複合半透膜の製造方法。
In order to solve the above problems, the present invention includes the following
1. A composite semipermeable membrane comprising a separation functional layer located on a porous support layer,
The separation functional layer has a thin film mainly composed of crosslinked polyamide,
The separation functional layer contains two or more hydrophilic polymers which are polymers of monomers having an ethylenically unsaturated group,
A composite semipermeable membrane, wherein the density of positively charged functional groups Dw and the density of negatively charged functional groups Db within 200 nm from the surface of the separation functional layer satisfy the following (a) to (c), and the zeta potential of the surface of the separation functional layer at pH 7 and NaCl 10 mM is -10 mV or more and 10 mV or less.
(a) Dw>0.30×10 −9 mol/cm 2
(b) Db>0.30×10 −9 mol/cm 2
(c) 0.9<Dw/Db<1.1
2. The composite semipermeable membrane according to 1 above, wherein the hydrophilic polymer is a total of two or more types including one or more types of hydrophilic polymers having a positively charged functional group and one or more types of hydrophilic polymers having a negatively charged functional group.
3. The composite semipermeable membrane according to 1 or 2 above, wherein the surface of the separation functional layer has a zeta potential of 30 mV or more at pH 3 and 10 mM NaCl.
4. The composite semipermeable membrane according to any one of 1 to 3 above, wherein the zeta potential of the surface of the separation functional layer at pH 11 and NaCl 10 mM is −30 mV or less.
5. The composite semipermeable membrane according to any one of 1 to 4 above, wherein the positively charged functional group comprises an amino group, and the negatively charged functional group comprises a carboxy group.
6. A method for producing a composite semipermeable membrane having a separation functional layer provided on a porous support layer, comprising the steps of:
forming a layer comprising a crosslinked polyamide on the porous support layer by interfacial polymerization;
a step of bonding the layer containing the crosslinked polyamide to a hydrophilic polymer A which is a polymer of a monomer having an ethylenically unsaturated group;
A step of bonding a nanoparticle body mainly composed of a hydrophilic polymer B, which is a polymer of a monomer having an ethylenically unsaturated group different from that of the hydrophilic polymer A, to the hydrophilic polymer A;
A method for producing a composite semipermeable membrane, comprising:
7. The method for producing a composite semipermeable membrane according to 6 above, wherein the hydrophilic polymer A and the hydrophilic polymer B have oppositely charged groups.
本発明の複合半透膜は、分離機能層上の正電荷性官能基密度と負電荷性官能基密度が適切に制御されていることで、例えば、ノニオン性、アニオン性、カチオン性である多様なファウラントに対して優れた耐ファウリング性を示すことができる。 The composite semipermeable membrane of the present invention has an appropriately controlled density of positively charged functional groups and negatively charged functional groups on the separation functional layer, and therefore exhibits excellent fouling resistance against a variety of foulants, such as nonionic, anionic, and cationic foulants.
(1)複合半透膜
以下に述べる複合半透膜は、多孔性支持層と、多孔性支持層上に位置する分離機能層とを備える。
(1) Composite Semipermeable Membrane The composite semipermeable membrane described below comprises a porous support layer and a separation functional layer located on the porous support layer.
(1-1)分離機能層
(1-1-1)組成
本発明の実施形態に係る複合半透膜において、実質的にイオン等の分離性能を有するのは、分離機能層である。
(1-1) Separation Functional Layer (1-1-1) Composition In the composite semipermeable membrane according to the embodiment of the present invention, it is the separation functional layer that substantially has the performance of separating ions and the like.
本発明の実施形態における分離機能層は、架橋ポリアミドを主成分とする薄膜を含有する。主成分とは分離機能層の成分のうち、50重量%以上を占める成分を指す。分離機能層は、架橋ポリアミドを50重量%以上含むことにより、高い除去性能を発現することができる。また、分離機能層における架橋ポリアミドの含有率は80重量%以上であることが好ましく、90重量%以上であることがより好ましい。 The separation functional layer in an embodiment of the present invention contains a thin film whose main component is crosslinked polyamide. The main component refers to a component that accounts for 50% or more by weight of the components of the separation functional layer. By containing 50% or more by weight of crosslinked polyamide, the separation functional layer can exhibit high removal performance. In addition, the content of crosslinked polyamide in the separation functional layer is preferably 80% by weight or more, and more preferably 90% by weight or more.
分離機能層を構成する架橋ポリアミドは、例えば、多官能性アミンと多官能性酸ハロゲン化物との界面重縮合反応により形成することができる。ここで、多官能性アミンまたは多官能性酸ハロゲン化物の少なくとも一方が3官能以上の化合物を含んでいることが好ましい。 The crosslinked polyamide constituting the separation functional layer can be formed, for example, by an interfacial polycondensation reaction between a polyfunctional amine and a polyfunctional acid halide. Here, it is preferable that at least one of the polyfunctional amine and the polyfunctional acid halide contains a compound having three or more functionalities.
分離機能層の厚みは、十分な分離性能および透過水量を得るために、例えば0.01~1μmの範囲内、好ましくは0.1~0.5μmの範囲内である。分離機能層の厚みは、透過型電子顕微鏡(TEM)でひだ構造の断面を撮影し、断面写真を画像解析ソフトに読み込んで解析を行うことができる。具体的には、分離機能層の凸部5個を選定し、凸部高さの上部から9割までの範囲の中から各凸部について10点の凸部分離機能層の厚さを測定し、計50点の相加平均値を求めることにより測定できる。 In order to obtain sufficient separation performance and permeate volume, the thickness of the separation functional layer is, for example, within the range of 0.01 to 1 μm, and preferably within the range of 0.1 to 0.5 μm. The thickness of the separation functional layer can be analyzed by photographing the cross section of the pleated structure with a transmission electron microscope (TEM) and loading the cross section photograph into image analysis software. Specifically, five convex parts of the separation functional layer are selected, and the thickness of the separation functional layer at the convex parts is measured at 10 points for each convex part within a range of 90% from the top of the convex part height, and the arithmetic mean value of a total of 50 points is calculated.
ここで分離機能層の凸部とは、10点平均面粗さの5分の1以上の高さの凸部のことを言う。10点平均面粗さとは、次のような算出方法で得られる値である。まず電子顕微鏡により、膜面に垂直な方向の断面を観察する。観察倍率は10,000~100,000倍が好ましい。得られた断面画像には、図1に示すように、分離機能層1の表面が、凸部と凹部が連続的に繰り返されるひだ構造の曲線として表れる。この曲線について、ISO4287:1997に基づき定義される粗さ曲線を求める。上記粗さ曲線の平均線Xの方向に2.0μmの幅で断面画像を抜き取る。
なお、平均線とは、ISO4287:1997に基づき定義される直線であり、測定長さにおいて、平均線と粗さ曲線とで囲まれる領域の面積の合計が平均線の上下で等しくなるように描かれる直線である。
Here, the convex portion of the separation functional layer refers to a convex portion having a height equal to or greater than one-fifth of the 10-point average surface roughness. The 10-point average surface roughness is a value obtained by the following calculation method. First, a cross section perpendicular to the film surface is observed using an electron microscope. The observation magnification is preferably 10,000 to 100,000 times. In the obtained cross-sectional image, as shown in FIG. 1, the surface of the separation
The mean line is a straight line defined based on ISO 4287:1997, and is a straight line drawn so that the total area of the region enclosed by the mean line and the roughness curve over the measurement length is equal above and below the mean line.
ここで、多官能性アミンとは、一分子中に少なくとも2個の第一級アミノ基および/または第二級アミノ基を有し、そのアミノ基のうち少なくとも1つは第一級アミノ基であるアミンをいう。多官能性アミンとしては、例えば、2個のアミノ基がオルト位またはメタ位、パラ位のいずれかの位置関係でベンゼン環に結合したフェニレンジアミン、キシリレンジアミン、1,3,5-トリアミノベンゼン、1,2,4-トリアミノベンゼン、3,5-ジアミノ安息香酸、3-アミノベンジルアミン、4-アミノベンジルアミンなどの多官能芳香族アミン、エチレンジアミン、プロピレンジアミンなどの脂肪族アミン、1,2-ジアミノシクロヘキサン、1,4-ジアミノシクロヘキサン、4-アミノピペリジン、4-アミノエチルピペラジンなどの脂環式多官能アミン等を挙げることができる。 Here, a polyfunctional amine refers to an amine having at least two primary amino groups and/or secondary amino groups in one molecule, at least one of which is a primary amino group. Examples of polyfunctional amines include polyfunctional aromatic amines such as phenylenediamine, xylylenediamine, 1,3,5-triaminobenzene, 1,2,4-triaminobenzene, 3,5-diaminobenzoic acid, 3-aminobenzylamine, and 4-aminobenzylamine, in which two amino groups are bonded to a benzene ring in the ortho, meta, or para position; aliphatic amines such as ethylenediamine and propylenediamine; and alicyclic polyfunctional amines such as 1,2-diaminocyclohexane, 1,4-diaminocyclohexane, 4-aminopiperidine, and 4-aminoethylpiperazine.
なかでも、膜の選択分離性および透過性、耐熱性を考慮すると、多官能性アミンは、一分子中に2~4個の第一級アミノ基および/または第二級アミノ基を有する多官能芳香族アミンであることが好ましい。このような多官能芳香族アミンとしては、例えば、m-フェニレンジアミン、p-フェニレンジアミン、1,3,5-トリアミノベンゼン等が好適に用いられる。なかでも、入手の容易性または取り扱いのしやすさから、m-フェニレンジアミン(以下、m-PDAと記す)を用いることがより好ましい。 In particular, in consideration of the selective separation, permeability, and heat resistance of the membrane, it is preferable that the polyfunctional amine is a polyfunctional aromatic amine having 2 to 4 primary amino groups and/or secondary amino groups in one molecule. As such polyfunctional aromatic amines, for example, m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, 1,3,5-triaminobenzene, etc. are preferably used. Among them, it is more preferable to use m-phenylenediamine (hereinafter referred to as m-PDA) because of its ease of availability and ease of handling.
これらの多官能性アミンは、単独で用いても、2種以上を同時に用いてもよい。2種以上を同時に用いる場合、上記アミン同士を組み合わせてもよく、上記アミンと、一分子中に少なくとも2個の第二級アミノ基を有するアミンとを組み合わせてもよい。一分子中に少なくとも2個の第二級アミノ基を有するアミンとして、例えば、ピペラジン、1,3-ビスピペリジルプロパン等を挙げることができる。 These polyfunctional amines may be used alone or in combination of two or more. When two or more are used in combination, the above amines may be combined with each other, or the above amine may be combined with an amine having at least two secondary amino groups in one molecule. Examples of amines having at least two secondary amino groups in one molecule include piperazine and 1,3-bispiperidylpropane.
多官能性酸ハロゲン化物とは、一分子中に少なくとも2個のハロゲン化カルボニル基を有する酸ハロゲン化物をいう。例えば、3官能酸ハロゲン化物としては、例えば、トリメシン酸クロリド、1,3,5-シクロヘキサントリカルボン酸トリクロリド、1,2,4-シクロブタントリカルボン酸トリクロリドなどを挙げることができる。 A polyfunctional acid halide is an acid halide that has at least two halogenated carbonyl groups in one molecule. For example, trifunctional acid halides include trimesic acid chloride, 1,3,5-cyclohexanetricarboxylic acid trichloride, and 1,2,4-cyclobutanetricarboxylic acid trichloride.
2官能酸ハロゲン化物としては、例えば、ビフェニルジカルボン酸ジクロリド、アゾベンゼンジカルボン酸ジクロリド、テレフタル酸クロリド、イソフタル酸クロリド、ナフタレンジカルボン酸クロリドなどの芳香族2官能酸ハロゲン化物、アジポイルクロリド、セバコイルクロリドなどの脂肪族2官能酸ハロゲン化物、シクロペンタンジカルボン酸ジクロリド、シクロヘキサンジカルボン酸ジクロリド、テトラヒドロフランジカルボン酸ジクロリドなどの脂環式2官能酸ハロゲン化物等を挙げることができる。 Examples of bifunctional acid halides include aromatic bifunctional acid halides such as biphenyldicarboxylic acid dichloride, azobenzenedicarboxylic acid dichloride, terephthalic acid chloride, isophthalic acid chloride, and naphthalenedicarboxylic acid chloride; aliphatic bifunctional acid halides such as adipoyl chloride and sebacoyl chloride; and alicyclic bifunctional acid halides such as cyclopentanedicarboxylic acid dichloride, cyclohexanedicarboxylic acid dichloride, and tetrahydrofurandicarboxylic acid dichloride.
多官能性アミンとの反応性を考慮すると、多官能性酸ハロゲン化物は多官能性酸塩化物であることが好ましく、また、膜の選択分離性、耐熱性を考慮すると、一分子中に2~4個の塩化カルボニル基を有する多官能性芳香族酸塩化物であることがより好ましい。なかでも、入手の容易性または取り扱いのしやすさの観点から、トリメシン酸クロリドを用いるとさらに好ましい。これらの多官能性酸ハロゲン化物は、単独で用いても、2種以上を同時に用いてもよい。 Considering the reactivity with polyfunctional amines, the polyfunctional acid halide is preferably a polyfunctional acid chloride, and considering the selective separation property and heat resistance of the membrane, it is more preferable to use a polyfunctional aromatic acid chloride having 2 to 4 carbonyl chloride groups in one molecule. Among them, it is more preferable to use trimesic acid chloride from the viewpoint of ease of availability and ease of handling. These polyfunctional acid halides may be used alone or two or more kinds may be used simultaneously.
これら分離機能層において、架橋ポリアミドを主成分とする薄膜に対し、エチレン性不飽和基を有するモノマーの重合体である親水性高分子を結合させることで、分離機能層の、水中での水和水量を増大させられる。これにより、原水中の汚れ物質(ファウラント)が分離機能層に付着すること(ファウリング)による透水性低下の抑制、すなわち耐ファウリング性を向上させることが可能となることが知られている。ここで耐ファウリング性とは、ファウリングを抑制することと、ファウリングが起きたとしても性能低下を小さく抑えることとのいずれをも含み得る。 In these separation functional layers, the amount of hydration water in water of the separation functional layer can be increased by bonding a hydrophilic polymer, which is a polymer of a monomer having an ethylenically unsaturated group, to a thin film mainly composed of crosslinked polyamide. This is known to make it possible to suppress the decrease in water permeability caused by the adhesion of contaminants (foulants) in the raw water to the separation functional layer (fouling), i.e., to improve fouling resistance. Here, fouling resistance can include both suppressing fouling and minimizing the decrease in performance even if fouling occurs.
本発明者らは鋭意検討の結果、分離機能層がエチレン性不飽和基を有するモノマーの重合体である親水性高分子を2種以上含み、前記分離機能層の表面から200nmまでの正電荷性官能基密度Dwと負電荷性官能基密度Dbが以下(a)~(c)を満たし、かつ分離機能層の表面のpH7、NaCl10mMにおけるゼータ電位が-10mV以上10mV以下である場合、多様な種類のファウラントに対して優れた耐ファウリング性を付与できることを見出した。
(a) Dw>0.30×10-9mol/cm2
(b) Db>0.30×10-9mol/cm2
(c) 0.9<Dw/Db<1.1
As a result of extensive research, the inventors have found that when a separation functional layer contains two or more hydrophilic polymers which are polymers of monomers having ethylenically unsaturated groups, the positively charged functional group density Dw and the negatively charged functional group density Db within 200 nm from the surface of the separation functional layer satisfy the following (a) to (c), and the zeta potential of the surface of the separation functional layer at pH 7 and NaCl 10 mM is -10 mV or more and 10 mV or less, it is possible to impart excellent fouling resistance against various types of foulants.
(a) Dw>0.30×10 −9 mol/cm 2
(b) Db>0.30×10 −9 mol/cm 2
(c) 0.9<Dw/Db<1.1
上記正電荷性官能基密度Dw(以下、正荷電性基密度ともいう。)が0.30×10-9mol/cm2より大きいことで、分離機能層が、安定した耐ファウリング性付与に十分な量の水和水を保持できるだけの正電荷性官能基(以下、正荷電性基ともいう。)を有する親水性高分子を含有していることを示し、上記負電荷性官能基密度Db(以下、負荷電性基密度ともいう。)が0.30×10-9mol/cm2より大きいことで、分離機能層が、安定した耐ファウリング性付与に十分な量の水和水を保持できるだけの負電荷性官能基(以下、負荷電性基ともいう。)を有する親水性高分子を含有していることを示す。 The positively charged functional group density Dw (hereinafter also referred to as the positively charged group density) being greater than 0.30×10 −9 mol/cm 2 indicates that the separation functional layer contains a hydrophilic polymer having a positively charged functional group (hereinafter also referred to as the positively charged group) sufficient to retain a sufficient amount of hydration water to impart stable fouling resistance, and the negatively charged functional group density Db (hereinafter also referred to as the negatively charged group density) being greater than 0.30×10 −9 mol/cm 2 indicates that the separation functional layer contains a hydrophilic polymer having a negatively charged functional group (hereinafter also referred to as the negatively charged group) sufficient to retain a sufficient amount of hydration water to impart stable fouling resistance.
かつ、これら相反する荷電性基の密度の比が0.9より大きく、1.1未満であることで、多様なイオン状態のファウラントに対しても効果的に耐ファウリング性を発現することができる。そして、本発明者らは、その際の分離機能層の表面のpH7、NaCl10mMにおけるゼータ電位が-10mV以上10mV以下となることを明らかとした。 In addition, by making the density ratio of these opposing charged groups greater than 0.9 and less than 1.1, it is possible to effectively exhibit fouling resistance against foulants in a variety of ionic states. The inventors have also clarified that in this case, the zeta potential of the surface of the separation functional layer at pH 7 and NaCl 10 mM is between -10 mV and 10 mV.
上記エチレン性不飽和基を有するモノマーの重合体である親水性高分子は正荷電性基を有する親水性高分子、負荷電性基を有する親水性高分子をそれぞれ1種以上含む合計2種以上であることが好ましい。 The hydrophilic polymer, which is a polymer of a monomer having an ethylenically unsaturated group, is preferably a total of two or more types, including at least one hydrophilic polymer having a positively charged group and at least one hydrophilic polymer having a negatively charged group.
正荷電性基を有する親水性高分子としては、例えばポリエチレンイミン、ポリアリルアミン、ポリビニルアミン、ポリアミドアミンデンドリマー、ポリアミノ酸、ポリジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリレート、ポリジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド、ポリジアリルアルキルアミン、ポリジアリルアミン及びキトサン、ならびにこれらの塩が好ましい。これらの中でも特に汎用性、合成のしやすさという点から、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン、ポリビニルアミン、ポリジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリレート、ポリジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド、ポリジアリルアルキルアミン、ポリジアリルアミン及びキトサン、ならびにこれらの塩が好ましい。 Preferred examples of hydrophilic polymers having positively charged groups include polyethyleneimine, polyallylamine, polyvinylamine, polyamidoamine dendrimers, polyamino acids, polydialkylaminoalkyl(meth)acrylates, polydialkylaminoalkyl(meth)acrylamides, polydiallylalkylamines, polydiallylamine, and chitosan, as well as salts thereof. Among these, polyethyleneimine, polyallylamine, polyvinylamine, polydialkylaminoalkyl(meth)acrylates, polydialkylaminoalkyl(meth)acrylamides, polydiallylalkylamines, polydiallylamine, and chitosan, as well as salts thereof, are particularly preferred from the standpoint of versatility and ease of synthesis.
負荷電性基を有する親水性高分子としては、例えば、負荷電性基を有するモノマーを含んで構成される親水性高分子が挙げられる。負荷電性基としては、例えばカルボキシ基、ホスホン酸基、スルホン酸基等が挙げられる。カルボキシ基を有するモノマーとして、以下のものが例示される。マレイン酸、無水マレイン酸、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、2-(ヒドロキシメチル)アクリル酸、4-(メタ)アクリロイルオキシエチルトリメリト酸および対応する無水物、10-メタクリロイルオキシデシルマロン酸、N-(2-ヒドロキシ-3-メタクリロイルオキシプロピル)-N-フェニルグリシンおよび4-ビニル安息香酸等が挙げられ、中でも汎用性、共重合性の観点から、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸が好ましい。 Examples of hydrophilic polymers having negatively charged groups include hydrophilic polymers that contain monomers having negatively charged groups. Examples of negatively charged groups include carboxy groups, phosphonic acid groups, and sulfonic acid groups. Examples of monomers having carboxy groups include the following: maleic acid, maleic anhydride, acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, 2-(hydroxymethyl)acrylic acid, 4-(meth)acryloyloxyethyl trimellitic acid and corresponding anhydrides, 10-methacryloyloxydecylmalonic acid, N-(2-hydroxy-3-methacryloyloxypropyl)-N-phenylglycine, and 4-vinylbenzoic acid. Among these, acrylic acid, methacrylic acid, and maleic acid are preferred from the viewpoints of versatility and copolymerizability.
ホスホン酸基を有するモノマーとしては、ビニルホスホン酸、4-ビニルフェニルホスホン酸、4-ビニルベンジルホスホン酸、2-メタクリロイルオキシエチルホスホン酸、2-メタクリルアミドエチルホスホン酸、4-メタクリルアミド-4-メチル-フェニル-ホスホン酸、2-[4-(ジヒドロキシホスホリル)-2-オキサ-ブチル]-アクリル酸および2-[2-ジヒドロキシホスホリル)-エトキシメチル]-アクリル酸-2,4,6-トリメチル-フェニルエステル等が例示される。 Examples of monomers having a phosphonic acid group include vinyl phosphonic acid, 4-vinylphenyl phosphonic acid, 4-vinylbenzyl phosphonic acid, 2-methacryloyloxyethyl phosphonic acid, 2-methacrylamidoethyl phosphonic acid, 4-methacrylamido-4-methyl-phenyl-phosphonic acid, 2-[4-(dihydroxyphosphoryl)-2-oxa-butyl]-acrylic acid, and 2-[2-dihydroxyphosphoryl)-ethoxymethyl]-acrylic acid-2,4,6-trimethyl-phenyl ester.
スルホン酸基を有するモノマーとしては、例えばビニルスルホン酸、4-ビニルフェニルスルホン酸または3-(メタクリルアミド)プロピルスルホン酸等が挙げられる。 Examples of monomers having a sulfonic acid group include vinyl sulfonic acid, 4-vinylphenyl sulfonic acid, and 3-(methacrylamide)propyl sulfonic acid.
中でも、汎用性、共重合性の観点から、負荷電性基を有する親水性高分子はカルボキシ基を有するモノマーを含んで構成されることが好ましく、特にアクリル酸、メタクリル酸及びマレイン酸から選択される少なくとも1種の化合物に由来するモノマーユニットを含有することが好ましい。 Among these, from the viewpoints of versatility and copolymerizability, it is preferable that the hydrophilic polymer having a negatively charged group is composed of a monomer having a carboxy group, and it is particularly preferable that it contains a monomer unit derived from at least one compound selected from acrylic acid, methacrylic acid, and maleic acid.
これら親水性高分子を用いて得られる分離機能層は、正電荷性官能基としてアミノ基を含み、負電荷性官能基としてカルボキシ基を含むことが好ましい。 The separation functional layer obtained using these hydrophilic polymers preferably contains an amino group as the positively charged functional group and a carboxy group as the negatively charged functional group.
これら親水性高分子の重量平均分子量はそれぞれ500以上であることが望ましい。重量平均分子量が500以上であると、分離機能層が、安定した耐ファウリング性付与に十分な量の水和水を含有することができる。重量平均分子量は2,000以上がより好ましい。重量平均分子量の上限は特に限定されないが、ポリマー溶液の取り扱いの容易さの観点から、2,000,000以下であることが好ましい。 The weight-average molecular weight of each of these hydrophilic polymers is desirably 500 or more. When the weight-average molecular weight is 500 or more, the separation functional layer can contain a sufficient amount of hydration water to provide stable anti-fouling properties. The weight-average molecular weight is more preferably 2,000 or more. There is no particular upper limit to the weight-average molecular weight, but from the viewpoint of ease of handling of the polymer solution, it is preferably 2,000,000 or less.
エチレン性不飽和基を有するモノマーの重合体である親水性高分子は、分離機能層の表層に含有されることが好ましい。例えば、分離機能層は、架橋ポリアミドを主成分とする薄膜上に、親水性高分子を含む層を備える構成が好ましい。分離機能層が架橋ポリアミドを主成分とする薄膜上に親水性高分子を含む層を備えることは、例えば分離機能層と水との接触角が40度以下となることから確認できる。ここでの接触角とは、静的接触角を指し、分離機能層表面の濡れやすさ、親水性を意味し、接触角が小さいほど親水性が高いことを意味する。 A hydrophilic polymer, which is a polymer of a monomer having an ethylenically unsaturated group, is preferably contained in the surface layer of the separation functional layer. For example, the separation functional layer is preferably configured to have a layer containing a hydrophilic polymer on a thin film mainly composed of crosslinked polyamide. The fact that the separation functional layer has a layer containing a hydrophilic polymer on a thin film mainly composed of crosslinked polyamide can be confirmed, for example, by the contact angle between the separation functional layer and water being 40 degrees or less. The contact angle here refers to the static contact angle, and means the wettability and hydrophilicity of the surface of the separation functional layer, and the smaller the contact angle, the higher the hydrophilicity.
図2を用いて分離機能層と水との接触角の測定方法を模式的に説明する。水2を分離機能層1の表面に滴下した際の状態は、図2のようになる。水を分離機能層表面に滴下した際、「ヤングの式」と呼ばれる下記式が成り立つ。
γS=γLcosθ+γSL
ここでγSは分離機能層の表面張力、γLは水の表面張力、γSLは分離機能層と水の界面張力である。この式を満たすときの水2の接線と分離機能層1表面とのなす角θを接触角という。接触角は時間の経過と共に徐々に小さい値へと変化する。水の分離機能層表面への着滴から接触角を測定するまでの時間は25秒以内であり、好ましくは15秒以内である。
A method for measuring the contact angle between the separation functional layer and water will be explained using Fig. 2. The state when
γ S = γ L cosθ+γ SL
Here, γS is the surface tension of the separation functional layer, γL is the surface tension of water, and γSL is the interfacial tension between the separation functional layer and water. The angle θ between the tangent of the
エチレン性不飽和基を有するモノマーの重合体である親水性高分子のうち、少なくとも1種は架橋ポリアミドを主成分とする薄膜と化学結合されていることが好ましい。これによって親水性高分子が架橋ポリアミドを主成分とする薄膜に対してより安定的に固定される。親水性高分子と架橋ポリアミドを主成分とする薄膜との間の化学結合は、共有結合であることが好ましく、アミド結合であることがより好ましい。アミド結合は、各々の層を構成するポリマーの保有する官能基を使用できる。 At least one of the hydrophilic polymers, which are polymers of monomers having ethylenically unsaturated groups, is preferably chemically bonded to the thin film mainly composed of crosslinked polyamide. This allows the hydrophilic polymer to be more stably fixed to the thin film mainly composed of crosslinked polyamide. The chemical bond between the hydrophilic polymer and the thin film mainly composed of crosslinked polyamide is preferably a covalent bond, and more preferably an amide bond. The amide bond can use a functional group possessed by the polymer constituting each layer.
また、種類の異なる親水性高分子同士も化学結合されていることが好ましく、共有結合、特にアミド結合であることが好ましい。 It is also preferable that different types of hydrophilic polymers are chemically bonded to each other, preferably by covalent bonds, particularly amide bonds.
分離機能層に2種以上含有される、エチレン性不飽和基を有するモノマーの重合体である親水性高分子のうち、架橋ポリアミドを主成分とする薄膜と結合していない1種以上の親水性高分子は、ナノ粒子体を形成していることが好ましい。ナノ粒子体を形成していることで、分離機能層と結合している親水性高分子のポリマー鎖の内部に侵入することを抑制し、それぞれの親水性高分子同士のイオン結合による水和水量低下を最大限抑制できるためである。 Of the two or more hydrophilic polymers contained in the separation functional layer, which are polymers of monomers having ethylenically unsaturated groups, it is preferable that one or more hydrophilic polymers that are not bonded to the thin film mainly composed of crosslinked polyamide form nanoparticles. This is because forming nanoparticles prevents the hydrophilic polymers from penetrating into the polymer chains of the hydrophilic polymers bonded to the separation functional layer, and minimizes the reduction in the amount of water of hydration caused by ionic bonds between the hydrophilic polymers.
前記ナノ粒子体の平均粒径は、5nm以上であれば親水性高分子同士のイオン結合による水和水量低下抑制に効果があり、好ましくは5nm以上50nmの範囲である。平均粒径が100nm以上となると複合半透膜の透水性低下に影響を与えてしまう場合があるため、平均粒径は100nm以下が好ましい。 If the average particle size of the nanoparticles is 5 nm or more, it is effective in suppressing the decrease in the amount of water of hydration due to ionic bonds between hydrophilic polymers, and is preferably in the range of 5 nm to 50 nm. If the average particle size is 100 nm or more, it may affect the decrease in water permeability of the composite semipermeable membrane, so the average particle size is preferably 100 nm or less.
前記ナノ粒子は例えばあらかじめ片方の親水性高分子を他の種類のポリマーと共重合して調製することが可能である。その際のナノ粒子体の平均粒径は、粒度分布計で測定可能である。ここで平均粒径とは、粒度分布計で測定される、体積基準の粒度分布におけるメジアン径(D50)を意味する。 The nanoparticles can be prepared, for example, by copolymerizing one hydrophilic polymer with another type of polymer in advance. The average particle size of the nanoparticles can be measured with a particle size distribution meter. Here, the average particle size means the median diameter ( D50 ) in the volume-based particle size distribution measured with a particle size distribution meter.
(1-1-2)特性
本発明の実施形態に係る複合半透膜は分離機能層の表面から200nmまでの正電荷性官能基密度Dwと負電荷性官能基密度Dbが以下(a)~(c)を満たし、かつ分離機能層の表面のpH7におけるゼータ電位が-10mV以上10mV以下である。
(a)Dw>0.30×10-9mol/cm2
(b)Db>0.30×10-9mol/cm2
(c)0.9<Dw/Db<1.1
(1-1-2) Characteristics In the composite semipermeable membrane according to an embodiment of the present invention, the positively charged functional group density Dw and the negatively charged functional group density Db within 200 nm from the surface of the separation functional layer satisfy the following (a) to (c), and the zeta potential at pH 7 of the surface of the separation functional layer is −10 mV or more and 10 mV or less.
(a) Dw>0.30×10 −9 mol/cm 2
(b) Db>0.30×10 −9 mol/cm 2
(c) 0.9<Dw/Db<1.1
(i)正電荷性官能基密度Dwと負電荷性官能基密度Db
本発明の実施形態において、正電荷性官能基密度Dwと負電荷性官能基密度Dbは例えばラザフォード後方散乱(RBS)測定によって定量可能である。RBSは試料中に高速イオンを照射し、試料中の原子核から受ける弾性散乱の散乱イオンエネルギーと収量から、試料深さ方向の元素組成を読み取る測定法である。
(i) Positively charged functional group density Dw and negatively charged functional group density Db
In an embodiment of the present invention, the positively charged functional group density Dw and the negatively charged functional group density Db can be quantified, for example, by Rutherford backscattering (RBS) measurement. RBS is a measurement method in which a sample is irradiated with fast ions, and the elemental composition in the sample depth direction is read from the scattered ion energy and yield of elastic scattering from atomic nuclei in the sample.
RBS測定を用い、正電荷性官能基密度Dwを読み取る方法としては以下の方法を用いることができる。まず、5cm四方の試料を95℃の熱水で30分間洗浄する。さらに試料をpH3に調整したタングステン酸ナトリウム1×10-4M水溶液に30分浸漬する。その後遊離のタングステン酸を取り除くため、純水で5分ずつ浸漬洗浄する。 The following method can be used to read the positively charged functional group density Dw using RBS measurement. First, a 5 cm square sample is washed with hot water at 95° C. for 30 minutes. The sample is then immersed in a 1×10 −4 M aqueous solution of sodium tungstate adjusted to pH 3 for 30 minutes. After that, in order to remove free tungstic acid, the sample is immersed and washed in pure water for 5 minutes each.
タングステン酸イオンは正電荷性官能基の対イオンとなる。したがって、得られた試料のRBS測定における表面付着タングステンの面密度(単位:1015atoms/cm2)について、原子数をmolに換算して正荷電性基密度を導き出すことができる。 Tungstate ions serve as counter ions for positively charged functional groups. Therefore, the surface density of tungsten attached to the surface in RBS measurement of the obtained sample (unit: 10 15 atoms/cm 2 ) can be converted into the number of atoms per mole to derive the density of the positively charged groups.
RBS測定を用い負電荷性官能基密度Dbを読み取る方法としては以下の方法を用いることができる。まず、5cm四方の試料を95℃の熱水で30分間洗浄する。続いて、試料をメタノール50%水溶液中で16時間浸漬し、さらに試料をpH10に調整した硝酸バリウム1×10-4M水溶液に30分浸漬する。その後遊離のバリウムを取り除くため、メタノールで5分ずつ浸漬洗浄する。 The following method can be used to read the negatively charged functional group density Db using RBS measurement. First, a 5 cm square sample is washed with hot water at 95° C. for 30 minutes. The sample is then immersed in a 50% aqueous solution of methanol for 16 hours, and further immersed in a 1×10 −4 M aqueous solution of barium nitrate adjusted to pH 10 for 30 minutes. After that, the sample is immersed and washed in methanol for 5 minutes each to remove free barium.
バリウムイオンは負電荷性官能基の対イオンとなる。したがって、得られた試料のRBS測定における表面付着バリウムの面密度(単位:1015atoms/cm2)について、原子数をmolに換算して負荷電性基密度を導き出すことができる。 Barium ions serve as counter ions for negatively charged functional groups. Therefore, the surface density of barium attached to the surface in RBS measurement of the obtained sample (unit: 10 15 atoms/cm 2 ) can be converted into the number of atoms per mole to derive the density of negatively charged groups.
(ii)分離機能層の表面のゼータ電位
ゼータ電位とは超薄膜層表面の正味の固定電荷の尺度である。本発明の実施形態において、薄膜層表面のゼータ電位は、電気移動度から、下記式(1)に示すヘルムホルツ・スモルコフスキー(Helmholtz-Smoluchowski)の式によって求めることができる。
ゼータ電位ζ=4πηU/ε (1)
(式(1)中、Uは電気移動度、εは溶液の誘電率、ηは溶液の粘度である)。
ここで、溶液の誘電率、粘度は、測定温度での文献値を使用できる。
(ii) Zeta potential of the surface of the separation functional layer Zeta potential is a measure of the net fixed charge on the surface of the ultrathin film layer. In an embodiment of the present invention, the zeta potential of the surface of the thin film layer can be calculated from the electric mobility by the Helmholtz-Smoluchowski equation shown in the following formula (1).
Zeta potential ζ=4πηU/ε (1)
(In formula (1), U is the electrical mobility, ε is the dielectric constant of the solution, and η is the viscosity of the solution).
Here, the dielectric constant and viscosity of the solution can be values obtained from literature at the measurement temperature.
通常ゼータ電位の測定は、大きさ20mm×30mmの膜試料を用い、電気泳動させるための標準粒子として、表面をヒドロキシプロピルセルロースでコーティングしたポリスチレン粒子(粒径520nm)を所定濃度に調整したNaCl水溶液に分散させて行うことができる。測定装置は例えば大塚電子製電気泳動光散乱光度計ELS-8000などが使用できる。 Zeta potential is usually measured using a membrane sample measuring 20 mm x 30 mm, and dispersing polystyrene particles (particle size 520 nm) with a hydroxypropyl cellulose surface coating as standard particles for electrophoresis in an aqueous NaCl solution adjusted to a specified concentration. A measuring device that can be used is, for example, an electrophoretic light scattering photometer ELS-8000 manufactured by Otsuka Electronics.
本発明の実施形態に係る複合半透膜は、分離機能層の表面ゼータ電位が、pH7、NaCl10mMの条件において測定されたときに-10mV以上10mV以下に制御されている。上述の(a)及び(b)をともに満たす条件において、ゼータ電位が上記範囲であることは、分離機能層の表面に相反する荷電性基がバランス良く存在することを意味する。これにより、多様なイオン状態のファウラントに対しても効果的に耐ファウリング性を発現することができる。 In the composite semipermeable membrane according to an embodiment of the present invention, the surface zeta potential of the separation functional layer is controlled to be between -10 mV and 10 mV when measured under conditions of pH 7 and 10 mM NaCl. Under conditions that satisfy both (a) and (b) above, the zeta potential being in the above range means that oppositely charged groups are present on the surface of the separation functional layer in a well-balanced manner. This makes it possible to effectively exhibit anti-fouling properties even against foulants in a variety of ionic states.
また、本発明の実施形態に係る複合半透膜は、pH3、NaCl10mMにおけるゼータ電位が30mV以上であることが好ましく、pH11、NaCl10mMにおけるゼータ電位が-30mV以下であることが好ましい。 In addition, the composite semipermeable membrane according to an embodiment of the present invention preferably has a zeta potential of 30 mV or more at pH 3 and 10 mM NaCl, and preferably has a zeta potential of -30 mV or less at pH 11 and 10 mM NaCl.
本発明の実施形態に係る複合半透膜における分離機能層の表面ゼータ電位は親水性高分子の組成により値が支配される。pH3、NaCl10mMにおけるゼータ電位が30mV以上となる親水性高分子の組成においては、正荷電基密度が耐ファウリング性を向上させるのに十分なものであることを意味する。また、pH11、NaCl10mMにおけるゼータ電位が-30mV以下となる親水性高分子の組成においては、負荷電基密度が耐ファウリング性を向上させるのに十分なものであることを意味する。 The surface zeta potential of the separation functional layer in the composite semipermeable membrane according to an embodiment of the present invention is governed by the composition of the hydrophilic polymer. In a hydrophilic polymer composition in which the zeta potential is 30 mV or more at pH 3 and 10 mM NaCl, this means that the density of positively charged groups is sufficient to improve fouling resistance. In addition, in a hydrophilic polymer composition in which the zeta potential is -30 mV or less at pH 11 and 10 mM NaCl, this means that the density of negatively charged groups is sufficient to improve fouling resistance.
(1-2)多孔性支持層
多孔性支持層は分離機能層形成の足場となり、それ自体は実質的にイオン等の分離性能を有さない。
多孔性支持層における孔のサイズや分布は特に限定されないが、例えば、均一で微細な孔、あるいは分離機能層が形成される側の表面からもう一方の面まで徐々に大きな微細孔をもち、かつ、分離機能層が形成される側の表面における微細孔の大きさが0.1nm以上100nm以下であるような多孔性支持層が好ましい。
(1-2) Porous Support Layer The porous support layer serves as a base for forming a separation functional layer, and does not itself have substantial separation performance for ions, etc.
The size and distribution of the pores in the porous support layer are not particularly limited, but a preferred porous support layer has, for example, uniform, fine pores, or gradually larger fine pores from the surface on which the separation functional layer is formed to the other surface, and the size of the fine pores on the surface on which the separation functional layer is formed is 0.1 nm or more and 100 nm or less.
多孔性支持層は、例えばポリエステル及び芳香族ポリアミドから選ばれる少なくとも一種からなる布帛である基材上に高分子重合体を流延することで、得ることができる。なお、以降、基材上に多孔性支持層が形成された構成について「支持膜」と称する場合がある。 The porous support layer can be obtained by casting a polymer onto a substrate, which is a fabric made of at least one material selected from polyester and aromatic polyamide. Hereinafter, the structure in which a porous support layer is formed on a substrate may be referred to as a "support film."
多孔性支持層の素材にはポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアミド、ポリエステル、セルロース系ポリマー、ビニルポリマー、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンスルフィドスルホン、ポリフェニレンスルホン、ポリフェニレンオキシドなどのホモポリマーあるいはコポリマーを単独であるいはブレンドして使用することができる。ここでセルロース系ポリマーとしては酢酸セルロース、硝酸セルロースなど、ビニルポリマーとしてはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリルなどが使用できる。なかでも、多孔性支持層の素材としてはポリスルホン、ポリアミド、ポリエステル、酢酸セルロース、硝酸セルロース、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリル、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンスルフィドスルホンなどのホモポリマー又はコポリマーが好ましい。多孔性支持層の素材としては、より好ましくは酢酸セルロース、ポリスルホン、ポリフェニレンスルフィドスルホン、又はポリフェニレンスルホンが挙げられ、さらに、これらの素材の中では化学的、機械的、熱的に安定性が高く、成型が容易であることからポリスルホンが一般的に好ましく使用される。 The material for the porous support layer may be a homopolymer or copolymer such as polysulfone, polyethersulfone, polyamide, polyester, cellulose polymer, vinyl polymer, polyphenylene sulfide, polyphenylene sulfide sulfone, polyphenylene sulfone, or polyphenylene oxide, either alone or in a blend. Here, the cellulose polymer may be cellulose acetate or cellulose nitrate, and the vinyl polymer may be polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, or polyacrylonitrile. Among these, the material for the porous support layer is preferably a homopolymer or copolymer such as polysulfone, polyamide, polyester, cellulose acetate, cellulose nitrate, polyvinyl chloride, polyacrylonitrile, polyphenylene sulfide, or polyphenylene sulfide sulfone. More preferably, the material for the porous support layer is cellulose acetate, polysulfone, polyphenylene sulfide sulfone, or polyphenylene sulfone. Among these materials, polysulfone is generally preferred because it is chemically, mechanically, and thermally stable and easy to mold.
例えば、ポリスルホンのN,N-ジメチルホルムアミド(以下、DMFという。)溶液を、密に織ったポリエステル布あるいはポリエステル不織布の上に一定の厚さに流延し、それを水中で湿式凝固させることによって、表面の大部分が直径数10nm以下の微細な孔を有した支持膜を得ることができる。 For example, a polysulfone solution in N,N-dimethylformamide (DMF) can be cast to a certain thickness onto a tightly woven polyester fabric or polyester nonwoven fabric, and then wet-coagulated in water to obtain a support membrane whose surface is mostly covered with fine pores with diameters of tens of nanometers or less.
上記の支持膜の厚みは、得られる複合半透膜の強度及びそれをエレメントにしたときの充填密度に影響を与える。支持膜の厚みは、十分な機械的強度及び充填密度を得るためには、30μm以上300μm以下の範囲内にあることが好ましく、より好ましくは100μm以上220μm以下の範囲内である。 The thickness of the support membrane affects the strength of the resulting composite semipermeable membrane and the packing density when it is made into an element. In order to obtain sufficient mechanical strength and packing density, the thickness of the support membrane is preferably in the range of 30 μm to 300 μm, more preferably in the range of 100 μm to 220 μm.
多孔性支持層の形態は、走査型電子顕微鏡や透過型電子顕微鏡、原子間顕微鏡により観察できる。例えば走査型電子顕微鏡で観察するのであれば、基材から多孔性支持層を剥がした後、これを凍結割断法で切断して断面観察のサンプルとする。このサンプルに白金又は白金-パラジウム又は四塩化ルテニウム、好ましくは四塩化ルテニウムを薄くコーティングして3~15kVの加速電圧で高分解能電界放射型走査電子顕微鏡(UHR-FE-SEM)によって観察する。高分解能電界放射型走査電子顕微鏡は、株式会社日立製作所製S-900型電子顕微鏡などが使用できる。 The morphology of the porous support layer can be observed using a scanning electron microscope, a transmission electron microscope, or an atomic force microscope. For example, when observing using a scanning electron microscope, the porous support layer is peeled off from the substrate and then cut by freeze fracturing to obtain a sample for cross-sectional observation. This sample is thinly coated with platinum, platinum-palladium, or ruthenium tetrachloride, preferably ruthenium tetrachloride, and observed using a high-resolution field emission scanning electron microscope (UHR-FE-SEM) at an accelerating voltage of 3 to 15 kV. The high-resolution field emission scanning electron microscope that can be used is, for example, the S-900 type electron microscope manufactured by Hitachi, Ltd.
多孔性支持層の厚みは、20μm以上100μm以下の範囲内にあることが好ましい。多孔性支持層の厚みが20μm以上であることで、良好な耐圧性が得られると共に、欠点のない均一な支持膜を得ることができるので、このような多孔性支持層を備える複合半透膜は、良好な塩除去性能を示すことができる。多孔性支持層の厚みが100μmを超えると、製造時の未反応物質の残存量が増加し、それにより透過水量が低下するとともに、耐薬品性が低下する場合がある。 The thickness of the porous support layer is preferably in the range of 20 μm to 100 μm. A porous support layer having a thickness of 20 μm or more provides good pressure resistance and a uniform support membrane without defects, so that a composite semipermeable membrane equipped with such a porous support layer can exhibit good salt removal performance. If the thickness of the porous support layer exceeds 100 μm, the amount of unreacted substances remaining during production increases, which may reduce the amount of permeated water and reduce chemical resistance.
(2)製造方法
(2-1)多孔性支持層の形成工程
多孔性支持層の形成工程は、基材に高分子溶液を塗布する工程及び溶液を塗布した前記基材を凝固浴に浸漬させて高分子を凝固させる工程を含む。
(2) Manufacturing Method (2-1) Porous Support Layer Forming Step The porous support layer forming step includes a step of applying a polymer solution to a substrate and a step of immersing the substrate to which the solution has been applied in a coagulation bath to coagulate the polymer.
基材に高分子溶液を塗布する工程において、高分子溶液は、多孔性支持層の成分である高分子を、その高分子の良溶媒に溶解して調製する。 In the process of applying a polymer solution to a substrate, the polymer solution is prepared by dissolving the polymer, which is a component of the porous support layer, in a good solvent for the polymer.
高分子溶液塗布時の高分子溶液の温度は、高分子としてポリスルホンを用いる場合、10℃以上60℃以下であることが好ましい。高分子溶液の温度がこの範囲内であれば、高分子が析出することがなく、高分子溶液が基材の繊維間にまで充分含浸したのち固化される。その結果、アンカー効果により多孔性支持層が基材に強固に接合し、良好な支持膜を得ることができる。なお、高分子溶液の好ましい温度範囲は、用いる高分子の種類や、所望の溶液粘度などによって適宜調整することができる。 When polysulfone is used as the polymer, the temperature of the polymer solution when applied is preferably 10°C or higher and 60°C or lower. If the temperature of the polymer solution is within this range, the polymer does not precipitate, and the polymer solution is sufficiently impregnated into the spaces between the fibers of the substrate and then solidified. As a result, the porous support layer is firmly bonded to the substrate due to the anchor effect, and a good support film can be obtained. The preferred temperature range of the polymer solution can be adjusted as appropriate depending on the type of polymer used, the desired solution viscosity, etc.
基材上に高分子溶液を塗布した後、凝固浴に浸漬させるまでの時間は、0.1秒以上5秒以下であることが好ましい。凝固浴に浸漬するまでの時間がこの範囲であれば、高分子を含む有機溶媒溶液が基材の繊維間にまで充分含浸したのち固化される。なお、凝固浴に浸漬するまでの時間の好ましい範囲は、用いる高分子溶液の種類や、所望の溶液粘度などによって適宜調整することができる。 After the polymer solution is applied to the substrate, it is preferable that the time until the substrate is immersed in the coagulation bath is 0.1 seconds or more and 5 seconds or less. If the time until the substrate is immersed in the coagulation bath is within this range, the organic solvent solution containing the polymer will be sufficiently impregnated into the spaces between the fibers of the substrate and then solidified. The preferable range of the time until the substrate is immersed in the coagulation bath can be appropriately adjusted depending on the type of polymer solution used, the desired solution viscosity, etc.
凝固浴としては、一般的には水が使われるが、多孔性支持層の成分である高分子を溶解しないものであればよく、特に限定されない。凝固浴の組成によって得られる支持膜の膜形態が変化し、それによって得られる複合半透膜も変化する。凝固浴の温度は、-20℃以上100℃以下が好ましく、さらに好ましくは10℃以上50℃以下である。凝固浴の温度がこの範囲以内であれば、熱運動による凝固浴面の振動が激しくならず、膜形成後の膜表面の平滑性が保たれる。また温度がこの範囲内であれば凝固速度が適当で、製膜性が良好である。 Water is generally used as the coagulation bath, but there are no particular limitations as long as it does not dissolve the polymer that is a component of the porous support layer. The membrane form of the resulting support membrane changes depending on the composition of the coagulation bath, and therefore the resulting composite semipermeable membrane also changes. The temperature of the coagulation bath is preferably -20°C or higher and 100°C or lower, and more preferably 10°C or higher and 50°C or lower. If the temperature of the coagulation bath is within this range, the vibration of the coagulation bath surface due to thermal motion does not become intense, and the smoothness of the membrane surface after membrane formation is maintained. Furthermore, if the temperature is within this range, the coagulation speed is appropriate and membrane formability is good.
次に、このようにして得られた支持膜を、膜中に残存する溶媒を除去するために熱水洗浄する。このときの熱水の温度は40℃以上100℃以下が好ましく、さらに好ましくは60℃以上95℃以下である。この範囲内であれば、支持膜の収縮度が大きくならず、透過水量が良好である。また、温度がこの範囲内であれば洗浄効果が十分である。 Next, the support membrane thus obtained is washed with hot water to remove any remaining solvent in the membrane. The temperature of the hot water at this time is preferably 40°C or higher and 100°C or lower, and more preferably 60°C or higher and 95°C or lower. If it is within this range, the shrinkage of the support membrane will not increase and the amount of permeated water will be good. Also, if the temperature is within this range, the washing effect will be sufficient.
(2-2)分離機能層の形成工程
次に、複合半透膜を構成する分離機能層の形成工程を説明する。分離機能層の形成工程は、下記工程(A)、(B)及び(C)を含む。分離機能層の形成工程は、(A)、(B)、(C)の順に行われることが好ましい。
(A)多孔性支持層上に界面重合により架橋ポリアミドを含む層を形成する工程。
(B)前記架橋ポリアミドを含む層と、エチレン性不飽和基を有するモノマーの重合体である親水性高分子Aとを結合する工程。
(C)前記親水性高分子Aとは異なる種類のエチレン性不飽和基を有するモノマーの重合体である親水性高分子Bを主成分とするナノ粒子体を前記親水性高分子Aと結合させる工程。
(2-2) Formation process of separation functional layer Next, the formation process of the separation functional layer constituting the composite semipermeable membrane will be described. The formation process of the separation functional layer includes the following steps (A), (B), and (C). The formation process of the separation functional layer is preferably carried out in the order of (A), (B), and (C).
(A) forming a layer comprising a crosslinked polyamide on a porous support layer by interfacial polymerization;
(B) A step of bonding the layer containing the crosslinked polyamide to a hydrophilic polymer A which is a polymer of a monomer having an ethylenically unsaturated group.
(C) A step of bonding a nanoparticle mainly composed of a hydrophilic polymer B, which is a polymer of a monomer having an ethylenically unsaturated group different from that of the hydrophilic polymer A, to the hydrophilic polymer A.
(2-2-1)多孔性支持層上に界面重合により架橋ポリアミドを含む層を形成する工程(A)
工程(A)において、例えば、多官能性アミンと多官能性酸ハロゲン化物との界面重縮合反応により、架橋ポリアミドを含む層を形成できる。多官能性アミンと多官能性酸ハロゲン化物の好ましい態様は上述と同様である。以下、多官能性アミンとして多官能芳香族アミンを用い、多官能性酸ハロゲン化物として多官能芳香族酸クロリドを用いる場合を例として工程(A)について説明する。
(2-2-1) Step (A) of forming a layer containing a crosslinked polyamide on a porous support layer by interfacial polymerization
In step (A), for example, a layer containing crosslinked polyamide can be formed by interfacial polycondensation reaction between a polyfunctional amine and a polyfunctional acid halide. The preferred embodiments of the polyfunctional amine and the polyfunctional acid halide are the same as those described above. Hereinafter, step (A) will be described using an example in which a polyfunctional aromatic amine is used as the polyfunctional amine and a polyfunctional aromatic acid chloride is used as the polyfunctional acid halide.
多官能芳香族酸クロリドを溶解する有機溶媒としては、水と非混和性のものであって、支持膜を破壊しないものであり、かつ、架橋芳香族ポリアミドの生成反応を阻害しないものであればいずれであってもよい。代表例としては、液状の炭化水素、トリクロロトリフルオロエタンなどのハロゲン化炭化水素が挙げられる。オゾン層を破壊しない物質であることや入手のしやすさ、取り扱いの容易さ、取り扱い上の安全性を考慮すると、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、トリデカン、テトラデカン、ヘプタデカン、ヘキサデカン、シクロオクタン、エチルシクロヘキサン、1-オクテン、1-デセンなどの単体あるいはこれらの混合物が好ましく用いられる。 The organic solvent for dissolving the polyfunctional aromatic acid chloride may be any that is immiscible with water, does not destroy the support film, and does not inhibit the reaction for producing the crosslinked aromatic polyamide. Representative examples include liquid hydrocarbons and halogenated hydrocarbons such as trichlorotrifluoroethane. Considering that they do not destroy the ozone layer, are readily available, are easy to handle, and are safe to handle, octane, nonane, decane, undecane, dodecane, tridecane, tetradecane, heptadecane, hexadecane, cyclooctane, ethylcyclohexane, 1-octene, 1-decene, and the like, or mixtures thereof, are preferably used.
多官能芳香族アミンを含有する水溶液(多官能芳香族アミン水溶液)や多官能芳香族酸クロリドを含有する有機溶媒溶液(多官能芳香族酸クロリド含有溶液)には、両成分間の反応を妨害しないものであれば、必要に応じて、アシル化触媒や極性溶媒、酸捕捉剤、界面活性剤、酸化防止剤等の化合物が含まれていてもよい。 An aqueous solution containing a polyfunctional aromatic amine (aqueous polyfunctional aromatic amine solution) or an organic solvent solution containing a polyfunctional aromatic acid chloride (a solution containing a polyfunctional aromatic acid chloride) may contain compounds such as an acylation catalyst, a polar solvent, an acid scavenger, a surfactant, and an antioxidant, as necessary, as long as they do not interfere with the reaction between the two components.
界面重縮合を支持膜上で行うために、まず、多官能芳香族アミン水溶液で支持膜表面を被覆する。ここで、多官能芳香族アミンを含有する水溶液の濃度は、0.1重量%以上20重量%以下が好ましく、より好ましくは0.5重量%以上15重量%以下である。 To perform interfacial polycondensation on a support film, the surface of the support film is first coated with an aqueous solution of a polyfunctional aromatic amine. Here, the concentration of the aqueous solution containing the polyfunctional aromatic amine is preferably 0.1% by weight or more and 20% by weight or less, and more preferably 0.5% by weight or more and 15% by weight or less.
多官能芳香族アミン水溶液で支持膜表面を被覆する方法としては、支持膜の表面がこの水溶液によって均一にかつ連続的に被覆されればよく、公知の塗布手段、例えば、水溶液を支持膜表面にコーティングする方法、支持膜を水溶液に浸漬する方法等で行えばよい。支持膜と多官能芳香族アミン水溶液との接触時間は、5秒以上10分以下の範囲内であることが好ましく、10秒以上3分以下の範囲内であるとさらに好ましい。次いで、過剰に塗布された水溶液を液切り工程により除去することが好ましい。液切りの方法としては、例えば膜面を垂直方向に保持して自然流下させる方法等がある。液切り後、膜面を乾燥させ、水溶液の水の全部あるいは一部を除去してもよい。 The method for coating the surface of the support membrane with the aqueous polyfunctional aromatic amine solution may be any method that can uniformly and continuously coat the surface of the support membrane with the aqueous solution, and may be carried out by a known coating method, such as a method of coating the surface of the support membrane with the aqueous solution or a method of immersing the support membrane in the aqueous solution. The contact time between the support membrane and the aqueous polyfunctional aromatic amine solution is preferably within a range of 5 seconds to 10 minutes, and more preferably within a range of 10 seconds to 3 minutes. Next, it is preferable to remove the excess aqueous solution by a draining process. As a method for draining, for example, a method of holding the membrane surface vertically and allowing it to flow naturally may be used. After draining, the membrane surface may be dried to remove all or part of the water in the aqueous solution.
その後、多官能芳香族アミン水溶液で被覆した支持膜に、前述の多官能芳香族酸クロリド含有溶液を塗布し、界面重縮合により架橋芳香族ポリアミドを形成させる。界面重縮合を実施する時間は、0.1秒以上3分以下が好ましく、0.1秒以上1分以下であるとより好ましい。 Then, the above-mentioned polyfunctional aromatic acid chloride-containing solution is applied to the support film coated with the polyfunctional aromatic amine aqueous solution, and a crosslinked aromatic polyamide is formed by interfacial polycondensation. The time for carrying out the interfacial polycondensation is preferably 0.1 seconds to 3 minutes, and more preferably 0.1 seconds to 1 minute.
多官能芳香族酸クロリド含有溶液における多官能芳香族酸クロリドの濃度は、特に限定されないが、低すぎると活性層である第1層形成が不十分となり欠点になる可能性があり、高すぎるとコスト面から不利になるため、例えば0.01重量%以上1.0重量%以下程度が好ましい。 The concentration of the polyfunctional aromatic acid chloride in the polyfunctional aromatic acid chloride-containing solution is not particularly limited, but if it is too low, the formation of the first layer, which is the active layer, may be insufficient, which may result in a defect, and if it is too high, it will be disadvantageous in terms of cost, so for example, a concentration of 0.01% by weight or more and 1.0% by weight or less is preferable.
次に、反応後に残留する有機溶媒は、液切り工程により除去することが好ましい。有機溶媒の除去は、例えば、膜を垂直方向に把持して過剰の有機溶媒を自然流下して除去する方法を用いることができる。この場合、垂直方向に把持する時間としては、1分以上5分以下であることが好ましく、1分以上3分以下であるとより好ましい。把持する時間が1分以上であることで目的の機能を有する架橋芳香族ポリアミドを得やすく、3分以下であることで有機溶媒の過乾燥による欠点の発生を抑制できるので、性能低下を抑制することができる。 Next, the organic solvent remaining after the reaction is preferably removed by a draining process. For example, the organic solvent can be removed by a method in which the film is held vertically and the excess organic solvent is allowed to flow down by gravity. In this case, the time for holding vertically is preferably from 1 minute to 5 minutes, and more preferably from 1 minute to 3 minutes. Holding for 1 minute or more makes it easier to obtain a crosslinked aromatic polyamide having the desired function, while holding for 3 minutes or less can suppress the occurrence of defects due to over-drying of the organic solvent, thereby suppressing a decrease in performance.
(2-2-2)前記架橋ポリアミドを含む層と、エチレン性不飽和基を有するモノマーの重合体である親水性高分子Aとを結合する工程(B)
工程(B)において、用いられるエチレン性不飽和基を有するモノマーの重合体である親水性高分子Aは正荷電性基を有するもの、負荷電性基を有するもののいずれでも良い。なお、本発明の効果を阻害しない範囲であれば、親水性高分子Aは正荷電性基と負荷電性基の両方を有するものであってもよい。
(2-2-2) Step (B) of bonding the layer containing the crosslinked polyamide to a hydrophilic polymer A which is a polymer of a monomer having an ethylenically unsaturated group
In step (B), the hydrophilic polymer A, which is a polymer of a monomer having an ethylenically unsaturated group, may have either a positively charged group or a negatively charged group. However, the hydrophilic polymer A may have both a positively charged group and a negatively charged group as long as the effects of the present invention are not impaired.
親水性高分子Aは重量濃度で0.001重量%以上1重量%以下の水溶液として使用するのが好ましい。濃度が0.001重量%以上であることで、比較的短時間で効率良く架橋ポリアミドを含む層上に結合することができる。また、親水性高分子Aの濃度が1重量%以下であることで、適度に薄い親水性高分子A層が形成されるので、透水量の低下が抑制される。 It is preferable to use hydrophilic polymer A as an aqueous solution with a weight concentration of 0.001% to 1% by weight. A concentration of 0.001% by weight or more allows it to be bonded to the layer containing crosslinked polyamide efficiently in a relatively short time. Furthermore, a concentration of hydrophilic polymer A of 1% by weight or less forms a moderately thin hydrophilic polymer A layer, suppressing a decrease in water permeability.
架橋ポリアミドを含む層と親水性高分子Aとの結合は、架橋ポリアミドを含む層と親水性高分子Aの水溶液が接触すればその方法は問われないが、多孔性支持層上に架橋ポリアミドを含む層を備えた膜を水溶液へ浸漬する方法や、架橋ポリアミドを含む層表面に水溶液を塗布する方法が挙げられる。 The method for bonding the layer containing crosslinked polyamide to the hydrophilic polymer A is not limited as long as the layer containing crosslinked polyamide comes into contact with an aqueous solution of the hydrophilic polymer A. Examples of the method include immersing a membrane having a layer containing crosslinked polyamide on a porous support layer in an aqueous solution, or applying an aqueous solution to the surface of the layer containing crosslinked polyamide.
ここで、架橋ポリアミドを含む層と親水性高分子Aとの反応を促進する、すなわち両者を結合しやすくするために、種々の反応助剤(縮合促進剤)を利用することができる。縮合促進剤として、硫酸、4-(4,6-ジメトキシ-1,3,5-トリアジン-2-イル)-4-メチルモルホリニウムクロリド(DMT-MM)、1-(3-ジメチルアミノプロピル)-3-エチルカルボジイミド塩酸塩、N,N’-ジシクロヘキシルカルボジイミド、N,N’-ジイソプロピルカルボジイミド、N,N’-カルボニルジイミダゾール、1,1’-カルボニルジ(1,2,4-トリアゾール)、1H-ベンゾトリアゾール-1-イルオキシトリス(ジメチルアミノ)ホスホニウムヘキサフルオロりん酸塩、1H-ベンゾトリアゾール-1-イルオキシトリス(ジメチルアミノ)ホスホニウムヘキサフルオロりん酸塩、(7-アザベンゾトリアゾール-1-イルオキシ)トリピロリジノホスホニウムヘキサフルオロりん酸塩、クロロトリピロリジノホスホニウムヘキサフルオロりん酸塩、ブロモトリス(ジメチルアミノ)ホスホニウムヘキサフルオロりん酸塩、3-(ジエトキシホスホリルオキシ)-1,2,3-ベンゾトリアジン-4(3H)-オン、O-(ベンゾトリアゾール-1-イル)-N,N,N’,N’-テトラメチルウロニウムヘキサフルオロりん酸塩、O-(7-アザベンゾトリアゾール-1-イル)-N,N,N’,N’-テトラメチルウロニウムヘキサフルオロりん酸塩、O-(N-スクシンイミジル)-N,N,N’,N’-テトラメチルウロニウムテトラフルオロほう酸塩、O-(N-スクシンイミジル)-N,N,N’,N’-テトラメチルウロニウムヘキサフルオロりん酸塩、O-(3,4-ジヒドロ-4-オキソ-1,2,3-ベンゾトリアジン-3-イル)-N,N,N’,N’-テトラメチルウロニウムテトラフルオロほう酸塩、トリフルオロメタンスルホン酸(4,6-ジメトキシ-1,3,5-トリアジン-2-イル)-(2-オクトキシ-2-オキソエチル)ジメチルアンモニウム、S-(1-オキシド-2-ピリジル)-N,N,N’,N’-テトラメチルチウロニウムテトラフルオロほう酸塩、O-[2-オキソ-1(2H)-ピリジル]-N,N,N’,N’-テトラメチルウロニウムテトラフルオロほう酸塩、{{[(1-シアノ-2-エトキシ-2-オキソエチリデン)アミノ]オキシ}-4-モルホリノメチレン}ジメチルアンモニウムヘキサフルオロりん酸塩、2-クロロ-1,3-ジメチルイミダゾリニウムヘキサフルオロりん酸塩、1-(クロロ-1-ピロリジニルメチレン)ピロリジニウムヘキサフルオロりん酸塩、2-フルオロ-1,3-ジメチルイミダゾリニウムヘキサフルオロりん酸塩、フルオロ-N,N,N’,N’-テトラメチルホルムアミジニウムヘキサフルオロりん酸塩、などが例として挙げられる。 Here, various reaction aids (condensation promoters) can be used to promote the reaction between the layer containing crosslinked polyamide and the hydrophilic polymer A, i.e., to facilitate bonding between the two. Examples of condensation promoters include sulfuric acid, 4-(4,6-dimethoxy-1,3,5-triazin-2-yl)-4-methylmorpholinium chloride (DMT-MM), 1-(3-dimethylaminopropyl)-3-ethylcarbodiimide hydrochloride, N,N'-dicyclohexylcarbodiimide, N,N'-diisopropylcarbodiimide, N,N'-carbonyldiimidazole, 1,1'-carbonyldi(1,2,4-triazole), 1H-benzotriazol-1-yloxytris(dimethylamino)phosphonium hexafluorophosphate, 1H-benzotriazol-1-yloxytris(dimethylamino)phosphonium hexafluorophosphate, and 1H-benzotriazol-1-yloxytris(dimethylamino)phosphonium hexafluorophosphate. phosphate, (7-azabenzotriazol-1-yloxy)tripyrrolidinophosphonium hexafluorophosphate, chlorotripyrrolidinophosphonium hexafluorophosphate, bromotris(dimethylamino)phosphonium hexafluorophosphate, 3-(diethoxyphosphoryloxy)-1,2,3-benzotriazin-4(3H)-one, O-(benzotriazol-1-yl)-N,N,N',N'-tetramethyluronium hexafluorophosphate, O-(7-azabenzotriazol-1-yl)-N,N,N',N'-tetramethyluronium hexafluorophosphate, O-(N-succinimidyl)-N, N,N',N'-tetramethyluronium tetrafluoroborate, O-(N-succinimidyl)-N,N,N',N'-tetramethyluronium hexafluorophosphate, O-(3,4-dihydro-4-oxo-1,2,3-benzotriazin-3-yl)-N,N,N',N'-tetramethyluronium tetrafluoroborate, (4,6-dimethoxy-1,3,5-triazin-2-yl)-(2-octoxy-2-oxoethyl)dimethylammonium trifluoromethanesulfonate, S-(1-oxido-2-pyridyl)-N,N,N',N'-tetramethylthiuronium tetrafluoroborate, O-[2-oxoethyl]-N,N,N',N'-tetramethylthiuronium tetrafluoroborate, Examples include 1-oxo-1(2H)-pyridyl]-N,N,N',N'-tetramethyluronium tetrafluoroborate, {{[(1-cyano-2-ethoxy-2-oxoethylidene)amino]oxy}-4-morpholinomethylene}dimethylammonium hexafluorophosphate, 2-chloro-1,3-dimethylimidazolinium hexafluorophosphate, 1-(chloro-1-pyrrolidinylmethylene)pyrrolidinium hexafluorophosphate, 2-fluoro-1,3-dimethylimidazolinium hexafluorophosphate, and fluoro-N,N,N',N'-tetramethylformamidinium hexafluorophosphate.
架橋ポリアミドを含む層と親水性高分子Aの反応時間及び化合物の濃度は、使用する溶媒、縮合促進剤及び化合物の化学構造により適宜調整可能であるが、生産性の観点から、反応時間は24時間以内が好ましく、12時間以内がより好ましく、6時間以内がさらに好ましく、1時間以内が特に好ましい。 The reaction time and compound concentration of the layer containing crosslinked polyamide with hydrophilic polymer A can be adjusted as appropriate depending on the solvent, condensation promoter, and chemical structure of the compound used, but from the viewpoint of productivity, the reaction time is preferably within 24 hours, more preferably within 12 hours, even more preferably within 6 hours, and particularly preferably within 1 hour.
反応後に、得られる膜を熱水や酸水溶液、アルカリ水溶液で洗浄し残渣物を除去してもよい。 After the reaction, the resulting film may be washed with hot water, an aqueous acid solution, or an aqueous alkali solution to remove any residues.
(2-2-3)前記親水性高分子Aとは異なる種類のエチレン性不飽和基を有するモノマーの重合体である親水性高分子Bを主成分とするナノ粒子体を前記親水性高分子Aと結合させる工程(C) (2-2-3) Step (C) of bonding nanoparticles composed mainly of hydrophilic polymer B, which is a polymer of a monomer having an ethylenically unsaturated group different from that of hydrophilic polymer A, to hydrophilic polymer A
工程(C)における親水性高分子Bを主成分とするナノ粒子体を事前に調製する方法を例示する。なお、親水性高分子Bは親水性高分子Aと異なる種類のものである必要がある。さらに、親水性高分子Aと親水性高分子Bは互いに相反する荷電性基を有することが好ましい。 The following is an example of a method for preparing nanoparticles in advance, the main component of which is hydrophilic polymer B in step (C). Note that hydrophilic polymer B must be of a different type from hydrophilic polymer A. Furthermore, it is preferable that hydrophilic polymer A and hydrophilic polymer B have oppositely charged groups.
まず、親水性高分子Bとさらに異なる親水性高分子Cを混合した溶液を作製する。溶媒の種類としては例えば水が好ましい。
ここで親水性高分子Cは親水性高分子Aと同じ種類のものでもよく、異なっていてもよい。
First, a solution is prepared by mixing a hydrophilic polymer B with a further different hydrophilic polymer C. The type of solvent is preferably water, for example.
Here, the hydrophilic polymer C may be of the same type as the hydrophilic polymer A, or may be different.
水溶液中の親水性高分子Bと親水性高分子Cの濃度は、それぞれ0.001重量%以上0.1重量%以下であることが好ましく、さらに好ましくは0.005重量%以上0.05重量%以下である。濃度がこの範囲にあることで、適切なサイズのナノ粒子体を調製することができる。 The concentrations of hydrophilic polymer B and hydrophilic polymer C in the aqueous solution are preferably 0.001% by weight or more and 0.1% by weight or less, and more preferably 0.005% by weight or more and 0.05% by weight or less. By keeping the concentrations in this range, nanoparticles of an appropriate size can be prepared.
また、親水性高分子Bが親水性高分子Cに対し重量濃度比で1.2倍以上10倍以下であることが好ましく、さらに好ましくは1.5倍以上3倍以下である。これにより、親水性高分子Bを主成分とするナノ粒子体を調製することができる。 The weight concentration ratio of hydrophilic polymer B is preferably 1.2 to 10 times that of hydrophilic polymer C, and more preferably 1.5 to 3 times. This makes it possible to prepare nanoparticles whose main component is hydrophilic polymer B.
親水性高分子Bと親水性高分子Cは化学結合されていることが好ましい。これによってナノ粒子体の構造を安定化させることができる。親水性高分子Bと親水性高分子Cの間の化学結合は、共有結合であることが好ましく、アミド結合であることがより好ましい。 Hydrophilic polymer B and hydrophilic polymer C are preferably chemically bonded. This makes it possible to stabilize the structure of the nanoparticle body. The chemical bond between hydrophilic polymer B and hydrophilic polymer C is preferably a covalent bond, and more preferably an amide bond.
親水性高分子Bと親水性高分子Cとの反応を促進する、すなわち両者を結合しやすくするために種々の反応助剤(縮合促進剤)を利用することができ、具体的な例としては、工程(B)において前述したものが挙げられる。 In order to promote the reaction between hydrophilic polymer B and hydrophilic polymer C, i.e., to facilitate the bonding of the two, various reaction aids (condensation promoters) can be used, specific examples of which include those mentioned above in step (B).
親水性高分子Bと親水性高分子Cの反応時間は使用する溶媒、縮合促進剤及び化合物の化学構造により適宜調整可能であるが、生産性の観点から、反応時間は24時間以内が好ましく、12時間以内がより好ましく、6時間以内がさらに好ましく、1時間以内が特に好ましい。 The reaction time between hydrophilic polymer B and hydrophilic polymer C can be adjusted as appropriate depending on the solvent, condensation promoter, and chemical structure of the compound used, but from the viewpoint of productivity, the reaction time is preferably within 24 hours, more preferably within 12 hours, even more preferably within 6 hours, and particularly preferably within 1 hour.
このようにして得られる親水性高分子Bを主成分とするナノ粒子体を、前記親水性高分子Aと結合させる方法としては、工程(B)の後に得られた膜の分離機能層、すなわち、架橋ポリアミドを含む層に親水性高分子Aが結合された状態のものに対し、親水性高分子Bを主成分とするナノ粒子体を含有する溶液を用い工程(B)と同様の処理を行えばよい。すなわち、工程(B)の後に得られた膜の分離機能層と、親水性高分子Bを主成分とするナノ粒子体を含有する溶液とが接触する方法であればよく、具体的には、工程(B)の後に得られた膜を、ナノ粒子体を含有する溶液へ浸漬する方法や、工程(B)の後に得られた膜の分離機能層表面にナノ粒子体を含有する溶液を塗布する方法が挙げられる。親水性高分子Bを主成分とするナノ粒子体は、前記親水性高分子Cとの反応溶液の状態のまま使用することができる。 The method of bonding the thus obtained nanoparticles mainly composed of hydrophilic polymer B with the hydrophilic polymer A may be to carry out the same treatment as in step (B) using a solution containing nanoparticles mainly composed of hydrophilic polymer B on the separation functional layer of the membrane obtained after step (B), i.e., the layer containing crosslinked polyamide in which hydrophilic polymer A is bonded. That is, any method may be used in which the separation functional layer of the membrane obtained after step (B) comes into contact with a solution containing nanoparticles mainly composed of hydrophilic polymer B. Specifically, the membrane obtained after step (B) may be immersed in a solution containing nanoparticles, or a solution containing nanoparticles may be applied to the surface of the separation functional layer of the membrane obtained after step (B). The nanoparticles mainly composed of hydrophilic polymer B may be used in the state of a reaction solution with the hydrophilic polymer C.
(2-2-4)その他の工程
さらにこの後、架橋ポリアミドのアミノ基を他の官能基に変換する工程を備えてもよい。
特にアミノ基と反応してジアゾニウム塩又はその誘導体を生成する試薬に接触させ、官能基の変換を行うことが好ましい。アミノ基と反応してジアゾニウム塩又はその誘導体を生成する試薬としては、亜硝酸及びその塩、ニトロシル化合物などの水溶液が挙げられる。亜硝酸やニトロシル化合物の水溶液は気体を発生して分解する性質を持つため、亜硝酸塩と酸性溶液との反応によって亜硝酸を逐次生成するのが好ましい。一般に、亜硝酸塩は水素イオンと反応して亜硝酸(HNO2)を生成するが、水溶液のpHが7以下、好ましくは5以下、さらに好ましくは4以下で効率よく生成する。なかでも、取り扱いの簡便性から水溶液中で塩酸又は硫酸と反応させた亜硝酸ナトリウムの水溶液が特に好ましい。
(2-2-4) Other Steps Further, a subsequent step of converting the amino groups of the crosslinked polyamide into other functional groups may be provided.
In particular, it is preferable to contact the functional group with a reagent that reacts with the amino group to generate a diazonium salt or a derivative thereof, and convert the functional group. Examples of reagents that react with the amino group to generate a diazonium salt or a derivative thereof include aqueous solutions of nitrous acid and its salts, nitrosyl compounds, etc. Since aqueous solutions of nitrous acid and nitrosyl compounds have the property of generating gas and decomposing, it is preferable to sequentially generate nitrous acid by reacting a nitrite with an acidic solution. In general, nitrite reacts with hydrogen ions to generate nitrous acid (HNO 2 ), which is efficiently generated when the pH of the aqueous solution is 7 or less, preferably 5 or less, and more preferably 4 or less. Among them, an aqueous solution of sodium nitrite reacted with hydrochloric acid or sulfuric acid in an aqueous solution is particularly preferable from the viewpoint of ease of handling.
アミノ基と反応してジアゾニウム塩又はその誘導体を生成する試薬中の亜硝酸や亜硝酸塩の濃度は、好ましくは0.01重量%以上1重量%以下の範囲であり、より好ましくは0.05重量%以上0.5重量%以下の範囲である。0.01重量%以上の濃度であれば十分な効果が得られ、濃度が1重量%以下であれば溶液の取扱いが容易である。 The concentration of nitrous acid or nitrite in the reagent that reacts with amino groups to produce a diazonium salt or its derivative is preferably in the range of 0.01% to 1% by weight, more preferably 0.05% to 0.5% by weight. A concentration of 0.01% by weight or more provides sufficient effect, and a concentration of 1% by weight or less makes the solution easy to handle.
亜硝酸水溶液の温度は15℃以上45℃以下であることが好ましい。15℃以上の温度であれば十分な反応時間が得られ、45℃以下であれば亜硝酸の分解が起こり難いため取り扱いが容易である。 The temperature of the aqueous nitrous acid solution is preferably 15°C or higher and 45°C or lower. A temperature of 15°C or higher provides sufficient reaction time, while a temperature of 45°C or lower makes handling easy as decomposition of nitrous acid is unlikely to occur.
亜硝酸水溶液との接触時間は、ジアゾニウム塩及びその誘導体のうち少なくとも一方が生成する時間であればよく、高濃度では短時間で処理が可能であるが、低濃度であると長時間必要である。そのため、上記濃度の溶液では10分間以内であることが好ましく、3分間以内であることがさらに好ましい。また、接触させる方法は特に限定されず、該試薬の溶液を塗布してもよく、該試薬の溶液に該複合半透膜を浸漬させてもよい。該試薬を溶かす溶媒は該試薬が溶解し、該複合半透膜が侵食されなければ、いかなる溶媒を用いてもかまわない。また、溶液には、アミノ基と試薬との反応を妨害しないものであれば、界面活性剤や酸性化合物、アルカリ性化合物などが含まれていてもよい。 The contact time with the aqueous nitrous acid solution may be long enough to produce at least one of the diazonium salt and its derivatives. At high concentrations, the treatment can be completed in a short time, but at low concentrations, a long time is required. Therefore, with a solution of the above concentration, the contact time is preferably within 10 minutes, and more preferably within 3 minutes. The contact method is not particularly limited, and the solution of the reagent may be applied, or the composite semipermeable membrane may be immersed in the solution of the reagent. Any solvent may be used to dissolve the reagent, as long as the reagent dissolves and the composite semipermeable membrane is not eroded. The solution may contain a surfactant, an acidic compound, an alkaline compound, or the like, as long as it does not interfere with the reaction between the amino group and the reagent.
次に、生成したジアゾニウム塩又はその誘導体の一部を異なる官能基へ変換する。ジアゾニウム塩又はその誘導体の一部は、例えば、水と反応することによりフェノール性水酸基へと変換される。また、塩化物イオン、臭化物イオン、シアン化物イオン、ヨウ化物イオン、フッ化ホウ素酸、次亜リン酸、亜硫酸水素ナトリウム、亜硫酸イオン、芳香族アミン、硫化水素、チオシアン酸等を含む溶液と接触させると、対応した官能基へ変換される。また、芳香族アミンと接触させることでジアゾカップリング反応が起こり膜面に芳香族基を導入することが可能となる。なお、これらの試薬は単一で用いても、複数混合させて用いてもよく、異なる試薬に複数回接触させてもよい。 Next, a part of the diazonium salt or its derivative is converted to a different functional group. A part of the diazonium salt or its derivative is converted to a phenolic hydroxyl group, for example, by reacting with water. In addition, when it is brought into contact with a solution containing chloride ions, bromide ions, cyanide ions, iodide ions, fluoroboric acid, hypophosphorous acid, sodium hydrogen sulfite, sulfite ions, aromatic amines, hydrogen sulfide, thiocyanic acid, or the like, it is converted to the corresponding functional group. In addition, when it is brought into contact with an aromatic amine, a diazo coupling reaction occurs, making it possible to introduce aromatic groups onto the film surface. These reagents may be used alone or in a mixture of multiple reagents, or may be brought into contact with different reagents multiple times.
ジアゾカップリング反応が生じる試薬としては、電子豊富な芳香環又は複素芳香環を持つ化合物が挙げられる。電子豊富な芳香環又は複素芳香環を持つ化合物としては、無置換の複素芳香環化合物、電子供与性置換基を有する芳香族化合物、及び電子供与性置換基を有する複素芳香環化合物が挙げられる。電子供与性の置換基としては、アミノ基、エーテル基、チオエーテル基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基などが挙げられる。上記化合物の具体的な例としては、例えば、アニリン、オルト位、メタ位、パラ位のいずれかの位置関係でベンゼン環に結合したメトキシアニリン、2個のアミノ基がオルト位、メタ位、パラ位のいずれかの位置関係でベンゼン環に結合したフェニレンジアミン、1,3,5-トリアミノベンゼン、1,2,4-トリアミノベンゼン、3,5-ジアミノ安息香酸、3-アミノベンジルアミン、4-アミノベンジルアミン、スルファニル酸、3,3’-ジヒドロキシベンジジン、1-アミノナフタレン、2-アミノナフタレン、又はこれらの化合物のN-アルキル化物が挙げられる。 Reagents that undergo diazo coupling reactions include compounds with electron-rich aromatic or heteroaromatic rings. Compounds with electron-rich aromatic or heteroaromatic rings include unsubstituted heteroaromatic ring compounds, aromatic compounds with electron-donating substituents, and heteroaromatic ring compounds with electron-donating substituents. Electron-donating substituents include amino groups, ether groups, thioether groups, alkyl groups, alkenyl groups, alkynyl groups, and aryl groups. Specific examples of the above compounds include aniline, methoxyaniline bonded to a benzene ring in the ortho, meta, or para position, phenylenediamine in which two amino groups are bonded to a benzene ring in the ortho, meta, or para position, 1,3,5-triaminobenzene, 1,2,4-triaminobenzene, 3,5-diaminobenzoic acid, 3-aminobenzylamine, 4-aminobenzylamine, sulfanilic acid, 3,3'-dihydroxybenzidine, 1-aminonaphthalene, 2-aminonaphthalene, or N-alkylated products of these compounds.
少なくとも工程(a)、(b)、(c)により得られた複合半透膜は、好ましくは、25℃以上90℃以下の範囲内で、1分以上60分以下熱水で洗浄処理することで、複合半透膜の溶質阻止性能や透過水量をより一層向上させることができる。この洗浄処理は工程(a)の後であれば、何度行ってもよい。ただし、熱水の温度が高すぎた場合、熱水洗浄処理後に急激に冷却すると耐薬品性が低下する。そのため、熱水洗浄は、25℃以上60℃以下の範囲内で行うことが好ましい。また、61℃以上90℃以下の高温で熱水洗浄処理する際には、熱水洗浄処理後は、緩やかに冷却することが好ましい。例えば、段階的に低い温度の熱水と接触させて室温まで冷却させる方法等がある。 The composite semipermeable membrane obtained by at least steps (a), (b), and (c) can be further improved in solute blocking performance and permeation amount by washing with hot water, preferably at a temperature in the range of 25°C to 90°C for 1 minute to 60 minutes. This washing treatment can be performed any number of times after step (a). However, if the temperature of the hot water is too high, the chemical resistance will decrease if the membrane is cooled rapidly after the hot water washing treatment. Therefore, hot water washing is preferably performed at a temperature in the range of 25°C to 60°C. In addition, when hot water washing is performed at a high temperature of 61°C to 90°C, it is preferable to cool the membrane slowly after the hot water washing treatment. For example, the membrane can be cooled to room temperature by contacting the membrane with hot water of lower temperatures in stages.
また、上記の熱水洗浄する工程において、熱水中に酸又はアルコールが含まれていてもよい。酸又はアルコールを含むことで、架橋芳香族ポリアミドにおける水素結合の形成をより制御しやすくなる。酸としては、塩酸、硫酸、リン酸などの無機酸や、クエン酸、シュウ酸などの有機酸などが挙げられる。酸の濃度は、pH2以下となるように調整することが好ましく、pH1以下であるとより好ましい。アルコールとしては、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコールなどの1価アルコールや、エチレングリコール、グリセリンなどの多価アルコールが挙げられる。アルコールの濃度は、好ましくは10重量%以上100重量%以下であり、より好ましくは10重量%以上50重量%以下である。
In the hot water washing step, the hot water may contain an acid or alcohol. By containing an acid or alcohol, it becomes easier to control the formation of hydrogen bonds in the crosslinked aromatic polyamide. Examples of the acid include inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, and phosphoric acid, and organic acids such as citric acid and oxalic acid. The concentration of the acid is preferably adjusted to
以上で例示された製造方法により得られる複合半透膜において、分離機能層は、架橋ポリアミドを主成分とする薄膜を含み、かかる薄膜に親水性高分子Aが結合され、かつ、親水性高分子Bを主成分とするナノ粒子体が、薄膜に結合された親水性高分子Aに結合した構成になると考えられる。換言すれば、分離機能層は、架橋ポリアミドを主成分とする薄膜上に、親水性高分子を含む層が形成された構成を有し、当該親水性高分子を含む層は、架橋ポリアミドを主成分とする薄膜に結合された親水性高分子Aと、親水性高分子Aに結合された、親水性高分子Bを主成分とするナノ粒子体とを含むものと考えられる。 In the composite semipermeable membrane obtained by the above-mentioned exemplary manufacturing method, the separation functional layer is considered to have a configuration including a thin film mainly composed of crosslinked polyamide, a hydrophilic polymer A is bonded to the thin film, and nanoparticles mainly composed of hydrophilic polymer B are bonded to the hydrophilic polymer A bonded to the thin film. In other words, the separation functional layer has a configuration in which a layer containing a hydrophilic polymer is formed on a thin film mainly composed of crosslinked polyamide, and the layer containing a hydrophilic polymer is considered to include a hydrophilic polymer A bonded to a thin film mainly composed of crosslinked polyamide, and nanoparticles mainly composed of hydrophilic polymer B bonded to the hydrophilic polymer A.
分離機能層がこのような親水性高分子を含む層を有することで、分離機能層の表面から200nmまでの各荷電性基密度が上述の(a)~(c)を満たし、かつ、pH7、NaCl10mMにおけるゼータ電位が-10mV以上10mV以下となるものと考えられる。一般に、相反する荷電性基同士がイオン結合すると、それぞれの荷電性基が打ち消し合い、荷電は中和される。すなわち、単に相反する荷電性基を分離機能層の表層に混在させるのみでは、これらがイオン結合し、中和しやすい状態となる。この場合、正荷電性基密度と負荷電性基密度の両方を所定値以上とすること、特に、(a)及び(b)を同時に達成することは困難と考えられる。しかしながら、本発明においては、架橋ポリアミドを主成分とする薄膜に結合された1種以上の親水性高分子と、他の1種以上の親水性高分子を主成分とするナノ粒子体とを含む構成であることで、薄膜に結合された親水性高分子と、ナノ粒子体である親水性高分子とがそれぞれ含有する荷電性基が中和してしまうのを抑制できると考えられる。これにより、上述のような、分離機能層上の正電荷性官能基密度と負電荷性官能基密度が適切に制御された複合半透膜が得られるものと推測される。 It is believed that the separation functional layer has a layer containing such a hydrophilic polymer, so that the density of each charged group from the surface of the separation functional layer to 200 nm satisfies the above-mentioned (a) to (c), and the zeta potential at pH 7 and NaCl 10 mM is -10 mV or more and 10 mV or less. In general, when oppositely charged groups are ionically bonded to each other, the respective charged groups cancel each other out and the charges are neutralized. In other words, simply mixing oppositely charged groups on the surface layer of the separation functional layer will result in ionically bonded groups that are easily neutralized. In this case, it is believed to be difficult to achieve both the positively charged group density and the negatively charged group density at or above a predetermined value, particularly to achieve (a) and (b) simultaneously. However, in the present invention, by including one or more hydrophilic polymers bonded to a thin film mainly composed of crosslinked polyamide and nanoparticles mainly composed of one or more other hydrophilic polymers, it is believed that neutralization of the charged groups contained in the hydrophilic polymers bonded to the thin film and the hydrophilic polymers that are nanoparticles can be suppressed. It is presumed that this makes it possible to obtain a composite semipermeable membrane in which the density of positively charged functional groups and the density of negatively charged functional groups on the separation functional layer are appropriately controlled, as described above.
(3)複合半透膜の利用
本発明の実施形態に係る複合半透膜は、プラスチックネットなどの原水流路材と、トリコットなどの透過水流路材と、必要に応じて耐圧性を高めるためのフィルムと共に、多数の孔を穿設した筒状の集水管の周りに巻回され、スパイラル型の複合半透膜エレメントとして好適に用いられる。さらに、このエレメントを直列又は並列に接続して圧力容器に収納した複合半透膜モジュールとすることもできる。
(3) Use of the Composite Semipermeable Membrane The composite semipermeable membrane according to the embodiment of the present invention is preferably used as a spiral-type composite semipermeable membrane element by being wound around a cylindrical water collection pipe having a large number of holes, together with a raw water flow path material such as a plastic net, a permeate water flow path material such as tricot, and, if necessary, a film for increasing pressure resistance. Furthermore, this element can be connected in series or in parallel and housed in a pressure vessel to form a composite semipermeable membrane module.
また、上記の複合半透膜やそのエレメント、モジュールは、それらに原水を供給するポンプや、その原水を前処理する装置などと組み合わせて、流体分離装置を構成することができる。この分離装置を用いることにより、原水を飲料水などの透過水と膜を透過しなかった濃縮水とに分離して、目的に合った水を得ることができる。 The above-mentioned composite semipermeable membranes and their elements and modules can be combined with a pump that supplies raw water to them and a device that pretreats the raw water to form a fluid separation device. By using this separation device, raw water can be separated into permeated water, such as drinking water, and concentrated water that did not permeate the membrane, allowing water suitable for the purpose to be obtained.
流体分離装置の操作圧力は高い方が塩除去率は向上するが、運転に必要なエネルギーも増加すること、また、複合半透膜の耐久性を考慮すると、複合半透膜に被処理水を透過する際の操作圧力は0.1MPa以上10MPa以下が好ましい。供給水温度は高くなると塩除去率が低下するが、低くなるに従い膜透過流束も減少するので、5℃以上45℃以下が好ましい。また、供給水pHは、高くなると海水などの高塩濃度の供給水の場合、マグネシウムなどのスケールが発生する恐れがあり、また、高pH運転による膜の劣化が懸念されるため、中性領域での運転が好ましい。 The higher the operating pressure of the fluid separation device, the higher the salt rejection rate, but the more energy required for operation. Also, taking into consideration the durability of the composite semipermeable membrane, the operating pressure when passing the treated water through the composite semipermeable membrane is preferably 0.1 MPa or more and 10 MPa or less. As the supply water temperature increases, the salt rejection rate decreases, but as the temperature decreases, the membrane permeation flux also decreases, so a temperature of 5°C or more and 45°C or less is preferable. In addition, if the supply water pH is high, there is a risk of magnesium scale formation in the case of supply water with a high salt concentration such as seawater, and there is also concern about membrane deterioration due to high pH operation, so operation in the neutral region is preferable.
本発明の実施形態に係る複合半透膜によって処理される原水としては、例えば海水、かん水、排水等の500mg/L~100g/LのTDS(Total Dissolved Solids:総溶解固形分)を含有する液状混合物が挙げられる。一般に、TDSは総溶解固形分量を指し、「重量÷体積」あるいは「重量比」で表される。定義によれば、0.45ミクロンのフィルターで濾過した溶液を39.5~40.5℃の温度で蒸発させた残留物の重さから算出できるが、より簡便には実用塩分(S)から換算する。 Raw water to be treated by the composite semipermeable membrane according to the embodiment of the present invention includes liquid mixtures containing 500 mg/L to 100 g/L of TDS (Total Dissolved Solids), such as seawater, brackish water, and wastewater. In general, TDS refers to the total dissolved solids content and is expressed as "weight/volume" or "weight ratio". By definition, it can be calculated from the weight of the residue left after evaporating a solution filtered through a 0.45 micron filter at a temperature of 39.5 to 40.5°C, but it is more convenient to convert it from the practical salinity (S).
以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。 The present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
[1.特性の測定]
(NaCl除去率)
複合半透膜に、温度25℃、pH7、塩化ナトリウム濃度2,000ppmに調整した評価水を操作圧力1.55MPaで供給して膜ろ過処理を行なった。供給水及び透過水の電気伝導度を東亜電波工業株式会社製電気伝導度計で測定して、それぞれの実用塩分、すなわちNaCl濃度を得た。こうして得られたNaCl濃度及び下記式に基づいて、NaCl除去率を算出した。ここで、塩化ナトリウム濃度(ppm)は質量基準の濃度を意味する。
NaCl除去率(%)=100×{1-(透過水中のNaCl濃度/供給水中のNaCl濃度)}
1. Measurement of Characteristics
(NaCl removal rate)
Water to be evaluated, adjusted to a temperature of 25° C., pH 7, and a sodium chloride concentration of 2,000 ppm, was supplied to the composite semipermeable membrane at an operating pressure of 1.55 MPa to perform membrane filtration. The electrical conductivity of the supply water and the permeated water was measured using an electrical conductivity meter manufactured by Toa Denpa Kogyo Co., Ltd. to obtain the practical salinity, i.e., NaCl concentration, of each. The NaCl removal rate was calculated based on the thus obtained NaCl concentration and the following formula. Here, the sodium chloride concentration (ppm) means the concentration based on mass.
NaCl removal rate (%)=100×{1-(NaCl concentration in permeate water/NaCl concentration in feed water)}
(透過水量)
前項の試験において、供給水(NaCl水溶液)の膜透過水量を測定し、膜面1平方メートル当たり、1日の透水量(立方メートル)に換算した値を膜透過流束(m3/m2/日)とした。なお、膜性能の測定は以下のように行った。
(permeated water amount)
In the test described above, the amount of water permeating the membrane of the feed water (NaCl aqueous solution) was measured, and the value converted into the amount of water permeating (cubic meters) per square meter of membrane surface per day was defined as the membrane permeation flux ( m3 / m2 /day). The membrane performance was measured as follows.
初めに、25℃、pH7、NaCl濃度が2,000mg/Lである水溶液を1.55MPaの圧力で2時間ろ過したときの透過水量を測定し、初期透過水量(F1)とした。続いてポリオキシエチレン(10)オクチルフェニルエーテル(POEOPE)を150mg/Lの濃度となるように水溶液に加えて2時間ろ過したときの透過水量をF2、ドデシル硫酸ナトリウム(DSS)を50mg/Lの濃度となるように水溶液に加えて2時間ろ過したときの透過水量をF3、ドデシルトリメチルアンモニウムブロミド(DTAB)を10mg/Lの濃度となるように水溶液に加えて2時間ろ過したときの透過水量をF4として、それぞれF2/F1、F3/F1、F4/F1を透過水量持率として算出した。 First, the amount of permeated water was measured when an aqueous solution with a pH of 7 and a NaCl concentration of 2,000 mg/L was filtered at a pressure of 1.55 MPa at 25°C for 2 hours, and this was designated as the initial amount of permeated water (F1). Next, polyoxyethylene (10) octylphenyl ether (POEOPE) was added to the aqueous solution to a concentration of 150 mg/L and filtered for 2 hours, and the amount of permeated water was designated as F2. The amount of permeated water was added to the aqueous solution to a concentration of 50 mg/L and filtered for 2 hours, and the amount of permeated water was designated as F3. The amount of permeated water was added to the aqueous solution to a concentration of 10 mg/L and filtered for 2 hours, and the amount of permeated water was designated as F4. F2/F1, F3/F1, and F4/F1 were calculated as the permeated water amount retention rates, respectively.
(RBS)
(正荷電性基定量サンプルの作製)
5cm四方の試料を95℃の熱水で30分間洗浄した。続いて、試料をpH3に調整したタングステン酸ナトリウム1×10-4M水溶液に30分浸漬した。その後遊離のタングステン酸を取り除くため、純水で5分ずつ浸漬洗浄し、サンプルを準備した。
(RBS)
(Preparation of positively charged group quantification sample)
A 5 cm square sample was washed for 30 minutes with hot water at 95° C. Then, the sample was immersed for 30 minutes in a 1×10 −4 M aqueous solution of sodium tungstate adjusted to pH 3. After that, in order to remove free tungstic acid, the sample was immersed and washed for 5 minutes each in pure water to prepare a sample.
(負荷電性基定量サンプルの作製)
5cm四方の試料を95℃の熱水で30分間洗浄した。続いて、試料をメタノール50%水溶液中で16時間浸漬し、さらに試料をpH10に調整した硝酸バリウム1×10-4M水溶液に30分浸漬した。その後遊離のバリウムを取り除くため、メタノールで5分ずつ浸漬洗浄し、サンプルを準備した。
(Preparation of samples for quantitative determination of negatively charged groups)
A 5 cm square sample was washed for 30 minutes in hot water at 95° C. The sample was then immersed in a 50% aqueous solution of methanol for 16 hours, and further immersed for 30 minutes in a 1×10 −4 M aqueous solution of barium nitrate adjusted to pH 10. After that, in order to remove free barium, the sample was immersed and washed for 5 minutes each in methanol, and the sample was prepared.
得られた試料を以下の条件において測定した。
・装置:National Electrostatics Corporation製、Pelletron 3SDH
・入射イオン:4He++
・入射エネルギー:2300keV
・入射角:0deg
・散乱角:160deg
・試料電流:4nA
・ビーム径:直径2mm
・面内回転:無
・照射量:100μC(4μC×25箇所)
The obtained sample was measured under the following conditions.
Apparatus: Pelletron 3SDH manufactured by National Electrostatics Corporation
Incident ions: 4He ++
Incident energy: 2300 keV
・Incidence angle: 0deg
・Scattering angle: 160deg
Specimen current: 4 nA
Beam diameter: 2 mm
In-plane rotation: None Irradiation amount: 100 μC (4 μC x 25 locations)
試料(複合半透膜)の表層、すなわち分離機能層の表面から200nmまでの各元素の平均組成(atomic%)を算出した。タングステン含有量が正荷電性基量に対応、バリウム含有量が負荷電性基量に対応すると仮定し、得られる付着元素面密度(10-9mol/cm2)をそれぞれ正荷電性基密度Dw、負荷電性基密度Dbとした。 The average composition (atomic %) of each element in the surface layer of the sample (composite semipermeable membrane), i.e., from the surface of the separation functional layer to 200 nm, was calculated. Assuming that the tungsten content corresponds to the amount of positively charged groups and the barium content corresponds to the amount of negatively charged groups, the obtained attached element surface densities (10 −9 mol/cm 2 ) were defined as the positively charged group density Dw and the negatively charged group density Db, respectively.
(ゼータ電位)
試料である複合半透膜を超純水で洗浄し、平板試料用セルに、複合半透膜の分離機能層面がモニター粒子溶液に接するようにセットし、大塚電子株式会社製電気泳動光散乱光度計(ELS-8000)により測定した。モニター粒子溶液としては、pH3、7、11にそれぞれ調整した10mMのNaCl水溶液にポリスチレンラテックスのモニター粒子を分散させた測定液を用いた。
(Zeta potential)
The composite semipermeable membrane as a sample was washed with ultrapure water, set in a flat sample cell so that the separation functional layer surface of the composite semipermeable membrane was in contact with the monitor particle solution, and measured with an electrophoretic light scattering photometer (ELS-8000) manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd. As the monitor particle solution, a measurement solution in which polystyrene latex monitor particles were dispersed in 10 mM NaCl aqueous solutions adjusted to pH 3, 7, and 11, respectively, was used.
前記測定液を用い、分離機能層の表面ゼータ電位α(pH7、NaCl10mM)、表面ゼータ電位β(pH3、NaCl10mM)、表面ゼータ電位γ(pH11、NaCl10mM)をそれぞれ測定した。 Using the above-mentioned measurement solution, the surface zeta potential α (pH 7, NaCl 10 mM), surface zeta potential β (pH 3, NaCl 10 mM), and surface zeta potential γ (pH 11, NaCl 10 mM) of the separation functional layer were measured.
[2.複合半透膜の作製]
(2-1.親水性高分子Bを主成分とするナノ粒子体水溶液の調製)
(合成例1)
親水性高分子Bとして重量平均分子量が25,000のポリエチレンイミン(PEI)0.02重量%、親水性高分子Cとして重量平均分子量が2,000のポリアクリル酸(PAA)0.01重量%、及びDMT-MM0.1重量%を含む水溶液を20℃で1時間撹拌し、親水性高分子BとしてPEIを主成分とするナノ粒子体水溶液を調製した。ナノ粒子体の平均粒径は20nmであった。
[2. Preparation of composite semipermeable membrane]
(2-1. Preparation of nanoparticle aqueous solution mainly composed of hydrophilic polymer B)
(Synthesis Example 1)
An aqueous solution containing 0.02 wt% polyethyleneimine (PEI) with a weight-average molecular weight of 25,000 as hydrophilic polymer B, 0.01 wt% polyacrylic acid (PAA) with a weight-average molecular weight of 2,000 as hydrophilic polymer C, and 0.1 wt% DMT-MM was stirred at 20° C. for 1 hour to prepare an aqueous nanoparticle solution mainly composed of PEI as hydrophilic polymer B. The average particle size of the nanoparticles was 20 nm.
(合成例2)
親水性高分子Bとして重量平均分子量が5,000のポリアリルアミン(PAAm)0.02重量%、親水性高分子Cとして重量平均分子量が2,000のPAA0.01重量%、及びDMT-MM0.1重量%を含む水溶液を20℃で1時間撹拌し、親水性高分子BとしてPAAmを主成分とするナノ粒子体水溶液を調製した。ナノ粒子体の平均粒径は30nmであった。
(Synthesis Example 2)
An aqueous solution containing 0.02 wt% polyallylamine (PAAm) having a weight-average molecular weight of 5,000 as hydrophilic polymer B, 0.01 wt% PAA having a weight-average molecular weight of 2,000 as hydrophilic polymer C, and 0.1 wt% DMT-MM was stirred at 20° C. for 1 hour to prepare an aqueous nanoparticle solution mainly composed of PAAm as hydrophilic polymer B. The average particle size of the nanoparticles was 30 nm.
(合成例3)
親水性高分子Bとして重量平均分子量が2,000のPAA0.02重量%、親水性高分子Cとして重量平均分子量が25,000のPEI0.01重量%、及びDMT-MM0.1重量%を含む水溶液を20℃で1時間撹拌し、親水性高分子BとしてPAAを主成分とするナノ粒子体水溶液を調製した。ナノ粒子体の平均粒径は25nmであった。
(Synthesis Example 3)
An aqueous solution containing 0.02 wt% of PAA having a weight-average molecular weight of 2,000 as hydrophilic polymer B, 0.01 wt% of PEI having a weight-average molecular weight of 25,000 as hydrophilic polymer C, and 0.1 wt% of DMT-MM was stirred at 20° C. for 1 hour to prepare an aqueous nanoparticle solution mainly composed of PAA as hydrophilic polymer B. The average particle size of the nanoparticles was 25 nm.
(合成例4)
親水性高分子Bとして重量平均分子量が2,000のPAA0.02重量%、親水性高分子Cとして重量平均分子量が5,000のPAAm0.01重量%、及びDMT-MM0.1重量%を含む水溶液を20℃で1時間撹拌し、親水性高分子BとしてPAAを主成分とするナノ粒子体水溶液を調製した。ナノ粒子体の平均粒径は28nmであった。
(Synthesis Example 4)
An aqueous solution containing 0.02 wt % of PAA having a weight-average molecular weight of 2,000 as hydrophilic polymer B, 0.01 wt % of PAAm having a weight-average molecular weight of 5,000 as hydrophilic polymer C, and 0.1 wt % of DMT-MM was stirred at 20° C. for 1 hour to prepare an aqueous nanoparticle solution mainly composed of PAA as hydrophilic polymer B. The average particle size of the nanoparticles was 28 nm.
(合成例5)
親水性高分子Bとして重量平均分子量が5,400のポリメタクリル酸(PMA)0.02重量%、親水性高分子Cとして重量平均分子量が25,000のPEI0.01重量%、及びDMT-MM0.1重量%を含む水溶液を20℃で1時間撹拌し、親水性高分子BとしてPMAを主成分とするナノ粒子体水溶液を調製した。ナノ粒子体の平均粒径は30nmであった。
(Synthesis Example 5)
An aqueous solution containing 0.02 wt% polymethacrylic acid (PMA) with a weight-average molecular weight of 5,400 as hydrophilic polymer B, 0.01 wt% PEI with a weight-average molecular weight of 25,000 as hydrophilic polymer C, and 0.1 wt% DMT-MM was stirred at 20° C. for 1 hour to prepare an aqueous nanoparticle solution mainly composed of PMA as hydrophilic polymer B. The average particle size of the nanoparticles was 30 nm.
(合成例6)
親水性高分子Bとして重量平均分子量が25,000のポリエチレンイミン(PEI)0.02重量%、親水性高分子Cとして重量平均分子量が5,400のPMA0.01重量%、及びDMT-MM0.1重量%を含む水溶液を20℃で1時間撹拌し、親水性高分子BとしてPEIを主成分とするナノ粒子体水溶液を調製した。ナノ粒子体の平均粒径は25nmであった。
(Synthesis Example 6)
An aqueous solution containing 0.02% by weight of polyethyleneimine (PEI) having a weight-average molecular weight of 25,000 as hydrophilic polymer B, 0.01% by weight of PMA having a weight-average molecular weight of 5,400 as hydrophilic polymer C, and 0.1% by weight of DMT-MM was stirred at 20° C. for 1 hour to prepare an aqueous solution of nanoparticles mainly composed of PEI as hydrophilic polymer B. The average particle size of the nanoparticles was 25 nm.
(2-2.複合半透膜の作製)
(比較例1)
長繊維からなるポリエステル不織布(通気度2.0cc/cm2/sec)上にポリスルホンの15.0重量%DMF溶液を25℃の条件下でキャストし、ただちに純水中に浸漬して5分間放置することによって、多孔性支持層の厚みが40μmである支持膜を作製した。次に、この支持膜を3.5重量%のm-PDA水溶液に浸漬した後、余分な水溶液を除去し、さらに濃度が0.14重量%となるようにTMCを溶解したn-デカン溶液を多孔性支持層の表面が完全に濡れるように塗布した。次に膜から余分な溶液を除去するために、膜を垂直にして液切りを行って、送風機を使い25℃の空気を吹き付けて乾燥させた後、40℃の純水で洗浄して比較例1の複合半透膜を得た。
(2-2. Preparation of composite semipermeable membrane)
(Comparative Example 1)
A 15.0 wt% DMF solution of polysulfone was cast on a polyester nonwoven fabric (air permeability 2.0 cc/cm 2 /sec) made of long fibers under the condition of 25°C, and immediately immersed in pure water and left for 5 minutes to produce a support membrane with a porous support layer thickness of 40 μm. Next, this support membrane was immersed in a 3.5 wt% m-PDA aqueous solution, and then excess aqueous solution was removed, and a n-decane solution in which TMC was dissolved so that the concentration was 0.14 wt% was applied so that the surface of the porous support layer was completely wet. Next, in order to remove excess solution from the membrane, the membrane was vertically drained, and dried by blowing air at 25°C using a blower, and then washed with pure water at 40°C to obtain a composite semipermeable membrane of Comparative Example 1.
(比較例2)
比較例1で得られた複合半透膜を、pH3、35℃に調整した0.3重量%の亜硝酸ナトリウム水溶液に1分間浸漬した。なお、亜硝酸ナトリウムのpHの調整は硫酸で行った。次に20℃の純水で洗浄することで、比較例2の複合半透膜を得た。
(Comparative Example 2)
The composite semipermeable membrane obtained in Comparative Example 1 was immersed for 1 minute in a 0.3 wt% aqueous sodium nitrite solution adjusted to pH 3 and 35° C. The pH of the sodium nitrite was adjusted with sulfuric acid. Next, the composite semipermeable membrane of Comparative Example 2 was obtained by washing with pure water at 20° C.
(比較例3)
比較例1で得られた複合半透膜上に、親水性高分子Aとしてケン化度99%、重量平均分子量2,000のポリビニルアルコール(PVA)をイソプロピルアルコールと水の3:7溶液に0.25重量%となるように溶解した溶液を塗布し、130℃で5分間乾燥し、架橋芳香族ポリアミド上にPVAが配置された比較例3の複合半透膜を得た。
(Comparative Example 3)
On the composite semipermeable membrane obtained in Comparative Example 1, a solution prepared by dissolving polyvinyl alcohol (PVA) having a saponification degree of 99% and a weight-average molecular weight of 2,000 as hydrophilic polymer A in a 3:7 solution of isopropyl alcohol and water to a concentration of 0.25% by weight was applied, and the mixture was dried at 130°C for 5 minutes to obtain a composite semipermeable membrane of Comparative Example 3 in which PVA was disposed on the crosslinked aromatic polyamide.
(比較例4)
比較例1で得られた複合半透膜を、親水性高分子Aとして重量平均分子量が25,000のPEI0.01重量%とDMT-MM0.1重量%を含む水溶液に20℃で1時間接触させた後、水洗することで、比較例4の複合半透膜を得た。
(Comparative Example 4)
The composite semipermeable membrane obtained in Comparative Example 1 was contacted with an aqueous solution containing 0.01 wt % of PEI having a weight-average molecular weight of 25,000 as hydrophilic polymer A and 0.1 wt % of DMT-MM at 20° C. for 1 hour, and then washed with water to obtain a composite semipermeable membrane of Comparative Example 4.
(比較例5)
比較例1で得られた複合半透膜を、親水性高分子Aとして重量平均分子量が2,000のPAA0.01重量%とDMT-MM0.1重量%を含む水溶液に20℃で1時間接触させた後、水洗することで、比較例5の複合半透膜を得た。
(Comparative Example 5)
The composite semipermeable membrane obtained in Comparative Example 1 was contacted with an aqueous solution containing 0.01% by weight of PAA having a weight-average molecular weight of 2,000 as the hydrophilic polymer A and 0.1% by weight of DMT-MM at 20°C for 1 hour, and then washed with water to obtain a composite semipermeable membrane of Comparative Example 5.
(比較例6)
比較例1で得られた複合半透膜を、合成例1で得られた溶液に20℃で1時間接触させた後、水洗することで、比較例6の複合半透膜を得た。
(Comparative Example 6)
The composite semipermeable membrane obtained in Comparative Example 1 was contacted with the solution obtained in Synthesis Example 1 at 20° C. for 1 hour, and then washed with water to obtain a composite semipermeable membrane of Comparative Example 6.
(比較例7)
比較例1で得られた複合半透膜を、合成例3で得られた溶液に20℃で1時間接触させた後、水洗することで、比較例7の複合半透膜を得た。
(Comparative Example 7)
The composite semipermeable membrane obtained in Comparative Example 1 was contacted with the solution obtained in Synthesis Example 3 at 20° C. for 1 hour, and then washed with water to obtain a composite semipermeable membrane of Comparative Example 7.
(比較例8)
比較例4で得られた複合半透膜を、親水性高分子Bとして重量平均分子量が2,000のPAA0.01重量%とDMT-MM0.1重量%を含む水溶液に20℃で1時間接触させた後、水洗することで、比較例8の複合半透膜を得た。
(Comparative Example 8)
The composite semipermeable membrane obtained in Comparative Example 4 was contacted with an aqueous solution containing 0.01 wt % of PAA having a weight-average molecular weight of 2,000 and 0.1 wt % of DMT-MM as hydrophilic polymer B at 20° C. for 1 hour, and then washed with water to obtain a composite semipermeable membrane of Comparative Example 8.
(比較例9)
比較例5で得られた複合半透膜を、親水性高分子Bとして重量平均分子量が25,000のPEI0.01重量%とDMT-MM0.1重量%を含む水溶液に20℃で1時間接触させた後、水洗することで、比較例9の複合半透膜を得た。
(Comparative Example 9)
The composite semipermeable membrane obtained in Comparative Example 5 was contacted with an aqueous solution containing 0.01 wt % of PEI having a weight-average molecular weight of 25,000 and 0.1 wt % of DMT-MM as hydrophilic polymer B at 20° C. for 1 hour, and then washed with water to obtain a composite semipermeable membrane of Comparative Example 9.
(比較例10)
比較例4で得られた複合半透膜を、合成例1で得られた溶液に20℃で1時間接触させた後、水洗することで、比較例10の複合半透膜を得た。
(Comparative Example 10)
The composite semipermeable membrane obtained in Comparative Example 4 was contacted with the solution obtained in Synthesis Example 1 at 20° C. for 1 hour, and then washed with water to obtain a composite semipermeable membrane of Comparative Example 10.
(比較例11)
比較例5で得られた複合半透膜を、合成例3で得られた溶液に20℃で1時間接触させた後、水洗することで、比較例11の複合半透膜を得た。
(Comparative Example 11)
The composite semipermeable membrane obtained in Comparative Example 5 was contacted with the solution obtained in Synthesis Example 3 at 20° C. for 1 hour, and then washed with water to obtain a composite semipermeable membrane of Comparative Example 11.
(実施例1)
比較例4で得られた複合半透膜を、合成例3で得られたPAAを主成分とするナノ粒子体水溶液に20℃で1時間接触させた後、水洗することで、実施例1の複合半透膜を得た。
Example 1
The composite semipermeable membrane obtained in Comparative Example 4 was contacted with the aqueous solution of nanoparticles containing PAA as a main component obtained in Synthesis Example 3 at 20°C for 1 hour, and then washed with water to obtain the composite semipermeable membrane of Example 1.
(実施例2)
比較例4で得られた複合半透膜を、合成例4で得られたPAAを主成分とするナノ粒子体水溶液に20℃で1時間接触させた後、水洗することで、実施例2の複合半透膜を得た。
Example 2
The composite semipermeable membrane obtained in Comparative Example 4 was contacted with the aqueous solution of nanoparticles containing PAA as a main component obtained in Synthesis Example 4 at 20°C for 1 hour, and then washed with water to obtain the composite semipermeable membrane of Example 2.
(実施例3)
比較例5で得られた複合半透膜を、合成例1で得られたPEIを主成分とするナノ粒子体水溶液に20℃で1時間接触させた後、水洗することで、実施例3の複合半透膜を得た。
Example 3
The composite semipermeable membrane obtained in Comparative Example 5 was contacted with the aqueous solution of nanoparticles containing PEI as a main component obtained in Synthesis Example 1 at 20°C for 1 hour, and then washed with water to obtain the composite semipermeable membrane of Example 3.
(実施例4)
比較例5で得られた複合半透膜を、合成例2で得られたPAAmを主成分とするナノ粒子体水溶液に20℃で1時間接触させた後、水洗することで、実施例4の複合半透膜を得た。
Example 4
The composite semipermeable membrane obtained in Comparative Example 5 was contacted with the aqueous solution of nanoparticles containing PAAm as a main component obtained in Synthesis Example 2 at 20°C for 1 hour, and then washed with water to obtain the composite semipermeable membrane of Example 4.
(実施例5)
比較例4で得られた複合半透膜を、合成例5で得られたPMAを主成分とするナノ粒子体水溶液に20℃で1時間接触させた後、水洗することで、実施例5の複合半透膜を得た。
Example 5
The composite semipermeable membrane obtained in Comparative Example 4 was contacted with the aqueous nanoparticle solution containing PMA as a main component obtained in Synthesis Example 5 at 20°C for 1 hour, and then washed with water to obtain the composite semipermeable membrane of Example 5.
(実施例6)
比較例5で得られた複合半透膜を、合成例6で得られたPEIを主成分とするナノ粒子体水溶液に20℃で1時間接触させた後、水洗することで、実施例6の複合半透膜を得た。
Example 6
The composite semipermeable membrane obtained in Comparative Example 5 was contacted with the aqueous solution of nanoparticles mainly composed of PEI obtained in Synthesis Example 6 at 20°C for 1 hour, and then washed with water to obtain the composite semipermeable membrane of Example 6.
以上のようにして得られた複合半透膜の分離機能層の特性、性能値をそれぞれ表1、表2に示す。 The characteristics and performance values of the separation functional layer of the composite semipermeable membrane obtained in the above manner are shown in Tables 1 and 2, respectively.
以上のように、本発明の複合半透膜は、様々な膜汚染物質に対し高い耐ファウリング性を持ち、安定して高い性能を維持することができる。 As described above, the composite semipermeable membrane of the present invention has high fouling resistance against various membrane contaminants and can maintain stable high performance.
Claims (7)
前記分離機能層は、架橋ポリアミドを主成分とする薄膜を有し、
前記分離機能層は、エチレン性不飽和基を有するモノマーの重合体である親水性高分子を2種以上含み、
前記分離機能層の表面から200nmまでの正電荷性官能基密度Dwと負電荷性官能基密度Dbが以下(a)~(c)を満たし、かつ前記分離機能層の表面のpH7、NaCl10mMにおけるゼータ電位が-10mV以上10mV以下である、複合半透膜。
(a) Dw>0.30×10-9mol/cm2
(b) Db>0.30×10-9mol/cm2
(c) 0.9<Dw/Db<1.1 A composite semipermeable membrane comprising a separation functional layer located on a porous support layer,
The separation functional layer has a thin film mainly composed of crosslinked polyamide,
The separation functional layer contains two or more hydrophilic polymers which are polymers of monomers having an ethylenically unsaturated group,
A composite semipermeable membrane, wherein the density of positively charged functional groups Dw and the density of negatively charged functional groups Db within 200 nm from the surface of the separation functional layer satisfy the following (a) to (c), and the zeta potential of the surface of the separation functional layer at pH 7 and NaCl 10 mM is -10 mV or more and 10 mV or less.
(a) Dw>0.30×10 −9 mol/cm 2
(b) Db>0.30×10 −9 mol/cm 2
(c) 0.9<Dw/Db<1.1
前記多孔性支持層上に界面重合により架橋ポリアミドを含む層を形成する工程と、
前記架橋ポリアミドを含む層と、エチレン性不飽和基を有するモノマーの重合体である親水性高分子Aとを結合する工程と、
前記親水性高分子Aとは異なる種類のエチレン性不飽和基を有するモノマーの重合体である親水性高分子Bを主成分とするナノ粒子体を前記親水性高分子Aと結合させる工程と、
を含む、複合半透膜の製造方法。 A method for producing a composite semipermeable membrane having a separation functional layer provided on a porous support layer, comprising:
forming a layer comprising a crosslinked polyamide on the porous support layer by interfacial polymerization;
a step of bonding the layer containing the crosslinked polyamide to a hydrophilic polymer A which is a polymer of a monomer having an ethylenically unsaturated group;
A step of bonding a nanoparticle body mainly composed of a hydrophilic polymer B, which is a polymer of a monomer having an ethylenically unsaturated group different from that of the hydrophilic polymer A, to the hydrophilic polymer A;
A method for producing a composite semipermeable membrane, comprising:
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