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JPS647052B2 - - Google Patents
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JPS647052B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS647052B2
JPS647052B2 JP61095951A JP9595186A JPS647052B2 JP S647052 B2 JPS647052 B2 JP S647052B2 JP 61095951 A JP61095951 A JP 61095951A JP 9595186 A JP9595186 A JP 9595186A JP S647052 B2 JPS647052 B2 JP S647052B2
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separation
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membranes
alcohol
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Toshihiro Hirotsu
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Publication date
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    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10Process efficiency

Landscapes

  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は水とアルコールの混合溶液から水を効
率よく分離してアルコールを濃縮する方法に関す
るものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a method for efficiently separating water from a mixed solution of water and alcohol to concentrate alcohol.

従来の技術 近年、分離精製工程への膜利用に対する関心が
一層高まりつつある。これは、省資源・省エネル
ギーという今日的課題へ応える可能性のある技術
であるとともに、膜による分離が一種の低温プロ
セスであるために熱で変性し易い物質の分離精製
や、蒸留のみでは分離の困難な構造異性体の分離
への可能性が期待されるためである。
BACKGROUND OF THE INVENTION In recent years, there has been increasing interest in the use of membranes in separation and purification processes. This is a technology that has the potential to respond to today's challenges of resource and energy conservation, and because membrane separation is a type of low-temperature process, it can be used to separate and purify substances that are easily denatured by heat, and which cannot be separated by distillation alone. This is because it is expected to have the potential to separate difficult structural isomers.

現在、膜分離が実用化されている例としては逆
浸透膜を用いた海水の淡水化や半導体製造用等の
超純水の製造、限外濾過膜を用いた人工透析や血
液成分への分画等、あるいはガス分離膜による空
気からの酸素の濃縮等が挙げられる。しかしなが
ら、水−アルコール分離をはじめ液体分離につい
ては現在のところ実用化の域にまでは到達してい
ない。これは、この目的に合致する分離膜が未だ
開発されていないためである。
Currently, examples of membrane separation in practical use include desalination of seawater using reverse osmosis membranes, production of ultrapure water for semiconductor manufacturing, etc., artificial dialysis using ultrafiltration membranes, and separation into blood components. or concentrating oxygen from air using a gas separation membrane. However, liquid separation including water-alcohol separation has not yet reached the level of practical use. This is because a separation membrane that meets this purpose has not yet been developed.

液体分離に好適な分離膜の開発は困難ではある
ものの、液体分離に対する膜への期待は大きい。
例えば、水−アルコール分離が可能となれば、従
来の蒸留に代りより効率的なアルコールの生産が
期待出来る。すなわち、常温近くでアルコール濃
縮が可能となるために高温加熱用のエネルギーが
節約出来ることに加え、アルコール生産と分離と
を同一プロセスとする連続化も期待出来る。しか
しながら、このような目的を達成するためには、
分離性のみならず、力学的強度、化学的安定性、
性能の持久性に優れた分離膜が不可欠となること
は言うまでもない。分離性能がいかに優れていた
としても、もし膜の強度が不十分であつたり、化
学的に反応性があつて例えば酸化や劣化がし易
い、堅ろう性に乏しいものであれば、実用上の使
用には耐えることは出来ない。
Although it is difficult to develop separation membranes suitable for liquid separation, there are high expectations for membranes for liquid separation.
For example, if water-alcohol separation becomes possible, more efficient alcohol production can be expected instead of conventional distillation. That is, since alcohol can be concentrated at near room temperature, energy for high-temperature heating can be saved, and it is also possible to achieve continuous alcohol production and separation in the same process. However, in order to achieve this purpose,
Not only separability, but also mechanical strength, chemical stability,
It goes without saying that a separation membrane with excellent durability of performance is essential. No matter how good the separation performance is, if the membrane is insufficiently strong, chemically reactive and susceptible to oxidation or deterioration, or has poor robustness, it cannot be used for practical purposes. I can't stand it.

一般には、水−アルコール混合溶液から膜を介
して水を優先的に透過分離させるためには、膜と
して水との親和性が出来るだけ大きい素材を用い
れば良い。こうした水との親和性が大きい膜素材
としては、例えば架橋処理ポリビニルアルコー
ル、再生セルロース、アセチルセルロース、キト
サン、アクリル酸−アクリロニトリル共重合体な
どがあり、これらは水−アルコール分離について
の検討が行われ、大小の違いはあるものの、いず
れも水を選択的に透過することが知られている。
Generally, in order to preferentially permeate and separate water from a water-alcohol mixed solution through a membrane, it is sufficient to use a material with as high an affinity for water as possible for the membrane. Examples of membrane materials that have a high affinity for water include cross-linked polyvinyl alcohol, regenerated cellulose, acetyl cellulose, chitosan, and acrylic acid-acrylonitrile copolymers, which have been studied for water-alcohol separation. Although there are differences in size, both are known to selectively transmit water.

水とアルコールの透過分離は、水とアルコール
の膜内部への溶解と拡散の能力の違いを反映して
行われる。すなわち、親水性の基が膜内に存在し
ていれば水との親和性がそれだけ大きく、水が選
択的に透過することになる。そして水との親和性
を高めるために一層有効な手段として、膜内成分
のイオン化が挙げられる。イオン化構造を有する
膜としては、ナフイオン膜(ジヤーナル・オブ・
メンブラン・サイエンス誌、第24巻、第101頁
(1985))、CMV膜及びAMV膜(同上誌、第22
巻、第333頁(1983))、等のイオン交換膜、コポ
リ(1−ブチル−4−ビニルピリジニウムアイオ
ダイド−アクリロニトリル)膜(高分子予稿集、
第34巻、第3号、第401頁)、あるいはイオン化処
理グラフト重合膜(特願昭60−269951号)等があ
る。そして、一般にこれらのイオン化構造膜は水
選択透過性に優れている。
Permeation separation of water and alcohol is carried out reflecting the difference in the ability of water and alcohol to dissolve and diffuse inside the membrane. That is, if a hydrophilic group is present in the membrane, the affinity for water will be greater, and water will selectively permeate through the membrane. Ionization of the components within the membrane is a more effective means for increasing the affinity with water. As a membrane with an ionization structure, a naphion membrane (journal of
Membrane Science, Vol. 24, p. 101 (1985)), CMV membranes and AMV membranes (Ibid., No. 22)
vol., p. 333 (1983)), copoly(1-butyl-4-vinylpyridinium iodide-acrylonitrile) membranes (Polymer Proceedings,
(Vol. 34, No. 3, Page 401), or ionized graft polymerized membrane (Japanese Patent Application No. 269951/1982). In general, these ionized structure membranes have excellent water selective permeability.

しかしながら、分離膜の実用的な立場からする
ならば、それぞれ以下のような欠点を有してお
り、必ずしも満足し得るものとは言えない。
However, from a practical standpoint of separation membranes, each of them has the following drawbacks and cannot be said to be necessarily satisfactory.

まず、イオン交換膜は一般に架橋密度が高く、
また比較的膜が厚いために透過の速度が小さい。
イオン交換膜は本来小さな無機イオンや金属イオ
ンへ適用できるように作られたものであり、水−
アルコールのような系の分離へ適するように設計
されたものではない。
First, ion exchange membranes generally have a high crosslinking density;
Also, since the membrane is relatively thick, the rate of permeation is low.
Ion exchange membranes were originally created to be applicable to small inorganic ions and metal ions, and
It is not designed to be suitable for separating systems such as alcohols.

共重合膜は種々のイオン性基を有する高分子素
材を利用出来る利点がある。しかしながら、この
ようなイオン性の基は水との親和性が高く、この
ために水−アルコール分離を目的として用いられ
るわけであるが、高分子中へのイオン性基の含有
量を余り高くすると水に容易に溶解したり、ある
いは膜が破損するなどの弊害が生じる。すなわち
イオン性基の含有率はせいぜい数パーセント止ま
りであり、このために分離性の向上には限界があ
る。
Copolymer membranes have the advantage of being able to utilize polymeric materials having various ionic groups. However, such ionic groups have a high affinity with water and are therefore used for the purpose of water-alcohol separation, but if the content of ionic groups in the polymer is too high, This may cause problems such as easy dissolution in water or damage to the membrane. That is, the content of ionic groups is only a few percent at most, and therefore there is a limit to the improvement in separation performance.

グラフト処理イオン化膜では、基質膜として力
学的・化学的堅ろう性のある高分子素材を選択し
て、この上に分離活性の層を形成されている。す
なわち、力学的強度を基質膜に、また分離性をイ
オン化したグラフト層にそれぞれ分担させて機能
を発揮させた所に特徴がある。しかしながら、グ
ラフト重合は一般に単量体や基質高分子の種類、
あるいは重合の条件に強く依存しており、このた
めに分離膜として最適の膜を得ることが必ずしも
容易ではない。すなわち、分離膜作成上の課題が
大いにある。
In the grafted ionization membrane, a mechanically and chemically robust polymer material is selected as the substrate membrane, and a separation active layer is formed on this. In other words, the feature is that the mechanical strength is shared by the substrate membrane, and the separation property is shared by the ionized graft layer, allowing them to perform their functions. However, graft polymerization generally depends on the type of monomer and substrate polymer.
Alternatively, it is strongly dependent on polymerization conditions, and for this reason it is not always easy to obtain an optimal membrane as a separation membrane. In other words, there are many problems in producing separation membranes.

本発明が改良しようとする問題点 本発明はこのような従来方法が持つ欠点を克服
し、簡単な構成の分離膜を用いて水とアルコール
の混合溶液から水を効率よく分離し、アルコール
を濃縮する方法を提供することを目的とするもの
である。
Problems to be solved by the present invention The present invention overcomes the drawbacks of the conventional methods and efficiently separates water from a mixed solution of water and alcohol using a simple separation membrane and concentrates the alcohol. The purpose is to provide a method to do so.

問題点を解決するための手段 本発明者は種々研究の結果、図1に示すような
構成で成る、2枚の限外濾過膜の間にある種の高
分子イオン塩層を設けた構造の複合膜を分離膜と
して用いることによつて上記の目的を達成し得る
ことを見出し、本発明を為すに至つた。
Means for Solving the Problems As a result of various studies, the present inventor has developed a structure as shown in Figure 1, in which a certain type of polymer ion salt layer is provided between two ultrafiltration membranes. The inventors have discovered that the above objects can be achieved by using a composite membrane as a separation membrane, and have accomplished the present invention.

すなわち、本発明は、2枚の限外過膜の間
に、エチレン結合をもつ有機アンモニウム塩及び
有機スルホン酸塩の重合体の中から選ばれた高分
子イオン塩の層を設けた複合膜に、水とアルコー
ルの混合物を通過させることを特徴とするアルコ
ールの濃縮方法を提供するものである。
That is, the present invention provides a composite membrane in which a layer of a polymer ion salt selected from polymers of organic ammonium salts and organic sulfonates having ethylene bonds is provided between two ultrafiltration membranes. , provides a method for concentrating alcohol characterized by passing a mixture of water and alcohol.

本発明のアルコール濃縮に用いられる複合膜に
適した限外濾過膜としては、例えば既に透析用に
実用化されているキユプロフアン膜等の再生セル
ロース膜、アセチルセルロース膜、キトサン膜、
ポリビニルアルコール膜、ポリアクリロニトリル
膜を挙げることが出来る。これら膜素材は、水、
アルコール及びこの両者の混合溶液に対して安定
であり、水−エタノール混合溶液の分離操作時に
溶液と接触しても溶解したり破損したりすること
がない。従つて、アルコール濃縮の目的に沿つた
分離膜作成に適している。
Ultrafiltration membranes suitable for the composite membrane used in the alcohol concentration of the present invention include, for example, regenerated cellulose membranes such as Cyprofan membranes, which have already been put into practical use for dialysis, acetyl cellulose membranes, chitosan membranes,
Examples include a polyvinyl alcohol film and a polyacrylonitrile film. These membrane materials are water,
It is stable against alcohol and a mixed solution of both, and will not dissolve or be damaged even if it comes into contact with the solution during separation of a water-ethanol mixed solution. Therefore, it is suitable for creating a separation membrane for the purpose of alcohol concentration.

本発明で用いる高分子イオン塩としては、エチ
レン結合をもつ有機アンモニウム塩及び有機スル
ホン酸塩の重合体、すなわち、エチレン結合をも
つ炭化水素基の少なくとも1個が第四級窒素原子
に結合しているアンモニウム塩又はエチレン結合
をもつ炭化水素のスルホン酸塩の重合体、例え
ば、ポリ(塩化アリルアンモニウム)、ポリ(塩
化ビニルトリメチルアンモニウム)、ポリ(塩化
アリルトリメチルアンモニウム)、ポリ(塩化ビ
ニルベンジルトリメチルアンモニウム)、ポリエ
チレンスルホン酸のナトリウム塩又はカリウム
塩、ポリスチレンスルホン酸のナトリウム塩又は
カリウム塩などが用いられる。
The polymer ionic salt used in the present invention is a polymer of an organic ammonium salt and an organic sulfonate having an ethylene bond, that is, a polymer in which at least one hydrocarbon group having an ethylene bond is bonded to a quaternary nitrogen atom. ammonium salts or polymers of hydrocarbon sulfonates with ethylene bonds, such as poly(allylammonium chloride), poly(vinyltrimethylammonium chloride), poly(allyltrimethylammonium chloride), poly(vinylbenzyltrimethylammonium chloride) ), sodium salt or potassium salt of polyethylene sulfonic acid, sodium salt or potassium salt of polystyrene sulfonic acid, etc. are used.

これらの高分子イオン塩は高分子量であつて、
これを挟む限外濾過膜の孔を通してすり抜けない
だけの大きさが必要である。低分子の有機化合物
塩や無機塩は限外濾過膜から溶出してしまうため
に用いることが出来ない。複合分離膜の中に組込
むことの出来る高分子イオン塩の最小限の分子量
は、限外濾過膜との兼ね合いによる。例えばキユ
プロフアン膜は分子量1万以上の分子を保持する
ので、これ以上の分子量の高分子を用いる必要が
ある。
These polymeric ionic salts have high molecular weight,
It needs to be large enough to not slip through the pores of the ultrafiltration membrane that sandwich it. Low-molecular organic compound salts and inorganic salts cannot be used because they elute from the ultrafiltration membrane. The minimum molecular weight of the polymer ionic salt that can be incorporated into the composite separation membrane depends on the balance with the ultrafiltration membrane. For example, since the Cyprofan membrane retains molecules with a molecular weight of 10,000 or more, it is necessary to use a polymer with a molecular weight higher than this.

分離膜は、限外濾過膜の面積(1.0cm2)当り、
1.0〜500mg、より好ましくは1.0〜100mgの高分子
イオン塩を挿入するという、簡単な操作で作成す
ることが出来る。
For the separation membrane, per area (1.0cm 2 ) of the ultrafiltration membrane,
It can be produced by a simple operation of inserting 1.0 to 500 mg, more preferably 1.0 to 100 mg, of a polymer ion salt.

用いる限外濾過膜は、透過対象液の供給側、透
過側で同種類のものでも良いし、異種類のもので
あつても構わない。
The ultrafiltration membranes used may be of the same type on the supply side and the permeation side of the liquid to be permeated, or may be of different types.

この複合膜を用いた水−アルコール分離操作
は、例えば浸透気化法によつて行うことが出来
る。浸透気化法は公知であつて、まず分離の対象
となる溶液を膜の片側に接触させ、他方を真空吸
引するという操作を行つて分離を行うものであ
る。膜を通つて真空の系の中へ気化して来た成分
を液体窒素等を用いて冷却ストツプする。この方
法は、共沸混合物の分離、蒸留では分離の困難な
異性体混合物の分離に有効である。
The water-alcohol separation operation using this composite membrane can be performed, for example, by pervaporation. The pervaporation method is a well-known method in which a solution to be separated is brought into contact with one side of a membrane, and the other side is vacuum-suctioned to effect separation. The components vaporized into the vacuum system through the membrane are stopped by cooling using liquid nitrogen or the like. This method is effective for separating azeotropic mixtures and isomer mixtures that are difficult to separate by distillation.

分離性能は、分離係数(α)を用いて示され
る。この分離係数は、以下の方法で与えられる指
標である。
Separation performance is expressed using a separation coefficient (α). This separation coefficient is an index given by the following method.

今、2つの成分AとBの混合溶液から、一方の
成分Bの透過分離を考えることにする。膜を介し
て供給側のA,B各成分の濃度をXA,XBとし、
また透過側のA,B各成分の濃度をそれぞれYA
YBとすると、Bの分離係数αB/Aは、つぎの式で与
えられる。
Let us now consider the permeation separation of one component B from a mixed solution of two components A and B. Let the concentrations of each component A and B on the supply side through the membrane be X A and X B ,
In addition, the concentrations of each component of A and B on the transmission side are Y A ,
Assuming Y B , the separation coefficient α B/A of B is given by the following equation.

αB/A=(YB/YA)/(XB/XA) このαの値が大きいほど分離性能に優れること
になる。本発明における高分子イオン塩含有複合
膜の分離係数を、限外濾過膜を単純に2枚重ね合
わせただけの高分子イオン塩を含まない膜におけ
る分離係数と比較すると、いずれも分離係数が増
大し、分離性が向上している。その程度は高分子
イオン塩や限外濾過膜の種類、供給するアルコー
ルの濃度に依存しているが、検討の範囲でαの値
は数倍から数10倍まで向上しており、本方法が水
−エタノール混合溶液から水をより効率的に透過
分離し、アルコールの濃縮に有効なことを示して
いる。
αB/A =( YB / YA )/( XB / XA ) The larger the value of α, the better the separation performance. Comparing the separation coefficient of the polymer ion salt-containing composite membrane of the present invention with the separation coefficient of a membrane that does not contain a polymer ion salt, which is simply a stack of two ultrafiltration membranes, the separation coefficient increases in both cases. The separability is improved. The extent of this depends on the type of polymer ion salt, ultrafiltration membrane, and concentration of alcohol supplied, but within the scope of the study, the value of α has been improved from several times to several tens of times, and this method shows that This shows that water can be more efficiently permeated and separated from a water-ethanol mixed solution, and that it is effective for concentrating alcohol.

以上のように、高分子イオン塩を含む複合膜に
おける分離性能は、既知の分離膜に比べても遜色
がない。この分離膜の透過のメカニズムとして
は、まず、透過の最初の段階として浸透作用によ
り水−アルコール混合溶液から高分子イオン塩が
存在する層へ水が優先的に浸透し、こうして水が
豊富となつた層から最終的に浸透気化による透過
分離が起つていると考えられる。分離性に優れる
という結果は、この透過の機構と密接に関係して
いる。
As described above, the separation performance of a composite membrane containing a polymer ion salt is comparable to that of known separation membranes. The mechanism of permeation through this separation membrane is that, in the first stage of permeation, water preferentially permeates from the water-alcohol mixed solution to the layer where the polymer ion salt is present due to osmotic action, and in this way water becomes abundant. It is thought that permeation separation due to pervaporation is finally occurring from the layer. The result of excellent separability is closely related to this permeation mechanism.

発明の効果 この発明の効果を以下に列挙する。Effect of the invention The effects of this invention are listed below.

1 限外濾過膜の間に高分子イオン塩を挿入する
という簡単な方法で分離膜が構成出来ること、 2 水−エタノール混合溶液からの水の透過の選
択性が高められること。
1) The separation membrane can be constructed by a simple method of inserting a polymer ion salt between the ultrafiltration membranes, and 2) The selectivity of water permeation from a water-ethanol mixed solution can be increased.

3 水−エタノール混合溶液中の、とりわけエタ
ノール濃度の低い領域で、透過速度を高めるこ
とが出来ること。
3. The permeation rate can be increased in a water-ethanol mixed solution, especially in a region where the ethanol concentration is low.

本発明は、以上の様な特徴を有するために、例
えば発酵溶液からあらかじめ水を分離除去してア
ルコールを濃縮する等の目的のために好適に用い
ることが出来る。
Since the present invention has the above characteristics, it can be suitably used for purposes such as concentrating alcohol by separating and removing water from a fermentation solution in advance.

実施例 次に実施例によつて本発明を更に具体的に説明
する。
Examples Next, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples.

実施例 1 2枚のキユプロフアン膜の間にポリ(塩化アリ
ルアンモニウム)0.1174gを装填して分離膜を作
成した。分離膜の有効面積当りの高分子イオン塩
の重量は9.35mg/cm2となる。この膜を用いて浸透
気化法により水−エタノール分離を試みた。
Example 1 A separation membrane was prepared by loading 0.1174 g of poly(allylammonium chloride) between two Cyprofuran membranes. The weight of the polymer ion salt per effective area of the separation membrane is 9.35 mg/cm 2 . Using this membrane, we attempted to separate water and ethanol by pervaporation.

30℃において、供給エタノール水溶液の濃度が
それぞれ16.1,45.1,67.4,89.0%のときの透過
速度は1.86,0.96,0.53,0.05Kg/m2・hr、また
エタノールに対する水の分離係数αは8.4,25.7,
260.4,335.2であつた。
At 30℃, when the concentration of the supplied ethanol aqueous solution is 16.1, 45.1, 67.4, and 89.0%, the permeation rates are 1.86, 0.96, 0.53, and 0.05 Kg/m 2 ·hr, and the separation coefficient α of water for ethanol is 8.4, 25.7,
It was 260.4 and 335.2.

実施例 2 実施例1で用いた膜により、40℃において水−
エタノール分離を試みた。供給エタノール水溶液
の濃度がそれぞれ16.1,45.1,67.4,89.0%のと
きとき透過速度は2.39,1.35,0.60,0.07Kg/
m2・hr、またエタノールに対する水の分離係数α
は15.6,38.4,91.2,97.4であつた。
Example 2 With the membrane used in Example 1, water was removed at 40°C.
An attempt was made to separate ethanol. When the concentration of the supplied ethanol aqueous solution is 16.1, 45.1, 67.4, and 89.0%, respectively, the permeation rate is 2.39, 1.35, 0.60, and 0.07 Kg/
m 2 hr, and the separation coefficient α of water for ethanol
were 15.6, 38.4, 91.2, and 97.4.

実施例 3 実施例1で用いた膜により、50℃において水−
エタノール分離を試みた。供給エタノール水溶液
の濃度がそれぞれ16.1,45.1,67.4,89.0%のと
きとき透過速度は3.25,1.66,0.66,0.11Kg/
m2・hr、またエタノールに対する水の分離係数α
は20.4,38.7,152.7,198.0であつた。
Example 3 With the membrane used in Example 1, water was removed at 50°C.
An attempt was made to separate ethanol. When the concentration of the supplied ethanol aqueous solution is 16.1, 45.1, 67.4, and 89.0%, respectively, the permeation rate is 3.25, 1.66, 0.66, and 0.11 Kg/
m 2 hr, and the separation coefficient α of water for ethanol
were 20.4, 38.7, 152.7, and 198.0.

実施例 4 2枚のキユプロフアン膜の間にポリ(塩化アリ
ルアンモニウム)0.0550gを装填して分離膜を作
成した。分離膜の有効面積当りの高分子イオン塩
の重量は4.38mg/cm2となる。この膜を用いて浸透
気化法により水−エタノール分離を試みた。
Example 4 A separation membrane was prepared by loading 0.0550 g of poly(allylammonium chloride) between two Cyprofuran membranes. The weight of the polymer ion salt per effective area of the separation membrane is 4.38 mg/cm 2 . Using this membrane, we attempted to separate water and ethanol by pervaporation.

40℃において、供給エタノール水溶液の濃度が
それぞれ16.1,45.1,62.9,89.0%のときの透過
速度は1.85,1.12,0.46,0.09Kg/m2・hrであり、
またエタノールに対する水の分離係数αは8.4,
18.1,42.0,128.3であつた。
At 40°C, the permeation rates are 1.85, 1.12, 0.46, and 0.09 Kg/m 2 ·hr when the concentrations of the supplied ethanol aqueous solution are 16.1, 45.1, 62.9, and 89.0%, respectively.
Also, the separation coefficient α of water for ethanol is 8.4,
They were 18.1, 42.0, and 128.3.

実施例 5 2枚のキユプロフアン膜の間にポリ(塩化アリ
ルアンモニウム)0.0230gを装填して作成した。
分離膜の有効面積当りの高分子イオン塩の重量は
1.83m/cm2となる。この膜を用いて浸透気化法に
より水−エタノール分離を試みた。
Example 5 A sample was prepared by loading 0.0230 g of poly(allylammonium chloride) between two cyprofuran membranes.
The weight of the polymer ion salt per effective area of the separation membrane is
It becomes 1.83m/cm 2 . Using this membrane, we attempted to separate water and ethanol by pervaporation.

40℃において、供給エタノール水溶液の濃度が
それぞれ16.1,45.1,67.4,89.0%のときの透過
速度は1.66,1.23,0.66,0.19Kg/m2・hrであり、
またエタノールに対する水の分離係数αは10.0,
15.3,21.5,53.9であつた。
At 40°C, the permeation rates were 1.66, 1.23, 0.66, and 0.19 Kg/m 2 hr when the concentrations of the supplied ethanol aqueous solution were 16.1, 45.1, 67.4, and 89.0%, respectively.
Also, the separation coefficient α of water for ethanol is 10.0,
They were 15.3, 21.5, and 53.9.

実施例 6 2枚のキユプロフアン膜の間にポリ(塩化ビニ
ルベンジルトリメチルアンモニウム)0.0550gを
装填して分離膜を作成した。この分離膜の有効面
積当りの高分子イオン塩の重量は4.38mg/cm2とな
る。この膜を用いて浸透気化法により水−エタノ
ール分離を行つた。
Example 6 A separation membrane was prepared by loading 0.0550 g of poly(vinylbenzyltrimethylammonium chloride) between two Cyprofuran membranes. The weight of the polymer ion salt per effective area of this separation membrane was 4.38 mg/cm 2 . Using this membrane, water-ethanol separation was performed by pervaporation.

40℃において、供給エタノール水溶液の濃度が
それぞれ16.1,45.1,62.9,89.0%のときの透過
速度は2.46,1.15,0.59,0.32Kg/m2・hrであり、
エタノールに対する水の分離係数αは、3.0,
5.1,8.0,11.0であつた。
At 40°C, the permeation rates are 2.46, 1.15, 0.59, and 0.32 Kg/m 2 ·hr when the concentrations of the supplied ethanol aqueous solution are 16.1, 45.1, 62.9, and 89.0%, respectively.
The separation coefficient α of water for ethanol is 3.0,
They were 5.1, 8.0, and 11.0.

実施例 7 2枚のキユプロフアン膜の間にポリスチレンス
ルホン酸ナトリウム塩0.0382gを装填して分離膜
を作成した。この分離膜の有効面積当りの高分子
イオン塩の重量は3.04mg/cm2となる。この膜を用
いて浸透気化法により水−エタノール分離を行つ
た。
Example 7 A separation membrane was prepared by loading 0.0382 g of polystyrene sulfonic acid sodium salt between two Cyprofan membranes. The weight of the polymer ion salt per effective area of this separation membrane was 3.04 mg/cm 2 . Using this membrane, water-ethanol separation was performed by pervaporation.

40℃において、供給エタノール水溶液の濃度が
それぞれ16.1,45.1,62.9,89.0%のときの透過
速度は2.73,1.56,0.84,0.36Kg/m2・hrであり、
エタノールに対する水の分離係数αは2.6,4.5,
6.1,9.5であつた。
At 40°C, the permeation rates were 2.73, 1.56, 0.84, and 0.36 Kg/m 2 hr when the concentrations of the supplied ethanol aqueous solution were 16.1, 45.1, 62.9, and 89.0%, respectively.
The separation coefficient α of water for ethanol is 2.6, 4.5,
It was 6.1 and 9.5.

比較例 1 キユプロフアン膜を2枚重ねてこの2つの膜の
層の間に高分子イオンを含まない膜を用い、浸透
気化法による水−アルコール分離を行つた。
Comparative Example 1 Water-alcohol separation by pervaporation was carried out by stacking two Cyprofan membranes and using a membrane containing no polymer ions between the two membrane layers.

40℃において、供給エタノール水溶液の濃度が
16.1,45.1,62.9,89.1%のときの透過速度は
1.36,1.00,0.86,0.75Kg/m2・hrであり、分離
係数αは3.6,6.4,5.4,4.9であつた。
At 40℃, the concentration of the supplied ethanol aqueous solution is
The permeation rate at 16.1, 45.1, 62.9, 89.1% is
1.36, 1.00, 0.86, 0.75 Kg/m 2 ·hr, and the separation coefficient α was 3.6, 6.4, 5.4, 4.9.

実施例 8 2枚の架橋性ポリビニルアルコール膜の間に、
ポリ(塩化アリルアンモニウム)0.123gを装填
して分離膜を作成した。高分子イオン塩の膜面積
当りの重量は9.8mg/cm2となる。40℃において浸
透気化法による分離実験を行い、以下に示す結果
が得られた。
Example 8 Between two crosslinkable polyvinyl alcohol films,
A separation membrane was prepared by loading 0.123 g of poly(allylammonium chloride). The weight of the polymer ion salt per membrane area is 9.8 mg/cm 2 . Separation experiments were conducted using pervaporation at 40°C, and the results shown below were obtained.

供給エタノール水溶液濃度がそれぞれ16.5,
44.2,65.1,86.8%のとき、透過速度は1.13,
0.693,0.287,0.02Kg/m2・hr、またこのときの
エタノールに対する水の分離係数αは、18.4,
18.3,57.4,175.6であつた。
The concentration of the supplied ethanol aqueous solution is 16.5,
When 44.2, 65.1, 86.8%, the permeation rate is 1.13,
0.693, 0.287, 0.02Kg/m 2・hr, and the separation coefficient α of water for ethanol at this time is 18.4,
They were 18.3, 57.4, and 175.6.

実施例 9 ポリビニルアルコール膜の間にポリ(塩化アリ
ルアンモニウム)5.46mg/cm2を装填した複合膜を
用い、40℃において浸透気化法による水−アルコ
ール分離を試み、以下の結果が得られた。
Example 9 Using a composite membrane in which 5.46 mg/cm 2 of poly(allylammonium chloride) was loaded between the polyvinyl alcohol membranes, water-alcohol separation by pervaporation at 40°C was attempted, and the following results were obtained.

供給エタノール水溶液濃度がそれぞれ15.3,
43.3,65.8,85.3%のとき、透過速度は1.10,
0.82,0.30,0.05Kg/m2・hr、またエタノールに
対する水の分離係数αは、24.1,29.2,47.7,
48.4であつた。
The concentration of the supplied ethanol aqueous solution is 15.3,
When 43.3, 65.8, 85.3%, the permeation rate is 1.10,
0.82, 0.30, 0.05Kg/ m2・hr, and the separation coefficient α of water for ethanol is 24.1, 29.2, 47.7,
It was 48.4.

比較例 2 ポリビニルアルコール膜のみを2枚重ねて浸透
気化法による水−エタノール分離を行つた。
Comparative Example 2 Two polyvinyl alcohol membranes were stacked on top of each other and water-ethanol separation was performed by pervaporation.

40℃において、供給エタノール水溶液の濃度が
16.2,43.6,65.1,86.8%のとき、透過速度は
0.81,0.53,0.26,0.05Kg/m2・hrであり、また
エタノールに対する水の分離係数αは10.6,
14.7,21.7,29.6であつた。
At 40℃, the concentration of the supplied ethanol aqueous solution is
At 16.2, 43.6, 65.1, 86.8%, the permeation rate is
0.81, 0.53, 0.26, 0.05Kg/ m2・hr, and the separation coefficient α of water for ethanol is 10.6,
They were 14.7, 21.7, and 29.6.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

図面はこの発明に用いられる分離膜の概略図で
ある。1は限外濾過膜を、また2は高分子イオン
塩の層を示す。
The drawing is a schematic diagram of a separation membrane used in the present invention. 1 indicates an ultrafiltration membrane, and 2 indicates a layer of polymeric ionic salt.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 2枚の限外過膜の間にエチレン結合をもつ
有機アンモニウム塩及び有機スルホン酸塩の重合
体の中から選ばれた高分子イオン塩の層を設けた
複合膜に、水とアルコールの混合物を通過させる
ことを特徴とするアルコールの濃縮方法。
1 A mixture of water and alcohol is applied to a composite membrane in which a layer of a polymer ion salt selected from polymers of organic ammonium salts and organic sulfonates having ethylene bonds is provided between two ultrafiltration membranes. A method for concentrating alcohol, characterized by passing it through.
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