JPH0341207B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（技術分野） 本発明は相溶性のある液体混合物の膜による分
離において、液・膜界面に高周波を印加する方法
に関するものである。 （従来技術とその問題点） 一般に相溶性のある液体混合物の各々の成分を
分離するには困難が伴なう。従来最も一般的に行
なわれている工業的分離方法は蒸留である。しか
し蒸留法は成分間の沸点差が大きく共沸混合物を
形成せず、且つ熱に対して安定な系でないと適用
できない。 又適用できる場合でも、蒸留には大量の熱エネ
ルギが必要であり、よりエネルギ消費の少ない分
離方法が求められている。 これに応え得る可能性を有する分離方法が膜分
離法である。このような観点から、従来より液体
混合物の膜分離は種々試みられてきた。 これらのうち、比較的普遍的な方法は、逆浸透
法および浸透気化法である。逆浸透法は海水の淡
水化等に実用化されている方法で、溶質である塩
（イオン）は不透過性で理想的には溶媒のみを透
過する半透膜を用い、溶液／透過液間に生ずる浸
透圧以上の圧力を溶液側に加えて、溶媒を透過さ
せ、分離する方法である。 この原理は液体混合物についても適用できるは
ずで、液体混合物の分離に逆浸透を適用した試み
も多い。しかし相溶性のある液体混合物では分子
サイズ、化学的性質等類似している場合が多いた
め、必らずしも分離性はよくない。又溶液／透過
液間の浸透圧を無視できず、濃縮限界が存在す
る。通常の操作圧では10〜15％程度が限界とな
り、液体混合物への逆浸透の適用は、特殊な場合
を除いて現状では有用でない。 浸透気化法は膜の片面を分離さるべき液体混合
物に接触させ、他の一面を減圧とするか、キヤリ
アガスと接触させた系よりなる。 原理的にはこの系における成分の分離は成分液
体の膜への溶解度の差、膜内の拡散速度の差に基
づいて行なわれるため逆浸透のような限界はない
と考えられ、液体混合物の分離には有望とみられ
ている。 しかし上述の分離過程からもわかるように、化
学的・物理的性質の類似した液体の組合せの場合
には、膜の材質、構成などに工夫が必要であり、
現在までに浸透気化法を実用した例はほとんどな
い。 これらの普遍的方法とは異なつた膜分離法が最
近発表された。その概要は第１図に示すような構
成で、高周波振動を利用して、エタノール水溶液
から、エタノールを分離することができるといわ
れている。 第１図について説明すると、１は分離されるべ
きエタノール水溶液、２は炭酸カリウム又は乳酸
カリウム水溶液、３は透過したエタノール、４は
多孔芯テフロン膜、５はテフロン膜の表面をラジ
カル化処理して導電性をもたせたラジカル化テフ
ロン膜、６はフツ化ビニリデン膜である。 第１図において、ラジカル化テフロン膜５に電
極７，７′を通じて100〜1000KHzの高周波電流を
かけて、フツ化ビニリデン膜６の表面にマイクロ
波振動を起こさせ、このマイクロ波振動エネルギ
によつて会合したエタノール分子の中心に水を抱
いた構造のエタノール包接化合物と、その周囲の
水との間の給合が切れ、エタノール包接化合物の
みを膜４，５，６を経て液２中に取出し、更にテ
フロン膜１０を経て透過液３として取出すといわ
れている。電極８，９間には直流電圧を印加する
ことによつて透過を促進することができるとい
う。 しかしこの方法に関する具体的記載は見当ら
ず、関連技術と思われる特開昭58−95502〜95520
号公報にも実施例の記述はなく、構成内容不明で
ある。 （発明の構成） 本発明は液体混合物の膜による分離において、
液・膜界面に容易に且つ効率よく高周波を印加す
る方法を提供するものである。即ちマイクロ波は
波長がcmからmmのオーダーとなるため、いわゆる
電波としての性質を有し、通常の電線によつては
伝播し得ず、又通常の電極によつては電場を印加
できない。従つてこれを膜・液界面に印加するた
めには、特殊な導波路を設け、印加空間の形状、
膜の配置を工夫しなければならない。本発明は導
波路と別個に設けた印加空間内で膜・液界面にマ
イクロ波を印加しつゝ膜分離を行なう方法を提供
するものである。 以下第２図に示す本発明の一実施例について説
明する。２１はマイクロ波の伝播空間として働ら
く導体に囲まれた空間、２４はマイクロ波の発信
機、２３は導波管である。２４で発信されたマイ
クロ波はアンテナ２２を経て、導波管内を進行
し、開口部２７からマイクロ波伝播空間２１内に
放射される。２５は誘電体よりなる容器でマイク
ロ波伝播空間２１の内部に設置され、その内部に
は中空状のポリ四フツ化エチレン多孔膜チユーブ
２６を配置する。分離すべき液体混合物は貯槽１
１よりポンプ１２によりポリ四フツ化エチレン多
孔膜チユーブ２６内を通つて再び貯槽１１へと循
環される。キヤリヤーガスとして用いられる窒素
ガスは配管１３を経て容器２５内に送入され、ポ
リ四フツ化エチレン多孔膜チユーブ２６の外面と
接触しつゝ進行した後、コールドトラツプ１４へ
と導かれる。ポリ四フツ化エチレン多孔膜チユー
ブ２６を透過してくる透過物はキヤリヤーガスと
共に容器２５マイクロイ波伝播空間２１の外部に
運び出され、コールドトラツプ１４においてキヤ
リヤーガスから分離される。上例では膜としてポ
リ四フツ化エチレン多孔膜チユーブを用いたがマ
イクロ波帯域における誘電正接の小さい、即ち損
失の小さい材質から成る膜なら、ポリ四フツ化エ
チレンでなくてもよく、特に誘電正接約300×
10^-4以下の材料は膜材料として適している。 多孔体でない膜を使用する場合にはキヤリヤー
ガスを用いる代りに減圧としてもよい。又キヤリ
ヤーガスは分離されるべき液体混合物の各成分と
反応しない不活性ガスならば窒素ガスに限定され
るものではない。 このような構成の系において、上述の如くマイ
クロ波をマイクロ波伝播空間２１内に放射する
と、容器２５及び膜２６は誘電体より成るためマ
イクロ波をほとんど吸収しないが、液体混合物に
は吸収され、液体成分を活性化する。従つてこの
状態では、液体成分の活性化の差異によつて、特
定成分が他の成分に比べて膜を透過する割合が大
きくなり、透過速度、分離の効率が向上する。 液体中でのマイクロ波の吸収による減衰のた
め、液・膜界面附近での吸収が大きく内部に向か
うに従つてマイクロ波は減衰してゆく。膜分離に
おいては実質的に分離に有効なのは、液・膜界面
の限られた範囲であるから、上述のような構成
で、液・膜界面で最大の吸収を示すというのはマ
イクロ波の利用効率の面で有利である。 尚上述の説明よりわかるように、マイクロ波の
進行路上に薄い液・膜界面層を設けることはマイ
クロ波の利用効率を改善するうえに更に有効であ
る。 これは例えば微細な径を有する中空糸状の膜を
多数本束状にして中空糸の内部又は外部の一方に
分離すべき液体を流し、他の部分にキヤリヤーガ
スを流したり、或はこれを減圧とする方法、又は
平面状の膜を層状に積層し、膜の片面に液体を流
し、他の片面にキヤリヤーガスを流したり、或は
減圧とすることにより実現できる。これらの例を
以下に説明する。 第３図は第２図の容器２５の内部を液体の進行
方向に直角な面の概念的な断面図を示す。容器２
５内に微細径の中空状膜３１を充てんしたもの
で、下半分は省略してある。このような構成にお
いて中空状膜の内部に分離すべき液体を流し、外
部にキヤリヤーガスを流すか又は減圧にする。又
内部と外部とを逆にしてもよい。 第４図は両端を密封して袋状とした膜４１をの
り巻状にして容器２５内に配置したものの断面図
で、膜の片面側の空間４２にキヤリヤーガスを流
すか減圧とし、他の面側の空間４３に分離すべき
液体を流すものである。この場合も、空間４２と
４３とを逆に用いてもよい。 又図には示さないが、のり巻状にせず平面状の
まま空間を残しつゝ積層し、交互にキヤリヤーガ
ス又は減圧の部分と液体を流す部分とを設けるこ
ともできる。 以下に本法による液体分離の実施例を述べる。 実施例 １ 第２図に示す構成の装置を用い、膜として孔径
0.1μｍ、膜厚0.5mm、管径15mm、長さ19cmのポリ
四フツ化エチレン多孔膜チユーブを用い、周波数
2.45GHzのマイクロ波を照射して、被分離液約４
％エタノール水溶液を14ml／minの流速で循環さ
せ、窒素ガスを１ml／minの流速で流した。容器
としては長さ30cm、内径2.2cmのガラス管を使用
した。 比較例 １ マイクロ波は照射しない他は、実施例１と同じ
条件で液体分離を行なつた。 前記実施例１及び比較例１より得られた結果を
まとめて次表に示す。

【表】 実施例 ２ 第２図に示す構成の装置を用い、容器２５を第
３図に示す構成で行なつた。使用した容器は実施
例１と同じで、周波数2.45GHzのマイクロ波を照
射して膜として孔径10.1μｍ、膜厚0.5mm、管径１
mm、長さ19cmのポリ四フツ化エチレン多孔膜チユ
ーブ28本を束ね、周波数2.45GHzのマイクロ波を
照射して、膜内部に被分離液約４％エタノール水
溶液を14ml／minの流速で循環させ、窒素ガスを
１ml／minの流速で流した。 比較例 ２ マイクロ波は照射しない他は、実施例２と同じ
条件で液体分離を行なつた。 前記実施例２及び比較例２より得られた結果を
まとめて次表に示す。

【表】 （発明の効果） 本発明によれば従来の如き複雑な膜構造は不要
となり、既に技術的に実績のあるマイクロ波発信
機を用いて、液・膜界面近傍に効率よくマイクロ
波を供給できるので、高周波を用いた液体分離の
効率を向上させることができ、且つ操作性が向上
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の液体混合物の膜分離法を示す説
明図、第２図は本発明の実施例を示す図、第３図
は第２図の容器２５の内部の液体の進行方向に直
角な面の概念的な断面図、第４図は第２図の容器
２５の内部に両端を密封して袋状とした膜をのり
巻状に配置した断面図である。 １……エタノール水溶液、２……炭酸カリウム
又は乳酸カリウム水溶液、３……透過したエタノ
ール、４……多孔芯テフロン膜、５……ラジカル
化テフロン膜、６……フツ化ビニリデン膜、７，
７′，８，９……電極、１０……テフロン膜、２
１……マイクロ波の伝播空間として働く導体に囲
まれた空間、２２……アンテナ、２３……導波
管、２４……マイクロ波発信機、２５……誘電体
よりなる容器、２６……ポリ四フツ化エチレン多
孔膜チユーブ、２７……開口部、１１……貯槽、
１２……ポンプ、１３……配管、１４……コール
ドトラツプ、３１……微細孔の中空状膜、４１…
…両側を密封して袋状とした膜、４２……膜の片
面側の空間、４３……他の両側の空間。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体混合物から高周波電磁場の存在下で膜を
   用いて前記液体成分を分離する方法において、マ
   イクロ波発振源から放射されるマイクロ波を伝播
   する導波経路内に誘電体からなる容器を設け、容
   器の内部を高分子膜で区画し、該膜の片面に分離
   すべき液体混合物を接触させ、他の面には該膜を
   透過してくる成分を誘導し捕捉するためのキヤリ
   ヤーガス或は減圧の雰囲気を形成することを特徴
   とする液体の膜分離方法。 ２ マイクロ波導波経路内の容器内を区画する高
   分子膜が複数の微細径中空糸状膜を集束した構造
   であることを特徴とする特許請求範囲第１項記載
   の液体の膜分離方法。