JPH0644977B2 - Desalination method for organic compounds using amphoteric ion exchange membrane - Google Patents
Desalination method for organic compounds using amphoteric ion exchange membraneInfo
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- JPH0644977B2 JPH0644977B2 JP58074933A JP7493383A JPH0644977B2 JP H0644977 B2 JPH0644977 B2 JP H0644977B2 JP 58074933 A JP58074933 A JP 58074933A JP 7493383 A JP7493383 A JP 7493383A JP H0644977 B2 JPH0644977 B2 JP H0644977B2
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明はブロック共重合体を用いて作製した両性イオン
交換膜を用いて行う無機塩と有機化合物の混合物から無
機塩を除去する方法に関する。The present invention relates to a method for removing an inorganic salt from a mixture of an inorganic salt and an organic compound, which is carried out by using an amphoteric ion exchange membrane prepared by using a block copolymer.
糖類,抗生物質,オリゴペプチド,補酵素,ビタミン,
アミノ酸,核酸等の低分子量の有機化合物と無機塩とを
含む水溶液から、低コストでしかも必要成分の活性を損
なわないように、無機塩を除去する工程は、現在、益
々、工業的に重要になりつつある。現在一般に行われて
いる晶析分離法やイオン交換樹脂による方法では、酸,
アルカリ,塩類,水等を多量に消費し、電気透析法で
は、電力を多量に消費する。さらに、これらの方法で
は、装置や操作も複雑化する他、熱あるいは樹脂との接
触あるいは電圧の影響で必要成分を変質させる危険性も
高い。一方、限外過膜や逆浸透膜を用いた場合、通
常、低分子量の有機化合物と無機塩とを効率良く分離す
ることは不可能である。近年、新しい分離膜の研究も活
発に行われているが、いまだ従来法に取って代わるのに
決め手となる方法は見出されていない。Sugars, antibiotics, oligopeptides, coenzymes, vitamins,
The process of removing inorganic salts from an aqueous solution containing low molecular weight organic compounds such as amino acids and nucleic acids and inorganic salts at a low cost and without impairing the activity of necessary components is now becoming more and more important industrially. It is becoming. In the crystallization separation method and the method using an ion exchange resin which are generally used at present, acid,
It consumes a large amount of alkali, salts, water, etc., and consumes a large amount of electricity in the electrodialysis method. Furthermore, in these methods, the apparatus and the operation are complicated, and there is a high risk that the necessary components are denatured by the influence of heat, contact with resin, or voltage. On the other hand, when an ultrapermeation membrane or a reverse osmosis membrane is used, it is usually impossible to efficiently separate a low molecular weight organic compound and an inorganic salt. In recent years, researches on new separation membranes have been actively conducted, but a decisive method for replacing the conventional method has not been found yet.
本発明者らは、陽イオン交換基をもつ高分子polyA-と
陰イオン交換基をもつ高分子polyB+とを構成成分の一
部とするブロック共重合体からなる両性イオン交換膜を
用いて、高分子量有機化合物や低分子量有機化合物と無
機塩とを含有する水溶液から無機塩を除去する手段につ
いて研究を行った結果、このような両性イオン交換膜の
片面を有機化合物と無機塩とを含有する水溶液であるI
相に接し、他の面を水またはI相より薄い無機塩の水溶
液または適当な濃度の有機化合物とI相より低い濃度の
無機塩を含む水溶液であるII相に接し、必要に応じてI
相に圧力を加えるならば、I相の有機化合物をI相に残
しつつ無機塩を高能率で膜を透過させI相からII相に移
動させるのが可能であることを見出し本発明に到達し
た。The present inventors have used an amphoteric ion exchange membrane composed of a block copolymer having a polymer polyA − having a cation exchange group and a polymer polyB + having an anion exchange group as a part of constituent components, As a result of research on means for removing an inorganic salt from an aqueous solution containing a high molecular weight organic compound or a low molecular weight organic compound and an inorganic salt, one side of such an amphoteric ion exchange membrane contains the organic compound and the inorganic salt. Aqueous solution I
The other surface is contacted with phase II, and the other surface is contacted with phase II, which is an aqueous solution of water or an inorganic salt thinner than the phase I or an organic compound of an appropriate concentration and an inorganic salt of a concentration lower than the phase I, and if necessary, I
It has been found that if pressure is applied to the phase, it is possible to move the inorganic salt from the I phase to the II phase through the membrane with high efficiency while leaving the I phase organic compound in the I phase. .
以下に本発明の方法を詳細に記述する。Hereinafter, the method of the present invention will be described in detail.
本発明で用いられる両性イオン交換膜は、陽イオン交換
基の導入可能な高分子polyAと陰イオン交換基の導入可
能な高分子polyBとイオン交換基を導入させない高分子
polyCとが、例えば、polyA−polyC−polyB,polyC
−polyA−polyC−polyB,polyA−polyC−polyB−
polyC,polyC−polyA−polyC−polyB−polyCのよ
うに連結してなる原多元ブロック共重合体を用い、製膜
前あるいは製膜後に、polyA部分とpolyB部分にそれぞ
れ陽イオン交換基と陰イオン交換基を導入し、必要に応
じてpolyA,polyB,polyC部分を架橋することによっ
て得られる。The amphoteric ion exchange membrane used in the present invention is a polymer polyA capable of introducing a cation exchange group, a polymer polyB capable of introducing an anion exchange group, and a polymer not introducing an ion exchange group.
polyC is, for example, polyA-polyC-polyB, polyC
-PolyA-polyC-polyB, polyA-polyC-polyB-
Using an original multi-block copolymer which is linked like polyC, polyC-polyA-polyC-polyB-polyC, cation exchange groups and anion exchanges in the polyA and polyB parts before or after film formation, respectively. It is obtained by introducing a group and, if necessary, crosslinking the polyA, polyB and polyC moieties.
一般に、ブロック共重合体の場合、固体状態において、
異種モノマーからなる成分ブロックは互いに混じり合わ
ず各々のブロック毎にブロックの重合度から決められる
球状あるいは棒状あるいは層状のミクロドメインを形成
することが知られている。本発明で用いる両性イオン交
換膜では、かかるミクロ相分離現象を利用することによ
って陽イオン交換基をもつドメインと陰イオン交換基を
もつドメインを互いに分け隔てて存在させ、ポリイオン
コンプレックスの形成を妨げているのが特徴である。Generally, in the case of a block copolymer, in the solid state,
It is known that component blocks composed of different kinds of monomers do not mix with each other to form spherical, rod-shaped or layered microdomains determined for each block by the degree of polymerization of the blocks. In the amphoteric ion exchange membrane used in the present invention, the domain having a cation exchange group and the domain having an anion exchange group are present separately from each other by utilizing such a microphase separation phenomenon to prevent the formation of a polyion complex. The feature is that
これまで、このようなブロック共重合体から作製された
両性イオン交換膜では、この両面間に生じる圧力差を駆
動力として、膜に接する高圧側の塩溶液をそれよりも高
い濃度にして低圧側へ押し出すことができ、これを利用
すれば有機物の脱塩・精製が可能となることが知られて
いた。この場合、効率を上げる為にはかなり高い圧力を
必要とする。本発明者は、同様なブロック共重合体から
作製された両性イオン交換膜の両面間の圧力差が無い
時、塩が塩濃度の高い溶液側から低い溶液側へ高速度で
膜を通って移動し、さらに、塩の濃度差を生じさせた状
態で塩濃度が高い溶液に圧力を加えるか、あるいは塩濃
度の低い溶液に電離しない有機化合物を加えるかすれば
塩の透過が促進されることを発見し、これらの現象を有
機化合物の脱塩に応用したものである。すなわち、本発
明ではそのような両性イオン交換膜の両面間に生じさせ
た塩の濃度差を駆動力として利用しているのが特徴であ
り、膜の片面を脱塩を行いたい有機化合物の水溶液(I
相)に接し、他の面を水あるいはI相の水溶液より低い
濃度の塩を含む水溶液あるいはこれに任意の電離しない
有機化合物を加えた水溶液(II相)に接すれば圧力を加
えないかあるいはI相に比較的低い圧力を加えることに
より効率良く塩をI相からII相へ移動することが可能と
なる。この場合、塩の濃度差のみを駆動力として用いる
と、I相の有機化合物濃度が高くなるに従って、その浸
透圧のために塩の透過が大きく妨害されるようになる。
このような時、II相への加圧あるいはII相への任意の有
機化合物の添加が有効となる。Hitherto, in amphoteric ion exchange membranes made from such block copolymers, the pressure difference generated between the two surfaces was used as the driving force, and the salt solution on the high pressure side in contact with the membrane was made to have a higher concentration than that and the low pressure side was used. It has been known that desalination and purification of organic substances can be performed by utilizing this. In this case, much higher pressure is required to increase efficiency. The present inventors have found that when there is no pressure difference between both sides of an amphoteric ion exchange membrane made from a similar block copolymer, the salt moves through the membrane from the high salt concentration solution side to the low salt solution side at high speed. Furthermore, it was discovered that salt permeation can be promoted by applying pressure to a solution with a high salt concentration while causing a difference in salt concentration, or adding an organic compound that does not ionize to a solution with a low salt concentration. However, these phenomena are applied to desalination of organic compounds. That is, the present invention is characterized in that the concentration difference of the salt generated between both sides of such an amphoteric ion exchange membrane is used as a driving force, and one side of the membrane is an aqueous solution of an organic compound to be desalted. (I
Phase) and the other surface is contacted with water or an aqueous solution containing a salt at a concentration lower than that of the aqueous solution of phase I or an aqueous solution (phase II) containing any organic compound that does not ionize. By applying a relatively low pressure to the phases, it is possible to efficiently move the salt from phase I to phase II. In this case, if only the salt concentration difference is used as the driving force, as the concentration of the organic compound in the phase I increases, the permeation of the salt greatly hinders the salt permeation.
In such a case, it is effective to pressurize the phase II or add an arbitrary organic compound to the phase II.
I相に加圧を行って脱塩の効率を良くしたい場合、その
圧力は有機化合物が引き起こす浸透圧と同程度かあるい
はそれ以上であることが望ましく、また、II相に有機化
合物を添加して脱塩の効率を良くしたい場合、その重量
モル濃度はI相に含まれる有機化合物のそれと同程度か
あるいはそれ以上であることが望ましい。しかし、I相
の圧力やII相の有機化合物濃度が上記の値より低くと
も、それらの値に応じた効果を発揮し得る。When pressure is applied to phase I to improve desalination efficiency, it is desirable that the pressure be equal to or higher than the osmotic pressure caused by the organic compound. In order to improve the desalting efficiency, it is desirable that the molar concentration thereof is equal to or higher than that of the organic compound contained in the phase I. However, even if the pressure of the phase I or the concentration of the organic compound of the phase II is lower than the above values, the effects corresponding to those values can be exhibited.
本発明で用いられる原ブロック共重合体を構成する高分
子のうち、陽イオン交換基が導入可能な高分子polyAに
は、カルボキシル基あるいはスルホン基あるいはリン酸
基等を容易に導入できることが必要である。これらのう
ちカルボキシル基は、不飽和カルボン酸エステル(例え
ば、アクリル酸エステル,メタクリル酸エステル,クロ
トン酸エステル,共役ジエン系カルボン酸エステル等)
あるいはアクリロニトリル,メタクリロニトリル,ビニ
リデンシアニド等のシアノ基をもつモノマーあるいはア
ルキルデンマロン酸エステル類やα−シアノアクリル酸
エステル等の重合体を加水分解すれば得ることができ、
スルホン基はスチレンスルホニルクロリドの重合体を加
水分解することによりあるいはスチレン,α−メチルス
チレン,ビニルトルエンあるいはジフェニルブタジエン
等の重合体を公知の方法でスルホン化することによって
得られる。Among the polymers constituting the original block copolymer used in the present invention, the polymer polyA capable of introducing a cation exchange group needs to be capable of easily introducing a carboxyl group, a sulfone group, a phosphoric acid group or the like. is there. Among these, the carboxyl group is an unsaturated carboxylic acid ester (for example, acrylic acid ester, methacrylic acid ester, crotonic acid ester, conjugated diene carboxylic acid ester, etc.)
Alternatively, it can be obtained by hydrolyzing a monomer having a cyano group such as acrylonitrile, methacrylonitrile, or vinylidene cyanide, or a polymer such as an alkyldenmalonic acid ester or α-cyanoacrylic acid ester,
The sulfone group can be obtained by hydrolyzing a polymer of styrenesulfonyl chloride or by sulfonating a polymer of styrene, α-methylstyrene, vinyltoluene or diphenylbutadiene by a known method.
陰イオン交換基を導入可能な高分子polyBは、アンモニ
ウム基あるいはスルホニウム基あるいはホスホニウム基
等の官能基を導入できることが必要である。これらの官
能基は例えば窒素原子を含有する複素環をもつビニル化
合物であるビニルピリジン類(2−ビニルピリジン,4
−ビニルピリジン,2−メチル−5−ビニルピリジン
等),ビニルピリミジン類,ビニルキノリン類,ビニル
カルバゾール類,ビニルイミダゾール類,あるいは (n=1〜3,R1,R2は、各々炭素数が1〜12のアル
キル基)で表わされる。o,m,p−ビニルベンジルア
ルキルアミン類等のスチレン誘導体アミン類の重合体を
四級化するかまたは三級アンモニウム塩とすることによ
って得られる。The polymer polyB capable of introducing an anion exchange group needs to be able to introduce a functional group such as an ammonium group, a sulfonium group or a phosphonium group. These functional groups are, for example, vinyl pyridines (2-vinyl pyridine, 4 which are vinyl compounds having a nitrogen atom-containing heterocycle).
-Vinyl pyridine, 2-methyl-5-vinyl pyridine, etc.), vinyl pyrimidines, vinyl quinolines, vinyl carbazoles, vinyl imidazoles, or (N = 1 to 3, R 1 and R 2 are each an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms). It is obtained by quaternizing a polymer of styrene derivative amines such as o, m, p-vinylbenzylalkylamines or forming a tertiary ammonium salt.
または、 (R1は水素あるいは炭素数1〜12のアルキル基、
R2,R3は各々炭素数1〜12のアルキル基)で表わさ
れるアルキルアミノアクリレート類や (R1は水素あるいは炭素数1〜12のアルキル基、
R2,R3は各々炭素数1〜12のアルキル基)で表わさ
れるジアルキルアクリルアミドの重合体を四級化するか
または三級アンモニウム塩とすることによっても導入で
きる。さらに、クロロメチル化スチレンを始めとするハ
ロメチルスチレンの重合体にも公知の方法により容易に
四級アミンまたは三級アミンを導入できる。Or (R 1 is hydrogen or an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms,
R 2 and R 3 are each an alkylamino acrylate represented by an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, (R 1 is hydrogen or an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms,
R 2 and R 3 can also be introduced by quaternizing a polymer of a dialkyl acrylamide represented by an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms) or forming a tertiary ammonium salt. Furthermore, quaternary amines or tertiary amines can be easily introduced into halomethylstyrene polymers such as chloromethylated styrene by known methods.
残りイオン交換基を導入しない高分子polyCを構成する
モノマー種としては、ジエン系モノマーが適しており、
例えば、ブタジエンイソプレン,ペンタジエン,シクロ
ヘキサジエン等がある。A diene monomer is suitable as a monomer species constituting the polymer polyC in which the remaining ion-exchange group is not introduced,
For example, butadiene isoprene, pentadiene, cyclohexadiene and the like.
そのようなジエン系モノマーから構成された中性ブロッ
クをもつブロック共重合体の場合、この部分を過酸化
物,硫黄,一塩化硫黄,濃硫酸あるいは紫外線等を用い
て公知の手法により容易に架橋することができる。ま
た、公知の方法で水素添加することもできる。これらに
より材料の強度は増大する。In the case of a block copolymer having a neutral block composed of such a diene-based monomer, this portion is easily cross-linked by a known method using peroxide, sulfur, sulfur monochloride, concentrated sulfuric acid, or ultraviolet light. can do. Also, hydrogenation can be performed by a known method. These increase the strength of the material.
本発明で用いられるブロック共重合体を構成するpoly
A,polyB,polyC各々がブロック共重合体の構成成分
として複数ケ含まれる場合、これら各々は同じ高分子で
も異なった高分子でもよい。成分高分子polyA,poly
B,polyC各々の分子量は103〜106g/molであるこ
とが望ましい。さらに望ましくは104〜5×105g/m
olである。一般によく知られているように、ブロック共
重合体では、分子量が低くなるにしたがいミクロ相分離
により形成された隣り合う二つのドメインの間に生ずる
相溶界面領域の体積分率は増加する。このため、分子量
の低い試料ではポリイオンコンプレックスの形成が大き
く、ミクロ相分離によってカチオンドメインとアニオン
ドメンを同時に存在させる効果が薄れる。種々のブロッ
ク共重合体に対してこれまで公表された実験事実によれ
ば、各々のブロックの分子量が103以下では相分離構
造はほとんど形成されないと考えられる。一方、分子量
が大きな試料の場合、その固体または溶液状態における
粘性が増大し、成型が困難になる恐れが生ずる。Poly constituting the block copolymer used in the present invention
When a plurality of each of A, polyB, and polyC is contained as a constituent component of the block copolymer, these may be the same polymer or different polymers. Component polymer polyA, poly
The molecular weight of each of B and polyC is preferably 10 3 to 10 6 g / mol. More preferably 10 4 to 5 × 10 5 g / m
ol. As is well known, in a block copolymer, the volume fraction of the compatible interface region formed between two adjacent domains formed by microphase separation increases as the molecular weight decreases. For this reason, in a sample having a low molecular weight, polyion complex formation is large, and the effect of simultaneously presenting a cation domain and an anion domain is weakened by microphase separation. According to the experimental facts published so far for various block copolymers, it is considered that almost no phase-separated structure is formed when the molecular weight of each block is 10 3 or less. On the other hand, in the case of a sample having a large molecular weight, the viscosity of the sample in a solid or solution state increases, and molding may become difficult.
原ブロック共重合体は、陽イオン交換基を導入する成分
高分子polyAおよび陰イオン交換基を導入する成分高分
子polyBを各々重量分率で5%以上含有する必要があ
る。その理由は、最終的に得られる両性イオン交換膜の
陽または陰イオン交換基をもつ成分セグメントが5%未
満となった場合、両性のイオンが同時に存在することに
よる効果が著しく低下してしまうからである。また、中
性の成分高分子polyCは、膜の強度の点とミクロ相分離
したpolyA,polyB部分を隔てるため重量分率で30%
以上含有されていることが望ましい。The raw block copolymer must contain the component polymer polyA that introduces a cation exchange group and the component polymer polyB that introduces an anion exchange group in a weight fraction of 5% or more. The reason for this is that if the component segment having a cation or anion exchange group in the finally obtained amphoteric ion exchange membrane is less than 5%, the effect due to the simultaneous presence of amphoteric ions is significantly reduced. Is. In addition, since the neutral component polymer polyC separates the strength of the membrane from the microphase-separated polyA and polyB parts, the weight fraction is 30%.
It is desirable that the above content is included.
本発明で用いるブロック共重合体はリビングアニオン重
合法によって製造される。この方法によれば、重合度の
均一なブロック共重合体を得ることが可能である。The block copolymer used in the present invention is produced by a living anion polymerization method. According to this method, it is possible to obtain a block copolymer having a uniform degree of polymerization.
リビングアニオン重合開始剤としては、公知のブチルリ
シウム(n,sec ,tert等がある)や2−メチルブチル
リシウムあるいはナトリウムナフタレン,ナトリウムア
ントラセン,α−メチルスチレンテトラマーナトリウ
ム,ナトリウムビフェニル等が用いられ、芳香族炭化水
素,管状エーテル,脂肪族炭化水素(一般にはベンゼ
ン,トルエン,テトラヒドロフラン,n−ヘキサン,シ
クロヘキサン等が用いられる)中、真空もしくは窒素ガ
ス,アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気下で重合が行な
われる。As the living anionic polymerization initiator, known butyl lysium (including n, sec, tert, etc.), 2-methyl butyl lysium, sodium naphthalene, sodium anthracene, α-methylstyrene tetramer sodium, sodium biphenyl, etc. are used. Polymerization is carried out in a group hydrocarbon, a tubular ether or an aliphatic hydrocarbon (generally benzene, toluene, tetrahydrofuran, n-hexane, cyclohexane etc.) under vacuum or in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas or argon gas. Be done.
原ブロック共重合体からの製膜は、溶媒蒸発法等により
容易に行なうことができる。この際、ベンゼン,トルエ
ン,キシレン,シクロヘキサン,ジオキサン,テトラヒ
ドロフラン,クロロホルム,ジクロルエタン等多くの有
機溶剤が使用可能である。また、膜の強度を増すために
は適当な細目状のスクリーン、多孔性の薄膜,布等を支
持体として用いれば良い。これらの支持体は、ポリ塩化
ビニル,テフロン,ポリエチレン,ポリプロピレン,ガ
ラス等耐溶剤性に優れた材料からなるものであることが
望ましい。両性イオン交換膜は、原ブロック共重合体を
製膜したのち、または製膜前、または製膜と同時に、窒
素部分を四級あるいは三級アンモニウム塩とし、続いて
この処理が製膜前の場合は製膜して架橋,水素添加,ス
ルホン化,加水分解等を施して得ることができる。窒素
の四級化は公知の方法、すなわち、アルキルハロゲン化
合物と反応させることによるが、アルキルハロゲン化合
物を含有する溶剤を用いれば製膜と同時に四級化が可能
である。ハロメチルスチレンはトリメチルアミン等によ
り四級アミンにすることができる。また、窒素部分を塩
酸等によって三級アンモニウム塩とすることもできる。
芳香族環のスルホン化は、濃硫酸,発煙硫酸,三酸化硫
黄,クロルスルホン酸等で(新実験化学講座,14−III
巻,P1776)、また、カルボン酸エステルの加水分解は
水酸化ナトリウム水溶液等で、各々公知の手法で行なう
ことができる。The film formation from the original block copolymer can be easily performed by a solvent evaporation method or the like. At this time, many organic solvents such as benzene, toluene, xylene, cyclohexane, dioxane, tetrahydrofuran, chloroform and dichloroethane can be used. Further, in order to increase the strength of the film, a suitable fine screen, porous thin film, cloth or the like may be used as the support. These supports are preferably made of a material having excellent solvent resistance such as polyvinyl chloride, Teflon, polyethylene, polypropylene and glass. For amphoteric ion exchange membranes, after forming the original block copolymer, or before or at the same time as the membrane formation, the nitrogen portion is converted to a quaternary or tertiary ammonium salt, and then this treatment is performed before the membrane formation. Can be obtained by forming a film and subjecting it to crosslinking, hydrogenation, sulfonation, hydrolysis and the like. The quaternization of nitrogen is carried out by a known method, that is, by reacting with an alkylhalogen compound, but if a solvent containing an alkylhalogen compound is used, quaternization can be performed simultaneously with film formation. Halomethylstyrene can be converted to a quaternary amine with trimethylamine or the like. Further, the nitrogen portion can be converted to a tertiary ammonium salt with hydrochloric acid or the like.
Sulfonation of aromatic rings is performed with concentrated sulfuric acid, fuming sulfuric acid, sulfur trioxide, chlorosulfonic acid, etc. (New Experimental Chemistry Course, 14-III
Vol., P1776), and the hydrolysis of the carboxylic acid ester can be carried out by a known method using an aqueous solution of sodium hydroxide or the like.
さらに、イオン交換基をもつ部分の水の膨潤を抑えて、
より緻密な膜を得るためには、それらの部分を架橋すれ
ば良い。陽イオン交換基をもつ部分を架橋するには、フ
リデル・クラフツ触媒(例えば、AlCl3,SbCl5,SnC
l4,TiCl4等)を用いて、ポリスチレン等芳香族環をも
つ部分とCl(CH2)nClで表わされるnが2以上の化合物や
例えば下記の式で表わされる芳香族多官能化合物 などと反応させれば良く、陰イオン交換基をもつ部分を
架橋するには、窒素部分の四級化を例えばBr(CH2)nBRや
I(CH2)nIで表わされるnが2以上の化合物を用いて行
えば良い。Furthermore, by suppressing the swelling of water in the part with ion-exchange groups,
In order to obtain a denser film, those portions may be crosslinked. Friedel-Crafts catalysts (eg, AlCl 3 , SbCl 5 , SnC) can be used to crosslink moieties with cation exchange groups.
l 4 , TiCl 4 etc.) and a compound having an aromatic ring such as polystyrene and a compound represented by Cl (CH 2 ) n Cl in which n is 2 or more, for example, an aromatic polyfunctional compound represented by the following formula In order to cross-link the moiety having an anion-exchange group, the quaternization of the nitrogen moiety can be performed by, for example, n represented by Br (CH 2 ) n BR or I (CH 2 ) n I being 2 The above compounds may be used.
以上、説明したように前記のブロック共重合体を原料と
して用いれば、最初に形成されたミクロ相分離構造が保
持されたまま化学修飾が可能であり、最終的に緻密で欠
陥のない両性イオン交換膜を得ることができる。実際こ
のような膜で陰及び陽イオン交換容量を独立に一般に知
られた滴定法によって測定すれば、それぞれ乾燥膜1g
当り0.3ミリ当量以上得られ、陰と陽イオン交換基領
域が同時に存在していることが確認された。As described above, when the above block copolymer is used as a raw material, chemical modification can be performed while maintaining the microphase separation structure that was initially formed, and finally, a dense and defect-free zwitterion exchange. A membrane can be obtained. In fact, if the anion and cation exchange capacities of such a membrane were measured independently by a commonly known titration method, 1 g of dry membrane was obtained.
It was confirmed that 0.3 meq or more was obtained and that the anion and cation exchange group regions were present at the same time.
本発明でI相に入れて脱塩を行うことのできる有機化合
物とは、グルコース,フラクトース,マルトース,キシ
ロース,サッカロース,ラフィノース,およびその他オ
リゴ糖などの糖類,各種ビタミン類,オリゴペプチド,
抗生物質,補酵素,アミノ酸,アルコール類,アミン
類,有機酸などを始めとして食品添加物,医薬品,香
料,生化学物質およびその他一般化成品として知られて
いる低分子量有機化合物,あるいは、でんぷんを始めと
する高分子多糖類,各種タンパク質,核酸,酵素などの
天然高分子やポリビニルアルコール,ポリエチレングリ
コール,ポリビニルピロリドンなどの水溶性の合成高分
子である。また脱塩効率を上げるためにII相に添加する
有機化合物は、目的に応じて適当に上記から選べばよ
い。In the present invention, organic compounds that can be desalted by being placed in phase I include glucose, fructose, maltose, xylose, saccharose, raffinose, and other sugars such as oligosaccharides, various vitamins, oligopeptides,
Antibiotics, coenzymes, amino acids, alcohols, amines, organic acids and other food additives, pharmaceuticals, flavors, biochemicals and other low molecular weight organic compounds known as general chemical products, or starch. Natural polymers such as high molecular weight polysaccharides, various proteins, nucleic acids and enzymes, and water-soluble synthetic polymers such as polyvinyl alcohol, polyethylene glycol and polyvinylpyrrolidone. Further, the organic compound added to the phase II in order to increase the desalting efficiency may be appropriately selected from the above depending on the purpose.
以下、本発明を実施例により説明する。Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples.
実施例1 ナトリウム鏡を通して精製したベンゼン中で、sec−ブ
チルリチウム3.4×10-4molを開始剤として、スチ
レンと4−ビニルベンジルジメチルアミン(以下、4−
VBDMAと略記)とイソプレンを、イソプレン7g,
スチレン15g,イソプレン7g,4−VBDMA25
g,イソプレン7gの順に、5段階で順次モノマーを投
入して重合を行ない、polyC1−polyA−polyC1−poly
B−polyC1型の原ブロック共重合体を得た。重合に先
立ってスチレンは水素化カルシウムで乾燥し減圧蒸留し
た後さらにベンゾフェノンナトリウムで精製し、真空蒸
留を行なった。イソプレンは、水素化カルシウムとナト
リウムで乾燥後蒸留した。4−VBDMAは、水素化カ
ルシウムで乾燥し、減圧蒸留した後、さらにトリフェニ
ルメチルリシウム−臭化リシウム系で精製し真空蒸留を
行なった。Example 1 In benzene purified through a sodium mirror, styrene and 4-vinylbenzyldimethylamine (hereinafter, referred to as 4-vinylbenzyldimethylamine) with 3.4 × 10 −4 mol of sec-butyllithium as an initiator.
Abbreviated as VBDMA) and isoprene, 7 g of isoprene,
Styrene 15g, isoprene 7g, 4-VBDMA25
g and isoprene 7 g in this order to carry out polymerization by sequentially adding monomers in 5 steps to obtain polyC 1 -polyA -polyC 1 -poly
A raw block copolymer of B-polyC 1 type was obtained. Prior to the polymerization, styrene was dried with calcium hydride, distilled under reduced pressure, further purified with sodium benzophenone, and vacuum distilled. Isoprene was dried over calcium hydride and sodium and then distilled. 4-VBDMA was dried over calcium hydride, distilled under reduced pressure, further purified by a triphenylmethyllithium-lysium bromide system, and vacuum distilled.
このようにして得られた原ブロック共重合体の5重量%
のベンゼン溶液を用いて水銀上で溶媒蒸発法により厚さ
約50μmの原フィルムを作製した。この原フィルムを
ヨウ化メチル蒸気中でアミン部分を四級化し、さらに、
体積濃度が20%の一塩化イオウのニトロメタン溶液で
イソプレン部分を架橋した後、さらに、2%のクロルス
ルホン酸の1,2ジクロロエタン溶液でスチレン部分を
スルホン化した。5% by weight of the raw block copolymer thus obtained
A raw film having a thickness of about 50 μm was prepared by a solvent evaporation method on mercury using the benzene solution described in 1. This raw film was quaternized with an amine moiety in methyl iodide vapor, and
After cross-linking the isoprene moiety with a 20% by volume solution of sulfur monochloride in nitromethane, the styrene moiety was further sulfonated with a 2% solution of chlorosulfonic acid in 1,2 dichloroethane.
これらの化学処理の一つのステップ毎にフィルムを透過
型電子顕微鏡で観察したところ、原フィルムの3相ミク
ロ構造は本質的に変化することなく最後まで保たれてい
ることがわかった。また、最終的に得られた膜の陽イオ
ン交換容量は乾燥した樹脂1g当り0.95ミリ当量で
あり、陰イオン交換容量は0.60ミリ当量であった。Observation of the film with a transmission electron microscope at each step of these chemical treatments showed that the three-phase microstructure of the original film remained essentially unchanged. The cation exchange capacity of the finally obtained membrane was 0.95 meq and the anion exchange capacity was 0.60 meq per 1 g of dried resin.
透析試験に用いたセルは、膜によって仕切られたI室と
II室からなり、I室には脱塩を行いたい有機物を含む水
溶液を入れ、II室には透析液を外部から流すように工夫
されている。得られた両性イオン交換膜はこの透析セル
に装着され、I室に0.10mol/のサッカロースと0.
10mol/の食塩を含む水溶液を満たし、この液を撹拌し
つつ、II室に10-3mol/の食塩水を流し透析試験を行
った。この時、それぞれの室の水溶液には大気圧が加わ
るようにした。透析を開始してから20時間後、I室の
水溶液の食塩濃度は0.021mol/と約1/5に減少し
たが、サッカロース濃度は0.097mol/とほとんど
変らなかった。また、この時、I室の水溶液の体積もほ
とんど変らなかった。The cell used for the dialysis test was an I chamber separated by a membrane.
It consists of room II, and is designed so that room I contains an aqueous solution containing an organic substance to be desalted, and room II contains dialysate from the outside. The obtained amphoteric ion exchange membrane was attached to this dialysis cell, and 0.10 mol / saccharose and 0.1
A dialysis test was conducted by filling an aqueous solution containing 10 mol / min of sodium chloride, and agitating this liquid while pouring 10 −3 mol / min of saline into chamber II. At this time, atmospheric pressure was applied to the aqueous solution in each chamber. Twenty hours after starting the dialysis, the salt concentration of the aqueous solution in the chamber I was reduced to 0.021 mol / about 1/5, but the saccharose concentration was 0.097 mol /, which was almost unchanged. Further, at this time, the volume of the aqueous solution in the chamber I was almost unchanged.
実施例2 実施例1の透析試験において、II室に純水を流して透析
試験を行ったところ、実施例1とほとんど同じ効果が得
られた。Example 2 In the dialysis test of Example 1, when the dialysis test was conducted by flowing pure water into the II chamber, almost the same effect as that of Example 1 was obtained.
実施例3 実施例1の透析試験において、I室に0.30mol/の
サッカロースと0.10mol/の食塩を含む水溶液を満
たし、II室に0.30mol/のサッカロースと10-3mo
l/の食塩を含む水溶液を流して透析を行ったところ、
20時間後に、I室の食塩濃度とサッカロース濃度はそ
れぞれ0.016mol/と0.30mol/となり、I室
の水溶液の体積はほとんど変らなかった。Example 3 In the dialysis test of Example 1, chamber I was filled with an aqueous solution containing 0.30 mol / saccharose and 0.10 mol / salt, and chamber II was filled with 0.30 mol / sucrose and 10 −3 mo.
When dialysis was performed by flowing an aqueous solution containing l / salt,
After 20 hours, the salt concentration and the saccharose concentration in the chamber I were 0.016 mol / and 0.30 mol /, respectively, and the volume of the aqueous solution in the chamber I was almost unchanged.
実施例4 実施例3の透析試験において、ステンレスの網を用いて
膜を支持しつつ、II室に10-3mol/の食塩水を流し、
I室に5気圧の圧力を加えて透析実験を行ったところ、
20時間後に、I室の食塩とサッカロースの濃度はそれ
ぞれ0.018mol/と0.29mol/となった。Example 4 In the dialysis test of Example 3, while supporting the membrane using a stainless mesh, 10 −3 mol / saline solution was flown into the II chamber,
When a dialysis experiment was conducted by applying a pressure of 5 atm to the chamber I,
After 20 hours, the concentrations of sodium chloride and sucrose in room I were 0.018 mol / and 0.29 mol /, respectively.
実施例5 実施例1の透析実験において、I室に0.10mol/の
ビタミンB12と0.10mol/の食塩を含む水溶液を満
たし、同じ条件で透析試験を行ったところ、20時間
後、I室のビタミンB12と食塩の濃度はそれぞれ0.0
99mol/と0.022mol/となった。Example 5 In the dialysis experiment of Example 1, room I was filled with an aqueous solution containing 0.10 mol / vitamin B 12 and 0.10 mol / salt, and a dialysis test was conducted under the same conditions. The concentration of vitamin B 12 and salt in the chamber is 0.0 each
It became 99 mol / and 0.022 mol /.
実施例6 sec −ブチルリチウム1.3×10-4molを開始剤とし
て用い、実施例1と同様な方法で、ブタジエン3.4
g,スチレン6.6g,イソプレン6.8g,4−VB
DMA9.8g,ブタジエン3.5gを順に投入して、
polyC1−polyA−polyC2−polyB−polyC1型の5元
ブロック共重合を合成したところ、重合収率はほぼ10
0%であり、中間重合体と最終重合体の数平均分子量及
び最終重合体についての元素分析の結果は計算値とよく
一致した。この5元ブロック共重合体のジオキサン溶液
から作製したフィルムに実施例1と同様な方法でイオン
交換基の導入及び架橋を行ったところ、乾燥した膜1g
あたり1.2ミリ当量の陽イオン交換基と0.98ミリ
当量の陰イオン交換基をもつ両性イオン交換膜が得られ
た。Example 6 sec-Butyllithium 1.3 × 10 −4 mol was used as an initiator in the same manner as in Example 1 to obtain butadiene 3.4.
g, styrene 6.6 g, isoprene 6.8 g, 4-VB
DMA 9.8 g and butadiene 3.5 g are sequentially added,
A polyC 1 -polyA-polyC 2 -polyB-polyC 1 type five-block copolymer was synthesized, and the polymerization yield was about 10
It was 0%, and the number average molecular weights of the intermediate polymer and the final polymer and the results of elemental analysis of the final polymer were in good agreement with the calculated values. The film prepared from the dioxane solution of the quaternary block copolymer was introduced with an ion exchange group and crosslinked in the same manner as in Example 1 to obtain 1 g of a dried film.
As a result, an amphoteric ion exchange membrane having 1.2 meq of cation exchange group and 0.98 meq of anion exchange group was obtained.
この両性イオン交換膜を実施例1で用いた透析セルに装
着し、I室に分子量104のポリビニルアルコールと塩
化カリウムをそれぞれ10g/dlと0.1mol/を含む水
溶液を満たし、II室に10-3mol/の塩化カリウム水溶
液を流して透析試験を行ったところ、透析を開始してか
ら20時間後にI室の塩化カリウムとポリビニルアルコ
ールの濃度はそれぞれ0.020mol/と9.9g/dlと
なり、I室の水溶液の体積はほとんど変らなかった。This amphoteric ion-exchange membrane was attached to the dialysis cell used in Example 1, and the chamber I was filled with an aqueous solution containing 10 g / dl and 0.1 mol / mol of polyvinyl alcohol having a molecular weight of 10 4 and potassium chloride, respectively. When a dialysis test was conducted by flowing a -3 mol / potassium chloride aqueous solution, the concentrations of potassium chloride and polyvinyl alcohol in chamber I were 0.020 mol / and 9.9 g / dl, respectively, 20 hours after the start of dialysis. The volume of the aqueous solution in chamber I did not change much.
実施例7 実施例6の透析試験において、I室に0.050mol/
のグリシンと0.10mol/の食塩を含む水溶液を満た
し、同じ条件で透析試験を行ったところ、20時間後に
I室のグリシンと食塩の濃度はそれぞれ0.047mol/
と0.019mol/となり、その水溶液の体積はほと
んど変らなかった。Example 7 In the dialysis test of Example 6, 0.050 mol /
When a dialysis test was conducted under the same conditions with an aqueous solution containing glycine and 0.10 mol / salt of sodium chloride, the concentrations of glycine and sodium chloride in room I were 0.047 mol / s after 20 hours.
And 0.019 mol /, and the volume of the aqueous solution remained almost unchanged.
Claims (6)
イオン交換基をもつ高分子polyB+とを構成成分の一部
とするブロック共重合体からなる両性イオン交換膜の片
方の面を無機塩を含む有機化合物の水溶液であるI相に
接し、他の面を水またはI相より薄い無機塩の水溶液ま
たは任意の濃度の電離をしない有機化合物とI相より低
い濃度の無機塩を含む水溶液であるII相に接し、I相の
無機塩を含む有機化合物の水溶液から無機塩を選択的に
取り除くことを特徴とする両性イオン交換膜を用いた有
機化合物の脱塩方法。1. An amphoteric ion exchange membrane comprising a block copolymer having a polymer polyA − having a cation exchange group and a polymer polyB + having an anion exchange group as a part of its constituent components. It is in contact with the I phase which is an aqueous solution of an organic compound containing an inorganic salt, and contains water or an aqueous solution of an inorganic salt thinner than the I phase on the other side or an organic compound which does not ionize at any concentration and an inorganic salt having a lower concentration than the I phase. A method for desalting an organic compound using an amphoteric ion exchange membrane, which comprises contacting with phase II which is an aqueous solution and selectively removing the inorganic salt from the aqueous solution of the organic compound containing the phase I inorganic salt.
相に圧力を加えることを特徴とする特許請求の範囲1記
載の方法。2. An aqueous solution of an organic compound containing an inorganic salt, I.
A method according to claim 1, characterized in that pressure is applied to the phases.
入可能な高分子と陰イオン交換基を導入可能な高分子と
イオン交換基を導入させない高分子からなる原ブロック
共重合体に陽イオン交換基と陰イオン交換基とを導入し
て得られるものである特許請求の範囲第1項または第2
項に記載の方法。3. An amphoteric ion exchange membrane is a positive block copolymer composed of a polymer capable of introducing a cation exchange group, a polymer capable of introducing an anion exchange group and a polymer not capable of introducing an ion exchange group. Claim 1 or 2 which is obtained by introducing an ion exchange group and an anion exchange group.
The method described in the section.
せない高分子部分が架橋されている特許請求の範囲第3
項に記載の方法。4. The polymer part of the amphoteric ion exchange membrane which does not introduce an ion exchange group is crosslinked.
The method described in the section.
した高分子部分が架橋されている特許請求の範囲第3項
に記載の方法。5. The method according to claim 3, wherein the polymer portion introduced with the cation exchange group of the amphoteric ion exchange membrane is crosslinked.
した高分子部分が架橋されている特許請求の範囲第3項
に記載の方法。6. The method according to claim 3, wherein the polymer portion introduced with the anion exchange group of the amphoteric ion exchange membrane is crosslinked.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58074933A JPH0644977B2 (en) | 1983-04-30 | 1983-04-30 | Desalination method for organic compounds using amphoteric ion exchange membrane |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP58074933A JPH0644977B2 (en) | 1983-04-30 | 1983-04-30 | Desalination method for organic compounds using amphoteric ion exchange membrane |
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| JPS59203613A JPS59203613A (en) | 1984-11-17 |
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