整體型分離膜結(jié)構(gòu)體、整體型分離膜結(jié)構(gòu)體的制造方法及脫水方法
【專(zhuān)利摘要】整體型分離膜結(jié)構(gòu)體(100)包括：支撐體(211)和分離膜(300)。支撐體(211)由多孔質(zhì)材料構(gòu)成，且形成有多個(gè)貫通孔(TH1)。分離膜(300)在多個(gè)第一貫通孔(TH1)的內(nèi)側(cè)形成為筒狀，用于滲透汽化法或蒸汽滲透法。支撐體(211)中的氦氣的滲透阻力低于8.3×107Pa·sec/m2。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
整體型分離膜結(jié)構(gòu)體、整體型分離膜結(jié)構(gòu)體的制造方法及脫 水方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及用于滲透汽化法或蒸汽滲透法的整體型分離膜結(jié)構(gòu)體、整體型分離膜 結(jié)構(gòu)體的制造方法及脫水方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，已知包括具有過(guò)濾隔室和集水隔室的整體型基材、形成在過(guò)濾隔室的內(nèi)表 面上的分離膜的整體型分離膜結(jié)構(gòu)體(參見(jiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。整體型基材包括由多孔質(zhì)材料構(gòu) 成的支撐體。分離膜是用于滲透汽化法、蒸汽滲透法的氣體分離膜。
[0003] 此處，專(zhuān)利文獻(xiàn)1中，提出了調(diào)整過(guò)濾隔室和集水隔室的尺寸以便增大整體型分離 膜結(jié)構(gòu)體中的水通量(每單位膜面積的水蒸汽滲透速度)的方案。
[0004] 另外，專(zhuān)利文獻(xiàn)2中，提出了在包括管狀多孔質(zhì)基體和形成在多孔質(zhì)基體表面上的 分離膜的滲透汽化膜中，使多孔質(zhì)基體的他氣體滲透率達(dá)到200~7000(m 3/m2 ? h ? atm)以 便增大水通量的方案。
[0005] 現(xiàn)有專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0006] 專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0007] 專(zhuān)利文獻(xiàn)1:國(guó)際公開(kāi)第2010/134514號(hào) [0008] 專(zhuān)利文獻(xiàn)2:日本特許第3868479號(hào)說(shuō)明書(shū)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 但是，專(zhuān)利文獻(xiàn)1的方案中，因?yàn)楸仨毟呔鹊匦纬蛇^(guò)濾隔室和集水隔室，所以要 求不考慮過(guò)濾隔室和集水隔室的尺寸而增大水通量。另外，基體為整體型的情況下，即使像 專(zhuān)利文獻(xiàn)2那樣調(diào)整^氣體滲透率，在將滲透?jìng)?cè)減壓而進(jìn)行的滲透汽化分離中也會(huì)存在難 以提高水通量的問(wèn)題。
[0010] 本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，目的是提供能夠增大水通量的整體型分離膜結(jié) 構(gòu)體、整體型分離膜結(jié)構(gòu)體的制造方法及脫水方法。
[0011] 本發(fā)明所涉及的整體型分離膜結(jié)構(gòu)體包括支撐體、第一密封部、第二密封部、及分 離膜。支撐體由多孔質(zhì)材料構(gòu)成。在支撐體中形成有多個(gè)第一貫通孔和多個(gè)第二貫通孔。分 離膜在多個(gè)貫通孔的內(nèi)側(cè)形成為筒狀，用于滲透汽化法或蒸汽滲透法。第一密封部覆蓋支 撐體的第一端面。第二密封部覆蓋支撐體的第二端面。多個(gè)第一貫通孔各自的兩端在第一 密封部和第二密封部開(kāi)口。多個(gè)第二貫通孔各自的兩端被密封部件密封。支撐體中的氦氣 的滲透阻力低于 8.3X107Pa ? sec/m2〇
[0012] 根據(jù)本發(fā)明，能夠提供可以增大水通量的整體型分離膜結(jié)構(gòu)體、整體型分離膜結(jié) 構(gòu)體的制造方法及脫水方法。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1是整體型分離膜結(jié)構(gòu)體的立體圖。
[0014] 圖2是圖1的A-A截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面，參照附圖，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。以下的附圖的記載中，對(duì)相同或類(lèi)似的 部分賦予相同或類(lèi)似的符號(hào)。但是，附圖是示意性的，各尺寸的比率等有時(shí)與現(xiàn)實(shí)的比率不 同。因此，具體的尺寸等應(yīng)該參考以下的說(shuō)明進(jìn)行判斷。另外，附圖相互之間當(dāng)然也包含相 互的尺寸關(guān)系、比率不同的部分。
[0016] 以下的實(shí)施方式中，所謂"整體(monolithic)"，是指具有形成在長(zhǎng)度方向的多個(gè) 貫通孔的形狀，是包括蜂窩形狀的概念。
[0017] (整體型分離膜結(jié)構(gòu)體100的構(gòu)成）
[0018] 圖1是整體型分離膜結(jié)構(gòu)體100的立體圖。圖2是圖1的A-A截面圖。圖1中，部分地 示出了整體型分離膜結(jié)構(gòu)體100的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖1中的箭頭表示滲透分離成分、即水(水蒸 汽)的流動(dòng)。
[0019] 整體型分離膜結(jié)構(gòu)體100包括:整體型基材200和分離膜300。
[0020]整體型基材200具有:基材主體210、第一密封部220、及第二密封部230。
[0021] 基材主體210是多孔體?；闹黧w210被形成為圓柱狀?？梢允归L(zhǎng)度方向上的基材 主體210的長(zhǎng)度為150~2000mm，可以使寬度方向上的基材主體210的直徑為30~220mm，但 并不限定于此。
[0022] 基材主體210具有:第一端面S1、第二端面S2、及側(cè)面S3。第一端面S1設(shè)置在第二端 面S2的相反側(cè)。側(cè)面S3與第一端面S1和第二端面S2連接。
[0023] 基材主體210包括:支撐體211、多個(gè)第一封孔部212、多個(gè)第二封孔部213、排出流 路214、中間層215、及表層216。
[0024]支撐體211被形成為圓柱狀。在支撐體211的內(nèi)部形成有多個(gè)第一貫通孔TH1和多 個(gè)第二貫通孔TH2。第一貫通孔TH1和第二貫通孔TH2分別從第一端面S1貫通支撐體211至第 二端面S2。其中，第一貫通孔的兩端在第一密封部220和第二密封部230開(kāi)口，第二貫通孔 TH2的兩端在第一密封部220和第二密封部230未開(kāi)口。第一貫通孔TH1和第二貫通孔TH2的 截面形狀為圓形，但并不限定于圓形?？梢允沟谝回炌譚H1和第二貫通孔TH2的內(nèi)徑為1~ 5mm。如圖2所示，在與第一貫通孔TH1的中心軸AX垂直的徑向上，第一貫通孔TH1的內(nèi)徑R優(yōu) 選為2.5mm以下。另外，在徑向上，第一貫通孔TH1和第二貫通孔TH2的最短距離D優(yōu)選為 0.65mm以下?？梢耘c第一貫通孔TH1同等地設(shè)定第二貫通孔TH2的內(nèi)徑，但并不限定于此。 [0025]支撐體211由多孔質(zhì)材料構(gòu)成。作為支撐體211的多孔質(zhì)材料，可以使用陶瓷、金 屬、樹(shù)脂等，特別優(yōu)選多孔質(zhì)陶瓷材料。作為多孔質(zhì)陶瓷材料的骨料，可以使用氧化鋁 (Al 2〇3)、二氧化鈦(Ti02)、多鋁紅柱石(Al2〇 3 ? Si02)、陶瓷肩及堇青石(Mg2Al4Si5〇18)等，如 果考慮易得性、坯土穩(wěn)定性及耐腐蝕性，則特別優(yōu)選氧化鋁。支撐體211除含有多孔質(zhì)材料 以外，還可以含有無(wú)機(jī)粘結(jié)劑。作為無(wú)機(jī)粘結(jié)劑，可以使用二氧化鈦、多鋁紅柱石、易燒結(jié)性 氧化鋁、二氧化硅、玻璃料、粘土礦物、易燒結(jié)性堇青石中的至少一種。可以使支撐體211的 氣孔率為25%~50%?？梢允怪误w211的平均細(xì)孔徑為5wii~25wii?？梢酝ㄟ^(guò)壓汞法測(cè)定 支撐體211的平均細(xì)孔徑。可以使構(gòu)成支撐體211的多孔質(zhì)材料的平均粒徑為lwii~lOOwii。 本實(shí)施方式中，所謂"平均粒徑"，是使用SEM(Scanning Electron Microscope)觀察截面微 結(jié)構(gòu)所測(cè)得的30個(gè)待測(cè)粒子的最大直徑的算術(shù)平均值。
[0026] 該支撐體211中的氦氣的滲透阻力（以下稱(chēng)為He滲透阻力。）優(yōu)選低于8 ? 3 X 107Pa ? sec/m2,更優(yōu)選為5.6X107Pa ? sec/m2以下。因?yàn)橹误w211中的He滲透阻力是構(gòu)成 支撐體211的材料的物性值，所以支撐體211整體的He滲透阻力與支撐體211中的一部分的 He滲透阻力相同。因此，對(duì)于支撐體211中的He滲透阻力，無(wú)需測(cè)定支撐體211整體，只要測(cè) 定從支撐體211上切下的一部分即可。
[0027]另外，在支撐體211的制造過(guò)程中確認(rèn)He滲透阻力的情況下，通過(guò)使用從支撐體 211上切下的期望形狀(例如平板狀、棒狀等）的試驗(yàn)片，就能夠簡(jiǎn)單地測(cè)定He滲透阻力。但 是，也能夠使用采用與支撐體211相同的材料另行制作的期望形狀(例如管狀等）的試驗(yàn)片 來(lái)測(cè)定He滲透阻力。例如能夠依據(jù)JIS R 2115:1995(耐火磚的透氣率的試驗(yàn)方法)測(cè)定He 滲透阻力。根據(jù)該試驗(yàn)方法，He滲透阻力值幾乎不會(huì)因測(cè)定裝置、測(cè)定條件而發(fā)生變動(dòng)。另 外，可以不依該試驗(yàn)的規(guī)定而任意地變更試驗(yàn)片的尺寸、形狀，即使變更了試驗(yàn)片的尺寸、 形狀，也能夠測(cè)定支撐體211固有的He滲透阻力值。
[0028] 如后所述，在支撐體211的骨料中添加粗粒骨料或者在支撐體211的多孔質(zhì)材料中 添加造孔材料，由此，能夠容易地調(diào)整支撐體211中的He滲透阻力。所謂"粗粒骨料"，是具有 骨料的主原料的平均粒徑（1_~1〇〇_)的3倍以上的平均粒徑(5mi~500_)的粗粒子?？?以通過(guò)激光衍射法來(lái)測(cè)定骨料的平均粒徑。
[0029] 第一封孔部212(密封部件的一個(gè)例子)將第二貫通孔TH2在第一端面S1處的開(kāi)口 密封。第二封孔部213將第二貫通孔TH2在第二端面S2處的開(kāi)口密封。由此，第二貫通孔TH2 的兩端部被第一、第二封孔部212、213密封，從而，在第一、第二封孔部212、213之間形成集 水隔室〇。本實(shí)施方式中，如圖1所示，配置成多個(gè)集水隔室Cw在規(guī)定方向上排列。
[0030] 第一、第二封孔部212、213可以由與支撐體211同樣的材料構(gòu)成。第一、第二封孔部 212、213的氣孔率優(yōu)選為25~50%?？梢允沟谝?、第二封孔部212、213的長(zhǎng)度為10~20mm左 右。
[0031] 如圖1所示，排出流路214連接在規(guī)定方向上排列的多個(gè)集水隔室Cw。排出流路214 的兩端在側(cè)面S3開(kāi)口。本實(shí)施方式中，如圖1所示，在1個(gè)集水隔室Cw上設(shè)置有2條排出流路 214,能夠適當(dāng)變更排出流路214的數(shù)量和位置。
[0032]中間層215配置在支撐體211的第一貫通孔TH1的內(nèi)表面上。中間層215被形成為筒 狀。中間層215可以由與支撐體211同樣的材料構(gòu)成。中間層215可以含有支撐體211中使用 的無(wú)機(jī)粘結(jié)劑。用于中間層215的多孔質(zhì)材料和無(wú)機(jī)粘結(jié)劑與支撐體211中使用的多孔質(zhì)材 料和無(wú)機(jī)粘結(jié)劑可以種類(lèi)相同，也可以種類(lèi)不同。
[0033] 可以使徑向上的中間層215的厚度為30wii~200wii。可以使中間層215的氣孔率為 20%~60%。中間層215的平均細(xì)孔徑小于支撐體211的平均細(xì)孔徑?？梢允怪虚g層215的平 均細(xì)孔徑為0.005_~5_。可以通過(guò)ASTM F316(Standard Test Methods for Pore Size Characteristics of Membrane Filters by Bubble Point and Mean Flow Pore Test) 中記載的氣流法測(cè)定中間層215的平均細(xì)孔徑。構(gòu)成中間層215的多孔質(zhì)材料的平均粒徑小 于構(gòu)成支撐體211的多孔質(zhì)材料的平均粒徑?？梢允箻?gòu)成中間層215的多孔質(zhì)材料的平均粒 徑為O.lwii~30wii?？梢允箯较蛏系闹虚g層215的厚度為30wii~200wii。
[0034]應(yīng)予說(shuō)明，本實(shí)施方式中，未在第二貫通孔TH2(即、集水隔室Cw)內(nèi)設(shè)置中間層 215〇
[0035]表層216配置在中間層215的內(nèi)表面上。表層216被形成為筒狀。本實(shí)施方式所涉及 的表層216作為分離膜300的載體(基底層)起作用。表層216可以由與支撐體211同樣的材料 構(gòu)成，優(yōu)選含有氧化鋁、二氧化鈦?zhàn)鳛楣橇稀１韺?16可以含有支撐體211中使用的無(wú)機(jī)粘結(jié) 劑。
[0036] 可以使徑向上的表層216的厚度為lwii~50wii?？梢允贡韺?16的氣孔率為20%~ 60%。表層216的平均細(xì)孔徑小于中間層215的平均細(xì)孔徑?？梢允贡韺?16的平均細(xì)孔徑為 O.OOlwii~5wii。構(gòu)成表層216的多孔質(zhì)材料的平均粒徑小于構(gòu)成中間層215的多孔質(zhì)材料的 平均粒徑?？梢允箻?gòu)成表層216的多孔質(zhì)材料的平均粒徑為O.Olwii~20mi。
[0037]應(yīng)予說(shuō)明，本實(shí)施方式中，未在第二貫通孔TH2(即、集水隔室Cw)內(nèi)設(shè)置表層216。
[0038] 第一密封部220覆蓋第一端面S1的整面和側(cè)面S3的一部分。第一密封部220抑制流 入第一貫通孔TH1的混合流體從第一端面S1滲透到基材主體210中。以不會(huì)堵塞后述過(guò)濾隔 室Cf的流入口的方式形成第一密封部220。作為構(gòu)成第一密封部220的材料，可以使用玻璃、 金屬、橡膠、樹(shù)脂等，但如果考慮與基材主體210的熱膨脹系數(shù)的匹配性，則優(yōu)選玻璃。應(yīng)予 說(shuō)明，第一密封部220只要覆蓋第一端面S1即可，并不一定要覆蓋側(cè)面S3。第一密封部220覆 蓋側(cè)面S3的一部分的情況下，可以通過(guò)間插部件(0型環(huán)、墊圈等）來(lái)確保與收容基材主體 210的罐體之間的氣密性和水密性，該間插部件安裝于第一密封部220的形成在側(cè)面S3上的 部分。
[0039] 另外，如圖2所示，第一密封部220覆蓋第一封孔部212。由此抑制了混合流體滲透 到第一封孔部212中，所以能夠抑制混合流體流入集水隔室Cw中。
[0040] 第二密封部230覆蓋第二端面S2的整面和側(cè)面S3的一部分。第二密封部230抑制從 第一貫通孔TH1流出的混合流體從第二端面S2滲透到基材主體210中。以不會(huì)堵塞過(guò)濾隔室 Cf的流出口的方式形成第二密封部230。第二密封部230可以由與第一密封部220同樣的材 料構(gòu)成。應(yīng)予說(shuō)明，第二密封部230只要覆蓋第二端面S2即可，并不一定要覆蓋側(cè)面S3。第二 密封部230覆蓋側(cè)面S3的一部分的情況下，可以通過(guò)間插部件來(lái)確保與收容基材主體210的 罐體之間的氣密性和水密性，該間插部件安裝于第二密封部230的形成在側(cè)面S3上的部分。 [0041 ]另外，如圖2所示，第二密封部230覆蓋第二封孔部213。由此抑制了混合流體滲透 到第二封孔部213中，所以能夠抑制混合流體流入集水隔室Cw中。
[0042]分離膜300配置在第一貫通孔TH1的內(nèi)側(cè)。本實(shí)施方式中，分離膜300配置在表層 216的內(nèi)表面上。分離膜300被形成為筒狀。在分離膜300的內(nèi)側(cè)形成有混合流體流通的過(guò)濾 隔室Cf。
[0043]分離膜300為用于滲透汽化法的滲透汽化膜、用于蒸汽滲透法的蒸汽滲透膜或氣 體分離膜。作為該氣體分離膜，可以舉出公知的一氧化碳分離膜（例如參見(jiàn)日本特許第 4006107號(hào)公報(bào)）、氦氣分離膜(例如參見(jiàn)日本特許第3953833號(hào)公報(bào)）、氫氣分離膜(例如參 見(jiàn)日本特許第3933907號(hào)公報(bào)）、碳膜(例如參見(jiàn)日本特開(kāi)2003 - 286018號(hào)公報(bào)）、DDR型沸石 膜（例如參見(jiàn)日本特開(kāi)2004 - 66188號(hào)公報(bào)）、二氧化娃膜（例如參見(jiàn)國(guó)際公開(kāi)第2008/ 050812號(hào)小冊(cè)子)等。例如分離膜300為滲透汽化膜，在混合流體為乙醇水溶液的情況下，透 過(guò)分離膜300的水(水蒸汽)透過(guò)整體型基材200而從側(cè)面S3或排出流路214流出，未透過(guò)分 離膜300的乙醇從過(guò)濾隔室Cf流出。
[0044]應(yīng)予說(shuō)明，本實(shí)施方式中，未在第二貫通孔TH2的內(nèi)表面上配置分離膜300。
[0045](整體型分離膜結(jié)構(gòu)體100的制造方法）
[0046]首先，制備上述的支撐體211的多孔質(zhì)材料。此時(shí)，優(yōu)選在骨料中添加粗粒骨料和 造孔材料中的至少一者。由此，能夠?qū)⒅误w211中的He滲透阻力簡(jiǎn)單地調(diào)整為低于8.3 X 107Pa ? sec/m2。添加粗粒骨料的情況下，例如只要相對(duì)于平均粒徑lym~lOOwii的氧化錯(cuò)，添 加5wt%~40wt%左右的平均粒徑50wii~300wii的粗粒氧化錯(cuò)即可。另外，添加造孔材料的 情況下，只要相對(duì)于骨料，添加 O.lwt%~20wt%左右的造孔材料即可。作為造孔材料，例如 可以使用吸水聚合物、有機(jī)物、高分子、木材等可燃性微粉末。應(yīng)予說(shuō)明，可以將粗粒骨料和 造孔材料并用。
[0047]接著，通過(guò)制備的多孔質(zhì)材料來(lái)形成具有多個(gè)第一貫通孔TH1和多個(gè)第二貫通孔 TH2的支撐體211的成型體。作為該成型體的形成方法，除使用了真空擠壓成型機(jī)的擠壓成 型法以外，可以使用沖壓成型法、澆鑄成型法。
[0048]接著，使用尖銳的夾具在支撐體211的成型體內(nèi)形成與在規(guī)定方向排列的多個(gè)第 二貫通孔TH2連接的排出流路214。
[0049 ]接著，在第一、第二封孔部212、213的多孔質(zhì)材料中添加有機(jī)粘合劑、燒結(jié)助劑、pH 調(diào)整劑、表面活性劑等來(lái)制作封孔部用漿料。接下來(lái)，在支撐體211的成型體的兩端面貼附 聚酯等膜，在膜的與第二貫通孔TH2對(duì)應(yīng)的部分穿設(shè)出孔。之后，將支撐體211的成型體的兩 端部壓入放在容器中的封孔部用漿料內(nèi)，由此，形成第一、第二封孔部212、213的成型體。 [0050]接著，對(duì)支撐體211及第一、第二封孔部212、213的成型體進(jìn)行燒成(例如、500 °C~ 1500°(：、0.5小時(shí)~80小時(shí)），由此，形成支撐體211及第一、第二封孔部212、213。
[0051 ]接著，在中間層215的多孔質(zhì)材料中添加有機(jī)粘合劑、燒結(jié)助劑、pH調(diào)整劑、表面活 性劑等來(lái)制作中間層用漿料。接下來(lái)，通過(guò)使用中間層用漿料的過(guò)濾法在第一貫通孔TH1的 內(nèi)表面上形成中間層215的成型體。之后，對(duì)中間層215的成型體進(jìn)行燒成（例如、500°C~ 1450°C、0.5小時(shí)~80小時(shí)），由此，形成中間層215。
[0052]接著，在表層216的多孔質(zhì)材料中添加燒結(jié)助劑、pH調(diào)整劑、表面活性劑等來(lái)制備 表層用漿料。接下來(lái)，通過(guò)使用表層用漿料的過(guò)濾法在中間層215的內(nèi)表面上形成表層216 的成型體。之后，對(duì)表層216的成型體進(jìn)行燒成（例如、500°C~1450°C、0.5小時(shí)~80小時(shí)）， 由此，形成表層216。
[0053]接著，在表層216的內(nèi)表面上形成分離膜300。作為分離膜300的形成方法，只要根 據(jù)分離膜300的種類(lèi)使用適當(dāng)?shù)姆椒纯伞?br>[0054](作用和效果）
[0055] 目前，包括滲透汽化膜、蒸汽滲透膜等氣體分離膜的整體型分離膜結(jié)構(gòu)體中，因?yàn)?對(duì)滲透?jìng)?cè)（即、側(cè)面S3的外側(cè))進(jìn)行減壓，所以存在因水蒸汽膨脹而使壓力損失大幅增加的 問(wèn)題。
[0056] 因此，本發(fā)明的發(fā)明人等進(jìn)行了潛心研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，整體型分離膜結(jié)構(gòu)體中，整 體型基材、特別是支撐體中的氣體滲透阻力對(duì)水通量(每單位膜面積的水蒸汽滲透速度)造 成很大影響。
[0057] 本實(shí)施方式中，使支撐體211中的He滲透阻力低于8.3X107Pa ? sec/m2。由此，能夠 使整體型分離膜結(jié)構(gòu)體100的水通量提高。
[0058]另外，在支撐體211的骨料中添加粗粒骨料或者在支撐體211的多孔質(zhì)材料中添加 造孔材料，由此，能夠容易地調(diào)整支撐體211中的He滲透阻力。
[0059](其它實(shí)施方式）
[0060]以上說(shuō)明了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，但本發(fā)明并不限定于上述實(shí)施方式，可以在 不脫離發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)進(jìn)行多種變更。
[0061 ] (A)上述實(shí)施方式中，基材主體210具有支撐體211、中間層215及表層216，也可以 不具有中間層215和表層216中的至少一者?；闹黧w210不具有中間層215和表層216這兩 者的情況下，分離膜300被配置在支撐體211的第一貫通孔TH1的內(nèi)表面上?；闹黧w210不 具有表層216的情況下，分離膜300被配置在中間層215的內(nèi)表面上。中間層215、表層216各 自可以為單層，也可以由多個(gè)層構(gòu)成。
[0062] (B)上述實(shí)施方式中，支撐體211具有集水隔室Cw和排出流路214,也可以不具有集 水隔室〇和排出流路214。
[0063] (C)上述實(shí)施方式中，排出流路214的截面形狀為矩形，也可以為圓形、橢圓形、除 四邊形以外的多邊形等。
[0064] 實(shí)施例
[0065] 以下，說(shuō)明本發(fā)明所涉及的整體型基材的實(shí)施例。但是，本發(fā)明并不限定于以下說(shuō) 明的實(shí)施例。
[0066] (樣品No. 1~No .6的制作）
[0067]如下制作樣品No. 1~No. 6所涉及的整體型分離膜結(jié)構(gòu)體。
[0068]首先，在平均粒徑30mi的氧化鋁100質(zhì)量份中添加無(wú)機(jī)粘結(jié)劑20質(zhì)量份，再加入 水、分散劑及增稠劑，進(jìn)行混煉，由此，制備出多孔質(zhì)材料。此時(shí)，樣品No. 3~No .5中，添加平 均粒徑lOOwii的粗粒氧化鋁20質(zhì)量份。另外，樣品No. 6中，作為造孔材料，添加吸水聚合物2 質(zhì)量份。
[0069] 接著，對(duì)制備的多孔質(zhì)材料進(jìn)行擠壓成型，由此，形成具有多個(gè)第一貫通孔和多個(gè) 第二貫通孔的支撐體的成型體。此時(shí)，樣品No.5中，更換擠壓成型機(jī)的噴嘴來(lái)變更各貫通孔 的內(nèi)徑、貫通孔彼此的最短距離。
[0070] 接著，使用尖銳的夾具在支撐體的成型體內(nèi)形成與第二貫通孔連接的排出流路。
[0071] 接著，在封孔部用的多孔質(zhì)材料中添加有機(jī)粘合劑、燒結(jié)助劑、pH調(diào)整劑、表面活 性劑等來(lái)制作封孔部用漿料。接下來(lái)，在支撐體的成型體的兩端面貼附聚酯等膜，在膜的與 第二貫通孔對(duì)應(yīng)的部分穿設(shè)出孔。之后，將支撐體的成型體的兩端部壓入放在容器中的封 孔部用漿料內(nèi)，在第二貫通孔TH2的兩端部形成封孔部的成型體。由此，形成集水隔室。 [0072]接著，對(duì)支撐體的成型體進(jìn)行燒成（1250°C、1小時(shí))來(lái)制作支撐體。對(duì)于各樣品，各 準(zhǔn)備(p30tnm和cplSOmm這樣2種。各樣品的支撐體中的He滲透阻力及第一貫通孔和第 二貫通孔的最短距離如表1所示。He滲透阻力是使用對(duì)制備的多孔質(zhì)材料進(jìn)行擠壓成型所 制作的管狀試驗(yàn)片而測(cè)得的值。
[0073]接著，在氧化鋁中添加玻璃、水、粘合劑來(lái)制備中間層用漿料，通過(guò)使用中間層用 漿料的過(guò)濾法，在第一貫通孔的內(nèi)表面上形成中間層的成型體。接下來(lái)，對(duì)中間層的成型體 進(jìn)行燒成(950°C、3小時(shí)），由此，形成中間層。各樣品的中間層的厚度和He滲透阻力如表1所 示。用以下方法算出中間層中的He滲透阻力。首先，形成管狀支撐體，向支撐體的內(nèi)部供給 氦氣，在3處測(cè)定氦氣流量和氦氣壓力損失，由該測(cè)定值算出每單位流速的壓力損失。接著， 在支撐體的內(nèi)表面上形成中間層，由此，制作出管狀的帶中間層的支撐體。接著，向帶中間 層的支撐體的內(nèi)部供給氦氣，在3處測(cè)定氦氣流量和氦氣壓力損失，由該測(cè)定值算出每單位 流速的壓力損失。接著，從帶中間層的支撐體中的每單位流速的壓力損失中減去支撐體中 的每單位流速的壓力損失，從而算出中間層中的每單位流速的壓力損失。接著，用中間層中 的每單位流速的壓力損失除以中間層的厚度來(lái)算出中間層中的He滲透阻力(Pas/m 2)。
[0074]接著，在二氧化鈦中添加粘合劑、水來(lái)制備表層用漿料，通過(guò)使用表層用漿料的過(guò) 濾法在中間層的內(nèi)表面上形成表層的成型體。接下來(lái)，對(duì)表層的成型體進(jìn)行燒成(950°C、3 小時(shí)），由此，形成表層。各樣品的表層的厚度和He滲透阻力如表1所示。用以下方法算出表 層中的He滲透阻力。首先，在帶中間層的支撐體的內(nèi)表面上形成表層，由此，制作出管狀的 帶表層的支撐體。接著，向帶表層的支撐體的內(nèi)部供給氦氣，在3處測(cè)定氦氣流量和氦氣壓 力損失，由該測(cè)定值算出每單位流速的壓力損失。接著，從帶表層的支撐體中的每單位流速 的壓力損失中減去支撐體中的每單位流速的壓力損失和中間層中的每單位流速的壓力損 失，從而算出表層中的每單位流速的壓力損失。接著，用表層中的每單位流速的壓力損失除 以表層的厚度來(lái)算出表層中的He滲透阻力(Pas/m 2)。
[0075]接著，對(duì)于以上制作的基材主體，測(cè)定透水量(每單位面積的水通量)和犯氣體滲 透量(每單位面積的N2滲透通量）。在測(cè)定N2氣體滲透量時(shí)，使?jié)B透?jìng)?cè)為大氣壓以便抑制N2氣 體膨脹。測(cè)定結(jié)果如表1所示。
[0076]接著，使用國(guó)際公開(kāi)第2010/134514號(hào)中記載的方法在表層的內(nèi)表面上形成碳膜。 由此，形成過(guò)濾隔室。過(guò)濾隔室的直徑、即碳膜的內(nèi)徑如表1所示。
[0077](水通量的測(cè)定）
[0078] 將各樣品所涉及的整體型分離膜結(jié)構(gòu)體裝入分離裝置內(nèi)，對(duì)滲透?jìng)?cè)進(jìn)行減壓來(lái)進(jìn) 行滲透汽化分離，由此，測(cè)定出水通量。具體而言，將整體型分離膜結(jié)構(gòu)體裝入罐體內(nèi)，一邊 用真空栗將集水隔室側(cè)減壓至lOTorr，一邊使乙醇水溶液(濃度50質(zhì)量％、50°C)在過(guò)濾隔 室中反復(fù)流通。通過(guò)冷阱裝置冷卻并回收滲透的水蒸汽，由其質(zhì)量和濃度算出水通量(每單 位膜面積的水滲透速度）。將算出結(jié)果示于表1。
[0079] 【表1】
[0081] 如表1所示，基材主體中，中間層和表層的厚度對(duì)水的滲透量(透水量）、N2滲透量 造成很大影響。這是因?yàn)橹虚g層和表層的He滲透阻力大于支撐體的He滲透阻力。但是，中間 層和表層的厚度對(duì)水通量的值幾乎沒(méi)有影響，該水通量的值是對(duì)滲透?jìng)?cè)進(jìn)行減壓通過(guò)滲透 汽化分離測(cè)得的。即，即使減薄中間層和表層的厚度，也很難使?jié)B透汽化分離、蒸汽滲透分 離中的水通量提高。
[0082] 另一方面，比較樣品No. 1、2和樣品No. 3、4可知:對(duì)透水量、N2滲透量造成的影響小 的支撐體的He滲透阻力對(duì)水通量造成很大影響。原因是:對(duì)滲透?jìng)?cè)進(jìn)行減壓的滲透汽化膜、 蒸汽滲透膜中，支撐體位置配置在絕對(duì)壓力低于中間層、表層的位置。在該處，氣體體積大 幅膨脹，所以支撐體部分的壓力損失的影響增大。進(jìn)而，支撐體的壓力損失使中間層、表層 位置的絕對(duì)壓力上升，由此使氣體的膨脹減小，在中間層、表層位置，壓力損失相對(duì)減小。這 是目前尚屬未知的新見(jiàn)解。
[0083]具體而言，可知：優(yōu)選使支撐體中的He滲透阻力低于8.3X107Pa ? sec/m2,特別優(yōu) 選使支撐體中的He滲透阻力為5.6X107Pa ? sec/m2以下。
[0084] 通過(guò)添加粗粒骨料、造孔材料來(lái)增大支撐體的氣孔率、細(xì)孔徑，能夠降低He滲透阻 力。另外，通過(guò)減小過(guò)濾隔室和集水隔室的間隔，也能夠降低He滲透阻力。具體而言，只要減 小支撐體中的第一貫通孔和第二貫通孔的間隔或者減小第一貫通孔和第二貫通孔的內(nèi)徑 即可。
[0085] 應(yīng)予說(shuō)明，因?yàn)闇p小第一貫通孔和第二貫通孔的間隔或者減小第一貫通孔和第二 貫通孔的內(nèi)徑使每單位體積的分離膜的面積提高，所以能夠使分離膜的水滲透流量(kg/ h ?條)提尚。
[0086] 符號(hào)說(shuō)明
[0087] 100整體型分離膜結(jié)構(gòu)體
[0088] 200整體型基材
[0089] 210基材主體
[0090] 211支撐體
[0091] 215中間層
[0092] 216 表層
[0093] 300分離膜
[0094] TH1第一貫通孔
[0095] TH2第二貫通孔
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種整體型分離膜結(jié)構(gòu)體，包括： 支撐體，所述支撐體由多孔質(zhì)材料構(gòu)成，且形成有多個(gè)第一貫通孔和多個(gè)第二貫通孔， 第一密封部，所述第一密封部覆蓋所述支撐體的第一端面， 第二密封部，所述第二密封部覆蓋所述支撐體的第二端面， 用于滲透汽化法或蒸汽滲透法的分離膜，所述分離膜在所述多個(gè)第一貫通孔的內(nèi)側(cè)形 成為筒狀； 所述多個(gè)第一貫通孔各自的兩端在所述第一密封部和所述第二密封部開(kāi)口， 所述多個(gè)第二貫通孔各自的兩端被密封部件密封， 所述支撐體中的氦氣的滲透阻力低于8.3X107Pa · sec/m2。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的整體型分離膜結(jié)構(gòu)體，其中， 所述支撐體中的氦氣的滲透阻力為5.6X107Pa · sec/m2以下。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的整體型分離膜結(jié)構(gòu)體，其中， 所述多個(gè)第一貫通孔各自的內(nèi)徑為2.5mm以下。4. 根據(jù)權(quán)利要求1~3中的任一項(xiàng)所述的整體型分離膜結(jié)構(gòu)體，其中， 所述多個(gè)第一貫通孔中的各第一貫通孔和所述多個(gè)第二貫通孔中的各第二貫通孔的 最短距離為0.65mm以下。5. -種整體型分離膜結(jié)構(gòu)體的制造方法，包括以下工序： 制備含有骨料的多孔質(zhì)材料， 由所述多孔質(zhì)材料形成具有多個(gè)第一貫通孔和多個(gè)第二貫通孔的支撐體， 對(duì)所述多個(gè)第二貫通孔各自的兩端開(kāi)口進(jìn)行密封， 在所述多個(gè)第一貫通孔的內(nèi)側(cè)以筒狀形成用于滲透汽化法或蒸汽滲透法的分離膜； 所述支撐體中的氦氣的滲透阻力低于8.3X107Pa · sec/m2。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的整體型分離膜結(jié)構(gòu)體的制造方法，其中， 所述制備多孔質(zhì)材料的工序中，通過(guò)在所述骨料中添加粗粒骨料和造孔材料中的至少 一者，將所述支撐體中的氦氣的滲透阻力調(diào)整為低于8.3 X 107Pa · sec/m2。7. -種脫水方法，包括以下工序： 通過(guò)將含水有機(jī)化合物液體供給到權(quán)利要求1~4中的任一項(xiàng)所述的整體型分離膜結(jié) 構(gòu)體的所述多個(gè)第一貫通孔中，將水從所述含水有機(jī)化合物液體中分離出來(lái)。
【文檔編號(hào)】B01D63/00GK106029212SQ201580009163
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2015年2月27日
【發(fā)明人】寺西慎, 市川明昌, 鈴木秀之
【申請(qǐng)人】日本礙子株式會(huì)社