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イオンバリヤー膜および該イオンバリヤー膜を使用した分離装置

国内特許コード P160013101
整理番号 H19-006
掲載日 2016年7月8日
出願番号 特願2007-024349
公開番号 特開2008-188518
登録番号 特許第4774520号
出願日 平成19年2月2日(2007.2.2)
公開日 平成20年8月21日(2008.8.21)
登録日 平成23年7月8日(2011.7.8)
発明者
  • 比嘉 充
出願人
  • 国立大学法人山口大学
発明の名称 イオンバリヤー膜および該イオンバリヤー膜を使用した分離装置
発明の概要 【課題】水、非電解質、有機溶媒を選択的透過させるイオンバリヤー膜を提供する。
【解決手段】陽イオン交換膜層が、ポリビニルアルコールと下記式で示される共重合体の混合物、陰イオン交換膜層が、ポリビニルアルコールとポリアリルアミンの混合物からなる。



【選択図】なし
従来技術、競合技術の概要


高分子マトリックス中に荷電基が存在する荷電膜は主にイオン交換膜として種々の膜が開発されており、広い分野に応用されている。例えば、我が国ではイオン交換膜を用いた電気透析装置を用いて海水を濃縮して製塩している。また、苛性ソーダ製造用の隔膜や工業廃水からの重金属や酸の回収に用いられている。



最近では燃料電池用の固体高分子電解質膜としてイオン交換膜が使用されている。



これらのイオン交換膜は殆ど全てが疎水性高分子を膜マトリックスに用いており、例えば、製塩、重金属や酸の回収にはスチレン-ジビニルベンゼン系イオン交換膜が、また苛性ソーダ用隔膜や燃料電池用固体高分子電解質膜にはパーフルオロカーボン系イオン交換膜が使用されている。



陽イオン交換膜層と陰イオン交換膜層を張り合わせた膜はバイポーラ膜として研究が行われており、一価イオン選択透過性、整流作用、水解離現象などの報告例があるがその多くは疎水性高分子を用いたものである。



本発明者等は親水性高分子であるポリビニルアルコールに高分子カチオンであるポリスチレンスルホン酸をブレンドして陽イオン交換膜(負荷電膜)を作製し、そのイオン透過性を検討した(非特許文献1参照)。また、ポリビニルアルコールに高分子アニオンであるポリアリルアミンをブレンドして陰イオン交換膜(正荷電膜)を作製し、そのイオン透過性を検討した(非特許文献2参照)。また、これらの膜を張り合わせてバイポーラ膜を作製し、拡散透析におけるイオン透過性を評価している(非特許文献3参照)。また、これらの陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を積層し、これを積層方向に切断することでモザイク荷電膜を作製して、拡散透析における電解質選択透過性を評価している(非特許文献4参照)。



そして、前記非特許文献1に記載の陰イオン交換膜と非特許文献2に記載の陽イオン交換膜を、陰イオン交換膜(N膜という)/陽イオン交換膜(P膜という)/陰イオン交換膜の順に接合した荷電構造を有するモデルNPN型膜でのイオン輸送現象をコンピューターシミュレーションにより解析する手法を検討した(非特許文献5参照)。

産業上の利用分野


この発明は、イオンバリヤー膜および該イオンバリヤー膜を使用した分離装置に関するものである。さらに詳しくは、この発明は、電解質を含む溶液から電解質の透過を抑制し相対的に溶媒や非電解質を透過させるというイオンバリヤー膜および該イオンバリヤー膜を使用した分離装置に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
水に可溶であり、加熱することによって皮膜を形成し、耐水性となり得る親水性を有する結晶性のポリビニルアルコールをマトリックスとする陽イオン交換膜層と、前記ポリビニルアルコールと同様の性質を有する結晶性のポリビニルアルコールをマトリックスとする陰イオン交換膜層が積層され、熱処理された、非荷電溶質や溶媒よりもイオンの透過性が相対的に低いことを特徴とするイオンバリヤー膜。

【請求項2】
前記陽イオン交換膜層のマトリックスおよび陰イオン交換膜層のマトリックスがいずれも熱処理によるミクロ領域の物理的架橋となる結晶化領域の増加の後に、化学結合による架橋を形成されてなるものであることを特徴とする請求項1記載のイオンバリヤー膜。

【請求項3】
前記陽イオン交換膜層が、ポリビニルアルコールと高分子アニオンの混合物、前記陰イオン交換膜層が、ポリビニルアルコールと高分子カチオンの混合物からなるものであることを特徴とする請求項1または2記載のイオンバリヤー膜。

【請求項4】
前記高分子アニオンがスルホン酸基を有する共重合体、前記高分子カチオンがポリアリルアミンであることを特徴とする請求項記載のイオンバリヤー膜。

【請求項5】
前記イオンバリヤー膜が、少なくとも前記陽イオン交換膜層の間に前記陰イオン交換膜層が積層された多層構造からなることを特徴とする請求項1、2、3、または4記載のイオンバリヤー膜。

【請求項6】
前記イオンバリヤー膜が、少なくとも前記陰イオン交換膜層の間に前記陽イオン交換膜層が積層された多層構造からなることを特徴とする請求項1、2、3、または4記載のイオンバリヤー膜。

【請求項7】
請求項1乃至に記載のいずれか1項に記載のイオンバリヤー膜を分離膜として具備することを特徴とする分離装置。

【請求項8】
電解質を含む溶液からの電解質の分離用である請求項記載の分離装置。

【請求項9】
前記溶液が、電解質水溶液、電解質と水-水と相溶性を有する有機溶媒からなる溶液、電解質と非電解質を含む水溶液、電解質と非電解質を含む水-水と相溶性を有する有機溶媒からなる溶液のうちのいずれかである請求項記載の分離装置。

【請求項10】
前記イオンバリヤー膜を透過させる駆動力が膜両面における濃度勾配に基づくことを特徴とする請求項記載の分離装置。

【請求項11】
前記イオンバリヤー膜を透過させる駆動力が膜両面における圧力勾配に基づくことを特徴とする請求項10記載の分離装置。

【請求項12】
前記溶液が、電解質水溶液、電解質と水-水と相溶性を有する有機溶媒からなる溶液のうちのいずれかであって、溶液から水または有機溶媒分離が浸透気化によることを特徴とする請求項9または10記載の分離装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 登録
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