滲透膜單元、滲透壓發(fā)電裝置、滲透膜處理單元以及滲透膜單元的制造方法
【專利說明】滲透膜單元、滲透壓發(fā)電裝置、滲透膜處理單元以及滲透膜 單元的制造方法
[0001] 本申請(qǐng)基于2014年3月14日申請(qǐng)的日本專利申請(qǐng)第2014-051919主張優(yōu)先權(quán)， 并將其全部?jī)?nèi)容援引至此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明的實(shí)施方式涉及滲透膜單元、滲透壓發(fā)電裝置、滲透膜處理單元以及滲透 膜單元的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 作為利用了滲透壓差的技術(shù)，已知有海水淡化法。作為對(duì)海水進(jìn)行脫鹽而使其淡 化的方式，反滲透膜（RO膜）法被廣泛實(shí)用化。反滲透膜法是如下的方法：為了從海水中取 出淡水，對(duì)滲透膜朝向滲透壓的相反方向施加壓力來進(jìn)行脫鹽。另外，被稱為正滲透膜（FO 膜）法的脫鹽方法是如下的方法：使用相同的滲透膜，但在支撐膜一側(cè)配置濃度比海水高 的碳酸銨水，從而在不施加壓力的情況下以碳酸銨的滲透壓吸入淡水。然后，通過對(duì)碳酸銨 溶液進(jìn)行加熱，使碳酸與氨分離而從水中釋放，殘留淡水。
[0004] 對(duì)于如上所述的利用了滲透壓的脫鹽處理裝置而言，為了支撐暴露于高水壓下的 RO膜或FO膜等滲透膜，大多數(shù)情況下是使用以將網(wǎng)狀體放入滲透膜之間而成的結(jié)構(gòu)制成 圓筒形的卷狀物的被稱為膜元件（element)的結(jié)構(gòu)物。
[0005] 對(duì)于這樣的膜元件而言，由合成纖維形成的網(wǎng)狀體支撐整體結(jié)構(gòu)。另外，在沒有使 用這樣的網(wǎng)狀體的情況下，就需要在滲透膜之下放入穿孔盤之類的支撐體。
[0006] 對(duì)于上述支撐滲透膜的網(wǎng)狀體而言，為了使海水順利地透過，優(yōu)選其開口率越高 越好。然而，另一方面，當(dāng)網(wǎng)狀體的開口率提高時(shí)，有時(shí)網(wǎng)狀體的強(qiáng)度會(huì)降低，從而對(duì)海水施 加的壓力受到限制，滲透效率降低。
[0007] 另外，對(duì)于正滲透膜法而言，由于在加熱時(shí)碳酸銨會(huì)被分解，因此淡化的成本可能 會(huì)增大。
[0008] 此外，作為利用了滲透壓的其他技術(shù)，已知有滲透壓發(fā)電法。在該發(fā)電方法中，使 對(duì)海水進(jìn)行脫鹽而使其淡化時(shí)所產(chǎn)生的濃縮海水與淡水經(jīng)由正滲透膜來接觸。而且，還開 發(fā)了一種滲透壓發(fā)電裝置，其利用濃縮海水與淡水的滲透壓差而使淡水滲透到濃縮海水一 偵牝從而提高濃縮海水的壓力，并作為發(fā)電用渦輪的驅(qū)動(dòng)介質(zhì)來利用。對(duì)于滲透壓發(fā)電裝置 而言，正滲透膜的淡水透過量越高，則發(fā)電效率越高。因此，為了有效地進(jìn)行發(fā)電，需要提高 正滲透膜的淡水透過量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 第一實(shí)施方式提供一種滲透膜單元，其具備：使鹽結(jié)構(gòu)化合物與由金屬形成的網(wǎng) 狀部件的表面結(jié)合而成的滲透壓誘導(dǎo)體；以及被配置為與所述滲透壓誘導(dǎo)體的至少一個(gè)面 接觸的滲透膜。
[0010] 第二實(shí)施方式提供一種滲透壓發(fā)電裝置，其具備：滲透膜模塊，其包含收納海水的 第一收納部、收納淡水的第二收納部和配置于所述第一收納部與所述第二收納部之間的上 述滲透膜單元；渦輪，其將被所述滲透膜模塊加壓后的海水作為驅(qū)動(dòng)介質(zhì)；以及發(fā)電機(jī)，其 與所述渦輪連接。
[0011] 第三實(shí)施方式提供一種滲透膜處理單元，其是將上述滲透膜單元多個(gè)并列配置而 成的滲透膜處理單元，其中，以使各個(gè)所述滲透膜單元的滲透壓誘導(dǎo)體彼此保持規(guī)定間隔 地對(duì)置的方式，形成有支撐所述滲透膜單元的彈性體，互相對(duì)置的所述滲透壓誘導(dǎo)體彼此 之間以及所述滲透膜彼此之間與互相獨(dú)立的不同流道連接。
[0012] 第四實(shí)施方式提供一種滲透膜單元的制造方法，其為上述滲透膜單元的制造方 法，其依次包括：將所述網(wǎng)狀部件浸漬在硅烷偶聯(lián)劑反應(yīng)液中的工序；以及對(duì)所述網(wǎng)狀部 件進(jìn)行鹽酸處理的工序。
【附圖說明】
[0013] 圖1是表示實(shí)施方式的滲透膜單元的剖視圖。
[0014] 圖2是表示實(shí)施方式的滲透壓發(fā)電裝置的概略構(gòu)成圖。
[0015] 圖3是表示第一實(shí)施方式的滲透膜處理單元的剖視圖。
[0016] 圖4是表示第二實(shí)施方式的滲透膜處理單元的剖視圖。
[0017] 圖5是表不實(shí)施例的結(jié)果的圖表。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，滲透膜單元具有滲透壓誘導(dǎo)體以及滲透膜。滲透壓誘導(dǎo)體是 使鹽結(jié)構(gòu)化合物與由金屬形成的網(wǎng)狀部件反應(yīng)而成的。滲透膜被配置為與所述滲透壓誘導(dǎo) 體的至少一個(gè)面接觸。
[0019] 以下，通過附圖等對(duì)滲透膜單元、滲透壓發(fā)電裝置、滲透膜處理單元以及滲透膜單 元的制造方法的各種實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0020] 下面，對(duì)滲透膜單元進(jìn)行說明。
[0021] 圖1是表示一個(gè)實(shí)施方式的滲透膜單元的剖視圖。
[0022] 滲透膜單元10具備：使鹽結(jié)構(gòu)化合物與由金屬形成的網(wǎng)狀部件結(jié)合而成的滲透 壓誘導(dǎo)體11;以及被配置為與所述滲透壓誘導(dǎo)體11的至少一個(gè)面11a接觸的滲透膜12。
[0023] 構(gòu)成滲透壓誘導(dǎo)體11的網(wǎng)狀部件由金屬例如鐵、銅、鋁或者包含它們的不銹鋼、 杜拉錯(cuò)（Duralumin)等合金構(gòu)成。作為網(wǎng)狀部件的一個(gè)例子，可以列舉出：不銹鋼制的金屬 纖維的燒結(jié)體（金屬過濾器）。
[0024] 構(gòu)成滲透壓誘導(dǎo)體11的網(wǎng)狀部件的開口直徑只要能夠采集數(shù)微米到100微米左 右的顆粒就行（數(shù)微米是指1 ym以上且低于10 ym)。作為一個(gè)例子，優(yōu)選使用具有能夠采 集粒徑為l〇ym~40 ym范圍的顆粒的開口直徑的網(wǎng)狀部件。
[0025] 當(dāng)網(wǎng)狀部件的采集顆粒的大小為10 ym以上時(shí)，能夠防止由壓損造成的流量減 少。另外，當(dāng)采集顆粒的大小為40 y m以下時(shí)，能夠提高使后述的鹽結(jié)構(gòu)化合物反應(yīng)時(shí)所產(chǎn) 生的滲透壓的效果。
[0026] 作為與網(wǎng)狀部件反應(yīng)的鹽結(jié)構(gòu)化合物，可以列舉出：能夠與構(gòu)成網(wǎng)狀部件的金屬 結(jié)合并且具有或提供鹽結(jié)構(gòu)的化合物，例如硅烷偶聯(lián)劑。硅烷偶聯(lián)劑利用存在于構(gòu)成網(wǎng)狀 部件的金屬的表面上的-OH基，與網(wǎng)狀部件的表面結(jié)合。在構(gòu)成網(wǎng)狀部件的金屬的表面上 存在金屬氧化物，局部會(huì)產(chǎn)生-OH基。
[0027] 對(duì)于該-OH基而言，根據(jù)需要，可以通過使酸與金屬表面反應(yīng)來使其增加。通過使 硅烷偶聯(lián)劑與這樣的網(wǎng)狀部件的-OH基結(jié)合（硅烷偶聯(lián)反應(yīng)），進(jìn)而對(duì)硅烷偶聯(lián)劑的氨基進(jìn) 行鹽酸處理，由此形成具備季鹽化（季銨陽(yáng)離子）后的鹽結(jié)構(gòu)的硅烷偶聯(lián)劑。
[0028] 與網(wǎng)狀部件結(jié)合的硅烷偶聯(lián)劑只要在包含與硅直接鍵合的碳的取代基中導(dǎo)入了 與水的親和性高的結(jié)構(gòu)就行，沒有特別限定。作為與水的親和性高的結(jié)構(gòu)，可以例示出：-〇H 基、 _NH2、_NH_、_N =、_NH3+、_NH2+_、= N = +等。
[0029] 作為具有與水的親和性尚的結(jié)構(gòu)的硅烷偶聯(lián)劑的具體例子，可以例不出： N -2_ (氨基乙基）_3_氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、N_2_ (氨基乙基）_3_氨基丙基二甲氧基 硅烷、N-2-(氨基乙基）-3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙 基三乙氧基硅烷、3-三乙氧基甲硅烷基-N-(l，3-二甲基-亞丁基）丙胺、N-苯基-3-氨基 丙基三甲氧基硅烷、N-(乙烯基芐基）-2-氨基乙基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、（3-脲基 丙基）三甲氧基硅烷、（3-脲基丙基）三乙氧基硅烷、三甲基[3-(三乙氧基硅烷基）丙基] 氯化銨等。它們也可以被酸、堿或其他離子賦予鹽結(jié)構(gòu)、賦予配位化合物結(jié)構(gòu)或賦予這兩種 結(jié)構(gòu)。
[0030] 滲透壓誘導(dǎo)體11是如下那樣得到的：如上所述，通過使硅烷偶聯(lián)劑與網(wǎng)狀部件結(jié) 合，進(jìn)而對(duì)氨基進(jìn)行鹽酸處理，由此使硅烷偶聯(lián)劑鹽結(jié)構(gòu)化。
[0031] 滲透膜12可以任意選擇，例如由使水透過而不使離子和鹽類等除了水以外的物 質(zhì)透過并且具有大概2nm以下的開口的膜形成。
[0032] 作為這樣的滲透膜12的構(gòu)成材料的例子，例如可以例示出：乙酸纖維素、芳香族 聚酰胺、聚乙烯醇、聚砜等。其中，乙酸纖維素主要用于海水淡化。芳香族聚酰胺雖然鹽類 的采集率高，但容易吸附雜質(zhì)，因此對(duì)使其透過的液體進(jìn)行前處理是重要的。聚砜由于鹽類 的采集率比較低，因此也可以與其他滲透膜組合等而作為復(fù)合膜來使用。
[0033] 滲透膜單元10是通過如下的方式得到的：僅以使上述這些滲透膜12與滲透壓誘 導(dǎo)體11相接觸的方式并列和/或重疊配置，或者將滲透膜12與滲透壓誘導(dǎo)體11重疊收納 在框體中。另外，也可以為使用某種接合劑將滲透膜12與滲透壓誘導(dǎo)體11直接接合而成 的結(jié)構(gòu)。接合劑可以任意選擇，例如可以列舉出：環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂等。
[0034] 滲透壓誘導(dǎo)體11也可以構(gòu)成為支撐柔軟的滲透膜12的支撐部件。此時(shí)，能夠通 過將滲透壓