渗透膜单元、渗透压发电装置、渗透膜处理单元以及渗透膜单元的制造方法
【专利说明】渗透膜单元、渗透压发电装置、渗透膜处理单元以及渗透膜 单元的制造方法
[0001] 本申请基于2014年3月14日申请的日本专利申请第2014-051919主张优先权， 并将其全部内容援引至此。
技术领域
[0002] 本发明的实施方式涉及渗透膜单元、渗透压发电装置、渗透膜处理单元以及渗透 膜单元的制造方法。
【背景技术】
[0003] 作为利用了渗透压差的技术，已知有海水淡化法。作为对海水进行脱盐而使其淡 化的方式，反渗透膜（RO膜）法被广泛实用化。反渗透膜法是如下的方法：为了从海水中取 出淡水，对渗透膜朝向渗透压的相反方向施加压力来进行脱盐。另外，被称为正渗透膜（FO 膜）法的脱盐方法是如下的方法：使用相同的渗透膜，但在支撑膜一侧配置浓度比海水高 的碳酸铵水，从而在不施加压力的情况下以碳酸铵的渗透压吸入淡水。然后，通过对碳酸铵 溶液进行加热，使碳酸与氨分离而从水中释放，残留淡水。
[0004] 对于如上所述的利用了渗透压的脱盐处理装置而言，为了支撑暴露于高水压下的 RO膜或FO膜等渗透膜，大多数情况下是使用以将网状体放入渗透膜之间而成的结构制成 圆筒形的卷状物的被称为膜元件（element)的结构物。
[0005] 对于这样的膜元件而言，由合成纤维形成的网状体支撑整体结构。另外，在没有使 用这样的网状体的情况下，就需要在渗透膜之下放入穿孔盘之类的支撑体。
[0006] 对于上述支撑渗透膜的网状体而言，为了使海水顺利地透过，优选其开口率越高 越好。然而，另一方面，当网状体的开口率提高时，有时网状体的强度会降低，从而对海水施 加的压力受到限制，渗透效率降低。
[0007] 另外，对于正渗透膜法而言，由于在加热时碳酸铵会被分解，因此淡化的成本可能 会增大。
[0008] 此外，作为利用了渗透压的其他技术，已知有渗透压发电法。在该发电方法中，使 对海水进行脱盐而使其淡化时所产生的浓缩海水与淡水经由正渗透膜来接触。而且，还开 发了一种渗透压发电装置，其利用浓缩海水与淡水的渗透压差而使淡水渗透到浓缩海水一 侦牝从而提高浓缩海水的压力，并作为发电用涡轮的驱动介质来利用。对于渗透压发电装置 而言，正渗透膜的淡水透过量越高，则发电效率越高。因此，为了有效地进行发电，需要提高 正渗透膜的淡水透过量。
【发明内容】
[0009] 第一实施方式提供一种渗透膜单元，其具备：使盐结构化合物与由金属形成的网 状部件的表面结合而成的渗透压诱导体；以及被配置为与所述渗透压诱导体的至少一个面 接触的渗透膜。
[0010] 第二实施方式提供一种渗透压发电装置，其具备：渗透膜模块，其包含收纳海水的 第一收纳部、收纳淡水的第二收纳部和配置于所述第一收纳部与所述第二收纳部之间的上 述渗透膜单元；涡轮，其将被所述渗透膜模块加压后的海水作为驱动介质；以及发电机，其 与所述涡轮连接。
[0011] 第三实施方式提供一种渗透膜处理单元，其是将上述渗透膜单元多个并列配置而 成的渗透膜处理单元，其中，以使各个所述渗透膜单元的渗透压诱导体彼此保持规定间隔 地对置的方式，形成有支撑所述渗透膜单元的弹性体，互相对置的所述渗透压诱导体彼此 之间以及所述渗透膜彼此之间与互相独立的不同流道连接。
[0012] 第四实施方式提供一种渗透膜单元的制造方法，其为上述渗透膜单元的制造方 法，其依次包括：将所述网状部件浸渍在硅烷偶联剂反应液中的工序；以及对所述网状部 件进行盐酸处理的工序。
【附图说明】
[0013] 图1是表示实施方式的渗透膜单元的剖视图。
[0014] 图2是表示实施方式的渗透压发电装置的概略构成图。
[0015] 图3是表示第一实施方式的渗透膜处理单元的剖视图。
[0016] 图4是表示第二实施方式的渗透膜处理单元的剖视图。
[0017] 图5是表不实施例的结果的图表。
【具体实施方式】
[0018] 根据一个实施方式，渗透膜单元具有渗透压诱导体以及渗透膜。渗透压诱导体是 使盐结构化合物与由金属形成的网状部件反应而成的。渗透膜被配置为与所述渗透压诱导 体的至少一个面接触。
[0019] 以下，通过附图等对渗透膜单元、渗透压发电装置、渗透膜处理单元以及渗透膜单 元的制造方法的各种实施方式进行说明。
[0020] 下面，对渗透膜单元进行说明。
[0021] 图1是表示一个实施方式的渗透膜单元的剖视图。
[0022] 渗透膜单元10具备：使盐结构化合物与由金属形成的网状部件结合而成的渗透 压诱导体11;以及被配置为与所述渗透压诱导体11的至少一个面11a接触的渗透膜12。
[0023] 构成渗透压诱导体11的网状部件由金属例如铁、铜、铝或者包含它们的不锈钢、 杜拉错（Duralumin)等合金构成。作为网状部件的一个例子，可以列举出：不锈钢制的金属 纤维的烧结体（金属过滤器）。
[0024] 构成渗透压诱导体11的网状部件的开口直径只要能够采集数微米到100微米左 右的颗粒就行（数微米是指1 ym以上且低于10 ym)。作为一个例子，优选使用具有能够采 集粒径为l〇ym~40 ym范围的颗粒的开口直径的网状部件。
[0025] 当网状部件的采集颗粒的大小为10 ym以上时，能够防止由压损造成的流量减 少。另外，当采集颗粒的大小为40 y m以下时，能够提高使后述的盐结构化合物反应时所产 生的渗透压的效果。
[0026] 作为与网状部件反应的盐结构化合物，可以列举出：能够与构成网状部件的金属 结合并且具有或提供盐结构的化合物，例如硅烷偶联剂。硅烷偶联剂利用存在于构成网状 部件的金属的表面上的-OH基，与网状部件的表面结合。在构成网状部件的金属的表面上 存在金属氧化物，局部会产生-OH基。
[0027] 对于该-OH基而言，根据需要，可以通过使酸与金属表面反应来使其增加。通过使 硅烷偶联剂与这样的网状部件的-OH基结合（硅烷偶联反应），进而对硅烷偶联剂的氨基进 行盐酸处理，由此形成具备季盐化（季铵阳离子）后的盐结构的硅烷偶联剂。
[0028] 与网状部件结合的硅烷偶联剂只要在包含与硅直接键合的碳的取代基中导入了 与水的亲和性高的结构就行，没有特别限定。作为与水的亲和性高的结构，可以例示出：-〇H 基、 _NH2、_NH_、_N =、_NH3+、_NH2+_、= N = +等。
[0029] 作为具有与水的亲和性尚的结构的硅烷偶联剂的具体例子，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-亚丁基）丙胺、N-苯基-3-氨基 丙基三甲氧基硅烷、N-(乙烯基苄基）-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] 氯化铵等。它们也可以被酸、碱或其他离子赋予盐结构、赋予配位化合物结构或赋予这两种 结构。
[0030] 渗透压诱导体11是如下那样得到的：如上所述，通过使硅烷偶联剂与网状部件结 合，进而对氨基进行盐酸处理，由此使硅烷偶联剂盐结构化。
[0031] 渗透膜12可以任意选择，例如由使水透过而不使离子和盐类等除了水以外的物 质透过并且具有大概2nm以下的开口的膜形成。
[0032] 作为这样的渗透膜12的构成材料的例子，例如可以例示出：乙酸纤维素、芳香族 聚酰胺、聚乙烯醇、聚砜等。其中，乙酸纤维素主要用于海水淡化。芳香族聚酰胺虽然盐类 的采集率高，但容易吸附杂质，因此对使其透过的液体进行前处理是重要的。聚砜由于盐类 的采集率比较低，因此也可以与其他渗透膜组合等而作为复合膜来使用。
[0033] 渗透膜单元10是通过如下的方式得到的：仅以使上述这些渗透膜12与渗透压诱 导体11相接触的方式并列和/或重叠配置，或者将渗透膜12与渗透压诱导体11重叠收纳 在框体中。另外，也可以为使用某种接合剂将渗透膜12与渗透压诱导体11直接接合而成 的结构。接合剂可以任意选择，例如可以列举出：环氧树脂、丙烯酸树脂等。
[0034] 渗透压诱导体11也可以构成为支撑柔软的渗透膜12的支撑部件。此时，能够通 过将渗透压