(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給流れを受け入れる表面を有する逆浸透膜であって、逆浸透膜は、
（ａ）多孔質の支持体膜、
（ｂ）多孔質の支持体膜の上の弁別層であって、ポリアミンと多官能価の酸ハロゲン化物との界面重合生成物を含む弁別層、および
（ｃ）ハロゲンに曝露したときに可逆的に反応することによって逆浸透膜の表面上にハロアミンを形成する窒素含有種、
を含み、窒素含有種は前記ポリアミン以外の供給源から誘導されたものである、前記逆浸透膜。
【請求項２】
窒素含有種は弁別層の中に含まれている、請求項１に記載の逆浸透膜。
【請求項３】
窒素含有種は弁別層にグラフトされている、請求項１に記載の逆浸透膜。
【請求項４】
窒素含有種は弁別層の上に被覆されている、請求項１に記載の逆浸透膜。
【請求項５】
逆浸透膜は弁別層の上に耐汚れ性の層をさらに含み、そして窒素含有種は耐汚れ性の層の中に含まれている、請求項１に記載の逆浸透膜。
【請求項６】
窒素含有種はアミン、イミド、スルホンアミド、ヒダントイン、イミダゾリジン-４-オン、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１に記載の逆浸透膜。
【請求項７】
弁別層はナノ粒子をさらに含む、請求項１に記載の逆浸透膜。
【請求項８】
弁別層は、ポリアミンと、多官能価の酸ハロゲン化物と、流量を増大させる添加剤との界面重合生成物を含む、請求項１に記載の逆浸透膜。
【請求項９】
耐汚れ性の逆浸透膜を製造する方法であって、
（ａ）請求項１に記載の逆浸透膜を用意すること、および
（ｂ）逆浸透膜の表面をハロゲンを含む水性供給流れに曝露し、それによって逆浸透膜の表面上にハロアミンを形成すること、
を含む前記方法。
【請求項１０】
水性供給流れは塩素を含み、そしてハロアミンはクロラミンを含む、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
関連出願についてのクロス・リファレンス
［０００１］本出願は米国仮出願６１/０４５,２６２号（２００８年４月１５日提出）；６１/０４５,２３４号（２００８年４月１５日提出）；６１/０４５,２３７号（２００８年４月１５日提出）；６１/０４５,２４７号（２００８年４月１５日提出）；６１/０４５,２４９号（２００８年４月１５日提出）；６１/０４５,２５２号（２００８年４月１５日提出）；６１/０７９,７９４号（２００８年７月１０日提出）；６１/０８８,６６６号（２００８年８月１３日提出）；６１/１０４,９０５号（２００８年１０月１３日提出）；６１/１２２,３４１号（２００８年１２月１２日提出）；６１/１２２,３４２号（２００８年１２月１２日提出）；６１/１２２,３４３号（２００８年１２月１２日提出）；６１/１２２,３４４号（２００８年１２月１２日提出）；６１/１２２,３４５号（２００８年１２月１２日提出）；６１/１２２,３４６号（２００８年１２月１２日提出）；６１/１２２,３４７号（２００８年１２月１２日提出）；６１/１２２,３４８号（２００８年１２月１２日提出）；６１/１２２,３５０号（２００８年１２月１２日提出）；６１/１２２,３５１号（２００８年１２月１２日提出）；６１/１２２,３５２号（２００８年１２月１２日提出）；６１/１２２,３５４号（２００８年１２月１２日提出）；６１/１２２,３５５号（２００８年１２月１２日提出）；６１/１２２,３５７号（２００８年１２月１３日提出）；６１/１２２,３５８号（２００８年１２月１３日提出）；６１/１５６,３８８号（２００９年２月２７日提出）；６１/１５６,３９４号（２００９年２月２７日提出）；６１/１６４,０３１号（２００９年３月２７日提出）；および６１/１２２,２１４号（２００９年６月２９日提出）の利益を請求し、そして本出願はＰＣＴ/ＵＳ/２００９/０６１１０９号（２００９年１０月１６日提出）の一部継続出願であり、それはＰＣＴ/ＵＳ/２００９/０６０９２９号（２００９年１０月１６日提出）の一部継続出願であり、それはＰＣＴ/ＵＳ/２００９/０６９２７号（２００９年１０月１５日提出）の一部継続出願であり、それはＰＣＴ/ＵＳ/２００９/０６０９２４号（２００９年１０月１５日提出）の一部継続出願であり、それは米国特許出願１２/４２４,５３３号（２００９年４月１５日提出）の一部継続出願であり、以上の出願の内容の全てが、参考文献としてここに取り込まれる。
【０００２】
［０００２］本発明は、薄膜複合材料（ＴＦＣ：thin film composite）あるいは類似の膜のような弁別膜に関するもので、例えば、窒素および／または窒素放出・含有化合物など、ハロゲンに触れたときにハラミン（halamine）化合物を形成する少なくとも一つの添加剤および／またはアルカリ土類金属、ｍｈＴＭＣおよび選択された他の元素を含むその他の添加剤を含めたナノ粒子添加剤を含有する混成ＴＦＣ膜、特に、例えば水を浄化するための逆浸透または正浸透に有用な膜に関する。
【背景技術】
【０００３】
［０００３］多孔質の支持体膜の上で無極性相（例えば有機相）中のモノマーと極性相（例えば水性相）中のモノマーとの界面重合によって製造される逆浸透膜はＴＦＣ膜として知られていて、それらは、例えば水の浄化において必要とされるような、流量および相当な拒絶特性が必要とされる場合に用いられる。拒絶特性を低下させることなく流量を増大させる期待の下に様々な物質がＴＦＣ膜に添加されてきたが、限定された効果しか得られていない。さらに、そのような膜においては、例えば浄化すべき塩水または海水からの汚染物質がＴＦＣ膜の弁別層の表面に蓄積すると考えられるので、詰まりが生じるために流量が低下してしまう。
【０００４】
［０００４］ＴＦＣ膜は１９７０年代頃に利用できるようになり、幾つかのＲＯ（reverse osmosis：逆浸透）の目的のために商業的に好結果が得られることが証明された。透過性すなわち流量、拒絶性（rejection）および耐汚れ性などの膜の操作特性を改良するために、さらに相当な開発が成された。
【０００５】
［０００５］例えば米国特許４,９５０,４０４号（Ｃｈａｕ）に示されるように、１９８０年代の末期に、界面重合のために酸ハロゲン化物溶液と接触させる前に水溶液に極性非プロトン性溶媒を添加し、それによって得られる膜の操作特性を向上させることが提案された。
【０００６】
［０００６］例えば米国特許５,９８９,４２６号（Ｈｉｒｏｓｅ）に示されるように、１９９０年代の中ごろに、膜の特性を改良するために、界面重合を行う前に選択されたアルコール、エーテル、ケトン、エステル、ハロゲン化炭化水素、窒素含有化合物および硫黄含有化合物を添加することが提案された。
【０００７】
［０００７］例えば米国特許５,６９３,２２７号（Ｃｏｓｔａ）に示されるように、１９９０年代の中ごろに、界面重合を促進するために水性相に触媒を添加し、それにより滑らかな表面を有するＴＦＣ膜を製造することが提案された。
【０００８】
［０００８］例えば米国特許６,５６２,２６６号（Ｍｉｃｋｏｌｓ）に示されるように、２０００年頃に、界面重合を行う前にリンまたは他の物質を含む化合物を錯生成剤としてハロゲン化アシル（アシルハリド）に添加することが提案された。添加された物質とハロゲン化アシルの間で錯体が形成される結果として、ごく微量の添加された物質が弁別膜の中に保持されるものとされた。
【０００９】
［０００９］ＴＦＣ膜のための多くの様々な提案された配合物は、幾つかの場合には、様々な膜操作特性（例えば流量、拒絶性および耐汚れ性）を有し、それらの特性によりＴＦＣ膜は異なる目的のためにより適したものとなる。これらの目的は典型的には、流入する水の質、プラントの設計、および製品としての水に必要とされる品質によって定められ、これらを合わせてプラントの運転条件（例えば必要な加圧力）が設定される。例えば、塩水を浄化するのに用いられる膜は通常、海水の淡水化のために有用な膜よりも実質的に低い塩分に遭遇することが予期され、そして実質的に低い圧力で操作される。
【００１０】
［０００１０］塩水のＲＯのために用いられるＴＦＣ膜のための典型的な仕様は、約２０００ｐｐｍ（１００万分の１）以下の予定された塩分を有する塩水について約２２０ｐｓｉの使用圧力で操作されるとき、少なくとも２０ＧＦＤ（１平方フィート当り、１日につき、ろ過される液体のガロン量）の最少流量および最少で９９.５％の塩の拒絶率が必要とされるであろう。一方、海水のＲＯのために用いられるＴＦＣ膜のための典型的な仕様は、３２０００ｐｐｍ以上の予定された塩分を有する海水について約８００ｐｓｉの使用圧力で操作されるとき、２０ＧＦＤの最少流量および最少で９９.５％の塩の拒絶率が必要とされるであろう。
【００１１】
［０００１１］塩水の用途（すなわち低い圧力および低い負荷量における用途）に適したＴＦＣ膜は、海水の浄化のために用いられる高い圧力と高い塩分において操作されるときは、一般的には良好に機能しないだろう。海水のために用いられる塩分と操作条件の下でのＴＦＣ膜の性能を正確に予知するための明確な方法は無いが、しかし、そのような膜は一般に、塩分が増大するにつれて透過性と拒絶性能を失う、ということができる。
【００１２】
［０００１２］例として、Ｍｉｃｋｏｌｓは、その実施例３５において、特定のリン化合物添加剤の使用を開示していて、２０００ｐｐｍの塩分について１５０ｐｓｉにおいて操作されるとき、１９.５ＧＦＤと９９.６％の拒絶率を含む膜操作特性を有するＴＦＣ膜が製造される、としている。これらの特性は塩水の逆浸透のためには適しているかもしれないが、海水の逆浸透において必要とされる条件の下での使用に適したＴＦＣ膜の処方におけるそれらの情報をいかに利用するかを予知するための合理的な方法は、そのＴＦＣ膜を用意して試験する以外には無い。
【００１３】
［０００１３］公的に入手できる情報に基づけば、海水の逆浸透に適した膜特性を有するＴＦＣ膜は通常、先行技術に記載された様々な添加剤を用いずに製造され、これはおそらく、そのような添加剤はＴＦＣ膜の拒絶性に有害な作用を及ぼす傾向があるためである。
【００１４】
［０００１４］海水の淡水化のために設計された在来のＴＦＣ膜に伴う一つの共通する問題は、品質の制御と製品性能の変化性である。すなわち、海水のＲＯのための予測可能な流量、拒絶性および耐汚れ性を有するＴＦＣ膜を製作することは非常に難しく、製造設備はある場合には特定の製品を用意することができず、あるいは必要な膜特性を維持するためには製品の処方を変更する必要があると考えられる。
【００１５】
［０００１５］最近になって、ＷＯ ２００６/０９８８７２号（Ｈｏｅｋ他）、ＷＯ２００８/０５７８４２号、およびＵＳ ２００８/０２３７１２６号に開示されているように、ＵＣＬＡのナノ材料および膜技術研究所（Nanomaterials & Membrane Technology Research Laboratory）は、操作圧力におけるＴＦＣ膜の操作特性を改良するためにＬＴＡのような特定のナノ粒子および他の物質の添加を利用することができることを明らかにし、そして海水の逆浸透において用いるのに適した塩分を予期した。
【００１６】
［０００１６］水の供給における制生物剤としての塩素の使用は良く知られている。しかし、在来のＲＯ膜は典型的に塩素に対して不安定であり、供給水中のかなり低い用量の塩素に晒されるとしばしば化学的に劣化し、そして膜が不純物を拒絶する能力はそこなわれる。ＲＯ膜は塩素への曝露によって損傷されるが、それは、弁別層の末端のアミン基あるいはポリマーの主鎖の一部を構成するアミン基のいずれかにおける化学反応によるものであると考えられる。その結果、在来のＲＯ膜については典型的に、膜の損傷が生じるのを防ぐために、追加の工程において供給水から塩素が除去されてきた。この追加の工程の費用に加えて、供給水からの塩素の除去は、生物生長が発生しうる膜の領域をもたらす。その結果、ＲＯ膜の生物付着は、ＲＯ系の性能を制限する普及した問題である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】米国特許４,９５０,４０４号（Ｃｈａｕ）
【特許文献２】米国特許５,９８９,４２６号（Ｈｉｒｏｓｅ）
【特許文献３】米国特許５,６９３,２２７号（Ｃｏｓｔａ）
【特許文献４】米国特許６,５６２,２６６号（Ｍｉｃｋｏｌｓ）
【特許文献５】ＷＯ ２００６/０９８８７２号（Ｈｏｅｋ他）
【特許文献６】ＷＯ ２００８/０５７８４２号
【特許文献７】ＵＳ ２００８/０２３７１２６号
【発明の概要】
【００１８】
［０００１７］必要とされているものは、ＴＦＣ膜を製作するための技術、特に海水の逆浸透のために必要な高い圧力と塩分において操作するのに適していて、添加剤を用いずに製造されるＴＦＣ膜から得られるよりも高い流量を有するＴＦＣ膜を製作するための技術である。そのような望ましいＴＦＣ膜はまた、相当に高い塩の拒絶率、好ましくは約９９.５％程度の拒絶率を有していなければならない。
【００１９】
［０００１８］同様に必要とされているものは、膜の表面での生物膜の形成（例えば汚染物の堆積）から生じる流量の低下を防ぐための技術、および膜の塩素安定性を向上させることによって塩素に対するＲＯタイプの膜の劣化を防止するかあるいは最少にするための技術である。
【００２０】
［０００１９］また、同様の方法で同様の化学的材料を用いるが添加剤を用いずに製造されるＴＦＣ膜と比べて、より増大した耐汚れ性と高い流量および高い拒絶率を有することも望ましいであろう。
【００２１】
［０００２０］さらに、そのようなＴＦＣ膜を、予測可能な特性を伴って安定した歩留りで製造できることが望ましいであろう。
［０００２１］さらに、塩素または他のハロゲンへの曝露によって再び充填する（recharge）ことのできる制生物性の表面特性を有する耐汚れ性のＴＦＣ膜を製造できることが望ましいであろう。
【００２２】
［０００２２］さらに、塩素処理された水に対して使用するために、在来のＴＦＣ膜ほどには塩素による劣化を受けにくいＴＦＣ膜を製造することが望ましいであろう。
［０００２３］さらに、塩素処理された水に対して使用するために、在来のＴＦＣ膜ほどには塩素による劣化を受けにくい耐汚れ性のＴＦＣ膜を製造し、そして好ましくは、それらの膜を、それらの耐汚れ性の有効性を維持するために再充填する（recharge）ことのできる耐汚れ性のＴＦＣ ＲＯ膜にすることが望ましいであろう。
【００２３】
［０００２４］また、海水の浄化以外に、（これらに限定するものではないが）塩水の浄化、廃水の再利用、超純水の生成、工業用水の処理、その他のＲＯ作業、正浸透および圧力抑制浸透などの多くの他の用途のための膜操作特性を有するＴＦＣ膜も必要とされる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】［０００２５］図１は、ＴＦＣ膜１０を製作する工程において用いられる層について説明するブロック図であり、添加剤１６が水性相１４の中に存在する。
【図２】［０００２６］図２は、ＴＦＣ膜１０を製作する工程において用いられる層について説明するブロック図であり、添加剤１６が有機相１８の中に存在する。
【図３】［０００２７］図３は、ＴＦＣ膜１０を製作する工程において用いられる層について説明するブロック図であり、添加剤１６が水性相１４と有機相１８の両方の中に存在する。
【図４】［０００２８］図４は、ＴＦＣ膜１０を製作する工程において用いられる層について説明するブロック図であり、添加剤１６が有機相１８の中および多孔質の支持体膜１２と水性相１４の間の水溶液１１の中に存在する。
【図５】［０００２９］図５は、ＴＦＣ膜の使用を示すブロック図であり、ＴＦＣ膜は逆浸透処理において弁別層２４の中に添加剤１６を有する。
【図６】［０００３０］図６は、逆浸透処理におけるＴＦＣ膜１０の操作を示すブロック図であり、ＴＦＣ膜において添加剤１６は弁別層２４の界面重合の際に付与されたものである。
【図７】［０００３１］図７は、逆浸透処理における親水性層３０を含むＴＦＣ膜１０の操作を示すブロック図であり、添加剤１６は弁別層２４の界面重合の際および支持体１２と布２０を製作する際に付与されたものである。
【図８】［０００３２］図８は、膜１０の分解組み立て図であり、ナノ構造化された添加剤のような添加剤１６が弁別膜２４の上面および／または下面に貫入している。
【図９】［０００３３］図９は、膜１０の分解組み立て図であり、ナノ構造化された添加剤のような添加剤１６が弁別膜２４と支持体１２の間に存在する。
【図１０】［０００３４］図１０は、製作する際の支持体膜１２の概略図であり、ナノ粒子添加剤のような添加剤１６を含む流延溶液１３が、ガラス板１５の上の布２０の上に被覆される。
【図１１】［０００３５］図１１は、一加水分解（mono-hydrolyzed）ＴＭＣすなわちｍｈＴＭＣの化学構造である。
【図１２】［０００３６］図１２は、合成ｍｈＴＭＣの純度の １Ｈ-ＮＭＲ分析を示すグラフである。
【図１３】［０００３７］図１３は、添加剤１６（例えばｍｈＴＭＣロット１）の濃度が増大するときの流量と拒絶率の曲線３２、３４をグラフで示したもので、偏向軸Ａ４４を囲むｍｈＴＭＣまたは他の添加剤１６の好ましい濃度の範囲（陰影の領域４５）を示し、流量の増大と拒絶率の低下につれて一つ以上の非直線性または偏向が生じると思われ、また、添加剤１６の濃度を示す偏向軸Ｂ４６は膜１０が損傷することを示すと思われる。
【図１４】［０００３８］図１４は、添加剤１６（例えばｍｈＴＭＣロット２）の濃度が増大するときの流量と拒絶率の曲線３６、３８および添加剤１６（例えばろ過されたｍｈＴＭＣロット２）の濃度が増大するときの流量と拒絶率の曲線４０、４２をグラフで示したもので、偏向軸Ａ４８を含む添加剤１６の好ましい濃度の範囲（陰影の領域４９）を示し、流量の増大と拒絶率の低下につれて一つ以上の非直線性または偏向が生じると思われる。
【図１５】［０００３９］図１５は、ＬＴＡ添加剤１６を伴う膜１０、別の添加剤１６を伴う膜１０、およびこの図面で示される最初の二つの膜において用いられたＬＴＡと他の添加剤を含む添加剤１６を伴う混成膜１０における時間に関する流量の低下をグラフで比較したものである。
【図１６】［０００４０］図１６は、弁別層２４の上の窒素を含有する耐汚れ性の層５２およびこれらの間に挟まれたセンサー５４を有する混成ＴＦＣＲＯ膜１０の態様のブロック図である。
【図１７】［０００４１］図１７は、窒素ポリマー５８を含むように示された弁別層２４の上の耐汚れ性の層５２の中に明確な窒素含有領域またはドメイン（分域）５６を有する混成ＴＦＣ膜１０の別の態様のブロック図である。
【図１８】［０００４２］図１８と図１９は、汚れ防止と弁別保護の技術についての可能性のある作用の幾つかを説明する作用流れ図である。
【図１９】図１８と図１９は、汚れ防止と弁別保護の技術についての可能性のある作用の幾つかを説明する作用流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
［０００４３］塩素などのハロゲンを用いてＲＯ膜の供給流れ接触表面上にハラミンを形成することによって、ＲＯ膜に耐汚れ性能を付与することができる。
［０００４４］ＴＦＣ膜や混成ＴＦＣ ＲＯ膜など、幾つかのＲＯ膜は、塩素処理された供給水の中の塩素などのハロゲンからの操作性の劣化を受ける。ハロゲンと反応してハラミンを形成するものであるハラミン形成化合物は、少なくとも二つの異なる目的のために提供される。弁別層へ移動してそれを損傷するであろうハロゲンは、ハラミンに転換される。ハラミンはハロゲンを弁別層に接触させずにおき、従って、弁別層を保護する。
【００２６】
［０００４５］ハラミン形成化合物、すなわちハロゲンに晒されたときにハラミンを形成する化合物は、以下で説明する窒素の種類（species）を含み、そして本明細書ではハロゲン反応性窒素または単に反応性窒素と記述されるかもしれない。さらに、ハロゲンと反応してハラミンを形成するハロゲン反応性窒素または他のハラミン形成化合物を過剰に用いると、耐汚れ性の目的のために犠牲にされた供給流れ接触表面上にハラミンを補充するためのさらなるハロゲンの添加が可能になる。さらに、そのようにして形成されたハラミンは殺生物剤として作用することができ、また膜の表面上での生物膜の形成を防止する。
【００２７】
［０００４６］簡単な例として、過剰量のハロゲン反応性窒素を、例えば塩素処理された水を浄化するために用いられる混成ＴＦＣ膜として、ＲＯ膜の中および／または上および／または前で有利に用いることができる。いったん充填が行われると、すなわち、過剰なハロゲン反応性窒素または他のハラミン形成化合物の適当量が塩素に晒されると、そこからクロラミン（chloramines）が形成され、膜の供給流れ表面上のクロラミンは汚れ防止剤として作用する。すなわち、そうでなければ汚染物として供給流れ接触面上に堆積するであろう供給流れ中の生物学的汚染物質とクロラミンが相互に作用する。その結果、供給流れ表面は、供給流れ中の塩素の抗細菌作用とＲＯ膜の供給流れ表面上のクロラミン中の塩素の両者によって保護されるであろう。
【００２８】
［０００４７］クロラミンまたはその他のハラミンは、耐汚れ性の層の供給流れ表面上、すなわち供給流れに最初に遭遇する層の表面上に最初に生じる傾向がある。形成されたクロラミンの層は耐汚れ性の層の供給流れ表面の貫通を低減させることができ、それによって弁別層を塩素による損傷から保護する。
【００２９】
［０００４８］充填（charging）は、塩素処理された供給水の中の塩素が塩素反応性の窒素と反応してクロラミンが形成されることによって、自然に行われるだろう。塩素を直接適用することによって、例えば供給流れの表面に汚染されていない塩素含有溶液を適用することによって、クロラミンが生成するようにして膜を充填するのが好ましいかもしれない。さらに、過剰量のハロゲン反応性窒素のために、より多くの塩素を添加して供給流れ表面上により多くのクロラミンが生成するように、充填を間欠的に繰り返しても良いであろう。これは再充填と呼ぶことができて、塩素化されていないが（あるいはほんのわずかに塩素化されているが）しかし生物学的に汚染された供給流れを用いてＲＯ膜を操作するときに、特に有用であろう。
【００３０】
［０００４９］最初の充填と一回目の再充填との間の操作の間隔（さらには次の再充填との間の操作の間隔）は、予測に基づいて、あるいは操作の履歴に基づいて決めることができる。しかしながら、その合間に行われる塩素のようなハロゲンの検知に基づいて決めるのが有利であろう。というのは、そのハロゲンは弁別層の方へ移動し、そこでそれは、例えば供給流れの中の塩分に対するＲＯ膜の拒絶性の効果を低下させることによって弁別層を化学的に劣化させるかもしれないからである。供給流れの表面と弁別層の間に検知器（例えばＲＦＩＤ検知器）を配置することによって、塩素の前進を検知するのが有利かもしれない。再充填が必要な時を表示するために、塩素が弁別層における供給流れの表面に（あるいはそこからの所定の距離に）いつ到達したかを、検知器の読取り（好ましくは遠隔探査検知器からの読取り）が表示するであろう。
【００３１】
［０００５０］耐汚れ性の被覆層において、過剰量の反応性窒素の種類は、多くの異なる形で供給され得る。例えば、窒素の種類は、弁別膜を形成するための界面重合が行われる前に有機相に添加することができる。その結果、その反応性窒素の種類は典型的に、弁別層のポリマーの内部の分離したドメインまたは領域の中に含まれることになる。適切に充填されると、ハロゲン反応性窒素の種類は、界面重合によって形成された弁別層における供給流れの表面にクロラミンを形成するであろう。それにより、適切な条件の下で、耐汚れ性の層は、弁別層における供給流れの表面の内部および／または表面上に形成される。
【００３２】
［０００５１］あるいは、反応性窒素の種類またはその他のハラミン形成物質は、弁別層の表面に付与された被覆層の成分および／またはその被覆層に添加された成分であってもよい。反応性窒素のようなハラミン形成物質は、弁別層に関して上述したドメインの中に含まれていてもよく、あるいは耐汚れ性の被覆層を形成するための被覆層の全体にわたって分散していてもよい。
【００３３】
［０００５２］ここで記述される耐汚れ性の層または被覆層は、浄化すべき塩素化または非塩素化供給水および／またはＲＯ膜集成体の使用寿命を長くするために定期的または間欠的に再充填される塩素化または非塩素化供給水とともに用いられるのが有利であろう。
【００３４】
［０００５３］第一の側面において、耐汚れ性の逆浸透（ＲＯ）膜を製造する方法がここで提供され、この方法は、ＲＯ膜を形成することと、供給流れとＲＯ膜の間にハラミンを含む耐汚れ性の層を形成することを含み、このとき、耐汚れ性の層は、ハラミンが存在するときの供給流れ中にある細菌のような生物学的物質と反応することによってＲＯ膜の汚れを低減する。ハラミンを形成するためにＲＯ膜に適用されるハロゲンと反応する形で、反応性窒素を耐汚れ性の層に添加してもよい。ハロゲンは供給流れからＲＯ膜に適用されてもよい。
【００３５】
［０００５４］窒素と反応してハラミンを形成するハロゲンを単独で耐汚れ性の層に充填してもよいし、あるいは、窒素と反応してハラミンを形成するハロゲンを、供給流れ中のハロゲンとして耐汚れ性の層に充填してもよい。ＲＯ膜がハロゲンによって操作上の損傷を受ける前に、窒素と反応して追加のハラミンを形成する追加のハロゲンを耐汚れ性の層に充填してもよい。被覆層の中のハロゲンが十分に減少して耐汚れ性の層の汚れ防止の効力が実質的に低下したときに、再充填が行われるだろう。さらに、再充填は、耐汚れ性の層の中のハラミンの含有量が決まった量まで低下したときに、予定に従って行われてもよい。
【００３６】
［０００５５］例えば、再充填は、耐汚れ性の層の中のハラミンの含有量が充填した直後の値の少なくとも１０％〜９０％、２５％〜７５％あるいは約５０％の範囲まで低下したときに、予定に従って行われてもよい。
【００３７】
［０００５６］ハロゲンがいつＲＯ膜を貫通したか、あるいは貫通しかけているか、あるいはその近くにあるかを判定するために、検知器（これは遠隔式に読取り可能なものでもよい）を供給流れとＲＯ膜の間に配置してもよい。遠隔式に読取り可能な検知器の出力に従って、再充填を予定通りに行うことができる。
【００３８】
［０００５７］耐汚れ性の層におけるハロゲン反応性窒素の種類は、耐汚れ性のＲＯ膜に適用されるハロゲンと反応してハラミンを形成するアミン、イミド、スルホンアミド、ヒダントイン（５,５ 二置換）またはイミダゾリジン-４-オンの形で付与することができる。
【００３９】
［０００５８］耐汚れ性の層におけるこのような窒素の種類は、別の物質の中に分散した反応性窒素からなる明確な領域またはドメインの形（例えばナノ粒子の形）になっていてもよく、窒素からなるこの明確な領域は、耐汚れ性のＲＯ膜に適用されるハロゲンと反応してハラミンを形成する。あるいは、この窒素の種類は、それ自体が窒素の種類を含んでいるかあるいは含んでいない物質とともに分散されていてもよい。
【００４０】
［０００５９］耐汚れ性の層は、ハロゲンに対して高い耐性を有するポリマーとすることができて、そしてそのような耐性を有するポリマーの主鎖を有していてもよい。ポリマーの主鎖は、好ましくは少なくとも４〜１１のｐＨの範囲で安定であり、より好ましくは少なくとも２〜１３のｐＨの範囲で安定である。耐汚れ性の層は、好ましくは親水性のものであり、そしてＲＯ膜と同等であるか、あるいはそれ以上の水に対する透過性を有していてもよい。耐汚れ性の層のポリマーは、適用されるハロゲンの拒絶性に寄与するほどに十分に低い負の表面電荷を有していてもよい。
【００４１】
［０００６０］適用されるハロゲンは次亜塩素酸塩イオンまたは次亜塩素酸を含んでいてもよい。
［０００６１］耐汚れ性の層は、ＲＯ膜の上にモノマーを重合させることによって形成することができる。重合は、ＲＯ膜に紫外線を適用することによって、および／またはＲＯ膜のグラフト除去（grafting off）によって熱的に誘導することができる。
【００４２】
［０００６２］耐汚れ性の層は、溶液からの窒素含有ポリマーをＲＯ膜の上に堆積させることによって形成することができ、このポリマーは架橋することができて、これは耐汚れ性の層を不溶化させる効果がある。ＲＯ膜は、無極性モノマー溶液を極性モノマー溶液と接触させて、それにより多孔質の支持体膜上でナノ粒子の存在下でモノマーを界面重合させることによって形成することができる。
【００４３】
［０００６３］ポリマーは、耐汚れ性の層による水中の汚染物質の拒絶性を実質的に低下させることなくＲＯ膜の透過性を実質的に増大させる第二の添加剤（これをナノ粒子に加えて、あるいはナノ粒子の代わりに）の存在下で界面重合させてもよい。第二の添加剤としては、所定の量の追加の一加水分解（mono-hydrolyzed）ＴＭＣおよび／またはアルカリ土類金属および／またはＡｌ、Ｇａ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、ＳｎまたはＰｒおよび／またはβ-ジケトネート（例えばアセチルアセトネート（ａｃａｃ））またはアセチルアセトンのフッ素化誘導体（例えば１,１,１-トリフルオロ-２,４-ジケトペンタンまたは１,１,１,５,５,５-ヘキサフルオロ-２,４-ジケトペンタン）がある。
【００４４】
［０００６４］ＲＯ膜は、無極性モノマー溶液を極性モノマー溶液と接触させて、それにより多孔質の支持体膜上で、ＲＯ膜による水中の汚染物質の拒絶性を実質的に低下させることなく水に対するＲＯ膜の透過性を実質的に増大させる添加剤（例えば、所定の量で添加される一加水分解ＴＭＣ、アルカリ土類金属、アセチルアセトネート（ａｃａｃ）のようなβ-ジケトネート、および／またはＡｌ、Ｇａ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｐ、ＳｎまたはＰｒ）の存在下でモノマーを界面重合させることによって形成することができる。
【００４５】
［０００６５］さらなる側面において、ハロゲンは塩素であってよいし、ハラミンはクロラミンであってよい。供給流れには塩素処理された水が含まれていてもよく、窒素がＲＯ膜を塩素化による劣化から保護する。塩素の少なくとも幾分かは、次亜塩素酸塩、次亜塩素酸、クロラミンおよび／または二酸化塩素の形で存在していてもよい。
【００４６】
［０００６６］さらに、耐汚れ性の層の厚さと透過度は、ＲＯ膜がハロゲンによって劣化する前に耐汚れ性の層の表面でハラミンの形成が起こるように選択することができる。耐汚れ性の層とＲＯ膜の間に中間層を配置してもよく、それによって、耐汚れ性の層と中間層の厚さと透過度が、ＲＯ膜がハロゲンによって劣化する前に耐汚れ性の層の表面でハラミンの形成が起こるのに十分な程度とする。
【００４７】
［０００６７］供給流れに隣接する耐汚れ性の層の表面でのハラミンの形成によりＲＯ膜が汚れるのを保護するために、耐汚れ性の層の中に十分な窒素を付与してもよく、それにより、耐汚れ性の層にハロゲンをさらに添加することによって層を再充填することが可能となり、追加のハラミンの形成、および／または複数回の再充填の後に操作を行う間のハロゲンによるＲＯ膜の損傷からの保護が行われる。
【００４８】
［０００６８］上で説明したプロセスによって形成されたＲＯ膜。
［０００６９］別の側面において、極性液体中に第一のモノマーを含ませ、無極性液体中に第二のモノマーを含ませ、その無極性液体中に部分的に加水分解した第三のモノマーを含ませ、そして極性液体と無極性液体を接触させて、界面重合によって薄膜複合材料（ＴＦＣ：thin film composite）の膜を形成することによって、薄膜複合材料の膜を製造することができる。第三のモノマーは、加水分解によって第二のモノマーから誘導されるものであるか、あるいは誘導されないものであってよい。
【００４９】
［０００７０］部分的に加水分解した第三のモノマーは、無極性液体に添加される前に第二のモノマー中に含まれていてもよく、そして／または、部分的に加水分解した第三のモノマーは、無極性液体に添加される前に第二のモノマーに添加されてもよい。部分的に加水分解した第三のモノマーは、少なくとも部分的に精製されてもよく、そして／または、部分的に加水分解した第三のモノマーの少なくとも一部は、液体の界面重合によってＴＦＣ膜が形成される前に無極性液体中に生成してもよい。
【００５０】
［０００７１］無極性液体は、液体の界面重合によってＴＦＣ膜が形成される前に、既知の濃度の部分的に加水分解した第三のモノマーを含んでいてもよい。部分的に加水分解した第三のモノマーは、少なくとも一つの、または少なくとも二つの、第二のモノマーと反応することのできる官能基を含んでいてもよい。
【００５１】
［０００７２］部分的に加水分解した第三のモノマーの混入または無極性液体中の第三のモノマーと結びついた不純物の混入から生じる無極性液体中の不溶性の構造の混入は、おそらく、無極性液体中に部分的に加水分解した第三のモノマーが混入した後に、無極性液体をろ過することによって避けることができる。
【００５２】
［０００７３］部分的に加水分解した第三のモノマーが添加される前に極性液体と無極性液体を接触させる場合、第一のモノマーと第二のモノマーはともに反応して、界面重合によってＴＦＣの対照膜（TFC control membrane）を形成することができるだろう。
【００５３】
［０００７４］このような形成がなされた場合、ＴＦＣ膜は、ＴＦＣ対照膜の浸透についての最初の流量よりも大きな浸透についての流量を有する。このような形成がなされた場合、ＴＦＣ膜は、溶質中の別の物質に対するＴＦＣ対照膜の拒絶率と同等であるか、またはそれよりもほんのわずかに低い溶質中の別の物質に対する拒絶率を有するだろう。このような形成がなされた場合、ＴＦＣ膜の拒絶率は、ＴＦＣ対照膜の拒絶率よりも１パーセント未満低いかもしれない。
【００５４】
［０００７５］ＴＦＣ膜は、例えば、塩水または海水から純水を製造するための逆浸透または正浸透のために用いることができる。
［０００７６］部分的に加水分解した第三のモノマーは合成することができて、それは一加水分解ＴＭＣ（ｍｈＴＭＣ）であってもよく、二加水分解ＴＭＣを含んでいてもよく、そして／または、相対的に三加水分解ＴＭＣを含んでいない。
【００５５】
［０００７７］液体の界面重合によってＴＦＣ膜を形成する前に、液体のうちの少なくとも一つに一つ以上の添加剤を添加して、ＴＦＣ膜の膜操作特性を改善することができる。添加剤のうちの少なくとも一つは周期表（ＩＵＰＡＣ）の３〜１５族から選択される元素を（好ましくは錯体の形で）含んでいてもよく、そして／または、その元素はこれらの族の３〜６列から選択される。添加剤は、β-ジケトネート錯体、例えばヘキサフルオロアセチルアセトネート錯体またはトリフルオロアセチルアセトネート錯体のようなアセチルアセトネート錯体の中に含まれていてもよい。
【００５６】
［０００７８］添加剤は、液体の界面重合によってＴＦＣ膜を形成する前に、液体のうちの少なくとも一つの中に、アルカリ土類金属および／または周期表（ＩＵＰＡＣ）の３〜１５族から選択される元素（好ましくはこれらの族の３〜６列から選択されるもの）を含んでいてもよい。添加剤は、錯体、例えばβ-ジケトネート錯体、特にヘキサフルオロアセチルアセトネート錯体またはトリフルオロアセチルアセトネート錯体の形であってもよい。一つ以上の添加剤のうちの少なくとも一つは、アルミニウム、カドミウム、クロム、コバルト、銅、ガリウム、ハフニウム、インジウム、鉄、ランタノイド元素のうちの一つ、プラセオジム、モリブデン、パラジウム、リン、ルテニウム、スズ、バナジウム、亜鉛、および／または、ナノ粒子のようなナノ構造物質、好ましくはＬＴＡのようなゼオライトを含んでいてもよい。
【００５７】
［０００７９］極性液体のモノマーはＭＰＤのようなアミンを含んでいてもよく、そして無極性液体のモノマーはＴＭＣを含んでいてもよい。錯体は、液体のうちの一つの中に、約０.００５重量％〜約５重量％、好ましくは約０.０５重量％〜約１重量％の濃度で存在していてもよい。無極性液体中のＴＭＣに対する極性液体中のＭＰＤの比率は２０未満、そして好ましくは１４未満である。その比率は、ＴＦＣ膜が、形成された場合のＴＦＣ対照膜よりも実質的に大きな流量を有するほどに十分に低くてもよい。無極性液体中のＴＭＣの濃度は、ＴＦＣ膜が、形成された場合の最初の膜よりも実質的に大きな流量を有するほどに十分に高くてもよい。
【００５８】
［０００８０］ＴＦＣ膜は、ここに記述された（単独の、または組み合わせた）いずれかの見地に従って製造することができる。
［０００８１］さらなる側面において、ＴＦＣ膜においてナノ粒子を使用するための改良された技術が開発されたが、この技術は、増大した流量、拒絶性および耐汚れ性を有する混成ナノ複合ＴＦＣ膜において、ナノ粒子および／またはナノチューブとアルカリ土類金属、一加水分解ＴＭＣおよび／またはその他の分子添加剤とを組み合わせて使用することを含む。
【００５９】
［０００８２］別の側面において、新しい混成ナノ複合ＴＦＣ膜が、ＴＭＣのより有利な濃度と範囲、ＭＰＤ対ＴＭＣの比率、および一加水分解ＴＭＣのような添加剤の濃度の偏向点（deflection points）の発見とあいまって、選択された流量、拒絶性および耐汚れ性を有する高性能のナノ複合ＴＦＣ膜の設計と製作を可能にする。
【００６０】
［０００８３］さらなる側面において、新しい添加剤のうちのあるものは、特にアルカリ土類金属と一加水分解ＴＭＣは、大きな流量、拒絶性および耐汚れ性を有するＴＦＣ膜の設計と製作のために用いることができる。これらの膜においては、特定の状況のために最適な特性を提供するために、ＴＭＣの有利な濃度と範囲、ＭＰＤ対ＴＭＣの比率、および添加剤の濃度の偏向点を有利に用いることもできる。
【００６１】
［０００８４］薄膜の複合膜は、二つ以上の添加剤を、第一のモノマーを中に含んでいる極性液体と第二のモノマーを中に含んでいる無極性液体のいずれか一方または両者と組み合わせ、そして極性液体と無極性液体を接触させることによって界面重合により選択性の膜を形成することによって製造することができ、ここで、二つ以上の添加剤のうちの少なくとも一つはナノ構造化された添加剤である。
【００６２】
［０００８５］ナノ構造化された添加剤は、ＬＴＡ、ＦＡＵおよび／またはゼオライトベータのようなゼオライトのナノ粒子、あるいはＣｕＭＯＦのような有機金属フレーム構造錯体であってよい。
【００６３】
［０００８６］添加剤のうちの一つは、ナノ構造化された添加剤に加えて、所定の濃度の一加水分解ＴＭＣおよび／または二加水分解ＴＭＣを含んでいてもよい。ナノ構造化された添加剤に加えて、アルカリ土類金属を含む錯体が含まれていてもよく、そして／または、ナノ構造化された添加剤に加えて、周期表（ＩＵＰＡＣ）の３〜１５族の３〜６列から選択される元素を含む錯体が含まれていてもよい。これらの追加の添加剤は、アルミニウム、カドミウム、クロム、コバルト、銅、ガリウム、ハフニウム、インジウム、鉄、ランタノイド元素のうちの一つ、モリブデン、パラジウム、リン、ルテニウム、スズ、バナジウムまたは亜鉛を含んでいてもよい。
【００６４】
［０００８７］極性液体はＭＰＤのようなアミンを含んでいてもよく、そして無極性液体はＴＭＣを含んでいてもよく、ここでＭＰＤ対ＴＭＣの比率は１４未満であり、この十分に低い値により、得られた選択性の膜は対照の膜（control membrane）よりも実質的に高い流量を有する。ＴＭＣの濃度は、得られた選択性の膜における一つ以上の添加剤の効果が高まって、それにより対照の膜よりも実質的に高い流量がもたらされるほどに、十分高くてもよい。
【００６５】
［０００８８］高度に透過性のＲＯ膜を製造するための界面重合の処理を含む技術がここで開示され、この処理は、１,３-ジアミノベンゼンを含む第一の溶液とトリメソイルクロリド（trimesoyl chloride）を含む第二の溶液を接触させることによって、高度に透過性のＲＯ膜を製作するものであり、ここで、溶液のうちの少なくとも一つは、接触したときに十分に分散したナノ粒子を含んでいる。
【００６６】
［０００８９］同様に、１,３-ジアミノベンゼンを含む第一の溶液および／またはトリメソイルクロリドを含む第二の溶液が、十分に分散したナノ粒子を含んでいてもよく、これらが接触してＲＯ膜が形成され、ここで、膜の表面積の少なくとも２０％はナノ粒子からなる。
【００６７】
［０００９０］ＴＦＣ膜を製作するために、ポリアミンモノマーを含む第一の溶液と多官能価ハロゲン化アシルモノマーを含む第二の溶液を用いてもよく、ここで、重合反応の際にこれらの溶液のうちの一つまたは両者の中に分子添加剤化合物が存在している。
【００６８】
［０００９１］同様に、低汚染性で高度に透過性のＲＯ膜を製造するための界面重合の処理は、多孔質支持体膜の上でポリアミンモノマーを含む第一の溶液と多官能価ハロゲン化アシルモノマーを含む第二の溶液を接触させることを含んでいてもよく、ここで、重合反応の際にこれらの溶液のうちの一つまたは両者の中にアルミニウムイオンが存在している。
【００６９】
［０００９２］低汚染性で高度に透過性のＲＯ膜は、多孔質支持体膜の上でポリアミンモノマーを含む第一の溶液と多官能価ハロゲン化アシルモノマーを含む第二の溶液を接触させることによる界面重合の処理によって製造することができ、ここで、重合反応の際にこれらの溶液のうちの一つまたは両者の中にアルミニウムイオンが存在している。
【００７０】
［０００９３］高度に透過性のＲＯ膜を製造するための別の処理は、多孔質支持体膜の上でメタフェニレンジアミン（ＭＰＤ）を含む水溶液とトリメソイルクロリド（ＴＭＣ）および加水分解ＴＭＣの種類（species）を含む有機溶液を接触させることを含んでいてもよい。
【００７１】
［０００９４］向上した膜性能を得るために添加剤を用いて製造される、改良された薄膜複合材料すなわちＴＦＣ膜が開示される。膜性能を改良するための方法は、ナノ構造化された添加剤の分散とサイジング（寸法規制）を行うこと、ＴＦＣ膜中でのそのような添加剤の性能を向上させる処理を行うこと、可溶性の金属イオンを放出させるためにそのような添加剤１６を選択して処理すること、および／または追加の添加剤１６を添加して混成ＴＦＣ膜を製造すること、を含む。
【００７２】
［０００９５］混成ＴＦＣ膜は下記の添加剤を（様々に組み合わせて）含んでいてもよい：ナノ粒子、ナノチューブ、アルカリ土類金属錯体、一加水分解ＴＭＣおよび／または二加水分解ＴＭＣおよび／または周期表（ＩＵＰＡＣ）の３〜１５族から選択される元素（特に、これらの族の３〜６列から選択される元素）のようなその他の分子添加剤。
幾つかの態様においては、ＴＦＣ膜はナノ構造添加剤を用いずに製造されてもよい。
【００７３】
［０００９６］ＴＦＣ膜を製造するための方法は、特定のＴＭＣ濃度とＭＰＤ／ＴＭＣ比の使用、および偏向点を検知することによる濃度または濃度範囲の選択を含んでもよく、前記の偏向点とは、添加剤の濃度が増大するのに伴う流量の増大すなわち拒絶率の低下の非直線性であり、特に、同じ程度の添加剤の濃度において流量の増大と拒絶率の低下の両者の変化が生じるときのことを指すであろう。
【００７４】
［０００９７］これらＴＭＣ濃度とＭＰＤ／ＴＭＣ比および様々な添加剤を様々な組み合わせで用いることの影響を説明する実施例の表が提示され、それらの評価は、これらの実施例に従って製造されたＴＦＣ膜における弁別層または弁別膜の界面重合を生じさせるために接触させた水性相および／または有機相の中の位置を含む様々な位置におけるものである。それらの表はまた、同様の方法で製造されたがしかしそのような添加剤を用いなかった対照として使用された類似のＴＦＣ膜と比較した多くのこれらのＴＦＣ膜の流量の改善のパーセントを説明している。最後に、これらの表は、典型的な膜の透過度または流量および溶質の拒絶率を説明している。また、これらの膜の製造と試験において用いられた技法が、それら典型的な例において用いられた添加剤および添加剤の組み合わせの幾つかの利点についての概要とともに提示されている。
【００７５】
セクションＡ：薄膜複合材料（ＴＦＣ）の逆浸透（ＲＯ）膜
［０００９８］本出願の譲受人は、膜の性能特性と強度を改善するためのＴＦＣ膜におけるナノ粒子の使用に関してカリフォルニア大学の理事（Regents of the University of California）に譲渡された様々な出願および／または特許の独占的な譲受人である。ナノ粒子のＴＦＣ膜をさらに開発する過程において、我々は、ナノ粒子添加剤を予備処理するとともに試薬の濃度と比率を含めた処理条件を変更することによって膜の性能を大幅に改善した。我々はまた、特定の追加の添加剤について、これらのうちの一つ以上をナノ粒子および自身の添加剤や膜処理技術と組み合わせると、ナノ粒子ＴＦＣ膜における性能およびその他の点でのさらなる改善が可能であることも発見した。これらの新しい添加剤も、組み合わせて、および／または単独の添加剤として、用いることができる。
【００７６】
［０００９９］ここで図１〜９を概略的に参照すると、これらの図面は説明を明快にするために一定の縮尺で描かれてはいないが、図１〜４は、分解組み立て図として、ＴＦＣ膜１０を製造する際に界面重合を行って弁別膜２４を形成するために支持体膜１２の上で第一の相または水性相１４と第二の相または有機相１８を接触させることを説明している。膜の特性を改善するための界面重合反応を行う前に、あるいはそれが開始する時点で、ナノ構造物質のような一つ以上の添加剤１６を、水性相１４と有機相１８との間の界面重合に導入することができる。
【００７７】
［０００１００］図１は、添加剤１６が水性相１４に添加されていることを示す。図２は、添加剤１６が有機相１８に添加されていることを示す。図３は、添加剤１６が水性相１４と有機相１８の両者に添加されていることを示す。同じであるか、あるいは異なる添加剤１６を、異なる位置に用いてもよい。図４は、支持体１２に水性相１４が付与され、次いで有機相１８が付与される前に、有機相１８および支持体１２の表面上の水溶液１１の両者に添加剤１６が添加されていることを示す。幾つかの態様においては、水性相１４が有機相１８に付与される前に、有機相１８が支持体１２に付与されてもよい、ということに留意すべきである。
【００７８】
［０００１０１］図５〜７は、例えば図１〜４に示される工程によって製造された後のＴＦＣ膜１０を示す。図５に示されるように、製造された後、膜１０は、一つ以上の添加剤１６の存在下で水性相１４と有機相１８の界面重合によって形成された弁別層２４を有する。製造された後、ＴＦＣ膜１０は、選択的なろ過のために好適に用いることができて、例えばＲＯＴＦＣ膜１０の場合、海水２６を浄化するために、弁別層２４に加圧して適用することによって、浄化された水２８が弁別層２４、多孔質の支持体膜１２および布の層２０（存在する場合）を通過する。
【００７９】
［０００１０２］ここで特に図６を参照すると、親水性の層３０（例えばポリビニルアルコールすなわちＰＶＡの層）を、膜１０の表面の弁別層２４に、ろ過すべき物質（例えば海水２６）と接触するようにして付与してもよく、それにより、表面すなわち膜１０はより親水性になる、すなわち、膜１０の表面の界面張力が低下する。親水性の向上は、海水２６と膜１０の間の接触角の低下として観察することができる。膜１０の上面すなわち接触表面の親水性が向上することは、汚れが低下すること、そして流量が増大することであると考えられる。浄化された水２８を製造するために、海水２６をＴＦＣ膜１０に加圧下で適用してもよい。
【００８０】
［０００１０３］一般に、ＴＦＣ膜１０は、支持体膜１２のような多孔質の支持体上での界面重合の処理を用いて合成することができる。従来は、二つの不混和性の溶媒が、一方は水性相１４中のもの、そして他方は有機相１８中のものとして用いられていて、従って、一方の溶媒中のモノマーが他方の溶媒中のモノマーと反応する。水性相１４と有機相１８が互いに接触すると、二つの溶液の間の境界面において界面重合反応が生じ、それにより支持体膜１２の表面上に濃密なポリマーマトリックスの層すなわち弁別層２４が形成される。
【００８１】
［０００１０４］その重合反応は非常に速く、そして生じるポリマーマトリックスについて比較的高い分子量が得られる。濃密なポリマーマトリックス（これは弁別層２４となる）は、ひとたび形成されると、水性相１４と有機相１８の中の反応物質の間で継続している接触を抑制して、進行している重合反応を遅くするための障害物として有効に作用し得る。その結果、弁別層２４が選択性の濃密な層として形成され、これは典型的に非常に薄く、そして水に対して透過性であるが、しかし浄化された水を製造するために海水または塩水から除去すべき塩のような溶解しているか、分散しているか、あるいは懸濁している固体に対しては比較的に不透過性である。結果として生じる膜１０は、一般に、薄膜複合（ＴＦＣ）膜とよばれる。
【００８２】
［０００１０５］第一のモノマーは二求核性または多求核性のモノマーとすることができ、そして第二のモノマーは二求電子性または多求電子性のモノマーとすることができる。すなわち、各々のモノマーは二つ以上の反応性基（例えば、求核性の基または求電子性の基）を有することができる。求核剤と求電子剤は両方とも当分野でよく知られていて、当業者であれば、この用途のための適切なモノマーを選択することができる。第一のモノマーと第二のモノマーは通常、水性相１４と有機相１８が接触するときに界面重合を受けることによって反応して三次元のポリマーの網状構造（これはしばしば、ポリマーマトリックスとよばれる）を形成するように選択される。
【００８３】
［０００１０６］第一のモノマーと第二のモノマーはまた、水性相１４と有機相１８が接触するときに重合を受けることによって、例えば熱、光、放射線あるいは化学架橋剤に晒すことによって引き続いて架橋を起こすことが可能なポリマー生成物を形成することができるように選択されてもよい。
【００８４】
［０００１０７］水性相１４に関して、第一のモノマーは、極性液体（好ましくは水）に可溶性で、それにより極性混合物（ここではこれを水性相１４とよぶ）を形成するように選択することができる。一般に、二官能価または多官能価の求核性のモノマーは第一または第二アミノ基を有することができて、そして芳香族化合物（例えば、ジアミノベンゼン、トリアミノベンゼン、ｍ-フェニレンジアミン、ｐ-フェニレンジアミン、１,３,５-トリアミノベンゼン、１,３,４-トリアミノベンゼン、３,５-ジアミノ安息香酸、２,４-ジアミノトルエン、２,４-ジアミノアニソール、およびキシリレンジアミン）または脂肪族化合物（例えば、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ピペラジン、およびトリス(２-ジアミノエチル)アミン）とすることができる。
【００８５】
［０００１０８］適当なアミンの種類の例としては、二つまたは三つのアミノ基を有する第一芳香族アミン（例えばｍ-フェニレンジアミン）および二つのアミノ基を有する第二脂肪族アミン（例えばピペラジン）がある。アミンは典型的に、極性液体（例えば水）の中の溶液として微孔質の支持体１２に付与することができる。結果として生じる極性混合物は典型的に、約１〜約６重量％の範囲のアミン、好ましくは約２〜約４.０重量％の範囲のアミン、そして最も好ましくは約３.０重量％のアミンを含んでいる。極性混合物は水性のものである必要はないが、しかし極性液体は無極性液体と不混和性であるべきである。水は水性相１４のための好ましい溶媒であるが、非水性の極性溶媒、例えばアセトニトリルおよびジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）を用いてもよい。
【００８６】
［０００１０９］相１４は極性相または水性相とよぶことができる。というのは、そのような混合物は典型的に極性溶媒として水を用いるからである。当分野に最も精通した者は相１４を水性相とよぶと、我々は考える。あらゆる混乱を避けるために、本明細書においては、「水性相」１４という用語は、例えば極性液体が水であるかどうかにかかわらず、あらゆる極性相の液体を指すことが意図されていることにするであろう。
【００８７】
［０００１１０］界面重合の際に、水性相１４は、反応物質、ナノ構造物質のような添加剤（例えばナノ粒子添加剤１６）、さらには界面活性剤、乾燥剤、触媒、共反応物質、補助溶剤などの加工助剤のうちの一つを含んでいてもよい。極性混合物（水性相１４）は典型的に、軽い浸漬、浸漬、スロットダイコーティング、吹付け塗布、グラビア塗布、またはその他の公知の方法によって微孔質の支持体膜１２に付与される。多孔質の支持体膜１２の上に塗布したならば、場合により、余分な極性混合物を蒸発、排水、エアナイフ、ゴム製ワイパーブレード、挟みロール、スポンジ、またはその他の装置あるいは処理によって除去することができる。
【００８８】
［０００１１１］十分な蒸気圧を有するモノマーについては、場合により、気相からの蒸着あるいは熱によってモノマーを支持体膜１２へ供給することができる。
［０００１１２］有機相１８に関して、第二のモノマーは無極性（有機）液体と混和性であるように選択することができて、その混合物は図面において有機相１８として示されている。水性相１４に関して上で説明したのと同じ慣例を用いて、典型的に用いられる用語である「有機相」は、全ての適当な無極性混合物（例えば有機相１８）を指すことが意図されている。
【００８９】
［０００１１３］求電子性のモノマーはその性質において芳香性であってもよく、そして一分子当り二つ以上の（例えば三つの）求電子性の基を有していてもよい。例えば、第二のモノマーはトリメソイルハリドとすることができる。ハロゲン化アシルの求電子性モノマーの場合、アシルクロリド（塩化アシル）は一般に、比較的低いコストと大きな入手可能性のために、対応する臭化物またはヨウ化物よりも適切である。
【００９０】
［０００１１４］適当な多官能価のハロゲン化アシルとしては、トリメソイルクロリド（ＴＭＣ）、トリメリト酸クロリド、イソフタロイルクロリド、テレフタロイルクロリド、および類似の化合物または適当なハロゲン化アシルの混合物がある。さらなる例として、第二のモノマーはフタロイルハリド（ハロゲン化フタロイル）とすることができる。
【００９１】
［０００１１５］多官能価ハロゲン化アシル（例えばＴＭＣ）は、無極性有機液体（例えば有機相１８）の中に、例えば、約０.０９〜約１.０重量％の範囲、好ましくは約０.１７〜約０.３重量％の範囲、そして最も好ましくは約０.３重量％ＴＭＣの範囲で溶解することができる。適当な無極性液体は求電子性のモノマー（例えば多官能価ハロゲン化アシル）を溶解することができて、そしてそれは水性相１４の中の極性液体（例えば水）と不混和性である。特に、適当な無極性液体は、オゾン層に対して脅威とならず、また極度の用心を行うことなく慣例的な処理を受けるために引火点と可燃性の点で十分に安全な物質を含んでいるのが好ましい。
【００９２】
［０００１１６］これらは、Ｃ５−Ｃ７炭化水素およびさらに高沸騰性の炭化水素、すなわち約９０℃以上の沸点を有しているもの（例えばＣ８−Ｃ２４炭化水素およびそれらの混合物）であって、それらのＣ５−Ｃ７対応物よりももっと適切な引火点を有するがしかし揮発性がもっと低いものを含む。無極性混合物（有機相１８）は典型的に、微孔質の支持体膜１２の上で、軽い浸漬、浸漬、スロットダイコーティング、吹付け塗布、グラビア塗布、またはその他の公知の方法によって、水性相１４に接触させて付与することができる。全ての余分な無極性液体を蒸発または機械的な除去によって、除去することができる。無極性液体を高温での蒸発によって（例えば乾燥オーブン中で）除去するのが、しばしば好都合である。好ましいオーブンとしては、浮遊オーブン、赤外線乾燥器、および実験室用対流オーブンまたは重力オーブンがある。ウェブの温度と蒸発速度の両方の制御を用いることによって、構造と性能を変更することができる。
【００９３】
［０００１１７］有機相１８は、反応物質、一つ以上の添加剤１６、および触媒、共反応物質、補助溶剤などの加工助剤のうちの一つを含んでいてもよい。幾つかの状況においては、最初に有機相１８を支持体膜１２に付与し、次いで、支持体膜１２の上で有機相１８に接触させるように水性相１４を付与してもよい。
【００９４】
［０００１１８］支持体膜１２は典型的にはポリマーの微孔質支持体膜であり、これは次に、場合により、機械的強度を与えるために布２０のような不織布または織布によって支持される。布２０は好ましくは、６０〜１２０グラム/メートル（ｇｓｍ）の基本重量と５０〜２００ミクロンの厚さを有するポリエステルの布である。支持体膜１２は一般的に、ポリスルホンまたはその他の適度に多孔質の膜、例えばポリエーテルスルホン、ポリ(エーテルスルホンケトン)、ポリ(エーテルエチルケトン)、ポリ(フタラジノンエーテルスルホンケトン)、ポリアクリロニトリル、ポリプロピレン、セルロースアセテート、セルロースジアセテート、またはセルローストリアセテートから製造することができる。微孔質支持体膜１２は、厚さが２５〜１００ｎｍ、好ましくは約３５ｎｍ〜約７５ｎｍ、そして最も好ましくは厚さが約５０ｎｍのものとすることができて、上面に最も近い位置において最も小さな孔を有していてもよい。表面における多孔率は、例えば総表面積の５〜１５％程度まで低くてもよい。
【００９５】
［０００１１９］ここで図７〜９を参照すると、図７は、同様に弁別膜１０の界面重合のために添加剤１６が支持体１２および／または布２０にも添加されたことを示す。図８は膜１０の分解組み立て図であり、添加剤１６における粒子（例えばナノ構造化された物質）の少なくとも幾つかが膜１０の上面および／または下面に貫入していてもよいことを示す。図９は膜１０の分解組み立て図であり、添加剤１６のうちの少なくとも幾つかの部分が弁別膜２４と膜１０の支持体１２の間に介在していてもよいことを示す。
【００９６】
［０００１２０］ここで図１０を参照すると、例えば実験室用の設定において、密閉したガラス瓶の中で、透明なビーズの形態のポリスルホンポリマー（例えばAldrich（米国）から入手できるＭｎ２６,０００）にジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）溶媒（Acros Organics（米国）から入手できる）を添加して、支持体膜１２の調製を開始することができる。あるいは、溶媒としてＮ-メチルピロリドン（ＮＭＰ）を用いてもよい。後にもっと詳細に説明するように、ポリスルホンポリマーにＤＭＦを添加する前に、ＤＭＦの中に添加剤１６を分散させてもよい。次いで、この溶液を、完全な溶解が達成されるまで数時間攪拌してもよく、それによりドープ溶液または流延溶液１３が形成される。
【００９７】
［０００１２１］次いで、ガラス板１５に付着された不織布２０の上に、ナイフの刃によって流延溶液１３を流延または塗布することができる。次いで、ガラス板１５は直ちに脱イオン水の中に浸されるが、この脱イオン水は所望の温度に保たれたものであることが好ましい。直ぐに転相（phase inversion）が開始し、そして数分後には、ポリスルホン膜１２を支持している不織布支持体２０をガラス板１５から分離することができる。次いで、膜１２は脱イオン水で完全に洗われ、そして使用されるまで低温状態で貯蔵される。継続する被覆処理においては、ガラス板１５は必要とされないであろう。
【００９８】
［０００１２２］弁別膜２４の界面重合が行われる際にナノ粒子添加剤のような一つ以上の添加剤１６が存在することにより、例えば流量および／または汚れに対する耐性が増大することによって性能が大幅に改善され、それと同時に、飲料水を製造するための逆浸透による海水の浄化のような特定の目的についてのＴＦＣ膜１０の適切な拒絶性のレベルが維持されるだろう。
【００９９】
［０００１２３］添加剤１６を、それらを水性相１４、有機相１８、水溶液１１、支持体膜１２に添加することによって、および／または、その他の何らかの有利な方法によって、界面重合反応に導入することができる。例えば、水性相１４と有機相１８が互いに接触して界面重合が開始する前に、これらの相またはこれら両者に添加剤１６を添加してもよい。
【０１００】
［０００１２４］例えば、ＴＦＣ膜１０の好ましい態様において、ＬＴＡナノ粒子添加剤１６のような比較的に不溶性の添加剤を、アルカリ土類金属、ｍｈＴＭＣ、可溶性の金属の種類および／またはその他の添加剤（例えば周期表の３〜１５族から選択されるもの）のような一つ以上の他の添加剤１６と組み合わせるのが有利であり、これにより、界面重合の存在下で、高い拒絶率における流量の増大のような大幅に改善された膜特性がもたらされるのであり、このことは、例えば実施例の表において後で示され、そして説明されるであろう。
【０１０１】
セクションＢ：特定の添加剤１６およびそれらの組み合わせ
［０００１２５］ここで図面と表を全体的に参照すると、水性相１４と有機相１８の間の界面重合に一つ以上のナノ粒子添加剤１６を導入することにより、正浸透（ＦＯ）や逆浸透（ＲＯ）のような多くの選択的ろ過の用途のための（例えば塩水や海水の浄化において用いるための）非常に優れたＴＦＣ膜１０を得ることができる。そのようなＴＦＣ膜１０は、改善された流量性能および／または耐汚れ性を有し、そして様々な目的のための適度に高い拒絶特性を保持するであろう。
【０１０２】
［０００１２６］さらに、ナノ粒子のようなナノ構造化された添加剤１６を以下で説明する追加の添加剤と組み合わせると、膜の流量および／または耐汚れ性がよりいっそう改善され得ることを、我々は発見した。我々はまた、ナノ粒子を一つ以上の他の添加剤と組み合わせると、膜の特性がよりいっそう向上し得ることを発見した。
【０１０３】
［０００１２７］アルカリ土類金属、ｍｈＴＭＣ、およびしばしば他の物質との錯体の形になっている選択された他の元素と組み合わせたナノ粒子やナノチューブを含む様々な添加剤が試験され、それは以下の実施例の表に示されている。アルカリ土類金属に加えて、幾つかの他の金属種、例えば金、銀、銅、亜鉛、チタン、鉄、アルミニウム、ジルコニウム、インジウム、スズ、またはこれらの合金、またはこれらの酸化物、またはこれらの混合物または錯体を、ナノ粒子添加剤１６にさらに加える添加剤として用いることができる。非金属種、例えばＳｉ３Ｎ４、ＳｉＣ、ＢＮ、Ｂ４Ｃ、またはこれらの合金、またはこれらの混合物、さらには炭素系の種類、例えばＴｉＣ、黒鉛、炭素ガラス、少なくともＣ２のカーボンクラスター、バックミンスターフラーレン、高等フラーレン、カーボンナノチューブ、カーボンナノ粒子、またはこれらの混合物も、有用であろう。
【０１０４】
［０００１２８］さらに我々は、さらに驚くべきことに、そして喜ぶべきことに、これらの添加剤の多くのものは、ナノ粒子を用いなくても、単独または互いの様々な組み合わせで用いるのに適していることを発見した。このことは、例えば以下の実施例の表に示されている。
【０１０５】
Ｂ.１．ナノ構造化された添加剤１６
Ａ．ナノ粒子
［０００１２９］図面および以下の表に示されるように、添加剤１６として有用なナノ粒子（または他のナノ構造物質、例えばナノチューブおよび金属有機フレーム構造物（ＭＯＦ））としては下記のものがある（もっとも、これらに限定はされない）：
−  リンデＡ型（ＬＴＡ）ゼオライト、凍結乾燥された状態で得られるもの、直径１００ｎｍ、Nanoscape AG（Klopferspitz 19, D-82152 Planegg、ドイツ）から、
−  リンデＹ型（ＦＡＵ）ゼオライト、MICROPOROUS AND MESOPOROUS MATERIALS（微孔質および中間細孔質材料）（第59巻、第１号、13〜28ページ、2003年４月18日発行、Holmberg BA、Wang HT、Norbeck JM、Yan YS著）に記載されたもの、
−  ゼオライトベータ、MICROPOROUS AND MESOPOROUS MATERIALS（微孔質および中間細孔質材料）（第25巻、第１〜３号、59〜74ページ、1998年12月９日発行、Camblor MA、Corma A、Valencia S著）に記載されたもの、および
−  ＣｕＭＯＦ：Ｃｕとトリメシン酸から調製される金属有機フレーム構造錯体、サイエンス283、1148（1999）、Stephen S、Y Chui他著「[Cu3(TMA)2(H2O)3]n A Chemically Functionalizable Nanoporous Material（化学的に機能化可能なナノ多孔質材料）」に記載されたもの。
【０１０６】
［０００１３０］ナノ構造添加剤１６は、組み合わせて用いられるときに特に有益であろう。「混成」ＴＦＣ膜１０とよぶことのできるものを形成するために、比較的に不溶性のナノ構造添加剤１６を、一つ以上の追加の添加剤１６と組み合わせて用いることができる。ナノ構造添加剤１６は比較的に不溶性であると考えることができる。というのは、それは、本来は不溶性であるけれども、ナノ構造添加剤のあるものは少量の可溶性の金属イオンを溶液中に放出し得ることを、我々は発見したからである。
【０１０７】
［０００１３１］後述する実施例の表に示されるように、一般的なナノ粒子添加剤は、溶液中でわずか数ｐｐｍのオーダーの可溶性金属またはその他の種類のものを放出するにすぎない。これらの少量の可溶性の種類のものは、それ自体は、所望の大幅に改善された膜操作特性という利益をもたらすには、一般的には十分でない。しかし、そのナノ粒子添加剤に加えてさらに、同じ可溶性の種類または特定の異なる可溶性の種類のもののような特定の他の添加剤も存在するとき、所望の膜特性が達成され得ることを、我々は発見した。
【０１０８】
［０００１３２］ナノ構造添加剤と適当な量で組み合わせたときに所望の特性をもたらすそのような他の添加剤のうちの一つはｍｈＴＭＣであり、これは市販のＴＭＣの中にしばしば存在する加水分解ＴＭＣの形態のもののうちの一つである。一般に、ＴＦＣ膜の製造においては、純粋でないＴＭＣは意図的に避けられてきた。すなわち、ＴＭＣの純度が非常に重要であると一般的に考えられている。しかし、市販のＴＭＣは売り主が請け合っているほどには必ずしも純粋ではないと、我々は予想している。これらの不純物のあるものを制御された量にして製造されたＴＦＣ膜は、かなり良好な流量特性をもたらすことを、我々は発見した。特に、我々は添加剤としてのｍｈＴＭＣをナノ粒子と組み合わせて用い、それによって、従来の技術では得ることのできなかった膜性能を達成することに成功した。
【０１０９】
［０００１３３］以下で説明するように、特に実施例の表に関して、改善された操作特性を有する混成ＴＦＣ膜を製造するためにナノ構造添加剤とともに用いて有用な、ｍｈＴＭＣに加えられる他の添加剤としては、アルカリ土類金属の錯体および選択されたその他の元素の錯体がある。
【０１１０】
［０００１３４］ナノ構造のナノ粒子添加剤１６として、１.５：１未満のＳｉ：Ａｌ比を有するアルミノシリケートゼオライトも有用であり、特に所望により、添加剤１６の一部としての溶液中にＡｌ種を放出するものが有用であろう。モルデナイトとフェリエライト（ferrierite）が、ナノ粒子添加剤１６として有用な、カルシウムまたはマグネシウム交換可能な対イオンを含むゼオライトの例であり、特に所望により、溶液中にアルカリ土類金属種を放出するものが有用であろう。
【０１１１】
Ｂ．粒子の大きさ
［０００１３５］比較的に不溶性の添加剤としての添加剤１６（例えばナノ粒子添加剤１６）の粒子の大きさは、粒子が球形であると仮定して、平均の流体力学的直径として記述するのが好都合であろう。選択されるナノ粒子またはその他の添加剤１６は、約１０ｎｍ〜約１０００ｎｍ、約１２ｎｍ〜約５００ｎｍ、そして最も好ましくは約５０ｎｍ〜約３００ｎｍの平均の流体力学的直径を有していてもよい。
【０１１２】
［０００１３６］適当な比較的に不溶性の添加剤１６（例えば、最適な大きさ、形状、多孔度および／または表面の化学的性質を有する添加剤）の使用、適切な処理および製造の技術が、良好に分散した添加剤溶液をもたらし、それにより、最終的に製造される界面重合した膜の中により多くの添加剤１６が存在することになるであろう。
【０１１３】
Ｃ．分散
［０００１３７］ナノ粒子添加剤１６のような比較的に不溶性の添加剤は、溶液の中にあるとき、分離した個々の種類として、あるいはより大きな凝集構造体の中に組み込まれた建築用ブロック様のものとして、存在するかもしれない。これらの凝集構造体は、合成される間に（例えばゼオライトの焼成の間に）形成されたものの場合のように、かなり安定で不変性のものであるかもしれないし、あるいは添加剤と溶液の熱力学から生じた過渡的な構造のものであるかもしれない。良好に分散した溶液、すなわち添加剤１６が良好に分散している溶液は、主として、そのような粒子の凝集構造体であるよりはむしろ分離した個々の粒子を含んでいる。特に、分離した個々の粒子を主に含んでいて、凝集体のような大きな構造体は極めて少ない溶液を用いるのが好ましいであろう。この場合、最大数の分離した粒子を最終的な膜の中に組み込むことができて、そして／または、膜の構造を最適なものにするように用いることができる。
【０１１４】
［０００１３８］従って、ナノ構造添加剤１６を分散させる際に、多分散度とよぶことのできるものを制御することによって、より狭いサイズ分布を有する粒子を用いるのが有効であるかもしれない。多分散度は、体積平均粒径を数平均粒径で割ることによって計算することができる。１に近い多分散度は狭い範囲のサイズを示し、一方、より大きな数はより広い範囲のサイズを示す。好ましい多分散度はおよそ１〜２０の範囲であり、最も好ましくはおよそ１〜３の範囲である。
【０１１５】
［０００１３９］これを行う一つの手段は、遠心分離機を用いることである。遠心分離機において、より大きな質量の粒子はより速い沈降速度を有するので容器の底に沈降物を形成し、そして残りの粒子は溶液の中に留まる。残りの液体または沈降物を取り出すことによって、異なるサイズと分散度の粒子、例えば、より小さな平均サイズとより小さな範囲のサイズを有する粒子を得ることができる。
【０１１６】
［０００１４０］多分散度を向上させる別の方法は、微細流動化を用いることである。例えば、１００ｎｍのＬＴＡの試料について超音波処理を単独で用いると、６２.４の多分散度の分散が得られるが、一方、超音波処理を行った後にMicrofluidizer（登録商標）プロセスを用いる微細流動化処理と遠心分離を行うことによって、１.７の分散が得られるだろう。４００ｎｍのＬＴＡからなる別の試料について超音波処理と微細流動化処理を行った結果、多分散度は１.５３となった。Microfluidizer（登録商標）はMicrofluidics Corp.（マサチューセッツ州、ニュートン）の商標である。
【０１１７】
Ｄ．ナノチューブ
［０００１４１］界面重合反応の存在下でナノチューブ添加剤１６を用いる場合、ナノチューブの分散を促進するために、次のような界面活性剤を添加するのが好ましいであろう：アルキルポリ(エチレンオキシド)、ポリ(エチレンオキシド)とポリ(プロピレンオキシド)のコポリマー（商業上はポロキサマー（Poloxamers）またはポロキサミン（Poloxamines）とよばれる）、オクチルグルコシドまたはデシルマルトシドを含むアルキルポリグルコシド、セチルアルコールまたはオレイルアルコールを含む脂肪アルコール、コカミドＭＥＡ、またはコカミドＤＥＡ。これらは、ナノチューブ添加剤１６を特定の並び方で整列させるのを促進するためにも選択されるだろう。ナノチューブまたはその他の比較的に不溶性の添加剤１６の分散または整列を促進するために、その他の非イオン、陽イオン、陰イオンまたは双性イオン界面活性剤を用いることは、当業者であれば自明であろう。
【０１１８】
［０００１４２］ナノチューブ添加剤１６はカーボンナノチューブであってもよく、そして／または、ＦｅＣ、チタニア、ＷＳ２、ＭｏＳ２ 、窒化ホウ素、ケイ素、Ｃｕ、Ｂｉ、ＺｎＯ、ＧａＮ、Ｉｎ２Ｏ３、酸化バナジウム、または酸化マンガンからなるものであってもよい。カーボンナノチューブ添加剤１６が用いられる場合、それは単壁のものであっても多壁のものであってもよく、そしてアルコールまたはカルボン酸基との誘導体化を含めて、機能性化された表面を有していてもよい。ナノチューブの長さは１００ｎｍ〜５０ミクロン、より好ましくは１００ｎｍ〜２ミクロン、そしてより好ましくは０.５ミクロン〜２ミクロンであろう。ナノチューブの直径は５０ｎｍ未満、好ましくは２５ｎｍ未満、そしてより好ましくは１〜２ｎｍであろう。ナノチューブ添加剤１６は入念にすすぎ洗いされても、あるいはそのまま用いられてもよい。そのまま用いられる場合、未反応炭素先駆物質および／またはその他の相の炭素、酸化物質、コバルト含有化合物などのナノチューブ合成物質、および／またはその他の不純物を含めて、微量の不純物が存在していてもよい。ナノチューブ添加剤１６は、ＴＦＣ膜１０において用いるための有益性を高めるために、使用する前に加工処理されてもよい。例えば、ナノチューブの平均の長さを短くするために、レーザーアブレーション（レーザー融蝕）または強酸による処理を用いることができる。ナノチューブの束を分解してナノチューブの平均の長さを短くするために、超高圧均質化処理、例えばMicrofluidizer（登録商標）プロセスを用いてもよい。
【０１１９】
［０００１４３］ある場合においては、弁別膜２４の中でナノチューブ添加剤１６を整列させるのが好ましいかもしれない。例えば、ある場合においては、ナノチューブ添加剤１６を膜の外表面に垂直に整列させるのが好ましいかもしれない。これは、例えば、ナノチューブの内部を通しての移動が起こり、従ってその移動に対する抗力を最小にするために最も短い長さのナノチューブが望ましい場合に、用いることができる。これは、ナノチューブ添加剤１６のうちの少なくとも幾つかの、そして好ましくは多数のナノチューブのそれぞれと結合した磁気触媒を用いることによって達成することができる。この場合、ナノチューブ添加剤１６をこの構成の中に閉じ込めるために、界面重合の際に磁場を用いてもよい。同様の意味で、特に水性相１４の中で用いられる場合、ナノチューブ添加剤１６を整列させるために界面活性剤を用いてもよい。適当な界面活性剤としては次のものがある：アルキルポリ(エチレンオキシド)、ポリ(エチレンオキシド)とポリ(プロピレンオキシド)のコポリマー（商業上はポロキサマー（Poloxamers）またはポロキサミン（Poloxamines）とよばれる）、オクチルグルコシドまたはデシルマルトシドを含むアルキルポリグルコシド、セチルアルコールまたはオレイルアルコールを含む脂肪アルコール、コカミドＭＥＡ、またはコカミドＤＥＡ。ナノ粒子の整列を促進するために、その他の非イオン、陽イオン、陰イオンまたは双性イオン界面活性剤を用いることもできる。
【０１２０】
［０００１４４］他の場合において、好ましい整列は、膜１０の面内に存在させることであろう。これは、かなり長いナノチューブ添加剤１６を用いることを可能にし、それによりＴＦＣ膜１０に改善された機械的特性を付与することができる。これを達成するために、被覆溶液（例えば水性相１４または有機相１８）に、スロットダイコーティング法あるいは浸漬被覆法によって剪断作用を適用してもよい。この方法によって、ナノチューブ添加剤１６は水性溶液または有機溶液のいずれかの中で整列するであろう。
【０１２１】
［０００１４５］ナノチューブ添加剤１６を含むＴＦＣ膜１０は、驚くべき殺生物作用をも有しているであろう。ある場合においては、部分的に露出したナノチューブ添加剤１６は、微生物の細胞壁を貫通、切断あるいは干渉して、細胞を死滅させることが可能であろう。このようにして、ＴＦＣ膜１０の表面は抗微生物性を発揮するだろう。
【０１２２】
Ｂ.２  アルカリ土類金属添加剤１６
［０００１４６］以下の表に示されるように、我々の知識では、アルカリ土類金属はＴＦＣ膜における添加剤として用いられたことはなく、機能するとは予想されていなかったが、驚くべきことに、実際にはアルカリ土類金属の添加剤は膜操作特性（例えば透過性）を向上させるのに極めて良好に機能するようであることを、我々は見いだした。特に、アルカリ土類金属の添加剤１６、好ましくはマグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）および／またはベリリウム（Ｂｅ）は、驚くべきことに、典型的には錯体（例えばアセチルアセトネート（ａｃａｃ）のようなβ-ジケトネート錯体）と関連させたとき、最終的なＴＦＣ膜１０の流量を増大させるための添加剤１６として非常に有用であることが証明された。群としてのアルカリ土類金属は他の利点も備えている。というのは、それらは安全、豊富、かつ低コストであり、そして加工処理するのに扱い易いからである。この群に含まれるもの（マグネシウム、カルシウム、ストロンチウムなど）は環境にも優しく、ゼオライトナノ粒子からの対イオンとして入手することができる。
【０１２３】
Ｂ.３  ｍｈＴＭＣ添加剤１６
［０００１４７］界面重合の際にｍｈＴＭＣが存在すると、膜の性能に極めて有益な効果があり、特に流量を増大させる効果があり、また二加水分解ＴＭＣが存在することによっても、幾つかの利益、特に濃度の低減という利益が得られることを、我々は見いだした。ＴＭＣの市販のバッチの中には三加水分解ＴＭＣ（トリメシン酸）も存在するかもしれないが、しかしそれはＴＦＣ膜の製造において用いられる少なくとも大部分の配合物の中で溶解しないと考えられ、従って、それは典型的には界面重合の処理においては用いられない。もし存在した場合の、ＴＦＣ膜の界面重合に及ぼす三加水分解ＴＭＣの影響は、現在のところ、知られていない。
【０１２４】
［０００１４８］ここで図１１を参照すると、一加水分解トリメソイルクロリド（monohydrolyzed trimesoyl chloride）、すなわちｍｈＴＭＣが、通常の方法で示されている。この形の加水分解ＴＭＣは、添加剤１６として直接に、および／または、有機相１８の中で部分的に加水分解したＴＭＣ含有物として、あるいはその両方の形で用いることができるが、そのような使用が行われるのは、特に、例えば形成される凝集構造体の少なくとも幾分かを選択的に除去するために有機相１８をろ過することによって二加水分解ＴＭＣおよび／または三加水分解ＴＭＣの種類の含有を排除するか、あるいはその含有を制限するような注意が払われた場合である。図において、ｍｈＴＭＣはＴＭＣの分子として示されていて、-Ｃｌ結合基のうちの一つが、結合したＯＨ基で置換されている。
【０１２５】
［０００１４９］ＴＦＣ膜の製造においては比較的純粋なＴＭＣを用いることが重要であると、従来は考えられていたが、界面重合反応の際に少量の一加水分解ＴＭＣ（１-カルボキシ-３,５-ジクロロホルミルベンゼンすなわちｍｈＴＭＣ）または二加水分解ＴＭＣ（１,３-ジカルボキシ-５-クロロホルミルベンゼン）を、例えば有機相の層１８の中に存在させるのが有益であることを、我々は見いだした。ＴＭＣに対する一加水分解ＴＭＣおよび／または二加水分解ＴＭＣの比率は、例えば有機相の層１８の中にあっては、好ましくはおよそ１.０／１００〜１００／１００のオーダーの範囲、より好ましくは１.６６７／１００〜３３／１００、そして最も好ましくはおよそ１.５／１００〜５／１００であろう。さらに、添加剤１６として用いられる一加水分解ＴＭＣと二加水分解ＴＭＣの混合物中でのｍｈＴＭＣの濃度は、好ましくは２５％より多い量、より好ましくは少なくとも７５％、そして最も好ましくはほぼ１００％である。
【０１２６】
［０００１５０］性能または溶解度を変えるために、ｍｈＴＭＣ添加剤１６の塩を、酸の形態の代わりに用いてもよい。好ましい塩は、ジ-メチル、トリ-メチル、またはテトラ-メチル、エチル、プロピル、またはブチル誘導体のような置換アミンから形成されたものであろう。
【０１２７】
［０００１５１］ｍｈＴＭＣ添加剤に加えて、他の部分的に加水分解した反応物質および／またはそれに基づく添加剤１６も、流量を増大させるのに有効であるかもしれない。例えば、１,２,４-ベンゼントリカルボニルトリクロリド、１,２,３-ベンゼントリカルボニルトリクロリド、およびトリカルボニルクロリド置換のナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ビフェニル、またはその他の芳香環類の一加水分解した形のものを用いることができるだろう。トリカルボニルクロリド置換の脂環類、すなわち二脂環類も含まれる。少なくとも２つのカルボニルクロリド基がさらに重合を起こさせる場合には、三置換よりももっと高度に置換したカルボニルクロリドも二加水分解されるか、あるいはもっと高度に加水分解されるだろう。これらの添加剤の加水分解されていない変形体も、有機相１８における反応物質として用いられてもよい。
【０１２８】
［０００１５２］有機相１８中でのｍｈＴＭＣ添加剤１６の好ましい濃度はおよそ０.００２５％〜０.１重量％の範囲、そしてより好ましくは０.００５％〜０.１重量％である。有機相１８中での好ましいＴＭＣ／ｍｈＴＭＣ比は、好ましくはおよそ５０：１未満の範囲、より好ましくはおよそ２５：１未満、より好ましくはおよそ１５：１未満、そして最も好ましくはおよそ１：１未満である。
【０１２９】
［０００１５３］溶液を超音波処理するのも有益かもしれない。超音波処理は、有機溶液１８の中でｍｈＴＭＣ添加剤１６を良好に分散させるために用いることができる。超音波処理は、これを用いなければもっと高い温度、触媒または開始剤が必要な場合に、反応を進めるために用いることもできる。ｍｈＴＭＣ添加剤を良好に溶媒和させるために、補助溶剤を用いるのも有効であろう。好ましい補助溶剤は、希釈する前にｍｈＴＭＣの透明な溶液を形成することのできるものである。特に好ましいものは、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、またはエチルベンゼンなどの芳香族溶剤である。これらの補助溶剤は、膜の形成または性能に悪影響を及ぼさないように、十分に低い濃度で用いるのが好ましい。
【０１３０】
Ｂ.４  選択されるその他の添加剤１６
［０００１５４］その他の適当な添加剤１６としては、一つ以上の遷移金属またはその他の無機添加剤があり、これらは単独で、あるいはナノ構造物質、アルカリ土類金属またはｍｈＴＭＣのような加水分解添加剤を含む無機添加剤と組み合わせて用いられ、このときこれらは約２.５未満のポーリングの電気陰性度を有する中心原子を含む少なくとも部分的に可溶性の化合物として存在する。ＴＦＣ膜においてこれらの添加剤のうちの幾つかを用いる幾つかの公表された試みがあったが、これらの先行する試みは一般に、膜の透過性を増大させるのにあまり有効ではなかった。
【０１３１】
［０００１５５］しかし、ＴＦＣ膜１０を調製するのに用いられる試薬の濃度をこれまでは確認されていなかった特定の範囲に調整することによって、これら代替の添加剤１６の多くのものをかなり有効に機能させることができることを、我々は見いだした。具体的に言うと、これら代替の添加剤１６の多くのものの有効性を制御するのには、ＴＭＣの濃度が非常に重要であることが見いだされた。工業的に通常用いられている濃度（例えば０.１％）よりも５０％〜５００％高いＴＭＣ濃度を用いると、これら代替の添加剤１６の少なくとも幾つかのものは、かなり増大した流量をもたらす結果となった。
【０１３２】
［０００１５６］概して言うと、我々の研究において、ここで提示される添加剤と試薬の濃度範囲に従って調製される膜１０を製造するのに有利に用いることのできる適当な代替の添加剤１６を、我々は見いだした。上述のナノ構造物質、アルカリ土類金属およびｍｈＴＭＣに加えて、周期表（ＩＵＰＡＣ）の３〜１５族、特にこれらの族の３〜６列から選択される元素に配位子が結合した他の添加剤１６を、我々は首尾よく用いた。
【０１３３】
［０００１５７］以下の表に示されるように、典型的には例えばアセチルアセトネート（ａｃａｃ）のようなβ-ジケトネートとの錯体の形での適当な代替の添加剤１６としては、アルミニウム（Ａｌ）、カドミウム（Ｃｄ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、ガリウム（Ｇａ）、ハフニウム（Ｈｆ）、インジウム（Ｉｎ）、鉄（Ｆｅ）、ランタノイド（Ｌｎ）元素のうちの少なくとも幾つか（例えば、プラセオジム（Ｐｄ）、エルビウム（Ｅｒ）およびイッテルビウム（Ｙｂ））、モリブデン（Ｍｏ）、パラジウム（Ｐｄ）、リン（Ｐ）、ルテニウム（Ｒｕ）、スズ（Ｓｎ）、バナジウム（Ｖ）、および亜鉛（Ｚｎ）がある。
【０１３４】
Ｂ.５  添加剤の特性
［０００１５８］添加剤１６の一般的に好ましい濃度は、水性層１４または有機層１８のいずれかの中あるいは両者の中で、０.００５重量％〜５重量％、より好ましくは０.０５重量％〜１重量％である。
【０１３５】
［０００１５９］さらに、添加剤１６の群についての濃度範囲には、流量の増大率が少なくとも２５％で、そして／または、拒絶率が少なくとも９０％である場合の、同じかまたは類似の実施例の群について表に挙げられた最低濃度（プラスまたはマイナス２０％）から最大濃度（プラスまたはマイナス２０％）までの範囲も含まれる。さらに、添加剤１６の群についての濃度範囲には、流量の増大率が少なくとも２５％で、そして／または、拒絶率が少なくとも９０％である場合の、同じかまたは類似の実施例の群について表に挙げられた最低濃度（プラスまたはマイナス２０％）から最大濃度（プラスまたはマイナス２０％）までの範囲も含まれる。
【０１３６】
［０００１６０］反応を起こすのにもっと高い温度、触媒または開始剤が必要な場合に、反応を進めるために超音波処理を用いてもよい。金属錯体を良好に溶媒和させるために、補助溶剤を用いるのも有効であろう。好ましい補助溶剤は、希釈する前に添加剤１６の透明な溶液を形成することのできるものである。特に好ましいものは、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、またはエチルベンゼンなどの芳香族溶剤である。これらの補助溶剤は、膜の性能に悪影響を及ぼさないように、十分に低い濃度で用いるのが好ましい。
【０１３７】
［０００１６１］アルカリ土類金属のような選択される元素、ｍｈＴＭＣまたは周期表（ＩＵＰＡＣ）の３〜１５族から選択される元素を界面重合の際に利用できるようにするために、適当な添加剤１６は、ナノ粒子またはナノチューブに加えて、水性相の層１４と有機相の層１８のいずれか一方または両者の中である程度溶解可能な塩または化合物を含んでいてもよい。水性相の層１４と有機相の層１８の中に異なる種類のものを溶解させてもよい。添加剤１６は、可溶性の形態で、あるいは錯体の一部として、例えばアセチルアセトネートのようなβ-ジケトネートとの錯体（例えば、ａｃａｃ錯体）とともに添加してもよい。有効性と溶解度を向上させるために、β-ジケトネートはフッ素化されていてもよく、例えばヘキサフルオロアセチルアセトネートまたはトリフルオロアセチルアセトネートの形であってもよく、あるいは２,２,６,６-テトラメチル-３,５-ヘプタンジオネートのように長い脂肪鎖を有していてもよい。適当なβ-ジケトネートのその他の例は当分野で良く知られている。
【０１３８】
Ｂ.６  製作後の分析
［０００１６２］上で言及したように、膜１０を製作する際に一つ以上の添加剤１６を、好ましくは水性相１４および／または有機相１８の中に分散させることによって添加してもよく、それにより、界面重合の際に存在する一つ以上の添加剤１６が最終的な弁別膜２４のポリマー構造を有利に変化させることができる。しかしながら、このＴＦＣ膜１０、特にその中の弁別膜２４の製作分析は、膜１０の製作において用いられた幾つかの添加剤１６の濃度あるいはその存在についての信頼できる手段ではないかもしれない。
【０１３９】
［０００１６３］ＬＴＡおよびその他のゼオライトやナノチューブを含むナノ構造添加剤のような幾つかの添加剤１６は水性相１４または有機相１８の中で特に可溶性のものではなく、得られた膜１０、典型的には弁別膜２４において容易に検出される。これらの添加剤は、検出可能な添加剤１６であるとみなされるだろう。
【０１４０】
［０００１６４］アルカリ土類金属（および、ここで説明されるその他の添加剤物質）は、例えばアセチルアセトネートとの錯体の形で、あるいは水性相１４または有機相１８の中で可溶性の塩またはその他の化合物として添加された場合、界面重合の際に存在するだろう。さらに、これらの添加剤は、その他の手段によって、例えばこの添加剤を界面重合処理の際に利用可能なものにする何らかの他の溶媒に入れて、またはそのような機構によって、添加され得る。例えば、以下に載せる実施例の表の実施例２〜２０において示されるように、アルカリ土類金属は有機相１８に添加剤１６として、例えばＳｒ(Ｆ６ａｃａｃ)２ 、Ｃａ(Ｆ６ａｃａｃ)２ 、Ｍｇ(Ｆ６ａｃａｃ)２ またはＢｅ(Ｆ６ａｃａｃ)２ の形で添加することができる。
【０１４１】
［０００１６５］従って、これらのアルカリ土類金属添加剤は、Ｓｒ、Ｃａ、ＭｇまたはＢｅ添加剤１６も含み、あるいは (Ｆ６ａｃａｃ) またはその他のアセチルアセトネート添加剤１６の一部であってもよいと考えられる。しかし、そのような（おそらく比較的可溶性の）添加剤１６は、製作された後に明確に検出可能な量では膜１０の中に存在しない場合がある。その理由は明確にはわからないが、そのような検出できない添加剤１６が製作中に存在することによって、弁別膜２４の最終的なポリマー構造が変化すると考えられる。しかし、検出できない添加剤１６の物質は、そのようなポリマーが生じた後に製作過程で（おそらく一つ以上の洗浄工程で）、少なくとも部分的に洗い落とすか、そして／または、部分的に検出できないものにする（あるいはそれら両方にする）ことができるだろう。
【０１４２】
［０００１６６］ナノ粒子添加剤１６を用いて製作されたＴＦＣ膜１０は汚れに抗するかまたは汚れをかなり低減するのにより有効であることを示す試験結果は、わずかな量の添加剤１６（例えば、ここで説明されている、弁別膜２４の中に実質的に保持された添加剤１６）の存在が、ナノ粒子添加剤１６による耐汚れ性の改善の少なくとも主要な要因であり、ここで説明されている加工処理工程と範囲に従って製作された膜１０については少なくともそうである、ということを示している。
【０１４３】
［０００１６７］いずれにしても、製作後の分析では添加剤１６の幾つかのものの濃度（あるいはそれらの存在でさえも）を正確に決定することができないかもしれず、従って、製作または品質の制御という目的のためには役立たないかもしれない。例えば、表２に示されるように、ナノ粒子のようなナノ構造物質は、上で説明したアルカリ土類金属および／またはｍｈＴＭＣおよび別の検出できない添加剤を含む他の添加剤１６の多くのタイプのものと組み合わされる。そのような添加剤を用いて形成された膜１０の製作後の分析によれば、ＬＴＡ添加剤１６の存在が検出されるようであるが、その一方、アルカリ土類金属、アセチルアセトネート、ｍｈＴＭＣ添加剤または別の検出できない添加剤の実際の濃度は示されないか、あるいはそれらの存在でさえも検出されないようである。
【０１４４】
［０００１６８］同様に、ゼオライトまたはその他のナノ構造添加剤１６（例えばＬＴＡ）が選択されて、ここで開示された方法に従って予備処理され、そして膜１０の製作における添加剤として用いられるとき、そのナノ構造添加剤は、可溶性の金属種のような追加の添加剤を放出するかもしれない。
【０１４５】
［０００１６９］例えば、実施例２〜４、５７〜６０および６３〜６５に示されるように、Ａｌ（またはＧａ）のような可溶性の金属イオンが、例えばアルミン酸ナトリウム、塩化ナトリウム、クエン酸アルミニウムとしてａｃａｃとの錯体の形で添加されるとき、あるいは例えばＬＴＡから放出されるとき、そして／または、これら両方の場合、界面重合処理の際にそれが適当な濃度で存在するのであれば、その金属イオンは有用な添加剤１６であろう。ＬＴＡ、アルカリ土類金属錯体およびｍｈＴＭＣを含む添加剤１６を用いて上のようにして製作される膜１０の実施例においては、製作された後に、ＬＴＡだけが検出可能な量で存在するかもしれない。その他の添加剤１６のいずれかが少しでも検出された場合は、その検出された濃度はおそらく不正確であり、一般的には実際に用いられた量よりもずっと低いだろう。
【０１４６】
［０００１７０］ＴＦＣ膜中のいわゆる「検出不可能な添加剤１６」の存在と濃度を判定するための現在利用できる唯一の方法で、我々が知っているものは、そのような添加剤を用いて製造された膜１０の流量と拒絶特性を、同じ方法で製造されたがしかしそのような添加剤を用いずに製造された適当な対照の膜のものと比較することである。
【０１４７】
［０００１７１］実施例の表において、「％Ｉｍｐ．」（改善％）と見出しをつけている欄は、添加剤１６を用いて製造された膜１０の、添加剤を用いずに製造された同じ膜１０に対する流量の増大率を表す。（有機相１８における高純度のＴＭＣの使用のような）試験の手順は、添加剤として作用する不純物の影響を（それがもしあれば）最小にするようにして、用いられた。
【０１４８】
［０００１７２］実施例２〜８３において、実施例１は対照の膜を表す。実施例２８に従う製作において、４％のＭＰＤと０.３０％のＴＭＣを使用して標本の膜１０が製造された。重量％対重量％を基準として記録されたＭＰＤ対ＴＭＣの比率は４／０.３＝１３.３３であり、これは「ＭＰＤ／ＴＭＣ比率」と見出しをつけた欄に記録されている。実施例２８において、添加剤１６として０.０５％のＬＴＡが水性相１４に添加され、そして０.０５８％のＳｒ(Ｆ６ａｃａｃ)２ が有機相１８に添加され、これは「水性相１４、添加剤１６」および「有機相１８、添加剤１６」と見出しをつけた欄に記録されている。この製作において、「有機相１８、添加剤１６」と見出しをつけた欄に記録されているように、有機相１８に添加剤１６としてナノ構造物質は添加されなかった。
【０１４９】
［０００１７３］実施例２８に従って製作された標本の膜１０を試験することによって記録された流量は、３６.８ＧＦＤと記録されている。（例えば塩の）拒絶率は９９.５７％と記録された。実施例２８に対して製作された対照の膜は、実施例１に示されている。特に言及しない限り、これと同じ対照の膜の製作が、これらの表に示された大部分の実施例に対して用いられた。
【０１５０】
［０００１７４］同じ対照の膜の特性を変わらずに再現できたという事実は、試験の手順が一貫していたことを強く示しているが、しかしもっと重要なことは、（添加剤１６以外の）製作プロセスの部分が好適な処理であって、制御できるものであることを示していることである。例えば、記録されたＭＰＤとＴＭＣの濃度と比率の使用は、好ましいものとして以下で説明する範囲内であって、そして膜を予め決められたパラメーターで明らかに繰り返し製造するために用いることができる。
【０１５１】
［０００１７５］幾つかの実施例（例えば実施例５２〜５５）において、流量の改善が記録されていないが、その理由は、これらの実施例は、（そのときに製作されたものであるか、あるいは製作されたものではない）対照の膜を上回る流量の改善を判定するためよりもむしろ、ＭＰＤ、ＴＭＣおよびＭＰＤ／ＴＭＣの範囲のような製作上のパラメーターの有益性を確かめるために行われたものだからである。しかし、対照の膜の流量が知られていないか、あるいは記録されていない実施例についての流量の改善を判定するのが望ましい場合は、それを、比較的容易な二工程プロセスによって合理的な正確さで行うことができる。
【０１５２】
［０００１７６］例えば、実施例５２についての流量の改善率が記録されていないが、その理由はおそらく、この試験が、わずかに高いＴＭＣ濃度を有していて、その結果、わずかに低いＭＰＤ／ＴＭＣ比を用いて製作された注目されている添加剤を含む膜の有益性を判定するために用いられたものだからである。実施例５２についての流量の改善率の良好な概算は、ここで明示されているパラメーター（および当然に、良好な実地と結果の記録）に従って対照の膜を製造することによって、行うことができる。
【０１５３】
［０００１７７］次いで、流量の改善率を容易に決定することができる。実施例２に従って製造された新しい膜の流量が表に示されたものとは異なる流量の値を有する場合は、表に示された流量の改善と新たに製作された膜によって示される流量の改善との間の差について上のように調整されて決定された流量の改善率を用いるのが合理的である。
【０１５４】
［０００１７８］上で言及したように、膜１０の製作後の分析によっては十分に検出できない一つ以上の添加剤１６の存在と濃度を決定するための指針として流量の改善率を用いる必要性は、非ナノ構造添加剤１６の（全てではないとしても）大部分は、製作後には容易に検出され得ないという事実から生じる。さらに、この流量の改善率についての指針は、未詳の膜における未確定の添加剤１６の存在と濃度を試行的に決定するための、現在ある唯一の方法であろう。対照の試料としての膜を製造するための好ましいプロセスパラメーターの使用は、未確定の添加剤の存在とそのおおよその濃度を見積もるための、現在ある最良の方法を提供する。分析技術は時とともに進歩するであろうから、いわゆる「可溶性の」添加剤または検出不能な添加剤１６の存在についての判定は、添加剤を直接検出することによって、あるいは得られる膜の化学的構造または形態の相違を判断することによって、将来は可能になるであろう。
【０１５５】
セクションＣ：加工処理技術
Ｃ.１  添加剤１６を導入するための技術
［０００１７９］ここで再び図１〜９を参照すると、図１に示されるように、界面重合が生じたか、あるいは生じかけているときの水性相の層１４が（その中に分散された添加剤１６とともに）、支持体膜１２の上面に示されている。図２において、添加剤１６は有機相の層１８の中に分散しているように示されている。同様に、図３に示されるように、添加剤１６は水性層１４と有機層１８の両者の中に含まれていてもよい。
【０１５６】
［０００１８０］水性層１４と有機層１８のいずれか一方または両者の中で、添加剤１６の一般的に好ましい濃度は０.０２５重量％〜０.２５重量％であり、より好ましくは０.０２４重量％〜０.１８重量％であり、あるいは最も好ましくは０.０５重量％〜０.１５重量％である。
【０１５７】
［０００１８１］図４に示されるように、界面重合の際に添加剤１６が存在するように、典型的には水性相１４と有機相１８の間の接触が行われる前に、（上述の態様に加えて、あるいはその態様の代わりに）添加剤１６は支持体１２の上面にある水溶液１１を介して導入されてもよい。水溶液１１は、少なくともその一部が、水性相１４と支持体膜１２の間の層であってもよく、その液体は水性層１４と支持体膜１２の水で湿った表面の両者と連通していてもよい。界面重合の際に存在するように、添加剤１６は他のあらゆる好都合な方法によって導入されてもよい。例えば、製作工程の一部分として、加水分解した添加剤を直接添加することによって導入してもよいし、あるいはそのような加水分解した添加剤１６を含む化合物を用いることによって導入してもよい。一例として、有機相１８において一加水分解ＴＭＣおよび／または二加水分解ＴＭＣを用いてもよく、それによって界面重合反応に加水分解したＴＭＣ添加剤１６が導入される。
【０１５８】
［０００１８２］ここで特に図５〜７を参照すると、製作された後、膜１０は、部分的に可溶性のナノ構造物質および同種類のもののような添加剤１６を弁別膜２４の中に含んでいてもよい。これらの図面において、製作された後に添加剤１６の少なくとも幾分かが弁別膜２４の中に検出できない場合であっても、弁別膜２４は、便宜上、添加剤１６を含んでいるように示されている。例えば、有機相１８と水性相１４の間の界面重合の際に存在する添加剤１６の幾分かは、例えば洗浄することによって、あるいは後の処理によって除去されるかもしれないし、あるいは我々が利用できる現在の技術で検出するには少なすぎる量で存在するにすぎないかもしれないし、あるいは全く存在しないかもしれない。ｍｈＴＭＣのような加水分解した添加剤１６は、界面重合の際に吸収されるか、あるいは別の分子に転換されると考えられる。
【０１５９】
［０００１８３］ここで図８と図９も参照すると、図８は膜２４において添加剤１６が存在することを説明していて、これは、少なくとも幾分かの添加剤１６が界面重合の際に存在していたことを示す。図８において、膜２４の上面と下面に貫入しているように示されている添加剤１６は、これらの位置において検出できる添加剤１６を示す。同様に、図９は弁別膜２４を製作する際に添加剤１６を使用することを示し、同様に、製造後に膜２４と支持体膜１２の間に添加剤１６が存在し、そしてその境界面で検出できることを示す（それらのうちの幾分かは製造後に検出できるか、あるいは検出できないだろう）。
【０１６０】
［０００１８４］ここで図１０を参照すると、少なくとも実験室用の設定において、支持体１２の製作を可能にする方法であって、この層の中に添加剤を含むものが記載されている。上で言及したように、添加剤１６は製作後に支持体層１２の中に検出できるか、あるいは検出できないだろう。同様の方法は、布の層２０の中に（布の層２０の構成に応じて）添加剤１６を含ませるために用いることができる。
【０１６１】
［０００１８５］図１０において、加工処理した後に、布２０の上の流延溶液１３が支持体膜１２になる。本明細書に記載されている、ナノ構造のアルカリ土類金属のような添加剤１６やその他の特定の添加剤１６もまた（あるいはこれを代替的に）、支持体膜１２の中に添加することができ、これは、ガラス板１５の上の布２０の上に支持体膜１２を設けるために用いられる流延溶液１３にそのような添加剤１６を含めることによって行われ、そして／または、支持体膜１２を製作する際に転相を起こさせるために用いられる非溶剤（例えば脱イオン水）の中に添加剤１６を含めることによって行われる。ガラス板１５は実験室用の設定において用いられるのが好都合であろうが、しかし支持体膜１２を製作するための連続的な被覆プロセスにおいては用いられないと思われる。
【０１６２】
［０００１８６］多孔質の支持体膜１２は一般に、使用されるまで湿ったままにされる。水性相１４と有機相１８の間の界面重合反応に導入される金属イオンまたはその他の添加剤１６の量は、ある場合においては、ＴＦＣ膜１０を製作する前に適当な時間（例えば、少なくとも１時間）、支持体膜１２を（例えばロールの形で）貯蔵することによって増大するかもしれない。
【０１６３】
［０００１８７］界面重合の前か、またはそれが行われる間に、金属イオンまたはその他の可溶性の添加剤１６を支持体膜１２のような供給源から、例えば水性相１４の中へ、十分な時間にわたって拡散させることも重要かもしれない。（例えばナノ粒子添加剤１６からの）金属イオン添加剤１６が界面重合反応に導入されて、それによって最終的な弁別層２４のポリマー構造に強い影響が及び、そして、例えば適用される同じ圧力に対して通過する水の流量が増大することによってＴＦＣ膜１０の性能が向上するためには、２秒から５分の間、そして好ましくは１０秒から２分の間の時間、そのような拡散を行わせるのが適当であると現在は考えられている。
【０１６４】
［０００１８８］プロセスの中には、溶解性などの他の特性を与えるために、その他の無機鉱物質化合物のようなナノ構造添加剤１６を選択することが含まれるかもしれない。例えば、添加剤の結晶化の度合いに基づいて、可溶性の金属種のようなナノ構造添加剤１６が、溶液中へさらなる添加剤１６を放出する能力ゆえに、選択されてもよい。ナノ粒子添加剤１６の非晶質部分は一般に、そのナノ粒子の結晶質部分よりも溶解性が高く、そして加工処理によって溶解性をさらに増すことができる。結晶質物質の量は、Ｘ線結晶学法を含めた幾つかの方法によって決定することができる。
【０１６５】
［０００１８９］この理由のために、あるいは他の理由のために、添加剤１６を支持体膜１２の中に添加する前に、音波プローブまたは音波浴からの音波エネルギーを用いることによってナノ粒子またはその他の添加剤１６を予備処理し、そして／または、界面重合を行う直前またはその間に水性相１４と有機相１８のいずれか一方または両者をさらに超音波処理するのが有利かもしれない。添加剤１６の超音波処理は、支持体膜１２を形成するための流延溶液１３の中に音波プローブを直接浸漬すること、および／または、添加剤１６を含む溶液を容器の中に置くこと、および、その容器を音波浴の中に浸漬することを含むだろう。例えば、アルミニウムまたはアルカリ土類金属イオン１６のような金属種の添加剤１６の溶液中への放出を促進するために、溶液は１０〜６０分間、より好ましくは約３０分間、十分な音波エネルギーを受けてもよい。超音波処理の時間を長くすれば、金属種の添加剤１６が溶液中へ、ある平衡限度までは追加して放出されるだろう。
【０１６６】
［０００１９０］選択されたナノ粒子またはその他の添加剤１６の加工処理は、Microfluidizer（登録商標）プロセスにおいて１〜６０分間で発生する剪断力、キャビテーション、および衝撃力を用いて行うこともできる。処理を行った後、溶液は、例えばナノ粒子１６から分解した追加の金属種を含んでいるかもしれない。
【０１６７】
［０００１９１］選択されたナノ粒子またはその他の添加剤１６の加工処理は、攪拌棒を備えた容器に入れた添加剤１６を含む溶液を用い、そしてその溶液中の攪拌棒を動かすための攪拌プレートを用いて、あるいは溶液を攪拌するためのモーター付きのプロペラを用いて、あるいは実験室用トレー振盪機を用いて行うこともできる。攪拌または振盪は、水性相１４と有機相１８のいずれか一方または両者における高い溶解性を求めて選択されるナノ粒子またはその他の添加剤１６のためには最も効果的かもしれない。
【０１６８】
［０００１９２］同様に、選択されたナノ粒子またはその他の添加剤１６の加工処理は、添加剤１６の溶液を入れた容器中で、少なくとも３０秒間にわたって、ｐＨを約６よりも低く調節し、そしてより好ましくは約５よりも低く調節し、そして／または、少なくとも３０秒間にわたって、ｐＨを約８よりも高く調節し、そしてより好ましくは約９よりも高く調節することによって行うこともできる（あるいは、これによってのみ行うことができる）。ｐＨを約８よりも高く調節するか、あるいは約６よりも低く調節するかは、特定のタイプのナノ粒子またはその他の添加剤１６の溶解特性に依存するであろう。
【０１６９】
［０００１９３］加工処理は、溶液中での添加剤１６の所望の濃度を実現するのに寄与するかもしれない。幾つかの態様においては、添加剤１６は剪断力、キャビテーション、または衝撃力を用いて破壊されたか、あるいは部分的に分解されたものであってもよく、それにより界面重合混合物に導入される前記の可溶性の金属またはその他の種類のものを最大にすることができる。ナノ粒子またはその他の比較的不溶性の添加剤１６は、２００℃以上で少なくとも１時間、焼成されてもよい。そのように処理される添加剤は、振り混ぜ機（振とう機）の台上で少なくとも１分間、水溶液中で振り混ぜられたものであってもよい。
【０１７０】
［０００１９４］ナノ粒子またはその他の比較的不溶性の添加剤１６は、溶液中で熱を用いて４０℃以上の温度で少なくとも５分間、処理されたものであってもよい。ナノ粒子またはその他の比較的不溶性の添加剤は、溶液中のキレート化剤を用いて処理されて、それによって可溶性の金属種またはその他の原子状または分子状の添加剤を結合させたものであってもよい。
【０１７１】
Ｃ.２  ＴＭＣの濃度と純度
［０００１９５］我々はまた、膜の製作プロセスの特定の他の条件が従来の膜の製作条件から修正されるときに、適当な添加剤１６の添加が必要とされるようだ（あるいは、少なくともそのことがほぼ明白であるようだ）、という判断もした。例えば、膜１０を調製するのに用いられる試薬の濃度を特定の範囲内に調節することによって、添加剤１６をより効果的に作用させることができる、ということを我々は見いだした。すなわち、ＴＭＣの濃度が添加剤１６の有効性を変化させることが明白になった。特に、ある場合においては、低濃度のＴＭＣは特定の添加剤（例えば可溶性の金属イオン）の有効性を低下させ、その場合に、その添加剤は流動特性または拒絶特性を改善するのに特に有用ではない、ということがわかった。高濃度のＴＭＣ、典型的には当産業において従来用いられてきたものよりもずっと高い濃度のものを用いると、そのような添加剤１６はＴＦＣ膜１０における流量をかなり増大させる結果となる。
【０１７２】
［０００１９６］従来の知識によれば、ＴＭＣの純度は最も重要であると考えられる、とされているが、我々は、ある条件の下では、有機相１８中の低い純度のＴＭＣ（例えば、部分的に加水分解されたＴＭＣ）はＲＯ膜１０のような膜を製造するのにしばしば有益な影響を及ぼし、拒絶特性を維持しながら実質的に高い流量をもたらす、ということも見いだした。
【０１７３】
［０００１９７］ある場合においては、ＴＦＣ膜１０の性能は、すすぎ洗いを行うことによっても改善することができる。これは、ＴＦＣ膜１０が形成された後に、高いｐＨの水溶液中で行われるだろう。例えば、膜１０を炭酸ナトリウム溶液の中ですすぎ洗いすることができる。ｐＨは好ましくは８〜１２であり、晒す時間は１０秒から３０分の間、あるいはそれ以上であろう。あるいは、未反応のアミンの除去を容易にするために、低いｐＨですすぎ洗いを行ってもよい。このｐＨは、例えばｐＨ２〜ｐＨ５であろう。あるいは、すすぎ洗いを中性のｐＨで行ってもよい。あるいは、すすぎ洗いを、温水を用いて６０℃〜９８℃の温度で行ってもよい。炭酸ナトリウムによるすすぎ洗いのｐＨは好ましくは８〜１２であり、晒す時間は１０秒から３０分の間、あるいはそれ以上であろう。高温（例えば８０℃〜９０℃、または９５℃）でのすすぎ洗いを２〜１０分間行うことによっても、性能が改善されるかもしれない。すすぎ洗いには、約５００〜約２０００ｐｐｍの範囲の濃度での次亜塩素酸ナトリウムのような塩素の種類の使用も含めてもよい。すすぎ洗いには、上述の洗浄条件の組合せが連続して用いられるような個別の工程を含めてもよい。すすぎ洗いを行った後、膜を乾燥してもよいし、あるいは湿ったままにしてもよい。
【０１７４】
［０００１９８］ＴＦＣ膜１０の表面の引掻きを防ぐために、あるいは膜１０の親水性を変化させるために、図６に示すような親水性のポリマー層３０を膜１０の表面に付与してもよい。例えば、水中のポリビニルアルコールの溶液を膜１０の表面に付与し、次いで、熱硬化を行うことにより、層３０を生成してもよい。
【０１７５】
Ｃ.３  ＭＰＤ／ＴＭＣ比
［０００１９９］我々はまた、高い流量、高い拒絶性、低い汚れ性のＴＦＣ膜、特にここで説明している添加剤１６および添加剤１６の組み合わせを有するＴＦＣ膜の調製においては、ＭＰＤ対ＴＭＣの比率がもう一つの重要な要素であるようだ、ということを見いだした。上で説明したＴＭＣ濃度と関連して用いるための好ましい範囲は約３５の比率よりも低く、より好ましくは２５未満、そしてさらに好ましくは約１５未満である。最も好ましい比率は、重量％対重量％を基準として、ＭＰＤ／ＴＭＣについて約１３である。
【０１７６】
Ｃ.４  ｍｈＴＭＣ添加剤１６の調製と純度
［０００２００］ここで図１２に関して、我々は、異なる所定のレベルの純度を有する市販のＴＭＣの二つのロットから合成されたｍｈＴＭＣ添加剤１６を用いた我々の実験から、二加水分解ＴＭＣおよび／または三加水分解ＴＭＣ汚染物質の存在は、前記の添加剤から得られた膜１０の流量の改善と拒絶特性に明確に予測できる影響を及ぼすことを見いだした。我々は、ｍｈＴＭＣ添加剤１６の濃度は、他のいかなる物質がそれに含まれているか、ということに、ある程度依存することを知った。我々はまた、ｍｈＴＭＣ添加剤１６についての我々の分析に基づいて、優れた添加剤１６として有用な物質の濃度を決定し、そして／または選択するための方法も見いだした。
【０１７７】
［０００２０１］以下で直ぐにかなり詳細に説明するように、以下の表に記載された関連する実施例について、比較的純粋なｍｈＴＭＣが合成された（二つのロットで合成され、表においてはロット１およびロット２と呼んでいる）。他の一加水分解ポリハロゲン類が、添加剤１６において用いるために同様の方法を用いて合成されるだろう。
【０１７８】
［０００２０２］ｍｈＴＭＣを調製するために、市販のＴＭＣが、触媒としてＤＭＦを用いて塩化チオニル中での還流によって最初に精製された。不純物が減圧下で除去された。次いで、この精製されたＴＭＣは塩化メチレン中に溶解され、そして０℃においてＷａｎｇレジン（Wang Resin）（市販の固相ポリマーで、反応性のヒドロキシル基を含むもの）と反応させた。希釈したトリエチルアミンが滴状で２時間にわたって添加され、次いで、その溶液は一晩かけてゆっくりと室温まで温められた。余分な試薬は、過剰の塩化メチレンを用いて洗い流された。トリフルオロ酢酸を用いた結合開裂によって、ｍｈＴＭＣが単離された。
【０１７９】
［０００２０３］ここで図１２を参照すると、精製されたｍｈＴＭＣを合成した後、その後の分析のために、得られた生成物を重水素化トルエンまたは重水素化アセトンの中に溶解することができる。化合物の同一性とｍｈＴＭＣの純度は、１Ｈ-ＮＭＲを用いることによって確認することができて、例えばこの図に示されるように、この方法によるｍｈＴＭＣの分析結果がグラフで表される。この図において、８.６ｐｐｍにおける二重線は、塩化カルボニルとカルボン酸基の両者に隣接する二つの芳香環の陽子に相当すると考えられる。二つの陽子があるために、このピークの総面積である１.９９は、８.４ｐｐｍにおける三重線の総面積の二倍である。８.４ｐｐｍにおける三重線は、二つの塩化カルボニル基の間の単一の芳香環の陽子に相当する。この化合物の純度は、これらの陽子の総面積を、非加水分解ＴＭＣ、二加水分解ＴＭＣ、およびトリメシン酸化合物の同一物の陽子総面積と比較することによって確認することができ、そしてｍｈＴＭＣの純度は、単離された固体の１Ｈ-ＮＭＲを用いて確認された。このＮＭＲプロセスは重水素化トルエンにおいて行われた。
【０１８０】
［０００２０４］合成ｍｈＴＭＣ添加剤１６の純度はＮＭＲスペクトルから見積もることができる。粗製の、および精製されたｍｈＴＭＣが、ＮＭＲ分析のために重水素化トルエンの中に溶解される。純度の計算は、トリメシン酸、１,３,５-ベンゼントリカルボニルトリクロリド、一加水分解ＴＭＣおよび二加水分解１,３,５-ベンゼントリカルボニルトリクロリドの相対的な量を考察することによって行うことができる。次いで、これらの値は、通常は合成からの不純物のものである全ての外来のＮＭＲピークによって減じられる。
【０１８１】
［０００２０５］ここで図１３と図１４を参照すると、純度について調節されたｍｈＴＭＣ添加剤１６の濃度の関数として、膜の性能がグラフで説明されている。ｍｈＴＭＣについての実施例１６９〜１７１および１７３〜１８２において、これらの試験のために用いられた合成ｍｈＴＭＣ添加剤１６の濃度が示されていて、またｍｈＴＭＣの出所（すなわち、合成ロット１または２）が示されている。図１３において、ロット１の流量の曲線３２は、ｍｈＴＭＣ添加剤１６（ロット１）の濃度が０％（対照の膜のもの）から０.０２５重量％まで増大するときの流量の増加を説明している。ロット１の拒絶率の曲線３４は、同様の濃度についての対応する拒絶特性を示す。
【０１８２】
［０００２０６］図１４は、図１３に示されるｍｈＴＭＣの濃度範囲の最も有用な部分（ｍｈＴＭＣのロット２についての０％ｍｈＴＭＣから０.０１５重量％まで）を示す。特に、ロット２の流量の曲線３６は、ｍｈＴＭＣロット２を用いて製造された膜についての流量の増大を示し、一方、ロット２の拒絶率の曲線３８は、この濃度範囲にわたっての拒絶率の低下を説明している。
【０１８３】
［０００２０７］図１３と図１４における曲線は、合成ｍｈＴＭＣの純度について調節されたものである。特に、ロット１および２についてのデータは、ＮＭＲ分析評価に基づく合成ｍｈＴＭＣについて見積もられた濃度（これには、トルエン中に溶解された物質の単純な百分率が含まれる）について調節された。図１３において、ｍｈＴＭＣのロット１について、純度は、約８０％純度のｍｈＴＭＣと見積もられ、残りの２０％は主として二加水分解ＴＭＣであると考えられ、一方、図１４において、ｍｈＴＭＣのロット２について、純度は、約２５％純度のｍｈＴＭＣと見積もられ、残りの７５％は主として二加水分解ＴＭＣであると考えられる。これらの曲線は、ロット１および２の両者についての曲線が１００純度のｍｈＴＭＣを表しているように調整されたものであり、それにより両者を比較できるようにしている。
【０１８４】
［０００２０８］図１４において、グラフの線または曲線４０および４２はまた、ロット２のｍｈＴＭＣについての膜１０の流量と拒絶率を表していて、この場合、低い純度のｍｈＴＭＣに含まれる二加水分解ＴＭＣの結果であると考えられる大きな汚染物質の構造物を除去するために有機相１８がろ過されたものである。いずれのロットにおいても、その中に存在する三加水分解ＴＭＣは可溶性ではないと考えられ、そしてｍｈＴＭＣ溶液から沈殿したであろう。
【０１８５】
［０００２０９］図１３に関して、さらに詳細に説明すると、ロット１の流量の曲線３２は、０％の濃度（すなわち、対照の膜の濃度）における２４ＧＦＤから約０.００７５％の濃度における約３２.１ＧＦＤまで流量が増大したことを示す。流量の増大率は、線４４（以下で説明する垂直な偏向軸Ａ）で表した濃度において低下した。濃度が増大するのに伴って流量は改善し続けたが、しかし、線４６（約０.０２１５％の調節されたｍｈＴＭＣの濃度における垂直な偏向軸Ｂ）で表した濃度において流量が３９.７ＧＦＤに達するまで、わずかにゆるやかな改善率となった。濃度が偏向軸Ｂ（線４６）を越えるまで流量はさらに増大し、０.０２５０％の調節された濃度において４５.１ＧＦＤになるまで流量は劇的に増大した。
【０１８６】
［０００２１０］偏向軸ＡおよびＢは、単に、添加剤１６（この場合、ｍｈＴＭＣ添加剤１６）の影響がそこで変化すると思われる濃度を示すためにグラフ上に描かれた垂直な線である。例えば、ロット１について、添加剤の濃度が０重量％（対照の膜）から０.００５重量％へ増大するときの、表示された濃度の添加剤１６を用いて製造された膜１０についての２４ＧＦＤから３２.１ＧＦＤまでの流量が示されている。従って、この領域における流量の増大率は、およそ（３２.１−２４）／０.００５〜添加剤１６の０.００１重量％の増大につき１ＧＦＤである。しかし、偏向軸Ａから偏向軸Ｂまでは、流量はもっと低い率、すなわち、（３９.７−３２.１）／（０.０２１２５−０.００５）〜０.００１％の添加剤１６につき０.５ＧＦＤ、で増大した。０.０２１２５％における３９.７ＧＦＤを伴う偏向軸Ｂから０.０２５０％における４５.１ＧＦＤまでの添加剤１６の増大する濃度の関数としての流量の増大率は、（５.４／０.００７５）すなわち１.４ＧＦＤ／０.００１％である。
【０１８７】
［０００２１１］言い換えると、膜の特性曲線３２、３４、３６、３８、４０および４２に沿って線４４、４６および４８（偏向軸ＡおよびＢ）と交わる点は、流量と拒絶率の両者についての増大率または減少率がこれらの点で変化した、すなわち、これらの偏向点は流量の増加と拒絶率の第二の導関数のような特徴が変化した濃度である、ということを示している。これらの偏向点は非直線性とみなすこともできる。流量と拒絶率の両者の増大率が同じ濃度の点で異常な形で変化したという事実が顕著であることは、これらの濃度において、添加剤１６（例えばｍｈＴＭＣ）の存在が界面重合に及ぼす影響に変化があった、ということを示していると考えられる。仕組みはわからないが、これらの「偏向点」の濃度において、あるいはこの濃度の付近において、添加剤１６の存在により、界面重合によって形成されるポリマーの構造に影響する一つ以上の機構に非直線性が生じた、と考えられる。
【０１８８】
［０００２１２］特に、図１３に示されるように、純度の高いｍｈＴＭＣロット１の拒絶特性は、対照の膜の０％濃度において９９.７％の拒絶率と、非常に良かった。約０.００７５％に調節されたｍｈＴＭＣ濃度を有するｍｈＴＭＣ添加剤１６を用いて製作された膜１０について、偏向軸Ａに沿う偏向点Ａにおいて、膜の拒絶率は約９９.６０％であって、依然として非常に良好である。その後、偏向軸Ｂに沿う偏向点Ｂにおいて０.０２１２５％濃度で９８.６０％まで拒絶率は低下し続け、次いで、それは約０.０２５０％濃度で９６.２０％まで劇的に低下する。
【０１８９】
［０００２１３］同様に、０％からおそらく０.０１５０％に調節された濃度での添加によって膜１０の非常に有用な性能がもたらされ、また約０.０２％〜０.０２１２５％まで高いｍｈＴＭＣの濃度もある条件では有用であるが、しかしそのレベルを越えた濃度では、偏向軸Ｂ（線４６）は、流量が劇的に増大するのに伴って、おそらく弁別膜２４のポリマー構造に損傷が生じることを示唆している。最適な点は、偏向軸Ａ（線４４）の近傍にあって、膜１０について約０.００７５％に調節されたｍｈＴＭＣ添加剤１６の濃度であると考えられ、このとき約３２.１ＧＦＤの流量と９９.６％の拒絶率が得られる。
【０１９０】
［０００２１４］いずれにしても、最初の主要な直線性、例えば添加剤１６の濃度の増大に伴う流量の増加率における直線性は、図において領域４５として示された軸Ａ（線４４）を含む範囲にある。この特定のグラフは限定されたデータの点を用いて描かれたが、しかし図１４に示されるグラフは、この議論を明白にするために追加のデータの点を用いて描かれたものである。
【０１９１】
［０００２１５］特定の目的のために必要とされる膜１０のパラメーターについての最適なポイントは、実験によって決定する必要があり、そしてそれは膜１０について提案された用途に依存するだろう。例えば、特定のろ過を行う目的のために約９７.６％よりも低い拒絶率が許容される場合は、添加剤１６の濃度を増大させることによって、増大した流量を得ることができる。あるいは、高い拒絶率が必要とされる場合は、濃度を低下させることができる。例えば、膜１０を、０.００５０％のｍｈＴＭＣ添加剤１６を用いて約３０.０ＧＦＤの流量と約９９.６％以上の拒絶率を有するように製造することができ、あるいは０.０１％に調節された濃度において約３３.５ＧＦＤの流量と約９９.３５％の拒絶率を有するように製造することができる。
【０１９２】
［０００２１６］添加剤の濃度が増大することへの影響における偏向点すなわち非直線性の検出と分析は、一般にそのような非直線性が同じ濃度のレベルにおいて生じる場合に、特定の添加剤の値を決定するのに有用であり、例えば、そのような非直線性の影響を低減させる傾向のある添加剤１６の加工処理における改善や、そして当然に、特定の目的のための特定の添加剤１６（あるいは添加剤の組み合わせ）についての適当な濃度レベルの選択における改善において有用であろう。
【０１９３】
［０００２１７］ここで図１４を参照すると、グラフおよび添加剤１６の異なる濃度の影響の非直線性についての以下のもっと詳細な議論から明らかになるであろうが、このデータはＴＦＣ膜の製作を十分に制御するための機会を与える。ｍｈＴＭＣ添加剤１６の濃度についての特定の例において、約０.０２２％の後に、膜のポリマー構造はその選択性を失い、おそらくは損傷したと、容易に断定される。図１４についての以下の分析において提示される技術により、特に図１３と比較したとき、ＴＦＣ膜の一般的な製造および添加剤を含むＴＦＣ膜の製造に関して、幾つかの非常に有益な発見がもたらされる。
【０１９４】
［０００２１８］最初は、流量と拒絶率の曲線における偏向点の確認、すなわち界面重合によって形成されるポリマーマトリックス（すなわち、弁別膜２４）の構造を添加剤１６が変化させるプロセスにおける非直線性であると考えられるものの検出である。流量と拒絶率の両者においてこれらの非直線性が生じる添加剤１６の濃度レベルが見いだされると、そして特に添加剤１６の純度の複数のレベルにおいてそれが見いだされると、添加剤１６に含まれる物質はおそらく、優れた性能を有する膜１０を製作するために繰返し用いることのできる添加剤としての正当な候補である。
【０１９５】
［０００２１９］さらに、二つの極めて類似した添加剤物質についてのそのような直線性（例えば、純度が異なるロット１および２について示されるもの）を比較することによって、一つの膜の特性の優れた性能と他の膜の特性との間で、例えば決められた流量と拒絶率の特性を備えたものを繰返し製造するというような優れた性能について、釣合いを取ることが可能になる。例えば図１４において、領域４９における濃度レベルを選択することによって、ロット２の添加剤１６を用いて、９９.２４％〜９９.０５％の拒絶率において３５.５ＧＦＤの範囲の高い流量を有する膜を製造することが可能になる。また分析によれば、加工処理することによって、例えば比較的大きな構造物（これは、この実施例において添加剤１６の中に二加水分解ＴＭＣが存在することから生じたと考えられる）を除去するためにロット２をろ過することによって、およそ０.００７５％の濃度のｍｈＴＭＣを選択することが可能になり、この濃度は、比較的予測可能な流量と拒絶率の性能を有するＲＯ膜１０を繰返し製作するために用いることができる、ということも示される。
【０１９６】
［０００２２０］すなわち、例えば、ろ過されたｍｈＴＭＣを添加剤として用いて膜１０を製作することによって、わずかに低い流量（例えば３３.２ＧＦＤ）と非常に良好な拒絶率（例えば９９.５６％）がもたらされる。この分析は、領域４９内での濃度を選択することによって、事実上の製作の反復性が得られるであろう、ということを明らかにしている。図１３と図１４の両者において確認された非直線性すなわち偏向点は、特定の添加剤が及ぼす流量と拒絶率への影響が限定されている濃度変化の範囲を示している。特に、ロット２およびろ過されたロット２のそれぞれについて、領域４９は、少なくとも予測可能な流量の変化の最低水準とともに拒絶率の変化の低いレベルを表している。
【０１９７】
［０００２２１］ここで図１４についてもっと詳細に説明すると、ロット２の流量曲線３６は、純水であるがろ過されていないｍｈＴＭＣの見積もられた２５％の濃度を反映するように調節されたものであるが、０％ｍｈＴＭＣの対照の膜の濃度における流量である１７.２ＧＦＤから、約０.００２５０％の調節された濃度における約３６.２ＧＦＤへ劇的に増加し、次いで、３５.５ＧＦＤへ増大し、ここで流量の増加率はなだらかとなり、ロット２の偏向軸Ａ４８における約３６.４ＧＦＤに達することを示す。その後、流量率は増大して、次いで緩やかな増加になって、流量は約０.０１５０％の調節された濃度における約３８ＧＦＤに達する。
【０１９８】
［０００２２２］しかし、ろ過されたロット２の流量曲線３６は、０％濃度における１７.２ＧＦＤから、ロット１からの高純度のｍｈＴＭＣについて増大する濃度からの結果と概ね同じ増大率で、０.００７５％に調節されたｍｈＴＭＣの濃度である偏向軸Ａにおける２６.４ＧＦＤまで流量が直線的に増大する、ということを示す。この増大する流量は、０.０１５０％に調節された濃度における約３１.９ＧＦＤにおいて、ろ過されなかったロット２のグラフの線によって示されるのと実質的に同じ増大する流量まで上昇した。調節され、そしてろ過されたロット２の流量増大曲線３６、４０は約０.０１５％の濃度において実質的に互いに合するという事実は、これらの試験結果における良好な一貫性を示すものである。
【０１９９】
［０００２２３］調節され、そしてろ過されたロット２からのｍｈＴＭＣ添加剤１６を用いて製造された膜１０について、ろ過されたロット２の拒絶率の曲線４２に沿って示される拒絶特性は、０％の濃度における対照の膜の値から約０.００７５％に調節された濃度における偏向軸Ａに沿う偏向点Ａまで、拒絶率がほとんど劣化しないことを示す。三つのロット１、２およびろ過された２の全てにおいて偏向点と偏向軸が表していることの間の一貫性は、不純物の影響が事実上同じであるか、あるいは類似していることを強く示唆している。これらの結果は、ろ過することによって除去された大きな汚染物質の影響は添加剤１６の濃度が増大するのに伴う流量の増加率に主として及ぶのであり、膜１０の拒絶特性にはあまり影響しない、ということを示唆している。
【０２００】
［０００２２４］市販のＴＭＣ（これ単独か、あるいはナノ粒子、アルカリ土類金属またはその他の分子状添加剤のような他の添加剤１６とともに用いるもの）におけるｍｈＴＭＣ添加剤１６の濃度は決定されていないが、ｍｈＴＭＣおよびその他の添加剤、および添加剤の組み合わせの最適な添加剤濃度についての適当な偏向点を決定することは、ここに開示された方法に従って、実験によって行うべき事項である。
【０２０１】
［０００２２５］特に、添加剤１６の濃度のさらなる増大によって拒絶特性の大きな低下率が生じる点である偏向点Ａは、添加剤１６の概ね最適な濃度を表していて、高い流量と高い拒絶率の両者を備えた膜１０を与えるものである。より低い濃度は流量を犠牲にして拒絶率を改善し、一方、より高い濃度は拒絶率を犠牲にして流量を改善する。増大した濃度によって拒絶率のさらに大きな低下が生じる点である偏向点Ｂは、弁別膜２４のポリマーマトリックス構造に欠陥が生じる可能性を表していて、従って、膜１０の（全てではないにしても）大部分への適用については、避けるべきである。
【０２０２】
［０００２２６］図１４のグラフに示されるように、ろ過されていないロット２の結果が調整されたとき、例えば偏向軸Ａにおける濃度の直下と直上において、流量の大きな改善が達成されたことに注目すべきであり、これはおそらく、ろ過することによっては除去されなかった二加水分解および／または三加水分解汚染物質またはその他の汚染物質によるものである。従って、０％の濃度と０.０２１２５％の濃度との間（汚染物質が影響する濃度の領域５０）での、ロット２およびろ過されたロット２のそれぞれについての流量の曲線と拒絶率の曲線である３６、３８および４０、４２の間の領域は、ろ過することによって大きな汚染物質を除去することなく、同じ純度のｍｈＴＭＣによって得ることのできる値よりも、高い拒絶率における高い流量が達成される可能性を表している。
【０２０３】
［０００２２７］しかし、この例外は、何らかの条件の下では有益かもしれないが、制御するのがより困難であるかもしれず、従って、汚染物質の領域５０における濃度すなわち流量の曲線４０に沿う濃度を用いて膜１０を製造することは、首尾一貫した結果を伴って商業的に行うには困難であろう。
【０２０４】
［０００２２８］偏向点ＡおよびＢの検出と使用は、ｍｈＴＭＣ添加剤１６のみならず、他の添加剤１６についても同様のやり方で有効であると考えられる。しかし、そのような他の添加剤１６が用いられるとき、例えば有機相１８において純度の低いＴＭＣを用いる結果としての追加の部分的に加水分解したＴＭＣを故意でなく使用することによって、流量の曲線３６に類似する線に沿って、増大した濃度の添加剤１６が良好に制御される流量の増加をもたらさない領域である汚染物質の領域５０における操作を招くかもしれない。これは、ＴＭＣの汚染のレベルによって偏向点Ｂを含む領域５０がもたらされる場合に、特に不満足なことであろう。すなわち、ＴＭＣの汚染（すなわち、ｍｈＴＭＣまたは二加水分解ｍｈＴＭＣを伴うＴＭＣの汚染）によって添加剤１６の濃度が偏向点Ｂを超えるとき、損傷した弁別膜２４が製造される。
【０２０５】
［０００２２９］要約すると、我々は、対照の膜のレベルを超えて流量が増大する曲線上の偏向点を確認することによって添加剤１６の適当な濃度レベルを決定するための非常に有用な方法を見いだしたと確信するのであり、これによって、商業的な製作においてより再現性の高い濃度を選択する能力を含めて、膜１０に対する特定の目的において用いるのに適した添加剤１６の濃度を承知の上で選択することが可能になり、これは、許容できる拒絶率のレベルにおいて最も高い流量が達成される濃度を選び取るだけなのである。特に、この方法は、繰り返すことの可能な性能特性の設定を含めて、より一貫性の高い製作を可能にする濃度レベルと汚染レベルを選択することを可能にし、そしてそのような変化性と取り組むために配合を変える必要性を不要にする。
【０２０６】
［０００２３０］ロット２の流量の曲線３６に示されているように、流量の増加率が幾つかの異なる濃度レベルにおいて変化していることに注目するのは興味深いことである。このことは、ロット２の拒絶率の曲線３８に示されている拒絶率の低下の進度についてもあてはまる。これら二つの曲線だけに基づけば、選択すべき偏向点として０.００７５％ｍｈＴＭＣ濃度を取り出すことは容易ではなかったであろうが、しかし、曲線３２と４０を用いると、これらは少なくとも最も大きな汚染物質の構造物が除去された比較的純粋なｍｈＴＭＣを示しているが、選択すべき濃度として同じ濃度が考えられる。
【０２０７】
［０００２３１］図１３と図１４は、様々な有用な添加剤１６の濃度についての流量と拒絶率の曲線が概して比較的良好に推移する、すなわち、それらの曲線が、対照の膜の濃度（０％）から弁別膜２４のポリマー構造が界面重合の際の過剰な添加剤１６の存在によって損傷を受けたであろう濃度まで、緩やかに且つ滑らかに変化する、という我々の発見を示している。我々は、ｍｈＴＭＣにおける汚染物質の影響を詳細に調査した。というのは、二加水分解ＴＭＣ汚染物質と三加水分解ＴＭＣ汚染物質は、有機相１８においてＴＭＣが用いられるあらゆる界面重合において存在する可能性があるからである。
【０２０８】
［０００２３２］ロット２の流量と拒絶率の曲線３６および３８は一連の濃度において示されていて、流量の変化率と増加率（すなわち、これらの膜の特性値の第二の導関数）が、膜１０を製作するのに用いられるであろう濃度の範囲内にある複数の濃度において変化する、という事実を説明している。ロット１およびろ過されたロット２についての流量と拒絶率のために用いられる濃度は、流量と拒絶率の曲線３２、３４および４０、４２に沿う少数の点において示されているだけであり、添加剤１６からの流量と拒絶率の増加率と低下率が比較的滑らかに変化して、実質的に汚染物質による影響を受けていない、ということを説明している。この劇的といえる相違は、膜１０の商業的な製作のための、すなわち、製造設備が遭遇する多様な環境条件の下で予測可能で制御可能な膜特性が得られるような製作のための添加剤１６についての適当な濃度の選択において非常に有用である。
【０２０９】
［０００２３３］特に、図１３におけるロット２の流量と拒絶率の曲線３６および３８を参照すると、膜１０についての普通の目的において用いるための添加剤１６の濃度、例えば図５と図６における例について上で示されたような純水または飲料水を製造するための塩水または海水の逆浸透（ＲＯ）において用いるための添加剤１６の濃度は、典型的には、おそらく９９.５％の拒絶率を保持する対照の膜の流量よりも流量が高くなる濃度であろう。３２.６ＧＦＤと９９.４５％の膜特性を有する最終的な膜１０を与えるものである、おそらく０.００２５％の濃度が選ばれるかもしれない。ある場合には、製造設備によっては、わずかに低い９９.２４％の拒絶率は所望の水の純度を満たさないかもしれないが、もっと高い３５.５ＧＦＤという利益が得られるように、０.００５％の濃度が選ばれるかもしれない。しかし、これらの濃度のいずれかの選択は、反復可能性およびその他の製造上の制限を伴う問題に遭遇するかもしれない。
【０２１０】
［０００２３４］ここで説明された方法を用いることによって、すなわち、汚染の影響を判定するとともに軸線４８に沿う偏向点Ａを確認することによって、製作者は、添加剤１６についての０.００７５％の濃度を選択することができ、そしておそらくは汚染物質を取り除いて、広い範囲の条件下で３３.２ＧＦＤと９９.５６％の拒絶率の膜特性を有する膜１０を製作することができるであろう。
【０２１１】
［０００２３５］ここで図１６〜１８を参照すると、特に、塩水のような供給原料２８または真水の供給流れ２９が塩素を含むとき、窒素を含有する耐汚れ性の被覆層５２のような耐汚れ性の層の一部としての混成ＴＦＣ膜１０へ、および／または、耐汚れ性の層または領域５２としての弁別層２４の中に、ハロゲン反応性窒素の種類（またはハロゲンと反応してハラミンを形成するその他の化合物）を添加するのが望ましいであろう。塩素は制生物剤として作用し、一方、反応性窒素の種類が存在することによって、塩素処理された供給原料を用いて標準的な水浄化操作を行う間の塩素による損傷に対する混成ＴＦＣ膜１０の耐性が向上するだろう。さらに、混成ＴＦＣ膜１０の中での窒素の種類の存在は、継続して使用した後に混成ＴＦＣ膜１０を塩素で再充填させるために用いることもできて、それによって汚れに対する膜１０の耐性が再生する。
【０２１２】
［０００２３６］ここで特に図１６を参照すると、膜１０は本明細書に記載された態様のいずれによっても製造することができて、それらの態様の組み合わせ、および／または変形も含まれる。例えば、弁別層２４は、前述したように有機ポリマー溶液と水性ポリマー溶液を接触させることによって、多孔質の支持体膜１２の上での界面重合によって製造することができる。界面重合は、ポリマー溶液の中に適当な濃度で分散したナノ粒子またはその他の添加剤１６が存在することによって起こさせることができるだろう。
【０２１３】
［０００２３７］多孔質の支持体膜１２は、流延液に含まれる添加剤２５（例えばＬＴＡナノ粒子）を含んでいてもよい。さらなる強度を与えるために、膜１２は布２０の上に流延されたものであってもよい。布２０は、さらなる強度および／または汚れに対する耐性を与えるために、添加剤２２（例えばＬＴＡナノ粒子）をその中に含んでいてもよい。ナノ粒子１６、２２および２５は、同じかまたは異なるナノ粒子であってよい。
【０２１４】
［０００２３８］窒素を含有する耐汚れ性の被覆５２を混成ＴＦＣ膜１０の表面に付与してもよく、これは典型的には、供給水２９が適用される弁別膜２４の供給流れ面の上に付与される。供給流れ２９は、処理されるべき溶液、例えば逆浸透によって処理されるべき地表水、井戸水、塩水、廃水、またはその他の溶液を与える。被覆層５２は単独で用いてもよく、そして／または、図６に示される層３０のような親水性またはその他の膜被覆と組み合わせて用いてもよい。
【０２１５】
［０００２３９］耐汚れ性の被覆層５２は窒素１７を、例えば層５２のポリマーの主鎖の内部にある官能基の中に含んでいるか、あるいはポリマーの主鎖に付加された官能基の中に含んでいる。窒素１７は、ハロゲンと反応してハラミンを生成する窒素の種類（species）である。耐汚れ性の層５２の中の窒素１７は、図１７において窒素のドメイン（分域）５６として示すように、窒素の添加剤１７がナノ粒子の形になっている場合は特に、独立したポケットまたはドメインの形になっているかもしれない。窒素の添加剤１７および／またはハラミンを生成するその他のハロゲン反応性化合物は、ドメインを形成するようにして被覆層５２に添加されていてもよいし、あるいはドメインを形成するとは限らない分散した添加剤として添加されていてもよい。窒素の種類１７は、ナノ粒子添加剤１６、２５または２２の形になっていてもよい。
【０２１６】
［０００２４０］窒素の種類１７は窒素のドメイン５６の中に位置していてもよく、その幾つかは図１７に示されているが、これについては以下でさらに詳細に説明する。窒素の種類１７が窒素を含有するドメイン５２の中に存在する場合は、その窒素は、弁別層２４を形成するポリマーに付加された第二のポリマー５８の中に存在していてもよい。操作の際は、供給水２９は耐汚れ性の被覆層５２を通過し、次いで、浄化される水３４は弁別層２４、多孔質の支持体膜１２および（存在する場合）布の層２０を通過する。
【０２１７】
［０００２４１］窒素を含有する耐汚れ性の層５２の調製は、任意の適当な慣用のプロセスによって行うことができるが、その幾つかのものは、そのようなプロセスの範囲を示すために以下で説明される。窒素の種類１７は、膜２４の表面に付加された耐汚れ性の層５２（これはしばしば、被覆または被覆層とよばれる）のタイプのものの中でドメインまたは分散した添加剤の形になっていてもよく、また、典型的にはドメインとして、窒素の種類６２として弁別層２４の中に形成されていてもよい。
【０２１８】
［０００２４２］例えば、窒素を含有する耐汚れ性の層５２は、有機相１８に適当なモノマー、オリゴマー、またはポリマーを添加することによって調製することができる。これらの添加剤は有機相１８に溶解できるか、または分散されるかのいずれでもよい。界面重合が行われた後、そのような添加剤は典型的には、図１６、１７および１９において弁別層２４の上に示された耐汚れ性の窒素含有層または被覆５２として、弁別層２４の内部および／または表面上で包まれる。図１８は、弁別層２４の中に形成された窒素の種類のドメインの形になっている反応性窒素の種類を示している。
【０２１９】
［０００２４３］例えば図１７に示されるように、ポリマーの添加剤については、得られる重合生成物は、弁別層２４の中の窒素含有ポリマー５８からなるナノ複合アロイであろう。耐汚れ性の層５２からなる追加のポリマーが、混成ＴＦＣＲＯ膜１０の表面の多くの部分または大部分を覆っていてもよい。
【０２２０】
［０００２４４］オリゴマーまたはモノマーが用いられる場合は、熱的に誘導される開始剤または紫外線開始剤を含めるのが有用であろう。このやり方においては、耐汚れ性の層または窒素を含有する層５２の重合は、弁別層２４が形成された後に、制御された時間で行うことができる。モノマーは弁別層２４の薄膜の中に閉じ込められるかもしれないので、重合によって相互に貫入した網状構造が生じるかもしれない。すなわち、弁別層２４は、耐汚れ性の層５２の構造の中にある窒素に加えて、窒素のポリマー５８のようなポリマー構造の中にも窒素を含んでいてもよい。従って、ＲＯ膜１０の表面の多くの部分または大部分は、追加の窒素含有被覆層５２によって覆われていてもよい。
【０２２１】
［０００２４５］窒素を含有する層５２を堆積させる別の方法は、弁別層２４の表面上に初期重合したポリマーを堆積させることによるものであろう。例えば、ポリスルホンをクロロスルホン酸でスルホン化させ、次いで、ＰＣｌ５でクロロスルホン化ポリスルホンに転換し、これをアンモニアまたは第一アミンと反応させてスルホンアミド置換ポリスルホンを調製することができる。次いで、窒素化した流延用ポリマーを形成させるために、ポリスルホン支持体を溶解しない溶媒中にスルホンアミド置換ポリスルホンを溶解させることができ、次いで、ＲＯ膜１０の弁別層２４の上に薄膜として流延し、そして乾燥させることによって、窒素を含有する被覆層５２を生成させる。
【０２２２】
［０００２４６］あるいは、この窒素化した流延用ポリマーを第二のポリマー溶媒系の中に分散させることができる。例えば、スルホンアミドを含むポリスルホンをポリビニルアルコール水溶液中に分散させることができる。良好な分散を与えるために、超音波処理または微細流動化処理が必要かもしれない。次いで、スルホンアミドを含むポリビニルアルコール水溶液をＲＯ膜１０の弁別層２４の上に流延し、そして乾燥させることができる。得られた膜１０は、連続した耐汚れ性のＰＶＡ層５２の中に分散したスルホンアミド含有ポリスルホンからなるナノ粒子状のドメイン（その幾つかは図１７において窒素のドメイン５６として示されている）を有するであろう。窒素を含むドメイン５６が層５２を形成するための第二の相の中に存在する場合は、ドメイン５６のサイズと分布を制御するのが有益である。特に、窒素を含むドメインどうしの間の距離は１０ミクロン未満とするべきであり、より好ましくは１ミクロン、そしてさらに好ましくは１００ｎｍ未満とするべきである。この距離は、付着した微生物と窒素を含むドメイン５６との間の接触を確実にするものであり、それによって微生物は殺されて、ＲＯ膜１０が汚れるのが防がれる。
【０２２３】
［０００２４７］他の場合においては、弁別層２４の上に適当な官能基をグラフトすることによって、非常に薄い被覆層５６が調製されるかもしれない。例えば、エポキシドの３-グリシジル-５,５-ジアルキルヒダントインを弁別層２４の上に被覆してもよい。ＲＯ膜１０は、エポキシドと反応することのできる末端アミン基あるいはその他の求電子性の基を含んでいてもよく、それにより、所望の窒素化合物を弁別層２４の表面につなぐことができる。ＲＯ膜１０の弁別層２４の上の残留酸または酸ハロゲン化物の基と反応する求核性のグラフト剤を用いてもよい。
【０２２４】
［０００２４８］ある場合には、ＲＯ膜１０は、弁別層２４の表面上に蓄積してＲＯ膜１０の効果的な透過性を低下させる傾向のある物質を含む水から塩分を除くために用いられてもよい。これらの汚れ物質としては、以下のものに限定されないが、天然の有機物、部分的に不溶性の無機物質、有機界面活性剤、スリット、コロイド物質、生物膜を含む微生物種、および蛋白質、多糖類、核酸、代謝産物、その他同種類のものなど微生物種から排泄または放出される有機物質がある。耐汚れ性の層５２は、蓄積する物質の量、密度、生存能力、厚さおよび／または性質を低下させるので、本明細書に開示されたようにして調製されたＲＯ膜については、汚れから生じる透過性の低下は従来の膜よりも小さい場合が多い。
【０２２５】
［０００２４９］親水性、電荷および粗さのような弁別層２４の表面特性は、この蓄積または汚れおよび透過性の変化の程度に影響する場合がある。一般に、親水性が高く、負の電荷を帯びていて、そして滑らかな表面を有するＲＯ膜は、透過性、拒絶率、および汚れ挙動が良好となる。耐汚れ性の層５２を有するＲＯ膜１０についての蓄積に対する改善された耐性は、層５２の増大した親水性とある程度関連しているかもしれない。増大した親水性は、制御された温度において膜の表面と蒸留水の滴との平衡接触角を測定することによって評価することができる。
【０２２６】
［０００２５０］窒素の種類を含有する被覆層５２は二つの主な目的にかなうものであると言えるかもしれない。その第一の役割において、それは、再生利用される真水、塩水または海水またはその他の供給流れ２８のような逆浸透によって浄化されるべき塩素を含む水をＲＯ膜１０に適用し、ＲＯ膜１０において下にある弁別層２４に塩素が到達する前に、層５２において塩素が窒素の種類または関連する化合物と反応することを可能にする。別の役割において、窒素を含有する被覆層５２は、ＲＯ膜１０において下にある弁別層２４への塩素の移送を遅くする。耐汚れ性の層５２は抗微生物性でもあり、弁別層２４の表面の汚れをいっそう低減するだろう。窒素を含有する被覆層５２を塩素に晒すことによって、クロラミンが形成される。クロラミンで覆われた表面上に微生物が定着しようとするとき、典型的には酸化反応によって微生物は死に至り、それによって、微生物が層５２を汚すことが防がれるので、ＲＯ膜１０の汚れが防止される。
【０２２７】
［０００２５１］これらの二つの役割のうちの一つまたは両方で作用して、耐汚れ性の層または表面被覆５２は、ＲＯ膜１０の性能を劣化させることなく、浄化されるべき水の中の多少の塩素にＲＯ膜１０を曝露させる。ＲＯ膜１０が塩素に曝露されると、その後の期間にわたって耐汚れ性の層５２は微生物を殺すことができるままでいる。その結果、ＲＯ膜１０は、窒素を含有する被覆層５２で覆われた場合、実質的に抗微生物性であって、生物付着に対して耐性がある。
【０２２８】
［０００２５２］この役割をするために、幾つかの窒素を含有する種類を用いることができる。アミド、イミド、アミン、スルホンアミド、ヒダントイン（５,５ 二置換）、またはイミダゾリジン-４-オンは全て、塩素と反応してクロラミンの種類を形成することのできる窒素を含有する種類の例である。これらの種類の各々は、殺生物活性度、再生が必要となるまでの時間の長さ、および再生の容易さにおいて、わずかに異なっているであろう。重要なことはまた、劣化に対する窒素の種類の耐性、特にクロラミンがひとたび形成されてからの耐性である。アルファ水素原子を全く有していない種類、例えば、Ｒ１-ＮＣｌ-Ｒ２ の構造におけるＲ１とＲ２ が水素に直接結合していない種類のものは、安定性があるために好ましい。
【０２２９】
［０００２５３］適切に機能するためには、被覆または耐汚れ性の層５２は、適当な厚さを有しているのが好ましく、実質的に欠陥が無いのが好ましく、そして当然に、常に逆浸透の目的のために必要な水の透過性を有しているべきである。窒素を含有する被覆層５２は、クロラミンが相当に形成するほどに窒素への曝露時間が十分に長くなり得るほどに、十分に厚いことが好ましい。この曝露時間の間に、厚い層５２は、塩素と反応するための追加の場所を与えることによって、そしてポリマー層５２からの排除およびこの層を通る拡散の妨害によって塩素の輸送を遅くすることによって、ＲＯ膜１０の弁別層２４を安定させる。耐汚れ性のポリマーまたは被覆層５２は、実質的に欠陥が無いのが好ましく、何故ならば、被覆層５２の無い小さな領域でさえも、弁別層２４の逆浸透特性を塩素によって劣化させる可能性があるからである。このタイプの劣化は弁別層２４を通しての塩の大量の通過を招く可能性があり、すなわち塩の拒絶率を低くして、海水またはその他の供給流れ２９の中の汚染物質を除去することに対するＲＯ膜１０の有用性を低下させる。
【０２３０】
［０００２５４］窒素の被覆層５２は水の輸送を幾分制限して、ＲＯ膜１０の透過性を低下させるかもしれない。この低下は、耐汚れ性の層５２の厚さおよび層５２が水を輸送する能力の両者と相関関係にあるかもしれない。窒素を含有する層５２を水に対してより透過性のものにするために、層５２をより親水性の高いものにして、層５２が多くの水を吸収できるようにしてもよい。図１６に示されるように、層５２の水の透過性を高めて、それによってＲＯ膜１０の水の透過性を高めるために、ナノ粒子、特にゼオライトＬＴＡおよび／またはゼオライト添加剤のような添加剤１７（これは添加剤１６、２５または２２と同じか、または異なるものであってよい）を耐汚れ性のポリマー層５２に添加してもよい。窒素を含有する層５２の透過性の増大は、ＲＯ膜１０において層５２のより厚い被覆を、流量の特性を犠牲にすることなく用いることを可能にする。
【０２３１】
［０００２５５］クロラミンの濃度が時間および様々な化学物質への曝露に伴って低下するにつれて、層５２の抗微生物活性は低下するかもしれない。しかし、層５２の抗微生物活性は、塩素を含む溶液に晒すことによって再生することができる。層５２の塩素濃度を再充填するための以下で説明する技術は、層５２を塩素で最初に充填するために用いることもできて、例えば、浄化されるべき水が塩素を含むのではなく、汚れ作用剤を含む真水である場合に用いることができる。
【０２３２】
［０００２５６］層５２を充填および／または再充填するために、次亜塩素酸塩イオンの溶液が好ましく用いられる。このイオンは窒素を含有する被覆層５２の中でクロラミンの種類を生成させるのに有効であり、その一方で、弁別層２４を劣化から保護する（従って、ＲＯ膜１０を保護する）ための被覆層３０によって良好に拒絶される。生成と再生の処理のために同様に有効なものは、塩素、次亜塩素酸、二酸化塩素、クロラミン、およびクロラミンＴのような有機物を含む塩素である。ある場合においては、塩素の使用は臭素またはその他のハロゲン化物に置き換えられてもよい。これは、耐汚れ性の層５２の表面でブロマミン（bromamines）を生成させ、これも抗微生物性である。臭化ナトリウムの溶液に漂白剤を添加することによって、次亜臭素酸塩の溶液を容易に生成させることができる。
【０２３３】
［０００２５７］化学物質を現場で用意する必要性を最少限にするために、濃厚なＮａＣｌ溶液から塩素を現場で電気化学的に生成させてもよい。
［０００２５８］再生を予定して行うために、耐汚れ性の層５２の塩素含有量を測定することによって適当な再生頻度を決定することができる。これは、実験室での試験において特定の窒素を含む表面被覆について行うことができて、例えば、層５２中の塩素濃度を実行時間の関数として測定するためのＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）を用いることによって行うことができる。
【０２３４】
［０００２５９］より正確および／またはより有効な再生スケジュールを開発するために、ＲＯ膜１０の小さなサンプルを装置の全体とともに試験容器の中に平行に置いてもよい。このサンプルは同じ供給量と時間で運転され、そのようにして測定された塩素の含有量は、もっと大きな装置のものと極めて近似するであろう。再生頻度を決定するためのさらに好ましい方法は、酸化還元電位（ＯＲＰ）を測定するために設計された受動高周波ＩＤ（ＲＦＩＤ）またはその他のセンサー５４を、窒素を含有する被覆層５２の上に、または中に、または下に配置することであろう。センサー５４は、例えばＲＯ膜１０の製造を行っている間に、被覆層５２を流延した後に、層２４または層５２の上の任意の位置に配置することができる。例えば、窒素を含有する被覆層５２を弁別層２４の上に堆積させる前に、センサー５４を弁別層２４の上に配置することができる。センサー５４が窒素を含有する被覆層５２の下または中にある場合は、センサー５４は、塩素が被覆層５２をいつ貫通し始めたかを認知することによって、再生工程をどれぐらい長く適用すべきかを決定するために、用いることもできる。
【０２３５】
［０００２６０］いずれの位置においても、ＯＲＰを測定することのできる信号を与えるために遠隔センサー５４を用いることができる。層５２の表面が塩素を含んでいる場合は、それは、遠隔センサー５４によって酸化環境として検知される。塩素のレベルが低下したとき、ＯＲＰの信号も低下し、それは塩素による再生が必要であることを示している。
【０２３６】
［０００２６１］ここで図１８を参照すると、弁別層２４の中に形成された耐汚れ性の層５２の機能的な説明が、弁別膜２４の上流側の面でクロラミン６６を形成する窒素の種類６２を伴う層５２として示されている。
【０２３７】
［０００２６２］ここで図１９を参照すると、我々の仮定に拘束されるつもりはないが、混成ＴＦＣ膜１０の弁別層２４の上に配置された耐汚れ性の層５２の保護特性と汚れ防止特性についての機能的作用が示されている。説明を容易にするために、各層は分離して示されている。弁別層２４は、上で説明した界面重合によって、布２０で裏打ちされた支持体膜１２の上に形成されるであろう。界面重合の際にナノ粒子またはその他の添加剤１６が存在するかもしれないが、しかし、典型的には、製作された後にはナノ粒子だけが存在する。
【０２３８】
［０００２６３］弁別層２４の上に形成された耐汚れ性の層５２の上流側の面または供給流れ側の面は、塩素処理された供給原料または塩素処理されていない供給原料に対して用いることができて、そして多数の窒素放出領域６２、すなわちハラミンを形成するハロゲン反応性窒素の種類を含む領域を有している。耐汚れ性の被覆層５２の供給流れ側の面に塩素（Ｃｌ）６４が適用されると、クロラミン６６が形成されるが、典型的には層５２の供給流れ側の面に隣接した位置に形成されるのであり、というのは、そこにおいて塩素が最初に窒素と接触するからである。層５２の表面が塩素と十分に接触した後、表面はクロラミン６６によって覆われ、それによって、図の左上に示すように、追加の塩素６７は層５２の表面を貫通することができないだろう。
【０２３９】
［０００２６４］汚れになる可能性のある生物的な物質、例えば細菌６８が層５２の表面を汚そうとすると、酸化反応が起こることによって細菌を殺し、これは、図の右上において、死んだ細菌７０によって示されていて、この死んだ細菌７０は塩素７２を放出して、犠牲になったクロラミンに代わって窒素を残す。十分な数のクロラミンが失われたときは、耐汚れ性の層を塩素で再充填することによって、その汚れ防止特性を復活させることができる。
【０２４０】
［０００２６５］再充填を行う前に、塩素が層５２に侵入した場合は、それは層５２の中の過剰な反応性窒素の幾分かのものと遭遇し、そしてクロラミンに転換されるだろう。表面の汚れ物質は層５２の中ではクロラミンとは遭遇しないであろうが、クロラミンが形成されることによって塩素は捕捉され、それによって、弁別膜２４の供給流れ側の面へ向かっての塩素のさらなる貫入が防がれて、膜が塩素によって化学的に損傷するのが防がれる。さらに、層５２の中のクロラミンは少量の塩素と平衡していると考えられ、これは溜めとして作用して、それによって、表面が層５２の内部から再生することが可能になるだろう。
【０２４１】
Ｃ.５  理論
［０００２６６］現在の仮定に拘束されるつもりはないが、ここで説明している混成膜は良好な膜性能を達成するものと考えられ、それは、典型的には弁別膜２４の中に残存している比較的不溶性の添加剤および（存在しないかもしれない）一つ以上の他の添加剤１６の異なる効果または累加する効果によるものであろう。
【０２４２】
［０００２６７］水性相１４と有機相１８の界面重合に一つ以上の適当な添加剤１６が導入されることによって、それによって形成される弁別膜２４のポリマーマトリックスが改変する効果がもたらされ、そのために、同じようにして製造されるが、しかしそのような添加剤１６を導入せずに製造される対照の膜の流量と比較して、かなりの流量の改善が達成される、と我々は考える。
【０２４３】
［０００２６８］ナノ構造物質（例えばナノ粒子またはナノチューブの添加剤１６）のような不溶性の添加剤の使用は、形成されるポリマーマトリックスを改質し、それと干渉し、そして／またはその中に含有されることによって膜の流量性能を向上させると考えられ、そして他の（おそらくはもっと可溶性の）添加剤１６の導入は、形成されるポリマーマトリックスとやはり干渉し、そして／またはポリマーマトリックスを改質することによって流量性能をさらに向上させると考えられる。ナノ粒子またはナノチューブのような不溶性のナノ構造添加剤は、汚れに対する増大した耐性の主な原因であるとも考えられる。というのは、製作された後の膜１０の中に少なくとも検出できる濃度のナノ粒子が残存していて、その全てではないにしても多くは検出できるレベルだからである。
【０２４４】
［０００２６９］有機相１８の中への少なくとも幾分かの一加水分解または二加水分解ＴＭＣの含有は、膜の流量を増大させるかもしれないが、ろ過されなければ、製作プロセスの何らかの制御性が損なわれるかもしれない。
【０２４５】
［０００２７０］添加剤１６は、望ましい膜の性能特性を達成するために、界面重合の際のポリマーマトリックスの形成を促進し、導き、あるいは改変すると考えられる。ナノ粒子やナノチューブのようなある種の添加剤１６は比較的不溶性の物質であり、おそらくポリマーマトリックスはそのような不溶性の物質の周囲に形成されて、それらをマトリックス中に組み入れるために、物理的な干渉によってポリマーマトリックスの構造を改変するかもしれない。この組み入れは、ナノ構造物質またはナノ粒子添加剤１６の中または周囲のいずれかを通る追加の流路をもたらして流量を増大させ、あるいは他のメカニズムによって、得られるポリマーマトリックス膜が水を透過するとともに溶質を保持または拒絶する能力を増大させる。ナノ粒子によって導入される追加の流路については、そのような流路の直径は、所望の不純物を拒絶するための適当な大きさが維持されなければならない。組み入れられた添加剤１６のポリマー構造に及ぼす影響は、特定のナノ粒子添加剤１６から１０ｎｍあるいは１ミクロンまでの範囲、さらには１００ミクロンの範囲までにおいて生じるかもしれない。このようにして、比較的少数の組み入れられたナノ粒子添加剤１６によって、流量の劇的な増大が得られる。
【０２４６】
［０００２７１］ここで図８と図９を参照すると、幾つかの場合において、比較的不溶性のナノ粒子のような幾つかの添加剤１６が、支持体膜１２と弁別層２４の薄いポリマー膜の間の境界面に、その添加剤が弁別層２４の中に含まれているか否かにかかわらず、配置されている。この配置において、膜１２の表面において、比較的不溶性のナノ粒子のような添加剤１６は、弁別層２４と支持体膜１２の表面における微孔質な孔との間に経路と流路を形成することによって、流れに対する抵抗を低減することができる。微孔質な支持体膜１２の表面における孔の密度が比較的低いために、この位置における抵抗が低下することによってＲＯ膜１０の膜透過性は増大し、一方、拒絶特性は維持される。
【０２４７】
［０００２７２］さらに、製作した後に膜２４において検出することのできる添加剤１６を使用することによって、耐汚れ性は向上するだろう。これらの比較的不溶性の添加剤１６は、最終的な弁別膜２４の表面特性を変えることによって有用であるかもしれず、例えば、膜２４を、そのような添加剤１６を用いずに製造される対応する対照の膜よりも親水性の高いものにするのに有用であろう。この親水性は、図６に示される親水性のポリマー層３０を添加することによってさらに増大させることができるが、ポリマー層３０は、例えば膜２４の表面上でポリビニルアルコールをポリマー化した層によって形成される。
【０２４８】
［０００２７３］図１３と図１４および上記の関連する説明に関して、偏向点Ａとして確認される濃度の左側の領域は、ここで開示されている添加剤１６が流量の増大を促進し、その一方で、加水分解ＴＭＣのような幾つかの残りの汚染物質が、界面重合した弁別膜２４の構成または構造に影響を及ぼす限りにおいて、実質的に拒絶性を低下させることなく流量を増大させることに幾分か寄与する、という濃度の領域であろうと考えられる。この領域は、「汚染物質によって改善された流量」の領域と呼ぶことができる。偏向点Ａの後の増大した濃度において、そのような汚染物質（これがもし存在する場合）の影響は流量に対してあまり有益な効果を及ぼさず、膜１０の拒絶特性に対して有害なものとなり始めるので、「汚染物質によって低下した拒絶率」の領域と呼ばれる。汚染物質の影響は添加剤１６の濃度が増大するのに伴って増大し続け、濃度レベルは、図１３において偏向点Ｂとして示される、０.０２１２５％に調節された濃度およびろ過されたロット２の添加剤１６についての流量の曲線および拒絶率の曲線３６、３８に沿っての約０.０１１５％の濃度に達し、この濃度レベルにおいて、それらの汚染物質は純水および拒絶すべき物質の両者の通路を増大させて、そのことは膜２４に損傷またはその他の損害が生じたことを示す。
【０２４９】
［０００２７４］ｍｈＴＭＣ添加剤１６が（特に有機相１８において）用いられるとき、そのｍｈＴＭＣは界面重合の際に（例えばメタフェニレンジアミンと）反応し、それによって、最終的なポリマー弁別層２４の親水性は増大するだろう。ｍｈＴＭＣ１６は多官能価の求核性モノマーと反応し、そして加水分解していない多官能価ハロゲン化アシルとともに組み入れられるかもしれない、と考えられる。界面重合の間に、あるいはポリマーマトリックスが形成されてから、この反応物質の中に存在する加水分解した酸根は、多官能価アミン反応物質の上の末端アミン残留物と相互に作用して、イオン架橋結合を形成するかもしれない。そのようなイオン架橋結合は、もっぱらアミド架橋結合を含むポリマーマトリックスと比較してポリマーマトリックスの親水性を増大させ、従って、水の吸収と流量の増大を促進するかもしれない。それと同時に、電荷を有する基の間の静電的な相互作用のために、拒絶率は維持されるだろう。そのような静電的な相互作用は、二つの荷電中心を互いに近接した状態に維持する架橋した芳香族主鎖の硬直性によって、標準の静電的相互作用と比較して安定である。イオン架橋結合はまた、共有結合と比較してマトリックスのわずかな膨張を可能にし、それにより水の吸収量が増大するだろう。
【０２５０】
［０００２７５］実施例についての以下の表は、関連する実験と、これまでに有用であることが見いだされた最終的な膜１０の膜特性を表している。実験のうちの幾つかのものは、濃度を変化させた結果を示していて、そして／または、そのような変化のうちのいずれが、より有用な（あるいは有用でない）膜をもたらすかを示している範囲と比率を表している。対照の膜についてのデータ、ひいてはそれらを上回る流量の改善についてのデータは、作成されていないかもしれず、あるいは示されていないかもしれない。
【実施例】
【０２５１】
セクションＤ：実施例の表
Ｄ.１  表
［０００２７６］
【０２５２】
【表１】
0005745512.tif 000002
【０２５３】
［０００２７７］
【０２５４】
【表２−１】
0005745512.tif 000003
【０２５５】
【表２−２】
0005745512.tif 000004
【０２５６】
【表２−３】
0005745512.tif 000005
【０２５７】
【表２−４】
0005745512.tif 000006
【０２５８】
【表２−５】
0005745512.tif 000007
【０２５９】
【表２−６】
0005745512.tif 000008
【０２６０】
【表２−７】
0005745512.tif 000009
【０２６１】
［０００２７８］
【０２６２】
【表３−１】
0005745512.tif 000010
【０２６３】
【表３−２】
0005745512.tif 000011
【０２６４】
［０００２７９］
【０２６５】
【表４−１】
0005745512.tif 000012
【０２６６】
【表４−２】
0005745512.tif 000013
【０２６７】
【表４−３】
0005745512.tif 000014
【０２６８】
【表４−４】
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【０２６９】
【表４−５】
0005745512.tif 000016
【０２７０】
【表４−６】
0005745512.tif 000017
【０２７１】
［０００２８０］
【０２７２】
【表５−１】
0005745512.tif 000018
【０２７３】
【表５−２】
0005745512.tif 000019
【０２７４】
［０００２８１］
【０２７５】
【表６】
0005745512.tif 000020
【０２７６】
Ｄ.２  調製手順
Ａ．一般的手順
［０００２８２］表に示される濃度を用いての平らな容器（flat cell）での試験用の膜を調製するための一般的な手順は、水性相と有機相を調製すること、これらの相の一方または両者に所望の添加剤を添加すること、ガラス板の上の湿潤したポリスルホン膜支持体に水性相を塗布すること、次いで、膜支持体の上の水性相に有機相を塗布することであったが、これについては以下でさらに詳しく説明する。対照の膜は同様の方法で製造されたが、ただし添加剤を含んでいなかった。特に言及しない限り、全ての性能データは、１時間運転した後に脱イオン水の中のＮａＣｌ（３２,０００ｐｐｍ）について８００ｐｓｉで試験を行なったフラットシート試験から得られたものである。
【０２７７】
［０００２８３］水性相１４：脱イオン水の中のＭＰＤ、４.５重量％のトリエチルアンモニウムショウノウスルホネート（ＴＥＡＣＳＡ）および０.０６重量％のラウリル硫酸ナトリウム（ＳＬＳ）の水溶液が調製された。
【０２７８】
［０００２８４］有機相１８：ＴＭＣを含むIsopar G（登録商標）溶液も調製され、そして６０分間にわたって超音波処理された。Isopar はExxon Corp. の商標である。
［０００２８５］添加剤１６：それぞれの添加剤の均質な溶液が、水性相と有機相のいずれか、または両者に添加および／または溶解された。
ｉ）水性相の添加剤については、固体のナノ粒子またはナノ粒子の水性分散液（これらが用いられる場合）のいずれかが水性相に添加された。
ii）有機相の添加剤については、添加剤は芳香族補助溶剤、例えばキシレンまたはメシチレンに溶解された。補助溶剤の最終的な濃度は４重量％であった。ｍｈＴＭＣ（これが用いられる場合）が有機相中のＴＭＣに添加され、このIsopar 溶液は、使用する前に１時間放置された。ナノ粒子（これが用いられる場合）がＴＭＣに添加され、そして３０分間にわたって超音波処理された。
【０２７９】
［０００２８６］支持体膜１２：清浄なガラス板の上に、１個の湿潤したポリスルホン支持体が平らに置かれた。次いで、膜の表面上にアクリル樹脂の枠が置かれ、このとき、界面重合反応が起きるための領域を残しておいた。
【０２８０】
［０００２８７］弁別膜２４：枠を設けた膜の表面上におよそ５０ミリリットルのＭＰＤ水溶液が注がれ、そして２分間そのままにしておかれた。枠を傾けることによって溶液が排出され、これは、枠から溶液が滴り落ちなくなるまで行われた。
ｉ）枠が取り外され、そして１分間、水平に置かれた。次いで、膜はガラス板を用いて４つの角で固定された。膜の表面の乾燥を終わらせるために、エアナイフが用いられた。
別の清浄で乾燥したアクリル樹脂の枠を用いて膜に再び枠が設けられ、そして１分間、水平に置かれた。
ii）枠を設けた膜の表面上におよそ５０ミリリットルの有機溶液が注がれ、そして２分間そのままにしておかれた。枠を（垂直に）傾けることによって溶液が排出され、これは、枠から溶液が滴り落ちなくなるまで行われた。アクリル樹脂の枠が取り外され、そして膜は１分間、水平に置かれた。次いで、膜は９５℃で６分間乾燥された。
【０２８１】
［０００２８８］耐汚れ性の層５２
［０００２８９］被覆
［０００２９０］超音波処理の使用とそれに続く微細流動化処理によって、水の中にポリビニルアルコール（９９％加水分解したもの）を含む分散液を調製することができる。次いで、この溶液を、上記の対照の膜、および／または、ここで説明されている他の全ての膜１０の方法によって製造されたＲＯ膜の表面に塗布してもよい。次いで、この溶液を９５℃で乾燥することができる。
【０２８２】
［０００２９１］窒素を含有する層５２の堆積
［０００２９２］スルホン化ポリスルホンを最初に五塩化リンと反応させてスルホニルクロリドポリスルホンを形成させることによって、ポリスルホン-スルホンアミドを調製することができる。次いで、スルホニルクロリドポリスルホンをアンモニアの水溶液で処理することによって、所望の生成物を形成することができる。幾分かの量の残りのスルホネートが存在するかもしれず、これは次亜塩素酸塩の排除に役立ち得る。次いで、ポリスルホン-スルホンアミドをアセトンと水の１：１溶液中に溶解させて、生成溶液を形成することができる（このとき、多孔質支持体の層が前記の１：１溶液に対して安定でない場合は、水の量を調整してもよい。あるいは、相溶性を向上させるためにアセトン以外の溶媒を用いてもよい）。次いで、上記の対照の膜、および／または、ここで説明されている他の全ての膜１０の方法によって製造された膜の薄膜表面（例えば弁別層２４）に前記の生成溶液を塗布することができる。次いで、生成溶液を１２０℃で乾燥してもよい。水溶液の溶解性を制御するために、生成溶液におけるスルホン化とスルホンアミドへの転換の程度を利用することができる。
【０２８３】
［０００２９３］窒素を含有する層５２の紫外線重合
［０００２９４］上記の対照の膜、および／または、ここで説明されている他の全ての膜１０の方法によって、膜を製造することができる。水の中の２,２,６,６-テトラメチル-４-ピペルジルメタクリレートのＨＣｌ酸性塩の酸性溶液（ｐＨ３）を調製することができる。この溶液に、混成光開始剤として０.３ｍＭの過硫酸塩または重亜硫酸塩と２,２’-アゾビス(２-アミジノプロパン)ジヒドロクロリドを添加することができる。次いで、この溶液を膜のポリアミドの表面に塗布し、そして高圧水銀ランプに１５分間曝露することによって重合させることができる。
【０２８４】
［０００２９５］窒素を含有するモノマーのエポキシドによるグラフト
［０００２９６］上記の対照の膜、および／または、ここで説明されている他の全ての膜１０の方法によって、膜を製造することができる。３-グリシジル-５,５-ジアルキルヒダントインを含む溶液（０.２６Ｍ）をアセトンと水の１：１（重量で）の溶液中で調製することができる（このとき、多孔質支持体の層がこの溶液に対して安定でない場合は、水の量を調整してもよい。あるいは、相溶性を向上させるためにアセトン以外の溶媒を用いてもよい）。この溶液を膜１０と短時間接触したままにして、次いで、１２０℃以下で熱硬化させることができる。
【０２８５】
［０００２９７］窒素を含有する被覆層５２からのハラミンの平らなシートの形成
［０００２９８］窒素を含有する被覆層を有する平らなシートの膜を、上記の実施例２〜５のようにして調製することができる。所望により、残留物を除去するためにすすぎ洗いを行ってもよい。この目的のために、８０℃の水を用いるのが好ましい。次いで、膜を、１００〜５０００ｐｐｍの次亜塩素酸ナトリウムの溶液に２〜３０分間にわたって晒すことができる。次いで、膜をすすぎ洗いして、そして９５℃で再び乾燥することができる。
【０２８６】
［０００２９９］窒素を含有する被覆層５２からのハラミンの要素の形成
［０００３００］らせん状に巻いた要素を、実施例２〜５のようにして調製された窒素を含有する被覆層を有するＲＯ膜１０から製造することができる。この要素は、要素に水を通すことによってすすぎ洗いしてもよく、例えば、このらせん状に巻いた要素を圧力容器の中に装入することによって完成され、そして膜に水が浸透するのに十分な圧力において試験することができる。場合によって、水は高温のものとし、あるいは残留する化学物質を洗い落とすのを促進する界面活性剤のような添加剤を含んでいてもよい。次いで、膜を、５０〜５０００ｐｐｍの次亜塩素酸ナトリウムを含む供給溶液を用いて１５〜４５分間運転し、それによってハラミンを形成することができる。次いで、最後に膜を水ですすぎ洗いして、使用に供する用意ができる。
【０２８７】
［０００３０１］試験：特に言及しない限り、全ての性能データは、１時間運転した後に脱イオン水の中のＮａＣｌ（３２,０００ｐｐｍ）について８００ｐｓｉで試験を行なったフラットシート試験から得られたものである。
【０２８８】
［０００３０２］分離の効力：膜の性能を、フラットシートセル試験装置において測定することができる。２５００のレイノルズ数において試験を実施することができて、それによって、膜の表面において拒絶された溶質が蓄積することにより、内部の濃度よりも好ましくは１０％以下高い濃度になるようにする。全ての試験は、水道水、脱イオン水（ＤＩ水）または逆浸透水（RO water）の中の３２,０００ｐｐｍのＮａＣｌについて２５℃、８００ｐｓｉで行なわれるだろう。膜を１時間運転した後に、性能特性（例えば、水の流量と塩の拒絶率）が測定される。
【０２８９】
［０００３０３］接触角：接触角は室温におけるＤＩ水のものとすることができる。膜は水で完全にすすぎ洗いされ、次いで、減圧デシケーターの中で乾燥状態になるまで乾燥されるだろう。接触角に影響を及ぼすかもしれない何らかの抽出された化合物の再沈積を防ぐために、膜１０を垂直に配置して乾燥してもよい。接触角の測定における偶発的な変化性のために、１２の角度が測定されて、大きな角度と小さな角度が除外され、そして残りの角度が平均されるだろう。
【０２９０】
［０００３０４］流量の改善：次いで、同じ濃度のＭＰＤとＴＭＣを用いるが、しかしナノ粒子または添加剤を含まないようにして製造された対照の膜と比較して、ＧＦＤを対照のもののＧＦＤで割ったときの増大率として、流量の改善率が計算されるだろう。
【０２９１】
Ｂ．特定のナノ構造物質についての手順
［０００３０５］以下の実施例においては、特に言及する事項を除いて、上で説明したのと同じ手順が用いられる。
【０２９２】
［０００３０６］実施例５９に関して、公称で１５０ｎｍの直径を有するＬＴＡを含むナノ粒子添加剤１６の水性分散液が３０分間にわたって超音波処理され、そして水性相１４に添加された。得られたＴＦＣ膜１０は、対照の膜に対してほぼ８０％の流量の増大を示した。
【０２９３】
［０００３０７］実施例５０に関して、公称で３００ｎｍの直径を有するＬＴＡを含むナノ粒子添加剤１６の水性分散液が、工業用の連続加工処理装置において、水性相１４に添加された。最終的な溶液の濁り度は、比ろう濁り度単位（ＮＴＵ：nephelometric turbidity units）であった。この連続加工処理には短時間の真空の適用が含まれ、それによって弁別膜２４の表面におけるナノ粒子添加剤１６、すなわちＬＴＡナノ粒子の濃縮が生じた。得られたＴＦＣ膜１０における接触角は、対照の膜における５０.７°からナノ粒子を含む膜における３７.６°まで低下した。
【０２９４】
［０００３０８］実施例５７に関して、０.２重量％のラウリル硫酸ナトリウム（ＳＬＳ）と公称で８０ｎｍの直径を有する０.０５％のＬＴＡを含むナノ粒子添加剤１６とを含む水性分散液が３０分間にわたって超音波処理され、次いで、水性相１４に添加された。得られたＴＦＣ膜１０は、対照の膜に対してわずかに９％の流量の改善率を示した。
【０２９５】
［０００３０９］実施例５８に関して、連続的な被覆処理において、水の中のＬＴＡの５％溶液を５分間にわたって超音波処理し、次いで微細流動化処理を２０分間行い、そして一晩攪拌することによって、ＬＴＡナノ粒子１６の水性分散液が調製された。次いで、この分散したＬＴＡ溶液は０.２％のＳＬＳを含む水性相１４に添加され、それによってＴＦＣ膜１０が製造され、これは対照の膜に対して４０％の流量の増大を示した。
【０２９６】
［０００３１０］様々な形態のナノ粒子添加剤１６が、それらから放出される可溶性金属イオンの濃度を測定するために試験された。
１）脱イオン水（ＤＩ水）中の水性分散液の中にある約３９重量％の鋳型のない（template-free）ゼオライトＬＴＡナノ粒子添加剤１６は、微細流動化装置において衝撃力、キャビテーションおよび剪断力を受けた後に、１３０.９ｐｐｍのアルミニウム含有量を示した。鋳型のある（templated）ゼオライトＬＴＡナノ粒子（５％）の類似した分散液は、わずかに２.９ｐｐｍのアルミニウム含有量を示した。
【０２９７】
［０００３１１］５００ｍｌのＤＩ水中の水性分散液の中にある他の様々な形態のナノ粒子添加剤１６は、実験室用振り混ぜ機（振とう機）の台上で、Ａｌの放出について約２０℃の室温において試験された。結果を以下に示す。
２）１：１のＳｉ：Ａｌ比を有する０.０５％の鋳型のないゼオライトＬＴＡは、７７〜１６０日のデータの平均として、３５.９０ｐｐｍ（１００万分の１）を示した。
３）１.５：１のＳｉ：Ａｌ比を有する０.０５％の鋳型のあるゼオライトＬＴＡは、１〜８４日のデータの平均として、０.１ｐｐｍ未満を示した。
４）およそ２.５：１のＳｉ：Ａｌ比を有する０.０５％のゼオライトＦＡＵも、２日のデータとして、０.１ｐｐｍ未満を示した。
【０２９８】
［０００３１２］ナノ粒子添加剤１６を含み、様々なＳｉ：Ａｌ比を有するＴＦＣ膜１０が調製され、試験され、そして様々な流量特性を示した。各々のＴＦＣ膜１０は、ゼオライトナノ粒子添加剤１６を含むＤＩ水中に０.２重量％のＳＬＳを含む水溶液を用いて製造され、これは使用する前に３０分間にわたって超音波処理された。膜の１平方フィート当り、１日についてのガロン量（ｇｆｄ）での流量を表す試験結果は、以下の通りであった。
５）１：１のＳｉ：Ａｌ比を有する０.０５重量％の鋳型のないゼオライトＬＴＡは、対照の膜を上回る１３％の流量の改善率を示した。
６）１.５：１のＳｉ：Ａｌ比を有する０.０５重量％の鋳型のあるゼオライトＬＴＡは、わずかに９％の流量の改善率を示した。
７）２.２：１のＳｉ：Ａｌ比を有する０.０５重量％のゼオライトＫＦＩは、流量の改善を示さなかった。
８）１：１のＳｉ：Ａｌ比を有する０.１重量％の鋳型のないゼオライトＬＴＡは、同様の条件下で、対照の膜を上回る５０％の流量の改善率を示した。
【０２９９】
［０００３１３］実施例１５９に関して、有機相１８においてIsopar G（登録商標）溶液の中に分散させた０.２５％Ａｌ(ａｃａｃ)３ナノ粒子添加剤１６と０.３重量％ＴＭＣを用いて製造されたＴＦＣ膜１０は、ＤＩ水を用いて２５.２°の接触角を示し、対照の膜の５２.９°の接触角を上回るかなりの改善を示した。
【０３００】
［０００３１４］実施例１６６に関して、有機相１８においてIsopar G（登録商標）溶液の中に分散させた０.１％Ａｌ(ａｃａｃ)３添加剤１６と０.３重量％ＴＭＣを用いてＴＦＣ膜１０が製造され、太平洋から採取されて予備処理された海水について、平らな容器（flat cell）の中で首尾よく試験され、そして類似する対照の膜を上回る６０％の流量の改善を示した。
【０３０１】
［０００３１５］実施例１６１に関して、有機相１８における溶媒としてのヘキサンとともに水性相１４において０.５％のアルミン酸ナトリウムの添加剤１６を用いることによって、ＴＦＣ膜１０が製造された。類似する対照の膜を上回る５３％の流量の改善が示された。この実施例は、界面重合の際に水性相中に可溶性のアルミニウムの種類が存在することが最終的な膜１０に有益な影響を及ぼし、それが上で説明したように適当な濃度で添加剤１６として添加されるか、そして／またはナノ粒子添加剤１６から放出されるかのいずれであってもそのような効果が得られることを例証している。
【０３０２】
［０００３１６］実施例１６２に関して、上のアルミン酸ナトリウムの実施例１６１におけるアミンにクエン酸が添加されて、ｐＨが７.５〜９の範囲にされた。膜１０は４５％の流量の増大を示した。対照のものには何らかの酸を添加する必要はなかった。
【０３０３】
［０００３１７］実施例１６３に関して、上の実施例１６１に従って製造された別のＴＦＣ膜１０の水性相１４にショウノウスルホン酸が添加されて、ｐＨが７.５〜９の範囲にされた。形成された不溶性の沈殿物は、使用する前にろ過された。膜１０は、何らかの酸を添加する必要のなかった対照の膜と比較して、４２％の流量の増大を示した。
【０３０４】
［０００３１８］実施例１６０に関して、有機相１８は、ナノ粒子添加剤１６（０.３％ＡｌＣｌ３）を伴うヘキサン溶液を含んでいた。この溶液は、ＴＦＣ膜１０を製作するのに用いられる前に６０分間にわたって超音波処理された。１５％の流量の改善が認められた。
【０３０５】
［０００３１９］実施例１５６に関して、ＲＯ膜１０は実施例１５９に従って製造されたが、ただしナノ粒子１６は０.２％のＡｌ(ａｃａｃ)３を含んでいた。次いで、ＴＦＣ膜１０は、試験を行なう前に、０.２％炭酸ナトリウム溶液の中ですすぎ洗いされ、そしてこのすすぎ洗いの効果を評価するために炭酸ナトリウム溶液の中ですすぎ洗いされなかった対照の膜を上回る２２％の流量の改善を示した。
【０３０６】
［０００３２０］実施例１５７に関して、膜１０は実施例１０３に従って製造されたが、ただし有機相１８は１０分間にわたって超音波処理されただけだった。５７％の流量の改善が認められた。
【０３０７】
［０００３２１］実施例１５８に関して、膜１０は実施例１５９に従って製造されたが、ただし有機相１８は６０分間にわたって機械的に攪拌された。攪拌されなかった対照の膜を上回る２０％の流量の改善が示された。攪拌による利益を試験するために、６０分間にわたって機械的に攪拌された第二の対照の膜も製造され、そして５２.９°から２５.２°へと、第一の対照の膜を上回る接触角の改善が認められた。
【０３０８】
［０００３２２］ナノ粒子添加剤１６（例えば、水性分散液中の鋳型のないゼオライトＬＴＡナノ粒子）に関して、微細流動化装置において衝撃力、キャビテーションおよび剪断力を受けた後に、アルミニウム含有量を有していることが見いだされた。分散液は、２倍の蒸留水を用いて製造された約３９重量％のＬＴＡを含んでいた。ＩＣＰ分析を用いて測定すると、この溶液は１３０.９ｐｐｍのアルミニウム含有量を有していた。
【０３０９】
［０００３２３］実施例１１６に関して、連続の被覆処理において、ＴＦＣ膜１０は実施例１５９に従って製造されたが、ただし有機相１８において無機添加剤１６（０.０７５％Ｇａ(ａｃａｃ)３）が用いられた。水溶液および有機溶液に対する接触時間は約１５秒であった。対照のものと比較した流量の改善は４３／２２.７すなわち８９％であった。
【０３１０】
［０００３２４］実施例１６４および１６５に関して、上の実施例１６１に従って二つの膜が製造されたが、第一のものは約９９.５％の純度のＴＭＣからなる第一のロットを用い、第二のものは約９８.５％の純度（売り主による純度）で微量の一加水分解ＴＭＣ、二加水分解ＴＭＣおよび三加水分解ＴＭＣを含む別のＴＭＣからなる第二のロットを用いて製造された。いずれかのＴＭＣロットを用いた対照の膜は類似した性能を示し、そして「対照の」データのために平均された（１８.３ｇｆｄおよび９８.８５％）。ロット２を用いたＴＦＣ膜１０は対照のものを上回る８１％の流量の改善を示し、一方、ロット１を用いたＴＦＣ膜１０はわずかに１２％の流量の改善を示した。
【０３１１】
Ｃ．汚れ試験のための具体的な手順
［０００３２５］ここで、表６の汚れ試験を特に参照すると、実施例１８４は他の実験に基づいていて、これにおいては、水性相と界面重合（すなわちＩＦＰ：interfacial polymerization）させる前に、有機相に０.１％のナノ粒子ゼオライトＬＴＡが添加され、それによって、支持体層の上に弁別層が生成して、薄膜ナノ複合膜すなわちＴＦＣ膜が形成された。
【０３１２】
［０００３２６］膜は、一般的な手順を用いて調製された。膜は、天然の海水を模擬するように配合された塩配合物（Instant Ocean（登録商標））を３２,０００ｐｐｍ含むＤＩ水の供給溶液について運転された。試験を行なう間を通して温度は２５℃に維持され、そして８００ｐｓｉの圧力が用いられた。この試験を行なう間にろ過は行われず、それによって装置内で無機コロイドと有機コロイドを再循環させ、また生物物質を成長させた。試験を開始してから１時間後に性能データが取られ、連続して運転して４７時間後に再度データが取られた。
【０３１３】
［０００３２７］実施例１８３は特定の添加剤１６、すなわちＧａ(ａｃａｃ)３ が３０.８ＧＦＤの合理的な合計流量を与え、これは添加剤を用いない対照のものを約３６％上回る流量の改善を与えるものであり、また９９.５％以上の非常に良好な塩の拒絶率を維持した。しかし、このＧａ添加剤を用いた膜は、４７時間の汚れ試験を行なった後に低い流量性能を示し、その流量能力のほぼ半分を失った。
【０３１４】
［０００３２８］実施例１８５は、ＬＴＡのようなナノ粒子をＧａ(ａｃａｃ)３ のような分子添加剤と組み合わせた混成ＴＦＣ膜による利益のうちの一つを例証するものであり、いずれかの添加剤を別個に用いることによって得られるものよりも優れた品質を有する改善された混成ＴＦＣ膜が形成されることを示す。特に、混成ＬＴＡＧａ膜は３１.９ＧＦＤの流量を与え、これは対照のものと比較して約４１％の改善であり、一方、塩の拒絶率はほんのわずかしか失われなかった。この流量のさらなる増大は、Ｇａ(ａｃａｃ)３添加剤による３６％の流量の増大と比較したとき、約１４％追加された値である。さらに重要なことはおそらく、４７時間の試験を行なった後の流量率が２７.３ＧＦＤであったことであり、すなわち、４７時間の試験後の流量の低下はわずか１７％であった。その結果、この混成ＴＦＣ膜は、可溶性の添加剤（この場合、Ｇａ(ａｃａｃ)３）による流量のかなりの改善とＬＴＡナノ粒子による耐汚れ性の改善を示すものである。
【０３１５】
セクションＥ：利点
［０００３２９］混成膜、すなわち、ナノ粒子と、可溶性のイオン、有機金属化合物、配位子を伴うかまたは伴わない無機添加剤、および／またはｍｈＴＭＣのような添加剤とを含む膜は、膜の流量、拒絶率および汚れ特性を相対的に改善するための新たな度合いの設計適応性を可能にする。以下で説明される幾つかのケースは、混成膜の技術の適用によって実現しうる利益の範囲を例証することを意図しているが、発行される請求の範囲によって与えられる本願の範囲を限定することを意図してはいない。
【０３１６】
Ｅ.１  増大した流量
［０００３３０］個々の添加剤を含む膜と比較して増大した流量に関して、そして特にここで表２、２.１および２.２を参照すると、添加剤１６の中にナノ粒子とアルカリ土類金属錯体のようなその他の選択された物質の両方を含む混成膜は、膜の操作特性、例えば流量、拒絶率および汚れについて、添加剤１６において単一の物質を用いる場合を上回る有益なレベルの改善をもたらすであろう。
【０３１７】
［０００３３１］実施例の表を精査するとわかるように、幾つかのナノ構造添加剤およびその他の添加剤は、単独で用いた場合、性能の明白な改善または実質的な改善をもたらさない。しかし、ナノ粒子と添加剤の組み合わせは、混成ＴＦＣ膜に組み込まれたとき、流量の増大をもたらすことによってかなり有用であることが証明された。
【０３１８】
［０００３３２］実施例６３に示されるように、ＩＦＰ（界面重合）の際に水性相と接触させる前に、Isopar G（登録商標）をベースとする有機相に０.０５％の濃度のＬＴＡを添加すると、２２.６ＧＦＤの流量を有するナノ複合ＴＦＣ膜が得られ、この流量は対照の膜のものに匹敵するが、しかし塩の拒絶率は９８.７７％であり、これは対照の膜の９９.６８％よりも低い。
【０３１９】
［０００３３３］実施例１３５に示されるように、Isopar G（登録商標）をベースとする有機相に０.０９％のＣａ(Ｆ６ａｃａｃ)２ を添加すると、２４.８ＧＦＤの流量を有するＴＦＣ膜が得られ、これは添加剤を含まない対照の膜を約１０％上回る流量の増大であり、塩の拒絶率も９９.６３％と良好である。
【０３２０】
［０００３３４］ここで実施例６８を参照すると、Isopar G（登録商標）をベースとする有機相にＬＴＡとＣａ添加剤を添加して製造された膜は、３４.４ＧＦＤの流量を有するナノ複合混成ＴＦＣ膜となり、これは添加剤を含まない対照の膜を５２％上回る流量の増大であるが、塩の拒絶率も９９.０３％と良好である。
【０３２１】
［０００３３５］表を精査するとわかるように、幾つかの添加剤は、単独で用いた場合、許容できる流量の増大をもたらすであろうが、しかし拒絶率は低い。しかし、そのような添加剤の幾つかを組み合わせると、いずれかの添加剤を単独で用いた場合と比較して、同様かまたは類似した流量の応答性を有するが、しかし改善された拒絶率を有する混成ＴＦＣ膜を製造することができる。
【０３２２】
［０００３３６］ここで実施例４を参照すると、水性相に０.０５％のＬＴＡ添加剤を有するナノ複合ＴＦＣ膜は、２６.２ＧＦＤの流量を示すが、これはナノ粒子を含まない対照の膜を１０％上回る流量の改善であり、また塩の拒絶率は９９.１７％であるが、これは対照の膜の９９.６８％の拒絶率よりも低い。
【０３２３】
［０００３３７］ここで実施例１７５を参照すると、有機相に０.０２％のｍｈＴＭＣ添加剤を有するＴＦＣ膜は、２９.５ＧＦＤの流量を示すが、これは添加剤を含まない対照の膜を３１％上回る流量の改善であり、また塩の拒絶率は９９.２４％であるが、これも対照の膜の拒絶率よりも低い。
【０３２４】
［０００３３８］ここで別の実施例を参照すると、表には示されていないが、ＬＴＡ添加剤とｍｈＴＭＣ添加剤の両方を有する混成ＴＦＣ膜１０は、３０.７ＧＦＤの流量を示すが、これは３６％の良好な流量の改善であり、そしておそらくはもっと重要なこととして、９９.６３％のかなり改善された塩の拒絶率を示し、これは対照の膜の９９.６８％の塩の拒絶率にかなり近い。
【０３２５】
［０００３３９］ここで実施例４を参照すると、ナノ複合ＴＦＣ膜を形成するための界面重合のために有機相１８と接触させる前に、水性相１４において特定のナノ粒子の濃度（この場合は０.０５％の濃度のゼオライトＬＴＡ）を使用することについて例証されているが、２６.２ＧＦＤの流量と９９.１７％の拒絶率をもたらす。この流量率はナノ粒子添加剤を用いずに製造された対照の膜を上回る１６％の改善をもたらすが、これは幾つかの場合において、特にナノ粒子の他の利益の観点から、有用であるかもしれない。しかし、実質的にはよりいっそうの流量の改善が、しばしば望ましい。
【０３２６】
［０００３４０］ここで実施例１０４を参照すると、水性相１４と接触させる前に、有機相１８において０.０５８％の濃度のＳｒ(Ｆ６ａｃａｃ)２ といったアルカリ土類金属添加剤を使用することによって、２９.７ＧＦＤの流量率を示すＴＦＣ膜が製造され、３１％の改善率は表の実施例２４の１６％の流量の改善率のおよそ２倍であるが、しかしこれは３.５ＧＦＤしか多くない。
【０３２７】
［０００３４１］添加剤１６においてＬＴＡ添加剤とストロンチウム添加剤の組み合わせを用いると、改善された膜の操作特性を有する混成ナノ複合ＴＦＣ膜が得られるだろう。実施例２８に示されるように、水性相１４での０.０５％のＬＴＡ添加剤１６と有機相１８における０.０５８％のＳｒ(Ｆ６ａｃａｃ)２ の使用によって、３６.８ＧＦＤの流量率という膜特性がもたらされ、これは対照の膜を上回る６３％の改善であり、また同時に９９.５７％の非常に良好な塩の拒絶率がもたらされる。３６.８ＧＦＤというのは、添加剤１６において一つだけの添加剤物質を用いるものとして説明された実施例を１０.６ＧＦＤまたは３.８ＧＦＤ上回る改善である。膜特性のさらなる改善は、水性相または有機相における異なる添加剤物質の選択および／または濃度および／または特定の添加剤物質の使用によって見いだされた。
【０３２８】
Ｅ.２  改善率
［０００３４２］添加剤物質のこれまでの使用においては、小さな保証しか示されなかった。というのは、膜１０を通る総流量は比較的低く、拒絶率は許容できるが低いレベルであり、対照の膜と比較した流量の改善率は低かった。従って、そのような添加剤の使用および／またはそのような添加剤を用いるさらなる実験はふさわしくなかった。しかし、ここで説明しているＭＰＤ、ＴＭＣおよび／またはＭＰＤ／ＴＭＣ比のような選択される加工パラメーターを使用することによって、特定の膜から得られる総流量は、約９９.５％の高い拒絶率において、大きく改善される。これらの加工パラメーターはまた、（これまでに知られた添加剤を含めて）添加剤物質が添加剤１６に単独で、あるいは他のそのような物質と組み合わせて含有されるとき、かなりの利点を与える。
【０３２９】
［０００３４３］特に、実施例１５に示されるように、水性相１４における添加剤１６に０.０５％のＬＴＡを用いるとともに、有機相１８において０.０４％のＡｌ(ａｃａｃ)３を用いると、１３.３のＭＰＤ／ＴＭＣ比の製造プロセスを用いるとき、３５ＧＦＤ以上の流量と９９.４４％の拒絶率で５０％以上の流量の改善を示す商業的に有用な膜が得られる。この膜１０は、Ａｌを含むこれまでに知られた膜を上回る大きな改善である。というのは、それは、膜がかなり低い膜性能特性を有していて実験室での興味しか持たれなかったような多くの用途について商業的に実現可能な膜だからである。
【０３３０】
［０００３４４］さらに、実施例６８に示されるように、有機相１８における添加剤１６として０.０５％のＬＴＡと０.０９％のＣａ(Ｆ６ａｃａｃ)２ を用いると、１３.３のＭＰＤ／ＴＭＣ比で製造したとき、対照の膜を上回る５０％以上の流量の改善を示し、３４.４ＧＦＤの高い流量と９９.０２％の拒絶率という商業的に有用な膜操作特性を有する膜１０が得られる。これらの特性を改善することを企図するために、添加剤物質の濃度、比率および選定を調整するさらなる実験を行うことができる。例えば、実施例３７に示されるように、水性相１４において０.０５％のＬＴＡを用い、有機相１８における添加剤１６として０.０９％のＣａ(Ｆ６ａｃａｃ)２ とともに０.０２％のｍｈＴＭＣを用いると、３８.１ＧＦＤおよび９９.３１％の拒絶率で対照のものを上回る６９％の改善を示す膜が得られる。
【０３３１】
Ｅ.３  改善された拒絶率
［０００３４５］ここで実施例４を参照すると、水性相において０.０５％のＬＴＡ添加剤を用いたナノ複合ＴＦＣ膜は２６.２ＧＦＤの流量を示し、これはナノ粒子添加剤を用いない対照の膜を上回る１０％の流量の改善であり、また９９.１７％の塩の拒絶率は対照の膜の９９.６８％の拒絶率を下回る。その結果、この実施例に従って製造される膜１０は、１回通過の海水脱塩のような幾つかの目的のための要件を満たさないかもしれない。
【０３３２】
［０００３４６］ここで実施例１７５を参照すると、有機相において０.０２％のｍｈＴＭＣ添加剤を用いるＴＦＣ膜は２９.５ＧＦＤの流量を示し、これは添加剤を用いない対照の膜を上回る３１％の流量の改善であり、また９９.２４％の塩の拒絶率は対照の膜の拒絶率をやはり下回る。
【０３３３】
［０００３４７］ここで実施例６６を参照すると、有機相１８においてＬＴＡ添加剤とｍｈＴＭＣ添加剤の両者を用いる混成ＴＦＣ膜は２５.８ＧＦＤの流量を示し、そしておそらくもっと重要なこととして、９９.６３％のかなり改善された塩の拒絶率を示し、これは逆浸透膜について要求されるであろう９９.５％の塩の拒絶率のレベルを上回る。
【０３３４】
［０００３４８］表に示されていない実施例の膜として、水性相１４においてＬＴＡを用い、有機相１８においてｍｈＴＭＣ添加剤を用いる混成ＴＦＣ膜は３０.７ＧＦＤのさらに改善された流量と９９.６３％の塩の拒絶率を示し、この拒絶率は逆浸透膜について要求されるであろう９９.５％の塩の拒絶率のレベルを上回る。
【０３３５】
Ｅ.４  耐汚れ性
［０００３４９］ＴＦＣ膜１０は、膜の表面に蓄積する傾向があるためにＴＦＣ膜１０の透過性を低下させる物質を含む水から塩分を除くために用いることができる。このプロセスは一般に「ファウリング（fouling：汚れの付着）」と呼ばれる。膜の表面に蓄積する汚れ物質としては、以下のものに限定されないが、天然の有機物、部分的に不溶性の無機物質、有機界面活性剤、スリット、コロイド物質、生物膜を含む微生物種、および蛋白質、多糖類、核酸、代謝産物、その他同種類のものなど微生物種から排泄または放出される有機物質がある。添加剤１６の中にナノ粒子が含まれていると、透過性の低下は小さい場合が多い。すなわち、ＴＦＣ膜１０の表面に蓄積する汚れ物質は少なくなる。
【０３３６】
［０００３５０］この汚れの低減、すなわち耐汚れ性の改善は、添加剤１６の中にナノ粒子が含まれているときのＴＦＣ膜１０の増大した親水性とある程度関連しているかもしれない。ＴＦＣ膜１０の親水性は、制御された温度において膜１０の表面と蒸留水の滴との平衡接触角を測定することによって評価することができる。ＴＦＣ膜１０は、添加剤１６の中にナノ粒子が含まれているとき、添加剤１６の中にナノ粒子を添加せずに同様にして調製された膜と比較して５°、１０°、１５°、２５°あるいはそれ以上低下した接触角を示すことがある。平衡接触角は、４５°未満、４０°未満、３７°未満、さらには２５°未満であるかもしれない。
【０３３７】
［０００３５１］ＴＦＣ膜における蓄積に対する改善された耐性は、これらの膜の増大した親水性とある程度関連しているかもしれない。増大した親水性は、制御された温度における膜の表面と蒸留水の滴との平衡接触角によって評価することができる。重合の際に存在する添加剤１６を用いて調製された膜は、添加剤を用いずに同様にして調製された膜と比較して５°、１５°、さらには２５°あるいはそれ以上低下した接触角を示すことがある。平衡接触角は、４５°未満、４０°未満、さらには２５°未満であるかもしれない。
【０３３８】
［０００３５２］ある場合には、混成ＴＦＣ膜１０は、汚染水と接触する膜の表面に蓄積する傾向があって有効な膜の透過性を低下させる（例えば、膜の流量を次第に低下させる）物質を含む水から塩分を除くために用いられるかもしれない。これらの汚れ物質としては、以下のものに限定されないが、天然の有機物、部分的に不溶性の無機物質、有機界面活性剤、スリット、コロイド物質、生物膜を含む微生物種、および蛋白質、多糖類、核酸、代謝産物、その他同種類のものなど微生物種から排泄または放出される有機物質がある。蓄積する物質の量、密度、生存能力、厚さおよび／または性質を低下させることによって、本明細書に開示されたようにして調製された膜については、透過性の低下または膜の流量の低下は従来の技術によって調製された膜よりも小さい場合が多い。親水性、電荷および粗さのような膜の表面特性は、この蓄積および透過性の変化に影響する場合がある。一般に、親水性が高く、負の電荷を帯びていて、そして滑らかな表面を有する膜は、透過性、拒絶率、および汚れ挙動が良好となる。ゼオライトＬＴＡナノ粒子のようなナノ粒子を添加することによって、カルボキシレート基を添加しなくても、粗さを低下させ、負の電荷を増大させ、そして接触角を低下させることが示された。
【０３３９】
［０００３５３］ここで図１５を参照すると、時間の経過に伴う流量の低下が簡単なグラフで示されていて、ＬＴＡ単独のものにおいては流量の改善は低くて汚れによる流量の低下は小さく、Ｇａ(ａｃａｃ)３ 添加剤単独のものにおいては流量の改善は高いが汚れによる流量のかなりの低下が示され、一方、混成のものにおいては流量の改善は高くて汚れによる流量の低下は小さく、両方の添加剤について最良の結果が示されている。また、単独の添加剤を用いるＴＦＣ膜はナノ複合ＴＦＣ膜よりも流量が低いのに対して、ナノ複合混成ＴＦＣ膜はナノ粒子混成ＴＦＣ膜を上回って、２日間だけで約２１％の流量の改善を示す、ということにも留意すべきである。流量が低下する速度は、従来の膜においては時間が経過するのに伴って低下する傾向があるが、しかし、ナノ粒子混成ＴＦＣ膜は、単独の添加剤を用いる類似の膜または従来の膜よりも２０〜１００％の改善が維持されると予想される。
【０３４０】
［０００３５４］ここで表６を参照すると、汚れ試験の実施例１８４において、有機相１８において添加剤１６として０.１％のＬＴＡを含むＴＦＣ膜１０は、２２.５ＧＦＤの流量率（これは対照の膜を上回る改善ではない）と９８.５％の塩の拒絶率を示す。１時間における流量は２２.５ＧＦＤであり、約２日後の汚れによっても２２.５ＧＦＤに維持されていて、これは、汚れに対してかなりの耐性があることを示すものである。
【０３４１】
［０００３５５］ここでやはり表６を参照すると、実施例１８３において、有機相１８において０.０８％のＧａ(ａｃａｃ)３を用いる膜１０は、同じ条件の下で１時間操作した後に３０.９ＧＦＤのかなり改善された流量を示し、これは対照の膜を実質的に３７％上回る流量の改善である。しかし、２日後に汚れが生じた結果、流量は２０.９ＧＦＤに低下した。これは、たったの２日間での汚れによって流量がほぼ５０％低下したことを示し、そしてこれは、あいにくと異常なものというわけではない。
【０３４２】
［０００３５６］しかし、再び表６を参照すると、実施例１８５のＬＴＡとＧａ(ａｃａｃ)３ 添加剤は、この実施例において一緒に用いられた。この得られた膜は、同じ条件の下で操作した後に３１.９ＧＦＤのさらに増大した流量を示したが、しかしもっと重要なことは、２日間汚れに晒された後であっても大きな流量を維持したことである。この膜はかなり改善された耐汚れ性を示し、汚れによる流量の低下は１７％未満であった。（４７％ではなくて）ほんの１７％の低下によって示される耐汚れ性のかなりの改善は、汚れに対する耐性がほぼ２００％改善されたことを示す。耐汚れ性の増大は、汚れを低減すると考えられるナノ構造添加剤と錯体添加剤との組み合わせによるものであり、典型的には、対照の膜と比較して流量を実質的に増大させる金属またはその他の添加剤を用いることによるものであると、我々は考える。汚れをかなり低下させて高い流量と拒絶率を維持するためにナノ構造添加剤と組み合わせるべき錯体としては、アルカリ土類金属、Ａｌ、Ｆｅ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｃｏ、ＣｕおよびＰｒまたはリンとの化合物が挙げられるだろう。ナノ構造添加剤とｍｈＴＭＣの組み合わせも、汚れをかなり低下させるだろう。
【符号の説明】
【０３４３】
１０  膜、  １１  水溶液、  １２  支持体膜、  １３  流延溶液、  １４  水性相、  １５  ガラス板、  １６、１７、２２、２５  添加剤、  １８  有機相、  ２０  布の層、  ２４  弁別膜、  ２６  海水、  ２８、３４  浄化された水、  ２９  供給流れ、  ３０  親水性の層、  ５２  窒素を含有する耐汚れ性の被覆または層、  ５４  センサー、  ５６  窒素のドメイン、  ５８  窒素のポリマー、  ６２  窒素の種類、  ６４、６７、７２  塩素、  ６６  クロラミン、  ６８  細菌、  ７０  死んだ細菌。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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