(57)【要約】【課題】被分離分子種の分離効率を向上させる。【解決手段】電磁波を用いた膜分離装置１００は、少なくとも２種以上の被分離分子種群から少なくとも１種以上の被分離分子種を透過分子種として透過可能な分離膜２２を有する分離膜モジュール１０と、分離膜２２へ電磁波を照射するとともに分離膜２２を選択的に透過させる透過分子種に応じ照射波長を変更可能な電磁波照射源とを備えた減圧室からなる電磁波照射装置２０と、少なくとも２種以上の被分離分子種群を含有する液体または流体が貯留された貯留タンク１２と、貯留タンク１２から前記液体または流体を電磁波照射装置２０内の分離膜２２上へ供給するとともに分離膜２２上に残留した被分離分子種を前記貯留タンク１２に回収する循環ライン３０と、を有し、さらに、分離膜２２を透過した透過分子種を捕集する透過成分捕集装置５０ａ，５０ｂが設けられている。【選択図】図１
2005074342.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２種以上の被分離分子種群から少なくとも１種以上の被分離分子種を透過分子種として透過可能な分離膜と、
前記分離膜へ電磁波を照射するとともに前記分離膜を選択的に透過させる透過分子種に応じ照射波長を変更可能な電磁波照射源と、
を有することを特徴とする電磁波を用いた膜分離装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電磁波を用いた膜分離装置において、
さらに、前記分離膜と電磁波照射源とを備えた膜モジュールと、
前記膜モジュールの既透過側を減圧する減圧手段と、
少なくとも２種以上の被分離分子種群を含有する液体または流体が貯留された貯留タンクと、
前記貯留タンクから前記液体または流体を前記膜モジュールの前記分離膜上へ供給するとともに前記分離膜上に残留した被分離分子種を前記貯留タンクに回収する循環ラインと、
を有することを特徴とする電磁波を用いた膜分離装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電磁波を用いた膜分離装置において、
前記分離膜は、シリカ膜、ゼオライト膜、炭素膜、アルミナ膜、チタニア膜、ジルコニア膜、パラジウム膜からなる無機膜群またはポリマーあるいは金属錯体からなる有機膜群から選ばれる分離膜であることを特徴とする電磁波を用いた膜分離装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の膜分離装置において、
前記電磁波照射源より照射される電磁波は、マイクロ波、赤外線、紫外線のいずれかの領域の電磁波であることを特徴する電磁波を用いた膜分離装置。
【請求項５】
前記分離膜を選択的に透過させる被分離分子種に応じ電磁波の照射波長を変更させて分離膜へ照射し、少なくとも２種以上の被分離分子種群から少なくとも１種以上の被分離分子種を分離膜により透過分離する膜分離方法。
【請求項６】
ガス分離、蒸気分離、浸透気化分離、精密濾過分離、ナノ濾過分離、限外濾過分離、逆浸透分離、電気透析分離、透析分離、イオン交換膜分離、のいずれかの分離方法に用いられる請求項５に記載の膜分離方法。
【請求項７】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の膜分離装置において、
前記電磁波照射源をＯＮ／ＯＦＦ操作し、外部から選択的に前記分離膜に対する前記透過分子種の透過量を可逆的に変化させることを特徴とする電磁波を用いた膜分離装置。
【請求項８】
請求項５に記載の膜分離方法において、
前記電磁波をＯＮ／ＯＦＦ照射することにより、外部から選択的に前記分離膜に対する前記透過分子種の透過量を可逆的に変化させることを特徴とする膜分離方法。
【請求項９】
少なくとも２種以上の被分離分子種群から少なくとも１種以上の被分離分子種を透過分子種として透過可能な分離膜と、
前記分離膜へ電磁波を照射するとともに前記分離膜を選択的に透過させる透過分子種に応じ照射波長を変更可能な電磁波照射源と、を有し、
前記分離膜の未透過側および／または前記分離膜内部に触媒を配設し、
前記被分離分子種群を前記触媒と反応させ前記分離膜の既透過側にて反応生成物を透過分子種として選択的に回収することを特徴とするメンブレンリアクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁波を用いた膜分離装置および膜分離方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在実用化あるいは研究されている膜分離技術は、分離膜の孔径と分離対象物質との物理的なサイズ、あるいは両者間の溶解、分配、拡散、静電的相互作用を利用して分離対象物質を分離する技術である。
【０００３】
さらに、詳細に説明すると、例えば、精密濾過膜では分離対象の大きさの違い、限外濾過膜では分離対象の大きさと媒体中の拡散性の相違、ナノ濾過膜では膜に対する静電的な相互作用の相違に基づき分離を行っている。
【０００４】
しかしながら、分離系によっては、上述の物性の差が小さく選択性が低い場合や、分離対象物質の膜透過抵抗が大きく透過流束が小さい場合などがあり、効率的な分離が難しいことが多かった。
【０００５】
そこで、上記膜透過抵抗を改善すべく、分離膜として有機分離膜に特定し、該有機分離膜に高周波またはマイクロ波を照射して、該有機分離膜の側鎖分子またはその近傍ドメインの各種振動・ローテーションにより、有機分離膜の分子孔および／または極性を変化させることによって、被透過物質の透過を変え、これにより物質の分離を制御する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３４０７３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の方法では、有機分離膜の分子孔および／または極性を変えることができるため、分離膜における膜透過抵抗が改善され分離性が向上するが、被分離分子同士の物性の差が小さい場合には、依然として効率的な物質分離は難しい。
【０００８】
また、温度、圧力などの外部操作条件によって、分離膜の孔径と分離対象物質との間の溶解、分配、拡散、静電的相互作用の度合いを調節することができ、特に、有機分離膜を用いたガス分離、蒸気分離、浸透気化分離などでは、被分離分子の分離膜へのｖａｎ  ｄｅｒ  Ｗａａｌｓ力や静電気的な相互作用が強いほど選択性は向上するが、後述するように、一般的に透過流束は低下してしまい、分離選択性と透過流束とはトレードオフの関係であった。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、分離選択性と透過流束の両方を向上させる、または、分離選択性と透過流束の一方が向上する場合に他方の効率がほとんど低下しない、すなわちいわゆるトレードオフの関係が生じない電磁波を用いた膜分離装置および膜分離方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の電磁波を用いた膜分離装置および膜分離方法は、以下の特徴を有する。
【００１１】
（１）少なくとも２種以上の被分離分子種群から少なくとも１種以上の被分離分子種を透過分子種として透過可能な分離膜と、前記分離膜へ電磁波を照射するとともに前記分離膜を選択的に透過させる透過分子種に応じ照射波長を変更可能な電磁波照射源と、を有する電磁波を用いた膜分離装置である。
【００１２】
分離時に、分離膜を透過させる透過分子種に応じて選択された波長の電磁波を照射することによって、例えば、透過分子種の双極子モーメントなどの物性（例えば、並進あるいは回転運動など）を選択的に変化させたり、また、電磁波を吸収可能な透過分子種の特定の官能基や特定の結合を励起させて選択性を変化させたり、被分離分子種間の電磁波吸収度合いの相違を利用して特性の被分離分子種のみの運動性を変化させ選択性を変化させたりすることができ、その結果、効率的な分離、すなわち分離選択性と透過流束の両方または少なくとも一方の向上が図れる。
【００１３】
（２）上記（１）に記載の電磁波を用いた膜分離装置において、さらに、前記分離膜と電磁波照射源とを備えた膜モジュールと、前記膜モジュールの既透過側を減圧する減圧手段と、少なくとも２種以上の被分離分子種群を含有する液体または流体が貯留された貯留タンクと、前記貯留タンクから前記液体または流体を前記膜モジュールの前記分離膜上へ供給するとともに前記分離膜上に残留した被分離分子種を前記貯留タンクに回収する循環ラインと、を有する電磁波を用いた膜分離装置である。
【００１４】
分離膜に電磁波照射した場合、分子膜付近に供給される液体または流体の温度は上昇する。そこで、上記循環ラインを用い、常時または間欠的に、分離すべき少なくとも２種以上の被分離分子種群を含む液体または流体を分離膜上に供給することにより、分離膜付近の温度をほぼ一定に保つことができる。これにより、分離すべき少なくとも２種以上の被分離分子種群の一部または全部が蒸発または変性してしまうこともなく、安定した分離を行うことができる。
【００１５】
（３）上記（１）または（２）に記載の電磁波を用いた膜分離装置において、前記分離膜は、シリカ膜、ゼオライト膜、炭素膜、アルミナ膜、チタニア膜、ジルコニア膜、パラジウム膜からなる無機膜群またはポリマーあるいは金属錯体からなる有機膜群から選ばれる分離膜である電磁波を用いた膜分離装置である。
【００１６】
（４）上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の膜分離装置において、前記電磁波照射源より照射される電磁波は、マイクロ波、赤外線、紫外線のいずれかの領域の電磁波である電磁波を用いた膜分離装置である。
【００１７】
（５）前記分離膜を選択的に透過させる被分離分子種に応じ電磁波の照射波長を変更させて分離膜へ照射し、少なくとも２種以上の被分離分子種群から少なくとも１種以上の被分離分子種を分離膜により透過分離する膜分離方法である。
【００１８】
上述したように、分離時に、分離膜を透過させる透過分子種に応じて選択された波長の電磁波を照射することによって、例えば、透過分子種の双極子モーメントなどの物性を選択的に変化させたり、また、電磁波を吸収可能な透過分子種の特定の官能基や特定の結合を励起させて選択性を変化させたり、被分離分子種間の電磁波吸収度合いの相違を利用して特性の被分離分子種のみの運動性を変化させ選択性を変化させたりすることができ、その結果、効率的な分離、すなわち分離選択性と透過流束の両方または少なくとも一方の向上が図れる。
【００１９】
（６）ガス分離、蒸気分離、浸透気化分離、精密濾過分離、ナノ濾過分離、限外濾過分離、逆浸透分離、電気透析分離、透析分離、イオン交換膜分離、のいずれかの分離方法に用いられる上記（５）に記載の膜分離方法である。
【００２０】
（７）上記（１）から（４）のいずれか１つに記載の膜分離装置において、前記電磁波照射源をＯＮ／ＯＦＦ操作し、外部から選択的に前記分離膜に対する前記透過分子種の透過量を可逆的に変化させる電磁波を用いた膜分離装置である。
【００２１】
（８）上記（５）に記載の膜分離方法において、前記電磁波をＯＮ／ＯＦＦ照射することにより、外部から選択的に前記分離膜に対する前記透過分子種の透過量を可逆的に変化させる膜分離方法である。
【００２２】
上記（７）および（８）に記載の膜分離装置および膜分離方法によれば、電磁波の照射の有無に応じて、透過分子種を所望の透過量で可逆的に変化させて透過させることができる。
【００２３】
（９）少なくとも２種以上の被分離分子種群から少なくとも１種以上の被分離分子種を透過分子種として透過可能な分離膜と、前記分離膜へ電磁波を照射するとともに前記分離膜を選択的に透過させる透過分子種に応じ照射波長を変更可能な電磁波照射源と、を有し前記分離膜の未透過側および／または前記分離膜内部に触媒を配設し、前記被分離分子種群を前記触媒と反応させ前記分離膜の既透過側にて反応生成物を透過分子種として選択的に回収するメンブレンリアクターである。
【００２４】
分離膜の未透過側または分離膜内に触媒を配設することによって、反応生成物のみを選択的に分離膜の既透過側にて回収することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、分離時に、分離膜を透過させる透過分子種に応じて選択された波長の電磁波を照射することにより、例えば、透過分子種の双極子モーメントなどの物性を選択的に変化させたり、電磁波を吸収可能な透過分子種の特定の官能基や特定の結合を励起させて選択性を変化させたり、被分離分子種間の電磁波吸収度合いの相違を利用して特性の被分離分子種のみの運動性を変化させ選択性を変化させたりすることができる。これにより、分離選択性と透過流束の両方または少なくとも一方を向上させることができ、従来の膜分離技術に比べ、著しく効率的な膜分離を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の最良の実施形態について、図面に基づいて説明する。
【００２７】
［電磁波を用いた膜分離装置］
図１には、本発明に係る電磁波を用いた膜分離装置の一例の概要図が示されている。ここでは、浸透気化分離（ＰＶ）に用いる膜分離装置１００を例に取り説明する。
【００２８】
図１に示す電磁波を用いた膜分離装置１００は、少なくとも２種以上の被分離分子種群から少なくとも１種以上の被分離分子種を透過分子種として透過可能な分離膜２２と、分離膜２２へ電磁波を照射するとともに分離膜２２を選択的に透過させる透過分子種に応じ照射波長を変更可能な電磁波照射源とを備えた分離膜モジュール１０が設けられた電磁波照射装置２０と、少なくとも２種以上の被分離分子種群を含有する液体または流体（以下「液体または流体」と略す）が貯留された貯留タンク１２と、貯留タンク１２から前記液体または流体を電磁波照射装置２０内の分離膜２２上へ供給するとともに分離膜２２上に残留した被分離分子種を前記貯留タンク１２に回収する循環ライン３０と、を有し、さらに、膜分離装置１００は、分離膜２２を透過した透過分子種を例えば捕集する透過成分捕集装置５０ａ，５０ｂが設けられている。
【００２９】
さらに、膜分離装置１００について詳細に説明すると、循環ライン３０は、貯留タンク１２から少なくとも２種以上の被分離分子種群を含有する液体または流体を流通可能な供給パイプ３２と、供給パイプ３２にポンプ１４を介して連結され分離膜モジュール１０に対して上記液体または流体を供給する供給パイプ３４と、分離膜モジュール１０上に残留した残留液体または流体を貯留タンク１２に回収する回収パイプ３６とからなる。また、回収パイプ３６には、供給側温度計１６が設けられ、供給側温度計１６は、循環する上記液体または流体の温度を測定している。
【００３０】
また、貯留タンク１２には恒温装置１８が連結され、恒温装置１８により貯留タンク１２内の上記液体または流体の温度が一定に保たれている。
【００３１】
また、分離膜モジュール１０の分離膜２２を透過した透過分子種は、捕集パイプ３８、バルブ４０，４２，４４を介して透過成分捕集装置５０ａ，５０ｂに捕集される。さらに、透過成分捕集装置５０ａ，５０ｂの下流側にはそれぞれバルブ４６，４８が設けられ、このバルブ４６，４８の下流側には真空ポンプ６０が設けられている。また、捕集パイプ３８には真空側圧力計２４が設けられ、真空側圧力計２４によって、分離膜モジュール１０内の減圧度が測定されている。
【００３２】
また、上記バルブ４０から透過成分捕集装置５０ａ，５０ｂへは、それぞれ捕集ラインは分岐しており、それぞれとバルブ４２，４４が設けられ、バルブ４２，４４は、透過成分捕集装置５０ａ，５０ｂのいずれかに選択的に透過分子種を捕集するために切替可能に設けられている。また、上記バルブ４６，４８は、透過成分捕集装置５０ａ，５０ｂのいずれかに選択的に透過分子種を捕集する際に、真空ポンプ６０による減圧操作を選択的に行うために設けられている。
【００３３】
なお、上記バルブ４０，４２，４４，４６，４８は、手動弁、自動制御弁、逆止弁など適宜選択して用いることができる。
【００３４】
次に、上記膜分離装置１００の動作について図１を用いながら説明する。
【００３５】
恒温装置１８により一定の温度に保持された貯留タンク１２内の液体または流体は、ポンプ１４の駆動により循環ライン３０の供給パイプ３２，３４を介して、後述する真空ポンプ６０を駆動させ所定の減圧度に既透過側が減圧された分離膜モジュール１０の分離膜２２に供給される。次いで、電磁波照射装置２０内に設けられた電磁波照射源（図示せず）から所定の波長の電磁波を分離膜２２に照射する。この照射は、間欠的であっても、連続的であってもよい。そして、透過成分凍結捕集装置５０ａ，５０ｂのいずれに透過分子種を捕集するか選択し、それに応じて、バルブ４２，４４の一方を開け、他方を閉じる。さらに、バルブ４２，４４の開閉に応じて、同捕集ラインのバルブ４６，４８を開閉する。真空ポンプ６０は、真空側圧力計２４により測定された電磁波照射装置２０内の減圧度に応じて駆動制御される。
【００３６】
これにより、分離膜２２を透過した透過分子種は、捕集パイプ３８、バルブ４０を介して、バルブ４２，４４のいずれかを通過して、所望の透過成分捕集装置５０ａ，５０ｂのいずれかに捕集される。
【００３７】
一方、分離膜２２を透過しなかった被分離分子種を含む液体または流体は、回収パイプ３６を介して貯留タンク１２に回収される。その際、供給側温度計１６により回収された液体または流体の温度が測定され、この測定温度に応じて、恒温装置１８は、貯留タンク１２内の液体または流体の温度を制御する。
【００３８】
本明細書では、「分子種」は、単分子から高分子までの分子を含み、液体、流体、気体、固体のいずれかの形態であってもよい。上記液体または流体には、「分子種」は溶解、分散、懸濁のいずれの形態で含有されていてもよい。
【００３９】
また、「電磁波」は、高い周波数よりγ線、ｘ線、紫外線、可視光線、赤外線、遠赤外線、通信・放送・レーダーなどに利用されるいわゆる「電波」までを含む。本実施の形態では、「電磁波」として、マイクロ波、赤外線、紫外線を用いることが好ましい。また、マイクロ波の使用周波数は、ＩＳＭ（Industrial,  Scientific  and  medical）周波数として割り当てられている４周波数、すなわち９１５，２４５０，５８００，２２１２５ＭＨｚを使用することができ、一般的には９１５または２４５０ＭＨｚの周波数を使用することができる。
【００４０】
電磁波の周波数は、分離膜２２を透過させたい透過分子種の双極子モーメントなどの物性を変化させる周波数、または透過分子種のみを活性化し運動性を変化させる周波数、または透過分子種の電磁波吸収官能基または結合の最適吸収される周波数、または分離すべき被分離分子種間の電磁波吸収度合いの大きく異なる周波数から選択することが好ましい。例えば、水酸基含有の被分離分子種の場合には、マイクロ波が好適であり、芳香族化合物からなる被分離分子種の場合には、紫外線が好ましく、またシス−トランス異性体や光学異性体などを分離する場合に波、可視光線または赤外線、遠赤外線から適宜好適な周波数の電磁波を選択することが望ましい。
【００４１】
また、本実施の形態で用いる分離膜２２としては、シリカ膜、ゼオライト膜、炭素膜、アルミナ膜、チタニア膜、ジルコニア膜、パラジウム膜からなる無機膜群またはポリマーあるいは金属錯体からなる有機膜群から適宜選択することが好ましいが、電磁波によりその物性が変化しにくい無機膜群がより好ましい。また、透過分子種に応じて、上述の膜の組成を変化させてもよい。
【００４２】
また、本実施の形態では、被分離分子種を含む液体または流体の場合について説明したが、これに限るものではなく、被分離分子種が気体の場合は、直接電磁波照射装置２０に被分離分子種を供給して分離操作を行ってもよい。
【００４３】
また、本実施の形態の膜分離装置において、電磁波照射源をＯＮ／ＯＦＦ操作することによって、外部から選択的に分離膜２２に対する透過分子種の透過量を可逆的に変化させることができる。
【００４４】
これにより、所望の透過量を選択しながら、連続的に透過分子種のみを得ることができる。
【００４５】
［メンブレンリアクター］
本実施の形態のメンブレンリアクターは、図１に示す装置同様に、少なくとも２種以上の被分離分子種群から少なくとも１種以上の被分離分子種を透過分子種として透過可能な分離膜２２と、分離膜２２へ電磁波を照射するとともに分離膜２２を選択的に透過させる透過分子種に応じ照射波長を変更可能な電磁波照射源と、を有し、さらに、分離膜２２の未透過側または分離膜２２の内部に触媒が配設されている。
【００４６】
これにより、被分離分子種群を触媒と反応させ分離膜２２の既透過側にて反応生成物を透過分子種として選択的に回収することができる。
【００４７】
さらに詳細に説明すると、電磁波の照射により、分離膜２２中の触媒上で流入される液体または流体の反応が促進され、また、分離膜２２の膜の性能も向上するため、より反応の効率化が図れる。
【００４８】
また、チューブ状の分離膜２２を用い、このチューブ状の分離膜の未透過側に触媒を配置してもよく、または膜孔の内壁に触媒を配置または導入してもよい。これにより、分離膜を通過する液体または流体は、触媒と反応して分離膜透過後に反応生成物のみ効率的に回収することができる。
【００４９】
［電磁波を用いた膜分離方法］
また、本実施の形態の電磁波を用いた膜分離方法は、例えば、上述の図１に示す膜分離装置１００を用いて、分離膜２２を選択的に透過させる被分離分子種に応じ電磁波の照射波長を変更させて分離膜２２へ照射し、少なくとも２種以上の被分離分子種群から少なくとも１種以上の被分離分子種を分離膜により透過分離する膜分離方法である。
【００５０】
上記膜分離方法は、ガス分離、蒸気分離、浸透気化分離（ＰＶ）、精密濾過分離、ナノ濾過分離、限外濾過分離、逆浸透分離、電気透析分離、透析分離、イオン交換膜分離、のいずれの分離方法にも用いることができる。
【００５１】
また上記膜分離方法波、電磁波をＯＮ／ＯＦＦ照射することにより、外部から選択的に分離膜２２に対する透過分子種の透過量を連続的に変化させることができる。これにより、所望の透過量を選択しながら、可逆的に透過分子種のみを得ることができる。
【実施例】
【００５２】
次に、図２から図６を用いて、本発明の実施例について説明する。
【００５３】
［実験方法］
製膜：
シリカライト膜波、０．１ＴＰＡＢｒ：０．１ＮａＯＨ：ＳｉＯ2：８０Ｈ2Ｏ組成の溶液を２５０ｍｌ調整し、室温で３時間静かに撹拌したものを合成溶液とした。α−アルミナ基材（直径５ｃｍ、孔径０．１３μｍ）を水平に配置したオートクレーブ中に合成溶液を加え、１７０℃で４８時間水熱合成を行った。ＴＰＡ+を除去するために４５０℃で２０時間焼成を行い、ゼオライト膜の１種であるシリカライト膜を得た。その後、走査顕微鏡（ＳＥＭ）および粉体Ｘ線回折（ＸＲＤ）により解析を行い、シリカライト膜が合成されていることを確認した。
【００５４】
浸透気化分離（ＰＶ）実験およびマイクロ波照射下ＰＶ実験：
図１に示す膜分離装置１００を用いて、マイクロ波吸収物質と非吸収物質との組み合わせである「エタノール−ｎ−ヘキサン系」と、両者がマイクロ波吸収物質の組み合わせである「水ーエタノール系」における透過気化分離（ＰＶ）実験を行い、透過流層と分離係数の測定を行った。本実験では特に温度について記述していない場合は、供給する液の温度は３０℃である。
【００５５】
また、ＰＶ実験が定常状態に達したことを確認した後、分離膜に対してマイクロ波の照射を行い、透過流束、分離係数についての変化を測定した。本実験において、マイクロ波発生装置は、周波数２４５０ＭＨｚ、出力５００Ｗに設定された。
分離係数および透過流束の計算方法：
【００５６】
＜分離係数の計算方法＞
分離係数αは、以下の式を用いて計算した。
【数１】
2005074342.tif 000003
ここで、Ｘ：重量分率、Ａ：水またはｎ−ヘキサン、Ｐｅｒｍ：透過液、Ｆｅｅｄ：供給液を表す。
【００５７】
＜透過流束の計算方法＞
透過流束Ｊｉ（図中「Ｆｌｕｘ」）は、捕集装置に捕集された透過液の単位時間および単位膜面積当たりの増加量である。
【００５８】
［マイクロ波照射下ＰＶ実験とマイクロ波非照射下の温度の影響］
エタノール８０ｗｔ％／ｎ−ヘキサン２０ｗｔ％の溶液を分離膜に供給し、上述したマイクロ波を照射した際のＰＶ実験結果から得られた透過流束Ｆｌｕｘと分離係数αの時間変化を図２に示す。マイクロ波照射を５分間行い、２時間補にもう一度５分間照射を行ったところ、マイクロ波照射時には透過流束は約６倍になり、さらに分離係数はｎ−ヘキサンが検出限界以下の２０以上に増加した。また、マイクロ波の照射したときのみ、分離膜を透過するエタノール分子の透過流束および分離係数が増加しており、この結果より、マイクロ波の照射の有無により、透過流束・分離係数の増減がオン−オフ状態となることが確認された。また、マイクロ波吸収物質であるエタノールのみが大幅に透過性を増大させたことから、マイクロ波照射は分離膜内部におけるマイクロ波吸収物質であるエタノールの拡散性を選択的に増加させたものと推測される。
【００５９】
一方、マイクロ波非照射下における供給液温度を変化させたＰＶ実験を行った結果を図３に示す。マイクロ波を照射時の分離膜付近の供給液温度を３０℃から４５℃に迅速に変化させた場合、図３に示すように、温度上昇に伴い、透過流束Ｆｌｕｘは増加しているが、マイクロ波照射時よりも増加量は小さく、また分離係数αは減少した。
【００６０】
そして、図２，３より、マイクロ波を照射することにより、透過流束Ｆｌｕｘおよび分離係数αを共に増加させることができることが判明した。
【００６１】
［マイクロ波照射下ＰＶ実験］
＜エタノール−ｎ−ヘキサン系＞
通常のＰＶ実験を行い充分時間が経過し、定常状態に達したことを確認した後、マイクロ波を照射した。その結果を図４に示す。マイクロ波照射開始時間をｔ＝０としてマイクロ波照射を５分間行い、２時間後もう一度５分間照射を行った。供給液の濃度はエタノール８０ｗｔ％である。図４に示すように、透過流束Ｆｌｕｘは約６倍になり、透過液はエタノール濃度１００ｗｔ％であり、ヘキサンは検出されなかった（図２の結果と同様）。
【００６２】
＜水−エタノール系＞
通常のＰＶ実験を行い充分時間が経過し、定常状態に達したことを確認した後、マイクロ波を照射した。その結果を図５に示す。マイクロ波照射開始時間をｔ＝０としてマイクロ波照射を９分間行った。供給液の濃度はエタノール２０ｗｔ％である。測定の結果、透過液の濃度は変化せずに、透過流束Ｆｌｕｘが図５に示すように約１０倍に増加した。この結果から、両者がマイクロ波吸収物質である場合、透過性が増大することが判明した。
【００６３】
以上の実験結果より、それぞれの系においてマイクロ波照射により大幅な透過流束の増加が見られた。分離係数は水−エタノール系では変化せず、エタノール−ｎ−ヘキサン系では顕著に増加した。これらより、マイクロ波照射によってマイクロ波吸収物質の透過性が急激に増大したことは判明した。
【００６４】
なお、図６に示すように、マイクロ波照射により溶液の温度は上昇することから、図１に示すように、溶液の温度を一定に保つことが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
単分子から高分子までの分離を効率よく選択性よく分離する用途に適用することができ、さらにガス分離、蒸気分離、浸透気化分離（ＰＶ）、精密濾過分離、ナノ濾過分離、限外濾過分離、逆浸透分離、電気透析分離、透析分離、イオン交換膜分離、のいずれの分離方法にも用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の膜分離装置の構成を示す概要図である。
【図２】エタノール−ｎ−ヘキサン系のマイクロ波照射下ＰＶ実験における分離係数と透過流束の変化を示す図である。
【図３】エタノール−ｎ−ヘキサン系のマイクロ波非照射下ＰＶ実験における分離係数と透過流束の変化を示す図である。
【図４】エタノール−ｎ−ヘキサン系のマイクロ波照射下ＰＶ実験における分離係数と透過流束の変化を示す図である。
【図５】水−エタノール系のマイクロ波照射下ＰＶ実験における分離係数と透過流束の変化を示す図である。
【図６】マイクロ波照射による溶液の温度上昇を示す図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０  分離膜モジュール、１２  貯留タンク、１４  ポンプ、１６  供給側温度計、１８  恒温装置、２０  電磁波照射装置、２２  分離膜、２４  真空側圧力計、３０  循環ライン、３２，３４  供給パイプ、３６  回収パイプ、３８  捕集パイプ、４０，４２，４４，４６，４８  バルブ、５０ａ，５０ｂ  透過成分捕集装置、６０  真空ポンプ、１００  膜分離装置。
【図１】
2005074342.tif 000004
【図２】
2005074342.tif 000005
【図３】
2005074342.tif 000006
【図４】
2005074342.tif 000007
【図５】
2005074342.tif 000008
【図６】
2005074342.tif 000009