(57)【要約】【課題】油水混合物を透過する際にフィルター間の圧力損失の少ない油水分離フィルター、これを用いる油水分離装置及び油水分離方法を提供する。【解決手段】撥水性樹脂繊維及び無機繊維を含有する油水分離フィルター該フィルターと、油水混合液入口と、該油水分離フィルターを保持する保持具と、油水分離液出口とを具備する油水分離装置、及び水相及び油相から形成されるエマルションを、撥水性樹脂繊維及び無機繊維を含有する油水分離フィルターに接触させることを含む該エマルションから水相と油相を分離する方法。【選択図】図２
2007181819.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撥水性樹脂繊維及び無機繊維を含有する油水分離フィルター。
【請求項２】
フィルターが膜状構造を有するフィルターである請求項１に記載のフィルター。
【請求項３】
フィルターが、撥水性樹脂繊維及び無機繊維を含有する織布である請求項１又は２に記載のフィルター。
【請求項４】
フィルターが、撥水性樹脂繊維の糸及び無機繊維の糸から形成されている織布である請求項１〜３のいずれかに記載のフィルター。
【請求項５】
フィルターが、撥水性樹脂繊維と無機繊維を混紡した糸を含む織布から形成されている請求項１〜３のいずれかに記載のフィルター。
【請求項６】
フィルターが、撥水性樹脂繊維及び無機繊維を含有する不織布である請求項１又は２に記載のフィルター。
【請求項７】
フィルターが、撥水性樹脂繊維と無機繊維を配合した緊密配合物を層状に重ね、荷重をかけた後、ニードル加工を施して得られる不織布である請求項６に記載のフィルター。
【請求項８】
撥水性樹脂が、ポリオレフィン、フッ素樹脂、ポリ塩化ビニル及びポリ塩化ビニリデンからなる群から選ばれる少なくとも１種の樹脂である請求項１〜７のいずれかに記載のフィルター。
【請求項９】
無機繊維がガラス繊維である請求項１〜８のいずれかに記載のフィルター。
【請求項１０】
撥水性樹脂繊維／無機繊維の重量比率が、９０／１０〜１０／９０である請求項１〜９のいずれかに記載のフィルター。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載のフィルターと、油水混合液入口と、該油水分離フィルターを保持する保持具と、油水分離液出口とを具備する油水分離装置。
【請求項１２】
該装置が濾過器であり、装置中の該入口と該出口が、該フィルターでその両側に隔てられている請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
水相及び油相から形成されるエマルションを、撥水性樹脂繊維及び無機繊維を含有する油水分離フィルターに接触させることを含む該エマルションから水相と油相を分離する方法。
【請求項１４】
接触が、該エマルションの油水分離フィルターへの透過である請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エマルション状態で含有する油水混合物を油相及び水相に分離する油水分離フィルター及び油水分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水相に含有される有用物質を油相に抽出したり、あるいは油相に含有される塩などを水相に抽出したのち、水相と油相を分離して有用物質や塩を取り出すという抽出操作は、廃水処理等の環境事業、医農薬工業、化学工業、食品工業などにおける単位操作として幅広く実施されている。抽出操作は、通常、水相及び油相からなる微小な粒子（エマルション）の状態で油水混合物としたのち、再び油相及び水相に分離する操作であるが、油水混合物に含まれる該粒子は速やかに破壊されず、結果として水相及び油相からなる微小な粒子を含む中間相となり、水相としても油相としても取り扱うことができないという問題がある。
このような解決方法として、ポリ弗化ビニリデン（ポリビニルジフルオライド）などのフッ素樹脂膜を代表とする撥水性樹脂繊維からなる油水分離膜を用いて油水混合物を透過する方法が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−３０８８０３号公報［請求項１］
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、本発明者が検討したところ、油水混合物には水も含まれていることから撥水性が強いと油水混合物を透過する際のフィルター間の圧力損失（フィルターの入口における加圧された圧力とフィルターの出口における圧力との差圧）が大きくなり、同じ圧力をフィルターに加圧すれば、小さい圧力損失を与える混合物に比し透過時間がかかり、透過時間を短くするために大きな圧力で加圧すると設備上の負荷がかかるという問題が明らかになった。
本発明の目的は、油水混合物を透過する際にフィルター間の圧力損失の少ない油水分離フィルター、これを用いる油水分離装置及び油水分離方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、撥水性樹脂繊維及び無機繊維を含有する油水分離フィルター；該フィルターと、油水混合液入口と、該油水分離フィルターを保持する保持具と、油水分離液出口とを具備する油水分離装置；及び、水相及び油相から形成されるエマルションを、撥水性樹脂繊維及び無機繊維を含有する油水分離フィルターに接触させることを含む該エマルションから水相と油相を分離する方法である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の油水分離フィルターは親水性の無機繊維等を含むことから、撥水性のフッ素樹脂のみからなる膜と比べて、油水混合物を透過する際における油水分離フィルター間の圧力損失が低減され、フィルター間の差圧が一定の圧力であれば透過時間が短縮される。また、得られる油水混合液はほとんど油相と水相に分離されており、中間相はほとんど生じない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明に用いられる撥水性樹脂繊維としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、エチレン−プロピレン共重合体などのポリオレフィンの繊維、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリトリフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリ弗化ビニリデンなどのフッ素樹脂繊維、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニルデンなどが挙げられる。
撥水性樹脂繊維としては、異なる２種以上の樹脂からなる繊維を用いてもよい。
撥水性樹脂繊維は、通常、幅が１ｍｍ以下、好ましくは５〜１００μｍであり、長さは、通常、幅の１０倍以上のものである。撥水性樹脂からなる糸も本発明の撥水性樹脂繊維に属する。
撥水性樹脂繊維としては、中でも、その繊維に油滴が接触したときに油滴同士の合一が起こり易く、油相の形成が容易になる傾向であることから、フッ素樹脂繊維が好ましい
【０００８】
無機繊維としては、例えば、鉄、アルミニウム、ステンレスなどの金属繊維、例えば、ガラス繊維、例えば、アルミナ繊維、アルミナ−シリカ繊維、ジルコニア繊維などのセラミック繊維などが挙げられる。
無機繊維は、通常、幅が１００μｍ以下、好ましくは５〜２０μｍ程度であり、長さは、通常、幅の１０倍以上のものである。
無機繊維としては、異なる２種以上の無機材料からなる繊維を用いてもよい。無機繊維としては、２種以上の無機材料からなる繊維であってもよい。無機繊維としては、その繊維に水滴が接触したときに水滴同士の合一が起こり易く、水相の形成が容易になる傾向であることから、ガラス繊維が好ましい。
【０００９】
本発明の油水分離フィルターとしては、通常、膜状構造を有している。
本発明において、膜とは通常、厚さが０．１〜５０mm程度、好ましくは、０．５〜１０mm程度の成形体を意味し、この程度の厚さの不織布、織布等が含まれる。形状としては、シート状、円柱状などが挙げられる。
【００１０】
油水分離膜における撥水性樹脂繊維／無機繊維の含有比率（重量）としては、通常、９０／１０〜１０／９０であり、好ましくは、８０／２０〜４０／６０である。
撥水性樹脂繊維が９０以下であると、フィルター間の圧力損失の低減の効果に優れる傾向があることから好ましく、１０以上であると、油水の分液速度が向上する傾向があることから好ましい。
【００１１】
ここで、該油水分離フィルターの不織布は、撥水性樹脂繊維および無機繊維の短繊維（ステープル）または長繊維（フィラメント）から形成された薄層状繊維集合体（ウェブ）を機械的操作、接着剤あるいは繊維自身の熱融着力によって繊維を互いに接合させ、加工させて得られる布である。
また、該油水分離フィルターの織布としては、例えば、撥水性樹脂繊維の糸及び無機繊維の糸からなる織布、例えば、撥水性樹脂繊維及び無機繊維を混紡した糸を含む織布などが挙げられる。
【００１２】
本発明の油水分離フィルターとしては、中でも、撥水性樹脂繊維の糸及び無機繊維の糸からなる織布、並びに、不織布が製造が容易なことから好ましく、とりわけ、特開昭５７−２０５５６６号公報、特開昭６１−１６０４６６号公報などに記載されているように、撥水性樹脂繊維と無機繊維を配合した緊密配合物を層状に重ね、荷重をかけた後、ニードル加工を施して得られる不織布が市販されていることから好ましい。市販されているフィルターの具体例としては、バグフィルター濾布あるいは焼却場の集塵用フィルターとして市販されているテファイヤー（登録商標、販売：東レ株式会社）などが挙げられる。
無機繊維の表面に撥水性樹脂が完全に被覆された繊維からなる膜（例えば鞘芯構造の繊維からなる膜）は、油水混合物が撥水性樹脂繊維及び無機繊維の両方に接触し得ないことから、油滴同士の合一が起きない、またはフィルター間の圧力損失を低減させないため好ましくない。
【００１３】
本発明の油水分離装置は、本発明の油水分離フィルターと、油水混合液入口と、該油水分離フィルターを保持する保持具と、油水分離液出口とを具備する。該油水分離装置としては、濾過器が挙げられ、例えば、装置中の該入口と該出口が、保持具で固定されたフィルターでその両側に隔てられている構造の濾過器が挙げられる。具体例として、フンダー濾過器などの、入口と濾布を保持する保持具と出口とを具備する濾過器の濾布部分に本発明の油水分離フィルターが設置された濾過器が挙げられる。この濾過器に油水混合液を入口から油水分離フィルターを経由して出口に通すことによって油と水の２相に分離された液を得ることができる。
【００１４】
例えば、コアレッサー（例えば例えば特許第２５７２０６８号に記載）における金属網に代えて本発明の油水分離フィルターを適用すれば、前記濾過器の一態様となる。
本発明の油水分離フィルターを濾過器に用いる場合、濾過器の入口に加えられる圧力（透過圧力）は、通常、０．０１[Pa]〜１００×１０５[Pa]程度である。１００×１０５[Pa]以下であると、濾過器の耐圧性を低減せしめたり、油水分離フィルターの破損の可能性が低減する傾向があることから好ましく、また、０．０１[Pa]以上であると油水分離が十分に行われ、分液時間が短縮される傾向があることから好ましい。
その他、例えば、特開２００１−３２１６０５号公報に記載のサイクロンを利用した比重差分離装置におけるブラシに代えて本発明の油水分離フィルターを適用すれば、同様に本発明の油水分離装置となり、同様に油水分離を行うことができる。
【００１５】
本発明に用いられるエマルションは、液滴がそれを溶かさない他の液体中に分散した系であり、例えば、水相中に油相の粒子が分散した系、油相中に水相の粒子が分散した系などが挙げられる。ここで、水相は水を主成分とした相であり、具体的には、水が９０重量％以上、好ましくは９５重量％以上の相である。また、油相は有機溶媒を主成分とする相であり、具体的には、有機溶媒が９０重量％以上、好ましくは９５重量％以上の相である。
エマルションの中でも、エマルションを静置した際の分液速度が0.05m/hr以上であることが好ましい。
【００１６】
ここで、有機溶媒としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類、ヘプタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ドデカン、トリデカンなどの脂肪族炭化水素類、シクロペンタン、シクロヘキサンなどの脂環式炭化水素類、塩化メチレン、クロロホルム、クロロベンゼンなどのハロゲン化炭化水素類、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジブチルエーテル、テトラヒドロフランなどのエーテル類、メチルイソブチルケトン、酢酸ブチルなどが挙げられる。
有機溶媒としては中でも、芳香族炭化水素類、脂肪族炭化水素類および脂環式炭化水素類が好適に用いられる。
【実施例】
【００１７】
以下、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。尚、実施例中「部」、「％」とあるのは特に断りのない限り重量基準である。
【００１８】
（実施例１）
＜エマルションの調製＞
エマルションはマイクロミキサー（IMM社、標準単一混合機）を用いてドデカンを０．３ｍｌ／分、水を２．７ｍｌ／分で供給して製造した。このエマルションの粒度分布をレーザー回折・散乱式粒度分布計(HORIBA、LA-920)を用いて測定した結果を図１に示す。
【００１９】
＜油水分離＞
油水分離フィルターとして撥水性樹脂繊維の１種であるフッ素樹脂繊維を７５重量％、無機繊維の１種であるガラス繊維を２５重量％含有するテファイヤー（登録商標: テファイヤー、 １．３ｍｍ厚、８ｍｍφ）を図２に示すごとく濾過器に組み込んだ。続いて、図３に示すごとくマイクロシリンジポンプ（６、Kd Scientific、IC3210）、濾過器２及び水圧計（７、VALCOM, VSST1-A4）を設置し、ポンプ６から濾過器２へと前記エマルションを供給した。その結果を表１に示した。濾過器２の出口のエマルションに含まれる油滴（ドデカン）は全て油相と水相に分離され、出口液中の油滴の粒度分布は検出されなかった。
【００２０】
ここでαは、透過圧力（フィルター間の差圧）に対するフィルターの透過性能を表す物性値であり、式（１）で定義される。また、Air permeability[Pa-1]はJIS L 1096 8.27に示される方法で測定されたフィルターの物性値である。
Ｖ＝α×Ａ×Ｐ                （１）
Ｖ：フィルター透過流速［cm３・cm-2・sec-1］
α：透過圧力に対するフィルターの透過性能を表す物性値［Pa-1］
Ａ：Air permeability［cm３・cm-2・sec-1］
Ｐ：圧力［Pa］
【００２１】
（実施例２及び比較例１）
実施例２では油水分離フィルターとしてフッ素樹脂繊維を５０重量％、ガラス繊維を５０重量％含有するテファイヤー（登録商標: テファイヤーHG Technology、２．１ｍｍ厚）を、比較例１ではフッ素樹脂繊維のみからなる（品番:BF-700SR、１．１５ｍｍ厚）を用いる以外は実施例１と同様に実施した。結果を表１にまとめた。出口ラインのエマルションに含まれる油滴（ドデカン）は全て解乳化され、出口液中の油滴の粒度分布は検出されなかった。
表１に示したように、ガラス繊維比率が増えるに従いαの値は大きくなり、透過圧力に対する膜の透過性能が上がっていることを確認することができる。
2007181819.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明の油水分離フィルターは、各種工業で用いられる抽出操作の際に生じるエマルションの油水分離や解乳化、廃水処理などで生じる油相と水相との中間相の処理に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施例で使用したエマルションの粒径分布図（縦軸：体積基準粒度分布[-]、横軸：粒径[μm]）である。
【図２】油水分離フィルター１を含む濾過器２であり、（ａ）は濾過器の平面図であり、（ｂ）は濾過器の断面図（組み立て前）であり、（ｃ）は濾過器の断面図（組み立て後）である。
【図３】実施例で示した油水分離の概略図である。
【符号の説明】
【００２４】
１……油水分離膜
２……濾過器
３……濾過器の出口（外径６ｍｍφ）
４……Ｏ-リング（径２５.６ｍｍφ、線径２.４ｍｍφ）
５……Ｏ-リング（径３４.７ｍｍφ、線径３.５ｍｍφ）
６……マイクロシリンジポンプ
７……水圧計
【図１】
2007181819.tif 000004
【図２】
2007181819.tif 000005
【図３】
2007181819.tif 000006