(57)【要約】  高い浸透圧を得ることができるとともに、曇点を低くすることを目的として、一般式：Ｒ1Ｏ（ＡＯ）ｎＲ2…（１）で表されるポリオキシアルキレン付加物からなる温度感応性吸水剤とする。なお、一般式（１）中、Ｒ1は炭素数６〜１３の１価アルコールから水酸基を除いた残基、Ｒ2は水素原子、または炭素数１〜１３のアルキル基もしくはアルケニル基、ＡＯは炭素数２〜４のオキシアルキレン基、ｎはアルキレンオキサイドの平均付加モル数で１〜２３５でありｎが２以上の場合、２個以上のＡＯは同一でも異なっていても良い。Ｒ1は炭素数６〜１３の脂肪族１価アルコール残基、脂肪族直鎖１価アルコール残基、または脂肪族分岐１価アルコール残基である。
2020044965.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般式（１）で表されるポリオキシアルキレン付加物からなることを特徴とする温度感応性吸水剤。
Ｒ1Ｏ（ＡＯ）ｎＲ2  …（１）
（一般式（１）中、Ｒ1は炭素数６〜１３の１価アルコールから水酸基を除いた残基、Ｒ2は水素原子または炭素数１〜１３のアルキル基もしくはアルケニル基、ＡＯは炭素数２〜４のオキシアルキレン基、ｎはアルキレンオキサイドの平均付加モル数で１〜２３５でありｎが２以上の場合、２個以上のＡＯは同一でも異なっていても良い。）
【請求項２】
前記一般式（１）で表されるポリオキシアルキレン付加物中のＲ1が炭素数６〜１３の脂肪族１価アルコール残基である
ことを特徴とする請求項１に記載の温度感応性吸水剤。
【請求項３】
前記一般式（１）で表されるポリオキシアルキレン付加物中のＲ1が炭素数６〜１３の脂肪族直鎖１価アルコール残基である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の温度感応性吸水剤。
【請求項４】
前記一般式（１）で表されるポリオキシアルキレン付加物中のＲ1が炭素数６〜１３の脂肪族分岐１価アルコール残基である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の温度感応性吸水剤。
【請求項５】
前記一般式（１）で表されるポリオキシアルキレン付加物中のＡＯが一般式（２）で表される
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の温度感応性吸水剤。
−（Ａ1Ｏ）ｘ／（Ａ2Ｏ）ｙ／（Ａ3Ｏ）ｚ−  …（２）
（一般式（２）中、Ａ1Ｏはオキシエチレン基、Ａ2Ｏはオキシプロピレン基、Ａ3Ｏはオキシブチレン基を表し、ｘはエチレンオキサイドの平均付加モル数で１〜１００であり、ｙはプロピレンオキサイドの平均付加モル数で０〜８０であり、ｚはブチレンオキサイドの平均付加モル数で０〜５５である。ｙは２ｚと等価であり、ｙとｚとは同時に０にならない。Ａ1Ｏ、Ａ2Ｏ、Ａ3Ｏの付加形態は、ランダム状、ブロック状、または、ランダム状およびブロック状をともに含んだ形態のいずれでも良い。）
【請求項６】
前記一般式（１）で表されるポリオキシアルキレン付加物中において、ＡＯがオキシエチレン基およびオキシプロピレン基である場合のｘ／ｙは０．３以上３．３以下、ＡＯがオキシエチレン基およびオキシブチレン基である場合のｘ／２ｚは０．３以上３．３以下、ＡＯがオキシエチレン基、オキシプロピレン基、およびオキシブチレン基である場合のｘ／（ｙ＋２ｚ）は０．３以上３．３以下である
ことを特徴とする請求項５に記載の温度感応性吸水剤。
【請求項７】
前記一般式（１）で表されるポリオキシアルキレン付加物中において、ＡＯがオキシエチレン基およびオキシプロピレン基である場合のｘ／ｙは０．５以上２．９以下、ＡＯがオキシエチレン基およびオキシブチレン基である場合のｘ／２ｚは０．５以上２．９以下、ＡＯがオキシエチレン基、オキシプロピレン基、およびオキシブチレン基である場合のｘ／（ｙ＋２ｚ）は０．５以上２．９以下である
ことを特徴とする請求項５に記載の温度感応性吸水剤。
【請求項８】
前記一般式（１）で表されるポリオキシアルキレン付加物中において、ＡＯがオキシエチレン基およびオキシプロピレン基である場合のｘ／ｙは１．５以上２．７以下、ＡＯがオキシエチレン基およびオキシブチレン基である場合のｘ／２ｚは１．５以上２．７以下、ＡＯがオキシエチレン基、オキシプロピレン基、およびオキシブチレン基である場合のｘ／（ｙ＋２ｚ）は１．５以上２．７以下である
ことを特徴とする請求項５に記載の温度感応性吸水剤。
【請求項９】
前記ポリオキシアルキレン付加物の分子量は、５００以上６０００以下である
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の温度感応性吸水剤。
【請求項１０】
前記ポリオキシアルキレン付加物の分子量は、１０００以上４０００以下である
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の温度感応性吸水剤。
【請求項１１】
前記ポリオキシアルキレン付加物の曇点は、３０℃以上８０℃以下である
ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の温度感応性吸水剤。
【請求項１２】
前記ポリオキシアルキレン付加物の曇点は、４０℃以上７５℃以下である
ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の温度感応性吸水剤。
【請求項１３】
正浸透法による淡水の製造において誘引物質として用いられる
ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の温度感応性吸水剤。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の温度感応性吸水剤を用いて、溶媒として水を含む含水溶液から水を分離する水処理方法であって、
前記含水溶液から半透膜を介して前記温度感応性吸水剤を含むドロー溶液に水を移動させて希釈ドロー溶液とする正浸透工程と、
前記希釈ドロー溶液を前記温度感応性吸水剤の曇点以上の温度に加熱する加熱工程と、
前記加熱工程において加熱された前記希釈ドロー溶液から分離水を分離する水分離工程と、を含む
ことを特徴とする水処理方法。
【請求項１５】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の温度感応性吸水剤を用いて、溶媒として水を含む含水溶液から水を分離する水処理装置であって、
前記含水溶液から半透膜を介して前記温度感応性吸水剤を含むドロー溶液に水を移動させて希釈ドロー溶液とする正浸透手段と、
前記希釈ドロー溶液を前記温度感応性吸水剤の曇点以上の温度に加熱する加熱手段と、
前記加熱手段によって加熱された前記希釈ドロー溶液から分離水を分離する水分離手段と、を備える
ことを特徴とする水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶媒として水を含む含水溶液から水を抽出するための温度感応性吸水剤、および温度感応性吸水剤を用いた水処理方法および水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、海水から半透膜を用いて淡水を抽出する方法が種々知られている。具体的に、海水に浸透圧以上の圧力を加えて強制的に逆浸透膜に水を透過させる、逆浸透法が主に開発されてきた。しかしながら、逆浸透法においては、海水に対して高圧に加圧する必要があることから、設備費および運転費が高コスト化するという問題があった。そこで、近年、海水より高濃度の塩溶液と海水とを半透膜を介して接触させ、高圧に加圧することなく浸透圧によって海水中の水を塩溶液に移動させ、分離、回収を行うことによって、淡水を生成する方法が開発されている。【０００３】
例えば、特許文献１には、水を含み第１の浸透圧を有する汚染供給溶液流を、引き抜き溶質を含み第２の浸透圧を有する引き抜き溶液流を供給する引き抜き側へ半透膜を介して通過させた後、加熱、凝集、冷却によって、冷却単相水リッチ流を生成する技術が開示されている。特許文献１には、引き抜き溶質として、低分子量ジオールのランダム共重合体またはシーケンシャル共重合体が挙げられている。【０００４】
また、特許文献２には、熱相分離物質を含有する熱相分離物質流と溶媒を含有する供給流とを、半透膜を介して向流または並流させて溶媒を熱相分離物質流に移動させる技術が記載されている。特許文献２には、熱相分離物質として、特定の疎水基修飾アルキレンオキサイドポリマーであって、疎水基の有する炭素数が１〜３個であるものが挙げられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２０１４−５１２９５１号公報
【特許文献２】特開２０１７−１４８７３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来技術において用いられている引き抜き溶質や熱相分離物質などのいわゆる温度感応性吸水剤においては、浸透圧が低く吸水剤としての吸水性能が不足したり、相分離温度が高くエネルギーコストが高くなったりするという問題があった。すなわち、特許文献１に記載された温度感応性吸水剤であるジオールの重合体は、浸透圧が低く吸水性能が十分ではないという問題がある。また、特許文献２に記載された、末端を炭素数が１〜３個のアルキル基としたアルキレンオキサイド重合体は、分離温度である曇点が１５０℃と高温である。そのため、特許文献２に記載された温度感応性吸水剤は、正浸透を利用した水処理装置における廃熱を利用して曇点まで到達させることが極めて困難であり、水処理装置に要するエネルギーコストが高くなるという問題がある。【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、高い浸透圧を得ることができるとともに、曇点を低くすることができる温度感応性吸水剤を提供することにある。また、他の目的は、エネルギーコストを低減できる水処理方法および水処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る温度感応性吸水剤は、一般式（１）で表されるポリオキシアルキレン付加物からなることを特徴とする。
Ｒ1Ｏ（ＡＯ）ｎＲ2  …（１）
（一般式（１）中、Ｒ1は炭素数６〜１３の１価アルコールから水酸基を除いた残基、Ｒ2は水素原子または炭素数１〜１３のアルキル基もしくはアルケニル基、ＡＯは炭素数２〜４のオキシアルキレン基、ｎはアルキレンオキサイドの平均付加モル数であって１〜２３５でありｎが２以上の場合、２個以上のＡＯは同一でも異なっていても良い。）【０００９】
本発明の一態様に係る温度感応性吸水剤は、上記の発明において、前記一般式（１）で表されるポリオキシアルキレン付加物中のＲ1が炭素数６〜１３の脂肪族１価アルコール残基であることを特徴とする。【００１０】
本発明の一態様に係る温度感応性吸水剤は、上記の発明において、前記一般式（１）で表されるポリオキシアルキレン付加物中のＲ1が炭素数６〜１３の脂肪族直鎖１価アルコール残基であることを特徴とする。【００１１】
本発明の一態様に係る温度感応性吸水剤は、上記の発明において、前記一般式（１）で表されるポリオキシアルキレン付加物中のＲ1が炭素数６〜１３の脂肪族分岐１価アルコール残基であることを特徴とする。【００１２】
本発明の一態様に係る温度感応性吸水剤は、上記の発明において、前記一般式（１）で表されるポリオキシアルキレン付加物中のＡＯが一般式（２）で表されることを特徴とする。
−（Ａ1Ｏ）ｘ／（Ａ2Ｏ）ｙ／（Ａ3Ｏ）ｚ−  …（２）
（一般式（２）中、Ａ1Ｏはオキシエチレン基、Ａ2Ｏはオキシプロピレン基、Ａ3Ｏはオキシブチレン基を表し、ｘはエチレンオキサイドの平均付加モル数で１〜１００であり、ｙはプロピレンオキサイドの平均付加モル数で０〜８０であり、ｚはブチレンオキサイドの平均付加モル数で０〜５５である。ｙは２ｚと等価であり、ｙとｚとは同時に０にならない。Ａ1Ｏ、Ａ2Ｏ、Ａ3Ｏの付加形態は、ランダム状、ブロック状、または、ランダム状およびブロック状をともに含んだ形態のいずれでも良い。）【００１３】
本発明の一態様に係る温度感応性吸水剤は、上記の発明において、前記一般式（１）で表されるポリオキシアルキレン付加物中において、ＡＯがオキシエチレン基およびオキシプロピレン基である場合のｘ／ｙは０．３以上３．３以下、ＡＯがオキシエチレン基およびオキシブチレン基である場合のｘ／２ｚは０．３以上３．３以下、ＡＯがオキシエチレン基、オキシプロピレン基、およびオキシブチレン基である場合のｘ／（ｙ＋２ｚ）は０．３以上３．３以下であることを特徴とする。【００１４】
本発明の一態様に係る温度感応性吸水剤は、上記の発明において、前記一般式（１）で表されるポリオキシアルキレン付加物中において、ＡＯがオキシエチレン基およびオキシプロピレン基である場合のｘ／ｙは０．５以上２．９以下、ＡＯがオキシエチレン基およびオキシブチレン基である場合のｘ／２ｚは０．５以上２．９以下、ＡＯがオキシエチレン基、オキシプロピレン基、およびオキシブチレン基である場合のｘ／（ｙ＋２ｚ）は０．５以上２．９以下であることを特徴とする。【００１５】
本発明の一態様に係る温度感応性吸水剤は、上記の発明において、前記一般式（１）で表されるポリオキシアルキレン付加物中において、ＡＯがオキシエチレン基およびオキシプロピレン基である場合のｘ／ｙは１．５以上２．７以下、ＡＯがオキシエチレン基およびオキシブチレン基である場合のｘ／２ｚは１．５以上２．７以下、ＡＯがオキシエチレン基、オキシプロピレン基、およびオキシブチレン基である場合のｘ／（ｙ＋２ｚ）は１．５以上２．７以下であることを特徴とする。【００１６】
本発明の一態様に係る温度感応性吸水剤は、上記の発明において、前記ポリオキシアルキレン付加物の分子量は、５００以上６０００以下であることを特徴とする。【００１７】
本発明の一態様に係る温度感応性吸水剤は、上記の発明において、前記ポリオキシアルキレン付加物の分子量は、１０００以上４０００以下であることを特徴とする。【００１８】
本発明の一態様に係る温度感応性吸水剤は、上記の発明において、前記ポリオキシアルキレン付加物の曇点は、３０℃以上８０℃以下であることを特徴とする。【００１９】
本発明の一態様に係る温度感応性吸水剤は、上記の発明において、前記ポリオキシアルキレン付加物の曇点は、４０℃以上７５℃以下であることを特徴とする。【００２０】
本発明の一態様に係る温度感応性吸水剤は、上記の発明において、正浸透法による淡水の製造において誘引物質として用いられることを特徴とする。【００２１】
本発明の一態様に係る水処理方法は、上記の発明による温度感応性吸水剤を用いて、溶媒として水を含む含水溶液から水を分離する水処理方法であって、前記含水溶液から半透膜を介して前記温度感応性吸水剤を含むドロー溶液に水を移動させて希釈ドロー溶液とする正浸透工程と、前記希釈ドロー溶液を前記温度感応性吸水剤の曇点以上の温度に加熱する加熱工程と、前記加熱工程において加熱された前記希釈ドロー溶液から分離水を分離する水分離工程と、を含むことを特徴とする。【００２２】
本発明の一態様に係る水処理装置は、上記の発明による温度感応性吸水剤を用いて、溶媒として水を含む含水溶液から水を分離する水処理装置であって、前記含水溶液から半透膜を介して前記温度感応性吸水剤を含むドロー溶液に水を移動させて希釈ドロー溶液とする正浸透手段と、前記希釈ドロー溶液を前記温度感応性吸水剤の曇点以上の温度に加熱する加熱手段と、前記加熱手段によって加熱された前記希釈ドロー溶液から分離水を分離する水分離手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る温度感応性吸水剤によれば、高い浸透圧を得ることができるとともに、曇点を低くすることが可能になる。本発明に係る水処理方法および水処理装置によれば、エネルギーコストを低減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、実施形態による温度感応性吸水剤における浸透圧差のＥＯ数依存性を、片末端のアルキル基の炭素数ごとに示すグラフである。
【図２】図２は、比較例１における膜透過速度を１とした場合の薬剤の膜透過速度を示すグラフである。
【図３】図３は、比較例１における浸透量を１とした場合の浸透量の相対値を末端のアルキル基の炭素数ごとに示したグラフである。
【図４】図４は、比較例１における分離時間を１とした場合の分離時間の相対値を末端のアルキル基の炭素数ごとに示したグラフである。
【図５】図５は、片末端をアルキル基とした温度感応性吸水剤のＥＯ数／ＰＯ数比に対する浸透圧の関係を示すグラフである。
【図６】図６は、片末端をアルキル基とした温度感応性吸水剤のＥＯ数／ＰＯ数比に対する曇点の関係を示すグラフである。
【図７】図７は、温度感応性吸水剤の水溶液における粘度の分子量依存性を示すグラフである。
【図８】図８は、本発明の第１の実施形態による水処理装置を模式的に示すブロック図である。
【図９】図９は、本発明の第２の実施形態による水処理装置を模式的に示すブロック図である。
【図１０】図１０は、本発明の第３の実施形態による水処理装置を模式的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。また、本発明は以下に説明する実施形態によって限定されるものではない。
【００２６】
（温度感応性吸水剤）
まず、本発明の実施形態による温度感応性吸水剤について説明する。温度感応性吸水剤とは、低温においては親水性で水によく溶けて吸水量が多くなる一方、温度の上昇に従って吸水量が低下して、所定温度以上になると疎水性化し、溶解度が低下する物質である。温度感応性吸水剤において、水溶性と水不溶性とが変化する温度は曇点と呼ばれる。すなわち、温度感応性吸水剤は、曇点を有し加温すると凝集する性質を有する吸水剤である。そのため、温度感応性吸水剤は、正浸透法において誘引物質として用いられることが多い。ここで、本実施形態において用いられる温度感応性吸水剤としては、エチレンオキサイド（ＥＯ）と、プロピレンオキサイド（ＰＯ）およびブチレンオキサイド（ＢＯ）から選ばれた少なくとも１種類との重合体を有する薬剤が用いられる。
【００２７】
本実施形態において温度感応性吸水剤は、曇点以上に加温した場合に分離する物質であって、少なくとも疎水部および親水部を含む。温度感応性吸水剤としては、例えば直鎖のエチレンオキサイド（ＥＯ）と、プロピレンオキサイド（ＰＯ）およびブチレンオキサイド（ＢＯ）から選ばれた少なくとも１種類との重合体（ブロック共重合体、ランダム共重合体、またはブロック共重合体およびランダム共重合体をともに含む）からなるポリマーを挙げることができる。
【００２８】
温度感応性吸水剤は、具体的に、一般式（１）で表されるポリオキシアルキレン付加物からなる。
Ｒ1Ｏ（ＡＯ）ｎＲ2  …（１）
【００２９】
一般式（１）において、Ｒ1は、炭素数６〜１３の直鎖または分岐１価アルコールから水酸基を除いた残基であり、炭素数６〜１３の脂肪族１価アルコール残基、炭素数６〜１３の脂肪族直鎖１価アルコール残基、または炭素数６〜１３の脂肪族分岐１価アルコール残基である。Ｒ1の具体例を挙げると、ヘキシル基、イソヘキシル基、ヘプチル基、イソヘプチル基、オクチル基、イソオクチル基、２−エチルヘキシル基、ノニル基、イソノニル基、３，５，５―トリメチルヘキシル基、デシル基、イソデシル基、ウンデシル基、イソウンデシル基、ドデシル基、イソドデシル基、トリデシル基、イソトリデシル基、ヘキセニル基、イソヘキセニル基、ヘプテニル基、イソヘプテニル基、オクテニル基、イソオクテニル基、ノネニル基、イソノネニル基、デセニル基、イソデセニル基、ウンデセニル基、イソウンデセニル基、ドデセニル基、イソドデセニル基、トリデセニル基、イソトリデセニル基からなる群から選ばれた少なくとも２種類の混合物であっても良い。
【００３０】
一般式（１）において、Ｒ2は、水素原子、または炭素数１〜１３のアルキル基もしくはアルケニル基である。Ｒ2の具体例を挙げると、水素、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ヘキシル基、イソヘキシル基、ヘプチル基、イソヘプチル基、オクチル基、イソオクチル基、２−エチルヘキシル基、ノニル基、イソノニル基、３，５，５―トリメチルヘキシル基、デシル基、イソデシル基、ウンデシル基、イソウンデシル基、ドデシル基、イソドデシル基、トリデシル基、イソトリデシル基、プロペニル基、ブテニル基、ペンテニル基、イソペンテニル基、ヘキセニル基、イソヘキセニル基、ヘプテニル基、イソヘプテニル基、オクテニル基、イソオクテニル基、ノネニル基、イソノネニル基、デセニル基、イソデセニル基、ウンデセニル基、イソウンデセニル基、ドデセニル基、イソドデセニル基、トリデセニル基、イソトリデセニル基からなる群から選ばれた少なくとも２種類の混合物であっても良い。
【００３１】
一般式（１）において、ＡＯは、炭素数２〜４のオキシアルキレン基である。ＡＯの具体例を挙げると、オキシエチレン基、オキシプロピレン基、オキシブチレン基である。ｎは、アルキレンオキサイドの平均付加モル数で１〜２３５であり、ｎが２以上の場合、２個以上のＡＯは互いに同一でも異なっていても良い。
【００３２】
換言すると、温度感応性吸水剤は、親水部としてのエチレンオキサイド（ＥＯ）群と、疎水部としてのプロピレンオキサイド（ＰＯ）群およびブチレンオキサイド（ＢＯ）郡から選ばれた少なくとも１種類とを含む重合体からなり、曇点を有して加温すると凝集する。温度感応性吸水剤は、重合体の少なくとも片末端、好適には片末端にのみアルキル基を有し、アルキル基の炭素数は６以上１３以下である。
【００３３】
また、一般式（１）で表されるポリオキシアルキレン付加物中のＡＯとしては、一般式（２）で表される組成にすることが可能である。
−（Ａ1Ｏ）ｘ／（Ａ2Ｏ）ｙ／（Ａ3Ｏ）ｚ−  …（２）
（一般式（２）中、Ａ1Ｏはオキシエチレン基、Ａ2Ｏはオキシプロピレン基、Ａ3Ｏはオキシブチレン基を表し、ｘはエチレンオキサイドの平均付加モル数で１〜１００であり、ｙはプロピレンオキサイドの平均付加モル数で０〜８０であり、ｚはブチレンオキサイドの平均付加モル数で０〜５５である。ｙは２ｚと等価であり、ｙとｚとは同時に０にならない。Ａ1Ｏ、Ａ2Ｏ、Ａ3Ｏの付加形態は、ランダム状、ブロック状、または、ランダム状およびブロック状をともに含んだ形態のいずれでも良い。）
【００３４】
一般式（１）で表されるポリオキシアルキレン付加物中において、ＡＯがオキシエチレン基およびオキシプロピレン基である場合、一般式（２）におけるｚが０であって、ｘ／ｙは、典型的には０．３以上３．３以下である。ＡＯがオキシエチレン基およびオキシブチレン基である場合、一般式（２）におけるｙが０であって、ｘ／２ｚは、典型的には０．３以上３．３以下である。ＡＯがオキシエチレン基、オキシプロピレン基、およびオキシブチレン基である場合、ｘ／（ｙ＋２ｚ）は、典型的には０．３以上３．３以下である。
【００３５】
また、一般式（１）で表されるポリオキシアルキレン付加物中において、ＡＯがオキシエチレン基およびオキシプロピレン基である場合、一般式（２）におけるｚが０であって、ｘ／ｙは、好適には０．５以上２．９以下であり、より好適には１．５以上２．７以下である。ＡＯがオキシエチレン基およびオキシブチレン基である場合、一般式（２）におけるｙが０であって、ｘ／２ｚは、好適には０．５以上２．９以下であり、より好適には１．５以上２．７以下である。ＡＯがオキシエチレン基、オキシプロピレン基、およびオキシブチレン基である場合、ｘ／（ｙ＋２ｚ）は、好適には０．５以上２．９以下であり、より好適には１．５以上２．７以下である。  
【００３６】
これらの物質は加温時に白濁した後、温度を保持したまま数分間静置すると、白濁した微粒子同士が凝集して水層とポリマー層とに分離する。温度感応性吸水剤の最適な要件としては、主に、高浸透圧、低曇点、低粘度、および高分子量を挙げることができる。
【００３７】
（高浸透圧）
正浸透法によって淡水を製造する場合、膜モジュールの半透膜としては、主に正浸透（ＦＯ：Forward  Osmosis）膜が用いられる。詳細は後述するが、正浸透膜を備えた膜モジュールによって海水などの含水溶液を脱塩して生成水（淡水）を得るためには、膜モジュールに流入する温度感応性吸水剤を含むドロー溶液の浸透圧を、含水溶液の浸透圧より高くする必要がある。ドロー溶液の浸透圧が含水溶液の浸透圧より低いと、含水溶液からドロー溶液に水が移動しないためである。また、含水溶液からの淡水の回収率が少ないと、取水動力、並びに砂ろ過、精密ろ過膜（ＭＦ膜）、および限外ろ過膜（ＵＦ膜）等を用いた含水溶液に対する前処理固液分離の処理に要するコストが高コスト化する。そのため、含水溶液からの淡水の回収率は高い方が望ましい。なお、膜モジュールの半透膜として逆浸透（ＲＯ：Reverse  Osmosis）膜を用いて淡水を製造する場合、回収率は、３０〜５０％程度である。
【００３８】
表１は、含水溶液である海水の塩濃度と、それぞれの回収率における濃縮含水溶液である濃縮水の浸透圧との関係を示す表である。表１に示すように、淡水の製造に用いる含水溶液として、温帯地域を想定した塩濃度が３〜４％の海水を用いる場合、濃縮水の浸透圧は３０〜６０ａｔｍ程度であり、熱帯地域を想定した塩濃度が４〜５％の海水を用いる場合、濃縮水の浸透圧は４０〜７０ａｔｍ程度である。この点、濃縮水の浸透圧と温度感応性吸水剤の浸透圧との差が大きくなるほど、正浸透膜の透過速度が高くなるため、淡水を得るために必要な膜面積を小さくでき、正浸透膜の設備コストを抑制できる。ここで、濃縮水と温度感応性吸水剤との浸透圧差としては、４０ａｔｍ程度が望ましい。これは、浸透圧差が小さすぎると正浸透膜を介した水の移動が生じにくくなる一方、浸透圧差が４０ａｔｍ以上であれば、水の移動が十分に行われるためである。したがって、温度感応性吸水剤の浸透圧は、温帯地域における海水からの淡水の製造（以下、海水淡水化）においては、典型的には３０ａｔｍ以上、好適には７０ａｔｍ以上であり、熱帯地域における海水淡水化においては、典型的には４０ａｔｍ以上、好適には８０ａｔｍ以上である。このように、淡水を得るための温度感応性吸水剤の浸透圧はできるだけ高いことが望ましい。
【００３９】
【表１】
2020044965.tif 000003
【００４０】
（低曇点）
正浸透膜を用いて淡水を製造する場合、温度感応性吸水剤を含有するドロー溶液を曇点より高い温度まで加熱することによって、温度感応性吸水剤を凝集させてドロー溶液から分離する。そのため、温度感応性吸水剤の曇点が低いほど、加熱器や熱交換器の設備費を低減でき、さらには低温排熱が利用可能になるので、温度感応性吸水剤の曇点は低い方が望ましい。そこで、温度感応性吸水剤の曇点は、具体的に例えば８０℃以下であり、７５℃以下が好ましく、より低温の廃熱を利用するために、７０℃以下がより好ましい。また、温度感応性吸水剤の曇点は、膜モジュール内において水の吸水時に凝集しないこと、および含水溶液を冷却しない場合には含水溶液において想定される最高温度以上である必要がある。そのため、温度感応性吸水剤の曇点は、温帯地域における海水淡水化においては３０℃以上、熱帯地域における海水淡水化においては４０℃以上が好ましく、熱帯地域においても表層海水を利用するために、５０℃以上がより好ましい。以上から、温度感応性吸水剤における曇点は、典型的には、３０℃以上８０℃以下、好適には、４０℃以上７５℃以下、より好適には、５０℃以上７０℃以下である。
【００４１】
（高分子量）
温度感応性吸水剤の分子量は、小さすぎると膜モジュールにおける半透膜の分画分子量を下回ってしまい、ドロー溶液が半透膜を介して含水溶液側に漏れ出す可能性がある。そのため、温度感応性吸水剤の分子量は半透膜の分画分子量より大きいことが好ましい。具体的に、例えばＳｙｎｄｅｒ社製のＮＦ膜ＮＦＷにおける分画分子量は、３００〜５００Ｄａである。そのため、温度感応性吸水剤の分子量は５００以上が好ましい。また、より操作圧力を低くするためには、ＵＦ膜を利用することが好ましい。具体的に、例えばＳＵＥＺ社製のＵＦ膜ＧＥシリーズにおける分画分子量は、１０００Ｄａ程度である。そのため、温度感応性吸水剤の分子量は、１０００以上とするのがより好ましい。
【００４２】
（低粘度）
一方、ドロー溶液の粘度が例えば３５０ｃＰを超えると、粘性の増加による分離時間の大幅な増加を招く。そのため、温度感応性吸水剤の分子量は、６０００以下であることが好ましい。また、温度感応性吸水剤の分子量が大きくなるほど、温度感応性吸水剤を含むドロー溶液は高粘度になるため、粘度によって選定すべきポンプを変更する必要がある。温度感応性吸水剤を含むドロー溶液の粘度が例えば２３０ｃＰを超えると、一般的な渦流ポンプを使用することが困難になり、スラリーポンプなどの高粘度用のポンプが必要になる。この場合、ポンプの設備費が一般的な渦流ポンプに比して高価になるという問題がある。そのため、温度感応性吸水剤の粘度としては、２３０ｃＰ以下であることが好ましい。なお、この粘度の範囲に対応する温度感応性吸水剤の分子量は、４０００以下である。以上から、温度感応性吸水剤の分子量は、好適には５００以上６０００以下、より好適には１０００以上４０００以下である。
【００４３】
（ＥＯ数／ＰＯ数比）
温度感応性吸水剤の構造においては、ＥＯ基が親水性を示すとともにＰＯ基が疎水性を示す。そのため、プロピレンオキサイドの平均付加数（以下、ＰＯ数）に対するエチレンオキサイドの平均付加数（以下、ＥＯ数）の比率（ＥＯ数／ＰＯ数比）は、温度感応性吸水剤における浸透圧および曇点を決定する要因になる。ＥＯ数／ＰＯ数比は、小さすぎると疎水性が強くなって浸透圧が低くなる一方、大きすぎると親水性が強く曇点が高くなる。そのため、上述した浸透圧および曇点の要件を満たすＥＯ数／ＰＯ数比は、典型的には０．３以上３．３以下、好適には０．５以上２．９以下、より好適には１．５以上２．７以下である。
【００４４】
（ＥＯ数／ＢＯ数比）
温度感応性吸水剤の構造においては、ＥＯ基が親水性を示すとともにＢＯ基が疎水性を示す。そのため、ブチレンオキサイドの平均付加数（以下、ＢＯ数）に対するＥＯ数の比率（ＥＯ数／ＢＯ数比）は、温度感応性吸水剤における浸透圧および曇点を決定する要因になる。温度感応性吸水剤においてＢＯ基の疎水性の強さはＰＯ基の疎水性の強さの約２倍であることから、ＰＯ数が２個の場合とＢＯ数が１個の場合との疎水性が同等になる。すなわち、上述した浸透圧および曇点の要件を満たすＥＯ数／２ＢＯ数比は、典型的には０．３以上３．３以下、好適には０．５以上２．９以下、より好適には１．５以上２．７以下である。
【００４５】
（ＥＯ数／（ＰＯ数＋２ＢＯ数）比）
温度感応性吸水剤の構造においては、ＥＯ基が親水性を示すとともにＰＯ基およびＢＯ基が疎水性を示す。そのため、ＰＯ数およびＢＯ数に対するＥＯ数の比率（ＥＯ数／（ＰＯ数＋２ＢＯ数）比）は、温度感応性吸水剤における浸透圧および曇点を決定する要因になる。そのため、上述した浸透圧および曇点の要件を満たすＥＯ数／（ＰＯ数＋２ＢＯ数）比は、典型的には０．３以上３．３以下、好適には０．５以上２．９以下、より好適には１．５以上２．７以下である。
【００４６】
上述した温度感応性吸水剤の実現のために、本発明者が鋭意検討を行った結果、温度感応性吸水剤として、親水部のＥＯ群と疎水部のＰＯ群とを含む重合体からなり、重合体の一方の末端のみ（以下、片末端）にアルキル基を有することが好ましいことを見出した。さらに、アルキル基の炭素数は、６以上１３以下であることが好ましいことも併せて見出すに至った。
【００４７】
（温度感応性吸水剤の製造方法）
上述した、片末端にアルキル基を有するＥＯ／ＰＯ／ＢＯ重合体（ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリオキシブチレンアルキルエーテル）は、次のように製造される。すなわち、まず、例えばヘキサノール、２−エチルヘキサノール、３，５，５−トリメチルヘキサノール、デカノール、イソデカノール、またはイソトリデカノールなどのアルコールを、例えば水酸化カリウム（ＫＯＨ）などの金属触媒の存在下において、１５０℃〜２００℃の温度で、エチレンオキサイドと、プロピレンオキサイドおよびブチレンオキサイドから選ばれた少なくとも１種類とを反応させる。重合後に、例えば酢酸や塩酸などの酸を等モル量に添加することで中和させる。以上により、温度感応性吸水剤が製造される。
【００４８】
（実施例）
次に、上述した温度感応性吸水剤の実施例について説明する。表２および表３は、本発明に基づいた実施例による温度感応性吸水剤の性質と、実施例と比較するための比較例による温度感応性吸水剤の性質とを示す表である。表２および表３においては、一般式（１）におけるＲ1がアルキル基かつＲ2が水素原子（Ｈ）である、片末端のアルキル基における炭素数、アルキル基の種類、ＥＯ数、ＰＯ数、ＥＯ数／ＰＯ数比、および分子量を種々変えて温度感応性吸水剤の薬剤を製造した場合の、曇点、浸透圧、および粘度を示す。なお、分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）によって測定することができ、有効数字は２桁とする。また、図１は、実施形態による温度感応性吸水剤における浸透圧差のＥＯ数依存性を、片末端のアルキル基の炭素数ごとに示すグラフである。ここで、浸透圧差は、淡水の回収率が５０％となる場合での、濃縮水としての濃度が５％の海水の浸透圧である７０ａｔｍとの浸透圧差である。なお、図１においては、曇点および分子量が同じであって、構造が互いに異なる薬剤において、片末端をアルキル基とした薬剤、および従来のジオールについての浸透圧を示す。図１において、例えば「Ｃ４」は、片末端のアルキル基の炭素数が４であることを意味する。
【００４９】
【表２】
2020044965.tif 000004
【００５０】
【表３】
2020044965.tif 000005
【００５１】
（炭素数と浸透圧との関係）
表２に示すように、片末端のアルキル基としては、ブチル基（比較例２）、イソペンタデシル基（比較例３）、ヘキシル基（実施例１）、２−エチルヘキシル基（実施例２，３）、３，５，５−トリメチルヘキシル基（実施例４，５）、イソデシル基（実施例６）、およびイソトリデシル基（実施例７）とした。表２および図１から、片末端をアルキル基とすることで、浸透圧が増加することが分かる。図１から、片末端をブチル基とした比較例２の薬剤においては、比較例１におけるジオールに比して、浸透圧の上昇があまりないことが分かる。一方、片末端を、ヘキシル基とした実施例１の薬剤、２−エチルヘキシル基とした実施例２，３の薬剤、３，５，５−トリメチルヘキシル基とした実施例４，５の薬剤、イソデシル基とした実施例６の薬剤、イソトリデシル基とした実施例７の薬剤においては、浸透圧が高くなることが分かる。これは、アルキル基が疎水性であることから付加されるＥＯ数が多くなったことに起因すると考えられる。他方、片末端をイソペンタデシル基とした比較例３の薬剤においては、水溶液にした際にゲル化した。そのため、曇点および浸透圧の測定は不可能であり、正浸透を利用した水処理装置における温度感応性吸水剤としては不適である。これらのことから、実施例１〜７における、炭素数が６以上１３以下のアルキル基を片末端に有する温度感応性吸水剤が、正浸透膜を利用した水処理装置に適していることが分かる。
【００５２】
（浸透圧と膜透過速度の関係）
次に、温度感応性吸水剤の膜透過速度における浸透圧との関係について説明する。図２は、比較例１における膜透過速度を基準の１とした場合の比較例２および実施例１，２，４，６，７の薬剤における膜透過速度を示すグラフである。なお、膜透過速度とは透過流速を表し、透過流量を膜面積と時間との積で除算したものである。また、膜透過速度を測定する水処理装置としては、正浸透膜を備えた実験装置を用い、実験条件は以下の条件とした。図２から、浸透圧が高いほど膜透過速度が高いことが分かる。
＜膜実験条件＞
半透膜：ＨＴＩ社製  三酢酸セルロース膜
含水溶液：ＮａＣｌの４％水溶液
ドロー溶液：各種の温度感応性吸水剤の８０％水溶液
温度：４０℃
【００５３】
（炭素数と浸透量との関係）
正浸透膜を用いた水処理装置において、含水溶液と温度感応性吸水剤とが半透膜を介して接する際に、温度感応性吸水剤が含水溶液側に浸透する現象が生じる。本明細書において、温度感応性吸水剤が含水溶液側に浸透する量を浸透量という。この浸透量が大きいと、２つの問題が生じる。第１に、温度感応性吸水剤の浸透によって、温度感応性吸水剤の補給頻度が増加する。この補給頻度の増加は、薬剤の消費の増加になるため好ましくない。第２に、含水溶液に温度感応性吸水剤が混入すると、混入した量によっては、含水溶液の放出に際して放出先の水質に影響を与える。放出先の水質に影響を与える濃度については、地域や場所に応じて異なるが、環境に対する影響を考慮することで、放出前の含水溶液から混入した温度感応性吸水剤を除去する装置をさらに設ける必要が生じると、水処理装置における設備コストが増加する。以上の観点から、浸透量は小さい方が望ましい。
【００５４】
図３は、表２および表３に示す互いに同じ分子量かつ同じ曇点である比較例１，２、および実施例１，２，４，６，７，１７による温度感応性吸水剤において、比較例１の薬剤（ジオール）における浸透量を１とした場合の浸透量の相対値を測定した結果を末端のアルキル基の炭素数ごとに示したグラフである。なお、実験条件は、上述した膜実験条件と同様である。
【００５５】
図３から、比較例１に比して、片末端にアルキル基を有する温度感応性吸水剤においては、浸透量が小さくなることが分かる。また、片末端のアルキル基の炭素数が大きいほど、浸透量が小さくなる傾向にあることが分かる。特に、末端のアルキル基の炭素数が６以上の場合の浸透量は、比較例１の浸透量に比して１／５以下に低下することが分かる。以上のことから、浸透量に関しては、温度感応性吸水剤の構造として片末端にアルキル基を有することによって低減され、末端のアルキル基の炭素数が６以上であれば、大幅に低減されることが分かる。また、Ｒ1が分岐１価アルコールである実施例６は、Ｒ1が直鎖１価アルコールである実施例１７に比して、浸透量が小さい。これは、分岐することで分子の立体障害が生じ、膜における薬剤の透過が妨げられるためであると考えられる。そのため、浸透量の観点から、Ｒ1は、分岐１価アルコールが好ましい。
【００５６】
（分離時間と末端のアルキル基の炭素数との関係）
正浸透膜を用いた水処理装置において、希釈ドロー溶液を加熱して、分離槽において溶媒と温度感応性吸水剤とを分離する分離工程が行われる。この分離工程において、分離時間が長くなると水処理装置の設備が大きくなって高コスト化する。そのため、分離工程における分離時間は短い方が好ましい。ここで、分離の原理は次の通りである。まず、希釈ドロー溶液の温度が曇点以下の場合においては、エチレンオキサイドの親水部と水との強い相互作用によって高分子鎖が溶解する。一方、温度が曇点以上になると、親水部と水との相互作用が不安定になってポリマー鎖が収縮し、さらにミセルを形成する。ポリマー鎖が会合して凝集することによって、溶媒と温度感応性吸水剤とが分離する。末端のアルキル基の炭素数が増加すると、温度感応性吸水剤の構造分子の末端における疎水性が強くなる。末端の疎水性が強くなると、一部のポリマーが隣り合った２つのミセルの間で末端基を共有し、ミセル間を繋ぐ架橋として作用することでネットワークが形成される。ネットワークの形成は、粘度の増加を招来して、会合数が低くなって水と温度感応性吸水剤との分離に時間を要する原因になる。末端のアルキル鎖の炭素数の増加に伴って、増粘効果は強くなり分離時間が長時間化する可能性が増加する。
【００５７】
図４は、互いに同じ分子量かつ同じ曇点である比較例１，２、および実施例１，２，４，６，７における温度感応性吸水剤において、比較例１における分離時間を１とした場合の分離時間の相対値を、末端のアルキル基の炭素数ごとに示したグラフである。図４から、片末端のアルキル基の炭素数が１３である実施例７の薬剤は、比較例１，２や実施例１，２，４，６の薬剤に比して、分離時間が３〜６倍程度になることが分かる。分離時間が増加すると、分離工程を行う分離槽の大型化が必要になって設備のコストが増加したり、滞留時間が増加することによって薬剤に要するコストが増加したりする。そのため、分離時間は短い方が好ましい。したがって、分離時間の観点からは、末端のアルキル基の炭素数は１０以下であることが好ましい。すなわち、末端のアルキル基の炭素数は、好適には、６以上１０以下である。
【００５８】
（ＥＯ数／ＰＯ数比の規定）
温度感応性吸水剤の吸水性および曇点に関して、ＥＯ数／ＰＯ数比は重要な要因である。ＥＯ基は、親水性で感温剤の吸水性を有し、ＰＯ基は、疎水性で加温時の分離において凝集する性能を有する。そのため、ＥＯ数／ＰＯ数比が小さすぎると吸水性が低くなって浸透圧が低下し、反対に大きすぎると曇点が高くなる。
【００５９】
図５は、表２および表３に基づいて、片末端をアルキル基（ヘキシル基、２−エチルヘキシル基、３，５，５−トリメチルヘキシル基、イソデシル基、またはイソトリデシル基）とした温度感応性吸水剤のＥＯ数／ＰＯ数比に対する浸透圧の関係を示すグラフである。図５から、浸透圧とＥＯ数／ＰＯ数比との関係は、以下の（３）式によって表すことができることが分かる。
浸透圧（ａｔｍ）＝（ＥＯ数／ＰＯ数比）×３８＋６０  ……（３）
【００６０】
上述したように、温帯地域における海水淡水化において、浸透圧は好適には７０ａｔｍ以上であることから、（３）式からＥＯ数／ＰＯ数比は０．３以上が好ましい。熱帯地域の海水淡水化において、浸透圧は好適には８０ａｔｍ以上であることから、（３）式からＥＯ数／ＰＯ数比は０．５以上が好ましい。
【００６１】
図６は、表２および表３に基づいて、片末端をアルキル基（ヘキシル基、２−エチルヘキシル基、３，５，５−トリメチルヘキシル基、イソデシル基、またはイソトリデシル基）とした温度感応性吸水剤のＥＯ数／ＰＯ数比に対する曇点の関係を示すグラフである。図６から、曇点とＥＯ数／ＰＯ数比との関係は、以下の式（４）によって表すことができることが分かる。
曇点（℃）＝（ＥＯ数／ＰＯ数比）×１６＋２７  ……（４）
【００６２】
（４）式から、ＥＯ数／ＰＯ数比が０．３以上であれば曇点は３０℃以上となることが分かる。すなわち、上述した浸透圧に基づいて（３）式から導出した３０℃以上の範囲であれば、上述した曇点の温度の要件を満たすことができることが分かる。さらに、上述したように、温度感応性吸水剤の曇点は、典型的には８０℃以下、好適には７５℃以下、より好適には５０℃以上７０℃以下である。これらの曇点の温度範囲および（４）式から、ＥＯ数／ＰＯ数比は、典型的には３．３以下、好適には２．９以下、より好適には２．７以下である。以上から、ＥＯ数／ＰＯ数比は、典型的には、０．３以上３．３以下、好適には、０．５以上２．９以下、より好適には１．５以上２．７以下である。
【００６３】
（分子量と粘度との関係）
図７は、表２および表３に基づいて、４０℃の温度で８０％の濃度の温度感応性吸水剤の水溶液における粘度の分子量依存性を示すグラフである。上述したように、ドロー溶液の粘度が例えば３５０ｃＰを超えると、粘性の増加による分離時間の大幅な増加を招く。図７から、粘度が３５０ｃＰに対応する温度感応性吸水剤の分子量が６０００であることが分かる。すなわち、図７から、温度感応性吸水剤の分子量は６０００以下が好ましいことが分かる。また、上述したように、温度感応性吸水剤を含むドロー溶液の粘度が２３０ｃＰを超えると一般的な渦流ポンプが使用できなくなるため、高粘度用の高価なポンプが必要になる。そこで、温度感応性吸水剤の粘度は、２３０ｃＰ以下が好ましい。この場合、図７から、温度感応性吸水剤の分子量は４０００以下が好ましいことが分かる。また、正浸透膜を用いた水処理装置においては、吸水した温度感応性吸水剤を加熱して分離を行った後、残存する温度感応性吸水剤を除去するために膜処理を施して最終生成溶液を回収する工程を含む場合がある。残存する温度感応性吸水剤の分子量が小さすぎると、正浸透膜の分画分子量を下回る可能性が高くなって、温度感応性吸水剤を除去できなくなるという問題が生じる。そのため、温度感応性吸水剤の分子量は、膜処理に用いられる膜の分画分子量より大きい必要がある。この観点から、温度感応性吸水剤の分子量は具体的に５００以上である必要がある。さらに、上述したように、操作圧力を低くするためにＵＦ膜を用いた場合、温度感応性吸水剤の分子量は１０００以上にするのがより好ましい。以上から、温度感応性吸水剤の分子量は、好適には５００以上６０００以下、より好適には１０００以上４０００以下であることが分かる。
【００６４】
以上説明した実施形態による温度感応性吸水剤によれば、温度感応性吸水剤を、エチレンオキサイド群と、プロピレンオキサイド群およびブチレンオキサイド群から選ばれた少なくとも１種類との重合体から構成し、温度感応性吸水剤の分子における片末端をアルキル基としている。これにより、アルキル基が有する疎水性によって付加されるエチレンオキサイドの数（ＥＯ数）が、同じ分子量で同じ曇点であって片末端にアルキル基を有しない温度感応性吸水剤と比して多くなる。エチレンオキサイドは吸水性を発現する分子であって、片末端をアルキル基とすることによって、ＥＯ数を増加させることができ、浸透圧を増加させることができる。さらに、片末端のアルキル基の炭素数を、６以上１３以下としていることにより、高い浸透圧を得つつ、曇点を低くできる。
【００６５】
（水処理装置）
（第１の実施形態）
次に、上述した本発明の実施形態による温度感応性吸水剤を用いた、第１の実施形態による水処理装置について説明する。図８は、第１の実施形態による水処理装置１を模式的に示すブロック図である。図８に示すように、第１の実施形態による水処理装置１は、膜モジュール１１、加熱器１２、分離槽１３、最終処理ユニット１４、および熱交換器２１，２２を備えて構成される。
【００６６】
正浸透手段としての膜モジュール１１は、内部に半透膜１１ａが設置された、例えば円筒形または箱形の容器である。膜モジュール１１の内部は、半透膜１１ａによって２つの室に仕切られる。膜モジュール１１の形態は、例えばスパイラルモジュール型、積層モジュール型、中空糸モジュール型などの種々の形態を挙げることができる。膜モジュール１１としては、公知の半透膜装置を用いることができ、市販品を用いることもできる。
【００６７】
膜モジュール１１に設けられた半透膜１１ａは、水を選択的に透過できるものが好ましく、正浸透（ＦＯ）膜が用いられるが、逆浸透（ＲＯ）膜を用いることも可能である。半透膜１１ａの分離層の材質は、特に限定されるものではなく、例えば、酢酸セルロース系、ポリアミド系、ポリエチレンイミン系、ポリスルホン系、またはポリベンゾイミダゾール系などの材質を挙げることができる。半透膜１１ａは、分離層に用いられる材質が１種類（１層）のみの膜から構成しても、分離層と実質的に分離に寄与せずに分離層を物理的に支持する支持層とを有する２層以上から構成しても良い。支持層としてはポリスルホン系、ポリケトン系、ポリエチレン系、ポリエチレンテレフタラート系、一般的な不織布などの材質を挙げることができる。なお、半透膜１１ａの形態についても限定されるものではなく、平膜、管状膜、または中空糸などの種々の形態の膜を用いることができる。
【００６８】
膜モジュール１１の内部において、半透膜１１ａによって仕切られた一方の室に含水溶液を流すことができ、他方の室に温度感応性吸水剤を含む吸水溶液としてのドロー溶液を流すことができる。ドロー溶液の膜モジュール１１への導入圧力は、０．１ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下、第１の実施形態においては例えば０．２ＭＰａである。含水溶液は、主に海水であるが、かん水、汽水、工業排水、随伴水、もしくは下水、または必要に応じてこれらの水に対してろ過処理を施した、溶媒として水を含む含水溶液であれば特に限定されない。
【００６９】
ドロー溶液としては、少なくとも１つの曇点を有するポリマーからなる上述した実施形態による温度感応性吸水剤を主体とする溶液が用いられる。第１の実施形態において、ドロー溶液は、含水溶液からの水の誘引に用いられる。すなわち、水の誘引に用いられる誘引物質は、ドロー溶液の溶質であって、ドロー溶液自体は、誘引物質のみでも誘引物質を含む溶液のいずれも用いることが可能である。これにより、膜モジュール１１の一方の室においては、含水溶液からドロー溶液に水が誘引されて、希釈されたドロー溶液（希釈ドロー溶液）が流出される。一方、膜モジュール１１の他方の室においては、ドロー溶液に水が移動して濃縮された含水溶液（濃縮含水溶液）が流出する。
【００７０】
希釈ドロー溶液の加熱手段としての加熱器１２は、希釈ドロー溶液の流れ方向に沿って分離槽１３の上流側に設けられる。加熱器１２は、膜モジュール１１から流出して熱交換器２２によって熱交換された希釈ドロー溶液を、曇点の温度以上に加熱する。加熱器１２によって曇点の温度以上に加熱された希釈ドロー溶液は、水とポリマーである温度感応性吸水剤とに分相される。
【００７１】
水分離手段としての分離槽１３においては、加熱器１２によって分相された希釈ドロー溶液が、分離水としての水を主体とする溶液（水リッチ溶液）と、水リッチ溶液より含水率が低く温度感応性吸水剤を主体とするドロー溶液とに分離される。水リッチ溶液より含水率が低いドロー溶液は、再利用されるドロー溶液（以下、再生ドロー溶液）として熱交換器２１を介して膜モジュール１１に供給される。
【００７２】
熱交換器２１は、再生ドロー溶液の流れ方向に沿って、分離槽１３の下流側に設けられるとともに、濃縮含水溶液の流れ方向に沿って、膜モジュール１１の下流側に設けられる。これにより、熱交換器２１は、分離槽１３から流出される再生ドロー溶液と膜モジュール１１を通過した濃縮含水溶液との間で、熱交換を行う。熱交換器２１に流入される濃縮含水溶液の流量は、膜モジュール１１に供給される再生ドロー溶液の温度が所定温度になるように制御される。具体的に、熱交換器２１における濃縮含水溶液が通過する流路にバイパス弁（図示せず）を設けて、バイパス弁を流れる濃縮含水溶液の流量を制御することによって、再生ドロー溶液の温度を所定温度に制御する。膜モジュール１１に供給される再生ドロー溶液は、所定温度として、２５℃以上５０℃以下の例えば４０℃程度に温度制御される。
【００７３】
熱交換器２２は、希釈ドロー溶液の流れ方向に沿って、膜モジュール１１の下流側に設けられるとともに、分離槽１３によって得られる水リッチ溶液の流れ方向に沿って、分離槽１３の下流側に設けられる。熱交換器２２は、膜モジュール１１から流出された希釈ドロー溶液と、分離槽１３によって得られる水リッチ溶液との間で、熱交換を行う。
【００７４】
分離処理手段としての最終処理ユニット１４は、例えばコアレッサー、活性炭吸着ユニット、限外ろ過膜ユニット、ナノろ過膜（ＮＦ膜）ユニット、または逆浸透膜ユニットから構成される。最終処理ユニット１４は、分離槽１３から流出した水リッチ溶液から残存する温度感応性吸水剤を分離させて、生成水としての淡水を生成する。最終処理ユニット１４によって分離された温度感応性吸水剤を含むポリマー溶液は、廃棄したり、加熱器１２の上流側または熱交換器２２の上流側における希釈ドロー溶液に導入したりしても良い。さらに、分離されたポリマー溶液の一部を廃棄し、残りのポリマー溶液をドロー溶液として希釈ドロー溶液に導入することも可能である。ここで、ポリマー溶液を希釈ドロー溶液に導入する方法としては、希釈ドロー溶液が流れる配管に導入する方法のみならず、希釈ドロー溶液を貯留するタンク（図示せず）に導入する方法など、種々の方法を採用することが可能である。
【００７５】
（水処理方法）
次に、以上のように構成された第１の実施形態による水処理装置１を用いた、水処理方法について説明する。
【００７６】
（正浸透工程）
正浸透手段としての膜モジュール１１においては、正浸透工程が行われる。すなわち、膜モジュール１１において、含水溶液と再生ドロー溶液とを半透膜１１ａを介して接触させる。これによって、膜モジュール１１内において、浸透圧差により含水溶液中の水が半透膜１１ａを通過して再生ドロー溶液に移動する。すなわち、膜モジュール１１内の含水溶液が供給される一方の室からは、再生ドロー溶液に水が移動することによって濃縮された濃縮含水溶液が流出する。再生ドロー溶液が供給される他方の室からは、含水溶液から水が移動して希釈された希釈ドロー溶液が流出する。ここで、膜モジュール１１においては熱交換も行われ、含水溶液の流入側から濃縮含水溶液の流出側に向かって温度が上昇する一方、再生ドロー溶液の流入側から希釈ドロー溶液の流出側に向かって温度が下降する。
【００７７】
（正浸透側熱交換工程）
正浸透側熱交換手段としての熱交換器２１においては、正浸透側熱交換工程が行われる。すなわち、含水溶液が膜モジュール１１を通過して得られた濃縮含水溶液は、熱交換器２１に供給される。一方、熱交換器２１には、分離槽１３から流出された再生ドロー溶液が供給される。第１の実施形態においては、熱交換器２１によって、再生ドロー溶液を所定温度、具体的に例えば４０℃程度の温度に調整する。後述するように、分離槽１３には、加熱された希釈ドロー溶液が流入される。これに起因して、分離槽１３から流出する再生ドロー溶液の温度は、濃縮含水溶液の温度よりも高い。そこで、熱交換器２１において、再生ドロー溶液を降温させる。再生ドロー溶液を所定温度に降温させるために、熱交換器２１において熱交換に供される濃縮含水溶液の流量が調整される。すなわち、熱交換器２１において、再生ドロー溶液は濃縮含水溶液によって冷却される一方、濃縮含水溶液は再生ドロー溶液によって加熱される。なお、膜モジュール１１と熱交換器２１との間に調整弁としてのブロー弁（図示せず）を設けて、熱交換器２１に流入させる濃縮含水溶液の流量を調整することも可能である。熱交換されて降温された再生ドロー溶液は、膜モジュール１１の他方の室に供給される。一方、熱交換されて例えば５５〜７０℃の温度に昇温された濃縮含水溶液は系外に排出される。
【００７８】
（加熱工程）
加熱手段としての加熱器１２においては、加熱工程が行われる。すなわち、正浸透工程によって再生ドロー溶液が希釈されて得られた希釈ドロー溶液を、後述する流出側熱交換工程において昇温した後に、加熱器１２によってさらに曇点以上の温度まで加熱する。これにより、温度感応性吸水剤の少なくとも一部が凝集されて、相分離が行われる。加熱工程における加熱温度は、加熱器１２を制御することによって調整可能である。なお、加熱温度は、水の沸点以下であって、大気圧の場合に１００℃以下が好ましく、第１の実施形態においては、曇点以上１００℃以下の例えば８８℃である。
【００７９】
（水分離工程）
水分離手段としての分離槽１３においては、水分離工程が行われる。すなわち、分離槽１３において、希釈ドロー溶液は、水分を多く含有する水リッチ溶液と、温度感応性吸水剤を高濃度に含む濃縮された再生ドロー溶液とに分離される。なお、分離槽１３における圧力は、例えば大気圧である。水リッチ溶液と再生ドロー溶液との相分離は、液温を曇点以上として静置することによって行うことができる。第１の実施形態において分離槽１３における液温は、曇点以上１００℃以下の例えば８８℃である。希釈ドロー溶液から分離されて濃縮されたドロー溶液は、再生ドロー溶液として、熱交換器２１を介して膜モジュール１１に供給される。再生ドロー溶液のドロー濃度は、例えば６０〜９５％である。一方、希釈ドロー溶液から分離された水リッチ溶液は、熱交換器２２を介して最終処理ユニット１４に供給される。水リッチ溶液は例えば、ドロー濃度が１％であって水が９９％である。
【００８０】
（流出側熱交換工程）
流出側熱交換手段としての熱交換器２２においては、流出側熱交換工程が行われる。すなわち、膜モジュール１１から流出した希釈ドロー溶液は、まず、熱交換器２２に供給される。一方、熱交換器２２には、分離槽１３において得られた水リッチ溶液が供給される。第１の実施形態においては、熱交換器２２によって、水リッチ溶液を所定温度、具体的に、３０℃以上５０℃以下の例えば４５℃程度の温度に調整する。上述したように、分離槽１３においては液温を曇点以上１００℃以下として水分離工程が行われる。そのため、分離槽１３から流出する水リッチ溶液は、熱交換器２２において降温された後に膜モジュール１１から流出する希釈ドロー溶液よりも高温である。一方、後段の最終処理ユニット１４における処理温度は、例えば２０℃以上５０℃以下、好適には３５℃以上４５℃以下、第１の実施形態においては、例えば４５℃である。そこで、熱交換器２２において、水リッチ溶液を最終処理ユニット１４の処理温度まで降温させる温度調整が行われる。すなわち、熱交換器２２において、水リッチ溶液は希釈ドロー溶液によって冷却される一方、希釈ドロー溶液は水リッチ溶液によって加熱される。
【００８１】
（最終処理工程）
分離処理手段としての最終処理ユニット１４においては、分離処理工程としての最終処理工程が行われる。分離槽１３において分離された水リッチ溶液には、温度感応性吸水剤が残存している可能性がある。そこで、最終処理ユニット１４において、水リッチ溶液から分離処理ドロー溶液となるポリマー溶液を分離させる。これにより、淡水などの生成水が得られる。水リッチ溶液から分離された生成水は、含水溶液から得られた最終生成物として、外部の必要な用途に供給される。なお、最終処理ユニット１４において、生成水と分離された分離処理ドロー溶液は、ドロー濃度が０．５〜２５％程度のポリマー溶液であり、外部に廃棄したり、希釈ドロー溶液の流れ方向に沿って加熱器１２または熱交換器２２の上流側に導入したりできる。また、ポリマー溶液の一部を廃棄し、残りのポリマー溶液を希釈ドロー溶液の流れ方向に沿って加熱器１２または熱交換器２２の上流側に導入することも可能である。
【００８２】
以上説明したように、本発明の第１の実施形態による水処理装置１によれば、再生ドロー溶液を濃縮含水溶液によって冷却するための熱交換器２１を設けている。これにより、分離槽１３から流出された再生ドロー溶液を冷却するための冷却機構を別途設ける必要がなくなるとともに、水処理装置１におけるエネルギー収支を安定化することができる。また、濃縮含水溶液を冷却水として用いることによって、冷却用の含水溶液を取水する必要がなくなるため、再生ドロー溶液を冷却するためのエネルギーを低減でき、水処理において必要となるエネルギーをより一層低減できる。
【００８３】
（第２の実施形態）
（水処理装置および水処理方法）
次に、上述した本発明の実施形態による温度感応性吸水剤を用いた、第２の実施形態による水処理装置について説明する。図９は、第２の実施形態による水処理装置２を示す。図９に示すように、水処理装置２は、第１の実施形態と同様に、内部に半透膜１１ａが設けられた膜モジュール１１、加熱器１２、分離槽１３、最終処理ユニット１４、および熱交換器２１，２２を備える。水処理装置２においてはさらに、第１の実施形態と異なり、希釈ドロー溶液の流れ方向に沿った熱交換器２２の下流側で加熱器１２の上流側、かつ再生ドロー溶液の流れ方向に沿った分離槽１３の下流側で熱交換器２１の上流側に、熱交換器２３が設けられている。
【００８４】
後段熱交換手段としての熱交換器２３によって、後段熱交換工程が行われる。すなわち、第２の実施形態による水処理方法においては、膜モジュール１１から流出した希釈ドロー溶液は、まず熱交換器２２において高温の水リッチ溶液との間で熱交換されて昇温される。その後、後段熱交換工程として、希釈ドロー溶液は、熱交換器２３において水リッチ溶液と同程度の温度の再生ドロー溶液との間で熱交換されて昇温される。さらに、希釈ドロー溶液は、加熱器１２によって曇点以上１００℃以下の温度にまで加熱される。その他の水処理方法については、第１の実施形態と同様である。
【００８５】
第２の実施形態によれば、熱交換器２１，２２によって熱交換を行っていることにより、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、熱交換器２３によって、分離槽１３を流出した再生ドロー溶液の温度を降温させつつ、分離槽１３に供給するための希釈ドロー溶液の温度を昇温させていることにより、加熱器１２によって希釈ドロー溶液を加熱する際に昇温させる温度幅を、第１の実施形態に比して小さくできる。したがって、加熱器１２による加熱に必要なエネルギーを低減でき、水処理装置２において、加熱に消費するエネルギーをより一層低減できる。
【００８６】
（第３の実施形態）
（水処理装置および水処理方法）
次に、上述した本発明の実施形態による温度感応性吸水剤を用いた、第３の実施形態による水処理装置について説明する。図１０は、第３の実施形態による水処理装置３を示す。図１０に示すように、水処理装置３は、第２の実施形態と同様に、内部に半透膜１１ａが設けられた膜モジュール１１、加熱器１２、分離槽１３、最終処理ユニット１４、および熱交換器２１，２２，２３を備える。水処理装置３においては、第１，第２の実施形態と異なり、希釈ドロー溶液の流れ方向に沿った膜モジュール１１の下流側の配管に、分岐点Ｐ0が設けられている。分岐点Ｐ0においては、希釈ドロー溶液が少なくとも２方向に分岐されて一方の配管が熱交換器２２に連結されているとともに、他方の配管が熱交換器２３に連結されている。一方、希釈ドロー溶液の流れ方向に沿って、加熱器１２の上流側の配管に、熱交換器２２，２３を通過した希釈ドロー溶液が合流する合流点Ｐ1が設けられている。合流点Ｐ1においては、分岐された希釈ドロー溶液が合流する。
【００８７】
並列熱交換手段としての熱交換器２２，２３はそれぞれ、希釈ドロー溶液を他の溶液と熱交換可能に構成される。熱交換器２２，２３によって並列熱交換工程が行われる。すなわち、第３の実施形態による水処理方法においては、膜モジュール１１から流出した希釈ドロー溶液は、熱交換器２２，２３の上流側における配管の分岐点Ｐ0において分岐される。分岐された一方の配管を流れる希釈ドロー溶液は、熱交換器２２に供給されて高温の水リッチ溶液との間で熱交換されて昇温される。分岐点Ｐ0において分岐された他方の配管を流れる希釈ドロー溶液は、熱交換器２３に供給されて、水リッチ溶液と同程度の温度の再生ドロー溶液との間で熱交換されて昇温される。換言すると、膜モジュール１１から流出した希釈ドロー溶液は、並列熱交換工程として、分岐点Ｐ0において分岐された後、熱交換器２２，２３に並列に通過して、それぞれ水リッチ溶液および再生ドロー溶液と熱交換される。これにより、再生ドロー溶液によって昇温させる希釈ドロー溶液の流量、および水リッチ溶液によって昇温させる希釈ドロー溶液の流量を、第１，第２の実施形態に比して低減でき、昇温させる温度幅を拡大できる。
【００８８】
熱交換器２２，２３を並列して通過した希釈ドロー溶液は、熱交換器２２，２３の下流側、かつ加熱器１２の上流側における合流点Ｐ1において合流する。ここで、分岐点Ｐ0において分岐される、一方の希釈ドロー溶液と他方の希釈ドロー溶液との流量比率は、分岐点Ｐ0の近傍に設けられた調節弁（図示せず）によって調整される。具体的には、希釈ドロー溶液における分岐点Ｐ0での流量比率は、合流点Ｐ1において一方の希釈ドロー溶液の温度と他方の希釈ドロー溶液との温度が略等しくなるように、調節弁によって調整される。合流点Ｐ1において合流した希釈ドロー溶液は、加熱器１２によって、曇点以上１００℃以下の温度にまで加熱される。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。
【００８９】
第３の実施形態によれば、膜モジュール１１から流出した希釈ドロー溶液を分岐させて、熱交換器２３において再生ドロー溶液と熱交換させつつ、熱交換器２２において水リッチ溶液と熱交換させることで、希釈ドロー溶液を並列して昇温させている。これにより、加熱器１２の上流側において、希釈ドロー溶液を第１，第２の実施形態に比してより一層高温にできるので、加熱器１２によって希釈ドロー溶液を加熱する際に昇温させる温度幅を、第１，第２の実施形態に比してさらに小さくできる。したがって、加熱器１２による加熱に必要なエネルギーをさらに低減でき、水処理装置３において、加熱に消費するエネルギーをさらに低減できる。
【００９０】
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実施形態において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いてもよく、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述および図面により本発明は限定されることはない。
【００９１】
なお、上述した第１〜第３の実施形態による水処理装置１，２，３においては、冷却塔などの冷却機構を別途設けることも可能である。この場合、冷却塔によって冷却された冷却液を熱交換器２１に供給して、冷却液と再生ドロー溶液との間で熱交換を行うことも可能である。さらに、水処理装置１，２，３に冷却機構を別途設けた場合、最終処理ユニット１４の上流側かつ熱交換器２２の下流側に新たに熱交換器を設けて、水リッチ溶液と冷却液との間で熱交換を行うことも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本実施形態および本実施例に係る温度感応性吸水剤、水処理方法及び水処理装置は、海水の淡水化や下水、ガス・油田排水や随伴水、工鉱業排水の農業・工業への再利用などを目的とした水処理などに広く利用できる。
【符号の説明】
【００９３】
１，２，３  水処理装置
１１  膜モジュール
１１ａ  半透膜
１２  加熱器
１３  分離槽
１４  最終処理ユニット
２１，２２，２３  熱交換器
【図１】
2020044965.tif 000006
【図２】
2020044965.tif 000007
【図３】
2020044965.tif 000008
【図４】
2020044965.tif 000009
【図５】
2020044965.tif 000010
【図６】
2020044965.tif 000011
【図７】
2020044965.tif 000012
【図８】
2020044965.tif 000013
【図９】
2020044965.tif 000014
【図１０】
2020044965.tif 000015
【国際調査報告】
2020044965.tif 000016
2020044965.tif 000017
2020044965.tif 000018
2020044965.tif 000019