申請日2015.07.30
公開(公告)日2017.05.10
IPC分類號B01D17/022; C02F1/40; C07C227/08; C07C227/18; C07C229/06; C07C231/12; C07C233/36; C07C233/37; C07C303/02; C07C303/22; C07C303/40; C07C309/04; C07C311/03; C07C311/10
摘要
本發(fā)明的濾材將包含水和油的液體作為分離對象，并具有所述液體的流路，所述濾材具有構(gòu)成所述流路的基材和存在于該流路的至少一部分表面的一種或兩種以上的含氮氟系化合物。所述含氮氟系化合物在分子中包含拒油性賦予基和選自陰離子型、陽離子型及兩性型中的任一個親水性賦予基。
權(quán)利要求書
1.一種濾材，將包含水和油的液體作為分離對象，并具有所述液體的流路，其特征在于，
所述濾材具有構(gòu)成所述流路的基材和存在于該流路的至少一部分表面的由下述式(1)～(4)表示的一種或兩種以上的含氮氟系化合物，
上述式(1)及(2)中，Rf1、Rf2分別為相同或彼此不同的碳原子數(shù)1～6的直鏈狀或支鏈狀的全氟烷基，Rf3為碳原子數(shù)1～6的直鏈狀或支鏈狀的全氟亞烷基，
上述式(3)及(4)中，Rf4、Rf5及Rf6分別為相同或彼此不同的碳原子數(shù)1～6的直鏈狀或支鏈狀的全氟亞烷基，Z包含氧原子、氮原子、CF2基及CF基中的任一個，
并且，上述式(2)及(4)中，R為作為2價有機(jī)基團(tuán)的連接基團(tuán)，
并且，上述式(1)～(4)中，X為選自陰離子型、陽離子型及兩性型中的任一個的親水性賦予基。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾材，其中，
所述一種或兩種以上的含氮氟系化合物通過有機(jī)粘合劑及無機(jī)粘合劑的一方或兩方而粘合在所述流路的表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的濾材，其中，
所述有機(jī)粘合劑包含熱塑性樹脂、熱塑性彈性體、熱固化性樹脂及UV固化性樹脂中的任一個。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的濾材，其中，
所述無機(jī)粘合劑包含硅烷化合物及水玻璃中的任一個。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾材，其中，
所述基材為纖維的集合體，所述流路通過該纖維之間的間隙而構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的濾材，其中，
所述纖維包含選自合成纖維、天然纖維及纖維素系纖維中的有機(jī)物纖維或選自金屬纖維、碳纖維、玻璃纖維及陶瓷纖維中的無機(jī)物纖維。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾材，其中，
所述基材為粒子的集合體，所述流路通過該粒子之間的間隙而構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的濾材，其中，
所述粒子包含選自無煙煤、砂、砂石、石榴石、玻璃、陶瓷及金屬中的無機(jī)物的粒子。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾材，其中，
所述基材為具有連續(xù)氣孔的多孔體，所述流路通過該連續(xù)氣孔而構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的濾材，其中，
所述多孔體包含選自多孔氟樹脂、多孔聚丙烯、多孔聚乙烯、多孔聚酯、多孔聚砜、多孔聚醚砜、多孔維尼綸、多孔尼龍、多孔聚乙烯醇、多孔含有聚環(huán)氧烷鏈的乙烯共聚物及多孔纖維素中的有機(jī)物多孔體或選自活性碳、陶瓷、燒結(jié)金屬、二氧化硅、氧化鋁、沸石、碳酸鈣及粘土礦物中的無機(jī)物多孔體。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾材，其中，
所述流路的寬度為0.1μm～180μm。
12.一種濾材的制造方法，其為制造權(quán)利要求1所述的濾材的制造方法，包括如下工序：
準(zhǔn)備由上述式(1)～(4)表示的一種或兩種以上的含氮氟系化合物分散或溶解于水、有機(jī)溶劑或水與有機(jī)溶劑的混合溶劑中而成的涂布液;
將分散或溶解有所述含氮氟系化合物的涂布液涂布于基材的至少一部分表面;
通過干燥去除分散介質(zhì)或溶劑，在基材的至少一部分表面形成涂膜。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的濾材的制造方法，其中
所述涂布液包含有機(jī)粘合劑或無機(jī)粘合劑。
14.一種水處理用模塊，其包含權(quán)利要求1所述的濾材。
15.一種水處理裝置，其具備權(quán)利要求14所述的水處理用模塊。
說明書
濾材、濾材的制造方法、水處理用模塊及水處理裝置
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種濾材、濾材的制造方法、水處理用模塊及水處理裝置。
本申請主張基于2014年7月30日，于日本申請的專利申請2014-155553號和專利申請2014-155554號、2014年10月7日于日本申請的專利申請2014-206782號、以及2015年5月21日于日本申請的專利申請2015-104023號的優(yōu)先權(quán)，并將該內(nèi)容援用于此。
背景技術(shù)
以往，一般家庭或營業(yè)用烹飪場所、建筑物等的排水、來自公共事業(yè)公司的污水廢液處理設(shè)施的導(dǎo)管的排水中混入有油或豬油等油脂類，這種排水成為下水道管堵塞、臭氣等的原因。而且，還存在顯著妨礙公共下水道設(shè)施功能的問題、在大雨后等來自下水道設(shè)施的油塊(白色固體)流出于港灣的問題等。因此，在各地區(qū)中，還采取如下對策，即對餐廳經(jīng)營者要求設(shè)置分離、回收排水中的油脂類等的攔截器而不使油脂類向下水道流出。
并且，作為因食品制造、纖維處理、機(jī)械加工、石油提純等中的廢液處理以及因事故等而導(dǎo)致油向河川、海洋等流出中的油回收工作，進(jìn)行將油水混合液分離成油和水的處理。
除此以外，例如原油開采時一般將海水注入到地層的油層中，以提高非水溶性油分的壓力，從而確保生產(chǎn)量，但在作為這種原油開采中所使用的排水的“油田采出水”包含較多的非水溶性油分，因此在進(jìn)行非水溶性油分的去除處理之后將其廢棄。然而，近年來，由于成為引起海洋、湖沼等的污染的主要原因，從而加強(qiáng)排水中的非水溶性油分含量的規(guī)定，在最嚴(yán)格的國家或地區(qū)要求將非水溶性油分含量設(shè)為小于5mg/L。
然而，作為以往的油水分離方法，已知有基于凝聚劑的分離、吸附分離、離心分離、加壓上浮分離、電解上浮法、基于聚結(jié)器的粗�；蛛x(例如，參考專利文獻(xiàn)1)、基于微生物分解的分離等。
然而，在使用凝聚劑的分離方法的情況下，存在不僅日常中需要經(jīng)費(fèi)而且在處理經(jīng)過濾的凝聚物時也需要勞力和費(fèi)用的課題。并且，如基于離心分離機(jī)等機(jī)械的方法、基于加壓上浮分離的方法也許在大量且大型設(shè)施中有效，但存在很難將其配置于被限定空間內(nèi)的課題。并且，電解上浮法中存在為了穩(wěn)定地進(jìn)行油水分離，根據(jù)處理液的導(dǎo)電度和處理量來改變施加功率等控制復(fù)雜的課題。聚結(jié)器法中使用具有超極細(xì)纖維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的過濾器，因此存在維修管理上，孔眼堵塞一直成為問題的課題。而且，使用微生物的分離方法中，存在需要時間且管理麻煩的課題。
另一方面，一直以來進(jìn)行了基于使用多孔膜的分離膜的水處理。而且，油水分離中，已知有反滲透法、超濾法、精密過濾法(例如，參考專利文獻(xiàn)2)等。
然而，反滲透法、超濾法、精密過濾法中，根據(jù)上述分離膜的孔徑分離油水，因此存在膜滲透通量較小的課題。而且，進(jìn)行水處理的過程中，由于存在于原水中的油等分離對象物質(zhì)粘附于分離膜而產(chǎn)生的污垢(孔眼堵塞)，存在需要定期進(jìn)行反向壓力清洗、空氣清洗等物理清洗的課題。從而，為了能夠長期連續(xù)使用而對使用多孔膜的分離膜期待提高油的吸附困難度(防污性)、所吸附的油的去除容易度(易清洗性)。
然而，為了提高抗污染性(防堵塞性)，公開有各種技術(shù)。例如，已知有在由聚烯烴或烯烴與鹵化烯烴的共聚物、或聚偏氟乙烯構(gòu)成的中空絲狀多孔膜，包含中性羥基的側(cè)鏈被接枝至孔的表面，并且包含中性羥基的非吸附性親水性中空絲狀多孔膜。并且，已知有由已進(jìn)行臭氧處理的氟系聚合物構(gòu)成的氟系親水性微多孔膜及使用該膜的水處理法。而且，已知有由聚砜、聚乙烯醇縮醛系樹脂及親水性高分子物質(zhì)的混合物構(gòu)成的聚砜系中空絲膜。而且，還已知有向包含聚偏氟乙烯系樹脂的多孔膜賦予具有聚氧亞烷基結(jié)構(gòu)、脂肪酸酯結(jié)構(gòu)及羥基的表面活性劑的方法。并且，對聚醚砜制多孔膜進(jìn)行在真空下使包含六氟丙烯氣體和氧氣的混合氣體流動的同時進(jìn)行放電處理的親水化處理的方法(例如，參考專利文獻(xiàn)3)。
然而，存在如下課題：即使根據(jù)如上述公知的技術(shù)，在提高抗污染性的方面也有時不夠充分，并成為將其使用于油水分離的情況下，油分很難粘附于膜表面，且流量減少的原因。
專利文獻(xiàn)1：日本特開2006-198483號公報
專利文獻(xiàn)2：日本特開平05-137903號公報
專利文獻(xiàn)3：日本特開2008-062127號公報
本發(fā)明是鑒于上述內(nèi)容而成的，本發(fā)明的課題在于提供一種能夠進(jìn)行油水分離，并且防污性、易清洗性及抗污染性優(yōu)異的濾材及濾材的制造方法。并且，本發(fā)明的課題在于提供一種包含上述濾材的水處理用模塊及水處理裝置。
然而，將在分子內(nèi)具有全氟烷基的化合物用作表面處理劑的情況下，通常已進(jìn)行處理的表面顯現(xiàn)拒水拒油性，且通常氟結(jié)構(gòu)的碳原子數(shù)變得越多則拒水性變得越大。然而，本申請的發(fā)明人等進(jìn)行深入研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鍵合有氟的碳原子數(shù)的合計為4～18個的具有全氟烷基的化合物中，對特定含氮氟系化合物賦予親水性賦予基的化合物中，具有如親水拒油性在以往的含氮氟系化合物中未能實(shí)現(xiàn)的特殊的特性，尤其氟結(jié)構(gòu)的碳原子數(shù)較多的化合物中也同時顯現(xiàn)優(yōu)異的親水性和拒油性，并完成了本發(fā)明。
發(fā)明內(nèi)容
即，本發(fā)明具有以下結(jié)構(gòu)。
[1]一種濾材，將包含水和油的液體作為分離對象，并具有所述液體的流路，其特征在于，
所述濾材具有構(gòu)成所述流路的基材和存在于該流路的至少一部分表面的由下述式(1)～(4)表示的一種或兩種以上的含氮氟系化合物。
[化學(xué)式1]
[化學(xué)式2]
[化學(xué)式3]
[化學(xué)式4]
上述式(1)及(2)中，Rf1、Rf2分別為相同或彼此不同的碳原子數(shù)1～6的直鏈狀或支鏈狀的全氟烷基。并且，Rf3為碳原子數(shù)1～6的直鏈狀或支鏈狀的全氟亞烷基。
上述式(3)及式(4)中，Rf4、Rf5及Rf6分別為相同或彼此不同的碳原子數(shù)1～6的直鏈狀或支鏈狀的全氟亞烷基。并且，Z包含氧原子、氮原子、CF2基及CF基中的任一個。
并且，上述式(2)及(4)中，R為作為2價有機(jī)基團(tuán)的連接基團(tuán)。
并且，上述式(1)～(4)中，X為選自陰離子型、陽離子型及兩性型中的任一個親水性賦予基。
前項(xiàng)[1]的濾材中，可以說是流路通過基材而形成。從而，前項(xiàng)[1]的濾材可以說是將包含水和油的液體作為分離對象，并具有所述液體的流路的濾材，其中，所述流路通過基材而形成，并且在該流路的表面存在由上述式(1)～(4)表示的含氮氟系化合物中的一種或兩種以上。
而且，前項(xiàng)[1]的濾材可用作油水分離體。從而，前項(xiàng)[1]的濾材為將包含水和油的液體作為分離對象，并包含具有所述液體的流路的油水分離體，即所述流路通過基材而形成，在該流路的表面存在由上述式(1)～(4)表示的一種或兩種以上的含氮氟系化合物的油水分離體。
[2]根據(jù)前項(xiàng)[1]所述的濾材，其中，
所述一種或兩種以上的含氮氟系化合物通過有機(jī)粘合劑及無機(jī)粘合劑中的一方或兩方而粘合在所述流路的表面。
[3]根據(jù)前項(xiàng)[2]所述的濾材，其中，
所述有機(jī)粘合劑包含熱塑性樹脂、熱塑性彈性體、熱固化性樹脂及UV固化性樹脂中的任一個。
[4]根據(jù)前項(xiàng)[2]所述的濾材，其中，
所述無機(jī)粘合劑包含硅烷化合物及水玻璃中的任一個。
[5]根據(jù)前項(xiàng)[1]至[4]中任一項(xiàng)所述的濾材，其中，
所述基材為有機(jī)物。
[6]根據(jù)前項(xiàng)[1]至[4]中任一項(xiàng)所述的濾材，其中，
所述基材為無機(jī)物。
[7]根據(jù)前項(xiàng)[1]至[4]中任一項(xiàng)所述的濾材，其中，
所述基材為有機(jī)物與無機(jī)物的復(fù)合物。
[8]根據(jù)前項(xiàng)[1]至[4]中任一項(xiàng)所述的濾材，其中，
所述基材為纖維的集合體，所述流路通過該纖維之間的間隙而構(gòu)成。
[9]根據(jù)前項(xiàng)[8]所述的濾材，其中，
所述纖維包含選自合成纖維、天然纖維及纖維素系纖維中的有機(jī)物纖維或選自金屬纖維、碳纖維、玻璃纖維及陶瓷纖維中的無機(jī)物纖維。
[10]根據(jù)前項(xiàng)[8]所述的濾材，其中，
所述基材為濾紙、織布、針織布、無紡布中的任一個。
[11]根據(jù)前項(xiàng)[1]至[4]中任一項(xiàng)所述的濾材，其中，
所述基材為粒子的集合體，所述流路通過該粒子之間的間隙而構(gòu)成。
[12]根據(jù)前項(xiàng)[11]所述的濾材，其中，
所述粒子包含選自無煙煤、砂、砂石、石榴石、玻璃、陶瓷及金屬中的無機(jī)物的粒子。
[13]根據(jù)前項(xiàng)[1]至[4]中任一項(xiàng)所述的濾材，其中，
所述基材為具有連續(xù)氣孔的多孔體，所述流路通過該連續(xù)氣孔而構(gòu)成。
[14]根據(jù)前項(xiàng)[13]所述的濾材，其中，
所述多孔體包含選自多孔氟樹脂、多孔聚丙烯、多孔聚乙烯、多孔聚酯、多孔聚砜、多孔聚醚砜、多孔維尼綸、多孔尼龍、多孔聚乙烯醇、多孔含有聚環(huán)氧烷鏈的乙烯共聚物及多孔纖維素中的有機(jī)物多孔體或選自活性碳、陶瓷、燒結(jié)金屬、二氧化硅、氧化鋁、沸石、碳酸鈣及粘土礦物中的無機(jī)物多孔體。
[15]根據(jù)前項(xiàng)[1]至[14]中任一項(xiàng)所述的濾材，其中，
所述基材為具有親水性的基材。
[16]根據(jù)前項(xiàng)[15]所述的濾材，其中，
所述基材為將選自羥基、羧基、氨基、酮基、磺基中的具有親水性的1以上的官能基通過化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)入的高分子材料。
[17]根據(jù)前項(xiàng)[15]所述的濾材，其中，
所述基材為表面通過含有聚乙二醇、聚羧酸、聚異氰酸酯、乙烯基、縮水甘油醚基、聚胺、N-甲基甲氧基的聚亞烷氧基、高分子電解質(zhì)、親水性纖維素系物質(zhì)中的任一個的加工劑而進(jìn)行親水化處理的有機(jī)物。
[18]根據(jù)前項(xiàng)[15]所述的濾材，其中，
所述基材為表面通過等離子處理、電暈處理、臭氧處理中的任一種處理或兩種以上的處理而得到的氟樹脂、聚丙烯樹脂、聚乙烯樹脂中的任一個。
[19]根據(jù)前項(xiàng)[1]所述的濾材，其中，
所述含氮氟系化合物與具有電荷或離子性基的無機(jī)化合物的復(fù)合體粘固在所述流路的表面。
[20]根據(jù)前項(xiàng)[19]所述的濾材，其中，
所述無機(jī)化合物為包含煅制二氧化硅、膠態(tài)二氧化硅、莫來石、氧化鋁、沸石的組中的任意一種或兩種以上的混合物。
[21]根據(jù)前項(xiàng)[19]所述的濾材，其中，
所述無機(jī)化合物為包含膨潤土、有機(jī)膨潤土、蒙脫石、高嶺石的組中的一種或兩種以上的混合物。
[22]根據(jù)前項(xiàng)[19]所述的濾材，其中，
所述無機(jī)化合物為聚氯化鋁或聚硫酸亞鐵。
[23]根據(jù)前項(xiàng)[1]所述的濾材，其中，
所述含氮氟系化合物與氟系樹脂粒子的復(fù)合體粘固在所述流路的表面。
[24]根據(jù)前項(xiàng)[19]至[23]中任一項(xiàng)所述的濾材，其中，
所述復(fù)合體通過有機(jī)粘合劑及無機(jī)粘合劑中的一方或兩方而粘合在所述流路的表面。
[25]根據(jù)前項(xiàng)[24]所述的濾材，其中，
所述有機(jī)粘合劑包含熱塑性樹脂、熱塑性彈性體、熱固化性樹脂及UV固化性樹脂中的任一個。
[26]根據(jù)前項(xiàng)[24]所述的濾材，其中，
所述無機(jī)粘合劑包含硅烷化合物及水玻璃中的任一個。
[27]根據(jù)前項(xiàng)[1]至[26]中任一項(xiàng)所述的濾材，其中，
所述流路的寬度為0.1μm～180μm。
[28]根據(jù)前項(xiàng)[1]至[27]中任一項(xiàng)所述的濾材，其中，
滴加45μL的水時，所述基材在300秒鐘以內(nèi)被浸透。
[29]根據(jù)前項(xiàng)[1]至[28]中任一項(xiàng)所述的濾材，其中，
所述含氮氟系化合物通過將具有由下述式(5)或(6)表示的含氮全氟烷基的羧酸鹵化物或磺酸鹵化物作為原料的制造方法而制造。
[化學(xué)式5]
[化學(xué)式6]
上述式(5)中，Rf1、Rf2分別為相同或彼此不同的碳原子數(shù)1～6的直鏈狀或支鏈狀的全氟烷基，Rf3為碳原子數(shù)1～6的直鏈狀或支鏈狀的全氟亞烷基。
上述式(6)中，Rf4、Rf5及Rf6分別為相同或彼此不同的碳原子數(shù)1～6的直鏈狀或支鏈狀的全氟亞烷基，Z包含氧原子、氮原子、CF2基及CF基的任一個。
并且，上述式(5)及(6)中Y為CO或SO2。
而且，上述式(5)及(6)中，A為選自氟、氯、溴及碘中的任一個鹵素原子。
[30]一種制造前項(xiàng)[1]所述的濾材的方法，包括如下工序：
準(zhǔn)備由上述式(1)～(4)表示的一種或兩種以上的含氮氟系化合物分散或溶解于水、有機(jī)溶劑或水與有機(jī)溶劑的混合溶劑中而成的涂布液;
將分散或溶解有所述含氮氟系化合物的涂布液涂布于基材的至少一部分表面;
通過干燥去除分散介質(zhì)或溶劑，在基材的至少一部分表面形成涂膜。
[31]根據(jù)前項(xiàng)[30]所述的濾材的制造方法，其中，
所述涂布液包含有機(jī)粘合劑或無機(jī)粘合劑。
[32]一種水處理模塊，其包含前項(xiàng)[1]至[29]中任一項(xiàng)所述的濾材。
[33]一種水處理裝置，其具備前項(xiàng)[32]所述的水處理用模塊。
本發(fā)明濾材中，在通過基材而構(gòu)成的流路的表面存在在一種或兩種以上的分子內(nèi)包含拒油性賦予基和親水性賦予基的含氮氟系化合物，因此能夠進(jìn)行油水分離，且防污性、易清洗性及抗污染性優(yōu)異。
而且，若通過具有親水性的基材形成流路，則含氮氟系化合物可充分負(fù)載于流路，因此油水分離性能等的效果的持續(xù)性優(yōu)異。
利用本發(fā)明的濾材的制造方法，將上述一種或兩種以上的含氮氟系化合物分散或溶解于水、有機(jī)溶劑或水與有機(jī)溶劑的混合溶劑中而成的涂布液、進(jìn)一步在該液中包含粘合劑的涂布液涂布在基材的表面之后，通過干燥去除分散介質(zhì)或溶劑，由此可在基材的表面形成涂膜。由此，可制造在基材的表面穩(wěn)固地負(fù)載有含氮氟系化合物的濾材。
本發(fā)明的水處理用模塊及水處理裝置包含上述濾材，因此能夠進(jìn)行油水分離，防污性、易清洗性及抗污染性優(yōu)異，并且這些效果的持續(xù)性也優(yōu)異。
