特開 2019-5742 多分岐カチオン性ホスホニウム塩、これを用いた正浸透抽出物、および正浸透海水淡水化プロセス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2019-5742(P2019-5742A)

(43)【公開日】2019年1月17日

(54)【発明の名称】多分岐カチオン性ホスホニウム塩、これを用いた正浸透抽出物、および正浸透海水淡水化プロセス

(51)【国際特許分類】

   B01D 61/00 20060101AFI20181214BHJP

   C07C 309/30 20060101ALI20181214BHJP

   C07C 65/10 20060101ALI20181214BHJP

   C07C 53/18 20060101ALI20181214BHJP

   C07F 9/54 20060101ALI20181214BHJP

【ＦＩ】

   B01D61/00 500

   C07C309/30

   C07C65/10

   C07C53/18

   C07F9/54

【審査請求】有

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

【全頁数】49

(21)【出願番号】特願2018-106103(P2018-106103)

(22)【出願日】2018年6月1日

(31)【優先権主張番号】106118071

(32)【優先日】2017年6月1日

(33)【優先権主張国】TW

(31)【優先権主張番号】107116774

(32)【優先日】2018年5月17日

(33)【優先権主張国】TW

(71)【出願人】

【識別番号】390023582

【氏名又は名称】財團法人工業技術研究院

【氏名又は名称原語表記】ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ

(74)【代理人】

【識別番号】110001494

【氏名又は名称】前田・鈴木国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】陳 意君

(72)【発明者】

【氏名】徐 美玉

(72)【発明者】

【氏名】何 雅惠

(72)【発明者】

【氏名】陳 凱▲キ▼

【テーマコード（参考）】

4D006

4H006

4H050

【Ｆターム（参考）】

4D006GA14

4D006KA33

4D006KD30

4D006PA01

4D006PA02

4D006PB03

4D006PB08

4D006PC80

4H006AA03

4H006AB80

4H006BJ50

4H006BM10

4H006BM71

4H006BN30

4H006BS10

4H006BS30

4H050AA03

4H050AB80

(57)【要約】      （修正有）

【課題】正浸透抽出物である多分岐カチオン性ホスホニウム塩の提供。
【解決手段】式（Ｉ）で表される構造を有する多分岐カチオン性ホスホニウム塩。

式中、Ｒ^１、Ｒ^２、およびＲ^３の各々は独立に直鎖または分岐鎖Ｃ_１〜Ｃ_１０アルキル基であり、Ｘ⁻は有機または無機アニオンであり、かつＺは式（ＩＩｂ）または式（ＩＩｃ）で表される構造を有する。Ｃ_２Ｈ_５Ｃ｛ＣＨ_２ＯＣＯ［ＣＨ_２］ａ★｝_３（ＩＩｂ）、Ｃ｛ＣＨ_２ＯＣＯ［ＣＨ_２］ａ★｝_３（ＩＩｃ）式中、ａは１〜１５の整数である。式（ＩＩｂ）および（ＩＩｃ）において、Ｚは星印（★）により示された位置で［Ｐ^＋（Ｒ^１）（Ｒ^２）（Ｒ^３）］に連結し、ｎは３〜４の整数である。
【選択図】なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

正浸透抽出物であって、
式（Ｉ）で表される構造を有する多分岐カチオン性ホスホニウム塩と、

【化1】

水と、
を含んでなり、
式中、Ｒ^１、Ｒ^２、およびＲ^３の各々は独立に直鎖または分岐鎖Ｃ_１〜Ｃ_１０アルキル基であり、
Ｘ⁻は有機または無機アニオンであり、
Ｚは、式（ＩＩａ）、式（ＩＩｂ）、式（ＩＩｃ）、または式（ＩＩｄ）で表される構造を有すし、

【化2】

【化3】

【化4】

【化5】

式中、ａは１〜１５の整数であり、
式（ＩＩａ）〜（ＩＩｄ）において、Ｚは星印（★）により示された位置で［Ｐ^＋（Ｒ^１）（Ｒ^２）（Ｒ^３）］に連結し、
ｎは２〜４の整数であり、
前記正浸透抽出物の濃度が５ｗｔ％以上である正浸透抽出物。

【請求項2】

Ｘ⁻はＣＨ_３ＳＯ_３⁻、Ｉ⁻、ＣＦ_３ＣＯＯ⁻、ＳＣＮ⁻、ＢＦ_４⁻、ＣＦ_３ＳＯ_３⁻、ＰＦ_６⁻、ＦｅＣｌ_４⁻、

【化6】

【化7】

【化8】

【化9】

【化10】

【化11】

【化12】

【化13】

【化14】

【化15】

【化16】

であり、このうちＲ^４は−ＣＨ_２ＣＯＯＨまたは−（ＣＨ_２）_４−ＮＨ_２であり、Ｒ^５およびＲ^６はＨまたはＣＨ_３であり、Ｒ^７は−ＣＨ（ＣＨ_３）_２、−（ＣＨ_２）_２−ＣＨ（ＣＨ_３）_２、−ＣＨ（ＣＨ_３）−ＣＨ_２−ＣＨ_３、または−ＣＨ_２−Ｃ_６Ｈ_５であり、Ｒ^８はＣＨ_３またはＨである、請求項１に記載の正浸透抽出物。

【請求項3】

Ｒ^１、Ｒ^２、およびＲ^３の各々は独立にＣ_１〜Ｃ_８アルキル基であり、ａは３〜８の整数である、請求項１に記載の正浸透抽出物。

【請求項4】

多分岐カチオン性ホスホニウム塩が式（ＩＩＩ）で表される構造を有する、請求項１に記載の正浸透抽出物。

【化17】

（式中、Ｒは直鎖または分岐鎖Ｃ_１〜Ｃ_１０アルキル基である。）

【請求項5】

前記正浸透抽出物の浸透圧が、前記正浸透抽出物の質量モル濃度(mass molar concentration)の増加に伴って単調増加する、請求項１に記載の正浸透抽出物

【請求項6】

前記多分岐カチオン性ホスホニウム塩が、１，８−オクタンジイル−ビス（トリ−ｎ−ブチルホスホニウム）ジ（ｐ−トルエンスルホナート）（1,8-octanediyl-bis(tri-n-butylphosphonium) di(p-toluenesulfonate)）（Ｐ２−ＴＯＳ）、１，８−オクタンジイル−ビス（トリ−ｎ−ブチルホスホニウム）ジ（２，４，６−トリメチル−ベンゼンスルホナート）（1,8-octanediyl-bis(tri-n-butylphosphonium)di(2,4,6-trimethyl-benzenesulfonate)）（Ｐ２−ＴＭＢＳ）、トリメチロールプロパントリス［（トリ−ｎ−ブチルホスホニウム）ブチラート］トリ（ｐ−トルエンスルホナート）（trimethylolpropane tris[(tri-n-butylphosphonium)butyrate] tri(p-toluenesulfonate）（Ｐ３−ＴＯＳ）、１，２−エタンジオールビス［（トリ−ｎ−ブチルホスホニウム）ブチラート］（1,2-ethanediol bis[(tri-n-butylphosphonium)butyrate]）（Ｐ２ａ−ＴＯＳ）、１，８−オクタンジイル−ビス（トリ−ｎ−ブチルホスホニウム）ジ（サリチル酸）（1,8-octanediyl-bis(tri-n-butylphosphonium) di(salicylic acid)）（Ｐ２−ＳＡ）、または１，８−オクタンジイル−ビス（トリ−ｎ−ブチルホスホニウム）ジ（トリフルオロ酢酸)（1,8-octanediyl-bis(tri-n-butylphosphonium) di(trifluoroacetic acid)）（Ｐ２−ＴＦＡ）である、請求項１に記載の正浸透抽出物。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、２０１７年６月１日に出願された台湾特許出願第１０６１１８０７１号、および台湾特許出願第１０６１１８０７１号の一部継続である２０１８年５月１７日に出願された台湾特許出願第１０７１１６７７４号に基づいていると共に、これらの優先権を主張し、これら開示の全体が参照することにより本明細書に援用される。

【0002】

本開示は、多分岐カチオン性ホスホニウム塩、これを用いた正浸透抽出物、および正浸透海水淡水化プロセスに関する。

【背景技術】

【0003】

人口の増加、急速な産業の発達、および環境の変化に伴って、世界は深刻な淡水資源の不足に直面している。この世界的な危機に対処すべく、より多くの国々が海水淡水化技術を開発し始めている。現在、海水淡水化に一般的に用いられている技術には、多段フラッシュ式蒸留（multi-stage flash distillation，ＭＳＦ）、低温多重効用蒸留（low-temperature multi-effect distillation，ＭＥＤ）、および逆浸透（ＲＯ）が含まれる。しかしながら、これらの技術は通常、高コスト、高エネルギー消費、および低水生成量などの欠点を有する。

【0004】

近年、正浸透（ＦＯ）海水淡水化技術が広く試験されるようになっている。正浸透の原理によれば、正浸透海水淡水化技術は、浸透圧の高い駆動溶液（ＤＳ）を用いて海水を分離すると共に淡水を得る。正浸透海水淡水化技術は、例えばそのより低いコスト、より低いエネルギー消費、およびより高い水生成量のような、他の技術に比べて優れる点を有するが、低コストの水生成プロセスを真に達成するためには、依然として適した駆動溶液が要される。

【0005】

一般に、ポリマー材料は、溶解性および高粘度に関する問題を有するため、ポリマー材料を用いて高濃度溶液を調製する（formulate）ことは難しい。よって、溶液の浸透圧をより高めることができない。低分子量のポリマー材料はより望ましい溶解度を有し、かつ調製されて高濃度溶液を作ることができるが、その浸透圧は依然として十分ではない。

【0006】

多くの駆動溶液は十分に高い浸透圧を有し得る;しかし、高エネルギー消費のために、実際の推進（promotion）には適さない。例えば、二酸化炭素を導入することによって駆動溶液の溶解度または浸透圧を高めると、駆動溶液をリサイクルするときに二酸化炭素を除去するため６０℃以上に加熱する追加のプロセスが必要となる。故に、より高いエネルギー消費が必要になる。さらに、磁気ナノ粒子が駆動溶液として用いられると共に、磁気分離によりリサイクルされて駆動溶液の再循環を実現することが報告されている。しかしながら、実際には、凝集した磁性粒子は再び容易には分散しない。また、磁気ナノ粒子を除去するのも困難である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】米国特許出願公開第２０１３０１８０９１９Ａ１号明細書

【0008】

【特許文献2】米国特許出願公開第２０１３０２４０４４４ Ａ１号明細書

【0009】

【特許文献3】中国特許第１０４９９４９３８号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本開示の１つの目的は新規な駆動溶液(抽出物（extract）)材料を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記およびその他の目的を達成するため、本開示の実施形態は、式（Ｉ）で表される構造を有する多分岐カチオン性ホスホニウム塩を提供する。

【0012】

【化1】

【0013】

式（Ｉ）中、Ｒ^１、Ｒ^２、およびＲ^３の各々は独立に直鎖または分岐鎖Ｃ_１〜Ｃ_１０アルキル基であり、Ｘ⁻は有機または無機アニオンであり、かつＺは式（ＩＩｂ）または式（ＩＩｃ）で表される構造を有する。

【0014】

【化2】

【0015】

【化3】

【0016】

式中、ａは１〜１５の整数である。式（ＩＩｂ）および（ＩＩｃ）において、Ｚは星印（★）により示された位置で［Ｐ^＋（Ｒ^１）（Ｒ^２）（Ｒ^３）］に連結し、このうちｎは３〜４の整数である。

【0017】

本開示の別の実施形態は、式（ＩＩＩ）で表される構造を有する多分岐カチオン性ホスホニウム塩を提供する。

【0018】

【化4】

【0019】

式（ＩＩＩ）中、Ｒは直鎖または分岐鎖Ｃ_１〜Ｃ_１０アルキル基であり、Ｘ⁻は有機または無機アニオンであり、かつＺは式（ＩＩｂ）または式（ＩＩｃ）で表される構造を有する。

【0020】

【化5】

【0021】

【化6】

【0022】

式中、ａは１〜１５の整数である。式（ＩＩｂ）および（ＩＩｃ）において、Ｚは星印（★）により示された位置で［Ｐ^＋（Ｒ）_３］に連結し、このうちｎは３〜４の整数である。

【0023】

本開示の別の実施形態は、多分岐カチオン性ホスホニウム塩および水を含む正浸透抽出物を提供する。多分岐カチオン性ホスホニウム塩は、式（Ｉ）で表される構造を有する。

【0024】

【化7】

【0025】

式中、Ｒ^１、Ｒ^２、およびＲ^３の各々は独立に直鎖または分岐鎖Ｃ_１〜Ｃ_１０アルキル基であり、Ｘ⁻は有機または無機アニオンであり、Ｚは式（ＩＩａ）、式（ＩＩｂ）、式（ＩＩｃ）、または式（ＩＩｄ）で表される構造を有する。

【0026】

【化8】

【0027】

【化9】

【0028】

【化10】

【0029】

【化11】

【0030】

式中、ａは１〜１５の整数であり、式（ＩＩａ）〜（ＩＩｄ）において、Ｚは星印 （★）により示された位置で［Ｐ^＋（Ｒ^１）（Ｒ^２）（Ｒ^３）］に連結し、このうちｎは２〜４の整数である。正浸透抽出物の濃度は５ｗｔ％以上である。

【0031】

本開示の別の実施形態は、半透膜の両側に上記した正浸透抽出物および純水をそれぞれ準備する工程と、正浸透（ＦＯ）モデルを用いて海水を脱塩する工程と、を含む正浸透海水淡水化プロセスを提供する。

【発明の効果】

【0032】

本開示により提供される多分岐カチオン性ホスホニウム塩を用いて抽出物を調製すると、それは容易にリサイクルされ、かつエネルギー消費が低いという利点を備える。さらに、本開示により提供される多分岐カチオン性ホスホニウム塩を用いて抽出物を調製すると、水流束（water flux）が有効に高まり、これにより水生成率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0033】

添付の図面を参照にしながら、以下の実施形態において詳細に説明する。添付の図面を参照として、下記の詳細な説明および実施例を読むことにより、本発明をより十分に理解することができる。

【図1】図１はＰ２−ＴＯＳの実際に得られた浸透圧およびイオン性液体（ＩＬ）濃度のデータのグラフを示している。

【図2】図２はＰ２−ＴＭＢＳの実際に得られた浸透圧およびイオン性液体（ＩＬ）濃度のデータのグラフを示している。

【図3】図３はＰ３−ＴＯＳの実際に得られた浸透圧およびイオン性液体（ＩＬ）濃度のデータのグラフを示している。

【図4】図４はＰ２ａ−ＴＯＳの実際に得られた浸透圧およびイオン性液体（ＩＬ）濃度のデータのグラフを示している。

【発明を実施するための形態】

【0034】

以下の開示は、提示された内容の異なる特徴を実施するための多くの異なる実施形態または実施例を提示する。本開示を簡潔とするために、特定の構成要素および配置の例が以下に述べられる。これらは、当然に、単なる例に過ぎず、限定されることは意図されていない。例えば、以下の記載における第１の特徴の第２の特徴上方または上への形成には、第１の特徴と第２の特徴とが直接に接触して形成される実施形態が含まれ得ると共に、第１の特徴と第２の特徴とが直接に接触し得ないように、第１の特徴と第２の特徴との間に追加の特徴が形成される実施形態も含まれ得る。さらに、本開示では、各種実施例において参照番号および／または文字を繰り返すことがある。この繰り返しは簡潔かつ明確とする目的でするものであって、それ自体が記載される各種実施形態および／または構成間の関係を示すことはない。

【0035】

本開示の実施形態によれば、本開示は、正浸透プロセス時において抽出物として用いることのできる多分岐カチオン性ホスホニウム塩を提供する。例えば、多分岐カチオン性ホスホニウム塩は、海水淡水化プロセス時において正浸透抽出物として用いることができる。しかし、本開示により提供される多分岐カチオン性ホスホニウム塩の用途はこれに限定はされない。調製された抽出物の濃度および浸透圧が調節されさえすれば、多分岐カチオン性ホスホニウム塩は、正浸透の原理に従った他の分離プロセスにおいて抽出物として用いることができる。例えば、それは、廃水処理、濃縮および精製、抽出、塩水脱塩、発電などに適用することもできる。

【0036】

本開示は、化学合成法を用いてテトラブチルホスホニウム p-トルエンスルホナート（tetrabutylphosphonium p-toluenesulfonate）［Ｐ_４４４４］［ＴＯＳ］のカチオン部分を修飾し、多分岐カチオン性ダイマー（Ｐ２）または多分岐カチオン性トリマー（Ｐ３）のような多分岐カチオン性オリゴマーを合成する。

【0037】

本開示の１実施形態において、式（Ｉ）で表される構造を有する多分岐カチオン性ホスホニウム塩が提供される。

【0038】

【化12】

【0039】

本開示のいくつかの実施形態において、Ｒ^１、Ｒ^２、およびＲ^３の各々は独立に直鎖または分岐鎖Ｃ_１〜Ｃ_１０アルキル基であってよく、かつＺは式（ＩＩｂ）または式（ＩＩｃ）で表される構造を有していてよい。

【0040】

【化13】

【0041】

【化14】

【0042】

式中、ａは１〜１５の整数である。式（ＩＩｂ）および（ＩＩｃ）において、Ｚは星印（★）により示された位置で［Ｐ^＋（Ｒ^１）（Ｒ^２）（Ｒ^３）］に連結し、このうちｎは３〜４の整数である。

【0043】

本開示のいくつかの実施形態において、式（Ｉ）中のＸ⁻は、一価を有する有機または無機アニオンであってよい。例えば、Ｘ⁻はＣＨ_３ＳＯ_３⁻、Ｉ⁻、ＣＦ_３ＣＯＯ⁻、ＳＣＮ⁻、ＢＦ_４⁻、ＣＦ_３ＳＯ_３⁻、ＰＦ_６⁻、ＦｅＣｌ_４⁻、

【0044】

【化15】

【0045】

【化16】

【0046】

【化17】

【0047】

【化18】

【0048】

【化19】

【0049】

【化20】

【0050】

【化21】

【0051】

【化22】

【0052】

【化23】

【0053】

【化24】

【0054】

【化25】

【0055】

であってよく、このうちＲ^４は−ＣＨ_２ＣＯＯＨまたは−（ＣＨ_２）_４−ＮＨ_２であってよく、Ｒ^５およびＲ^６はＨまたはＣＨ_３であってよく、Ｒ^７は−ＣＨ（ＣＨ_３）_２、−（ＣＨ_２）_２−ＣＨ（ＣＨ_３）_２、−ＣＨ（ＣＨ_３）−ＣＨ_２−ＣＨ_３、または−ＣＨ_２−Ｃ_６Ｈ_５であってよく、Ｒ^８はＣＨ_３またはＨであってよい。

【0056】

式（Ｉ）において、中心構造Ｚが異なるアニオンと共に配されると、合成された多分岐カチオン性ホスホニウム塩は異なる特性を備えるようになり得る。適したアニオンは必要に応じて選択可能である。

【0057】

本開示の１実施形態において、式（Ｉ）中のＸ⁻は

【0058】

【化26】

【0059】

であってよい。Ｒ^５およびＲ^６がいずれもＨである実施形態では、Ｘ⁻はｐ−トルエンスルホニル（ＴＯＳ）である。Ｒ^５およびＲ^６がいずれもＣＨ_３である実施形態では、Ｘ⁻はトリメチルベンゼンスルホナート（trimethylbenzenesulfonate，ＴＭＢＳ）である。

【0060】

本開示の１実施形態において、式（Ｉ）中のＲ^１、Ｒ^２、およびＲ^３の各々は独立にＣ_１〜Ｃ_８アルキル基である。本開示の別の実施形態では、式（Ｉ）中のＲ^１、Ｒ^２、およびＲ^３の各々は独立にＣ_１〜Ｃ_５アルキル基である。

【0061】

本開示の１実施形態において、式（ＩＩｂ）および（ＩＩｃ）中のａは３〜８の整数であり得る。

【0062】

本開示の１実施形態において、式（ＩＩＩ）で表される構造を有する多分岐カチオン性ホスホニウム塩が提供される。

【0063】

【化27】

【0064】

本開示のいくつかの実施形態において、Ｒは直鎖または分岐鎖Ｃ_１〜Ｃ_１０アルキル基であってよく、Ｘ⁻は有機または無機アニオンであってよく、かつＺは式（ＩＩｂ）または式（ＩＩｃ）で表される構造を有していてよい。

【0065】

【化28】

【0066】

【化29】

【0067】

式中、ａは１〜１５の整数である。式（ＩＩｂ）および（ＩＩｃ）において、Ｚは、星印（★）により示された位置で［Ｐ^＋（Ｒ）_３］に連結し、このうちｎは３〜４の整数である。

【0068】

本開示のいくつかの実施形態において、式（ＩＩＩ）中のＸ⁻は、一価を有する有機または無機アニオンであってよい。例えば、Ｘ⁻は、ＣＨ_３ＳＯ_３⁻、Ｉ⁻、ＣＦ_３ＣＯＯ⁻、ＳＣＮ⁻、ＢＦ_４⁻、ＣＦ_３ＳＯ_３⁻、ＰＦ_６⁻、ＦｅＣｌ_４⁻、

【0069】

【化30】

【0070】

【化31】

【0071】

【化32】

【0072】

【化33】

【0073】

【化34】

【0074】

【化35】

【0075】

【化36】

【0076】

【化37】

【0077】

【化38】

【0078】

【化39】

【0079】

【化40】

【0080】

であってよく、このうちＲ^４は−ＣＨ_２ＣＯＯＨまたは−（ＣＨ_２）_４−ＮＨ_２であってよく、Ｒ^５およびＲ^６はＨまたはＣＨ_３であってよく、Ｒ^７は−ＣＨ（ＣＨ_３）_２、−（ＣＨ_２）_２−ＣＨ（ＣＨ_３）_２、−ＣＨ（ＣＨ_３）−ＣＨ_２−ＣＨ_３、または−ＣＨ_２−Ｃ_６Ｈ_５であってよく、Ｒ^８はＣＨ_３またはＨであってよい。

【0081】

本開示の実施形態において、多分岐カチオン性ホスホニウム塩は、

【0082】

【化41】

【0083】

であってよく、このうち、ＲはＣ_１〜Ｃ_５アルキル基であってよく、Ｘ⁻はＣＨ_３ＳＯ_３⁻、ＣＦ_３ＣＯＯ⁻、ＣＦ_３ＳＯ_３⁻、

【0084】

【化42】

【0085】

【化43】

【0086】

【化44】

【0087】

【化45】

【0088】

【化46】

【0089】

【化47】

【0090】

【化48】

【0091】

【化49】

【0092】

【化50】

【0093】

であってよく、このうちＲ^４はＣＨ_２ＣＯＯＨまたは−（ＣＨ_２）_４−ＮＨ_２であってよく、Ｒ^５およびＲ^６はＨまたはＣＨ_３であってよく、Ｒ^７は−ＣＨ（ＣＨ_３）_２、−（ＣＨ_２）_２−ＣＨ（ＣＨ_３）_２、−ＣＨ（ＣＨ_３）−ＣＨ_２−ＣＨ_３、または−ＣＨ_２−Ｃ_６Ｈ_５であり、Ｒ^８はＣＨ_３またはＨであってよい。

【0094】

本開示の１実施形態において、多分岐カチオン性ホスホニウム塩は、トリメチロールプロパントリス［（トリ−ｎ−ブチルホスホニウム）ブチラート］ トリ（ｐ−トルエンスルホナート）（trimethylolpropane tris[(tri-n-butylphosphonium)butyrate] tri(p-toluenesulfonate））（Ｐ３−ＴＯＳ）であり得る。その化学式は次のとおりである。

【0095】

【化51】

【0096】

本開示のいくつかの実施形態において、多分岐カチオン性ホスホニウム塩は、下限臨界溶液温度（lower critical solution temperature, ＬＣＳＴ）を有する感温材料である。多分岐カチオン性ホスホニウム塩の相変化温度（Ｔｃ）は５〜６０℃であり得る。修飾されたカチオン部分のために、本開示において合成される多分岐カチオン性ホスホニウム塩の下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）は室温に近い。よって、本開示では、抽出物中の多分岐カチオン性ホスホニウム塩および水は、低温で液−液相分離（liquid -liquid phase separation）または固−液相分離（solid-liquid phase separation）を用いることにより分離することができ、これは低エネルギー消費のプロセスである。また、多分岐カチオン性ホスホニウム塩は感温材料でもあるため、温度の変化によって容易にリサイクルおよび再利用され得る。言い換えると、得られた本開示の多分岐カチオン性ホスホニウム塩のＬＣＳＴよりも高い温度でありさえすれば、多分岐カチオン性ホスホニウム塩は水に溶解しなくなり、水層（aqueous layer）中に残留する多分岐カチオン性ホスホニウム塩が減る。よって、相分離後、より多くの純水を得ることができ、かつ多分岐カチオン性ホスホニウム塩が効率よくリサイクルされ得る。加えて、本開示では、多分岐カチオン性ホスホニウム塩をリサイクルするために、加熱プロセスを行って高温にする必要はないため、エネルギー消費が低減される。

【0097】

本開示の別の実施形態は、上述の多分岐カチオン性ホスホニウム塩および水を含む正浸透抽出物を提供する。正浸透抽出物の浸透圧は、正浸透抽出物の質量モル濃度 (mass molar concentration) の増加に伴って単調増加する。しかし、正浸透抽出物の浸透圧と質量モル濃度とは線形関係にない。

【0098】

本開示のいくつかの実施形態において、正浸透抽出物中に含まれる多分岐カチオン性ホスホニウム塩は式（Ｉ）で表される構造を有する。

【0099】

【化52】

【0100】

式中、Ｒ^１、Ｒ^２、およびＲ^３の各々は独立に直鎖または分岐鎖Ｃ_１〜Ｃ_１０アルキル基であり、Ｘ⁻は有機または無機アニオンであり、Ｚは式（ＩＩａ）、式（ＩＩｂ）、式（ＩＩｃ）または式（ＩＩｄ）で表される構造を有する。

【0101】

【化53】

【0102】

【化54】

【0103】

【化55】

【0104】

【化56】

【0105】

式中、ａは１〜１５の整数であり、式（ＩＩａ）〜（ＩＩｄ）において、Ｚは星印（★）により示された位置で［Ｐ^＋（Ｒ^１）（Ｒ^２）（Ｒ^３）］に連結し、このうちｎは２〜４の整数である。Ｘ⁻は上述の式（Ｉ）で定義された通りであってよい。

【0106】

本開示のいくつかの実施形態において、正浸透抽出物中に含まれる多分岐カチオン性ホスホニウム塩は、

【0107】

【化57】

【0108】

【化58】

【0109】

【化59】

【0110】

であってよく、式中、Ｘ⁻は上述の式（Ｉ）で定義された通りであってよい。

【0111】

本開示の１実施形態において、正浸透抽出物中に含まれる多分岐カチオン性ホスホニウム塩は、 １，８−オクタンジイル−ビス（トリ−ｎ−ブチルホスホニウム）ジ（ｐ−トルエンスルホナート）（1,8-octanediyl-bis(tri-n-butylphosphonium) di(p-toluenesulfonate)）（Ｐ２−ＴＯＳ）であり得る。その化学式は次のとおりである。

【0112】

【化60】

【0113】

本開示の１実施形態において、正浸透抽出物中に含まれる多分岐カチオン性ホスホニウム塩は、１，８−オクタンジイル−ビス（トリ−ｎ−ブチルホスホニウム）ジ（２，４，６−トリメチル−ベンゼンスルホナート）（1,8-octanediyl-bis(tri-n-butylphosphonium) di(2,4,6-trimethyl-benzenesulfonate)）（Ｐ２−ＴＭＢＳ）であり得る。その化学式は次のとおりである。

【0114】

【化61】

【0115】

本開示の１実施形態において、正浸透抽出物中に含まれる多分岐カチオン性ホスホニウム塩は、トリメチロールプロパントリス［（トリ−ｎ−ブチルホスホニウム）ブチラート］トリ（ｐ−トルエンスルホナート）（trimethylolpropane tris[(tri-n-butylphosphonium)butyrate] tri(p-toluenesulfonate）（Ｐ３−ＴＯＳ）であり得る。その化学式は次のとおりである。

【0116】

【化62】

【0117】

本開示の１実施形態において、正浸透抽出物中に含まれる多分岐カチオン性ホスホニウム塩は、１，２−エタンジオールビス［（トリ−ｎ−ブチルホスホニウム）ブチラート］（1,2-ethanediol bis[(tri-n-butylphosphonium)butyrate]）（Ｐ２ａ−ＴＯＳ） であり得る。その化学式は次のとおりである。

【0118】

【化63】

【0119】

本開示の１実施形態において、正浸透抽出物中に含まれる多分岐カチオン性ホスホニウム塩は、１，８−オクタンジイル−ビス（トリ−ｎ−ブチルホスホニウム)ジ(サリチル酸)（1,8-octanediyl-bis(tri-n-butylphosphonium) di(salicylic acid)）（Ｐ２−ＳＡ）であり得る。その化学式は次のとおりである。

【0120】

【化64】

【0121】

本開示の１実施形態において、正浸透抽出物中に含まれる多分岐カチオン性ホスホニウム塩は、１，８−オクタンジイル−ビス（トリ−ｎ−ブチルホスホニウム）ジ（トリフルオロ酢酸)（1,8-octanediyl-bis(tri-n-butylphosphonium) di(trifluoroacetic acid)）（Ｐ２−ＴＦＡ）であり得る。その化学式は次のとおりである。

【0122】

【化65】

【0123】

本開示のいくつかの実施形態において、上述した正浸透抽出物の濃度は５ｗｔ％以上である。本開示のいくつかの実施形態において、正浸透抽出物は正浸透海水淡水化技術に適用され得る。このとき、正浸透抽出物濃度は、例えば３０ｗｔ％、５０ｗｔ％、または６０ｗｔ％よりも高いものであり得る。正浸透抽出物の濃度は特定の範囲に限定されないという点に留意しなければならない。当該濃度下にある正浸透抽出物の浸透圧が原料液体（例えば、海水、たんぱく質、産業廃水、農業または生活廃水）の浸透圧よりも高いものでさえあれば、通常は正浸透抽出物の効果は現れ得る。一般に、正浸透抽出物の浸透圧と原料液体の浸透圧との差が大きいほど、抽出効果がより優れる。故に、高濃度の水溶液を抽出物として使用すると、より優れた抽出効果が得られる。しかし、コストの観点から、当該濃度下にある正浸透抽出物の浸透圧が原料液体の浸透圧よりも高いものでさえあれば、本開示において用いることができる。本開示の実施形態により提供される多分岐カチオン性ホスホニウム塩Ｐ２−ＴＯＳを例にとると、Ｐ２−ＴＯＳはそれ自体が液体溶液であり、よって１００ｗｔ％の濃度で直接抽出物として用いることができる。ただし、望ましいＰ２−ＴＯＳ水溶液の濃度は、浸透圧の値に基づいて任意に決めることができる。

【0124】

本開示の別の実施形態は、半透膜の両側に上記した正浸透抽出物および純水をそれぞれ準備する工程と、正浸透（ＦＯ）モデルを用いて海水を脱塩する工程と、を含む正浸透海水淡水化プロセスを提供する。

【0125】

本開示により提供される多分岐カチオン性ホスホニウム塩は、カチオン部分が修飾されているため、より大きい分子量を有するが、粘度は低い。よって、 それを高濃度溶液に調製し、調製された抽出物に高い浸透圧を持たせることができる。また、本開示により提供される多分岐カチオン性ホスホニウム塩は、より低い相変化温度を有するため、使用の過程で容易にリサイクルすることができ、かつエネルギー消費が低い。加えて、本開示により提供される多分岐カチオン性ホスホニウム塩を抽出物として用いると、水流束が有効に増加し得ると共に、水生成率が高まり得る。

【0126】

以下に、作製例、比較例、および実施例を詳細に記述して、本開示により提供される多分岐カチオン性ホスホニウム塩およびそれから調製される抽出物の特徴を説明する。

【0127】

[作製例１]
１，８−オクタンジイル−ビス（トリ−ｎ−ブチルホスホニウム）ジブロミド（Ｐ２−ＴＯＳ）

【0128】

先ず、１，８−オクタンジイル−ビス（トリ−ｎ−ブチルホスホニウム）ジブロミド（1,8-octanediyl-bis(tri-n-butylphosphonium)dibromide）（以下、略してＰ２−Ｂｒと呼ぶ）を合成した：
（１）トリブチルホスフィン（tributylphosphine）８０ｇ（０．４ｍｏｌ）および１，８−ジブロモオクタン（1,8-dibromooctane）４８．９ｇ（０．１８ ｍｏｌ）を５００ｍＬの丸底瓶中に入れた。次いで、無水アセトン１５０ｍＬを加え、４０℃で４８時間攪拌した。
（２）反応が完了した後、その反応溶液をエーテル１．５Ｌ中にゆっくりと滴下した。濾過後、白色の固体粉末が得られ、次いで、それをエーテルで数回洗浄した。
（３）洗浄した白色の固体を乾燥し、１１７ｇの生成物Ｐ２−Ｂｒを得た。

【0129】

次に、１，８−オクタンジイル−ビス（トリ−ｎ−ブチルホスホニウム）ジ（ｐ−トルエンスルホナート）（以下、略してＰ２−ＴＯＳと呼ぶ）を合成した：
（１）Ｐ２−Ｂｒ２．６７ｇ（３．７ｍｍｏｌ）およびナトリウムｐ−トルエンスルホナート（sodium p-toluenesulfonate）（ＴＯＳ−Ｎａ）１．５７ｇ（８．１ｍｍｏｌ）を脱イオン水１３ｇ中に溶解し、室温で２４時間攪拌した。
（２）反応が完了した後、その反応混合物を酢酸エチル１０ｍＬで２回抽出した。上方の酢酸エチル層を収集し、脱イオン水２０ｍＬで３回洗浄して精製した。
（３）洗浄した有機層を３０℃で減圧濃縮し、１．６ｇの生成物Ｐ２−ＴＯＳを得た。

【0130】

生成物Ｐ２−ＴＯＳをＮＭＲで測定した（１Ｈ−ＮＭＲ，４００ＭＨｚ ｉｎ Ｄ_２Ｏ）で測定した：０．８１（ｔ，１８Ｈ，ＣＨ_３ＣＨ_２−），１．０９（ｍ，４Ｈ，−ＣＨ_２−）， １．１〜１．５（ｍ，３２Ｈ，−ＣＨ_２−），１．９〜２．１（ｔ，１６Ｈ，ＰＣＨ_２−），２．２５（ｓ，６Ｈ，Ａｒ−ＣＨ_３），７．２１（ｄ，４Ｈ，ＡｒＨ），７．５８ （ｄ，４Ｈ，ＡｒＨ）。生成物Ｐ２−ＴＯＳは下記の化学式を有する。

【0131】

【化66】

【0132】

[作製例２]
１，８−オクタンジイル−ビス（トリ−ｎ−ブチルホスホニウム）ジ（２，４，６−トリメチル−ベンゼンスルホナート）（Ｐ２−ＴＭＢＳ）

【0133】

１，８−オクタンジイル−ビス（トリ−ｎ−ブチルホスホニウム）ジ（２，４，６−トリメチル−ベンゼンスルホナート）（以下、略してＰ２−ＴＭＢＳと呼ぶ）を合成した：
（１）Ｐ２−Ｂｒ１０ｇ（１４．７ｍｍｏｌ）およびナトリウム２，４，６−トリメチル−ベンゼンスルホナート（sodium 2,4,6-trimethyl-benzensulfonate）（ＴＭＢＳ−Ｎａ）６．８ｇ（２９．６ｍｍｏｌ）を脱イオン水４０ｇ中に溶解し、室温で２４時間撹拌した。
（２）反応が完了した後、酢酸エチル２０ｍＬを加えて抽出した。
（３）有機層を収集し、３０℃で減圧濃縮して、生成物Ｐ２−ＴＭＢＳ１２．４ｇを得た。

【0134】

生成物Ｐ２−ＴＭＢＳをＮＭＲで測定した（^１Ｈ−ＮＭＲ，４００ＭＨｚ ｉｎ Ｄ_２Ｏ）：０．８（ｔ，１８Ｈ，ＣＨ_３ＣＨ_２−），１．０９（ｍ，４Ｈ，−ＣＨ_２−），１．１〜１．５（ｍ，３２Ｈ，−ＣＨ_２−），１．９〜２．０（ｔ，１６Ｈ，ＰＣＨ_２−），２．１２（ｓ，６Ｈ，Ａｒ−ＣＨ_３），２．２５（ｓ，１２Ｈ，Ａｒ−ＣＨ_３），６．８８（ｓ，４Ｈ，ＡｒＨ）。生成物Ｐ２−ＴＭＢＳは下記の化学式を有する。

【0135】

【化67】

【0136】

［作製例３］
トリメチロールプロパントリス［（トリ−ｎ−ブチルホスホニウム）ブチラート］トリ（ｐ−トルエンスルホナート）（Ｐ３−ＴＯＳ）

【0137】

先ず、トリメチロールプロパントリス（４−ブロモブチラート）（trimethylolpropane tris(4-bromobutyrate)）を合成した：
（１）トリメチロールプロパン（trimethylolpropane）１ｇ（８．３ｍｍｏｌ）を５０ｍＬの丸底瓶中に入れ、無水テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）２０ｍＬ中に溶解した。次いで、ＮａＨ（６０％）１．１ｇをゆっくりと加え、室温にて２時間、攪拌子で攪拌した。次いで、４−ブロモブチリルクロリド（4-bromobutyryl chloride）５ｇ（２７ｍｍｏｌ）を室温でその溶液中に滴下し、一晩反応させた。
（２）反応が完了した後、その反応混合物を濃縮してから、エーテル２０ｍＬを加えた。その混合物をろ過して固体を除去した。得られたろ液を水５０ｍＬで３回洗浄し、次いで回転蒸発（rotary-evaporated）して乾燥した。生成物であるトリメチロールプロパントリス（４−ブロモブチラート）３．４ｇを得た。

【0138】

次に、トリメチロールプロパントリス［（トリ−ｎ−ブチルホスホニウム）ブチラート］トリブロミド（trimethylolpropane tris[(tri-n-butylphosphonium)butyrate] tribromide）（以下、略してＰ３−Ｂｒと呼ぶ）を合成した：
（１）トリブチルホスフィン（tributylphosphine）１．１４ｇ（５．６ｍｍｏｌ）およびトリメチロールプロパントリス（４−ブロモブチラート） １．０６ｇ（１．８ｍｍｏｌ）を５０ｍＬの丸底瓶中に入れた。次いで、無水アセトン１０ｍＬを加え、４０℃で２４時間攪拌した。
（２）反応が完了した後、その反応溶液を濃縮した。水２０ｍＬを加え、エーテル５０ｍＬを加えて３回洗浄した。その反応液を濃縮した後、１．９ｇの生成物Ｐ３−Ｂｒを得た。

【0139】

次に、トリメチロールプロパントリス［（トリ−ｎ−ブチルホスホニウム）ブチラート］トリ（ｐ−トルエンスルホナート）（trimethylolpropane tris[(tri-n-butylphosphonium)butyrate] tri(p-toluenesulfonate)（以下、略してＰ３−ＴＯＳと呼ぶ）を合成した：
（１）Ｐ３−Ｂｒ３ｇ（２．５ｍｍｏｌ）およびナトリウムｐ−トルエンスルホナート（ＴＯＳ−Ｎａ）１．５ｇ（７．７ｍｍｏｌ）を脱イオン水５５ｇ中に溶解し、室温で２４時間撹拌した。
（２）反応が完了した後、その反応溶液を酢酸エチル１５ｍＬで１回抽出した。
（３）有機層を収集し、３０℃で減圧濃縮し、２．５ｇの生成物Ｐ３−ＴＯＳを得た。

【0140】

生成物Ｐ３−ＴＯＳをＮＭＲで測定した（^１Ｈ−ＮＭＲ，４００ＭＨｚ ｉｎ Ｄ_２Ｏ）で測定した：０．８１（ｔ，３０Ｈ，ＣＨ_３ＣＨ_２−），１．２〜１．５（ｍ，３８Ｈ，−ＣＨ_２−），１．６〜１．８（ｂｒ．ｓ，６Ｈ，−ＣＨ_２−），１．９５〜２．１（ｍ，２４Ｈ，ＰＣＨ_２−），２．２６（ｓ，９Ｈ，Ａｒ−ＣＨ_３），２．４２（ｍ，６Ｈ，−ＣＨ_２ＣＯ−），４．０（ｓ，６Ｈ，−ＯＣＨ_２−），７．２１（ｄ，６Ｈ，ＡｒＨ），７．５８（ｄ，６Ｈ，ＡｒＨ）。生成物Ｐ３−ＴＯＳは下記の化学式を有する。

【0141】

【化68】

【0142】

［作製例４］
１，２−エタンジオールビス［（トリ−ｎ−ブチルホスホニウム）ブチラート］ジ（ｐ−トルエンスルホナート））（Ｐ２ａ−ＴＯＳ）

【0143】

先ず、１，２−エタンジオールビス（４−ブロモブチラート）（1,2-ethanediol bis(4-bromobutyrate)）を合成した：
（１）１，２−エタンジオール（1,2-ethanediol）０．７９５ｇ（１２．８ｍｍｏｌ）を５０ｍＬの丸底瓶中に入れ、無水テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）２０ｍＬ中に溶解した。次いで、ＮａＨ（６０％）１．２３ｇをゆっくりと加え、室温で２時間攪拌した。次いで、４−ブロモブチリルクロリド５．３５ｇ（２．７４ｍｍｏｌ）を室温でその溶液中に滴下し、一晩反応させた。
（２）反応が完了した後、その反応混合物を濃縮してから、エーテル２０ｍＬを加えた。その溶液をろ過して固体を除去した。得られたろ液を水５０ｍＬで３回洗浄した。洗浄したろ液を濃縮し、生成物である１，２−エタンジオールビス（４−ブロモブチラート）３ｇを得た。

【0144】

次に、１，２−エタンジオールビス［（トリ−ｎ−ブチルホスホニウム）ブチラート］ジブロミド（以下、略してＰ２ａ−Ｂｒと呼ぶ）を合成した：
（１）トリブチルホスフィン（tributylphosphine）３．２ｇ（１５．８ｍｍｏｌ）および１，２−エタンジオールビス（４−ブロモブチラート）２．８５ｇ（７．９ ｍｍｏｌ）を５０ｍＬの丸底瓶中に入れた。次いで、無水アセトン１０ｍＬを加え、４０℃で２４時間攪拌した。
（２）反応が完了した後、その反応溶液を濃縮してから、水６０ｍＬを加えた。エーテル１５０ｍＬを加えて３回洗浄した。その溶液を濃縮した後、５ｇの生成物Ｐ２ａ−Ｂｒを得た。

【0145】

次に、１，２−エタンジオールビス［（トリ−ｎ−ブチルホスホニウム）ブチラート］ジ（ｐ−トルエンスルホナート）（以下、略してＰ２ａ−ＴＯＳと呼ぶ）を合成した：
（１）Ｐ２ａ−Ｂｒ５ｇ（６．５ｍｍｏｌ）およびナトリウムｐ−トルエンスルホナート（ＴＯＳ−Ｎａ）２．７９ｇ（１４．３ｍｍｏｌ）を脱イオン水２０ｇ中に溶解し、室温で２４時間撹拌した。
（２）反応が完了した後、その反応混合物を酢酸エチル２５ｍＬで１回抽出した。
（３）有機層を収集し、３０℃で減圧濃縮して、３ｇの生成物Ｐ２ａ−ＴＯＳを得た。

【0146】

生成物Ｐ２ａ−ＴＯＳをＮＭＲで測定した（１Ｈ−ＮＭＲ，４００ＭＨｚ ｉｎ Ｄ_２Ｏ）：０．８１（ｔ，１８Ｈ，ＣＨ_３ＣＨ^２−），１．２〜１．５（ｍ，２４Ｈ， −ＣＨ^２−），１．６〜１．８（ｂｒ．ｓ，４Ｈ，−ＣＨ_２−），１．９５〜２．１（ｍ，１６Ｈ，ＰＣＨ_２−），２．２６（ｓ，６Ｈ，Ａｒ−ＣＨ_３），２．４２（ｍ，４Ｈ，−ＣＨ_２ＣＯ−），４．２（ｓ，４Ｈ，−ＯＣＨ_２−），７．２１（ｄ，４Ｈ，ＡｒＨ）， ７．５８（ｄ，４Ｈ，ＡｒＨ）。生成物Ｐ２ａ−ＴＯＳは下記の化学式を有する。

【0147】

【化69】

【0148】

[作製例５]
１，８−オクタンジイル−ビス（トリ−ｎ−ブチルホスホニウム）ジ（サリチル酸）（Ｐ２−ＳＡ）

【0149】

先ず、作製例１で記載した方法にしたがってＰ２−Ｂｒを合成した。次に、下記のステップにしたがって、１，８−オクタンジイル−ビス（トリ−ｎ−ブチルホスホニウム）ジ（サリチル酸）(1,8-octanediyl-bis(tri-n-butylphosphonium) di(salicylic acid))（以下、略してＰ２−ＳＡと呼ぶ）を合成した：
（１）先ず、イオン交換樹脂を用いて、Ｐ２−ＢｒをＰ２−ＯＨ（１，８−オクタンジイル−ビス（トリ−ｎ−ブチルホスホニウム）ジヒドロキシド）((1,8-octanediyl-bis(tri-n-butylphosphonium)dihydroxide))に変換した。Ｐ２−ＯＨ２０ｇ（３６．４ｍｍｏｌ）およびサリチル酸（ＳＡ）１０．１ｇ（７２．８ｍｍｏｌ）を、エタノール３ｇを含む脱イオン水１２０ｇ中に溶解した。その混合物を室温で２４時間撹拌した。
（２）反応が完了した後、酢酸エチル８０ｍＬを加えて抽出した。
（３）有機層を収集し、約１６ｇの生成物Ｐ２−ＳＡを得た。

【0150】

生成物Ｐ２−ＳＡをＮＭＲで測定した（^１Ｈ−ＮＭＲ，４００ＭＨｚ ｉｎ Ｄ_２Ｏ；ｐｐｍ）：０．８（ｔ，１８Ｈ，ＣＨ_３−），１．２０（ｍ，４Ｈ，−ＣＨ_２−），１．２５〜１．４５（ｍ，３２Ｈ，−ＣＨ_２−），１．９０〜２．０５（ｍ，１６Ｈ，ＰＣＨ_２−），６．８１〜６．８６（ｍ，４Ｈ，ＡｒＨ），７．３２（ｔｄ，２Ｈ，ＡｒＨ），７．７０（ｄｄ，２Ｈ，ＡｒＨ）。生成物Ｐ２−ＳＡは下記の化学式を有する。：

【0151】

【化70】

【0152】

[作製例６]
１，８−オクタンジイル−ビス（トリ−ｎ−ブチルホスホニウム）ジ（トリフルオロ酢酸）（Ｐ２−ＴＦＡ）

【0153】

先ず、作製例１で記載した方法にしたがってＰ２−Ｂｒを合成した。次に、下記のステップにしたがって、１，８−オクタンジイル−ビス（トリ−ｎ−ブチルホスホニウム）ジ（トリフルオロ酢酸）（以下、略してＰ２−ＴＦＡと呼ぶ）を合成した：
（１）先ず、イオン交換樹脂を用いてＰ２−ＢｒをＰ２−ＯＨ（１，８−オクタンジイル−ビス（トリ−ｎ−ブチルホスホニウム）ジヒドロキシド）に変換した。Ｐ２−ＯＨ２０ｇ（３６．４ｍｍｏｌ）およびトリフルオロ酢酸(trifluoroacetic acid)（ＴＦＡ）８．３ｇ（７２．８ｍｍｏｌ）を脱イオン水３０ｇ中に溶解した。その混合物を室温で２４時間撹拌した。
（２）反応が完了した後、酢酸エチル２０ｍＬを加えて抽出した。
（３）有機層を濃縮し、約１２ｇの生成物のＰ２−ＴＦＡを得た。

【0154】

生成物Ｐ２−ＴＦＡをＮＭＲで測定した（^１Ｈ−ＮＭＲ，４００ＭＨｚ ｉｎ Ｄ_２Ｏ；ｐｐｍ）：０．８１（ｔ，１８Ｈ，ＣＨ_３−），１．２３（ｍ，４Ｈ，−ＣＨ_２−），１．３〜１．５（ｍ，３２Ｈ，−ＣＨ_２−），２．０〜２．２（ｔ，１６Ｈ，ＰＣＨ_２−）；（^１９Ｆ−ＮＭＲ，４００ＭＨｚ ｉｎ Ｄ_２Ｏ；ｐｐｍ）：７５．５４。生成物 Ｐ２−ＴＦＡは下記の化学式を有する。

【0155】

【化71】

【0156】

[比較例１]
市販のテトラブチルホスホニウムｐ−トルエンスルホナート）（アルドリッチ ９５ｗｔ％）［Ｐ_４４４４］［ＴＯＳ］を比較例として用いた。

【0157】

[比較例２]
比較例１で合成したＰ２−ＢｒをＮＭＲで測定した（^１Ｈ−ＮＭＲ，４００ＭＨｚ ｉｎ Ｄ_２Ｏ；ｐｐｍ）：０．８１（ｔ，１８Ｈ，ＣＨ_３−），１．０９（ｍ，４Ｈ，−ＣＨ_２−），１．１〜１．５（ｍ，３２Ｈ，−ＣＨ_２−），１．９〜２．１（ｔ， １６Ｈ，ＰＣＨ_２−）。Ｐ２−Ｂｒは下記の化学式を有する。：

【0158】

【化72】

【0159】

[比較例３]
下記のステップにしたがって、１，２−エタンジオールビス［（トリ−ｎ−ブチルホスホニウム）アセチラート］ジブロミド）（1,2-ethanediol bis[(tri-n-butylphosphonium) acetyrate] dibromide)）（以下、略してＰ２ａ１−Ｂｒと呼ぶ）を合成した：
（１）トリブチルホスフィン１ｇ（４．９３ｍｍｏｌ）および１，２−エタンジオールビス（ブロモアセチラート）（1,2-ethanediol bis(bromoacetyrate)）０．７５２ｇ（２．４７ｍｍｏｌ）を１００ｍＬの丸底瓶中に入れた。次いで、無水アセトン１０ｍＬを加え、４０℃で４８時間攪拌した。
（２）反応が完了した後、その反応溶液を濃縮した。水４０ｍＬを加えると共に、エーテル１００ｍＬを加えて３回洗浄した。その反応溶液を濃縮した後、１ｇの生成物Ｐ２ａ１−Ｂｒを得た。

【0160】

生成物Ｐ２ａ１−ＢｒをＮＭＲで測定した（^１Ｈ−ＮＭＲ，４００ＭＨｚ ｉｎ Ｄ_２Ｏ；ｐｐｍ）：０．８（ｔ，１８Ｈ，ＣＨ_３−），１．２〜１．６（ｍ，２４Ｈ，−ＣＨ_２−），２．３〜２．３（ｍ，１２Ｈ，ＰＣＨ_２−），３．５２（ｄ，４Ｈ，−ＣＨ_２（ＣＯ）−），４．４（ｓ，４Ｈ，−ＯＣＨ_２−）。生成物Ｐ２ａ１−Ｂｒは下記の化学式を有する。

【0161】

【化73】

【0162】

[比較例４]
下記のステップにしたがって、トリメチロールプロパントリス［（トリ−ｎ−ブチルホスホニウム）ブチラート］トリブロミド（以下、略してＰ３−Ｂｒと呼ぶ）を合成した：
（１）トリブチルホスフィン１．１４ｇ（５．６ｍｍｏｌ）およびトリメチロールプロパントリス（４−ブロモブチラート）１．０６ｇ（１．８ｍｍｏｌ）を５０ｍＬの丸底瓶中に入れた。次いで、無水アセトン１０ｍＬを加え、４０℃で２４時間攪拌した。
（２）反応が完了した後、その反応溶液を濃縮した。水２０ｍＬを加えると共に、エーテル５０ｍＬを加えて３回洗浄した。その反応溶液を濃縮し、１．９ｇの生成物Ｐ３−Ｂｒを得た。

【0163】

生成物Ｐ３−ＢｒをＮＭＲで測定した（^１Ｈ−ＮＭＲ，４００ＭＨｚ ｉｎ Ｄ_２Ｏ；ｐｐｍ）：０．８１（ｔ，３０Ｈ，ＣＨ_３−），１．２〜１．５（ｍ，３８Ｈ，−ＣＨ_２−），１．６〜１．８（ｂｒ．ｓ，６Ｈ，−ＣＨ_２−），１．９５〜２．１（ｍ，２４Ｈ，ＰＣＨ_２−），２．４２（ｍ，６Ｈ，−ＣＨ_２ＣＯ−），４．０（ｓ， ６Ｈ，−ＯＣＨ_２−）。生成物Ｐ３−Ｂｒは下記の化学式を有する。

【0164】

【化74】

【0165】

[実施例１]粘度の測定
作製例１で得た多分岐カチオン性ホスホニウム塩Ｐ２−ＴＯＳ、作製例２で得た多分岐カチオン性ホスホニウム塩Ｐ２−ＴＭＢＳ、作製例３で得た多分岐カチオン性ホスホニウム塩Ｐ３−ＴＯＳ、および作製例４で得た多分岐カチオン性ホスホニウム塩Ｐ２ａ−ＴＯＳを、それぞれ濃度７５ｗｔ％の水溶液に調製した。粘度計Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ ＤＶ２ＴＬＶＣＪ０により２０℃で粘度を測定した。その結果が表１に示されている。

【0166】

【表1】

【0167】

操作可能とするため、操作の経験によれば、抽出物としての使用に適した材料の粘度は２００ｃｐ以下であることが好ましい。粘度が高すぎる場合、その材料は、流動上の困難のために、抽出物として用いるのに適さない。ポリマー材料は、高粘度の問題により引き起こされる操作上の困難のために、高濃度で抽出物として用いるのに適していない。本開示の作製例１から４の多分岐カチオン性ホスホニウム塩はカチオンで修飾されているために分子量が大きいということが、表１においてわかる。しかし、それらは、多分岐カチオン性ホスホニウム塩が７５ｗｔ％の高濃度水溶液に調製されたとき、最も高い粘度はわずか１１０ｃｐであり、これは依然操作可能な粘度の範囲内である。言い換えると、本開示の作製例１から４の多分岐カチオン性ホスホニウム塩の溶液の粘度は、分子量の増加によって著しく増加するということはない。故に、本開示の作製例１から４の多分岐カチオン性ホスホニウム塩は、粘度が高すぎるため高濃度では抽出物として用いることのできないポリマー材料のようではない。

【0168】

［実施例２］浸透圧の測定
作製例１で得た多分岐カチオン性ホスホニウム塩Ｐ２−ＴＯＳ、作製例２で得た多分岐カチオン性ホスホニウム塩Ｐ２−ＴＭＢＳ、作製例３で得た多分岐カチオン性ホスホニウム塩Ｐ３−ＴＯＳ、作製例４で得た多分岐カチオン性ホスホニウム塩Ｐ２ａ−ＴＯＳ、作製例５で得た多分岐カチオン性ホスホニウム塩Ｐ２−ＳＡ、および作製例６で得た多分岐カチオン性ホスホニウム塩Ｐ２−ＴＦＡをそれぞれ濃度の異なる水溶液に調製した。氷点浸透圧計（ＯＳＭＯＭＡＴ ０３０；ＧＯＮＯＴＥＣ）および氷点法を用いて浸透圧を測定した。

【0169】

水溶液の濃度が３０ｗｔ％よりも大きいと、浸透圧は通常、計器で測定することができないという点に留意すべきである。しかし、濃度が３０ｗｔ％よりも大きい水溶液の浸透圧を、濃度の低い水溶液の浸透圧測定の結果から、外挿法を用いることにより予測することができる。よって、本開示の以下の実施例では、低濃度における作製例１から４で作製した水溶液の浸透圧をあらかじめ測定しておき、質量モル濃度（mass molar concentration）に関連する浸透圧のシミュレーション関数をプロットした。シミュレーション関数を用いて高濃度における水溶液の浸透圧を予測した。このうち、質量モル濃度(重量モル濃度（molality）)と重量パーセント（ｗｔ％）間の換算式は：

【0170】

ｗｔ％＝重量モル濃度×Ｍｗ／［（重量モル濃度×Ｍｗ）＋１０００］

【0171】

とした。Ｍｗは水溶液中の溶質の分子量（ｇ／ｍｏｌ）を表す。

【0172】

表２は、異なる濃度の水溶液となるよう調製した作製例1で得た多分岐カチオン性ホスホニウム塩Ｐ２−ＴＯＳの浸透圧を示している。氷点法により測定し、実際に得られたＰ２−ＴＯＳの浸透圧およびＩＬ濃度データのグラフが図１に示されている。

【0173】

【表2】

【0174】

表３は、異なる濃度の水溶液となるよう調製した作製例２で得た多分岐カチオン性ホスホニウム塩Ｐ２−ＴＭＢＳの浸透圧を示している。氷点法により測定し、実際に得られたＰ２−ＴＭＢＳの浸透圧およびＩＬ濃度データのグラフが図２に示されている。

【0175】

【表3】

【0176】

表４は、異なる濃度の水溶液となるよう調製した作製例３で得た多分岐カチオン性ホスホニウム塩Ｐ３−ＴＯＳの浸透圧を示している。氷点法により測定し、実際に得られたＰ３−ＴＯＳの浸透圧およびＩＬ濃度データのグラフが図３に示されている。

【0177】

【表4】

【0178】

表５は、異なる濃度の水溶液となるよう調製した作製例４で得た多分岐カチオン性ホスホニウム塩Ｐ２ａ−ＴＯＳの浸透圧を示している。氷点法により測定し、実際に得られたＰ２ａ−ＴＯＳの浸透圧およびＩＬ濃度データのグラフが図４に示されている。

【0179】

【表5】

【0180】

予測値の正確さを確認するため、下記の試験を行った。Ｕ形チューブの中間に正浸透（ＦＯ）膜を設置し、７５ｗｔ％のＰ２−ＴＯＳ水溶液を一端に入れ、１１．２ｗｔ％のＮａＣｌ水溶液を他端に入れた（この濃度でのＮａＣｌ水溶液の浸透圧は海水の浸透圧の約３．２倍である）。温度２２℃でしばらく静置した後、７５ｗｔ％ Ｐ２−ＴＯＳ水溶液の液面は上昇し、１１．２ｗｔ％ ＮａＣｌ水溶液の液面は下降した。このことは、７５ｗｔ％ Ｐ２−ＴＯＳ水溶液が１１．２ｗｔ％ ＮａＣｌ水溶液（約３．８５ Ｏｓｍｏｌ／ｋｇ）よりも高い浸透圧を有していることを意味する。外挿法により予測した７０ｗｔ％ Ｐ２−ＴＯＳ水溶液の浸透圧は６．１４８（Ｏｓｍｏｌ／Ｋｇ）であり、これは３．８５ Ｏｓｍｏｌ／ｋｇよりも高く、かつ上述の結果と一致していることが、表２においてわかる。外挿法により予測した浸透圧が参考になる（informative）ものであることが示されている。

【0181】

表６は、異なる濃度の水溶液となるよう調製した作製例５で得た多分岐カチオン性ホスホニウム塩Ｐ２−ＳＡの浸透圧を示している。

【0182】

【表6】

【0183】

表７は、異なる濃度の水溶液となるよう調製した作製例６で得た多分岐カチオン性ホスホニウム塩Ｐ２−ＴＦＡの浸透圧を示している。

【0184】

【表7】

【0185】

表２〜７の結果によれば、多分岐カチオン性ホスホニウム塩水溶液の濃度の増加に相対的に、浸透圧は増加している。特に、多分岐カチオン性ホスホニウム塩水溶液の浸透圧は、質量モル濃度に伴って単調増加している。しかし、浸透圧と質量モル濃度とは直線関係を有さない。特に、表２より、作製例１で調製した水溶液の濃度が３０から４０ｗｔ％の間であったとき、浸透圧は海水の浸透圧より大きくなり得るということがわかる。よって、それは正浸透抽出物として海水淡水化に用いるのに適している。同様に、表３〜７において、作製例２で調製した水溶液の濃度が４０から５０ｗｔ％の間、作製例３で調製した水溶液の濃度が６０から７０ｗｔ％の間、作製例４で調製した水溶液の濃度が３０から４０ｗｔ％の間、作製例５で調製した水溶液の濃度が４０から５０ｗｔ％の間、作製例６で調製した水溶液の濃度が３０から４０ｗｔ％の間であったとき、浸透圧は海水の浸透圧（１．２ Ｏｓｍｏｌ／Ｋｇ）より大きくなり得るということがわかる。よって、それは正浸透抽出物として海水淡水化に用いるのに適している。

【0186】

加えて、異なる原料溶液の浸透圧に基づいて、当業者は、表２〜７に示された結果を参照にし、異なる原料溶液の水抽出プロセスに適用されることとなる、適した多分岐カチオン性ホスホニウム塩の種類、およびその調製される抽出物に適した濃度を選択することができる。

【0187】

[実施例３] 相転移温度の測定
作製例１で得た多分岐カチオン性ホスホニウム塩Ｐ２−ＴＯＳ、作製例２で得た多分岐カチオン性ホスホニウム塩Ｐ２−ＴＭＢＳ、作製例３で得た多分岐カチオン性ホスホニウム塩Ｐ３−ＴＯＳ、作製例４で得た多分岐カチオン性ホスホニウム塩Ｐ２ａ−ＴＯＳ、作製例５で得た多分岐カチオン性ホスホニウム塩Ｐ２−ＳＡ、作製例６で得た多分岐カチオン性ホスホニウム塩Ｐ２−ＴＦＡ、および比較例１の［Ｐ_４４４４］［ＴＯＳ］、比較例２のＰ２−Ｂｒ、比較例３のＰ２ａ１−Ｂｒ、比較例４のＰ３−Ｂｒをそれぞれ異なる濃度で水溶液に調製し、曇り始めるまで溶液をゆっくり昇温した。溶液が曇り始める最低の温度（曇り点温度；Ｔｃ）が相転移温度である。測定したＴｃ（℃）の結果が表６に示されている。

【0188】

【表8】

【0189】

表８では、生成物Ｐ２−ＴＯＳにより作製された水溶液を“作製例１”と表し、生成物Ｐ２−ＴＭＢＳにより作製された水溶液を“作製例２”と表し、生成物Ｐ３−ＴＯＳにより作製された水溶液を“作製例３”と表し、生成物Ｐ２ａ−ＴＯＳにより作製された水溶液を“作製例４”と表し、生成物Ｐ２−ＳＡにより作製された水溶液を“作製例５”と表し、生成物Ｐ２−ＴＦＡにより作製された水溶液を“作製例６”と表し、生成物［Ｐ_４４４４］［ＴＯＳ］により作製された水溶液を“比較例１”と表し、生成物Ｐ２−Ｂｒにより作製された水溶液を“比較例２”と表し、生成物Ｐ２ａ１−Ｂｒにより作製された水溶液を“比較例３”と表し、生成物Ｐ３−Ｂｒにより作製された水溶液を“比較例４”と表した、表８から、４０ｗｔ％［Ｐ_４４４４］［ＴＯＳ］水溶液の相転移温度が約５５℃であったことがわかる。それを抽出物として用いた場合、相転移温度が高すぎるため、抽出物をリサイクルするときに、エネルギー消費は増加するであろう。

【0190】

比較すると、同じ濃度条件（４０ｗｔ％）の下、作製例１〜４で作製した多分岐カチオン性ホスホニウム塩の水溶液の相転移温度は、［Ｐ_４４４４］［ＴＯＳ］水溶液の相転移温度より低かった。例えば、作製例１の４０ｗｔ％水溶液の相転移温度は約３９℃であり、作製例２の４０ｗｔ％水溶液の相転移温度は約２６℃であり、作製例４の４０ｗｔ％水溶液の相転移温度は約４１℃であり、作製例３の４０ｗｔ％水溶液の相転移温度はさらに下がって約１５℃であった。加えて、表８から、同じ濃度条件（例えば２０〜５０ｗｔ％）の下、作製例５および６で作製した多分岐カチオン性ホスホニウム塩の水溶液の相転移温度が、［Ｐ_４４４４］［ＴＯＳ］水溶液の相転移温度よりも低かったということがわかる。

【0191】

作製例１〜６の水溶液が抽出物として用いられたとき、抽出物のリサイクルが容易となり、かつエネルギー消費が低下したことがわかった。

【0192】

実施例１および２の浸透圧および相転移温度の特性を比較すると、本開示により作製された多分岐カチオン性ホスホニウム塩のうち、作製例１のＰ２−ＴＯＳは、［Ｐ_４４４４］［ＴＯＳ］に比べて高い浸透圧、および低い相転移温度を有し、それは最良の効果を有する。以下に、作製例１〜４の多分岐カチオン性ホスホニウム塩を抽出物に調製し、正浸透（ＦＯ）の検証を行った。

【0193】

［実施例４］正浸透（ＦＯ）の検証
Ｄｏｗ ｆｉｌｍｔｅｃ ｔｗ３０−３０１２−５００（半透膜）を用いた。面積は８×８ｃｍであり、クロスフローは２５ｃｍ／ｓであった。供給液（feed solution）は純水とした。抽出物は７５ｗｔ％ Ｐ２−ＴＯＳ水溶液、７５ｗｔ％ Ｐ２−ＴＭＢＳ水溶液、５０ｗｔ％ Ｐ２ａ−ＴＯＳ水溶液、または７０ｗｔ％［Ｐ_４４４４］［ＴＯＳ］水溶液とした。正浸透の検証を、ＦＯモデルを用いて行った（ａｃｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ ｆａｃｅｄ ｔｈｅ ｆｅｅｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎ， ＡＬ−ＦＳ）。その結果が表９に示されている。

【0194】

【表9】

【0195】

表９から、抽出物が７０ｗｔ％［Ｐ_４４４４］［ＴＯＳ］水溶液であるとき、水流束はわずか１．３１（ＬＭＨ）であったことがわかる。対照的に、本開示の作製例１で作製した７５ｗｔ％ Ｐ２−ＴＯＳ水溶液の水流束は３．０９（ＬＭＨ）であり、水流束は約２．３倍増加した。作製例２で作製した７５ｗｔ％ Ｐ２−ＴＭＢＳ水溶液の水流束は３．０４（ＬＭＨ）であり、水流束は約２．３倍増加した。作製例４で作製した５０ｗｔ％ Ｐ２ａ−ＴＯＳ水溶液の水流束は２．０（ＬＭＨ）であり、水流束は約１．５倍増加した。

【0196】

上記実施例の結果により証明されたように、多分岐カチオン性ホスホニウム塩のカチオン部分が修飾されているため分子量が増加するが、抽出物に調製すると、それは、低粘度、高浸透圧、および低相転移温度の特徴を有するようになる。

【0197】

開示された実施形態に様々な修飾および変更を加え得ることは、当業者には明らかであろう。明細書および実施例は単に例示として認められるよう意図されており、本開示の真の範囲は、以下の特許請求の範囲およびそれらの均等物により示される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【外国語明細書】

2019005742000001.pdf

2019005742000002.pdf

2019005742000003.pdf

2019005742000004.pdf