特開 2024-135162 清澄化された液体の製造方法及び液体清澄化装置

(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】P2024135162

(43)【公開日】2024-10-04

(54)【発明の名称】清澄化された液体の製造方法及び液体清澄化装置

(51)【国際特許分類】

   B01D 61/22 20060101AFI20240927BHJP

   B01D 69/00 20060101ALI20240927BHJP

【ＦＩ】

B01D61/22

B01D69/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023045710

(22)【出願日】2023-03-22

(71)【出願人】

【識別番号】504180239

【氏名又は名称】国立大学法人信州大学

(71)【出願人】

【識別番号】592243553

【氏名又は名称】株式会社タカギ

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100145012

【弁理士】

【氏名又は名称】石坂 泰紀

(74)【代理人】

【識別番号】100153969

【弁理士】

【氏名又は名称】松澤 寿昭

(72)【発明者】

【氏名】金子 克美

(72)【発明者】

【氏名】村田 克之

【テーマコード（参考）】

4D006

【Ｆターム（参考）】

4D006GA06

4D006HA41

4D006HA95

4D006JA03A

4D006JA03C

4D006JA52Z

4D006JA53Z

4D006JA63Z

4D006JA67Z

4D006KA64

4D006KA71

4D006KB30

4D006KE07Q

4D006MA03

4D006MA09

4D006MA22

4D006MA26

4D006MC01

4D006MC05

4D006MC58

4D006PA01

4D006PA03

4D006PB03

4D006PB08

4D006PB12

4D006PB24

4D006PB52

4D006PB53

4D006PB55

4D006PB59

4D006PC11

4D006PC17

4D006PC47

4D006PC80

(57)【要約】

【課題】本開示は、処理対象の液体から不要物を分離して目的の液体を低コストで得ることが可能な清澄化された液体の製造方法及び液体清澄化装置を説明する。
【解決手段】清澄化された液体の製造方法は、不要物を含有する液体を、所定の操作圧にて加圧した状態で、第１の微小孔と、第１の微小孔より大きい第２の微小孔とを含むナノメートルオーダーの複数の微小孔が形成されたフィルタに供給して、液体を分子の状態で第１の微小孔を透過させる第１の工程と、第１の微小孔を透過した液体の分子を加圧して液状に戻す第２の工程とを含む。操作圧は、液体が第２の微小孔を液状で通過しない圧力である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

不要物を含有する液体を、所定の操作圧にて加圧した状態で、第１の微小孔と、前記第１の微小孔より大きい第２の微小孔とを含むナノメートルオーダーの複数の微小孔が形成されたフィルタに供給して、前記液体を分子の状態で前記第１の微小孔を透過させる第１の工程と、
前記第１の微小孔を透過した前記液体の分子を加圧して液状に戻す第２の工程とを含み、
前記操作圧は、前記液体が前記第２の微小孔を液状で通過しない圧力である、清澄化された液体の製造方法。

【請求項2】

前記第２の微小孔は前記複数の微小孔のうち最も大きく、
前記操作圧は、前記液体を前記フィルタに加圧して供給したときに、前記液体が前記第２の微小孔から液状で通過したときの圧力である透過圧よりも低い圧力である、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記操作圧は前記透過圧の６０％～９５％の大きさである、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記第１の微小孔の直径が２ｎｍ以下であり、前記第２の微小孔の直径が２ｎｍよりも大きい、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項5】

前記第１の工程は、前記フィルタの上流側の表面に沿って流れるように前記フィルタに前記液体を供給することを含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

第１の微小孔と、前記第１の微小孔より大きい第２の微小孔とを含むナノメートルオーダーの複数の微小孔が形成されたフィルタと、
不要物を含有する液体を、前記液体が前記第２の微小孔を液状で通過しない圧力である操作圧にて加圧して、前記フィルタに供給するように構成された供給部と、
前記第１の微小孔を透過した前記液体の分子を加圧して液状に戻すように構成された加圧部とを備える、液体清澄化装置。

【請求項7】

前記第２の微小孔は前記複数の微小孔のうち最も大きく、
前記操作圧は、前記液体を前記フィルタに加圧して供給したときに、前記液体が前記第２の微小孔から液状で通過したときの圧力である透過圧よりも低い圧力である、請求項６に記載の装置。

【請求項8】

前記操作圧は前記透過圧の６０％～９５％の大きさである、請求項７に記載の装置。

【請求項9】

前記第１の微小孔の直径が２ｎｍ以下であり、前記第２の微小孔の直径が２ｎｍよりも大きい、請求項６～８のいずれか一項に記載の装置。

【請求項10】

前記供給部は、前記フィルタの上流側の表面に沿って流れるように前記フィルタに前記液体を供給するように構成されている、請求項６～８のいずれか一項に記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、清澄化された液体の製造方法及び液体清澄化装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、海水を加圧して逆浸透膜に通水し、淡水を生成する方法を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－２０３２５８号公報

【特許文献2】特許第６５８８９０７号

【特許文献3】特開平５－０２３５５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、逆浸透法により海水を淡水化する際には、一般に、約５Ｍｐａ～７ＭＰａ程度の極めて高い圧力を海水に作用させている。そのため、大量の電気エネルギーを消費してランニングコストが嵩むと共に、このような高圧に耐える設備（例えば、配管、ポンプなど）の建造のためのイニシャルコストも嵩んでいた。

【0005】

そこで、本開示は、処理対象の液体から不要物を分離して目的の液体を低コストで得ることが可能な清澄化された液体の製造方法及び液体清澄化装置を説明する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

清澄化された液体の製造方法の一例は、不要物を含有する液体を、所定の操作圧にて加圧した状態で、第１の微小孔と、第１の微小孔より大きい第２の微小孔とを含むナノメートルオーダーの複数の微小孔が形成されたフィルタに供給して、液体を分子の状態で第１の微小孔を透過させる第１の工程と、第１の微小孔を透過した液体の分子を加圧して液状に戻す第２の工程とを含む。操作圧は、液体が第２の微小孔を液状で通過しない圧力である。

【発明の効果】

【0007】

本開示に係る清澄化された液体の製造方法及び液体清澄化装置によれば、処理対象の液体から不要物を分離して目的の液体を低コストで得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、液体清澄化装置の一例を示す概略図である。

【図2】図２は、フィルタの一例を示す断面図である。

【図3】図３は、操作圧を決定するための手順を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。なお、本明細書において、図の上、下、右、左というときは、図中の符号の向きを基準とすることとする。

【0010】

［液体清澄化装置の構成］
図１及び図２を参照して、液体清澄化装置１の構成について説明する。液体清澄化装置１は、処理対象の液体Ｌ１から不要物を分離して目的の液体Ｌ２（清澄化された液体）を生成するように構成されている。液体清澄化装置１は、図１に例示されるように、供給部１０と、フィルタ部２０と、加圧部３０と、コントローラＣｔｒ（制御部）とを備える。

【0011】

供給部１０は、処理対象の液体Ｌ１をフィルタ部２０に供給するように構成されている。供給部１０は、ガス源１１と、ポンプ１２と、レギュレータ１３と、送液タンク１４と、配管Ｄ１，Ｄ２とを含む。

【0012】

ガス源１１は、気体の供給源であり、送液タンク１４に気体を供給して送液タンク１４内を加圧するように構成されている。気体は、例えば、空気であってもよいし、不活性ガスであってもよい。不活性ガスとしては、例えば、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガスなどであってもよい。

【0013】

ガス源１１は、配管Ｄ１を介して、送液タンク１４に接続されている。すなわち、配管Ｄ１の上流端は、ガス源１１に接続されている。配管Ｄ１の下流端は、送液タンク１４の天壁に接続されている。

【0014】

ポンプ１２及びレギュレータ１３は、配管Ｄ１の上流側からこの順に、配管Ｄ１上に設けられている。ポンプ１２は、コントローラＣｔｒからの動作信号に基づき動作して、ガス源１１の気体を圧縮して下流側に送気する（すなわち圧送する）ように構成されている。ポンプ１２に代えて、コンプレッサが用いられてもよい。

【0015】

レギュレータ１３は、コントローラＣｔｒからの動作信号に基づいて動作し、電気信号に比例してガス源１１ら供給される気体の圧力を無段階に制御するように構成されている。すなわち、レギュレータ１３は、送液タンク１４内への気体の圧力の大きさを調整可能に構成されている。図１に示される例では、レギュレータ１３は、送液タンク１４内への気体の圧力が設定された一定の圧力となるように制御されてもよい。

【0016】

送液タンク１４は、フィルタ部２０に供給するための処理対象の液体Ｌ１を貯留するように構成されている。ポンプ１２及びレギュレータ１３によって加圧された気体が送液タンク１４に供給されると、送液タンク１４に貯留されている液体Ｌ１が、配管Ｄ２を介して、フィルタ部２０に圧送される。すなわち、液体Ｌ１は、所定の圧力（操作圧Ｐｏｐ）に加圧された状態で、フィルタ部２０に供給される。配管Ｄ２の上流端は、送液タンク１４の下底近傍に位置していてもよい。

【0017】

フィルタ部２０は、筐体２１と、フィルタ２２と、バルブＶ１，Ｖ２と、配管Ｄ３，Ｄ４とを含む。筐体２１は、フィルタ２２を収納するように構成されている。筐体２１の内部空間は、フィルタ２２によって上流側空間ＳＰ１と下流側空間ＳＰ２とに区画されている。筐体２１には、上流側空間ＳＰ１と連通するように、配管Ｄ２の下流端と、配管Ｄ３の上流端とが接続されている。筐体２１には、下流側空間ＳＰ２と連通するように、配管Ｄ４の上流端が接続されている。

【0018】

図１に例示されるように、配管Ｄ２の下流端は、上流側空間ＳＰ１の一端側（図２の左端側）に位置しており、配管Ｄ３の上流端は、上流側空間ＳＰ１の他端側（図２の右端側）に位置していてもよい。この場合、配管Ｄ２を介して上流側空間ＳＰ１内に流入した液体Ｌ１は、フィルタ２２のうち上流側空間ＳＰ１の表面に沿って流れた後、配管Ｄ３を通じて筐体２１の外部に流出する。すなわち、上流側空間ＳＰ１内におけるフィルタ２２に対する液体Ｌ１の流れが、いわゆるタンジェンシャルフロー（クロスフロー）となる。

【0019】

フィルタ２２は、処理対象の液体Ｌ１から不要物を分離するように構成されている。フィルタ２２は、図２に例示されるように、ベース部材２３と、支持体２４と、フィルタ本体２５とを含む。

【0020】

ベース部材２３は、操作圧Ｐｏｐにて加圧された液体Ｌ１が支持体２４及びフィルタ本体２５に作用したときに、これらが下流側に押し流されたり破損したりしないよう、これらを支持している。そのため、ベース部材２３は、例えば、金属によって構成されていてもよい。

【0021】

ベース部材２３は、枠体２３ａと、網部材２３ｂとを含む。枠体２３ａは、環状を呈しており、網部材２３ｂの周囲を取り囲んで網部材２３ｂを保持するように構成されている。枠体２３ａは、例えば、矩形状であってもよいし、円環状であってもよい。網部材２３ｂは、支持体２４と重なり合うように支持体２４の一方の主面（図２の例では下面）に接合されている。

【0022】

支持体２４は、フィルタ本体２５を支持している。支持体２４は、例えば、フィルム状のフォトレジストであってもよいし、ポリイミド膜であってもよい。支持体２４は、一方の主面（図２の例では下面）から他方の主面（図２の例では上面）に至るまで延びる複数の貫通孔２４ａを含んでいる。複数の貫通孔２４ａは、例えば、生検トレパンなどの穿孔機によって形成されてもよい。複数の貫通孔２４ａの直径は、例えば、１ｍｍ程度であってもよい。

【0023】

フィルタ本体２５は、原子レベルの厚さの薄膜（単分子膜）によって構成されていてもよい。フィルタ本体２５は、例えば、単層のグラフェンシートであってもよいし、２層以上のグラフェンシートが重ね合わされた複合シートであってもよい。

【0024】

フィルタ本体２５は、直径の異なるナノメートルオーダーの複数の微小孔を含む。すなわち、フィルタ本体２５は、図３（ａ）に例示されるように、直径が所定の大きさ（以下、「基準径」ともいう。）より大きい複数の非極小孔２５ａ（第２の微小孔）と、直径が基準径以下の複数の極小孔２５ｂ（第１の微小孔）とを含んでいてもよい。非極小孔は、液体Ｌ１がフィルタ本体２５に接したときに、表面張力の作用によって液体Ｌ１を孔内に保持するように構成されている。極小孔は、液体Ｌ１がフィルタ本体２５に接したときに表面張力が作用せず、液体Ｌ１を分子の状態で透過させるように構成されている。なお、図３において、非極小孔２５ａに付されているハッチングは、当該非極小孔２５ａに液体Ｌ１が表面張力によって保持されている様子を示している。

【0025】

なお、国際純正・応用化学連合（ＩＵＰＡＣ：International Union of Pure and Applied Chemistry）によれば、直径２ｎｍ以下の微小孔が「マイクロ孔」と定義されており、直径２ｎｍ～５０ｎｍの微小孔が「メソ孔」と定義されており、直径５０ｎｍ以上の微小孔が「マクロ孔」と定義されている。この定義に準じて、フィルタ本体２５は、例えば、複数のマイクロ孔と、複数のメソ孔と、複数のマクロ孔とを含んでいてもよい。２ｎｍよりも大きいメソ孔及びマクロ孔が上記の非極小孔に対応しており、２ｎｍ以下のマイクロ孔が上記の極小孔に対応していてもよい。すなわち、基準径が２ｎｍに設定されていてもよい。

【0026】

フィルタ本体２５がグラフェンシートによって構成されている場合、グラフェンシートが所定温度にて所定時間空気中で加熱されることにより、ナノメートルオーダーの複数の微小孔がグラフェンシートに形成される。本願出願人らによる特許第６５８８９０７号によれば、当該所定温度は、例えば、１６０℃～２５０℃であってもよく、２００℃～２５０℃であってもよい。また、同特許によれば、当該所定時間は、例えば、２０時間以上であってもよく、５０時間以上であってもよい。

【0027】

このような熱処理によってフィルタ本体２５に微小孔が形成される場合、微小孔の形状は、真円ではなく、略円形状を呈する。そのため、本書において、微小孔の「直径」は、微小孔に内接する円の直径をいうものとする。微小孔の「直径」は、例えば、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）などの走査型プローブ顕微鏡を用いて直接測定されてもよいし、電子顕微鏡を用いて観察された微小孔の原子中心を通る最大内接円から炭素原子の直径を減算して算出されてもよいし、バブルポイント法によって測定された表面張力に基づいて微小孔の最大内接円の直径が算出されてもよい。

【0028】

バルブＶ１は、配管Ｄ３上に設けられている。バルブＶ１は、例えば、バルブＶ１に所定の大きさの圧力が作用したとき自動的に開放状態となるリリーフ弁であってもよい。バルブＶ１が開放状態となる圧力は、例えば、液体Ｌ１の操作圧Ｐｏｐよりも小さくなるように設定されていてもよい。この場合、液体Ｌ１が上流側空間ＳＰ１に流入して配管Ｄ３を通じてバルブＶ１に到達すると、バルブＶ１が自動的に開放されて配管Ｄ３を通じて上流側空間ＳＰ１から排出される。そのため、上流側空間ＳＰ１内において、液体Ｌ１が常に流動することとなる。

【0029】

バルブＶ２は、配管Ｄ４上に設けられている。バルブＶ２は、例えば、バルブＶ２に所定の大きさの圧力が作用したとき自動的に開放状態となる安全弁であってもよい。バルブＶ２が開放状態となる圧力は、例えば、液体Ｌ１の操作圧Ｐｏｐよりも小さく、且つ、フィルタ２２を透過した液体Ｌ１の分子（詳しくは後述する）の圧力よりも大きくなるように設定されていてもよい。この場合、フィルタ本体２５が破れるなどの不測の事態により、液体Ｌ１が液状のまま直接配管Ｄ４に流入したときに、バルブＶ２が自動的に開放されて配管Ｄ４を通じて液体Ｌ１が液体清澄化装置１の外部に排出される。そのため、液体清澄化装置１の全体的な損傷が防止される。

【0030】

加圧部３０は、フィルタ２２を透過した液体Ｌ１の分子を加圧して液状に戻すように構成されている。加圧部３０は、図１に例示されるように、ポンプ３１と、集液タンク３２と、バルブＶ３と、配管Ｄ５とを含む。

【0031】

ポンプ３１は、配管Ｄ５上に設けられている。ポンプ３１は、コントローラＣｔｒからの動作信号に基づき動作して、フィルタ２２を透過した液体Ｌ１の分子を圧縮して、分子間に水素結合等を作用させることにより、清澄化された液体Ｌ２とするように構成されている。配管Ｄ５の上流端は、配管Ｄ４のうちフィルタ部２０とバルブＶ２との間に接続されている。すなわち、配管Ｄ５は、フィルタ部２０とバルブＶ２との間において配管Ｄ４から分岐している。配管Ｄ５の下流端は、集液タンク３２に接続されている。

【0032】

集液タンク３２は、ポンプ３１によって液化された液体Ｌ２を回収するように構成されている。バルブＶ３は、配管Ｄ５上に設けられている。バルブＶ３は、コントローラＣｔｒからの動作信号に基づいて開閉動作するように構成されている。バルブＶ３は、液体清澄化装置１の稼働時に開放され、液体清澄化装置１の停止時に閉鎖されてもよい。

【0033】

［操作圧の決定方法］
続いて、図３を参照して、操作圧Ｐｏｐの決定方法について説明する。液体Ｌ１がフィルタ本体２５に接すると、上述のとおり、極小孔２５ｂは液体Ｌ１を分子の状態で透過させるが、非極小孔２５ａは表面張力の作用によって液体Ｌ１を孔内に保持する。例えば、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に例示されるように、フィルタ本体２５に形成されている複数の微小孔のうち最も大きな微小孔が非極小孔２５ｃ（第２の微小孔）であり、非極小孔２５ｃの直径がＤｐｅであると仮定する。このとき、液体Ｌ１に作用する圧力を徐々に大きくすると、図３（ｂ）に例示されるように、非極小孔２５ｃに保持されている液体Ｌ１が表面張力に抗して非極小孔２５ｃから押し出されてしまい、非極小孔２５ｃから液体Ｌ１が液状で通過するようになる。このときの圧力を、透過圧Ｐｐｅとする。

【0034】

ところで、透過圧Ｐｐｅと表面張力との力の釣り合いから、パラメータγ、θをそれぞれ
γ：液体Ｌ１の表面張力
θ：液体Ｌ１とフィルタ本体２５との接触角
と定義したときに、次の式１が成り立つことが知られている（例えば、特開平５－０２３５５１号公報の段落０００３を参照）。
Ｄｐｅ＝４γｃｏｓθ／Ｐｐｅ ・・・（１）

【0035】

すなわち、表面張力γ及び接触角θは予め測定しておくことで既知であるので、式１によれば、透過圧Ｐｐｅを測定することで、非極小孔２５ｃの直径Ｄｐｅを算出することができる。したがって、フィルタ本体２５において、極小孔２５ｂのみから液体Ｌ１を分子の状態で透過させる場合には、表面張力によって非極小孔２５ｃの孔内に液体Ｌ１が保持されている必要があることから、図３（ｃ）に例示されるように、透過圧Ｐｐｅよりも低い操作圧Ｐｏｐを液体Ｌ１に作用させればよい。以上より、操作圧Ｐｏｐは、透過圧Ｐｐｅよりも低い大きさに設定される。操作圧Ｐｏｐは、例えば、透過圧Ｐｐｅの６０％～９５％の大きさに設定されてもよい。操作圧Ｐｏｐは、液体Ｌ１が海水の場合には、３ＭＰａ～４ＭＰａ程度に設定されてもよい。なお、接触角θは、例えば、協和界面科学株式会社製「接触角計 ＤＭｓ－４０１」によって測定されてもよい。

【0036】

［清澄化された液体の製造方法］
続いて、上述した液体清澄化装置１を利用して、処理対象の液体Ｌ１から不要物を分離して目的の液体Ｌ２（清澄化された液体）を生成する方法について説明する。

【0037】

まず、不要物を含有する処理対象の液体Ｌ１を、送液タンク１４に貯留する。次に、コントローラＣｔｒが、ポンプ１２，３１を動作させると共に、バルブＶ３を開放状態とする。また、コントローラＣｔｒが、レギュレータ１３を制御して、液体Ｌ１の圧力が操作圧Ｐｏｐとなるように液体Ｌ１を加圧する。これにより、液体Ｌ１が、操作圧Ｐｏｐにて加圧された状態で、フィルタ部２０に供給される。

【0038】

液体Ｌ１がフィルタ部２０に供給されると、上流側空間ＳＰ１に液体Ｌ１が流入し、フィルタ２２のうち上流側空間ＳＰ１の表面に沿って流れた後、配管Ｄ３を通じて筐体２１の外部に流出する。この際、液体Ｌ１が分子の状態で、フィルタ本体２５の極小孔２５ｂを透過し、下流側空間ＳＰ２及び配管Ｄ５を介してポンプ３１に到達する。ポンプ３１は、液体Ｌ１の分子を加圧して液状に戻し、不要物を含まない液体Ｌ２を生成する。液体Ｌ２は、配管Ｄ５を通じてさらに下流側に流れ、集液タンク３２に回収される。以上により、清澄化された液体Ｌ２の製造が完了する。

【0039】

［作用］
以上の例によれば、液体Ｌ１が極小孔２５ｂを液状で通過しない操作圧Ｐｏｐにて加圧した液体Ｌ１を、フィルタ２２に供給している。すなわち、液体Ｌ１が極小孔２５ｂを液状で通過しない限度で液体Ｌ１が加圧されるので、逆浸透法よりも低い圧力によって、より多量の液体Ｌ１が分子の状態で極小孔２５ｂを通過するようになる。そのため、液体Ｌ１に不要物が含まれていても、液体Ｌ１のうち分子の状態となった要素がフィルタ２２によって、効率的に取り出される。したがって、処理対象の液体Ｌ１から不要物を分離して目的の液体Ｌ２を低コストで得ることが可能となる。

【0040】

以上の例によれば、操作圧Ｐｏｐは、液体Ｌ１をフィルタ２２に加圧して供給したときに、液体Ｌ１が非極小孔２５ｃから液状で通過したときの圧力である透過圧Ｐｐｅよりも低い圧力に設定されうる。この場合、液体Ｌ１の処理中、フィルタ２２に存在する非極小孔２５ａの全てにおいて、表面張力により液体Ｌ１が保持される。そのため、非極小孔２５ａから液体Ｌ１が液状で通過することがほぼ防止される。したがって、処理対象の液体Ｌ１から不要物を分離して目的の液体Ｌ２をより効率的に得ることが可能となる。

【0041】

以上の例によれば、操作圧Ｐｏｐは透過圧Ｐｐｅの６０％～９５％の大きさに設定されうる。この場合、液体Ｌ１が非極小孔２５ｃを液状で通過しない限度で、より大きな圧力で液体Ｌ１を加圧できる。そのため、処理対象の液体Ｌ１から不要物を分離して目的の液体Ｌ２をさらに効率的に得ることが可能となる。

【0042】

以上の例によれば、極小孔２５ｂの直径が２ｎｍ以下であり、非極小孔２５ａの直径が２ｎｍよりも大きく設定されうる。この場合、特に、液体が水である場合に、水が水分子として極小孔２５ｂを透過しやすくなる。

【0043】

以上の例によれば、液体Ｌ１は、フィルタ２２の上流側の表面に沿って流れるようにフィルタ２２に供給されうる。この場合、フィルタ２２に対する液体Ｌ１の流れが、いわゆるタンジェンシャルフロー（クロスフロー）となり、フィルタ２２を通過しない不要物等がフィルタ２２の上流側の表面に滞留し難い。そのため、フィルタ２２の性能を比較的長期間、維持することが可能となる。

【0044】

［変形例］
本明細書における開示はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特許請求の範囲及びその要旨を逸脱しない範囲において、以上の例に対して種々の省略、置換、変更などが行われてもよい。

【0045】

（１）液体清澄化装置１は、例えば、海水を淡水化するために用いられてもよい。すなわち、処理対象の液体Ｌ１は海水であってもよく、目的の液体Ｌ２は淡水（脱塩水）であってもよい。液体清澄化装置１は、例えば、脱イオン処理をするために用いられてもよい。すなわち、処理対象の液体Ｌ１はイオン性不純物を含む液体であってもよく、目的の液体Ｌ２はイオン性不純物が除去された液体（例えば、脱イオン水）であってもよい。液体清澄化装置１は、例えば、工場等において生ずる廃液から有害物質を除去するために用いられてもよい。液体清澄化装置１は、例えば、飲料（果汁、ワイン等の酒類など）の濃縮や透明化のために用いられてもよい。液体清澄化装置１は、例えば、ウイルス・細菌・微生物・核酸・タンパク質・酵素などの分離・濃縮・精製や、人工透析などのために用いられてもよい。

【0046】

（２）以上の例では、フィルタ部２０において、いわゆるタンジェンシャルフロー（クロスフロー）方式により液体Ｌ１を処理していたが、直接フロー（デッドエンドフロー）方式により液体Ｌ１を処理してもよい。すなわち、フィルタ２２の上流側の表面に対して略直交するように、液体Ｌ１がフィルタ２２に供給されてもよい。

【0047】

（３）以上の例では、フィルタ本体２５が１層以上のグラフェンシートで構成されていたが、他の素材で形成された単分子膜又は多分子膜によってフィルタ本体２５が構成されていてもよい。フィルタ本体２５として、例えば、グラフェンオキサイド膜が用いられてもよいし、グラフェンオキサイドが還元された膜が用いられてもよい。これらに微小孔を形成する手法としては、例えば、グラフェンシートと同様に、加熱酸化が採用されてもよい。フィルタ本体２５として、例えば、六方形窒化ホウ素膜が用いられてもよい。これに微小孔を形成する手法としては、例えば、アルゴンプラズマエッチングが採用されてもよい。フィルタ本体２５として、例えば、遷移金属ダイカルコゲナイドの単層膜又は多層膜が用いられてもよい。遷移金属ダイカルコゲナイドは、遷移金属元素Ｍ（例えば、タングステン、パラジウム、白金、モリブデン、ニオブなど）と、カルコゲン元素Ｘ（硫黄、セレン又はテルル）とが結合し、「ＭＸ_２」の化学組成で表される層状構造を持つ化合物である。遷移金属ダイカルコゲナイドは、例えば、硫化モリブデン、硫化タングステンなどを含む。遷移金属ダイカルコゲナイドに微小孔を形成する手法としては、例えば、アルゴンプラズマエッチングなどの各種のドライエッチングが採用されてもよい。

【0048】

［他の例］
例１．清澄化された液体の製造方法の一例は、不要物を含有する液体を、所定の操作圧にて加圧した状態で、第１の微小孔と、第１の微小孔より大きい第２の微小孔とを含むナノメートルオーダーの複数の微小孔が形成されたフィルタに供給して、液体を分子の状態で第１の微小孔を透過させる第１の工程と、第１の微小孔を透過した液体の分子を加圧して液状に戻す第２の工程とを含む。操作圧は、液体が第２の微小孔を液状で通過しない圧力である。

【0049】

ところで、ナノメートルオーダーの複数の微小孔のうち直径が所定の大きさよりも大きい微小孔（本書において「非極小孔」ともいう。）に液体が接すると、表面張力の作用によって非極小孔に液体が保持されるので、液体が非極小孔を通過しない。一方、ナノメートルオーダーの複数の微小孔のうち直径が所定の大きさ以下の微小孔（本書において「極小孔」ともいう。）に液体が接すると表面張力が作用せず、液体が分子として極小孔を通過する。液体が分子として極小孔を通過する量は液体の圧力に比例するため、フィルタに供給する液体の圧力が高くなるほど収率が高まるようにも思われる。しかしながら、液体の圧力を高めるほど、非極小孔に保持されている液体が表面張力に抗して非極小孔から押し出されてしまい、非極小孔から液体が液状で通過するようになる。

【0050】

この点、例１の方法によれば、液体が第２の微小孔を液状で通過しない操作圧にて加圧した液体を、フィルタに供給している。すなわち、液体が第２の微小孔を液状で通過しない限度で液体が加圧されるので、逆浸透法よりも低い圧力によって、より多量の液体が分子の状態で第１の微小孔を通過するようになる。そのため、液体に不要物が含まれていても、液体のうち分子の状態となった要素がフィルタによって、効率的に取り出される。したがって、処理対象の液体から不要物を分離して目的の液体を低コストで得ることが可能となる。なお、本書において、「清澄化」とは、処理対象の液体が分子の状態でフィルタを透過することで、処理対象の液体から不要物を分離して目的の液体を得ることをいうものとする。

【0051】

例２．例１の方法において、第２の微小孔は複数の微小孔のうち最も大きく、操作圧は、液体をフィルタに加圧して供給したときに、液体が第２の微小孔から液状で通過したときの圧力である透過圧よりも低い圧力であってもよい。この場合、液体の処理中、フィルタに存在する非極小孔の全てにおいて、表面張力により液体が保持される。そのため、非極小孔から液体が液状で通過することがほぼ防止される。したがって、処理対象の液体から不要物を分離して目的の液体をより効率的に得ることが可能となる。

【0052】

例３．例２の方法において、操作圧は透過圧の６０％～９５％の大きさであってもよい。この場合、液体が第２の微小孔を液状で通過しない限度で、より大きな圧力で液体を加圧できる。そのため、処理対象の液体から不要物を分離して目的の液体をさらに効率的に得ることが可能となる。

【0053】

例４．例１～例３のいずれかの方法において、第１の微小孔の直径が２ｎｍ以下であり、第２の微小孔の直径が２ｎｍよりも大きくてもよい。この場合、特に、液体が水である場合に、水が水分子として第１の微小孔を透過しやすくなる。

【0054】

例５．例１～例４のいずれかの方法において、第１の工程は、フィルタの上流側の表面に沿って流れるようにフィルタに液体を供給することを含んでいてもよい。この場合、フィルタに対する液体の流れが、いわゆるタンジェンシャルフロー（クロスフロー）となり、フィルタを通過しない不要物等がフィルタの上流側の表面に滞留し難い。そのため、フィルタの性能を比較的長期間、維持することが可能となる。

【0055】

例６．液体清澄化装置の一例は、第１の微小孔と、第１の微小孔より大きい第２の微小孔とを含むナノメートルオーダーの複数の微小孔が形成されたフィルタと、不要物を含有する液体を、液体が第２の微小孔を液状で通過しない圧力である操作圧にて加圧して、フィルタに供給するように構成された供給部と、第１の微小孔を透過した液体の分子を加圧して液状に戻すように構成された加圧部とを備える。この場合、例１の方法と同様の作用効果が得られる。

【0056】

例７．例６の装置において、前記第２の微小孔は前記複数の微小孔のうち最も大きく、前記操作圧は、前記液体を前記フィルタに加圧して供給したときに、前記液体が前記第２の微小孔から液状で通過したときの圧力である透過圧よりも低い圧力であってもよい。この場合、例２の方法と同様の作用効果が得られる。

【0057】

例８．例７の装置において、前記操作圧は前記透過圧の６０％～９５％の大きさであってもよい。この場合、例３の方法と同様の作用効果が得られる。

【0058】

例９．例６～例８のいずれかの装置において、前記第１の微小孔の直径が２ｎｍ以下であり、前記第２の微小孔の直径が２ｎｍよりも大きくてもよい。この場合、例４の方法と同様の作用効果が得られる。

【0059】

例１０．例６～例８のいずれかの装置において、前記供給部は、前記フィルタの上流側の表面に沿って流れるように前記フィルタに前記液体を供給するように構成されていてもよい。この場合、例５の方法と同様の作用効果が得られる。

【符号の説明】

【0060】

１…液体清澄化装置、１０…供給部、２０…フィルタ部、２２…フィルタ、２５ａ…非極小孔（第２の微小孔）、２５ｂ…極小孔（第１の微小孔）、２５ｃ…非極小孔（第２の微小孔）、３０…加圧部、Ｃｔｒ…コントローラ（制御部）、Ｌ１…処理対象の液体、Ｌ２…目的の液体（清澄化された液体）、Ｐｏｐ…操作圧、Ｐｐｅ…透過圧。

【図1】

【図2】

【図3】