知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-09-07
(45)【発行日】2022-09-15
(54)【発明の名称】分散剤および水処理方法
(51)【国際特許分類】
C09K 23/52 20220101AFI20220908BHJP
B01D 65/08 20060101ALI20220908BHJP
B01D 71/56 20060101ALI20220908BHJP
B01D 61/02 20060101ALI20220908BHJP
C02F 1/44 20060101ALI20220908BHJP
【ＦＩ】
C09K23/52
B01D65/08
B01D71/56
B01D61/02 500
C02F1/44 D
C02F1/44 C
【請求項の数】
12
(21)【出願番号】P 2021117767
(22)【出願日】2021-07-16
【審査請求日】2022-07-12
(73)【特許権者】
【識別番号】000001063
【氏名又は名称】栗田工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100161207
【弁理士】
【氏名又は名称】西澤 和純
(74)【代理人】
【識別番号】100161506
【弁理士】
【氏名又は名称】川渕 健一
(74)【代理人】
【識別番号】100178847
【弁理士】
【氏名又は名称】服部 映美
(72)【発明者】
【氏名】川勝 孝博
【審査官】黒川 美陶
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１０－５３１０８（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００４／０１６８９８０（ＵＳ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１３／１６０４２９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００５－５８９３４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ０１Ｄ ６１／
Ｂ０１Ｄ ６５／０８
Ｂ０１Ｄ ７１／５６
Ｃ０２Ｆ １／４４
Ｃ０９Ｋ ２３／５２
ＣＡｐｌｕｓ／ＲＥＧＩＳＴＲＹ（ＳＴＮ）
Ｊａｐｉｏ－ＧＰＧ／ＦＸ
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
タンパク質およびペプチドを少なくとも１種以上含有する被処理水を選択性透過膜で処理する前に、前記被処理水に添加される分散剤であって、前記分散剤が、モノマーとしてスチレンスルホン酸およびスチレンスルホン酸塩を少なくとも１種以上を含むポリマーを含有し、
前記ポリマーの重量平均分子量が１０００超である、分散剤。
【請求項2】
前記ポリマーがホモポリマーである、請求項１に記載の分散剤。
【請求項3】
前記ポリマーの重量平均分子量が８０００未満である、請求項１または２に記載の分散剤。
【請求項4】
前記ポリマーがポリスチレンスルホン酸ナトリウム塩である、請求項１～３のいずれか１項に記載の分散剤。
【請求項5】
タンパク質およびペプチドを少なくとも１種以上含有する被処理水に、分散剤を添加する分散剤添加工程と、前記分散剤添加工程後に、前記被処理水を選択性透過膜で処理する、選択性透過膜処理工程と、
を備え、
前記分散剤が、モノマーとしてスチレンスルホン酸およびスチレンスルホン酸塩を少なくとも１種以上含むポリマーを含有し、
前記ポリマーの重量平均分子量が１０００超である、水処理方法。
【請求項6】
前記ポリマーがホモポリマーである、請求項５に記載の水処理方法。
【請求項7】
前記ポリマーの重量平均分子量が８０００未満である、請求項５または６に記載の水処理方法。
【請求項8】
前記ポリマーがポリスチレンスルホン酸ナトリウム塩である、請求項５～７のいずれか１項に記載の水処理方法。
【請求項9】
前記選択性透過膜が逆浸透膜である、請求項５～８のいずれか１項に記載の水処理方法。
【請求項10】
前記逆浸透膜がポリアミド膜である、請求項９に記載の水処理方法。
【請求項11】
前記被処理水に対する前記ポリマーの添加量が０．０１～１００ｍｇ／Ｌである、請求項５～１０のいずれか1項に記載の水処理方法。
【請求項12】
前記被処理水に対する前記ポリマーの添加量が０．１～１０ｍｇ／Ｌである、請求項５～１１のいずれか1項に記載の水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、分散剤および水処理方法に関する。
【背景技術】
【0002】
世界的に水の供給が不足している。この水供給の不足に対して、精密ろ過（ＭＦ）、限外ろ過（ＵＦ）、逆浸透（ＲＯ）膜などの選択性透過膜システムを用いた海水、かん水の淡水化や排水回収が行われている。
【0003】
水処理用選択性透過膜として、低圧運転が可能で、脱塩性能に優れる芳香族ポリアミド系逆浸透膜が広く使われている。しかし、芳香族ポリアミド系逆浸透膜は、塩素に対する耐性が低い。そのため、酢酸セルロース系逆浸透膜のように、運転条件下で塩素と接触させることができないので、芳香族ポリアミド系逆浸透膜は、タンパク質やペプチドによる有機物汚染が酢酸セルロース系逆浸透膜と比較して起こりやすい。膜が有機物で汚染されると透過流束、差圧、阻止率などの性能が低下するという問題がある。
【0004】
性能が低下した膜の性能を回復する方法として、膜の洗浄がある。特許文献１には、膜が汚染し、透過流束などの性能が低下した際に、膜の性能を回復させるための洗浄剤として、スチレンスルホン酸及び／又はスチレンスルホン酸塩をモノマー成分として含むポリマーを含有する洗浄剤が開示されている。特許文献１のポリマー中のスルホン酸とベンゼン環とは、膜に付着したカチオン界面活性剤（汚染物）と親和性が高いので、カチオン界面活性剤に当該ポリマーが吸着しやすい。一方、カチオン界面活性剤に吸着したスルホン酸基以外の当該ポリマー中の他のスルホン酸基は、膜に対して荷電反発する。その結果、吸着したカチオン界面活性剤を膜から除去することができる。
【0005】
選択性透過膜システムを長時間安定的に運転するためには、膜の洗浄よりも膜の汚染そのものを抑制することが好ましい。特許文献２には、有機物を含んだ水を逆浸透膜で処理する際の透過流束の低下を抑制する薬剤として、芳香族スルホン酸ホルマリン縮合物及びリン化合物が開示されている。
【0006】
特許文献３には、膜の汚染を防止するために、アクリル酸とアクリルアミド－２－メチルプロパンスルホン酸との共重合体などのスルホ基を有する重合体を含む分散剤が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【文献】特開２０１８－１５６９４号公報
【文献】特開２０２０－１１０７７８号公報
【文献】特開２０１４－１８８４５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
現在、特許文献２で開示された薬剤および特許文献３に開示されたアクリル酸とアクリルアミド－２－メチルプロパンスルホン酸との共重合体などのスルホ基を有する重合体よりも高い性能の分散剤が求められている。
【0009】
本発明は、上記の事情を鑑みてなされた発明であり、タンパク質やペプチドによる選択性透過膜の汚染を抑制する分散剤、および水処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、所定の重量平均分子量を有し、かつ、所定のモノマーを含むポリマーを含む分散剤が、タンパク質やペプチドによる選択性透過膜の汚染抑制に有効であることを見出した。
本発明は上記の知見に基づいて達成されたものであり、以下の手段を提案している。
（１）本発明の一態様に係る分散剤は、タンパク質およびペプチドを少なくとも１種以上含有する被処理水を選択性透過膜で処理する前に、前記被処理水に添加される分散剤であって、前記分散剤が、モノマーとしてスチレンスルホン酸およびスチレンスルホン酸塩を少なくとも１種以上を含むポリマーを含有し、前記ポリマーの重量平均分子量が１０００超である。
（２）上記（１）に記載の分散剤は、前記ポリマーがホモポリマーであってもよい。
（３）上記（１）または（２）に記載の分散剤は、前記ポリマーの重量平均分子量が８０００未満であってもよい。
（４）上記（１）～（３）のいずれか１つに記載の分散剤は、前記ポリマーがポリスチレンスルホン酸ナトリウム塩であってもよい。
（５）本発明の一態様に係る水処理方法は、タンパク質およびペプチドを少なくとも１種以上含有する被処理水に、分散剤を添加する分散剤添加工程と、前記分散剤添加工程後に、前記被処理水を選択性透過膜で処理する、選択性透過膜処理工程と、を備え、前記分散剤が、モノマーとしてスチレンスルホン酸およびスチレンスルホン酸塩を少なくとも１種以上含むポリマーを含有し、前記ポリマーの重量平均分子量が１０００超である。
（６）上記（５）に記載の水処理方法は、前記ポリマーがホモポリマーであってもよい。
（７）上記（５）または（６）に記載の水処理方法は、前記ポリマーの重量平均分子量が８０００未満であってもよい。
（８）上記（５）～（７）のいずれか１つに記載の水処理方法は、前記ポリマーがポリスチレンスルホン酸ナトリウム塩であってもよい。
（９）上記（５）～（８）のいずれか１項に記載の水処理方法は、前記選択性透過膜が逆浸透膜であってもよい。
（１０）上記（９）に記載の水処理方法は、前記逆浸透膜がポリアミド膜であってもよい。
（１１）上記（５）～（１０）のいずれか1つに記載の水処理方法は、前記被処理水に対する前記ポリマーの添加量が０．０１～１００ｍｇ／Ｌであってもよい。
（１２）上記（５）～（１１）のいずれか1つに記載の水処理方法は、前記被処理水に対する前記ポリマーの添加量が０．１～１０ｍｇ／Ｌであってもよい。
本発明は上記の知見に基づいて達成されたものであり、以下の手段を提案している。
（１）本発明の一態様に係る分散剤は、タンパク質およびペプチドを少なくとも１種以上含有する被処理水を選択性透過膜で処理する前に、前記被処理水に添加される分散剤であって、前記分散剤が、モノマーとしてスチレンスルホン酸およびスチレンスルホン酸塩を少なくとも１種以上を含むポリマーを含有し、前記ポリマーの重量平均分子量が１０００超である。
（２）上記（１）に記載の分散剤は、前記ポリマーがホモポリマーであってもよい。
（３）上記（１）または（２）に記載の分散剤は、前記ポリマーの重量平均分子量が８０００未満であってもよい。
（４）上記（１）～（３）のいずれか１つに記載の分散剤は、前記ポリマーがポリスチレンスルホン酸ナトリウム塩であってもよい。
（５）本発明の一態様に係る水処理方法は、タンパク質およびペプチドを少なくとも１種以上含有する被処理水に、分散剤を添加する分散剤添加工程と、前記分散剤添加工程後に、前記被処理水を選択性透過膜で処理する、選択性透過膜処理工程と、を備え、前記分散剤が、モノマーとしてスチレンスルホン酸およびスチレンスルホン酸塩を少なくとも１種以上含むポリマーを含有し、前記ポリマーの重量平均分子量が１０００超である。
（６）上記（５）に記載の水処理方法は、前記ポリマーがホモポリマーであってもよい。
（７）上記（５）または（６）に記載の水処理方法は、前記ポリマーの重量平均分子量が８０００未満であってもよい。
（８）上記（５）～（７）のいずれか１つに記載の水処理方法は、前記ポリマーがポリスチレンスルホン酸ナトリウム塩であってもよい。
（９）上記（５）～（８）のいずれか１項に記載の水処理方法は、前記選択性透過膜が逆浸透膜であってもよい。
（１０）上記（９）に記載の水処理方法は、前記逆浸透膜がポリアミド膜であってもよい。
（１１）上記（５）～（１０）のいずれか1つに記載の水処理方法は、前記被処理水に対する前記ポリマーの添加量が０．０１～１００ｍｇ／Ｌであってもよい。
（１２）上記（５）～（１１）のいずれか1つに記載の水処理方法は、前記被処理水に対する前記ポリマーの添加量が０．１～１０ｍｇ／Ｌであってもよい。
【発明の効果】
【0011】
本発明の上記態様によれば、タンパク質やペプチドによる選択性透過膜の汚染を抑制する分散剤、および水処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】試験装置の構成を示す模式図である。
【図3】比較例１－１、１－２、１－３および１－４と実施例１－１の透過流束の経時変化を示す図である。
【図4】比較例２－１、２－２と実施例２－１、２－２、２－３、２－４、２－５の透過流束の経時変化を示す図である。
【図5】比較例３－１、３－２と実施例３－１、３－２の透過流束の経時変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本開示の分散剤および水処理方法について説明する。
本開示の水処理方法は、タンパク質およびペプチドを少なくとも１種以上含有する被処理水に、本開示の分散剤を添加する分散剤添加工程と、分散剤添加工程後に、選択性透過膜で前記被処理水を処理する、選択性透過膜処理工程と、を備える。以下、各要素について説明する。
本開示の水処理方法は、タンパク質およびペプチドを少なくとも１種以上含有する被処理水に、本開示の分散剤を添加する分散剤添加工程と、分散剤添加工程後に、選択性透過膜で前記被処理水を処理する、選択性透過膜処理工程と、を備える。以下、各要素について説明する。
【0014】
＜分散剤添加工程＞
分散剤添加工程では、タンパク質およびペプチドを少なくとも１種以上含有する被処理水に分散剤を添加する。
分散剤添加工程では、タンパク質およびペプチドを少なくとも１種以上含有する被処理水に分散剤を添加する。
【0015】
（分散剤）
本開示の水処理方法に用いられる分散剤は、タンパク質およびペプチドを少なくとも１種以上含有する被処理水を選択性透過膜で処理する前に、被処理水に添加される分散剤である。本開示の水処理方法に用いられる分散剤は、モノマーとしてスチレンスルホン酸およびスチレンスルホン酸塩を少なくとも１種以上含むポリマー（以下、スチレンスルホン酸系ポリマーと称する場合がある）を含有する。スチレンスルホン酸系ポリマーは、例えば、下記式（１）を構成単位として含むポリマーである。
（式（１）中、Ｍ＋はプロトン、アンモニウムイオン、アルカリ金属カチオン又はアルカリ土類金属カチオンを示す。）
本開示の水処理方法に用いられる分散剤は、タンパク質およびペプチドを少なくとも１種以上含有する被処理水を選択性透過膜で処理する前に、被処理水に添加される分散剤である。本開示の水処理方法に用いられる分散剤は、モノマーとしてスチレンスルホン酸およびスチレンスルホン酸塩を少なくとも１種以上含むポリマー（以下、スチレンスルホン酸系ポリマーと称する場合がある）を含有する。スチレンスルホン酸系ポリマーは、例えば、下記式（１）を構成単位として含むポリマーである。
【化1】
【0016】
選択性透過膜の多くは負の荷電を有し、タンパク質やペプチドの正の荷電の部位が膜に吸着すると想定される。スチレンスルホン酸系ポリマーは負の荷電を有するポリマーであり、タンパク質やペプチドに吸着分散することで、選択性透過膜への吸着を抑制することができる。スチレンスルホン酸系ポリマーは、モノマーとして（ポリマーの構成単位として）、スチレンスルホン酸およびスチレンスルホン酸塩を少なくとも１種以上含むので、タンパク質やペプチドに対し高い分散効果を有する。
【0017】
スチレンスルホン酸系ポリマーは、モノマーとしてスチレンスルホン酸およびスチレンスルホン酸塩を少なくとも１種以上含むポリマーであれば、特に限定されない。即ち、スチレンスルホン酸系ポリマーは、スチレンスルホン酸および／またはポリスチレンスルホン酸塩に由来する繰り返し単位を有するポリマーである。スチレンスルホン酸系ポリマーは、スチレンスルホン酸および／またはポリスチレンスルホン酸塩のホモポリマーであってもよく、スチレンスルホン酸またはスチレンスルホン酸塩とその他のモノマーとのコポリマーであってもよい。
【0018】
スチレンスルホン酸塩としては、スチレンスルホン酸ナトリウム塩、スチレンスルホン酸カリウム塩等のスチレンスルホン酸のアルカリ金属塩や、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩等が挙げられる。
【0019】
スチレンスルホン酸系ポリマーが、スチレンスルホン酸またはスチレンスルホン酸塩と他のモノマーとのコポリマーである場合、他のモノマーとしては、スチレンスルホン酸またはスチレンスルホン酸塩と共重合が可能であり、タンパク質またはペプチドの分散効果を阻害しないものであれば、特に限定されない。他のモノマーとしては、例えば、アクリル酸、アクリル酸エステル、アクリルアミド、酢酸ビニル等が挙げられる。スチレンスルホン酸系ポリマーの重合に用いられる他のモノマーは１種又は２種以上であってもよい。
【0020】
タンパク質またはペプチドの分散には、スチレンスルホン酸またはスチレンスルホン酸塩に由来する繰り返し単位の含有量が多いことが好ましい。スチレンスルホン酸系ポリマーがスチレンスルホン酸および／またはポリスチレンスルホン酸塩と他のモノマーとのコポリマーである場合、スチレンスルホン酸系ポリマー中のスチレンスルホン酸および／またはポリスチレンスルホン酸塩に由来する繰り返し単位の含有量は５０モル％以上が好ましい。さらに好ましくは、８０モル％以上である。スチレンスルホン酸および／またはポリスチレンスルホン酸塩のホモポリマーであることが好ましい。なお、ここで、スチレンスルホン酸および／またはポリスチレンスルホン酸塩のホモポリマーには、ポリスチレンスルホン酸及びポリスチレンスルホン酸塩だけでなく、スチレンスルホン酸とスチレンスルホン酸塩のコポリマーを含むものとする。
【0021】
スチレンスルホン酸系ポリマーがホモポリマーの場合、スチレンスルホン酸系ポリマーとしては、ポリスチレンスルホン酸、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム塩、ポリスチレンスルホン酸カルシウム塩、ポリスチレンスルホン酸アンモニウム塩などが挙げられる。特にスチレンスルホン酸系ポリマーとしては、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム塩が好ましい。また、スチレンスルホン酸系ポリマーは、１種または２種以上併用してもよい。
【0022】
本開示の分散剤に含まれるスチレンスルホン酸系ポリマーの重量平均分子量は１０００超である。より好ましいポリマーの重量平均分子量は、２０００以上である。さらに好ましいポリマーの重量平均分子量は、３０００以上である。特に好ましいポリマーの重量平均分子量は４０００以上である。ポリマーがモノマーとしてスチレンスルホン酸およびスチレンスルホン酸塩を少なくとも１種以上含み、かつ、重量平均分子量が１０００超であれば、荷電反発によって、タンパク質またはペプチドを被処理水中で分散させやすくなり、透過流束の低下を抑制することができる。
【0023】
本開示の分散剤に含まれるスチレンスルホン酸系ポリマーの重量平均分子量は８０００未満であることが好ましい。より好ましいポリマーの重量平均分子量は、７０００以下である。さらに好ましいポリマーの重量平均分子量は、６０００以下である。ポリマーの重量平均分子量が８０００未満であれば、タンパク質またはペプチドに対して、凝集する効果を低減できる。その結果、タンパク質またはペプチドをより被処理水中で分散させやすくなり、透過流束の低下を抑制することができる。なお、本開示において、重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィにより測定することができる。
【0024】
本開示の水処理方法に用いられる分散剤は、スチレンスルホン酸系ポリマーから構成されていてもよいし、用途に応じて、他の成分を含有してもよい。他の成分としては、例えば、キレート剤、ｐＨ調整剤などがある。
【0025】
（被処理水）
被処理水は、タンパク質およびペプチドを少なくとも１種以上含有する。タンパク質およびペプチドは、選択性透過膜を汚染するものであれば、特に限定されない。例えば、ロイペプチン、リゾチーム、ポリリジン、ラクトアルブミンなどが挙げられる。
被処理水は、タンパク質およびペプチドを少なくとも１種以上含有する。タンパク質およびペプチドは、選択性透過膜を汚染するものであれば、特に限定されない。例えば、ロイペプチン、リゾチーム、ポリリジン、ラクトアルブミンなどが挙げられる。
【0026】
被処理水のｐＨは５～８の範囲に調整することが好ましい。ｐＨがこの範囲であれば、スチレンスルホン酸系ポリマーのタンパク質およびペプチドに対する分散効果がより向上する。ｐＨ調整剤を被処理水に添加することでｐＨを調整してもよい。
【0027】
（添加量）
被処理水へのスチレンスルホン酸系ポリマーの添加量は、被処理水に対して、０．０１ｍｇ／Ｌ以上であることが好ましい。より好ましい添加量は、０．１ｍｇ／Ｌ以上である。さらに好ましい添加量は１ｍｇ／Ｌ以上である。特に好ましい添加量は、５ｍｇ／Ｌ以上である。添加量は、１００ｍｇ／Ｌ以下が好ましい。より好ましい添加量は、５０ｍｇ／Ｌ以下である。さらに好ましい添加量は、３０ｍｇ／Ｌ以下である。特に好ましい添加量は１０ｍｇ／Ｌ以下である。
被処理水へのスチレンスルホン酸系ポリマーの添加量は、被処理水に対して、０．０１ｍｇ／Ｌ以上であることが好ましい。より好ましい添加量は、０．１ｍｇ／Ｌ以上である。さらに好ましい添加量は１ｍｇ／Ｌ以上である。特に好ましい添加量は、５ｍｇ／Ｌ以上である。添加量は、１００ｍｇ／Ｌ以下が好ましい。より好ましい添加量は、５０ｍｇ／Ｌ以下である。さらに好ましい添加量は、３０ｍｇ／Ｌ以下である。特に好ましい添加量は１０ｍｇ／Ｌ以下である。
【0028】
スチレンスルホン酸系ポリマーの添加のタイミングは、タンパク質およびペプチドの分散効果を損なわない範囲で適宜設定することができる。連続的に添加してもよいし、断続的に添加してもよい。ここで、被処理水の処理開始から処理終了までの処理中に行うことを「連続的」といい、又は処理期間中に２回以上の間隔を開けて行うことを「断続的」という。
【0029】
＜選択性透過膜処理工程＞
選択性透過膜処理工程において、分散剤添加工程後に、被処理水を選択性透過膜で処理する。
選択性透過膜処理工程において、分散剤添加工程後に、被処理水を選択性透過膜で処理する。
【0030】
（選択性透過膜）
選択性透過膜は、特に限定されない。選択性透過膜は、例えば、精密ろ過膜、限外ろ過膜、逆浸透膜である。特に選択性透過膜としては逆浸透膜が好ましい。
選択性透過膜は、特に限定されない。選択性透過膜は、例えば、精密ろ過膜、限外ろ過膜、逆浸透膜である。特に選択性透過膜としては逆浸透膜が好ましい。
【0031】
逆浸透膜は、特に限定されない。逆浸透膜は、例えば、スパイラル状、中空糸状、平膜状等の形状で、スキン層が酢酸セルロース、芳香族ポリアミド、脂肪族ポリアミド、芳香族ポリイミド等の樹脂製のものを用いるものが挙げられる。逆浸透膜は、特に芳香族ポリアミドを用いたポリアミド膜が好ましい。
【0032】
（処理条件）
選択性透過膜処理工程において、被処理水を処理（通水）する条件は、処理系に応じて適宜設定すればよい。
選択性透過膜処理工程において、被処理水を処理（通水）する条件は、処理系に応じて適宜設定すればよい。
【0033】
以上、本開示の分散剤および水処理方法について詳説した。その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、本開示の水処理方法における要素を周知の要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記の要素を適宜組み合わせてもよい。
【実施例】
【0034】
次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
【0035】
以下の実施例及び比較例では、図１および図２に示す試験装置１００を用いて、タンパク質およびペプチドに対する分散効果を調べた。図１は、試験装置１００の構成を示す模式図である。図２は、図１の試験装置の密閉容器の構造を示す断面図である。
【0036】
試験装置１００は、被処理水が通る配管１１および配管１３と、配管１１および配管１３と接続されるポンプ１２と、配管１３に設置される圧力計１４と、配管１３、配管１６および配管１７と接続される密閉容器１と、密閉容器１中の攪拌子５を回転させるスターラー１５と、透過水が通る配管１６と、濃縮水が通る配管１７および１９と、配管１７および配管１９と接続されるバルブ１８とを備える。
【0037】
密閉容器１は、多孔質支持板２と、逆浸透膜３と、Ｏリング４と、攪拌子５と、上部ケース６と、下部ケース７と、を備える。また、密閉容器１は、多孔質支持板２および逆浸透膜３で分けられた上部ケース６側の空間である室８と、下部ケース７側の空間である室９とを備える。
【0038】
試験装置１００において、被処理水は、配管１１を通ってポンプ１２に送られ、配管１３よりポンプ１２で、密閉容器１の室９に供給される。室９では、スターラー１５によって、攪拌子５が回転し、被処理水が攪拌される。逆浸透膜２を透過した透過水は、室８を経て配管１６より取り出される。濃縮水は、配管１７から取り出される。密閉容器１内の圧力は、圧力計１４とバルブ１８により調整される。
【0039】
供試膜としては、日東電工社製 芳香族ポリアミド系逆浸透膜「ＥＳ２０」を円形に切り取って用い、これを上記の試験装置１００にセットした。透過流束１．０［ｍ／ｄ］、回収率８０％で純水を通水して、運転圧力Ｐ０［ＭＰａ］を測定した。その後、後述する実施例、比較例の被処理水を通水した。２、５、２４、４８、７２、９６時間後の透過流束を測定し、１．０［ｍ／ｄ］を維持できるように圧力を調整した。調整後の圧力をＰ１［ＭＰａ］とすると、相対透過流束Ｊ１［ｍ３／（ｍ２・ｄ）］は以下の式（Ａ）で求めた。なお、通水実験は２５℃で行った。
相対透過流束［－］＝Ｐ０／Ｐ１・・・（Ａ）
相対透過流束［－］＝Ｐ０／Ｐ１・・・（Ａ）
【0040】
（比較例１－１）
タンパク質およびペプチドを含有する被処理水（タンパク質、ペプチド水溶液）として、ロイペプチン（ペプチド研究所）の水溶液（濃度１ｍｇ／Ｌ）を用いた。分散剤は添加しなかった。
タンパク質およびペプチドを含有する被処理水（タンパク質、ペプチド水溶液）として、ロイペプチン（ペプチド研究所）の水溶液（濃度１ｍｇ／Ｌ）を用いた。分散剤は添加しなかった。
【0041】
（比較例１－２）
タンパク質およびペプチドを含有する被処理水（タンパク質、ペプチド水溶液）として、ロイペプチン（ペプチド研究所）の水溶液（濃度１ｍｇ／Ｌ）を用いた。分散剤として、アクリル酸と２－アクリルアミド－２－メチルプロパンスルホン酸の共重合ポリマー（重量平均分子量１１，０００、アキュゾール５８７、ダウケミカル）を用い、被処理水に対する添加量は５ｍｇ／Ｌとした。
タンパク質およびペプチドを含有する被処理水（タンパク質、ペプチド水溶液）として、ロイペプチン（ペプチド研究所）の水溶液（濃度１ｍｇ／Ｌ）を用いた。分散剤として、アクリル酸と２－アクリルアミド－２－メチルプロパンスルホン酸の共重合ポリマー（重量平均分子量１１，０００、アキュゾール５８７、ダウケミカル）を用い、被処理水に対する添加量は５ｍｇ／Ｌとした。
【0042】
（比較例１－３）
タンパク質およびペプチドを含有する被処理水（タンパク質、ペプチド水溶液）として、ロイペプチン（ペプチド研究所）の水溶液（濃度１ｍｇ／Ｌ）を用いた。分散剤として、アクリル酸、２－アクリルアミド－２－メチルプロパンスルホン酸、ｔ－ブチルアクリルアミドの共重合ポリマー（重量平均分子量５，０００、アキュマー５０００、ダウケミカル）を用い、被処理水に対する添加量は５ｍｇ／Ｌとした。
タンパク質およびペプチドを含有する被処理水（タンパク質、ペプチド水溶液）として、ロイペプチン（ペプチド研究所）の水溶液（濃度１ｍｇ／Ｌ）を用いた。分散剤として、アクリル酸、２－アクリルアミド－２－メチルプロパンスルホン酸、ｔ－ブチルアクリルアミドの共重合ポリマー（重量平均分子量５，０００、アキュマー５０００、ダウケミカル）を用い、被処理水に対する添加量は５ｍｇ／Ｌとした。
【0043】
（比較例１－４）
タンパク質およびペプチドを含有する被処理水（タンパク質、ペプチド水溶液）として、ロイペプチン（ペプチド研究所）の水溶液（濃度１ｍｇ／Ｌ）を用いた。分散剤として、アミノトリメチレンホスホン酸（ベルクレン６４０、ＢＷＡ）を用い、被処理水に対する添加量は５ｍｇ／Ｌとした。
タンパク質およびペプチドを含有する被処理水（タンパク質、ペプチド水溶液）として、ロイペプチン（ペプチド研究所）の水溶液（濃度１ｍｇ／Ｌ）を用いた。分散剤として、アミノトリメチレンホスホン酸（ベルクレン６４０、ＢＷＡ）を用い、被処理水に対する添加量は５ｍｇ／Ｌとした。
【0044】
（実施例１－１）
タンパク質およびペプチドを含有する被処理水（タンパク質、ペプチド水溶液）として、ロイペプチン（ペプチド研究所）の水溶液（濃度１ｍｇ／Ｌ）を用いた。分散剤として、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム塩（重量平均分子量４，６００、Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｉｎｃ）を用い、被処理水に対する添加量は５ｍｇ／Ｌとした。
タンパク質およびペプチドを含有する被処理水（タンパク質、ペプチド水溶液）として、ロイペプチン（ペプチド研究所）の水溶液（濃度１ｍｇ／Ｌ）を用いた。分散剤として、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム塩（重量平均分子量４，６００、Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｉｎｃ）を用い、被処理水に対する添加量は５ｍｇ／Ｌとした。
【0045】
（比較例２－１）
タンパク質およびペプチドを含有する被処理水（タンパク質、ペプチド水溶液）として、リゾチーム(ニワトリ卵白由来、富士フィルム和光純薬)の水溶液（濃度１ｍｇ／Ｌ）を用いた。分散剤は使用しなかった。
タンパク質およびペプチドを含有する被処理水（タンパク質、ペプチド水溶液）として、リゾチーム(ニワトリ卵白由来、富士フィルム和光純薬)の水溶液（濃度１ｍｇ／Ｌ）を用いた。分散剤は使用しなかった。
【0046】
（比較例２－２）
タンパク質およびペプチドを含有する被処理水（タンパク質、ペプチド水溶液）として、リゾチーム(ニワトリ卵白由来、富士フィルム和光純薬)の水溶液（濃度１ｍｇ／Ｌ）を用いた。分散剤として、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム塩（重量平均分子量～１，０００、Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｉｎｃ）を用い、被処理水に対する添加量は５ｍｇ／Ｌとした。
タンパク質およびペプチドを含有する被処理水（タンパク質、ペプチド水溶液）として、リゾチーム(ニワトリ卵白由来、富士フィルム和光純薬)の水溶液（濃度１ｍｇ／Ｌ）を用いた。分散剤として、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム塩（重量平均分子量～１，０００、Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｉｎｃ）を用い、被処理水に対する添加量は５ｍｇ／Ｌとした。
【0047】
（実施例２－１）
タンパク質およびペプチドを含有する被処理水（タンパク質、ペプチド水溶液）として、リゾチーム(ニワトリ卵白由来、富士フィルム和光純薬)の水溶液（濃度１ｍｇ／Ｌ）を用いた。分散剤としてポリスチレンスルホン酸ナトリウム塩（重量平均分子量４，６００、Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｉｎｃ）を用い、被処理水に対する添加量は５ｍｇ／Ｌとした。
タンパク質およびペプチドを含有する被処理水（タンパク質、ペプチド水溶液）として、リゾチーム(ニワトリ卵白由来、富士フィルム和光純薬)の水溶液（濃度１ｍｇ／Ｌ）を用いた。分散剤としてポリスチレンスルホン酸ナトリウム塩（重量平均分子量４，６００、Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｉｎｃ）を用い、被処理水に対する添加量は５ｍｇ／Ｌとした。
【0048】
（実施例２－２）
タンパク質およびペプチドを含有する被処理水（タンパク質、ペプチド水溶液）として、リゾチーム（ニワトリ卵白由来、富士フィルム和光純薬）の水溶液（濃度１ｍｇ／Ｌ）を用いた。分散剤として、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム塩（重量平均分子量８，０００、Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｉｎｃ）を用い、被処理水に対する添加量は５ｍｇ／Ｌとした。
タンパク質およびペプチドを含有する被処理水（タンパク質、ペプチド水溶液）として、リゾチーム（ニワトリ卵白由来、富士フィルム和光純薬）の水溶液（濃度１ｍｇ／Ｌ）を用いた。分散剤として、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム塩（重量平均分子量８，０００、Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｉｎｃ）を用い、被処理水に対する添加量は５ｍｇ／Ｌとした。
【0049】
（実施例２－３）
タンパク質およびペプチドを含有する被処理水（タンパク質、ペプチド水溶液）として、リゾチーム（ニワトリ卵白由来、富士フィルム和光純薬）の水溶液（濃度１ｍｇ／Ｌ）を用いた。分散剤としてポリスチレンスルホン酸ナトリウム塩（重量平均分子量１８，０００、Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｉｎｃ）を用い、被処理水に対する添加量は５ｍｇ／Ｌとした。
タンパク質およびペプチドを含有する被処理水（タンパク質、ペプチド水溶液）として、リゾチーム（ニワトリ卵白由来、富士フィルム和光純薬）の水溶液（濃度１ｍｇ／Ｌ）を用いた。分散剤としてポリスチレンスルホン酸ナトリウム塩（重量平均分子量１８，０００、Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｉｎｃ）を用い、被処理水に対する添加量は５ｍｇ／Ｌとした。
【0050】
（実施例２－４）
タンパク質およびペプチドを含有する被処理水（タンパク質、ペプチド水溶液）として、リゾチーム（ニワトリ卵白由来、富士フィルム和光純薬）の水溶液（濃度１ｍｇ／Ｌ）を用いた。分散剤としてポリスチレンスルホン酸ナトリウム塩（重量平均分子量７０，０００、Ａｌｆａ Ａｅｓａｒ）を用い、被処理水に対する添加量は５ｍｇ／Ｌとした。
タンパク質およびペプチドを含有する被処理水（タンパク質、ペプチド水溶液）として、リゾチーム（ニワトリ卵白由来、富士フィルム和光純薬）の水溶液（濃度１ｍｇ／Ｌ）を用いた。分散剤としてポリスチレンスルホン酸ナトリウム塩（重量平均分子量７０，０００、Ａｌｆａ Ａｅｓａｒ）を用い、被処理水に対する添加量は５ｍｇ／Ｌとした。
【0051】
（実施例２－５）
タンパク質およびペプチドを含有する被処理水（タンパク質、ペプチド水溶液）として、リゾチーム（ニワトリ卵白由来、富士フィルム和光純薬）の水溶液（濃度１ｍｇ／Ｌ）を用いた。分散剤としてポリスチレンスルホン酸ナトリウム塩（重量平均分子量４，６００、Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｉｎｃ）を用い、被処理水に対する添加量は１ｍｇ／Ｌとした。
タンパク質およびペプチドを含有する被処理水（タンパク質、ペプチド水溶液）として、リゾチーム（ニワトリ卵白由来、富士フィルム和光純薬）の水溶液（濃度１ｍｇ／Ｌ）を用いた。分散剤としてポリスチレンスルホン酸ナトリウム塩（重量平均分子量４，６００、Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｉｎｃ）を用い、被処理水に対する添加量は１ｍｇ／Ｌとした。
【0052】
（比較例３－１）
タンパク質およびペプチドを含有する被処理水（タンパク質、ペプチド水溶液）として、ポリリジン（ＭＰ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌｓ， ＬＬＣ）の水溶液（濃度１ｍｇ／Ｌ）を用いた。分散剤は使用しなかった。
タンパク質およびペプチドを含有する被処理水（タンパク質、ペプチド水溶液）として、ポリリジン（ＭＰ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌｓ， ＬＬＣ）の水溶液（濃度１ｍｇ／Ｌ）を用いた。分散剤は使用しなかった。
【0053】
（比較例３－２）
タンパク質およびペプチドを含有する被処理水（タンパク質、ペプチド水溶液）として、ラクトアルブミン(シグマアルドリッチ)の水溶液（濃度１ｍｇ／Ｌ）を用いた。分散剤は使用しなかった。
タンパク質およびペプチドを含有する被処理水（タンパク質、ペプチド水溶液）として、ラクトアルブミン(シグマアルドリッチ)の水溶液（濃度１ｍｇ／Ｌ）を用いた。分散剤は使用しなかった。
【0054】
（実施例３－１）
タンパク質およびペプチドを含有する被処理水（タンパク質、ペプチド水溶液）として、ポリリジン（ＭＰ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌｓ， ＬＬＣ）の水溶液（濃度１ｍｇ／Ｌ）を用いた。分散剤としてポリスチレンスルホン酸ナトリウム塩（重量平均分子量４，６００、Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｉｎｃ）を用い、被処理水に対する添加量は５ｍｇ／Ｌとした。
タンパク質およびペプチドを含有する被処理水（タンパク質、ペプチド水溶液）として、ポリリジン（ＭＰ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌｓ， ＬＬＣ）の水溶液（濃度１ｍｇ／Ｌ）を用いた。分散剤としてポリスチレンスルホン酸ナトリウム塩（重量平均分子量４，６００、Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｉｎｃ）を用い、被処理水に対する添加量は５ｍｇ／Ｌとした。
【0055】
（実施例３－２）
タンパク質およびペプチドを含有する被処理水（タンパク質、ペプチド水溶液）として、ラクトアルブミン(シグマアルドリッチ)の水溶液（濃度１ｍｇ／Ｌ）を用いた。分散剤は使用しなかった。分散剤としてポリスチレンスルホン酸ナトリウム塩（重量平均分子量４，６００、Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｉｎｃ）を用い、被処理水に対する添加量は５ｍｇ／Ｌとした。
タンパク質およびペプチドを含有する被処理水（タンパク質、ペプチド水溶液）として、ラクトアルブミン(シグマアルドリッチ)の水溶液（濃度１ｍｇ／Ｌ）を用いた。分散剤は使用しなかった。分散剤としてポリスチレンスルホン酸ナトリウム塩（重量平均分子量４，６００、Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｉｎｃ）を用い、被処理水に対する添加量は５ｍｇ／Ｌとした。
【0056】
図３は、比較例１－１、１－２、１－３および１－４と実施例１－１の透過流束の経時変化を示す図である。図３の縦軸は相対透過流束を示し、図３の横軸は、経過時間（ｈ）を示す。実施例１－１（ポリスチレンスルホン酸ナトリウム塩）の場合、９６時間経過しても相対透過流束を０．９０以上に保っていた。一方、他のスルホン基を有するポリマーを用いた比較例１－２、１－３、１－４は、９６時間経過した後、相対透過流束は０．６５以下となっていた。以上より、スチレンスルホン酸系ポリマーであるポリスチレンスルホン酸ナトリウム塩は、ペプチドであるロイペプチンに対して優れた分散効果があることが分かった。
【0057】
図４は、比較例２－１、２－２と実施例２－１、２－２、２－３、２－４、２－５の透過流束の経時変化を示す図である。図４の縦軸は相対透過流束を示し、図４の横軸は、経過時間（ｈ）を示す。実施例２－１～２－５（ポリスチレンスルホン酸ナトリウム塩）の場合、９６時間経過しても相対透過流束を０．８５以上に保っていた。特に重量平均分子量が４６００の実施例２－１は、高い効果が得られていた。一方、分散剤を添加しなかった比較例２－１および重量平均分子量が１０００以下のポリスチレンスルホン酸ナトリウム塩を用いた比較例２－２は、９６時間経過した後、相対透過流束が０．７０以下にまで低下していた。以上より、スチレンスルホン酸系ポリマーである重量平均分子量１０００超であるポリスチレンスルホン酸ナトリウム塩は、リゾチーム対して、高い分散効果があることが分かった。
【0058】
図５は、比較例３－１、３－２と実施例３－１、３－２の透過流束の経時変化を示す図である。図５の縦軸は相対透過流束を示し、図５の横軸は、経過時間（ｈ）を示す。重量平均分子量が４６００のポリスチレンスルホン酸ナトリウム塩を用いた実施例３－１および３－２は、９６時間経過しても相対透過流束を０．８５以上に保っていた。一方、分散剤を添加しなかった比較例３－１および３－２は、９６時間経過後、相対透過流束が０．７５以下にまで低下していた。以上より、ポリリジン、ラクトアルブミンに対してもスチレンスルホン酸系ポリマーである重量平均分子量１０００超のポリスチレンスルホン酸ナトリウム塩は高い分散効果を有することが分かった。ラクトアルブミンの等電点は４．２～４．５であり、中性付近では負の荷電をトータルとして有するが、負荷電のポリスチレンスルホン酸ナトリウムの効果があることから、吸着時には正の荷電基が作用していることが推察される。
【0059】
以上の結果より、タンパク質およびペプチドを少なくとも１種以上含有する被処理水に対し、スチレンスルホン酸系ポリマーを含有する分散剤を添加することで、タンパク質やペプチドによる選択性透過膜の汚染を抑制できることが確認された。
【符号の説明】
【0060】
１ 密閉容器、 ２ 多孔質支持板、３ 逆浸透膜、４ Ｏリング、５ 攪拌子、６ 上部ケース、７ 下部ケース、８、９ 室、１１、１３、１６、１７、１９ 配管、１２ ポンプ、１４ 圧力計、１５ スターラー、１８ バルブ、１００ 試験装置
【要約】
【課題】タンパク質やペプチドによる選択性透過膜の汚染を抑制する分散剤、および水処理方法を提供する。
【解決手段】本開示の分散剤は、タンパク質およびペプチドを少なくとも１種以上含有する被処理水を選択性透過膜で処理する前に、前記被処理水に添加される分散剤であって、分散剤が、モノマーとしてスチレンスルホン酸およびスチレンスルホン酸塩を少なくとも１種以上を含むポリマーを含有し、ポリマーの重量平均分子量が１０００超である。
【選択図】なし
【解決手段】本開示の分散剤は、タンパク質およびペプチドを少なくとも１種以上含有する被処理水を選択性透過膜で処理する前に、前記被処理水に添加される分散剤であって、分散剤が、モノマーとしてスチレンスルホン酸およびスチレンスルホン酸塩を少なくとも１種以上を含むポリマーを含有し、ポリマーの重量平均分子量が１０００超である。
【選択図】なし
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】