正浸透用誘導溶液、これを用いた正浸透水処理装置、および正浸透水処理方法
【課題】正浸透用誘導溶液、これを用いた正浸透水処理装置、および正浸透水処理方法の提供。
【解決手段】温度感応性側鎖がグラフト重合された第１の構造単位と、親水性官能基を含む第２の構造単位と、を含む共重合体を含む正浸透用の誘導溶質が提供される。前記温度感応性側鎖は、温度感応性部分を含有する側鎖形成用の構造単位を含んでいてもよい。前記第１の主鎖と前記第２の構造単位のうちの少なくとも１つは、ビニル系化合物、Ｒ（ＣＯ）２ＮＨ（ここで、ＲはＣ２〜Ｃ６のアルキレン基である）で表される環状イミドおよびこれらの組み合わせから選ばれたいずれか一種から誘導された構造単位を含む。
【解決手段】温度感応性側鎖がグラフト重合された第１の構造単位と、親水性官能基を含む第２の構造単位と、を含む共重合体を含む正浸透用の誘導溶質が提供される。前記温度感応性側鎖は、温度感応性部分を含有する側鎖形成用の構造単位を含んでいてもよい。前記第１の主鎖と前記第２の構造単位のうちの少なくとも１つは、ビニル系化合物、Ｒ（ＣＯ）２ＮＨ（ここで、ＲはＣ２〜Ｃ６のアルキレン基である）で表される環状イミドおよびこれらの組み合わせから選ばれたいずれか一種から誘導された構造単位を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正浸透用誘導溶液、これを用いた正浸透水処理装置、および正浸透水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、水処理分野においては、逆浸透工程（ｒｅｖｅｒｓｅ ｏｓｍｏｓｉｓ）による淡水化方法が広く知られている。浸透現象とは、低濃度側の水が高濃度の溶液に向かって移動する現象のことを言うが、逆浸透淡水化工程は、人為的に強い圧力を加えて逆方向に水を移動させて淡水を生産する工程である。逆浸透工程は強い圧力を必要とするため、エネルギー消費が極めて多いと言える。最近では、エネルギー効率を高めるために、浸透圧の原理をそのまま利用する正浸透（ｆｏｒｗａｒｄ ｏｓｍｏｓｉｓ）工程が提案されており、浸透誘導溶液に用いる溶質としては、炭酸水素アンモニウム（ａｍｍｏｎｉｕｍ ｂｉｃａｒｂｏｎａｔｅ）、二酸化硫黄（ｓｕｌｆｕｒ ｄｉｏｘｉｄｅ）、脂肪族アルコール（ａｌｉｐｈａｔｉｃ ａｌｃｏｈｏｌｓ）、硫酸アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｓｕｌｆａｔｅ）、グルコース（ｇｌｕｃｏｓｅ）、フルクトース（ｆｒｕｃｔｏｓｅ）、硝酸カリウム（ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｎｉｔｒａｔｅ）などが挙げられる。中でも、炭酸水素アンモニウム（ａｍｍｏｎｉｕｍ ｂｉｃａｒｂｏｎａｔｅ）誘導溶液が最も広く知られているが、これは、正浸透過程後に、約６０℃の温度でアンモニアと二酸化炭素とに分解されて分離され得る。これらに加えて、新たに提案された誘導溶液物質としては、親水性ペプチドなどを付着したナノ磁性粒子（磁場で分離する）、デンドリマーなどの高分子電解質（限外ろ過膜、ナノろ過膜で分離する）などが挙げられる。
【０００３】
炭酸水素アンモニウムの場合には、６０℃以上に加熱しなければ気化が進まないため高いエネルギー消耗量が求められ、しかも、アンモニアを完璧に除去することは事実上困難であるため、アンモニア臭がして食水として使用することはできない。ナノ磁性粒子の場合には、磁場によって分離・凝集された磁性粒子の再分散が困難であり、ナノ粒子を完全に除去することができないため、ナノ粒子の毒性問題も考慮せねばならない。高分子イオン（デンドリマー、タンパク質など）技術もまた、高分子の大きさが数〜数十ｎｍのレベルであるためナノろ過膜、限外ろ過膜などのフィルターが必要であり、しかも、ろ過後に固まった高分子の再分散も困難である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、分離・回収に費やされるエネルギーを低減した正浸透用の誘導溶質を提供することである。
【０００５】
本発明の他の目的は、前記正浸透用の誘導溶質を含む浸透誘導溶液を用いた正浸透水処理装置を提供することである。
【０００６】
本発明のさらに他の目的は、前記正浸透用の誘導溶質を用いる正浸透水処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態によれば、第１の構造単位と第２の構造単位とを含み、前記第１の構造単位は第１の主鎖と第１の側鎖とを含み、前記第１の側鎖は前記第１の主鎖にグラフト重合された温度感応性側鎖であり、前記温度感応性側鎖は少なくとも１つの側鎖の構造単位を含み、前記少なくとも１つの側鎖の構造単位は温度感応性部分（ｍｏｉｅｔｙ）を含有し、前記第２の構造単位は親水性官能基を含む正浸透用の誘導溶質を提供する。
【０００８】
前記温度感応性部分（ｍｏｉｅｔｙ）は、下記の一般式１で表される１価の置換基、下記の一般式２で表される１価の置換基、または、下記の一般式３で表される２価の置換基であってもよい。
【０００９】
［一般式１］
＊−Ｃ（＝Ｏ）Ｎ（Ｒ１）（Ｒ２）
式中、
Ｒ１およびＲ２は、各々独立して、水素であるか、あるいは、直鎖状若しくは分枝鎖状のＣ３〜Ｃ５のアルキル基であり、前記Ｒ１およびＲ２のうちの少なくとも一方は水素ではなく、
【００１０】
［一般式２］
【化１】
式中、
Ｒ３は、Ｃ３〜Ｃ５のアルキレン基であり、
【００１１】
［一般式３］
【化２】
式中、
Ｒ４は、直鎖状若しくは分枝鎖状のＣ３〜Ｃ５のアルキル基である。
【００１２】
前記第１の主鎖と前記第２の構造単位のうちの少なくとも１つは、ビニル系化合物、Ｒ（ＣＯ）２ＮＨ（ここで、ＲはＣ２〜Ｃ６のアルキレン基である）で表される環状イミド（ｃｙｃｌｉｃ ｉｍｉｄｅ）およびこれらの組み合わせから選ばれたいずれか一種から誘導された構造単位を含んでいてもよい。
【００１３】
前記側鎖の構造単位の少なくとも一つは下記の一般式４で表される構造単位、下記の一般式５で表される構造単位、または、下記の一般式６で表される構造単位であってもよい。
【００１４】
［一般式４］
【化３】
【００１５】
［一般式５］
【化４】
【００１６】
［一般式６］
【化５】
式中、
Ｒ５およびＲ６は、各々独立して、直鎖状若しくは分枝鎖状のＣ３〜Ｃ５のアルキル基であり、Ｒ７は、Ｃ３〜Ｃ５のアルキレン基である。
【００１７】
前記温度感応性側鎖は、上記の一般式４で表される構造単位、上記の一般式５で表される構造単位、上記の一般式６で表される構造単位およびこれらの組み合わせから選ばれたいずれか一種を含んでいてもよい。
【００１８】
前記温度感応性側鎖は、上記の一般式４で表される構造単位、上記の一般式５で表される構造単位、または、上記の一般式６で表される構造単位をｎ個含んでいてもよく、前記ｎは、２〜３０の整数であってもよい。
【００１９】
前記側鎖の構造単位が、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド（ＮＩＰＡＭ）、Ｎ，Ｎ−ジエチルアクリルアミド（ＤＥＡＡＭ）、Ｎ−ビニルカプロラクタム（ＶＣＬ）およびこれらの組み合わせから選ばれたいずれか一種から誘導されたものであってもよい。
【００２０】
前記親水性官能基は、水素、ヒドロキシ基、アミド基およびこれらの組み合わせから選ばれたいずれか一種を含んでいてもよい。
【００２１】
前記第２の構造単位は第２の主鎖および第２の側鎖を含んでいてもよく、前記親水性官能基が、前記第２主鎖若しくは前記第２の側鎖に置換されていてもよい。
【００２２】
前記共重合体は、前記第１の構造単位および前記第２の構造単位を１：９９〜９９：１のモル比で含んでいてもよい。
【００２３】
前記共重合体の数平均分子量が、５、０００〜１００、０００であってもよい。
【００２４】
前記共重合体が、下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）未満では水への溶解度が１００ｇ／Ｌ以上であり、且つ、前記下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以上では水への溶解度が１ｇ／Ｌ以下であってもよい。
【００２５】
前記下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）が、１０〜５０℃であってもよい。
【００２６】
前記共重合体が、前記下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）未満では前記共重合体の温度感応性側鎖が水と水素結合を形成し、且つ、前記下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以上では前記共重合体の温度感応性側鎖間で水素結合を形成して可逆的に自己凝集してもよい。
【００２７】
前記共重合体において、下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）の前後に、全体の誘導溶質の５０重量％以上の粒径が１０倍〜１０、０００倍増大してもよい。
【００２８】
本発明の他の実施形態によれば、精製されるべき分離対象物質が含まれている流入水（ｆｅｅｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）と、前記正浸透用の誘導溶質を含む浸透誘導溶液（ｏｓｍｏｓｉｓ ｄｒａｗ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）と、一方の面は前記流入水に接し、他方の面は前記浸透誘導溶液に接するように位置する半透膜と、前記浸透誘導溶液の誘導溶質を分離して回収する回収システムと、前記回収システムによって回収された浸透誘導溶液の誘導溶質を前記半透膜に接する浸透誘導溶液に再投入する連結手段と、を備える正浸透水処理装置を提供する。
【００２９】
前記正浸透水処理装置は、前記流入水から前記浸透誘導溶液へと浸透圧によって前記半透膜を通過して移動した水を含む浸透誘導溶液に対して、前記回収システムによって誘導溶質が分離された残部を処理水として排出する手段をさらに備えていてもよい。
【００３０】
前記回収システムは、前記誘導溶質を下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以上に加熱して可逆的に自己凝集させる温度調節手段を備えていてもよい。
【００３１】
前記連結手段は、前記回収された誘導溶質に対して凝集を解砕するために、下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）未満に冷却する温度調節手段を備えていてもよい。
【００３２】
前記回収システムは、精密ろ過膜（ＭＦ：ｍｉｃｒｏｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｍｅｍｂｒａｎｅ）、限外ろ過膜 （ＵＦ：ｕｌｔｒａ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｍｅｍｅｂｒａｎｅ）、ナノろ過膜 （ＮＦ：ｎａｎｏ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｍｅｍｂｒａｎｅ）または遠心分離機を備えていてもよい。
【００３３】
本発明のさらに他の実施形態によれば、精製されるべき不純物が含まれている流入水を、前記正浸透用の誘導溶質を含む浸透誘導溶液と半透膜を挟んで接しさせて、前記流入水中の水を、流入水よりも高い浸透圧濃度を有する前記浸透誘導溶液へと浸透圧によって半透膜を通過させて移動させるステップと、前記流入水から前記半透膜を通過して移動した水を含む浸透誘導溶液を、下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以上に加熱して、浸透誘導溶液内の誘導溶質を可逆的に自己凝集させるステップと、前記流入水から前記半透膜を通過して移動した水を含む浸透誘導溶液から、前記可逆的に自己凝集した誘導溶質を分離・回収するステップと、前記流入水から前記半透膜を通過して移動した水を含む浸透誘導溶液から、前記可逆的に自己凝集した誘導溶質が除去された残部を、処理水として排出するステップと、を含む正浸透水処理方法を提供する。
【００３４】
前記正浸透水処理方法は、前記回収された誘導溶質を下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以下に冷却して凝集を解砕した後に、前記半透膜に接する浸透誘導溶液に再投入するステップをさらに含んでいてもよい。
【発明の効果】
【００３５】
前記正浸透用誘導溶液を用いた正浸透水処理装置は、誘導溶質の分離・回収に費やされるエネルギーが節減され、しかも、水処理効果に優れている。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態による正浸透水処理装置の模式図である。
【図２】実施例１に従い合成された共重合体のＮＭＲ分析スペクトルである。
【図３】実施例２に従い合成された共重合体のＮＭＲ分析スペクトルである。
【図４】実施例１に従い合成された共重合体から製造された浸透誘導溶液の温度に応じた溶解度のグラフである。
【図５】実施例２に従い合成された共重合体から製造された浸透誘導溶液の温度に応じた溶解度のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の一実施形態について、本発明が属する技術分野において通常の知識を持った者が容易に実施できるように詳述する。しかしながら、本発明は種々の異なる形態によって実現可能であり、ここで説明する実施形態に限定されるものではない。
【００３８】
この明細書において、「置換」とは、特に断りのない限り、ヒドロキシ基、ニトロ基、シアノ基、イミノ基（＝ＮＨ、＝ＮＲ’、Ｒ’は、Ｃ１〜Ｃ１０のアルキル基である）、アミノ基（−ＮＨ２、−ＮＨ（Ｒ’’）、−Ｎ（Ｒ’’’）（Ｒ’’’’）、Ｒ’’〜Ｒ’’’’は、各々独立して、Ｃ１〜Ｃ１０のアルキル基である）、アミジノ基、ヒドラジン基、ヒドラゾン基、カルボキシル基、Ｃ１〜Ｃ３０のアルキル基；Ｃ１〜Ｃ１０のアルキルシリル基；Ｃ３〜Ｃ３０のシクロアルキル基；Ｃ６〜Ｃ３０のアリール基；Ｃ２〜Ｃ３０のヘテロアリール基；Ｃ１〜Ｃ１０のアルコキシ基；ハロゲン基；トリフルオロメチル基などのＣ１〜Ｃ１０のフルオロアルキル基で置換されたものを意味する。
【００３９】
この明細書において、「ヘテロ」とは、特に断りのない限り、一つの化合物または置換基内にＮ、Ｏ、ＳおよびＰよりなる群から選ばれるヘテロ原子を１〜３個含み、且つ、残部は炭素であるものを意味する。
【００４０】
この明細書において、「これらの組み合わせ」とは、特に断りのない限り、２以上の置換基が単一結合または連結基によって結合されているか、あるいは、２以上の置換基が縮合して結合されているものを意味する。
【００４１】
また、この明細書において、「＊」とは、同じまたは異なる原子もしくは一般式と連結される部分を意味する。
【００４２】
この明細書において、「アルキル（ａｌｋｙｌ）基」とは、特に断りのない限り、あるアルケニル（ａｌｋｅｎｙｌ）やアルキニル（ａｌｋｙｎｙｌ）を含んでいない「飽和アルキル（ｓａｔｕｒａｔｅｄ ａｌｋｙｌ）基」；または、少なくとも一つのアルケニルまたはアルキニルを含んでいる「不飽和アルキル（ｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄ ａｌｋｙｌ）基」をいずれも含むものを意味する。前記「アルケニル」とは、少なくとも二つの炭素原子が少なくとも一つの炭素−炭素の二重結合を形成する置換基を意味し、前記「アルキニル」とは、少なくとも二つの炭素原子が少なくとも一つの炭素−炭素の三重結合を形成する置換基を意味する。
【００４３】
前記アルキル基は、Ｃ１〜Ｃ３０の直鎖状若しくは分枝鎖状のアルキル基であってもよく、より具体的に、Ｃ１〜Ｃ６のアルキル基、Ｃ７〜Ｃ１０のアルキル基、または、Ｃ１１〜Ｃ２０のアルキル基であってもよい。
【００４４】
例えば、Ｃ１〜Ｃ４のアルキル基とは、アルキル鎖に１〜４個の炭素原子が存在するものを意味し、これは、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、イソブチル、ｓｅｃ−ブチルおよびｔ−ブチルよりなる群から選ばれることを示す。
【００４５】
典型的なアルキル基には、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、ｔ−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、エテニル基、プロフェニル基、ブテニル基、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などがある。
【００４６】
「芳香族基」とは、環状の置換基の全ての元素がｐ−オービタルを有しており、これらのｐ−オービタルが共役（ｃｏｎｊｕｇａｔｉｏｎ）を形成している置換基を意味する。その具体例としては、アリール基とヘテロアリール基が挙げられる。
【００４７】
「アリール（ａｒｙｌ）基」とは、単一環または融合環（すなわち、炭素原子の隣り合う対を共有する複数の環）置換基を含む。
【００４８】
「ヘテロアリール（ｈｅｔｅｒｏａｒｙｌ）基」とは、アリール基内にＮ、Ｏ、ＳおよびＰよりなる群から選ばれるヘテロ原子を１〜３個含み、且つ、残部は炭素であるものを意味する。前記ヘテロアリール基が融合環である場合、各々の環ごとに前記ヘテロ原子を１〜３個含んでいてもよい。
【００４９】
本発明の一実施形態による正浸透用の誘導溶質は、第１の構造単位と第２の構造単位とを含む共重合体を含む。前記第１の構造単位は第１の主鎖と第１の側鎖とを含み、前記第１の側鎖は前記第１の主鎖にグラフト重合された温度感応性側鎖であり、前記温度感応性側鎖は少なくとも１つの側鎖の構造単位を含み、前記少なくとも１つの側鎖の構造単位は温度感応性部分（ｍｏｉｅｔｙ）を含む。前記第２の構造単位は親水性官能基を含む。
【００５０】
前記温度感応性部分（ｍｏｉｅｔｙ）は、下記の一般式１で表される１価の置換基、下記の一般式２で表される１価の置換基、または、下記の一般式３で表される２価の置換基であってもよい。
【００５１】
［一般式１］
＊−Ｃ（＝Ｏ）Ｎ（Ｒ１）（Ｒ２）
式中、
Ｒ１およびＲ２は、各々独立して、水素であるか、あるいは、直鎖状若しくは分枝鎖状のＣ３〜Ｃ５のアルキル基であり、前記Ｒ１およびＲ２のうちの少なくとも一方は水素ではなく、
【００５２】
［一般式２］
【化６】
式中、
Ｒ３は、Ｃ３〜Ｃ５のアルキレン基であり、
【００５３】
［一般式３］
【化７】
式中、
Ｒ４は、直鎖状若しくは分枝鎖状のＣ３〜Ｃ５のアルキル基である。
【００５４】
前記正浸透用の誘導溶質は、正浸透水処理工程に使用可能である。
【００５５】
前記正浸透水処理工程は、流入水に比べて高濃度の浸透誘導溶液（ｏｓｍｏｓｉｓ ｄｒａｗ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）を用いて、流入水から浸透誘導溶液へと水分子を移動させた後、浸透誘導溶液から誘導溶質を分離して再使用して、淡水を生産する水処理工程である。
【００５６】
前記正浸透用の誘導溶質は、前記正浸透工程において、誘導溶液の分離・回収時にかかるエネルギーコストを節減したものである。具体的に、前記正浸透用の誘導溶質は、温度によって親水性が調節される温度感応性側鎖が導入された第１の構造単位と、親水性官能基を含む第２の構造単位と、を含む共重合体を含んでいることから、誘導溶液の分離・回収が行い易い。
【００５７】
前記共重合体は、高温下で親水性が急減して可逆的に自己凝集し、水への溶解度が下がりついに不溶性となる。このように高温下で可逆的に自己凝集した前記共重合体は粒径が増大するので、浸透誘導溶液から分離し易くなる。例えば、前記共重合体は、前記特性温度以上において、分子間（ｉｎｔｅｒｍｏｌｅｃｕｌａｒまたはｉｎｔｒａｍｏｌｅｃｕｌａｒ）の疎水性作用（ｈｏｄｒｏｐｈｏｂｉｃ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）によって前記温度感応性側鎖が凝集して沈殿物を形成するので、水と分離し易い。
【００５８】
前記不溶性が高まった粒子から形成された共重合体は、精密ろ過膜（ＭＦ：ｍｉｃｒｏｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｍｅｍｂｒａｎｅ）、限外ろ過膜 （ＵＦ：ｕｌｔｒａ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｍｅｍｅｂｒａｎｅ）、ナノろ過膜 （ＮＦ：ｎａｎｏ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｍｅｍｂｒａｎｅ）または遠心分離機などを用いて、過剰なエネルギーを費やすことなく、分離し易い。
【００５９】
前記共重合体は、低温下では親水性が高く、しかも、水に高濃度にて溶解できるので、高濃度の浸透誘導溶液として用いられる結果、浸透圧を高められる。
【００６０】
前記共重合体は、前記温度感応性側鎖が導入されて、上述した温度感応性といった特徴が与えられるが、前記「温度感応性」との用語は、高温および低温における水への溶解度の違いが大きくて、温度の増大に伴い可逆的に自己凝集する特性を有するということを意味する。
【００６１】
「下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ：ｌｏｗ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｓｏｌｕｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）」とは、前記温度感応性共重合体が溶液と分離できる最低の温度（水に溶解できる最高の温度）を意味し、前記共重合体の前記下限臨界溶液温度は、約１０〜約５０℃の範囲内に存在してもよく、例えば、約２５〜約４５℃、具体的に、約３０〜約４０℃の範囲内に存在してもよい。
【００６２】
前記共重合体は、前記下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）未満では親水性が高くて前記温度感応性側鎖が水と水素結合を形成することにより、水に溶解されたままで存在することができる。これに対し、前記共重合体は、前記下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以上では親水性が低下して、前記温度感応性側鎖間で水素結合を形成し、これにより、可逆的に自己凝集した粒子として沈殿（ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ）され得る。
【００６３】
このように可逆的な自己凝集が形成されることにより、前記共重合体は、下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）の前後において、水への溶解度の変化が急激に発生する。
【００６４】
前記共重合体は、下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）未満では親水性を示すので水への溶解度が高い結果、高濃度の浸透誘導溶液としての使用に好適であり、下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以上では疎水性を示すので可逆的に自己凝集して沈殿される結果、浸透誘導溶液から分離し易く、しかも、分離された共重合体をさらに下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）未満に冷却することにより親水性を帯びさせることができるため、浸透誘導溶液として再使用し易い。
【００６５】
前記共重合体は、例えば、前記下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）未満では水への溶解度が約１００ｇ／Ｌ以上であり、且つ、前記下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以上では水への溶解度が約１ｇ／Ｌ以下であってもよい。具体的に、前記共重合体は、前記下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）未満では水への溶解度が約２００ｇ／Ｌ〜約８００ｇ／Ｌであり、且つ、前記下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以上では水への溶解度が約０．１ｇ／Ｌ〜約１０ｇ／Ｌであってもよい。より具体的に、前記共重合体は、前記下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）未満では水への溶解度が約５００ｇ／Ｌ〜約８００ｇ／Ｌであり、且つ、前記下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以上では水への溶解度が約０．１ｇ／Ｌ〜約１ｇ／Ｌであってもよい。
【００６６】
本発明の一実施形態において、前記第１の主鎖と前記第２の構造単位のうちの少なくとも１つは、ビニル系化合物、Ｒ（ＣＯ）２ＮＨ（ここで、ＲはＣ２〜Ｃ６のアルキレン基である）で表される環状イミド（ｃｙｃｌｉｃ ｉｍｉｄｅ）およびこれらの組み合わせから選ばれたいずれか一種から誘導された構造単位を含んでいてもよい。
【００６７】
例えば、前記スクシンイミドから誘導された構造単位に前記温度感応性側鎖を連結して第１の構造単位を形成してもよい。このとき、前記温度感応性側鎖は、前記第１の主鎖を形成する炭素原子または窒素原子に連結され得る。
【００６８】
前記温度感応性側鎖は、連結基を介して前記第１の主鎖に連結されてもよい。前記連結基は、前記温度感応性側鎖を前記第１の主鎖に連結するために、合成過程で使用可能な化合物から誘導された連結基であってもよい。
【００６９】
前記側鎖の構造単位の少なくとも１つは、具体的に、下記の一般式４で表される構造単位、下記の一般式５で表される構造単位、または、下記の一般式６で表される構造単位であってもよい。
【００７０】
［一般式４］
【化８】
【００７１】
［一般式５］
【化９】
【００７２】
［一般式６］
【化１０】
式中、
Ｒ５およびＲ６は、各々独立して、直鎖状若しくは分枝鎖状のＣ３〜Ｃ５のアルキル基であり、
Ｒ７は、Ｃ３〜Ｃ５のアルキレン基である。
【００７３】
前記温度感応性側鎖は、上記の一般式４で表される構造単位、上記の一般式５で表される構造単位、上記の一般式６で表される構造単位、およびこれらの組み合わせから選ばれたいずれか一種を含んでいてもよい。
【００７４】
例えば、前記温度感応性側鎖は、上記の一般式４で表される構造単位、上記の一般式５で表される構造単位、または、上記の一般式６で表される構造単位をｎ個含んでいてもよく、前記ｎは、２〜３０の整数であってもよい。
【００７５】
前記ｎは、具体的に、２〜８であってもよく、より具体的に、前記ｎは、４〜６であってもよい。
【００７６】
前記側鎖の構造単位は、例えば、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド（Ｎ−ｉｓｏｐｒｏｐｙｌａｃｒｙｌａｍｉｄｅ；ＮＩＰＡＭ）、Ｎ，Ｎ−ジエチルアクリルアミド（Ｎ，Ｎ−ｄｉｅｔｈｙｌａｃｒｙｌａｍｉｄｅ；ＤＥＡＡＭ）、Ｎ−ビニルカプロラクタム（Ｎ−ｖｉｎｙｌｃａｐｒｏｌａｃｔａｍ；ＶＣＬ）およびこれらの組み合わせから選ばれたモノマーから誘導された構造単位であってもよい。
【００７７】
前記第２の構造単位に含まれる親水性官能基は、末端が、例えば、水素、ヒドロキシ基、アミド基およびこれらの組み合わせから選ばれたいずれか一種を含んでいてもよい。
【００７８】
前記第２の構造単位は第２の主鎖および第２の側鎖を含んでいてもよく、前記親水性官能基は、前記第２の主鎖または前記第２の側鎖に置換されていてもよい。前記親水性官能基が前記第２の主鎖に導入される場合は、第２の主鎖に連結された水素に置換される場合であるか、または２価の親水性官能基が前記第２の主鎖の一部を形成してもよく、前記親水性官能基が前記第２の側鎖に導入される場合は、前記第２の側鎖に含有されている水素に前記親水性官能基が置換された場合であるか、または２価の親水性官能基が前記第２の側鎖の一部を形成してもよい。
【００７９】
本発明の一実施形態において、前記第２の構造単位として、親水性官能基を有するスクシンイミドから誘導された構造単位を使用してもよい。前記第２の構造単位の具体例としては、ポリヒドロキシエチルアスパルトアミド（ＰＨＥＡ）、ポリアスパラギン、ポリヒドロキシルエチルアクリレート、ポリメチルメタアクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリメタアクリレートなどが挙げられる。
【００８０】
前記共重合体の数平均分子量が約５、０００〜約１００、０００であってもよい。具体的に、前記共重合体の数平均分子量が約１０、０００〜約５０、０００であってもよく、より具体的に、前記共重合体の数平均分子量が約１０、０００〜約３５、０００であってもよい。前記範囲の分子量を有する共重合体を正浸透用の誘導溶質として使用して、下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）未満で高濃度の浸透誘導溶液を製造することができる。
【００８１】
前記共重合体は、前記第１の構造単位および前記第２の構造単位を約１：９９〜約９９：１のモル比で含んでいてもよい。具体的に、前記共重合体は、前記第１の構造単位および前記第２の構造単位を約１：９９〜約７０：３０の重量比で含んでいてもよく、より具体的に、前記共重合体は、前記第１の構造単位および前記第２の構造単位を約５：９５〜約５０：５０の重量比で含んでいてもよい。前記範囲の含量比である限り、前記共重合体が温度感応特性を有しつつも、浸透圧を発現する過剰な濃度が得られる溶解度を有することができる。
【００８２】
前記共重合体は、前記第１の構造単位および前記第２の構造単位のブロック共重合体（ｂｌｏｃｋ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、交互共重合体（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、ランダム共重合体（ｒａｎｄｏｍ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、グラフト共重合体（ｇｒａｆｔ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）およびこれらの組み合わせから選ばれたいずれか一種を含んでいてもよい。
【００８３】
前記共重合体は、下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以上で可逆的に自己凝集するため、下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）未満に比べて、下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以上における粒径が急増する。前記共重合体において、下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）の前後に、全体の誘導溶質の約５０重量％以上の粒径が約１０倍〜約１０、０００倍増大することができる。具体的に、前記共重合体において、下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）の前後に、全体の誘導溶質の約５０重量％以上の粒径が約１００倍〜約１０、０００倍増大することができ、より具体的に、前記共重合体において、下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）の前後に、全体の誘導溶質の約５０重量％以上の粒径が約１、０００倍〜約１０、０００倍増大することができる。このときの粒径の変化は、動的光散乱法（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）によって水力半径（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｒａｄｉｕｓ）を測定するときに、粒径が約１０倍〜約１０、０００倍増大するものとして測定され得る。
【００８４】
上記のように粒径が増大した共重合体、すなわち、下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以上において、共重合体粒子の水力半径が、例えば、約１００ｎｍ〜約１０、０００ｎｍであってもよい。具体的に、前記下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以上において、共重合体粒子の水力半径が約３００ｎｍ〜約５０μｍであってもよく、より具体的に、前記下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以上において、共重合体粒子の水力半径が約３００ｎｍ〜約５μｍであってもよい。
【００８５】
本発明の他の実施形態によれば、前記正浸透誘導溶質を用いる正浸透水処理装置を提供する。
【００８６】
前記正浸透水処理装置は、精製されるべき分離対象物質が含まれている流入水（ｆｅｅｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）と、前記正浸透用の誘導溶質を含む浸透誘導溶液（ｏｓｍｏｓｉｓ ｄｒａｗ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）と、一方の面は前記流入水に接し、他方の面は前記浸透誘導溶液に接するように位置する半透膜と、前記浸透誘導溶液の誘導溶質を分離して回収する回収システムと、前記回収システムによって回収された浸透誘導溶液の誘導溶質を前記半透膜に接する浸透誘導溶液に再投入する連結手段と、を備える。
【００８７】
前記半透膜は、水透過性であり、且つ、分離対象物質に対して非透過性である半透過性（ｓｅｍｉ−ｐｅｒｍｅａｂｌｅ）の正浸透用の分離膜である。
【００８８】
前記正浸透用の誘導溶質の詳細は、上述した通りである。
【００８９】
前記浸透誘導溶液は、処理水よりも高い浸透圧を有するように濃度を調節して得ることができる。本発明の一実施形態において、上述した誘導溶質を約１０ｗｔ％の濃度で含むように製造された浸透誘導溶液は、約５０気圧の浸透圧が実現可能である。他の実施形態において、上述の誘導溶質を約２０ｗｔ％の濃度で含むように製造された浸透誘導溶液は、約１００気圧の浸透圧が実現可能である。
【００９０】
前記正浸透水処理装置は、前記流入水から前記浸透誘導溶液へと浸透圧によって前記半透膜を通過した水を含む浸透誘導溶液に対して、前記回収システムによって誘導溶質が分離された残部を処理水として排出する手段をさらに備えていてもよい。
【００９１】
前記正浸透水処理装置の作動機構は、処理の対象となる流入水中の水を、浸透圧を用いて、高濃度の浸透誘導溶液へと半透膜を通過させて移動させ、前記流入水中の含水浸透誘導溶液を回収システムに移動させて正浸透用の誘導溶質を分離・除去した残部を処理水として排出するものである。前記分離された正浸透用の誘導溶質は、処理の対象となる流入水と半透膜を挟んで接した浸透誘導溶液に再投入して再使用することができる。
【００９２】
前記回収システムにおける正浸透用の誘導溶質の分離・回収は、上述したように、前記共重合体の温度感応性といった特性を用いて行うことができる。すなわち、前記回収システムが温度調節手段を備え、前記共重合体を下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以上に加熱して可逆的に自己凝集させて誘導溶質の粒径を増大させた後に、ろ過して分離することができる。
【００９３】
前記ろ過は、精密ろ過膜（ＭＦ：ｍｉｃｒｏｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｍｅｍｂｒａｎｅ）、限外ろ過膜 （ＵＦ：ｕｌｔｒａ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｍｅｍｅｂｒａｎｅ）、ナノろ過膜 （ＮＦ：ｎａｎｏ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｍｅｍｂｒａｎｅ）または遠心分離機などを用いて行うことができる。例えば、ミクロ寸法のミセルネットワークを形成したブロック共重合体の粒子に対して、精密ろ過膜によりろ過して分離を行うことができるので、このような回収システムによれば、作動エネルギーが大幅に節減可能になる。
【００９４】
前記分離・回収された誘導溶質である共重合体をさらに流入水に接する浸透誘導溶液に添加して再使用するには、下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）未満に冷却してさらに浸透誘導溶液への溶解度を高める必要がある。このため、前記連結手段は、下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）未満に冷却する温度調節手段を備えていてもよく、前記温度調節手段を用いて、前記回収された誘導溶質を下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）未満に冷却することにより、凝集の解砕された誘導溶質を前記半透膜に接する浸透誘導溶液に再投入することができる。
【００９５】
このように前記共重合体を正浸透用の誘導溶質として使用すれば、正浸透工程は、前記下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以下で駆動しつつ、前記回収システムにおいて下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以上に温度を調節して、誘導溶質を容易に分離・回収することができる。なお、前記共重合体は、約１０〜約５０℃の範囲の比較的に低めの下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）を有することができるので、誘導溶質の回収に際して高温といった条件を求めず、作動エネルギーを節減できるという側面で有利である。
【００９６】
このように、前記正浸透水処理装置は、分離された誘導溶質を簡単に温度調節によって再使用することができるというメリットがある。
【００９７】
前記流入水は、海水（ｓｅａ ｗａｔｅｒ）、汽水（ｂｒａｃｋｉｓｈ ｗａｔｅｒ）、地下水（ｇｒｏｕｎｄ ｗａｔｅｒ）、廃水（ｗａｓｔｅ ｗａｔｅｒ）などであってもよい。例えば、前記正浸透水処理装置を用いて海水を浄水して飲用水を得ることができる。
【００９８】
本発明のさらに他の実施形態によれば、精製されるべき不純物が含まれている流入水を前記正浸透用の誘導溶質を含む浸透誘導溶液と半透膜を挟んで接しさせて、前記流入水中の水を、流入水よりも高い浸透圧濃度を有する前記浸透誘導溶液へと浸透圧によって半透膜を通過させて移動させるステップと、前記流入水から前記半透膜を通過して移動した水を含む浸透誘導溶液を、下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以上に加熱して、浸透誘導溶液内の誘導溶質を可逆的に自己凝集させるステップと、前記流入水から前記半透膜を通過して移動した水を含む浸透誘導溶液から、前記可逆的に自己凝集した誘導溶質を分離・回収するステップと、前記流入水から前記半透膜を通過して移動した水を含む浸透誘導溶液から、前記可逆的に自己凝集した誘導溶質が除去された残部を、処理水として排出するステップと、を含む正浸透水処理方法が提供される。
【００９９】
前記正浸透用の誘導溶質の詳細は、上述した通りである。
【０１００】
前記正浸透水処理方法は、前記回収された誘導溶質を下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以下に冷却して凝集を解砕した後、前記半透膜に接する浸透誘導溶液に再投入するステップをさらに含んでいてもよい。
【０１０１】
前記下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）が、上述したように、約１０〜約５０℃であってもよい。
【０１０２】
図１は、前記正浸透水処理方法によって作動可能な前記正浸透水処理装置の模式図である。
【０１０３】
［実施例１］
１）ＮＩＰＡａｍオリゴマーの合成
ラジカル重合によって、下記の一般式７で表されるＮＩＰＡａｍ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）オリゴマーを合成する。精製されたＮＩＰＡａｍモノマー６ｇ（０．０５３モル）、連鎖移動剤（ｃｈａｉｎ ｔｒａｎｓｆｅｒ ａｇｅｎｔ）としてのアミノエタンチオール塩酸塩（ａｍｉｎｏｅｔｈａｎｅｔｈｉｏｌ ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｄｅ；ＡＥＴ−ＨＣｌ）０．１８９７ｇ（０．００１６モル）、アゾビスイソブチロニトリル（ａｚｏｂｉｓｉｓｏｂｕｔｙｒｏｎｉｔｉｌｅ；ＡＩＢＮ）０．０８７ｇ（０．００１モル）、ジメチルホルムアミド（ｄｉｍｅｔｈｙｌｆｏｒａｍｉｄｅ；ＤＭＦ）３１．３４ｍＬを用い、３口丸底フラスコにおいて、７５℃の窒素雰囲気下で１５時間反応させる。重合されたＮＩＰＡａｍオリゴマーは、ジエチルエーテルで精製して真空オーブンで一晩中乾燥する。重合されたオリゴマー末端のＨＣｌを除去するために、ＮＩＰＡａｍオリゴマーモル比の２倍となるトリエチルアミンを入れて２４時間反応させた後、ジエチルエーテルで精製して真空オーブンで一晩中乾燥する。
【０１０４】
［一般式７］
【化１１】
式中、ｎは、重合度を意味する。
【０１０５】
２）ＳＩ−ｇ−Ｏｌｉｇｏ ＮＩＰＡａｍの合成
ポリスクシンイミド（Ｐｏｌｙｓｕｃｃｉｎｉｍｉｄｅ）０．４ｇと、ＮＩＰＡａｍオリゴマー０．２７ｇをＤＭＦ３．３５ｍｌの溶媒に溶かし、７０℃で４８時間反応させる。
【０１０６】
３）ＰＳＩ−ｇ−Ｏｌｉｇｏ ＮＩＰＡａｍ−ＰＨＥＡの合成
下記の一般式８で表されるＰＳＩ−ｇ−Ｏｌｉｇｏ ＮＩＰＡａｍ−ＰＨＥＡを合成する。
【０１０７】
［一般式８］
【化１２】
式中、
Ｒは、下記の一般式９で表され、
Ｒ’は、−ＣＨ２−ＣＨ２−ＯＨであり、
ｍ、およびｎは、重合度を示す。
【０１０８】
［一般式９］
【化１３】
【０１０９】
エタノールアミン０．１３７ｍＬに、前記合成されたＰＳＩ−ｇ−Ｏｌｉｇｏ ＮＩＰＡａｍの１．６７５ｍｌを入れて、５０℃で６時間反応させる。合成されたＰＳＩ−ｇ−Ｏｌｉｇｏ ＮＩＰＡａｍ−ＰＨＥＡは、透析チューブ（ｄｉａｌｙｓｉｓ ｔｕｂｅ）に入れて２日間精製した後、凍結乾燥させる。
【０１１０】
前記合成されたＰＳＩ−ｇ−Ｏｌｉｇｏ ＮＩＰＡａｍ−ＰＨＥＡは、上記の一般式８において、ｍ：ｎ＝１０：９０である。
【０１１１】
図２は、前記合成された共重合体、ＰＳＩ−ｇ−Ｏｌｉｇｏ ＮＩＰＡａｍ−ＰＨＥＡのＨ１−ＮＭＲ分析スペクトルである。
【０１１２】
［実施例２］
実施例１に従い合成されたＰＮＩＰＡａｍオリゴマーを、置換度を異ならせて、ポリスクシンイミドにグラフトさせる。ポリスクシンイミド（Ｐｏｌｙｓｕｃｃｉｎｉｍｉｄｅ）０．４ｇと、ＮＩＰＡａｍオリゴマー１．０８ｇをＤＭＦ７．４ｍｌ溶媒に溶かし、７０℃で４８時間反応させてＰＳＩ−ｇ−Ｏｌｉｇｏ ＮＩＰＡａｍ（ＤＳ４０）を得る。
【０１１３】
エタノールアミン０．１３７ｍＬに、用意されたＰＳＩ−ｇ−Ｏｌｉｇｏ ＮＩＰＡａｍ（ＤＳ４０）３．７ｍＬを反応させた後、精製し且つ乾燥する。実施例２に従い合成されたＰＳＩ−ｇ−Ｏｌｉｇｏ ＮＩＰＡａｍ−ＰＨＥＡは、上記の一般式８において、ｍ：ｎ＝４０：６０である。
【０１１４】
図３は、前記合成された共重合体、ＰＳＩ−ｇ−Ｏｌｉｇｏ ＮＩＰＡａｍ−ＰＨＥＡのＨ１−ＮＭＲ分析スペクトルである。
【０１１５】
［比較例１］
ＮＩＰＡａｍ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）単分子化合物を用意する。
【０１１６】
［実験例１：分子量の評価］
前記合成された共重合体のＨ１−ＮＭＲスペクトルを分析することにより、各々の置換度を計算することができる。すなわち、第１の構造単位の置換度を計算すれば、実施例１では６．３モル％であり、実施例２では３３モル％である。前記合成に用いられたポリスクシンイミド主鎖の重合度が１３３．８であるため、共重合体の数平均分子量を計算すれば、実施例１では２３、０００であり、実施例２では３０、０００である。
【０１１７】
［実験例２：浸透誘導溶液の製造および浸透圧の分析］
下記表１に示す種々の濃度の浸透誘導溶液を製造し、メンブレイン測定法を用いた浸透圧測定機器（Ｏｓｍｏｍａｔ０９０、Ｇｏｎｏｔｅｋ）を用いて、実施例１〜２に従い製造された共重合体を含む浸透誘導溶液の浸透圧を分析する。
【０１１８】
【表１】
【０１１９】
［実験例３：浸透誘導溶液の溶解度の評価］
実施例１および実施例２に従い製造された共重合体を１ｗｔ％含む浸透誘導溶液に対して、常温から徐々に昇温させた後、さらに常温まで降温させつつ、温度に応じた溶液の溶解度の変化を吸光度の測定によって観察する。図４は、実施例１の共重合体から製造された浸透誘導溶液の温度に応じた溶解度のグラフであり、図５は、実施例２の共重合体から製造された浸透誘導溶液の温度に応じた溶解度のグラフである。昇温を行いつつ、溶液がいきなり白濁し始める温度を「下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）」とし、下記表２にまとめて示す。
【０１２０】
【表２】
【０１２１】
実施例１および実施例２は、双方とも、加熱時に３２℃辺りで吸光度が急増し（自己凝集していることを意味する）、冷却時には３０℃辺りで吸光度がさらに急減することが（再溶解していることを意味する）分かる。分析の結果、加熱および冷却の際に約２〜３℃の温度差が見られるのは、分析装備の構造から、測定溶液を一様に攪拌することができないため、セル内部の温度分布が不均一であることに起因する。
【０１２２】
以上、本発明の好適な実施形態を詳述したが、本発明の権利範囲はこれらの実施形態に何ら限定されるものではなく、特許請求の範囲に定義されている本発明の基本概念を用いた当業者の種々の変形および改良もまた本発明の権利範囲に属するものである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正浸透用誘導溶液、これを用いた正浸透水処理装置、および正浸透水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、水処理分野においては、逆浸透工程（ｒｅｖｅｒｓｅ ｏｓｍｏｓｉｓ）による淡水化方法が広く知られている。浸透現象とは、低濃度側の水が高濃度の溶液に向かって移動する現象のことを言うが、逆浸透淡水化工程は、人為的に強い圧力を加えて逆方向に水を移動させて淡水を生産する工程である。逆浸透工程は強い圧力を必要とするため、エネルギー消費が極めて多いと言える。最近では、エネルギー効率を高めるために、浸透圧の原理をそのまま利用する正浸透（ｆｏｒｗａｒｄ ｏｓｍｏｓｉｓ）工程が提案されており、浸透誘導溶液に用いる溶質としては、炭酸水素アンモニウム（ａｍｍｏｎｉｕｍ ｂｉｃａｒｂｏｎａｔｅ）、二酸化硫黄（ｓｕｌｆｕｒ ｄｉｏｘｉｄｅ）、脂肪族アルコール（ａｌｉｐｈａｔｉｃ ａｌｃｏｈｏｌｓ）、硫酸アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｓｕｌｆａｔｅ）、グルコース（ｇｌｕｃｏｓｅ）、フルクトース（ｆｒｕｃｔｏｓｅ）、硝酸カリウム（ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｎｉｔｒａｔｅ）などが挙げられる。中でも、炭酸水素アンモニウム（ａｍｍｏｎｉｕｍ ｂｉｃａｒｂｏｎａｔｅ）誘導溶液が最も広く知られているが、これは、正浸透過程後に、約６０℃の温度でアンモニアと二酸化炭素とに分解されて分離され得る。これらに加えて、新たに提案された誘導溶液物質としては、親水性ペプチドなどを付着したナノ磁性粒子（磁場で分離する）、デンドリマーなどの高分子電解質（限外ろ過膜、ナノろ過膜で分離する）などが挙げられる。
【０００３】
炭酸水素アンモニウムの場合には、６０℃以上に加熱しなければ気化が進まないため高いエネルギー消耗量が求められ、しかも、アンモニアを完璧に除去することは事実上困難であるため、アンモニア臭がして食水として使用することはできない。ナノ磁性粒子の場合には、磁場によって分離・凝集された磁性粒子の再分散が困難であり、ナノ粒子を完全に除去することができないため、ナノ粒子の毒性問題も考慮せねばならない。高分子イオン（デンドリマー、タンパク質など）技術もまた、高分子の大きさが数〜数十ｎｍのレベルであるためナノろ過膜、限外ろ過膜などのフィルターが必要であり、しかも、ろ過後に固まった高分子の再分散も困難である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、分離・回収に費やされるエネルギーを低減した正浸透用の誘導溶質を提供することである。
【０００５】
本発明の他の目的は、前記正浸透用の誘導溶質を含む浸透誘導溶液を用いた正浸透水処理装置を提供することである。
【０００６】
本発明のさらに他の目的は、前記正浸透用の誘導溶質を用いる正浸透水処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態によれば、第１の構造単位と第２の構造単位とを含み、前記第１の構造単位は第１の主鎖と第１の側鎖とを含み、前記第１の側鎖は前記第１の主鎖にグラフト重合された温度感応性側鎖であり、前記温度感応性側鎖は少なくとも１つの側鎖の構造単位を含み、前記少なくとも１つの側鎖の構造単位は温度感応性部分（ｍｏｉｅｔｙ）を含有し、前記第２の構造単位は親水性官能基を含む正浸透用の誘導溶質を提供する。
【０００８】
前記温度感応性部分（ｍｏｉｅｔｙ）は、下記の一般式１で表される１価の置換基、下記の一般式２で表される１価の置換基、または、下記の一般式３で表される２価の置換基であってもよい。
【０００９】
［一般式１］
＊−Ｃ（＝Ｏ）Ｎ（Ｒ１）（Ｒ２）
式中、
Ｒ１およびＲ２は、各々独立して、水素であるか、あるいは、直鎖状若しくは分枝鎖状のＣ３〜Ｃ５のアルキル基であり、前記Ｒ１およびＲ２のうちの少なくとも一方は水素ではなく、
【００１０】
［一般式２］
【化１】
式中、
Ｒ３は、Ｃ３〜Ｃ５のアルキレン基であり、
【００１１】
［一般式３］
【化２】
式中、
Ｒ４は、直鎖状若しくは分枝鎖状のＣ３〜Ｃ５のアルキル基である。
【００１２】
前記第１の主鎖と前記第２の構造単位のうちの少なくとも１つは、ビニル系化合物、Ｒ（ＣＯ）２ＮＨ（ここで、ＲはＣ２〜Ｃ６のアルキレン基である）で表される環状イミド（ｃｙｃｌｉｃ ｉｍｉｄｅ）およびこれらの組み合わせから選ばれたいずれか一種から誘導された構造単位を含んでいてもよい。
【００１３】
前記側鎖の構造単位の少なくとも一つは下記の一般式４で表される構造単位、下記の一般式５で表される構造単位、または、下記の一般式６で表される構造単位であってもよい。
【００１４】
［一般式４］
【化３】
【００１５】
［一般式５］
【化４】
【００１６】
［一般式６］
【化５】
式中、
Ｒ５およびＲ６は、各々独立して、直鎖状若しくは分枝鎖状のＣ３〜Ｃ５のアルキル基であり、Ｒ７は、Ｃ３〜Ｃ５のアルキレン基である。
【００１７】
前記温度感応性側鎖は、上記の一般式４で表される構造単位、上記の一般式５で表される構造単位、上記の一般式６で表される構造単位およびこれらの組み合わせから選ばれたいずれか一種を含んでいてもよい。
【００１８】
前記温度感応性側鎖は、上記の一般式４で表される構造単位、上記の一般式５で表される構造単位、または、上記の一般式６で表される構造単位をｎ個含んでいてもよく、前記ｎは、２〜３０の整数であってもよい。
【００１９】
前記側鎖の構造単位が、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド（ＮＩＰＡＭ）、Ｎ，Ｎ−ジエチルアクリルアミド（ＤＥＡＡＭ）、Ｎ−ビニルカプロラクタム（ＶＣＬ）およびこれらの組み合わせから選ばれたいずれか一種から誘導されたものであってもよい。
【００２０】
前記親水性官能基は、水素、ヒドロキシ基、アミド基およびこれらの組み合わせから選ばれたいずれか一種を含んでいてもよい。
【００２１】
前記第２の構造単位は第２の主鎖および第２の側鎖を含んでいてもよく、前記親水性官能基が、前記第２主鎖若しくは前記第２の側鎖に置換されていてもよい。
【００２２】
前記共重合体は、前記第１の構造単位および前記第２の構造単位を１：９９〜９９：１のモル比で含んでいてもよい。
【００２３】
前記共重合体の数平均分子量が、５、０００〜１００、０００であってもよい。
【００２４】
前記共重合体が、下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）未満では水への溶解度が１００ｇ／Ｌ以上であり、且つ、前記下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以上では水への溶解度が１ｇ／Ｌ以下であってもよい。
【００２５】
前記下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）が、１０〜５０℃であってもよい。
【００２６】
前記共重合体が、前記下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）未満では前記共重合体の温度感応性側鎖が水と水素結合を形成し、且つ、前記下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以上では前記共重合体の温度感応性側鎖間で水素結合を形成して可逆的に自己凝集してもよい。
【００２７】
前記共重合体において、下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）の前後に、全体の誘導溶質の５０重量％以上の粒径が１０倍〜１０、０００倍増大してもよい。
【００２８】
本発明の他の実施形態によれば、精製されるべき分離対象物質が含まれている流入水（ｆｅｅｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）と、前記正浸透用の誘導溶質を含む浸透誘導溶液（ｏｓｍｏｓｉｓ ｄｒａｗ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）と、一方の面は前記流入水に接し、他方の面は前記浸透誘導溶液に接するように位置する半透膜と、前記浸透誘導溶液の誘導溶質を分離して回収する回収システムと、前記回収システムによって回収された浸透誘導溶液の誘導溶質を前記半透膜に接する浸透誘導溶液に再投入する連結手段と、を備える正浸透水処理装置を提供する。
【００２９】
前記正浸透水処理装置は、前記流入水から前記浸透誘導溶液へと浸透圧によって前記半透膜を通過して移動した水を含む浸透誘導溶液に対して、前記回収システムによって誘導溶質が分離された残部を処理水として排出する手段をさらに備えていてもよい。
【００３０】
前記回収システムは、前記誘導溶質を下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以上に加熱して可逆的に自己凝集させる温度調節手段を備えていてもよい。
【００３１】
前記連結手段は、前記回収された誘導溶質に対して凝集を解砕するために、下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）未満に冷却する温度調節手段を備えていてもよい。
【００３２】
前記回収システムは、精密ろ過膜（ＭＦ：ｍｉｃｒｏｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｍｅｍｂｒａｎｅ）、限外ろ過膜 （ＵＦ：ｕｌｔｒａ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｍｅｍｅｂｒａｎｅ）、ナノろ過膜 （ＮＦ：ｎａｎｏ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｍｅｍｂｒａｎｅ）または遠心分離機を備えていてもよい。
【００３３】
本発明のさらに他の実施形態によれば、精製されるべき不純物が含まれている流入水を、前記正浸透用の誘導溶質を含む浸透誘導溶液と半透膜を挟んで接しさせて、前記流入水中の水を、流入水よりも高い浸透圧濃度を有する前記浸透誘導溶液へと浸透圧によって半透膜を通過させて移動させるステップと、前記流入水から前記半透膜を通過して移動した水を含む浸透誘導溶液を、下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以上に加熱して、浸透誘導溶液内の誘導溶質を可逆的に自己凝集させるステップと、前記流入水から前記半透膜を通過して移動した水を含む浸透誘導溶液から、前記可逆的に自己凝集した誘導溶質を分離・回収するステップと、前記流入水から前記半透膜を通過して移動した水を含む浸透誘導溶液から、前記可逆的に自己凝集した誘導溶質が除去された残部を、処理水として排出するステップと、を含む正浸透水処理方法を提供する。
【００３４】
前記正浸透水処理方法は、前記回収された誘導溶質を下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以下に冷却して凝集を解砕した後に、前記半透膜に接する浸透誘導溶液に再投入するステップをさらに含んでいてもよい。
【発明の効果】
【００３５】
前記正浸透用誘導溶液を用いた正浸透水処理装置は、誘導溶質の分離・回収に費やされるエネルギーが節減され、しかも、水処理効果に優れている。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態による正浸透水処理装置の模式図である。
【図２】実施例１に従い合成された共重合体のＮＭＲ分析スペクトルである。
【図３】実施例２に従い合成された共重合体のＮＭＲ分析スペクトルである。
【図４】実施例１に従い合成された共重合体から製造された浸透誘導溶液の温度に応じた溶解度のグラフである。
【図５】実施例２に従い合成された共重合体から製造された浸透誘導溶液の温度に応じた溶解度のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の一実施形態について、本発明が属する技術分野において通常の知識を持った者が容易に実施できるように詳述する。しかしながら、本発明は種々の異なる形態によって実現可能であり、ここで説明する実施形態に限定されるものではない。
【００３８】
この明細書において、「置換」とは、特に断りのない限り、ヒドロキシ基、ニトロ基、シアノ基、イミノ基（＝ＮＨ、＝ＮＲ’、Ｒ’は、Ｃ１〜Ｃ１０のアルキル基である）、アミノ基（−ＮＨ２、−ＮＨ（Ｒ’’）、−Ｎ（Ｒ’’’）（Ｒ’’’’）、Ｒ’’〜Ｒ’’’’は、各々独立して、Ｃ１〜Ｃ１０のアルキル基である）、アミジノ基、ヒドラジン基、ヒドラゾン基、カルボキシル基、Ｃ１〜Ｃ３０のアルキル基；Ｃ１〜Ｃ１０のアルキルシリル基；Ｃ３〜Ｃ３０のシクロアルキル基；Ｃ６〜Ｃ３０のアリール基；Ｃ２〜Ｃ３０のヘテロアリール基；Ｃ１〜Ｃ１０のアルコキシ基；ハロゲン基；トリフルオロメチル基などのＣ１〜Ｃ１０のフルオロアルキル基で置換されたものを意味する。
【００３９】
この明細書において、「ヘテロ」とは、特に断りのない限り、一つの化合物または置換基内にＮ、Ｏ、ＳおよびＰよりなる群から選ばれるヘテロ原子を１〜３個含み、且つ、残部は炭素であるものを意味する。
【００４０】
この明細書において、「これらの組み合わせ」とは、特に断りのない限り、２以上の置換基が単一結合または連結基によって結合されているか、あるいは、２以上の置換基が縮合して結合されているものを意味する。
【００４１】
また、この明細書において、「＊」とは、同じまたは異なる原子もしくは一般式と連結される部分を意味する。
【００４２】
この明細書において、「アルキル（ａｌｋｙｌ）基」とは、特に断りのない限り、あるアルケニル（ａｌｋｅｎｙｌ）やアルキニル（ａｌｋｙｎｙｌ）を含んでいない「飽和アルキル（ｓａｔｕｒａｔｅｄ ａｌｋｙｌ）基」；または、少なくとも一つのアルケニルまたはアルキニルを含んでいる「不飽和アルキル（ｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄ ａｌｋｙｌ）基」をいずれも含むものを意味する。前記「アルケニル」とは、少なくとも二つの炭素原子が少なくとも一つの炭素−炭素の二重結合を形成する置換基を意味し、前記「アルキニル」とは、少なくとも二つの炭素原子が少なくとも一つの炭素−炭素の三重結合を形成する置換基を意味する。
【００４３】
前記アルキル基は、Ｃ１〜Ｃ３０の直鎖状若しくは分枝鎖状のアルキル基であってもよく、より具体的に、Ｃ１〜Ｃ６のアルキル基、Ｃ７〜Ｃ１０のアルキル基、または、Ｃ１１〜Ｃ２０のアルキル基であってもよい。
【００４４】
例えば、Ｃ１〜Ｃ４のアルキル基とは、アルキル鎖に１〜４個の炭素原子が存在するものを意味し、これは、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、イソブチル、ｓｅｃ−ブチルおよびｔ−ブチルよりなる群から選ばれることを示す。
【００４５】
典型的なアルキル基には、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、ｔ−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、エテニル基、プロフェニル基、ブテニル基、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などがある。
【００４６】
「芳香族基」とは、環状の置換基の全ての元素がｐ−オービタルを有しており、これらのｐ−オービタルが共役（ｃｏｎｊｕｇａｔｉｏｎ）を形成している置換基を意味する。その具体例としては、アリール基とヘテロアリール基が挙げられる。
【００４７】
「アリール（ａｒｙｌ）基」とは、単一環または融合環（すなわち、炭素原子の隣り合う対を共有する複数の環）置換基を含む。
【００４８】
「ヘテロアリール（ｈｅｔｅｒｏａｒｙｌ）基」とは、アリール基内にＮ、Ｏ、ＳおよびＰよりなる群から選ばれるヘテロ原子を１〜３個含み、且つ、残部は炭素であるものを意味する。前記ヘテロアリール基が融合環である場合、各々の環ごとに前記ヘテロ原子を１〜３個含んでいてもよい。
【００４９】
本発明の一実施形態による正浸透用の誘導溶質は、第１の構造単位と第２の構造単位とを含む共重合体を含む。前記第１の構造単位は第１の主鎖と第１の側鎖とを含み、前記第１の側鎖は前記第１の主鎖にグラフト重合された温度感応性側鎖であり、前記温度感応性側鎖は少なくとも１つの側鎖の構造単位を含み、前記少なくとも１つの側鎖の構造単位は温度感応性部分（ｍｏｉｅｔｙ）を含む。前記第２の構造単位は親水性官能基を含む。
【００５０】
前記温度感応性部分（ｍｏｉｅｔｙ）は、下記の一般式１で表される１価の置換基、下記の一般式２で表される１価の置換基、または、下記の一般式３で表される２価の置換基であってもよい。
【００５１】
［一般式１］
＊−Ｃ（＝Ｏ）Ｎ（Ｒ１）（Ｒ２）
式中、
Ｒ１およびＲ２は、各々独立して、水素であるか、あるいは、直鎖状若しくは分枝鎖状のＣ３〜Ｃ５のアルキル基であり、前記Ｒ１およびＲ２のうちの少なくとも一方は水素ではなく、
【００５２】
［一般式２］
【化６】
式中、
Ｒ３は、Ｃ３〜Ｃ５のアルキレン基であり、
【００５３】
［一般式３］
【化７】
式中、
Ｒ４は、直鎖状若しくは分枝鎖状のＣ３〜Ｃ５のアルキル基である。
【００５４】
前記正浸透用の誘導溶質は、正浸透水処理工程に使用可能である。
【００５５】
前記正浸透水処理工程は、流入水に比べて高濃度の浸透誘導溶液（ｏｓｍｏｓｉｓ ｄｒａｗ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）を用いて、流入水から浸透誘導溶液へと水分子を移動させた後、浸透誘導溶液から誘導溶質を分離して再使用して、淡水を生産する水処理工程である。
【００５６】
前記正浸透用の誘導溶質は、前記正浸透工程において、誘導溶液の分離・回収時にかかるエネルギーコストを節減したものである。具体的に、前記正浸透用の誘導溶質は、温度によって親水性が調節される温度感応性側鎖が導入された第１の構造単位と、親水性官能基を含む第２の構造単位と、を含む共重合体を含んでいることから、誘導溶液の分離・回収が行い易い。
【００５７】
前記共重合体は、高温下で親水性が急減して可逆的に自己凝集し、水への溶解度が下がりついに不溶性となる。このように高温下で可逆的に自己凝集した前記共重合体は粒径が増大するので、浸透誘導溶液から分離し易くなる。例えば、前記共重合体は、前記特性温度以上において、分子間（ｉｎｔｅｒｍｏｌｅｃｕｌａｒまたはｉｎｔｒａｍｏｌｅｃｕｌａｒ）の疎水性作用（ｈｏｄｒｏｐｈｏｂｉｃ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）によって前記温度感応性側鎖が凝集して沈殿物を形成するので、水と分離し易い。
【００５８】
前記不溶性が高まった粒子から形成された共重合体は、精密ろ過膜（ＭＦ：ｍｉｃｒｏｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｍｅｍｂｒａｎｅ）、限外ろ過膜 （ＵＦ：ｕｌｔｒａ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｍｅｍｅｂｒａｎｅ）、ナノろ過膜 （ＮＦ：ｎａｎｏ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｍｅｍｂｒａｎｅ）または遠心分離機などを用いて、過剰なエネルギーを費やすことなく、分離し易い。
【００５９】
前記共重合体は、低温下では親水性が高く、しかも、水に高濃度にて溶解できるので、高濃度の浸透誘導溶液として用いられる結果、浸透圧を高められる。
【００６０】
前記共重合体は、前記温度感応性側鎖が導入されて、上述した温度感応性といった特徴が与えられるが、前記「温度感応性」との用語は、高温および低温における水への溶解度の違いが大きくて、温度の増大に伴い可逆的に自己凝集する特性を有するということを意味する。
【００６１】
「下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ：ｌｏｗ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｓｏｌｕｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）」とは、前記温度感応性共重合体が溶液と分離できる最低の温度（水に溶解できる最高の温度）を意味し、前記共重合体の前記下限臨界溶液温度は、約１０〜約５０℃の範囲内に存在してもよく、例えば、約２５〜約４５℃、具体的に、約３０〜約４０℃の範囲内に存在してもよい。
【００６２】
前記共重合体は、前記下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）未満では親水性が高くて前記温度感応性側鎖が水と水素結合を形成することにより、水に溶解されたままで存在することができる。これに対し、前記共重合体は、前記下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以上では親水性が低下して、前記温度感応性側鎖間で水素結合を形成し、これにより、可逆的に自己凝集した粒子として沈殿（ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ）され得る。
【００６３】
このように可逆的な自己凝集が形成されることにより、前記共重合体は、下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）の前後において、水への溶解度の変化が急激に発生する。
【００６４】
前記共重合体は、下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）未満では親水性を示すので水への溶解度が高い結果、高濃度の浸透誘導溶液としての使用に好適であり、下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以上では疎水性を示すので可逆的に自己凝集して沈殿される結果、浸透誘導溶液から分離し易く、しかも、分離された共重合体をさらに下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）未満に冷却することにより親水性を帯びさせることができるため、浸透誘導溶液として再使用し易い。
【００６５】
前記共重合体は、例えば、前記下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）未満では水への溶解度が約１００ｇ／Ｌ以上であり、且つ、前記下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以上では水への溶解度が約１ｇ／Ｌ以下であってもよい。具体的に、前記共重合体は、前記下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）未満では水への溶解度が約２００ｇ／Ｌ〜約８００ｇ／Ｌであり、且つ、前記下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以上では水への溶解度が約０．１ｇ／Ｌ〜約１０ｇ／Ｌであってもよい。より具体的に、前記共重合体は、前記下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）未満では水への溶解度が約５００ｇ／Ｌ〜約８００ｇ／Ｌであり、且つ、前記下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以上では水への溶解度が約０．１ｇ／Ｌ〜約１ｇ／Ｌであってもよい。
【００６６】
本発明の一実施形態において、前記第１の主鎖と前記第２の構造単位のうちの少なくとも１つは、ビニル系化合物、Ｒ（ＣＯ）２ＮＨ（ここで、ＲはＣ２〜Ｃ６のアルキレン基である）で表される環状イミド（ｃｙｃｌｉｃ ｉｍｉｄｅ）およびこれらの組み合わせから選ばれたいずれか一種から誘導された構造単位を含んでいてもよい。
【００６７】
例えば、前記スクシンイミドから誘導された構造単位に前記温度感応性側鎖を連結して第１の構造単位を形成してもよい。このとき、前記温度感応性側鎖は、前記第１の主鎖を形成する炭素原子または窒素原子に連結され得る。
【００６８】
前記温度感応性側鎖は、連結基を介して前記第１の主鎖に連結されてもよい。前記連結基は、前記温度感応性側鎖を前記第１の主鎖に連結するために、合成過程で使用可能な化合物から誘導された連結基であってもよい。
【００６９】
前記側鎖の構造単位の少なくとも１つは、具体的に、下記の一般式４で表される構造単位、下記の一般式５で表される構造単位、または、下記の一般式６で表される構造単位であってもよい。
【００７０】
［一般式４］
【化８】
【００７１】
［一般式５］
【化９】
【００７２】
［一般式６］
【化１０】
式中、
Ｒ５およびＲ６は、各々独立して、直鎖状若しくは分枝鎖状のＣ３〜Ｃ５のアルキル基であり、
Ｒ７は、Ｃ３〜Ｃ５のアルキレン基である。
【００７３】
前記温度感応性側鎖は、上記の一般式４で表される構造単位、上記の一般式５で表される構造単位、上記の一般式６で表される構造単位、およびこれらの組み合わせから選ばれたいずれか一種を含んでいてもよい。
【００７４】
例えば、前記温度感応性側鎖は、上記の一般式４で表される構造単位、上記の一般式５で表される構造単位、または、上記の一般式６で表される構造単位をｎ個含んでいてもよく、前記ｎは、２〜３０の整数であってもよい。
【００７５】
前記ｎは、具体的に、２〜８であってもよく、より具体的に、前記ｎは、４〜６であってもよい。
【００７６】
前記側鎖の構造単位は、例えば、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド（Ｎ−ｉｓｏｐｒｏｐｙｌａｃｒｙｌａｍｉｄｅ；ＮＩＰＡＭ）、Ｎ，Ｎ−ジエチルアクリルアミド（Ｎ，Ｎ−ｄｉｅｔｈｙｌａｃｒｙｌａｍｉｄｅ；ＤＥＡＡＭ）、Ｎ−ビニルカプロラクタム（Ｎ−ｖｉｎｙｌｃａｐｒｏｌａｃｔａｍ；ＶＣＬ）およびこれらの組み合わせから選ばれたモノマーから誘導された構造単位であってもよい。
【００７７】
前記第２の構造単位に含まれる親水性官能基は、末端が、例えば、水素、ヒドロキシ基、アミド基およびこれらの組み合わせから選ばれたいずれか一種を含んでいてもよい。
【００７８】
前記第２の構造単位は第２の主鎖および第２の側鎖を含んでいてもよく、前記親水性官能基は、前記第２の主鎖または前記第２の側鎖に置換されていてもよい。前記親水性官能基が前記第２の主鎖に導入される場合は、第２の主鎖に連結された水素に置換される場合であるか、または２価の親水性官能基が前記第２の主鎖の一部を形成してもよく、前記親水性官能基が前記第２の側鎖に導入される場合は、前記第２の側鎖に含有されている水素に前記親水性官能基が置換された場合であるか、または２価の親水性官能基が前記第２の側鎖の一部を形成してもよい。
【００７９】
本発明の一実施形態において、前記第２の構造単位として、親水性官能基を有するスクシンイミドから誘導された構造単位を使用してもよい。前記第２の構造単位の具体例としては、ポリヒドロキシエチルアスパルトアミド（ＰＨＥＡ）、ポリアスパラギン、ポリヒドロキシルエチルアクリレート、ポリメチルメタアクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリメタアクリレートなどが挙げられる。
【００８０】
前記共重合体の数平均分子量が約５、０００〜約１００、０００であってもよい。具体的に、前記共重合体の数平均分子量が約１０、０００〜約５０、０００であってもよく、より具体的に、前記共重合体の数平均分子量が約１０、０００〜約３５、０００であってもよい。前記範囲の分子量を有する共重合体を正浸透用の誘導溶質として使用して、下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）未満で高濃度の浸透誘導溶液を製造することができる。
【００８１】
前記共重合体は、前記第１の構造単位および前記第２の構造単位を約１：９９〜約９９：１のモル比で含んでいてもよい。具体的に、前記共重合体は、前記第１の構造単位および前記第２の構造単位を約１：９９〜約７０：３０の重量比で含んでいてもよく、より具体的に、前記共重合体は、前記第１の構造単位および前記第２の構造単位を約５：９５〜約５０：５０の重量比で含んでいてもよい。前記範囲の含量比である限り、前記共重合体が温度感応特性を有しつつも、浸透圧を発現する過剰な濃度が得られる溶解度を有することができる。
【００８２】
前記共重合体は、前記第１の構造単位および前記第２の構造単位のブロック共重合体（ｂｌｏｃｋ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、交互共重合体（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、ランダム共重合体（ｒａｎｄｏｍ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、グラフト共重合体（ｇｒａｆｔ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）およびこれらの組み合わせから選ばれたいずれか一種を含んでいてもよい。
【００８３】
前記共重合体は、下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以上で可逆的に自己凝集するため、下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）未満に比べて、下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以上における粒径が急増する。前記共重合体において、下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）の前後に、全体の誘導溶質の約５０重量％以上の粒径が約１０倍〜約１０、０００倍増大することができる。具体的に、前記共重合体において、下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）の前後に、全体の誘導溶質の約５０重量％以上の粒径が約１００倍〜約１０、０００倍増大することができ、より具体的に、前記共重合体において、下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）の前後に、全体の誘導溶質の約５０重量％以上の粒径が約１、０００倍〜約１０、０００倍増大することができる。このときの粒径の変化は、動的光散乱法（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）によって水力半径（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｒａｄｉｕｓ）を測定するときに、粒径が約１０倍〜約１０、０００倍増大するものとして測定され得る。
【００８４】
上記のように粒径が増大した共重合体、すなわち、下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以上において、共重合体粒子の水力半径が、例えば、約１００ｎｍ〜約１０、０００ｎｍであってもよい。具体的に、前記下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以上において、共重合体粒子の水力半径が約３００ｎｍ〜約５０μｍであってもよく、より具体的に、前記下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以上において、共重合体粒子の水力半径が約３００ｎｍ〜約５μｍであってもよい。
【００８５】
本発明の他の実施形態によれば、前記正浸透誘導溶質を用いる正浸透水処理装置を提供する。
【００８６】
前記正浸透水処理装置は、精製されるべき分離対象物質が含まれている流入水（ｆｅｅｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）と、前記正浸透用の誘導溶質を含む浸透誘導溶液（ｏｓｍｏｓｉｓ ｄｒａｗ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）と、一方の面は前記流入水に接し、他方の面は前記浸透誘導溶液に接するように位置する半透膜と、前記浸透誘導溶液の誘導溶質を分離して回収する回収システムと、前記回収システムによって回収された浸透誘導溶液の誘導溶質を前記半透膜に接する浸透誘導溶液に再投入する連結手段と、を備える。
【００８７】
前記半透膜は、水透過性であり、且つ、分離対象物質に対して非透過性である半透過性（ｓｅｍｉ−ｐｅｒｍｅａｂｌｅ）の正浸透用の分離膜である。
【００８８】
前記正浸透用の誘導溶質の詳細は、上述した通りである。
【００８９】
前記浸透誘導溶液は、処理水よりも高い浸透圧を有するように濃度を調節して得ることができる。本発明の一実施形態において、上述した誘導溶質を約１０ｗｔ％の濃度で含むように製造された浸透誘導溶液は、約５０気圧の浸透圧が実現可能である。他の実施形態において、上述の誘導溶質を約２０ｗｔ％の濃度で含むように製造された浸透誘導溶液は、約１００気圧の浸透圧が実現可能である。
【００９０】
前記正浸透水処理装置は、前記流入水から前記浸透誘導溶液へと浸透圧によって前記半透膜を通過した水を含む浸透誘導溶液に対して、前記回収システムによって誘導溶質が分離された残部を処理水として排出する手段をさらに備えていてもよい。
【００９１】
前記正浸透水処理装置の作動機構は、処理の対象となる流入水中の水を、浸透圧を用いて、高濃度の浸透誘導溶液へと半透膜を通過させて移動させ、前記流入水中の含水浸透誘導溶液を回収システムに移動させて正浸透用の誘導溶質を分離・除去した残部を処理水として排出するものである。前記分離された正浸透用の誘導溶質は、処理の対象となる流入水と半透膜を挟んで接した浸透誘導溶液に再投入して再使用することができる。
【００９２】
前記回収システムにおける正浸透用の誘導溶質の分離・回収は、上述したように、前記共重合体の温度感応性といった特性を用いて行うことができる。すなわち、前記回収システムが温度調節手段を備え、前記共重合体を下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以上に加熱して可逆的に自己凝集させて誘導溶質の粒径を増大させた後に、ろ過して分離することができる。
【００９３】
前記ろ過は、精密ろ過膜（ＭＦ：ｍｉｃｒｏｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｍｅｍｂｒａｎｅ）、限外ろ過膜 （ＵＦ：ｕｌｔｒａ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｍｅｍｅｂｒａｎｅ）、ナノろ過膜 （ＮＦ：ｎａｎｏ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｍｅｍｂｒａｎｅ）または遠心分離機などを用いて行うことができる。例えば、ミクロ寸法のミセルネットワークを形成したブロック共重合体の粒子に対して、精密ろ過膜によりろ過して分離を行うことができるので、このような回収システムによれば、作動エネルギーが大幅に節減可能になる。
【００９４】
前記分離・回収された誘導溶質である共重合体をさらに流入水に接する浸透誘導溶液に添加して再使用するには、下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）未満に冷却してさらに浸透誘導溶液への溶解度を高める必要がある。このため、前記連結手段は、下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）未満に冷却する温度調節手段を備えていてもよく、前記温度調節手段を用いて、前記回収された誘導溶質を下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）未満に冷却することにより、凝集の解砕された誘導溶質を前記半透膜に接する浸透誘導溶液に再投入することができる。
【００９５】
このように前記共重合体を正浸透用の誘導溶質として使用すれば、正浸透工程は、前記下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以下で駆動しつつ、前記回収システムにおいて下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以上に温度を調節して、誘導溶質を容易に分離・回収することができる。なお、前記共重合体は、約１０〜約５０℃の範囲の比較的に低めの下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）を有することができるので、誘導溶質の回収に際して高温といった条件を求めず、作動エネルギーを節減できるという側面で有利である。
【００９６】
このように、前記正浸透水処理装置は、分離された誘導溶質を簡単に温度調節によって再使用することができるというメリットがある。
【００９７】
前記流入水は、海水（ｓｅａ ｗａｔｅｒ）、汽水（ｂｒａｃｋｉｓｈ ｗａｔｅｒ）、地下水（ｇｒｏｕｎｄ ｗａｔｅｒ）、廃水（ｗａｓｔｅ ｗａｔｅｒ）などであってもよい。例えば、前記正浸透水処理装置を用いて海水を浄水して飲用水を得ることができる。
【００９８】
本発明のさらに他の実施形態によれば、精製されるべき不純物が含まれている流入水を前記正浸透用の誘導溶質を含む浸透誘導溶液と半透膜を挟んで接しさせて、前記流入水中の水を、流入水よりも高い浸透圧濃度を有する前記浸透誘導溶液へと浸透圧によって半透膜を通過させて移動させるステップと、前記流入水から前記半透膜を通過して移動した水を含む浸透誘導溶液を、下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以上に加熱して、浸透誘導溶液内の誘導溶質を可逆的に自己凝集させるステップと、前記流入水から前記半透膜を通過して移動した水を含む浸透誘導溶液から、前記可逆的に自己凝集した誘導溶質を分離・回収するステップと、前記流入水から前記半透膜を通過して移動した水を含む浸透誘導溶液から、前記可逆的に自己凝集した誘導溶質が除去された残部を、処理水として排出するステップと、を含む正浸透水処理方法が提供される。
【００９９】
前記正浸透用の誘導溶質の詳細は、上述した通りである。
【０１００】
前記正浸透水処理方法は、前記回収された誘導溶質を下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以下に冷却して凝集を解砕した後、前記半透膜に接する浸透誘導溶液に再投入するステップをさらに含んでいてもよい。
【０１０１】
前記下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）が、上述したように、約１０〜約５０℃であってもよい。
【０１０２】
図１は、前記正浸透水処理方法によって作動可能な前記正浸透水処理装置の模式図である。
【０１０３】
［実施例１］
１）ＮＩＰＡａｍオリゴマーの合成
ラジカル重合によって、下記の一般式７で表されるＮＩＰＡａｍ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）オリゴマーを合成する。精製されたＮＩＰＡａｍモノマー６ｇ（０．０５３モル）、連鎖移動剤（ｃｈａｉｎ ｔｒａｎｓｆｅｒ ａｇｅｎｔ）としてのアミノエタンチオール塩酸塩（ａｍｉｎｏｅｔｈａｎｅｔｈｉｏｌ ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｄｅ；ＡＥＴ−ＨＣｌ）０．１８９７ｇ（０．００１６モル）、アゾビスイソブチロニトリル（ａｚｏｂｉｓｉｓｏｂｕｔｙｒｏｎｉｔｉｌｅ；ＡＩＢＮ）０．０８７ｇ（０．００１モル）、ジメチルホルムアミド（ｄｉｍｅｔｈｙｌｆｏｒａｍｉｄｅ；ＤＭＦ）３１．３４ｍＬを用い、３口丸底フラスコにおいて、７５℃の窒素雰囲気下で１５時間反応させる。重合されたＮＩＰＡａｍオリゴマーは、ジエチルエーテルで精製して真空オーブンで一晩中乾燥する。重合されたオリゴマー末端のＨＣｌを除去するために、ＮＩＰＡａｍオリゴマーモル比の２倍となるトリエチルアミンを入れて２４時間反応させた後、ジエチルエーテルで精製して真空オーブンで一晩中乾燥する。
【０１０４】
［一般式７］
【化１１】
式中、ｎは、重合度を意味する。
【０１０５】
２）ＳＩ−ｇ−Ｏｌｉｇｏ ＮＩＰＡａｍの合成
ポリスクシンイミド（Ｐｏｌｙｓｕｃｃｉｎｉｍｉｄｅ）０．４ｇと、ＮＩＰＡａｍオリゴマー０．２７ｇをＤＭＦ３．３５ｍｌの溶媒に溶かし、７０℃で４８時間反応させる。
【０１０６】
３）ＰＳＩ−ｇ−Ｏｌｉｇｏ ＮＩＰＡａｍ−ＰＨＥＡの合成
下記の一般式８で表されるＰＳＩ−ｇ−Ｏｌｉｇｏ ＮＩＰＡａｍ−ＰＨＥＡを合成する。
【０１０７】
［一般式８］
【化１２】
式中、
Ｒは、下記の一般式９で表され、
Ｒ’は、−ＣＨ２−ＣＨ２−ＯＨであり、
ｍ、およびｎは、重合度を示す。
【０１０８】
［一般式９］
【化１３】
【０１０９】
エタノールアミン０．１３７ｍＬに、前記合成されたＰＳＩ−ｇ−Ｏｌｉｇｏ ＮＩＰＡａｍの１．６７５ｍｌを入れて、５０℃で６時間反応させる。合成されたＰＳＩ−ｇ−Ｏｌｉｇｏ ＮＩＰＡａｍ−ＰＨＥＡは、透析チューブ（ｄｉａｌｙｓｉｓ ｔｕｂｅ）に入れて２日間精製した後、凍結乾燥させる。
【０１１０】
前記合成されたＰＳＩ−ｇ−Ｏｌｉｇｏ ＮＩＰＡａｍ−ＰＨＥＡは、上記の一般式８において、ｍ：ｎ＝１０：９０である。
【０１１１】
図２は、前記合成された共重合体、ＰＳＩ−ｇ−Ｏｌｉｇｏ ＮＩＰＡａｍ−ＰＨＥＡのＨ１−ＮＭＲ分析スペクトルである。
【０１１２】
［実施例２］
実施例１に従い合成されたＰＮＩＰＡａｍオリゴマーを、置換度を異ならせて、ポリスクシンイミドにグラフトさせる。ポリスクシンイミド（Ｐｏｌｙｓｕｃｃｉｎｉｍｉｄｅ）０．４ｇと、ＮＩＰＡａｍオリゴマー１．０８ｇをＤＭＦ７．４ｍｌ溶媒に溶かし、７０℃で４８時間反応させてＰＳＩ−ｇ−Ｏｌｉｇｏ ＮＩＰＡａｍ（ＤＳ４０）を得る。
【０１１３】
エタノールアミン０．１３７ｍＬに、用意されたＰＳＩ−ｇ−Ｏｌｉｇｏ ＮＩＰＡａｍ（ＤＳ４０）３．７ｍＬを反応させた後、精製し且つ乾燥する。実施例２に従い合成されたＰＳＩ−ｇ−Ｏｌｉｇｏ ＮＩＰＡａｍ−ＰＨＥＡは、上記の一般式８において、ｍ：ｎ＝４０：６０である。
【０１１４】
図３は、前記合成された共重合体、ＰＳＩ−ｇ−Ｏｌｉｇｏ ＮＩＰＡａｍ−ＰＨＥＡのＨ１−ＮＭＲ分析スペクトルである。
【０１１５】
［比較例１］
ＮＩＰＡａｍ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）単分子化合物を用意する。
【０１１６】
［実験例１：分子量の評価］
前記合成された共重合体のＨ１−ＮＭＲスペクトルを分析することにより、各々の置換度を計算することができる。すなわち、第１の構造単位の置換度を計算すれば、実施例１では６．３モル％であり、実施例２では３３モル％である。前記合成に用いられたポリスクシンイミド主鎖の重合度が１３３．８であるため、共重合体の数平均分子量を計算すれば、実施例１では２３、０００であり、実施例２では３０、０００である。
【０１１７】
［実験例２：浸透誘導溶液の製造および浸透圧の分析］
下記表１に示す種々の濃度の浸透誘導溶液を製造し、メンブレイン測定法を用いた浸透圧測定機器（Ｏｓｍｏｍａｔ０９０、Ｇｏｎｏｔｅｋ）を用いて、実施例１〜２に従い製造された共重合体を含む浸透誘導溶液の浸透圧を分析する。
【０１１８】
【表１】
【０１１９】
［実験例３：浸透誘導溶液の溶解度の評価］
実施例１および実施例２に従い製造された共重合体を１ｗｔ％含む浸透誘導溶液に対して、常温から徐々に昇温させた後、さらに常温まで降温させつつ、温度に応じた溶液の溶解度の変化を吸光度の測定によって観察する。図４は、実施例１の共重合体から製造された浸透誘導溶液の温度に応じた溶解度のグラフであり、図５は、実施例２の共重合体から製造された浸透誘導溶液の温度に応じた溶解度のグラフである。昇温を行いつつ、溶液がいきなり白濁し始める温度を「下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）」とし、下記表２にまとめて示す。
【０１２０】
【表２】
【０１２１】
実施例１および実施例２は、双方とも、加熱時に３２℃辺りで吸光度が急増し（自己凝集していることを意味する）、冷却時には３０℃辺りで吸光度がさらに急減することが（再溶解していることを意味する）分かる。分析の結果、加熱および冷却の際に約２〜３℃の温度差が見られるのは、分析装備の構造から、測定溶液を一様に攪拌することができないため、セル内部の温度分布が不均一であることに起因する。
【０１２２】
以上、本発明の好適な実施形態を詳述したが、本発明の権利範囲はこれらの実施形態に何ら限定されるものではなく、特許請求の範囲に定義されている本発明の基本概念を用いた当業者の種々の変形および改良もまた本発明の権利範囲に属するものである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の構造単位と第２の構造単位とを含み、
前記第１の構造単位は第１の主鎖と第１の側鎖とを含み、
前記第１の側鎖は前記第１の主鎖にグラフト重合された温度感応性側鎖であり、
前記温度感応性側鎖は少なくとも１つの側鎖の構造単位を含み、
前記少なくとも１つの側鎖の構造単位は温度感応性部分を含有し、
前記第２の構造単位は親水性官能基を含み、
前記温度感応性部分は、下記の一般式１で表される１価の置換基、下記の一般式２で表される１価の置換基、または、下記の一般式３で表される２価の置換基である、正浸透用の誘導溶質：
［一般式１］
＊−Ｃ（＝Ｏ）Ｎ（Ｒ１）（Ｒ２）
式中、
Ｒ１およびＲ２は、各々独立して、水素であるか、あるいは、直鎖状若しくは分枝鎖状のＣ３〜Ｃ５のアルキル基であり、前記Ｒ１およびＲ２のうちの少なくとも一方は水素ではなく、
［一般式２］
【化１】
式中、
Ｒ３は、Ｃ３〜Ｃ５のアルキレン基であり、
［一般式３］
【化２】
式中、
Ｒ４は、直鎖状若しくは分枝鎖状のＣ３〜Ｃ５のアルキル基である。
【請求項２】
前記第１の主鎖と前記第２の構造単位のうちの少なくとも１つは、ビニル系化合物、Ｒ（ＣＯ）２ＮＨ（ここで、ＲはＣ２〜Ｃ６のアルキレン基である）で表される環状イミドおよびこれらの組み合わせから選ばれたいずれか一種から誘導された構造単位を含む、請求項１に記載の正浸透用の誘導溶質。
【請求項３】
前記側鎖の構造単位の少なくとも一つは下記の一般式４で表される構造単位、下記の一般式５で表される構造単位、およびこれらの組み合わせから選ばれたいずれか一種を含む、請求項１に記載の正浸透用の誘導溶質：
［一般式４］
【化３】
［一般式５］
【化４】
［一般式６］
【化５】
式中、
Ｒ５およびＲ６は、各々独立して、直鎖状若しくは分枝鎖状のＣ３〜Ｃ５のアルキル基であり、
Ｒ７は、Ｃ３〜Ｃ５のアルキレン基である。
【請求項４】
前記温度感応性側鎖が、上記の一般式４で表される構造単位、上記の一般式５で表される構造単位、または、上記の一般式６で表される構造単位をｎ個含んでいてもよく、前記ｎは、２〜３０の整数である、請求項３に記載の正浸透用の誘導溶質。
【請求項５】
前記側鎖の構造単位が、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド（ＮＩＰＡＭ）、Ｎ，Ｎ−ジエチルアクリルアミド（ＤＥＡＡＭ）、Ｎ−ビニルカプロラクタム（ＶＣＬ）およびこれらの組み合わせから選ばれたいずれか一種から誘導されたものである、請求項１に記載の正浸透用の誘導溶質。
【請求項６】
前記親水性官能基は、水素、ヒドロキシ基、アミド基およびこれらの組み合わせから選ばれたいずれか一種を含む、請求項１に記載の正浸透用の誘導溶質。
【請求項７】
前記第２の構造単位は第２の主鎖と第２の側鎖とを含み、
前記親水性官能基が、前記第２の主鎖若しくは前記第２の側鎖に置換されている、請求項１に記載の正浸透用の誘導溶質。
【請求項８】
前記共重合体は、前記第１の構造単位および前記第２の構造単位を１：９９〜９９：１のモル比で含む、請求項１に記載の正浸透用の誘導溶質。
【請求項９】
前記共重合体の数平均分子量が、５、０００〜１００、０００である、請求項１に記載の正浸透用の誘導溶質。
【請求項１０】
前記共重合体が、前記下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）未満では水への溶解度が１００ｇ／Ｌ以上であり、且つ、前記下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以上では水への溶解度が１ｇ／Ｌ以下である、請求項１に記載の正浸透用の誘導溶質。
【請求項１１】
前記下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）が、１０〜５０℃である、請求項１０に記載の正浸透用の誘導溶質。
【請求項１２】
前記共重合体が、前記下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）未満では前記共重合体の温度感応性側鎖が水と水素結合を形成し、且つ、前記下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以上では前記共重合体の温度感応性側鎖間で水素結合を形成して可逆的に自己凝集する、請求項１に記載の正浸透用の誘導溶質。
【請求項１３】
前記共重合体において、下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）の前後に、全体の誘導溶質の５０重量％以上の粒径が１０倍〜１０、０００倍増大する、請求項１に記載の正浸透用の誘導溶質。
【請求項１４】
精製されるべき分離対象物質が含まれている流入水と、
前記請求項１から請求項１３のいずれかに記載の正浸透用の誘導溶質を含む浸透誘導溶液と、
一方の面は前記流入水に接し、他方の面は前記浸透誘導溶液に接するように位置する半透膜と、
前記浸透誘導溶液の誘導溶質を分離して回収する回収システムと、
前記回収システムによって回収された浸透誘導溶液の誘導溶質を前記半透膜に接する浸透誘導溶液に再投入する連結手段と、
を備える正浸透水処理装置。
【請求項１５】
前記正浸透水処理装置は、前記流入水から浸透誘導溶液へと浸透圧によって前記半透膜を通過した水を含む浸透誘導溶液に対して、前記回収システムによって誘導溶質が分離された残部を処理水として排出する手段をさらに備える、請求項１４に記載の正浸透水処理装置。
【請求項１６】
前記回収システムは、前記誘導溶質を下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以上に加熱して可逆的に自己凝集させる温度調節手段を備える、請求項１４に記載の正浸透水処理装置。
【請求項１７】
前記連結手段は、前記回収された誘導溶質に対して凝集を解砕するために、下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）未満に冷却する温度調節手段を備える、請求項１４に記載の正浸透水処理装置。
【請求項１８】
前記回収システムは、精密ろ過膜（ＭＦ）、限外ろ過膜 （ＵＦ）、ナノろ過膜 （ＮＦ）または遠心分離機を備える、請求項１４に記載の正浸透水処理装置。
【請求項１９】
精製されるべき不純物が含まれている流入水を、前記請求項１から請求項１３のうちのいずれかに記載の正浸透用の誘導溶質を含む浸透誘導溶液と半透膜を挟んで接しさせて、前記流入水中の水を、流入水よりも高い浸透圧濃度を有する前記浸透誘導溶液へと浸透圧によって半透膜を通過させて移動させるステップと、
前記流入水から前記半透膜を通過して移動した水を含む浸透誘導溶液を、下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以上に加熱して、浸透誘導溶液内の誘導溶質を可逆的に自己凝集させるステップと、
前記流入水から前記半透膜を通過して移動した水を含む浸透誘導溶液から、前記可逆的に自己凝集した誘導溶質を分離・回収するステップと、
前記流入水から前記半透膜を通過して移動した水を含む浸透誘導溶液から、前記可逆的に自己凝集した誘導溶質が除去された残部を、処理水として排出するステップと、
を含む、正浸透水処理方法。
【請求項２０】
前記正浸透水処理方法は、前記回収された誘導溶質を下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以下に冷却して凝集を解砕した後に、前記半透膜に接する浸透誘導溶液に再投入するステップをさらに含む、請求項１９に記載の正浸透水処理方法。
【請求項１】
第１の構造単位と第２の構造単位とを含み、
前記第１の構造単位は第１の主鎖と第１の側鎖とを含み、
前記第１の側鎖は前記第１の主鎖にグラフト重合された温度感応性側鎖であり、
前記温度感応性側鎖は少なくとも１つの側鎖の構造単位を含み、
前記少なくとも１つの側鎖の構造単位は温度感応性部分を含有し、
前記第２の構造単位は親水性官能基を含み、
前記温度感応性部分は、下記の一般式１で表される１価の置換基、下記の一般式２で表される１価の置換基、または、下記の一般式３で表される２価の置換基である、正浸透用の誘導溶質：
［一般式１］
＊−Ｃ（＝Ｏ）Ｎ（Ｒ１）（Ｒ２）
式中、
Ｒ１およびＲ２は、各々独立して、水素であるか、あるいは、直鎖状若しくは分枝鎖状のＣ３〜Ｃ５のアルキル基であり、前記Ｒ１およびＲ２のうちの少なくとも一方は水素ではなく、
［一般式２］
【化１】
式中、
Ｒ３は、Ｃ３〜Ｃ５のアルキレン基であり、
［一般式３］
【化２】
式中、
Ｒ４は、直鎖状若しくは分枝鎖状のＣ３〜Ｃ５のアルキル基である。
【請求項２】
前記第１の主鎖と前記第２の構造単位のうちの少なくとも１つは、ビニル系化合物、Ｒ（ＣＯ）２ＮＨ（ここで、ＲはＣ２〜Ｃ６のアルキレン基である）で表される環状イミドおよびこれらの組み合わせから選ばれたいずれか一種から誘導された構造単位を含む、請求項１に記載の正浸透用の誘導溶質。
【請求項３】
前記側鎖の構造単位の少なくとも一つは下記の一般式４で表される構造単位、下記の一般式５で表される構造単位、およびこれらの組み合わせから選ばれたいずれか一種を含む、請求項１に記載の正浸透用の誘導溶質：
［一般式４］
【化３】
［一般式５］
【化４】
［一般式６］
【化５】
式中、
Ｒ５およびＲ６は、各々独立して、直鎖状若しくは分枝鎖状のＣ３〜Ｃ５のアルキル基であり、
Ｒ７は、Ｃ３〜Ｃ５のアルキレン基である。
【請求項４】
前記温度感応性側鎖が、上記の一般式４で表される構造単位、上記の一般式５で表される構造単位、または、上記の一般式６で表される構造単位をｎ個含んでいてもよく、前記ｎは、２〜３０の整数である、請求項３に記載の正浸透用の誘導溶質。
【請求項５】
前記側鎖の構造単位が、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド（ＮＩＰＡＭ）、Ｎ，Ｎ−ジエチルアクリルアミド（ＤＥＡＡＭ）、Ｎ−ビニルカプロラクタム（ＶＣＬ）およびこれらの組み合わせから選ばれたいずれか一種から誘導されたものである、請求項１に記載の正浸透用の誘導溶質。
【請求項６】
前記親水性官能基は、水素、ヒドロキシ基、アミド基およびこれらの組み合わせから選ばれたいずれか一種を含む、請求項１に記載の正浸透用の誘導溶質。
【請求項７】
前記第２の構造単位は第２の主鎖と第２の側鎖とを含み、
前記親水性官能基が、前記第２の主鎖若しくは前記第２の側鎖に置換されている、請求項１に記載の正浸透用の誘導溶質。
【請求項８】
前記共重合体は、前記第１の構造単位および前記第２の構造単位を１：９９〜９９：１のモル比で含む、請求項１に記載の正浸透用の誘導溶質。
【請求項９】
前記共重合体の数平均分子量が、５、０００〜１００、０００である、請求項１に記載の正浸透用の誘導溶質。
【請求項１０】
前記共重合体が、前記下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）未満では水への溶解度が１００ｇ／Ｌ以上であり、且つ、前記下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以上では水への溶解度が１ｇ／Ｌ以下である、請求項１に記載の正浸透用の誘導溶質。
【請求項１１】
前記下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）が、１０〜５０℃である、請求項１０に記載の正浸透用の誘導溶質。
【請求項１２】
前記共重合体が、前記下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）未満では前記共重合体の温度感応性側鎖が水と水素結合を形成し、且つ、前記下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以上では前記共重合体の温度感応性側鎖間で水素結合を形成して可逆的に自己凝集する、請求項１に記載の正浸透用の誘導溶質。
【請求項１３】
前記共重合体において、下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）の前後に、全体の誘導溶質の５０重量％以上の粒径が１０倍〜１０、０００倍増大する、請求項１に記載の正浸透用の誘導溶質。
【請求項１４】
精製されるべき分離対象物質が含まれている流入水と、
前記請求項１から請求項１３のいずれかに記載の正浸透用の誘導溶質を含む浸透誘導溶液と、
一方の面は前記流入水に接し、他方の面は前記浸透誘導溶液に接するように位置する半透膜と、
前記浸透誘導溶液の誘導溶質を分離して回収する回収システムと、
前記回収システムによって回収された浸透誘導溶液の誘導溶質を前記半透膜に接する浸透誘導溶液に再投入する連結手段と、
を備える正浸透水処理装置。
【請求項１５】
前記正浸透水処理装置は、前記流入水から浸透誘導溶液へと浸透圧によって前記半透膜を通過した水を含む浸透誘導溶液に対して、前記回収システムによって誘導溶質が分離された残部を処理水として排出する手段をさらに備える、請求項１４に記載の正浸透水処理装置。
【請求項１６】
前記回収システムは、前記誘導溶質を下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以上に加熱して可逆的に自己凝集させる温度調節手段を備える、請求項１４に記載の正浸透水処理装置。
【請求項１７】
前記連結手段は、前記回収された誘導溶質に対して凝集を解砕するために、下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）未満に冷却する温度調節手段を備える、請求項１４に記載の正浸透水処理装置。
【請求項１８】
前記回収システムは、精密ろ過膜（ＭＦ）、限外ろ過膜 （ＵＦ）、ナノろ過膜 （ＮＦ）または遠心分離機を備える、請求項１４に記載の正浸透水処理装置。
【請求項１９】
精製されるべき不純物が含まれている流入水を、前記請求項１から請求項１３のうちのいずれかに記載の正浸透用の誘導溶質を含む浸透誘導溶液と半透膜を挟んで接しさせて、前記流入水中の水を、流入水よりも高い浸透圧濃度を有する前記浸透誘導溶液へと浸透圧によって半透膜を通過させて移動させるステップと、
前記流入水から前記半透膜を通過して移動した水を含む浸透誘導溶液を、下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以上に加熱して、浸透誘導溶液内の誘導溶質を可逆的に自己凝集させるステップと、
前記流入水から前記半透膜を通過して移動した水を含む浸透誘導溶液から、前記可逆的に自己凝集した誘導溶質を分離・回収するステップと、
前記流入水から前記半透膜を通過して移動した水を含む浸透誘導溶液から、前記可逆的に自己凝集した誘導溶質が除去された残部を、処理水として排出するステップと、
を含む、正浸透水処理方法。
【請求項２０】
前記正浸透水処理方法は、前記回収された誘導溶質を下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）以下に冷却して凝集を解砕した後に、前記半透膜に接する浸透誘導溶液に再投入するステップをさらに含む、請求項１９に記載の正浸透水処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１７０９５４（Ｐ２０１２−１７０９５４Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−３２５６５（Ｐ２０１２−３２５６５）
【出願日】平成２４年２月１７日（２０１２．２．１７）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】１２９，Ｓａｍｓｕｎｇ−ｒｏ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年２月１７日（２０１２．２．１７）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】１２９，Ｓａｍｓｕｎｇ−ｒｏ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
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