分離膜

NAGASEPは、シリコンゴム製中空糸による均質膜^※1の分離膜モジュールです。
その特徴は、内径が200μm（0.2mm）程度・膜厚がサイズごとに20～80μm（0.02～0.08mm）の極細チューブを束にしているので、比較的少ない容積で大きな分離膜面積を確保できることです。
NAGASEPの中空糸膜であるシリコンゴムは、生理的に不活性であることから、-60℃から+150℃強までの幅広い温度帯域で常態物性を保ち、電気絶縁性が高く、また紫外線に強いなどの特徴を有しています。

※1「均質膜」とは、高分子鎖が分子レベルの隙間を持っている孔の無い膜のことを指します。

多孔質膜は、膜にあけられた細孔の大きさによって各種成分を選別し透過分離します。そのため操作中に孔の目詰まりなどにより膜性能が低下する現象（膜ファウリング）が起きやすく、対策が必要です。
対する均質膜には、その孔がないので目詰まりの心配がありません。気体は分子径が数Å（10-10m）と小さいために、細孔の無い均質膜でも高分子鎖の熱運動によって生じる隙間を縫って透過できます。
均質膜における透過は、＜膜の高圧側面での分子の溶解＞→＜膜内での分子の拡散＞→＜膜の低圧側面での分子の脱離＞の3段階を経ることで行います。
膜への溶解性は分子の大きさに比例して増加しますが、これは分子が大きいほど凝縮性も大きく、この効果によって膜内に溶け込みやすくなるためです。
逆に膜中での拡散性は、分子が大きいほど抵抗が大きくなるため一般的には小さくなりますが、シリコンゴム膜は高分子鎖の隙間が大きいので、分子の大きいガスでも拡散速度に影響を受けず、透過速度は溶解性の違いによって決定されます。

動物細胞は呼吸していますので、住み家である培地液中の酸素濃度を高く保ち、かつ炭酸ガスを排出する機能が必要になります。
NAGASEPを構成しているシリコンゴム中空糸膜は、
（1）限られた容積内でガス交換膜の面積を効率的に確保できる
（2）酸素と炭酸ガスの透過性が良好
（3）カビや雑菌の侵入経路がない
（4）供給圧に関係なく無気泡でガス交換できる
（5）オートクレーブ滅菌ができる
などの特長を併せ持っており、ガス交換機用として適しています。

シリコンゴム膜モジュールに混合溶液を供給し、膜の反対側を真空ポンプで減圧することで、透過して来た蒸気を冷却トラップで液化する浸透気化法により混合溶剤を分離回収できます。

浸透気化法とは、膜の片側に水溶液を供給し、反対側を真空ポンプで減圧することにより、特定の液体成分を蒸気として膜を透過させ、この蒸気を冷却して取り出す方法です。
膜の断面を厚さ方向に考えると二つの層から成り立っていて、液体側では膜に液体が浸透した溶液相が、また気体側ではこの液体が蒸気となった蒸気相が形成されています。
分離過程としては、＜液と膜との接触面における液の膜への溶解＞→＜膜中での透過分子の拡散による移動＞→＜気体側での透過分子の蒸発＞の3工程です。
従って、浸透気化法の原理は、ガス分離膜の場合と同様、膜に対する溶解・拡散速度の差を利用して分離するもの、すなわち透過成分と膜との相互作用によるものであるため、沸点の差で分離する蒸留法では分離できない共沸混合物も膜の選定によって分離できる利点や、逆浸透膜とは違い浸透圧の影響を受けない利点があります。

シリコンゴムは疎水性であり、長期間水に浸けておいても吸水率は1％未満です。
シリコンゴムは一般的なゴムと異なり、主鎖がケイ素と酸素のシロキサン結合から成っており、化学的に安定した分子構造をしています。

NAGASEPはシリコンゴム中空糸膜を採用しており、そのシリコンゴムは、各種の酸・塩基・塩類・酸化剤のような無機薬品やアルコールまたは動植物油のような極性有機化合物には優れた耐性示しますが、ガソリン・トルエン・四塩化炭素・絶縁油などの無極性有機化合物には膨潤します。
希酸・希アルカリ・アルコール・アセトン・ニトロベンゼン・アニリンなどにはほとんど侵されず、10～15％の容積増加に止まります。
なおベンゼン・トルエン・ガソリン・四塩化炭素等にはある程度膨潤するものの、一般の有機系のゴムと異なって材質の溶解がないため、溶剤を除くと元の状態に戻ります。
また、高温での耐油性に優れています。

VOC^※3の排出対策には燃焼処理する方法と分離回収する方法があり、分離回収法は活性炭による吸着操作と選択透過膜による膜分離操作があります。
NAGASEPが採用しているシリコンゴム中空糸膜は、VOCの分離濃縮に優れた特性を持っています。
装置は膜モジュールに真空ポンプと蒸気回収容器を設置しただけの簡単な構造で、膜の供給側が大気圧で膜の透過側を減圧することで、VOCを連続的に濃縮回収できます。

※3「VOC（Volatile Organic Compounds）」とは、揮発性を有し大気中で気体となる有機化合物の総称です。
VOCの多くは、接着剤や塗料･インクなどに溶剤として含まれているため、化学製品メーカーや印刷施設などVOCを洗浄剤として使用する電子部品や金属加工メーカーなど、またガソリン等の石油類をはじめとするVOCの貯蔵タンクなどから排出されているのですが、それが大気中に放出されると健康被害などの公害を引き起こす虞があるため、2004年に施行された改正大気汚染防止法によって主要な排出施設への規制が行われています。

シリコンゴム中空糸内に水を流し外側を真空ポンプで減圧することにより、水中の溶存ガスを連続的に除去できます。
一般に、水温20℃で酸素が8ppm、窒素が15ppm程度溶解していますが、シリコンゴム中空糸膜を使用することでppbオーダーまで脱気することができます。

水と有機溶剤を分離する場合、シリコンゴムは疎水性のため有機溶剤が優先的に透過します。
水道水や地下水に含まれ有害とされているトリクロロエチレン・クロロホルム・四塩化炭素などのトリハロメタン（塩素化合物）も同時に除去できます。

シリコンゴム膜を使った装置で、環境空気から酸素や二酸化炭素の濃縮が簡単にできます。
室内空気（酸素濃度21％・炭酸ガス濃度400ppm）をシリコンゴム膜モジュールに供給し透過側を減圧することで、透過した空気は酸素濃度30％・炭酸ガス濃度1,500ppmに濃縮されます。
濃縮炭酸ガスは、ハウス栽培で温室への二酸化炭素供給装置として使用できます。

製造する際に、中空糸同士の密着を防止する目的で膜表面に微量のシリカ粉を塗布していますが、薬液等による処理はしておりません。
シリカとは、自然界に多くあるいは生体内にも微量ながら含まれている二酸化ケイ素で構成される物質の総称です。
工業用ではゴムや紙等の充填剤あるいは食品･化粧品･医薬品の添加物に、身近なところではお菓子の乾燥剤など、産業界でも広く使われています。