CN115803101A - 酸性气体分离设备、空气净化机、空气调节器、及酸性气体浓缩装置 - Google Patents

酸性气体分离设备、空气净化机、空气调节器、及酸性气体浓缩装置 Download PDF

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Abstract

本发明一个方面涉及一种酸性气体分离设备，其具备：电解质层；一对电极，夹持所述电解质层而被设置；以及电压施加部，对所述一对电极间施加电压，其中，所述一对电极分别为能够透过气体的电极，所述电解质层含有：选自由自由基化率为90％以上的高分子量氧化还原化合物、分子内具有醌基的高分子量氧化还原化合物、及分子内具有亚氨基的高分子量氧化还原化合物构成的组中的至少1种；以及不挥发性的电解液。

Description

酸性气体分离设备、空气净化机、空气调节器、及酸性气体浓 缩装置
技术领域
本发明涉及酸性气体分离设备、空气净化机、空气调节器、及酸性气体浓缩装置。
背景技术
二氧化碳已知为一种酸性气体，在大气中占比约0.04％，不仅是地球上广泛存在的物质，而且也被广泛用于产业上。作为二氧化碳的利用方法，可列举：例如，碳酸饮料、入浴剂、及灭火剂等的发泡用气体；用于冷却等的干冰；及自行车轮胎的紧急补充气体等。另外，二氧化碳还可以通过使其处于超临界状态而作为用于提取咖啡因等的提取溶剂使用。另外，工业领域中的加工中使用的激光、医疗用激光手术刀等中使用的二氧化碳激光中也使用二氧化碳。此外，作为压缩机的制冷剂，有时也使用二氧化碳来代替氟利昂系制冷剂。另外，二氧化碳在农业领域中也用于例如草莓的生长促进栽培及加速观赏用水槽的水草等植物的生长的二氧化碳施肥等中。另外，生鲜农产品的CA(Controlled Atmosphere，气调)储藏中也使用二氧化碳。
如上所述，二氧化碳被用于各种领域，因此需要通过从空气等含有二氧化碳的气体中分离二氧化碳的方式等来获得二氧化碳的方法。另外，二氧化碳也被称为全球变暖的起因物质。从这一点出发，也需要通过从含有二氧化碳的气体中分离二氧化碳来利用二氧化碳。
此外，人类的活动状态也根据室内的二氯化碳浓度而明显不同，通常认为：二氧化碳浓度一旦超过1000ppm则专注力下降。因此，汽车等封闭空间及居室等中也要求降低二氧化碳浓度，但是由于室内温度变化或为了避免臭气等理由，实际生活中很多情况下难以通过定期进行换气来降低二氧化碳浓度。从该观点出发，也需要通过从含有二氧化碳的气体中分离二氧化碳、并且将分离出的二氧化碳优先放出来降低室内的二氧化碳浓度的技术。
作为从空气等含有氧和二氧化碳的混合气体中分离二氧化碳的方法，已提出各种方法。作为该分离方法，可列举例如使用二氧化碳吸附剂吸附空气中的二氧化碳、然后使吸收剂上吸附的二氧化碳脱离而从空气中分离二氧化碳的方法等。作为吸附二氧化碳的吸附剂，可列举例如活性碳、胺系溶剂、及碳酸钾水溶液等。另外，作为使用吸附剂的二氧化碳分离方法，更具体而言，可列举在高压下使二氧化碳吸附于吸附剂、然后减压使二氧化碳从吸附剂脱离的变压吸附(PSA：Pressure Swing Adsorption)法等。作为利用该PSA法分离二氧化碳时使用的吸附剂，可列举专利文献1中记载的吸附剂等。
专利文献1记载了一种二氧化碳吸附剂，其包含：用钡离子对含钠的铝硅酸盐的钠离子的2～80当量％进行离子交换而成的组合物。
另外，不仅要求从酸性气体的气体中分离二氧化碳，而且要求还分离NOx、SOx、及硫化氢等其它酸性气体。作为吸附及分离二氧化碳等酸性气体的装置，可列举例如专利文献2及专利文献3中记载的装置等。
专利文献2记载了一种酸性气体吸附脱离设备，其具有：酸性气体吸附脱离层，其含有能够通过进行氧化及还原而进行酸性气体的吸附及脱离的化合物以及基材；以及夹持前述酸性气体吸附脱离层的一对电极。
专利文献3记载了一种二氧化碳分离装置，其具备电解质层、夹持前述电解质层而设置于前述电解质层上的一对电极、以及对前述一对电极间施加电压的电压施加部，前述一对电极分别为能够透过气体的电极，前述电解质层含有能够溶解二氧化碳的电解液和分子内具有N-氧自由基的氧化还原化合物。
专利文献1公开了可以提供二氧化碳的选择比率高、且在水分多的条件下吸收容量也大的吸附剂的主旨。另外公开了该吸附剂能够优选用于利用PSA法分离浓缩二氧化碳的主旨。
在这样的利用PSA法分离二氧化碳的方法(例如使用专利文献1中记载的吸附剂等的方法)中，如上所述需要进行加压及减压。另外，只要是使用吸附剂的二氧化碳分离方法，即使是PSA法以外的方法，也不仅需要使二氧化碳吸附于吸附剂的操作，而且需要使吸附剂上吸附的二氧化碳脱离的操作(例如加热处理等)。因此，使用吸附剂的二氧化碳分离方法有时需要较多的能量或需要较大型的装置。
专利文献2公开了能够在固体状态下进行酸性气体的分离脱离的主旨。具体而言，专利文献2记载的装置的情况下，首先对电极间施加电压，使酸性气体吸附于酸性气体吸附脱离层。然后，以使配置于电极间的酸性气体吸附脱离层中流通的电流变成与吸附时相反方向的方式对电极间施加电压，使酸性气体从前述酸性气体吸附脱离层脱离。于是，在专利文献2记载的装置的情况下，在使酸性气体吸附于酸性气体吸附脱离层时与使吸附的酸性气体从酸性气体吸附脱离层脱离时的两者之间，需要转变施加于电极间的电压。该专利文献2记载的装置中，想要分离酸性气体则需要如上述那样转变施加于电极间的电压。因此，专利文献2记载的装置不能用于从含有酸性气体的气体中连续分离酸性气体。因此，专利文献2记载的装置与使用前述专利文献1记载的吸附剂时同样地需要较多的能量或需要较大型的装置。
另一方面，专利文献3公开了如下主旨：仅通过对一对电极间施加电压、并且无需转变施加于电极间的电压就能够分离二氧化碳，因此能够从含有二氧化碳的气体中简便地分离二氧化碳。因此，若利用专利文献3记载的装置，则无需转变施加于电极间的电压，因此能够从含有二氧化碳的气体中连续地分离二氧化碳。另外，该装置是小型装置，能够从含有二氧化碳的气体中容易地分离二氧化碳。
作为这样的能够分离二氧化碳等酸性气体的装置，需要更高效地进行从含有酸性气体的气体中分离酸性气体、并且能够长期地从含有二氧化碳等酸性气体的气体中反复分离酸性气体等。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开公报特开平7-39752号
专利文献2：日本专利公开公报特开2015-36128号
专利文献3：日本专利公开公报特开2018-1131号
发明内容
本发明鉴于所述情况而作出，其目的在于：提供能够从含有酸性气体的气体中简便地分离酸性气体、并且能够长期地反复进行该分离的酸性气体分离设备。另外，本发明的目的在于：提供具备前述酸性气体分离设备的空气净化机、空气调节器、及酸性气体浓缩装置。
本发明一个方面涉及一种酸性气体分离设备，其具备：电解质层；一对电极，夹持前述电解质层而被设置；以及电压施加部，对前述一对电极间施加电压，其中，前述一对电极分别为能够透过气体的电极，前述电解质层含有：选自由自由基化率为90％以上的高分子量氧化还原化合物、分子内具有醌基的高分子量氧化还原化合物、及分子内具有亚氨基的高分子量氧化还原化合物构成的组中的至少1种；以及不挥发性的电解液。
本发明的上述目的、特征以及优点通过以下的详细记载和附图将变得更为明了。
附图说明
图1为示出本发明的实施方式所涉及的酸性气体分离设备的构成的概略剖视图。
图2为示出具备本发明的实施方式所涉及的酸性气体分离设备的空气净化机的构成的概略图。
图3为示出具备本发明的实施方式所涉及的酸性气体分离设备的空气调节器的构成的概略图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式进行说明，但是本发明不受这些限定。
如图1所示，本发明的实施方式所涉及的酸性气体分离设备10具备：电解质层13；夹持前述电解质层13而设置的一对电极11、12；和，对一对电极11、12间施加电压的电压施加部14。一对电极11、12分别为能够透过气体的电极。另外，电解质层13含有：选自由自由基化率为90％以上的高分子量氧化还原化合物、分子内具有醌基的高分子量氧化还原化合物、及分子内具有亚氨基的高分子量氧化还原化合物构成的组中的至少1种；以及不挥发性的电解液。另外，从长期反复耐久性的观点出发，重要的是电解质层13包含前述高分子量氧化还原化合物中的任意种。前述高分子量氧化还原化合物分别为通过电解还原而吸附酸性气体、并且通过电解氧化而使吸附的酸性气体脱离的化合物。需要说明的是，图1为示出本发明的实施方式所涉及的酸性气体分离设备10的构成的概略剖视图。
需要说明的是，不挥发性是指：在常温常压下该物质不蒸发或不立即蒸发，具体而言，是指在常温常压下即使放置24小时该物质的质量也维持99质量％以上等。即，不挥发性的电解液是指在常温常压下不蒸发或不立即蒸发的电解液，具体而言，是指在常温常压下即使放置24小时该物质的质量也维持99质量％以上的电解液等。
本实施方式所涉及的酸性气体分离设备10可以通过电压施加部14以提高一对电极11、12间的任一电极的电位的方式进行施加，任一情况下均能够分离酸性气体。此处，对使一个电极11的电位低于另一个电极12的电位的方式通过电压施加部14对电极11、12间施加的情况进行说明。该情况下，一个电极11成为从含有酸性气体的气体中获得酸性气体侧的电极(第1电极：阴极电极)11，另一个电极12成为从电解质层13放出酸性气体侧的电极(第2电极：阳极电极)12。
酸性气体分离设备10中，可以具备使气体边接触第1电极11边流通的第1流路15和使气体边接触前述第2电极12边流通的第2流路16。
本实施方式所涉及的酸性气体分离设备10可以从含有酸性气体的气体中简便地分离酸性气体。具体而言，酸性气体分离设备10以使第1电极11的电位低于第2电极12的电位的方式通过电压施加部14对这些电极11、12间进行施加时，如下所述地从含有酸性气体的气体中分离酸性气体。酸性气体分离设备10中，含有酸性气体的气体(例如空气等)在第1流路15中流通、并且使酸性气体接触于第1电极11时，酸性气体优先透过电解质层13并从第2电极12侧放出。如此地酸性气体优先透过电解质层13，因此第2流路16中流通酸性气体浓度高的气体。于是，酸性气体分离设备10仅通过对第1电极11和第2电极12间施加电压就能够使酸性气体优先透过。因此使用酸性气体分离设备10则可从含有酸性气体的气体中分离酸性气体。需要说明的是，酸性气体分离设备10中，从第1流路15的供给口15a供给含有酸性气体、氮及氧的气体(例如空气)时，从第2流路16放出酸性气体(在空气的情况下，主要是二氧化碳)且从前述第l流路15的放出口15b放出酸性气体浓度(例如二氧化碳浓度)与所供给的气体相比降低的气体。另外，与此相伴地，从第1流路15的放出口15b放出由于酸性气体浓度(例如二氧化碳浓度)下降、从而氮及氧各自的浓度相对提高的气体。
上述过程可认为基于以下而进行。
与第1电极11接触并透过第1电极11的酸性气体也与电解质层13接触。具体而言，存在于第l电极11周边的气体所含的酸性气体透过第1电极11而接触电解质层13的表面(前述第1电极11侧的表面)。此时，由于通过电压施加部14施加的电压，在靠近第1电极11侧，电解质层13中所含的氧化还原化合物(高分子量氧化还原化合物)被电解还原而形成还原体。接触电解质层13的表面(第1电极11侧的表面)的酸性气体与该还原体结合，从而被摄入电解质层13。因此可促进第1电极11侧的酸性气体的摄入。另一方面，由于通过电压施加部14施加的电压，在靠近第2电极12侧，电解质层13中所含的高分子量氧化还原化合物及高分子量氧化还原化合物的还原体被电解氧化而形成自由基体或氧化体。因此，结合有酸性气体的高分子量氧化还原化合物在电解质层13中从靠近第1电极11侧流动到靠近第2电极12侧时，高分子量氧化还原化合物所结合的酸性气体从高分子量氧化还原化合物脱离。即，即使酸性气体与高分子量氧化还原化合物的还原体结合，在靠近第2电极12侧结合有酸性气体的高分子量氧化还原化合物被电解氧化时，酸性气体也会从高分子量氧化还原化合物脱离。因此，在靠近第1电极11侧，酸性气体与高分子量氧化还原化合物结合，然后结合有酸性气体的高分子量氧化还原化合物在前述电解质层13内流动到靠近第2电极12侧时，在靠近第2电极12侧酸性气体从高分子量氧化还原化合物脱离。并且，从高分子量氧化还原化合物脱离的酸性气体从电解质层13的表面(前述第2电极12侧的表面)放出，透过第2电极12。认为：通过如上所述的、酸性气体与高分子量氧化还原化合物的结合及脱离，从而酸性气体分离设备10可以在第1电极11侧摄入酸性气体、并且在前述第2电极侧放出酸性气体。
需要说明的是，当以使一个电极11的电位高于另一个电极12的电位方式施加电压时，一个电极11成为从电解质层13放出酸性气体侧的电极(第2电极)，另一个电极12成为从含有酸性气体的气体摄入酸性气体侧的电极(第1电极)11。因此，可以在另一个电极12侧摄入酸性气体、并且在一个电极11侧放出酸性气体。
据此，酸性气体分离设备10可以仅通过在一对前述电极11、12间施加电压、并且无需转变施加于电极间的电压(不切换各电极电位的高低)就能够连续地分离酸性气体。即，在前述酸性气体分离设备10中，若通过电压施加部14对一对电极11、12间持续施加电压，则能够从连续供给于第1电极11侧的含有酸性气体的气体中连续地分离酸性气体。因此，酸性气体分离设备10能够从含有酸性气体的气体中简便地分离酸性气体。
另一方面，若连续地从该含有酸性气体的气体中分离酸性气体(连续运转)，由构成电解质层的氧化还原化合物的扩散或泳动引起的、氧化还原化合物在表面或内部因自凝集导致的偏析有可能抑制酸性气体的分离。与此相对地，在前述酸性气体分离设备10的情况下，通过使电解质层13中所含的氧化还原化合物形成高分子量氧化还原化合物，从而促进分子链的缠绕而抑制氧化还原化合物的分子运动性，因此不易形成凝集结构，其结果是能够抑制电解质层中的氧化还原化合物偏析。因此，前述酸性气体分离设备10能够长期反复地实施酸性气体分离。
电解质层13只要含有：选自由自由基化率为90％以上的高分子量氧化还原化合物、分子内具有醌基的高分子量氧化还原化合物、及分子内具有亚氨基的高分子量氧化还原化合物构成的组中的至少1种；和不挥发性的电解液，就没有特别限定。另外，电解质层13为有助于酸性气体分离的酸性气体分离体。
在此，高分子量氧化还原化合物是指实质上或概念上具有重复单元的氧化还原化合物。高分子量氧化还原化合物具体而言可列举以单体为主要成分而制造的作为聚合物或其交联物等的氧化还原化合物(redox compound)。自由基化率为90％以上的高分子量氧化还原化合物为这样的高分子量氧化还原化合物中的自由基化率为90％以上者。另外，分子内具有醌基的高分子量氧化还原化合物为上述那样的高分子量氧化还原化合物中分子内具有醌基者，可列举例如使含有醌基的单体聚合而得到的高分子量氧化还原化合物(聚醌等)等。另外，作为分子内具有亚氨基的高分子量氧化还原化合物，可列举上述那样的高分子量氧化还原化合物中分子内具有亚氨基者，可列举例如使含有苯胺基的单体聚合而得到的高分子量氧化还原化合物(聚苯胺等)等。
前述高分子量氧化还原化合物通过电解还原及电解氧化而吸附酸性气体和使其脱附。即，高分子量氧化还原化合物通过电解还原而使酸性气体吸附于高分子量氧化还原化合物，通过电解氧化而使吸附于高分子量氧化还原化合物的酸性气体从高分子量氧化还原化合物脱离。
高分子量氧化还原化合物的重均分子量没有特别限定，有高分子量氧化还原化合物的重均分子量越大、则越能够抑制在前述电解质膜中高分子量氧化还原化合物在膜的内部或表面偏析氧化还原化合物的倾向。因此，前述高分子量氧化还原化合物的重均分子量的下限优选为1000以上，更优选为2000以上，进一步优选为10000以上，特别优选为20000以上。另一方面，通过减小高分子量氧化还原化合物的重均分子量，高分子量氧化还原化合物的溶解性提高，能够使电解质膜中含有充分量的高分子量氧化还原化合物，其结果，能够提高酸性气体的分离性能。因此，前述高分子量氧化还原化合物的重均分子量的上限优选为5000000以下，更优选为3000000以下，进一步优选为1000000以下，特别优选为500000以下。另外，前述高分子量氧化还原化合物的重均分子量的上限可以为400000以下，可以为300000以下，可以为200000以下，可以为150000以下，可以为100000以下。
需要说明的是，作为此处的高分子量氧化还原化合物的重均分子量的测定，可列举使用凝胶渗透色谱(GPC)通过标准聚甲基丙烯酸甲酯进行换算的方法等。
作为自由基化率为90％以上的高分子量氧化还原化合物，优选以具有不成对电子的化合物、或通过酸化或还原而具有不成对电子的化合物作为单体的主要成分的聚合物。主要成分是指在单体中所占的比例高，例如，优选相对于单体总量为80质量％以上。
作为自由基化率为90％以上的高分子量氧化还原化合物，只要是自由基化率为90％以上的高分子量氧化还原化合物就没有特别限定，可列举例如自由基化率为90％以上的聚(N-氧自由基)及该衍生物等。聚(N-氧自由基)是在分子内具有N-氧自由基的高分子量氧化还原化合物。在通过电压施加部14对电极11、12间施加电压等时，该高分子量氧化还原化合物形成N-氧自由基被还原的状态，N-氧自由基成为N-氧阴离子基。另外，在对电极11、12间施加电压等时，成为N-氧阴离子基被氧化的状况，N-氧阴离子基恢复为N-氧自由。
作为分子内具有醌基的高分子量氧化还原化合物，只要是分子内具有醌基的高分子氧化还原化合物就没有特别限定，可列举例如聚醌、及其衍生物等。通过电压施加部14对电极11、12间施加电压等时，该高分子量氧化还原化合物形成醌基被还原的状态，形成二氧阴离子基。另外，对电极11、12间施加电压等时，形成二氧阴离子基被氧化的状况，二氧阴离子基恢复为醌基。
分子内具有亚氨基的高分子量氧化还原化合物只要是分子内具有亚氨基的高分子量氧化还原化合物就没有特别限定，可列举例如聚苯胺、及其衍生物等。需要说明的是，聚苯胺是苯胺以对位进行键合的直链状的高分子氧化还原化合物。通过电压施加部14对电极11、12间施加电压等时，该高分子量氧化还原化合物形成亚氨基被还原的状态，形成氨基阴离子基。另外，在对电极11、12间施加电压等时，形成氨基阴离子基被氧化的状况，氨基阴离子基恢复为亚氨基。
如上所述，高分子量氧化还原化合物是通过氧化还原而使亚氨基、醌基、及N-氧自由基等官能团发生电化学变化的化合物。具体而言，自由基化率为90％以上的高分子量氧化还原化合物为具有能够通过氧化还原反应而在自由基与阴离子基或阳离子基之间相互转变的官能团的化合物，优选含有在官能团部分具有能够通过氧化还原反应而在自由基与阴离子基或阳离子基之间相互转化的官能团的单体单元作为其构成单元的聚合物。前述聚合物可以是使前述具有能够通过氧化还原反应而在自由基与阴离子基或阳离子基之间相互转化的官能团的单体进行聚合而得到的物质，也可以是对聚合物的单体单元的一部分或全部通过后改性而导入了前述能够通过氧化还原反应而在自由基与阴离子基或阳离子基之间相互转化的官能团的物质。另外，高分子量氧化还原化合物可以经过交联。
关于具有能够通过氧化还原反应而在自由基与阴离子基或阳离子基之间相互转化的官能团的单体单元的量，相对于构成聚合物(含有具有能够通过氧化还原反应而在自由基与阴离子基或阳离子基之间相互转化的官能团的单体单元作为其构成单元的聚合物)的全部单体单元优选为80摩尔％以上，更优选为90摩尔％以上，进一步优选为95摩尔％以上。若为前述范围内，从酸性物质的保持、及移送效率方面是优选的。
作为构成自由基化率为90％以上的高分子量氧化还原化合物的单体单元，可列举例如以选自4-丙烯酰氧基-2，2，6，6-四甲基哌啶基氧自由基、4-甲基丙烯酰氧基-2，2，6，6-四甲基哌啶基氧自由基、3-丙烯酰氧基-2，2，6，6-四甲基吡咯烷基氧自由基、3-甲基丙烯酰氧基-2，2，6，6-四甲基吡咯烷基氧自由基、4-乙烯酰氧基-2，2，6，6-四甲基哌啶基氧自由基(4-vinyloxy-2，2，6，6-tetramethylpiperidinyloxy radical)、及4-乙烯酰氧基-2，2，5，5-四甲基吡咯烷基氧自由基(4-vinyloxy-2，2，5，5-tetramethylpyrrolidinyloxyradical)等中的至少1种为单体进行聚合时的单体单元。即，自由基化率为90％以上的高分子量氧化还原化合物可列举以这些化合物为单体聚合而得的聚合物等。
作为构成分子内具有醌基的高分子量氧化还原化合物的单体单元，可列举例如以选自2-乙烯基-1，4-苯醌、2-乙烯基-1，4-萘醌、2，5-二丙烯酰氧基甲基-1，4-苯醌、2，6-二丙烯酰氧基甲基-1，4-萘醌、1，4-二丙烯酰氧基甲基蒽醌、1，4-二丙烯酰氧基乙基萘醌、1，4-二氯蒽醌、1，4-二溴蒽醌、1，4-二氯萘醌、1，4-二溴萘醌、2，5-二氯苯醌、及2，5-二溴苯醌等中的至少1种为单体进行聚合时的单体单元。即，分子内具有醌基的高分子量氧化还原化合物可列举以这些化合物为单体聚合而得的聚合物等。
作为构成分子内具有亚氨基的高分子量氧化还原化合物的单体单元，可列举例如以选自苯胺、1，4-二氨基萘、2-甲基苯胺、2，3-二甲基苯胺、1，4-二氨基萘、及9，10-二氨基蒽等中的至少1种为单体进行聚合时的单体单元。即，分子内具有亚氨基的高分子量氧化还原化合物可列举以这些化合物为单体聚合而得的聚合物等。
作为前述高分子化合物，既可以仅含有1种前述单体单元，也可以含有2种以上。即，作为前述高分子化合物，可以是使单体单独聚合而得到的聚合物，也可以是将2种以上的单体组合聚合而得到的聚合物。另外，作为高分子量氧化还原化合物，可以是仅使上述单体聚合而得到的化合物，也可以是使上述单体与乙烯、丙烯、丁二烯、异戊二烯、苯乙烯、及乙酸乙烯酯等共聚单体共聚而得的共聚物。另外，该共聚物单体可以单独使用，也可以将2种以上组合使用。
从电化学稳定性的观点出发，前述高分子量氧化还原化合物优选为上述例示的化合物中的自由基化率为90％以上的高分子量氧化还原化合物，更优选为含有下述式(1)所示的重复单元的化合物。含有下述式(1)所示的重复单元的化合物可以含有单一的重复单元，也可以将2种以上组合使用。
Figure BDA0004048942690000091
式(1)中，R1表示氢原子或甲基。
另外，含有前述式(1)所示的重复单元的化合物可以是通过指定合成方法合成而得到的化合物，也可以是市售品。作为合成方法，只要是得到含有前述式(1)所示的重复单元的化合物的合成方法就没有特别限定，可列举例如将二取代胺化合物的氨基氧化的氮氧自由基化方法等。
自由基化率为90％以上的高分子量氧化还原化合物的自由基化率只要为90％以上就没有特别限定，例如优选90～99质量％，更优选95～99质量％，进一步优选97～99质量％。若自由基化率过低，则与二氧化碳等酸性气体的反应性变低，有输送效率降低的倾向。自由基化率是指：在含有具有能够通过氧化还原反应而在自由基与阴离子基或阳离子基之间相互转化的官能团的单体单元作为其构成单元的聚合物的情况下，形成了自由基的单体单元相对于全部单体单元(具有能够通过氧化还原反应而在自由基与阴离子基或阳离子基之间相互转化的官能团的全部单体单元)的比例。另外，含有前述式(1)所示的重复单元的化合物的情况下，自由基化率是指前述式(1)所示的重复单元相对于全部单体单元的含有率。
需要说明的是，作为此处的自由基化率(前述式(1)所示的重复单元的含有率)的测定方法，可列举例如使用基于氧化还原反应的化学滴定法(氧化还原滴定法)等定量氮氧自由基游离基的方法、及通过使用电子自旋共振(ESR法)定量反应生成物中的自旋浓度的方法等来计算的方法等。
电解质层13中含有不挥发性的电解液。前述电解液优选在电化学上稳定、并且电位窗口宽的化合物。另外，电解液只要为具有不挥发性、并且能够作为电解液使用者就没有特别限定。作为前述电解液，优选使用离子液体(离子性液体)。使用离子液体作为电解液时，即使不含电解质和溶剂，离子液体也能够同时具有该两者的功能。另外，作为电解液，如上所述只要为具有不挥发性、并且能够作为电解液使用者即可，可以是离子液体中含有电解质的液体，也可以是离子液体中含有溶剂的液体，也可以是离子液体中含有电解质及溶剂的液体，也可以是由离子液体而成者。作为电解液，优选这些中的由离子液体而成者，即电解液优选为离子液体。另外，由于离子液体不易挥发、并且阻燃性高，因此也优选使用离子液体作为电解液。另外，离子液体的离子电导性比较高。基于这些理由，使用离子液体作为电解液时，能够更安全且更长时间地连续实施利用酸性气体分离设备从含有酸性气体的气体中分离酸性气体的分离。
作为前述离子液体，只要是公知的离子液体就没有特别限定，可列举例如咪唑鎓系离子液体、吡啶系离子液体、脂环式胺系离子液体、及氮鎓胺系离子液体等。
作为前述离子液体，可列举例如1-乙基-3-甲基咪唑鎓双(氟磺酰)亚胺、1-甲基-3-辛基咪唑鎓四氟硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑鎓氯化物、1-丁基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰亚胺)、1-癸基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐、1，3-二甲氧基咪唑鎓四氟硼酸盐、1，3-二乙氧基咪唑鎓四氟硼酸盐、1-甲基-3-辛基咪唑鎓六氟磷酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐、1-癸基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐、1，3-二甲氧基咪唑鎓六氟磷酸盐、及1，3-二乙氧基咪唑鎓六氟磷酸盐等。另外，作为离子液体，在前述例示的离子液体中优选1-乙基-3-甲基咪唑鎓双(氟磺酰)亚胺、1-甲基-3-辛基咪唑鎓四氟硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰亚胺)、1-丁基-3-甲基咪唑鎓氯化物、1，3-二甲氧基咪唑鎓四氟硼酸盐、1-甲基-3-辛基咪唑鎓六氟磷酸盐、及1-乙基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐。另外，作为离子液体，更优选1-乙基-3-甲基咪唑鎓双(氟磺酰)亚胺、1-甲基-3-辛基咪唑鎓四氟硼酸盐、1，3-二甲氧基咪唑鎓四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰亚胺)、1-丁基-3-甲基咪唑鎓氯化物、及1-甲基-3-辛基咪唑鎓六氟磷酸盐，进一步优选1-乙基-3-甲基咪唑鎓双(氟磺酰)亚胺、1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰亚胺)、1-丁基-3-甲基咪唑鎓氯化物、及1-甲基-3-辛基咪唑鎓四氟硼酸盐。
如上所述，电解液只要为具有不挥发性、并且能够作为电解液使用者就没有特别限定，例如，除了离子液体以外还可列举含有电解质及溶剂的电解液等。
溶剂只要为具有不挥发性、并且能够作为电解液的溶剂使用者就没有特别限定。溶剂需要具有不挥发性，例如沸点优选为200℃以上。作为溶剂，可列举例如聚醚等。作为聚醚，可列举例如聚乙二醇、聚丙二醇、及聚四亚甲基醚二醇等。作为聚醚，可以是这些的均聚物，也可以是这些的共聚物。作为聚乙二醇、聚丙二醇、聚四亚甲基醚二醇、及这些的共聚物，可列举例如将环氧乙烷、环氧丙烷、及四氢呋喃等单体单独使用或2种以上组合使用并通过开环聚合而得到者等。从流动性的观点出发，聚醚优选为低分子量，具体而言以重均分子量计优选为200～500左右。溶剂可以单独使用也可以将2种以上组合使用。
作为电解质，没有特别限定，可列举例如季铵盐、无机盐、及氢氧化物等。作为季铵盐，可列举例如四甲基四氟硼酸铵、四正乙基四氟硼酸铵(tetra-n-ethylammoniumtetrafluoroborate)、四正丙基四氟硼酸铵、四正丁基四氟硼酸铵、正十六烷基三甲基四氟硼酸铵、四正十六烷基四氟硼酸铵、四正辛基四氟硼酸铵、四正乙基高氯酸铵、四正丁基高氯酸铵、及四十八烷基高氯酸铵(tetraoctadecylammonium perchlorate)等。作为无机盐，可列举高氯酸锂、高氯酸钠、高氯酸钾、乙酸钠、乙酸钾、硝酸钠、及硝酸钾等。作为氢氧化物，可列举例如氢氧化钠、及氢氧化钾等。作为电解质，在上述例示的电解质中，优选四甲基四氟硼酸铵、tera-正乙基四氟硼酸铵(tera-n-ethylammonium tetrafluoroborate)、四正丙基四氟硼酸铵、四正丁基四氟硼酸铵、正十六烷基三甲基四氟硼酸铵、四正十六烷基四氟硼酸铵、四正辛基四氟硼酸铵、四正乙基高氯酸铵、四正丁基高氯酸铵、四十八烷基高氯酸铵、高氯酸锂、高氯酸钠、乙酸钠、及乙酸钾。另外，作为电解质，在这些中更优选四正乙基四氟硼酸铵、四正丙基四氟硼酸铵、四正丁基四氟硼酸铵、高氯酸锂、及高氯酸钠，进一步优选四正丁基四氟硼酸铵、及高氯酸锂。另外，电解质也可以使作为其支持盐的碳酸根离子、碳酸氢根离子稳定化、具有pH缓冲能力。作为此时的电解质，具体而言可列举碳酸氢钠、碳酸钠、乙酸、及乙酸钠等。电解质可以将上述例示的电解质单独使用或组合2种以上而使用。
电解液优选不易溶解酸性气体。本实施方式所涉及的酸性气体分离设备中，酸性气体向电解质层13中的摄入仅通过前述高分子量氧化还原化合物与还原体结合来进行，因此即使电解液不易溶解酸性气体，酸性气体也会在电解质层13的表面上与高分子量氧化还原化合物的还原体结合，从而可以将酸性气体摄入电解质层13。另外，在使用这样的不易溶解酸性气体的电解液的情况下，当从电解质层13放出酸性气体时，由于酸性气体不易溶解于电解液而容易放出酸性气体。因此，容易通过本实施方式所涉及的酸性气体分离设备从含有酸性气体的气体分离酸性气体。
电解质层13中，前述电解液可以凝胶化。使用这样的包含凝胶的电解质层时，能够抑制构成电解质层13的电解液发生泄漏。另外，即使电解质层13为含有电解液和前述高分子量氧化还原化合物的凝胶，也能够如上述那样在第1电极侧摄入酸性气体、并且在第2电极侧放出酸性气体。因此，能够抑制因为电解液泄漏等而抑制从含有酸性气体的气体中分离酸性气体的情况，能够更长时间地连续进行。为了得到前述这样的包含凝胶的电解质，例如可以向电解液中添加用于使其凝胶化的凝胶化剂，也可以使用凝胶化电解质或高分子电解质，还可以将前述高分子氧化还原化合物凝胶化。另外，可以向电解质层中添加硅胶、氧化铝、二氧化钛、及氧化锆等无机氧化物。通过添加无机氧化物，可以使凝胶变结实。例如凝胶化剂可以与无机氧化物化合而形成更结实的凝胶。作为凝胶化剂，可列举例如聚合物、利用聚合物交联反应等方法的凝胶化剂、聚合性多官能单体、及油凝胶化剂等。作为凝胶化电解质及高分子电解质，只要是能够作为凝胶化电解质或高分子电解质使用者就没有特别限定，可列举例如聚偏氟乙烯等偏氟乙烯系聚合物、聚丙烯酸等丙烯酸系聚合物、聚丙烯腈等丙烯腈系聚合物、聚环氧乙烷等聚醚系聚合物、及结构中具有酰胺结构的化合物等。
电解质层13中可以含有除前述电解液及高分子量氧化还原化合物以外的成分(其它成分)。作为其它成分，可列举例如聚乙二醇、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、及聚乙烯醇缩醛等。
电解质层13中可以含有基材(支撑体)也可以不含基材(支撑体)，但优选含有基材(支撑体)。作为电解质层13，可列举例如在基材(支撑体)中含浸含有前述高分子量氧化还原化合物的前述电解液而成者等。另外，作为基材(支撑体)，从避免制造工序复杂化、维持强度、及维持柔软性的观点出发，优选例如纸状物、及无纺布，更优选无纺布。作为构成无纺布的纤维，没有特别限定，可列举例如聚烯烃系纤维；纤维素系纤维；(甲基)丙烯酸系纤维；聚乙烯醇系纤维；聚氯乙烯系纤维；聚苯乙烯系纤维；聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维、聚对苯二甲酸丁二醇酯纤维、聚对苯二甲酸三亚甲基酯纤维、及熔融液晶形成性全芳香族聚酯纤维等聚酯系纤维；聚酰胺系纤维；聚碳酸酯系纤维；及聚氨基甲酸酯系纤维等。构成无纺布的纤维可以使用选自这些中的1种，也可以将2种以上组合使用。这些纤维中，从表现出基材(支撑体)的强度、或电解质层整体的强度的观点出发，可以优选应用含有聚酯系纤维或聚乙烯醇系纤维的基材。前述聚乙烯醇系纤维可以经过改性，可列举聚乙烯醇纤维、乙烯改性聚乙烯醇纤维等作为一例。另外，在含有聚酯系纤维时，在上述例示中可以特别优选使用熔融液晶形成性全芳香族聚酯纤维。
作为无纺布的种类，可列举通过湿式法或干式法形成的无纺布、熔喷无纺布、纺粘无纺布、热粘结无纺布、及通过针刺法形成的无纺布等。这些无纺布中，优选使用长纤维，优选熔喷无纺布。作为纸状物的制法，也没有特别限定，可以使用通过湿式抄纸等方法制造者。
就基材(支撑体)而言，可以通过控制单位面积重量来设定通气度和膜厚。基材(支撑体)的单位面积重量越小则通气度越高、越适于填充高分子量氧化还原化合物等构成电解质层的成分，因此优选为50g/m2以下，更优选为45g/m2以下，进一步优选为40g/m2以下。基材(支撑体)的单位面积重量可以为35g/m2以下、30g/m2以下、25g/m2以下、20g/m2以下。另外，从电解质层的机械强度的观点出发，基材(支撑体)的单位面积重量越大越优选。基材(支撑体)的单位而积重量优选为1g/m2以上，更优选为2g/m2以上，进一步优选为3g/m2以上。基材(支撑体)的单位面积重量可以为5g/m2以上、7g/m2以上、10g/m2以上。
基材(支撑体)的厚度没有特别限定，为了调整电解质层13的厚度而为其厚度以下，通常优选为1μm以上，更优选为5μm以上，进一步优选为6μm以上，特别优选为7μm以上。另外，基材(支撑体)的厚度优选为1000μm以下，更优选为800μm以下，进一步优选600μm以下。另外，基材(支撑体)的厚度可以为500μm以下、400μm以下、300μm以下、200μm以下、100μm以下、50μm以下、30μm以下。
作为电解质层13的制造方法，没有特别限定。在电解质层13包含前述基材(支撑体)的情况下，可列举例如在电解液中分散或溶解高分子量氧化还原化合物、并且使基材(支撑体)含浸该含有高分子量氧化还原化合物的电解液的方法等。含浸优选边对电解液、基材(支撑体)施加超声波振动边进行。通过如此操作，可以抑制电解质层中形成微孔(即针孔)。
作为电解质层13的厚度，只要是不会由气体通过、并且因针孔或裂纹等而引起破损的厚度就没有特别限定。作为电解质层13的厚度，优选为例如1μm以上，更优选为5μm以上，进一步优选为6μm以上，特别优选为7μm以上。另外，作为电解质层13的厚度，优选为例如1000μm以下，更优选为800μm以下，进一步优选为600μm以下。另外，作为电解质层13的厚度，可以为550μm以下、500μm以下、450μm以下、400μm以下、350μm以下、250μm以下、150μm以下、100μm以下、80μm以下、40μm以下、30μm以下。若电解质层13的厚度为前述下限以上，则能够抑制酸性气体分离设备制造过程中的复杂化。若电解质层13的厚度为前述上限以下，则容易降低用于酸性气体移送的电压(为了分离酸性气体而施加于一对电极间的电压)。
电解质层13的厚度与支撑体的厚度之差(从电解质层13的厚度中减去支撑体的厚度而得的差：电解质层的厚度-支撑体的厚度)没有特别限定，可以为0μm，当大于0μm时电极与电解质层的密合性提高，结果可以提高酸性气体的移送效率。从电解质层13的厚度减去支撑体的厚度而得的差优选为1μm以上，为500μm以下。若为差值如上的电解质层，则能够提高酸性气体的移送效率，能够更好地从含有酸性气体的气体中分离酸性气体。
支撑体的厚度相对于电解质层13的厚度的比(支撑体的厚度/电解质层的厚度)没有特别限定。从提高电解质层与电极的密合性的观点出发，支撑体的厚度相对于电解质层13的厚度的比优选为1以下，优选为0.99以下。另外，从实现同时兼顾电解质层的强度的维持的观点出发，支撑体的厚度相对于电解质层13的厚度的比优选为0.3以上，优选为04以上。
接着，对作为本实施方式所涉及的酸性气体分离设备的构成成分之一的一对电极(电极11、12)进行说明。
一对电极11、12只要为能够透过气体的电极就没有特别限定。即，电极11、12只要为能够透过二氧化碳等气体、并且能够使电流流入被一对电极11、12夹持的电解质层13的导电构件即可。另外，作为电极11、12，优选具有不抑制电子移动的程度的导电性、并且通气性优异的多孔体，具体而言可列举由多孔性的导电材料而成的电极等。作为电极11、12，更具体而言可列举含有碳作为主要成分的多孔体、由碳形成的多孔体、及多孔性金属层等。作为多孔性的导电材料，可列举例如多孔性金属、含有碳作为主要成分的多孔体、及由碳形成的多孔体等。作为多孔性的导电材料，可以单独使用这些，也可以组合2种以上。即，作为一对电极11、12，可以是这些多孔性的导电材料中的由单独的导电材料而成的电极，也可以是组合2种以上导电材料而成的电极。
前述多孔性金属层为形成有多个孔的金属层。另外，从通气性优异的观点出发，金属层优选贯穿金属层整体而形成孔。另外，作为得到多孔性金属层的方法，只要是对未形成多个孔的金属层实施形成多个孔的处理的方法(多孔化方法)就没有特别限定。作为该方法，可列举例如切削、研磨及喷砂等物理方法；以及使用酸、碱等蚀刻液的电解蚀刻、无电解蚀刻等化学方法等。另外，作为多孔化方法，可以单独进行前述各方法，也可以将2种以上组合进行。另外，作为多孔化方法，从扩大表面积的观点出发，为了更致密地形成孔(细孔)而优选化学方法。另外，作为金属层的材质，没有特别限定，可列举例如铝、铜、银、金、铁、钛、钼、钨、镍、及这些的合金等。作为前述合金，可列举例如不锈钢等。作为金属层的材质，在这些中，从耐久性及加工性的观点出发而优选铜、银、钛、SUS316、及SUS321。
作为前述多孔体中所含的碳，具体而言，可列举石墨、碳纳米管、活性碳、活性碳纤维、及碳纤维等碳质材料。另外，作为该碳，从耐腐蚀性及比表面积的观点出发，优选活性碳、活性碳纤维。另外，作为该碳，可以单独使用各种碳质材料，也可以将2种以上组合使用。作为该碳所含的多孔体，优选使碳质材料形成布状、毡状。因此，就作为多孔体的电极而言，具体可列举炭片、炭布、及碳纸等。另外，就作为多孔体的电极而言，还可列举使用活性碳、碳纤维的碳系电极、及使用针状导电材料的空隙率高的电极等。
作为一对电极11、12，在上述各电极中，优选含有选自多孔性金属、石墨、碳纳米管、及碳纤维构成的组中的至少1种的电极。认为：若为这样的电极，则能够很好地透过气体，能够通过电压施加部14对电极11、12间很好地施加电压。因此，通过使用该电极，可以得到能够从含有酸性气体的气体更好地分离酸性气体的酸性气体分离设备。
构成一对电极11、12的多孔体为粒子状时，可以使用粘结剂将这些成型为片状而电极化，也可以在具有导电性的网上成膜而成型。作为可使用的粘结剂，没有特别限定，可列举：PVDF(聚偏氟乙烯)、聚四氟乙烯、及SBR(苯乙烯-丁二烯橡胶)与CMC(羧甲基纤维素)的混合物；聚丙烯酸、丙烯酸、丙烯腈的共聚物；聚乙烯醇、及其部分改性物等。
将多孔体的粒子状物在网状导电体上成膜时，作为可使用的网，可以使用：由铁、镍、或不锈钢等的细线形成的网；由金属箔得到的拉制金属网；对由合成纤维或天然纤维形成的纸或无纺布实施导电镀敷而得的网。
网的厚度没有特别限定，为了调整电极11、12的厚度，可以为其厚度以下，通常网的厚度优选为5μm～1mm，优选为6μm～800μm，进一步优选为7μm～600μm。
电极11、12的BET比表面积没有特别限定，例如优选为1m2/g以上，更优选为100m2/g以上，更优选为500m2/g以上。从气体的透过性(通气性)的观点出发，电极11、12的BET比表面积越大越优选，从各电极11、12的强度等的关系出发，优选为3000m2/g以下。因此，电极11、12的BET比表面积优选为1～3000m2/g，更优选为100～2500m2/g，更优选为500～2000m2/g。电极的BET比表面积过小时，气体的透过性(通气性)下降，有抑制二氧化碳透过的倾向。另外，电极的BET比表面积过大时，有电极的强度等变得不充分的倾向。因此，若电极的BET比表面积在上述范围内，则能够长期重复实现二氧化碳的分离。需要说明的是，BET比表面积为利用BET法测得的比表面积，可以通过公知的方法来测定。作为BET比表面积的测定方法，可列举例如进行氮吸附等温线测定并且由得到的吸附等温线进行计算的方法等。
如上所述，电极11、12为能够使电流流入被一对电极11、12夹持的电解质层13的导电构件，其表面电阻值越小越优选，例如优选为1kΩ/sq以下，更优选为200Ω/sq以下。另外，虽然电极的表面电阻值越小越优选，但是实际上极限为1Ω/sq。因此，电极的表面电阻值优选为1Ω/sq～1kΩ/sq，更优选为10～200Ω/sq。若为具有这样的表面电阻值的电极，则电流能够在电解质层13中很好地流动，能够很好地分离二氧化碳。
电极11、12的厚度没有特别限定，优选为能够吸附二氧化碳、能够很好地防止电解液泄漏的厚度。电极11、12的厚度例如优选为20μm以上且10mm以下，更优选为50μm以上且5mm。若前述各电极过薄，则有电极的强度等变得不充分的倾向。另外，若电极过厚，则有气体的透过性(通气性)下降而二氧化碳的透过受到抑制的倾向。由此，若电极的厚度在上述范围内，则能够长期反复地实现二氧化碳的分离。
另外，电压施加部14只要能够对一对电极11、12间施加电压则没有特别限定。即，如上所述，电压施加部14以使一对电极11、12间的一个电极的电位提高的方式对一对电极11、12间施加电压。另外，前述电压施加部14优选以从含有酸性气体的气体摄入酸性气体侧的第1电极的电位始终低于从前述电解质层放出酸性气体侧的第2电极的方式进行施加。于是，仅通过以第1电极的电位始终低于第2电极的电位的方式由电压施加部进行施加，就能够在第1电极侧摄入酸性气体、并且在第2电极侧放出酸性气体。另外，电压施加部14可以为不能够转变施加于电极间的电压的施加部，可列举例如二次电池、外部电源、及电容器等。
另外，第1流路15及前述第2流路16只要为能够流通气体的流路就没有特别限定。
本实施方式所涉及的酸性气体分离设备10只要能够制造前述结构的酸性气体分离设备，其制造方法就没有特别限定。具体而言，可列举使用一对电极11、12、电解质层13、电压施加部14、第1流路15、及第2流路16通过常规组装方法以成为图1所示的结构的方式进行组装的方法等。
作为前述酸性气体，可列举二氧化碳、NOx(氮氧化物)、SOx(氧硫化物)、及硫化氢等。另外，酸性气体可以含有1种酸性气体，也可以含有2种以上的酸性气体。
本实施方式所涉及的酸性气体分离设备的设置场所只要是需要分离酸性气体的场所就没有特别限定。另外，也可以以具备酸性气体分离设备的装置形式来使用。作为具备酸性气体分离设备的装置，可列举例如空气净化机、空气调节器、及酸性气体浓缩装置等。更具体而言，可列举用于分离浓缩空气中的酸性气体的酸性气体浓缩装置等，可用于例如农业用途等。另外，为了分离除去室内的酸性气体，作为具备前述酸性气体分离设备的装置，可列举空气净化机、及空气调节器等。这些可以用于在调整私家车、公交车、电车、飞机、宇宙空间站等中调整酸性气体浓度。
本发明的另一实施方式所涉及的空气净化机为具备前述酸性气体分离设备的空气净化机。作为本实施方式所涉及的空气净化机，可列举例如图2所示的空气净化机20等。空气净化机20具备集尘及消臭过滤器21、酸性气体分离设备10和风扇22。集尘及消臭过滤器21只要是使所供给的空气等气体通过而实施从气体除去家庭灰尘等的集尘处理、及对气体消臭的消臭处理者就没有特别限定，可列举一般的空气净化机所具备的集尘及消臭过滤器等。风扇22只要是能够使利用酸性气体分离设备10除去了酸性气体的气体在室内等设置空气净化机20的场所中流动者就没有特别限定。空气净化机20将利用集尘及消臭过滤器21实施了集尘处理及消臭处理的空气供给于酸性气体分离设备10，在酸性气体分离设备10中分离酸性气体，并且利用风扇22使分离酸性气体后的气体在室内等设置空气净化机20的场所中流动。于是，空气净化机20能够将实施集尘处理及消臭处理且酸性气体浓度降低的空气供给于室内等设置空气净化机20的场所。即，空气净化机20能够利用酸性气体分离设备10分离酸性气体，并且除去该分离出的酸性气体，从而能够降低由空气净化机20供给的空气等气体中所含的酸性气体浓度。另外，本实施方式所涉及的空气净化机只要具备前述酸性气体分离设备就没有特别限定，不限于上述那样的、将利用集尘及消臭过滤器21实施了集尘处理及消臭处理的空气等气体供给于酸性气体分离设备10的空气净化机。作为本实施方式所涉及的空气净化机，可以是例如将利用前述酸性气体酸分离设备除去了酸性气体的气体供给于集尘及消臭过滤器，并且利用前述集尘及消臭过滤器对该气体实施集尘处理及消臭处理的空气净化机等。
本发明的另一实施方式所涉及的空气调节器为具备前述酸性气体分离设备的空气调节器。作为本实施方式所涉及的空气调节器，可列举例如图3所示的空气调节器30等。空气调节器30具备室内机31和室外机32。室内机31只要具备酸性气体分离设备10就没有特别限定，可列举例如除了具备酸性气体分离设备10以外与一般的空气调节器的室内机同样的室内机等。另外，室外机32没有特别限定，可列举例如一般的空气调节器的室外机等。室内机31具备换热器33、前述酸性气体分离设备10和风扇34。换热器33只要能够与室外机32一起动作以降低(冷却)或升高(加温)所供给的空气等气体的气温，从而调节气温就没有特别限定，可列举一般的空气调节器所具备的换热器等。风扇34只要能够使利用酸性气体分离设备10除去了酸性气体的气体在设置空气调节器30的室内机31的场所(室内等)流动就没有特别限定。室外机32与换热器33一起将在降低(冷却)或升高(加温)供给于换热器33的空气等气体的气温时被加温或冷却的冷却介质等的温度在室外机侧冷却或加温。此时，利用室外机32所具备的风扇35，将室外机32内的气体排放到室外机32外。空气调节器30将利用换热器33及室外机32调整了气温的空气供给于酸性气体分离设备10，在酸性气体分离设备10中分离酸性气体，利用风扇34使该分离酸性气体后的气体在设置空气调节器30的室内机31的场所(室内等)流动。于是，能够将调整了气温且酸性气体浓度下降的空气供给于设置空气调节器30的室内机31的场所(室内等)。即，空气调节器30能够通过利用酸性气体分离设备10分离酸性气体，并且除去该分离出的酸性气体，从而降低由空气调节器30供给的空气等气体中所含的酸性气体浓度。另外，前述空气调节器只要具备前述酸性气体分离设备就没有特别限定，不限于上述那样的、将利用前述换热器33及前述室外机32调节了气温的空气等气体供给于前述酸性气体分离设备10的空气调节器。作为本实施方式所涉及的空气调节器，例如可以是将利用前述酸性气体分离设备除去了酸性气体的气体供给于换热器，并且利用换热器及室外机调节该气体的气温的空气调节器等。
本发明的另一实施方式所涉及的酸性气体浓缩装置为具备前述酸性气体分离设备的酸性气体浓缩装置。作为前述酸性气体浓缩装置，可列举例如图1所示的酸性气体分离设备10等。需要说明的是，图1也是示出具备本发明的实施方式所涉及的酸性气体分离设备的酸性气体浓缩装置的构成的概略图。利用前述酸性气体分离设备10，能够向前述第1流路15供给空气等含有酸性气体的气体，并且从前述第2流路16放出酸性气体浓度提高的气体。若回收从该酸性气体分离设备10的前述第2流路16放出的气体(酸性气体浓度提高的气体)，则能够浓缩酸性气体。因此，该酸性气体分离设备10为具备前述酸性气体分离设备的酸性气体浓缩装置。因此，前述酸性气体浓缩装置可以利用前述酸性气体分离设备分离酸性气体，通过回收该分离出的酸性气体而能够浓缩酸性气体。另外，前述酸性气体浓缩装置具备前述酸性气体分离设备即可，也可以具备其它的构件。
对于这样的酸性气体浓缩装置而言，如果将酸性气体设为二氧化碳则可以作为二氧化碳浓缩装置来应用。二氧化碳浓缩装置在农业用途等中需求较多。具体而言，将空气中的二氧化碳浓缩并供给塑料薄膜温室，从而能够用于促进植物生长之类的用途。另外，通过浓缩空气中的二氧化碳而提高青水果储存库内的二氧化碳浓度，还能够用于提高储藏性的CA储藏用途。
本说明书公开了如上所述的各种实施方式的技术，其主要技术总结如下。
本发明一个方面涉及酸性气体分离设备，其具备：电解质层；一对电极，夹持前述电解质层而被设置；以及电压施加部，对前述一对电极间施加电压，其中，前述一对电极分别为能够透过气体的电极，前述电解质层含有：选自由自由基化率为90％以上的高分子量氧化还原化合物、分子内具有醌基的高分子量氧化还原化合物、及分子内具有亚氨基的高分子量氧化还原化合物构成的组中的至少1种；以及不挥发性的电解液。
根据该构成，可以提供能够从含有酸性气体的气体中简便地分离酸性气体、并且能够长期地反复进行该分离的酸性气体分离设备。前述酸性气体分离设备例如以使一个电极的电位低于另一个电极的电位的方式对一对电极间施加电压。通过如此地施加电压，在靠近电位低的一个电极侧，前述电解质层中所含的前述高分子量氧化还原化合物被电解还原而形成还原体。认为：与前述电解质层的表面接触的酸性气体结合于该还原体，从而被摄入前述电解质层。另外，在靠近电位高的另一个电极侧，前述电解质层中所含的前述高分子量氧化还原化合物被电解氧化而成为自由基体或氧化体。因此，认为：当前述高分子量氧化还原化合物上结合有酸化气体时，该酸化气体从前述高分子量氧化还原化合物脱离并且从前述电解质层(前述另一个电极侧的表面侧)放出。故此，认为：前述酸性气体分离设备能够在前述一个电极侧摄入二氧化碳、并且在前述另一个电极侧释放二氧化碳。另外，认为：前述酸性气体分离设备中的前述电解质层中所含的氧化还原化合物为高分子量，并且电解液为不挥发性，因此能够长期实施从含有酸性气体的气体中分离酸性气体。
综上，认为：能够从含有酸性气体的气体中简便地分离酸性气体，并且能够长期地反复进行该分离。
此外，在前述酸性气体分离设备中，优选：前述一对电极包括从含有酸性气体的气体中摄入酸性气体侧的第1电极、和从前述电解质层放出酸性气体侧的第2电极，前述电压施加部以使前述第1电极的电位低于前述第2电极的电位的方式对前述一对电极间施加电压。
根据该构成，仅对前述一对电极间(前述第1电极与前述第2电极间)施加电压，并且不需要转变施加于一对电极间的电压就能够从含有酸性气体的气体中连续地分离酸性气体。需要说明的是，连续进行该分离(连续运转)就有可能抑制构成前述电解质层的电解液或氧化还原化合物的挥发。但是，如上所述在前述酸性气体分离设备的情况下前述电解质层中所含的氧化还原化合物为高分子量，而且电解液为不挥发性，因此能够更长时间地连续实施从含有酸性气体的气体中分离酸性气体。因此，前述酸性气体分离设备能够从含有酸性气体的气体中更简便地分离酸性气体，并且能够更长期地反复进行该分离。
此外，在前述酸性气体分离设备中，优选：前述电解质层的厚度为1μm以上且1000μm。
根据该构成，能够从含有酸性气体的气体中简便地分离酸性气体，并且能够长期地反复进行该分离。另外，能够容易地制造酸性气体分离设备，此外，即使降低施加于一对电极间的电压，也能够从含有酸性气体的气体中很好地分离酸性气体。
此外，在前述酸性气体分离设备中，优选：前述电解质层还含有支撑体。
根据该构成，前述酸性气体分离设备所具备的电解质层成为机械强度高等状态更好的电解质层。因此，通过具备该电解质层，可以更好地得到能够从含有酸性气体的气体中简便地分离酸性气体、并且能够长期地反复进行该分离的酸性气体分离设备。
此外，在前述酸性气体分离设备中，优选：前述支撑体的厚度为1μm以上且1000μm。
根据该构成，前述酸性气体分离设备所具备的电解质层成为状态更好的电解质层，因此能够更好地得到前述酸性气体分离设备。
此外，在前述酸性气体分离设备中，优选：从前述电解质层的厚度减去前述支撑体的厚度而得的差为1μm以上且500μm以下。
根据该构成，能够从含有酸性气体的气体中更好地分离酸性气体。认为其理由在于：在前述酸性气体分离设备中，前述电极与前述电解质层的密合性提高，结果能够提高酸性气体的移送效率。
此外，在前述酸性气体分离设备中，优选：前述支撑体的厚度相对于前述电解质层的厚度的比为0.3以上且0.99以下。
根据该构成，能够从含有酸性气体的气体中更好地分离酸性气体。认为其理由在于：在前述酸性气体分离设备中，前述电极与前述电解质层的密合性提高，结果能够提高酸性气体的移送效率。另外，能够提高前述酸性气体分离设备所具备的电解质层的强度，因此前述酸性气体分离设备能够实现兼顾前述电解质层的强度的维持和前述分离。
此外，在前述酸性气体分离设备中，优选：前述支撑体的单位面积重量为1g/m2以上且50g/m2以下。
根据该构成，前述酸性气体分离设备所具备的电解质层成为状态更好的电解质层，因此能够更好地得到前述酸性气体分离设备。认为其理由在于：不仅前述支撑体的通气度高、并且在前述支撑体中能够更好地填充高分子量氧化还原化合物等构成电解质层的成分，而且前述支撑体的机械强度高还能够实现电解质层的机械强度的提高。
此外，在前述酸性气体分离设备中，优选：前述支撑体为无纺布。
根据该构成，前述酸性气体分离设备所具备的电解质层成为状态更好的电解质层，因此能够更好地得到前述酸性气体分离设备。认为其理由在于：当前述支撑体为无纺布时，在避免制造工序复杂化、维持强度、及维持柔软性方面优异。
此外，在前述酸性气体分离设备中，优选：构成前述无纺布的纤维含有选自由聚烯烃系纤维、纤维素系纤维、(甲基)丙烯酸系纤维、聚乙烯醇系纤维、聚氯乙烯系纤维、聚苯乙烯系纤维、聚酯系纤维、聚酰胺系纤维、聚碳酸酯系纤维、及聚氨基甲酸酯系纤维构成的组中的至少1种。
根据该构成，前述酸性气体分离设备所具备的电解质层成为状态更好的电解质层，因此能够更好地得到前述酸性气体分离设备。
此外，在前述酸性气体分离设备中，优选：前述高分子量氧化还原化合物的重均分子量为1000以上。
根据该构成，能够更长期地反复从含有酸性气体的气体中分离酸性气体。
此外，在前述酸性气体分离设备中，优选：前述自由基化率为90％以上的高分子量氧化还原化合物在分子内具有下述式(1)所示的重复单元。
Figure BDA0004048942690000211
式(1)中，R1表示氢原子或甲基。
根据该构成，能够从含有酸性气体的气体中更好地分离酸性气体。
此外，本发明的另一实施方式所涉及的空气净化机为具备前述酸性气体分离设备的空气净化机。
根据该构成，利用前述酸性气体分离设备能够从含有酸性气体的气体中分离酸性气体并且除去该分离出的酸性气体，从而能够降低由前述空气净化机供给的气体中所含的酸性气体浓度。
此外，本发明的另一实施方式所涉及的空气调节器为具备前述酸性气体分离设备的空气调节器。
根据该构成，能够利用前述酸性气体分离设备从含有酸性气体的气体中分离酸性气体并且除去该分离出的酸性气体，从而能够降低由前述空气调节器供给的气体中所含的酸性气体浓度。
此外，本发明的另一实施方式所涉及的酸性气体浓缩装置为具备前述酸性气体分离设备的酸性气体浓缩装置。
根据该构成，利用前述酸性气体分离设备能够从含有酸性气体的气体中分离酸性气体，通过回收该分离出的酸性气体而能够浓缩酸性气体。
根据本发明，可以提供能够从含有酸性气体的气体中简便地分离酸性气体、并且能够长期地反复进行该分离的酸性气体分离设备。具体而言，前述酸性气体分离设备能够在一个电极侧被供给含有酸性气体的气体时从另一个电极侧优先放出酸性气体。另外，根据本发明，可以提供具备前述酸性气体分离设备的空气净化机、空气调节器、及酸性气体浓缩装置。
以下列举实施例具体地说明本发明，本发明不受这些限定。
实施例
[实施例1]
<酸性气体分离设备的制作>
通过以下的步骤制作了具有图1所示的结构的酸性气体分离设备。
(高分子量氧化还原化合物的制备)
向内容积200mL的锥形瓶中加入甲基丙烯酸2，2，6，6-四甲基-4-哌啶酯22.5g(100毫摩尔)及作为溶剂的甲醇25mL，混合而得到了均一溶液。向具备搅拌机、氮气导入管、温度计、及回流冷凝管的500mL容积的4口烧瓶中加入作为聚合引发剂的2，2’-偶氮双-2，4-二甲基戊腈164毫克(1.00毫摩尔)及甲醇200mL，边使该溶液保持25℃并在搅拌下边加入前述均一溶液并混合了。接着，通过氮气而除去反应体系内的氧后，在搅拌下边使聚合液保持65℃边反应6小时了。反应结束后将反应液冷却到室温，加入了水500mL。将过滤而得到的固体用水300mL洗涤，接着用己烷500mL洗涤，减压干燥，得到了聚合反应生成物22.0g。
其次，将前述工序中得到的聚合反应生成物10g、作为催化剂的钨酸钠二水合物0.73g(2.2毫摩尔)、及甲醇300mL加入具备搅拌机、氮气导入管、温度计、回流冷凝管、及滴液漏斗的500mL容积的4口烧瓶中，边保持25℃边通入氮气而除去反应体系内的氧后，用3小时滴加了30％的双氧水25.2g(222毫摩尔)。接着，在40℃下反应了8小时。反应结束后将反应液冷却到室温，加入了水500mL。过滤后，将得到的固体用水300mL洗涤，减压干燥，得到了红色固体10.2g。该红色固体为高分子量氧化还原化合物。
(重均分子量的测定)
使用株式会社岛津制作所制的凝胶渗透色谱装置，按照下述的条件下对得到的高分子量氧化还原化合物进行了GPC测定并求出了重均分子量(Mw)，结果为79000。
色谱柱：2根昭和电工株式会社制的四氢呋喃系色谱柱“KF-806M”串联连接
标准试样：聚甲基丙烯酸甲酯
溶剂及流动相：四氢呋喃(THF)(浓度20mM)
流量：1.0mL/分钟
温度：40℃
试样溶液浓度：0.2重量％(用孔径0.45μm过滤器过滤了)
注入量：100μL
检测器：RI
(利用化学滴定法测定自由基化率)
利用基于氧化还原反应的化学滴定法(氧化还原滴定法)，测定了前述高分子量氧化还原化合物中的前述式(1)所示的重复单元的含量，由得到的含量计算了前述(1)的含有率(自由基化率)。具体而言，量取试样(高分子量氧化还原化合物)100mg，用氯仿及乙酸溶解后添加0.2N碘化钾水溶液，用0.05N硫代硫酸钠水溶液对游离的碘进行了反滴定，从而计算了。试验中，利用2个被检体进行了分析并将其平均值作为分析值(自由基化率)。其结果，得到的高分子量氧化还原化合物的自由基化率为99％。
(支撑体A的制作)
将由对羟基苯甲酸与6-羟基-2-萘甲酸的共聚物形成的熔融液晶形成性全芳香族聚酯用双螺杆挤出机挤出，供给于熔喷无纺布制造装置，以单孔吐出量0.10g/分钟、树脂温度330℃进行挤出，得到单位面积重量为15g/m2的无纺布后，将得到的无纺布以300℃进行了6小时加热处理。然后使得到的无纺布从加热至110℃的金属辊与树脂制的弹性辊间通过，进而使用加压压延机进行了连续处理。得到的熔喷无纺布的平均纤维直径为2.8μm，单位面积重量如上所述为15g/m2，得到厚度为25μm的熔喷无纺布。使用该得到的无纺布作为支撑体A。
(电解质层(酸性气体分离体))
首先将支撑体A固定到玻璃板上了。
向二甲基甲酰胺(富士胶片和光纯药株式会社制)100.0g中添加聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)(西格玛奥德里奇公司制)6.0g，在80℃下搅拌3小时而使其溶解了。其次，向得到的溶液中添加高分子量氧化还原化合物(自由基化率90％以上的高分子量氧化还原化合物)2.00g，在80℃下搅拌1小时使其溶解了。其次，向得到的溶液中加入作为不挥发性的电解液的离子液体[1-乙基-3-甲基咪唑鎓双(氟磺酰)亚胺(西格玛奥德里奇公司制的emimFSI)]12.0g，加热到40℃，搅拌混合了3小时。使用如此得到的液体，用涂抹器在固定于玻璃板的支撑体A上制作厚度(从玻璃板起的涂敷厚度)600μm的液膜，在60℃下减压干燥了8小时。将通过前述干燥而得到的干燥膜从玻璃板剥离了。由此得到了作为电解质层的厚50μm的带支撑体的干燥膜。该电解质层中所含的支撑体的厚度为25μm。从电解质层的厚度减去支撑体的厚度而得的差为25μm，支撑体的厚度相对于电解质层的厚度的比(支撑体的厚度/电解质层的厚度)为0.5。
(电极)
将碳纸(东丽株式会社制的TGP-H-030)切成纵向20mm×横向20mm×厚0.1mm的尺寸了。在该切出的碳纸的一面上贴合了导电性铜箔带。准备了2片，作为各电极(阴极电极及阳极电极)而使用了。
(流路)
将聚四氟乙烯制的树脂板切成纵向50m×横向50mm×厚5mm的尺寸，在适宜的2个位置开孔了。在该切出的树脂板上，开出了与前述孔相连接的深1mm×纵向20mm×横向20mm的槽。准备了2片，作为各流路(第1流路及第2流路)而使用了。
(酸性气体分离设备)
以形成图1所示的结构的方式将前述电解质层、前述电极、及前述流路进行了组装，将作为电压施加部的电源连接于电极即导电性铜箔带了。由此制造了图1所示结构的酸性气体分离设备。
<评价>
通过以下的评价方法对前述酸性气体分离设备进行了评价。需要说明的是，此处使用二氧化碳(CO2)作为酸性气体进行了评价。即，使用了含有二氧化碳的气体作为含有酸性气体的气体。
首先将前述酸性气体分离设备设置在25℃的环境下。接着，在阴极电极侧的流路的孔中，以在阴极电极侧的流路内循环的方式安装以二氧化碳浓度为2000ppm的方式填充二氧化碳的1L气体袋和气泵。另外，在阳极电极侧的流路的孔中，以在阳极电极侧的流路内循环的方式安装以二氧化碳浓度为400ppm的方式填充二氧化碳的1L气体袋和气泵。二氧化碳浓度由放入各空气袋内的便携式二氧化碳浓度计(株式会社FUSO制的FUSO-77535)来测定。然后调整前述电源而对前述电极间施加3.0V的电压。施加电压后，利用分别安装于阴极电极侧的流路及阳极电极侧的流路的气泵以流量500mL/分钟使气体袋内的气体在各电极的流路内循环。由此以流量500mL/分钟使气体袋内的气体在各电极的流路内持续流通。60分钟后测定二氧化碳浓度。其结果是，阴极电极侧的流路内的二氧化碳浓度为150ppm。对于同一电解质膜重复进行10次该评价试验，第10次评价试验结束后，阴极电极侧的流路内的二氧化碳浓度为160ppm。将该结果示于表1。
[实施例2]
作为聚合引发剂，使用2，2’-偶氮双-2，4-二甲基戊腈268毫克(2.00毫摩尔)，使用甲苯代替甲醇，不是边将聚合液保持在65℃边反应6小时而是边保持在110℃边反应3小时，除此以外与实施例1同样地制备了高分子量氧化还原化合物。利用与实施例1同样的方法测定了该得到的高分子量氧化还原化合物的重均分子量，结果为2100。另外，利用与实施例1同样的方法测定了高分子量氧化还原化合物的自由基化率，结果为98质量％。
使用该得到的高分子量氧化还原化合物(自由基化率90％以上的高分子量氧化还原化合物)，除此以外与实施例1同样地制造了酸性气体分离设备。需要说明的是，该酸性气体分离发备中所含的电解质层的厚度为50μm。电解质层中所含的支撑体的厚度为25μm。从电解质层的厚度减去支撑体的厚度而得的差为25μm，支撑体的厚度相对于电解质层的厚度的比(支撑体的厚度/电解质层的厚度)为0.5。并且，使用得到的酸性气体分离设备进行了与实施例1同样的评价。将其结果示于表1。
[实施例3]
作为聚合引发剂，使用2，2’-偶氮双-2，4-二甲基戊腈55毫克(0.67毫摩尔)，及不是使聚合液反应6小时而是反应12小时，除此以外与实施例1同样地制备了高分子量氧化还原化合物。通过与实施例1同样的方法测定了该得到的高分子量氧化还原化合物的重均分子量，结果为310000。另外，通过与实施例1同样的方法测定了高分子量氧化还原化合物的自由基化率，结果为97％。
除了使用该得到的高分子量氧化还原化合物(自由基化率90％以上的高分子量氧化还原化合物)以外，与实施例1同样地制造了酸性气体分离设备。需要说明的是，该酸性气体分离设备中所含的电解质层的厚度为50μm。电解质层中所含的支撑体的厚度为25μm。从电解质层的厚度减去支撑体的厚度而得的差为25μm，支撑体的厚度相对于电解质层的厚度的比(支撑体的厚度/电解质层的厚度)为0.5。并且，使用得到的酸性气体分离设备进行了与实施例1同样的评价。将其结果示于表1。
[实施例4]
向内容积50mL的3口烧瓶中加入1，4-二氯蒽醌1.51g(5.45毫摩尔)、及脱水二甲基甲酰胺20mL，在氮气下混合而得到均一溶液。然后，向具备搅拌机、氮气导入管、温度计、及回流冷凝管的300mL容积的4口烧瓶中在氮气下混合1，4-二氯蒽醌1.51g(5.45毫摩尔)、双(1，5-环辛二烯)镍(0)2，2’联吡啶1.13g(7.27毫摩尔)、1，5-环辛二烯590mg(5.45毫摩尔)、及脱水二甲基甲酰胺50mL，边将该混合液保持65℃边搅拌，同时用30分钟滴加前述均一溶液。将反应溶液在65℃下反应48小时后，将反应液冷却到室温，加入1M盐酸100mL，在室温下搅拌1小时。过滤后，将得到的固体按照用1M盐酸200mL、离子交换水200mL洗涤2次、用DMF100mL洗涤2次、用离子交换水100mL洗涤的方式进行洗涤，减压干燥，得到了黄色固体0.78g(收率63％)。该黄色固体为高分子量氧化还原化合物(在分子中具有醌基的高分子量氧化还原化合物)。通过与实施例1同样的方法测定了该得到的高分子量氧化还原化合物的重均分子量，结果为140000。
除了使用该得到的高分子量氧化还原化合物(在分子中具有醌基的高分子量氧化还原化合物)以外，与实施例1同样地制造了酸性气体分离设备。需要说明的是，该酸性气体分离设备中所含的电解质层的厚度为50μm。电解质层中所含的支撑体的厚度为25μm。从电解质层的厚度减去支撑体的厚度而得的差为25μm，支撑体的厚度相对于电解质层的厚度的比(支撑体的厚度/电解质层的厚度)为0.5。并且，使用得到的酸性气体分离设备进行了与实施例1同样的评价。将其结果示于表1。
[实施例5]
作为聚合引发剂，使用2，2’-偶氮双-2，4-二甲基戊腈11mg(0.067毫摩尔)，不是使聚合液反应6小时而是反应24小时，除此以外与实施例l同样地制备了高分子量氧化还原化合物。通过与实施例1同样的方法测定了该得到的高分子量氧化还原化合物的重均分子量，结果为1490000。另外，通过与实施例1同样的方法测定了高分子量氧化还原化合物的自由基化率，结果为93质量％。
除了使用该得到的高分子量氧化还原化合物(自由基化率90％以上的高分子量氧化还原化合物)以外，与实施例1同样地制造了酸性气体分离设备。需要说明的是，该酸性气体分离设备中所含的电解质层的厚度为50μm。电解质层中所含的支撑体的厚度为25μm。从电解质层的厚度减去支撑体的厚度而得的差为25μm，支撑体的厚度相对于电解质层的厚度的比(支撑体的厚度/电解质层的厚度)为0.5。并且，使用得到的酸性气体分离设备进行了与实施例1同样的评价。将其结果示于表1。
[实施例6]
除了使用甲基丙烯酸2，2，6，6-四甲基-4-哌啶酯22.5g(100毫摩尔)以外还使用乙二醇二甲基丙烯酸酯99mg(0.50毫摩尔)，除此以外与实施例1同样地制备了高分子量氧化还原化合物。该得到的通过与实施例1同样的方法测定了高分子量氧化还原化合物的自由基化率，结果为93质量％。
将该得到的高分子量氧化还原化合物(自由基化率90％以上的高分子量氧化还原化合物)用乳钵粉碎后使其通过网眼20μm的筛子，然后使用，除此以外与实施例1同样地制造了酸性气体分离设备。需要说明的是，该酸性气体分离设备中所含的电解质层的厚度为50μm。电解质层中所含的支撑体的厚度为25μm。从电解质层的厚度减去支撑体的厚度而得的差为25μm，支撑体的厚度相对于电解质层的厚度的比(支撑体的厚度/电解质层的厚度)为0.5。并且，使用得到的酸性气体分离设备进行了与实施例1同样的评价。将其结果示于表1。需要说明的是，得到的高分子量氧化还原化合物不溶于四氢呋喃，因此无法测定重均分子量。
[实施例7]
在实施例1中，在固定于玻璃板的支撑体上以300μm的涂覆厚度(从玻璃板起的涂覆厚度)来制作了液膜，在60℃下减压干燥了8小时。将通过前述干燥而得到的干燥膜从玻璃板剥离了。由此得到了作为电解质层的厚25μm的带支撑体的干燥膜。除了使用如此得到的电解质膜以外，与实施例1同样地制造了酸性气体分离设备。需要说明的是，该电解质层中所含的支撑体的厚度为25μm。从电解质层的厚度减去支撑体的厚度而得的差为0μm，支撑体的厚度相对于电解质层的厚度的比为1。并且，使用得到的酸性气体分离设备进行了与实施例1同样的评价。将其结果示于表1。
[实施例8]
(支撑体B的制作)
将1.2dtex×3mm的聚乙烯醇系纤维(可乐丽公司制、维尼纶、VPB103×3)75重量％、及1.1dtex×3mm的聚乙烯醇系粘结剂纤维(可乐丽公司制、维尼纶粘结剂：VPB105-1×3)25重量％分散于水，制造了浆料。使用该浆料利用抄纸机进行抄纸，利用美国型干燥机干燥，得到了单位面积重量38.0g/m2、厚度220μm的基材(支撑体B)。
在实施例1中，将支撑体A变更为支撑体B，在固定于玻璃板的支撑体(支撑体B)上以220μm的涂覆厚度(从玻璃板上的支撑体表面起的涂覆厚度)制作了液膜，在60℃下减压干燥了1小时。将该操作重复4次，最终在60℃下减压干燥8小时，将通过前述干燥而得到的干燥膜从玻璃板剥离了。由此得到了作为电解质层的厚220μm的带支撑体的干燥膜。除了使用如此得到的电解质膜以外，与实施例1同样地制造了酸性气体分离设备。需要说明的是，该电解质层中所含的支撑体的厚度为220μm。从电解质层的厚度减去支撑体的厚度而得的差为0μm，支撑体的厚度相对于电解质层的厚度的比为1。并且，使用得到的酸性气体分离设备进行了与实施例1同样的评价。将其结果示于表1。
[实施例9]
(支撑体C的制作)
将1.2dtex×3mm的聚乙烯醇系纤维(可乐丽公司制、维尼纶、VPB103×3)75重量％、及1.1dtex×3mm的聚乙烯醇系粘结剂纤维(可乐丽公司制、维尼纶粘结剂：VPB105-1×3)25重量％分散于水，制造了浆料。使用该浆料，利用抄纸机进行抄纸，利用美国型干燥机干燥，得到了单位面积重量78.0g/m2、厚度450μm的基材(支撑体C)。
在实施例1中，将支撑体A变更为支撑体C，在固定于玻璃板的支撑体(支撑体C)上以220μm的涂覆厚度(从玻璃板上的支撑体表面起的涂覆厚度)制作了液膜，在60℃下减压干燥了1小时。将该操作重复4次，最终以60℃减压干燥8小时，将通过前述干燥而得到的干燥膜从玻璃板剥离了。由此得到了作为电解质层的厚510μm的带支撑体的干燥膜。除了使用如此得到的电解质膜以外，与实施例1同样地制造了酸性气体分离设备。需要说明的是，该电解质层中所含的支撑体的厚度为450μm。从电解质层的厚度减去支撑体的厚度而得的差为60μm，支撑体的厚度相对于电解质层的厚度的比为约0.9(＝450/510)。并且，使用得到的酸性气体分离设备进行了与实施例1同样的评价。将其结果示于表1。
[实施例11]
作为聚合引发剂，使用2，2’-偶氮双-2，4-二甲基戊腈55毫克(0.67毫摩尔)，及不是使聚合液反应6小时而是反应12小时，除此以外与实施例1同样地制备了高分子量氧化还原化合物。通过与实施例1同样的方法测定了该得到的高分子量氧化还原化合物的重均分子量，结果为310000。另外，通过与实施例1同样的方法测定了高分子量氧化还原化合物的自由基化率，结果为97％。
使用该得到的高分子量氧化还原化合物(自由基化率90％以上的高分子量氧化还原化合物)，不使用支撑体，除此以外与实施例1同样地制造了酸性气体分离设备。电解质膜的厚度为24μm。并且，使用得到的酸性气体分离设备进行了与实施例1同样的评价。将其结果示于表1。
[比较例1]
使用甲基丙烯酸2，2，6，6-四甲基-4-哌啶酯代替高分子氧化还原化合物，除此以外与实施例1同样地制造了酸性气体分离设备。并且，使用得到的酸性气体分离设备进行了与实施例1同样的评价。将其结果示于表1。
[比较例2]
除了使用己二酸双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)代替高分子氧化还原化合物以外，与实施例1同样地制造了酸性气体分离设备。并且，使用得到的酸性气体分离设备进行了与实施例1同样的评价。将其结果示于表1。
[比较例3]
在实施例1中，将过氧化氢的使用量设为20g，除此以外与实施例1同样地制备了高分子量氧化还原化合物。通过与实施例1同样的方法测定了该得到的高分子量氧化还原化合物的重均分子量，结果为79000。该得到的通过与实施例1同样的方法测定了高分子量氧化还原化合物的自由基化率，结果为78质量％。与实施例1同样进行了。
除了使用该得到的高分子量氧化还原化合物(自由基化率低于90％的高分子量氧化还原化合物)以外，与实施例1同样地制造了酸性气体分离设备。并且，使用得到的酸性气体分离设备进行了与实施例1同样的评价。将其结果示于表1。
[比较例4]
在实施例1中，将过氧化氢的使用量设为22.5g，除此以外与实施例1同样地制备了高分子量氧化还原化合物。通过与实施例1同样的方法测定了该得到的高分子量氧化还原化合物的重均分子量，结果为79000。该得到的通过与实施例1同样的方法测定了高分子量氧化还原化合物的自由基化率，结果为89质量％。与实施例1同样地进行了。
除了使用该得到的高分子量氧化还原化合物(自由基化率低于90％的高分子量氧化还原化合物)以外，与实施例1同样地制造了酸性气体分离设备。并且，使用得到的酸性气体分离设备进行了与实施例1同样的评价。将其结果示于表1。
需要说明的是，表1中，重均分子量栏中的“-”表示：氧化还原化合物不溶于四氢呋喃，因此未能测定重均分子量。另外，自由基化率栏中的“-”也表示未能测定自由基化率。
表1
Figure BDA0004048942690000301
由表1可知：用一对电极夹持含有通过电解还原而吸附酸性气体、并且通过电解氧化而使吸附的酸性气体脱离的高分子量氧化还原化合物的电解质层的酸性气体分离设备(实施例1～10)与使用低分子量的氧化还原化合物时(比较例1、2)相比，即使在反复进行分离时也能够从含有酸性气体的气体中进一步分离酸性气体。另外，实施例1～3、及5～10所涉及的酸性气体分离设备使用了自由基化率为90％以上的高分子量氧化还原化合物，不论与使用自由基化率低于90％的高分子量氧化还原化合物时(比较例3)相比还是与使用自由基化率稍低于90％的高分子量氧化还原化合物时(比较例4)相比，在反复进行分离时均能够从含有酸性气体的气体中进一步分离酸性气体。另外，实施例5所涉及的酸性气体分离设备中，使用的高分子量氧化还原化合物的分子量变大，初期分离效率下降，但是与使用自由基化率低于90％的高分子量氧化还原化合物时(比较例3、4)相比，初期分离良好，即使在反复进行分离时，也能够与比较例3、4同等程度地从含有酸性气体的气体中分离酸性气体。另外，实施例4所涉及的酸性气体分离设备使用了分子内具有醌基的高分子量氧化还原化合物，与使用自由基化率低于90％的高分子量氧化还原化合物时(比较例3、4)相比，初期分离良好，即使反复进行分离，也能够从含有酸性气体的气体中进一步分离酸性气体。
尝试在实施例1中不使用支撑体而制作酸性气体分离设备，有时得不到良好的电解质层。具体而言，在实施例1中，不使用支撑体，以涂抹器在玻璃板上制作厚200μm的液膜，在60℃下减压干燥8小时，将通过前述干燥而得到的干燥膜从玻璃板剥离。由此，得到作为电解质层的厚15μm的干燥膜。另一方面，在从玻璃板剥离该电解质层时，有时发生断裂。因此，有时无法完成酸性气体分离设备的制作。因此，可知：虽然有时即使没有支撑体也能够制造酸性气体分离设备(有时这种情况下也能够制作，另外也可以列举例如前述实施例10等。)，但是从电解质层的机械强度等观点出发，优选电解质层中含有支撑体。需要说明的是，在能够制造酸性气体分离设备时，该得到的酸性气体分离设备能够很好地从含有酸性气体的气体中分离酸性气体。
本申请以2020年7月20日申请的日本国专利申请特愿2020-123383为基础，其内容包含于本申请中。
为了表现本发明，上文中参照具体实施例等通过实施方式对本发明进行了适当且充分的说明，但应该认识到本领域技术人员容易对前述实施方式进行变更和/或改良。因此，本领域技术人员实施的变更实施方式或改良实施方式，只要是没有脱离权利要求书中记载的权利要求的保护范围的水平，则该变更实施方式或该改良实施方式可解释为包含在该权利要求的保护范围内。
产业上的可利用性
根据本发明，可以提供能够从含有酸性气体的气体中简便地分离酸性气体、并且能够长期地反复进行该分离的酸性气体分离设备。另外，根据本发明，可提供具备前述酸性气体分离设备的空气净化机、空气调节器、及酸性气体浓缩装置。

Claims (15)

1.一种酸性气体分离设备，其特征在于具备：
电解质层；
一对电极，夹持所述电解质层而被设置；以及
电压施加部，对所述一对电极间施加电压，其中，
所述一对电极分别为能够透过气体的电极，
所述电解质层含有：选自由自由基化率为90％以上的高分子量氧化还原化合物、分子内具有醌基的高分子量氧化还原化合物、及分子内具有亚氨基的高分子量氧化还原化合物构成的组中的至少1种；以及不挥发性的电解液。
2.根据权利要求1所述的酸性气体分离设备，其特征在于，
所述一对电极包括从含有酸性气体的气体中摄入酸性气体侧的第1电极、和从所述电解质层放出酸性气体侧的第2电极，
所述电压施加部以使所述第1电极的电位低于所述第2电极的电位的方式对所述一对电极间施加电压。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的酸性气体分离设备，其特征在于，
所述电解质层的厚度为1μm以上且1000μm。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的酸性气体分离设备，其特征在于，
所述电解质层还含有支撑体。
5.根据权利要求4所述的酸性气体分离设备，其特征在于，
所述支撑体的厚度为1μm以上且1000μm。
6.根据权利要求4或权利要求5所述的酸性气体分离设备，其特征在于，
从所述电解质层的厚度减去所述支撑体的厚度而得的差为lμm以上且500μm以下。
7.根据权利要求4～6中任一项所述的酸性气体分离设备，其特征在于，
所述支撑体的厚度相对于所述电解质层的厚度的比为0.3以上且0.99以下。
8.根据权利要求4～7中任一项所述的酸性气体分离设备，其特征在于，
所述支撑体的单位面积重量为lg/m2以上且50g/m2以下。
9.根据权利要求4～8中任一项所述的酸性气体分离设备，其特征在于，
所述支撑体为无纺布。
10.根据权利要求9所述的酸性气体分离设备，其特征在于，
构成所述无纺布的纤维含有选自由聚烯烃系纤维、纤维素系纤维、(甲基)丙烯酸系纤维、聚乙烯醇系纤维、聚氯乙烯系纤维、聚苯乙烯系纤维、聚酯系纤维、聚酰胺系纤维、聚碳酸酯系纤维、及聚氨基甲酸酯系纤维构成的组中的至少1种。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的酸性气体分离设备，其特征在于，
所述高分子量氧化还原化合物的重均分子量为1000以上。
12.根据权利要求1～11中任一项所述的酸性气体分离设备，其特征在于，
所述自由基化率为90％以上的高分子量氧化还原化合物在分子内具有下述式(1)所示的重复单元，
Figure FDA0004048942680000021
式(1)中，R1表示氢原子或甲基。
13.一种空气净化机，其特征在于具备：
权利要求1～12中任一项所述的酸性气体分离设备。
14.一种空气调节器，其特征在于具备：
权利要求1～12中任一项所述的酸性气体分离设备。
15.一种酸性气体浓缩装置，其特征在于具备：
权利要求1～12中任一项所述的酸性气体分离设备。
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