JP2001232156A

JP2001232156A - 分子ふるい炭素膜を用いた浸透気化分離方法または蒸気分離方法

Info

Publication number: JP2001232156A
Application number: JP2000045926A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Okamoto; 健一岡本; Hidetoshi Kita; 英敏喜多; Tatsuo Kinoshita; 龍生木下; Chiaki Marumo; 千郷丸茂
Original assignee: Kanebo Ltd
Current assignee: Kanebo Ltd
Priority date: 2000-02-23
Filing date: 2000-02-23
Publication date: 2001-08-28

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、微細な細孔を有する分子ふるい炭素
膜による透過速度の差を利用した浸透気化分離方法およ
び蒸気分離方法を提供することを目的とする。【解決手段】セラミック多孔質体表面に液状熱硬化製性
樹脂を塗布して高分子膜を形成した後、非酸化性雰囲気
下、４５０〜１１００℃で熱処理することにより、炭素
含有率８０％以上で、細孔直径１ｎｍ以下の細孔が多数
存在することを特徴とする分子ふるい炭素膜を用いる事
によって浸透気化分離および蒸気分離方法を可能にす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、分子ふるい炭素膜
を利用した有機化合物混合溶液の分離に係わり、更に詳
しくは、微細な分子ふるい効果による透過速度の差を利
用した有機化合物混合溶液の浸透気化分離方法および蒸
気分離方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の高分子技術の発展に伴い様々な透
過選択性の高い分離膜が開発されており、特に、ポリス
ルホン系、ポリイミド系などの高分子膜が良く知られて
いる。これら公知の高分子分離膜は種々の分野で実用化
されているが、分離対象の混合ガスにトルエン、キシレ
ンなどの有機溶剤が含まれると膜が変質し劣化する欠点
があった。こうした欠点を改良するものとして例えば特
開昭６０−１７９１０２号公報、特開平１−２２１５１
８号公報などにおいてアクリル系の中空糸を高温炭化し
た炭素膜が提案されている。また、特開平４−１１９３
３公報、特開平５−２２０３６公報などに中空糸炭素膜
およびその製造方法が提案されている。しかしながらこ
れらの炭素膜に於いては炭素材の微細構造の制御が十分
でないことから透過速度や選択透過性が十分とはいえ
ず、強度的にも満足のいくものではないのが現状であ
る。

【０００３】膜分離方法は分離精製技術の有力な手段の
一つであり、これまでに種々の分離膜を用いて気体透
過、蒸気透過、有機液体透過、パーベーパレション、液
液透析、逆浸透、限外濾過などさまざまな試みがなされ
てきた。これらの分離膜は多孔質膜と非多孔質膜に大別
できるが、多孔質膜としては限外濾過膜、精密濾過膜な
どがあり、膜にいかに均一な孔径の細孔を付与できるか
が分離能を大きく左右する。また、非多孔質膜では、透
過速度および分離係数の大きい分離膜の開発が課題であ
る。

【０００４】一方、ガス分離用の炭素材料としては、例
えば特公平６−２０５４６公報において開示されている
分子ふるい炭素が開発され、その選択吸着性を利用し
て、例えば空気中の酸素と窒素を分離する圧力スイング
吸着法が実用化されている。

【０００５】また、分離膜においても透過速度や選択透
過性だけでなく、耐薬品性、耐熱性に優れ、膜強度が大
きく、更に分子ふるい特性を備えるなど新たな特性を付
与することにより、優れた分離能を発現させることが重
要な課題である。

【０００６】従来、浸透気化分離方法は、アルコール、
ケトン、エーテル、アルデヒドなどの炭化水素と水の共
沸点混合物あるいはシクロヘキサンとベンゼンなどの沸
点近接混合物の分離に適用することが検討されてきてい
るが、透過流速に優れかつ分離係数の大きい分離方法が
確立されていないのが現状である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、既存の
分離膜および分離方法の上記諸問題を解決すべく鋭意研
究し、本発明を完成させたものであり、その目的とする
ところは分子ふるい炭素膜を用いた有機化合物の混合物
の浸透気化分離方法および蒸気分離方法を提供すること
にある。本発明の他の目的は選択透過性に優れかつ高強
度で耐熱性が良好で分子ふるい効果を有する分子ふるい
炭素膜を利用して、特定の有機化合物の混合物を高効率
で分離する方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的および
利点は、細孔直径１ｎｍ以下の多数の細孔を有する分子
ふるい炭素膜の片面に有機化合物混合溶液を接触させ、
該膜の反対側より混合溶液中の特定成分を気化して分離
することを特徴とする浸透気化分離方法または分子ふる
い炭素膜の片面に有機化合物混合蒸気を接触させ特定成
分を分離することを特徴とする混合蒸気分離方法により
達成される。

【０００９】さらに好ましくは、混合溶液および混合蒸
気が極性有機溶媒のメタノールおよび非極性溶媒および
芳香族系有機溶媒のベンゼンを主成分とする混合物であ
ること、または、混合溶液および混合蒸気が芳香族系有
機溶媒および非極性有機溶媒のベンゼンおよび非芳香族
系有機溶媒のシクロヘキサンを主成分とする混合物であ
ることによって達成される。

【００１０】さらにまた、本発明の上記目的および利点
は、好ましくは分子ふるい炭素膜に接する有機化合物混
合液または混合蒸気の温度が５０〜２００℃であること
により達成される。また、好ましくは、分子ふるい炭素
膜がセラミック多孔質体表面に液状熱硬化性樹脂を塗布
して高分子膜を形成した後、非酸化性雰囲気下で４００
〜１１００℃の温度範囲で熱処理することにより得られ
た膜により達成される。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の浸透気化分離方法および
蒸気分離方法は、細孔直径１ｎｍ以下の多数の細孔を有
する分子ふるい炭素膜を用いて該炭素膜の片面に有機化
合物の混合溶液または混合蒸気を接触させ該膜の反対側
より特定成分を気化してあるいは蒸気として分離する膜
分離方法である。

【００１２】本発明の浸透気化分離方法および蒸気分離
方法は、炭素膜に供給する混合溶液または混合蒸気の温
度を適切に選ぶこと、分子ふるい炭素膜の最適な構造を
えらぶことなどにより、透過化合物の純度が高く、透過
流速、分離係数の高い分離を実現することができる。

【００１３】細孔直径１ｎｍ以下の多数の細孔を有する
分子ふるい炭素膜の片面に混合溶液が非芳香族化合物お
よび芳香族化合物よりなる有機化合物混合溶液を接触さ
せ、該膜の反対側より混合溶液が非芳香族化合物および
芳香族化合物よりなる混合蒸気中の特定成分を気化して
分離することを特徴とする浸透気化分離方法または該分
子ふるい炭素膜の片面に有機化合物混合蒸気を接触させ
該膜の反対側より混合蒸気中の特定成分を分離すること
を特徴とする混合蒸気分離方法である。

【００１４】非芳香族化合物がｎ−ペンタン、ｉ−ペン
タン、シクロペンタン、ｎ−ヘキサン、シクロヘキサ
ン、ｉ−オクタンのうちの少なくとも一種よりなり、芳
香族化合物がベンゼン、トルエン、キシレンのうちの少
なくとも一種よりなる非芳香族化合物および芳香族化合
物を主成分とする混合溶液または混合蒸気を細孔直径１
ｎｍ以下の多数の細孔を有する分子ふるい炭素膜の片面
に接触させ、該膜の反対側より混合溶液中の特定成分を
気化して分離することを特徴とする浸透気化分離方法ま
たは該分子ふるい炭素膜の片面に有機化合物混合蒸気を
接触させ該膜の反対側より混合蒸気中の特定成分を分離
することを特徴とする混合蒸気分離方法である。

【００１５】細孔直径１ｎｍ以下の多数の細孔を有する
分子ふるい炭素膜の片面に極性有機溶媒および非極性有
機溶媒よりなる有機化合物混合溶液を接触させ、該膜の
反対側より混合溶液中の特定成分を気化して分離するこ
とを特徴とする浸透気化分離方法または該分子ふるい炭
素膜の片面に有機化合物混合蒸気を接触させ該膜の反対
側より混合蒸気中の特定成分を分離することを特徴とす
る混合蒸気分離方法である。

【００１６】細孔直径１ｎｍ以下の多数の細孔を有する
分子ふるい炭素膜の片面に極性有機溶媒がメタノール、
エタノールのうちの少なくとも一種よりなり、非極性溶
媒がベンゼン、トルエンのうちの少なくとも一種よりな
る有機化合物混合溶液を接触させ、該膜の反対側より混
合溶液中の特定成分を気化して分離することを特徴とす
る浸透気化分離方法または該分子ふるい炭素膜の片面に
有機化合物混合蒸気を接触させ該膜の反対側より混合蒸
気中の特定成分を分離することを特徴とする混合蒸気分
離方法である。

【００１７】本発明の分離方法は、共沸組成溶液および
共沸組成蒸気の各種有機化合物、例えば芳香族化合物の
ベンゼン（融点５．５℃、沸点８０．１℃）と非芳香族
化合物のシクロヘキサン（融点６４．７℃、沸点８０．
９℃）の混合物、あるいは沸点近接有機化合物、例えば
極性有機溶剤のメタノール（融点−９６℃、沸点６４．
６℃）と非極性溶媒のベンゼン（融点５．５℃、沸点８
０．１℃）の混合物の系に適用できる。有極性有機液体
は、アルコール類、アセトン、ジメチルスルホキシドな
どがあり、一般的に誘電率は無極性液体に比べ大きいた
めに、化合物に対する溶媒和能が大きく、多くの物質を
溶解することが出来る。

【００１８】有機化合物混合溶液並びに有機化合物混合
蒸気の組成は、特に制限するものではなく、通常、分離
対象成分が数％から９０％程度含有する混合物を効率的
に分離できるが、好ましくは、該混合溶液または混合蒸
気の分離対象成分含有量は２０〜８０％程度である。

【００１９】本発明の浸透気化分離方法および蒸気分離
方法は、当該分子ふるい炭素膜の片面に接触させる有機
化合物混合溶液または混合蒸気の温度について特に制限
するものではないが、好ましくは温度５０〜２００℃の
範囲、最も好ましくは７５〜１５０℃の混合溶液または
混合蒸気を接触させ、当該分子ふるい膜の反対側より有
機化合物混合溶液および有機化合物混合蒸気中の特定成
分を気化および蒸気として分離するとよい。

【００２０】本発明に用いる炭素膜の細孔直径は、１ｎ
ｍ以下が好ましく、対象とする有機化合物の短軸径や混
合溶液または混合蒸気の特性により最適な細孔直径を選
択決定すればよい。例えば、常温で液体状である極性有
機溶媒のメタノールは分子の短軸径０．３５ｎｍ、非極
性有機溶媒であり芳香族化合物のベンゼンは、分子の短
軸径０．３７ｎｍ、非芳香族化合物のシクロヘキサンは
分子の短軸径０．４８ｎｍである。であり、これらの混
合物の分離に当たっては、分子径を考慮して０．４〜
０．８ｎｍ程度の範囲の最適細孔径を選ぶと高効率で分
離することができる。

【００２１】本発明に用いられる分子ふるい炭素膜は、
好ましくはセラミック多孔質体を支持体とし、その上に
形成される分子ふるい炭素膜が実用上十分な強度を発揮
できれば良く、特に支持体の厚さや形状は限定するもの
ではない。セラミック支持体の形状は、その上に形成さ
れる分子ふるい炭素膜の形状を決定するが、目的に応じ
平板状、円筒状など適宜選択すればよい。

【００２２】該セラミック多孔質体の材質としは、例え
ばアルミナ質、シリカ質、或いはムライト、コージェラ
イトなどのシリカ或いはアルミナとその他の成分よりな
る組成物などを好適に用いることが出来る。また、ジル
コニア、マグネシアなどの他の酸化物或いは炭化珪素、
窒化珪素などの炭化物や窒化物、またはそれらの混合物
を用いることが出来る。

【００２３】該セラミックス多孔質体の気孔率は、通常
３０〜８０％程度であり、好ましくは３５〜７０％、も
っとも好ましくは４０〜６０％である。気孔率小さすぎ
る場合にはガスの透過性が低下するので好ましくなく、
大きすぎる場合には、支持体の強度が低下して好ましく
ない。また、該セラミック多孔質体の気孔径は、通常１
０〜１０，０００ｎｍ、好ましくは１００〜１０，００
０ｎｍ、最も好ましくは５００〜５，０００ｎｍであ
る。該セラミックス多孔質体は、例えばアルミナ基質の
多孔質体の表面にシリカゾルを含浸すどの方法により基
質の表面近傍の細孔径を小さくした複合多孔質体でもよ
い。

【００２４】本発明の分子ふるい炭素膜は、上記セラミ
ック多孔質体表面に密着し、炭素含有率８０％以上、好
ましくは８５％以上、もっとも好ましくは９０％以上で
あることを特徴とする分子ふるい炭素膜である。炭素含
有率が８０％以下は、疎水的で耐熱性、耐薬品性、耐溶
媒性が高いなどの炭素の優れた特性を生かすことができ
ない。

【００２５】本発明に用いる分子ふるい炭素膜は、嵩密
度が好ましくは０．７〜１．５ｇ／ｃｃであり、より好
ましくは０．８〜１．３ｇ／ｃｃ、より好ましくは０．
８〜１．３ｇ／ｃｃである。また、細孔容積は０．０７
０〜０．３０ｃｃ／ｇ、好ましくは０．０９〜０．２５
ｃｃ／ｇ、最も好ましくは０．１０〜０．２０ｃｃ／ｇ
である。

【００２６】本発明の分子ふるい炭素膜の厚さは通常１
μｍ〜５ｍｍ、好ましくは２μｍ〜１ｍｍ、最も好まし
くは５〜５００μｍである。

【００２７】当該分子ふるい炭素膜の形状は特に制限す
るものではないが、浸透気化分離および混合蒸気の分離
機能を最大限に発揮させることができるように、実用的
な構成にすることが好ましく、そのためにモジュール構
造としてもよい。浸透気化分離方法では相変化を伴うた
めに、その潜熱分をいかに供給するかによって膜の構造
が異なり、モジュール内への送液方法、送蒸気方法、蒸
気取り出し方法等によっても各種の膜構造が考えられ
る。モジュール形状としては例えば、管型、平板型、高
圧に耐えるスパイラル型、プリーツ型などが好適であ
る。

【００２８】本発明の分子ふるい炭素膜は、セラミック
多孔質体表面に液状熱硬化性樹脂を塗布して高分子膜を
形成した後に、非酸化性雰囲気中で４５０〜１１００℃
の温度範囲で熱処理することにより製造できる。セラミ
ック多孔質体表面への塗布方法として、例えば熱硬化性
樹脂を有機溶剤に溶かした溶液或いは熱硬化性樹脂の水
溶液に該セラミック多孔質体を浸漬する方法、熱硬化性
樹脂の溶液或いは水溶液をスプレーガンなどの噴霧器で
薄く均一に塗布する方法などがあり、液状樹脂の濃度、
採用する塗布方法、目的の膜厚により適宜選択すればよ
い。

【００２９】前述の材質よりなるセラミック多孔質体を
必要に応じてシリカゾル、アルミナゾルなどの溶液に浸
漬後乾燥するなどの前処理により支持体の細孔の調整
後、液状熱硬化性樹脂を塗布しても良い。シリカゾル、
アルミナゾルなどの溶液は特に限定するものではない。

【００３０】本発明の分子ふるい炭素膜の製造に用いる
熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、メラミン樹
脂、ユリヤ樹脂、フラン樹脂などが上げられ、製造時の
取り扱いが容易であること、炭化収率が高く細孔制御を
し易いこと、炭素膜の強度が大きいことなどの点よりフ
ェノール樹脂が好ましく、特に特公昭６２−３０２１１
号公報或いは特公昭６２−３０２１３号公報に開示され
ている粒状フェノール樹脂が最も好ましい。

【００３１】本発明において、熱硬化性樹脂を溶解する
溶媒は、メタノール、アセトン、テトラヒドロフランな
どの均一溶解するものであれば良く、特に限定するもの
ではない。一部の熱硬化性樹脂に於いては分子量を調整
することにより水溶性になるものがあり、その場合には
水溶液を用いることも出来る。

【００３２】本発明に於いてはセラミック支持体を熱硬
化性樹脂に浸漬後適切な温度で乾燥し、溶媒を除去する
と共に樹脂を硬化させることにより熱硬化性樹脂膜を形
成させる。こうして得られたセラミック支持体上の熱硬
化性樹脂膜を４５０〜１１００℃で、非酸化性雰囲気化
で炭化することにより、本発明の分子ふるい炭素膜が得
られる。炭化温度が１１００℃より高いと分子ふるい炭
素膜の細孔が熱収縮して減少するため透過度が低下し好
ましくない。４５０℃より低い場合、炭化が十分ではな
く、選択的透過性能が低く、また耐熱性、耐薬品性など
も低いので好ましくない。

【００３３】また、このときの非酸化性雰囲気とは、例
えば窒素、アルゴン、ヘリウムなどの雰囲気であり二酸
化炭素、水蒸気などの弱酸化性ガスを少量含む場合も本
発明の範囲に含まれる。炭化工程での最高処理温度に到
達するまでの昇温速度は特に制限するものではない。ま
た、炭化時の雰囲気、昇温速度、最高温度、最高温度で
の保持時間などはセラミック支持体の種類や細孔構造、
熱硬化性樹脂の種類や特性、目的とする分子ふるい炭素
膜の細孔構造などを考慮して最適の条件を選定する。

【００３４】

【発明の効果】本発明の浸透気化分離方法または蒸気分
離方法によって、有機化合物混合溶液中の特定成分を気
化して分離すること、あるいは、有機化合物混合蒸気を
効率的に分離するができる。

【００３５】特に、極性有機溶媒、例えばメタノール・
エタノール、と非極性有機溶媒、例えばベンゼン・トル
エンを主成分とする有機化合物混合液または混合蒸気の
浸透気化分離及び蒸気分離、芳香族化合物例えばベンゼ
ン・トルエン・キシレンと非芳香族化合例えばｎ−ペン
タン・ｉ−ペンタン・シクロペンタン・ｎ−ヘキサン・
シクロヘキサン・ｉ−オクタンのうち少なくとも１種類
よりなる混合溶液または混合蒸気よりなる浸透気化及び
蒸気分離に於いて選択的透過性が高く、極めて有用であ
る。また、混合有機溶剤中の水の分離、非水溶剤中の水
または溶媒の分離・回収、排水中の有機溶剤の分離・回
収、地下水の汚染物質の分離・回収、ガソリン中および
灯油中のベンゼンなどの芳香族有機混合液の除去などの
分離に使用でき実用上有用である。

【００３６】以下に実施例を挙げて、本発明を具体的に
説明する。なお、本発明に用いた数式および測定法をま
とめて示すと次の通りである。

【００３７】分離膜のガス透過性については、通常、下
記の数式１，２で定義される透過係数Ｐ或いは、透過速
度Ｒが指標として用いられる。透過係数Ｐ或いは透過速
度Ｒの大小により、当該分子ふるい炭素膜の各種ガスの
透過性を表す事が出来る。本発明では混合ガスの分離性
能の指標として分離係数Ｒ₁／Ｒ₂を定義した。

【００３８】（数式１）透過係数Ｐ＝ＱＬ／（ｐ₁−ｐ₂）Ａｔ（数式２）透過速度Ｒ＝Ｐ／Ｌ＝Ｑ／（ｐ₁−ｐ₂）ＡｔＱ：ガス透過量［ｃｍ³］（０℃、１気圧）ｐ₁ ：高圧側ガス圧［ｃｍＨｇ］ｐ₂ ：低圧側ガス圧［ｃｍＨｇ］Ａ：膜面積［ｃｍ²］Ｌ：膜圧［ｃｍ］ｔ：時間［ｓｅｃ］

【００３９】細孔容積、細孔径分布、気孔率の測定法本発明の分子ふるい炭素膜及びセラミック支持体の細孔
容積、細孔径分布は、細孔直径２００Å〜２００μｍの
範囲はポロシメータによる水銀圧入法（島津製、ポサイ
ザー９８１０）により測定した。また、細孔直径１００
Å以下は、窒素吸着法（日本ベル製、ベルソープ２８）
により測定した。測定結果の解析には、細孔直径２〜２
０ｎｍの範囲ではＤｏｌｉｍｏｒｅ−Ｈｅａｌ法を適用
し、２ｎｍ以下の範囲ではＭｉｃｒｏｐｏｒｅ−Ａｎａ
ｌｙｓｉｓ法を適用した。なお、細孔直径１ｎｍ以下の
分子ふるい炭素膜単位重量当たりの細孔容積の算出に当
たっては、あらかじめセラミック支持体の細孔容積を測
定し、１ｎｍ以下の細孔直径の細孔容積が実質的に０で
あることを確認した。このことより、測定された細孔直
径１ｎｍ以下の細孔容積は、セラミック支持体上の分子
ふるい炭素膜の細孔容積に帰せられるものとした。

【００４０】窒素ガス吸着測定終了後の試料を大気中で
７００℃で焼成して分子ふるい炭素膜を除去し、そのと
きの重量変化より分子ふるい炭素膜の重量を算出し、そ
の値を用いて単位重量当たりの分子ふるい炭素膜の細孔
容積を求めた。更に、酸素（細孔直径０．２８ｎｍ）、
エタン（細孔容積０．４０ｎｍ）、イソブタン（細孔容
積０．５ｎｍ）の２５℃に於ける吸着量の測定によりそ
れらのガス吸着が可能な細孔容積を求めた。セラミック
支持体の気孔率は、水銀圧入法により求めた。

【００４１】炭素含有量の測定法柳本製作所製の元素分析計（ＣＨＮＣＯＲＤＥＲ、Ｔ
Ｍ−３型）で測定した。

【００４２】ガスの透過速度の測定法本発明の分子ふるい炭素膜のガス透過速度測定は、図１
に示すガス透過能測定装置により測定した。すなわち、
長さ１０ｍｍ、外径１０ｍｍの管状膜にした試料６を恒
温槽７内の透過セル５に設置し、純粋ガスあるいは混合
ガスをガスボンベ１より供給した。その時のガス圧力
は、上流側で２〜６ａｔｍ、下流側で１ａｔｍとし、ガ
ス流速は流量計１８で計測した。また、恒温槽７を所定
の温度に設定した。上流側出口配管８及び下流側出口配
管９から流出する分離されたガスまたは溶液の定量を、
それぞれ行った。

【００４３】以下、実施例を挙げて具体的に説明する。

【００４４】

【実施例】（実施例１）平均粒子径２０μｍの粒状フェ
ノール樹脂（鐘紡製：ベルパールＳ８９５）をメタノー
ルに溶解し、２０重量％のメタノール溶液を作製した。
この溶液に直径１０ｍｍ、長さ１００ｍｍ、平均細孔径
１．６μｍのアルミナ支持体を一定速度でメタノール溶
液中につり下げて浸漬後、再び一定速度で引き上げて製
膜した。該試料を８０℃で５時間乾燥した後、上記操作
を繰り返し、フェノール樹脂皮膜を３回および５回塗布
した試料１（３回塗布）、試料２（５回塗布）および試
料３（５回塗布）を作製した。製膜後の各試料を窒素ガ
ス雰囲気化で６０℃／ｈｒの昇温速度で所定の温度５０
０℃まで昇温し、該温度で１時間保持したのち冷却して
分子ふるい炭素膜を作製した。試料１，２，３のいずれ
も炭素含有率は８０〜８９％の範囲内にあった。

【００４５】上記のごとくして作製した試料１、２、３
を用い、ベンゼン（Ｂｚ：融点５．５℃、沸点８０．１
℃）とシクロヘキサン（ｃＨｘ：融点６４．７℃、沸点
８０．９℃）５０ｗｔ％／５０ｗｔ％混合溶液で、溶液
温度７５℃時の浸透気化（ＰＶ）分離を行った。その結
果を表１に示す。試料１、２、３のいずれにおいてもベ
ンゼンを９６％以上の高濃度でかつ２８〜６５の高い分
離係数で分離することができた。特に、試料２では透過
流速が１２．８［ｇ／ｍ²ｈ］と大きく、また、試料３
では分離係数６５を示し最も大きくなった。

【００４６】

【表１】

【００４７】（実施例２）実施例１で作製した試料３を
用いたベンゼン／シクロヘキサン混合溶液の浸透気化分
離において、７５℃でベンゼン／シクロヘキサン混合溶
液の供給液組成を変えて（２０ｗｔ％〜８０ｗｔ％）実
験を行った。その結果を表２に示す。いずれの組成にお
いても透過液のベンゼン濃度は９７％以上の高い値を示
した。また、供給液中のベンゼン濃度の増加に伴い透過
液のベンゼン濃度は高くなり、透過流速は増加した。分
離係数はベンゼン／シクロヘキサン＝２０ｗｔ％／８０
ｗｔ％の時に最大の分離係数１８７になった。

【００４８】

【表２】

【００４９】（実施例３）試料３を用いてベンゼンおよ
びシクロヘキサン混合物（５０ｗｔ％／５０ｗｔ％）の
温度を７５〜１５０℃の範囲で変えて分離実験をおこな
った。設定温度１００℃以上の実験では、ベンゼンおよ
びシクロヘキサンは混合蒸気となっている。本蒸気分離
（ＶＰ）実験では、透過液のベンゼン濃度は９９％以上
と極めて高く、透過流速、分離係数とも高い値を示し
た。また、透過流速は温度が高くなるほど増加し、逆に
分離係数は温度が低い方が大きく１００℃で最大値２１
０となった。本実験の条件下ではベンゼンとシクロヘキ
サンが極めて効率良く分離できることが分かる。蒸気透
過の活性化エネルギーは、ベンゼン、シクロヘキサン、
それぞれ３５ｋＪ／ｍｏｌ、４５ｋＪ／ｍｏｌであっ
た。

【００５０】

【表３】

【００５１】（実施例４）ベンゼンおよびシクロヘキサ
ンの混合蒸気の温度１５０℃において、蒸気分離（Ｖ
Ｐ）に於ける供給液組成を変えて（２０ｗｔ％〜８０ｗ
ｔ％）実験を行った。その結果を表４に示す。供給蒸気
中のベンゼン濃度の増加に伴い、透過流速は増加し、分
離係数は供給液組成に関係なく１３０〜１５０と高い値
を示した。

【００５２】

【表４】

【００５３】（実施例５）試料１，３を用いてメタノー
ル(MeOH)とベンゼン混合蒸気（５０ｗｔ％／５０ｗｔ
％）の浸透気化分離を行った。その結果を表５に示す。
試料１が分離係数５１の最高値を示した。いずれの試料
もメタノール選択性を示した。

【００５４】

【表５】

【００５５】（実施例６）試料３を用いて、メタノール
とベンゼンの混合蒸気（５０ｗｔ％／５０ｗｔ％）につ
いて温度を変えて蒸気分離実験を行った。その結果を表
６に示す。メタノールとベンゼンの混合蒸気温度１００
〜１３０℃の本実験において透過物中のメタノール濃度
は９９％以上と極めて高く、透過流速、分離係数も大き
な値をしめした。

【００５６】

【表６】

【００５７】（実施例７）試料３を用いて、ベンゼンと
ｎ−ヘキサン(n-Hx)の混合蒸気（５０ｗｔ％／５０ｗｔ
％）について温度を変えて蒸気分離実験を行った。その
結果を表７に示す。ベンゼンとｎ−ヘキサンの混合蒸気
温度１００〜１３０℃の本実験において透過物中のベン
ゼン濃度は９２％以上と極めて高い値をしめした。

【００５８】

【表７】

【図面の簡単な説明】

【図１】ガス透過能測定装置である。

【符号の説明】

１ピラニゲージ２三方コック３三方コック４三方コック５三方コック６トラップ７コールドトラップ８真空ポンプ９下流側出口配管１０試料１１予熱ヒータまたは気化装置１２冷却管１３輸送ポンプ１４供給液

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０７Ｂ 63/00 Ｃ０７Ｂ 63/00 ＺＣ０７Ｃ 7/144 Ｃ０７Ｃ 7/144 15/04 15/04 29/76 29/76 31/04 31/04 Ｃ１０Ｇ 31/00 Ｃ１０Ｇ 31/00 Ｆターム(参考） 4D006 GA25 HA21 HA41 HA61 HA71 JA01C KA12 KA15 KE05Q KE05R KE06Q KE16Q KE16R MA02 MA03 MA06 MA22 MA31 MB04 MB11 MB13 MB15 MC05 NA39 NA63 NA64 PB32 PB68 PB70 4G046 CA04 CB03 CB05 CB08 CC01 4G073 BA62 BD11 BD18 CZ60 FC25 FD23 FD24 GA13 UA01 UA06 4H006 AA02 AD19 FE11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】細孔直径１ｎｍ以下の多数の細孔を有する
分子ふるい炭素膜の片面に有機化合物混合溶液を接触さ
せ、該膜の反対側より混合溶液中の特定成分を気化して
分離することを特徴とする浸透気化分離方法、または該
分子ふるい炭素膜の片面に有機化合物混合蒸気を接触さ
せ該膜の反対側より混合蒸気中の特定成分を分離するこ
とを特徴とする混合蒸気分離方法。
【請求項２】混合溶液または混合蒸気が非芳香族化合物
および芳香族化合物よりなる、請求項１の浸透気化分離
方法または混合蒸気分離方法。
【請求項３】非芳香族化合物がｎ−ペンタン、ｉ−ペン
タン、シクロペンタン、ｎ−ヘキサン、シクロヘキサ
ン、ｉ−オクタンのうちの少なくとも一種よりなり、芳
香族化合物がベンゼン、トルエン、キシレンのうちの少
なくとも一種よりなる請求項２の浸透気化分離方法また
は混合蒸気分離方法。
【請求項４】混合溶液または混合蒸気が極性有機溶媒お
よび非極性有機溶媒よりなる、請求項１の浸透気化分離
方法または混合蒸気分離方法。
【請求項５】極性有機溶媒がメタノール、エタノールの
うちの少なくとも一種よりなり、非極性溶媒がベンゼ
ン、トルエンのうちの少なくとも一種よりなる請求項４
の浸透気化分離方法または混合蒸気分離方法。
【請求項６】分子ふるい炭素膜に接する有機化合物混合
液または混合蒸気の温度が５０〜２００℃であることを
特徴とする、特許請求項１〜５の浸透気化分離方法また
は混合蒸気の分離方法。
【請求項７】分子ふるい炭素膜がセラミック多孔質体表
面に液状熱硬化性樹脂を塗布して高分子膜を形成した
後、非酸化性雰囲気下で４５０〜１１００℃の温度範囲
で熱処理することにより得られた膜であることを特徴と
する、請求項１〜６の浸透気化分離方法または混合蒸気
の分離方法。