JP2011206721A - Gas-liquid contact membrane, gas-liquid contact membrane module, and gas recovering method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas-liquid contact membrane of high performance capable of highly efficiently bringing gas and liquid into contact with each other.SOLUTION: The gas-liquid contact membrane has fine holes, wherein the pitch of the fine holes is 30-1,000 nm; the diameter of the fine holes is 10-300 nm; the thickness of the gas-liquid contact membrane is 30-1,000 nm, and a standard deviation of the fine holes in the hole diameter distribution is 30% or less of an average value.

Description

本発明は、気体を液体に溶解させるために使用する気液接触膜に関する。   The present invention relates to a gas-liquid contact film used for dissolving a gas in a liquid.

従来から化学工業等の多くの分野では、液体への気体(以下「ガス」ともいう。)の溶解、及び該液体からの該気体の回収操作、いわゆる気液接触操作が頻繁に行われている。たとえば、医薬品分野における微生物培養液への酸素供給、電子工業における超純水ラインへのオゾン溶解、水産業界における養魚への酸素供給、並びに化学工場又は火力発電所におけるNO及びSO等の排ガス処理が挙げられる。 Conventionally, in many fields such as the chemical industry, dissolution of gas (hereinafter also referred to as “gas”) into a liquid and recovery operation of the gas from the liquid, so-called gas-liquid contact operation, have been frequently performed. . For example, the oxygen supply to the microbial broth in the pharmaceutical field, the ozone dissolution into ultra pure water line in the electronics industry, oxygen supply to the fish in the fishing industry, as well as an exhaust gas, such as NO x and SO x in the chemical plant or thermal power plant Processing.

また近年、様々な場面において地球温暖化ガスの排出削減が求められている。特に排出量が最も多い二酸化炭素(CO)の分離回収は急務であり、火力発電所の燃料排ガスから二酸化炭素を分離する研究が行われている。また、ランドフィルガス(埋め立て処分場から発生するガス)又は消化ガス(汚泥の消化過程で発生するガス)からの二酸化炭素除去なども重要な課題である。 In recent years, there has been a demand for reducing greenhouse gas emissions in various situations. In particular, separation and recovery of carbon dioxide (CO 2 ), which has the largest emission amount, is an urgent task, and research is being conducted to separate carbon dioxide from the fuel exhaust gas of a thermal power plant. In addition, carbon dioxide removal from landfill gas (gas generated from landfill disposal site) or digestion gas (gas generated during the digestion process of sludge) is also an important issue.

これらの処理は、二酸化炭素ガスを含む混合ガスから二酸化炭素を分離する技術であり、様々な手法が取り入れられているが、近年中空糸を用いた分離技術が高効率かつ経済的な方法として提案されている(非特許文献1参照)。しかし、主に研究されてきたものは、中空糸自体を膜として使用する方法であり、膜を透過するガス種の選択性(ガス分離能力に相当)及び透過性(装置全体の処理量に相当)が必ずしも充分とは言えない(非特許文献2参照)。   These treatments are technologies for separating carbon dioxide from mixed gas containing carbon dioxide gas, and various methods have been adopted. Recently, separation technology using hollow fibers has been proposed as a highly efficient and economical method. (See Non-Patent Document 1). However, what has been mainly studied is a method of using the hollow fiber itself as a membrane, and the selectivity (corresponding to gas separation ability) and permeability (corresponding to the throughput of the entire apparatus) of the gas species that permeate the membrane. ) Is not necessarily sufficient (see Non-Patent Document 2).

一方、ガス分離能力を持たない中空糸を液膜の支持体として利用する簡便な気液接触装置が提案されており、特に疎水性多孔質中空糸を液膜の支持体として用いる方式が効率の良い二酸化炭素除去を可能にする技術として注目されている(非特許文献3参照)。この技術は、混合ガス成分の液膜への移動性の相違を利用することにより混合ガスからの二酸化炭素除去を行うものである。この際に液膜にアミン水溶液などの二酸化炭素との反応性が大きい溶液を用いることにより、除去性能を向上できることが知られている。   On the other hand, a simple gas-liquid contact device using a hollow fiber having no gas separation ability as a support for a liquid membrane has been proposed. In particular, a method using a hydrophobic porous hollow fiber as a support for a liquid membrane is efficient. It attracts attention as a technique that enables good carbon dioxide removal (see Non-Patent Document 3). This technique removes carbon dioxide from a mixed gas by utilizing the difference in mobility of the mixed gas component to the liquid film. At this time, it is known that the removal performance can be improved by using a solution having high reactivity with carbon dioxide such as an aqueous amine solution for the liquid film.

また、膜の構造で二酸化炭素の回収効率を向上させる技術として、膜の透過性能を両端で変化させる方法(特許文献1,2参照)が開示されている。しかしながら、この膜の細孔の設計にも限界があり、二酸化炭素回収効率は未だ効率的とは言えず、革新的な膜の細孔の設計が望まれていた。   Further, as a technique for improving the carbon dioxide recovery efficiency by the membrane structure, a method of changing the membrane permeation performance at both ends (see Patent Documents 1 and 2) is disclosed. However, there is a limit to the design of the pores of the membrane, and the carbon dioxide recovery efficiency is not yet efficient, and an innovative design of the pores of the membrane has been desired.

特開2005−305263号公報JP 2005-305263 A 特開2005−305264号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2005-305264

J.R.Pena:Symp Pap Energy Biomass Wasters,8(1984),1021−1051.J. et al. R. Pena: Symp Pap Energy Biomass Waters, 8 (1984), 1021-1051. T.Kawai:Tansangasu Kaisyuu Gijutsu,(NTS,Tokyo,1991),PP.22.T.A. Kawai: Tansangasu Kaisyu Gijutsu, (NTS, Tokyo, 1991), PP. 22. A.Gabelman and S.Hwang:J Membr Sci,159(1999),61−106.A. Gabelman and S.M. Hwang: J Membr Sci, 159 (1999), 61-106.

本発明の目的は、特定のガスを含む混合ガスから短時間かつ高回収率で該特定のガスを回収できる気液接触膜モジュール、該モジュールに使用する気液接触膜および気液接触膜積層体、並びに該モジュールを用いたガス回収方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a gas-liquid contact film module capable of recovering a specific gas from a mixed gas containing the specific gas in a short time and with a high recovery rate, a gas-liquid contact film used in the module, and a gas-liquid contact film laminate And a gas recovery method using the module.

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、細孔の孔径分布が極めて狭いCO回収用気液接触膜が短時間で高い回収率でCOを回収することができることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventor is able to recover CO 2 with a high recovery rate in a short time by a CO 2 recovery gas-liquid contact membrane with a very narrow pore size distribution. The present inventors have found that this can be done and have completed the present invention.

即ち、本発明は、以下に記載の気液接触膜及びその製造方法、気液接触膜積層体及びその製造方法、気液接触膜モジュール、並びにガス回収方法に関するものである。   That is, the present invention relates to the following gas-liquid contact film and method for producing the same, gas-liquid contact film laminate and method for producing the same, gas-liquid contact film module, and gas recovery method.

1. 細孔を有する気液接触膜であって、該細孔の細孔ピッチが30〜1000nmであり、該細孔の細孔径が10〜300nmであり、該気液接触膜の厚さが30〜1000nmであり、かつ該細孔の孔径分布における標準偏差が平均値の30%以下である、気液接触膜。   1. A gas-liquid contact membrane having pores, wherein the pore pitch of the pores is 30 to 1000 nm, the pore diameter of the pores is 10 to 300 nm, and the thickness of the gas-liquid contact membrane is 30 to A gas-liquid contact membrane having a thickness of 1000 nm and a standard deviation in the pore size distribution of the pores of 30% or less of the average value.

2. 細孔から成る凹部を有する第1の鋳型の凹凸を第2の鋳型に転写する工程、及び
該第2の鋳型の凹凸を高分子から成る膜に転写する工程、
を含む、上記1に記載の気液接触膜の製造方法。
2. Transferring the irregularities of the first mold having recesses made of pores to a second mold, and transferring the irregularities of the second mold to a film made of a polymer;
The manufacturing method of the gas-liquid contact film | membrane of said 1 containing said.

3. 前記細孔から成る凹部を有する第1の鋳型が、アルミニウム板を陽極酸化することにより作製される、上記2に記載の製造方法。   3. 3. The manufacturing method according to 2 above, wherein the first mold having a recess composed of the pores is produced by anodizing an aluminum plate.

4. 突起から成る凸部を有する第3の鋳型の凹凸を第1の鋳型に転写する工程、
該第1の鋳型の凹凸を第2の鋳型に転写する工程、及び
該第2の鋳型の凹凸を高分子から成る膜に転写する工程、
を含む、上記1に記載の気液接触膜の製造方法。
4). A step of transferring the irregularities of the third mold having projections made of protrusions to the first mold;
Transferring the irregularities of the first mold to a second mold, and transferring the irregularities of the second template to a film made of a polymer;
The manufacturing method of the gas-liquid contact film | membrane of said 1 containing said.

5. 前記突起から成る凸部を有する第3の鋳型が、基板上に積層されたフォトレジスト層を干渉露光して現像することにより作製される、上記4に記載の製造方法。   5. 5. The manufacturing method according to 4 above, wherein the third mold having a convex portion composed of the protrusion is produced by developing the photoresist layer laminated on the substrate by interference exposure.

6. 上記1に記載の気液接触膜と多孔性フィルム基材とを積層させて成る気液接触膜積層体。   6). A gas-liquid contact film laminate obtained by laminating the gas-liquid contact film according to 1 and a porous film substrate.

7. 上記1に記載の気液接触膜と多孔性フィルム基材とを積層する工程、及び
加熱により該気液接触膜および/または該多孔性フィルム基材を融かして両者を融着させる工程、
を含む気液接触膜積層体の製造方法。
7). A step of laminating the gas-liquid contact film and the porous film substrate according to 1 above, and a step of melting the gas-liquid contact film and / or the porous film substrate by heating and fusing them together,
The manufacturing method of the gas-liquid contact film | membrane laminated body containing this.

8. 上記1に記載の気液接触膜または上記6に記載の気液接触膜積層体によって内部空間を第1の空間と第2の空間に分離された容器から成り、第1の空間に外部空間からのガス入口とガス出口とを有し、第2の空間に外部空間からの液体入口と液体出口とを有する気液接触膜モジュール。   8). The gas-liquid contact film according to the above 1 or the gas-liquid contact film laminate according to the above 6 comprises a container in which the internal space is separated into a first space and a second space, and the first space from the external space A gas-liquid contact membrane module having a gas inlet and a gas outlet, and having a liquid inlet and a liquid outlet from the external space in the second space.

9. 上記8に記載の気液接触膜モジュールのガス入口からガス出口に向かって特定のガスを含む混合ガスを流すとともに、液体入口から液体出口に向かって該特定のガスを吸収する液体を流すことによって、該液体に該特定のガスを吸収させる工程を含むガス回収方法。   9. By flowing a mixed gas containing a specific gas from the gas inlet to the gas outlet of the gas-liquid contact membrane module according to 8 above, and flowing a liquid that absorbs the specific gas from the liquid inlet toward the liquid outlet A gas recovery method including a step of causing the liquid to absorb the specific gas.

10. 前記特定のガスが二酸化炭素である上記9記載の方法。   10. 10. The method according to 9 above, wherein the specific gas is carbon dioxide.

本発明の気液接触膜は微細孔の孔径分布が狭いため、平均孔径に対して高い圧力で気液接触操作が行え、特定のガスを含む混合ガスから短時間かつ高い回収率で該特定のガスを回収することができる。   Since the gas-liquid contact membrane of the present invention has a narrow pore size distribution, the gas-liquid contact operation can be performed at a high pressure relative to the average pore size, and the specific gas can be recovered from a mixed gas containing a specific gas in a short time with a high recovery rate. Gas can be recovered.

本発明の気液接触膜の一態様を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the one aspect | mode of the gas-liquid contact film | membrane of this invention. 細孔から成る凹部を有する陽極酸化ポーラスアルミナから成る第1の鋳型を作製するプロセスを示す図である。It is a figure which shows the process of producing the 1st casting_mold | template which consists of an anodic oxidation porous alumina which has the recessed part which consists of pores. 突起から成る凸部を有する第3の鋳型の凹凸を第1の鋳型に転写するプロセスを示す図である。It is a figure which shows the process which transfers the unevenness | corrugation of the 3rd casting_mold | template which has a convex part which consists of protrusions to a 1st casting_mold | template. 細孔から成る凹部を有する第1の鋳型から気液接触膜を作製するプロセスの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the process which produces a gas-liquid contact film | membrane from the 1st casting_mold | template which has a recessed part which consists of pores. 実施例1および2で用いた本発明のモジュールを示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the module of this invention used in Example 1 and 2. FIG. 比較例1で用いた中空糸モジュールを示す断面模式図である。3 is a schematic cross-sectional view showing a hollow fiber module used in Comparative Example 1. FIG. 比較例2で用いた平膜モジュールを示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the flat membrane module used in the comparative example 2.

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の気液接触膜は、細孔を有しており、細孔の細孔ピッチが30〜1000nmであり、該細孔の細孔径が10〜300nmであり、該気液接触膜の厚さが30〜1000nmであり、かつ該細孔の孔径分布における標準偏差が平均値の30%以下である微多孔膜である。なお、本発明における細孔とは、直径が約10〜300nmの微細な寸法を有する孔をいう。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The gas-liquid contact film of the present invention has pores, the pore pitch of the pores is 30 to 1000 nm, the pore diameter of the pores is 10 to 300 nm, and the thickness of the gas-liquid contact film And a standard deviation in the pore size distribution of the pores is 30% or less of the average value. In addition, the pore in this invention means the hole which has a fine dimension about 10-300 nm in diameter.

本発明の気液接触膜は、片側に特定のガスを含む混合ガスを配置し、他方の側に上記特定のガスを吸収する液体を配置し、膜の細孔を通して気液接触させることによって、特定のガスを含む混合ガスから短時間かつ高回収率で上記特定のガスを回収することが可能になる。   In the gas-liquid contact film of the present invention, a mixed gas containing a specific gas is arranged on one side, a liquid that absorbs the specific gas is arranged on the other side, and gas-liquid contact is made through the pores of the film, The specific gas can be recovered from the mixed gas containing the specific gas in a short time and with a high recovery rate.

一般に混合ガスと液体が接した状態において、混合ガス中の特定のガスの液体への溶解度は、下記(1)式に示すヘンリーの法則に従う。式中、Pは上記混合ガス中の上記特定のガスの分圧、χは上記液体に溶解する上記特定のガスのモル分率、Kは定数である。
P=Kχ ・・・(1)
In general, in a state where a mixed gas and a liquid are in contact with each other, the solubility of a specific gas in the mixed gas in the liquid follows Henry's law expressed by the following equation (1). In the formula, P is a partial pressure of the specific gas in the mixed gas, χ is a molar fraction of the specific gas dissolved in the liquid, and K is a constant.
P = Kχ (1)

即ち、上記特定のガスの分圧が大きいほど上記液体への溶解度は大きくなる。しかしながら、気液接触膜を介して混合ガスを液体に接触させている場合、上記特定のガスの溶解効率を上げるため上記混合ガスの圧力を上げすぎると上記混合ガスは細孔を通過して液体中で気泡を生成する(「バブリング現象」ともいう。)。気液接触膜の細孔径に分布がある場合、このバブリング現象を発生させない最大圧は、該気液接触膜の最大細孔径に依存する。従って平均孔径は同じでも細孔径分布が狭い気液接触膜ほど、バブリング現象を発生させない最大圧を増加させることができ、特定の気体の液体への溶解度も増加させることができる。このような効果を発揮させるためには、気液接触膜の細孔の孔径分布における標準偏差は、平均値の30%以下であり、20%以下であることが好ましく、10%以下であることがより好ましい。   That is, the greater the partial pressure of the specific gas, the greater the solubility in the liquid. However, when the mixed gas is brought into contact with the liquid via the gas-liquid contact film, if the pressure of the mixed gas is increased too much in order to increase the dissolution efficiency of the specific gas, the mixed gas passes through the pores and becomes liquid. Bubbles are generated in the inside (also referred to as “a bubbling phenomenon”). When the pore diameter of the gas-liquid contact film is distributed, the maximum pressure at which this bubbling phenomenon does not occur depends on the maximum pore diameter of the gas-liquid contact film. Therefore, a gas-liquid contact membrane having the same average pore size but a narrow pore size distribution can increase the maximum pressure that does not cause a bubbling phenomenon, and can also increase the solubility of a specific gas in a liquid. In order to exert such an effect, the standard deviation in the pore size distribution of the pores of the gas-liquid contact membrane is 30% or less of the average value, preferably 20% or less, and preferably 10% or less. Is more preferable.

また、本発明の気液接触膜は、後述する多孔性フィルム基材に比較して表面平滑性が高いため、接触する流体の局所滞留が少なくなり、濃度境界層が薄くなって液側の物質移動が促進され、効率よく気体の溶解を行うことができると考えられる。   In addition, since the gas-liquid contact film of the present invention has higher surface smoothness than a porous film substrate described later, the local residence of the fluid in contact is reduced, the concentration boundary layer is thinned, and the liquid side substance It is considered that the movement is promoted and the gas can be efficiently dissolved.

本発明の別の態様は、上記の気液接触膜と多孔性フィルム基材とを積層して成る気液接触膜積層体である。上述の通り、本発明の気液接触膜は、多孔性フィルム基材に比較して表面平滑性が高いため、気液接触膜積層体に使用する場合は、気液接触膜側に液体を流し、多孔性フィルム基材側に気体を流すことが、液体への気体回収効率が高くなるので好ましい。   Another aspect of the present invention is a gas-liquid contact film laminate formed by laminating the gas-liquid contact film and a porous film substrate. As described above, since the gas-liquid contact film of the present invention has high surface smoothness compared to the porous film substrate, when using it for a gas-liquid contact film laminate, a liquid is allowed to flow to the gas-liquid contact film side. It is preferable to flow a gas to the porous film substrate side because the gas recovery efficiency to the liquid is increased.

以下に、本発明の気液接触膜の望ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の気液接触膜に用いられる薄膜の一態様を示す断面模式図である。本態様の気液接触膜の細孔は、薄膜の表面から裏面に渡って細孔径が増加していくテーパー形状を有している。本発明の気液接触膜を後述する製造方法にて製造する場合は、気液接触膜の表面から裏面に渡って細孔径が均一な場合、鋳型より気液接触膜を離型する工程において、薄膜の剥離をスムーズに行うことができず欠陥を生じる可能性があるため、本態様のテーパー形状がより好ましい。
Hereinafter, preferred embodiments of the gas-liquid contact film of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing one embodiment of a thin film used for the gas-liquid contact film of the present invention. The pores of the gas-liquid contact film of this embodiment have a tapered shape in which the pore diameter increases from the thin film surface to the back surface. When the gas-liquid contact film of the present invention is produced by the production method described later, in the step of releasing the gas-liquid contact film from the mold when the pore diameter is uniform from the front surface to the back surface of the gas-liquid contact film, The taper shape of this embodiment is more preferable because the thin film cannot be peeled smoothly and defects may occur.

次に、本発明の気液接触膜の製造方法について説明する。
第1の製造方法は、細孔から成る凹部を有する第1の鋳型の凹凸を第2の鋳型に転写する工程、及び該第2の鋳型の凹凸を高分子から成る膜に転写する工程を含む気液接触膜の製造方法である。ここで、該第1の鋳型は、たとえば、アルミニウム板を陽極酸化することにより好適に作製することができる。
Next, the manufacturing method of the gas-liquid contact film | membrane of this invention is demonstrated.
The first manufacturing method includes a step of transferring the unevenness of the first mold having a recess made of pores to a second template, and a step of transferring the unevenness of the second template to a film made of a polymer. It is a manufacturing method of a gas liquid contact film. Here, the first mold can be preferably produced by, for example, anodizing an aluminum plate.

第2の製造方法は、突起から成る凸部を有する第3の鋳型の凹凸を第1の鋳型に転写する工程、該第1の鋳型の凹凸を第2の鋳型に転写する工程、及び該第2の鋳型の凹凸を高分子から成る膜に転写する工程を含む気液接触膜の製造方法である。ここで、該第3の鋳型は、例えば、基板上に積層されたフォトレジスト層を干渉露光して現像することにより好適に作製することができる。   The second manufacturing method includes a step of transferring the unevenness of the third mold having a protrusion made of a protrusion to the first mold, a step of transferring the unevenness of the first mold to the second template, and the second The method for producing a gas-liquid contact film includes a step of transferring the irregularities of the mold 2 to a film made of a polymer. Here, the third mold can be suitably produced, for example, by developing the photoresist layer laminated on the substrate by interference exposure.

上記2種の製造方法において、第1の鋳型は、本発明の気液接触膜と同様に細孔から成る凹部を有する鋳型である。また、第2の鋳型、及び第3の鋳型は、本発明の気液接触膜とは逆に突起から成る凸部を有する鋳型であり、前記第1の鋳型とはポジとネガの関係にある。   In the above two types of manufacturing methods, the first mold is a mold having a concave portion formed of pores as in the gas-liquid contact film of the present invention. In addition, the second mold and the third mold are molds having protrusions made of protrusions contrary to the gas-liquid contact film of the present invention, and the first mold is in a positive and negative relationship. .

上記第1の製造方法について、より詳細に説明する。
図2は、細孔から成る凹部を有する第1の鋳型(陽極酸化ポーラスアルミナ)の作製方法を示す。陽極酸化ポーラスアルミナ3は、陽極酸化によりアルミニウム基材2の表面に形成されるが、陽極酸化ポーラスアルミナ3の細孔4の形状は、底部を除いてほぼ一定の径を有する円筒形状をしており、これをそのまま鋳型として用いた場合、薄膜の金型からの剥離をスムーズに行うことができず、欠陥を生じる可能性がある。
The first manufacturing method will be described in more detail.
FIG. 2 shows a method for producing a first mold (anodized porous alumina) having a recess made of pores. The anodized porous alumina 3 is formed on the surface of the aluminum substrate 2 by anodization. The pores 4 of the anodized porous alumina 3 have a cylindrical shape having a substantially constant diameter except for the bottom. If this is used as a mold as it is, the thin film cannot be smoothly peeled off from the mold, which may cause defects.

一方、陽極酸化とエッチングによる細孔の拡大処理とを組み合わせることにより、所望のテーパー形状の孔を有する陽極酸化ポーラスアルミナから成る反射防止膜作製用のスタンパを製造する方法が知られている(特開2005−156695号公報)。   On the other hand, a method of manufacturing a stamper for producing an antireflection film made of anodized porous alumina having a hole having a desired tapered shape by combining anodization and pore enlargement processing by etching is known (special feature). No. 2005-156695).

上記方法について簡単に述べると、アルミニウム基材2に所定の時間、陽極酸化を実施して所望の深さの細孔を形成した後、適当な酸溶液中に浸漬することにより孔径の拡大処理を行う。その後、再び陽極酸化を行うことで、1段階目に比較して孔径の小さな細孔を形成する。この操作を繰り返すことにより、テーパー形状の細孔を有する陽極酸化ポーラスアルミナを得ることができる。繰り返し段数を増やすことで、より滑らかなテーパー形状の細孔を得ることができる。陽極酸化時間と孔径拡大処理時間とを調整することで、様々なテーパー形状を有する細孔の形成が可能であり、この方法を気液接触膜の製造に利用することで、ピッチ、孔の深さに合わせて最適な気液接触膜の構造設計が可能となると考えられる。   Briefly describing the above method, after anodizing the aluminum substrate 2 for a predetermined time to form pores of a desired depth, the pore diameter is expanded by immersing in an appropriate acid solution. Do. Thereafter, anodization is performed again to form pores having a smaller pore diameter than in the first stage. By repeating this operation, anodized porous alumina having tapered pores can be obtained. By increasing the number of repeated steps, smoother tapered pores can be obtained. By adjusting the anodic oxidation time and the pore diameter expansion processing time, it is possible to form pores having various tapered shapes. By using this method for the production of a gas-liquid contact film, the pitch and depth of the pores can be obtained. It is considered that the optimum structure of the gas-liquid contact film can be designed accordingly.

また、定電圧で長時間陽極酸化を施した後、一旦酸化膜を除去し、再び同一条件で陽極酸化を施すことで作製した陽極酸化ポーラスアルミナを用いることで、高い孔配列規則性を有する陽極酸化ポーラスアルミナを鋳型とすることが可能となる。   In addition, an anode having a high hole arrangement regularity is obtained by using anodized porous alumina prepared by anodizing at a constant voltage for a long time, once removing the oxide film, and again anodizing under the same conditions. It becomes possible to use oxidized porous alumina as a mold.

使用する陽極酸化ポーラスアルミナとしては、例えば、シュウ酸を電解液として用い、化成電圧30V〜60Vにおいて作製した陽極酸化ポーラスアルミナを用いることができる。また、硫酸を電解液として用い、化成電圧25V〜30Vにおいて作製した陽極酸化ポーラスアルミナを用いることもできる。このような陽極酸化ポーラスアルミナを用いることで、より高い規則性を有する窪み配列を有する鋳型を得ることができる。   As the anodized porous alumina to be used, for example, anodized porous alumina prepared using oxalic acid as an electrolytic solution at a conversion voltage of 30 V to 60 V can be used. Alternatively, anodized porous alumina produced using sulfuric acid as the electrolytic solution and at a conversion voltage of 25V to 30V can be used. By using such anodized porous alumina, it is possible to obtain a template having a dent array with higher regularity.

さらに、陽極酸化ポーラスアルミナの作製において、陽極酸化に先立ちアルミニウム表面に微細な窪みを形成し、これを陽極酸化時の細孔発生点とすることもでき、任意の配列を有する窪み配列を鋳型とすることが可能となる。   Furthermore, in the preparation of anodized porous alumina, a fine depression can be formed on the aluminum surface prior to anodization, and this can be used as a pore generation point during anodization. A depression array having an arbitrary arrangement can be used as a template. It becomes possible to do.

上記方法により作製した第1の鋳型の細孔に、金属、金属酸化物、高分子などの物質を充填した後、第1の鋳型を除去することにより第2の鋳型を得ることができる。
金属、金属酸化物としては、特に限定されるものではないが、一般的にはNi、Ta、SiO、炭素、有機SOG等が使用される。これらの例の中で、Niは電鋳が容易であるため好ましい。
The second template can be obtained by filling the pores of the first template produced by the above method with a substance such as metal, metal oxide, or polymer, and then removing the first template.
Metals, metal oxides, but are not particularly limited, is generally Ni, Ta, SiO 2, carbon, organic SOG or the like is used. Among these examples, Ni is preferable because it is easily electroformed.

また、第1の鋳型の細孔に充填される高分子としては、加工性を有するものであれば限定されないが、代表的なものとして、フッ素系樹脂(ポリテトラフルオロエチレン、4フッ化エチレン−パーフルオロアルコキシ3フッ化エチレン共重合体、4フッ化エチレン−6フッ化プロピレン共重合体、エチレン−4フッ化エチレン共重合体、ポリ3フッ化塩化エチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、テフロン(登録商標)AF(登録商標:DuPont社製)、ハイフロンAD(登録商標:Solvay Solexis社製)、サイトップ(登録商標:旭硝子社製))、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリビニルアルコール、エチレン/ビニルアルコール共重合体、セルロース、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリエステル、ナイロン、ポリイミド、ポリアミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、並びにそれらの共重合体等を挙げることができる。また、前記高分子のモノマーを第1の鋳型に充填後、UV等の光及び/又は熱で重合させてもよい。これらの例の中で、フッ素系樹脂は第1の鋳型からの離型性に優れるため好ましい。   Further, the polymer filled in the pores of the first template is not limited as long as it has processability, but as a typical one, fluorine-based resin (polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene- Perfluoroalkoxy trifluoride ethylene copolymer, tetrafluoroethylene-6-fluoropropylene copolymer, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, polytrifluoroethylene chloride, polyvinylidene fluoride, polyvinyl fluoride, Teflon (Registered trademark) AF (registered trademark: manufactured by DuPont), Hyflon AD (registered trademark: manufactured by Solvay Solexis), Cytop (registered trademark: manufactured by Asahi Glass)), acrylic resin, polycarbonate, polystyrene, polysulfone, polyethersulfone , Polyvinyl alcohol, ethylene / vinyl alcohol copolymer, Loin, polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyester, nylon, polyimide, polyamide, polyphenylene sulfide, polyarylate, as well as their copolymers. Further, after the polymer monomer is filled in the first mold, it may be polymerized by light such as UV and / or heat. Among these examples, the fluororesin is preferable because it is excellent in releasability from the first mold.

さらに、上記第2の鋳型に高分子を充填し、その後、該第2の鋳型から該高分子膜を離型することによって、気液接触膜を得ることができる。   Furthermore, a gas-liquid contact film can be obtained by filling the second template with a polymer and then releasing the polymer film from the second template.

第2の鋳型に高分子を転写する方法としては、特に限定はされないが、光インプリント、熱インプリント、室温インプリント、ナノキャスティングインプリント等の方法を用いることができる。高分子は、第2の鋳型に充填したときに、第2の鋳型の材料と接着又は融着等を起こさず、かつ回収対象となる特定のガスを溶かす液体に対する耐腐食性があるものであれば、特に限定されない。   The method for transferring the polymer to the second template is not particularly limited, and methods such as optical imprinting, thermal imprinting, room temperature imprinting, and nanocasting imprinting can be used. The polymer does not cause adhesion or fusion with the material of the second mold when filled in the second mold, and is resistant to a liquid that dissolves a specific gas to be collected. There is no particular limitation.

特に回収対象となる特定のガスが二酸化炭素の場合は、二酸化炭素を溶かす液体としてエタノールアミン類等アルカリ性の液体を用いるのが通常であるため、上記高分子は、耐アルカリ性の高いことが好ましい。代表的なものとして、ポリテトラフルオロエチレン、4フッ化エチレン−パーフルオロアルコキシ3フッ化エチレン共重合体、4フッ化エチレン−6フッ化プロピレン共重合体、テフロン(登録商標)AF、ハイフロンAD(登録商標)、サイトップ(登録商標)等のフッ素樹脂、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、並びにそれらの共重合体等が挙げられる。これらは耐久性が高いので好ましい。   In particular, when the specific gas to be collected is carbon dioxide, an alkaline liquid such as ethanolamine is usually used as the liquid for dissolving carbon dioxide, and thus the polymer preferably has high alkali resistance. Typical examples include polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene-perfluoroalkoxy trifluoride ethylene copolymer, tetrafluoroethylene-6 fluoropropylene copolymer, Teflon (registered trademark) AF, Hyflon AD ( (Registered trademark), fluororesin such as Cytop (registered trademark), polystyrene, polysulfone, polyethersulfone, polyethylene, polypropylene, polyphenylene sulfide, polyarylate, and copolymers thereof. These are preferable because of their high durability.

また、前記高分子のモノマーを第2の鋳型に充填後、UV等の光及び/又は熱で重合させてもよい。この中でもフッ素樹脂は第2の鋳型からの離型性に優れるためより好ましい。   Alternatively, after the polymer monomer is filled in the second template, it may be polymerized by light such as UV and / or heat. Among these, a fluororesin is more preferable because it is excellent in releasability from the second mold.

転写に使用する高分子の体積を第2の鋳型の突起から成る凹凸の空隙の体積より多く使用した場合は、気液接触膜の片側の細孔が余分の残膜で塞がれた状態となっているため、離型前又は離型後に、この残膜をエッチング処理することにより除去して貫通開孔薄膜とする必要がある。エッチング方法としては、プラズマ等を利用した高真空ドライエッチング、大気圧ドライエッチング、溶剤を用いたウェットエッチング等を挙げることができる。これらの中でも大気圧ドライエッチングは低コストでエッチング精度が高いため好ましい。   When the volume of the polymer used for transfer is larger than the volume of the concave / convex gap formed by the protrusions of the second mold, the pores on one side of the gas-liquid contact film are blocked with an extra remaining film. Therefore, it is necessary to remove the residual film by etching before or after releasing to form a through-hole thin film. Examples of the etching method include high vacuum dry etching using plasma, atmospheric pressure dry etching, wet etching using a solvent, and the like. Among these, atmospheric pressure dry etching is preferable because of low cost and high etching accuracy.

以上の工程によって、気液接触膜を製造するプロセスの一例を図4に示す。
陽極酸化ポーラスアルミナ3から成る第1の鋳型の表面に、無電解メッキ又はスパッタリングによりNi−P、Au、Cr等から成る表面導電層を形成した後、Ni等の電解メッキにより第2の鋳型を形成する。第1の鋳型から第2の鋳型を剥離させるか、第1の鋳型を選択的に溶解除去することにより第2の鋳型を得る。次に、第2の鋳型に高分子、例えば、ポリスルホンを溶媒に溶解させた溶液を充填し、溶媒を乾燥させて高分子から成る薄膜を得る。この薄膜の余分に充填された高分子膜をプラズマエッチングで除去した後、第2の鋳型から剥離して気液接触膜を得る。該気液接触膜と多孔性フィルム基材とを積層させることで、本発明の気液接触膜積層体を得ることができる。
An example of a process for producing a gas-liquid contact film by the above steps is shown in FIG.
A surface conductive layer made of Ni-P, Au, Cr or the like is formed on the surface of the first mold made of anodized porous alumina 3 by electroless plating or sputtering, and then the second mold is made by electrolytic plating of Ni or the like. Form. The second template is obtained by peeling the second template from the first template or selectively dissolving and removing the first template. Next, the second template is filled with a polymer, for example, a solution in which polysulfone is dissolved in a solvent, and the solvent is dried to obtain a thin film made of the polymer. After the polymer film filled in excess of this thin film is removed by plasma etching, it is peeled from the second mold to obtain a gas-liquid contact film. The gas-liquid contact film laminate of the present invention can be obtained by laminating the gas-liquid contact film and the porous film substrate.

次に、上記第2の製造方法について、より詳細に説明する。
図3は、突起から成る凸部を有する第3の鋳型から、細孔から成る凹部を有する第1の鋳型を作製する方法を示す。
Next, the second manufacturing method will be described in more detail.
FIG. 3 shows a method for producing a first mold having a concave portion made of a pore from a third mold having a convex portion made of a protrusion.

上記第3の鋳型は、干渉露光法によって好適に作製することができる。まず、平滑な基板7(例えば研磨されたガラス原盤)上に、ポジ型フォトレジストを塗布する。ポジ型フォトレジストは半導体装置製造の技術分野において周知のレジストであり、フェノール性水酸基を有する樹脂と、光酸発生剤とを含む組成物である。この組成物は光照射前のアルカリ性現像液に対する溶解性は低いが、光照射によって酸が発生しアルカリ性現像液に対する溶解性が高くなる。この現像液に対する光照射部と光未照射部の溶解性の差異を利用してパターニングを行うことが可能となる。以下においては、上記光未照射部のことを硬化部、上記光照射部のことを未硬化部ともいう。   The third mold can be suitably produced by an interference exposure method. First, a positive photoresist is applied on a smooth substrate 7 (for example, a polished glass master). A positive photoresist is a resist well known in the technical field of semiconductor device manufacturing, and is a composition containing a resin having a phenolic hydroxyl group and a photoacid generator. This composition has low solubility in an alkaline developer before light irradiation, but acid is generated by light irradiation and the solubility in an alkaline developer is increased. Patterning can be performed by utilizing the difference in solubility between the light irradiated portion and the light non-irradiated portion with respect to the developer. Hereinafter, the light non-irradiated part is also referred to as a cured part, and the light irradiated part is also referred to as an uncured part.

次に、レーザー光を用いた干渉露光法(以下「レーザー干渉露光法」ともいう。)により露光を行い、微細なテーパー形状の突起から成る硬化部と残余の未硬化部を得る。露光後、現像を行い未硬化部を除去することによって、突起から成る凸部8を有する第3の鋳型9として得る。   Next, exposure is performed by an interference exposure method using laser light (hereinafter also referred to as “laser interference exposure method”) to obtain a hardened portion formed of fine tapered protrusions and a remaining uncured portion. After the exposure, development is performed to remove the uncured portion, thereby obtaining a third mold 9 having a convex portion 8 made of a protrusion.

フォトレジストに形成された凸部8は、レーザー干渉露光法により、凸部の頂上部8aが細くなる一方、底部8bが太くなる、いわゆるテーパー形状となる。この現象は、レーザー光のパワー強度がフォトレジスト表面で強く、フォトレジストの中を進むに従って弱くなり、その結果、フォトレジスト表面で露光量が大きくなって頂上部8aが浸食され、フォトレジストの深さ方向へ進むに従って露光量が小さくなって深さ方向への浸食が弱くなり、底面部8bが広がるためであると考えられる。従ってフォトレジストの感光性の度合い(γ値)によってテーパーの角度を調整することができる。   The convex portion 8 formed in the photoresist has a so-called tapered shape in which the top portion 8a of the convex portion is thinned and the bottom portion 8b is thickened by a laser interference exposure method. This phenomenon is such that the laser beam power intensity is strong on the photoresist surface and becomes weaker as it travels through the photoresist. As a result, the exposure amount increases on the photoresist surface and the top 8a is eroded, resulting in the depth of the photoresist. It is thought that this is because the exposure amount becomes smaller as the process proceeds in the vertical direction, the erosion in the depth direction becomes weaker, and the bottom surface portion 8b expands. Therefore, the taper angle can be adjusted according to the photosensitivity (γ value) of the photoresist.

なお、レーザー干渉露光法とは、特定の波長のレーザー光を角度θ’の2つの方向から照射して形成される干渉縞を利用した露光法であり、角度θ’を変化させることで、使用するレーザーの波長で制限される範囲内で色々なピッチを有する凹凸格子の構造を得ることができる。例えば、方向を120度ずつずらした3組の上記干渉縞を重ね合わせて露光することで、上記のテーパー形状の突起から成る凹凸パターンを形成することができる。
干渉露光に使用できるレーザーとしては、TEM00モードのレーザーに限定される。TEM00モードのレーザー発振できる紫外光レーザーとしては、アルゴンレーザー(波長364nm、351nm、333nm)、又はYAGレーザーの4倍波(波長266nm)などが挙げられる。
The laser interference exposure method is an exposure method using interference fringes formed by irradiating laser light of a specific wavelength from two directions of angle θ ′, and is used by changing the angle θ ′. The structure of the concavo-convex lattice having various pitches can be obtained within a range limited by the wavelength of the laser. For example, an uneven pattern composed of the above-mentioned tapered protrusions can be formed by overlapping and exposing three sets of the interference fringes whose directions are shifted by 120 degrees.
Lasers that can be used for interference exposure are limited to TEM00 mode lasers. Examples of the ultraviolet laser capable of laser oscillation in the TEM00 mode include an argon laser (wavelengths 364 nm, 351 nm, and 333 nm), and a fourth harmonic wave (wavelength 266 nm) of a YAG laser.

また、形成されたパターンのエッチングによってもテーパーの角度を変化させることが可能である。すなわち、高真空プラズマエッチングにおいて、エッチングの異方性を制御することによりテーパーの角度を変えることができる。   The taper angle can also be changed by etching the formed pattern. That is, in high vacuum plasma etching, the taper angle can be changed by controlling the anisotropy of etching.

一般的に入射する反応性イオンの平均自由行程を低圧力にして長くする程、垂直にガスが入射して異方性が大きくなるが、この場合、垂直方向に一様にエッチングされるためテーパーの角度の変化は小さい。逆に圧力を高めに設定することにより、横方向への反応性イオンの入射が増加して横方向にもエッチングされ、テーパーの角度が変化する。   In general, the longer the mean free path of the incident reactive ions is made lower and the gas is vertically incident, the anisotropy increases. However, in this case, since the etching is uniformly performed in the vertical direction, the taper is tapered. The change in angle is small. On the other hand, by setting the pressure higher, the incidence of reactive ions in the lateral direction increases and etching is also performed in the lateral direction, thereby changing the taper angle.

上記方法により作製した第3の鋳型に対して、図3(b)に示すように、表面導電層を形成した後Ni電鋳を行い、第1の鋳型を形成する。該第3の鋳型を除去すると凹凸が反転して転写された凹凸を有する第1の鋳型10が得られる(図3(c))。   As shown in FIG. 3B, the surface casting layer is formed on the third mold produced by the above method, and then Ni electroforming is performed to form the first mold. When the third mold is removed, the first mold 10 having the transferred irregularities is obtained by reversing the irregularities (FIG. 3C).

上記方法により作製した第1の鋳型を用いて、その孔に、金属、金属酸化物、高分子などの物質を充填した後、該第1の鋳型を除去することにより第2の鋳型を得ることができる。   Using the first template produced by the above method, the hole is filled with a substance such as metal, metal oxide, or polymer, and then the first template is removed to obtain a second template. Can do.

上記第2の製造方法で作製した第2の鋳型は、前記第1の製造方法で作製した第2の鋳型と同様に、高分子を充填し、該第2の鋳型から離型することによって、連続的に細孔径が変化するテーパー形状を有し、細孔径の孔径分布が非常に小さい気液接触膜を得ることができる。   The second mold produced by the second production method is filled with a polymer and released from the second mold in the same manner as the second mold produced by the first production method. A gas-liquid contact film having a tapered shape in which the pore diameter continuously changes and having a very small pore diameter distribution can be obtained.

上記の製造方法によって、細孔ピッチが30〜1000nmであり、細孔径が10〜300nmであり、細孔深さが30nm〜1000nmであり、かつ細孔径の孔径分布が極めて狭いことを特徴とする気液接触膜を得ることができる。微細孔径の孔径分布が非常に小さいとは、孔径(孔の直径)の孔径分布における標準偏差が平均値の30%以下であることをいい、好ましくは20%以下、さらに好ましくは10%以下であることをいう。   According to the above manufacturing method, the pore pitch is 30 to 1000 nm, the pore diameter is 10 to 300 nm, the pore depth is 30 nm to 1000 nm, and the pore diameter distribution of the pore diameter is extremely narrow. A gas-liquid contact film can be obtained. The very small pore size distribution means that the standard deviation in the pore size distribution is 30% or less of the average value, preferably 20% or less, more preferably 10% or less. Say something.

また、本発明の気液接触膜の気孔率は、特に限定されないが、通常25%以上95%以下、好ましくは、40%以上、更に好ましくは、50%以上、特に好ましくは60%以上である。25%以上であれば透水性に優れ、95%以下であれば気液接触膜として用いる十分な強度を確保できる。   The porosity of the gas-liquid contact film of the present invention is not particularly limited, but is usually 25% or more and 95% or less, preferably 40% or more, more preferably 50% or more, and particularly preferably 60% or more. . If it is 25% or more, it is excellent in water permeability, and if it is 95% or less, sufficient strength used as a gas-liquid contact film can be secured.

上記製造方法によって得られた気液接触膜は、そのまま用いることも可能であるが、機械的強度を高めるために多孔性フィルム基材と積層して気液接触膜積層体として用いることが好ましい。多孔性フィルム基材としては、微多孔膜、不織布、相分離膜、延伸開口膜等を挙げることができる。   The gas-liquid contact film obtained by the above production method can be used as it is, but is preferably used as a gas-liquid contact film laminate by laminating it with a porous film substrate in order to increase mechanical strength. Examples of the porous film substrate include a microporous membrane, a nonwoven fabric, a phase separation membrane, and a stretched aperture membrane.

多孔性フィルム基材の材質としては、回収対象となる特定のガスを溶かす液体に対する耐腐食性があるものであれば、特に限定はされない。   The material of the porous film substrate is not particularly limited as long as it has corrosion resistance against a liquid that dissolves a specific gas to be collected.

例えばCO回収用気液接触膜積層体の場合は、多孔性フィルム基材の材質は、COの吸収剤としてエタノールアミン類等アルカリ性の液体を用いるため、耐アルカリ性の高い材質から成ることが好ましい。代表的なものとして、ポリテトラフルオロエチレン、4フッ化エチレン−パーフルオロアルコキシ3フッ化エチレン共重合体、4フッ化エチレン−6フッ化プロピレン共重合体、テフロン(登録商標)AF、ハイフロンAD(登録商標)、サイトップ(登録商標)等のフッ素樹脂、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、並びにそれらの共重合体等が耐久性が高く好ましい。 For example, in the case of a gas-liquid contact film laminate for CO 2 recovery, the material of the porous film substrate may be made of a material having high alkali resistance because an alkaline liquid such as ethanolamine is used as the CO 2 absorbent. preferable. Typical examples include polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene-perfluoroalkoxy trifluoride ethylene copolymer, tetrafluoroethylene-6 fluoropropylene copolymer, Teflon (registered trademark) AF, Hyflon AD ( Fluorine resins such as (registered trademark) and Cytop (registered trademark), polystyrene, polysulfone, polyethersulfone, polyethylene, polypropylene, polyphenylene sulfide, polyarylate, and copolymers thereof are preferred because of their high durability.

多孔性フィルム基材の孔径は、気液接触膜の細孔径より大きいものが好ましく、1〜100μmの範囲にあることがより好ましい。また、多孔性フィルム基材の厚みは10〜1000μmであることが強度と気孔率のバランス上好ましい。気液接触膜の多孔性フィルム基材への積層は、気液接触膜を金型から剥離しながら多孔性フィルム基材に重ね合わせていく方法が一般的であるが、残膜をエッチングすると気液接触膜が金型から離型し難くなる場合がある。この場合は積層した後に残膜をエッチングする必要がある。しかし単純な移し変えによる重ね合わせでは残膜は多孔性フィルム基材側になるので、後工程でエッチングができない問題がある。このような場合、一度別の基材に移し取って裏返しにしてから、多孔性フィルム基材に重ね合わせる必要がある。この別の基材は金型から剥がした薄膜を多孔性フィルム基材に貼り直す必要があるので弱粘着性であることが好ましい。   The pore diameter of the porous film substrate is preferably larger than the pore diameter of the gas-liquid contact membrane, and more preferably in the range of 1 to 100 μm. In addition, the thickness of the porous film substrate is preferably 10 to 1000 μm in view of the balance between strength and porosity. In general, the gas-liquid contact film is laminated on the porous film substrate by superimposing the gas-liquid contact film on the porous film substrate while peeling the gas-liquid contact film from the mold. The liquid contact film may be difficult to release from the mold. In this case, it is necessary to etch the remaining film after lamination. However, in the case of superposition by simple transfer, the remaining film is on the porous film substrate side, so that there is a problem that etching cannot be performed in a subsequent process. In such a case, it is necessary to transfer it to another substrate once and turn it over, and then superimpose it on the porous film substrate. This another substrate is preferably weakly adhesive because it is necessary to re-attach the thin film peeled off from the mold to the porous film substrate.

気液接触膜及び多孔性フィルムは、単に重ね合わせて使用することも可能であるが、熱融着及び/又は接着剤による接着を行ってもよい。熱融着の場合、加熱により気液接触膜および多孔性フィルム基材を融かして両者を融着させる。このとき、多孔性フィルム基材を構成する材料の溶融温度が気液接触膜を構成する材料の溶融温度よりも低い方が、熱融着時に気液接触膜の細孔形状への影響が少ないので、より好ましい。熱融着の場合の加熱法としては、加熱板を当てること、熱風を当てること、及び赤外線又は高周波を照射すること等の方法が挙げられる。   The gas-liquid contact film and the porous film can be used simply by being overlapped with each other, but may be heat-sealed and / or bonded with an adhesive. In the case of heat fusion, the gas-liquid contact film and the porous film substrate are melted by heating to fuse both. At this time, when the melting temperature of the material constituting the porous film substrate is lower than the melting temperature of the material constituting the gas-liquid contact film, there is less influence on the pore shape of the gas-liquid contact film during thermal fusion So it is more preferable. Examples of the heating method in the case of thermal fusion include methods such as applying a heating plate, applying hot air, and irradiating infrared rays or high frequency.

本発明の別の態様は、上記の気液接触膜および気液接触膜積層体を利用した以下のような気液接触膜モジュールである。気液接触膜モジュールは、混合ガスから特定のガスを回収するために使用することができる。   Another aspect of the present invention is the following gas-liquid contact film module using the gas-liquid contact film and gas-liquid contact film laminate. The gas-liquid contact membrane module can be used to recover a specific gas from the mixed gas.

本発明の気液接触膜モジュールは、本発明の気液接触膜及び/又は気液接触膜積層体によって内部空間を第1の空間と第2の空間に分離された容器から成り、第1の空間に外部空間からのガス入口とガス出口とを有し、第2の空間に外部空間からの液体入口と液体出口とを有するものである。また、上記気液接触膜モジュールのガス入口及び/またはガス出口、液体入口及び/または液体出口に、コック又は流量若しくは圧力調整用のバルブを設けることも好ましい。   The gas-liquid contact membrane module of the present invention comprises a container having an internal space separated into a first space and a second space by the gas-liquid contact membrane and / or gas-liquid contact film laminate of the present invention. The space has a gas inlet and a gas outlet from the external space, and the second space has a liquid inlet and a liquid outlet from the external space. It is also preferable to provide a cock or a valve for adjusting the flow rate or pressure at the gas inlet and / or gas outlet, liquid inlet and / or liquid outlet of the gas-liquid contact membrane module.

気液接触膜モジュールの容器の材料は、回収対象となる特定のガスを溶かす液体に対する耐腐食性があるものであれば、特に限定はされない。回収対象が二酸化炭素である場合は、耐アルカリ性の高い材質から成ることが好ましい。代表的なものとして、ポリテトラフルオロエチレン、4フッ化エチレン−パーフルオロアルコキシ3フッ化エチレン共重合体、4フッ化エチレン−6フッ化プロピレン共重合体、テフロン(登録商標)AF、ハイフロンAD(登録商標)、サイトップ(登録商標)等のフッ素樹脂、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、並びにそれらの共重合体等が、高い耐久性のために好ましい。   The material of the container of the gas-liquid contact membrane module is not particularly limited as long as it has corrosion resistance against a liquid that dissolves a specific gas to be collected. When the object to be recovered is carbon dioxide, it is preferably made of a material having high alkali resistance. Typical examples include polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene-perfluoroalkoxy trifluoride ethylene copolymer, tetrafluoroethylene-6 fluoropropylene copolymer, Teflon (registered trademark) AF, Hyflon AD ( Fluorine resins such as (registered trademark) and Cytop (registered trademark), polystyrene, polysulfone, polyethersulfone, polyethylene, polypropylene, polyphenylene sulfide, polyarylate, and copolymers thereof are preferred for high durability.

たとえば、図5に断面模式図を示した一態様においては、気液接触膜積層体11によって気液接触膜モジュールの内部空間が二分されており、ガス入口12とガス出口13、および液体入口14と液体出口15を有する。なお、図5では気液接触膜積層体を単純な形状として図示しているが、気液接触面積を大きくするために、このようなモジュールで公知の構造、たとえばスパイラル型、またはプリーツ型にしてもよい。   For example, in one mode in which the cross-sectional schematic diagram is shown in FIG. 5, the gas-liquid contact film module 11 divides the internal space of the gas-liquid contact film module into the gas inlet 12, the gas outlet 13, and the liquid inlet 14. And a liquid outlet 15. In FIG. 5, the gas-liquid contact film laminate is illustrated as a simple shape. However, in order to increase the gas-liquid contact area, a known structure such as a spiral type or a pleat type is used in such a module. Also good.

本発明のガス回収方法は、本発明の気液接触膜モジュールのガス入口から特定のガスを含む混合ガスを圧力をかけて流すとともに、本発明の気液接触膜モジュールの液体入口から該特定のガスを吸収する液体を流す(たとえば、圧送する)ことによって、気液接触膜の細孔を通して上記特定のガスを上記液体に吸収させることで行う。   The gas recovery method of the present invention allows a mixed gas containing a specific gas to flow from the gas inlet of the gas-liquid contact membrane module of the present invention under pressure, and the specific gas from the liquid inlet of the gas-liquid contact membrane module of the present invention. The liquid is absorbed by the liquid through the pores of the gas-liquid contact film by flowing (for example, pumping) a liquid that absorbs the gas.

本発明のガス回収方法は、特に二酸化炭素の回収に好適に使用できる。COを含む混合ガスに気液接触膜を介して接触させる液体はCO吸収剤を含む液体であることが好ましい(以下「CO吸収液」ともいう。)。CO吸収剤は、COのキャリアとなるものであり、COを吸収できるものであれば特に制限されるものではないが、好ましくはCO吸収剤として周知であるモノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等を挙げることができる。その他、2−アミノ−2−メチル−1−プロパノール等も用いることができる。これらは単独で、2種類を混合して、または3種類以上を混合して用いることができる。また、CO吸収剤を含むための液体は、特に限定されないが、水でもよい。つまり、CO吸収剤を含む水溶液をCO吸収液として使用することが好ましい。なお、吸収された二酸化炭素は、例えば加熱することで脱離させることができる。 The gas recovery method of the present invention can be suitably used particularly for recovering carbon dioxide. Liquid contacting through the gas-liquid contact layer in a mixed gas containing CO 2 is to be a liquid containing a CO 2 absorbent is preferable (hereinafter also referred to as "CO 2 absorbing solution".). CO 2 absorbent serves as a carrier of the CO 2, is not particularly limited as long as it can absorb the CO 2, monoethanolamine preferably known as CO 2 absorbent, diethanolamine, A triethanolamine etc. can be mentioned. In addition, 2-amino-2-methyl-1-propanol and the like can also be used. These may be used alone, in combination of two or in combination of three or more. The liquid for containing the CO 2 absorbent is not particularly limited, but may be water. In other words, it is preferable to use an aqueous solution containing a CO 2 absorbent as CO 2 absorbing solution. The absorbed carbon dioxide can be desorbed by heating, for example.

次に、二酸化炭素を含む混合ガスから二酸化炭素を回収する実施例に基づいて、本発明を更に具体的に説明するが、本発明はかかる実施例によって限定されるものではない。   Next, the present invention will be described more specifically based on an example in which carbon dioxide is recovered from a mixed gas containing carbon dioxide, but the present invention is not limited to such an example.

[鋳型、及び膜の構造観察]
走査型電子顕微鏡による観察:作製した鋳型、及び気液接触膜から任意の大きさに切り取った試料を導電性両面テープにより試料台に固定し、白金を3nm程度の厚みにスパッタリングして顕微鏡試料とした。高分解能走査型電子顕微鏡装置(日立株式会社製 S−3000N)を用い、加速電圧1.0kV、及び所定の倍率で試料の表面、及び断面を観察した。鋳型の凸部の径、鋳型及び膜の厚み、細孔径、細孔ピッチについて50箇所測定し、平均値を求めた。
[Observation of mold and film structure]
Observation with a scanning electron microscope: A sample cut to an arbitrary size from a prepared mold and a gas-liquid contact film is fixed to a sample stage with a conductive double-sided tape, and platinum is sputtered to a thickness of about 3 nm to form a microscope sample. did. Using a high-resolution scanning electron microscope apparatus (S-3000N, manufactured by Hitachi, Ltd.), the surface and cross section of the sample were observed at an acceleration voltage of 1.0 kV and a predetermined magnification. The average value was obtained by measuring 50 locations of the diameter of the convex portion of the mold, the thickness of the mold and membrane, the pore diameter, and the pore pitch.

原子間力顕微鏡による観察:作製した試料から任意の大きさに切り取った気液接触膜試料を両面テープにより試料台に固定し観察試料とした。原子間力顕微鏡(デジタルインスツルメント社製NanoScopeIII)を用い、Veeco社製のNCHVの探針を用いて所定の倍率で膜の表面形状を観察した。   Observation with an atomic force microscope: A gas-liquid contact film sample cut out to an arbitrary size from the prepared sample was fixed to a sample table with a double-sided tape to obtain an observation sample. Using an atomic force microscope (NanoScope III manufactured by Digital Instruments), the surface shape of the film was observed at a predetermined magnification using a NCHV probe manufactured by Veeco.

[膜厚]
多孔性フィルム基材:膜厚計(Mitutoyo社製 Digimatic Indicator IDF−130)を用いて測定した。異なる10点の箇所で測定し、平均値を求めた。
気液接触膜:走査型電子顕微鏡による気液接触膜の断面観察より膜厚を測定した。
[Thickness]
Porous film substrate: Measured using a film thickness meter (Digital Indicator IDF-130, manufactured by Mitutoyo). Measurements were made at 10 different points to obtain an average value.
Gas-liquid contact film: The film thickness was measured by cross-sectional observation of the gas-liquid contact film with a scanning electron microscope.

[気孔率]
走査型電子顕微鏡による膜の観察により、気液接触膜の測定範囲にある孔の体積を測定し、次式(2)によって気孔率を算出した。ここで、孔の体積は上面の直径がAであり、底面の直径がBであり、高さが膜の厚さに等しい円錐台形状と仮定して計算した。
気孔率(%)=(測定範囲内の孔の体積)/測定範囲の膜の体積×100・・・(2)
[Porosity]
The volume of the pores in the measurement range of the gas-liquid contact film was measured by observing the film with a scanning electron microscope, and the porosity was calculated by the following equation (2). Here, the volume of the hole was calculated on the assumption that the diameter of the upper surface is A, the diameter of the bottom surface is B, and the height is a truncated cone shape equal to the thickness of the membrane.
Porosity (%) = (pore volume in measurement range) / volume of membrane in measurement range × 100 (2)

[CO濃度]
CO吸収液に回収されたCO濃度をガスクロマトグラフィーで測定した。
[CO 2 concentration]
The CO 2 concentration recovered to CO 2 absorbing solution was measured by gas chromatography.

<実施例1>
0.3Mシュウ酸を電解液として用い、化成電圧60Vで、純度99.99%のアルミニウム板に50秒間陽極酸化を行った。その後、2重量%リン酸30℃中に10分間浸漬し、孔径拡大処理を行った。この操作を5回繰り返し、縦横ともに200mmで、細孔ピッチ300nm、細孔径開口部0.2μm、孔の深さ0.3μmのテーパー形状細孔を有する陽極酸化ポーラスアルミナから成る第1の鋳型を得た。
<Example 1>
Anodization was performed for 50 seconds on an aluminum plate having a purity of 99.99% at a formation voltage of 60 V using 0.3 M oxalic acid as the electrolyte. Thereafter, the film was immersed in 2% by weight phosphoric acid at 30 ° C. for 10 minutes to carry out pore size expansion treatment. This operation was repeated 5 times, and a first mold made of anodized porous alumina having tapered pores having a pore pitch of 300 nm, a pore diameter opening of 0.2 μm, and a pore depth of 0.3 μm at 200 mm both vertically and horizontally was prepared. Obtained.

次にこの第1の鋳型の電鋳を行った。まず、ニッケルスパッタにより表面電極処理を行い、その上にニッケルの電気メッキを施した。金属メッキを鋳型から剥離することによって、ニッケルから成る第2の鋳型を得た。   Next, the first mold was electroformed. First, surface electrode treatment was performed by nickel sputtering, and nickel electroplating was performed thereon. A second mold made of nickel was obtained by peeling the metal plating from the mold.

得られた第2の鋳型を、蒸留水中で十分に洗浄した。事前に調製したポリスルホン(帝人アモコ社製、UDEL−P3500)のN−メチルピロリドン溶液2wt%をこの第2の鋳型にスピンコートし、80℃で乾燥し、第2の鋳型上に厚さ0.4μmのCO回収用気液接触膜前駆体を形成した。CO回収用気液接触膜前駆体の表面にある残膜をプラズマエッチングにより厚さ0.15μm程度除去した。 The obtained second mold was thoroughly washed in distilled water. A pre-prepared polysulfone (manufactured by Teijin Amoco, UDEL-P3500) in an N-methylpyrrolidone solution of 2 wt% was spin-coated on this second mold, dried at 80 ° C., and a thickness of 0.02 on the second mold. A 4 μm gas-liquid contact film precursor for CO 2 recovery was formed. The residual film on the surface of the gas-liquid contact film precursor for CO 2 recovery was removed by plasma etching to a thickness of about 0.15 μm.

多孔性フィルム基材として縦横ともに200mmのポリプロピレン不織布(シンテックス(登録商標)MB MO18YY 三井化学株式会社製)を用いて第2の鋳型上の薄膜と160℃(ポリスルホンの熱変形温度は約175℃、ポリプロピレンの融点は約160℃)で熱融着させることによって、第2の鋳型からの薄膜の剥離及び多孔性フィルム基材との積層を同時に行い、ポリプロピレン不織布上にポリスルホンから成るCO回収用気液接触膜が積層されたCO回収用気液接触膜積層体を得た。この積層体の厚みは157μmであった。 Using a polypropylene non-woven fabric (Syntex (registered trademark) MB MO18YY manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.) of 200 mm in both length and width as the porous film substrate, the thin film on the second mold and 160 ° C. (the heat distortion temperature of polysulfone is about 175 ° C. by melting point of the polypropylene is thermally fusing at about 160 ° C.), performs lamination with peeling and porous film substrate of the thin film from the second mold at the same time, CO 2 for recovering consisting polysulfone onto a polypropylene nonwoven gas-liquid contact layer was obtained CO 2 recovery gas-liquid contact film laminate are laminated. The thickness of this laminated body was 157 μm.

このCO回収用気液接触膜を電子顕微鏡及び原子間力顕微鏡で解析したところ、空孔率40%、細孔径は50個測定して最小値0.18μm、最大値0.23μm、平均値0.21μm、標準偏差0.02であった。膜厚は平均値0.25μmであった。 The gas-liquid contact membrane for CO 2 recovery was analyzed with an electron microscope and an atomic force microscope. As a result, the porosity was 40%, and the pore diameter was 50. The minimum value was 0.18 μm, the maximum value was 0.23 μm, and the average value. The standard deviation was 0.21 μm. The average film thickness was 0.25 μm.

次にこの気液接触膜積層体を5cm×20cmに切り出し、図5に示すような平膜モジュールを作製し、CO回収試験を実施した。有効膜面積は76cmであった。 Then cut out the gas-liquid contact layer laminate 5 cm × 20 cm, to produce a flat sheet membrane module shown in FIG. 5, it was carried out CO 2 recovery test. Effective membrane area was 76cm 2.

図5ではCO吸収液を液体入口14から入れて液体出口15から出す。このとき液体出口15側の調圧弁(図示しない)でCO回収用気液接触膜積層体11にかかる圧力を調整する。またCOを含む混合ガスをガス入口12から入れてガス出口13から出す。このときガス出口13側の調圧弁(図示しない)でCO回収用気液接触膜積層体11にかかる圧力を調整してCO吸収液にCOを溶解させる。 In FIG. 5, the CO 2 absorbing liquid is introduced from the liquid inlet 14 and is discharged from the liquid outlet 15. At this time, the pressure applied to the gas-liquid contact film laminate 11 for CO 2 recovery is adjusted by a pressure regulating valve (not shown) on the liquid outlet 15 side. Further, a mixed gas containing CO 2 is introduced from the gas inlet 12 and discharged from the gas outlet 13. At this time, the pressure applied to the gas-liquid contact film laminate 11 for CO 2 recovery is adjusted by a pressure regulating valve (not shown) on the gas outlet 13 side to dissolve CO 2 in the CO 2 absorbing liquid.

図5のモジュールにおいて、液体入口14からCO吸収液として30wt%モノエタノールアミン水溶液を気相側に漏出しない限界の圧力をかけ、流量0.2l/分で流し、一方ガス入口12から混合ガスとしてN:CO=9:1のガスをCO吸収液側にバブリングしない限界の圧力で通気した。CO吸収液の圧力は0.21kg/cm、混合ガスの圧力は0.21kg/cm、液温および混合ガス温度は25℃であった。液体出口15から採取したCO吸収液のCO濃度を測定した結果、COの回収率は85%であった。 In the module of FIG. 5, a 30 wt% monoethanolamine aqueous solution as a CO 2 absorbing solution is applied from the liquid inlet 14 to the gas phase side and is flowed at a flow rate of 0.2 l / min. As a gas, N 2 : CO 2 = 9: 1 was aerated at a limit pressure that does not cause bubbling to the CO 2 absorbent side. The pressure of the CO 2 absorbing liquid was 0.21 kg / cm 2 , the pressure of the mixed gas was 0.21 kg / cm 2 , and the liquid temperature and the mixed gas temperature were 25 ° C. As a result of measuring the CO 2 concentration of the CO 2 absorbing solution collected from the liquid outlet 15, the CO 2 recovery rate was 85%.

<実施例2>
平滑に研磨された縦横ともに200mmのガラス板上にポジ型のフォトレジストを厚み300nmで塗布してフォトレジスト付基板を得た。TEM00モードのアルゴンレーザ(波長364nm)から出射される光をミラーで2分割して45度の角度で2方向から照射して重ね合わせることで干渉縞を形成させ、形成された干渉縞を120度間隔で3方向からフォトレジスト付基板に照射してフォトレジストを露光した。露光後、現像を行い、未硬化部を除去することによって、第3の鋳型を得た。
<Example 2>
A positive photoresist was applied at a thickness of 300 nm on a smooth and polished glass plate of 200 mm in both length and width to obtain a substrate with a photoresist. The light emitted from the TEM00 mode argon laser (wavelength 364 nm) is divided into two by a mirror and irradiated from two directions at an angle of 45 degrees to form an interference fringe, and the formed interference fringe is 120 degrees. The photoresist was exposed by irradiating the substrate with the photoresist from three directions at intervals. After the exposure, development was performed to remove the uncured portion, thereby obtaining a third mold.

この第3の鋳型の突起はピッチ260nmで、凸部の径は底部で250nm、頂部で120nmであり、高さは300nmであった。   The projections of the third mold had a pitch of 260 nm, the diameter of the convex portion was 250 nm at the bottom, 120 nm at the top, and the height was 300 nm.

次にこの第3の鋳型の電鋳を行った。まず、ニッケルスパッタにより表面電極処理を行った。その上にニッケルの電気メッキを施し、金属メッキを第3の鋳型から剥離することによって、第3の鋳型の凹凸構造を反転して転写された第1の鋳型を得た。   Next, this third mold was electroformed. First, surface electrode treatment was performed by nickel sputtering. Then, electroplating of nickel was performed, and the metal plating was peeled off from the third mold, whereby the transferred first mold was obtained by inverting the uneven structure of the third mold.

次に第二の電鋳の剥離のための処理として、第1の鋳型の表面を酸化処理して金属の酸化被膜を形成した。そして、電鋳として第1の鋳型の表面にニッケルメッキを施した。第1の鋳型から金属メッキを剥離して第2の鋳型を得ることができた。この第2の鋳型は第1の鋳型を原盤として作製されるため、壊れても補充が可能である。   Next, as a treatment for peeling off the second electroforming, the surface of the first mold was oxidized to form a metal oxide film. Then, nickel plating was applied to the surface of the first mold as electroforming. The metal mold was peeled from the first mold to obtain a second mold. Since the second mold is produced using the first mold as a master, it can be replenished even if it is broken.

事前に調製したポリスルホン(帝人アモコ社製、UDEL−P3500)のN−メチルピロリドン溶液2wt%をこの第2の鋳型にスピンコートし、80℃で乾燥し、厚さ0.4μmのCO回収用気液接触膜前駆体を第2の鋳型上に得た。 2 wt% of a pre-prepared polysulfone (manufactured by Teijin Amoco, UDEL-P3500) with 2 wt% N-methylpyrrolidone solution is spin-coated on this second mold, dried at 80 ° C., and for 0.4 μm thick CO 2 recovery A gas-liquid contact film precursor was obtained on the second template.

次に縦横ともに200mmに切出したフィックスフィルムHG−1(フジコピアン(株)社製)を張り合わせ、剥がすことによりCO回収用気液接触膜前駆体を金型から離型した。 Next, the fix film HG-1 (manufactured by Fuji Copian Co., Ltd.) cut out to 200 mm in both length and width was attached and peeled to release the gas-liquid contact film precursor for CO 2 recovery from the mold.

多孔性フィルム基材としてポリプロピレン不織布(シンテックス(登録商標)MB MO18YY 三井化学株式会社製)を縦横ともに200mmに切出して金型から離型したCO回収用気液接触膜前駆体と重ね合わせた。160℃で加熱してCO回収用気液接触膜前駆体と多孔性フィルム基材とを熱融着させた後フィックスフィルムHG−1を剥離した。CO回収用気液接触膜前駆体の表面にある残膜をプラズマエッチングにより厚さ0.15μm程度除去してCO回収用気液接触膜積層体を得た。この積層体の厚みは158μmであった。 Polypropylene nonwoven fabric (Syntex (registered trademark) MB MO18YY manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.) as a porous film base material was cut into 200 mm both vertically and horizontally and overlapped with the gas-liquid contact film precursor for CO 2 recovery released from the mold. . The fix film HG-1 was peeled off after heat-sealing the gas-liquid contact film precursor for CO 2 recovery and the porous film substrate by heating at 160 ° C. The residual film on the surface of the CO 2 recovery gas-liquid contact film precursor was removed by plasma etching to a thickness of about 0.15 μm to obtain a CO 2 recovery gas-liquid contact film laminate. The thickness of this laminated body was 158 μm.

このCO回収用気液接触膜を電子顕微鏡及び原子間力顕微鏡で解析したところ、空孔率48%、細孔径は50個測定して最小値0.17μm、最大値0.24μm、平均値0.22μm、標準偏差0.02であった。膜厚は平均値0.26μmであった。 The gas-liquid contact film for CO 2 recovery was analyzed with an electron microscope and an atomic force microscope. As a result, the porosity was 48%, and the pore diameter was 50. The minimum value was 0.17 μm, the maximum value was 0.24 μm, and the average value. The standard deviation was 0.22 μm. The average film thickness was 0.26 μm.

次にこの気液接触膜積層体を5cm×20cmに切り出し、図5に示すような平膜モジュールを作製し、CO回収を実施した。有効膜面積は76cmであった。 Then cut out the gas-liquid contact layer laminate 5 cm × 20 cm, to produce a flat sheet membrane module shown in FIG. 5, it was carried out the CO 2 recovery. Effective membrane area was 76cm 2.

図5のモジュールにおいて、液体入口14からCO吸収液として30wt%モノエタノールアミン水溶液を気相側に漏出しない限界の圧力をかけ、流量0.2l/分で流し、一方ガス入口12から混合ガスとしてN:CO=9:1のガスをCO吸収液側にバブリングしない限界の圧力で通気した。CO吸収液の圧力は0.22kg/cm、混合ガスの圧力は0.22kg/cm、液温および混合ガス温度は25℃であった。液体出口15から採取したCO吸収液のCO濃度を測定した結果、COの回収率は89%であった。 In the module of FIG. 5, a 30 wt% monoethanolamine aqueous solution as a CO 2 absorbing solution is applied from the liquid inlet 14 to the gas phase side and is flowed at a flow rate of 0.2 l / min. As a gas, N 2 : CO 2 = 9: 1 was aerated at a limit pressure that does not cause bubbling to the CO 2 absorbent side. The pressure of the CO 2 absorbing liquid was 0.22 kg / cm 2 , the pressure of the mixed gas was 0.22 kg / cm 2 , and the liquid temperature and the mixed gas temperature were 25 ° C. As a result of measuring the CO 2 concentration of the CO 2 absorbing solution collected from the liquid outlet 15, the CO 2 recovery rate was 89%.

<比較例1>
ポリスルホン(帝人アモコ社製、UDEL−P3500)19重量部、ジメチルスルホキシド31重量部、ポリエチレングリコール(分子量200)19重量部を混合した製膜溶液を50℃下で35℃の内部凝固液(水/ジメチルスルホキシド/ポリエチレングリコール=21/50/29重量部)とともに二重管ノズルに吐出させ、75℃の凝固浴中で凝固させて中空糸膜を作製した。中空糸膜の外径は1.2mm、内径は1.0mmであった。
<Comparative Example 1>
A film-forming solution in which 19 parts by weight of polysulfone (manufactured by Teijin Amoco, UDEL-P3500), 31 parts by weight of dimethyl sulfoxide, and 19 parts by weight of polyethylene glycol (molecular weight 200) was mixed at 35 ° C. with an internal coagulation liquid (water / Dimethyl sulfoxide / polyethylene glycol = 21/50/29 parts by weight) was discharged into a double tube nozzle and coagulated in a coagulation bath at 75 ° C to produce a hollow fiber membrane. The outer diameter of the hollow fiber membrane was 1.2 mm, and the inner diameter was 1.0 mm.

得られた中空糸を電子顕微鏡及び原子間力顕微鏡で解析したところ、空孔率40%、細孔径は50個測定して最小値0.03μm、最大値1.25μm、平均値0.21μm、標準偏差0.20であった。膜厚は平均値100μmであった。   When the obtained hollow fiber was analyzed with an electron microscope and an atomic force microscope, the porosity was 40%, the pore diameter was 50, the minimum value was 0.03 μm, the maximum value was 1.25 μm, the average value was 0.21 μm, The standard deviation was 0.20. The average film thickness was 100 μm.

長さ1mに切り出した中空糸(16)を100本使用して、図6に示すような中空糸膜モジュールを作製し、CO回収試験を実施した。有効膜面積は75cmであった。 Using 100 hollow fibers (16) cut to a length of 1 m, a hollow fiber membrane module as shown in FIG. 6 was produced, and a CO 2 recovery test was performed. Effective membrane area was 75 cm 2.

図6の中空糸膜モジュールにおいて、液体入口19からCO吸収液として30wt%モノエタノールアミン水溶液を気相側に漏出しない限界の圧力をかけ、流量0.2l/分で流し、一方ガス入口17から混合ガスとしてN:CO=9:1のガスをCO吸収液側にバブリングしない限界の圧力で通気した。CO吸収液の圧力は0.21kg/cm、混合ガスの圧力は0.11kg/cm、液温および混合ガス温度は25℃であった。液体出口20から採取したCO吸収液のCO濃度を測定した結果、COの回収率は42%であった。 In the hollow fiber membrane module of FIG. 6, a 30 wt% aqueous solution of monoethanolamine as a CO 2 absorbing solution is applied from the liquid inlet 19 to the gas phase side and flows at a flow rate of 0.2 l / min. From the above, a gas of N 2 : CO 2 = 9: 1 as a mixed gas was vented to the CO 2 absorbing liquid side at a pressure at which it was not bubbled. Pressure CO 2 absorbing solution is 0.21 kg / cm 2, pressure of the mixed gas is 0.11 kg / cm 2, the liquid temperature and the gas mixture temperature was 25 ° C.. As a result of measuring the CO 2 concentration of the CO 2 absorbent collected from the liquid outlet 20, the CO 2 recovery was 42%.

<比較例2>
ポリスルホン(帝人アモコ社製、UDEL−P3500)19重量部、ジメチルスルホキシド31重量部、ポリエチレングリコール(分子量200)19重量部を混合した製膜溶液を50℃下で25cm×25cmのガラス板上にドクターブレードで流延し、35℃の凝固液(水/ジメチルスルホキシド/ポリエチレングリコール=21/50/29重量部)中に浸漬し、75℃の凝固浴中で凝固させて平膜を作製した。
<Comparative example 2>
A film-forming solution in which 19 parts by weight of polysulfone (manufactured by Teijin Amoco, UDEL-P3500), 31 parts by weight of dimethyl sulfoxide, and 19 parts by weight of polyethylene glycol (molecular weight 200) was mixed on a glass plate of 25 cm × 25 cm at 50 ° C. The flat film was produced by casting with a blade, dipping in a coagulation liquid at 35 ° C. (water / dimethyl sulfoxide / polyethylene glycol = 21/50/29 parts by weight), and coagulating in a coagulation bath at 75 ° C.

得られた平膜を電子顕微鏡及び原子間力顕微鏡で解析したところ、空孔率40%、細孔径は50個測定して最小値0.03μm、最大値1.23μm、平均値0.20μm、標準偏差0.19であった。膜厚は平均値150μmであった。   When the obtained flat film was analyzed with an electron microscope and an atomic force microscope, the porosity was 40%, the pore diameter was 50, the minimum value was 0.03 μm, the maximum value was 1.23 μm, the average value was 0.20 μm, The standard deviation was 0.19. The average film thickness was 150 μm.

平膜の大きさは5cm×20cmであった。この平膜(21)を用いて図7に示すような平膜モジュールを作製し、CO回収試験を実施した。有効膜面積は76cmであった。 The size of the flat membrane was 5 cm × 20 cm. Using this flat membrane (21), a flat membrane module as shown in FIG. 7 was produced, and a CO 2 recovery test was conducted. Effective membrane area was 76cm 2.

図7の平膜モジュールにおいて、液体入口24からCO吸収液として30wt%モノエタノールアミン水溶液を気相側に漏出しない限界の圧力をかけ、流量0.2l/分で流し、一方ガス入口22から混合ガスとしてN:CO=9:1のガスをCO吸収液側にバブリングしない限界の圧力で通気した。CO吸収液の圧力は0.20kg/cm、混合ガスの圧力は0.10kg/cm、液温および混合ガス温度は25℃であった。液体出口25から採取したCO吸収液のCO濃度を測定した結果、COの回収率は38%であった。 In the flat membrane module of FIG. 7, a 30 wt% monoethanolamine aqueous solution as a CO 2 absorbing solution is applied from the liquid inlet 24 to a limit pressure that does not leak to the gas phase side, and is flowed at a flow rate of 0.2 l / min. As a mixed gas, a gas of N 2 : CO 2 = 9: 1 was aerated at a limit pressure that does not cause bubbling to the CO 2 absorbent side. The pressure of the CO 2 absorbing liquid was 0.20 kg / cm 2 , the pressure of the mixed gas was 0.10 kg / cm 2 , and the liquid temperature and the mixed gas temperature were 25 ° C. As a result of measuring the CO 2 concentration of the CO 2 absorbent collected from the liquid outlet 25, the CO 2 recovery rate was 38%.

本発明の気液接触膜は混合ガスの分離回収、特にCO回収の分野で好適に使用できる。 The gas-liquid contact membrane of the present invention can be suitably used in the field of separation and recovery of mixed gas, particularly CO 2 recovery.

1 第1の製造方法による第2の鋳型
2 アルミニウム
3 陽極酸化ポーラスアルミナ
4 細孔
5 気液接触膜
6 多孔性フィルム基材
7 基板
8 テーパー形状の突起から成る凸部
8a 凸部の頂上部
8b 凸部の底部
9 第2の製造方法による第3の鋳型
10 第2の製造方法による第1の鋳型
11 実施例1および2で用いたモジュールのCO回収用気液接触膜積層体(平膜)
12 実施例1および2で用いたモジュールのガス入口
13 実施例1および2で用いたモジュールのガス出口
14 実施例1および2で用いたモジュールの液体入口
15 実施例1および2で用いたモジュールの液体出口
16 比較例1で用いたモジュールのCO回収用気液接触膜(中空糸膜)
17 比較例1で用いたモジュールのガス入口
18 比較例1で用いたモジュールのガス出口
19 比較例1で用いたモジュールの液体入口
20 比較例1で用いたモジュールの液体出口
21 比較例2で用いたモジュールのCO回収用気液接触膜(平膜)
22 比較例2で用いたモジュールのガス入口
23 比較例2で用いたモジュールのガス出口
24 比較例2で用いたモジュールの液体入口
25 比較例2で用いたモジュールの液体出口
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 2nd casting_mold | template by a 1st manufacturing method 2 Aluminum 3 Anodized porous alumina 4 Pore 5 Gas-liquid contact film 6 Porous film base material 7 Substrate 8 Convex part which consists of a taper-shaped protrusion 8a Top part of convex part 8b The bottom part of the convex part 9 The third mold 10 by the second manufacturing method 10 The first mold 11 by the second manufacturing method 11 The gas-liquid contact film laminated body (flat film) for CO 2 recovery of the module used in Examples 1 and 2 )
12 Gas inlet of the module used in Examples 1 and 2 13 Gas outlet of the module used in Examples 1 and 2 14 Liquid inlet of the module used in Examples 1 and 2 15 of the module used in Examples 1 and 2 Liquid outlet 16 Gas-liquid contact membrane (hollow fiber membrane) for CO 2 recovery of the module used in Comparative Example 1
17 Gas inlet of the module used in Comparative Example 1 18 Gas outlet of the module used in Comparative Example 1 19 Liquid inlet of the module used in Comparative Example 1 20 Liquid outlet of the module used in Comparative Example 1 21 Used in Comparative Example 2 Gas-liquid contact membrane (flat membrane) for CO 2 recovery
22 Gas inlet of the module used in Comparative Example 2 23 Gas outlet of the module used in Comparative Example 2 24 Liquid inlet of the module used in Comparative Example 2 25 Liquid outlet of the module used in Comparative Example 2

Claims (10)

細孔を有する気液接触膜であって、該細孔の細孔ピッチが30〜1000nmであり、該細孔の細孔径が10〜300nmであり、該気液接触膜の厚さが30〜1000nmであり、かつ該細孔の孔径分布における標準偏差が平均値の30%以下である、気液接触膜。   A gas-liquid contact membrane having pores, wherein the pore pitch of the pores is 30 to 1000 nm, the pore diameter of the pores is 10 to 300 nm, and the thickness of the gas-liquid contact membrane is 30 to A gas-liquid contact membrane having a thickness of 1000 nm and a standard deviation in the pore size distribution of the pores of 30% or less of the average value. 細孔から成る凹部を有する第1の鋳型の凹凸を第2の鋳型に転写する工程、及び
該第2の鋳型の凹凸を高分子から成る膜に転写する工程
を含む、請求項1に記載の気液接触膜の製造方法。
2. The method according to claim 1, comprising the steps of: transferring the irregularities of the first mold having recesses made of pores to a second mold; and transferring the irregularities of the second template to a film made of a polymer. A method for producing a gas-liquid contact film.
前記細孔から成る凹部を有する第1の鋳型が、アルミニウム板を陽極酸化することにより作製される、請求項2に記載の製造方法。   The manufacturing method of Claim 2 with which the 1st casting_mold | template which has the recessed part which consists of the said pore is produced by anodizing an aluminum plate. 突起から成る凸部を有する第3の鋳型の凹凸を第1の鋳型に転写する工程、
該第1の鋳型の凹凸を第2の鋳型に転写する工程、及び
該第2の鋳型の凹凸を高分子から成る膜に転写する工程
を含む、請求項1に記載の気液接触膜の製造方法。
A step of transferring the irregularities of the third mold having projections made of protrusions to the first mold;
2. The production of the gas-liquid contact film according to claim 1, comprising the steps of: transferring the irregularities of the first template to a second template; and transferring the irregularities of the second template to a film made of a polymer. Method.
前記突起から成る凸部を有する第3の鋳型が、基板上に積層されたフォトレジスト層を干渉露光して現像することにより作製される、請求項4に記載の製造方法。   5. The manufacturing method according to claim 4, wherein the third mold having the convex portion formed of the protrusion is produced by developing the photoresist layer laminated on the substrate by interference exposure. 請求項1に記載の気液接触膜と多孔性フィルム基材とを積層させて成る気液接触膜積層体。   A gas-liquid contact film laminate obtained by laminating the gas-liquid contact film according to claim 1 and a porous film substrate. 請求項1に記載の気液接触膜と多孔性フィルム基材とを積層する工程、及び
加熱により該気液接触膜および/または該多孔性フィルム基材を融かして両者を融着させる工程
を含む気液接触膜積層体の製造方法。
A step of laminating the gas-liquid contact film according to claim 1 and a porous film substrate, and a step of fusing the gas-liquid contact film and / or the porous film substrate by heating and fusing them together The manufacturing method of the gas-liquid contact film | membrane laminated body containing this.
請求項1に記載の気液接触膜または請求項6に記載の気液接触膜積層体によって内部空間を第1の空間と第2の空間に分離された容器から成り、第1の空間に外部空間からのガス入口とガス出口とを有し、第2の空間に外部空間からの液体入口と液体出口とを有する気液接触膜モジュール。   The gas-liquid contact film according to claim 1 or the gas-liquid contact film laminate according to claim 6 comprises a container in which the internal space is separated into a first space and a second space, A gas-liquid contact membrane module having a gas inlet and a gas outlet from a space and having a liquid inlet and a liquid outlet from an external space in a second space. 請求項8に記載の気液接触膜モジュールのガス入口からガス出口に向かって特定のガスを含む混合ガスを流すとともに、液体入口から液体出口に向かって該特定のガスを吸収する液体を流すことによって、該液体に該特定のガスを吸収させる工程を含むガス回収方法。   9. A mixed gas containing a specific gas flows from the gas inlet to the gas outlet of the gas-liquid contact membrane module according to claim 8, and a liquid that absorbs the specific gas flows from the liquid inlet to the liquid outlet. A gas recovery method including the step of causing the liquid to absorb the specific gas. 前記特定のガスが二酸化炭素である請求項9記載の方法。   The method according to claim 9, wherein the specific gas is carbon dioxide.
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