JP2018130699A - 分離膜及び分離膜モジュール - Google Patents
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- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
Description
<1> ガス供給側に供給されるガス中の二酸化炭素をガス透過側に透過させて二酸化炭素を分離する分離機能層と、前記分離機能層の前記ガス供給側に配置された親水性多孔膜と、を備える分離膜。
<2> 前記分離機能層は、吸水性を有する有機高分子と、二酸化炭素と親和性を有し、かつ水溶性を示す二酸化炭素キャリアとを含む有機高分子膜である<1>に記載の分離膜。
<3> 前記二酸化炭素キャリアは、アルカリ金属塩、アルカリ金属水酸化物、アンモニア、アンモニウム塩、アミン、アミン塩、ポリアミン、及びアミノ酸からなる群より選択される少なくとも一つを含む<2>に記載の分離膜。
<4> 前記吸水性を有する有機高分子は、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリビニルアルコール−ポリアクリル酸塩共重合体及びポリエチレングリコールからなる群より選択される少なくとも一つを含む<2>又は<3>に記載の分離膜。
<5> 前記分離機能層の前記ガス透過側に配置された多孔質支持層を更に備える<1>〜<4>のいずれか1つに記載の分離膜。
<6> 前記親水性多孔膜の前記ガス供給側に配置された疎水性多孔膜を更に備える<1>〜<5>のいずれか1つに記載の分離膜。
<7> 前記疎水性多孔膜の厚さは、2μm〜200μmである<6>に記載の分離膜。
<8> 前記親水性多孔膜は、親水化処理された、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニル、ポリエチレン及びポリプロピレンからなる群より選択される少なくとも一つを含む<1>〜<7>のいずれか1つに記載の分離膜。
<9> 前記親水性多孔膜の厚さは、1μm〜200μmである<1>〜<8>のいずれか1つに記載の分離膜。
<10> <1>〜<9>のいずれか1つに記載の分離膜を備える分離膜モジュール。
以下、本発明の分離膜の一実施形態について図1を用いて説明する。図1は、第1実施形態に係る分離膜を示す概略構成図である。
第1実施形態に係る分離膜10は、ガス供給側に供給されるガス中の二酸化炭素をガス透過側に透過させて二酸化炭素を分離する分離機能層2と、分離機能層2のガス供給側に配置された親水性多孔膜1と、を備える。これにより、分離膜10は、分離機能層2のガス供給側に親水性多孔膜1が配置されていない分離膜と比較して二酸化炭素透過性が向上している。この理由は、炭酸ガスと分離機能層成分とが反応し重炭酸イオンとなって二酸化炭素が透過するが、分離機能層2の一部、及びCO2と反応する二酸化炭素キャリアの少なくとも一方が親水性多孔膜1の孔部に入り込み、分離機能層2と親水性多孔膜1との接触面積が増加することにより、反応性が向上して重炭酸イオンが発生しやすくなるためであると推定される。
また、分離膜が後述する多孔質支持層を備える場合、分離機能層の厚さは、二酸化炭素透過性を好適に確保する観点から、100nm〜100μmであることが好ましく、100nm〜50μmであることがより好ましい。
また、親水性多孔膜における水の保持率(100×水の保持質量/(水の保持質量+親水性多孔膜の質量)は、40質量%〜90質量%であることが好ましく、50質量%〜80質量%であることがより好ましい。
以下、本発明の第2実施形態に係る分離膜20について図2を用いて説明する。図2は、第2実施形態に係る分離膜を示す概略構成図である。第2実施形態に係る分離膜20は、親水性多孔膜1のガス供給側に疎水性多孔膜4が配置されている点で第1実施形態に係る分離膜10と相違する。なお、本実施形態では、第1実施形態と同様の構成については、同一の符号を付しており、その詳細な説明を省略する。
本実施形態に係る分離膜モジュールは、前述の分離膜を備えている。本実施形態に係る分離膜モジュールは、前述の分離膜を備え、ガス供給側に供給されるガス中の二酸化炭素をガス透過側に透過させて二酸化炭素を分離する。
親水性ポリマーであるポリエチレングリコールジグリシジルエーテル(Poly−EGDGE)により架橋した親水性高分子(ポリアクリル酸)をマトリックスとし、二酸化炭素キャリアである炭酸セシウムを含有した膜(有効膜面積8.04cm2)を分離機能層とした。次に、分画分子量30万のPES(ポリエーテルスルホン)限外ろ過膜(メルクミリポア社製、バイオマックス)を多孔質支持層として、分離機能層の一方の面上に配置した。また、分離機能層のもう一方の面上に、親水性多孔膜(メルクミリポア社製、VVLP04700、Durapore(登録商標) PVDF 孔径0.1μm、厚さ125μm)及び疎水性多孔膜(メルクミリポア社製、GVHP04700、Durapore(登録商標) PVDF 孔径0.22μm、厚さ125μm)をこの順番で配置し、分離膜を作製した。作製した分離膜は、ガス供給側から順に、疎水性多孔膜(疎水性PVDF)、親水性多孔膜(親水性PVDF)、分離機能層、及び多孔質支持層を備える。
次に、分離膜のガス供給側(疎水性多孔質膜側)に、120kPa(abs)で、湿度59.6%のCO2/He混合ガスをドライベースで100Nml/min導入し、分離膜のガス透過側(多孔質支持層側)に、大気圧で、ドライArを100Nml/min導入し、CO2/He混合ガス中のCO2濃度を変化させたときのCO2の透過流速、H2Oの透過流速及び透過係数比α(PCO2/PHe)を測定した。
結果を図3〜図5に示す。
親水性多孔膜を設けていない点以外は、実施例1と同様にして分離膜を作製した。作製した分離膜は、ガス供給側から順に、疎水性多孔膜(疎水性PVDF)、分離機能層、及び多孔質支持層を備える。
次に、実施例1と同様にしてCO2の透過流速、H2Oの透過流速及び透過係数比α(PCO2/PHe)を測定した。
結果を図3〜図5に示す。
1 親水性多孔膜
2 分離機能層
3 多孔質支持層
4 疎水性多孔膜
Claims (10)
- ガス供給側に供給されるガス中の二酸化炭素をガス透過側に透過させて二酸化炭素を分離する分離機能層と、
前記分離機能層の前記ガス供給側に配置された親水性多孔膜と、
を備える分離膜。 - 前記分離機能層は、吸水性を有する有機高分子と、二酸化炭素と親和性を有し、かつ水溶性を示す二酸化炭素キャリアとを含む有機高分子膜である請求項1に記載の分離膜。
- 前記二酸化炭素キャリアは、アルカリ金属塩、アルカリ金属水酸化物、アンモニア、アンモニウム塩、アミン、アミン塩、ポリアミン、及びアミノ酸からなる群より選択される少なくとも一つを含む請求項2に記載の分離膜。
- 前記吸水性を有する有機高分子は、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリビニルアルコール−ポリアクリル酸塩共重合体及びポリエチレングリコールからなる群より選択される少なくとも一つを含む請求項2又は請求項3に記載の分離膜。
- 前記分離機能層の前記ガス透過側に配置された多孔質支持層を更に備える請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の分離膜。
- 前記親水性多孔膜の前記ガス供給側に配置された疎水性多孔膜を更に備える請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の分離膜。
- 前記疎水性多孔膜の厚さは、2μm〜200μmである請求項6に記載の分離膜。
- 前記親水性多孔膜は、親水化処理された、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニル、ポリエチレン及びポリプロピレンからなる群より選択される少なくとも一つを含む請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の分離膜。
- 前記親水性多孔膜の厚さは、1μm〜200μmである請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の分離膜。
- 請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載の分離膜を備える分離膜モジュール。
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