JP2019018167A - Gas separation membrane - Google Patents

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Masato Mikawa
正人 美河
泰孝 栗下
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泰孝 栗下
橋本 知孝
Tomotaka Hashimoto
知孝 橋本
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Abstract

To provide a gas separation membrane in which water is hard to be condensed in a hole of a porous support.SOLUTION: A gas separation membrane has a porous support with an open hole and a gas separation active layer which is located on the porous support. In the membrane, the porous support has a water-repellent agent on at least a part of a surface of the porous support and/or at least a part of a surface of the open hole. It is preferable that the porous support has the water-repellent agent on at least a part of the surface of the porous support, and a contact angle at the time of dropping pure water of 2 μL onto the porous support is 95° to 150°.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、原料ガス中に含まれる目的のガス成分を、膜分離を用いて分離するためのガス分離膜に関するものである。   The present invention relates to a gas separation membrane for separating a target gas component contained in a raw material gas using membrane separation.

ガス分離膜による気体の分離濃縮は、蒸留法、高圧吸着法などと比べ、エネルギー効率に優れ、かつ安全性の高い方法である。最近では、ガス分離膜を用いて、合成ガス、天然ガスなどから温室効果ガスである二酸化炭素を除去回収する方法についても、盛んに検討が行われている(特許文献1、2、3など)。
ガス分離膜の一般的な形態は、多孔質支持体の表面上にガス分離能を有するガス分離活性層を配置した構成を有する。この形態は、膜にある程度の強度を付与しつつ、気体の透過量を多くすることに有効である。この場合の分離層は、非多孔質の高分子を含有する層であることが多い。
Gas separation / concentration with a gas separation membrane is an energy efficient and highly safe method compared to distillation, high pressure adsorption, and the like. Recently, a method for removing and recovering carbon dioxide, which is a greenhouse gas from synthesis gas, natural gas, and the like using a gas separation membrane, has been actively studied (Patent Documents 1, 2, 3, etc.). .
A general form of the gas separation membrane has a configuration in which a gas separation active layer having gas separation ability is disposed on the surface of a porous support. This configuration is effective for increasing the amount of gas permeation while giving a certain degree of strength to the membrane. The separation layer in this case is often a layer containing a non-porous polymer.

一般に、ガス分離膜の性能は、透過速度及び分離係数を指標として表される。透過速度は(気体の透過係数)/(分離層の厚み)で表される。前記式から明らかなように、透過速度の大きな膜を得るための方策としては、ガス分離活性層の厚みを薄くすること(特許文献4、5など)、気体の透過係数を高くすることなどが挙げられる。即ち、透過係数及び分離係数の大きな素材を用い、これを極限まで薄膜化させることが、効率的な膜プロセスを得るために重要である。分離係数は、分離しようとする2種の気体の透過速度の比で表され、ガス分離膜を構成するガス分離性高分子に依存する値である。   In general, the performance of a gas separation membrane is expressed using a permeation rate and a separation coefficient as indices. The permeation rate is expressed by (gas permeability coefficient) / (separation layer thickness). As is clear from the above equation, as a measure for obtaining a membrane having a high permeation rate, the thickness of the gas separation active layer is reduced (Patent Documents 4, 5, etc.), the gas permeation coefficient is increased, and the like. Can be mentioned. That is, it is important to use a material having a large transmission coefficient and separation coefficient and to reduce the film thickness to the limit to obtain an efficient membrane process. The separation coefficient is represented by the ratio of the permeation speeds of the two gases to be separated, and is a value depending on the gas separating polymer constituting the gas separation membrane.

国際公開第2014/157069号International Publication No. 2014/157069 特開2011―161387号公報JP 2011-161387 A 特開平9―898号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-898 特許第5507079号公報Japanese Patent No. 5,507,079 特許第5019502号公報Japanese Patent No. 5019502

図4は、従来のガス分離膜の概略構成を説明する断面図である。図4に示すガス分離膜4の膜構造は、一般に、貫通孔Pを有する多孔質支持体41の上に分離能を有するガス分離活性層42が積層された非対称構造をとっている。なお、断面図である図4中では貫通孔Pが略円形又は略楕円形に描かれているが、貫通孔Pは多孔質支持体の一方の表面から他方の表面まで貫通する孔である。多孔質支持体には気体を分離する能力はなく、気体分離能を有するガス分離活性層を支える支持体として機能する。ガス分離活性層の厚みはミクロンオーダーである。ガス分離活性層をさらに薄膜化することは、ガス分離膜モジュール当たりの生産性を高め、分離設備をコンパクトにする観点から有意義である。   FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a conventional gas separation membrane. The membrane structure of the gas separation membrane 4 shown in FIG. 4 generally has an asymmetric structure in which a gas separation active layer 42 having a separation ability is laminated on a porous support 41 having through holes P. In addition, in FIG. 4 which is sectional drawing, although the through-hole P is drawn in the substantially circular shape or the substantially elliptical shape, the through-hole P is a hole penetrated from one surface of the porous support body to the other surface. The porous support does not have the ability to separate gases, and functions as a support that supports a gas separation active layer having gas separation ability. The thickness of the gas separation active layer is on the order of microns. Further reducing the thickness of the gas separation active layer is significant from the viewpoint of increasing productivity per gas separation membrane module and making separation equipment compact.

例えば、オレフィン分離膜は、2種類以上の混合ガスからエチレン、プロピレン、1−ブテン、2−ブテン、イソブテン、ブタジエン等のオレフィン成分を分離する膜である。この混合ガスはオレフィンに加え主にはエタン、プロパン、ブタン、イソブタン等のパラフィンを含む。混合ガス中のオレフィンとパラフィンとは分子サイズが互いに近いため、一般に、溶解拡散分離機構での分離係数は小さくなる。一方、オレフィンは銀イオン、銅イオン等と親和性を有し、錯形成をするため、その錯形成を利用した促進輸送透過機構により、オレフィンが混合ガスから分離できることが知られている。   For example, an olefin separation membrane is a membrane that separates olefin components such as ethylene, propylene, 1-butene, 2-butene, isobutene, and butadiene from two or more kinds of mixed gases. This mixed gas mainly contains paraffins such as ethane, propane, butane and isobutane in addition to olefins. Since the olefin and paraffin in the mixed gas have molecular sizes close to each other, generally, the separation coefficient in the solution diffusion separation mechanism is small. On the other hand, since olefin has an affinity for silver ions, copper ions and the like and forms a complex, it is known that the olefin can be separated from the mixed gas by a facilitated transport permeation mechanism using the complex formation.

促進輸送透過機構とは、目的のガスと膜の親和性を利用した分離機構を指す。膜の主要な構成材料自体が目的のガスに対する親和性を有しても良く、目的のガスに対する親和性がある成分が膜にドープされていても良い。促進輸送透過機構では、一般に溶解拡散分離機構よりも高い分離係数が得られる。オレフィン分離のための促進透過機構では、オレフィンとの親和性を得るために一般に金属を用いる。この場合金属種はイオンである必要があるため、ガス分離活性層は通常水及びイオン液体を含み、従ってガス分離活性層は通常ゲル膜の形態をしている。   The facilitated transport permeation mechanism refers to a separation mechanism that utilizes the affinity between a target gas and a membrane. The main constituent material of the film itself may have an affinity for the target gas, or a component having an affinity for the target gas may be doped into the film. The facilitated transport permeation mechanism generally provides a higher separation factor than the solution diffusion separation mechanism. In an accelerated permeation mechanism for olefin separation, metals are generally used to obtain affinity for olefins. In this case, since the metal species needs to be ions, the gas separation active layer usually contains water and an ionic liquid, and therefore the gas separation active layer is usually in the form of a gel membrane.

また、二酸化炭素分離膜についても、オレフィン分離膜と類似の促進輸送透過機構によって二酸化炭素を分離する技術が知られている。二酸化炭素は一般にアミノ基と親和性を有し、その親和性を利用して二酸化炭素を分離できる。この分離膜も通常水及びイオン液体を含み、ガス分離活性層はゲル膜の形態をしていることが多い。   As for the carbon dioxide separation membrane, a technique for separating carbon dioxide by a facilitated transport permeation mechanism similar to that of an olefin separation membrane is known. Carbon dioxide generally has an affinity for an amino group, and carbon dioxide can be separated using the affinity. This separation membrane usually also contains water and an ionic liquid, and the gas separation active layer is often in the form of a gel membrane.

一般に、促進輸送膜システムの原料ガスには水分が含まれている。水分がガス分離活性層に供給されることで、促進輸送透過機構を維持することができるからである。このように促進輸送膜にとって水分は不可欠であるが、水分が存在することで、多孔質支持体の孔の一部は水分の凝縮によって閉塞(図4中の閉塞C)してしまい、これにより、目的のガス成分の膜透過速度を低下させてしまうという課題があった。しかしこれまで多孔質支持体の孔に水分が凝縮しにくいガス分離膜の開発はなされていない。例えば、多孔質支持体の孔径を大きくすることで水分の凝縮を回避する方法が考えられる。しかし、このような多孔質支持体の表面へのガス分離活性層の無欠陥での塗工は困難であるため、孔径を大きくすることにも限界がある。従って、本発明が解決しようとする課題は、多孔質支持体の孔に水分が凝縮しにくいガス分離膜を提供することである。   In general, the raw material gas of the facilitated transport membrane system contains moisture. This is because the facilitated transport permeation mechanism can be maintained by supplying moisture to the gas separation active layer. As described above, moisture is indispensable for the facilitated transport film. However, due to the presence of moisture, some of the pores of the porous support are blocked by the condensation of moisture (blocking C in FIG. 4). There is a problem that the membrane permeation rate of the target gas component is lowered. However, a gas separation membrane that hardly condenses moisture in the pores of the porous support has not been developed so far. For example, a method for avoiding moisture condensation by enlarging the pore diameter of the porous support is conceivable. However, since it is difficult to apply the gas separation active layer to the surface of the porous support without defects, there is a limit to increasing the pore diameter. Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a gas separation membrane in which moisture is hardly condensed in the pores of the porous support.

本発明者らは、上記の課題を解決するために、鋭意検討を行った。その結果、ガス分離活性層を有するガス分離膜の多孔質支持体の孔を疎水化処理することで、孔内部への水分の凝縮が抑制され、優れたガス透過性が得られることを見出し、本発明に至った。
本発明は、以下のとおりに要約される。
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have intensively studied. As a result, by hydrophobizing the pores of the porous support of the gas separation membrane having a gas separation active layer, it was found that condensation of moisture into the pores was suppressed, and excellent gas permeability was obtained. The present invention has been reached.
The present invention is summarized as follows.

[1] 貫通孔を有する多孔質支持体と、前記多孔質支持体上に配置されたガス分離活性層とを有するガス分離膜であって、
前記多孔質支持体が、前記多孔質支持体の表面の少なくとも一部及び/又は前記貫通孔の表面の少なくとも一部に撥水剤を有するガス分離膜。
[2] 前記多孔質支持体が、前記多孔質支持体の表面の少なくとも一部に撥水剤を有し、前記多孔質支持体に2μLの純水を滴下したときの接触角が95°〜150°である上記態様1に記載のガス分離膜。
[3] 前記多孔質支持体が、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリスルホン(PSF)、及びポリアクリロニトリル(PAN)からなる群から選択される材料を一種類以上含有する上記態様1又は2に記載のガス分離膜。
[4] 前記多孔質支持体の平均孔径が、0.01μm〜2.0μmである上記態様1〜3のいずれかに記載のガス分離膜。
[5] 測定温度30℃、及びプロピレン分圧0.6気圧の条件下で、プロピレン/プロパンの分離係数αが50以上2,000以下である上記態様1〜4のいずれかに記載のガス分離膜。
[1] A gas separation membrane having a porous support having through-holes and a gas separation active layer disposed on the porous support,
The gas separation membrane in which the porous support has a water repellent agent on at least a part of the surface of the porous support and / or at least a part of the surface of the through hole.
[2] The porous support has a water repellent on at least a part of the surface of the porous support, and a contact angle when 2 μL of pure water is dropped onto the porous support is 95 ° to The gas separation membrane according to the first aspect, which is 150 °.
[3] The above porous support, wherein the porous support contains one or more materials selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethersulfone (PES), polysulfone (PSF), and polyacrylonitrile (PAN). The gas separation membrane according to aspect 1 or 2.
[4] The gas separation membrane according to any one of the above aspects 1 to 3, wherein the porous support has an average pore size of 0.01 μm to 2.0 μm.
[5] The gas separation according to any one of the above aspects 1 to 4, wherein the propylene / propane separation coefficient α is 50 or more and 2,000 or less under the conditions of a measurement temperature of 30 ° C. and a propylene partial pressure of 0.6 atm. film.

本発明によると、目的の気体に対する高い透過速度と高い分離性能とを具備したガス分離膜が提供される。   According to the present invention, a gas separation membrane having a high permeation rate for a target gas and a high separation performance is provided.

本発明の一実施形態に係るガス分離膜の多孔質支持体を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the porous support body of the gas separation membrane which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るガス分離膜の概略構成を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining schematic structure of the gas separation membrane which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るガス分離膜の概略構成を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining schematic structure of the gas separation membrane which concerns on one Embodiment of this invention. 従来のガス分離膜の概略構成を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining schematic structure of the conventional gas separation membrane.

以下、本発明の例示の実施形態について説明するが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。なお、図面に付与された同一の符号は同様の要素を示す。
図1は、本発明の一実施形態に係るガス分離膜の多孔質支持体を説明する断面図であり、図2及び3は、本発明の一実施形態に係るガス分離膜の概略構成を説明する断面図である。ガス分離膜1,2は、貫通孔Pを有する多孔質支持体11,21と、多孔質支持体11,21上に配置されたガス分離活性層12,22とを有する。なお、断面図である図1〜3中では貫通孔Pが略円形又は略楕円形に描かれているが、貫通孔Pは、多孔質支持体の一方の表面から他方の表面まで貫通する孔である。多孔質支持体11,21は、多孔質支持体11,21の表面の少なくとも一部及び/又は貫通孔Pの表面の少なくとも一部に撥水剤23を有する。このようなガス分離膜は、多孔質支持体における水分の凝縮を抑制し、その結果、優れた透過性を与えることができる。本開示で、多孔質支持体の表面とは、多孔質支持体の外表面を意味する。本開示で、表面の少なくとも一部とは、表面の一部及び全部を含む概念である。
Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described, but the present invention is not limited to these embodiments. In addition, the same code | symbol provided to drawing shows the same element.
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a porous support for a gas separation membrane according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 and 3 illustrate a schematic configuration of the gas separation membrane according to an embodiment of the present invention. FIG. The gas separation membranes 1 and 2 have porous supports 11 and 21 having through holes P, and gas separation active layers 12 and 22 disposed on the porous supports 11 and 21. In addition, although the through-hole P is drawn in the substantially circular shape or the substantially elliptical shape in FIGS. 1-3 which are sectional drawings, the through-hole P is a hole penetrated from one surface of the porous support to the other surface. It is. The porous supports 11 and 21 have a water repellent 23 on at least a part of the surfaces of the porous supports 11 and 21 and / or at least a part of the surface of the through holes P. Such a gas separation membrane suppresses condensation of moisture in the porous support, and as a result, can provide excellent permeability. In the present disclosure, the surface of the porous support means the outer surface of the porous support. In the present disclosure, at least part of the surface is a concept including part and all of the surface.

[原料ガス]
本発明に係るガス分離膜は、目的のガス成分を含む混合ガス(本開示で、原料ガスともいう。)から目的のガス成分を分離するために使用できる。目的のガス成分としては、二酸化炭素、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ブタン、1ブテン、2ブテン、イソブタン、イソブテン、ブタジエンなどが例示できる。
[Raw material gas]
The gas separation membrane according to the present invention can be used for separating a target gas component from a mixed gas containing the target gas component (also referred to as a source gas in the present disclosure). Examples of the target gas component include carbon dioxide, methane, ethane, ethylene, propane, propylene, butane, 1 butene, 2 butene, isobutane, isobutene, and butadiene.

ガス分離膜は、例えば、多孔質中空糸支持体の表面にガス分離活性層を有する複合中空糸膜、又は、多孔質平膜支持体の表面にガス分離活性層を有する複合平膜であってよい。   The gas separation membrane is, for example, a composite hollow fiber membrane having a gas separation active layer on the surface of a porous hollow fiber support, or a composite flat membrane having a gas separation active layer on the surface of a porous flat membrane support. Good.

[多孔質支持体]
図1を参照し、本実施形態のガス分離膜における多孔質支持体11は、貫通孔P(すなわち、支持体の一方の表面から他方の表面まで貫通する孔)を多数有する膜である。この多孔質支持体は、実質的にはガス分離性能を有さないが、本実施形態のガス分離膜に機械的強度を与えることができる。
[Porous support]
With reference to FIG. 1, the porous support 11 in the gas separation membrane of the present embodiment is a membrane having a large number of through holes P (that is, holes penetrating from one surface of the support to the other surface). This porous support has substantially no gas separation performance, but can give mechanical strength to the gas separation membrane of this embodiment.

多孔質支持体の材質は、原料ガスに対する十分な耐食性、及び操作温度、操作圧力における耐久性を有していれば特に限定されないが、有機材料として、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリスルホン(PSF)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾイミダゾール等のホモポリマー又はコポリマー等が好ましい。好ましいコポリマーとしてはホモポリマー部位を主鎖の一部に含むポリマーを例示できる。これらのホモポリマー及びコポリマーのうちのいずれか単独又はこれらの混合物で多孔質支持体を形成できる。好ましい態様において、多孔質支持体は、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリスルホン(PSF)、及びポリアクリロニトリル(PAN)からなる群から選択される材料を一種類以上含有する。   The material of the porous support is not particularly limited as long as it has sufficient corrosion resistance against the raw material gas and durability at the operation temperature and operation pressure, but as an organic material, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethersulfone ( A homopolymer or copolymer such as PES), polysulfone (PSF), polyacrylonitrile (PAN), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyimide, polybenzoxazole, and polybenzimidazole is preferable. Preferred examples of the copolymer include a polymer having a homopolymer moiety in a part of the main chain. A porous support can be formed of any of these homopolymers and copolymers alone or a mixture thereof. In a preferred embodiment, the porous support contains one or more materials selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethersulfone (PES), polysulfone (PSF), and polyacrylonitrile (PAN).

多孔質支持体が中空糸である場合、中空糸の内径は、原料ガスの処理量により適宜選択されるが、一般的には、0.1mm〜20mmの間で選択される。原料ガス中に含まれる目的のガス成分と吸収液(例えば、硝酸銀水溶液)との接触を向上させるためには、中空糸の内径は0.2mm〜15mmであることが好ましい。中空糸の外径は、特に限定されないが、中空糸が中空糸内外の圧力差に耐えうる厚みを有するように、中空糸の内径に応じて適宜選択される。中空糸の外径は、中空糸内外の圧力差に対する良好な耐久性を得る観点から、好ましくは0.11mm以上30mm以下、より好ましくは0.13mm以上25mm以下である。   When the porous support is a hollow fiber, the inner diameter of the hollow fiber is appropriately selected depending on the processing amount of the raw material gas, but is generally selected between 0.1 mm and 20 mm. In order to improve the contact between the target gas component contained in the raw material gas and the absorbing liquid (for example, an aqueous silver nitrate solution), the inner diameter of the hollow fiber is preferably 0.2 mm to 15 mm. The outer diameter of the hollow fiber is not particularly limited, but is appropriately selected according to the inner diameter of the hollow fiber so that the hollow fiber has a thickness that can withstand the pressure difference between the inside and outside of the hollow fiber. The outer diameter of the hollow fiber is preferably 0.11 mm or more and 30 mm or less, more preferably 0.13 mm or more and 25 mm or less from the viewpoint of obtaining good durability against a pressure difference between the inside and outside of the hollow fiber.

多孔質支持体が平膜である場合、平膜の厚みは、原料ガスの処理量により適宜選択されるが、良好な耐久性及び分離性能を得る観点から、好ましくは0.1mm以上、2mm以下、より好ましくは0.15mm以上、1.5mm以下である。   When the porous support is a flat membrane, the thickness of the flat membrane is appropriately selected depending on the throughput of the raw material gas, but is preferably 0.1 mm or more and 2 mm or less from the viewpoint of obtaining good durability and separation performance. More preferably, it is 0.15 mm or more and 1.5 mm or less.

[ガス分離活性層]
図2及び3を参照し、ガス分離活性層12,22は、ガス分離膜1,2に実質的なガス分離能を付与する層である。ガス分離活性層の膜厚は、薄い方が好ましく、一般的には、0.01μm〜100μmの間で選択される。原料ガス中に含まれる目的のガス成分の回収速度を向上させるためには、ガス分離活性層の膜厚は0.01μm〜10μmであることが好ましい。上記膜厚は、例えば、透過型電子顕微鏡(TEM)又はガスクラスターイオン銃搭載X線光電子分光分析(GCIB−XPS)と、走査型電子顕微鏡(SEM)とを組み合わせることにより、決定することができる。具体的には、例えば、以下の手法によることができる。
(i)ガス分離活性層の膜厚を測定する。
[TEMを用いる場合]
TEMを用いる場合には、例えば以下の条件でガス分離活性層の膜厚を評価する。
(前処理)
ガス分離膜を、例えば凍結破砕したものを測定試料とし、該試料の外表面にPtコーティングを施したうえでエポキシ樹脂に包埋する。そしてウルトラミクロトーム(例えば、LEICA社製、形式「UC−6」)による切削により超薄切片を作製した後、リンタングステン酸染色を行い、これを検鏡用試料とする。
(測定)
測定は、例えば日立製のTEM、形式「S−5500」を用いて、加速電圧:30kVにて行うことができる。
[GCIB−XPSを用いる場合]
GCIB−XPSを用いる場合には、得られた相対元素濃度の分布曲線から、ガス分離活性層の膜厚を知ることができる。
GCIB−XPSは、例えばアルバック・ファイ社製の形式「VersaProbeII」を用いて、以下の条件下に行うことができる。
(GCIB条件)
加速電圧:15kV
クラスターサイズ:Ar2500
クラスター範囲:3mm×3mm
エッチング中の試料回転:有
エッチング間隔:3分/レベル
試料電流:23nA
トータルエッチング時間:69分
(XPS条件)
X線:15kV、25W
ビームサイズ:100μm
(ii)緻密層の厚みを評価する。
上記(i)で決定した分離活性層の膜厚と、SEM画像とから、緻密層の厚みを評価できる。SEMは、例えば以下の条件で評価する。
(前処理)
気体分離膜を、基材膜と分離活性層との境界面に略垂直な面で凍結破砕したものを測定試料とし、該試料の断面に白金コーティングを施し検鏡用試料とする。
(測定)
測定は、例えばJEOL社製のSEM、「Carry Scope(JCM−5100)」を用いて、加速電圧20kVにて行う。
倍率10,000倍の観察画面において、(i)で決定した分離活性層以外の孔径を観察し、0.01μm未満の孔からなる層の厚みを決定する。
[Gas separation active layer]
2 and 3, the gas separation active layers 12 and 22 are layers that give the gas separation membranes 1 and 2 substantial gas separation ability. The thickness of the gas separation active layer is preferably thin, and is generally selected between 0.01 μm and 100 μm. In order to improve the recovery rate of the target gas component contained in the source gas, the thickness of the gas separation active layer is preferably 0.01 μm to 10 μm. The film thickness can be determined, for example, by combining a transmission electron microscope (TEM) or a gas cluster ion gun mounted X-ray photoelectron spectroscopic analysis (GCIB-XPS) and a scanning electron microscope (SEM). . Specifically, for example, the following method can be used.
(I) The thickness of the gas separation active layer is measured.
[When using TEM]
When using TEM, for example, the film thickness of the gas separation active layer is evaluated under the following conditions.
(Preprocessing)
A gas separation membrane, for example, freeze-fractured is used as a measurement sample, and the outer surface of the sample is coated with Pt and embedded in an epoxy resin. And after producing an ultra-thin section by cutting with an ultramicrotome (for example, type “UC-6” manufactured by LEICA), phosphotungstic acid staining is performed, and this is used as a sample for microscopic examination.
(Measurement)
The measurement can be performed using, for example, Hitachi TEM, format “S-5500”, at an acceleration voltage of 30 kV.
[When using GCIB-XPS]
In the case of using GCIB-XPS, the film thickness of the gas separation active layer can be known from the obtained distribution curve of relative element concentration.
GCIB-XPS can be performed under the following conditions using, for example, the format “VersaProbeII” manufactured by ULVAC-PHI.
(GCIB conditions)
Acceleration voltage: 15 kV
Cluster size: Ar 2500
Cluster range: 3mm x 3mm
Sample rotation during etching: Exist Etching interval: 3 minutes / level Sample current: 23 nA
Total etching time: 69 minutes (XPS conditions)
X-ray: 15kV, 25W
Beam size: 100 μm
(Ii) The thickness of the dense layer is evaluated.
From the thickness of the separation active layer determined in (i) above and the SEM image, the thickness of the dense layer can be evaluated. For example, the SEM is evaluated under the following conditions.
(Preprocessing)
A gas separation membrane obtained by freezing and crushing the gas separation membrane on a surface substantially perpendicular to the boundary surface between the base material membrane and the separation active layer is used as a measurement sample, and a platinum coating is applied to the cross section of the sample to obtain a sample for speculum.
(Measurement)
The measurement is performed at an accelerating voltage of 20 kV using, for example, an SEM manufactured by JEOL, “Carry Scope (JCM-5100)”.
On the observation screen with a magnification of 10,000, the pore diameters other than the separation active layer determined in (i) are observed, and the thickness of the layer composed of pores less than 0.01 μm is determined.

ガス分離活性層の材質は、原料ガス及び目的のガス成分の種類に応じて選択される。水を含むゲル膜を形成しやすい点で、ガス分離活性層の典型的な材質は、親水性基を有するポリマーである。典型的な態様において、ガス分離活性層は、水を含むゲル膜である。好ましい態様において、ガス分離活性層の材質は、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリ1−ヒドロキシ−2−プロピルアクリレート、ポリエチレンオキサイド変性リン酸メタクリレート、ポリアリルスルホン酸、ポリビニルスルホン酸、ポリアクリルアミドメチルプロパンスルホン酸、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン、ゼラチン、ポリリシン、ポリグルタミン酸、ポリアルギニン、ポリグリシジルメタクリレート、ポリ1−ヒドロキシ−2−プロピルアクリレート、ポリエチレンオキサイド変性リン酸メタクリレート、多糖などである。なお本開示における多糖とは、単糖がグリコシド結合によって結合して成る構造を有する高分子を意味し、オリゴ糖を包含する概念である。多糖の繰り返し単位数は、好ましくは100〜10,000であり、より好ましくは300〜7,000であり、さらに好ましくは500〜4,000である。   The material of the gas separation active layer is selected according to the type of the source gas and the target gas component. A typical material for the gas separation active layer is a polymer having a hydrophilic group in that it easily forms a gel film containing water. In a typical embodiment, the gas separation active layer is a gel membrane containing water. In a preferred embodiment, the material of the gas separation active layer is polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, poly 1-hydroxy-2-propyl acrylate, polyethylene oxide modified phosphoric acid methacrylate, polyallyl sulfonic acid, polyvinyl sulfonic acid, polyacrylamide methyl propane sulfone. Examples thereof include acids, polyethyleneimine, polyallylamine, gelatin, polylysine, polyglutamic acid, polyarginine, polyglycidyl methacrylate, poly 1-hydroxy-2-propyl acrylate, polyethylene oxide-modified phosphate methacrylate, and polysaccharides. In addition, the polysaccharide in this indication means the polymer | macromolecule which has the structure which a monosaccharide couple | bonds with a glycosidic bond, and is a concept including an oligosaccharide. The number of repeating units of the polysaccharide is preferably 100 to 10,000, more preferably 300 to 7,000, and still more preferably 500 to 4,000.

多糖としては、例えば、キトサン、アルギン酸、ペクチン、コンドロイチン、ヒアルロン酸、キサンタンガム、セルロース、キチン、プルラン、オリゴグルコサミン、オリゴフルクトースなど、及びそれらの誘導体が挙げられる。これらの多糖は、単独であっても混合物であってもよい。   Examples of the polysaccharide include chitosan, alginic acid, pectin, chondroitin, hyaluronic acid, xanthan gum, cellulose, chitin, pullulan, oligoglucosamine, oligofructose, and derivatives thereof. These polysaccharides may be used alone or as a mixture.

ガス分離膜は、ガス分離性能を向上させるために金属塩を更に含むことが好ましい。金属塩は、多孔質支持体、又はガス分離活性層、又はこれらの両者に含まれることができる。金属塩としては、一価の銀イオン、一価の銅イオン、及びこれらの錯イオンから成る群より選ばれるカチオンと、F-、Cl-、Br-、I-、CN-、NO3 -、SCN-、ClO4 -、CF3SO3 -、BF4 -、及びPF6 -、並びにこれらの混合物から成る群より選ばれるアニオンと、から成る塩が好ましい。これらのうち、入手の容易性及び製品コストの観点から、特に好ましくはAg(NO3)である。金属塩の含有量については、金属塩とガス分離膜が有する水(典型的にはガス分離活性層が有する水)の全重量に対して、5wt%〜90wt%が好ましく、さらに好ましくは、10wt%〜80wt%である。 The gas separation membrane preferably further contains a metal salt in order to improve the gas separation performance. The metal salt can be included in the porous support, the gas separation active layer, or both. Examples of the metal salt include a cation selected from the group consisting of monovalent silver ions, monovalent copper ions, and complex ions thereof, and F , Cl , Br , I , CN , NO 3 , Preference is given to salts consisting of SCN , ClO 4 , CF 3 SO 3 , BF 4 and PF 6 , and anions selected from the group consisting of these. Of these, Ag (NO 3 ) is particularly preferable from the viewpoint of availability and product cost. The content of the metal salt is preferably 5 wt% to 90 wt%, more preferably 10 wt%, based on the total weight of the metal salt and the water of the gas separation membrane (typically the water of the gas separation active layer). % To 80 wt%.

[撥水剤]
図2及び3を参照し、多孔質支持体11は、該多孔質支持体11の表面の少なくとも一部、及び/又は貫通孔Pの表面の少なくとも一部に撥水剤23を有する。撥水剤は、貫通孔を有する多孔質支持体に疎水性を付与し、良好なガス分離能に寄与する。理論に拘束されることを望まないが、貫通孔を有し、かつ多孔性及び疎水性である膜においては、水分を含む原料ガスの分離時に、多孔質支持体の孔における水分の凝縮が抑制されると考えられる。
[Water repellent]
2 and 3, the porous support 11 has a water repellent 23 on at least a part of the surface of the porous support 11 and / or at least a part of the surface of the through hole P. The water repellent imparts hydrophobicity to the porous support having through-holes and contributes to good gas separation ability. Although not wishing to be bound by theory, in the case of a porous and hydrophobic membrane having a through-hole, condensation of moisture in the pores of the porous support is suppressed during separation of the source gas containing moisture. It is thought that it is done.

ガス分離膜の疎水性によって良好なガス分離能を得る観点から、多孔質支持体が、該多孔質支持体の表面の少なくとも一部に撥水剤を有し、かつ多孔質支持体に2μLの純水を滴下したときの接触角が95°以上150°以下であることが好ましい。接触角は、より好ましくは100°以上150°以下である。上記接触角は、液滴法を用い、23℃の温度及び50%の相対湿度で2μLの純水を多孔質支持体に滴下したときの値である。   From the viewpoint of obtaining good gas separation performance due to the hydrophobicity of the gas separation membrane, the porous support has a water repellent on at least a part of the surface of the porous support, and 2 μL of the porous support is provided on the porous support. The contact angle when pure water is dropped is preferably 95 ° or more and 150 ° or less. The contact angle is more preferably 100 ° or more and 150 ° or less. The contact angle is a value when 2 μL of pure water is dropped onto the porous support at a temperature of 23 ° C. and a relative humidity of 50% using the droplet method.

多孔質支持体の疎水性は、多孔質支持体の表面の少なくとも一部及び/又は貫通孔の表面の少なくとも一部における撥水剤の存在態様の制御によって調整できる。また、これに加え、多孔質支持体原料の選定又は精練によっても多孔質支持体の疎水性を調整できる。   The hydrophobicity of the porous support can be adjusted by controlling the presence of the water repellent agent on at least a part of the surface of the porous support and / or at least a part of the surface of the through-hole. In addition to this, the hydrophobicity of the porous support can also be adjusted by selecting or refining the porous support material.

撥水剤は、多孔質支持体の表面又は内部(具体的には貫通孔の表面)に疎水性の被膜として形成でき、これにより、多孔質支持体に撥水性を与え、又はこれを向上させる。撥水剤としては、シロキサン結合を有する化合物、シリル基及び/又はフルオロ基を有する化合物等を好ましく例示できる。シロキサン結合を有する化合物としては、シリコーンオイル等が挙げられる。シリコーンオイルとしては、ストレートシリコーンオイル(ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル等)、反応性変性シリコーンオイル(例えばアミノ基等の有機官能基を導入したシリコーンオイル)、非官能性シリコーンオイル(例えばフルオロアルキル変性を行ったシリコーンオイル、等を例示できる。シリル基及び/又はフルオロ基を有する化合物としては、フルオロアルキル基、アルキルシリル基、及び/又はフルオロシリル基を有するポリマー等を例示できる。   The water repellent can be formed as a hydrophobic coating on the surface or inside of the porous support (specifically, the surface of the through-hole), thereby imparting or improving the water repellency to the porous support. . Preferred examples of the water repellent include a compound having a siloxane bond, a compound having a silyl group and / or a fluoro group. Examples of the compound having a siloxane bond include silicone oil. Silicone oils include straight silicone oil (dimethyl silicone oil, methylphenyl silicone oil, etc.), reactive modified silicone oil (eg, silicone oil introduced with an organic functional group such as amino group), non-functional silicone oil (eg, fluoroalkyl). Examples include modified silicone oil, etc. Examples of the compound having a silyl group and / or a fluoro group include a polymer having a fluoroalkyl group, an alkylsilyl group, and / or a fluorosilyl group.

多孔質支持体に撥水剤を適用する方法としては、例えば、以下の方法がある:
(ア)シロキサン結合をもつ撥水剤、例えばジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイルなどストレートシリコーンオイル、反応性変性シリコーンオイル(例えばアミノ基などの有機官能基を導入したもの)、非官能性シリコーンオイル(例えばフルオロアルキル変性を行ったもの)等を多孔質支持体の表面に塗布する方法;
(イ)フルオロアルキル基、アルキルシリル基、フルオロシリル基等を持つポリマーを撥水剤とし、当該撥水剤を主な成分とし、これを炭素系溶剤、フッ素系溶剤等の溶剤に分散させたエマルションの状態で多孔質支持体に塗布する方法;
(ウ)方法(ア)又は(イ)を行うときに、ブロックドイソシアネート系架橋剤で撥水剤被膜を架橋することにより強固な被膜を得る方法;
(エ)シランカップリング剤を多孔質支持体と反応させた後に、フルオロアルキル基、アルキルシリル基、及び/又はフルオロシリル基を有するポリマーを結合させて、当該シランカップリング剤と当該ポリマーとからなる撥水剤を形成する方法;及び
(オ)アルコキシシランを多孔質支持体と反応させた後に、方法(エ)と同様に、フルオロアルキル基、アルキルシリル基、及び/又はフルオロシリル基を有するポリマーを結合させて、当該アルコキシシランと当該ポリマーとからなる撥水剤を形成する方法。
Examples of a method for applying a water repellent to the porous support include the following methods:
(A) Water repellent having a siloxane bond, for example, straight silicone oil such as dimethyl silicone oil and methylphenyl silicone oil, reactive modified silicone oil (for example, an organic functional group such as an amino group), non-functional silicone oil (For example, a fluoroalkyl-modified one) or the like applied to the surface of the porous support;
(A) A polymer having a fluoroalkyl group, an alkylsilyl group, a fluorosilyl group or the like is used as a water repellent, and the water repellent is a main component, which is dispersed in a solvent such as a carbon-based solvent or a fluorine-based solvent. Applying to a porous support in the form of an emulsion;
(C) A method of obtaining a strong film by crosslinking the water repellent film with a blocked isocyanate crosslinking agent when performing the method (a) or (b);
(D) After reacting the silane coupling agent with the porous support, a polymer having a fluoroalkyl group, an alkylsilyl group, and / or a fluorosilyl group is bonded to form the silane coupling agent and the polymer. A method of forming a water repellent; and (e) after reacting alkoxysilane with the porous support, as in method (d), having a fluoroalkyl group, an alkylsilyl group, and / or a fluorosilyl group A method of forming a water repellent comprising the alkoxysilane and the polymer by bonding the polymer.

[撥水剤の存在の確認]
ガス分離膜における撥水剤の存在の確認は、撥水処理前後の接触角を測定することや、以下に示すX線光分光法(XPS)を用い確認することが可能である。
[Confirmation of presence of water repellent]
The presence of the water-repellent agent in the gas separation membrane can be confirmed by measuring the contact angle before and after the water-repellent treatment or by using the following X-ray light spectroscopy (XPS).

[撥水剤の定量]
ガス分離膜における撥水剤の存在量は、X線光分光法(XPS)から求められる相対元素濃度で求められる。例えば、撥水剤がフッ素系撥水剤である場合、XPSの295〜291eVの範囲内にCF3−及びCF2−CF2結合状態のC1sスペクトルが観察され、かつ全元素中のCF3−及びCF2−CF2結合状態の炭素の元素比率が、好ましくは0.5%以上15.0%未満であり、より好ましくは1.0%以上10%未満である。さらに撥水剤がフッ素系撥水剤である場合、XPSの530〜538eVの範囲内において、O1sスペクトル観察され、かつ全元元素中の酸素の元素比率が、好ましくは1.0%以上15.0%未満であり、より好ましくは2.0%以上10%以下である。
[Quantification of water repellent]
The abundance of the water repellent in the gas separation membrane is determined by the relative element concentration determined from X-ray light spectroscopy (XPS). For example, if the water repellent is a fluorine-based water repellent, CF 3 within the XPS of 295~291EV - and CF 2 C1s spectrum of -CF 2 bonding state was observed, and CF 3 in all elements - The element ratio of carbon in the CF 2 —CF 2 bonding state is preferably 0.5% or more and less than 15.0%, more preferably 1.0% or more and less than 10%. Further, when the water repellent is a fluorine-based water repellent, the O1s spectrum is observed within the XPS range of 530 to 538 eV, and the element ratio of oxygen in the total elements is preferably 1.0% or more and 15. It is less than 0%, more preferably 2.0% or more and 10% or less.

また、例えば撥水剤がシリコーン系撥水剤である場合、XPSの100〜102eVの範囲内にSi2pスペクトルが観察され、全元素中のケイ素の元素比率が、好ましくは3.0%以上20.0%未満であり、より好ましくは5.0%以上15%未満である。さらに撥水剤がシリコーン系撥水剤である場合、XPSの530〜538eVの範囲にO1sスペクトルが観察され、かつ全元素中の酸素の元素比率が、好ましくは5.0%以上25.0%未満であり、より好ましくは10.0%以上20.0%未満である。   For example, when the water repellent is a silicone water repellent, the Si2p spectrum is observed within the range of 100 to 102 eV of XPS, and the element ratio of silicon in all elements is preferably 3.0% or more and 20. It is less than 0%, more preferably 5.0% or more and less than 15%. Further, when the water repellent is a silicone water repellent, an O1s spectrum is observed in the XPS range of 530 to 538 eV, and the element ratio of oxygen in all elements is preferably 5.0% or more and 25.0%. And more preferably 10.0% or more and less than 20.0%.

[開口率、平均孔径、孔径分布及び空孔率]
ガス分離膜とされた状態での多孔質支持体の開口率(すなわち多孔質支持体の表面の開口率)は、好ましくは20%〜50%の範囲内、より好ましくは22%〜49%の範囲内、更に好ましくは25%〜45%の範囲内である。
[Aperture ratio, average pore diameter, pore diameter distribution and porosity]
The opening ratio of the porous support in the state of being a gas separation membrane (that is, the opening ratio of the surface of the porous support) is preferably in the range of 20% to 50%, more preferably 22% to 49%. Within the range, more preferably within the range of 25% to 45%.

ガス分離膜とされた状態での多孔質支持体の平均孔径は、水分の凝縮を抑制するという観点から、好ましくは0.01μm〜2.0μmの範囲内であり、より好ましくは0.1〜1.0μmの範囲内である。平均孔径が0.01μm以上であれば水分が凝縮しにくく、2.0μm以下であればガス分離活性層の実質的に無欠陥での塗工が容易である。   The average pore diameter of the porous support in the state of being a gas separation membrane is preferably in the range of 0.01 μm to 2.0 μm, more preferably 0.1 to 2.0 μm from the viewpoint of suppressing moisture condensation. It is in the range of 1.0 μm. If the average pore diameter is 0.01 μm or more, moisture is difficult to condense, and if it is 2.0 μm or less, coating of the gas separation active layer with substantially no defects is easy.

ガス分離膜とされた状態での多孔質支持体の平均孔径に対する最大孔径の比(本開示で、孔径分布ともいう。)は、好ましくは1.2〜2.5の範囲内である。平均孔径に対する最大孔径の比(孔径分布)が1.2〜2.5の範囲内であることは、孔径が比較的均一な状態であることを意味している。孔径分布が広くなると、大きな径を持つ孔に集中して水分が通過することになり、小さな孔に水分が凝縮することを促進することになる。このような観点から、多孔質支持体の平均孔径に対する最大孔径の比は、好ましくは1.2〜2.5、より好ましくは1.3〜2.3の範囲内である。   The ratio of the maximum pore diameter to the average pore diameter of the porous support in the gas separation membrane (also referred to as pore diameter distribution in the present disclosure) is preferably in the range of 1.2 to 2.5. The ratio of the maximum pore diameter to the average pore diameter (pore diameter distribution) being in the range of 1.2 to 2.5 means that the pore diameter is relatively uniform. When the pore size distribution is widened, moisture concentrates on the pores having a large diameter and the moisture is condensed in the small pores. From such a viewpoint, the ratio of the maximum pore diameter to the average pore diameter of the porous support is preferably 1.2 to 2.5, more preferably 1.3 to 2.3.

ガス分離膜とされた状態での多孔質支持体の空孔率は、好ましくは50%〜85%の範囲内、より好ましくは52%〜82%の範囲内、更に好ましくは55%〜75%の範囲内である。   The porosity of the porous support in the state of being a gas separation membrane is preferably in the range of 50% to 85%, more preferably in the range of 52% to 82%, still more preferably 55% to 75%. Is within the range.

多孔質支持体の開口率、平均孔径、孔径分布及び空孔率は、走査型電子顕微鏡(SEM)により、決定することができる。具体的には、例えば、以下の手法によることができる。
(前処理)
ガス分離膜を、基材膜とガス分離活性層との境界面に略垂直な面で凍結破砕したものを測定試料とし、該試料の断面に白金コーティングを施し検鏡用試料とする。
(測定)
測定は、例えばJEOL社製のSEM、「Carry Scope(JCM−5100)」を用いて、加速電圧20kVにて行う。
(支持体の開口率)
倍率10,000倍の観察画面において、膜表面の開口率が占める割合を決定する。具体的には、観察画面を印刷し、開口部を切り出し、重量割合から決定する。
(平均孔径・孔径分布)
倍率10,000倍の観察画面において、20か所の孔径をSEMで実測し、平均値、及び分布を得ることから決定する。
(空隙率)
倍率10,000倍の観察画面において、膜断面の空隙部が占める割合を決定する。具体的には、観察画面を印刷し、空隙部を切り出し、重量割合から決定する。
The aperture ratio, average pore diameter, pore diameter distribution, and porosity of the porous support can be determined by a scanning electron microscope (SEM). Specifically, for example, the following method can be used.
(Preprocessing)
A gas separation membrane obtained by freezing and crushing a gas separation membrane on a surface substantially perpendicular to the boundary surface between the base material membrane and the gas separation active layer is used as a measurement sample, and a platinum coating is applied to the cross section of the sample to obtain a sample for speculum.
(Measurement)
The measurement is performed at an accelerating voltage of 20 kV using, for example, an SEM manufactured by JEOL, “Carry Scope (JCM-5100)”.
(Opening ratio of support)
In the observation screen with a magnification of 10,000, the ratio of the aperture ratio on the film surface is determined. Specifically, the observation screen is printed, the opening is cut out, and determined from the weight ratio.
(Average pore size / pore size distribution)
On the observation screen with a magnification of 10,000 times, the pore diameters at 20 locations are measured by SEM, and the average value and distribution are obtained.
(Porosity)
In the observation screen with a magnification of 10,000 times, the ratio of the voids in the film cross section is determined. Specifically, the observation screen is printed, the void is cut out, and determined from the weight ratio.

上記で説明した開口率、平均孔径、孔径分布及び空孔率を有する多孔質支持体は、例えば、以下の方法により製造できる:
(ア)孔径分布がシャープな多孔質支持体を入手すること;
(イ)いわゆる大孔径カット法、例えば、原料樹脂から形成された膜を多孔化するときに可塑剤の抽出量又は抽出挙動を制御する方法、多孔質支持体にケイ素粉末を押し付けることにより大孔径部分を埋める方法など。
The porous support having the aperture ratio, the average pore diameter, the pore diameter distribution, and the porosity described above can be produced, for example, by the following method:
(A) obtaining a porous support having a sharp pore size distribution;
(A) A so-called large pore diameter cutting method, for example, a method for controlling the extraction amount or extraction behavior of a plasticizer when a membrane formed from a raw material resin is made porous, a large pore size by pressing silicon powder against a porous support. How to fill the part.

本実施形態のガス分離膜は、測定温度30℃、及びプロピレン分圧0.6気圧の条件下で、プロピレンガスの透過係数が、好ましくは100Barrer以上2,000Barrer以下、プロピレン/プロパンの分離係数αが、50以上2,000以下以下である。   The gas separation membrane of this embodiment has a propylene gas permeability coefficient of preferably 100 Barrer to 2,000 Barrer, propylene / propane separation factor α under the conditions of a measurement temperature of 30 ° C. and a propylene partial pressure of 0.6 atm. Is 50 or more and 2,000 or less.

以下に、本発明の例示の態様について実施例を用いてさらに具体的に説明する。しかしながら、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。   Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described more specifically using examples. However, the present invention is not limited to these examples.

実施例1
図1及び2に示すガス分離膜を作製した。
内径0.7mm、外径1.2mm、平均孔径0.2μm、長さ12cmのポリフッ化ビニリデン(PVDF)製中空糸膜の表面を、0.8重量%のキトサン水溶液に浸漬させ、浸漬後に80℃で7分間乾燥させることにより、中空糸膜表面へガス分離活性層であるキトサン層を塗工した。
この中空糸を10本、内径2cmの円筒状容器に入れて、酸無水物系エポキシ接着剤で容器両端部を接着封止した。接着剤硬化後、円筒両端部を各1cm切断した。
撥水剤として、三井・デュポンフロロケミカル株式会社製テフロン(登録商標)AF2400を3M社製Novec7300でポリマー濃度0.5wt%に希釈した溶液を調製し、上記円筒端部より通液させ、中空糸内表面(すなわち多孔質支持体の表面)、及び、多孔質支持体の貫通孔の少なくとも一部のコーティングを行った。その状態で5時間保持し、溶液を抜き取った後に、80℃で120分乾燥した。
円筒状容器側面の原料ガス挿入ラインより当該容器内部に7Mの硝酸銀水溶液を入れ、ガス分離装置を作製した。
Example 1
The gas separation membrane shown in FIGS. 1 and 2 was produced.
The surface of a hollow fiber membrane made of polyvinylidene fluoride (PVDF) having an inner diameter of 0.7 mm, an outer diameter of 1.2 mm, an average pore diameter of 0.2 μm, and a length of 12 cm is immersed in a 0.8 wt% chitosan aqueous solution. A chitosan layer as a gas separation active layer was applied to the surface of the hollow fiber membrane by drying at 7 ° C. for 7 minutes.
Ten of these hollow fibers were put into a cylindrical container having an inner diameter of 2 cm, and both ends of the container were adhesively sealed with an acid anhydride epoxy adhesive. After the adhesive was cured, both ends of the cylinder were cut 1 cm each.
As a water repellent, a solution prepared by diluting Teflon (registered trademark) AF2400 manufactured by Mitsui DuPont Fluorochemical Co., Ltd. with Novec7300 manufactured by 3M to a polymer concentration of 0.5 wt% is prepared, and the solution is passed through the end of the cylinder. The inner surface (that is, the surface of the porous support) and at least part of the through holes of the porous support were coated. This state was maintained for 5 hours, the solution was taken out, and dried at 80 ° C. for 120 minutes.
A 7M silver nitrate aqueous solution was introduced into the container from the raw material gas insertion line on the side surface of the cylindrical container to produce a gas separation device.

このガス分離装置を用いてプロパン及びプロピレンの透過速度を測定した。
測定は、プロパン及びプロピレンから成る混合ガス(プロパン:プロピレン=40:60(質量比))を用い、供給側ガス流量を50cc/min、吸収ガス中への窒素流量を50cc/minとした。なお、窒素ガスは、ガス分離装置に供給される前に水中でバブリングさせた加湿雰囲気で供給した。測定温度は30℃であった。圧力は第1ガス、第2ガス共に0KPaGである。
透過したプロピレンは、原料ガスを供給してから3時間後に、ガスクロマトグラフィー(GC)を用いて分析した。測定結果を表1に示す。
また上記撥水剤をコーティング後に、モジュールを解体し、中空糸を切り出して中空糸内表面の接触角を液適法により測定した。測定結果を表1に示す。
The permeation rate of propane and propylene was measured using this gas separator.
For the measurement, a mixed gas composed of propane and propylene (propane: propylene = 40: 60 (mass ratio)) was used, the supply side gas flow rate was 50 cc / min, and the nitrogen flow rate into the absorption gas was 50 cc / min. Nitrogen gas was supplied in a humidified atmosphere that was bubbled in water before being supplied to the gas separator. The measurement temperature was 30 ° C. The pressure is 0 KPaG for both the first gas and the second gas.
Permeated propylene was analyzed using gas chromatography (GC) 3 hours after supplying the raw material gas. The measurement results are shown in Table 1.
Further, after coating the water repellent, the module was disassembled, the hollow fiber was cut out, and the contact angle of the inner surface of the hollow fiber was measured by a liquid method. The measurement results are shown in Table 1.

実施例2
上記実施例1において、撥水剤及びその溶液を、ジメチルポリシロキサンのエタノール溶液とした以外は、同様の方法で測定を行った。測定結果を表1に示す。
Example 2
In Example 1, the measurement was performed in the same manner except that the water repellent and the solution thereof were ethanol solutions of dimethylpolysiloxane. The measurement results are shown in Table 1.

実施例3
上記実施例1において、撥水剤及びその溶液を、株式会社フロロテクノロジー社製撥水剤FS−392Bとした以外は、同様の方法で測定を行った。定結果を表1に示す。
Example 3
In the said Example 1, it measured by the same method except having made the water repellent and its solution into the water repellent FS-392B by Fluoro Technology Co., Ltd. The results are shown in Table 1.

比較例1
実施例1で得られた多孔質支持体について、撥水剤による疎水性コーティングなしで、測定を行なった。
Comparative Example 1
The porous support obtained in Example 1 was measured without a hydrophobic coating with a water repellent.

表1の結果からわかるように、撥水剤をコーティングしていない膜のプロピレン透過性が、210GPUであるのに対し、撥水剤をコーティングした膜の透過性は、何れも高い値を示した。その透過性は、接触角の増加に伴い高くなる傾向を示した。これは、接触角が大きい程、多孔質支持体内部において水分が凝縮しにくくなった結果であると考えられる。   As can be seen from the results in Table 1, the propylene permeability of the film not coated with the water repellent was 210 GPU, whereas the permeability of the film coated with the water repellent showed high values. . The permeability tended to increase with increasing contact angle. This is considered to be the result of the moisture becoming less likely to condense inside the porous support as the contact angle increases.

1,2 ガス分離膜
11,21 多孔質支持体
12,22 ガス分離活性層
23 撥水剤
24 未撥水処理部
P 貫通孔
C 閉塞
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2, Gas separation membrane 11,21 Porous support body 12,22 Gas separation active layer 23 Water repellent agent 24 Non-water-repellent treatment part P Through-hole C Clogging

Claims (5)

貫通孔を有する多孔質支持体と、前記多孔質支持体上に配置されたガス分離活性層とを有するガス分離膜であって、
前記多孔質支持体が、前記多孔質支持体の表面の少なくとも一部及び/又は前記貫通孔の表面の少なくとも一部に撥水剤を有するガス分離膜。
A gas separation membrane having a porous support having through-holes and a gas separation active layer disposed on the porous support,
The gas separation membrane in which the porous support has a water repellent agent on at least a part of the surface of the porous support and / or at least a part of the surface of the through hole.
前記多孔質支持体が、前記多孔質支持体の表面の少なくとも一部に撥水剤を有し、前記多孔質支持体に2μLの純水を滴下したときの接触角が95°〜150°である請求項1に記載のガス分離膜。   The porous support has a water repellent agent on at least a part of the surface of the porous support, and a contact angle when 2 μL of pure water is dropped onto the porous support is 95 ° to 150 °. The gas separation membrane according to claim 1. 前記多孔質支持体が、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリスルホン(PSF)、及びポリアクリロニトリル(PAN)からなる群から選択される材料を一種類以上含有する請求項1又は2に記載のガス分離膜。   The porous support contains at least one material selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethersulfone (PES), polysulfone (PSF), and polyacrylonitrile (PAN). 2. The gas separation membrane according to 2. 前記多孔質支持体の平均孔径が、0.01μm〜2.0μmである請求項1〜3のいずれか一項に記載のガス分離膜。   The gas separation membrane according to any one of claims 1 to 3, wherein an average pore diameter of the porous support is 0.01 µm to 2.0 µm. 測定温度30℃、及びプロピレン分圧0.6気圧の条件下で、プロピレン/プロパンの分離係数αが50以上2,000以下である請求項1〜4のいずれか一項に記載のガス分離膜。   The gas separation membrane according to any one of claims 1 to 4, wherein a separation factor α of propylene / propane is 50 or more and 2,000 or less under conditions of a measurement temperature of 30 ° C and a propylene partial pressure of 0.6 atm. .
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