JP2021094496A - ガス分離方法及びガス分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】分離効率の低下を抑制することができるガス分離方法及びガス分離装置を提供する。【解決手段】特定のガス成分を選択的に透過する分離膜シートを用いたガス分離方法である。分離膜シートは、第１多孔層と、第１多孔層上に積層される分離機能層と、第１多孔層の前記分離機能層とは反対側に積層される第２多孔層とを有する。分離機能層は、無孔質の樹脂組成物層であり、第１多孔層と第２多孔層とは互いに異なる多孔層である。第１多孔層の平均孔径は、０．００５μｍ以上１μｍ以下であり、第１多孔層の厚みは、５μｍ以上１５０μｍ以下であり、第２多孔層の目付は、１０ｇ／ｍ２以上２００ｇ／ｍ２以下である。ガス分離方法は、分離膜シートの第２多孔層とは反対側から、特定のガス成分を少なくとも含む原料ガスを供給する工程を含み、供給する工程において、原料ガスの圧力Ｐ［ＭＰａＡ］と、第２多孔層の目付偏差ｓ［ｇ／ｍ２］とは、式（１）の関係を満たす。Ｐ≦１／ｓ （１）【選択図】図１

Description

本発明は、ガス分離方法及びガス分離装置に関する。

高分子化合物を用いた高分子膜は、液体、気体、固体及び少なくともそれらの２つを含む混合物等の流体に含まれる特定の成分の選択的な分離に用いられることが知られている。例えば、特許文献１には、樹脂で構成された多孔質層上に樹脂で構成された分離層を設けた分離膜が記載されており、特許文献２には、不織布上に樹脂で構成された分離層を設けた分離膜が記載されている。

特開２０１３−１６６１３１号公報 特開２０１６−１０１５５８号公報

ガス分離に際して、分離膜に高圧のガスが供給されることがある。このような高圧のガスを分離膜に供給してガス分離を行った場合に、分離効率が低下することが見出された。

本発明は、分離効率の低下を抑制することができるガス分離方法及びガス分離装置の提供を目的とする。

本発明は、以下のガス分離方法及びガス分離装置を提供する。
〔１〕 特定のガス成分を選択的に透過する分離膜シートを用いたガス分離方法であって、
前記分離膜シートは、
第１多孔層と、前記第１多孔層上に積層される分離機能層と、前記第１多孔層の前記分離機能層とは反対側に積層される第２多孔層と、を有し、
前記分離機能層は、無孔質の樹脂組成物層であり、
前記第１多孔層と前記第２多孔層とは互いに異なる多孔層であり、
前記第１多孔層の平均孔径は、０．００５μｍ以上１μｍ以下であり、
前記第１多孔層の厚みは、５μｍ以上１５０μｍ以下であり、
前記第２多孔層の目付は、１０ｇ／ｍ^２以上２００ｇ／ｍ^２以下であり、
前記ガス分離方法は、
前記分離膜シートの前記第２多孔層とは反対側から、前記特定のガス成分を少なくとも含む原料ガスを供給する工程を含み、
前記供給する工程において、前記原料ガスの圧力Ｐ［ＭＰａＡ］と、前記第２多孔層の目付偏差ｓ［ｇ／ｍ^２］とは、式（１）の関係を満たす、ガス分離方法。
Ｐ≦１／ｓ （１）
〔２〕 前記分離膜シートは、前記原料ガスを供給するための供給側空間と、前記分離膜シートを透過した前記特定のガス成分を含む透過ガスを受け入れるための透過側空間とを隔てるものであり、
前記供給側空間は、前記分離膜シートの前記第２多孔層とは反対側に設けられ、
前記透過側空間は、前記分離膜シートの前記第２多孔層側に設けられ、
前記供給する工程は、前記供給側空間に前記原料ガスを供給する工程を含み、
さらに、前記透過ガスを前記透過側空間から排出する工程と、
前記分離膜シートを透過しなかった前記原料ガスを前記供給側空間から排出する工程と、を含む、〔１〕に記載のガス分離方法。
〔３〕 前記第１多孔層の厚みは、前記第２多孔層の厚みよりも小さい、〔１〕又は〔１〕に記載のガス分離方法。
〔４〕 前記第１多孔層の通気度は、前記第２多孔層の通気度よりも小さい、〔１〕〜〔３〕のいずれかに記載の分離膜シート。
〔５〕 前記樹脂組成物層は、ゲル状である、〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載の分離膜シート。
〔６〕 前記分離機能層は、親水性樹脂を含み、
前記第１多孔層は、疎水性である、〔１〕〜〔５〕のいずれかに記載の分離膜シート。
〔７〕 前記第１多孔層は、多孔膜である、〔１〕〜〔６〕のいずれかに記載のガス分離方法。
〔８〕 前記第２多孔層は、不織布である、〔１〕〜〔７〕のいずれかに記載の分離膜シート。
〔９〕 前記分離機能層は、前記特定のガス成分と可逆的に反応するキャリアを含む、〔１〕〜〔８〕のいずれかに記載のガス分離方法。
〔１０〕 前記特定のガス成分は、酸性ガスである、〔１〕〜〔９〕のいずれかに記載のガス分離方法。
〔１１〕 特定のガス成分を選択的に透過する分離膜シートを含むガス分離装置であって、
前記分離膜シートは、
第１多孔層と、前記第１多孔層上に積層される分離機能層と、前記第１多孔層の前記分離機能層とは反対側に積層される第２多孔層と、を有し、
前記分離機能層は、無孔質の樹脂組成物層であり、
前記第１多孔層と前記第２多孔層とは互いに異なる多孔層であり、
前記第１多孔層の平均孔径は、０．００５μｍ以上１μｍ以下であり、
前記第１多孔層の厚みは、５μｍ以上１５０μｍ以下であり、
前記第２多孔層の目付は、１０ｇ／ｍ^２以上２００ｇ／ｍ^２以下であり、
前記ガス分離装置は、
前記分離膜シートの前記第２多孔層とは反対側から、前記特定のガス成分を少なくとも含む原料ガスを供給する供給部を有し、
前記供給部は、前記原料ガスの圧力Ｐ［ＭＰａＡ］と前記第２多孔層の目付偏差ｓ［ｇ／ｍ^２］とが式（１）の関係を満たすように、前記原料ガスを供給する、ガス分離装置。
〔１２〕 前記分離膜シートによって互いに隔てられた供給側空間及び透過側空間と、
前記供給部から前記原料ガスを前記供給側空間に供給するための供給側入口と、
前記分離膜シートを透過した前記特定のガス成分を含む透過ガスを前記透過側空間から排出するための透過側出口と、
前記分離膜シートを透過しなかった原料ガスを前記供給側空間から排出するための非透過側出口と、を備える、〔１１〕に記載のガス分離装置。

本発明によれば、分離効率の低下を抑制することができるガス分離方法及びガス分離装置を提供することができる。

（ａ）及び（ｂ）は、本発明のガス分離方法に用いる分離膜シートを模式的に示す概略断面図である。 分離膜エレメントに備わる分離膜シートを含む積層体の一例を模式的に示す概略断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、分離膜エレメントの他の一例を示す、一部展開部分を設けた概略の斜視図である。 実施例で行った気密試験の試験装置を説明する概略の模式図である。

本実施形態のガス分離方法は、特定のガス成分を選択的に透過する分離膜シートを用いたガス分離方法である。以下では、まず分離膜シートについて説明し、次に分離膜シートを用いたガス分離方法について説明する。

（分離膜シート）
図１（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態のガス分離方法に用いる分離膜シートを模式的に示す概略断面図である。図１（ａ）に示す分離膜シート１０は、特定のガス成分を選択的に透過する分離膜シート１０であって、第１多孔層１１と、第１多孔層１１上に積層される分離機能層１５と、第１多孔層１１の分離機能層１５とは反対側に積層される第２多孔層１２とを有する。分離機能層１５は、無孔質の樹脂組成物層であり、第１多孔層１１と第２多孔層１２とは、互いに異なる多孔層である。第１多孔層１１の平均孔径は、０．００５μｍ以上１μｍ以下であり、第１多孔層１１の厚みは、５μｍ以上１５０μｍ以下である。第２多孔層１２の目付は、１０ｇ／ｍ^２以上２００ｇ／ｍ^２以下である。

第１多孔層１１と第２多孔層１２とが互いに異なる多孔層であるとは、第１多孔層１１と第２多孔層１２とが完全に同じではないことをいい、例えば、第１多孔層１１及び第２多孔層１２を構成する材料の種類や形態（多孔膜、不織布、織布、発泡体等）、第１多孔層１１及び第２多孔層１２の厚み、密度、平均孔径、空隙率、通気度等の物性等のうちの少なくとも１つが異なることをいう。

第１多孔層１１と第２多孔層１２とは、厚み及び通気度のうちの少なくとも一方が異なっていることが好ましい。第１多孔層１１の厚みと第２多孔層１２の厚みとが互いに異なっている場合、第１多孔層１１の厚みは、第２多孔層１２の厚みよりも小さいことが好ましい。第１多孔層１１の通気度と第２多孔層１２の通気度とが互いに異なっている場合、第１多孔層１１の通気度は、第２多孔層１２の通気度よりも小さいことが好ましい。

第１多孔層１１は多孔膜であり、第２多孔層１２は不織布であることが好ましい。

第２多孔層１２は、後述する分離膜エレメントにおいて、透過側流路部材側に配置されることが好ましい。

分離膜シート１０は、図１（ｂ）に示すように、分離機能層１５の第１多孔層１１とは反対側に、第３多孔層１３を有していてもよく、第３多孔層１３の分離機能層１５とは反対側に、第４多孔層１４を有していてもよい。

分離膜シート１０が選択的に透過させる特定のガス成分は、酸性ガスであることが好ましい。酸性ガスとしては、二酸化炭素（ＣＯ_２）、硫化水素（Ｈ_２Ｓ）、硫化カルボニル、硫黄酸化物（ＳＯ_ｘ）、窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）、塩化水素等のハロゲン化水素等が挙げられる。特定のガス成分は、二酸化炭素であることが好ましい。

（分離機能層）
分離機能層１５は、主に特定のガス成分を選択的に透過させるガス選択透過性を有する。分離機能層１５は、樹脂組成物を用いて形成された無孔質の樹脂組成物層であり、ゲル状の樹脂組成物層であることが好ましい。本明細書において無孔質の樹脂組成物層とは、分子のサイズや形状の差異を利用して選択透過させる多孔質の層（分子ふるい膜）ではなく、分子の溶解性及び拡散性の差異を利用して選択透過させる層（溶解−拡散膜）をいう。無孔質の樹脂組成物層としては、例えばガス分子の溶解性又は／及び拡散性を促進する物質を含む促進輸送膜が挙げられる。

樹脂組成物層は、少なくとも親水性樹脂、及び、特定のガス成分と可逆的に反応するキャリアを含むことが好ましく、必要に応じて、親水性樹脂やキャリア以外の添加剤を含んでいてもよい。

親水性樹脂は、水酸基やイオン交換基等の親水性基を有する樹脂であり、親水性樹脂の分子鎖同士が架橋により網目構造を有することで高い保水性を示す架橋型親水性樹脂を含むことがより好ましい。

親水性樹脂を形成する重合体は、例えば、アクリル酸アルキルエステル、メタクリル酸アルキルエステル、脂肪酸のビニルエステル、又はそれらの誘導体に由来する構造単位を有していることが好ましい。このような親水性を示す重合体としては、アクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、メタクリル酸、酢酸ビニル等の単量体を重合してなる重合体が挙げられ、具体的には、イオン交換基としてカルボキシル基を有するポリアクリル酸系樹脂、ポリイタコン酸系樹脂、ポリクロトン酸系樹脂、ポリメタクリル酸系樹脂等、水酸基を有するポリビニルアルコール系樹脂等、それらの共重合体であるアクリル酸−ビニルアルコール共重合体系樹脂、アクリル酸−メタクリル酸共重合体系樹脂、アクリル酸−メタクリル酸メチル共重合体系樹脂、メタクリル酸−メタクリル酸メチル共重合体系樹脂等が挙げられる。この中でも、アクリル酸の重合体であるポリアクリル酸系樹脂、メタクリル酸の重合体であるポリメタクリル酸系樹脂、酢酸ビニルの重合体を加水分解したポリビニルアルコール系樹脂、アクリル酸メチルと酢酸ビニルとの共重合体を鹸化したアクリル酸塩−ビニルアルコール共重合体系樹脂、アクリル酸とメタクリル酸との共重合体であるアクリル酸−メタクリル酸共重合体系樹脂がより好ましく、ポリアクリル酸、アクリル酸塩−ビニルアルコール共重合体系樹脂がさらに好ましい。

架橋型親水性樹脂は、親水性を示す重合体を架橋剤と反応させて調製してもよいし、親水性を示す重合体の原料となる単量体と架橋性単量体とを共重合させて調製してもよい。架橋剤又は架橋性単量体としては特に限定されず、従来公知の架橋剤又は架橋性単量体を使用することができる。

架橋剤としては、例えば、エポキシ架橋剤、多価グリシジルエーテル、多価アルコール、多価イソシアネート、多価アジリジン、ハロエポキシ化合物、多価アルデヒド、多価アミン、有機金属系架橋剤、金属系架橋剤等の、従来公知の架橋剤が挙げられる。架橋性単量体としては、例えば、ジビニルベンゼン、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド、トリメチロールプロパントリアリルエーテル、ペンタエリスリトールテトラアリルエーテル等の、従来公知の架橋性単量体が挙げられる。架橋方法としては、例えば、熱架橋、紫外線架橋、電子線架橋、放射線架橋、光架橋等の方法や、特開２００３−２６８００９号公報、特開平７−８８１７１号公報に記載されている方法等、従来公知の手法を使用することができる。

特定のガス成分と可逆的に反応するキャリアは、分離機能層１５を構成する樹脂組成物層内に存在し、樹脂組成物層内に溶解した特定のガス成分と可逆的に反応することにより、特定のガス成分を選択的に透過させる。分離機能層１５に含まれるキャリアは、１種であってもよく２種以上であってもよい。

特定のガス成分が酸性ガスである場合に用いられるキャリアの具体例としては、酸性ガスが二酸化炭素の場合、アルカリ金属炭酸塩やアルカリ金属重炭酸塩、アルカノールアミン（例えば、特公平７−１０２３１０号公報（特許第２０８６５８１号）等に記載）、及びアルカリ金属水酸化物（例えば、国際公開公報２０１６／０２４５２３号パンフレット等に記載）等が、酸性ガスが硫黄酸化物の場合、硫黄含有化合物や、アルカリ金属のクエン酸塩、及び遷移金属錯体（例えば、特許第２８７９０５７号公報等に記載）等が、酸性ガスが窒素酸化物の場合、アルカリ金属亜硝酸塩や、遷移金属錯体（例えば、特許第２８７９０５７号公報等に記載）等が、それぞれ挙げられる。

分離機能層１５の厚みは、１０００μｍ以下であることが好ましく、５００μｍ以下であることがより好ましく、１００μｍ以下であることがさらに好ましく、また、通常５μｍ以上である。厚みは、光学顕微鏡や電子顕微鏡を用いて、分離機能層１５の断面観察を行うことによって決定することができる。

分離機能層１５には、親水性樹脂、キャリアのほかに、例えば特定のガス成分とキャリアとの反応速度を向上させるための水和反応触媒や、界面活性剤等が添加剤として含まれていてもよい。

特定のガス成分が酸性ガスである場合の水和反応触媒としては、オキソ酸化合物が挙げられる。オキソ酸化合物としては、１４族元素、１５族元素、及び１６族元素からなる群より選択される少なくとも１つの元素のオキソ酸化合物であることが好ましく、亜テルル酸化合物、亜セレン酸化合物、亜ヒ酸化合物、及びオルトケイ酸化合物からなる群より選択される少なくとも１つであることがさらに好ましい。分離機能層１５は、オキソ酸化合物を１種又は２種以上含むことができる。

界面活性剤としては、特に限定されないが、例えば、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコール類、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルエーテル類、フッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤等の従来公知の界面活性剤を使用することができる。界面活性剤は、１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を併用してもよい。

（第１多孔層）
第１多孔層１１は、分離機能層１５を支持するための支持層として用いることができる。第１多孔層１１は、分離機能層１５を形成するために樹脂組成物を含む塗布液が塗布される層であってもよい。第１多孔層１１は、分離膜シート１０において、分離機能層１５に供給された原料ガス、特に原料ガスに含まれ、分離機能層１５を選択的に透過する特定のガス成分の拡散抵抗とならないように、ガス透過性の高い多孔性を有する。

第１多孔層１１は、単層構造を有するものであってもよく、多層構造を有していてもよい。第１多孔層１１が多層構造を有する場合、各層は互いに同じであってもよく互いに異なっていてもよい。

第１多孔層１１の平均孔径は、０．００５μｍ以上であり、０．０１μｍ以上であることが好ましく、０．０５μｍ以上であることがより好ましく、また、１μｍ以下であり、０．７μｍ以下であることが好ましく、０．５μｍ以下であることがより好ましい。第１多孔層１１の平均孔径は、後述する実施例に記載の方法によって測定することができる。

第１多孔層１１の厚みは、５μｍ以上であり、１０μｍ以上であることが好ましく、１５μｍ以上であることがより好ましく、３０μｍ以上であることがさらに好ましく、また、１５０μｍ以下であり、１２０μｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以下であることがより好ましく、８０μｍ以下であることがさらに好ましい。第１多孔層１１の厚みは、後述する第２多孔層１２の厚みよりも小さいことが好ましい。厚みは、後述する実施例に記載の方法によって測定することができる。

第１多孔層１１の平均孔径及び厚みが上記の範囲内であることにより、分離機能層１５を選択的に透過する特定のガス成分の拡散抵抗となることなく、分離機能層１５の支持層として好適に用いることができる。また、分離機能層１５を構成する樹脂組成物層を形成するために、第１多孔層１１上に樹脂組成物を塗布する場合に、安定した成膜性を得やすくなる。

第１多孔層１１の空隙率は、特定のガス成分の拡散抵抗となることを抑制しつつ分離機能層の支持層として好適に用いられるという観点から、５％以上であることが好ましく、１０％以上であってもよく、２０％以上であってもよく、３０％以上であってもよく、また、９９％以下であることが好ましく、９５％以下であってもよく、９０％以下であってもよい。

空隙率は、次の手順で算出することができる。まず、第１多孔層１１を、２５０ｍｍ×２００ｍｍのサイズに切り出したサンプルについて、面積、厚み、及び重量［ｇ］を測定する。第１多孔層１１を構成する材料の真密度をρ［ｇ／ｃｍ^３］として、下式にしたがって空隙率を算出する。
空隙率［％］＝［（サンプルの面積×サンプルの厚み×ρ）−サンプルの重量］／（サンプルの面積×サンプルの厚み×ρ）

第１多孔層１１の真密度は、切り出したサンプルを融点以上に加熱し、溶融させて無孔状とした後、冷却・固化させて得られた溶融固化サンプルについて、容積及び重量を測定して決定することができる。第１多孔層１１が多層構造を有する場合、第１多孔層１１を構成する材料の真密度は、切り出したサンプルに含まれる各層の割合（厚み比）に基づいて、決定することができる。

第１多孔層１１の通気度は、特定のガス成分の拡散抵抗となることを抑制しつつ分離機能層の支持層として好適に用いられるという観点から、通気抵抗度を示すガーレー値が３０秒以上であることが好ましく、６０秒以上であることがより好ましく、９０秒以上であってもよく、また、２０００秒以下であることが好ましく、１５００秒以下であってもよく、１０００秒以下であってもよく、５００秒以下であってもよい。第１多孔層１１の通気度は、後述する第２多孔層１２の通気度よりも小さいことが好ましい。通気抵抗度を示すガーレー値は、ＪＩＳ Ｌ １０９６に準拠して測定することにより決定することができ、より具体的には、後述する実施例に記載の方法によって決定することができる。

第１多孔層１１のヤング率は、特定のガス成分の拡散抵抗となることを抑制しつつ分離機能層の支持層として好適に用いられるという観点から、２０ＧＰａ以上であることが好ましく、１００ＧＰａ以上であってもよく、２００ＧＰａ以上であってもよく、また、１２００ＧＰａ以下であることが好ましく、１０００ＧＰａ以下であってもよく、８００ＧＰａ以下であってもよく、６００ＧＰａ以下であってもよい。

ヤング率は、次の手順で測定することができる。第１多孔層１１から、ＪＩＳ Ｋ６２５１−３規定のダンベル形状に小片を切り出す。温度２３℃、相対湿度５０％ＲＨの条件下で、オートグラフ装置にフィルムの小片を装着し、５０ｍｍ／ｍｉｎの一定速度で引っ張る。この測定における初期の応力及び歪からヤング率を算出する。測定は３回行い、その平均値を第１多孔層１１のヤング率とする。

第１多孔層１１は、疎水性であることが好ましく、温度２５℃における水の接触角が９０度以上であってもよく、９５度以上であってもよく、１００度以上であってもよい。水の接触角は、接触角計（例えば、協和界面科学（株）製；商品名：「ＤｒｏｐＭａｓｔｅｒ５００」）で測定することができる。

第１多孔層１１は、樹脂材料又は無機材料によって形成されていることが好ましい。第１多孔層１１を構成する樹脂材料としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン系樹脂；ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等のフッ素含有樹脂；ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル樹脂；ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、高分子量ポリエステル、耐熱性ポリアミド、アラミド、ポリカーボネート、これらの樹脂材料のうちの２種以上の混合物等が挙げられる。これらの中でも、撥水性及び耐熱性の点から、ポリオレフィン系樹脂又はフッ素含有樹脂であることが好ましい。第１多孔層１１を構成する無機材料としては、金属、ガラス、セラミックス等が挙げられる。第１多孔層１１は、樹脂材料と無機材料との両方を含んでいてもよい。

第１多孔層１１は、多孔体であれば特に限定されず、例えば、多孔膜、不織布、織布、発泡体、ネット等の形態であってもよい。第１多孔層１１は、特定のガス成分の拡散抵抗となることを抑制しつつ分離機能層の支持層として好適に用いられるという観点から、多孔膜であることが好ましい。多孔膜とは、多孔性の樹脂フィルムをいう。多孔膜としては、延伸法や相分離法で得られた多孔膜が挙げられる。

（第２多孔層）
第２多孔層１２は、第１多孔層１１の分離機能層１５とは反対側に積層され、第１多孔層１１の支持層としての機能を補強するための補強層として用いることができる。第２多孔層１２を設けることにより、原料ガス中の特定のガス成分を選択的に透過させる際に分離膜シート１０にかかる圧力負荷に耐え得る強度を追加的に付与することができる。また、分離機能層１５を構成する樹脂組成物層を形成するために、第１多孔層１１上に樹脂組成物を塗布する場合には、第１多孔層１１にかかる張力負荷に耐え得る強度を追加的に付与することができる。

第２多孔層１２は、単層構造を有するものであってもよく、多層構造を有していてもよい。第２多孔層１２が多層構造を有する場合、各層は互いに同じであってもよく互いに異なっていてもよい。

第２多孔層１２の目付は、分離膜シート１０にかかる圧力や張力に耐え得る強度を付与する観点から、１０ｇ／ｍ^２以上であることが好ましく、１５ｇ／ｍ^２以上であることがより好ましく、２０ｇ／ｍ^２以上であってもよく、また、通常２００ｇ／ｍ^２以下であり、１５０ｇ／ｍ^２以下であってもよい。目付は、後述する実施例に記載の方法によって測定することができる。

第２多孔層１２の厚みは、分離膜シート１０にかかる圧力や張力に耐え得る強度を付与する観点から、１０μｍ以上であることが好ましく、５０μｍ以上であることがより好ましく、１００μｍ以上であってもよく、また、７００μｍ以下であることが好ましく、６００μｍ以下であってもよく、５００μｍ以下であってもよく、４００μｍ以下であってもよい。厚みは、後述する実施例に記載の第１多孔層１１の厚みの測定方法と同様にして測定することができる。

第２多孔層１２の空隙率は、分離膜シート１０にかかる圧力や張力に耐え得る強度を付与する観点から、５％以上であることが好ましく、１０％以上であってもよく、２０％以上であってもよく、３０％以上であってもよく、また、９９％以下であることが好ましく、９５％以下であってもよく、９０％以下であってもよい。空隙率は、上記した方法によって算出することができる。

第２多孔層１２の通気度は、ガーレー値が０．０１秒以上であることが好ましく、０．０５秒以上であってもよく、また、通常３０秒以下であり、２０秒以下であってもよく、１０秒以下であってもよい。通気抵抗度を示すガーレー値は、ＪＩＳ Ｌ １０９６に準拠して測定して決定することができ、より具体的には、後述する実施例に記載の方法によって決定することができる。

第２多孔層１２のヤング率は、分離膜シート１０にかかる圧力や張力に耐え得る強度を付与する観点から、２０ＧＰａ以上であることが好ましく、５０ＧＰａ以上であってもよく、１００ＧＰａ以上であってもよく、また、４００ＧＰａ以下であることが好ましく、３００ＧＰａ以下であってもよく、２００ＧＰａ以下であってもよい。ヤング率は、上記した方法によって算出することができる。

第２多孔層１２は、樹脂材料又は無機材料によって形成されていることが好ましい。第２多孔層１２を構成する樹脂材料又は無機材料としては、第１多孔層１１を形成するための樹脂材料又は無機材料を挙げることができる。第２多孔層１２を形成するための樹脂材料は、ポリオレフィン系樹脂又はポリフェニレンサルファイドであることが好ましい。

第２多孔層１２は、多孔体であれば特に限定されず、例えば、多孔膜、不織布、織布、発泡体、ネット等の形態であってもよい。第２多孔層１２は、分離膜シート１０にかかる圧力や張力に耐え得る強度を付与する観点から、不織布であることが好ましい。不織布としては、例えば、スパンボンド不織布、メルトブロー不織布、エアレイド不織布、スパンレース不織布、カード不織布等が挙げられる。

第２多孔層１２が不織布である場合、不織布を構成する繊維の平均繊維径は、通常１μｍ以上であり、５μｍ以上であってもよく、１０μｍ以上であってもよく、また、通常８０μｍ以下であり、６０μｍ以下であってもよく、５０μｍ以下であってもよく、３０μｍ以下であってもよい。平均繊維径は、光学顕微鏡や電子顕微鏡を用いて、第２多孔層１２の表面を撮影し、任意に選んだ５０本の繊維について測定した繊維径の平均値とすることができる。

第２多孔層１２は、第１多孔層１１に固定されていることが好ましい。固定方法としては、従来公知の方法を用いることができ、例えば、接着剤又は粘着剤を介して貼合する方法や熱融着法等が挙げられる。接着剤や粘着剤を介して貼合する場合は、第１多孔層１１及び第２多孔層１２のうちの少なくとも一方に接着剤又は粘着剤を塗布した後、第１多孔層１１と第２多孔層１２とを貼合すればよい。第１多孔層１１と第２多孔層１２との間に介在する接着剤又は粘着剤の量は、例えば１ｇ／ｍ^２以上１０００ｇ／ｍ^２以下とすることができ、５ｇ／ｍ^２以上２００ｇ／ｍ^２以下であってもよい。熱融着法によって固定する方法としては、例えば、第１多孔層１１と第２多孔層１２とを積層した後、外部から熱又は振動を加えて接合面を溶融させて融着させる方法が挙げられる。

なお、第１多孔層１１と第２多孔層１２との間や、第２多孔層１２と他の層との間が、接着剤や粘着剤で固定されている場合、分離膜シート１０からこれらの層を取り出す際には、まず、分離膜シート１０を水洗・乾燥して分離機能層１５を除去する。次いで、接着剤や粘着剤を溶媒等を用いて溶解除去して、第１多孔層１１及び第２多孔層１２を取り出し、上記した各種物性の測定等を行えばよい。

第１多孔層１１と第２多孔層１２との間や、第２多孔層１２と他の層との間が、熱融着によって固定されている場合の第２多孔層１２の目付は、次の手順で測定することができる。まず、分離膜シート１０を水洗・乾燥して分離機能層１５を除去する。次いで、第２多孔層１２に熱融着により固定されている層全体を含むように、５０ｍｍ×５０ｍｍのサイズに切り出した第１のサンプルを用意し、この第１のサンプルの断面観察から第２多孔層１２の厚みを測定し、その平均値を算出する。続いて、上記第１のサンプルにおいて、層表面に設定する互いに重ならない直径１２ｍｍの複数の円状領域から任意に選んだ１０箇所から、第２多孔層１２のみを含むように、第２のサンプル（合計１０個）を取得し、各第２のサンプルの密度を測定し、その平均値を算出する。これらの平均値を用いて下式に基づいて、第２多孔層１２の目付を決定する。
第２多孔層の目付＝（第２のサンプルの密度の平均値）×（第１のサンプルにおける第２多孔層の厚みの平均値）

第１多孔層１１と第２多孔層１２との間や、第２多孔層１２と他の層との間が、熱融着によって固定されている場合の第２多孔層１２の目付偏差は、上記で算出した目付の値を用いること以外は、後述する実施例に記載の方法に準じて測定することができる。

（第３多孔層）
第３多孔層１３は、分離機能層１５の第１多孔層１１とは反対側に積層され、分離機能層１５を保護するための保護層として用いることができる。第３多孔層１３は、単層構造を有するものであってもよく、多層構造を有していてもよい。第３多孔層１３が多層構造を有する場合、各層は互いに同じであってもよく互いに異なっていてもよい。第３多孔層１３としては、例えば、第１多孔層１１と同じものを用いることができる。

（第４多孔層）
第４多孔層１４は、第３多孔層１３の分離機能層１５とは反対側に積層され、第３多孔層１３の保護層としての機能を補強するための補強層として用いることができる。第４多孔層１４は、単層構造を有するものであってもよく、多層構造を有していてもよい。第４多孔層１４が多層構造を有する場合、各層は互いに同じであってもよく互いに異なっていてもよい。第４多孔層１４としては、例えば、第２多孔層１２と同じものを用いることができる。第４多孔層１４は、第３多孔層１３に、固定されていてもよいし、固定されていなくてもよい。第４多孔層１４と第３多孔層１３とが固定される場合は、従来公知の固定方法を適用することができ、例えば、上記した第１多孔層１１と第２多孔層１２との固定方法が挙げられる。

（分離膜シートの製造方法）
分離膜シート１０の製造方法は、例えば、分離機能層１５を形成するための樹脂組成物を含む塗布液を準備する工程（以下、「準備工程」ということがある。）と、第１多孔層１１上に塗布液を塗布する工程（以下、「塗布工程」ということがある。）とを含むことができる。分離膜シート１０の製造方法は、塗布工程に先立って、予め塗工液が塗布される第１多孔層１１の塗布液が塗布される側とは反対側に、第２多孔層１２を積層する工程を有していてもよい。あるいは、分離膜シート１０の製造方法は、第１多孔層１１上に分離機能層１５を形成した後に、第１多孔層１１の分離機能層１５とは反対側に、第２多孔層１２を積層する工程を有していてもよい。

準備工程は、第１多孔層１１上に塗布される塗布液を準備する工程である。準備工程では、例えば、分離機能層１５を形成するための樹脂組成物と媒質とを混合して塗布液を準備することができる。樹脂組成物は、上記した樹脂、特定のガス成分と可逆的に反応するキャリア、水和反応触媒、及び界面活性剤等を含むことができる。媒質としては、例えば、水、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール等のアルコール等のプロトン性極性溶媒；トルエン、キシレン、ヘキサン等の無極性溶媒；アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン、Ｎ−メチルピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等の非プロトン性極性溶媒；等が挙げられる。媒質は、１種類を単独で用いてもよく、相溶する範囲で２種類以上を併用してもよい。これらの中でも、水、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール等のアルコールからなる群から選択される少なくとも１つが含まれる媒質が好ましく、水が含まれる媒質がより好ましい。

準備工程は、準備した塗布液に含まれる気泡を除去するための脱泡工程を含んでいてもよい。脱泡工程は、例えば、塗布液を撹拌する、濾過する等によりせん断を与える方法、塗布液を真空脱気又は減圧脱気する方法、塗布液を加温して脱気する方法等を挙げることができる。

塗布工程は、準備工程で準備した塗布液を第１多孔層１１上に塗布する工程である。塗布工程は、スロットダイ塗布、スピンコート法、バー塗布、ダイコート、ブレード塗布、エアナイフ塗布、グラビアコート、ロールコーティング塗布、スプレー塗布、ディップ塗布、コンマロール法、キスコート法、スクリーン印刷、インクジェット印刷等によって行うことができる。

塗布工程は、第１多孔層１１上に塗布液を塗布して形成された塗布液の膜から、媒質を除去する工程を含むことが好ましい。媒質を除去する工程は、加熱等により塗布液の膜から媒質を蒸発除去させる方法等を挙げることができる。

分離膜シート１０の製造方法は、分離膜シート１０が第３多孔層１３を有する場合、塗布液によって形成される膜の第１多孔層１１とは反対側に、第３多孔層１３を積層する工程を有していてもよい。第３多孔層１３を積層した後に、塗布液の膜中の媒質をさらに除去する工程を行ってもよい。分離膜シート１０がさらに第４多孔層１４を有する場合、分離膜シート１０の製造方法は、第３多孔層１３を積層する工程に先立ち、第３多孔層１３の塗布液の膜と対向する側とは反対側に第４多孔層１４を積層する工程を有していてもよい。あるいは、分離膜シート１０の製造方法は、分離機能層１５上に第３多孔層１３を積層した後に、第３多孔層１３の分離機能層１５とは反対側に第４多孔層１４を積層する工程を有していてもよい。

（ガス分離方法）
本実施形態のガス分離方法は、分離膜シート１０を用いて行うものであり、分離膜シート１０の第２多孔層１２とは反対側から、特定のガス成分を少なくとも含む原料ガスを供給する工程（以下、「供給工程」ということがある。）を含む。供給工程において、原料ガスの圧力Ｐ［ＭＰａＡ］（絶対圧）と、第２多孔層１２の目付偏差ｓ［ｇ／ｍ^２］とは、式（１）の関係を満たす。
Ｐ≦１／ｓ （１）

供給工程において、分離膜シート１０に供給される原料ガスは、図１に示すように、分離膜シート１０が第３多孔層１３や第４多孔層１４を有する場合、第３多孔層１３又は第４多孔層１４側に供給される。

分離膜シート１０における第２多孔層１２の目付偏差ｓが大きい場合、第２多孔層１２の目付のムラが大きい。目付のムラの大きい第２多孔層１２を有する分離膜シート１０では、その強度が不均一となりやすく、原料ガスを供給すると、第２多孔層１２の相対的に目付偏差ｓの大きい領域等において分離膜シート１０（特に、分離機能層１５）に破断等の損傷が生じやすくなる。分離膜シート１０の損傷が生じた領域では、原料ガスが分離されることなく流出するため、分離効率が低下しやすくなる。そのため、分離膜シート１０に供給される原料ガスの圧力Ｐが大きい場合には、第２多孔層１２の目付のムラ（すなわち、目付偏差ｓ）を小さくして、分離膜シート１０の強度を均一にすることが好ましい。これに対し、分離膜シート１０に供給される原料ガスの圧力Ｐが小さい場合には、分離膜シート１０の強度に多少の不均一性が生じていても、原料ガスの供給によって分離膜シート１０に破断等の損傷が生じにくいため、分離効率の低下が生じにくいため、第２多孔層１２の目付のムラ（すなわち、目付偏差ｓ）が大きくてもよいと考えられる。

本実施形態のガス分離方法では、上記式（１）の関係を満たすように、供給工程における原料ガスの圧力Ｐを選択し、分離膜シート１０における第２多孔層１２の目付の目付偏差ｓを選定している。そのため、供給工程における原料ガスの圧力Ｐが大きい場合には、第２多孔層１２の目付の目付偏差ｓを小さくすることによって、分離効率の低下を抑制することができる。一方、第２多孔層１２の目付の目付偏差ｓが大きい場合には、供給工程における原料ガスの圧力Ｐが小さい条件下でガス分離を行うようにして、分離効率の低下を抑制することができる。

原料ガスの圧力Ｐは特に限定されないが、通常０．０１ＭＰａＡ以上であり、０．０５ＭＰａＡ以上であってもよく、０．１ＭＰａＡ以上であってもよく、また、通常１０ＭＰａＡ以下であり、５ＭＰａＡ以下であってもよく、３ＭＰａＡ以下であってもよい。

第２多孔層１２の目付偏差は特に限定されないが、４ｇ／ｍ^２以下であることが好ましく、３．５ｇ／ｍ^２以下であることが好ましく、３ｇ／ｍ^２以下であることがより好ましく、通常、０．０１ｇ／ｍ^２以上であり、０．１ｇ／ｍ^２以上であってもよい。第２多孔層１２の目付偏差は、後述する実施例に記載の方法によって測定することができる。

上記したガス分離方法において、分離膜シート１０は、原料ガスを供給するための供給側空間と、分離膜シート１０を透過した特定のガス成分を含む透過ガスを受け入れるための透過側空間とを隔てるものであることが好ましい。この場合、上記のガス分離方法では、供給側空間を分離膜シート１０の第２多孔層１２とは反対側に設け、透過側空間を分離膜シート１０の第２多孔層１２側に設けた上で、原料ガスを供給側空間に供給する工程と、透過ガスを透過側空間から排出する工程と、分離膜シートを透過しなかった原料ガスを供給側空間から排出する工程とを含むことができる。これにより、分離効率の低下を抑制しながらガス分離を行うことができる。

分離膜シート１０が第３多孔層１３や第４多孔層１４を有する場合、供給側空間は、分離膜シート１０の第３多孔層１３側や第４多孔層１４側に設けられる。

上記したガス分離方法に用いられる分離膜シート１０は、通常、分離膜エレメント又は分離膜モジュールに組み入れられた状態で用いられることが好ましい。

（分離膜エレメント）
分離膜シート１０は、スパイラル型、平膜型、中空糸型、チューブ型、プリーツ型、プレートアンドフレーム型等の公知の分離膜エレメントに用いることができる。

図２は、分離膜エレメントに備わる分離膜シートを含む積層体の一例を模式的に示す概略断面図である。分離膜エレメント２０は、図２に示すように、特定のガス成分を含む原料ガスが流れる流路を形成する供給側流路部材３と、分離膜シート１０を透過した透過ガスが流れる流路を形成する透過側流路部材４とを含む。分離膜エレメント２０において、供給側流路部材３は分離膜シート１０の第２多孔層１２とは反対側に配置され、透過側流路部材４は分離膜シート１０の第２多孔層１２側に配置される。分離膜シート１０が第３多孔層１３や第４多孔層１４を有する場合、供給側流路部材３は、第３多孔層１３側又は第４多孔層１４側に配置される。図２に示す分離膜エレメント２０では、分離膜シート１０の第４多孔層１４側に供給側流路部材３が配置される。

図３（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態の分離膜エレメントの他の一例を示す、一部展開部分を設けた概略の斜視図である。図３（ａ）及び（ｂ）に示す分離膜エレメントは、スパイラル型の分離膜エレメント２１，２１ａである。スパイラル型の分離膜エレメント２１，２１ａは、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、
特定のガス成分を含む原料ガスが流れる流路を形成する供給側流路部材３と、
供給側流路部材３を流れる原料ガスに含まれる特定のガス成分を選択的に分離して透過させる分離膜シート１０と、
分離膜シート１０を透過した特定のガス成分を含む透過ガスが流れる流路を形成する透過側流路部材４と、
原料ガスと透過ガスとの混合を防止するための封止部と、
透過側流路部材４を流れる透過ガスを収集する中心管５と、を有し、
供給側流路部材３と、分離膜シート１０と、透過側流路部材４とをそれぞれ少なくとも１以上積層したエレメント用積層体が、中心管５に巻回された巻回体を備えることができる。巻回体は、円筒状、角筒状等の任意の形状であってもよい。中心管５は、その外周面に透過側流路部材４で形成される透過ガスの流路空間と中心管５内部の中空空間とを連通させる複数の孔５０を有している。

スパイラル型の分離膜エレメント２１ａは、さらに、巻回体の巻戻しや巻崩れを防止するために、外周テープや、図３（ｂ）に示すテレスコープ防止板５５等の固定部材を備えていてもよく、分離膜エレメントにかかる内圧及び外圧による負荷に対する強度を確保するために、巻回体の最外周にアウターラップ（補強層）を有していてもよい。

供給側流路部材３及び透過側流路部材４は、原料ガス及び分離膜シート１０を透過した透過ガスの乱流（膜面の表面更新）を促進して、原料ガス中の透過ガスの膜透過速度を増加させる機能と、供給される原料ガス及び分離膜シート１０を透過した透過ガスの圧力損失をできるだけ小さくする機能とを有していることが好ましい。供給側流路部材３及び透過側流路部材４は、原料ガス及び透過ガスの流路を形成するスペーサとしての機能に加えて、原料ガス及び透過ガスに乱流を生じさせる機能を備えていることが好ましいことから、網目状（ネット状、メッシュ状等）のものが好適に用いられる。網目の単位格子の形状は、網目の形状によりガスの流路が変わることから、目的に応じて、例えば、正方形、長方形、菱形、平行四辺形等の形状から選択されることが好ましい。供給側流路部材３及び透過側流路部材４の材質としては、特に限定されないが、分離膜エレメント２０，２１，２１ａが設けられる分離装置の運転温度条件に耐え得る耐熱性を有する材料が好ましい。

封止部は、原料ガスと透過ガスとの混合を防止するために設けられ、例えば透過側流路部材４及び分離膜シート１０に封止材料が浸透して硬化することにより形成することができる。封止部は、通常、巻回体の中心管５の軸に平行な方向の両端に位置する端部、及び、中心管５の軸に直交する方向の両端に位置する端部のうち、中心管５と端部との距離が長い側の端部に設けられて、いわゆるエンベロープ状をなすことができる。封止部は、一般に接着剤として用いられる材料を用いることができ、例えば、エポキシ系樹脂等を用いることができる。

中心管５は、分離膜シート１０を透過した透過ガスを収集して、分離膜エレメント２１，２１ａから排出するための導管である。中心管５は、分離膜エレメント２１，２１ａが設けられる分離装置の使用温度条件に耐え得る耐熱性を有し、エレメント用積層体の巻き付けに耐え得る機械的強度を有する材料であることが好ましい。

（分離膜モジュール）
分離膜エレメントは、分離膜モジュールに用いることができる。分離膜モジュールは、分離膜エレメントを１基以上有する。分離膜モジュールは、分離膜エレメントの供給側流路部材３で形成される流路と連通する原料ガス供給口（図３（ｂ）に示す供給側端部５１と連通する部分）、非透過ガス排出口（図３（ｂ）に示す排出側端部５３と連通する部分）、及び分離膜エレメントの透過側流路部材４で形成される流路と連通する透過ガス排出口（図３（ｂ）に示す排出口５２と連通する部分）を備えている。分離膜モジュールでは、原料ガス供給口を介して分離膜シート１０に原料ガスが供給され、分離膜シート１０を透過した透過ガスが透過ガス排出口を介して排出され、分離膜シート１０を透過しなかった原料ガスが非透過ガス排出口を介して排出される。上記の原料ガス供給口、非透過ガス排出口及び透過ガス排出口は、分離膜エレメントの本体に設けられてもよく、分離膜エレメントを収納する容器（以下、「ハウジング」ということがある。）に設けられてもよい。

ハウジングは、分離膜モジュール内を流通する原料ガスを封入するための空間を形成することができ、例えばステンレス等の筒状部材と、この筒状部材の軸方向両端を閉塞するための閉塞部材とを有していてもよい。ハウジングは、円筒状、角筒状等の任意の筒状形状であってもよいが、分離膜エレメントは通常、円筒状であることから、円筒状であることが好ましい。また、ハウジングの内部には、供給側端部５１に供給される原料ガスと、分離膜エレメントに備えられた分離膜シート透過しなかった非透過ガスとの混合を防止するための仕切りを設けることができる。

ハウジング内に２以上の分離膜エレメントを配置する場合、各分離膜エレメントに供給される原料ガスは、並列に供給されてもよく、直列に供給されてもよい。ここで、原料ガスを並列に供給するとは、少なくとも原料ガスを分配して複数の分離膜エレメントに導入することをいい、原料ガスを直列に供給するとは、少なくとも前段の分離膜エレメントから排出された透過ガス及び／又は非透過ガスを、後段の分離膜エレメントに導入することをいう。

（ガス分離装置）
本実施形態のガス分離装置は、特定のガス成分を選択的に透過する分離膜シートを用いて、上記したガス分離方法を行うための装置である。ガス分離装置は、分離膜シート１０の第２多孔層１２とは反対側から、特定のガス成分を少なくとも含む原料ガスを供給する供給部を有し、供給部は、原料ガスの圧力Ｐ［ＭＰａＡ］と、第２多孔層１２の目付偏差ｓ［ｇ／ｍ^２］とが上記した式（１）の関係を満たすように、原料ガスを供給するものである。

ガス分離装置は、分離膜シート１０によって互いに隔てられた供給側空間及び透過側空間と、特定のガス成分を少なくとも含む原料ガスを、供給部から供給側空間に供給するための供給側入口と、分離膜シート１０を透過した特定のガス成分を含む透過ガスを透過側空間から排出するための透過側出口と、分離膜シート１０を透過しなかった原料ガスを供給側空間から排出するための非透過側出口と、を備えていてもよい。

供給部は、分離膜シート１０や供給側空間に、圧力Ｐの原料ガスを供給するものである。供給側空間及び透過側空間はそれぞれ、例えば、上記した分離膜エレメントにおける供給側流路部材３及び透過側流路部材４によって構成することができる。

ガス分離装置は、上記した分離膜シート１０を有する分離膜エレメントを備える分離膜モジュールを少なくとも１つ備えることができる。分離装置に備えられる分離膜モジュールの配列及び個数は、要求される処理量、特定のガス成分の回収率、分離装置を設置する場所の大きさ等に応じて選択することができる。

以下、実施例及び比較例を示して本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。

［第１多孔層の平均孔径の測定］
キャピラリー・フロー・ポロメーター（Ｃａｐｉｌｌａｒｙ Ｆｌｏｗ Ｐｏｒｏｍｅｔｅｒ）からのモデルＣＦＰ１５００ＡＸＬＣを用いるＡＳＴＭ Ｆ３１６−０３に準ずる測定方法に従って測定した。バブル溶液としてシルウイック・シリコーン・フルイド（ＳｉｌＷｉｃｋ Ｓｉｌｉｃｏｎｅ Ｆｌｕｉｄ）を、試料室の底部クランプとして２．５４ｃｍ径かつ、３．１７５ｍｍ厚さの多孔質金属ディスクインソートを、試料室の上部クランプとして３．１７５ｍｍ径の穴を使用して測定した。

［厚みの測定］
株式会社ミツトヨ製「ＶＬ５０ＡＳ」（平面端子、押圧力：０．１Ｎ）を用いて、第１多孔層及び第２多孔層の厚みを測定した。

［ガーレー値の測定］
ＰＡ−３０１ガーレー式デンソメーターＢ型（テスター産業社製、内筒：高さ２５４ｍｍ、内径７４ｍｍ、外径７６．２ｍｍ、質量５６７ｇ、外筒：高さ２５４ｍｍ、内径８２．６ｍｍ）を用いて、ＪＩＳ Ｌ１０９６に準拠した方法で第１多孔層及び第２多孔層のガーレー値の測定を行った。第１多孔層及び第２多孔層のそれぞれについて、異なる５箇所から約５０ｍｍ×５０ｍｍのサンプル片を採取し、ガスケットと締付板との間にサンプル片を固定した。次に、一定の圧力（内筒の自重による）の下で、３００ｍＬの空気がサンプルを通気する所要時間（すなわち、ガーレー数）を測った。５つのサンプル片について、それぞれのサンプル片の異なる３箇所について測定した結果の平均値をガーレー値とした。

［第２多孔層の目付及び目付偏差の測定］
実施例及び比較例で得た分離膜エレメントから分離膜シートを取り出した。取り出した分離膜シートを水洗して乾燥し、ゲル状の分離機能層を除去した。洗浄後、分離膜シートから第２多孔層を剥離した。第２多孔層の剥離においては、第１多孔層と第２多孔層との間に介在する粘着剤は、酢酸エチルに溶解させてから剥がした。

剥離した第２多孔層を幅方向に３分割し、各領域のそれぞれにおいて封止部を除く部分から、２５０ｍｍ（幅方向）×２００ｍｍの測定用サンプルを切り出した。なお、幅方向は、実施例・比較例において作製した分離膜エレメントにおける中心管の軸に平行な方向とした。切り出した各測定用サンプルのそれぞれについて、重量及び面積を測定して目付（重量［ｇ］／面積［ｍ^２］）を算出した。各測定用サンプルの目付の値に基づいて、下記式より目付偏差を算出した。
目付偏差＝｛Σ［（各測定用サンプルの目付）−（３つの測定用サンプルの目付の平均値）］^２／３｝^０．５
上記式中、Σは、測定用サンプルの目付と３つの測定用サンプルの目付の平均値との差を二乗した値を各測定用サンプル毎に算出して足し合わせることを意味する。

［分離膜エレメントの気密試験］
図４に示すように、分離膜エレメント２２における供給側空間部分の供給側端部５１側と中心管５の排出口５２側とが分離膜シート１０で隔てられるように、分離膜エレメント２２を、試験装置Ｎにおけるステンレス製のハウジング３６内に固定した。中心管５の排出口５２側はハウジング３６の外部に導出し、他方側は閉栓した。分離膜エレメント２２における供給側空間部分の供給側端部５１及び排出側端部は、ハウジング３６内に開放した。すなわち、ハウジング３６に供給したガスを、分離膜エレメント２２における供給側空間部分の両端（供給側端部５１及び排出側端部）から、分離膜エレメント２２の内部に流入させた。

ハウジング３６内に窒素（Ｎ_２）ガスを供給するボンベを、バルブを介して取り付けるとともに、ハウジング３６内の圧力を測定する圧力計３５を取り付けた。ハウジング３６内に、室温（２０℃）のＮ_２ガスを供給して、分離膜エレメント２２の供給側端部５１側及び排出側端部に、１６００ｋＰａＡ（絶対圧）の圧力を加えた。当該圧力は圧力計３５で確認した。一方、中心管５の排出口５２側の圧力は大気圧に調節した。

この状態を保ちながら、圧力計３５でハウジング３６内の圧力の時間変化を測定することにより、分離膜エレメント２２の気密試験を行い、分離膜エレメント２２のＮ_２ガス透過性能評価を行った。具体的には、測定した圧力の時間変化に基づいて、Ｎ_２のパーミアンス（ｍｏｌ／（ｍ^２・ｓ・ｋＰａ））を算出し、当該パーミアンスが１．０×１０^−７ｍｏｌ／（ｍ^２・ｓ・ｋＰａ）以下であれば、分離膜エレメント２２の気密性が保たれているとしてＡと評価し、当該パーミアンスが１．０×１０^−７ｍｏｌ／（ｍ^２・ｓ・ｋＰａ）超の場合はＢと評価した。

〔実施例１〕
（分離膜シートの作製）
容器に、媒質としての水を１０００重量部と、親水性樹脂としての架橋ポリアクリル酸（住友精化社製「アクペックＨＶ−５０１」）を２４．７９重量部及び非架橋ポリアクリル酸（住友精化社製「アクパーナＡＰ−４０Ｆ」、４０％Ｎａ鹸化）４．９６重量部とを仕込み、親水性樹脂を水に分散させた分散液を得た。この分散液に、５０％水酸化セシウム水溶液を２３６．０３重量部添加し混合した後、添加剤として１０％亜テルル酸ナトリウム水溶液を７８．７６重量部加えて混合し、さらに１０％界面活性剤（ＡＧＣセイミケミカル社製「サーフロンＳ−２４２」）水溶液を７．４４重量部加えて混合して塗工液を得た。得られた塗工液を、第１多孔層としての厚み５３μｍ及び平均孔径０．１μｍのＰＴＦＥ多孔膜の一方の面上に塗布した後、第３多孔層として、上記第１多孔層に用いたものと同じＰＴＦＥ多孔膜を被せ、温度１２０℃程度で１５分間程度乾燥させた。上記第１多孔層の塗布面とは反対側に第２多孔層として目付偏差０．２４ｇ／ｍ^２のＰＰＳ不織布（厚み１７８μｍ、目付８２．６ｇ／ｍ^２）を積層した。これにより、第２多孔層１２、第１多孔層１１、無孔質であってゲル状の樹脂組成物層である分離機能層１５、及び第３多孔層１３をこの順に備える分離膜シート１０を作製した。

（分離膜エレメントの作製）
分離膜シートの作製で得た分離膜シート１０を長さ１．５７５ｍｍにカットし、カットした分離膜シート１０について第２多孔層１２側を外側にして二つ折りにしたものの間に供給側流路部材３を挟み込んで膜リーフを得た。

１層目の透過側流路部材４の一端に、エポキシ系接着剤を用いて中心管を固定した。１層目の透過側流路部材４に、上記で得た膜リーフを積層した。膜リーフは、分離膜シート１０の折り目部分が中心管の軸方向に平行となり、且つ、中心管側に折り目部分が位置するように、１層目の透過側流路部材４に積層した。また、膜リーフにおける分離膜シート１０の折り目部分に位置する縁を除く３つの縁部分に、上記と同じ接着剤を塗布して、１層目の透過側流路部材４と膜リーフとを貼合した。

続いて、１層目の膜リーフにおける１層目の透過側流路部材４とは反対側に、上記と同様に折り目部分に位置する縁を除く３つの縁部分に上記と同じ接着剤を塗布した後、２層目の透過側流路部材を積層した。２層目の透過側流路部材の１層目の膜リーフと反対側に、１層目の膜リーフと同様にして、２層目の膜リーフを積層した。このとき、２層目の膜リーフの積層位置は、折り目部分の縁部の位置が、折り目部分と直交する方向であって中心管から離れる方向にオフセットする（ずれる）ようにした。この一連の操作を繰り返し、透過側流路部材４と膜リーフとを交互に３枚ずつ積層した積層体を得た。

積層体における、１層目の透過側流路部材の中心管及び膜リーフが積層されていない表面及び最上面の膜リーフにおいて、中心管の軸方向に直交する方向に沿って延びる両端部に上記と同じ接着剤を塗布し、中心管に積層体を巻き付けて巻回体とし、外周テープとしての耐熱テープを巻回体の外周に巻き付けた。その後、巻回体の軸方向両端部を切断し、切断面に接するようにテレスコープ防止板を取り付け、巻回体の最外周にガラスファイバーにエポキシ樹脂を含浸した繊維強化樹脂でアウターラップ（補強層）を形成して、分離膜エレメントを得た。得られた分離膜エレメントについて気密試験を行った。結果を表１に示す。

〔実施例２〕
第１多孔層及び第３多孔層として表１に示す平均孔径、厚み、及びガーレー値のＰＴＦＥ多孔膜を用い、第２多孔層として表１に示す目付、目付偏差、厚み、及びガーレー値のＰＰＳ不織布を用いたこと以外は、実施例１と同様にして分離膜エレメントを得た。得られた分離膜エレメントについて気密試験を行った。結果を表１に示す。

〔実施例３〕
第１多孔層及び第３多孔層として表１に示す平均孔径、厚み、及びガーレー値のＰＴＦＥ多孔膜を用い、第２多孔層として表１に示す目付、目付偏差、厚み、及びガーレー値のＰＰＳ不織布を用いたこと以外は、実施例１と同様にして分離膜エレメントを得た。得られた分離膜エレメントについて気密試験を行った。結果を表１に示す。

〔比較例１〕
第１多孔層及び第３多孔層として表１に示す平均孔径、厚み、及びガーレー値のＰＴＦＥ多孔膜を用い、第２多孔層として表１に示す目付、目付偏差、厚み、及びガーレー値のＰＰＳ不織布を用いたこと以外は、実施例１と同様にして分離膜エレメントを得た。得られた分離膜エレメントについて気密試験を行った。結果を表１に示す。

３ 透過側流路部材、４ 透過側流路部材、５ 中心管、１０ 分離膜シート、１１ 第１多孔層、１２ 第２多孔層、１３ 第３多孔層、１４ 第４多孔層、１５ 分離機能層、２０，２１，２１ａ 分離膜エレメント、２２ 分離膜エレメント、３５ 圧力計、３６ ハウジング、５０ 孔、５１ 供給側端部、５２ 排出口、５３ 排出側端部、５５ テレスコープ防止板、Ｎ 試験装置。

Claims (12)

1. 特定のガス成分を選択的に透過する分離膜シートを用いたガス分離方法であって、
   前記分離膜シートは、
   第１多孔層と、前記第１多孔層上に積層される分離機能層と、前記第１多孔層の前記分離機能層とは反対側に積層される第２多孔層と、を有し、
   前記分離機能層は、無孔質の樹脂組成物層であり、
   前記第１多孔層と前記第２多孔層とは互いに異なる多孔層であり、
   前記第１多孔層の平均孔径は、０．００５μｍ以上１μｍ以下であり、
   前記第１多孔層の厚みは、５μｍ以上１５０μｍ以下であり、
   前記第２多孔層の目付は、１０ｇ／ｍ^２以上２００ｇ／ｍ^２以下であり、
   前記ガス分離方法は、
   前記分離膜シートの前記第２多孔層とは反対側から、前記特定のガス成分を少なくとも含む原料ガスを供給する工程を含み、
   前記供給する工程において、前記原料ガスの圧力Ｐ［ＭＰａＡ］と、前記第２多孔層の目付偏差ｓ［ｇ／ｍ^２］とは、式（１）の関係を満たす、ガス分離方法。
   Ｐ≦１／ｓ （１）
2. 前記分離膜シートは、前記原料ガスを供給するための供給側空間と、前記分離膜シートを透過した前記特定のガス成分を含む透過ガスを受け入れるための透過側空間とを隔てるものであり、
   前記供給側空間は、前記分離膜シートの前記第２多孔層とは反対側に設けられ、
   前記透過側空間は、前記分離膜シートの前記第２多孔層側に設けられ、
   前記供給する工程は、前記供給側空間に前記原料ガスを供給する工程を含み、
   さらに、前記透過ガスを前記透過側空間から排出する工程と、
   前記分離膜シートを透過しなかった前記原料ガスを前記供給側空間から排出する工程と、を含む、請求項１に記載のガス分離方法。
3. 前記第１多孔層の厚みは、前記第２多孔層の厚みよりも小さい、請求項１又は２に記載のガス分離方法。
4. 前記第１多孔層の通気度は、前記第２多孔層の通気度よりも小さい、請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス分離方法。
5. 前記樹脂組成物層は、ゲル状である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス分離方法。
6. 前記分離機能層は、親水性樹脂を含み、
   前記第１多孔層は、疎水性である、請求項１〜５のいずれか１項に記載のガス分離方法。
7. 前記第１多孔層は、多孔膜である、請求項１〜６のいずれか１項に記載のガス分離方法。
8. 前記第２多孔層は、不織布である、請求項１〜７のいずれか１項に記載のガス分離方法。
9. 前記分離機能層は、前記特定のガス成分と可逆的に反応するキャリアを含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載のガス分離方法。
10. 前記特定のガス成分は、酸性ガスである、請求項１〜９のいずれか１項に記載のガス分離方法。
11. 特定のガス成分を選択的に透過する分離膜シートを含むガス分離装置であって、
    前記分離膜シートは、
    第１多孔層と、前記第１多孔層上に積層される分離機能層と、前記第１多孔層の前記分離機能層とは反対側に積層される第２多孔層と、を有し、
    前記分離機能層は、無孔質の樹脂組成物層であり、
    前記第１多孔層と前記第２多孔層とは互いに異なる多孔層であり、
    前記第１多孔層の平均孔径は、０．００５μｍ以上１μｍ以下であり、
    前記第１多孔層の厚みは、５μｍ以上１５０μｍ以下であり、
    前記第２多孔層の目付は、１０ｇ／ｍ^２以上２００ｇ／ｍ^２以下であり、
    前記ガス分離装置は、
    前記分離膜シートの前記第２多孔層とは反対側から、前記特定のガス成分を少なくとも含む原料ガスを供給する供給部を有し、
    前記供給部は、前記原料ガスの圧力Ｐ［ＭＰａＡ］と前記第２多孔層の目付偏差ｓ［ｇ／ｍ^２］とが式（１）の関係を満たすように、前記原料ガスを供給する、ガス分離装置。
    Ｐ≦１／ｓ （１）
12. 前記分離膜シートによって互いに隔てられた供給側空間及び透過側空間と、
    前記供給部から前記原料ガスを前記供給側空間に供給するための供給側入口と、
    前記分離膜シートを透過した前記特定のガス成分を含む透過ガスを前記透過側空間から排出するための透過側出口と、
    前記分離膜シートを透過しなかった前記原料ガスを前記供給側空間から排出するための非透過側出口と、を備える、請求項１１に記載のガス分離装置。

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