JP2023002341A - gas separation membrane - Google Patents

gas separation membrane Download PDF

Info

Publication number
JP2023002341A
JP2023002341A JP2021103529A JP2021103529A JP2023002341A JP 2023002341 A JP2023002341 A JP 2023002341A JP 2021103529 A JP2021103529 A JP 2021103529A JP 2021103529 A JP2021103529 A JP 2021103529A JP 2023002341 A JP2023002341 A JP 2023002341A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
separation membrane
gas separation
resin composition
carbon dioxide
membrane
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2021103529A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
照彦 甲斐
Teruhiko Kai
淑紅 段
Shuhong Duan
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MOLECULAR GATE MEMBRANE MODULE TECHNOLOGY RESEARCH ASSOCIATION
Original Assignee
MOLECULAR GATE MEMBRANE MODULE TECHNOLOGY RESEARCH ASSOCIATION
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MOLECULAR GATE MEMBRANE MODULE TECHNOLOGY RESEARCH ASSOCIATION filed Critical MOLECULAR GATE MEMBRANE MODULE TECHNOLOGY RESEARCH ASSOCIATION
Priority to JP2021103529A priority Critical patent/JP2023002341A/en
Publication of JP2023002341A publication Critical patent/JP2023002341A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02CCAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

Landscapes

  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

To provide a manufacturing method for a gas separation membrane which exhibits satisfactory carbon dioxide membrane permeation rate and carbon dioxide selectivity when separating carbon dioxide from a gas mixture containing water vapor and has robustness (repeated pressure load durability), and to provide the gas separation membrane.SOLUTION: Provided is a manufacturing method for a gas separation membrane, including steps of applying a resin composition on a support membrane, drying the applied resin composition, and thermally cross-linking the dried resin composition, wherein the step of thermally cross-linking is performed under a moist heat condition of a temperature of 60 to 95°C and a relative humidity of 40 to 90% RH. The gas separation membrane is also provided.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、混合ガスから二酸化炭素を分離するためのガス分離膜の製造方法、及び前記ガス分離膜に関する。 The present invention relates to a method for producing a gas separation membrane for separating carbon dioxide from a mixed gas, and the gas separation membrane.

地球温暖化防止や化石資源の高効率回収の観点から、混合ガスから二酸化炭素を分離するための技術の1つとして、ガス分離膜が精力的に検討されている。 BACKGROUND ART From the viewpoint of preventing global warming and highly efficient recovery of fossil resources, gas separation membranes have been vigorously studied as one of the techniques for separating carbon dioxide from mixed gas.

混合ガスから二酸化炭素を選択的に分離する上では、その選択性(二酸化炭素選択性)を高め、高濃度の二酸化炭素を回収することが課題となる。二酸化炭素選択性に優れた分離膜を得るため、二酸化炭素に対する親和性が高い素材を用いることが提案されており、例えば、液状物質であるポリアミドアミンデンドリマーを多孔質の支持体に含浸させた、室温で使用される分離膜(非特許文献1及び2)が提案されている。 In selectively separating carbon dioxide from a mixed gas, the problem is to increase the selectivity (carbon dioxide selectivity) and recover high-concentration carbon dioxide. In order to obtain a separation membrane with excellent carbon dioxide selectivity, it has been proposed to use a material with a high affinity for carbon dioxide. Separation membranes used at room temperature have been proposed (Non-Patent Documents 1 and 2).

本発明者らは以前に、多孔質性支持膜の表面に、架橋剤で架橋されたアミノ基及び/又は水酸基を有する高分子材料とポリアミドアミン系デンドリマーとを含有する層を形成させたガス分離膜を提案している(特許文献1)。 The present inventors have previously reported that a layer containing a polyamidoamine-based dendrimer and a polymeric material having amino groups and/or hydroxyl groups crosslinked with a crosslinking agent is formed on the surface of a porous support membrane for gas separation. proposed a membrane (Patent Document 1).

また、本発明者らは以前に、架橋性ビニルアルコール系重合体とアミンが配位されている亜鉛錯体とを含む組成物から形成されたガス分離膜を提案している(特許文献2)。 In addition, the present inventors have previously proposed a gas separation membrane formed from a composition containing a crosslinkable vinyl alcohol-based polymer and an amine-coordinated zinc complex (Patent Document 2).

特開2008-68238号公報JP-A-2008-68238 国際公開第2014/157012号WO2014/157012

J.Am.Chem.Soc.122(2000)7594-7595J. Am. Chem. Soc. 122 (2000) 7594-7595 Ind.Eng.Chem.Res.40(2001)2502-2511Ind. Eng. Chem. Res. 40 (2001) 2502-2511

近年検討が進められている石炭ガス化複合発電(Integrated Gasification Combined Cycle, IGCC)用途のガス分離膜においては、高圧下、水蒸気が含まれる混合ガスから二酸化炭素を効率的かつ選択的に分離することが求められる。 Gas separation membranes for Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC) applications, which have been studied in recent years, can efficiently and selectively separate carbon dioxide from mixed gases containing water vapor under high pressure. is required.

非特許文献1及び2に記載されている分離膜の二酸化炭素膜透過速度は低い。しかしながら、窒素の膜透過速度に対する二酸化炭素の膜透過速度として示される二酸化炭素選択性は、混合ガスを加圧しないで分離膜に供給する条件下では優れた値を示す。しかしながら、混合ガスを加圧して分離膜に供給した場合においては、ポリアミドアミンデンドリマーが支持体から経時的に流出し、二酸化炭素選択性を維持できなくなるという問題があった。 The carbon dioxide permeation rate of the separation membranes described in Non-Patent Documents 1 and 2 is low. However, the carbon dioxide selectivity, which is expressed as the membrane permeation rate of carbon dioxide relative to the membrane permeation rate of nitrogen, exhibits excellent values under the conditions in which the mixed gas is supplied to the separation membrane without pressurization. However, when the mixed gas is pressurized and supplied to the separation membrane, there is a problem that the polyamidoamine dendrimer flows out from the support over time, making it impossible to maintain carbon dioxide selectivity.

特許文献1に記載されている分離膜は、高い二酸化炭素膜透過速度及び優れた二酸化炭素選択性を示す。しかしながら、高圧下、水蒸気を含む混合ガスから二酸化炭素を分離するために使用した場合には、分離膜に含有されていたアミン化合物が経時的に流出し、二酸化炭素選択性を維持することができず、実用に供することが困難であった。 The separation membrane described in Patent Document 1 exhibits a high carbon dioxide membrane permeation rate and excellent carbon dioxide selectivity. However, when used to separate carbon dioxide from a mixed gas containing water vapor under high pressure, the amine compound contained in the separation membrane flows out over time, and the carbon dioxide selectivity can be maintained. Therefore, it was difficult to put it into practical use.

特許文献2に記載されている分離膜は、水蒸気が含まれる環境下でも二酸化炭素選択性を有する。しかしながら、混合ガスの圧力を増加させた場合、二酸化炭素膜透過速度及び二酸化炭素選択性が低下する可能性があった。 The separation membrane described in Patent Document 2 has carbon dioxide selectivity even in an environment containing water vapor. However, when the pressure of the mixed gas was increased, there was a possibility that the carbon dioxide membrane permeation rate and the carbon dioxide selectivity would decrease.

実用に供せられる分離膜を提供するという観点からは、より高圧であって、水蒸気が含まれる環境下においても、良好な二酸化炭素膜透過速度及び二酸化炭素選択性を示すとともに、長期間の使用に耐え得るロバスト性(繰り返し圧力負荷耐久性)を有する分離膜の開発が望まれる。 From the viewpoint of providing a separation membrane that can be used practically, it exhibits a good carbon dioxide membrane permeation rate and carbon dioxide selectivity even in a higher pressure environment containing water vapor, and can be used for a long time. Development of a separation membrane having robustness (repeated pressure load durability) capable of withstanding pressure is desired.

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、その目的とするところは、高圧下、水蒸気を含む混合ガスから二酸化炭素を分離するにあたり、良好な二酸化炭素膜透過速度及び二酸化炭素選択性を示すとともに、ロバスト性(繰り返し圧力負荷耐久性)を有するガス分離膜の製造方法、及び前記ガス分離膜を提供すること、にある。 The present invention is intended to solve the above-mentioned conventional problems, and the object thereof is to provide a carbon dioxide membrane with a good carbon dioxide membrane permeation rate and carbon dioxide selectivity in separating carbon dioxide from a mixed gas containing water vapor under high pressure. and to provide a method for producing a gas separation membrane having robustness (repeated pressure load durability), and the gas separation membrane.

本発明は、第1の態様において、
支持膜上に樹脂組成物を塗布する工程;
前記塗布した樹脂組成物を乾燥する工程;及び
前記乾燥した樹脂組成物を熱架橋する工程
を含む、ガス分離膜の製造方法であって、
前記熱架橋する工程は、温度60~95℃、相対湿度40~90%RHの湿熱条件で行われる、
ガス分離膜の製造方法、を提供する。
In a first aspect of the present invention,
A step of applying a resin composition onto the support film;
A method for producing a gas separation membrane, comprising a step of drying the applied resin composition; and a step of thermally crosslinking the dried resin composition,
The thermal cross-linking step is performed under wet heat conditions at a temperature of 60 to 95 ° C. and a relative humidity of 40 to 90% RH.
A method for manufacturing a gas separation membrane is provided.

ある一形態においては、前記樹脂組成物は、カルボキシル基を有する非架橋ビニルアルコール系共重合体(A)及び親水性の架橋性化合物(B)を含む。 In one embodiment, the resin composition contains a non-crosslinked vinyl alcohol copolymer (A) having a carboxyl group and a hydrophilic crosslinkable compound (B).

ある一形態においては、前記カルボキシル基を有する非架橋ビニルアルコール系共重合体(A)は、アクリル酸又はメタクリル酸単量体単位及びビニルアルコール系単量体単位を含む。 In one certain form, the non-crosslinked vinyl alcohol-based copolymer (A) having a carboxyl group contains an acrylic acid or methacrylic acid monomer unit and a vinyl alcohol-based monomer unit.

ある一形態においては、前記親水性の架橋性化合物(B)は、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセテート、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド、ポリアミドアミンデンドリマー、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン及びポリビニルアミンからなる群から選択される少なくとも1つの構造単位を有する。 In one embodiment, the hydrophilic crosslinkable compound (B) comprises polyethylene glycol, polypropylene glycol, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, polyvinylpyrrolidone, polyacrylamide, polyamidoamine dendrimer, polyethyleneimine, polyallylamine and polyvinylamine. It has at least one structural unit selected from the group.

ある一形態においては、前記樹脂組成物は、アルカリ金属化合物(C)を更に含む。 In one certain form, the said resin composition further contains an alkali metal compound (C).

ある一形態においては、前記アルカリ金属化合物(C)は、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属炭酸塩、及びアルカリ金属重炭酸塩からなる群から選択される。 In one embodiment, the alkali metal compound (C) is selected from the group consisting of alkali metal hydroxides, alkali metal carbonates, and alkali metal bicarbonates.

ある一形態においては、前記樹脂組成物は、 In one embodiment, the resin composition is

Figure 2023002341000002
Figure 2023002341000002

Figure 2023002341000003
Figure 2023002341000003

Figure 2023002341000004
Figure 2023002341000004

Figure 2023002341000005
からなる群から選択される、アミンが配位されている亜鉛錯体(D)を更に含む。
Figure 2023002341000005
and an amine-coordinated zinc complex (D) selected from the group consisting of

また、本発明は、第2の態様において、前記方法により製造された、ガス分離膜を提供する。 Moreover, this invention provides the gas separation membrane manufactured by the said method in a 2nd aspect.

ある一形態においては、前記ガス分離膜は、温度60℃での水蒸気吸着試験において、相対圧0.5~0.9の範囲における水蒸気吸着量が150~900cm(STP)/gの範囲であって、
温度25℃、相対湿度60%RHの測定条件における引張弾性率が5~7N/mmである。
In one embodiment, the gas separation membrane has a water vapor adsorption amount of 150 to 900 cm 3 (STP)/g at a relative pressure range of 0.5 to 0.9 in a water vapor adsorption test at a temperature of 60°C. There is
It has a tensile modulus of elasticity of 5 to 7 N/mm 2 under the measurement conditions of a temperature of 25° C. and a relative humidity of 60% RH.

ある一形態においては、前記ガス分離膜は、二酸化炭素を分離するためのものである。 In one embodiment, the gas separation membrane is for separating carbon dioxide.

本発明によれば、高圧下、水蒸気を含む混合ガスから二酸化炭素を分離するにあたり、良好な二酸化炭素膜透過速度及び二酸化炭素選択性を示すとともに、ロバスト性(繰り返し圧力負荷耐久性)を有するガス分離膜の製造方法、及び前記ガス分離膜が提供される。 According to the present invention, when separating carbon dioxide from a mixed gas containing water vapor under high pressure, a gas that exhibits a good carbon dioxide membrane permeation rate and carbon dioxide selectivity and has robustness (durability against repeated pressure loads). A method for producing a separation membrane and the gas separation membrane are provided.

図1は、本発明のガス分離膜の製造方法の工程図である。FIG. 1 is a process diagram of the method for producing a gas separation membrane of the present invention. 図2は、本発明のガス分離膜のロバスト性(繰り返し圧力負荷耐久性)試験の結果を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the results of a robustness (repeated pressure load durability) test of the gas separation membrane of the present invention.

本発明のガス分離膜の製造方法は、
支持膜上に樹脂組成物を塗布する工程;
前記塗布した樹脂組成物を乾燥する工程;及び
前記乾燥した樹脂組成物を熱架橋する工程
を含む。以下、順に説明する。
The method for producing a gas separation membrane of the present invention comprises:
A step of applying a resin composition onto the support film;
drying the applied resin composition; and thermally crosslinking the dried resin composition. They will be described in order below.

(工程1及び2)
本発明のガス分離膜の製造方法の第1及び第2の工程においては、支持膜上に樹脂組成物を塗布し、塗布した樹脂組成物を乾燥させる。
樹脂組成物は、カルボキシル基を有する非架橋ビニルアルコール系共重合体(A)及び親水性の架橋性化合物(B)を含む。
(Steps 1 and 2)
In the first and second steps of the method for producing a gas separation membrane of the present invention, a resin composition is applied onto a support membrane, and the applied resin composition is dried.
The resin composition contains a non-crosslinked vinyl alcohol copolymer (A) having a carboxyl group and a hydrophilic crosslinkable compound (B).

<カルボキシル基を有する非架橋ビニルアルコール系共重合体(A)>
カルボキシル基を有する非架橋ビニルアルコール系共重合体(A)(以下単に「共重合体(A)」と称することがある)は、本発明のガス分離膜の高分子マトリクスを構成する。
<Non-Crosslinked Vinyl Alcohol Copolymer (A) Having Carboxyl Group>
The non-crosslinked vinyl alcohol copolymer (A) having carboxyl groups (hereinafter sometimes simply referred to as "copolymer (A)") constitutes the polymer matrix of the gas separation membrane of the present invention.

共重合体(A)は、カルボキシル基を有する単量体単位及びビニルアルコール系単量体単位から構成される、非架橋(架橋されていない)の共重合体である。カルボキシル基を有する単量体単位としては、例えばアクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、α-クロロアクリル酸及びケイ皮酸等の不飽和モノカルボン酸;マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸及びメサコン酸等の不飽和ジカルボン酸;及びそれらの金属塩、例えばアルカリ金属塩等;エステル、例えばメチルエステル又はエチルエステル等;無水物、例えば無水マレイン酸、無水イタコン酸及び無水シトラコン酸等が挙げられる。共重合体(A)を構成するカルボキシル基を有する単量体単位は、上記例示したもののうち1種類のみが選択されても2種類以上が選択されてもよい。しかしながら、ガス分離膜の水蒸気を含む混合ガスに対する親和性及び保水性の観点から、カルボキシル基を有する単量体単位としては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸及びイタコン酸、及びそれらのアルカリ金属塩、メチルエステル又はエチルエステルが好ましく、中でもアクリル酸、メタクリル酸、及びそれらのアルカリ金属塩、メチルエステル又はエチルエステルがより好ましい。 The copolymer (A) is a non-crosslinked (non-crosslinked) copolymer composed of a monomer unit having a carboxyl group and a vinyl alcohol-based monomer unit. Examples of monomer units having a carboxyl group include unsaturated monocarboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, α-chloroacrylic acid and cinnamic acid; maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, citraconic acid and unsaturated dicarboxylic acids such as mesaconic acid; and metal salts thereof such as alkali metal salts; esters such as methyl esters or ethyl esters; anhydrides such as maleic anhydride, itaconic anhydride and citraconic anhydride . As for the monomer unit having a carboxyl group that constitutes the copolymer (A), only one type may be selected from the above-exemplified ones, or two or more types may be selected. However, from the viewpoint of the affinity and water retention of gas separation membranes for mixed gases containing water vapor, monomer units having a carboxyl group include acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid and itaconic acid, and alkali metal salts thereof. , methyl ester or ethyl ester are preferred, and acrylic acid, methacrylic acid and their alkali metal salts, methyl esters or ethyl esters are more preferred.

共重合体(A)を構成するビニルアルコール系単量体単位としては、ビニルアルコール;ビニルエステル、例えば酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、カプロン酸ビニル等が挙げられる。共重合体(A)を構成するビニルアルコール系単量体単位は、上記例示したもののうち、1種類のみが選択されても2種類以上が選択されてもよい。 Examples of vinyl alcohol-based monomer units constituting the copolymer (A) include vinyl alcohol; vinyl esters such as vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate, vinyl caproate, and the like. As for the vinyl alcohol-based monomer units constituting the copolymer (A), only one type may be selected from among the above-exemplified ones, or two or more types may be selected.

共重合体(A)は、カルボキシル基を有する単量体単位及びビニルアルコール系単量体単位のランダム共重合体、ブロック共重合体、又はグラフト共重合体の形態であることができる。 The copolymer (A) can be in the form of a random copolymer, a block copolymer, or a graft copolymer of monomer units having a carboxyl group and vinyl alcohol-based monomer units.

共重合体(A)がランダム共重合体である場合、共重合体(A)はカルボキシル基を有する不飽和カルボン酸、それらの塩、エステル、又は無水物とビニルエステルとを共重合し、けん化することにより製造することができる。共重合体(A)がブロック共重合体である場合、共重合体(A)は、例えばメルカプト基を末端に有するビニルアルコール系重合体の水溶液中で、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、イタコン酸又はマレイン酸等のカルボキシル基を有する不飽和カルボン酸、又はその酸無水物を重合することにより製造することができる(例えば特開昭59-187003号公報、特開2001-233678号公報参照)。共重合体(A)がグラフト共重合体である場合、共重合体(A)は、例えば酢酸ビニル及びチオ酢酸S-7-オクテン-1-イルエステルのメタノール溶液に2,2’-アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)を加えて重合し、酢酸ビニルとチオエステル系単量体との共重合体を得た後、この共重合体をけん化して側鎖にメルカプト基を有するビニルアルコール系重合体を製造し、カルボキシル基を有する単量体を重合触媒存在下で重合することにより製造することができる。本発明のガス分離膜においては、共重合体(A)は、高圧下、良好な二酸化炭素膜透過速度及び二酸化炭素選択性を示すガス分離膜を得る観点から、ブロック又はグラフト共重合体であることが好ましい。 When the copolymer (A) is a random copolymer, the copolymer (A) is obtained by copolymerizing an unsaturated carboxylic acid having a carboxyl group, a salt, ester, or anhydride thereof with a vinyl ester, followed by saponification. It can be manufactured by When the copolymer (A) is a block copolymer, the copolymer (A) may be reacted with acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, itaconic acid, etc. in an aqueous solution of a vinyl alcohol polymer having a mercapto group at its terminal. It can be produced by polymerizing an acid or an unsaturated carboxylic acid having a carboxyl group such as maleic acid, or an acid anhydride thereof (see, for example, JP-A-59-187003 and JP-A-2001-233678). . When the copolymer (A) is a graft copolymer, the copolymer (A) is added, for example, to a methanol solution of vinyl acetate and S-7-octen-1-yl thioacetate with 2,2′-azobis After adding isobutyronitrile (AIBN) and polymerizing to obtain a copolymer of vinyl acetate and a thioester monomer, this copolymer is saponified to produce a vinyl alcohol polymer having a mercapto group in the side chain. It can be produced by producing a coalescence and polymerizing a monomer having a carboxyl group in the presence of a polymerization catalyst. In the gas separation membrane of the present invention, the copolymer (A) is a block or graft copolymer from the viewpoint of obtaining a gas separation membrane exhibiting a good carbon dioxide membrane permeation rate and carbon dioxide selectivity under high pressure. is preferred.

本発明のガス分離膜を構成する樹脂組成物に含まれる共重合体(A)の含有量は、樹脂組成物の総重量に対して、1~40wt%であることが好ましく、2~30wt%であることがより好ましく、3~20wt%であることが更に好ましい。共重合体(A)の含有量が樹脂組成物の総重量に対して1wt%未満であると、分離膜の水蒸気を含む混合ガスに対する親和性及び保水性、後述するアルカリ金属化合物(C)の溶解性が低下する。共重合体(A)の含有量が樹脂組成物の総重量に対して40wt%を超えると、樹脂組成物の製膜性が低下する。 The content of the copolymer (A) contained in the resin composition constituting the gas separation membrane of the present invention is preferably 1 to 40 wt%, more preferably 2 to 30 wt%, relative to the total weight of the resin composition. and more preferably 3 to 20 wt%. When the content of the copolymer (A) is less than 1 wt% with respect to the total weight of the resin composition, the affinity and water retention of the separation membrane for a mixed gas containing water vapor, and the alkali metal compound (C) described later. Solubility decreases. If the content of the copolymer (A) exceeds 40 wt% with respect to the total weight of the resin composition, the film formability of the resin composition is deteriorated.

共重合体(A)におけるカルボキシル基を有する単量体単位の含有量は、アルカリ金属化合物(C)の溶解性や分離膜の水蒸気を含む混合ガスに対する親和性及び保水性の観点から、共重合体(A)を構成する全単量体単位に基づき、0.1~90モル%が好ましく、0.5~80モル%がより好ましく、1~70モル%が更に好ましく、5~60モル%が特に好ましく、10~50モル%が最も好ましい。カルボキシル基を有する単量体単位の含有量が0.1モル%未満であると、アルカリ金属化合物(C)の溶解性や分離膜の水蒸気を含む混合ガスに対する親和性及び保水性が低下する。カルボキシル基を有する単量体単位の含有量が90モル%を超えると、樹脂組成物の製膜性が低下するので、好ましくない。共重合体(A)におけるビニルアルコール系単量体単位の含有量は、カルボキシル基を有する単量体単位の含有量に応じて適宜調節することができる。 The content of the monomer unit having a carboxyl group in the copolymer (A) is determined from the viewpoint of the solubility of the alkali metal compound (C) and the affinity and water retention of the separation membrane for a mixed gas containing water vapor. 0.1 to 90 mol% is preferable, 0.5 to 80 mol% is more preferable, 1 to 70 mol% is still more preferable, and 5 to 60 mol% is based on the total monomer units constituting the coalescence (A). is particularly preferred, and 10 to 50 mol % is most preferred. When the content of the monomer unit having a carboxyl group is less than 0.1 mol %, the solubility of the alkali metal compound (C) and the affinity and water retention of the separation membrane for a mixed gas containing water vapor are lowered. If the content of the monomer unit having a carboxyl group exceeds 90 mol %, the film formability of the resin composition is lowered, which is not preferable. The content of the vinyl alcohol-based monomer units in the copolymer (A) can be appropriately adjusted according to the content of the monomer units having a carboxyl group.

共重合体(A)におけるビニルアルコール系単量体単位部分のけん化度は、90~99.9モル%であることが好ましく、92~99.9モル%であることがより好ましく、95~99.9モル%であることが更に好ましい。共重合体(A)におけるビニルアルコール系単量体単位部分のけん化度が90モル%未満であると、分離膜の水蒸気を含む混合ガスに対する親和性及び保水性、アルカリ金属化合物(C)の溶解性が低下し、二酸化炭素膜透過速度が低下する。ビニルアルコール系単量体単位部分のけん化度が99.9モル%を超えると、樹脂組成物の粘度安定性が不良となり、加工性及び製膜性に劣る。本明細書において、「けん化度」とは、全ビニルアルコール系単量体単位、すなわち、けん化によりビニルアルコール単位に変換され得る単量体単位(典型的にはビニルエステル単位)とビニルアルコール単位との合計モル数に対する、当該ビニルアルコール単量体単位のモル数の割合をいう。なお、けん化度はJISK6726-1994の記載に準拠して測定することができる。 The degree of saponification of the vinyl alcohol-based monomer unit portion in the copolymer (A) is preferably 90 to 99.9 mol%, more preferably 92 to 99.9 mol%, more preferably 95 to 99 0.9 mol % is more preferred. When the degree of saponification of the vinyl alcohol-based monomer unit portion in the copolymer (A) is less than 90 mol%, the affinity and water retention of the separation membrane for a mixed gas containing water vapor and the dissolution of the alkali metal compound (C) and the carbon dioxide membrane permeation rate decreases. When the degree of saponification of the vinyl alcohol-based monomer unit portion exceeds 99.9 mol %, the viscosity stability of the resin composition becomes poor, resulting in poor workability and film formability. As used herein, the term “saponification degree” refers to all vinyl alcohol-based monomer units, that is, monomer units (typically vinyl ester units) that can be converted to vinyl alcohol units by saponification and vinyl alcohol units. refers to the ratio of the number of moles of the vinyl alcohol monomer unit to the total number of moles of Incidentally, the degree of saponification can be measured according to the description of JISK6726-1994.

共重合体(A)におけるビニルアルコール系単量体単位部分の粘度平均重合度(以下単に「重合度(P)」と称することがある)は、300~2500であることが好ましい。重合度(P)が300未満であると、ガス分離膜の機械的強度が低下する。重合度(P)が2500を超えると、樹脂組成物の粘度が高すぎ、加工性及び製膜性が低下する。重合度(P)は、より好ましくは330~2200であり、更に好ましくは360~2000である。重合度(P)は、JIS-K6726に準拠して測定することができる。すなわち、ビニルアルコール系単量体単位部分を再けん化し、精製した後、温度30℃の水中で測定した極限粘度[η]から次式により求められる。 The viscosity-average polymerization degree of the vinyl alcohol-based monomer unit portion in the copolymer (A) (hereinafter sometimes simply referred to as “polymerization degree (P)”) is preferably 300-2,500. If the degree of polymerization (P) is less than 300, the mechanical strength of the gas separation membrane is lowered. When the degree of polymerization (P) exceeds 2500, the viscosity of the resin composition is too high, resulting in poor workability and film formability. The degree of polymerization (P) is more preferably 330-2200, still more preferably 360-2000. The degree of polymerization (P) can be measured according to JIS-K6726. That is, it is determined by the following formula from the intrinsic viscosity [η] measured in water at a temperature of 30° C. after resaponification and purification of the vinyl alcohol monomer unit portion.

Figure 2023002341000006
Figure 2023002341000006

共重合体(A)は、本発明の効果を損なわない範囲であれば、上述したカルボキシル基を有する単量体単位及びビニルアルコール系単量体単位のほか、他の単量体単位を含んでもよい。他の単量体単位となる単量体としては、例えばエチレン;アクリルアミド、N-エチルアクリルアミド等のアクリルアミド誘導体;メタクリルアミド、N-メチルメタクリルアミド、N-エチルメタクリルアミド等のメタクリルアミド誘導体;メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、n-プロピルビニルエーテル、i-プロピルビニルエーテル等のビニルエーテル;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のニトリル;塩化ビニル、塩化ビニリデン、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン等のハロゲン化ビニル;酢酸アリル、塩化アリル等のアリル化合物が挙げられる。他の単量体単位の含有率は、共重合体(A)を構成する全単量体単位に対して1~10モル%であることが好ましく、2~5モル%であることがより好ましい。 The copolymer (A) may contain other monomer units in addition to the above-described monomer units having a carboxyl group and vinyl alcohol-based monomer units, as long as the effects of the present invention are not impaired. good. Other monomer units include, for example, ethylene; acrylamide derivatives such as acrylamide and N-ethylacrylamide; methacrylamide derivatives such as methacrylamide, N-methylmethacrylamide and N-ethylmethacrylamide; , ethyl vinyl ether, n-propyl vinyl ether, i-propyl vinyl ether; nitriles such as acrylonitrile and methacrylonitrile; vinyl chloride, vinylidene chloride, vinyl fluoride, vinyl halides such as vinylidene fluoride; allyl acetate, allyl chloride and other allyl compounds. The content of other monomer units is preferably 1 to 10 mol%, more preferably 2 to 5 mol%, based on the total monomer units constituting the copolymer (A). .

共重合体(A)は、良好な二酸化炭素膜透過速度及び二酸化炭素選択性を発現させる観点から、非架橋(架橋されていない)である。共重合体(A)におけるカルボキシル基を有する単量体単位部分のカルボキシル基は、分離膜中において、二酸化炭素キャリアとして機能するアルカリ金属化合物(C)とイオン的な相互作用をするので、架橋した場合、アルカリ金属化合物(C)の拡散性が低下して二酸化炭素膜透過速度が低下することとなる。なお、ここで共重合体(A)が「非架橋である(架橋されていない)」とは、共重合体(A)の水酸基及び/又はカルボキシル基が、架橋剤との間に共有結合を実質的に有さないことをいう。詳細は後述するが、例えばエポキシド基を有する架橋剤を用い、樹脂組成物の架橋を行う場合であって、系中に共重合体(A)の水酸基及びカルボキシル基よりも反応性の高い基(例えばアミノ基)が存在する場合、架橋剤はそちらと優先的に反応するので、共重合体(A)の水酸基及び/又はカルボキシル基はわずかに反応し得るが、実質的には架橋されない。 The copolymer (A) is non-crosslinked (not crosslinked) from the viewpoint of exhibiting a good carbon dioxide membrane permeation rate and carbon dioxide selectivity. The carboxyl group of the monomer unit portion having a carboxyl group in the copolymer (A) ionically interacts with the alkali metal compound (C), which functions as a carbon dioxide carrier, in the separation membrane, resulting in cross-linking. In this case, the diffusibility of the alkali metal compound (C) is lowered and the carbon dioxide membrane permeation rate is lowered. Here, the copolymer (A) is "non-crosslinked (not crosslinked)" means that the hydroxyl group and / or carboxyl group of the copolymer (A) has a covalent bond with the crosslinking agent. It means not having substantially. Although details will be described later, for example, in the case of cross-linking the resin composition using a cross-linking agent having an epoxide group, a group ( For example, amino groups), if present, the cross-linking agent preferentially reacts therewith, so that the hydroxyl and/or carboxyl groups of copolymer (A) may react slightly but are not substantially cross-linked.

<親水性の架橋性化合物(B)>
樹脂組成物に含まれる親水性の架橋性化合物(B)は、前記共重合体(A)とともに、ガス分離膜の高分子マトリクスを構成する。分離膜は親水性の架橋性化合物(B)を含むことにより、分離膜の水蒸気を含む混合ガスに対する親和性及び保水性が向上し、アルカリ金属化合物(C)の分離膜中での拡散性も向上するので、二酸化炭素膜透過速度を向上させることができる。
<Hydrophilic crosslinkable compound (B)>
The hydrophilic crosslinkable compound (B) contained in the resin composition constitutes the polymer matrix of the gas separation membrane together with the copolymer (A). By including the hydrophilic crosslinkable compound (B) in the separation membrane, the affinity and water retention of the separation membrane for a mixed gas containing water vapor are improved, and the diffusibility of the alkali metal compound (C) in the separation membrane is improved. Therefore, the carbon dioxide membrane permeation rate can be improved.

親水性の架橋性化合物(B)は、例えばポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド、ポリアミドアミンデンドリマー、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン及びポリビニルアミンからなる群から選択される少なくとも1種類の構造単位を有する化合物である。親水性の架橋性化合物(B)は、本発明の目的を達成することができるものである限り、特に限定されない。しかしながら、上記例示したものの中では、二酸化炭素に対する親和性、架橋性及び耐アルカリ金属化合物性の観点から、ポリアミドアミンデンドリマー、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン及びポリビニルアミンから選択される少なくとも1種類の構造単位を有する化合物が好ましい。特にポリアミンアミドデンドリマーは、末端アミノ基が二酸化炭素(CO)と可逆的で再配列可能なカルバマート結合を形成することによる、分子ゲート機能を発現するので、二酸化炭素膜透過速度及び二酸化炭素選択性が向上し、好適である。 Hydrophilic crosslinkable compound (B) is selected from the group consisting of, for example, polyethylene glycol, polypropylene glycol, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, polyvinylpyrrolidone, polyacrylamide, polyamidoamine dendrimer, polyethyleneimine, polyallylamine and polyvinylamine. It is a compound having at least one type of structural unit. The hydrophilic crosslinkable compound (B) is not particularly limited as long as the object of the present invention can be achieved. However, among the above examples, at least one structural unit selected from polyamidoamine dendrimers, polyethyleneimine, polyallylamine and polyvinylamine is used from the viewpoint of affinity for carbon dioxide, crosslinkability and resistance to alkali metal compounds. Preferred are compounds having In particular, polyamineamide dendrimers exhibit a molecular gating function by forming reversible and rearrangeable carbamate bonds with carbon dioxide (CO 2 ) at the terminal amino groups, thus improving carbon dioxide membrane permeation rate and carbon dioxide selectivity. is improved, which is preferable.

ポリアミドアミンデンドリマーとしては、式(5): As a polyamidoamine dendrimer, formula (5):

Figure 2023002341000007
[式中、Aは炭素数1~3の二価有機基を示し、nは0又は1の整数を示す。]
で示される基、及び/又は式(6):
Figure 2023002341000007
[In the formula, A 1 represents a divalent organic group having 1 to 3 carbon atoms, and n represents an integer of 0 or 1; ]
and/or formula (6):

Figure 2023002341000008
[式中、Aは炭素数1~3の二価有機基を示し、nは0又は1の整数を示す。]
で示される基を有するポリアミドアミンデンドリマーが好ましく、式(5)で示される基を有するポリアミドアミンデンドリマーがより好ましい。式(5)又は式(6)中、A及びAで示される炭素数1~3の二価有機基としては、例えば直鎖状又は分枝状の炭素数1~3のアルキレン基、例えば-CH-、-CH-CH-、-CH-CH-CH-、-CH-CH(CH)-が挙げられる。中でも-CH-が好ましい。nは、分離膜の水蒸気を含む混合ガスに対する親和性及び保水性が増すことから、1であることが好ましい。
Figure 2023002341000008
[In the formula, A 2 represents a divalent organic group having 1 to 3 carbon atoms, and n represents an integer of 0 or 1. ]
A polyamidoamine dendrimer having a group represented by is preferable, and a polyamidoamine dendrimer having a group represented by formula (5) is more preferable. In formula (5) or (6), the divalent organic group having 1 to 3 carbon atoms represented by A 1 and A 2 includes, for example, a linear or branched alkylene group having 1 to 3 carbon atoms, Examples include -CH 2 -, -CH 2 -CH 2 -, -CH 2 -CH 2 -CH 2 -, and -CH 2 -CH(CH 3 )-. Of these, -CH 2 - is preferred. n is preferably 1 because the affinity and water retention of the separation membrane for the mixed gas containing water vapor are increased.

ポリアミドアミンデンドリマーは、エチレンジアミンによるアミド化反応で分岐構造を形成し、その分岐数を増やすことで、デンドリマー中の1級アミノ基の個数を増すことができる。本発明においては、分岐数によらず、どの世代のポリアミドアミンデンドリマーでも好適に用いることができる。しかしながら、1級アミノ基の含有率が高く、二酸化炭素とのカルバマート結合の形成による分子ゲート機構の発現に有利と見込める、例えば下記式の中から選択される第0世代ポリアミドアミンデンドリマーが特に好適である。 A polyamidoamine dendrimer forms a branched structure through an amidation reaction with ethylenediamine, and by increasing the number of branches, the number of primary amino groups in the dendrimer can be increased. In the present invention, polyamidoamine dendrimers of any generation can be suitably used regardless of the number of branches. However, especially preferred are 0th generation polyamidoamine dendrimers selected from, for example, the following formulas, which have a high content of primary amino groups and are expected to be advantageous for the expression of a molecular gating mechanism through the formation of carbamate bonds with carbon dioxide. be.

Figure 2023002341000009
Figure 2023002341000009

本発明のガス分離膜を構成する樹脂組成物に含まれる親水性の架橋性化合物(B)の含有量は、樹脂組成物の総重量に対して、好ましくは1~90wt%、より好ましくは1.5~80wt%、更に好ましくは2~70wt%、特に好ましくは3~50wt%である。親水性の架橋性化合物(B)の含有量が樹脂組成物の総重量に対して1wt%未満であると、分離膜の水蒸気を含む混合ガスに対する親和性及び保水性が低下し、アルカリ金属化合物(C)の分離膜中での拡散性も低下するので、二酸化炭素膜透過速度が低下する。親水性の架橋性化合物(B)の含有量が樹脂組成物の総重量に対して90wt%を超えると、親水性の架橋性化合物(B)の一部が製膜時にブリードアウトする等、製膜性が低下する。 The content of the hydrophilic crosslinkable compound (B) contained in the resin composition constituting the gas separation membrane of the present invention is preferably 1 to 90 wt%, more preferably 1 wt%, based on the total weight of the resin composition. .5 to 80 wt%, more preferably 2 to 70 wt%, particularly preferably 3 to 50 wt%. If the content of the hydrophilic crosslinkable compound (B) is less than 1 wt% relative to the total weight of the resin composition, the affinity and water retention of the separation membrane for a mixed gas containing water vapor are reduced, and the alkali metal compound is used. Since the diffusibility in the separation membrane of (C) is also lowered, the carbon dioxide membrane permeation rate is lowered. If the content of the hydrophilic crosslinkable compound (B) exceeds 90% by weight with respect to the total weight of the resin composition, a portion of the hydrophilic crosslinkable compound (B) may bleed out during film formation. Decrease in film properties.

親水性の架橋性化合物(B)は、上記ポリアミドアミンデンドリマーのほか、別のアミン系重合体又はそれらの一部が変性された重合体を含んでもよい。アミン系重合体としては、例えばポリエチレンイミン、ポリアリルアミン及びポリビニルアミン等が挙げられる。中でも、水蒸気雰囲気下における膜構造の安定性の観点から、ポリアリルアミンが好適である。 The hydrophilic crosslinkable compound (B) may contain other amine-based polymers or partially modified polymers in addition to the above polyamidoamine dendrimers. Examples of amine-based polymers include polyethyleneimine, polyallylamine and polyvinylamine. Among them, polyallylamine is preferable from the viewpoint of the stability of the film structure in a water vapor atmosphere.

親水性の架橋性化合物(B)がポリアミドアミンデンドリマー及び他のアミン系重合体を含む場合、ポリアミドアミンデンドリマーとアミン系重合体との含有量の比は、重量比で40/60~95/5であることが製膜性及び二酸化炭素膜透過速度の向上の観点から好ましい。 When the hydrophilic crosslinkable compound (B) contains a polyamidoamine dendrimer and another amine polymer, the content ratio of the polyamidoamine dendrimer and the amine polymer is 40/60 to 95/5 by weight. is preferable from the viewpoint of improving the film formability and the carbon dioxide film permeation rate.

ポリアミドアミンデンドリマー、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン及びポリビニルアミンはポリマー鎖中に反応性の高いアミノ基を有する。したがって、親水性の架橋性化合物(B)が上記化合物である場合、先に説明したとおり、架橋剤と反応させても共重合体(A)は実質的に架橋されず、親水性の架橋性化合物(B)を選択的に架橋することができる。これにより、分離膜は水蒸気を含む混合ガスに対する親和性及び保水性を損なうことなく、二酸化炭素膜透過速度を保持することができる。また、ポリアミドアミンデンドリマーを用いた場合、デンドリマー同士の架橋により、支持体から流出するのを防ぐことができるので、二酸化炭素選択性の低下の抑制も期待することができる。 Polyamidoamine dendrimers, polyethyleneimine, polyallylamine and polyvinylamine have highly reactive amino groups in the polymer chain. Therefore, when the hydrophilic crosslinkable compound (B) is the above compound, as described above, the copolymer (A) is not substantially crosslinked even when reacted with the crosslinking agent, and the hydrophilic crosslinkable compound (B) is not substantially crosslinked. Compound (B) can be selectively crosslinked. As a result, the separation membrane can maintain the carbon dioxide membrane permeation rate without impairing the affinity and water retention for the mixed gas containing water vapor. Moreover, when a polyamidoamine dendrimer is used, cross-linking between the dendrimers can prevent the dendrimer from flowing out from the support, so suppression of a decrease in carbon dioxide selectivity can be expected.

<アルカリ金属化合物(C)>
樹脂組成物は、共重合体(A)及び親水性の架橋性化合物(B)のほか、アルカリ金属化合物(C)を更に含むことができる。ガス分離膜は、アルカリ金属化合物(C)を含むことにより、二酸化炭素膜透過速度を向上させることができる。
<Alkali metal compound (C)>
The resin composition can further contain an alkali metal compound (C) in addition to the copolymer (A) and the hydrophilic crosslinkable compound (B). The gas separation membrane can improve the carbon dioxide membrane permeation rate by containing the alkali metal compound (C).

アルカリ金属化合物(C)は、本発明のガス分離膜において、二酸化炭素キャリアとして機能する。アルカリ金属化合物(C)及び/又はアルカリ金属化合物(C)が水蒸気を含む混合ガス中の水蒸気と反応して生成する酸化物イオン(OH)は、ガス分離膜中において、二酸化炭素(CO)と反応して重炭酸塩(HCO3-)や炭酸塩(CO 2-)を形成する。これらが、膜内に生じる濃度勾配に従って移動することで、二酸化炭素(CO)が輸送される。輸送速度は、二酸化炭素キャリアの種類及び分離膜を構成する高分子マトリクスの種類等により異なる。 The alkali metal compound (C) functions as a carbon dioxide carrier in the gas separation membrane of the present invention. The alkali metal compound (C) and/or oxide ions (OH ) produced by reaction of the alkali metal compound (C) and/or water vapor in the mixed gas containing water vapor are converted into carbon dioxide (CO 2 ) to form bicarbonates (HCO 3− ) and carbonates (CO 3 2− ). Carbon dioxide (CO 2 ) is transported as these move along the concentration gradient that occurs within the membrane. The transport rate varies depending on the type of carbon dioxide carrier, the type of polymer matrix forming the separation membrane, and the like.

アルカリ金属化合物(C)としては、本発明の目的を達成することができる限り、特に限定されない。しかしながら、キャリヤの化学的安定性、及び蒸気圧が低く、分離膜中から失われる可能性が低いことから、分離性能の長期耐久性が期待できる、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、及び水酸化セシウム等のアルカリ金属水酸化物;炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ルビジウム、及び炭酸セシウム等のアルカリ金属炭酸塩;及び重炭酸リチウム、重炭酸ナトリウム、重炭酸カリウム、重炭酸ルビジウム、及び重炭酸セシウム等のアルカリ金属重炭酸塩が好ましい。 The alkali metal compound (C) is not particularly limited as long as the object of the present invention can be achieved. However, since the chemical stability and vapor pressure of the carrier are low and the possibility of loss from the separation membrane is low, long-term durability of separation performance can be expected. Lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, alkali metal hydroxides such as rubidium hydroxide and cesium hydroxide; alkali metal carbonates such as lithium carbonate, sodium carbonate, potassium carbonate, rubidium carbonate, and cesium carbonate; and lithium bicarbonate, sodium bicarbonate, potassium bicarbonate. , rubidium bicarbonate, and cesium bicarbonate are preferred.

ガス分離膜に含まれるアルカリ金属化合物(C)の含有量は、分離膜に吸収される二酸化炭素の量を高める観点から、樹脂組成物の総重量に対して、5~50wt%であることが好ましく、10~40wt%であることがより好ましく、15~30wt%であることが更に好ましい。アルカリ金属化合物(C)の含有量が樹脂組成物の総重量に対して5wt%未満であると所望の効果が期待できなくなり、樹脂組成物の総重量に対して40wt%を超えると供給過多である。 The content of the alkali metal compound (C) contained in the gas separation membrane is preferably 5 to 50 wt% with respect to the total weight of the resin composition from the viewpoint of increasing the amount of carbon dioxide absorbed by the separation membrane. It is preferably 10 to 40 wt%, and even more preferably 15 to 30 wt%. If the content of the alkali metal compound (C) is less than 5 wt% relative to the total weight of the resin composition, the desired effect cannot be expected, and if it exceeds 40 wt% relative to the total weight of the resin composition, excessive supply will occur. be.

アルカリ金属化合物(C)は、上記のように、共重合体(A)及び親水性の架橋性化合物(B)を含む樹脂組成物(膜形成原液)に直接含ませてもよく、共重合体(A)及び親水性の架橋性化合物(B)を含む膜形成原液から膜を形成した後、膜の一方の面又は両方の面にアルカリ金属化合物(C)を含む溶液を塗布して含ませてもよい。 The alkali metal compound (C) may be directly contained in the resin composition (film-forming stock solution) containing the copolymer (A) and the hydrophilic crosslinkable compound (B), as described above, or the copolymer After forming a film from a film-forming stock solution containing (A) and a hydrophilic crosslinkable compound (B), one or both surfaces of the film are coated with a solution containing an alkali metal compound (C) to impregnate the film. may

<亜鉛錯体(D)>
樹脂組成物は、アミンが配位されている亜鉛錯体(D)を更に含むことができる。アミンが配位されている亜鉛錯体(D)を含むことにより、二酸化炭素(CO)を重炭酸イオン(HCO )に転換する水和反応の触媒効果を見込むことができ、二酸化炭素膜透過速度が更に向上することを期待することができる。
<Zinc Complex (D)>
The resin composition can further contain a zinc complex (D) coordinated with an amine. By containing the zinc complex (D) to which the amine is coordinated, a catalytic effect for the hydration reaction that converts carbon dioxide (CO 2 ) to bicarbonate ion (HCO 3 ) can be expected, and the carbon dioxide membrane Further improvement in permeation rate can be expected.

亜鉛錯体(D)は、中心金属が亜鉛であり、配位子がアミンであれば、特に限定されない。アミンとしては、2級アミン及び/又は3級アミンが好ましい。亜鉛錯体(D)の具体例としては、例えば、下記式(1)~(4)に示すもの、あるいは天然物由来の炭酸脱水酵素等を好適に用いることができる。これらは、単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。 The zinc complex (D) is not particularly limited as long as the central metal is zinc and the ligand is an amine. Preferred amines are secondary amines and/or tertiary amines. As specific examples of the zinc complex (D), for example, those represented by the following formulas (1) to (4), carbonic anhydrases derived from natural products, and the like can be suitably used. These may be used alone or in combination of two or more.

Figure 2023002341000010
Figure 2023002341000010

Figure 2023002341000011
Figure 2023002341000011

Figure 2023002341000012
Figure 2023002341000012

Figure 2023002341000013
Figure 2023002341000013

アミンが配位されている亜鉛錯体(D)の含有量は、所望の効果及び製膜性の維持の両観点から、0.1~20wt%が好ましく、0.15~10wt%がより好ましく、0.2~5wt%が更に好ましい。アミンが配位されている亜鉛錯体(D)の含有量が0.1wt%未満であると、二酸化炭素膜透過速度を向上させる効果が得られないおそれがある。亜鉛錯体(D)の含有量が20wt%を超えると、一部が分離膜中に包含しきれず、製膜性を損なうおそれがある。 The content of the amine-coordinated zinc complex (D) is preferably 0.1 to 20 wt%, more preferably 0.15 to 10 wt%, from the viewpoint of both the desired effect and the maintenance of film-forming properties. 0.2 to 5 wt% is more preferred. If the content of the amine-coordinated zinc complex (D) is less than 0.1 wt %, the effect of improving the carbon dioxide membrane permeation rate may not be obtained. If the content of the zinc complex (D) exceeds 20 wt%, part of it cannot be included in the separation membrane, possibly impairing the film formability.

<その他>
(架橋剤)
樹脂組成物は、架橋剤を含む。架橋剤により樹脂組成物に含まれる共重合体(A)及び親水性の架橋性化合物(B)、特に親水性の架橋性化合物(B)を架橋することで、分離膜の耐久性を向上させることができる。本発明の分離膜に使用される架橋剤は、共重合体(A)及び親水性の架橋性化合物(B)に含まれ得る官能基、特に水酸基、カルボキシ基又はアミノ基のうち、親水性の架橋性化合物(B)に含まれ得るアミノ基を選択的に反応させる観点から、エポキシ基を有する架橋剤を用いることが好ましい。エポキシ基を有する架橋剤としては、例えばエピクロロヒドリン;ジエポキシアルカン;ジエポキシアルケン;(ポリ)エチレングリコールジグリシジルエーテル、(ポリ)グリセリンジグリシジルエーテル等のジグリシジルエーテル化合物が挙げられる。架橋剤としてグルタルアルデヒド等のアルデヒド基を有する架橋剤を用いた場合、共重合体(A)及び親水性の架橋性化合物(B)の水酸基同士が架橋され、脆弱なアセタール結合が形成されるので、製膜後にピンホール等の欠陥が生じやすく、分離膜の耐久性に資する観点から好ましくない。樹脂組成物に含まれる架橋剤の含有量は、分離膜の形成後、実際の使用時に、意図しない架橋反応が進行して膜の性能が低下するのを抑制する観点から、適切に調節する必要がある。
(添加剤)
樹脂組成物は、可塑剤及び界面活性剤等の添加剤を含んでもよい。可塑剤としては、例えばエチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、トリアセチルグリセリン、ジオクチルフタレート、トリエチレングリコールジカプリレート及びイオン液体等が挙げられる。また、界面活性剤としては、ノニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤及び有機フルオロ化合物等が挙げられる。これらを用いることで、樹脂組成物の製膜性を向上させることができる。
(溶剤)
樹脂組成物は、溶剤と混合され、膜形成原液として調製される。溶剤としては、水、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、及びN,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)等の有機溶媒及びこれらの混合物が挙げられる。溶剤は、本発明の効果を達成する限り、特に限定されないが、中でも水が好ましい。
<Others>
(crosslinking agent)
The resin composition contains a cross-linking agent. The durability of the separation membrane is improved by cross-linking the copolymer (A) and the hydrophilic cross-linkable compound (B), particularly the hydrophilic cross-linkable compound (B), contained in the resin composition with a cross-linking agent. be able to. The cross-linking agent used in the separation membrane of the present invention is a functional group that can be contained in the copolymer (A) and the hydrophilic cross-linkable compound (B), particularly a hydroxyl group, a carboxy group, or an amino group. From the viewpoint of selectively reacting amino groups that may be contained in the crosslinkable compound (B), it is preferable to use a crosslinker having an epoxy group. Examples of cross-linking agents having an epoxy group include epichlorohydrin; diepoxyalkanes; diepoxyalkenes; and diglycidyl ether compounds such as (poly)ethylene glycol diglycidyl ether and (poly)glycerin diglycidyl ether. When a cross-linking agent having an aldehyde group such as glutaraldehyde is used as the cross-linking agent, the hydroxyl groups of the copolymer (A) and the hydrophilic cross-linkable compound (B) are cross-linked to form a fragile acetal bond. Defects such as pinholes tend to occur after membrane formation, which is not preferable from the viewpoint of contributing to the durability of the separation membrane. The content of the cross-linking agent contained in the resin composition should be appropriately adjusted from the viewpoint of suppressing deterioration of membrane performance due to unintended cross-linking reaction during actual use after formation of the separation membrane. There is
(Additive)
The resin composition may contain additives such as plasticizers and surfactants. Examples of plasticizers include ethylene glycol, propylene glycol, glycerin, triacetylglycerin, dioctyl phthalate, triethylene glycol dicaprylate, and ionic liquids. Further, examples of surfactants include nonionic surfactants, cationic surfactants and organic fluoro compounds. By using these, the film formability of the resin composition can be improved.
(solvent)
The resin composition is mixed with a solvent to prepare a film-forming stock solution. Solvents include water, organic solvents such as dimethylformamide (DMF), dimethylsulfoxide (DMSO), and N,N-dimethylacetamide (DMAc), and mixtures thereof. The solvent is not particularly limited as long as the effects of the present invention are achieved, but water is particularly preferred.

膜形成原液として調製された樹脂組成物は、前記のとおり、本発明のガス分離膜の製造方法の第1の工程において、支持膜上に塗布される。塗布法としては、スロットダイコーティング、ナイフコーティング、マイクログラビアコーティング、バーコーティング、スピンコーティング等の公知の塗布法の中から適宜選択することができる。支持膜としては、有機材料又は無機材料からなる多孔質膜が挙げられる。中でもポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアミド、ポリイミド、ポリアクリロニトリル、ポリスチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ポリメタクリル酸メチル等からなる多孔性高分子膜、例えば限外ろ過膜や精密ろ過膜等が好適である。支持膜の形状は、例えばフィルム状、中空糸状、又は筒状体等の各種形状の中から適宜選択することができる。支持膜の孔の大きさ及び膜厚は、本発明の目的を妨げない限り、特に限定されない。 As described above, the resin composition prepared as the membrane-forming stock solution is applied onto the support membrane in the first step of the method for producing a gas separation membrane of the present invention. The coating method can be appropriately selected from known coating methods such as slot die coating, knife coating, microgravure coating, bar coating, and spin coating. Examples of the support film include porous films made of organic or inorganic materials. Among them, porous polymer membranes such as polysulfone, polyethersulfone, polyamide, polyimide, polyacrylonitrile, polystyrene, polyvinylidene fluoride, polyvinyl chloride, and polymethyl methacrylate, such as ultrafiltration membranes and microfiltration membranes, are preferred. be. The shape of the support membrane can be appropriately selected from various shapes such as film, hollow fiber, and cylindrical. The pore size and thickness of the supporting membrane are not particularly limited as long as they do not interfere with the object of the present invention.

支持膜上に塗布された樹脂組成物は、本発明のガス分離膜の製造方法の第2の工程において、溶剤が除かれ、乾燥塗膜とされる。乾燥は、常温常圧下での自然乾燥法、通風乾燥法、及び減圧乾燥法等の中から適宜選択して行うことができる。また、乾燥は、樹脂組成物に含まれる共重合体(A)及び/又は親水性の架橋性化合物(B)が架橋せず、また、共重合体(A)及び/又は親水性の架橋性化合物(B)の微結晶が膜表面に析出することなどがない限りは、加熱手段を用いて行うこともできる。塗膜の乾燥速度が速すぎると、共重合体(A)及び/又は親水性の架橋性化合物(B)の微結晶が膜表面に析出し、分離膜の性能低下につながることがある。 In the second step of the method for producing a gas separation membrane of the present invention, the solvent is removed from the resin composition coated on the support membrane to form a dry coating. Drying can be carried out by appropriately selecting from a natural drying method under normal temperature and normal pressure, a ventilation drying method, a reduced pressure drying method, and the like. In addition, drying does not crosslink the copolymer (A) and/or the hydrophilic crosslinkable compound (B) contained in the resin composition, and the copolymer (A) and/or the hydrophilic crosslinkable compound (B) does not crosslink. A heating means can also be used as long as microcrystals of the compound (B) are not precipitated on the film surface. If the drying rate of the coating film is too fast, microcrystals of the copolymer (A) and/or the hydrophilic crosslinkable compound (B) may precipitate on the membrane surface, leading to deterioration of the performance of the separation membrane.

乾燥塗膜の膜厚は、良好な二酸化炭素膜透過速度及び二酸化炭素選択性を確保する観点から、0.1~100μmであることが好ましく、0.05~50μmであることがより好ましく、0.1~25μmであることが更に好ましい。乾燥塗膜の膜厚が0.1μm未満であると、製膜後、分離膜にピンホール等の欠陥が生じたり、分離膜が破れたりして、所望のロバスト性が得られない。乾燥塗膜の膜厚が100μmを超えると、二酸化炭素選択性は増大するが二酸化炭素膜透過速度が低下する。乾燥塗膜の膜厚は、例えばガス分離膜の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)や飛行時間型二次イオン質量分析法(TOF-SIMS)を用いて、特にアルカリ金属化合物(C)の分布を観測することで、測定することできる。 The thickness of the dry coating film is preferably 0.1 to 100 μm, more preferably 0.05 to 50 μm, from the viewpoint of ensuring a good carbon dioxide membrane permeation rate and carbon dioxide selectivity. 0.1 to 25 μm is more preferred. If the thickness of the dried coating film is less than 0.1 μm, the separation membrane may have defects such as pinholes or be broken after film formation, and the desired robustness cannot be obtained. If the thickness of the dry coating film exceeds 100 μm, the carbon dioxide selectivity increases, but the carbon dioxide membrane permeation rate decreases. The film thickness of the dry coating film can be determined, for example, by using a scanning electron microscope (SEM) or time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS) on the cross section of the gas separation membrane, especially the distribution of the alkali metal compound (C). can be measured by observing

(工程3)
前記乾燥塗膜は、本発明のガス分離膜の製造方法の第3の工程において、熱架橋される。
(Step 3)
The dried coating film is thermally crosslinked in the third step of the method for producing a gas separation membrane of the present invention.

本発明のガス分離膜の製造方法において、熱架橋は湿熱条件で行われる。熱架橋は、分離膜を構成する共重合体(A)及び親水性の架橋性化合物(B)の種類により異なり得るが、本発明のガス分離膜においては、温度60~95℃、相対湿度40~90%RHの湿熱条件で行われることが好ましい。上記範囲の条件で熱架橋を行うことにより、分離膜に剛直性を付与しつつも、可とう性の低下を抑制することで、ロバスト性が低下することを回避することができる。したがって、ロバスト性を有するガス分離膜を得ることができる。 In the method for producing a gas separation membrane of the present invention, thermal crosslinking is performed under moist heat conditions. Thermal crosslinking may vary depending on the types of the copolymer (A) and the hydrophilic crosslinkable compound (B) that constitute the separation membrane. It is preferably carried out under moist heat conditions of ~90% RH. By performing thermal crosslinking under the conditions within the above range, it is possible to prevent deterioration of robustness by suppressing deterioration of flexibility while imparting rigidity to the separation membrane. Therefore, a gas separation membrane having robustness can be obtained.

なお、本明細書において、「ロバスト性」とは、繰り返しの圧力負荷に対する、分離膜の耐久性をいう。他方、上記範囲の条件で熱架橋された分離膜は、水酸基やアミノ基といった基が分離膜中に適度に残存しているので、水蒸気を含む混合ガスに対して、分離膜の親和性及び保水性や二酸化炭素に対する親和性も保持されており、良好な二酸化炭素膜透過速度及び二酸化炭素選択性を示すことができる。 As used herein, the term “robustness” refers to the durability of a separation membrane against repeated pressure loads. On the other hand, in the separation membrane thermally crosslinked under the conditions within the above range, groups such as hydroxyl groups and amino groups remain in the separation membrane in an appropriate amount. It also retains its properties and affinity for carbon dioxide, and can exhibit a good carbon dioxide membrane permeation rate and carbon dioxide selectivity.

熱架橋が温度60℃未満で行われると、架橋反応が十分に進行しないので、剛直性が付与されず、所望のロバスト性が得られない。熱架橋が温度95℃を超えて行われると、架橋反応は十分に進行するが、可とう性が低下し、所望のロバスト性が得られない。熱架橋が相対湿度40%RH未満で行われると、架橋反応は十分に進行するが、可とう性が低下し、所望のロバスト性が得られない。熱架橋が相対湿度90%RHを超えて行われると、架橋反応が十分に進行しないので、剛直性が付与されず、所望のロバスト性が得られない。 If the thermal crosslinking is performed at a temperature of less than 60° C., the crosslinking reaction does not proceed sufficiently, so that rigidity is not imparted and desired robustness cannot be obtained. If the thermal cross-linking temperature exceeds 95° C., the cross-linking reaction proceeds sufficiently, but the flexibility is lowered and the desired robustness cannot be obtained. If the thermal cross-linking is carried out at a relative humidity of less than 40% RH, the cross-linking reaction will proceed satisfactorily, but the flexibility will be reduced and the desired robustness will not be obtained. If the thermal crosslinking is carried out at a relative humidity exceeding 90% RH, the crosslinking reaction will not proceed sufficiently, so that rigidity will not be imparted and the desired robustness will not be obtained.

ガス分離膜の剛直性は、例えば引張弾性率を用いて評価することができる。ガス分離膜の引張弾性率は、温度25℃、相対湿度60%RHの条件において、5~7N/mmであることが好ましい。ガス分離膜の引張弾性率が上記範囲であることで、分離膜は適度な剛直性と可とう性とを有し、ロバスト性を示す。ガス分離膜の引張弾性率が5N/mm未満であると、剛直性に欠けるので、所望のロバスト性が得られない。ガス分離膜の引張弾性率が7N/mmを超えると、剛直性は十分であるが、可とう性に欠けるので、所望のロバスト性が得られないことがある。 The rigidity of the gas separation membrane can be evaluated using, for example, the tensile modulus. The tensile elastic modulus of the gas separation membrane is preferably 5 to 7 N/mm 2 under conditions of a temperature of 25° C. and a relative humidity of 60% RH. When the tensile modulus of the gas separation membrane is within the above range, the separation membrane has appropriate rigidity and flexibility, and exhibits robustness. If the tensile elastic modulus of the gas separation membrane is less than 5 N/mm 2 , the desired robustness cannot be obtained due to lack of rigidity. If the tensile elastic modulus of the gas separation membrane exceeds 7 N/mm 2 , although the rigidity is sufficient, the desired robustness may not be obtained due to lack of flexibility.

ガス分離膜の水蒸気を含む混合ガスに対する親和性及び保水性は、例えば水蒸気吸着量を用いて評価することができる。ガス分離膜の温度60℃、相対圧(p/p)0.5~0.9の範囲における水蒸気吸着量は、150~900cm(STP)/gであることが好ましい。ガス分離膜の水蒸気吸着量が上記範囲であることで、分離膜は良好な二酸化炭素膜透過速度を示すことができる。ガス分離膜の水蒸気吸着量が150cm(STP)/g未満であると、分離膜中の二酸化炭素キャリアであるアルカリ金属化合物(C)の拡散性が低下するので、二酸化炭素膜透過速度が低下する。ガス分離膜の水蒸気吸着量が900cm(STP)/gを超えると、架橋が不十分であり、剛直性に欠けるので、所望のロバスト性が得られない。 The affinity and water retention of the gas separation membrane for a mixed gas containing water vapor can be evaluated using, for example, the amount of water vapor adsorption. The water vapor adsorption amount of the gas separation membrane at a temperature of 60° C. and a relative pressure (p/p 0 ) of 0.5 to 0.9 is preferably 150 to 900 cm 3 (STP)/g. When the water vapor adsorption amount of the gas separation membrane is within the above range, the separation membrane can exhibit a good carbon dioxide membrane permeation rate. When the water vapor adsorption amount of the gas separation membrane is less than 150 cm 3 (STP)/g, the diffusivity of the alkali metal compound (C), which is the carbon dioxide carrier in the separation membrane, decreases, so the carbon dioxide membrane permeation rate decreases. do. If the water vapor adsorption amount of the gas separation membrane exceeds 900 cm 3 (STP)/g, the cross-linking will be insufficient and the rigidity will be lacking, making it impossible to obtain the desired robustness.

以上のような流れを経て、本発明のガス分離膜を製造することができる。 Through the flow as described above, the gas separation membrane of the present invention can be produced.

以降、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例にのみ限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited only to the following examples.

実施例及び比較例において得られたガス分離膜は、以下の方法に従って、各項目を測定・評価した。 The gas separation membranes obtained in Examples and Comparative Examples were measured and evaluated for each item according to the following methods.

<引張弾性率>
引張試験機(「オートグラフAGS-X」(商品名)、株式会社島津製作所製)を用い、測定条件:引張試験速度10mm/分、測定環境:温度25℃、相対湿度56%RH、引張試験用サンプルサイズ:幅2mm、長さ35mm、つかみ具間距離15mmの下、引張試験を行った。得られた実験データから、縦軸:応力(MPa)、横軸:変位(ひずみ%)をプロットし、引張弾性率(N/mm)(=応力/変位)を算出した。結果を表1に示す。
<Tensile modulus>
Using a tensile tester (“Autograph AGS-X” (trade name), manufactured by Shimadzu Corporation), measurement conditions: tensile test speed 10 mm / min, measurement environment: temperature 25 ° C., relative humidity 56% RH, tensile test Sample size for: 2 mm width, 35 mm length, 15 mm distance between grips. From the obtained experimental data, the vertical axis: stress (MPa) and the horizontal axis: displacement (strain %) were plotted to calculate the tensile elastic modulus (N/mm 2 ) (=stress/displacement). Table 1 shows the results.

<ロバスト性(繰り返し圧力負荷耐久性)試験>
プラントの起動・停止を想定した、圧力変動が膜分離性能に与える影響の検討として、ロバスト性試験を行った。試験では、以下の起動・停止操作を繰り返し行った。
1.起動:
供給側:温度85℃、供給ガス組成CO/He=40/60(400mL(STP)/分)、相対湿度60%RH、常圧から2.4MPaまで加圧。
透過側:大気圧。
起動停止動作は、常圧に戻した後、5分間乾燥ガスを流し、温度85℃の恒温槽から膜セルを取り出した。
2.停止:一定期間保管した(温度25℃、相対湿度50~60%RH)。
3.起動:膜セルを再セットし、上記1.の条件で再度、膜分離性能を評価した。
<Robustness (repeated pressure load durability) test>
Robustness tests were conducted to investigate the effects of pressure fluctuations on membrane separation performance, assuming plant startup and shutdown. In the test, the following starting and stopping operations were repeated.
1. Start-up:
Supply side: temperature 85° C., supply gas composition CO 2 /He=40/60 (400 mL (STP)/min), relative humidity 60% RH, normal pressure up to 2.4 MPa.
Permeate side: atmospheric pressure.
After returning to normal pressure, dry gas was flowed for 5 minutes, and the membrane cell was removed from the constant temperature bath at a temperature of 85°C.
2. Shutdown: Stored for a period of time (temperature 25°C, relative humidity 50-60% RH).
3. Start-up: Reset the membrane cell, and follow the steps in 1. above. The membrane separation performance was evaluated again under the conditions of

ロバスト性(繰り返し圧力負荷耐久性)は、以下の基準で評価した。 Robustness (repeated pressure load durability) was evaluated according to the following criteria.

〇:二酸化炭素選択性αが安定
×:ヘリウム膜透過速度QHeの上昇がみられ、二酸化炭素選択性αが低下
結果を表1に示す。
O: carbon dioxide selectivity α is stable ×: helium membrane permeation rate Q He is increased, and carbon dioxide selectivity α is decreased. Table 1 shows the results.

<水蒸気吸着量>
自動蒸気吸着量測定装置(「BELSORP-18」(商品名)、マイクロトラック・ベル株式会社製)を用いて、水蒸気吸着量を測定した。測定条件は温度60℃であった。
結果を表1に示す。
<Water vapor adsorption amount>
The amount of water vapor adsorption was measured using an automatic vapor adsorption amount measuring device ("BELSORP-18" (trade name), manufactured by Microtrack Bell Co., Ltd.). The measurement conditions were a temperature of 60°C.
Table 1 shows the results.

<二酸化炭素膜透過速度及び二酸化炭素選択性>
作製したガス分離膜を円状(直径47mm、面積17.4cm)に裁断し、測定試料とした。測定は、温度85℃、組成CO/He=40/60(400mL/分)、相対湿度60%RHに設定した混合ガスを、供給側の全圧を2.4MPaにして差圧法により行った。続いて、下記式より、二酸化炭素膜透過速度QCO2[m(STP)/(m・s・Pa)]、ヘリウム膜透過速度QHe[m(STP)/(m・s・Pa)]及び二酸化炭素選択性αを求めた。結果を表1に示す。
<Carbon dioxide membrane permeation rate and carbon dioxide selectivity>
The prepared gas separation membrane was cut into a circular shape (diameter 47 mm, area 17.4 cm 2 ) to obtain a measurement sample. The measurement was performed by a differential pressure method with a mixed gas set to a temperature of 85° C., a composition of CO 2 /He=40/60 (400 mL/min), and a relative humidity of 60% RH, with a total pressure of 2.4 MPa on the supply side. . Subsequently, from the following equations, carbon dioxide membrane permeation rate Q CO2 [m 3 (STP)/(m 2 · s · Pa)], helium membrane permeation velocity Q He [m 3 (STP) / (m 2 · s · Pa)] and the carbon dioxide selectivity α were determined. Table 1 shows the results.

Figure 2023002341000014
Figure 2023002341000014

Figure 2023002341000015
Figure 2023002341000015

Figure 2023002341000016
Figure 2023002341000016

[実施例1]
1.非架橋ビニルアルコール系共重合体(A)水溶液の調製
特開昭59-187003号公報に記載の方法で、末端にメルカプト基を有するポリビニルアルコール(PVA-1)を合成した。H-NMR測定により求めたビニルアルコール単位の含有量(けん化度)は98.5モル%、JIS K6726に準拠して測定した粘度平均重合度は1500であった。次に、72.0gのPVA-1に水1269gを加え、還流冷却管及び攪拌翼を備え付けた1Lの四つ口セパラブルフラスコ中にて温度95℃まで加熱して溶解させた。室温まで冷却した後、該水溶液に1/2規定の硫酸を添加してpHを3.0に調節した。これにアクリル酸50gを加え、該水溶液中に窒素をバブリングしながら温度90℃まで加温し、さらに温度90℃で30分間窒素のバブリングを続けて窒素置換した。窒素置換後、該水溶液に重合開始剤として2,2’-アゾビス[2-メチル-N-(2-ヒドロキシエチル)プロピオンアミド](AMHP、和光純薬工業株式会社製)の2%水溶液197mLを1.5時間かけて徐々に添加し、添加終了後、温度90℃で2.5時間加熱して重合を完了させた。室温まで冷却し、固形分濃度7.5wt%のポリビニルアルコール及びポリアクリル酸のブロック共重合体である、非架橋ビニルアルコール系共重合体(A)水溶液を得た。なお、得られた水溶液の一部を乾燥した後、重水に溶解し、H-NMR測定を行ったところ、該ブロック共重合体中のカルボキシル基の含有量、すなわち、該共重合体中の単量体単位の総数に対するアクリル酸単量体単位の含有量は、30モル%であった
2.膜形成原液(樹脂組成物溶液)の調製
上記非架橋ビニルアルコール系共重合体(A)水溶液(以下「P-2」)、ポバール(「PVA124」(商品名)、株式会社クラレ製)、ポリアリルアミン(「PAA-15C」(商品名)、日東紡績株式会社製)、ポリアミドアミンデンドリマー(20wt%メタノール溶液、アルドリッチ社製)、架橋剤(「エポライト400E」(商品名)、共栄社化学株式会社製)、及びグリセリンを用い、これらをP-2/NaOH(1M水溶液)/「PVA124」/「PAA-15C」/ポリアミドアミンデンドリマー/「エポライト400E」(10wt%水溶液)/グリセリン=19.5/2.5/9/16/14/12/27wt%の割合で混合し、イオン交換水を加えて膜形成原液(固形分濃度8wt%)を調製した。
3.製膜
上記膜形成原液を分画分子量30万のポリエーテルスルホンを素材とした限外ろ過膜(「バイオマックス」(商品名)、メルク社製)上に、スロットダイ方式の連続製膜により製膜し、温度80℃で10分間乾燥して乾燥塗膜(膜厚2~3μm)を形成した複合膜を得た。
4.熱架橋
複合膜を、恒温恒湿槽に入れ、温度80℃、相対湿度40%RHの湿熱条件の下、24時間保持して、乾燥塗膜を熱架橋した。
5.ガス分離膜の作製
上記作製した複合膜の乾燥塗膜が形成された面に炭酸セシウム(14.3wt%)及びZn[12]aneN4(ZC)触媒(0.2wt%)水溶液を塗布し、ガス分離膜を作製した(炭酸塩担持量:約30g/m)。
[Example 1]
1. Preparation of non-crosslinked vinyl alcohol copolymer (A) aqueous solution Polyvinyl alcohol (PVA-1) having terminal mercapto groups was synthesized by the method described in JP-A-59-187003. The content of vinyl alcohol units (degree of saponification) determined by 1 H-NMR measurement was 98.5 mol %, and the viscosity average degree of polymerization measured according to JIS K6726 was 1,500. Next, 1269 g of water was added to 72.0 g of PVA-1, and dissolved by heating to a temperature of 95° C. in a 1 L four-necked separable flask equipped with a reflux condenser and a stirring blade. After cooling to room temperature, 1/2N sulfuric acid was added to the aqueous solution to adjust the pH to 3.0. 50 g of acrylic acid was added thereto, and the aqueous solution was heated to a temperature of 90° C. while nitrogen was bubbled through it, and then nitrogen was substituted by continuously bubbling nitrogen at a temperature of 90° C. for 30 minutes. After purging with nitrogen, 197 mL of a 2% aqueous solution of 2,2'-azobis[2-methyl-N-(2-hydroxyethyl)propionamide] (AMHP, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as a polymerization initiator was added to the aqueous solution. It was gradually added over 1.5 hours, and after the addition was completed, it was heated at a temperature of 90° C. for 2.5 hours to complete the polymerization. After cooling to room temperature, an aqueous solution of a non-crosslinked vinyl alcohol copolymer (A), which is a block copolymer of polyvinyl alcohol and polyacrylic acid having a solid concentration of 7.5 wt %, was obtained. A portion of the obtained aqueous solution was dried, dissolved in heavy water, and subjected to 1 H-NMR measurement. The content of acrylic acid monomer units relative to the total number of monomer units was 30 mol %2. Preparation of film-forming stock solution (resin composition solution) Aqueous solution of the above non-crosslinked vinyl alcohol copolymer (A) (hereinafter “P-2”), Poval (“PVA124” (trade name), manufactured by Kuraray Co., Ltd.), poly Allylamine ("PAA-15C" (trade name), manufactured by Nitto Boseki Co., Ltd.), polyamidoamine dendrimer (20 wt% methanol solution, manufactured by Aldrich), cross-linking agent ("Epolite 400E" (trade name), manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd. ), and using glycerin, these are P-2 / NaOH (1 M aqueous solution) / “PVA124” / “PAA-15C” / polyamidoamine dendrimer / “Epolite 400E” (10 wt% aqueous solution) / glycerin = 19.5/2 They were mixed at a ratio of 5/9/16/14/12/27 wt%, and deionized water was added to prepare a film-forming stock solution (solid concentration: 8 wt%).
3. Membrane formation The membrane-forming undiluted solution is coated on an ultrafiltration membrane ("Biomax" (trade name), manufactured by Merck Ltd.) made of polyethersulfone with a molecular weight cut off of 300,000, and is continuously formed into a membrane by a slot die method. It was coated and dried at a temperature of 80° C. for 10 minutes to obtain a composite film in which a dry film (thickness of 2 to 3 μm) was formed.
4. Thermal cross-linking The composite film was placed in a thermo-hygrostat and held for 24 hours under wet heat conditions of 80°C and 40% RH to thermally cross-link the dry coating film.
5. Preparation of gas separation membrane An aqueous solution of cesium carbonate (14.3 wt%) and Zn[12]aneN4 (ZC) catalyst (0.2 wt%) was applied to the surface on which the dry coating film of the composite membrane prepared above was formed, and gas A separation membrane was produced (carbonate loading: about 30 g/m 2 ).

[実施例2]
乾燥塗膜の熱架橋を温度80℃、相対湿度60%RHの湿熱条件の下で行った以外は、実施例1と同様にしてガス分離膜(膜厚2~3μm)を作製した。
[Example 2]
A gas separation membrane (film thickness: 2 to 3 μm) was prepared in the same manner as in Example 1, except that the thermal crosslinking of the dried coating film was performed under wet heat conditions of 80° C. and 60% RH.

[実施例3]
乾燥塗膜の熱架橋を温度80℃、相対湿度80%RHの湿熱条件の下で行った以外は、実施例1と同様にしてガス分離膜(膜厚2~3μm)を作製した。
[Example 3]
A gas separation membrane (film thickness: 2 to 3 μm) was prepared in the same manner as in Example 1, except that the thermal crosslinking of the dried coating film was performed under wet heat conditions of 80° C. and 80% RH.

[実施例4]
乾燥塗膜の熱架橋を温度80℃、相対湿度90%RHの湿熱条件の下で行った以外は、実施例1と同様にしてガス分離膜(膜厚2~3μm)を作製した。
[Example 4]
A gas separation membrane (film thickness: 2 to 3 μm) was prepared in the same manner as in Example 1, except that the thermal crosslinking of the dried coating film was performed under wet heat conditions of 80° C. and 90% RH.

[比較例1]
乾燥塗膜の熱架橋を温度80℃、相対湿度0%RHの乾燥条件の下で工程時間を30分間とした以外は、実施例1と同様にしてガス分離膜(膜厚2~3μm)を作製した。
[Comparative Example 1]
A gas separation membrane (film thickness: 2 to 3 μm) was prepared in the same manner as in Example 1, except that the thermal crosslinking of the dried coating film was performed under the drying conditions of a temperature of 80° C. and a relative humidity of 0% RH for 30 minutes. made.

[比較例2]
乾燥塗膜の熱架橋を温度80℃、相対湿度0%RHの乾燥条件の下で行った以外は、実施例1と同様にしてガス分離膜(膜厚2~3μm)を作製した。
[Comparative Example 2]
A gas separation membrane (film thickness: 2 to 3 μm) was prepared in the same manner as in Example 1, except that the thermal crosslinking of the dried coating film was performed under the drying conditions of a temperature of 80° C. and a relative humidity of 0% RH.

Figure 2023002341000017
Figure 2023002341000017

本発明のガス分離膜は、混合ガス、特に水蒸気を含む混合ガスから、特定のガス種、特に二酸化炭素を高圧条件にて選択的に分離する性能が良好であって、ロバスト性(繰り返し圧力負荷耐久性)を有するので、石炭ガス化により産生される水性シフトガス及び天然ガスからの二酸化炭素の分離等において有用である。 The gas separation membrane of the present invention has good performance of selectively separating a specific gas species, especially carbon dioxide, from a mixed gas, especially a mixed gas containing water vapor, under high pressure conditions, and is robust (repeated pressure load durability), it is useful in such applications as the separation of carbon dioxide from aqueous shift gas and natural gas produced by coal gasification.

Claims (10)

支持膜上に樹脂組成物を塗布する工程;
前記塗布した樹脂組成物を乾燥する工程;及び
前記乾燥した樹脂組成物を熱架橋する工程
を含む、ガス分離膜の製造方法であって、
前記熱架橋する工程は、温度60~95℃、相対湿度40~90%RHの湿熱条件で行われる、
ガス分離膜の製造方法。
A step of applying a resin composition onto the support film;
A method for producing a gas separation membrane, comprising a step of drying the applied resin composition; and a step of thermally crosslinking the dried resin composition,
The thermal cross-linking step is performed under wet heat conditions at a temperature of 60 to 95 ° C. and a relative humidity of 40 to 90% RH.
A method for producing a gas separation membrane.
前記樹脂組成物は、カルボキシル基を有する非架橋ビニルアルコール系共重合体(A)及び親水性の架橋性化合物(B)を含む、請求項1に記載の方法。 2. The method according to claim 1, wherein the resin composition comprises a non-crosslinked vinyl alcohol copolymer (A) having a carboxyl group and a hydrophilic crosslinkable compound (B). 前記カルボキシル基を有する非架橋ビニルアルコール系共重合体(A)は、アクリル酸又はメタクリル酸単量体単位及びビニルアルコール系単量体単位を含む、請求項2に記載の方法。 3. The method according to claim 2, wherein the non-crosslinked vinyl alcohol-based copolymer (A) having a carboxyl group contains acrylic acid or methacrylic acid monomer units and vinyl alcohol-based monomer units. 前記親水性の架橋性化合物(B)は、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセテート、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド、ポリアミドアミンデンドリマー、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン及びポリビニルアミンからなる群から選択される少なくとも1つの構造単位を有する、請求項2又は3に記載の方法。 The hydrophilic crosslinkable compound (B) is at least selected from the group consisting of polyethylene glycol, polypropylene glycol, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, polyvinylpyrrolidone, polyacrylamide, polyamidoamine dendrimer, polyethyleneimine, polyallylamine and polyvinylamine. 4. A method according to claim 2 or 3, having one structural unit. 前記樹脂組成物は、アルカリ金属化合物(C)を更に含む、請求項2~4のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 2 to 4, wherein the resin composition further comprises an alkali metal compound (C). 前記アルカリ金属化合物(C)は、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属炭酸塩、及びアルカリ金属重炭酸塩からなる群から選択される、請求項5に記載の方法。 6. The method of claim 5, wherein said alkali metal compound (C) is selected from the group consisting of alkali metal hydroxides, alkali metal carbonates and alkali metal bicarbonates. 前記樹脂組成物は、
Figure 2023002341000018
Figure 2023002341000019
Figure 2023002341000020
Figure 2023002341000021
からなる群から選択される、アミンが配位されている亜鉛錯体(D)を更に含む、請求項5又は6に記載の方法。
The resin composition is
Figure 2023002341000018
Figure 2023002341000019
Figure 2023002341000020
Figure 2023002341000021
7. The method of claim 5 or 6, further comprising an amine-coordinated zinc complex (D) selected from the group consisting of:
請求項1~7のいずれか一項に記載の方法により製造された、ガス分離膜。 A gas separation membrane produced by the method according to any one of claims 1 to 7. 温度60℃での水蒸気吸着試験において、相対圧0.5~0.9の範囲における水蒸気吸着量が150~900cm(STP)/gの範囲であって、
温度25℃、相対湿度60%RHの測定条件における引張弾性率が5~7N/mmである、請求項8に記載のガス分離膜。
In a water vapor adsorption test at a temperature of 60° C., the water vapor adsorption amount is in the range of 150 to 900 cm 3 (STP)/g at a relative pressure range of 0.5 to 0.9,
9. The gas separation membrane according to claim 8, which has a tensile modulus of 5 to 7 N/mm 2 under measurement conditions of a temperature of 25° C. and a relative humidity of 60% RH.
二酸化炭素を分離するための請求項8又は9に記載のガス分離膜。 10. Gas separation membrane according to claim 8 or 9 for separating carbon dioxide.
JP2021103529A 2021-06-22 2021-06-22 gas separation membrane Pending JP2023002341A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021103529A JP2023002341A (en) 2021-06-22 2021-06-22 gas separation membrane

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021103529A JP2023002341A (en) 2021-06-22 2021-06-22 gas separation membrane

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023002341A true JP2023002341A (en) 2023-01-10

Family

ID=84797727

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021103529A Pending JP2023002341A (en) 2021-06-22 2021-06-22 gas separation membrane

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2023002341A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5689765B2 (en) Carbon dioxide separation member, method for producing the same, and carbon dioxide separation module
KR102313274B1 (en) Composition for co2 gas separation membrane, co2 gas separation membrane and method for producing same, and co2 gas separation membrane module
US11364471B2 (en) Composite membranes for separation of gases
KR102404068B1 (en) Carbon dioxide gas separation membrane, method for manufacturing same, and carbon dioxide gas separation membrane module
US8721774B2 (en) Gas separation composite membrane
Ji et al. Impacts of coating condition on composite membrane performance for CO2 separation
JP5563503B2 (en) Gas separation composite membrane
JP2010155207A (en) Ethylene-vinyl alcohol polymer composite-membrane for use in gas separation membrane
JP6421113B2 (en) Gas separation membrane and gas separation method
Sabzekar et al. Cyclic olefin polymer membrane as an emerging material for CO2 capture in gas-liquid membrane contactor
JP6609209B2 (en) Gas separation membrane
JP2010155206A (en) Vinyl alcohol polymer composite-membrane comprising silyl group excellent in water resistance for use in gas separation membrane
JP2010155205A (en) Vinyl alcohol polymer composite-membrane excellent in water resistance for use in gas separation membrane
US20100218681A1 (en) Membranes comprising amino acid mobile carriers
JP2023002341A (en) gas separation membrane
JP6779642B2 (en) Gas separation membrane
JP2017170354A (en) Gas separation membrane
JP6038621B2 (en) Gas separation membrane
JP6038622B2 (en) Gas separation membrane
JP5975951B2 (en) Method for producing facilitated transport separation membrane
JP6223255B2 (en) Gas separation membrane
CN116212636A (en) Nanofiltration membrane and preparation method thereof