JP2813629B2 - Facilitated transport membrane - Google Patents

Facilitated transport membrane

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JP2813629B2
JP2813629B2 JP8103829A JP10382996A JP2813629B2 JP 2813629 B2 JP2813629 B2 JP 2813629B2 JP 8103829 A JP8103829 A JP 8103829A JP 10382996 A JP10382996 A JP 10382996A JP 2813629 B2 JP2813629 B2 JP 2813629B2
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和弘 岡部
紀文 松宮
弘 真野
宣治 丹羽
賢治 原谷
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Research Institute of Innovative Technology for Earth
Sumitomo Electric Industries Ltd
Kawasaki Jukogyo KK
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  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、促進輸送膜に関す
るものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a facilitated transport membrane.

【0002】[0002]

【従来の技術】分離膜の従来技術として、特定の物質と
相互作用を有する親和性物質(キャリア)を膜に保持
し、該物質を選択的に輸送する促進輸送膜が知られてい
る。促進輸送膜は、目的物質を選択的に透過する性能に
優れている反面、一般にその形状が液体膜であるため
に、溶液の漏出、乾燥等により長期に安定した性能を維
持することが困難であった。そこで、促進輸送膜をゲル
化して分離に使用する試みが行われている。このような
促進輸送膜としては、例えば、高分子膜の表面にゼラチ
ンをコーティングしたゲル膜や、高分子膜の表面にヒド
ロキシエチルメタアクレリートのプラズマ重合層を積層
し、この重合層を透過させる気体のキャリア水溶液で膨
潤させた膜(特公平3−63413号)が知られてい
る。このような、高分子膜の表面にゲル層を積層した構
造の分離膜は、そのゲル層の膨潤及び収縮により、ゲル
層が、基膜の高分子膜から剥離しやすい。また、そのゲ
ル層にピンホールを生じやすいという問題点を有する。
ピンホールのないゲル層を得るためには、そのゲル層を
厚くする必要があるが、この場合には分離対象の物質の
透過性が低下するという課題があった。
2. Description of the Related Art As a prior art of a separation membrane, a facilitated transport membrane which holds an affinity substance (carrier) having an interaction with a specific substance on the membrane and selectively transports the substance is known. Facilitated transport membranes have excellent performance of selectively permeating the target substance, but generally have a liquid membrane shape, so it is difficult to maintain stable performance over a long period of time due to solution leakage, drying, etc. there were. Therefore, attempts have been made to gel the facilitated transport membrane and use it for separation. Examples of such a facilitated transport film include, for example, a gel film in which gelatin is coated on the surface of a polymer film, and a plasma polymerized layer of hydroxyethyl methacrylate laminated on the surface of the polymer film, and the polymer layer is allowed to pass through. A membrane swelled with a gaseous carrier aqueous solution (Japanese Patent Publication No. 3-63413) is known. In such a separation membrane having a structure in which a gel layer is laminated on the surface of a polymer film, the gel layer is easily separated from the polymer film of the base film due to swelling and shrinkage of the gel layer. Further, there is a problem that a pinhole is easily generated in the gel layer.
In order to obtain a gel layer without pinholes, it is necessary to increase the thickness of the gel layer, but in this case, there is a problem that the permeability of the substance to be separated is reduced.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ゲル層を有
する促進輸送膜において、そのハイドロゲル層の剥離が
防止されるとともに、そのゲル層を薄膜化してもピンホ
ールを生じることのない促進輸送膜を提供することをそ
の課題とする。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention relates to a facilitated transport film having a gel layer, in which the separation of the hydrogel layer is prevented and the thinned gel layer does not produce pinholes. It is an object to provide a transport membrane.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成する
に至った。即ち、本発明によれば、アクリル系重合体を
主成分とする高分子が膜状又は不織布状に形成されてお
り、かつ該表面が加水分解反応により、ゲル化されてい
ることを特徴とする促進輸送膜が提供される。
Means for Solving the Problems The present inventors have conducted intensive studies to solve the above-mentioned problems, and as a result, have completed the present invention. That is, according to the present invention, the polymer containing an acrylic polymer as a main component is formed in the form of a film or a nonwoven fabric, and the surface is gelled by a hydrolysis reaction. A facilitated transport membrane is provided.

【0005】[0005]

【発明の実施の形態】本発明の促進輸送膜(分離膜)に
おいて、その分離機能を担うゲル層は、機械的強度を担
う水溶性のアクリル系重合体を主成分とする高分子(以
下、単に高分子とも言う)からなる膜または不織布繊維
の表面部に形成されている。この場合、「高分子膜また
は高分子不織布繊維の表面部」とは、高分子膜または高
分子不織布繊維の表面に他の高分子をコーティングして
積層したような表面部を意味するものではなく、文字通
り、1つの高分子膜または高分子不織布繊維における表
面部を意味する。即ち、ゲル層と支持層とが、同一の高
分子鎖で形成されている。従って、表面部を形成するゲ
ル層における高分子と、その表面部以外の膜または不織
布繊維を構成する高分子とは一体に結合している。この
ためゲル層が剥離しにくい。また、ゲル層は支持膜を変
成させることにより形成されるため、ゲル層の厚みむら
が少なく、ゲルをコーティングした場合に比べてピンホ
ールレスの膜が得やすい。また、ゲル層は変成反応を制
御することにより容易に薄膜化できるので、透過性が高
い膜を得ることができる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In a facilitated transport membrane (separation membrane) of the present invention, a gel layer having a separation function is composed of a polymer mainly composed of a water-soluble acrylic polymer having a mechanical strength (hereinafter, referred to as a “polymer”). (Also simply referred to as a polymer) or a nonwoven fabric fiber. In this case, the "surface portion of the polymer film or the polymer nonwoven fiber" does not mean a surface portion such as a polymer film or a polymer nonwoven fiber surface coated with another polymer and laminated. Literally means the surface portion of one polymer membrane or polymer non-woven fabric fiber. That is, the gel layer and the support layer are formed of the same polymer chain. Therefore, the polymer in the gel layer forming the surface portion and the polymer constituting the film or the nonwoven fabric fiber other than the surface portion are integrally bonded. For this reason, the gel layer is difficult to peel off. In addition, since the gel layer is formed by denaturing the supporting film, the thickness of the gel layer is small, and a pinhole-less film is easily obtained as compared with the case where the gel is coated. Further, since the gel layer can be easily made thin by controlling the denaturation reaction, a film having high permeability can be obtained.

【0006】本発明の促進輸送膜は、表面部がゲル層に
形成されている高分子膜から構成することができる。な
お、本発明の高分子ゲルとは、3次元架橋ポリマーが液
体中で膨潤したものであり、水又は水溶液を含浸してな
るハイドロゲルのみに限定されない。よって、ある有機
溶媒に不溶性の高分子膜の表面部にオルガノゲルが形成
された構造の分離膜も含まれる。
[0006] The facilitated transport membrane of the present invention can be composed of a polymer membrane whose surface is formed on a gel layer. The polymer gel of the present invention is a polymer gel in which a three-dimensional crosslinked polymer swells in a liquid, and is not limited to only a hydrogel impregnated with water or an aqueous solution. Therefore, a separation membrane having a structure in which an organogel is formed on the surface of a polymer membrane that is insoluble in a certain organic solvent is also included.

【0007】本発明で用いる高分子膜において、そのゲ
ル層の厚みは特に制約されないが、通常、0.1〜10
00μm、好ましくは1〜100μmにするのがよい。
In the polymer film used in the present invention, the thickness of the gel layer is not particularly limited.
It is good to be 00 μm, preferably 1 to 100 μm.

【0008】本発明で用いる高分子は膜状に形成され
る。この膜は、平膜、スパイラル膜、チューブラー膜、
中空糸膜等、既知の種々の形態をとることができる。ま
た、押し出し成形法等の熱成形性により形成された高分
子膜や板体上に液状で流延させた流延膜および溶液紡糸
膜であることができるほか、不織布を加熱ロールや熱プ
レス等により全体を熱溶融させて一体のフィルム状に形
成した高分子膜であることもできる。
The polymer used in the present invention is formed into a film. This membrane is a flat membrane, spiral membrane, tubular membrane,
It can take various known forms such as a hollow fiber membrane. In addition, it can be a polymer film formed by a thermoforming property such as an extrusion molding method, a casting film and a solution-spun film cast in a liquid state on a plate, or a nonwoven fabric formed by heating a roll or a hot press. Can be a polymer film formed by melting the whole by heat and forming an integral film.

【0009】前記の膜状に形成した高分子は、それに結
合するニトリル基をカルボキシル基に加水分解し、溶液
(水、水溶液、有機溶媒溶液)を吸収させる。これによ
り表面部がゲル化した高分子膜を得ることができる。
The polymer formed in a film form hydrolyzes a nitrile group bonded thereto into a carboxyl group, and absorbs a solution (water, aqueous solution, organic solvent solution). As a result, a polymer film having a gelled surface can be obtained.

【0010】表面部がハイドロゲルに形成された高分子
膜は、水溶性の物質を選択的に透過させる分離膜として
用いることができる。この場合の水溶性の物質には親水
性ガス、金属イオン、種々の塩、生理活性物質等各種の
ものが挙げられる。親水性ガスには、例えば、水蒸気、
CO、SO、NO、NO、CO、HS、NH
等が包含される。表面がオルガノゲルに形成された高分
子膜は、油性の物質を選択的に透過させる分離膜として
用いることができる。この場合の油性の物質には、脂肪
族炭化水素、芳香族炭化水素、高級アルコール、シリコ
ーン系オイル、動植物油、種々のポリマー等各種のもの
が挙げられる。
[0010] A polymer membrane having a surface portion formed into a hydrogel can be used as a separation membrane for selectively permeating a water-soluble substance. In this case, examples of the water-soluble substance include various substances such as hydrophilic gas, metal ions, various salts, and physiologically active substances. Examples of the hydrophilic gas include water vapor,
CO 2 , SO 2 , NO 2 , NO, CO, H 2 S, NH 3
Etc. are included. A polymer membrane having a surface formed of an organogel can be used as a separation membrane that selectively allows an oily substance to permeate. In this case, examples of the oily substance include various substances such as aliphatic hydrocarbons, aromatic hydrocarbons, higher alcohols, silicone oils, animal and vegetable oils, and various polymers.

【0011】本発明の促進輸送膜は、そのゲル中に分離
対象に適したキャリアを含有させることにより、分離対
象の物質の透過を促進させ、分離効率を向上させること
ができる。キャリアを含有するゲル層を得るには、ゲル
層を形成させる場合の溶液として、キャリアを含む溶液
を用いる方法や、ゲル層をキャリアを含む溶液に接触さ
せる方法、ゲル層を乾燥後、キャリアを含む溶液を吸収
させる方法等を採用することができる。ゲル層に含有さ
れるキャリア量は特に制約されないが、通常、ゲルに含
まれている溶液中、0.01〜10mol/kg、好ま
しくは1〜5mol/kgである。
The facilitated transport membrane of the present invention contains a carrier suitable for the object to be separated in the gel, thereby promoting the permeation of the substance to be separated and improving the separation efficiency. To obtain a gel layer containing a carrier, a method of using a solution containing a carrier as a solution for forming the gel layer, a method of contacting the gel layer with a solution containing the carrier, drying the gel layer, and then drying the carrier For example, a method of absorbing a solution containing the same can be adopted. The amount of the carrier contained in the gel layer is not particularly limited, but is usually 0.01 to 10 mol / kg, preferably 1 to 5 mol / kg in the solution contained in the gel.

【0012】キャリアとしては、例えば二酸化炭素キャ
リアを示すことができる。この二酸化炭素キャリアとし
ては、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸セシウム、
炭酸ルビジウム等のアルカリ金属炭酸塩、炭酸水素ナト
リウム、炭酸水素カリウム等のアルカリ金属重炭酸塩、
亜硫酸カリウム、亜硫酸ナトリウム等の亜硫酸塩、エタ
ノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールア
ミン、プロパノールアミン、ジプロパノールアミン、ト
リプロパノールアミン、エチレンジアミン、エチレンジ
アミンモノ塩酸塩等のアミン等従来公知のものを挙げる
ことができる。また、前記したアルカリ金属塩の場合、
補助成分として、アルカリ金属と錯体を形成する多座配
位子や、亜ひ酸ナトリウム、炭酸アンヒドラーゼ、ホウ
酸等を併用することができる。このほか、ガスキャリア
としては、SOキャリアとして、亜硫酸カリウム、亜
硫酸ナトリウム等の亜硫酸塩、酸素キャリアとして、ヘ
モグロビン、CO(II)−シッフ塩、一酸化炭素キャ
リアとして、Cu(NH2+、Cu(Cl2−
等の銅錯イオンを生成する水溶性銅化合物、HSのキ
ャリアとして、炭酸塩、重炭酸塩等を挙げることができ
る。また、金属イオンのキャリアを例示すると、Co
(II)、Cu(II)、Ni(II)、Zn(II)
のキャリアとして、ヒドロキシオキシム、β−ジケトン
等のキレート抽出試薬、Cd(II)、Pb(II)等
のキャリアとして、リン酸ジ(2−エチルヘキシル)、
酸性モノホスホン酸モノエステル等の有機リン化合物、
カプロン酸、ラウリン酸等のカルボン酸、Cr(II)
のキャリアとして、Primene JMT、トリドデ
シルアミン等のアミン等が挙げられる。このほか、エチ
レン、プロピレン、ベンゼン、スチレン、高度不飽和脂
肪酸のキャリアとして、Ag、酸のキャリアとして酸
化トリオクチルホスフィン等の有機リン化合物、アミン
等の従来公知の種々のキャリアを使用することができ
る。また前記キャリアは混合物としても使用可能であ
る。
As the carrier, for example, a carbon dioxide carrier can be shown. As the carbon dioxide carrier, potassium carbonate, sodium carbonate, cesium carbonate,
Alkali metal carbonates such as rubidium carbonate, alkali metal bicarbonates such as sodium hydrogen carbonate and potassium hydrogen carbonate,
Conventionally known compounds such as sulfites such as potassium sulfite and sodium sulfite, and amines such as ethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, propanolamine, dipropanolamine, tripropanolamine, ethylenediamine and ethylenediamine monohydrochloride can be mentioned. In the case of the alkali metal salt described above,
As an auxiliary component, a polydentate ligand which forms a complex with an alkali metal, sodium arsenite, carbonic anhydrase, boric acid and the like can be used in combination. In addition, as a gas carrier, a sulfite such as potassium sulfite or sodium sulfite as an SO 2 carrier, hemoglobin, CO (II) -Schiff salt as an oxygen carrier, Cu (NH 4 ) 2+ as a carbon monoxide carrier, Cu (Cl 2) 2-
Water-soluble copper compound to produce a copper complex ions etc., as a carrier of H 2 S, carbonate salts, and bicarbonate salts. Further, as an example of a metal ion carrier, Co
(II), Cu (II), Ni (II), Zn (II)
, A chelate extraction reagent such as hydroxy oxime and β-diketone, and Cd (II) and Pb (II) as carriers such as di (2-ethylhexyl) phosphate;
Organic phosphorus compounds such as acidic monophosphonic acid monoesters,
Carboxylic acids such as caproic acid and lauric acid, Cr (II)
Examples of the carrier include amines such as Primene JMT and tridodecylamine. In addition, it is possible to use Ag + as a carrier for ethylene, propylene, benzene, styrene and polyunsaturated fatty acids, organic phosphorus compounds such as trioctylphosphine oxide as an acid carrier, and various conventionally known carriers such as amines. it can. The carriers can also be used as a mixture.

【0013】二酸化炭素を分離対象とする場合、キャリ
アは前記したものに限らず、二酸化炭素と親和性を有す
る各種化合物が使用できるが、特に、アルカリ金属炭酸
塩やアルカリ金属重炭酸塩は、化学的安定性及び蒸気圧
が低いことから、分離膜の長期耐久性が期待できるため
好適である。炭酸塩及び/または重炭酸塩を用いる場合
には、二酸化炭素の溶解度が高いこと、高キャリア濃度
が得られることから、水を溶媒に使用する。一般に溶液
中のキャリアの濃度が高い場合には分離性能及び、耐久
性(保水性)が向上する傾向にある。
When carbon dioxide is to be separated, the carrier is not limited to those described above, and various compounds having an affinity for carbon dioxide can be used. In particular, alkali metal carbonates and alkali metal bicarbonates are It is suitable because long-term durability of the separation membrane can be expected because of low thermal stability and low vapor pressure. When a carbonate and / or a bicarbonate is used, water is used as a solvent because the solubility of carbon dioxide is high and a high carrier concentration can be obtained. Generally, when the concentration of the carrier in the solution is high, the separation performance and the durability (water retention) tend to be improved.

【0014】本発明の促進輸送膜を得るための必要な高
分子膜の材料としては、その入手の容易さ、機械的強
度、ゲル層の形成の容易さ、ゲルの官能基がカルボキシ
ル基であること等から、アクリロニトリル系重合体が使
用される。アクリロニトリル系重合体とは、アクリロニ
トリルを重合成分として含有する重合体の総称であり、
アクリロニトリル単独重合体の他、アクリロニトリルと
他の単量体との共重合体、アクリロニトリルと他の重合
体とのグラフト共重合体、アクリロニトリル系重合体を
含む混合重合体等を挙げることができる。アクリロニト
リル系重合体中に含まれるアクリロニトリルの含有量
は、5重量%以上、好ましくは30重量%以上である。
なお、本明細書中における「高分子が主としてアクリロ
ニトリル系重合体である」とは、アクリロニトリル系重
合体からなるかまたはアクリロニトリル系重合体を第一
成分、即ち高分子の機能発現(ゲル化及び機械的強度)
に最も有用な成分として含むことを意味する。
As the material of the polymer membrane necessary for obtaining the facilitated transport membrane of the present invention, its availability, mechanical strength, ease of forming a gel layer, and the functional group of the gel are carboxyl groups. For this reason, an acrylonitrile polymer is used. Acrylonitrile polymer is a general term for polymers containing acrylonitrile as a polymerization component,
In addition to acrylonitrile homopolymer, copolymers of acrylonitrile and other monomers, graft copolymers of acrylonitrile and other polymers, and mixed polymers containing acrylonitrile-based polymers can be mentioned. The content of acrylonitrile contained in the acrylonitrile-based polymer is at least 5% by weight, preferably at least 30% by weight.
In the present specification, "the polymer is mainly an acrylonitrile-based polymer" means that the polymer is composed of an acrylonitrile-based polymer or the acrylonitrile-based polymer is the first component, that is, the function expression (gelation and mechanical Strength)
Means as the most useful component.

【0015】このようなアクリロニトリル系重合体から
なる高分子の表面部をカルボキシル基含有表面に変成
し、ゲル層に形成するには、この高分子をアルカリ加水
分解する方法が有用である。この場合のアルカリ加水分
解は、アルカリ金属水酸化物を6.5〜8.5mol/
lの濃度で含む高濃度アルカリ水溶液、または1mol
/l以上の濃度の電解質塩の共存下で0.5〜5mol
/lの濃度のアルカリ金属水酸化物水溶液と、該高分子
を接触させることにより行うことができる。アルカリ金
属水酸化物としては、通常、水酸化ナトリウムが用いら
れ、電解質金属塩としては、塩化ナトリウム、硝酸ナト
リウム等の各種水溶性金属塩が用いられる。このような
アルカリ加水分解処理によって高分子の表面部のニトリ
ル基はカルボキシル基に変成され、表面部にゲル層が形
成される。このようなゲル層の形成方法は例えば、特公
昭58−10508に詳述されている。
In order to transform the surface portion of such a polymer made of an acrylonitrile-based polymer into a carboxyl group-containing surface and form a gel layer, it is useful to use a method in which this polymer is subjected to alkaline hydrolysis. In this case, the alkali hydrolysis converts the alkali metal hydroxide to 6.5 to 8.5 mol /.
High-concentration alkaline aqueous solution containing 1 l, or 1 mol
0.5 to 5 mol in the coexistence of an electrolyte salt having a concentration of at least
/ L of an alkali metal hydroxide aqueous solution and the polymer. Sodium hydroxide is usually used as the alkali metal hydroxide, and various water-soluble metal salts such as sodium chloride and sodium nitrate are used as the electrolyte metal salt. By such an alkaline hydrolysis treatment, the nitrile group on the surface of the polymer is modified into a carboxyl group, and a gel layer is formed on the surface. The method for forming such a gel layer is described in, for example, Japanese Patent Publication No. 58-10508.

【0016】本発明で用いる膜状に形成された高分子膜
の構造は特に制約されないが、非対称構造が好ましい。
非対称構造の膜は、薄層のゲル層の形成が容易である
上、膜強度も大き、かつ分離対象の透過性に優れている
等の利点を有する。非対称膜は相分離法等により得るこ
とができる。その膜構造及び製造法については、「合成
膜の基礎」(松浦 剛著、1981年、喜多見書房)に
詳述されている。前記高分子膜は、平膜、中空糸膜等い
ずれの形態をとることがもできる。
The structure of the polymer film formed in a film shape used in the present invention is not particularly limited, but an asymmetric structure is preferred.
A membrane having an asymmetric structure has advantages such as easy formation of a thin gel layer, high membrane strength, and excellent permeability of a separation target. An asymmetric membrane can be obtained by a phase separation method or the like. The film structure and manufacturing method are described in detail in "Basic of Synthetic Film" (Takeshi Matsuura, Kitami Shobo, 1981). The polymer membrane can take any form such as a flat membrane and a hollow fiber membrane.

【0017】本発明の分離膜は、表面部がゲル層に形成
されているアクリロニトリル系高分子繊維を含有する不
織布から構成することができる。このような不織布は湿
式不織布(合繊紙)や乾式不織布であることができる。
湿式不織布を製造するには、アクリロニトリル系重合体
を主成分とする高分子短繊維を原料とし、これを、従来
公知の方法に従って、水中で分散させ、シート状に成形
した後、乾燥し、接着固化して不織布とする。この場合
の不織布は、微細透孔を有する紙状のもので、いわゆる
合繊紙と呼ばれるものである。不織布に含有される他の
繊維としては、ポリオレフィン系、ポリエステル系、ポ
リアミド系、ポリ塩化ビニル系、ポリスチレン系等の高
分子繊維を挙げることができる。乾式不織布を製造する
には、その原料となる繊維ウェッブの少なくとも一部と
して、アクリロニトリル系高分子繊維を用い、従来公知
の方法に従って、この繊維ウェッブをシート状に成形
し、全体を接着固体化させて不織布とする。
The separation membrane of the present invention can be composed of a nonwoven fabric containing acrylonitrile-based polymer fibers whose surface is formed on a gel layer. Such a nonwoven fabric can be a wet nonwoven fabric (synthetic paper) or a dry nonwoven fabric.
In order to manufacture a wet nonwoven fabric, a short polymer fiber having an acrylonitrile polymer as a main component is used as a raw material, which is dispersed in water according to a conventionally known method, formed into a sheet, dried, and bonded. Solidifies into a nonwoven fabric. The nonwoven fabric in this case is a paper having fine through-holes, and is a so-called synthetic fiber. Examples of other fibers contained in the nonwoven fabric include polyolefin-based, polyester-based, polyamide-based, polyvinyl chloride-based, and polystyrene-based polymer fibers. In order to manufacture a dry nonwoven fabric, acrylonitrile-based polymer fibers are used as at least a part of the fiber web as a raw material thereof, and the fiber web is formed into a sheet according to a conventionally known method, and the whole is solidified by adhesion. Into a nonwoven fabric.

【0018】次にこの不織布に、その繊維中に含まれる
ニトリル基をカルボキシル基に変成する処理を施し、溶
液を吸収させて繊維表面部にゲル層を形成する。この場
合のゲル層を表面部に含む不織布は、その微細透孔がゲ
ル層により閉塞されたもので、全体として非通気性に形
成されたものである。このとき、通気度は、通常、空気
透過流量で測定し、0.1kg/cmの差圧下で0.
1リットル/min・cm以下である。
Next, the nonwoven fabric is subjected to a treatment for converting a nitrile group contained in the fiber into a carboxyl group, and the solution is absorbed to form a gel layer on the fiber surface. In this case, the nonwoven fabric including the gel layer on the surface thereof has fine pores closed by the gel layer, and is formed as a whole non-permeable. At this time, the air permeability is usually measured by an air permeation flow rate, and is set to 0.1 at a pressure difference of 0.1 kg / cm 2 .
It is 1 liter / min · cm 2 or less.

【0019】前記したゲル層を含む不織布においても、
そのゲル層はキャリアを含むことができる。
In the above-mentioned nonwoven fabric containing a gel layer,
The gel layer can include a carrier.

【0020】本発明の促進輸送膜を得るための不織布
は、アクリロニトリル系重合体からなる高分子繊維を含
有する不織布である。アクリロニトリル系高分子繊維と
しては、アクリロニトリルの単独重合体からなる繊維の
他、アクリロニトリルを共重合成分として含むアクリロ
ニトリル系共重合体からなる繊維、アクリロニトリル単
独重合体又はアクリロニトリル共重合体と他の重合体と
の混合物からなる繊維等が挙げられる。アクリロニトリ
ル系高分子繊維を含む不織布中に含まれるアクリロニト
リルの含有量は、30重量%以上、好ましくは50重量
%以上である。
The nonwoven fabric for obtaining the facilitated transport membrane of the present invention is a nonwoven fabric containing a polymer fiber made of an acrylonitrile polymer. As the acrylonitrile-based polymer fiber, other than a fiber made of a homopolymer of acrylonitrile, a fiber made of an acrylonitrile-based copolymer containing acrylonitrile as a copolymer component, an acrylonitrile homopolymer or an acrylonitrile copolymer and another polymer And the like. The content of acrylonitrile contained in the nonwoven fabric containing the acrylonitrile-based polymer fiber is at least 30% by weight, preferably at least 50% by weight.

【0021】不織布中に含まれるアクリロニトリル系高
分子繊維の表面部をゲルに変成するには、この不織布繊
維をアルカリ加水分解する。処理の方法は、前記の高分
子膜の処理と同様にして行うことができる。この表面を
ゲルに変成したアクリロニトリル系高分子繊維を含有す
る不織布については、特公平2−2983号公報に詳述
されている。
In order to transform the surface of the acrylonitrile-based polymer fiber contained in the nonwoven fabric into a gel, the nonwoven fabric fiber is alkali-hydrolyzed. The treatment can be carried out in the same manner as in the treatment of the polymer film. The non-woven fabric containing acrylonitrile-based polymer fibers whose surface has been denatured into a gel is described in detail in Japanese Patent Publication No. 2-2983.

【0022】本発明の分離膜において、そのゲル層は、
必要に応じてゲル中の高分子鎖を架橋し、膜強度を向上
させ、その耐久性を向上させることもできる。この場合
の架橋法としては、ゲル層を形成させるために用いる溶
液中に架橋剤を添加する方法や、ゲル層に、紫外線、γ
線、電子線等を照射する方法等が挙げられる。架橋剤と
しては、エチレングリコールジグリシジルエーテル等の
活性水素と反応性を示す官能基を少なくとも2個有する
化合物を用いることができる。
In the separation membrane of the present invention, the gel layer comprises
If necessary, the polymer chains in the gel can be cross-linked to improve the film strength and the durability thereof. As a crosslinking method in this case, a method of adding a crosslinking agent to a solution used for forming a gel layer, an ultraviolet ray, γ
And a method of irradiating an electron beam or an electron beam. As the cross-linking agent, a compound having at least two functional groups reactive with active hydrogen such as ethylene glycol diglycidyl ether can be used.

【0023】分離膜は実用上、モジュールの形態に仕上
げる必要がある。モジュールは、一般に膜面積の充填度
が最も大きい中空糸モジュールが用いられている。本発
明はモジュール作成においても有効な技術である。促進
輸送膜の中空糸モジュールを作成する際には、分離機能
層の保護、モジュール内のガスの流れの均一さから、中
空糸の内側に分離機能層を設けることが望ましい。しか
し、分離に用いる中空糸の内径が一般に1mm以下と小
さいため、中空糸の内側にピンホールレスで分離機能層
(ゲル)をコーティングすることは困難であった。本発
明によれば、容易に内面にゲル層を持つ促進輸送膜の中
空糸モジュール得ることができる。このためには、ま
ず、非対称中空糸膜内面にスキン層を設け、中空糸表面
のリーク試験を行い、高分子膜のピンホールレスを確認
する。次に、中空糸膜内表面を編成することにより容易
にピンホールレスのゲル層を設けることができる。
In practice, the separation membrane needs to be finished in the form of a module. As the module, a hollow fiber module having the highest filling degree of the membrane area is generally used. The present invention is an effective technique in module creation. When preparing a hollow fiber module of the facilitated transport membrane, it is desirable to provide a separation function layer inside the hollow fiber from the viewpoint of protection of the separation function layer and uniformity of gas flow in the module. However, since the inner diameter of the hollow fiber used for separation is generally as small as 1 mm or less, it is difficult to coat the inside of the hollow fiber with a separation functional layer (gel) without a pinhole. ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the hollow fiber module of the facilitated transport membrane which has a gel layer in an inner surface can be obtained easily. To this end, first, a skin layer is provided on the inner surface of the asymmetric hollow fiber membrane, and a leak test is performed on the surface of the hollow fiber to confirm that the polymer membrane has no pinhole. Next, a pinhole-less gel layer can be easily provided by knitting the inner surface of the hollow fiber membrane.

【0024】[0024]

【実施例】次に、本発明を実施例により更に詳細に説明
する。
Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

【0025】実施例1 90wt%アクリロニトリル、10wt%アクリル酸メ
チルを含有するアクリロニトリル系重合体をジメチルフ
ォルムアミド(DMF)に溶解し、20wt%濃度の高
分子溶液を得た。水を芯液と紡糸浴として用いて、中空
糸膜内側表面に緻密層を有する非対称膜を得た(ID=
0.4mm、OD=0.6mm)。この中空糸膜を有効
長10cmのペンシルモジュールに加工した。次にモジ
ュールの中空糸内側を30wt%KOHで10分間煮沸
し、アクリロニトリル系重合体膜表面をアルカリ加水分
解により変成させた後、水洗によりKOHを除去し、乾
燥させた。以上の様にして得た膜を、2mol/kg炭
酸カリウム水溶液に含浸、膨潤させハイドロゲル膜を得
た。膨潤させた状態で、ゲルの剥離は観察されなかっ
た。テストガスとして、CO/N=10/90(容
積比)の混合ガスを25℃、飽和水蒸気下、流量100
ml/min、全圧1atmで膜に供給した。膜の透過
側を減圧にし、透過してきたガスをガスクロマトグラフ
で分析し、分離係数を算出した。その結果、分離係数α
は100であり、二酸化炭素を有効に濃縮することがで
きた。
Example 1 An acrylonitrile polymer containing 90 wt% acrylonitrile and 10 wt% methyl acrylate was dissolved in dimethylformamide (DMF) to obtain a polymer solution having a concentration of 20 wt%. Using water as the core liquid and the spinning bath, an asymmetric membrane having a dense layer on the inner surface of the hollow fiber membrane was obtained (ID =
0.4 mm, OD = 0.6 mm). This hollow fiber membrane was processed into a pencil module having an effective length of 10 cm. Next, the inside of the hollow fiber of the module was boiled with 30 wt% KOH for 10 minutes to modify the surface of the acrylonitrile-based polymer membrane by alkali hydrolysis, and then KOH was removed by washing with water and dried. The film obtained as described above was impregnated with a 2 mol / kg aqueous potassium carbonate solution and swelled to obtain a hydrogel film. No gel peeling was observed in the swollen state. As a test gas, a mixed gas of CO 2 / N 2 = 10/90 (volume ratio) was used at 25 ° C. under saturated steam at a flow rate of 100.
The solution was supplied to the membrane at a total pressure of 1 atm / ml / min. The pressure on the permeate side of the membrane was reduced, and the permeated gas was analyzed by gas chromatography to calculate the separation coefficient. As a result, the separation factor α
Was 100, and carbon dioxide could be effectively concentrated.

【0026】比較例1 5wt%濃度のビニルアルコールアクリル酸共重合体水
溶液をポリテトラフルオロエチレン多孔膜中空糸(ID
=φ1mm、OD=φ2mm)外面にディップコート
し、終夜風乾後、120℃、1時間加熱架橋させた。こ
の膜を、2mol/kg炭酸カリウム水溶液に含浸、膨
潤させハイドロゲル膜を得た。膨潤に伴い、ゲルが部分
的に剥離し、ピンホールが発生した。この為、テストガ
スを供給したが二酸化炭素を分離することができなかっ
た。
Comparative Example 1 A 5 wt% aqueous solution of a vinyl alcohol acrylic acid copolymer was treated with a polytetrafluoroethylene porous membrane hollow fiber (ID).
= Φ1 mm, OD = φ2 mm) The outer surface was dip-coated, air-dried overnight, and then heat-crosslinked at 120 ° C. for 1 hour. This film was impregnated with a 2 mol / kg aqueous potassium carbonate solution and swelled to obtain a hydrogel film. With swelling, the gel was partially exfoliated, and pinholes were generated. For this reason, test gas was supplied, but carbon dioxide could not be separated.

【0027】実施例2 90wt%アクリロニトリル、10wt%アクリル酸メ
チルを含有するアクリロニトリル系重合体をジメチルフ
ォルムアミド(DMF)に溶解し、20wt%濃度の高
分子溶液を得た。水を芯液と紡糸浴として用いて、中空
糸膜外側表面に緻密層を有する非対称膜を得た(ID=
0.4mm、OD=0.6mm)。この中空糸膜を有効
長10cmのペンシルモジュールに加工した。次にモジ
ュールの中空糸外側を30%KOHで10分間煮沸し、
アクリロニトリル系重合体膜表面をアルカリ加水分解に
より変成させた後、水洗によりKOHを除去し、乾燥さ
せた。このOH基にグラフト重合によりドデシルアクリ
レートを固定化した。この重合層に、n−ドデカンを溶
媒とする2−プロモデカン溶液(1.2mol/l)を
含浸、ゲル化した。供給側にGaを260PPM含む硫
酸酸性水溶液を供給し、回収側に逆抽出液として2mo
l/l硫酸水溶液を供給した。2時間運転後、80%以
上のGaを回収することができた。
Example 2 An acrylonitrile-based polymer containing 90 wt% acrylonitrile and 10 wt% methyl acrylate was dissolved in dimethylformamide (DMF) to obtain a polymer solution having a concentration of 20 wt%. Using water as the core liquid and the spinning bath, an asymmetric membrane having a dense layer on the outer surface of the hollow fiber membrane was obtained (ID =
0.4 mm, OD = 0.6 mm). This hollow fiber membrane was processed into a pencil module having an effective length of 10 cm. Next, the outside of the hollow fiber of the module is boiled with 30% KOH for 10 minutes,
After the surface of the acrylonitrile-based polymer film was denatured by alkali hydrolysis, KOH was removed by washing with water and dried. Dodecyl acrylate was immobilized on the OH group by graft polymerization. This polymer layer was impregnated with a 2-bromodecane solution (1.2 mol / l) using n-dodecane as a solvent and gelled. An aqueous sulfuric acid solution containing 260 PPM of Ga is supplied to the supply side, and 2 mol of back-extracted liquid is supplied to the recovery side.
A 1 / l aqueous sulfuric acid solution was supplied. After operating for 2 hours, 80% or more of Ga could be recovered.

【0028】実施例3 東洋紡績製のアクリロニトリル系重合体ゲル繊維不織布
(ニトリル基をカルボキシル基に変成させた不織布)
(ランシールA)を2mol/kg炭酸カルシウム水溶
液に含浸後、孔径0.1μmのポリテトラフルオロエチ
レン多孔膜(住友電工製、FP010)に積層し複合膜
とした。有効膜面積は9.62cmである。実施例1
と同様にして分離性能を評価した結果、分離係数α=2
30、CO透過速度Q=2×10−6(cm・cm
−2・sec−1・cmHg−1)の性能が得られた。
Example 3 Nonwoven fabric of acrylonitrile-based polymer gel fiber manufactured by Toyobo (nonwoven fabric in which a nitrile group is converted into a carboxyl group)
(Lanseal A) was impregnated with a 2 mol / kg aqueous solution of calcium carbonate, and then laminated on a polytetrafluoroethylene porous film (FP010, manufactured by Sumitomo Electric Industries, Ltd.) having a pore size of 0.1 μm to form a composite film. The effective membrane area is 9.62 cm 2 . Example 1
As a result of evaluating the separation performance in the same manner as described above, the separation coefficient α = 2
30, CO 2 permeation rate Q = 2 × 10 −6 (cm 3 · cm
-2 sec- 1 cmHg- 1 ).

【0029】[0029]

【発明の効果】本発明の促進輸送膜は、それを構成する
高分子膜または高分子繊維の表面部がゲル層に変成され
たものである。このゲル層はゲルの膨潤、収縮によって
剥離することはなく、また、薄層にしてもピンホールの
生じにくいものである。本発明の促進輸送膜を用いるこ
とにより、混合ガスや混合水溶液から選択的に目的とす
る物質を回収することができる。特に、本発明の促進輸
送膜を燃焼排ガス中に含まれる二酸化炭素の回収に使用
することにより、地球温暖化ガスである二酸化炭素の大
気中への放散を抑制することができる。このため、地球
温暖化対策技術の有効な手段となり得る。
The facilitated transport membrane of the present invention is a membrane in which the surface of the polymer membrane or the polymer fiber constituting the membrane is denatured into a gel layer. This gel layer does not peel off due to swelling and shrinkage of the gel, and even if it is a thin layer, pinholes hardly occur. By using the facilitated transport membrane of the present invention, a target substance can be selectively recovered from a mixed gas or a mixed aqueous solution. In particular, by using the facilitated transport membrane of the present invention for recovering carbon dioxide contained in flue gas, the emission of carbon dioxide, which is a global warming gas, into the atmosphere can be suppressed. Therefore, it can be an effective means of global warming countermeasure technology.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中林 誠 東京都港区西新橋2−8−11 第7東洋 海事ビル8階 財団法人地球環境産業技 術研究機構 CO2固定化等プロジェク ト室内 (72)発明者 岡部 和弘 東京都港区西新橋2−8−11 第7東洋 海事ビル8階 財団法人地球環境産業技 術研究機構 CO2固定化等プロジェク ト室内 (72)発明者 松宮 紀文 東京都港区西新橋2−8−11 第7東洋 海事ビル8階 財団法人地球環境産業技 術研究機構 CO2固定化等プロジェク ト室内 (72)発明者 真野 弘 東京都港区西新橋2−8−11 第7東洋 海事ビル8階 財団法人地球環境産業技 術研究機構 CO2固定化等プロジェク ト室内 (72)発明者 丹羽 宣治 東京都港区西新橋2−8−11 第7東洋 海事ビル8階 財団法人地球環境産業技 術研究機構 CO2固定化等プロジェク ト室内 (72)発明者 原谷 賢治 茨城県つくば市東1丁目1番 工業技術 院物質工学工業技術研究所内 審査官 杉江 渉 (56)参考文献 特開 昭62−61619(JP,A) 特開 昭57−136903(JP,A) 特開 昭61−82806(JP,A) 特開 昭62−114604(JP,A) 特開 平6−210145(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B01D 69/00 B01D 53/22 B01D 71/42──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Makoto Nakabayashi 8th floor of 7th Oriental Maritime Building 2-8-11 Nishi-Shimbashi, Minato-ku, Tokyo Project for fixing CO2 etc. 72) Inventor Kazuhiro Okabe 2-8-11 Nishi-Shimbashi, Minato-ku, Tokyo 8th floor of the 7th Oriental Maritime Building The Institute for Global Environmental Technology, Project Room for CO2 fixation etc. (72) Inventor Kibumi Matsumiya Port of Tokyo 2-8-11 Nishi-Shimbashi-ku, Tokyo The 7th Oriental Maritime Building 8th Floor CO2 fixation project room (72) Inventor Hiroshi Mano 2-8-11 Nishi-Shimbashi, Minato-ku, Tokyo 7th Oriental Maritime Building 8th Floor Research Institute of Innovative Technology for the Earth, CO2 Fixation Project Room (72) Inventor Noriharu Niwa East 2-8-11 Nishi-Shimbashi, Minato-ku, Kyoto 7th Oriental Maritime Building 8th Floor Project Room for CO2 Fixation, etc. (72) Inventor Kenji Haraya 1-1-1 Higashi, Tsukuba-shi, Ibaraki Industrial Technology Examiner Wataru Sugie, National Institute of Materials Science and Technology (56) References JP-A-62-61619 (JP, A) JP-A-57-136903 (JP, A) JP-A-61-82806 (JP, A) JP-A-62-114604 (JP, A) JP-A-6-210145 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) B01D 69/00 B01D 53/22 B01D 71/42

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 アクリロニトリル系重合体を主成分とす
る高分子が膜状又は不織布状に形成されており、かつ該
表面が加水分解反応によりカルボキシル基に変性され、
ゲル化されていることを特徴とする促進輸送膜。
1. A polymer containing an acrylonitrile-based polymer as a main component is formed into a film or a nonwoven fabric, and the surface is modified into a carboxyl group by a hydrolysis reaction.
A facilitated transport membrane characterized by being gelled.
【請求項2】 ゲル中にキャリアを含むことを特徴とす
る請求項1記載の促進輸送膜。
2. The facilitated transport membrane according to claim 1, wherein the gel contains a carrier.
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