JP6038622B2 - Gas separation membrane - Google Patents

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Description

本発明は、混合ガスから特定のガス種を選択的に分離することのできるガス分離膜に関する。   The present invention relates to a gas separation membrane capable of selectively separating a specific gas species from a mixed gas.

石炭ガス化火力発電用途の分離膜の検討が進んでいる。かかる用途においては、水蒸気が含まれる混合ガスから二酸化炭素を選択的に分離することが求められる。   Studies on separation membranes for coal gasification thermal power generation are in progress. In such applications, it is required to selectively separate carbon dioxide from a mixed gas containing water vapor.

二酸化炭素を含む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、例えば室温では液状物質であるポリアミドアミンデンドリマーを、微多孔質の支持体に含浸させた分離膜が提案されている(非特許文献1および2)。   In selectively separating carbon dioxide from a mixed gas containing carbon dioxide, it becomes a problem to improve its 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 having high affinity for carbon dioxide. For example, a polyamine support is impregnated with a polyamidoamine dendrimer that is a liquid substance at room temperature. Proposed separation membranes have been proposed (Non-Patent Documents 1 and 2).

架橋剤で架橋された親水性高分子材料をマトリックスとしてその中に特定のアミン化合物を包含させた層を多孔質性支持膜の表面に形成させたガス分離膜が提案されている(特許文献1)。   There has been proposed a gas separation membrane in which a hydrophilic polymer material crosslinked with a crosslinking agent is used as a matrix and a layer containing a specific amine compound is formed on the surface of the porous support membrane (Patent Document 1). ).

また、以前に本発明者らはカルボキシル基で特定量変性されたビニルアルコール系重合体とアゼチジニウム基を有する架橋剤の組み合わせにポリアミドアミンデンドリマーを包含させるガス分離膜を提案した(特許文献2)。このガス分離膜は、水蒸気が含まれた環境下でも安定にポリアミドアミンデンドリマーを担持することができ、優れた二酸化炭素の選択性を発現する。   In addition, the present inventors previously proposed a gas separation membrane in which a polyamidoamine dendrimer is included in a combination of a vinyl alcohol polymer modified with a specific amount with a carboxyl group and a crosslinking agent having an azetidinium group (Patent Document 2). This gas separation membrane can stably support a polyamidoamine dendrimer even in an environment containing water vapor, and exhibits excellent carbon dioxide selectivity.

特開2008−68238号公報JP 2008-68238 A 国際公開番号 WO2011/102326A1International Publication Number WO2011 / 102326A1

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

非特許文献1および2に開示の分離膜において、窒素の透過速度に対する二酸化炭素の透過速度として示した二酸化炭素選択性は、分離膜に混合ガスを加圧しない条件下では1000以上の優れた数値を示すものの二酸化炭素の膜透過速度が小さく、一方で、分離膜に混合ガスを加圧して供給する条件下で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。   In the separation membranes disclosed in Non-Patent Documents 1 and 2, the carbon dioxide selectivity shown as the carbon dioxide permeation rate relative to the nitrogen permeation rate is an excellent numerical value of 1000 or more under the condition where no mixed gas is pressurized to the separation membrane. Although carbon dioxide membrane permeation rate is low, on the other hand, polyamidoamine dendrimer flows out from the support over time under the condition that the mixed gas is supplied under pressure to the separation membrane, and carbon dioxide selectivity cannot be maintained. .

特許文献1に開示の分離膜は、高い二酸化炭素選択性を持つだけでなく、一定の圧力差にも耐えることが可能な分離膜と言える。しかしながら、分離対象となる混合ガスに水蒸気が含まれている場合、混合ガスと膜表面との間に親和性が発現するための適度な親水性と、水蒸気雰囲気下において分離膜の構造変化が起こることのない耐水性という相反した性質が要求される。前記の複合膜では、水蒸気雰囲気下において混合ガスが供給されると、包含されていたアミン化合物が経時的に複合膜より流出して、二酸化炭素選択性を維持することが出来ないため、実用に供することが困難であった。   The separation membrane disclosed in Patent Document 1 can be said to be a separation membrane that not only has high carbon dioxide selectivity but can withstand a certain pressure difference. However, when water vapor is contained in the mixed gas to be separated, moderate hydrophilicity for developing affinity between the mixed gas and the membrane surface and structural change of the separation membrane occur in a water vapor atmosphere. The contradictory nature of water resistance is required. In the composite membrane, when a mixed gas is supplied in a water vapor atmosphere, the contained amine compound flows out from the composite membrane over time, and carbon dioxide selectivity cannot be maintained. It was difficult to provide.

特許文献2に開示の分離膜は、水蒸気が含まれた環境下でも安定にポリアミドアミンデンドリマーを担持することができ、優れた二酸化炭素の選択性を発現することに成功した。しかしながら実用に供せられる分離膜を提供するという観点に立つと、水蒸気の含まれた混合ガスに対し、水蒸気と膜材料の間にさらに高い親和性が発現するための親水性を膜材料に担保させ、二酸化炭素の膜透過速度をより向上させることが望まれる。実用に供せられるだけの二酸化炭素の膜透過速度を得るという点では、前記分離膜よりもさらなる親水性の向上を図ることが望ましい。例えば、親水性付与の観点から特許文献2のビニルアルコール系重合体のカルボキシル基変性量をさらに上げることが考えられるが、通常5mol%より多くラジカル共重合しようとすると、重合性が悪いため、重合速度が低下したり、重合度が低下するため、所望のビニルアルコール系重合体を得ることが困難であり、分離膜を得ることができなかった。以上より、従来よりも高い親水性を膜材料に担保させることで、水蒸気が含まれる混合ガスから二酸化炭素を効率よく分離できる分離膜の開発が切望されている。   The separation membrane disclosed in Patent Document 2 was able to stably carry a polyamidoamine dendrimer even in an environment containing water vapor, and succeeded in expressing excellent carbon dioxide selectivity. However, from the standpoint of providing a separation membrane for practical use, the membrane material is guaranteed to have a hydrophilic property for developing a higher affinity between the water vapor and the membrane material for the mixed gas containing water vapor. It is desirable to further improve the membrane permeation rate of carbon dioxide. In terms of obtaining a membrane permeation rate of carbon dioxide sufficient for practical use, it is desirable to further improve hydrophilicity than the separation membrane. For example, from the viewpoint of imparting hydrophilicity, it is conceivable to further increase the carboxyl group-modified amount of the vinyl alcohol polymer of Patent Document 2. However, if the radical copolymerization is usually more than 5 mol%, the polymerization property is poor, and thus the polymerization is poor. Since the speed was lowered and the degree of polymerization was lowered, it was difficult to obtain a desired vinyl alcohol polymer, and a separation membrane could not be obtained. In view of the above, development of a separation membrane that can efficiently separate carbon dioxide from a mixed gas containing water vapor has been eagerly desired by ensuring that the membrane material has higher hydrophilicity than before.

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、水蒸気が含まれる混合ガスから二酸化炭素を選択的に分離できるガス分離膜を提供することを課題とするものである。   The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a gas separation membrane capable of selectively separating carbon dioxide from a mixed gas containing water vapor.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、アミン系化合物と、カルボキシル基で従来よりもさらに多くの量を変性したビニルアルコール系重合体と、で構成されたガス分離膜を提供することによって、二酸化炭素の膜透過速度の向上が認められ、上記課題が解決されることを見出し、本発明に至った。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that a gas composed of an amine compound and a vinyl alcohol polymer modified with a carboxyl group in a larger amount than before. By providing a separation membrane, an improvement in the membrane permeation rate of carbon dioxide was recognized, and the above-described problems were solved, and the present invention was achieved.

すなわち上記課題は、アミン系化合物(A)15〜85質量%と、カルボキシル基を5mol%よりも多く30mol%以下(ビニルアルコール系重合体を構成する単量体単位の合計を100mol%とする)で含有したビニルアルコール系重合体(B)85〜15質量%(成分(A)と成分(B)との合計を100質量%とする)とを含むガス分離膜を提供することによって解決される。   That is, the above problem is that the amine compound (A) is 15 to 85% by mass and the carboxyl group is more than 5 mol% and not more than 30 mol% (the total of the monomer units constituting the vinyl alcohol polymer is 100 mol%). It is solved by providing a gas separation membrane containing 85 to 15% by mass of the vinyl alcohol polymer (B) contained in (the total of the component (A) and the component (B) is 100% by mass). .

前記ガス分離膜において、ビニルアルコール系重合体(B)中の前記カルボキシル基をアルカリ金属で部分中和あるいは完全中和することが好ましい。より具体的には、アルカリ金属によるカルボキシル基に対する中和度が0.2〜1であることが好ましい。
ここで、中和度とは、カルボキシル基が中和に用いられるアルカリ金属化合物と化学量論的に反応したときの中和されたカルボキシル基のモル比率を表す。
In the gas separation membrane, the carboxyl group in the vinyl alcohol polymer (B) is preferably partially or completely neutralized with an alkali metal. More specifically, it is preferable that the neutralization degree with respect to the carboxyl group by an alkali metal is 0.2-1.
Here, the degree of neutralization represents the molar ratio of the neutralized carboxyl group when the carboxyl group reacts stoichiometrically with the alkali metal compound used for neutralization.

前記ビニルアルコール系重合体が、カルボキシル基含有重合体ブロックとビニルアルコール系重合体ブロックとを含むブロック共重合体であること、あるいはビニルアルコール系重合体にカルボキシル基がグラフト化されたグラフト共重合体であることが好ましい。   The vinyl alcohol polymer is a block copolymer containing a carboxyl group-containing polymer block and a vinyl alcohol polymer block, or a graft copolymer in which a carboxyl group is grafted to a vinyl alcohol polymer. It is preferable that

前記アミン化合物(A)が、式(1)

Figure 0006038622
[式中、Aは炭素数1〜3の二価有機残基を示し、nは0または1の整数を示す。]
で示される基および/または式(2)
Figure 0006038622
[式中、Aは炭素数1〜3の二価有機残基を示し、nは0または1の整数を示す。]
で示される基を1〜9meq/g含有したポリアミドアミンデンドリマー(A1)であることが好ましい。 The amine compound (A) is represented by the formula (1)
Figure 0006038622
[Wherein, A 1 represents a C 1-3 divalent organic residue, and n represents an integer of 0 or 1. ]
And / or formula (2)
Figure 0006038622
[Wherein, A 2 represents a divalent organic residue having 1 to 3 carbon atoms, and n represents an integer of 0 or 1. ]
It is preferable that it is a polyamidoamine dendrimer (A1) which contained 1-9 meq / g of group shown by these.

アミン系化合物(A)として、前記ポリアミドアミンデンドリマー(A1)と1級アミノ基を10〜35meq/g含有したアミン系重合体(A2)を含むことが好ましい。   The amine compound (A) preferably includes the polyamide amine dendrimer (A1) and an amine polymer (A2) containing 10 to 35 meq / g of primary amino group.

アルカリ金属として水酸化カリウムあるいは水酸化ナトリウムを用いることが好ましい。   It is preferable to use potassium hydroxide or sodium hydroxide as the alkali metal.

本発明により、特定のガス種を選択的に分離する性能に優れるガス分離膜を提供できる。   According to the present invention, a gas separation membrane having excellent performance for selectively separating a specific gas species can be provided.

本発明のガス分離膜は、アミン系化合物(A)15〜85質量%と、カルボキシル基を5mol%よりも多く30mol%以下で含有したビニルアルコール系重合体(B)85〜15質量%とを含むガス分離膜であることを特徴とする。   The gas separation membrane of the present invention comprises 15 to 85% by mass of an amine compound (A) and 85 to 15% by mass of a vinyl alcohol polymer (B) containing more than 5 mol% and not more than 30 mol% of a carboxyl group. It is characterized by being a gas separation membrane containing.

このように本発明のガス分離膜は、アミン系化合物(A)、およびカルボキシル基を5mol%よりも多く30mol%以下で含有したビニルアルコール系重合体(B)の各々の含有率が適切な範囲にあることで、特定のガス種の分離性能、さらには膜透過速度を著しく向上させることができる。   As described above, in the gas separation membrane of the present invention, each content rate of the amine compound (A) and the vinyl alcohol polymer (B) containing the carboxyl group in an amount of more than 5 mol% and not more than 30 mol% is in an appropriate range. Therefore, it is possible to remarkably improve the separation performance of a specific gas species and further the membrane permeation rate.

(アミン化合物)
本発明で用いられるアミン系化合物(A)の含有率は15〜85質量%である。このように、本発明のガス分離膜がアミン系化合物(A)を一定量含有することで、製膜性が良好であるとともに、高い二酸化炭素選択性を有することとなる。アミン系化合物(A)の含有率が15質量%未満の場合、高い二酸化炭素選択性を有したガス分離膜が得られないおそれがあり、25質量%以上であることが好ましく、35質量%以上であることがより好ましく、45質量%以上であることがさらに好ましい。一方、アミン系化合物(A)の含有率が85質量%を超える場合、得られるガス分離膜の製膜性が悪くなるおそれがあり、75質量%以下であることが好ましく、65質量%以下であることがより好ましい。
(Amine compound)
The content rate of the amine compound (A) used by this invention is 15-85 mass%. Thus, when the gas separation membrane of the present invention contains a certain amount of the amine compound (A), the film-forming property is good and the carbon dioxide selectivity is high. When the content of the amine compound (A) is less than 15% by mass, a gas separation membrane having high carbon dioxide selectivity may not be obtained, and is preferably 25% by mass or more, preferably 35% by mass or more. More preferably, it is more preferably 45% by mass or more. On the other hand, when the content of the amine compound (A) exceeds 85% by mass, the film-forming property of the obtained gas separation membrane may be deteriorated, preferably 75% by mass or less, and preferably 65% by mass or less. More preferably.

また、本発明で用いられるアミン系化合物(A)は、ビニルアルコール系重合体(B)と高い相溶性を有することが好ましく、製膜性に問題がなければ、特に限定されることなく種々のアミン系化合物を適用することができる。例えば、ポリアミドアミンデンドリマー、もしくはポリアリルアミン、ポリビニルアミン、ポリエチレンイミンの構造単位を有する種々のアミン系重合体(A2)が好適なものとして挙げられるが、中でも上記の式(1)および/または式(2)で示される基を1〜9meq/g含有したポリアミドアミンデンドリマー(A1)が好ましく、これらの中でも式(1)で示される基を有するポリアミドアミンデンドリマー(A1)が好ましい。さらに、ポリアミドアミンデンドリマー(A1)と上記のポリアミン(A2)とを組み合わせて用いることが、製膜性が良好で、かつ、高い二酸化炭素選択性を有するガス分離膜が得られることからより一層好ましい。   In addition, the amine compound (A) used in the present invention preferably has high compatibility with the vinyl alcohol polymer (B). Amine-based compounds can be applied. For example, various amine-based polymers (A2) having a structural unit of polyamidoamine dendrimer, polyallylamine, polyvinylamine, or polyethyleneimine are preferable. Among them, the above formula (1) and / or formula ( The polyamidoamine dendrimer (A1) containing 1 to 9 meq / g of the group represented by 2) is preferred, and among these, the polyamidoamine dendrimer (A1) having a group represented by the formula (1) is preferred. Furthermore, it is more preferable to use a combination of the polyamidoamine dendrimer (A1) and the polyamine (A2) because a gas separation membrane having good film-forming properties and high carbon dioxide selectivity can be obtained. .

式(1)または式(2)中、AおよびAで示される炭素数1〜3の二価有機残基としては、たとえば直鎖状または分枝状の炭素数1〜3のアルキレン基が挙げられる。このようなアルキレン基の具体例としては、−CH−、−CH−CH−、−CH−CH−CH−、−CH−CH(CH)−などが挙げられ、これらのうち特に−CH−が好ましい。また、式(1)または式(2)中、水蒸気が含まれる混合ガスとの親和性が増すことから、n=1であることが好ましい。 In formula (1) or formula (2), the divalent organic residue having 1 to 3 carbon atoms represented by A 1 and A 2 is, for example, a linear or branched alkylene group having 1 to 3 carbon atoms. Is mentioned. Specific examples of such alkylene groups, -CH 2 -, - CH 2 -CH 2 -, - CH 2 -CH 2 -CH 2 -, - CH 2 -CH (CH 3) - is like, Of these, —CH 2 — is particularly preferable. In Formula (1) or Formula (2), n = 1 is preferable because affinity with a mixed gas containing water vapor increases.

本発明で用いられるポリアミドアミンデンドリマー(A1)は、上記式(1)で示される基および/または上記式(2)で示される基を1〜9meq/g含有する。なお「eq/g」はポリアミドアミンデンドリマー(A1)内の官能基の含有率、すなわちポリアミドアミンデンドリマー(A1)1g中の官能基の当量数(モル数と称される場合もある)を表し、1meq/gは分子1g中に1ミリ当量の官能基を有することを意味する。これにより、高い二酸化炭素選択性を有するガス分離膜を得ることができる。   The polyamidoamine dendrimer (A1) used in the present invention contains 1 to 9 meq / g of the group represented by the above formula (1) and / or the group represented by the above formula (2). “Eq / g” represents the content of the functional group in the polyamidoamine dendrimer (A1), that is, the equivalent number of functional groups in 1 g of the polyamidoamine dendrimer (A1) (sometimes referred to as the number of moles). 1 meq / g means having 1 milliequivalent functional group in 1 g of molecule. Thereby, a gas separation membrane having high carbon dioxide selectivity can be obtained.

本発明で用いられるポリアミドアミンデンドリマー(A1)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、その分岐数を増やしていくことで、分子内の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、分岐数に制限されることなく、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が、1級アミノ基の含有率が高く、分子ゲート機構の発現に有利と見込める下記の式(3)〜(8)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に用いられる。

Figure 0006038622
Figure 0006038622
Figure 0006038622
Figure 0006038622
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The polyamidoamine dendrimer (A1) used in the present invention can increase the number of primary amino groups in the molecule by forming a branched structure by an amidation reaction with ethylenediamine and increasing the number of branches. In the present invention, any number of polyamidoamine dendrimers can be suitably used without being limited by the number of branches. However, the content of primary amino groups is high, and the following is expected to be advantageous for the expression of the molecular gate mechanism. A 0th generation polyamidoamine dendrimer selected from the formulas (3) to (8) is particularly preferably used.
Figure 0006038622
Figure 0006038622
Figure 0006038622
Figure 0006038622
Figure 0006038622

また、本発明で用いるアミン系化合物(A)は、ポリアミドアミンデンドリマー(A1)に加えて、別のアミン系重合体(A2)を含んでいても良い。アミン系重合体(A2)としては、上記の通り、ポリアリルアミン、ポリビニルアミン、ポリエチレンイミン等が挙げられ、それら重合体は一部変性されていても構わない。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。   Further, the amine compound (A) used in the present invention may contain another amine polymer (A2) in addition to the polyamide amine dendrimer (A1). Examples of the amine polymer (A2) include polyallylamine, polyvinylamine, and polyethyleneimine as described above, and these polymers may be partially modified. Of these, polyallylamine is preferred from the viewpoint of the stability of the film structure in a water vapor atmosphere.

本発明で用いる化合物(A)中のポリアミドアミンデンドリマー(A1)とアミン系重合体(A2)各々の含有率は、(A1)/(A2)=40/60〜95/5(質量比)とすることが好ましい。このように、両アミン系化合物の含有率が一定範囲にあることで、製膜性が良好であるとともに、高い二酸化炭素選択性を有するガス分離膜を得ることができる。ポリアミドアミンデンドリマー(A1)とアミン系重合体(A2)の合計量を100質量%として、ポリアミドアミンデンドリマー(A1)の含有率は、92質量%以下であることが好ましく、85質量%以下であることが更に好ましい。   The content of each of the polyamidoamine dendrimer (A1) and the amine polymer (A2) in the compound (A) used in the present invention is (A1) / (A2) = 40/60 to 95/5 (mass ratio). It is preferable to do. Thus, when the content of both amine compounds is within a certain range, a gas separation membrane having good film forming properties and high carbon dioxide selectivity can be obtained. The total content of the polyamide amine dendrimer (A1) and the amine polymer (A2) is 100% by mass, and the content of the polyamide amine dendrimer (A1) is preferably 92% by mass or less, and 85% by mass or less. More preferably.

(ビニルアルコール系重合体)
次に、本発明で用いられるビニルアルコール系重合体(B)について説明する。本発明で用いられるビニルアルコール系重合体(B)は、ビニルアルコール系重合体を構成する単量体単位の合計を100mol%として、カルボキシル基を5mol%より多く30mol%以下で含有する。カルボキシル基を含有させれば、ビニルアルコール系重合体(B)の親水性が向上するため、ガス分離膜としての二酸化炭素の透過速度が向上する。その効果は、5mol%以下の含有率であっても、変性していないビニルアルコール系重合体と比較して確認することは可能である。ただし、石炭ガス化発電のような大規模な二酸化炭素排出源に対し、実用に供せられるガス分離膜を提供するには、5mol%以下の含有率の場合、まだ二酸化炭素の透過速度は不十分である恐れがあり、さらに親水性の向上したビニルアルコール系重合体を用いることが望ましい。鋭意検討した結果、ブロック共重合体あるいはグラフト共重合体とすることで、5mol%よりも多い含有率のビニルアルコール系重合体が得られることを見出し、高い二酸化炭素の膜透過速度を得ることができた。一方で、カルボキシル基の含有率が30mol%を超えるビニルアルコール系重合体を得ることは、製造上困難である。カルボキシル基の含有率は7〜20mol%が好ましい。
(Vinyl alcohol polymer)
Next, the vinyl alcohol polymer (B) used in the present invention will be described. The vinyl alcohol polymer (B) used in the present invention contains a carboxyl group in an amount of more than 5 mol% and not more than 30 mol%, with the total of monomer units constituting the vinyl alcohol polymer as 100 mol%. If a carboxyl group is contained, the hydrophilicity of the vinyl alcohol polymer (B) is improved, so that the permeation rate of carbon dioxide as a gas separation membrane is improved. The effect can be confirmed even when the content is 5 mol% or less as compared with the unmodified vinyl alcohol polymer. However, in order to provide a practical gas separation membrane for large-scale carbon dioxide emission sources such as coal gasification power generation, the permeation rate of carbon dioxide is still inadequate when the content is 5 mol% or less. It may be sufficient, and it is desirable to use a vinyl alcohol polymer having improved hydrophilicity. As a result of intensive studies, it was found that a vinyl alcohol polymer having a content of more than 5 mol% can be obtained by using a block copolymer or a graft copolymer, and a high carbon dioxide membrane permeation rate can be obtained. did it. On the other hand, it is difficult to produce a vinyl alcohol polymer having a carboxyl group content exceeding 30 mol%. As for the content rate of a carboxyl group, 7-20 mol% is preferable.

本発明のガス分離膜において、アミン化合物(A)とビニルアルコール系重合体(B)との合計量を100質量%として、ビニルアルコール系重合体(B)の含有率は15〜85質量%である。このように、ビニルアルコール系重合体(B)を一定量含有することで、製膜性が良好であるとともに高い二酸化炭素選択性を有することが可能となる。ビニルアルコール系重合体(B)の含有率が15質量%未満の場合、得られるガス分離膜の製膜性が悪くなるおそれがある。一方、ビニルアルコール系重合体(B)の含有率が85質量%を超える場合、含有する化合物(A)の絶対量が不足するために十分な二酸化炭素選択性が得られないおそれがあり、75質量%以下であることが好ましく、65質量%以下であることがより好ましく、50質量%以下であることが更に好ましい。   In the gas separation membrane of the present invention, the total amount of the amine compound (A) and the vinyl alcohol polymer (B) is 100% by mass, and the content of the vinyl alcohol polymer (B) is 15 to 85% by mass. is there. Thus, by containing a certain amount of the vinyl alcohol polymer (B), it becomes possible to have a high carbon dioxide selectivity as well as a good film forming property. When the content rate of a vinyl alcohol type polymer (B) is less than 15 mass%, there exists a possibility that the film forming property of the gas separation membrane obtained may worsen. On the other hand, when the content of the vinyl alcohol polymer (B) exceeds 85% by mass, the absolute amount of the compound (A) to be contained is insufficient, so that sufficient carbon dioxide selectivity may not be obtained. It is preferably at most mass%, more preferably at most 65 mass%, further preferably at most 50 mass%.

さらに、ビニルアルコール系重合体(B)中のカルボキシル基をアルカリ金属で部分中和あるいは完全中和すれば、カルボキシル基よりアルカリ金属イオンが解離することで浸透圧が生まれ、ビニルアルコール系重合体(B)自体の吸水力を大きく高めることが出来るので好ましい。本発明で用いられるビニルアルコール系重合体(B)中の該カルボキシル基を中和する材料としては、アルカリ金属を含有する化合物を用いることが好ましく、リチウム、ナトリウム、カリウムなどのいかなるアルカリ金属含有化合物でも使用することはできるが、中でも水酸化カリウムあるいは水酸化ナトリウムが好ましく用いられる。ビニルアルコール系重合体(B)の吸水力向上により、分離膜材料の親水性がさらに向上し、多くの水蒸気を膜材料中に保湿することができる。結果として、二酸化炭素と水蒸気の化学反応性が増して、その反応生成量がより増えるため、二酸化炭素の膜透過速度をさらに向上させることができる。二酸化炭素の膜透過速度向上の効果をより大きくする観点に立てば、中和度は0.1以上が好ましく、中和度0.2以上であることがより好ましく、0.3以上であることが更に好ましい。   Furthermore, if the carboxyl group in the vinyl alcohol polymer (B) is partially or completely neutralized with an alkali metal, an osmotic pressure is generated by the dissociation of the alkali metal ion from the carboxyl group, and a vinyl alcohol polymer ( B) It is preferable because the water absorbing power of itself can be greatly increased. As a material for neutralizing the carboxyl group in the vinyl alcohol polymer (B) used in the present invention, it is preferable to use a compound containing an alkali metal, and any alkali metal-containing compound such as lithium, sodium, potassium, etc. However, potassium hydroxide or sodium hydroxide is preferably used. By improving the water absorption of the vinyl alcohol polymer (B), the hydrophilicity of the separation membrane material is further improved, and a large amount of water vapor can be retained in the membrane material. As a result, the chemical reactivity of carbon dioxide and water vapor increases, and the amount of reaction product increases, so that the membrane permeation rate of carbon dioxide can be further improved. From the viewpoint of increasing the effect of improving the membrane permeation rate of carbon dioxide, the degree of neutralization is preferably 0.1 or more, more preferably 0.2 or more, and more preferably 0.3 or more. Is more preferable.

本発明で用いられるカルボキシル基を含有するビニルアルコール系重合体(B)としては、例えば、チオール基を末端に有するビニルアルコール系重合体水溶液中で、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、イタコン酸などのカルボキシル基を有するモノマー、もしくは、それらの酸無水物を重合することにより得られる(特開昭59−187003号公報、特開2001−233678号公報参照)、カルボキシル基含有重合体ブロック(B1)とビニルアルコール系重合体ブロック(B2)とを含有するブロック共重合体が挙げられる。 Examples of the vinyl alcohol polymer (B) containing a carboxyl group used in the present invention include acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, itaconic acid and the like in a vinyl alcohol polymer aqueous solution having a thiol group at the terminal. A carboxyl group-containing polymer block (B1) obtained by polymerizing a monomer having a carboxyl group or an acid anhydride thereof (see JP-A-59-187003 and JP-A-2001-233678). And a block copolymer containing the vinyl alcohol polymer block (B2).

また、本発明で用いられるカルボキシル基を含有するビニルアルコール系重合体(B)としては、酢酸ビニルおよびチオ酢酸エステル類(例えば、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アゾビスイソブチロニトリルを加えて重合を行って得られた、酢酸ビニルとチオエステル系単量体との共重合体を常法によりケン化して、側鎖にメルカプト基を有するポリビニルアルコールを得て、このポリビニルアルコール水溶液に上記のカルボキシル基を有するモノマーを重合触媒存在下に重合することに得られる、ビニルアルコール系重合体(B’2)にカルボキシル基含有重合体(B’1)がグラフトしたグラフト共重合体が挙げられる。   Moreover, as a vinyl alcohol polymer (B) containing a carboxyl group used in the present invention, a methanol solution of vinyl acetate and thioacetic acid esters (for example, thioacetic acid S-7-octen-1-yl ester) is used. A copolymer of vinyl acetate and a thioester monomer obtained by adding azobisisobutyronitrile to polymerize was saponified by a conventional method to obtain a polyvinyl alcohol having a mercapto group in the side chain. The carboxyl group-containing polymer (B′1) was grafted to the vinyl alcohol polymer (B′2) obtained by polymerizing the above monomer having a carboxyl group in the presence of a polymerization catalyst. A graft copolymer is mentioned.

本発明で用いられるビニルアルコール系重合体(B)のけん化度は50.0〜99.9mol%であることが好ましい。けん化度が50.0mol%未満の場合には、ガス分離膜の耐水性が低下するおそれがあり、99.9mol%を超える場合には、製膜時の作業性が低下したり、ガス分離膜を作製する際の溶液の粘度安定性が低下するおそれがある。ビニルアルコール系重合体(B)のけん化度は70.0〜99.5mol%がより好ましい。このように、本発明で用いられるビニルアルコール系重合体(B)は、ビニルアルコール単位の他にけん化されていないビニルエステル単位を含有できる。   The saponification degree of the vinyl alcohol polymer (B) used in the present invention is preferably 50.0 to 99.9 mol%. If the saponification degree is less than 50.0 mol%, the water resistance of the gas separation membrane may be reduced. If it exceeds 99.9 mol%, workability during film formation may be reduced, or the gas separation membrane may be reduced. There is a possibility that the viscosity stability of the solution at the time of preparing the product is lowered. The saponification degree of the vinyl alcohol polymer (B) is more preferably 70.0 to 99.5 mol%. Thus, the vinyl alcohol polymer (B) used in the present invention can contain unsaponified vinyl ester units in addition to the vinyl alcohol units.

ビニルアルコール系重合体(B)は、本発明の効果を損なわない範囲であれば、上記してきたビニルアルコール単位、ビニルエステル単位、エチレン単位、およびカルボキシル基を含有する単位以外の単量体単位を含有していても良い。このような単量体単位となる単量体としては、エチレン、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−プロピル、アクリル酸i−プロピル等のアクリル酸エステル;メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−プロピル、メタクリル酸i−プロピル等のメタクリル酸エステル;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;ビニルトリメトキシシラン等のビニルシリル化合物;酢酸イソプロペニル等の単量体由来の単位が挙げられる。これらの単量体単位の含有率としては10mol%以下が好ましく、5mol%以下がより好ましい。   The vinyl alcohol polymer (B) is a monomer unit other than the vinyl alcohol unit, the vinyl ester unit, the ethylene unit, and the unit containing a carboxyl group, as long as the effects of the present invention are not impaired. You may contain. Examples of such a monomer unit include ethylene, methyl acrylate, ethyl acrylate, acrylic acid esters such as n-propyl acrylate and i-propyl acrylate; methyl methacrylate, ethyl methacrylate, Methacrylic acid esters such as n-propyl methacrylate and i-propyl methacrylate; acrylamide; acrylamide derivatives such as N-ethylacrylamide; methacrylamide; methacrylamide derivatives such as N-methylmethacrylamide and N-ethylmethacrylamide; methyl vinyl ether , Vinyl ethers such as ethyl vinyl ether, n-propyl vinyl ether, i-propyl vinyl ether; nitriles such as acrylonitrile and methacrylonitrile; vinyl chloride, vinylidene chloride, vinyl fluoride, vinylidene fluoride Halogenated vinyl; allyl acetate, allyl compounds allyl chloride; vinyl silyl compounds such as vinyltrimethoxysilane; a unit derived from monomers such as isopropenyl acetate and the like. The content of these monomer units is preferably 10 mol% or less, and more preferably 5 mol% or less.

本発明のガス分離膜は、混合ガスが有する水蒸気や圧力に対して、必要な耐水性あるいは耐圧性を確保するため、架橋剤を適宜配合しても良い。ここでの架橋剤は、下記式(8)で示されるアゼチジニウム基を有する架橋剤、エポキシ基、アルデヒド基、ハロゲン原子などの官能基を2個以上有する化合物、チタン系架橋剤、ジルコニウム系架橋剤が好適なものとして挙げられる。

Figure 0006038622
[式中、R及びRは、それぞれ独立して、置換基を有してもよい炭素数1〜20のアルキレン基であり、X、X、X、X、X及びXは、それぞれ独立して水素原子、水酸基、置換基を有してもよい炭素数1〜20の有機基であり、Yは、アニオンである。] In the gas separation membrane of the present invention, a crosslinking agent may be appropriately blended in order to ensure necessary water resistance or pressure resistance against water vapor and pressure of the mixed gas. The crosslinking agent here includes a crosslinking agent having an azetidinium group represented by the following formula (8), a compound having two or more functional groups such as an epoxy group, an aldehyde group, and a halogen atom, a titanium crosslinking agent, and a zirconium crosslinking agent. Are mentioned as preferred.
Figure 0006038622
[Wherein, R 1 and R 2 are each independently an alkylene group having 1 to 20 carbon atoms which may have a substituent, and X 1 , X 2 , X 3 , X 4 , X 5 and X 6 is each independently a hydrogen atom, a hydroxyl group, or an organic group having 1 to 20 carbon atoms that may have a substituent, and Y is an anion. ]

(ガス分離膜)
上記のアミン化合物(A)とビニルアルコール系重合体(B)とは、水、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N,Nジメチルアセトアミド(DMAc)などの有機溶媒、およびこれらの混合物、なかでも好ましくは水に溶解混合されて膜形成原液が調整され、この原液がダイからフィルム状に吐出され、またはノズルから中空糸状に形成され、乾燥されたガス分離膜が形成される。ガス分離膜の膜厚は、0.01〜100μmであることが好ましく、0.1〜20μmであることがより好ましく、更に好ましくは0.1〜10μmである。
(Gas separation membrane)
The amine compound (A) and the vinyl alcohol polymer (B) include water, organic solvents such as dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), N, N dimethylacetamide (DMAc), and mixtures thereof. In particular, the membrane-forming stock solution is preferably prepared by dissolving and mixing in water, and the stock solution is discharged from the die into a film shape or formed into a hollow fiber shape from a nozzle to form a dried gas separation membrane. The film thickness of the gas separation membrane is preferably from 0.01 to 100 μm, more preferably from 0.1 to 20 μm, still more preferably from 0.1 to 10 μm.

(支持膜)
本発明のガス分離膜は、上記の原液が支持膜上に吐出され乾燥されてガス分離膜を形成することにより、支持膜と複合膜の態をなし、該複合膜の形態が、実用に供することが可能なものとして好適に使用される。支持膜を構成する高分子としては特に限定されず、例えば、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などが挙げられる。これらの高分子から形成された多孔質性の膜が支持膜として用いることができる。膜形状としては、フィルム、中空糸など各種の形状であってよい。孔の大きさ、膜厚などは、気体透過量と膜の機械的強度を考慮して適宜選択することができる。
(Supporting membrane)
The gas separation membrane of the present invention is in the form of a support membrane and a composite membrane by forming the gas separation membrane by discharging the stock solution onto the support membrane and drying it, and the form of the composite membrane is practically used. It is preferably used as possible. The polymer constituting the support membrane is not particularly limited, and examples thereof include polysulfone, polyethersulfone, polyamide, polyimide, polyacrylonitrile, polystyrene, polyvinylidene fluoride, polyvinyl chloride, and polymethyl methacrylate. A porous membrane formed from these polymers can be used as a support membrane. The membrane shape may be various shapes such as a film and a hollow fiber. The size of the hole, the film thickness, and the like can be appropriately selected in consideration of the gas permeation amount and the mechanical strength of the film.

こうして得られた本発明のガス分離膜は、特定のガス種、特に二酸化炭素を選択的に分離する性能が優れており、火力発電所、製鉄所、セメント工場等で好適に使用することができる。   The gas separation membrane of the present invention thus obtained is excellent in the ability to selectively separate specific gas species, particularly carbon dioxide, and can be suitably used in thermal power plants, steelworks, cement factories and the like. .

以下、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in more detail, this invention is not limited at all by these Examples.

[透過速度および二酸化炭素選択性の測定]
二酸化炭素の透過速度Q(CO)(m/m・s・Pa)およびヘリウムの透過速度Q(He)(m/m・s・Pa)を以下のようにして測定し、二酸化炭素選択性α(CO/He)を求めた。
組成をCO/He=80/20(ml/min)、温度を40℃、相対湿度を90RH%に設定したガスを実施例および比較例で得られたガス分離膜に供給し、透過側にスウィープガスとしてアルゴンを10ml/min供給した等圧法によって、該分離膜の透過速度を測定した。
Q(CO)=(CO透過流量)/(膜面積)・(CO供給分圧−CO透過分圧)
Q(He)=(He透過流量)/(膜面積)・(He供給分圧−He透過分圧)
α=Q(CO)/Q(He)
[Measurement of permeation rate and carbon dioxide selectivity]
The carbon dioxide permeation rate Q (CO 2 ) (m 3 / m 2 · s · Pa) and the helium permeation rate Q (He) (m 3 / m 2 · s · Pa) were measured as follows. Carbon dioxide selectivity α (CO 2 / He) was determined.
A gas having a composition of CO 2 / He = 80/20 (ml / min), a temperature of 40 ° C., and a relative humidity of 90 RH% was supplied to the gas separation membranes obtained in the examples and comparative examples, and on the permeate side The permeation rate of the separation membrane was measured by an isobaric method in which argon was supplied at 10 ml / min as a sweep gas.
Q (CO 2 ) = (CO 2 permeation flow rate) / (membrane area) · (CO 2 supply partial pressure−CO 2 permeation partial pressure)
Q (He) = (He permeation flow rate) / (membrane area) · (He supply partial pressure−He permeation partial pressure)
α = Q (CO 2 ) / Q (He)

[ガス分離膜の作製]
実施例1
ビニルアルコール系重合体(B)として、アクリル酸を変性種のモノマーとし、重合度1500のSH末端を有するPVAとのブロック共重合により、カルボキシル基を7モル%含有し、酢酸ビニル単位のけん化度98.6モル%のPVA5質量%水溶液を調整したが、該水溶液は安定であった。この変性PVA5%水溶液、式(3)の第0世代ポリアミドアミンデンドリマー(A1)(表面基:−CONHCHCHNH、表面基の数:4個、式(1)で示される基の含有率:7.74meq/g)の20質量%メタノール溶液(アルドリッチ社製)、およびアミン系重合体(A2)としてポリアリルアミン(1級アミノ基の含有率17.5meq/g)(日東紡株式会社製、商品名「PAA−15C」)の15質量%水溶液をそれぞれ用いて、表1に示される配合割合となるように混合して溶液を調製した。この溶液を流延し、20℃で乾燥して厚み5μmのガス分離膜を得た。該分離膜を分画分子量30万、ポリエーテルスルホンを素材とした限外ろ過膜(ミリポア社製、商品名バイオマックス)上に形成した複合膜を作製し、二酸化炭素の膜透過速度Q(CO)を求めた。得られた結果を表1にまとめて示す。
[Production of gas separation membrane]
Example 1
As vinyl alcohol polymer (B), acrylic acid is used as a modified monomer, and block copolymerization with PVA having an SH terminal with a polymerization degree of 1500 contains 7 mol% of carboxyl groups, and the degree of saponification of vinyl acetate units. A 98.6 mol% PVA 5 mass% aqueous solution was prepared, but the aqueous solution was stable. This modified PVA 5% aqueous solution, 0th generation polyamidoamine dendrimer (A1) of formula (3) (surface group: —CONHCH 2 CH 2 NH 2 , number of surface groups: 4, inclusion of group represented by formula (1) Rate: 7.74 meq / g) 20% by mass methanol solution (manufactured by Aldrich) and polyallylamine (primary amino group content 17.5 meq / g) as an amine polymer (A2) (Nittobo Co., Ltd.) Manufactured and trade name “PAA-15C”) was used to prepare a solution by mixing each so as to have a blending ratio shown in Table 1. This solution was cast and dried at 20 ° C. to obtain a gas separation membrane having a thickness of 5 μm. A composite membrane was produced by forming the separation membrane on an ultrafiltration membrane (trade name Biomax, manufactured by Millipore) using a molecular weight cut off of 300,000 and polyethersulfone as a raw material, and the membrane permeation rate Q (CO 2 ) was obtained. The obtained results are summarized in Table 1.

実施例2
ビニルアルコール系重合体(B)として、アクリル酸を変性種のモノマーとし、重合度1000のSH基を側鎖に有するPVAとのグラフト共重合により、カルボキシル基を10モル%含有し、酢酸ビニル単位のけん化度98.5モル%のPVA5質量%水溶液を調整したが、該水溶液は安定であった。この変性PVA5%水溶液、式(3)の第0世代ポリアミドアミンデンドリマー(A1)(表面基:−CONHCHCHNH、表面基の数:4個、式(1)で示される基の含有率:7.74meq/g)の20質量%メタノール溶液(アルドリッチ社製)、およびアミン系重合体(A2)としてポリアリルアミン(1級アミノ基の含有率17.5meq/g)の15質量%水溶液(日東紡株式会社、商品名「PAA−15C」)をそれぞれ用いて、表1に示される配合割合となるように混合して溶液を調製した。この溶液を流延し、20℃で乾燥して厚み5μmのガス分離膜を得た。該分離膜を分画分子量30万、ポリエーテルスルホンを素材とした限外ろ過膜(ミリポア社製、商品名バイオマックス)上に形成した複合膜を作製し、二酸化炭素の膜透過速度Q(CO)を求めた。得られた結果を表1にまとめて示す。
Example 2
As vinyl alcohol polymer (B), acrylic acid is used as a modified monomer and graft copolymerization with PVA having a degree of polymerization of SH groups in the side chain contains 10 mol% of carboxyl groups, vinyl acetate units A 5 mass% PVA aqueous solution with a degree of saponification of 98.5 mol% was prepared, but the aqueous solution was stable. This modified PVA 5% aqueous solution, 0th generation polyamidoamine dendrimer (A1) of formula (3) (surface group: —CONHCH 2 CH 2 NH 2 , number of surface groups: 4, inclusion of group represented by formula (1) Rate: 7.74 meq / g) 20% by mass methanol solution (manufactured by Aldrich) and 15% by mass aqueous solution of polyallylamine (content of primary amino group 17.5 meq / g) as amine polymer (A2) (Nittobo Co., Ltd., trade name “PAA-15C”) was used to prepare a solution by mixing so as to achieve the blending ratio shown in Table 1. This solution was cast and dried at 20 ° C. to obtain a gas separation membrane having a thickness of 5 μm. A composite membrane was produced by forming the separation membrane on an ultrafiltration membrane (trade name Biomax, manufactured by Millipore) using a molecular weight cut off of 300,000 and polyethersulfone as a raw material, and the membrane permeation rate Q (CO 2 ) was obtained. The obtained results are summarized in Table 1.

実施例3
ビニルアルコール系重合体(B)として、アクリル酸を変性種のモノマーとし、重合度1500のSH末端を有するPVAとのブロック共重合により、カルボキシル基を7モル%含有し、水酸化ナトリウムによって中和度0.1で中和し、酢酸ビニル単位のけん化度98.6モル%のPVA5質量%水溶液を調整したが、該水溶液は安定であった。この変性PVA5%水溶液、式(3)の第0世代ポリアミドアミンデンドリマー(A1)(表面基:−CONHCHCHNH、表面基の数:4個、式(1)で示される基の含有率:7.74meq/g)の20質量%メタノール溶液(アルドリッチ社製)、およびアミン系重合体(A2)としてポリアリルアミン(1級アミノ基の含有率17.5meq/g)の15質量%水溶液(日東紡株式会社、商品名「PAA−15C」)をそれぞれ用いて、表1に示される配合割合となるように混合して溶液を調製した。この溶液を流延し、20℃で乾燥して厚み5μmのガス分離膜を得た。該分離膜を分画分子量30万、ポリエーテルスルホンを素材とした限外ろ過膜(ミリポア社製、商品名バイオマックス)上に形成した複合膜を作製し、二酸化炭素の膜透過速度Q(CO)を求めた。得られた結果を表1にまとめて示す。
Example 3
As a vinyl alcohol polymer (B), acrylic acid is used as a modified species monomer, 7 mol% carboxyl group is contained by block copolymerization with PVA having an SH terminal with a polymerization degree of 1500, and neutralized with sodium hydroxide. The solution was neutralized at a degree of 0.1 to prepare a 5% by mass aqueous solution of PVA having a vinyl acetate unit saponification degree of 98.6 mol%, but the aqueous solution was stable. This modified PVA 5% aqueous solution, 0th generation polyamidoamine dendrimer (A1) of formula (3) (surface group: —CONHCH 2 CH 2 NH 2 , number of surface groups: 4, inclusion of group represented by formula (1) Rate: 7.74 meq / g) 20% by mass methanol solution (manufactured by Aldrich) and 15% by mass aqueous solution of polyallylamine (content of primary amino group 17.5 meq / g) as amine polymer (A2) (Nittobo Co., Ltd., trade name “PAA-15C”) was used to prepare a solution by mixing so as to achieve the blending ratio shown in Table 1. This solution was cast and dried at 20 ° C. to obtain a gas separation membrane having a thickness of 5 μm. A composite membrane was produced by forming the separation membrane on an ultrafiltration membrane (trade name Biomax, manufactured by Millipore) using a molecular weight cut off of 300,000 and polyethersulfone as a raw material, and the membrane permeation rate Q (CO 2 ) was obtained. The obtained results are summarized in Table 1.

実施例4
ビニルアルコール系重合体(B)として、アクリル酸を変性種のモノマーとし、重合度1500のSH末端を有するPVAとのブロック共重合により、カルボキシル基を7モル%含有し、水酸化ナトリウムによって中和度0.2で中和し、酢酸ビニル単位のけん化度98.6モル%のPVA5質量%水溶液を調整したが、該水溶液は安定であった。この変性PVA5%水溶液、式(3)の第0世代ポリアミドアミンデンドリマー(A1)(表面基:−CONHCHCHNH、表面基の数:4個、式(1)で示される基の含有率:7.74meq/g)の20質量%メタノール溶液(アルドリッチ社製)、およびアミン系重合体(A2)としてポリアリルアミン(1級アミノ基の含有率17.5meq/g)の15質量%水溶液(日東紡株式会社、商品名「PAA−15C」)をそれぞれ用いて、表1に示される配合割合となるように混合して溶液を調製した。この溶液を流延し、20℃で乾燥して厚み5μmのガス分離膜を得た。該分離膜を分画分子量30万、ポリエーテルスルホンを素材とした限外ろ過膜(ミリポア社製、商品名バイオマックス)上に形成した複合膜を作製し、二酸化炭素の膜透過速度Q(CO)を求めた。得られた結果を表1にまとめて示す。
Example 4
As a vinyl alcohol polymer (B), acrylic acid is used as a modified species monomer, 7 mol% carboxyl group is contained by block copolymerization with PVA having an SH terminal with a polymerization degree of 1500, and neutralized with sodium hydroxide. The solution was neutralized at a degree of 0.2 to prepare a 5% by mass aqueous solution of PVA having a vinyl acetate unit saponification degree of 98.6 mol%, but the aqueous solution was stable. This modified PVA 5% aqueous solution, 0th generation polyamidoamine dendrimer (A1) of formula (3) (surface group: —CONHCH 2 CH 2 NH 2 , number of surface groups: 4, inclusion of group represented by formula (1) Rate: 7.74 meq / g) 20% by mass methanol solution (manufactured by Aldrich) and 15% by mass aqueous solution of polyallylamine (content of primary amino group 17.5 meq / g) as amine polymer (A2) (Nittobo Co., Ltd., trade name “PAA-15C”) was used to prepare a solution by mixing so as to achieve the blending ratio shown in Table 1. This solution was cast and dried at 20 ° C. to obtain a gas separation membrane having a thickness of 5 μm. A composite membrane was produced by forming the separation membrane on an ultrafiltration membrane (trade name Biomax, manufactured by Millipore) using a molecular weight cut off of 300,000 and polyethersulfone as a raw material, and the membrane permeation rate Q (CO 2 ) was obtained. The obtained results are summarized in Table 1.

実施例5
ビニルアルコール系重合体(B)として、アクリル酸を変性種のモノマーとし、重合度1500のSH末端を有するPVAとのブロック共重合により、カルボキシル基を7モル%含有し、水酸化ナトリウムによって中和度0.8で中和し、酢酸ビニル単位のけん化度98.6モル%のPVA5質量%水溶液を調整したが、該水溶液は安定であった。この変性PVA5%水溶液、式(3)の第0世代ポリアミドアミンデンドリマー(A1)(表面基:−CONHCHCHNH、表面基の数:4個、式(1)で示される基の含有率:7.74meq/g)の20質量%メタノール溶液(アルドリッチ社製)、およびアミン系重合体(A2)としてポリアリルアミン(1級アミノ基の含有率17.5meq/g)の15質量%水溶液(日東紡株式会社、商品名「PAA−15C」)をそれぞれ用いて、表1に示される配合割合となるように混合して溶液を調製した。この溶液を流延し、20℃で乾燥して厚み5μmのガス分離膜を得た。該分離膜を分画分子量30万、ポリエーテルスルホンを素材とした限外ろ過膜(ミリポア社製、商品名バイオマックス)上に形成した複合膜を作製し、二酸化炭素の膜透過速度Q(CO)を求めた。得られた結果を表1にまとめて示す。
Example 5
As a vinyl alcohol polymer (B), acrylic acid is used as a modified species monomer, 7 mol% carboxyl group is contained by block copolymerization with PVA having an SH terminal with a polymerization degree of 1500, and neutralized with sodium hydroxide. The solution was neutralized at a degree of 0.8 to prepare a 5% by mass aqueous solution of PVA having a vinyl acetate unit saponification degree of 98.6 mol%, but the aqueous solution was stable. This modified PVA 5% aqueous solution, 0th generation polyamidoamine dendrimer (A1) of formula (3) (surface group: —CONHCH 2 CH 2 NH 2 , number of surface groups: 4, inclusion of group represented by formula (1) Rate: 7.74 meq / g) 20% by mass methanol solution (manufactured by Aldrich) and 15% by mass aqueous solution of polyallylamine (content of primary amino group 17.5 meq / g) as amine polymer (A2) (Nittobo Co., Ltd., trade name “PAA-15C”) was used to prepare a solution by mixing so as to achieve the blending ratio shown in Table 1. This solution was cast and dried at 20 ° C. to obtain a gas separation membrane having a thickness of 5 μm. A composite membrane was produced by forming the separation membrane on an ultrafiltration membrane (trade name Biomax, manufactured by Millipore) using a molecular weight cut off of 300,000 and polyethersulfone as a raw material, and the membrane permeation rate Q (CO 2 ) was obtained. The obtained results are summarized in Table 1.

実施例6
ビニルアルコール系重合体(B)として、アクリル酸を変性種のモノマーとし、重合度1500のSH末端を有するPVAとのブロック共重合により、カルボキシル基を7モル%含有し、水酸化ナトリウムによって完全中和(中和度1)し、酢酸ビニル単位のけん化度98.6モル%のPVA5質量%水溶液を調整したが、該水溶液は安定であった。この変性PVA5%水溶液、式(3)の第0世代ポリアミドアミンデンドリマー(A1)(表面基:−CONHCHCHNH、表面基の数:4個、式(1)で示される基の含有率:7.74meq/g)の20質量%メタノール溶液(アルドリッチ社製)、およびアミン系重合体(A2)としてポリアリルアミン(1級アミノ基の含有率17.5meq/g)の15質量%水溶液(日東紡株式会社、商品名「PAA−15C」)をそれぞれ用いて、表1に示される配合割合となるように混合して溶液を調製した。この溶液を流延し、20℃で乾燥して厚み5μmのガス分離膜を得た。該分離膜を分画分子量30万、ポリエーテルスルホンを素材とした限外ろ過膜(ミリポア社製、商品名バイオマックス)上に形成した複合膜を作製し、二酸化炭素の膜透過速度Q(CO)を求めた。得られた結果を表1にまとめて示す。
Example 6
As a vinyl alcohol polymer (B), acrylic acid is used as a modified species monomer and 7 mol% of carboxyl groups are contained by sodium hydroxide by block copolymerization with PVA having an SH terminal with a polymerization degree of 1500. An aqueous solution of 5% by mass PVA with a saponification degree of 98.6 mol% of vinyl acetate units was prepared. The aqueous solution was stable. This modified PVA 5% aqueous solution, 0th generation polyamidoamine dendrimer (A1) of formula (3) (surface group: —CONHCH 2 CH 2 NH 2 , number of surface groups: 4, inclusion of group represented by formula (1) Rate: 7.74 meq / g) 20% by mass methanol solution (manufactured by Aldrich) and 15% by mass aqueous solution of polyallylamine (content of primary amino group 17.5 meq / g) as amine polymer (A2) (Nittobo Co., Ltd., trade name “PAA-15C”) was used to prepare a solution by mixing so as to achieve the blending ratio shown in Table 1. This solution was cast and dried at 20 ° C. to obtain a gas separation membrane having a thickness of 5 μm. A composite membrane was produced by forming the separation membrane on an ultrafiltration membrane (trade name Biomax, manufactured by Millipore) using a molecular weight cut off of 300,000 and polyethersulfone as a raw material, and the membrane permeation rate Q (CO 2 ) was obtained. The obtained results are summarized in Table 1.

実施例7
ビニルアルコール系重合体(B)として、アクリル酸を変性種のモノマーとし、重合度1500のSH末端を有するPVAとのブロック共重合により、カルボキシル基を7モル%含有し、酢酸ビニル単位のけん化度98.6モル%のPVA5質量%水溶液を調整したが、該水溶液は安定であった。この変性PVA5%水溶液、式(3)の第0世代ポリアミドアミンデンドリマー(A1)(表面基:−CONHCHCHNH、表面基の数:4個、式(1)で示される基の含有率:7.74meq/g)の20質量%メタノール溶液(アルドリッチ社製)をそれぞれ用いて、表1に示される配合割合となるように混合して溶液を調製した。この溶液を流延し、20℃で乾燥して厚み5μmのガス分離膜を得た。該分離膜を分画分子量30万、ポリエーテルスルホンを素材とした限外ろ過膜(ミリポア社製、商品名バイオマックス)上に形成した複合膜を作製し、二酸化炭素の膜透過速度Q(CO)を求めた。得られた結果を表1にまとめて示す。
Example 7
As vinyl alcohol polymer (B), acrylic acid is used as a modified monomer, and block copolymerization with PVA having an SH terminal with a polymerization degree of 1500 contains 7 mol% of carboxyl groups, and the degree of saponification of vinyl acetate units. A 98.6 mol% PVA 5 mass% aqueous solution was prepared, but the aqueous solution was stable. This modified PVA 5% aqueous solution, 0th generation polyamidoamine dendrimer (A1) of formula (3) (surface group: —CONHCH 2 CH 2 NH 2 , number of surface groups: 4, inclusion of group represented by formula (1) A 20% by mass methanol solution (manufactured by Aldrich) with a rate of 7.74 meq / g was used to prepare a solution by mixing so as to achieve the blending ratio shown in Table 1. This solution was cast and dried at 20 ° C. to obtain a gas separation membrane having a thickness of 5 μm. A composite membrane was produced by forming the separation membrane on an ultrafiltration membrane (trade name Biomax, manufactured by Millipore) using a molecular weight cut off of 300,000 and polyethersulfone as a raw material, and the membrane permeation rate Q (CO 2 ) was obtained. The obtained results are summarized in Table 1.

実施例8
実施例7と全く同様に、ビニルアルコール系重合体(B)の5質量%水溶液、第0世代ポリアミドアミンデンドリマー(A1)の20質量%メタノール溶液(アルドリッチ社製)をそれぞれ用いて、表1に示される配合割合となるように混合して溶液を調整した。この溶液を流延し、20℃で乾燥して厚み5μmのガス分離膜を得た。該分離膜を分画分子量30万、ポリエーテルスルホンを素材とした限外ろ過膜(ミリポア社製、商品名バイオマックス)上に形成した複合膜を作製し、二酸化炭素の膜透過速度Q(CO)を求めた。得られた結果を表1にまとめて示す。
Example 8
In exactly the same manner as in Example 7, a 5% by mass aqueous solution of vinyl alcohol polymer (B) and a 20% by mass methanol solution (manufactured by Aldrich) of 0th generation polyamide amine dendrimer (A1) were used. The solution was prepared by mixing so as to achieve the blending ratio shown. This solution was cast and dried at 20 ° C. to obtain a gas separation membrane having a thickness of 5 μm. A composite membrane was produced by forming the separation membrane on an ultrafiltration membrane (trade name Biomax, manufactured by Millipore) using a molecular weight cut off of 300,000 and polyethersulfone as a raw material, and the membrane permeation rate Q (CO 2 ) was obtained. The obtained results are summarized in Table 1.

実施例9
ビニルアルコール系重合体(B)のカルボキシル基に対する中和材料として水酸化カリウムを用いた点以外は、実施例1と全く同様にガス分離膜を作製した。該分離膜を分画分子量30万、ポリエーテルスルホンを素材とした限外ろ過膜(ミリポア社製、商品名バイオマックス)上に形成した複合膜を作製し、二酸化炭素の膜透過速度Q(CO)を求めた。得られた結果を表1にまとめて示す。
Example 9
A gas separation membrane was prepared in exactly the same manner as in Example 1 except that potassium hydroxide was used as a neutralizing material for the carboxyl group of the vinyl alcohol polymer (B). A composite membrane was produced by forming the separation membrane on an ultrafiltration membrane (trade name Biomax, manufactured by Millipore) using a molecular weight cut off of 300,000 and polyethersulfone as a raw material, and the membrane permeation rate Q (CO 2 ) was obtained. The obtained results are summarized in Table 1.

比較例1
ビニルアルコール系重合体(B)として、イタコン酸を変性種のモノマーとしたランダム共重合により、カルボキシル基を1モル%含有し、酢酸ビニル単位のけん化度98.6モル%、重合度1800のPVAを用いた点以外は、実施例8と全く同様にガス分離膜を作製した。該分離膜を分画分子量30万、ポリエーテルスルホンを素材とした限外ろ過膜(ミリポア社製、商品名バイオマックス)上に形成した複合膜を作製し、二酸化炭素の膜透過速度Q(CO)を求めた。得られた結果を表1にまとめて示す。
Comparative Example 1
As a vinyl alcohol polymer (B), PVA having a carboxyl group content of 1 mol%, a saponification degree of vinyl acetate units of 98.6 mol%, and a polymerization degree of 1800 by random copolymerization using itaconic acid as a modified species monomer. A gas separation membrane was produced in exactly the same manner as in Example 8 except that was used. A composite membrane was produced by forming the separation membrane on an ultrafiltration membrane (trade name Biomax, manufactured by Millipore) using a molecular weight cut off of 300,000 and polyethersulfone as a raw material, and the membrane permeation rate Q (CO 2 ) was obtained. The obtained results are summarized in Table 1.

比較例2
ビニルアルコール系重合体(B)として、アクリル酸を変性種のモノマーとし、重合度1000の側鎖にSH基を有するPVAとのグラフト共重合により、カルボキシル基を10モル%含有し、水酸化ナトリウムにより中和度0.8で中和し、酢酸ビニル単位のけん化度98.5モル%のPVA5質量%水溶液を調整したが、該水溶液は安定であった。この変性PVA5%水溶液、式(3)の第0世代ポリアミドアミンデンドリマー(A1)(表面基:−CONHCHCHNH、表面基の数:4個、式(1)で示される基の含有率:7.74meq/g)の20質量%メタノール溶液(アルドリッチ社製)、およびアミン系重合体(A2)としてポリアリルアミン(1級アミノ基の含有率17.5meq/g)の15質量%水溶液(日東紡株式会社、商品名「PAA−15C」)をそれぞれ用いて、表1に示される配合割合となるように混合して溶液を調製した。この溶液を流延し、20℃で乾燥して厚み5μmのガス分離膜を得た。該分離膜を分画分子量30万、ポリエーテルスルホンを素材とした限外ろ過膜(ミリポア社製、商品名バイオマックス)上に形成した複合膜を作製し、二酸化炭素の膜透過速度Q(CO)を求めた。得られた結果を表1にまとめて示す。
Comparative Example 2
As the vinyl alcohol polymer (B), acrylic acid is used as a modified species monomer, and by graft copolymerization with PVA having an SH group in the side chain with a polymerization degree of 1000, 10 mol% of carboxyl group is contained, sodium hydroxide Was neutralized with a neutralization degree of 0.8 to prepare a 5% by mass aqueous solution of PVA having a vinyl acetate unit saponification degree of 98.5 mol%, but the aqueous solution was stable. This modified PVA 5% aqueous solution, 0th generation polyamidoamine dendrimer (A1) of formula (3) (surface group: —CONHCH 2 CH 2 NH 2 , number of surface groups: 4, inclusion of group represented by formula (1) Rate: 7.74 meq / g) 20% by mass methanol solution (manufactured by Aldrich) and 15% by mass aqueous solution of polyallylamine (content of primary amino group 17.5 meq / g) as amine polymer (A2) (Nittobo Co., Ltd., trade name “PAA-15C”) was used to prepare a solution by mixing so as to achieve the blending ratio shown in Table 1. This solution was cast and dried at 20 ° C. to obtain a gas separation membrane having a thickness of 5 μm. A composite membrane was produced by forming the separation membrane on an ultrafiltration membrane (trade name Biomax, manufactured by Millipore) using a molecular weight cut off of 300,000 and polyethersulfone as a raw material, and the membrane permeation rate Q (CO 2 ) was obtained. The obtained results are summarized in Table 1.

比較例3
ビニルアルコール系重合体(B)として、アクリル酸を変性種のモノマーとし、重合度1500のSH末端を有するPVAとのブロック共重合により、カルボキシル基を7モル%含有し、水酸化ナトリウムにより中和度0.8で中和し、酢酸ビニル単位のけん化度98.6モル%のPVA5質量%水溶液を調整したが、該水溶液は安定であった。この変性PVA5%水溶液、式(3)の第0世代ポリアミドアミンデンドリマー(A1)(表面基:−CONHCHCHNH、表面基の数:4個、式(1)で示される基の含有率:7.74meq/g)の20質量%メタノール溶液(アルドリッチ社製)、およびアミン系重合体(A2)としてポリアリルアミン(1級アミノ基の含有率17.5meq/g)の15質量%水溶液(日東紡株式会社、商品名「PAA−15C」)をそれぞれ用いて、表1に示される配合割合となるように混合して溶液を調製した。この溶液を流延し、20℃で乾燥して厚み5μmのガス分離膜を得ようとしたが、該条件ではアミン系化合物(A)が多すぎるため、製膜性に乏しく、二酸化炭素の膜透過速度Q(CO)の測定に供せられる試験体を作製できなかった。
Comparative Example 3
As a vinyl alcohol polymer (B), acrylic acid is used as a modified species monomer, 7 mol% of carboxyl group is contained by block copolymerization with PVA having an SH terminal with a polymerization degree of 1500, and neutralized with sodium hydroxide. The solution was neutralized at a degree of 0.8 to prepare a 5% by mass aqueous solution of PVA having a vinyl acetate unit saponification degree of 98.6 mol%, but the aqueous solution was stable. This modified PVA 5% aqueous solution, 0th generation polyamidoamine dendrimer (A1) of formula (3) (surface group: —CONHCH 2 CH 2 NH 2 , number of surface groups: 4, inclusion of group represented by formula (1) Rate: 7.74 meq / g) 20% by mass methanol solution (manufactured by Aldrich) and 15% by mass aqueous solution of polyallylamine (content of primary amino group 17.5 meq / g) as amine polymer (A2) (Nittobo Co., Ltd., trade name “PAA-15C”) was used to prepare a solution by mixing so as to achieve the blending ratio shown in Table 1. This solution was cast and dried at 20 ° C. to obtain a gas separation membrane having a thickness of 5 μm. Under these conditions, the amount of the amine compound (A) was too large, so the film-forming property was poor, and the carbon dioxide membrane A specimen used for measurement of the permeation speed Q (CO 2 ) could not be produced.

Figure 0006038622
Figure 0006038622

本発明に係るガス分離膜は、混合ガス、特に水蒸気の含まれる混合ガスから、特定のガス種、特に二酸化炭素を選択的に分離する性能が優れており、石炭ガス化火力発電より産生される水性シフトガスからの二酸化炭素の分離などにおいて有用であるので、産業上の利用可能性がある。   The gas separation membrane according to the present invention is excellent in the performance of selectively separating a specific gas species, particularly carbon dioxide, from a mixed gas, particularly a mixed gas containing water vapor, and is produced from coal gasification thermal power generation. Since it is useful in, for example, separation of carbon dioxide from water shift gas, it has industrial applicability.

以上、本発明の好ましい実施態様を例示的に説明したが、当業者であれば、特許請求の範囲に開示した本発明の範囲および精神から逸脱することなく多様な修正、付加および置換ができることが理解可能であろう。   Although the preferred embodiments of the present invention have been described above by way of example, those skilled in the art can make various modifications, additions and substitutions without departing from the scope and spirit of the present invention disclosed in the claims. It will be understandable.

Claims (6)

アミン系化合物(A)15〜85質量%と、カルボキシル基を5mol%よりも多く30mol%以下(ビニルアルコール系重合体を構成する単量体単位の合計を100mol%とする)で含有したビニルアルコール系重合体(B)15〜85質量%とを含み、
前記アミン系化合物(A)は、前記ビニルアルコール系重合体(B)と相溶性のある、ポリアミドアミンデンドリマー(A1)および/またはアミン系重合体(A2)を含み、
前記ビニルアルコール系重合体(B)が、(イ)カルボキシル基含有重合体ブロックとビニルアルコール系重合体ブロックとを含むブロック共重合体であるか、または(ロ)ビニルアルコール系重合体にカルボキシル基含有重合体がグラフト化されたグラフト共重合体であることを特徴とするガス分離膜。
Vinyl alcohol containing 15 to 85% by mass of the amine compound (A) and more than 5 mol% and 30 mol% or less of carboxyl groups (the total of monomer units constituting the vinyl alcohol polymer is 100 mol%). system polymer (B) and 15 to 85 wt% seen including,
The amine compound (A) includes a polyamide amine dendrimer (A1) and / or an amine polymer (A2) that is compatible with the vinyl alcohol polymer (B).
The vinyl alcohol polymer (B) is a block copolymer containing (a) a carboxyl group-containing polymer block and a vinyl alcohol polymer block, or (b) a carboxyl group is added to the vinyl alcohol polymer. gas separation membranes containing polymer and said graft copolymer der Rukoto grafted.
ビニルアルコール系重合体(B)中の該カルボキシル基をアルカリ金属で部分中和あるいは完全中和することを特徴とする請求項1記載のガス分離膜。   The gas separation membrane according to claim 1, wherein the carboxyl group in the vinyl alcohol polymer (B) is partially or completely neutralized with an alkali metal. アルカリ金属によるカルボキシル基に対する中和度が0.2〜1である請求項2記載のガス分離膜。   The gas separation membrane according to claim 2, wherein the degree of neutralization of the carboxyl group by the alkali metal is 0.2 to 1. 前記ポリアミドアミンデンドリマー(A1)が式(1)
Figure 0006038622
[式中、Aは炭素数1〜3の二価有機残基を示し、nは0または1の整数を示す。]
で示される基および/または式(2)
Figure 0006038622
[式中、Aは炭素数1〜3の二価有機残基を示し、nは0または1の整数を示す。]
で示される基を1〜9meq/g含有したポリアミドアミンデンドリマー(A1)である請求項1記載のガス分離膜。
The polyamidoamine dendrimer (A1) is represented by the formula (1)
Figure 0006038622
[Wherein, A 1 represents a C 1-3 divalent organic residue, and n represents an integer of 0 or 1. ]
And / or formula (2)
Figure 0006038622
[Wherein, A 2 represents a divalent organic residue having 1 to 3 carbon atoms, and n represents an integer of 0 or 1. ]
The gas separation membrane according to claim 1, which is a polyamidoamine dendrimer (A1) containing 1 to 9 meq / g of the group represented by formula (1).
前記アミン系化合物(A)は、前記ポリアミドアミンデンドリマー(A1)と1級アミノ基を10〜35meq/g含有したアミン系重合体(A2)、を含むことを特徴とする請求項記載のガス分離膜。 Said amine compound (A), the polyamide amine dendrimer (A1), according to claim 1, characterized in that it comprises a primary amino group of 10~35meq / g containing amine based polymer (A2), the Gas separation membrane. アルカリ金属として、水酸化カリウムあるいは水酸化ナトリウムを用いた請求項2〜のいずれか一項に記載のガス分離膜。 The gas separation membrane according to any one of claims 2 to 5 , wherein potassium hydroxide or sodium hydroxide is used as the alkali metal.
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