JP6671032B2 - Gas separation composite membrane and gas separation module - Google Patents

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Description

本発明は、気体分離複合膜および気体分離モジュールに関する。   The present invention relates to a gas separation composite membrane and a gas separation module.

近年、燃焼機器、空調機器、医療機器等の分野において、酸素が含まれる空気から酸素と窒素を分離、濃縮するための気体分離複合膜の研究開発が進んでいる(例えば、特許文献1参照)。   In recent years, in the fields of combustion equipment, air conditioning equipment, medical equipment, and the like, research and development of a gas separation composite membrane for separating and concentrating oxygen and nitrogen from air containing oxygen has been advanced (for example, see Patent Document 1). .

特開平6−126140号公報JP-A-6-126140

気体分離複合膜により高濃度で高流量の酸素または窒素を得るには、気体分離複合膜において酸素と窒素を分離する分離特性と透過特性の両方が優れていることが好ましい。しかし、分離特性と透過特性とは相反する性質であるため、分離特性と透過特性との両特性が優れた気体分離複合膜を形成することが難しいという問題があった。   In order to obtain a high concentration and high flow rate of oxygen or nitrogen by the gas separation composite membrane, it is preferable that both the separation characteristics and the permeation characteristics for separating oxygen and nitrogen in the gas separation composite membrane are excellent. However, there is a problem that it is difficult to form a gas separation composite membrane having both excellent separation characteristics and permeation characteristics because the separation characteristics and the permeation characteristics are contradictory.

そこで、本発明は、空気中の酸素、窒素の分離特性と透過特性の両方が優れた気体分離複合膜を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a gas separation composite membrane having both excellent separation characteristics and permeation characteristics of oxygen and nitrogen in air.

本発明の一態様に係る気体分離複合膜は、ポリ(4−メチルペンテン−1)とポリフマル酸エステルとを含む第1の気体分離層を備える。   A gas separation composite membrane according to one embodiment of the present invention includes a first gas separation layer containing poly (4-methylpentene-1) and polyfumarate.

また、本発明の一態様に係る気体分離モジュールは、上述した特徴を有する気体分離複合膜を備える。   Further, a gas separation module according to one embodiment of the present invention includes a gas separation composite membrane having the above-described characteristics.

本発明は、空気中の酸素、窒素の分離特性と透過特性の両方が優れた気体分離複合膜を提供することができる。   The present invention can provide a gas separation composite membrane having both excellent separation characteristics and permeation characteristics of oxygen and nitrogen in air.

実施の形態に係る気体分離複合膜の構成の一例を示す概略図である。It is a schematic diagram showing an example of composition of a gas separation composite membrane concerning an embodiment. 実施の形態に係る気体分離複合膜の製造方法の一例を示す図である。It is a figure showing an example of the manufacturing method of the gas separation composite membrane concerning an embodiment. 実施の形態に係る気体分離複合膜の構成の他の例を示す概略図である。It is the schematic which shows the other example of a structure of the gas separation composite membrane which concerns on embodiment. 実施の形態に係る気体分離複合膜の構成の他の例を示す概略図である。It is the schematic which shows the other example of a structure of the gas separation composite membrane which concerns on embodiment. 実施の形態に係る気体分離複合膜の構成の他の例を示す概略図である。It is the schematic which shows the other example of a structure of the gas separation composite membrane which concerns on embodiment. 実施の形態に係る気体分離モジュールの構成を示す外観斜視図である。It is an external appearance perspective view showing the composition of the gas separation module concerning an embodiment. 実施の形態に係る気体分離モジュールの構成を示す分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating a configuration of a gas separation module according to the embodiment. 実施の形態に係る気体分離モジュールの気体分離の原理を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the principle of the gas separation of the gas separation module which concerns on embodiment. 実施例および比較例に係る気体分離複合膜の構成材料を示す図である。It is a figure showing the constituent material of the gas separation composite membrane concerning an example and a comparative example. 実施例および比較例に係る気体分離複合膜の構成と膜特性とを示す図である。It is a figure which shows the structure and membrane characteristic of the gas separation composite membrane | membrane which concerns on an Example and a comparative example.

以下の実施の形態では、空気中の酸素、窒素の分離特性と透過特性の両方が優れた気体分離複合膜について説明する。   In the following embodiments, a description will be given of a gas separation composite membrane having excellent separation characteristics and permeation characteristics of oxygen and nitrogen in air.

ここで、気体分離複合膜において、酸素、窒素の分離特性とは、空気から酸素、窒素を分離することができる特性をいい、後に詳述する分離係数により示される特性である。また、気体分離複合膜において、酸素、窒素の透過特性とは、酸素、窒素を透過することができる特性をいい、後に詳述する酸素、窒素の透過係数により示される特性である。   Here, in the gas separation composite membrane, the separation characteristics of oxygen and nitrogen refer to characteristics capable of separating oxygen and nitrogen from air, and are characteristics indicated by a separation coefficient described in detail later. Further, in the gas separation composite membrane, the oxygen and nitrogen permeation characteristics refer to characteristics capable of permeating oxygen and nitrogen, and are characteristics indicated by oxygen and nitrogen permeation coefficients described later in detail.

本発明の一態様に係る気体分離複合膜は、ポリ(4−メチルペンテン−1)とポリフマル酸エステルとを含む第1の気体分離層を備える。   A gas separation composite membrane according to one embodiment of the present invention includes a first gas separation layer containing poly (4-methylpentene-1) and polyfumarate.

これによれば、ポリ(4−メチルペンテン−1)は、窒素に比べて酸素が透過しやすいため、酸素と窒素を効率よく分離することができる。また、ポリフマル酸エステルは水面上に分離層を広げ易いという性質を有するため、この性質を利用することによって、分離層を水面展開法により容易に作製することができる。また、水面展開法により製造するときに均一な膜質の分離層を作製することができるので、酸素、窒素の分離特性と透過特性の両方が優れた気体分離複合膜を提供することができる。   According to this, since poly (4-methylpentene-1) allows oxygen to permeate more easily than nitrogen, it is possible to efficiently separate oxygen and nitrogen. Further, since the polyfumarate has a property that the separation layer is easily spread on the water surface, by utilizing this property, the separation layer can be easily formed by the water surface development method. In addition, since a separation layer having a uniform film quality can be produced when produced by the water surface spreading method, it is possible to provide a gas separation composite membrane excellent in both oxygen and nitrogen separation characteristics and permeation characteristics.

また、前記第1の気体分離層は、さらに、シロキサン系化合物を含んでもよい。   Further, the first gas separation layer may further contain a siloxane compound.

これによれば、シロキサン系化合物により分離層を構成する材料は水面に広がり結合し易くなるため、分離層を支持層に容易に転写することができる。なお、シロキサン系化合物としては、ポリジメチルシロキサンとスチレンとの共重合体などを用いることができる。   According to this, the material constituting the separation layer by the siloxane-based compound spreads on the water surface and is easily bonded, so that the separation layer can be easily transferred to the support layer. As the siloxane compound, a copolymer of polydimethylsiloxane and styrene or the like can be used.

また、前記第1の気体分離層は、さらに、一置換ポリジフェニルアセチレンまたは二置換ポリジフェニルアセチレンを含んでもよい。   Further, the first gas separation layer may further include monosubstituted polydiphenylacetylene or disubstituted polydiphenylacetylene.

これによれば、一置換ポリジフェニルアセチレンまたは二置換ポリジフェニルアセチレンは、窒素に比べて酸素を透過しやすいので酸素、窒素の分離特性と透過特性を向上することができる。なお、一置換ポリジフェニルアセチレンまたは二置換ポリジフェニルアセチレンとしては、ポリ(1−(p−t−ブチルフェニル)−2−フェニルアセチレン)やポリ(1−(p−トリメチルシリルフェニル)−2−フェニルアセチレン)などを用いることができる。   According to this, mono-substituted polydiphenylacetylene or disubstituted polydiphenylacetylene can easily transmit oxygen as compared with nitrogen, so that the separation characteristics and the transmission characteristics of oxygen and nitrogen can be improved. The monosubstituted polydiphenylacetylene or disubstituted polydiphenylacetylene includes poly (1- (pt-butylphenyl) -2-phenylacetylene) and poly (1- (p-trimethylsilylphenyl) -2-phenylacetylene. ) Can be used.

また、前記第1の気体分離層は、多孔質材料からなる支持層の上に設けられ、前記支持層と前記第1の気体分離層との間に、ポリフマル酸エステルとシロキサン系化合物と一置換ポリジフェニルアセチレンまたは二置換ポリジフェニルアセチレンとを含む第2の気体分離層を備えてもよい。   Further, the first gas separation layer is provided on a support layer made of a porous material, and a mono-substituted polyfumarate and a siloxane compound are provided between the support layer and the first gas separation layer. A second gas separation layer containing polydiphenylacetylene or disubstituted polydiphenylacetylene may be provided.

これによれば、分離層は支持層に密着し易くなるため、分離層が支持層から剥がれるのを抑制することができる。   According to this, since the separation layer easily adheres to the support layer, the separation layer can be suppressed from peeling off from the support layer.

また、前記第1の気体分離複合膜の上に、ポリフマル酸エステルとシロキサン系化合物とを含む保護層を備えてもよい。   Further, a protective layer containing a polyfumarate and a siloxane-based compound may be provided on the first gas separation composite membrane.

これによれば、気体が分離層を透過するときにシロキサン系化合物が分離層から支持層側へと移動しても、保護層から分離層にシロキサン系化合物が補充されることとなる。これにより、分離層の劣化を抑制することができる。また、ポリフマル酸エステルを含むことにより、水面上に保護層を広げ易くなるので、保護層を水面展開法により容易に作製することができる。   According to this, even if the siloxane compound moves from the separation layer to the support layer side when the gas permeates the separation layer, the siloxane compound is replenished from the protective layer to the separation layer. Thereby, deterioration of the separation layer can be suppressed. Further, since the protective layer is easily spread on the water surface by containing the polyfumarate, the protective layer can be easily formed by the water surface spreading method.

また、本発明の一態様に係る気体分離モジュールは、上述した特徴を有する気体分離複合膜を備える。   Further, a gas separation module according to one embodiment of the present invention includes a gas separation composite membrane having the above-described characteristics.

これによれば、上述した特徴を有する分離層を備えた気体分離モジュールを提供することができる。   According to this, it is possible to provide a gas separation module including a separation layer having the above-described characteristics.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Each of the embodiments described below shows one specific example of the present invention. Numerical values, shapes, materials, constituent elements, arrangement positions of constituent elements, connection forms, and the like shown in the following embodiments are merely examples, and do not limit the present invention. In addition, among the components in the following embodiments, components not described in the independent claims indicating the highest concept are described as arbitrary components.

(実施の形態)
[1.気体分離複合膜の構成]
はじめに、本実施の形態に係る気体分離複合膜の構成について説明する。図1は、気体分離複合膜の構成の一例を示す概略図である。
(Embodiment)
[1. Configuration of gas separation composite membrane]
First, the configuration of the gas separation composite membrane according to the present embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of the configuration of the gas separation composite membrane.

図1に示すように、本実施の形態に係る気体分離複合膜1は、支持層10と分離層12とを備えている。   As shown in FIG. 1, the gas separation composite membrane 1 according to the present embodiment includes a support layer 10 and a separation layer 12.

支持層10は、例えば、不織布の上に多孔質の材料がコーティングされた基体である。なお、支持層10の構成は、この構成に限らず、一方の面から他方の面に気体が通過可能な構成であれば他の構成であってもよい。   The support layer 10 is, for example, a substrate in which a nonwoven fabric is coated with a porous material. Note that the configuration of the support layer 10 is not limited to this configuration, and any other configuration may be used as long as gas can pass from one surface to the other surface.

分離層12は、例えば、ポリ(4−メチルペンテン−1)とポリフマル酸エステルとを少なくとも含む材料により構成されている。分離層12は、支持層10の上に形成されている。   The separation layer 12 is made of, for example, a material containing at least poly (4-methylpentene-1) and polyfumarate. The separation layer 12 is formed on the support layer 10.

なお、本実施形態の気体分離複合膜1においては、分離層12の側から空気を供給する。支持層10側へ透過した供給空気の一部は、酸素濃度の高い気体(酸素富化気体)となり、気体分離複合膜1を透過しなかった残りの空気は窒素濃度の高い気体(窒素冨化気体)となる。   In the gas separation composite membrane 1 of the present embodiment, air is supplied from the separation layer 12 side. A part of the supply air permeating to the support layer 10 side becomes a gas having a high oxygen concentration (oxygen-enriched gas), and the remaining air not permeating the gas separation composite membrane 1 is a gas having a high nitrogen concentration (nitrogen-enriched gas). Gas).

ここで、単位体積の酸素が、単位圧力差において単位面積の分離層を透過する時間を酸素透過係数PO[cc/sec・cmHg・cm]、単位体積の窒素が、単位圧力差において単位面積の分離層を透過する時間を窒素透過係数PN[cc/sec・cmHg・cm]という。また、PO/PNを分離係数αという。酸素透過係数POの値が大きいほど、分離層12を透過する酸素の流量は多くなるため、酸素の透過特性の優れた分離層12であるといえる。また、分離係数αの値が大きいほど、酸素と窒素とを分離、濃縮する分離特性の優れた分離層12であるといえる。 Here, the time during which a unit volume of oxygen permeates a unit area separation layer at a unit pressure difference is defined as an oxygen permeability coefficient PO 2 [cc / sec · cmHg · cm 2 ], and a unit volume of nitrogen is defined as a unit at a unit pressure difference. The time required to pass through the separation layer having the area is referred to as a nitrogen permeability coefficient PN 2 [cc / sec · cmHg · cm 2 ]. PO 2 / PN 2 is referred to as a separation coefficient α. As the value of the oxygen permeability coefficient PO 2 is large, the flow rate of oxygen passing through the separation layer 12 is made for many, it can be said that good a separation layer 12 of the transmission characteristic of the oxygen. In addition, it can be said that the larger the value of the separation coefficient α, the better the separation layer 12 that separates and concentrates oxygen and nitrogen and has excellent separation characteristics.

なお、分離層12は、本発明における第1の気体分離層に相当する。   Note that the separation layer 12 corresponds to the first gas separation layer in the present invention.

以下に、気体分離複合膜1の製造方法について説明する。   Hereinafter, a method for producing the gas separation composite membrane 1 will be described.

図2は、気体分離複合膜1の製造方法を示す図である。気体分離複合膜1は、水面展開法により支持層10の上へ形成される。水面展開法とは、水面に広げて浮かんだ膜状の物質に他の膜を当接し、膜状の物質を他の膜の上に転写する方法である。   FIG. 2 is a diagram illustrating a method for manufacturing the gas separation composite membrane 1. The gas separation composite membrane 1 is formed on the support layer 10 by a water surface spreading method. The water surface spreading method is a method in which another film is brought into contact with a film-like substance that has been spread and floated on the water surface, and the film-like substance is transferred onto another film.

図2に示すように、水面展開法に用いる製造容器30には水32が入れられており、水面と対向する位置にローラー34a、34bおよび34cが配置されている。ローラー34aには、支持層10がロール状に巻かれている。また、ローラー34bは、支持層10に分離層12を転写するときに支持層10と分離層12とを接触させるローラーである。また、ローラー34cは、分離層12が転写された支持層10、すなわち気体分離複合膜1を巻き取るためのローラーである。   As shown in FIG. 2, water 32 is put in a production container 30 used for the water surface spreading method, and rollers 34a, 34b and 34c are arranged at positions facing the water surface. The support layer 10 is wound in a roll shape around the roller 34a. The roller 34b is a roller for bringing the support layer 10 into contact with the separation layer 12 when transferring the separation layer 12 to the support layer 10. The roller 34c is a roller for winding the support layer 10 onto which the separation layer 12 has been transferred, that is, the gas separation composite membrane 1.

水面展開法では、はじめに分離層12を構成する材料と有機溶媒を配合した液材料12aを容器36内に準備する。容器36から管38を通して製造容器30の水32の中に液材料12aを供給する。水32の中に供給した液材料12aは水面に拡散して浮き、有機溶媒が蒸発し、膜状の分離層12となる。ここで、ローラー34aから送出された支持層10をローラー34bの位置で水32の水面に浮いていた分離層12に接触させる。これにより、水32の水面に浮いていた分離層12は支持層10に転写され、支持層10上に分離層12が積層された気体分離複合膜1が完成する。そして、分離層12が転写された支持層10すなわち気体分離複合膜1をローラー34cで巻き取りながら、連続して分離層12を支持層10に転写させる。これにより、大面積の気体分離複合膜1を得ることができる。   In the water surface development method, first, a liquid material 12a in which a material constituting the separation layer 12 and an organic solvent are blended is prepared in a container 36. The liquid material 12a is supplied from the container 36 to the water 32 of the manufacturing container 30 through the pipe 38. The liquid material 12a supplied into the water 32 diffuses and floats on the surface of the water, and the organic solvent evaporates, forming the separation layer 12 in the form of a film. Here, the support layer 10 sent out from the roller 34a is brought into contact with the separation layer 12 floating on the surface of the water 32 at the position of the roller 34b. As a result, the separation layer 12 floating on the surface of the water 32 is transferred to the support layer 10, and the gas separation composite membrane 1 in which the separation layer 12 is stacked on the support layer 10 is completed. Then, the separation layer 12 is continuously transferred to the support layer 10 while the support layer 10 to which the separation layer 12 is transferred, that is, the gas separation composite membrane 1 is wound up by the roller 34c. Thereby, a large-area gas separation composite membrane 1 can be obtained.

その後、大面積の気体分離複合膜1を所定の形状および大きさに切断することにより、所望の形状および大きさの気体分離複合膜1を得る。   Then, the gas separation composite membrane 1 having a desired shape and size is obtained by cutting the large-area gas separation composite membrane 1 into a predetermined shape and size.

なお、分離層12を構成する材料は、上述したポリ(4−メチルペンテン−1)とポリフマル酸エステルとに限らず、例えば、ポリ(4−メチルペンテン−1)とポリフマル酸エステルに加えてさらにシロキサン系化合物を含むものであってもよい。   The material forming the separation layer 12 is not limited to the above-mentioned poly (4-methylpentene-1) and polyfumarate, but may be, for example, poly (4-methylpentene-1) and polyfumarate. It may contain a siloxane compound.

また、分離層12を構成する材料は、上述したポリ(4−メチルペンテン−1)とポリフマル酸エステルとに限らず、例えば、ポリ(4−メチルペンテン−1)とポリフマル酸エステルに、さらに一置換ポリジフェニルアセチレンまたは二置換ポリジフェニルアセチレンを含むものであってもよい。また、分離層12を構成する材料は、ポリ(4−メチルペンテン−1)とフマル酸エステルとシロキサン系化合物に、さらに一置換ポリジフェニルアセチレンまたは二置換ポリジフェニルアセチレンを含むものであってもよい。   Further, the material forming the separation layer 12 is not limited to the above-mentioned poly (4-methylpentene-1) and polyfumarate, but may be, for example, poly (4-methylpentene-1) and polyfumarate. It may contain substituted polydiphenylacetylene or disubstituted polydiphenylacetylene. Further, the material forming the separation layer 12 may further include mono-substituted polydiphenylacetylene or di-substituted polydiphenylacetylene in addition to poly (4-methylpentene-1), fumaric acid ester, and siloxane compound. .

なお、気体分離複合膜1の構成は、上述した構成に限らず、他の構成であってもよい。例えば、以下に示す気体分離複合膜2〜4のような構成であってもよい。図3〜図5は、気体分離複合膜の構成の他の例を示す概略図である。   The configuration of the gas separation composite membrane 1 is not limited to the configuration described above, and may be another configuration. For example, a configuration like the following gas separation composite membranes 2 to 4 may be used. 3 to 5 are schematic diagrams showing another example of the configuration of the gas separation composite membrane.

図3に示す気体分離複合膜2は、支持層10と分離層12との間にアンダーコート層14を備えている以外は、気体分離複合膜1と同じ構成を備えている。つまり、気体分離複合膜2は、支持層10と、アンダーコート層14と、分離層12とをこの順に積層した構成である。   The gas separation composite membrane 2 shown in FIG. 3 has the same configuration as the gas separation composite membrane 1 except that an undercoat layer 14 is provided between the support layer 10 and the separation layer 12. That is, the gas separation composite membrane 2 has a configuration in which the support layer 10, the undercoat layer 14, and the separation layer 12 are laminated in this order.

アンダーコート層14は、例えば、ポリフマル酸エステルとシロキサン系化合物と一置換ポリジフェニルアセチレンまたは二置換ポリジフェニルアセチレンとを含む材料により構成されている。支持層10と分離層12との間にアンダーコート層14を備えることにより、分離層12は支持層10に密着し易くなるため、分離層12が支持層10から剥がれるのを抑制することができる。   The undercoat layer 14 is made of, for example, a material containing a polyfumaric acid ester, a siloxane-based compound, and monosubstituted polydiphenylacetylene or disubstituted polydiphenylacetylene. By providing the undercoat layer 14 between the support layer 10 and the separation layer 12, the separation layer 12 is easily adhered to the support layer 10, so that the separation layer 12 can be prevented from peeling off from the support layer 10. .

なお、アンダーコート層14は、本発明における第2の気体分離層に相当する。   Note that the undercoat layer 14 corresponds to the second gas separation layer in the present invention.

また、図4に示す気体分離複合膜3は、分離層12の上に保護層16を備えている以外は、気体分離複合膜1と同じ構成を備えている。保護層16は、例えば、ポリフマル酸エステルとシロキサン系化合物とを含む材料により構成されている。気体分離複合膜3において、分離層12の上に保護層16を備えることにより、シロキサン系化合物が分離層12から支持層10へと移動しても、保護層16から分離層12にシロキサン系化合物を補充することができるので、分離層12の劣化を抑制することができる。   Further, the gas separation composite membrane 3 shown in FIG. 4 has the same configuration as the gas separation composite membrane 1 except that a protective layer 16 is provided on the separation layer 12. The protective layer 16 is made of, for example, a material containing a polyfumarate and a siloxane-based compound. By providing the protective layer 16 on the separation layer 12 in the gas separation composite membrane 3, even if the siloxane compound moves from the separation layer 12 to the support layer 10, the siloxane compound is transferred from the protection layer 16 to the separation layer 12. Can be replenished, so that deterioration of the separation layer 12 can be suppressed.

また、図5に示す気体分離複合膜4は、支持層10の上にアンダーコート層14を備え、分離層12の上に保護層16を備えている。つまり、上述した気体分離複合膜2および3の構成を組み合わせた構成である。   Further, the gas separation composite membrane 4 shown in FIG. 5 includes an undercoat layer 14 on the support layer 10 and a protective layer 16 on the separation layer 12. That is, the configuration is a combination of the configurations of the gas separation composite membranes 2 and 3 described above.

[2.気体分離モジュール]
次に、上述した気体分離複合膜1を使用した気体分離モジュールの一例を示す。
[2. Gas separation module]
Next, an example of a gas separation module using the above-described gas separation composite membrane 1 will be described.

図6は、実施の形態に係る気体分離モジュールの構成を示す外観斜視図である。図7は、実施の形態に係る気体分離モジュールの構成を示す分解斜視図である。   FIG. 6 is an external perspective view illustrating the configuration of the gas separation module according to the embodiment. FIG. 7 is an exploded perspective view showing the configuration of the gas separation module according to the embodiment.

図6に示すように、気体分離モジュール40は、気体分離複合膜1が両面に設けられた枠体42が複数層積層された構成である。なお、積層された枠体42の上下には、支持体43が配置されている。各枠体42の間には、隙間44が設けられており、隙間44の一端側から空気が流入し、他端側から酸素濃度が減少し、窒素濃度が増加した窒素冨化気体が流出する。   As shown in FIG. 6, the gas separation module 40 has a configuration in which a plurality of frames 42 each having the gas separation composite membrane 1 provided on both sides are stacked. Note that a support body 43 is disposed above and below the stacked frame bodies 42. A gap 44 is provided between the frame bodies 42, air flows in from one end of the gap 44, and nitrogen-enriched gas having a reduced oxygen concentration and an increased nitrogen concentration flows out from the other end. .

各枠体42は、図7に示すように、複数の開口45を有している。そして、複数の開口45を覆うように、枠体42の両面に気体分離複合膜1が設けられている。ここで、気体分離膜1は、支持層10側を内側(枠体42側)に向けて、分離層12側を外側に向けて、枠体42に取り付けられている。開口45の位置において気体分離複合膜1を透過した酸素濃度が増加した酸素富化気体は、枠体42に設けられた流出口46から流出する。なお、複数の開口45の大きさおよび位置は、どのようなものであってもよい。また、開口45は複数あってもよい。   Each frame 42 has a plurality of openings 45, as shown in FIG. The gas separation composite membrane 1 is provided on both surfaces of the frame 42 so as to cover the plurality of openings 45. Here, the gas separation membrane 1 is attached to the frame 42 with the support layer 10 side facing inward (the frame 42 side) and the separation layer 12 side facing out. The oxygen-enriched gas having an increased oxygen concentration permeated through the gas separation composite membrane 1 at the position of the opening 45 flows out of an outlet 46 provided in the frame 42. The size and position of the plurality of openings 45 may be any. Further, a plurality of openings 45 may be provided.

図8は、気体分離モジュール40の気体分離の原理を示す模式図である。図8では、図6に示したVIII−VIII線における枠体42および気体分離複合膜の断面を模式的に示している。   FIG. 8 is a schematic diagram illustrating the principle of gas separation of the gas separation module 40. FIG. 8 schematically shows a cross section of the frame body 42 and the gas separation composite membrane along the line VIII-VIII shown in FIG.

図8に示すように、気体分離モジュール40の隙間44の一端側から空気を流入すると、流入した空気の一部は、気体分離複合膜1を透過し、枠体42の中を通って流出口46から流出する。また、気体分離複合膜1を透過しなかった空気は、気体分離モジュール40の隙間44の他端側から流出する。このとき、気体分離複合膜1を透過した空気は酸素濃度が高く、気体分離複合膜1を透過しなかった空気は、酸素濃度が低くなったため窒素濃度が高くなる。このように、気体分離モジュール40に流入した空気は、酸素濃度が高い酸素富化気体と窒素濃度が高い窒素冨化気体に分離される。   As shown in FIG. 8, when air flows in from one end of the gap 44 of the gas separation module 40, a part of the flowed air passes through the gas separation composite membrane 1, passes through the frame 42, and flows out of the frame 42. Outflow from 46. The air that has not passed through the gas separation composite membrane 1 flows out from the other end of the gap 44 of the gas separation module 40. At this time, the air that has passed through the gas separation composite membrane 1 has a high oxygen concentration, and the air that has not passed through the gas separation composite membrane 1 has a low oxygen concentration and therefore has a high nitrogen concentration. As described above, the air flowing into the gas separation module 40 is separated into an oxygen-enriched gas having a high oxygen concentration and a nitrogen-enriched gas having a high nitrogen concentration.

なお、気体分離モジュール40に用いる気体分離複合膜としては、気体分離複合膜1の構成に限らず、例えば、気体分離複合膜2〜4のような構成であってもよい。   The gas separation composite membrane used for the gas separation module 40 is not limited to the configuration of the gas separation composite membrane 1, but may be a configuration such as the gas separation composite membranes 2 to 4.

以下、気体分離複合膜の実施例について説明する。以下に示す実施例では、上述した気体分離複合膜2および4と同様の構成の気体分離複合膜を作製した。図9に、各実施例および比較例で用いた各層を構成する材料とそれらを含む液材料を準備する際に用いた有機溶媒を示す。液材料は、各層を構成する成分が図中に示す割合になるように有機溶媒で調整した。それぞれの有機溶媒は、図中に記載の重量比で混合したものを用いた。   Hereinafter, examples of the gas separation composite membrane will be described. In the examples described below, a gas separation composite membrane having the same configuration as the above-described gas separation composite membranes 2 and 4 was manufactured. FIG. 9 shows the materials constituting each layer used in each of the examples and the comparative examples, and the organic solvents used when preparing the liquid material containing them. The liquid material was adjusted with an organic solvent so that the components constituting each layer had the ratios shown in the figure. Each organic solvent used was mixed at the weight ratio shown in the figure.

次に、上述した水面展開法を用いて、水面に拡散して浮かせ、有機溶媒を蒸発させることにより、層状のアンダーコート層、分離層および保護層を作製した。そして、それぞれの気体分離複合膜の構成に応じて、180μmの厚さのポリエーテルスルホン多孔質材料からなる支持層上に順次転写することにより、支持層上に各層が積層された気体分離複合膜を作製した。   Next, a layered undercoat layer, a separation layer and a protective layer were prepared by diffusing and floating on the water surface and evaporating the organic solvent using the above-mentioned water surface spreading method. Then, according to the configuration of each gas separation composite membrane, by sequentially transferring onto a support layer made of a porous polyether sulfone material having a thickness of 180 μm, each layer is laminated on the support layer. Was prepared.

また、比較例として、上記特許文献1に記載されているのと同様に、ポリ(4−メチルペンテン−1)を含まない膜を用いて気体分離複合膜を作製した。すなわち、本比較例の気体分離複合膜は、各実施例で用いたものと同じ支持層の上に、図9に示すアンダーコート層を4層積層した後、図9に示す保護層Aを2層積層した構成を備えている。この構成では、アンダーコート層が分離層を兼ねていることになる。   Further, as a comparative example, a gas separation composite membrane was produced using a membrane not containing poly (4-methylpentene-1) as described in Patent Document 1. That is, in the gas separation composite membrane of this comparative example, after the four undercoat layers shown in FIG. 9 were laminated on the same support layer used in each example, the protective layer A shown in FIG. It has a layered configuration. In this configuration, the undercoat layer also serves as the separation layer.

図10は、各実施例および比較例に係る気体分離複合膜の膜特性を示す図である。膜特性としては、各気体分離複合膜の酸素透過係数PO、窒素透過係数PN、分離係数α(=PO/PN)、酸素濃度、酸素流量を計測した。酸素透過係数POおよび窒素透過係数PNは、5ccの酸素または窒素が、気体分離複合膜の両側の圧力差を73.5cmHgとした場合に、面積10.2cmの気体分離複合膜を透過するのに要する時間[sec]より算出した。酸素濃度および酸素流量は、気体分離複合膜の両側の圧力差を61.2kPaとした場合に、面積334cmの気体分離複合膜を透過した気体(酸素富化気体)中の酸素濃度[%]と酸素富化気体の流量[L/min]を計測したものである。 FIG. 10 is a diagram illustrating membrane characteristics of the gas separation composite membrane according to each of the examples and the comparative example. As the membrane characteristics, the oxygen permeation coefficient PO 2 , nitrogen permeation coefficient PN 2 , separation coefficient α (= PO 2 / PN 2 ), oxygen concentration, and oxygen flow rate of each gas separation composite membrane were measured. The oxygen permeability coefficient PO 2 and the nitrogen permeability coefficient PN 2 are such that 5 cc of oxygen or nitrogen permeates a gas separation composite membrane having an area of 10.2 cm 2 when the pressure difference between both sides of the gas separation composite membrane is 73.5 cmHg. It was calculated from the time [sec] required to perform the measurement. The oxygen concentration and the oxygen flow rate are as follows: when the pressure difference between both sides of the gas separation composite membrane is 61.2 kPa, the oxygen concentration [%] in the gas (oxygen-enriched gas) that has passed through the gas separation composite membrane having an area of 334 cm 2 . And the flow rate [L / min] of the oxygen-enriched gas.

図10に示すように、実施例1〜6のいずれにおいても、比較例よりも高い分離係数αが得られた。したがって、実施例1〜6に係る気体分離複合膜は、比較例にかかる気体分離複合膜に比べて酸素の分離特性が向上していることがわかる。また、実施例1〜6のいずれにおいても、比較例よりも小さい酸素透過係数POが得られた。したがって、実施例1〜6に係る気体分離複合膜は、比較例にかかる気体分離複合膜に比べて酸素の透過量が多く、酸素透過特性が向上している。以上より、実施例1〜6に係る気体分離複合膜は、酸素の分離特性と透過特性の両方が優れているといえる。 As shown in FIG. 10, in each of Examples 1 to 6, a higher separation coefficient α was obtained than in the comparative example. Therefore, it can be seen that the gas separation composite membranes according to Examples 1 to 6 have improved oxygen separation characteristics as compared with the gas separation composite membrane according to the comparative example. In any of Examples 1 to 6, a small oxygen permeability coefficient PO 2 were obtained than in Comparative Example. Therefore, the gas separation composite membranes according to Examples 1 to 6 have a higher oxygen permeation amount and improved oxygen permeation characteristics than the gas separation composite membrane according to the comparative example. From the above, it can be said that the gas separation composite membranes according to Examples 1 to 6 have both excellent oxygen separation characteristics and oxygen permeation characteristics.

以上、本発明の実施の形態および変形例に係る気体分離複合膜について説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。   As described above, the gas separation composite membrane according to the embodiment and the modification of the present invention has been described, but the present invention is not limited to this embodiment.

例えば、気体分離複合膜は、上述した気体分離複合膜1〜4のいずれの構成であってもよいし、気体分離複合膜1〜4は分離層12、アンダーコート層14、保護層16を複数層備える構成としてもよい。   For example, the gas separation composite membrane may have any configuration of the above-described gas separation composite membranes 1 to 4, and the gas separation composite membranes 1 to 4 may include a plurality of separation layers 12, undercoat layers 14, and protective layers 16. It is good also as composition provided with a layer.

また、上述した気体分離複合膜1の製造方法は一例であり、気体分離複合膜の製造方法は、上述した水面展開法に限定されず、他の製造方法により作製してもよい。   Also, the above-described method for manufacturing the gas separation composite membrane 1 is an example, and the method for manufacturing the gas separation composite membrane is not limited to the above-described water surface development method, and may be manufactured by another manufacturing method.

また、上述した材料の構成、組み合わせは一例であり、気体分離複合膜の分離層、アンダーコート層、保護層を構成する材料は、上述した材料に限らず他の材料および組み合わせであってもよい。   Further, the configuration and combination of the above-described materials are merely examples, and the materials constituting the separation layer, the undercoat layer, and the protective layer of the gas separation composite membrane are not limited to the above-described materials, and may be other materials and combinations. .

また、上記で用いた数字は、全て本発明を具体的に説明するために例示するものであり、本発明は例示された数字に制限されない。   In addition, the numbers used above are all examples for specifically describing the present invention, and the present invention is not limited to the illustrated numbers.

以上、一つまたは複数の態様に係る気体分離複合膜について、実施の形態および実施例に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態および実施例に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態および実施例に施したものや、異なる実施の形態および実施例における構成要素を組み合わせて構築される形態も、一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。   As described above, the gas separation composite membrane according to one or more aspects has been described based on the embodiments and the examples. However, the present invention is not limited to the embodiments and the examples. Unless departing from the spirit of the present invention, various modifications conceivable to those skilled in the art may be applied to the present embodiment and examples, and a form constructed by combining components in different embodiments and examples may be one. Or you may be included in the range of several aspects.

本発明は、燃焼機器を備えた自動車、空調機器、医療機器等に使用される気体分離複合膜に適用できる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to a gas separation composite membrane used for an automobile, an air conditioner, a medical device, or the like having a combustion device.

1、2、3、4 気体分離複合膜
10 支持層
12 分離層(第1の気体分離層)
12a 液材料
14 アンダーコート層(第2の気体分離層)
16 保護層
30 製造容器
32 水
34a、34b、34c ローラー
36 容器
38 管
40 気体分離モジュール
42 枠体
43 支持体
44 隙間
45 開口
46 流出口
1, 2, 3, 4 Gas separation composite membrane 10 Support layer 12 Separation layer (first gas separation layer)
12a Liquid material 14 Undercoat layer (second gas separation layer)
Reference Signs List 16 protection layer 30 manufacturing container 32 water 34a, 34b, 34c roller 36 container 38 tube 40 gas separation module 42 frame 43 support 44 gap 45 opening 46 outflow

Claims (5)

ポリ(4−メチルペンテン−1)とポリフマル酸エステルとを含む第1の気体分離層を備え
前記第1の気体分離層は、多孔質材料からなる支持層の上に設けられ、
前記支持層と前記第1の気体分離層との間に、ポリフマル酸エステルとシロキサン系化合物と一置換ポリジフェニルアセチレンまたは二置換ポリジフェニルアセチレンとを含む第2の気体分離層を備える
気体分離複合膜。
A first gas separation layer containing poly (4-methylpentene-1) and polyfumarate ,
The first gas separation layer is provided on a support layer made of a porous material,
A gas separation composite membrane comprising a second gas separation layer between the support layer and the first gas separation layer, the second gas separation layer containing a polyfumarate, a siloxane-based compound, and mono- or poly-substituted polydiphenylacetylene. .
前記第1の気体分離層は、さらに、シロキサン系化合物を含む
請求項1に記載の気体分離複合膜。
The composite gas separation membrane according to claim 1, wherein the first gas separation layer further contains a siloxane compound.
前記第1の気体分離層は、さらに、一置換ポリジフェニルアセチレンまたは二置換ポリジフェニルアセチレンを含む
請求項1または2に記載の気体分離複合膜。
The gas separation composite membrane according to claim 1, wherein the first gas separation layer further includes monosubstituted polydiphenylacetylene or disubstituted polydiphenylacetylene.
前記第1の気体分離複合膜の上に、ポリフマル酸エステルとシロキサン系化合物とを含む保護層を備える
請求項1〜のいずれか1項に記載の気体分離複合膜。
The gas separation composite membrane according to any one of claims 1 to 3 , further comprising a protective layer including a polyfumarate ester and a siloxane-based compound on the first gas separation composite membrane.
請求項1〜のいずれか1項に記載の気体分離複合膜を備える
気体分離モジュール。
A gas separation module comprising the gas separation composite membrane according to any one of claims 1 to 4 .
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