JPH0693987B2 - Gas separation membrane and gas separation method - Google Patents

Gas separation membrane and gas separation method

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JPH0693987B2
JPH0693987B2 JP1041547A JP4154789A JPH0693987B2 JP H0693987 B2 JPH0693987 B2 JP H0693987B2 JP 1041547 A JP1041547 A JP 1041547A JP 4154789 A JP4154789 A JP 4154789A JP H0693987 B2 JPH0693987 B2 JP H0693987B2
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gas separation
vapor
separation membrane
gas
aromatic polyimide
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貫次 中川
好男 朝倉
俊介 中西
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Ube Corp
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Ube Industries Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ビフェニルテトラカルボン酸類を主成分と
するテトラカルホン酸成分と、1,4-ビス(4-アミノフェ
ノキシ)ベンゼン(以下、TPEQと略記する)類、およ
び、ジアミノジフェニルエーテル(以下、DATEと略記す
る)類または1,3-ビス(アミノフェノキシ)ベンゼン
(以下、TRERと略記する)類を主成分とするジアミン成
分とを共重合して得られた芳香族ポリイミドからなる水
蒸気透過性、耐熱水性などが優れているガス分離膜、お
よび、そのガス分離膜に、有機物蒸気と水蒸気とを主と
して含む混合蒸気を接触させて、前記水蒸気を選択的に
透過させて、混合蒸気のガス分離を行い、高い濃度の有
機物蒸気を製造する方法に係わる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of application] The present invention relates to a tetracarbonic acid component containing biphenyltetracarboxylic acids as a main component and 1,4-bis (4-aminophenoxy) benzene (hereinafter abbreviated as TPEQ). And a diamine component containing diaminodiphenyl ether (hereinafter abbreviated as DATE) or 1,3-bis (aminophenoxy) benzene (hereinafter abbreviated as TRER) as a main component. Water vapor permeability comprising the obtained aromatic polyimide, a gas separation membrane having excellent hot water resistance, and the like, and the gas separation membrane is brought into contact with a mixed vapor mainly containing an organic vapor and water vapor to select the water vapor. Permeation of the mixed vapor to separate the vapor, and to produce a high-concentration organic vapor.

〔従来技術の説明〕[Description of Prior Art]

最近、芳香族ポリイミドは、ポリアミド膜、セルロース
膜、酢酸セルロース膜などよりも耐熱性、耐薬品性など
に優れているので、分離膜の素材として最近注目されて
きており、多種の芳香族ポリイミド製のガス分離膜が水
分離用に提案されつつある。
Aromatic polyimides have recently been attracting attention as a material for separation membranes because they are superior in heat resistance and chemical resistance to polyamide membranes, cellulose membranes, and cellulose acetate membranes. Gas separation membranes are being proposed for water separation.

例えば、特開昭63-247415号公報に示されているよう
に、水蒸気を含有する有機溶剤の混合蒸気などから、水
分(水蒸気)を除去することによって高い濃度の有機溶
媒を得るためのガス分離膜脱水プロセス(蒸気透過法)
が提案されつつある。
For example, as disclosed in JP-A-63-247415, gas separation for obtaining a high-concentration organic solvent by removing water (water vapor) from a mixed vapor of an organic solvent containing water vapor. Membrane dehydration process (vapor permeation method)
Is being proposed.

前記の蒸気透過法に使用されるガス分離膜は、約70℃以
上の高温下の含水混合蒸気と接触してガス分離が行われ
るので、その材質によっては、加水分解作用によってガ
ス分離膜が劣化してしまい、耐熱水性の高い素材からな
るガス分離膜が必要とされていた。
The gas separation membrane used in the vapor permeation method described above is contacted with a water-containing mixed vapor at a high temperature of about 70 ° C or higher for gas separation, and therefore, depending on the material, the gas separation membrane deteriorates due to hydrolysis. Therefore, a gas separation membrane made of a material having high hot water resistance has been required.

しかし、公知の芳香族ポリイミド製のガス分離膜は、耐
熱性、耐久性などが、かなり高いものであるが、高温下
に、水蒸気含有混合蒸気と接触して濡れると、加水分解
などによる分離膜の劣化が開始し、しだいにその劣化が
進行するので、分離膜の透過性能や分離的強度などの低
下を招くという耐久性能において問題点があり、必ずし
も充分に満足できるものではなかった。
However, the known aromatic polyimide gas separation membrane has considerably high heat resistance and durability, but when it comes into contact with the steam-containing mixed vapor at high temperature and gets wet, the separation membrane due to hydrolysis or the like. Since the deterioration of No. 1 started and the deterioration gradually progressed, there was a problem in the durability performance that the permeation performance of the separation membrane and the separation strength were deteriorated, and it was not always satisfactory.

〔本発明の解決すべき問題点〕[Problems to be Solved by the Present Invention]

この発明は、水蒸気を含有する有機物の混合蒸気を蒸気
透過性により水蒸気を選択的に分離して、高濃度の有機
蒸気を得る際に、ガス分離膜に供給される混合蒸気によ
ってガス分離膜の表面が濡れても、ガス分離膜が、ガス
分離性能、機械的物性について、実質的に長期間劣化せ
ず、長期間にわたって安定な分離性能を保持して、混合
蒸気のガス分離に使用することができる芳香族ポリイミ
ド製のガス分離膜を提供すること、および、そのような
ガス分離膜を使用して混合蒸気のガス分離を長期間にわ
たって再現性よく行うことができるガス分離法を提供す
ることを目的とするものである。
The present invention selectively separates a mixed vapor of an organic vapor containing steam by vapor permeability to obtain a high-concentration organic vapor, and when a high-concentration organic vapor is obtained, the mixed vapor supplied to the gas separation membrane forms a gas separation membrane. Even if the surface gets wet, the gas separation membrane does not deteriorate in gas separation performance and mechanical properties for a long period of time, and it maintains stable separation performance for a long period of time, and is used for gas separation of mixed vapors. To provide a gas separation membrane made of aromatic polyimide capable of achieving the above, and to provide a gas separation method capable of reproducibly performing gas separation of a mixed vapor using such a gas separation membrane for a long period of time. The purpose is.

〔問題を解決するための手段〕[Means for solving problems]

この出願の第1の発明は、一般式I で示される反復単位Aと、 一般式II または、一般式III で示される反復単位Bとから主としてなり、前記の反復
単位のモル比(A:B)が30:70〜90:10である芳香族ポリ
イミドからなり、 水蒸気透過速度が、0.5×10-3cm3/cm2・sec・cmHg以上
であることを特徴とするガス分離膜に関するものであ
り、そして、 この出願の第2の発明は、前記の芳香族ポリイミド製の
ガス分離膜の一方の側に、有機物蒸気と水蒸気とを主と
して含む混合蒸気を、70℃以上の温度で接触させて、前
記水蒸気を選択的に透過させることを特徴とする水蒸気
混合気体のガス分離法に関する。
The first invention of this application is the general formula I A repeating unit A represented by the general formula II Or the general formula III And an aromatic polyimide having a molar ratio (A: B) of the repeating units of 30:70 to 90:10, and a water vapor transmission rate of 0.5 × 10 −3 cm 2. 3 / cm 2 · sec · cmHg or more, the present invention relates to a gas separation membrane, and the second invention of this application is one side of the gas separation membrane made of the aromatic polyimide. The present invention relates to a gas separation method for a steam-mixed gas, wherein a mixed steam mainly containing an organic vapor and steam is contacted at a temperature of 70 ° C. or higher to selectively permeate the steam.

この発明のガス分離膜に使用される芳香族ポリイミド
は、一般式Iで示される構造式からなる反復単位Aと、
一般式IIまたはIIIで示される構造式からなる反復単位
Bとから主としてなるもの(好ましくは、『芳香族ポリ
イミドの反復単位全部』に対する『反復単位AとBとの
合計』の含有率が60モル%以上、特に好ましくは80〜10
0モル%であるもの)であり、しかも、前記の反復単位
AとBとのモル比(A:B)が、30:70〜90:10、好ましく
は35:65〜85:15である芳香族ポリイミドである。
The aromatic polyimide used in the gas separation membrane of the present invention comprises a repeating unit A having a structural formula represented by the general formula I:
Mainly composed of a repeating unit B having a structural formula represented by the general formula II or III (preferably, the content of "the total of repeating units A and B" to "all the repeating units of the aromatic polyimide" is 60 mol). % Or more, particularly preferably 80 to 10
Aroma in which the molar ratio (A: B) of the repeating units A and B is 30:70 to 90:10, preferably 35:65 to 85:15. Group polyimide.

前記の芳香族ポリイミドは、 (a) ビフェニルテトラカルボン酸類を主成分とする
(好ましくは80モル%以上、特に好ましくは90〜100モ
ル%含有する)テトラカルボン酸成分と、 (b) 一般式Iに係わる『1,4-ビス(4-アミノフェノ
キシ)ベンゼン(TPEQ)』、および、 一般式IIに係わる『ジアミノジフェニルエーテル(DAD
E)類』、または、一般式IIIに係わる『1,3-ビス(アミ
ノフェノキシ)ベンゼン(TPER)類』を主成分とする
(好ましくは、『ジアミン成分全部』に対する『前記の
TPEQ、DADE類およびTPER類の合計』の含有率が80モル%
以上、特に90〜100モル%である)ジアミン成分とを、 フェノール系化合物などの有機溶媒中、重合・イミド化
して製造された可溶性の芳香族ポリイミド(共重合体)
であって、しかも、前記の反復単位AとBとのモル比
(A:B)が30:70〜90:10である芳香族ポリイミドであ
る。
The aromatic polyimide is (a) a tetracarboxylic acid component containing biphenyltetracarboxylic acids as a main component (preferably 80 mol% or more, particularly preferably 90 to 100 mol%), and (b) the general formula I "1,4-bis (4-aminophenoxy) benzene (TPEQ)" relating to the above, and "diaminodiphenyl ether (DAD
E) ”or“ 1,3-bis (aminophenoxy) benzene (TPER) related to the general formula III ”as a main component (preferably,“ all of the diamine components ”above“
The total content of TPEQ, DADEs and TPERs ”is 80 mol%
Soluble aromatic polyimide (copolymer) produced by polymerizing and imidizing a diamine component (above 90% to 100% by mole) with an organic solvent such as a phenolic compound.
The aromatic polyimide has a molar ratio (A: B) of the repeating units A and B of 30:70 to 90:10.

前記のビフェニルテトラカルボン酸類としては、3,3′,
4,4′‐ビフェニルテトラカルボン酸、その酸二無水
物、または、その酸エステル化物、あるいは、2,3,3′,
4′‐ビフェニルテトラカルボン酸、その酸二無水物、
または、その酸エステル化物などを挙げることができ
る。
The above-mentioned biphenyltetracarboxylic acids include 3,3 ′,
4,4'-biphenyltetracarboxylic acid, its acid dianhydride, or its acid esterified product, or 2,3,3 ',
4'-biphenyltetracarboxylic acid, its acid dianhydride,
Alternatively, its acid esterified product can be used.

前記の芳香族ポリイミドの製造において使用されるテト
ラカルボン酸成分は、前記の3,3′,4,4′‐ビフェニル
テトラカルボン酸類が特に好ましく、また、前記のビフ
ェニルテトラカルボン酸類のほかに、ピロメリット酸、
ベンゾフェノンテトラカルボン酸、ジフェニルエーテル
テトラカルボン酸、2,2-ビス〔4-ジカルボキシフェノキ
シ)フェニル〕プロパン、あるいは、それらの酸二無水
物、酸エステル化物などを、少ない割合(20モル%以
下、特に10モル%以下の割合)で使用することができ
る。
The tetracarboxylic acid component used in the production of the aromatic polyimide is particularly preferably the above 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic acid, and in addition to the above biphenyltetracarboxylic acid, a Meritic acid,
Benzophenone tetracarboxylic acid, diphenyl ether tetracarboxylic acid, 2,2-bis [4-dicarboxyphenoxy) phenyl] propane, or their dianhydrides, acid esterified products, etc. in a small proportion (20 mol% or less, especially It can be used at a ratio of 10 mol% or less).

この発明において、芳香族ポリイミドの製造に使用する
ジアミン成分の一つであるDADE類としては、4,4′−ジ
アミノジフェニルエーテル、3,4′−ジアミノジフェニ
ルエーテル、3,3′−ジアミノジフェニルエーテルを挙
げることができる。
In the present invention, DADEs, which is one of the diamine components used in the production of aromatic polyimide, include 4,4′-diaminodiphenyl ether, 3,4′-diaminodiphenyl ether, and 3,3′-diaminodiphenyl ether. You can

また、ジアミン成分の一つであるTPER類としては、1,3-
ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(3-ア
ミノフェノキシ)ベンゼンなどを挙げることができる。
Also, as TPERs, which is one of the diamine components, 1,3-
Examples thereof include bis (4-aminophenoxy) benzene and 1,3-bis (3-aminophenoxy) benzene.

この発明においては、前記の芳香族ポリイミドの製造に
おいて使用されるジアミン成分は、前記のTPEQ、DADE類
およびTPER類のほかに、例えば、4,4′−ジアミノジフ
ェニルメタン、3,4′−ジアミノジフェニルメタン、4,
4′−ジアミノジフェニルスルホン、4,4′−ジアミノベ
ンゾフェノン、2,2-ビス(4-アミノフェニル)プロパ
ン、2-(4-アミノフェニル)−2-(3-アミノフェニル)
プロパン、2,2-〔4-(4-アミノフェノキシ)フェニル〕
プロパン、o-トリジン、o-、m-又はp-フェニレンジアミ
ン、3,5-ジアミノ安息香酸、2,6-ジアミノピリジン、1,
4-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(4-
アミノフェノキシ)ベンゼン、ビス〔4-(4-アミノフェ
ノキシ)フェニル〕スルホンなどを、少くない割合(20
モル%以下、特に10モル%以下の割合)で併用すること
ができる。
In the present invention, the diamine component used in the production of the aromatic polyimide is, for example, 4,4′-diaminodiphenylmethane or 3,4′-diaminodiphenylmethane in addition to the TPEQ, DADEs and TPERs. ,Four,
4'-diaminodiphenyl sulfone, 4,4'-diaminobenzophenone, 2,2-bis (4-aminophenyl) propane, 2- (4-aminophenyl) -2- (3-aminophenyl)
Propane, 2,2- [4- (4-aminophenoxy) phenyl]
Propane, o-tolidine, o-, m- or p-phenylenediamine, 3,5-diaminobenzoic acid, 2,6-diaminopyridine, 1,
4-bis (4-aminophenoxy) benzene, 1,3-bis (4-
Aminophenoxy) benzene, bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] sulfone, etc., in a small proportion (20
It can be used in combination at a ratio of not more than mol%, particularly not more than 10 mol%.

この発明のガス分離膜において、水蒸気透過速度が、0.
5×10-3cm3/cm2・sec・cmHg以上、好ましくは0.6×10-3
〜2.5×10-3cm3/cm2・sec・cmHg程度であればよく、そ
して、例えば、水蒸気の透過速度とメタノール蒸気の透
過速度との比(PH2O/PEtoH、ガス分離性能)が、20以
上、特に45以上であることが好ましい。
In the gas separation membrane of the present invention, the water vapor transmission rate is 0.
5 × 10 -3 cm 3 / cm 2・ sec ・ cmHg or more, preferably 0.6 × 10 -3
It may be about 2.5 × 10 −3 cm 3 / cm 2 · sec · cmHg, and, for example, the ratio of water vapor permeation rate to methanol vapor permeation rate (PH 2 O / PEtoH, gas separation performance) , 20 or more, particularly 45 or more.

この発明のガス分離膜において、一般式Iで示される構
造式からなる反復単位Aと一般式IIからなる構造式から
なる反復単位B1とからなる芳香族ポリイミド製のガス分
離膜においては、前記反復単位AとB1とのモル比(A:
B1)が、30:70〜70:40、特に好ましくは35:65〜65:35で
ある芳香族ポリイミドからなるものが、水蒸気透過性が
高く、しかも、分離膜の物性、その物性の保持性能(耐
熱水性)などにおいて特に優れているので、好適であ
り、また、 一般式Iで示される構造式からなる反復単位Aと一般式
IIIで示される構造式からなる反復単位B2とからなる芳
香族ポリイミド製のガス分離膜においては、前記反復単
位AとB2とのモル比(A:B2)が、50:50〜90:10、特に好
ましくは60:40〜85:15である芳香族ポリイミドが、水蒸
気の透過性、分離膜の物性の保持性能(耐熱水性)が高
いと共に、特に分離膜の基本物性などが優れているの
で、好ましい。
In the gas separation membrane of the present invention, in the aromatic polyimide gas separation membrane composed of the repeating unit A having the structural formula of the general formula I and the repeating unit B 1 having the structural formula of the general formula II, The molar ratio of repeating units A and B 1 (A:
B 1 ) consisting of an aromatic polyimide having a ratio of 30:70 to 70:40, particularly preferably 35:65 to 65:35, has a high water vapor permeability, and further, the physical properties of the separation membrane and the retention of the physical properties thereof. It is preferable because it is particularly excellent in performance (hot water resistance), and the repeating unit A having the structural formula represented by the general formula I and the general formula
In a gas separation membrane made of an aromatic polyimide comprising a repeating unit B 2 having a structural formula represented by III, the molar ratio (A: B 2 ) between the repeating units A and B 2 is 50:50 to 90. Aromatic polyimide with a viscosity ratio of 10, especially 60:40 to 85:15 has high water vapor permeability and high performance of retaining the physical properties of the separation membrane (hot water resistance), and is particularly superior in the basic physical properties of the separation membrane. Therefore, it is preferable.

この発明のガス分離法においては、前記の芳香族ポリイ
ミド製のガス分離膜(例えば、厚さ:約0.01〜5μmの
均質層と厚さ:約10〜200μmの多孔質層とを連続的に
有する非対称性分離膜の平膜、中空糸膜など)の一方の
側に、有機物蒸気と水蒸気とを主として含む混合蒸気
を、70℃以上、好ましくは80〜200℃、さらに好ましく
は100〜160℃の温度で接触させて、前記水蒸気を選択的
に透過させて、ガス分離膜の透過側から『水蒸気に富ん
だ蒸気』を得、一方ガス分離膜の非透過側(原料ガスの
供給側)から『水蒸気が実質的に除去された有機物蒸
気』を得て、前記混合蒸気のガス分離を行うのである。
In the gas separation method of the present invention, the above-mentioned aromatic polyimide gas separation membrane (for example, a uniform layer having a thickness of about 0.01 to 5 μm and a porous layer having a thickness of about 10 to 200 μm are continuously provided). On one side of the asymmetric separation membrane (flat membrane, hollow fiber membrane, etc.), a mixed vapor mainly containing an organic vapor and steam is 70 ° C. or higher, preferably 80 to 200 ° C., more preferably 100 to 160 ° C. By contacting at temperature, the water vapor is selectively permeated to obtain "vapor rich in water vapor" from the permeate side of the gas separation membrane, while "non-permeate side of the gas separation membrane (source gas supply side)" The organic substance vapor from which the water vapor is substantially removed is obtained, and the mixed vapor is separated into gases.

この発明のガス分離法においては、ガス分離膜へ供給す
る混合蒸気の圧力は、常圧または加圧下、特に好ましく
は1〜20kg/cm2G、さらに好ましくは1〜10kg/cm2Gの加
圧下で行い、また、ガス分離膜の透過側の圧力は、加
圧、常圧または減圧下、特に好ましくは1〜500mmHgの
減圧下で、行うことが好ましい。
In the gas separation method of the present invention, the pressure of the mixed vapor supplied to the gas separation membrane is normal pressure or under pressure, particularly preferably 1 to 20 kg / cm 2 G, more preferably 1 to 10 kg / cm 2 G. It is preferable to carry out under reduced pressure, and the pressure on the permeate side of the gas separation membrane is under increased pressure, normal pressure or reduced pressure, particularly preferably under reduced pressure of 1 to 500 mmHg.

この発明のガス分離法の実施にあたっては、ガス分離膜
の透過側を減圧に保持してガス分離膜の供給側と透過側
との水蒸気分圧差を確保することによって、水蒸気を選
択的にできるだけ速く透過させ、これにより、ガス分離
膜の供給側に供給された原料の混合蒸気から、水蒸気が
選択的に除去される。その場合には、前記の減圧の程度
が高いほど蒸気の透過速度が大きいのである。
In carrying out the gas separation method of the present invention, by keeping the permeate side of the gas separation membrane at a reduced pressure to ensure a water vapor partial pressure difference between the supply side and the permeate side of the gas separation membrane, the water vapor is selectively and as fast as possible. The water vapor is permeated, whereby the water vapor is selectively removed from the mixed vapor of the raw materials supplied to the supply side of the gas separation membrane. In that case, the higher the degree of pressure reduction, the higher the vapor permeation rate.

また、この発明のガス分離法においては、ガス分離膜の
透過側に乾燥状態の気体をキャリヤーガスとして流通さ
せながら、ガス分離を行うことにより、水蒸気を選択的
に透過除去することが容易になるので好適である。
Further, in the gas separation method of the present invention, it becomes easy to selectively permeate and remove water vapor by performing gas separation while circulating a dry gas as a carrier gas on the permeate side of the gas separation membrane. Therefore, it is preferable.

前記の混合蒸気は、どのような方法で製造されたもので
あってもよいが、一般的には、有機物の水溶液を、有機
物の沸点または共沸温度より高い温度に、加熱して蒸発
させることによって得ることができる。
The mixed vapor may be produced by any method, but generally, an aqueous solution of an organic substance is heated to a temperature higher than the boiling point or azeotropic temperature of the organic substance to be evaporated. Can be obtained by

前記の混合蒸気は、その有機物の濃度が特に限定される
ものではないが、この発明では、有機物の濃度が50重量
%以上、特に70〜99.8重量程度であることが好ましい。
The concentration of the organic substance in the mixed vapor is not particularly limited, but in the present invention, the concentration of the organic substance is preferably 50% by weight or more, and more preferably about 70 to 99.8% by weight.

前記の有機物としては、沸点200℃以下、好ましくは沸
点150℃以下のものであり、特に好ましくは常温(25
℃)で液体の有機物であればよい。このような有機物と
しては、例えば、メタノール、エタノール、n−プロパ
ノール、イソプロパノール、n−ブタノール、sec-ブタ
ノール、tert-ブタノール、エチレングリコールなどの
脂肪族アルコール、シクロヘキサノールなどの脂環式ア
ルコール、ベンジルアルコールなどの芳香族アルコー
ル、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸などの有機カルボ
ン酸、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル類、アセ
トン、メチルエチルケトンなどのケトン類、テトラヒド
ロフラン、ジオキサンなどの環状エーテル、および、ジ
ブチルアミン、アニリンなどの有機アミン類を挙げるこ
とができる。
The organic substance has a boiling point of 200 ° C. or lower, preferably a boiling point of 150 ° C. or lower, and particularly preferably at room temperature (25
Any organic substance that is liquid at (° C) may be used. Examples of such organic substances include methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, sec-butanol, tert-butanol, aliphatic alcohols such as ethylene glycol, alicyclic alcohols such as cyclohexanol, and benzyl alcohol. Aromatic alcohols such as, organic carboxylic acids such as formic acid, acetic acid, propionic acid and butyric acid, esters such as ethyl acetate and butyl acetate, ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, cyclic ethers such as tetrahydrofuran and dioxane, and dibutylamine , Organic amines such as aniline.

この発明のガス分離法は、混合蒸気として、特に、メタ
ノール、エタノール、イソプロパノールなどのアルコー
ル水溶液を蒸発して得られた『水蒸気とアルコール蒸気
とからなる混合蒸気』を脱水する場合に好適に採用する
ことができる。
The gas separation method of the present invention is suitably used as a mixed vapor, particularly when dehydrating a "mixed vapor composed of water vapor and alcohol vapor" obtained by evaporating an aqueous alcohol solution such as methanol, ethanol, and isopropanol. be able to.

〔実施例〕〔Example〕

実施例1 〔芳香族ポリイミド溶液の調製〕 3,3′,4,4′‐ビフェニルテトラカルボン酸二無水物100
モル%からなるテトラカルボン酸成分と、1,4-ビス(4-
アミノフェノキシ)ベンゼン(TPEQ)85モル%および4,
4′−ジアミノジフェニルエーテル15モル%からなるジ
アミン成分とを、パラクロルフェノール(以下、PCPと
略記する)中、180℃の温度で20時間重合して得られた
芳香族ポリイミドのPCP溶液(濃度:17重量%)を調製し
た。
Example 1 [Preparation of Aromatic Polyimide Solution] 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride 100
Tetracarboxylic acid component consisting of mol% and 1,4-bis (4-
Aminophenoxy) benzene (TPEQ) 85 mol% and 4,
A PCP solution of an aromatic polyimide obtained by polymerizing a diamine component consisting of 15 mol% of 4'-diaminodiphenyl ether in parachlorophenol (hereinafter abbreviated as PCP) at a temperature of 180 ° C for 20 hours (concentration: 17% by weight) was prepared.

〔芳香族ポリイミド製の中空糸膜の紡糸〕[Spinning of hollow fiber membrane made of aromatic polyimide]

中空糸紡糸用ノズルを備えた紡糸装置に、前記の芳香族
ポリイミド溶液を供給し、凝固液(温度:5℃以下、エタ
ノール−水)を用いる湿式製膜法によって、芳香族ポリ
イミド製の非対称性分離膜からなる中空糸膜を製造し
た。
The aromatic polyimide solution is supplied to a spinning device equipped with a hollow fiber spinning nozzle, and the aromatic polyimide asymmetry is produced by a wet film-forming method using a coagulating liquid (temperature: 5 ° C or lower, ethanol-water). A hollow fiber membrane composed of a separation membrane was manufactured.

その中空糸膜は、外径が431μmであって、内径が266μ
mである連続した長尺の中空糸である。
The hollow fiber membrane has an outer diameter of 431 μm and an inner diameter of 266 μm.
m is a continuous long hollow fiber.

〔分離膜モジュールの製造〕[Manufacture of separation membrane module]

前述のようにして製造した中空糸膜10本を束ね裁断して
中空糸膜の糸束を形成し、その糸束の一方の端を硬化性
樹脂で封止して糸束エレメントを製造し、次いで、『原
料の混合蒸気供給口、透過ガス抜出し口、および未透過
ガス抜出し口を有するガス分離用容器』に前記糸束エレ
メントを内設して、『中空糸膜の有効長さ:8.6cm、およ
び、有効面積11.6cm2であるの糸束エレメント』を内蔵
するガス分離膜モジュールを製造した。
Ten hollow fiber membranes produced as described above are bundled and cut to form a yarn bundle of hollow fiber membranes, and one end of the yarn bundle is sealed with a curable resin to produce a yarn bundle element, Next, the yarn bundle element is internally provided in a "gas separation container having a raw material mixed vapor supply port, a permeated gas extraction port, and a non-permeated gas extraction port", and an "effective length of hollow fiber membrane: 8.6 cm." , And an effective area of 11.6 cm 2 of yarn bundle element ”was built in.

〔混合蒸気のガス分離〕[Gas separation of mixed steam]

60重量%であるエタノール水溶液を大気圧下に蒸発器で
気化させて『エタノール蒸気と水蒸気とを含む混合蒸
気』を製造し、さらに、ヒーターで加熱することにより
100℃とした前記混合蒸気を、前記のガス分離膜モジュ
ールに供給し、前記糸束エレメントを構成している中空
糸膜の供給側(中空糸膜の外側)の表面に接触させ、中
空糸膜の透過側(中空糸側の内側)を4mmHgの減圧に維
持して、前記混合蒸気をガス分離した。
A 60% by weight aqueous ethanol solution is vaporized under atmospheric pressure by an evaporator to produce a "mixed vapor containing ethanol vapor and water vapor", and then heated by a heater.
The mixed vapor at 100 ° C. is supplied to the gas separation membrane module, and is brought into contact with the surface of the hollow fiber membrane constituting the fiber bundle element on the supply side (outside of the hollow fiber membrane) to form a hollow fiber membrane. The permeate side (the inside of the hollow fiber side) was maintained at a reduced pressure of 4 mmHg to separate the mixed vapor into gas.

前述のようにしてガス分離において、ガス分離用容器の
透過ガス抜出し口から得られた『水蒸気の濃度の高い透
過ガス』を、ドライアイス−エタノールトラップで凝縮
して、凝縮物を捕集し、一方、中空糸膜の未透過側(供
給側)から得られた未透過ガス(水蒸気の除去された乾
燥ガス)は、前記蒸発器に戻し、循環して使用しなが
ら、混合蒸気のガス分離を行った。
In the gas separation as described above, the "permeate gas having a high concentration of water vapor" obtained from the permeate gas outlet of the gas separation container is condensed with a dry ice-ethanol trap to collect the condensate, On the other hand, the non-permeable gas (dry gas from which steam has been removed) obtained from the non-permeate side (supply side) of the hollow fiber membrane is returned to the evaporator and circulated for use while performing gas separation of mixed vapor. went.

前記のトラップで捕集した凝縮物の成分の内、エタノー
ル濃度はガスクロマトグラフィー分析法により分析し、
水分は全量からエタノール分を差し引いた値とした。
Among the components of the condensate collected by the trap, the ethanol concentration is analyzed by gas chromatography analysis method,
The water content was the value obtained by subtracting the ethanol content from the total amount.

前述のようにして得た各成分の濃度から、水蒸気の透過
速度と、エタノールに対する水蒸気の選択透過性(ガス
分離性能)とを算出し、気体分離性能を評価した。
From the concentration of each component obtained as described above, the water vapor permeation rate and the water vapor selective permeability (gas separation performance) to ethanol were calculated, and the gas separation performance was evaluated.

また、未使用の中空糸膜を150℃の60重量%のエタノー
ル水溶液中に20時間浸漬処理し、その処理前後の中空糸
膜の伸びおよび破断強度の変化を調べ、該中空糸膜の耐
熱水性を評価した。
Further, unused hollow fiber membranes were immersed in a 60% by weight ethanol aqueous solution at 150 ° C. for 20 hours, and the changes in elongation and breaking strength of the hollow fiber membranes before and after the treatment were examined, and the hot water resistance of the hollow fiber membranes was examined. Was evaluated.

前述の透過性能(水蒸気の透過速度、水−エタノールの
選択透過性)、耐熱水性試験などの試験結果を、第1表
に示す。
Table 1 shows test results such as the above-mentioned permeation performance (water vapor permeation rate, water-ethanol selective permeation rate) and hot water resistance test.

実施例2〜6 第1表に示した種類と、組成とを有するジアミン成分を
使用したほかは、実施例1と同様にして、芳香族ポリイ
ミドのPCP溶液を、それぞれ調製した。
Examples 2 to 6 PCP solutions of aromatic polyimides were prepared in the same manner as in Example 1 except that the diamine components having the types and compositions shown in Table 1 were used.

そして、実施例1と同様にして、各芳香族ポリイミド溶
液から中空糸膜の糸束エレメントをそれぞれ形成し、次
いで、それらの各中空糸膜の糸束エレメントからガス分
離膜モジュールをそれぞれ形成した。
Then, in the same manner as in Example 1, hollow fiber membrane yarn bundle elements were formed from the respective aromatic polyimide solutions, and then gas separation membrane modules were formed from the respective hollow fiber membrane yarn bundle elements.

さらに、各ガス分離膜モジュールを使用したほかは、実
施例1と同様にして、混合蒸気のガス分離を行った。
Further, gas separation of the mixed vapor was performed in the same manner as in Example 1 except that each gas separation membrane module was used.

また、それぞれの中空糸膜について、耐熱水性試験を行
った。
A hot water resistance test was conducted on each hollow fiber membrane.

それらの結果を、第1表に示す。The results are shown in Table 1.

第1表において、各略号は次の意味を有する。In Table 1, each abbreviation has the following meaning.

TPEQ:1,4-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン 4,4′−DADE:4,4′−ジアミノジフェニルエーテル 3,4′−DADE:3,4′−ジアミノジフェニルエーテル TPER:1,3-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン DM:4,4′−ジアミノジフェニルメタン 〔本発明の作用効果〕 この発明のガス分離膜は、有機物蒸気と水蒸気とを主と
して含む混合蒸気を接触させて、前記水蒸気を選択的に
透過させて、混合蒸気のガス分離を行うことができる芳
香族ポリイミド製のガス分離膜であり、耐熱性、耐水
性、ガス分離性能(水蒸気透過性、水−有機物の選択透
過性)などが高いレベルにあると共に、特に、水と有機
物との混合液に対する高温耐久性が優れているガス分離
膜である。
TPEQ: 1,4-bis (4-aminophenoxy) benzene 4,4′-DADE: 4,4′-diaminodiphenyl ether 3,4′-DADE: 3,4′-diaminodiphenyl ether TPER: 1,3-bis ( 4-Aminophenoxy) benzene DM: 4,4'-diaminodiphenylmethane [Advantageous Effects of the Present Invention] The gas separation membrane of the present invention can bring mixed vapor mainly containing organic vapor and steam into contact with the vapor to selectively permeate the vapor to perform gas separation of the mixed vapor. It is a gas separation membrane made of aromatic polyimide and has a high level of heat resistance, water resistance, gas separation performance (water vapor permeability, selective permeability of water-organic substances), etc., and especially, a mixed liquid of water and organic substances. It is a gas separation membrane having excellent high temperature durability against.

この発明のガス分離法は、前述の優れた芳香族ポリイミ
ド製のガス分離膜を使用しているので、水と有機物との
混合蒸気を、長期間、容易に効率的に、ガス分離して、
高い濃度の有機物蒸気を製造することができるガス分離
法である。
Since the gas separation method of the present invention uses the above-mentioned excellent aromatic polyimide gas separation membrane, a mixed vapor of water and an organic substance is easily and efficiently gas separated for a long period of time.
It is a gas separation method that can produce a high concentration of organic vapor.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C08L 79/08 LRE 9285−4J ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display location C08L 79/08 LRE 9285-4J

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】一般式I で示される反復単位Aと、 一般式II または、一般式III で示される反復単位Bとから主としてなり、前記の反復
単位のモル比(A:B)が30:70〜90:10である芳香族ポリ
イミドからなり、 水蒸気透過速度が、0.5×10-3cm3/cm2・sec・cmHg以上
であることを特徴とするガス分離膜。
1. A general formula I A repeating unit A represented by the general formula II Or the general formula III And an aromatic polyimide having a molar ratio (A: B) of the repeating units of 30:70 to 90:10, and a water vapor transmission rate of 0.5 × 10 −3 cm 2. A gas separation membrane characterized by being 3 / cm 2 · sec · cmHg or more.
【請求項2】請求項第1項とガス分離膜の一方の側に、
有機物蒸気と水蒸気とを主として含む混合蒸気を、70℃
以上の温度で接触させて、前記水蒸気を選択的に透過さ
せることを特徴とする水蒸気混合気体のガス分離法。
2. The method according to claim 1 and one side of the gas separation membrane,
A mixed vapor containing mainly organic vapor and water vapor at 70 ° C
A method for gas separation of a steam-mixed gas, which comprises bringing the steam into contact with each other at the above temperature to selectively permeate the steam.
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