JPH0760078A - Production of plasma treated membrane for carbon dioxide separation - Google Patents
Production of plasma treated membrane for carbon dioxide separationInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、二酸化炭素分離膜の製
法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a carbon dioxide separation membrane.
【０００２】[0002]
【従来の技術】混合ガス中から二酸化炭素（ＣＯ2）を
分離、濃縮するために、混合ガスを分離膜の一方の側
（ＣＯ2吸着側）に接触させ、その分離膜の反対の側
（ＣＯ2放出側）に二酸化炭素を分離、濃縮する方法は
知られている。この二酸化炭素の分離、濃縮技術におい
ては、その二酸化炭素の分離効率は、その分離膜の性能
によって大きく影響され、二酸化炭素分離係数の高い分
離膜の開発が要望されている。2. Description of the Related Art In order to separate and concentrate carbon dioxide (CO 2 ) from a mixed gas, the mixed gas is brought into contact with one side (CO 2 adsorption side) of the separation membrane and the other side (CO 2 adsorption side) of the separation membrane. A method of separating and concentrating carbon dioxide on the CO 2 release side) is known. In this carbon dioxide separation / concentration technology, the carbon dioxide separation efficiency is greatly affected by the performance of the separation membrane, and there is a demand for the development of a separation membrane having a high carbon dioxide separation coefficient.
【０００３】気体分離膜として、多孔質膜上に特定のフ
ッ素化合物のプラズマ重合体薄膜を形成したものは知ら
れている（特開昭６２−２０４８２５号、同６２−２０
４８２６号、同６２−２０４８２７号）。しかし、これ
らの分離膜は、ＣＯ2／Ｎ2の分離係数が３．９〜８．０
と低いため、実用性ある二酸化炭素の分離膜としては適
用することができない。As a gas separation membrane, one in which a plasma polymer thin film of a specific fluorine compound is formed on a porous membrane is known (JP-A-62-204825 and JP-A-62-20).
4826, 62-204827). However, these separation membranes have a CO 2 / N 2 separation coefficient of 3.9 to 8.0.
Therefore, it cannot be applied as a practical carbon dioxide separation membrane.
【０００４】また、気体分離膜として、芳香族テトラカ
ルボン酸と芳香族ジアミンとの反応物である芳香族ポリ
イミドを用いたものも知られている（特開昭６０−１５
０８０６号、同６１−１３３１０６号、特開昭６３−１
２３４２０号）。これらの芳香族ポリイミド系分離膜の
ＣＯ2／Ｎ2分離係数は、通常、２０〜３０と比較的高い
ものではあるが、未だ効率の良い二酸化炭素分離膜とい
うことはできない。。Further, a gas separation membrane using an aromatic polyimide which is a reaction product of an aromatic tetracarboxylic acid and an aromatic diamine is also known (JP-A-60-15).
0806, 61-133106, JP-A-63-1.
23420). The CO 2 / N 2 separation coefficient of these aromatic polyimide-based separation membranes is usually as high as 20 to 30, but it cannot be said to be an efficient carbon dioxide separation membrane. .
【０００５】ＣＯ2／Ｎ2分離係数の高い分離膜として、
ポリエチレングリコールを多孔膜に含浸保持させたもの
が知られている（日本化学会誌、Ｎｏ．６（１９８
３）、ｐ．８４７〜８５３）。この分離膜は、１１０と
いう高いＣＯ2／Ｎ2分離係数を示すものの、多孔膜に対
するポリエチレングリコールの保持性が悪く、水と接触
するとそのポリエチレングリコールが溶出し、その膜性
能が低下するという問題がある。さらに、アルカリ金属
炭酸塩水溶液を多孔膜に含浸保持させた固定化液膜を二
酸化炭素分離膜として用いることも知られている〔Ｓｃ
ｉｅｎｃｅ，１５６，１４８１〜１４８４（１９６
７）〕。しかし、この分離膜も水溶液の保持性が悪く、
水と接触するとその水溶液が容易に溶出し、その膜性能
が低下するという問題がある。As a separation membrane having a high CO 2 / N 2 separation coefficient,
A porous membrane impregnated with polyethylene glycol is known (Journal of the Chemical Society of Japan, No. 6 (198).
3), p. 847-853). Although this separation membrane has a high CO 2 / N 2 separation coefficient of 110, it has a poor polyethylene glycol retention property on the porous membrane, and when it comes into contact with water, the polyethylene glycol is eluted and the membrane performance deteriorates. is there. Further, it is also known to use an immobilization liquid membrane obtained by impregnating and holding an aqueous alkali metal carbonate solution in a porous membrane as a carbon dioxide separation membrane [Sc
ience, 156 , 1481-1484 (196
7)]. However, this separation membrane also has poor retention of the aqueous solution,
When it comes into contact with water, there is a problem that the aqueous solution is easily eluted and the membrane performance is deteriorated.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の二酸
化炭素分離膜に見られる前記問題点を解決し、二酸化炭
素分離係数にすぐれるとともに、二酸化炭素キャリヤー
液の保持性にすぐれ、水と接触してもその膜性能が容易
に低下することのない二酸化炭素分離膜の製造方法を提
供することをその課題とする。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems found in conventional carbon dioxide separation membranes, has an excellent carbon dioxide separation coefficient, excellent carbon dioxide carrier liquid retention, and water It is an object of the present invention to provide a method for producing a carbon dioxide separation membrane, the membrane performance of which does not easily deteriorate even when contacted.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成する
に至った。すなわち、本発明によれば、多孔質高分子膜
をプラズマ処理した後、親水性ビニルモノマー蒸気をそ
のプラズマ処理された多孔質高分子膜に接触させてグラ
フト重合させ、次いでこのようにして得られた親水性重
合体表面層を有する多孔質高分子膜に二酸化炭素キャリ
ヤー液を含浸保持させることを特徴とするプラズマ処理
炭酸ガス分離膜の製法が提供される。The present inventors have completed the present invention as a result of intensive studies to solve the above problems. That is, according to the present invention, after the porous polymer membrane is plasma-treated, the hydrophilic vinyl monomer vapor is brought into contact with the plasma-treated porous polymer membrane to be graft-polymerized, and then obtained in this manner. Also provided is a method for producing a plasma-treated carbon dioxide separation membrane, which comprises impregnating and holding a carbon dioxide carrier liquid in a porous polymer membrane having a hydrophilic polymer surface layer.
【０００８】本発明の二酸化炭素分離膜（以下、単に分
離膜とも言う）は、その支持体として、表面部に親水性
重合体層を有する多孔質高分子膜を用いることを特徴と
する。本発明で用いる二酸化炭素キャリヤー液を含浸保
持させる支持体は、多孔質高分子膜をプラズマ処理する
工程と、そのプラズマ処理した多孔質高分子膜に親水性
ビニルモノマーをグラフト重合させる工程によって製造
される。多孔質高分子膜としては、従来公知の各種の高
分子膜が用いられ、その種類は特に制約されない。この
ような多孔質高分子膜としては、例えば、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリブテン、エチレン／プロピレ
ン共重合体等のポリオレフィン系樹脂や、ポリフッ化ビ
ニリデン、ポリエステル、ポリアミド、ポリスルホン、
ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ポリウレタン、酢
酸セルロース、硝酸セルロース等の各種の樹脂から形成
された多孔質膜を挙げることができる。多孔質高分子膜
において、その平均細孔径は０．５μｍ以下、好ましく
は０．３〜０．００１μｍ以下でありその気孔率は２０
〜９０％、好ましくは２５〜８０％である。また、その
厚さは２００〜１μｍ、好ましくは１００〜１μｍであ
る。多孔質高分子膜の形状は、フィルム状の他、中空糸
状、筒状体等の各種の形状であることができる。The carbon dioxide separation membrane of the present invention (hereinafter, also simply referred to as a separation membrane) is characterized by using a porous polymer membrane having a hydrophilic polymer layer on its surface as a support. The support for impregnating and holding the carbon dioxide carrier liquid used in the present invention is produced by a step of plasma-treating a porous polymer membrane and a step of graft-polymerizing a hydrophilic vinyl monomer on the plasma-treated porous polymer membrane. It As the porous polymer film, various conventionally known polymer films are used, and the type thereof is not particularly limited. Examples of such a porous polymer film include polyolefin resins such as polyethylene, polypropylene, polybutene, and ethylene / propylene copolymers, polyvinylidene fluoride, polyester, polyamide, polysulfone,
Examples of the porous membrane include various resins such as polyether sulfone, polyimide, polyurethane, cellulose acetate, and cellulose nitrate. In the porous polymer membrane, the average pore diameter is 0.5 μm or less, preferably 0.3 to 0.001 μm or less, and the porosity is 20.
~ 90%, preferably 25-80%. The thickness is 200 to 1 μm, preferably 100 to 1 μm. The shape of the porous polymer membrane can be various shapes such as a hollow fiber shape and a tubular body other than the film shape.
【０００９】多孔質高分子膜に対するプラズマ処理は、
従来公知の方法によって実施することができる。この場
合、プラズマ発生ガスとしては、アンモニアや、メタ
ン、エタン、プロパン、水素、窒素、アルゴン等を用い
ることができる。また、この場合のプラズマ処理温度
は、０〜２００℃、好ましくは１０〜１００℃であり、
圧力は０．０１〜２トール、好ましくは０．０５〜１ト
ールであり、処理パワーは１０〜２００Ｗ、好ましくは
３０〜１００Ｗ程度である。処理時間は０．５〜１０
分、好ましくは１〜３分程度である。このプラズマ処理
により、多孔質高分子膜の表面部を形成する高分子とプ
ラズマ化ガスとの反応が起り、多孔質高分子膜表面部の
高分子には、ラジカル重合開始点として作用する多数の
ラジカル点が形成される。The plasma treatment for the porous polymer film is
It can be carried out by a conventionally known method. In this case, as the plasma generating gas, ammonia, methane, ethane, propane, hydrogen, nitrogen, argon or the like can be used. The plasma treatment temperature in this case is 0 to 200 ° C, preferably 10 to 100 ° C,
The pressure is 0.01 to 2 torr, preferably 0.05 to 1 torr, and the processing power is 10 to 200 W, preferably about 30 to 100 W. Processing time is 0.5-10
Minutes, preferably about 1 to 3 minutes. This plasma treatment causes a reaction between the polymer forming the surface part of the porous polymer film and the plasmaizing gas, and the polymer on the surface part of the porous polymer film has a large number of radical polymerization initiation points. Radical points are formed.
【００１０】前記のようにして得られるプラズマ処理さ
れた多孔質高分子膜には、親水性ビニルモノマー蒸気を
接触させ、膜表面部に形成したラジカル点を重合開始点
としてその親水性ビニルモノマーをグラフト重合させ
る。この場合の親水性ビニルモノマーとしては、水酸基
や、カルボキシル基、アミノ基、アミド基、スルホン
基、エーテル基等の親水基を有する各種のものを用いる
ことができる。このようなものとしては、例えば、アク
リル酸、メタクリル酸、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアク
リルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルメタクリルアミド、ヒド
ロキシエチルアクリレート、メトキシポリエチレングリ
コールアクリレート、メトキシポリエチレングリコール
メタクリレート、アクリルアミド、ビニルピロリドン、
ビニルピリジン、スチレンスルホネート、アリルアルコ
ール、マレイン酸、無水マレイン酸、クロトン酸、イタ
コン酸、マレイミド等が挙げられる。親水性ビニルモノ
マーの使用割合は、反応容器内における気相中濃度で、
１０-7〜１０-2モル／１、好ましくは１０-6〜１０-3モ
ル／１である。親水性ビニルモノマーを多孔質高分子に
グラフト重合させる際の反応温度は、０〜２００℃、好
ましくは１０〜１００℃であり、反応圧力は０．１〜１
０トール、好ましくは０．５〜５トールである。反応時
間は、１〜１８０分、好ましくは１０〜６０分程度であ
る。多孔質高分子膜表面上に形成される親水性ビニルモ
ノマー重合体層の厚さは、反応時間によって調節するこ
とができるが、通常、０．０１〜１００μｍ、好ましく
は０．１〜１０μｍである。また、多孔質高分子膜にグ
ラフト重合した親水性ビニルモノマー重合体の重合度
は、１０以上、通常１００〜１００００００である。Hydrophilic vinyl monomer vapor is brought into contact with the plasma-treated porous polymer membrane obtained as described above, and the radical vinyl point formed on the surface of the membrane is used as a polymerization initiation point to convert the hydrophilic vinyl monomer. Graft-polymerize. As the hydrophilic vinyl monomer in this case, various ones having a hydroxyl group and a hydrophilic group such as a carboxyl group, an amino group, an amide group, a sulfone group and an ether group can be used. Examples thereof include acrylic acid, methacrylic acid, N, N-dimethylacryl acrylamide, N, N-dimethyl methacrylamide, hydroxyethyl acrylate, methoxy polyethylene glycol acrylate, methoxy polyethylene glycol methacrylate, acrylamide, vinylpyrrolidone,
Examples thereof include vinyl pyridine, styrene sulfonate, allyl alcohol, maleic acid, maleic anhydride, crotonic acid, itaconic acid, maleimide and the like. The proportion of hydrophilic vinyl monomer used is the concentration in the gas phase in the reaction vessel,
It is 10 −7 to 10 −2 mol / 1, preferably 10 −6 to 10 −3 mol / 1. The reaction temperature for graft-polymerizing the hydrophilic vinyl monomer onto the porous polymer is 0 to 200 ° C, preferably 10 to 100 ° C, and the reaction pressure is 0.1 to 1 ° C.
It is 0 torr, preferably 0.5-5 torr. The reaction time is 1 to 180 minutes, preferably 10 to 60 minutes. The thickness of the hydrophilic vinyl monomer polymer layer formed on the surface of the porous polymer film can be adjusted by the reaction time, but is usually 0.01 to 100 μm, preferably 0.1 to 10 μm. . The degree of polymerization of the hydrophilic vinyl monomer polymer graft-polymerized on the porous polymer membrane is 10 or more, usually 100 to 1,000,000.
【００１１】前記の親水ビニルモノマーのグラフト重合
処理により、プラズマ処理された多孔質高分子膜表面部
には、そのビニルモノマーのグラフト重合による親水性
ビニルモノマーの重合による親水性重合体層が形成され
る。この重合体層は多孔質高分子膜の表面部に主として
形成される。即ち、高分子膜の表面上及びその表面から
やや内部に入った膜内の細孔内表面にも親水性ビニルモ
ノマーの重合体層が形成される。このような親水性の重
合体層を表面部に有する多孔質高分子膜は、二酸化炭素
キャリヤー液を含浸保持する支持体として好適のもので
ある。即ち、この多孔質高分子膜は、その膜表面部に親
水性の重合体層が形成されているため、この多孔質膜に
含浸された二酸化炭素キャリヤー液はこの親水性重合体
層中に安定に保持される。また、この多孔質膜内部の細
孔内にいったん含浸保持された二酸化炭素キャリヤー液
は、その膜表面が水で濡れても容易に溶出されるような
こともない。By the graft polymerization treatment of the hydrophilic vinyl monomer, a hydrophilic polymer layer is formed on the surface portion of the porous polymer membrane plasma-treated by the polymerization of the hydrophilic vinyl monomer by the graft polymerization of the vinyl monomer. It This polymer layer is mainly formed on the surface of the porous polymer membrane. That is, the polymer layer of the hydrophilic vinyl monomer is formed on the surface of the polymer film and on the inner surfaces of the pores in the film slightly inside the polymer film. The porous polymer membrane having such a hydrophilic polymer layer on the surface is suitable as a support for impregnating and holding a carbon dioxide carrier liquid. That is, since the hydrophilic polymer layer is formed on the surface of the porous polymer membrane, the carbon dioxide carrier liquid impregnated in the porous membrane is stable in the hydrophilic polymer layer. Held in. Further, the carbon dioxide carrier liquid once impregnated and held in the pores inside the porous membrane is not easily eluted even if the membrane surface is wet with water.
【００１２】本発明において、前記多孔質高分子膜に含
浸保持させる二酸化炭素キャリヤー溶液としては、従来
公知のもの、例えば、ポリエチレングリコール、有機ア
ミン溶液、アルカリ金属炭酸塩液、アルカリ金属炭酸水
素塩溶液等が挙げられる。有機アミン溶液の場合、その
有機アミンとしては、溶媒可溶性を示すものであればど
のようなものでも使用可能である。このような有機アミ
ンとしては、例えば、エチルアミン、プロピルアミン、
ブチルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプ
ロピルアミン、ジブチルアミン、トリメチルアミン、ト
リエチルアミン、トルプロピルアミン、ドリブチルアミ
ン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリ
エタノールアミン、エチルモノエタノールアミン、ｎ−
ブチルモノエタノールアミン、ジメチルエタノールアミ
ン、エチルジエタノールアミン、ｎ−ブチルエタノール
アミン、ジ−ｎ−ブチルエタノールアミン、トリイソプ
ロパノールアミン、エチレンジアミン、プロピレンジア
ミン等が挙げられる。特に、アルカノールアミンの使用
が好ましい。有機アミンを溶解させる溶媒としては、
水、有機溶媒及び水と有機溶媒との混合液を挙げること
ができる。この場合、有機溶媒としては、有機アミンを
溶解するものであれば任意のものを用いることができる
が、できるだ高沸点のもの（例えば、エチレングリコー
ル、ポリエチレングリコール、イミダゾール、Ｎ−アル
キルイミダゾール、ジメチルスルホキシド、ジメチルホ
ルムアミド等）の使用が好ましく、通常、１００℃以
上、好ましくは１５０℃以上の沸点を有するものの使用
が有利である。溶液中の有機アミン濃度は、０．１〜６
モル／ｌ、好ましくは０．５〜５モル／ｌである。アル
カリ金属炭酸塩溶液において、そのアルカリ金属炭酸塩
としては、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウ
ムを挙げることができる。アルカリ金属炭酸塩を溶解さ
せる溶媒としては、通常、水、有機溶媒又は水と有機溶
媒との混合液が用いられる。溶液中のアルカリ金属炭酸
塩の濃度は、０．１〜４モル／ｌ、好ましくは０．５〜
３モル／ｌである。アルカリ金属重炭酸塩溶液におい
て、そのアルカリ金属炭酸水素塩としては、炭酸水素ナ
トリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素リチウムを挙げ
ることができる。アルカリ金属炭酸水素塩を溶解させる
溶媒としては、通常、水、有機溶媒又は水と有機溶媒と
の混合液が用いられる。溶液中のアルカリ金属炭酸水素
塩の濃度は、０．１〜６モル／ｌ、好ましくは０．５〜
５モル／ｌである。In the present invention, the carbon dioxide carrier solution to be impregnated and retained in the porous polymer membrane is a conventionally known one, for example, polyethylene glycol, an organic amine solution, an alkali metal carbonate solution, an alkali metal hydrogen carbonate solution. Etc. In the case of an organic amine solution, any organic amine can be used as long as it exhibits solvent solubility. Examples of such organic amines include ethylamine, propylamine,
Butylamine, dimethylamine, diethylamine, dipropylamine, dibutylamine, trimethylamine, triethylamine, tolpropylamine, dolibutylamine, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, ethylmonoethanolamine, n-
Butyl monoethanol amine, dimethyl ethanol amine, ethyl diethanol amine, n-butyl ethanol amine, di-n-butyl ethanol amine, triisopropanol amine, ethylene diamine, propylene diamine, etc. are mentioned. Particularly, the use of alkanolamine is preferable. As a solvent for dissolving the organic amine,
Examples thereof include water, an organic solvent, and a mixed solution of water and an organic solvent. In this case, any organic solvent can be used as long as it can dissolve an organic amine, but those having a high boiling point (for example, ethylene glycol, polyethylene glycol, imidazole, N-alkylimidazole, dimethyl, etc. (Sulfoxide, dimethylformamide, etc.) are preferable, and those having a boiling point of usually 100 ° C. or higher, preferably 150 ° C. or higher are advantageous. The organic amine concentration in the solution is 0.1 to 6
It is mol / l, preferably 0.5 to 5 mol / l. In the alkali metal carbonate solution, examples of the alkali metal carbonate include sodium carbonate, potassium carbonate and lithium carbonate. As the solvent for dissolving the alkali metal carbonate, water, an organic solvent, or a mixed liquid of water and an organic solvent is usually used. The concentration of the alkali metal carbonate in the solution is 0.1 to 4 mol / l, preferably 0.5 to
3 mol / l. In the alkali metal bicarbonate solution, examples of the alkali metal hydrogen carbonate include sodium hydrogen carbonate, potassium hydrogen carbonate, and lithium hydrogen carbonate. As the solvent for dissolving the alkali metal hydrogen carbonate, water, an organic solvent, or a mixed liquid of water and an organic solvent is usually used. The concentration of the alkali metal hydrogen carbonate in the solution is 0.1 to 6 mol / l, preferably 0.5 to
It is 5 mol / l.
【００１３】本発明において、二酸化炭素キャリヤー液
をその支持体である親水性重合体層を表面部に有する多
孔質高分子膜に含浸保持させて二酸化炭素分離膜を得る
ためには、その高分子膜を二酸化炭素キャリヤー液中に
浸漬し、その溶液を多孔質高分子膜の細孔内部にまで含
浸させればよい。In the present invention, in order to obtain a carbon dioxide separation membrane by impregnating and holding a carbon dioxide carrier liquid in a porous polymer membrane having a hydrophilic polymer layer as a support on the surface, The membrane may be dipped in a carbon dioxide carrier solution and the solution may be impregnated into the pores of the porous polymer membrane.
【００１４】本発明の分離膜を用いて二酸化炭素をそれ
を含む混合ガスから分離回収あるいは分離濃縮するに
は、分離膜を透過セルに装着し、その膜の片側に二酸化
炭素を含む混合ガスを接触させ、その混合ガス側の圧力
を、それとは反対側の圧力よりも高く保持する。混合ガ
ス側とは反対側は減圧、好ましくは真空に保持する。こ
のようにして混合ガスを分離膜の片側に接触させると、
混合ガス中の各成分は、いずれも、膜の両側の分圧差に
より、分離膜中を拡散透過するが、二酸化炭素以外の成
分はキャリヤー作用を受けないのに対し、二酸化炭素は
キャリヤー作用を受ける。従って、二酸化炭素の膜透過
量は、膜の両側の分圧差による透過量に、そのキャリヤ
ー輸送による透過量が加わったものとなる。即ち、分離
膜中のキャリヤー液が二酸化炭素を選択的に吸着し、膜
中を拡散して、混合ガスが接触する側とは反対側（透過
側）で二酸化炭素を放出するというサイクルをくり返
し、その結果、二酸化炭素の透過量のみを増大させるこ
とができる。このキャリヤー作用による二酸化炭素透過
量は、キャリヤー作用によらず、分圧差のみによるガス
成分の透過量に比べると、著しく大きい。従って、本発
明の分離膜においては、二酸化炭素に関する透過特性、
即ち、二酸化炭素の透過速度と分離係数が飛躍的に増加
したものである。In order to separate and collect carbon dioxide from a mixed gas containing it using the separation membrane of the present invention, the separation membrane is attached to a permeation cell, and the mixed gas containing carbon dioxide is attached to one side of the membrane. Contact is made and the pressure on the mixed gas side is kept higher than the pressure on the opposite side. The side opposite to the mixed gas side is kept under reduced pressure, preferably vacuum. When the mixed gas is brought into contact with one side of the separation membrane in this way,
Each of the components in the mixed gas diffuses and permeates through the separation membrane due to the partial pressure difference between both sides of the membrane, but the components other than carbon dioxide are not subjected to the carrier action, whereas carbon dioxide is subjected to the carrier action. . Therefore, the membrane permeation amount of carbon dioxide is the permeation amount due to the partial pressure difference between the both sides of the membrane plus the permeation amount due to the carrier transportation. That is, the carrier liquid in the separation membrane selectively adsorbs carbon dioxide, diffuses in the membrane, and releases the carbon dioxide on the side (permeation side) opposite to the side in contact with the mixed gas, which is repeated. As a result, only the amount of permeation of carbon dioxide can be increased. The carbon dioxide permeation amount due to the carrier action is significantly larger than the permeation amount of the gas component due to only the partial pressure difference without depending on the carrier action. Therefore, in the separation membrane of the present invention, carbon dioxide permeation characteristics,
That is, the permeation rate of carbon dioxide and the separation coefficient are dramatically increased.
【００１５】[0015]
【実施例】次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明
する。なお、以下の実験における膜の気体透過性能は以
下のようにして評価された。 （気体透過性能の測定）透過性能の測定は、ステンレス
製の膜のホルダーに膜と厚さ７０μｍのシリコンゴムを
シリコンゴムが下面となるように重ねて装置し、膜の上
面に圧力１ｋｇ／ｃｍ2Ｇで約２５℃の飽和水蒸気で加
湿されたＣＯ2とＮ2の混合ガスを供給し、膜を透過して
くるガスの量をガスクロマトグラフにより分析定量し
て、透過速度、分離係数を求めることにより行った。測
定は２５℃で行った。EXAMPLES Next, the present invention will be described in more detail by way of examples. The gas permeation performance of the membrane in the following experiments was evaluated as follows. (Measurement of gas permeation performance) The measurement of gas permeation performance was performed by stacking the membrane and a silicone rubber having a thickness of 70 μm on a stainless steel membrane holder so that the silicone rubber is on the lower surface, and applying pressure of 1 kg / cm on the upper surface of the membrane. A mixed gas of CO 2 and N 2 humidified with saturated steam of about 25 ° C. at 2 G is supplied, and the amount of gas passing through the membrane is analyzed and quantified by a gas chromatograph to obtain a permeation rate and a separation coefficient. I went by. The measurement was performed at 25 ° C.
【００１６】参考例１ ３，３，４，４−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物
９７ミリモル、４，４−ジアミノジフェニルエーテル６
０ミリモル、３，５−ジアミノ安息香酸３０ミリモル、
４，４−ジアミノジフェニルメタン１０ミリモルを、パ
ラクロロフェノール２４．７ｇとともに、撹拌機と窒素
ガス導入管とが付設されたセパラブルフラスコにいれ
て、窒素ガスを流して、反応液を撹拌しながら、１８０
℃の重合温度で２時間重合させて、芳香族ポリイミド濃
度が１５％である芳香族ポリイミド製膜溶液を調製し
た。この芳香族ポリイミドは、１００℃の回転粘度が７
４ポイズであった。この芳香族ポリイミド溶液を４００
メッシュのステンレス金網で濾過して製膜用のドープ液
を準備した。この製膜用のドープ液を表面がなめらかな
ガラス板上に６０℃で流延し、ドクターナイフで厚さ２
００μｍにキャストし、３分間そのまま放置し、その後
ガラス板ごと８０ｗｔ％のエタノール水溶液（０℃）に
５分間浸漬し、さらに６０ｗｔ％のエタノール水溶液
（２５℃）に１時間浸漬し、凝固を完了させ、ポリイミ
ド非対称膜を得た。最後にこの非対称膜をガラス板より
はずし、エタノール、イソオクタンで溶媒を完全に洗
浄、置換した後、１００℃で１時間乾燥後、２００℃で
１時間熱処理を行い、乾燥及び熱処理されたポリイミド
非対称膜を得た。この膜のＣＯ2の透過速度は１．９×
１０-2ｃｍ3（ＳＴＰ）／ｃｍ2・ｓｅｃ・ｃｍＨｇで、
Ｎ2との分離係数はほぼ１であった。Reference Example 1 97 mmol of 3,3,4,4-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 4,4-diaminodiphenyl ether 6
0 mmol, 3,5-diaminobenzoic acid 30 mmol,
10 mmol of 4,4-diaminodiphenylmethane was placed in a separable flask equipped with a stirrer and a nitrogen gas introducing tube together with 24.7 g of parachlorophenol, and nitrogen gas was caused to flow to stir the reaction solution. 180
Polymerization was carried out at a polymerization temperature of ° C for 2 hours to prepare an aromatic polyimide film-forming solution having an aromatic polyimide concentration of 15%. This aromatic polyimide has a rotational viscosity of 7 at 100 ° C.
It was 4 poise. 400 this aromatic polyimide solution
A dope solution for film formation was prepared by filtering with a stainless steel wire mesh. This dope solution for film formation was cast on a glass plate having a smooth surface at 60 ° C, and the thickness was adjusted to 2 with a doctor knife.
It is cast to 00 μm, left for 3 minutes as it is, then immersed in 80 wt% ethanol aqueous solution (0 ° C.) for 5 minutes together with the glass plate, and further immersed in 60 wt% ethanol aqueous solution (25 ° C.) for 1 hour to complete the solidification. A polyimide asymmetric film was obtained. Finally, the asymmetric membrane was removed from the glass plate, and the solvent was thoroughly washed and replaced with ethanol and isooctane, dried at 100 ° C for 1 hour, and then heat-treated at 200 ° C for 1 hour to obtain a dried and heat-treated polyimide asymmetric membrane. Got The CO 2 permeation rate of this membrane is 1.9 ×
10 -2 cm 3 (STP) / cm 2 · sec · cmHg,
The separation coefficient from N 2 was almost 1.
【００１７】実施例１ ポリプロピレン製多孔膜（ダイセル化学工業（株）製、
セルガード２５００：細孔径０．２５μｍ、空孔率４５
％）を反応容器がベルジャー型で内部に平行平板型電極
をもち、１３．５６ＭＨｚのプラズマ発生電源をもつプ
ラズマ処理装置の電極のアース側にセットし、アンモニ
アを２２ｃｃ／ｍｉｎで系内に導入しながら１００Ｗの
出力で３分間グロー放電を行った。このときの圧力は
０．５Ｔｏｒｒであった。処理後アンモニアを反応器内
より排気した後、すぐにアクリル酸の蒸気を系内に導入
し、３０分間上記プラズマ処理された多孔膜と接触さ
せ、ポリアクリル酸のグラフト重合体層（膜表面上の厚
さ：５μｍ）を膜表面に形成させた。上記グラフト重合
膜を５０重量％のトリエタノールアミン（ＴＥＡ）水溶
液に約１晩浸漬した後とりだして気体透過性能を測定し
た。その結果を表１に示す。Example 1 Polypropylene porous membrane (manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd.,
Celguard 2500: Pore size 0.25 μm, Porosity 45
%) Is set on the ground side of the electrode of a plasma processing apparatus having a bell jar type reaction vessel, a parallel plate type electrode inside, and a plasma generating power source of 13.56 MHz, and introducing ammonia into the system at 22 cc / min. Meanwhile, glow discharge was performed for 3 minutes at an output of 100W. The pressure at this time was 0.5 Torr. After exhausting ammonia from the reactor after the treatment, acrylic acid vapor was immediately introduced into the system and brought into contact with the plasma-treated porous membrane for 30 minutes to give a polyacrylic acid graft polymer layer (on the membrane surface). Thickness: 5 μm) was formed on the film surface. The above graft-polymerized membrane was immersed in a 50 wt% triethanolamine (TEA) aqueous solution for about one night and then taken out to measure the gas permeability. The results are shown in Table 1.
【００１８】実施例２ 参考例１により製膜された芳香族ポリイミド非対称膜を
用いた他は実施例１と同様の方法でポリアクリル酸のグ
ラフト重合膜を得た。このグラフト重合膜を実施例１と
同様に５０重量％のトリエタノールアミン（ＴＥＡ）水
溶液に約１晩浸漬した後とりだして気体透過性能を測定
した。その結果を表１に示す。Example 2 A polyacrylic acid graft polymerized film was obtained in the same manner as in Example 1 except that the aromatic polyimide asymmetric film formed in Reference Example 1 was used. This graft-polymerized membrane was immersed in a 50% by weight triethanolamine (TEA) aqueous solution for about one night as in Example 1, and then taken out to measure the gas permeability. The results are shown in Table 1.
【００１９】実施例３ ポリフッ化ビニリデン多孔膜（日本ミリポアリミテッド
社製、デュラポアＶＶＬＰ：細孔径０．１μｍ、空孔率
７０％）を用いたことと、アクリル酸蒸気との接触時間
を１５分とした他は実施例１と同様の方法でポリアクリ
ル酸のグラフト重合膜を得た。このグラフト重合膜を実
施例１と同様に５０重量％のトリエタノールアミン（Ｔ
ＥＡ）水溶液に約１晩浸漬した後とりだし気体透過性能
を測定した。その結果を表１に示す。Example 3 A polyvinylidene fluoride porous membrane (manufactured by Japan Millipore Limited, Durapore VVLP: pore size 0.1 μm, porosity 70%) was used, and contact time with acrylic acid vapor was 15 minutes. A graft polymerized film of polyacrylic acid was obtained in the same manner as in Example 1 except for the above. This graft-polymerized membrane was treated in the same manner as in Example 1 with 50% by weight of triethanolamine (T
EA) After soaking in the aqueous solution for about one night, the gas permeation performance of the taken out gas was measured. The results are shown in Table 1.
【００２０】実施例４ セルロース混合エステル多孔膜（日本ミリポアリミテッ
ド社製、ＭＦミリポアＶＳ：細孔径０．０２５μｍ、空
孔率７０％）を用いたことと、アクリル酸蒸気との接触
時間を１５分とした他は実施例１と同様の方法でポリア
クリル酸のグラフト重合膜を得た。このグラフト重合膜
を実施例１と同様に５０重量％のトリエタノールアミン
（ＴＥＡ）水溶液に約１晩浸漬した後とりだし気体透過
性能を測定した。その結果を表１に示す。Example 4 A cellulose mixed ester porous membrane (MF Millipore VS manufactured by Japan Millipore Limited, pore size 0.025 μm, porosity 70%) was used, and a contact time with acrylic acid vapor was 15 minutes. A graft polymerization film of polyacrylic acid was obtained in the same manner as in Example 1 except that This graft-polymerized membrane was immersed in a 50% by weight triethanolamine (TEA) aqueous solution for about one night as in Example 1, and then taken out and the gas permeation performance was measured. The results are shown in Table 1.
【００２１】比較例１ 実施例１で示したポリプロピレン製多孔膜を実施例１と
同様に５０重量％のトリエタノールアミン（ＴＥＡ）水
溶液に約１晩浸漬した後とりだし気体透過性能を測定し
た。その結果を表１に示す。Comparative Example 1 As in Example 1, the polypropylene porous membrane shown in Example 1 was immersed in a 50% by weight aqueous solution of triethanolamine (TEA) for about one night and then taken out to measure the gas permeation performance. The results are shown in Table 1.
【００２２】[0022]
【表１】 [Table 1]
【００２３】[0023]
【発明の効果】本発明によれば、二酸化炭素分離係数に
すぐれるとともに、二酸化炭素キャリヤー液の保持性に
すぐれ、水と接触してもその二酸化炭素キャリヤー液が
容易に溶出されることのない二酸化炭素分離膜を効率よ
く得ることができる。EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention, the separation coefficient of carbon dioxide is excellent, and the carbon dioxide carrier liquid is also highly retained, and the carbon dioxide carrier liquid is not easily eluted even when it comes into contact with water. A carbon dioxide separation membrane can be efficiently obtained.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 住山 芳行 東京都港区西新橋２−８−11 第７東洋海 事ビル８階 財団法人地球環境産業技術研 究機構 ＣＯ２固定化等プロジェクト室内 (72)発明者 平山 祐誠 東京都港区西新橋２−８−11 第７東洋海 事ビル８階 財団法人地球環境産業技術研 究機構 ＣＯ２固定化等プロジェクト室内 (72)発明者 柳下 宏 茨城県つくば市東１丁目１番 工業技術院 物質工学工業技術研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yoshiyuki Sumiyama 2-8-11 Nishi-Shimbashi, Minato-ku, Tokyo 8th floor of 7th Toyo Kaijuku Building Research Institute for Global Environment and Industrial Technology CO2 Immobilization Project Room ( 72) Inventor Yusei Hirayama 2-8-11 Nishi-Shimbashi, Minato-ku, Tokyo 8th floor of 7th Toyo Kaiji Building CO2 immobilization project room, Japan Institute for Global Environmental Technology (72) Inventor Hiroshi Yanagishita Ibaraki Prefecture 1-1, Higashi, Tsukuba-shi
Claims (3)
親水性ビニルモノマー蒸気をそのプラズマ処理された多
孔質高分子膜に接触させてグラフト重合させ、次いでこ
のようにして得られた親水性重合体表面層を有する多孔
質高分子膜に二酸化炭素キャリヤー液を含浸保持させる
ことを特徴とするプラズマ処理炭酸ガス分離膜の製法。1. After plasma-treating a porous polymer film,
The hydrophilic vinyl monomer vapor is brought into contact with the plasma-treated porous polymer membrane for graft polymerization, and then a carbon dioxide carrier liquid is added to the porous polymer membrane having the hydrophilic polymer surface layer thus obtained. A method for producing a plasma-treated carbon dioxide separation membrane, characterized in that the carbon dioxide separation membrane is impregnated and held.
る請求項１の方法。2. The method of claim 1, wherein the hydrophilic vinyl monomer is acrylic acid.
ルアミン水溶液である請求項１又は２の方法。3. The method according to claim 1, wherein the carbon dioxide carrier liquid is an aqueous alkanolamine solution.
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| JP2521883B2 JP2521883B2 (en) | 1996-08-07 |
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