JPS58112022A - 酸素分離膜 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、酸素分離膜に関するものである。

空気などの酸素含有気体から酸素を分離して酸素含有量
の高い気体を得る方法としては、各種の方法が知られて
いる。

たとえば、酸素含有気体を、モレキュラーシーブを充填
したカラム内を通過させることにより酸素をモレキュラ
ーシーブに選択的に吸着させたのち、その吸着酸素を脱
着することにより酸素含有量の高い気体を得る方法が従
来から実用化されている。この方法によれば、酸素含有
量の高い気体が得られるとの長所があるが、一方、この
方法を実施するために必要な設備は複雑になるとの不利
な面がある。

このため、設備面において有利な気体分離膜を利用して
酸素を選択的に分離する方法も開発されている０例えば
、Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍｅｍｂｒａｎｅ　５ｃｉｅ
ｎｃｅ。

１、　９９（１９７１３）には、オルガノポリシロキサ
ン・ポリカーボネート共重合体からなる気体分離膜を用
いて空気中の酸素を選択的に分離する方法が記載されて
いる。しかしながら、このような合成樹脂のみからなる
酸素分離膜は充分な酸素分離性能が得られにくいなどの
問題がある。

本発明者は、設備面において有利な酸素分離膜をさらに
改良することを目的として研究を行なった結果、気体分
離性を有する樹脂膜の内部に、磁化されている微粒子状
粉末を分散させた気体分離膜は、酸素の選択的分離性能
について、その基体として用いた樹脂のみからなる気体
分離膜に比較して優れた酸素分離性能を示すことを見い
出し、本発明に到達した。

本発明は、膜状樹脂成形物に、その樹脂量に対して１〜
２０重量％の微粒子状の磁化物質が分散含有されている
ことを特徴とする酸素分離膜からなるものである。

次に本発明の詳細な説明する。

本発明において酸素分離膜の基体となる物質は樹脂であ
り、この樹脂との表現には、一般的に気体分離膜として
用いられている樹脂および気体分離膜としての利用が提
案されている樹脂材料のいずれもが含ま、れる、そのよ
うな樹脂の例としては、オルガノポリシロキサン樹脂、
ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエーテル樹脂、
ポリエーテル樹脂、ポリアルコール樹脂、ポリスルホン
樹脂、そしてこれらの樹脂の基本単位を構成するモノマ
ーと他の七ツマ−との共重合体などを挙げることができ
る。

これらの樹脂の内で特に好ましいものは、耐熱性などが
優れたオルガノポリシロキサン（すなわち、オルガノシ
ロキサンの単独重合体）、およびオルガノシロキサン系
共重合体である。オルガノポリシロキサンの構成成分と
なるオルガノシロキサンの例としては、ジメチルシロキ
サン、ジエチルシロキサン、ジプロピルシロキサン、ジ
ブチルシロキサン、メチルエチルシロキサンなどの低級
ア、リレキル基を有するジアルキルシロキサン；ジフェ
ニルシロキサンなどの男香族基を有するジアリールシロ
キサン；アルキル基と芳香族ス（の両名を有するアルキ
ルアリールシロキサンなどを挙げることができる。また
オルガノシロキサン系共重合体の例としては、それらの
オルガノシロキサンを一方の七ツマー成分として用いた
オルガノプリシロキサン・ポリカーボネート共重合体な
どを挙げることができる。

本発明において用いる微粒子状の磁化物質は、磁界処理
、すなわち、磁界の影響化にｒ＜模作により磁気を帯び
させた磁性体である。そのような磁性体の代表的な例と
しては、酸化鉄、金属鉄、鉄含有合金等の鉄および鉄化
合物などの強磁性体を挙げることができる。ただし、磁
界処理により磁気、好ましくは持続性のある強い磁気、
を帯びる性質のある物質であれば、上記の例示物質に限
定されるものではない。

上記の磁化物質は、基体となる樹脂に均一に分散して存
在するように、微粒子状であることを必要とする。その
微粒子の粒径に特に限定はないが、取り扱い上の問題が
ない限り、できるだけ細かいほうが好ましい。そして本
発明で用いる微粒子状の磁化物質としては、粒径がＩＩ
Ｌ以下のものが特に好ましい。

磁化物質は、樹脂製の鮫状成形物（基体）に、その樹脂
◆に対して１〜２０重都％の範囲内の都で分散含有され
ている必要がある。磁化物質の含有量が１％未満の場合
には、磁化物質を含有させたことによる効果、すなわち
、酸素分離性能の向」―が殆ど現れない。また、磁化物
質の含有量を２０％を越えるような量にしても、その含
有量に見合うだけの酸素分離性能の向上が現れにくく、
その一方で、そのような多量の磁化物質を基体に含有さ
せることに起因する膜状成形体の強度の低下などの物性
の変動が顕著になるため、好ましくない、なお、特に好
ましい磁化物質の含有量の範囲は、３〜１５重量％であ
る。

次に本発明の酸素分離膜の製造方法の例を、樹脂材料と
してオルガノポリシロキサン、そして磁性体として酸化
鉄粉末を用いた組み合わせについて示す。

オルガノポリシロキサンと酸化鉄微粉末、そして少量の
トリメチルシラノールのような末端処理剤をベンゼン、
トルエンなどのオルガノポリシロキサン可溶性溶媒に添
加したのち、よく混合して樹脂溶液に酸化鉄微粉末がほ
ぼ均一に分散した状態の分散液を・調製する。この分散
液を平板状にキャスト、すなわち流し延べして膜状体を
得る。キャストした分散液から溶媒の相当部分を蒸発に
より除去したのち、この膜状体を磁界の中に置いて磁性
体の磁化を行ない、さらに膜状体を充分に乾燥させて酸
素分離膜とする。

本発明の酸素分離膜は、その形状に特に制限はなく、通
常の平膜状あるいは管状など任意の形状とすることがで
きる。そして、通常の気体分離膜における各種の形状、
例えば、内部に気泡を設けた対称性膜および非対称性膜
などの各種の形状とすることもできる。また、酸素分離
膜の厚さにも特に制限はなく、所望の酸素分離速度、酸
素分離率、酸素分離膜の強度などに応じて任意の厚さに
成形して使用することができる。ただし、通常は、分離
膜は膜厚３００ル以下に成形したものを）いる。

磁性体を磁化処理して磁化物質とするための磁界として
は、通常は、２０００工ルステツド以上の磁界を利用す
る。磁性体を２０００工ルステツド未満の磁界で処理し
た場合にも分離膜の酸素分離性能の向上は見られるが、
キの向上の程度が低く、実用性は低い、なお、本発明に
おいて、磁性体を磁化処理して磁化物質とするための磁
界として好ましい範囲は、３０００〜２０．０００エル
ステツドであり、特に好ましい範囲は、３０００〜５０
００エルステツドである。

以上に詳細に記載した構成を有する本発明の酸素分離膜
は、酸素含有気体からの＃素の選択的分離性能について
、その基体として用いられた樹脂のみからなる気体分＃
膜に比較して明らかに優れた酸素分離性能を示す。そし
て、この向−ヒした酸素分離性能は磁化物質の磁気が消
滅しない限り殆ど変化することなく持続する。

本発明においては基体に含有されている磁化物質が酸素
の選択的分離に有効に作用している。磁化物質のこのよ
うな作用の原因は必ずしも明らかではないが、酸素は常
磁性であるところから、この常磁性の酸素と磁化物質と
の間の相互作用が酸素の選択的分離に有効に作用してい
るものと推定される。

なお、酸素女離の対象となる＃素含有気体の代表的な例
としては、空気を挙げることができるが、その他にも、
例えば各種の化学反紀、装置、化学処理装置などから取
り出された酸素含有気体などの任意の酸素含有気体を酸
素分離の対象とすることができる。また、本発明の酸素
分離膜を用ｌ／する酸素分離操作の各種の条件について
は、従来の酸素分離膜を利用する分離操作の条件、に基
づいて選択、決定すれば良い。

次に本発明の実施例および比較例を示す。

［実施例１］ １１欠１里り呈１ 粘度約２００ボイズのジメチルポリシロキサン１００重
量部に、酸化鉄粉末（市販の磁気テープ用の酸化鉄粉末
：粒径０．１〜Ｉｇ）２０重量部、トルエン１００重量
部そしてトリメチルシラノール（末端処理剤）３重量部
を添加し、よく混合したのち、この酸化鉄分散樹脂溶液
を平板上にキャストして平膜状に形成した。この膜状物
から、溶媒の内のかなりの部分を蒸発により除去し、次
いでこれを４５００エルステツド（Ｏｅ、）の磁界処理
にかけたのち、充分に乾燥を行ない膜厚的の８ Ｉｎｄ、　　Ｅｎｇ、　　Ｃｈｅｌｌ、　　Ｐｒｏｃｅ
ｓｓ　Ｄｅｓ、Ｄｅｖｅｌｏｐ、、　　１１゜４７０　
（１１３７２）に記載の気体分離性能測定法により、酸
素分離性能の測定を行なった。

すなわち、三方に出入口ｘ、ｙ、ｚを有する気体導管の
内の一方の導管（Ｘ）の基部に、ろ紙に重ねた試料膜を
張り渡し、この側の導管（Ｘ）内を常圧下におく、他の
三方の導管Ｙ、Ｚのそれぞれを酸素含有気体の導入管（
Ｙ）および排出管（Ｚ）とし、酸素含有気体として用い
る空気（酸素含有量：２１．１容量％）を４ｋｇ／ｃｍ
’Ｇｃ７）加圧下に導入管、（Ｙ）から排出管（Ｚ）へ
と、試料膜の一方の表面に接触させながら、流量１０Ｎ
ＪＩ／時の流速で流通させる。この空気の流通を続けな
がら、導管（Ｘ）へ透過する気体の流量およびその気体
中の酸素濃度を測定する。

試料膜Ａを用いて酸素分離性能を測定した結果を第１表
に示す。

［実施例２］ 実施例１と同様にして試料膜Ｂを調製し、酸素分離性能
の測定を行なった。

試料膜Ｂを用いて酸素分離性能を測定した結果を第１表
に示す。

［実施例３］ 酸化鉄粉末の添加量を４．６重量部とした以外は実施例
１と同様にして試料膜Ｃを調製し、酸素分離性能の測定
を行なった。

試料膜Ｃを用いて酸素分離性能を測定した結果を第１表
に示す。

［実施例４］ 酸化鉄粉末の添加量を２重量部とした以外は実施例１と
同様にして試料膜りを調製し、酸素分離性能の測定を行
なった。

試料［Ｄを用いて酸素分離性能を測定した結果を第１表
に示す。

［実施例５］ 酸化鉄粉末の添加量を１重量部とした以外は実施例１と
同様にして試料膜Ｅを調製し、酸素分離性能の測定を行
なった。

試料膜Ｅを用いて酸素分離性能を測定した結果を第１表
に示す。

［比較例１］ 酸化鉄粉末を添加しなかった以外は実施例１と同様にし
て試料膜Ｆを調製し、酸素分離性能の測定を行なった。

試料膜Ｆを用いて酸素分離性能を測定した結果を第１表
に示す。

第１表 試料膜　酸化鉄含量　　酸素濃度　　透過気体量（重量
部）　　　　（％）　　　　（Ｎｃｃ／分）Ａ　　　　
２０　　　　３０．１　　　５．６Ｂ　　　　１０　　
　　２９．８　　　５．９Ｃ４，６２９，４５，７ Ｄ　　　　　２　　　　２７．４　　　５．５Ｅ　　　
　　１　　　　２５．８　　　４．９Ｆ　　　　　０　
　　　２５．４　　　４．８註）酸化鉄含量ニジメチル
ポリシロキサン１００重員部に対する重量部 酸素濃度：導管（Ｘ）へ透過した気体中の酸素濃度 ［実施例６］ 酸化鉄粉末の添加量を４．６重量部とし、磁界処理を２
００００エルステツド（Ｏｅ、）で行なった以外は実施
例１と同様にして試料膜Ｇを調製し、酸素分離性能の測
定を行なった。試料膜Ｇを用いて酸素分離性能を測定し
た結果を第２表に示す。

［実施例７］ 磁界処理を１００００エルステツドで行なった以外は実
施例６と同様にして試料膜Ｈを調製し、酸素分離性能の
測定を行なった。試料膜Ｈを用いて酸素分離性能を測定
した結果を第２表に示す。

〔実施例８］ 磁界処理を４５００エルステツドで行なった以外は実施
例６と同様にして試料膜Ｉを調製し、酸素分離性能の測
定を行なった。試料膜Ｉを用いて酸素分離性能を測定し
た結果を第２表に示す。

［実施例９］ 磁界処理を３０００エルステツドで行なった以外は実施
例６と同様にして試料膜Ｊを調製し、・酸素分離性能の
測定を行なった。試料膜Ｊを用いて酸素分離性能を測定
した結果を第２表に示す。

［実施例１０コ 磁界処理を２３００エルステツドで行なった以外は実施
例６と同様にして試料膜Ｋを調製し、酸素分離性能の測
定を行なった。試料膜Ｋを用いて酸素分離性能を測定し
た結果を第２表に示す。

［実施例１１］ 磁界処理を１０００エルステツドで行なった以外は実施
例６と同様にして試料膜りを調製し、酸素分離性能の測
定を行なった。試料膜りを用いて酸素分離性能を測定し
た結果を第２表に示す。

［比較例２］ 磁界処理を行なわなかった以外は実施例６と同様にして
試料膜Ｍを調製し、酸素分離性能の測定を行なった。試
料膜Ｍを用いて酸素分離性能を測定Ｉ７た結果を第２表
に示す。

第２表 試料ｌｌｌ　　　磁界強さ　　酸素濃度　　透過気体量
（Ｏｅ、）　　　　　（％）　　　　（Ｎｃｃ／分）Ｇ
　　　　　２００００　　　２９．７　　　５．８Ｈ１
００００２９，８６，Ｏ Ｉ　　　　　４５００　　　２９．４　　　５．７Ｊ　
　　　　３０００　　　２８．８　　　５゜５Ｋ　　　
　　２３００　　　２７．２　　　５．３Ｌ　　　　　
１０００　　　２５．９　　　５．１Ｍ　　　　　　　
Ｏ２５，６４，９ 註）！青濃度：導管（Ｘ）へ透過した気体中の酸素濃度 特許出願人　宇部−産株式会社 代理人　　　弁理士　柳川泰男

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １゜膜状樹脂成形物に、その樹脂量に対して１〜２０重
   量％の微粒子状の磁化物質が分散含有されていることを
   特徴とする酸素分離膜。 ２、樹脂がオルガノポリシロキサンであることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の酸素分離膜。 ３、微粒子状の磁化物質が３０００工ルステツド以上の
   磁界による磁界処理を施した微粒子状の酸化鉄であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の酸素分離膜
   。