JPS59199001A - Composite membrane for gas separation and its manufacture - Google Patents

Composite membrane for gas separation and its manufacture

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JPS59199001A
JPS59199001A JP58071526A JP7152683A JPS59199001A JP S59199001 A JPS59199001 A JP S59199001A JP 58071526 A JP58071526 A JP 58071526A JP 7152683 A JP7152683 A JP 7152683A JP S59199001 A JPS59199001 A JP S59199001A
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polymer
membrane
gas
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hydrogen
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Hideaki Imai
秀秋 今井
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
Asahi Kasei Kogyo KK
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D69/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/12Composite membranes; Ultra-thin membranes
    • B01D69/1213Laminated layers
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Abstract

PURPOSE:To obtain a polymeric composite membrane for separating hydrogen from a gaseous mixture by laminating polymeric thin films, having two kinds of intrinsic separation factors for a gaseous mixture of hydrogen and nitrogen, in a specified ratio on a polymer and an inorganic material compounding porous membrane having specified porosity. CONSTITUTION:A polymeric soln. A, consisting of a polysulfonic or a polyetheric resin etc. and having >=20 intrinsic separation factor for a gaseous mixture of hydrogen and nitrogen, and a polymeric soln. B, consisting of a silicone or a phosphazene polymer etc. and having the permeability coefficient of hydrogen at least ten times larger than that of the polymer in said soln. A, are coated on a polymer and an inorganic material compounding porous membrane, contg. 10-80wt% granular inorganic material and having 0.1mum mean pore size and porosity in the 30-80% range, and dried. In addition, the ratio of the layer thickness of the thin film consisting of the soln. B to that of the resistance layer consisting of the soln. A is regulated to >=5, and both films are laminated to manufacture the composite membrane.

Description

【発明の詳細な説明】 分離するための複合膜に関する。さらに詳しくは水素を
含む気体混合物から少くとも水素を分離するだめの高分
子複合膜に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION This invention relates to a composite membrane for separation. More specifically, the present invention relates to a polymer composite membrane for separating at least hydrogen from a gas mixture containing hydrogen.

混合気体から特定の気体を膜、ことに高分子膜を用いて
選択的に分離することは、それが十分効率よ(行われる
ならば、省エネルギー、省力型の分離法として高い工業
的価値のあることは当業者のつとに知るところである。
The selective separation of specific gases from a gas mixture using membranes, especially polymer membranes, is highly efficient and has high industrial value as an energy-saving and labor-saving separation method. This is well known to those skilled in the art.

特に水素の分離については強い関心がもたれており、石
油精製業界では水添プラントで発生するパージガスから
の水素回収、リフオーマ−で発生ずる水素,一酸化炭素
混合気体からの水素分離精製等の用途が考えられている
。その他、アンモニア合成プラント、メタノール合成プ
ラント等のパージガスからの水素回収、オキソ合成ガス
中の水素/一酸化炭素のモル比調節等への適用も検討さ
れている。
In particular, there is a strong interest in hydrogen separation, and the oil refining industry has applications such as hydrogen recovery from purge gas generated in hydrogenation plants, hydrogen separation and purification from hydrogen generated in reformers, and carbon monoxide mixed gas. It is considered. In addition, applications are being considered for hydrogen recovery from purge gas in ammonia synthesis plants, methanol synthesis plants, etc., and for adjusting the hydrogen/carbon monoxide molar ratio in oxo synthesis gas.

高分子膜の気体分離への応用については緻密な均質膜に
関して多くの研究がなされており、高分子膜を介しての
気体の透過は、気体分子の高分子物質中への溶解と溶解
した気体分子の高分子物質内での拡散との積で表わされ
ると考えられている。
Regarding the application of polymer membranes to gas separation, much research has been conducted on dense homogeneous membranes, and gas permeation through polymer membranes is based on the dissolution of gas molecules into polymeric materials and the dissolution of dissolved gases. It is thought to be expressed as the product of the diffusion of molecules within a polymeric material.

個々の気体は特定の高分子膜に対して、両者の相互作用
に基く固有の透過係数を有し、混合気体を作用させれば
、当該高分子膜は個々の気体の透過係数の差異に起因す
る固有の分離性能を有し、これを膜の分離係数という。
Each gas has a unique permeability coefficient for a specific polymer membrane based on the interaction between the two, and when a mixed gas is applied, the polymer membrane has a unique permeability coefficient due to the difference in the permeability coefficient of the individual gases. The membrane has a unique separation performance called the separation coefficient of the membrane.

したがって、特定の高分子膜を通しての気体の分離係数
は膜の厚さに依存せず一定であり、気体の膜透過速度は
膜厚に反比例して大きくなる。
Therefore, the separation coefficient of gas through a specific polymer membrane is constant regardless of the thickness of the membrane, and the membrane permeation rate of gas increases in inverse proportion to the membrane thickness.

高分子分離膜を用いる気体の選択的分離が十分効率よく
行われるためには、換言すれば、商業的実施を可能にす
るためには、膜分離装置の運転時の圧力、温度等に分離
膜が耐えられることはもちろん、分離しようとする気体
に対して、所望の分離係数を有し、かつ十分大きな透過
速度を与えるものでなければならない。
In order for the selective separation of gases using a polymer separation membrane to be performed with sufficient efficiency, in other words, in order to make commercial implementation possible, it is necessary to It must not only be able to withstand high temperatures, but also have a desired separation coefficient and a sufficiently high permeation rate for the gas to be separated.

従来、気体分離膜としては、大別して二つの提案がなさ
れている。一つは所望の分離係数を有する高分子を適当
な多孔性支持膜上に極薄膜として形成させることである
。実用上、有段な程度に気体の透過速度を大きくするた
めには、極薄膜は1μm以下、望ましくは05μm以下
の膜厚にしなければならない。かかる極薄膜をピンポー
ル等の欠陥なく均一に多孔性支持体上に強固に接着して
形成させることは容易でなく、製造技術はきわめて複雑
であり、製造コストも非常に高価となり工業的規模での
生産は困難である。
Conventionally, two main proposals have been made for gas separation membranes. One is to form a polymer having a desired separation coefficient as an ultrathin film on a suitable porous support membrane. Practically, in order to significantly increase the gas permeation rate, the ultrathin film must have a thickness of 1 μm or less, preferably 0.5 μm or less. It is not easy to form such an ultra-thin film uniformly and firmly adhered to a porous support without defects such as pinholes, the manufacturing technology is extremely complex, and the manufacturing cost is extremely high, making it difficult to manufacture on an industrial scale. Production is difficult.

他の提案は特開昭53−86684に開示されて(・る
。ある気体に対して高い分離係数を有する高分子を用い
て、該高分子の緻密均質の極薄膜と同程度の前記気体透
過速度を有するような多孔膜を形成し、該多孔膜の少(
とも片表面微細孔を分離係数は低し・けれども、気体透
過度のより大きい他の高分子で閉塞させるようコーティ
ングするとび・うものである。この提案における多孔膜
は実質的に片表面のごく薄し・層において極微細孔を有
し、さらに内部から他の表面にわたってより大きな孔か
らなる多孔膜、所謂、「非対称膜」でなければならず、
かかる非対称膜の製造は高分子を溶剤に溶解した溶液か
ら湿式キャスティングによらざるをえず、このような非
対称膜の製造には多量の特殊な溶剤の使用、所望の膜構
造を得るための製造条件の微妙な調節等を要し、その工
業的生産は複雑煩瑣で、高コストにならざるを得ない。
Another proposal is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 53-86684. Using a polymer having a high separation coefficient for a certain gas, the gas permeability is the same as that of a dense homogeneous ultrathin film of the polymer. To form a porous film having a high speed,
The micropores on one side are often coated with another polymer that has a low separation coefficient but a higher gas permeability. The porous membrane in this proposal must be a so-called "asymmetric membrane," which has extremely fine pores in a very thin layer on one surface and larger pores extending from the inside to the other surface. figure,
The production of such asymmetric membranes requires wet casting from a solution of polymer dissolved in a solvent, and the production of such asymmetric membranes requires the use of large amounts of special solvents and the manufacturing process required to obtain the desired membrane structure. It requires delicate adjustment of conditions, and its industrial production is complicated and expensive.

さらに気体分離多孔膜として利用可能な、分離しようと
する気体に対し比較的高℃・分離性能を有し、かつ適当
な溶媒があって、湿式キャスティング法により非対称膜
を形成し得て、さらにその膜が気体分離膜として必要な
強度その他の物性を保持しうるような高分子はきわめて
限定され、この提案の実用的価値は大きく制約される。
Furthermore, there is a porous gas separation membrane that can be used as a gas separation membrane, has separation performance at a relatively high temperature for the gas to be separated, has an appropriate solvent, and can form an asymmetric membrane by a wet casting method. The number of polymers that allow the membrane to maintain the strength and other physical properties necessary for a gas separation membrane is extremely limited, and the practical value of this proposal is greatly restricted.

本発明者らは実用上有段な気体分離用複合膜について研
究を重ねた結果、本発明に到達した。
The present inventors have arrived at the present invention as a result of repeated research on a practically significant composite membrane for gas separation.

本発明の目的は温度、圧力、その信実用的な使用条件に
おいて、十分な耐久性を有し、かつ高い分離性能と大き
な気体透過速度を有する気体分離用複合膜を提供するこ
とにある。他の目的は特に水素ガスの分離に好適な気体
分離用複合膜を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a composite membrane for gas separation that has sufficient durability under temperature, pressure, and other conditions of reliable use, and has high separation performance and high gas permeation rate. Another object is to provide a composite membrane for gas separation that is particularly suitable for separating hydrogen gas.

本発明の気体分離膜について説明すると、本発明は無機
微粒体を10重量%以上80重量%未満含有し、平均孔
径01μm以下であって、空孔度が30%ないし80%
の範囲にある高分子・無機物配合多孔膜上に一水素、窒
素混合気体の分離係数が20以上の固有分離り能を有す
る高分子の薄層(1)と水素の透過係数が前記薄層(1
)を形成する高分子よりも少くとも10倍大きな透過係
数を有する高分子の薄層(IDが積層され、層(1)と
層(11)の夫々の平均的層厚の比[(II)/(1)
 )が5以上であることを特徴とする気体分離用複合膜
に関する。
To explain the gas separation membrane of the present invention, the gas separation membrane of the present invention contains 10% by weight or more and less than 80% by weight of inorganic fine particles, has an average pore diameter of 01 μm or less, and has a porosity of 30% to 80%.
A thin layer (1) of a polymer having an inherent separation coefficient of 20 or more for a hydrogen/nitrogen mixture gas on a porous membrane containing a polymer and an inorganic substance in the range of 1
) with a permeability coefficient at least 10 times greater than that of the polymer forming the polymer (ID) is laminated and the ratio of the respective average layer thicknesses of layer (1) and layer (11) [(II) /(1)
) is 5 or more.

本発明についてさらに詳しく説明すると、本発明でいう
高分子・無機物配合多孔膜とは、一般に成形材料として
用いられる10重量%以上80重量%未満、好ましくは
20重量%以上60重量%未満の無機微粒体が高分子中
に分散され、主として該無機微粒体と高分子の界面およ
び/または該無機微粒体の粒子間に微細な連通孔が形成
されて網状構造をなしている多孔膜である。かかる高分
子・無機物複合多孔膜は高分子と無機微粒体を混合して
、公知の高分子熔融成形手段を用いて、シート、フィル
ムあるいは中空糸等所望の形状に成形した後、適当な温
度条件である程度の延伸する方法、あるいは高分子と無
機微粒体とさらに適当な有機液状体とを混合して、公知
の高分子熔融成形手段を用℃・て、シート、フィルムあ
るいは中空糸等所望の形状に成形した後、該成形物か、
ら有機液状体を抽出除去する方法などにより製造される
To explain the present invention in more detail, the polymer/inorganic compound porous membrane referred to in the present invention refers to inorganic fine particles of 10% to less than 80% by weight, preferably 20% to less than 60% by weight, which are generally used as a molding material. It is a porous membrane in which the particles are dispersed in a polymer, and fine communicating pores are formed mainly at the interface between the inorganic fine particles and the polymer and/or between the particles of the inorganic fine particles, forming a network structure. Such a polymer/inorganic composite porous membrane is produced by mixing a polymer and inorganic fine particles, molding it into a desired shape such as a sheet, film, or hollow fiber using a known polymer melt molding method, and then subjecting it to appropriate temperature conditions. A method of stretching the polymer to a certain extent, or mixing the polymer, inorganic fine particles, and a suitable organic liquid, and using a known polymer melt molding method at °C to form a desired shape such as a sheet, film, or hollow fiber. After molding, the molded product or
It is manufactured by a method such as extracting and removing an organic liquid from a liquid.

本発明に使用される有利な高分子・無機物配合多孔膜と
その製造方法の一例は特開昭52−70988および特
開昭52−156776に開示されている。
An example of an advantageous polymer/inorganic compound porous membrane used in the present invention and a method for producing the same is disclosed in JP-A-52-70988 and JP-A-52-156,776.

本発明に係る高分子・無機物配合多孔膜にあっては、無
機微粒体の量が10重量%未満では、可塑剤が多くかつ
高分子中に均一に分散しても連通した細孔になりにくく
、実用的な多孔膜とはならない。
In the polymer/inorganic compound porous membrane according to the present invention, if the amount of inorganic fine particles is less than 10% by weight, the plasticizer is large and even if it is uniformly dispersed in the polymer, it is difficult to form continuous pores. , it does not result in a practical porous membrane.

また無機微粒体の量が80重量%以上では膜としての強
度が低く、実用的な多孔膜とはなりえない。
Furthermore, if the amount of inorganic fine particles is 80% by weight or more, the strength of the membrane will be low and it will not be possible to obtain a practical porous membrane.

本発明に用いられる無機微粒体の例としては、カーボン
ブラック、酸化ケイ素、ケイ酸カルシウム、ケイ酸アル
ミニウム、酸化アルミニウム、酸化チタン、カオリンク
レー、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ケインウ士
、タルク、硫酸バリウム、マイカ、アスベスト等があり
、それらの単独、或いはその2種以上の混合物を用いる
こともできる。さらに本発明に用いられる無機微粒体の
粒子形状としては、特に限定されるものではな℃・が、
平均粒径0.005〜1μm、比表面積が30〜800
m2/りの微粒子状、または多孔性粒状のものが均一で
、すぐれた性能の高分子・無機物配合多孔膜を得る場合
に、好ましいものとなる。
Examples of inorganic fine particles used in the present invention include carbon black, silicon oxide, calcium silicate, aluminum silicate, aluminum oxide, titanium oxide, kaolin clay, calcium carbonate, magnesium carbonate, carbon black, talc, barium sulfate, Mica, asbestos, etc. may be used alone, or a mixture of two or more thereof may be used. Furthermore, the particle shape of the inorganic fine particles used in the present invention is not particularly limited;
Average particle size 0.005-1 μm, specific surface area 30-800
Fine particles of m2/liter or porous particles are preferable when obtaining a porous membrane containing a polymer and an inorganic material that is uniform and has excellent performance.

本発明における高分子・無機物配合多孔膜の平均孔径は
01μm以下であることが必要である。
The average pore diameter of the polymer/inorganic compound porous membrane in the present invention is required to be 0.1 μm or less.

平均孔径が01μmより大きい場合には、該多孔膜上に
前記高分子の薄層(1)を積層して形成しようとする際
に、該高分子が多孔膜の孔中に浸透ある℃・は嵌入して
所望の薄層を形成することが困難となる。したがって、
多孔膜の平均孔径は01μm以下、好ましくは007μ
m以下にすべきである。
If the average pore diameter is larger than 0.1 μm, when trying to form the thin layer (1) of the polymer on the porous membrane, the polymer may penetrate into the pores of the porous membrane. It becomes difficult to embed and form the desired thin layer. therefore,
The average pore diameter of the porous membrane is 0.01 μm or less, preferably 0.07 μm.
It should be less than m.

さらに、前記多孔膜は空孔率が30%な℃・し80%の
範囲にあることが必須条件である。空孔率30%未満で
は、多孔膜自体の気体透過速度が小さく、気体分離用の
支持膜としては実用的でな(・。
Furthermore, it is essential that the porous membrane has a porosity in the range of 30% to 80%. If the porosity is less than 30%, the gas permeation rate of the porous membrane itself is low and it is not practical as a support membrane for gas separation.

また、80%より大きい空孔率では膜強度が低く、実用
的な多孔膜になり難し・。本発明に用℃・られる多孔膜
の空孔度は30〜80%、より好ましくは40〜65%
である。
In addition, if the porosity is greater than 80%, the membrane strength will be low and it will be difficult to make a practical porous membrane. The porosity of the porous membrane used in the present invention is 30 to 80%, more preferably 40 to 65%.
It is.

高分子・無機物配合多孔膜を構成する高分子としては、
特に限定されるものではないが、たとえば、エチレン、
プロピレン、ブテン−1等の重合体、あるいはこれらの
一つまたは二つ以上を主要成分として含有する共重合体
のよう1なポリオレフィン系樹脂、フッ化ビニル、フッ
化ビニリデン、三フッ化エチレンあるいは四フッ化エチ
レン等の重合体ないしはこれらを構成成分として含む共
重合体等の群からなるフッ素系樹脂、ポリエチレンテレ
フタレートやポリブチレンテレフタレートのようなポリ
エステル系附脂、ポリアミド系樹脂、ポリスチレン系樹
脂、ポリ塩化ビニルおよびその他押出成形可能な多くの
熱可塑性樹脂であり、それらの単独あるいは二種以上の
樹脂の混合物から選ぶことができる。
The polymers that make up the polymer/inorganic compound porous membrane are:
For example, but not limited to, ethylene,
Polyolefin resins such as propylene, butene-1, etc., or copolymers containing one or more of these as main components, vinyl fluoride, vinylidene fluoride, trifluoroethylene, or tetrafluoride. Fluorine-based resins consisting of polymers such as fluorinated ethylene or copolymers containing these as constituents, polyester-based fats such as polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate, polyamide-based resins, polystyrene-based resins, and polychlorinated resins. Vinyl and many other extrudable thermoplastic resins, which can be selected singly or in mixtures of two or more resins.

さらに、成形後にそれらの樹脂を処理し、フッ素、塩素
や臭素のようなハロゲン基やヒドロキシル基、アルコキ
シ基、アシル基、アミド基やスルホン基のような官能基
を伺加することも可能である。
Furthermore, it is also possible to treat these resins after molding to add halogen groups such as fluorine, chlorine, and bromine, and functional groups such as hydroxyl groups, alkoxy groups, acyl groups, amide groups, and sulfone groups. .

本発明の高分子・無機物配合多孔膜を製造す゛るのに特
に好ましい高分子の例としてはポリオレフィン系樹脂お
よびフッ素系樹脂が挙げられる。低密度ポリエチレンか
ら高密度ポリエチレンにわたる種々のポリエチレン、ポ
リプロピレン、ある(・はそれらの共重合体は強度、耐
薬品性、可撓性等にすぐれており、無機微粒体との混合
、混練が容易であり、得られた混合物から通常の成形加
工手段によりきわめて容易にシート、フィルムおよび中
空糸等が成形できる。フッ素系樹脂はポリオレフィン系
樹脂に比し、一層耐薬品性、強度および耐熱性において
すぐれている。フッ素系樹脂の例としては 四フッ化エチレンー六フッ化プロピレン共重合体、四フ
ッ化エチレンーパーフルオロアルコキシエチレン共重合
体、ポリ三フッ化エチレン樹脂、四フッ化エチレンーエ
チレン共重合体やポリフッ化ビニリデン樹脂がある。
Particularly preferred examples of polymers for producing the polymer/inorganic compound porous membrane of the present invention include polyolefin resins and fluororesins. A variety of polyethylenes, polypropylenes, and copolymers of them, ranging from low-density polyethylene to high-density polyethylene, have excellent strength, chemical resistance, flexibility, etc., and are easy to mix and knead with inorganic fine particles. Sheets, films, hollow fibers, etc. can be formed very easily from the resulting mixture using ordinary molding methods.Fluororesins have superior chemical resistance, strength, and heat resistance compared to polyolefin resins. Examples of fluororesins include tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, tetrafluoroethylene-perfluoroalkoxyethylene copolymer, polytrifluoroethylene resin, and tetrafluoroethylene-ethylene copolymer. and polyvinylidene fluoride resin.

本発明に係る高分子・無機物配合多孔膜は、膜中の高分
子と無機微粒子の界面および/または無機微粒子間に平
均孔径01μm以下、好ましくは0.07μm以下の微
細な空隙によって網状構造の多孔性が付与されている。
The polymer/inorganic compound porous membrane according to the present invention has a network structure of pores formed by fine voids with an average pore size of 01 μm or less, preferably 0.07 μm or less, at the interface between the polymer and inorganic fine particles in the membrane and/or between the inorganic fine particles. gender is given.

本発明はかかる微細な平均孔径の多孔膜を用いることが
必須要件である。
In the present invention, it is essential to use a porous membrane having such a fine average pore diameter.

さらに本発明において高分子・無機物配合多孔膜を用い
ることの重要性を以下に述べる。
Furthermore, the importance of using a polymer/inorganic compound porous membrane in the present invention will be described below.

高分子の薄層(1)を多孔性支持膜上に形成させる方法
としては、当該高分子を適当な溶媒に溶解させた溶液を
公知の手段を用いて多孔膜上に薄くコーティング(積層
)した後、溶媒を蒸発除去するのが実用的である。本発
明に係る高分子・無機物配合多孔膜は無機微粒体の存在
によって前記高分子溶液にきわめて濡れやすくなって℃
・るため、該高分子溶液を薄く、かつ比較的一定の厚さ
で、その上にコーティングすることを容易ならしめてい
る。さらに、前記高分子・無機物配合多孔膜の空孔は主
として無機微粒子の間隙からなる微細な網状構造をなし
ているため、コーティングされた前記高分子溶液中の溶
媒は表面から蒸発するだけでなく、無機微粒子間隙の網
状構造を通してきわめて速やかに浸透し裏面からも蒸発
除去される。その結果、形成される高分子薄膜は、空孔
内部への入り込みが少なく比較的均一な厚さでかつ厚さ
方向にも均質な極薄膜となる。さらにまた、無機微粒体
とコーティング層との間のアンカー効果による支持膜と
気体分離活性薄膜との接着性向上、或いは支持膜として
の多孔膜の苛酷な温度、圧力等の使用条件下での耐圧密
性の向上など、気°体分離膜として実用」−1重要な性
能を改善することができる。
As a method for forming a thin layer (1) of a polymer on a porous support membrane, a solution in which the polymer is dissolved in an appropriate solvent is thinly coated (laminated) on the porous membrane using a known method. After that, it is practical to remove the solvent by evaporation. The polymer/inorganic compound porous membrane according to the present invention becomes extremely wettable with the polymer solution due to the presence of inorganic fine particles.
- This makes it easy to coat the polymer solution thereon with a thin and relatively constant thickness. Furthermore, since the pores of the polymer/inorganic compound porous membrane have a fine network structure consisting mainly of gaps between inorganic fine particles, the solvent in the coated polymer solution not only evaporates from the surface; It penetrates extremely quickly through the network structure of the gaps between the inorganic particles and is also evaporated and removed from the back surface. As a result, the formed polymer thin film becomes an extremely thin film that has a relatively uniform thickness with little penetration into the pores and is also homogeneous in the thickness direction. Furthermore, the anchor effect between the inorganic fine particles and the coating layer improves the adhesion between the support membrane and the gas separation active thin membrane, or the porous membrane as a support membrane can withstand pressure under harsh operating conditions such as temperature and pressure. Practical use as a gas separation membrane, such as improved density, can improve important performance.

次に、本発明でいう水素、窒素混合気体の分離係数が2
0以上の固有分離性能を有する高分子の薄層(1)とし
ては、様々な樹脂が用いられる。その代表的なものとし
ては、ポリスルホン系樹脂、セルロースアセテート、ポ
リフッ化ビニル、ポリエチレンフタレートで代表される
ポリエステル系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、脂肪族
、或(・は芳香族ポリアミド系樹脂、ポリカーボネート
系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリフェニレンエーテル系
樹脂やブタジェン−アクリロニトリル系共重合体等があ
る。この中て゛もポリスルホン系樹脂やポリフェニレン
エーテル系樹脂が溶液コーティング時の薄膜の形成しや
すさにおいて良好であるため好ましいものとなる。
Next, the separation coefficient of hydrogen and nitrogen mixed gas in the present invention is 2.
Various resins can be used as the polymer thin layer (1) having an inherent separation performance of 0 or more. Typical examples include polysulfone resins, cellulose acetate, polyvinyl fluoride, polyester resins represented by polyethylene phthalate, polyamideimide resins, aliphatic or aromatic polyamide resins, and polycarbonate resins. , polyimide resins, polyphenylene ether resins, butadiene-acrylonitrile copolymers, etc. Among these, polysulfone resins and polyphenylene ether resins are preferred because they are easy to form a thin film during solution coating. Become.

使用しつるポリスルホンの中には、反復構造単位 (式中、■(およびR1は同一または異っていてそして
これは脂肪族または芳香族ヒドロカルビル含有部分例え
ば1〜約40個の炭素原子を含有するものであり、スル
ホニル基中のイオウは脂肪族または芳香族炭素原子に結
合している)を包含する重合体骨格を有するものがある
。そしてこのポリスルホンは薄膜形成に適当な10,0
00以上の平均分子量を有しているのが好ましい。この
ポリスルホンを交叉結合させない場合には、このポリス
ルホンの分子量は一般に約500,000以下である。
Among the polysulfones used are repeating structural units (wherein and R1 are the same or different and contain an aliphatic or aromatic hydrocarbyl-containing moiety, e.g., 1 to about 40 carbon atoms). The sulfur in the sulfonyl group is bonded to an aliphatic or aromatic carbon atom) and has a polymeric backbone containing 10,0
It is preferable that it has an average molecular weight of 0.00 or more. When the polysulfone is not cross-linked, the polysulfone generally has a molecular weight of about 500,000 or less.

RおよびR’は炭素−炭素結合によってかあるいは種々
の結合基例えば 0 0   0   0 II   II     II     1l−0−1
−S−1−C−1−C−N−1−N−C−N−1−0−
C−11 HHH の基その他によって結合させることができる。特に有利
なポリスルホンは、RおよびR1の少くとも一方が芳香
族ヒドロカルビル含有部分を包含するものであり、そし
てそのスルホニル部分は少くとも1個の芳香族炭素原子
に結合している。
R and R' may be substituted by carbon-carbon bonds or by various bonding groups such as 0 0 0 0 II II II 11-0-1
-S-1-C-1-C-N-1-N-C-N-1-0-
The bond can be made through a C-11 HHH group or the like. Particularly advantageous polysulfones are those in which at least one of R and R1 includes an aromatic hydrocarbyl-containing moiety, and the sulfonyl moiety is bonded to at least one aromatic carbon atom.

一般的芳香族ヒドロカルビル含有部分としては、フェニ
レンおよび置換フェニレン部分、ビスフェニルおよび置
換ビスフェニル部分、式 の核を有スるビスフェニルメタンおよび置換ビスフェニ
ルメタン部分、式 %式%:5 (式中Xは酸素またはイオウである)の置換および未置
換ビスフェニルエーテルその他が挙げられる。前記のビ
スフェニルメタンおよびビスフェニルエーテル部分中で
は、R,、−几、0は同一または異っていてもよくそし
て構造 l X!! 〔式中X1およびX2は同一または異っていてもよくそ
してこれは水素またはハロゲン(例えばフッ素、塩素お
よび臭素)でありpはOまたは例えば1〜約6の整数で
あり、そして2は水素、ノ・ロゲン(例えばフッ素、塩
素および臭素)、+Y→−R11(式中qは0または1
であり、Yは一〇−1−S−100 1 一5S−1−QO−または−C−であり、そしてR11
は水素、例えば1〜約8個Ω炭素原子を含有する置゛換
または未置換アルキル、または例えば約6〜15個の炭
素原子を含有する単環性または二環性の置換または未置
換アリールである)、窒素、酸素およびイオウの少くと
も一つである複素原子を有しそして約5〜15個の環原
子を有する単環性または二環性である複素環、スルフア
ートおよびスルホノ、特に低級アルキルを含有するかま
たは単環性または二環性アリールを含有するスルファ−
1・およびスルホノ、燐含有部分例えばホスフィンおよ
びホスファートおよびホスホノ、特に低級アルキルを含
有するかまたは単環または二環性アリールヲ含有スるホ
スファートおよびホスホノ、第一級、第二級、第三級お
よび第四級アミンを(その第二級、第三級および第四級
アミンは往々にして低級アルキルまたは単環または二環
性アリール部分を含有している)を含むアミン、インチ
オウレイル、チオウレイル、グアニジル、トリアルキル
シリル、トリアルキルスタニル、ジアルキルスチビニル
その他である〕を有する置換基を表わしてイル。ビスフ
ェニルメタンおよびビスフェニルエーテル部分のフェニ
ル基上の置換基はオルト位にあることが多い。ずなわち
、R7〜RIOは水素である。芳香族ヒドロカルビル含
有部分を有するポリスルホンは、一般に良好な熱安定性
を有しており、化学試薬の攻撃に抵抗性でありそして強
靭さと可撓性の優れた組合せを有している。有用なポリ
スルホンば、ユニオン・カーバイド社により例えば「ニ
ーデルP−1700Jおよび「ニーデルP −3500
Jの商品名で販売されている。これら両製品は、一般式 (式中、重合度を表わすnは約50〜8oである)ノ線
状鎖を有している。ポリ(アリレンエーテル)スルホン
もまた有利である。
Common aromatic hydrocarbyl-containing moieties include phenylene and substituted phenylene moieties, bisphenyl and substituted bisphenyl moieties, bisphenylmethane and substituted bisphenylmethane moieties having a nucleus of formula Substituted and unsubstituted bisphenyl ethers (X is oxygen or sulfur) and others are included. In the above bisphenylmethane and bisphenyl ether moieties, R,, -几, 0 may be the same or different and the structure lX! ! [wherein X1 and X2 may be the same or different and are hydrogen or halogen (e.g. fluorine, chlorine and bromine), p is O or an integer such as from 1 to about 6, and 2 is hydrogen, (e.g. fluorine, chlorine and bromine), +Y→-R11 (where q is 0 or 1
, Y is 10-1-S-100 1-5S-1-QO- or -C-, and R11
is hydrogen, substituted or unsubstituted alkyl containing, for example, 1 to about 8 Ω carbon atoms, or monocyclic or bicyclic substituted or unsubstituted aryl containing, for example, about 6 to 15 carbon atoms. ), heterocycles having a heteroatom that is at least one of nitrogen, oxygen and sulfur and being monocyclic or bicyclic having about 5 to 15 ring atoms, sulfate and sulfono, especially lower alkyl or monocyclic or bicyclic aryl.
1 and sulfono, phosphorus-containing moieties such as phosphines and phosphates and phosphonos, especially those containing lower alkyl or monocyclic or bicyclic aryl, primary, secondary, tertiary and Amines containing quaternary amines (secondary, tertiary and quaternary amines often contain lower alkyl or monocyclic or bicyclic aryl moieties), thioureyl, thiouryl, guanidyl , trialkylsilyl, trialkylstanyl, dialkylstivinyl, etc.]; Substituents on the phenyl group of bisphenylmethane and bisphenyl ether moieties are often in the ortho position. That is, R7 to RIO are hydrogen. Polysulfones with aromatic hydrocarbyl-containing moieties generally have good thermal stability, are resistant to attack by chemical reagents, and have an excellent combination of toughness and flexibility. Useful polysulfones are manufactured by Union Carbide, such as Needel P-1700J and Needel P-3500
It is sold under the product name J. Both of these products have linear chains of the general formula (where n, representing the degree of polymerization, is about 50 to 8o). Poly(arylene ether) sulfones are also advantageous.

構造 を有し、ICI社からJlooPJの商品名で販売され
、入手可能なポリエーテルスルホンもまた有用である。
Also useful are polyether sulfones having the structure available from ICI under the trade name JlooPJ.

更にその他の有用なポリスルホンは、例えば交叉結合、
グラフト化、四級化その他による重合体の変性処理によ
って製造することができる。
Still other useful polysulfones include, for example, cross-linked,
It can be produced by modifying the polymer by grafting, quaternization, etc.

ボIJ フェニレンエーテルとしては下記一般式(式中
、R1及びR8は独立に炭素数1〜4のアルキル基もし
くはハロゲン原子を示し、R2は水素、炭素数1〜4の
アルキル基もしくはハロゲン原子を示し、nは50〜3
0o、好ましくは6〜280、更に好ましくは70〜2
50の範囲の整数である。)で表わされるものが好適に
使用され得る。
BoIJ phenylene ether can be expressed by the following general formula (wherein R1 and R8 independently represent an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or a halogen atom, and R2 represents hydrogen, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or a halogen atom). , n is 50-3
0o, preferably 6-280, more preferably 70-2
is an integer in the range of 50. ) may be preferably used.

上記一般式で示されるポリフェニレンエーテルの代表例
としては、ポリ(2、6−シメチルフエニレンー1,4
−エーテル)、ポリ(2,6−ジエチルフェニレン−1
,4−エーテル)、ポリ(2−メチル−6−エチルフェ
ニレン−1,4−エーテル)、ポリ(2−メチル−6−
クロルフェニレン−1,4−エーテル)、ポリ(2,6
−シクロルフエニレンー1,4−エーテル)、ポリ(2
,6−ジーn−プロピルフェニレン−1,4−エーテル
)、ポリ(2−メチル−6−n−ブチルフェニレン−1
,4−エーテル)、ポリ(2−メチル−6−7”ロムフ
ェニレン−1,4−エーテル)、ポリ (2,3,6−
トリメラールフェノール)などが挙げられる。
A typical example of polyphenylene ether represented by the above general formula is poly(2,6-dimethylphenylene-1,4
-ether), poly(2,6-diethylphenylene-1
, 4-ether), poly(2-methyl-6-ethylphenylene-1,4-ether), poly(2-methyl-6-
chlorophenylene-1,4-ether), poly(2,6
-cyclophenylene-1,4-ether), poly(2
, 6-di-n-propylphenylene-1,4-ether), poly(2-methyl-6-n-butylphenylene-1)
,4-ether), poly(2-methyl-6-7"romphenylene-1,4-ether), poly(2,3,6-
trimeral phenol), etc.

上記高分子層CI)は、本発明の気体分離用複合膜の分
離性能の主要な役割を担う部分であり、水素/窒素ガス
の分離係数が20以上の固有分離性能を有することが必
要であって、これ以下の性能では実用的な分離性能を有
する分離膜を得ることばできない。また、該高分子層(
1)は必ずしも均一な厚みを有する均質膜である必要は
なく、平均厚さが1μm以下であれば、実用的な透過速
度を有する分離膜を得ることができる。すなわち、高分
子の薄層(1)は厚さの平均値が1μm以下であればよ
く、好ましくは05μm以下、さらに好ましくは02μ
m以下であり、その場合に、部分的にピンホールその他
薄膜としての欠陥が存在1〜でも差しつかえない。許容
される欠陥の程度を定量的に示すことは難しいが、経験
的には支持膜である高分子・無機物配合多孔膜の空気透
過速度に比し、前記高分子の薄層(1)を該多孔膜上に
形成した積層膜の空気透過速度が1150より小さくな
るように、また、望ましくは1/100程度になるよう
に調製されて(・ればよ℃・。
The above-mentioned polymer layer CI) is a part that plays a major role in the separation performance of the composite membrane for gas separation of the present invention, and is required to have an inherent separation performance with a hydrogen/nitrogen gas separation coefficient of 20 or more. Therefore, if the performance is lower than this, it is impossible to obtain a separation membrane with practical separation performance. In addition, the polymer layer (
1) does not necessarily have to be a homogeneous membrane with a uniform thickness; as long as the average thickness is 1 μm or less, a separation membrane with a practical permeation rate can be obtained. That is, the thin polymer layer (1) may have an average thickness of 1 μm or less, preferably 0.5 μm or less, and more preferably 0.2 μm or less.
m or less, in which case it is acceptable for pinholes and other thin film defects to exist partially. Although it is difficult to quantify the allowable degree of defects, it has been empirically shown that the thin layer of polymer (1) is The air permeation rate of the laminated membrane formed on the porous membrane is adjusted to be less than 1150°C, preferably about 1/100°C.

前記積層膜の空気透過速度が1150より太き(・場合
には実質的に前記薄層(1,)に欠陥が多ずぎて実用的
な気体分離用複合膜が得られない。
If the air permeation rate of the laminated membrane is greater than 1150, the thin layer (1,) has so many defects that a practical composite membrane for gas separation cannot be obtained.

次に、本発明における水素の透過係数が前記高分子の薄
層(I)を形成する高分子よりも少くとも10倍大きな
高分子の薄層(II)に用いられる高分子としては、た
とえばシリコン系高分子やホスファゼン系高分子が挙げ
られる。実用的にすぐれた性能の気体分離用複合膜を得
るためには前記薄層(11)を形成する高分子の水素透
過係数は10’c1rL3(S T P ) −cx/
cm2・sec 、 cr/LHg以上であることが望
ましい。シリコン系高分子としてはポリジメチルシロキ
サン、或℃・はそのメチル基を部分的にトリフルオログ
ロビル基、シアノプロピル基、フェニル基やビニル基で
置換したシリコン樹脂がある。
Next, in the present invention, the polymer used for the thin polymer layer (II) whose hydrogen permeability coefficient is at least 10 times larger than that of the polymer forming the thin polymer layer (I) is, for example, silicon. Examples include phosphazene-based polymers and phosphazene-based polymers. In order to obtain a composite membrane for gas separation with excellent practical performance, the hydrogen permeability coefficient of the polymer forming the thin layer (11) is 10'c1rL3(S T P ) -cx/
It is desirable that it is cm2·sec, cr/LHg or more. Examples of silicon-based polymers include polydimethylsiloxane, or silicone resins whose methyl groups are partially substituted with trifluoroglobyl groups, cyanopropyl groups, phenyl groups, or vinyl groups.

それらは、そのまま使用されるか、或いは膜形成後に架
橋硬化しても良い。また、メチルアセトキシシラン、メ
チルアルコキシシラン、メチルアミノシランやメチルヒ
ドロキシルアミノシランのような3官能性シランを用い
て水酸基末端ジメチルシロキサンオリゴマーを水分存在
下で3次元架橋して層を形成させるか、テトラエトキシ
シランやメチルトリエトキシシランのようなアルコキシ
シランと水酸基末端シロキサンオリゴマーをアミン、ジ
ブチルすずラウレートやアルキルチタネートの存在下で
3次元架橋させて用いることもでき左。
They may be used as is or may be crosslinked and cured after film formation. Alternatively, a layer can be formed by three-dimensionally cross-linking a hydroxyl-terminated dimethylsiloxane oligomer in the presence of water using a trifunctional silane such as methylacetoxysilane, methylalkoxysilane, methylaminosilane or methylhydroxylaminosilane, or a layer can be formed using tetraethoxysilane. It is also possible to three-dimensionally crosslink an alkoxysilane such as or methyltriethoxysilane and a hydroxyl-terminated siloxane oligomer in the presence of an amine, dibutyltinlaurate, or alkyl titanate.

ホスファゼン系高分子としてはポリジフェノキシホスフ
ァゼン、ポリトリフルオロエトキシホスファゼン、ポリ
ビスエトキシホスファゼンやポ1ノビスメチルアミノホ
スファゼンがある。
Phosphazene-based polymers include polydiphenoxyphosphazene, polytrifluoroethoxyphosphazene, polybisethoxyphosphazene, and poly-1-bismethylaminophosphazene.

ホスファゼン系ポリマーば、薄膜形成性がシリコン系高
分子に比して若干悪く、製造安定性に欠けるため、高分
子層(n)としてはシリコン系高分子が特に好適である
Phosphazene-based polymers have slightly poorer thin film forming properties than silicon-based polymers and lack manufacturing stability, so silicon-based polymers are particularly suitable for the polymer layer (n).

シリコン系高分子は三次元的に架橋されて℃・ることか
、膜の強度の向上、および取扱(・の容易さを与えるこ
とにおいて好ましい。該樹脂層の厚さは05〜100μ
mであることが好まし℃・。この層の厚さが0.5μm
以下て゛は高分子の薄層(1)との厚さの比において、
十分な気体分離性能が発揮できないし、100μm以上
の厚みては、実用的な気体透過速度を得ることは困難と
なる。
The silicon-based polymer is preferably cross-linked three-dimensionally, which improves the strength of the film and makes it easier to handle.The thickness of the resin layer is 0.5 to 100 μm.
It is preferable that the temperature is m°C. The thickness of this layer is 0.5μm
Below, ゛ is the thickness ratio with the thin polymer layer (1),
Sufficient gas separation performance cannot be exhibited, and if the thickness is 100 μm or more, it becomes difficult to obtain a practical gas permeation rate.

本発明においては、高分子の薄層(1)と高分子の薄層
(11)の夫々の平均厚さの比[(n)/(1) ’:
lが5以上であることが必要である。高分子層(n)は
気体の透過速度を調整して、換言すれば、気体の透過に
対して抵抗を与えて、高分子薄層(I)の気体分離の機
能を十分発揮させる役割を果たす。高分子の薄層(II
)の厚さが薄くなり、厚さ比[(II)/(I) )が
5未満になると、その抵抗が小さすぎて、得られる気体
分離膜の分離性能が実用的な限界以下になる。したがっ
て、本発明における高分子層(1)と高分子層(■)の
夫々の平均厚比[(II)/(1) :]は少くとも5
以上、好ましくは10以上となる。
In the present invention, the ratio of the respective average thicknesses of the thin polymer layer (1) and the thin polymer layer (11) [(n)/(1)':
It is necessary that l be 5 or more. The polymer layer (n) adjusts the gas permeation rate, in other words, provides resistance to gas permeation, and plays a role in fully demonstrating the gas separation function of the thin polymer layer (I). . Thin layer of polymer (II
) becomes thinner and the thickness ratio [(II)/(I) ) becomes less than 5, the resistance becomes too small and the separation performance of the resulting gas separation membrane falls below the practical limit. Therefore, the average thickness ratio [(II)/(1):] of the polymer layer (1) and the polymer layer (■) in the present invention is at least 5.
or more, preferably 10 or more.

本発明の気体分離用複合膜は高分子・無機物配合多孔膜
/高分子の薄層(I)/高分子の薄層(II)、あるい
は高分子・無機物配合多孔膜/高分子の薄層(■)/高
分子の薄層(1)のような構成に積層される。
The composite membrane for gas separation of the present invention is a porous membrane containing a polymer and an inorganic substance/a thin layer of a polymer (I)/a thin layer of a polymer (II), or a porous membrane containing a polymer and an inorganic substance/a thin layer of a polymer ( (2)/A thin layer of polymer is laminated in a structure similar to (1).

高分子・無機物配合多孔膜は気体分離用複合膜としての
支持層であり、高分子の薄層(1)は本質的に気体分離
性能を有する活性層であり、高分子の薄層(n)は前記
薄層(1)に十分分離性能を発揮させる機能を有する気
体透過に対する抵抗層である。本発明の実施態様として
は高分子・無機物複合多孔膜/高分子の薄層(I)/高
分子の薄層(n)の層構成がより好ましい。なぜならば
、かかる層構成にすると、高分子の薄層(II)は前記
抵抗層としてのみならず、より薄膜である高分子の薄層
(1)の保護層としての機能も果すからである。
The polymer/inorganic compound porous membrane is a supporting layer as a composite membrane for gas separation, and the thin polymer layer (1) is essentially an active layer that has gas separation performance, and the thin polymer layer (n) is a gas permeation resistant layer having the function of allowing the thin layer (1) to exhibit sufficient separation performance. As an embodiment of the present invention, a layer structure of polymer/inorganic composite porous membrane/polymer thin layer (I)/polymer thin layer (n) is more preferable. This is because, with such a layer configuration, the thin polymer layer (II) functions not only as the resistance layer but also as a protective layer for the thinner polymer thin layer (1).

次に、本発明の気体分離用複合膜の製造方法の一例につ
し・て説明する。しかしながら、本発明の複合膜の製造
方法は、特にこの例により限定されるものではなく、適
宜条件を変更して、好ましい分離膜を得ることは可能で
ある。本発明における無機微粒体10重量%以上80重
量%未満含有する高分子・無機物配合多孔膜は従来公知
の種々の多孔膜の製造方法を利用して得ることができる
が、好適には本出願人が特開昭52−156776で提
案している多孔膜の製造方法を用(・ることである。
Next, an example of the method for manufacturing the composite membrane for gas separation of the present invention will be explained. However, the method for producing a composite membrane of the present invention is not particularly limited to this example, and it is possible to obtain a preferable separation membrane by changing the conditions as appropriate. The polymer/inorganic compound porous membrane containing 10% by weight or more and less than 80% by weight of inorganic fine particles in the present invention can be obtained by using various conventionally known methods for producing porous membranes, but preferably by the present applicant. The method for producing a porous membrane proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 52-156776 is used.

本発明においては、高分子・無機物配合多孔膜を形成す
る高分子の種類は、特に限定されなし・のは前述の通り
である。次いで、該高分子多孔性膜の片面に高分子の薄
層(1)および(II)を設ける方法としては、該高分
子を溶液状態で高分子・無機物配合多孔膜の表面にコー
ティングすることが好ましし・。
In the present invention, the type of polymer forming the polymer/inorganic compound porous membrane is not particularly limited, as described above. Next, as a method for providing the thin polymer layers (1) and (II) on one side of the porous polymer membrane, it is possible to coat the surface of the polymer/inorganic compound porous membrane with the polymer in a solution state. I like it.

コーティング方法としては、たとえば、スプレー塗り、
ハケ塗り、ローラー塗りおよび浸漬法(ディッピング)
等公知の方法が適用できる。用℃・られる高分子の溶媒
としては、夫々の高分子に対して良溶媒となる有機化合
物の中から適宜選択される。
Examples of coating methods include spray coating,
Brush coating, roller coating and dipping methods (dipping)
Any known method can be applied. The solvent for the polymer to be used is appropriately selected from organic compounds that are good solvents for each polymer.

高分子の薄層(1)を形成するだめの高分子、たとえば
ポリスルホン系樹脂に用いられる溶媒としては、たとえ
ば、N、N〜ジメチルホルムアミド、N、N−ジメチル
アセトアミド、N−メチルピロリドン、ジメチルスルホ
キシドや塩素化炭化水素を、それらの単独、或いは混合
することにより用℃・ることかでき、またボリフエニレ
ンオキザイド系樹脂の場合には、たとえば、塩素化炭化
水素を用いることができる。溶液の濃度は、必要とする
層の厚みに依存し、適宜選択することができるが、溶液
の粘度については少なくとも10センチポイズ以上、好
ましくは20センチポイズ以上となるように溶媒の種類
やコーティングの温度条件を設定することが重要となる
。高分子層(1)をコーテイング後は、コーティングに
使用した溶媒の沸点近傍まで加熱し、溶媒を完全に除去
することが好ましいが、必ずしも必要な工程てはなし・
Examples of solvents used for the polymers forming the thin polymer layer (1), such as polysulfone resins, include N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, and dimethylsulfoxide. C. and chlorinated hydrocarbons can be used alone or in combination, and in the case of polyphenylene oxide resin, for example, chlorinated hydrocarbons can be used. The concentration of the solution depends on the required thickness of the layer and can be selected as appropriate, but the type of solvent and coating temperature conditions are adjusted so that the viscosity of the solution is at least 10 centipoise or more, preferably 20 centipoise or more. It is important to set the After coating the polymer layer (1), it is preferable to completely remove the solvent by heating it to near the boiling point of the solvent used for coating, but there are no necessary steps.
.

次に、高分子の薄層(Ili)を形成するための高分子
の溶媒としては、たとえばシリコン系樹脂には、種々の
有機化合物を適用することができるが、代表的な例とし
ては、トルエンやキシレンのような炭化水素系化合物が
ある。コーティング溶液の濃度は、必要とする層厚みに
よって変えられるが、溶液の粘度は20センチポイズ以
上、好ましくば30センチポイズ以上が、均一な膜を形
成するうえで好適である。また、ここで用いられる高分
子層(II)として、シリコン系樹脂層は3次元架橋さ
れていることが好ましく、水分硬化型のシリコン系樹脂
の場合は、20″C〜50″C190〜100%相対湿
度で05〜10時間処理することにより、アミンやジブ
チルすずラウレートのような触媒を用℃・る場合は、2
0〜50’Cで1〜5時間処理することにより、また、
パーオキサイド硬化型のシリコン系樹脂では、例えばベ
ンゾイルパーオキサイドやジクルミパーオキサイドを用
いて、100〜】20°Cで05〜2時間処理すること
により、3次元架橋されたシリコン系樹脂層を得ること
ができる。ホスファゼン系ポリマーについても、い(つ
かの種類があるが、ポリビスエトキシホスファゼンにつ
℃・では、ベンゼン、エーテル、ケトンやアルコールが
、ポリピストリフルオロエトキシホスファゼンでは、ケ
トンやエステルが溶媒として好ましく・。コーティング
溶液の濃度は、必要とする膜の厚みによって変えること
ができるが、溶液の粘度は20センチポイズ以上、好ま
しくは30センチポイズ以上が均一な膜を形成するうえ
で好適となる。
Next, as a polymer solvent for forming the polymer thin layer (Ili), for example, various organic compounds can be applied to silicone resin, but a typical example is toluene. and hydrocarbon compounds such as xylene. The concentration of the coating solution varies depending on the required layer thickness, but the viscosity of the solution is preferably 20 centipoise or more, preferably 30 centipoise or more, in order to form a uniform film. In addition, as the polymer layer (II) used here, the silicone resin layer is preferably three-dimensionally crosslinked, and in the case of a moisture-curable silicone resin, 20"C to 50"C190 to 100% When using catalysts such as amines and dibutyltin laurate, treatment at 0.5 to 10 hours at relative humidity can be performed at 2 °C.
By treating at 0 to 50'C for 1 to 5 hours,
For peroxide-curing silicone resins, for example, benzoyl peroxide or diwalnut peroxide is used to obtain a three-dimensionally crosslinked silicone resin layer by treating at 100 to 20°C for 05 to 2 hours. be able to. Regarding phosphazene polymers, there are several types, but for polybisethoxyphosphazene, benzene, ether, ketone, or alcohol is preferable, and for polybistrifluoroethoxyphosphazene, ketone or ester is preferable as a solvent. The concentration of the coating solution can be changed depending on the required thickness of the film, but the viscosity of the solution is preferably 20 centipoise or more, preferably 30 centipoise or more to form a uniform film.

さらに、高分子層(1)と高分子層(II)の接着性を
より強固にするために、比較的分子量が低く多官能性の
シリコン系オリゴマーや多官能性シリコン系モノマーで
、高分子層(1)、或いは高分子層(II)の表面を処
理してから後に、高分子層(I)、或いは高分子層叩を
設けることもできる。
Furthermore, in order to strengthen the adhesion between the polymer layer (1) and the polymer layer (II), the polymer layer is made of a polyfunctional silicone oligomer or a polyfunctional silicone monomer with a relatively low molecular weight. After treating the surface of (1) or the polymer layer (II), the polymer layer (I) or the polymer layer coating can be provided.

上記の製造方法は、高分子・無機物配合多孔膜が平膜状
、管状あるいは中空糸状であっても、何ら差しつかえは
なく適用できるものである。
The above manufacturing method can be applied without any problem even if the polymer/inorganic compound porous membrane is in the form of a flat membrane, a tube, or a hollow fiber.

かくして得られた平膜状、管状あるいは中空糸状の気体
分離用複合膜は、夫々の形態に応じて公知の型式の分離
用モジュールを製作して実用に供される。
The composite membrane for gas separation in the form of a flat membrane, a tube, or a hollow fiber thus obtained is put to practical use by manufacturing a separation module of a known type according to each form.

本発明の特徴を以下に総括する。The features of the present invention are summarized below.

本発明においては上記のように気体分離活性薄膜の支持
体として高分子・無機物配合多孔膜を使用するため、 (1)  本発明では、特開昭53−86684のよう
に湿式キャスティングや湿式紡糸という非常に複雑煩瑣
な工程な経ずに、高分子・無機物配合多孔膜上に、分離
性能に優れた薄層(1)や抵抗層(11)になる成分を
含む溶液をコーティングし乾燥するだけで容易に複合膜
を得ることができる。
In the present invention, as described above, a porous membrane containing a polymer and an inorganic material is used as a support for the gas separation active thin membrane. Without going through extremely complicated and cumbersome processes, you can simply coat a porous membrane containing polymers and inorganic materials with a solution containing the components that will form a thin layer (1) with excellent separation performance or a resistive layer (11) and dry it. Composite membranes can be easily obtained.

(11)本発明では、特開昭53−86684のように
気体分離活性を有する高分子で多孔膜を形成したもので
はなく、別途容易に製造される比較的安価な微多孔膜上
に気体分離活性薄膜を形成したものであるので、原料コ
ストの面で有利である。
(11) In the present invention, instead of forming a porous membrane using a polymer having gas separation activity as in JP-A-53-86684, gas separation is performed on a relatively inexpensive microporous membrane that is easily manufactured separately. Since an active thin film is formed, it is advantageous in terms of raw material cost.

(iii)  高分子・無機物配合多孔膜は無機微粒体
の存在によって高分子溶液にきわめて濡れやすくなって
いるため、該高分子溶液を薄く、かつ比較的一定の厚さ
でコーティングすることができ、従って、最終製品とし
て得られる複合膜の気体分離活性薄膜層は非常に薄くか
つ均一である。
(iii) The presence of inorganic fine particles makes the polymer/inorganic compound porous membrane extremely wettable by the polymer solution, so it can be coated with the polymer solution in a thin and relatively constant thickness; Therefore, the gas separation active thin film layer of the composite membrane obtained as a final product is very thin and uniform.

Gv)  多孔膜中の無機微粒体の存在によりコーティ
ングされた高分子溶液の溶媒が多孔内に選択的に浸透し
やすく、高分子薄膜の空孔内部への入り込みが少なく、
こA1によっても均一な厚さの極薄膜層を形成しやすく
なる。
Gv) Due to the presence of inorganic fine particles in the porous membrane, the solvent of the coated polymer solution can easily penetrate into the pores selectively, and there is little intrusion into the pores of the thin polymer membrane.
This A1 also makes it easier to form an extremely thin film layer with a uniform thickness.

()無機微粒体とコーティングして形成した薄膜層の高
分子との濡れがよく、アンカー効果による支持膜(多孔
膜)と薄膜との接着性が向上する0 (VD  無機微粒体が存在しない多孔膜では、高温・
高圧下では圧力で圧し潰され、耐圧密性に問題を生じや
すいが、本発明では無機微粒体が高分子部分の変形を抑
制するように働き、耐圧密性が向上する。
() The thin film layer formed by coating the inorganic fine particles has good wettability with the polymer, and the adhesion between the support film (porous membrane) and the thin film is improved due to the anchor effect.0 (VD Porous where no inorganic fine particles are present) For membranes, high temperature and
Under high pressure, it is likely to be crushed under pressure, causing problems in consolidation resistance, but in the present invention, the inorganic fine particles work to suppress deformation of the polymer portion, improving consolidation resistance.

(vl)  本発明の複合膜は気体分離活性簿膜層が薄
く、均一に形成されたものであるから、分離係数及び透
過速度が大きく、工業上の価値が非常に大きい。
(vl) Since the composite membrane of the present invention has a thin and uniform gas separation active membrane layer, it has a large separation coefficient and permeation rate, and is of great industrial value.

以下、実施例により、さらに本発明の内容を具体的に説
明するが、これによって本発明の内容を限定するもので
はない。また実施例においては、混合気体のモデルとし
て主に水素・窒素混合ガスを用いているが、窒素にかえ
て酸素、−酸化炭素、二酸化炭素等を用いても、あるい
は窒素を含め上記気体の混合物を用℃・ても、水素・窒
素混合気体の分離の場合とほぼ同様の結果が得られるこ
とは当業者によく知るところである。
EXAMPLES Hereinafter, the content of the present invention will be explained in more detail with reference to Examples, but the content of the present invention is not limited thereby. In addition, in the examples, a hydrogen/nitrogen mixture gas is mainly used as a model of a gas mixture, but oxygen, carbon oxide, carbon dioxide, etc. may be used instead of nitrogen, or a mixture of the above gases including nitrogen may be used. It is well known to those skilled in the art that almost the same results as in the case of separation of a hydrogen/nitrogen gas mixture can be obtained even when the temperature is used.

本発明において用いられる主な用語の定義は以下のとお
りである。
Definitions of main terms used in the present invention are as follows.

気体透過速度 Ccx3(STP)/CTL2−sec
・cgiHg ]気体の透過速度は、ASTM D−1
434の方法により測定を行った。与えられた膜の透過
速度は、ガスの供給側と透過側の間でICll1の水銀
の分圧低下にして、毎秒、1儂2 当り、前記膜を通過
するガスの量を、常温、および常圧条件下の体積に換算
した数値である。
Gas permeation rate Ccx3(STP)/CTL2-sec
・cgiHg] Gas permeation rate is ASTM D-1
The measurement was carried out by the method of No. 434. The permeation rate of a given membrane is the amount of gas that passes through the membrane per second per second, with a partial pressure drop of mercury of ICll1 between the gas supply side and the permeate side, at room temperature and room temperature. This is a value converted to volume under pressure conditions.

気体分離係数(α) たとえば水素ガスの窒素ガスに対する分離係数は、与え
られた膜の水素ガスの透過速度を該膜の窒素透過速度で
除した数値である。
Gas Separation Coefficient (α) For example, the separation coefficient of hydrogen gas with respect to nitrogen gas is a value obtained by dividing the hydrogen gas permeation rate of a given membrane by the nitrogen permeation rate of the membrane.

下記の式によって算出した数値である。This is a numerical value calculated using the following formula.

なお、空孔容積は次の式で計算される。Note that the pore volume is calculated using the following formula.

空孔容積−含水重量−絶乾重量(ml/9)平均孔径(
d ) BE’l”吸着法によって求めた比表面積(s)の値か
ら下記の式により算出した数値である。
Pore volume - water content weight - bone dry weight (ml/9) average pore diameter (
d) It is a numerical value calculated by the following formula from the value of specific surface area (s) determined by the BE'l'' adsorption method.

2■ d−一  (μm) ■、空孔容積(ml/り) S:比表面積(m2/り) 薄膜の平均層厚<1) ある面積(S)の支持体の重量(w)と、該支持体に所
定の高分子物質をコーティングした高分子膜の重量(W
)とを測定することにより算出した数値である。
2■ d-1 (μm) ■, pore volume (ml/liter) S: specific surface area (m2/liter) average layer thickness of thin film <1) weight (w) of a support of a certain area (S), The weight of the polymer membrane (W
) is the numerical value calculated by measuring.

 −w l = −X ]、 0’  (μm)S ・ ρ S:支持体の面積(C7rL2) °  W:支持体とコーテイング物質の重量(g)W:
支持体の重量(1 ρ:コーティング物質の密度(cm3/9)実施例1 酸化ケイ素〔アエロジル+200(商品名)、比表面積
175 m2/9 、平均粒径16mμ〕23重量%と
ジオクチルフタレート(DOP ) 54重量%をヘン
シェルミキサーで混合し、これに高密度ポリエチレン[
5untec S −360(商品名)〕樹脂23重量
%を添加、再度ヘンシェルミキサーで混合した。
-w l = -X ], 0' (μm) S ・ρ S: Area of support (C7rL2) ° W: Weight of support and coating material (g) W:
Weight of support (1 ρ: Density of coating material (cm3/9)) Example 1 23% by weight of silicon oxide [Aerosil+200 (trade name), specific surface area 175 m2/9, average particle size 16 mμ] and dioctyl phthalate (DOP) ) 54% by weight was mixed in a Henschel mixer, and this was mixed with high density polyethylene [
5untec S-360 (trade name)] 23% by weight of resin was added and mixed again using a Henschel mixer.

当該混合物を30 m/mφ二軸押出機で混合しペレッ
トにした。このペレットを30 m/mφ二軸押出機に
420 m/m巾Tダイを取付けたフィルム製造装置に
て成形した。この時の押出量は12 kg/nr、引取
速度は2 m/ini□1、樹脂圧は70にν高2であ
つプこ。
The mixture was mixed in a 30 m/mφ twin-screw extruder and made into pellets. The pellets were molded using a film manufacturing device equipped with a 30 m/mφ twin screw extruder and a 420 m/m wide T-die. At this time, the extrusion amount was 12 kg/nr, the take-up speed was 2 m/ini□1, and the resin pressure was 70 and ν height 2.

形成された膜は1. 、 ]、 、 1.− )リクロ
ロエタン(クロロセン)中で5分間浸漬し、DOPの抽
出を行なった。得られた高分子・無機物配合多孔膜の厚
みはQ、 135 m/m、空孔度は58%、また多孔
膜の組成は、ポリエチレン樹脂約50重量%、微粉珪酸
約50重量%、多孔膜の平均孔径0.02μmであった
。次℃・で該多孔膜の一部をとり、10重量%のポリス
ルホン〔ユニオンカーバイ)” 社ユーデ゛ルP−1,
700(商品名);特に記載されない限り、々実施例中
のポリスルホンはこのニーデルP−1,700を用いて
いる。〕の〕N、N−ジメチルアセトアミド溶を20’
Cの条件下でコーチインブロンドを用いて、該多孔膜上
にコーティングし、ついで90℃で1o分間加熱し溶媒
を除去した゛。
The formed film is 1. , ], , 1. -) DOP was extracted by immersion in dichloroethane (chlorocene) for 5 minutes. The thickness of the resulting polymer/inorganic compound porous membrane was Q, 135 m/m, the porosity was 58%, and the composition of the porous membrane was approximately 50% by weight of polyethylene resin, approximately 50% by weight of finely divided silicic acid, and porous membrane. The average pore diameter was 0.02 μm. Next, take a part of the porous membrane at ℃ and add 10% by weight of polysulfone (Union Carby) Udel P-1,
700 (trade name): Unless otherwise specified, Needel P-1,700 is used as the polysulfone in the Examples. ]N,N-dimethylacetamide solution at 20'
The porous membrane was coated with coach-in blonde under the conditions of C, and then heated at 90° C. for 10 minutes to remove the solvent.

この層の平均厚みは0.07μmであった。さらに、該
ポリスルホン層上に、メチルトリアルコキシシランと水
酸基末端ジメチルシロキサンオリゴマーノ200 cp
sのトルエン溶液を20’Cの条件下でコーチインブロ
ンドを用いてコーティングして20μmのシリコンの均
質層を形成させた。さらに、該複合膜を50″C110
0%RHの条件下で1時間、3次元架橋反応を行わしめ
、気体分離用複合膜とした。
The average thickness of this layer was 0.07 μm. Further, on the polysulfone layer, 200 cp of methyltrialkoxysilane and hydroxyl group-terminated dimethylsiloxane oligomer
A toluene solution of S was coated with coach-in-blonde at 20'C to form a 20 μm homogeneous layer of silicon. Furthermore, the composite membrane is 50″C110
A three-dimensional crosslinking reaction was carried out under the condition of 0% RH for 1 hour to obtain a composite membrane for gas separation.

上記の複合膜を用いて、水素ガスと窒素ガスの分離性能
を測定し、結果を表1に示した。高分子・無機物配合多
孔膜の透過速度は、緻密なポリスルホン層とシリコン樹
脂層を透過する速度よりはるかに大きく、ガス透過に対
する抵抗は小さいことがわかる。複合膜の水素ガスと窒
素ガスの分離性能は、高分子・無機物配合多孔膜やシリ
コン樹脂層の分離係数よりはるかに大きく、ポリスルホ
ンの固有分離性能に近くなる。また高分子、無機物配合
多孔膜と緻密なポリスルホン層のみの複合膜ではほとん
ど分離性能がないことから、本発明のような支持体とし
ての高分子・無機物配合多孔膜、ポリスルホンのような
分離機能を有する樹脂の薄層、およびシリコンのような
気体の透過速度を調整する抵抗層となる樹脂層の組み合
せによって、すぐれた気体分離用複合膜、特に水素分離
用複合膜が得られることは明らかである。
The separation performance of hydrogen gas and nitrogen gas was measured using the above composite membrane, and the results are shown in Table 1. It can be seen that the permeation rate of the polymer/inorganic compound porous membrane is much higher than the permeation rate of the dense polysulfone layer and silicone resin layer, and that the resistance to gas permeation is small. The separation performance of the composite membrane between hydrogen gas and nitrogen gas is much larger than the separation coefficient of the polymer/inorganic compound porous membrane or the silicone resin layer, and is close to the inherent separation performance of polysulfone. Furthermore, since a composite membrane consisting only of a porous membrane containing a polymer and an inorganic substance and a dense polysulfone layer has almost no separation performance, it is necessary to use a porous membrane containing a polymer and an inorganic substance as a support, such as the separation function of polysulfone, as in the present invention. It is clear that an excellent composite membrane for gas separation, in particular a composite membrane for hydrogen separation, can be obtained by the combination of a thin layer of a resin containing a silicone material and a resin layer that acts as a resistance layer that adjusts the permeation rate of gases such as silicon. .

表1 1)ポリスルホンの下記値からの計算値水素ガス透過係
数 1.3X10’ cIrL3(S T P ) ””l/cln” H:
: a (: ・鑞■(、g窒素ガス透過係数 ]、、
8X10” 実施例2〜4 無機物を含有した高分子・無機物配合多孔膜の、微粉状
の酸化ケイ素含有量を30重量%がら65重量%の範囲
でかえて、他は実施例1と同様の方法で気体分離用複合
膜を得た。
Table 1 1) Calculated value of polysulfone from the following values Hydrogen gas permeability coefficient 1.3X10' cIrL3 (S T P ) ""l/cln" H:
: a (: ・鑞■(, g nitrogen gas permeability coefficient ],,
8X10'' Examples 2 to 4 The same method as in Example 1 except that the fine powder silicon oxide content of the inorganic-containing polymer/inorganic compound porous membrane was varied from 30% by weight to 65% by weight. A composite membrane for gas separation was obtained.

次いで、上記の複合膜を用(・て、水素ガスと窒素ガス
の分離性能を測定し、結果は表2に示した。
Next, the separation performance of hydrogen gas and nitrogen gas was measured using the above composite membrane, and the results are shown in Table 2.

上記複合膜の水素透過速度はすべて実用的な水準に達し
ており、分離係数も優れて℃・ることか確認された。
It was confirmed that the hydrogen permeation rates of the above composite membranes all reached practical levels, and the separation coefficients were also excellent at °C.

表2 実施例5〜8 実施例1において、ポリスルホン層上にコーティングす
るメチルトリアルコキシシランと水酸基末端ジメチルシ
ロキサンオリゴマー(r) 200 cpsのトルエン
溶液の厚みを変え、シリコン樹脂均質層の厚みを、1,
1.0,50.80μ戸とした以外は、すべて実施例]
と同様の操作を行い、気体分離用複合膜を得た。
Table 2 Examples 5 to 8 In Example 1, the thickness of the 200 cps toluene solution of methyltrialkoxysilane and hydroxyl-terminated dimethylsiloxane oligomer (r) to be coated on the polysulfone layer was changed, and the thickness of the silicone resin homogeneous layer was increased by 1. ,
All examples except for 1.0, 50.80μ units]
The same operation as above was performed to obtain a composite membrane for gas separation.

次いで、上記の複合膜を用いて、水素ガスと窒素ガスの
透過速度を測定し、結果は表3に示した。
Next, the permeation rates of hydrogen gas and nitrogen gas were measured using the above composite membrane, and the results are shown in Table 3.

上記複合膜の分離性能、透過速度はシリコン樹脂層の厚
さに≠依存していることがわかる。シリコン樹脂層が、
気体の透過速度をコントロールすることにより、複合膜
の分離性能も同時にコントロールできることを示してい
る。シリコン樹脂層の厚みが大きくなると複合膜の分離
性能は、ポリスルホンの固有分離性能に近づいていくが
、水素ガスの透過速度が小さくなるため好ましくなく、
シリコン樹脂層の厚みが小さくなると、水素ガスの透過
速度は大きくなるが、複合膜の分離性能は低下していく
ため、シリコン樹脂層の好ましい厚みの範囲が存在する
ことになる。
It can be seen that the separation performance and permeation rate of the above composite membrane depend on the thickness of the silicone resin layer. The silicone resin layer
This shows that by controlling the gas permeation rate, the separation performance of the composite membrane can also be controlled at the same time. As the thickness of the silicone resin layer increases, the separation performance of the composite membrane approaches the inherent separation performance of polysulfone, but this is not desirable because the permeation rate of hydrogen gas decreases.
As the thickness of the silicone resin layer decreases, the permeation rate of hydrogen gas increases, but the separation performance of the composite membrane decreases, so there is a range of preferable thicknesses of the silicone resin layer.

表3 実施例9〜11 実施例1において、高分子・無機物配合多孔膜上にコー
ティングするポリスルホンのN、N−ジメチルアセトア
ミド溶液の濃度を、9.]2およ    ・び15重量
%とじた以外は、すべて実施例1と同様の操作を行い、
気体分離用複合膜を得た。
Table 3 Examples 9 to 11 In Example 1, the concentration of the N,N-dimethylacetamide solution of polysulfone to be coated on the polymer/inorganic compound porous membrane was set to 9. ] 2 and 15% by weight, all operations were performed in the same manner as in Example 1,
A composite membrane for gas separation was obtained.

次いで、上記複合膜を用いて、水素ガスと窒素ガスの透
過速度を測定し、結果を表4に示した。
Next, the permeation rates of hydrogen gas and nitrogen gas were measured using the above composite membrane, and the results are shown in Table 4.

ポリスルホンのコーティング溶液の濃度を高くしていく
と、分離係数は変化しないが、水素ガスの透過速度は小
さくなっていく。また、ポリスルホンのコーティング溶
液の濃度が7重量%以下では、有効なポリスルホン層の
厚みが得られず、分離性能の低下が著し℃・。したがっ
て、コーティング溶液についても、ポリマーの種類、溶
媒の種類、高分子微多孔性膜の種類や温度等のコーティ
ング条件によって選択することが必要である。
As the concentration of the polysulfone coating solution increases, the separation coefficient does not change, but the permeation rate of hydrogen gas decreases. Furthermore, if the concentration of the polysulfone coating solution is less than 7% by weight, an effective thickness of the polysulfone layer cannot be obtained and the separation performance is significantly reduced. Therefore, it is necessary to select the coating solution depending on coating conditions such as the type of polymer, the type of solvent, the type of microporous polymeric membrane, and the temperature.

表4 実施例12 ジオクチルフタレート(DOP ) 40重量%、微粉
状の酸化ケイ素〔ニブシルVN−3(商品名)、比表面
積280m2/り、平均粒径16mμ〕20重量%およ
び粉末状ポリフッ化ビニリデン〔クレハKF+1000
(商品名)〕440重量の組成物を実施例1と同様な方
法により混合、混練してぺ゛レットにした。このペレッ
トを30 m/711φ二軸押出機に外径14龍内径0
.8 nrnの中空ダイを取付けた中空糸製造装置を用
いて成形した。この時の押出量4 kg/Hr 、引取
速度10 m/min 、樹脂圧は20kg/crrL
2であった。成形された中空糸は1,1.1−トリクロ
ロエタン〔クロロセン(商品名)〕中で10分間浸漬し
て、DOPの抽出を行なった。得られたフッ化ビニリデ
ン・無機物配合多孔中空糸は外径0.9 mm、内径Q
、 5 ramで無機微粒体の酸化ケイ素含有量、は約
32%であり、空孔度は36%であった。また平均孔径
は0.03μmであった。
Table 4 Example 12 40% by weight of dioctyl phthalate (DOP), 20% by weight of finely powdered silicon oxide [Nibsil VN-3 (trade name), specific surface area 280 m2/liter, average particle size 16 mμ], and powdered polyvinylidene fluoride [ Kureha KF+1000
(Product Name)] 440 weight of the composition was mixed and kneaded in the same manner as in Example 1 to form pellets. The pellets were transferred to a 30 m/711φ twin screw extruder with an outer diameter of 14 and an inner diameter of 0.
.. Molding was performed using a hollow fiber manufacturing apparatus equipped with an 8 nrn hollow die. At this time, the extrusion amount was 4 kg/Hr, the take-up speed was 10 m/min, and the resin pressure was 20 kg/crrL.
It was 2. The formed hollow fibers were immersed in 1,1,1-trichloroethane (chlorocene (trade name)) for 10 minutes to extract DOP. The obtained porous hollow fibers containing vinylidene fluoride and inorganic substances had an outer diameter of 0.9 mm and an inner diameter of Q.
, 5 ram, the silicon oxide content of the inorganic fine particles was about 32%, and the porosity was 36%. Moreover, the average pore diameter was 0.03 μm.

かくして得られた多孔膜の外表面上に10重量%ノホポ
リーテルスルホン〔IC1社100P (商品名)〕ノ
クロロホルム溶液を20°Cの条件下で浸漬コーティン
グし、次いで70″Cで20分間加熱して溶媒を除去し
た。さらに、該ポリエーテルスルホン薄層上に、メチル
トリアセトキシシランと水酸基末端ジメチルシロキサン
オリゴマーの100 CpSのトルエン溶液を20°C
の条件下で浸漬コーティングして20μmのシリコン樹
脂の均質層を形成させる。次いで、該複合中空糸を30
°C1100%RHの条件下で2時間、3次元架橋反応
を行わしめ、気体分離用複合膜を得た。得られた複合中
空糸を用い、従来公知の方法を用いることにより中空糸
モジュールを製作し、測定に供した。
On the outer surface of the porous membrane thus obtained, a 10% by weight nophopolytersulfone [IC1 100P (trade name)] nochloroform solution was dip-coated at 20°C, and then heated at 70"C for 20 minutes. Further, a 100 CpS toluene solution of methyltriacetoxysilane and hydroxyl-terminated dimethylsiloxane oligomer was added to the polyethersulfone thin layer at 20°C.
Dip coating under conditions of 20 μm to form a homogeneous layer of silicone resin. Next, the composite hollow fiber was
A three-dimensional crosslinking reaction was carried out under the conditions of 1100% RH at °C for 2 hours to obtain a composite membrane for gas separation. Using the obtained composite hollow fiber, a hollow fiber module was manufactured by using a conventionally known method and subjected to measurement.

上記の中空糸モジュールを用い、水素ガスと窒素ガスの
透過速度を測定したところ、水素ガスの透過速度は5.
2 X 10 ’ cm3(5TP)/crIl”se
c・mI(g、分離係数(”n、−N2)は57と非常
に優れた分離性能を有するものであった。
When the permeation rate of hydrogen gas and nitrogen gas was measured using the above hollow fiber module, the permeation rate of hydrogen gas was 5.
2 X 10' cm3 (5TP)/crIl"se
c·mI (g, separation coefficient ("n, -N2)) was 57, indicating very excellent separation performance.

また、この気体分離膜を用い、ヘリウムガスの透過速度
を測定した結果、ヘリウムガスの透過速度は4. I 
X 10 ” cIn” (s’rp)/cIrL” 
5eC−鑞Hgであり、分離係数(α、。−N2)は4
5と非常に優れた分離性能を示すものであった。
In addition, as a result of measuring the permeation rate of helium gas using this gas separation membrane, the permeation rate of helium gas was 4. I
X 10 "cIn"(s'rp)/cIrL"
5eC-Hg, and the separation coefficient (α, -N2) is 4
5, indicating very excellent separation performance.

実施例]3 ′実施例12と同様の方法で得られたポリフッ化ビニリ
デン・無機物配合多孔中空糸の外表面上に、ポリ(ジメ
チルシロキサン→−(メチルビニルシ゛ロキサン)コポ
リマーを30重量%とベンゾイルパーオキサイドを05
重量%含有したトルエン溶液を20°Cの条件下で20
μmの厚みにコーティングし、次いで】20°C130
分加熱処理して、架橋反応を行わしめた。該シリコン膜
上に9M量%ポリスルホンのN、N−ジメチルアセトア
ミド溶液をコーティングし、90°Cで15分間加熱し
て溶媒を除去して、水素ガス分離用複合膜を得た。
Example] 3' 30% by weight of poly(dimethylsiloxane→-(methylvinylsiloxane) copolymer and benzoyl peroxide 05
A toluene solution containing 20% by weight was heated at 20°C.
Coated to a thickness of μm, then】20°C130
The crosslinking reaction was carried out by heat treatment for 30 minutes. A solution of 9M% polysulfone in N,N-dimethylacetamide was coated on the silicone membrane, and the solvent was removed by heating at 90°C for 15 minutes to obtain a composite membrane for hydrogen gas separation.

上記複合中空糸を用し・、中空糸モジュールを製作して
、水素ガスと窒素ガスの透過速度の測定を行った。水素
ガスの透過速度は3.9 X 10 ”cm3(S T
P )//cTL” ・s e c ・ホHg で分離
係数(α□21゜)ば38と優れた分離性能を有するも
のであった。
A hollow fiber module was manufactured using the above composite hollow fiber, and the permeation rates of hydrogen gas and nitrogen gas were measured. The permeation rate of hydrogen gas is 3.9 x 10”cm3 (S T
P )//cTL'' ・sec ・hoHg The separation coefficient (α□21°) was 38, indicating excellent separation performance.

実施例14 実施例1におし・て、高分子・無機物配合多孔膜に含ま
れる無機微粒体を微粉状の酸化アルミニウム(比表面積
1oOm2/g、平均粒子径20mμ)として、酸化ア
ルミニウムの含有量35重量%で空孔度が49%の高分
子微多孔性膜を用いた以外は、実施例1と同様の方法で
気体分離用複合膜を得た。
Example 14 In Example 1, the inorganic fine particles contained in the polymer/inorganic compound porous membrane were finely powdered aluminum oxide (specific surface area 1oOm2/g, average particle diameter 20mμ), and the content of aluminum oxide was A composite membrane for gas separation was obtained in the same manner as in Example 1, except that a microporous polymer membrane having a porosity of 35% by weight and 49% was used.

上記複合膜の水素ガス透過速度は3.9X10−5儂3
(S TP ) /crrt2− sec ・cmHg
で、分離係数(αH2−N2)は45、(αB2−02
)は7と優れた分離性能を有するものであった。
The hydrogen gas permeation rate of the above composite membrane is 3.9X10-5 儂3
(S TP ) / crrt2- sec ・cmHg
So, the separation coefficient (αH2-N2) is 45, (αB2-02
) had an excellent separation performance of 7.

実施例15 実施例1において、高分子・無機物配合多孔膜に含まれ
る無機微粒体を微粉状の酸化チタン(比表面積50m2
/9、千附粒子径30mμ)として、酸化チタンの含有
量38重量%で空孔度が43%の高分子無機物配合多孔
膜を用いた以外は、実施例1と同様の方法で、気体分離
用複合膜を得た。
Example 15 In Example 1, the inorganic fine particles contained in the polymer/inorganic compound porous membrane were replaced with fine powdered titanium oxide (specific surface area: 50 m2).
Gas separation was carried out in the same manner as in Example 1, except that a porous membrane containing a polymeric inorganic compound with a titanium oxide content of 38% by weight and a porosity of 43% was used as the particle diameter of 30 mμ). A composite membrane was obtained.

上記複合膜の水素ガス透過速度は1.8X10−5cm
3(S TP )/c1n2− sec−crnHg、
で、分離係数(αH2−N2)は33と優れた分離性能
を有するものであった。
The hydrogen gas permeation rate of the above composite membrane is 1.8X10-5cm
3(S TP )/c1n2-sec-crnHg,
The separation coefficient (αH2-N2) was 33, indicating excellent separation performance.

実施例16 実施例12において、微多孔膜の中空糸の外表面上にコ
ーティングする溶液を、]11重量のポリ(2,6−シ
メチルフエニレンー1,4−エーテル)のクロロホルム
溶液を用いた以外は、すべて実施例12と同様の方法を
用いることにより、水素ガス分離用の複合中空糸を得た
Example 16 In Example 12, the solution to be coated on the outer surface of the hollow fibers of the microporous membrane was a chloroform solution of 11 weight poly(2,6-dimethylphenylene-1,4-ether). A composite hollow fiber for hydrogen gas separation was obtained by using the same method as in Example 12 except for the following.

上記複合中空糸を用いて、水素ガスと窒素ガスの透過速
度を測定したところ、水素ガスの透過速度は4. OX
 ] O’ cm3(STP)//Cm2・sec・c
mlit3、分離   ゛係数(αH2−N2)は40
と優れた分離性能を有するものであった。
When the permeation rate of hydrogen gas and nitrogen gas was measured using the above composite hollow fiber, the permeation rate of hydrogen gas was 4. OX
] O' cm3 (STP) //Cm2・sec・c
mlit3, separation coefficient (αH2-N2) is 40
It had excellent separation performance.

出願人  旭化成工業株式会社 代理人   豊   1)  善   雄手  続  
補  正  書 昭和58年6月 7 日 特許庁長官 若 杉 和 夫 殿 1、事件の表示 特願昭58−71526号 2゜発明の名称 気体分離用複合膜及びその製造方法 3 補正をする者 事件との関係・特許出願人 大阪府大阪市北区堂島浜1丁目2番6号(C103)旭
化成工業株式会社 代表取締役社長  宮  崎    輝4、代 理 人 東京都千代田区有楽町1丁目4番1号 三信ビル204号室 電話501−21385、補正の
対象 明細書の「特許請求の範囲」の欄及び「発明の詳細な説
明」の欄 6、補正の内容 (1)明細書の特許請求の範囲の欄を別紙の通り訂正す
る。
Applicant Asahi Kasei Industries Co., Ltd. Agent Yutaka 1) Yoshio procedure
Amendment Written by: June 7, 1982 Kazuo Wakasugi, Commissioner of the Patent Office 1. Indication of the case Patent Application No. 1987-71526 2. Name of the invention Composite membrane for gas separation and its manufacturing method 3. Case of the person making the amendment Relationship with Patent applicant: 1-2-6 Dojimahama, Kita-ku, Osaka-shi, Osaka (C103) Asahi Kasei Industries, Ltd. President Teru Miyazaki 4, Agent: Sanshin, 1-4-1 Yurakucho, Chiyoda-ku, Tokyo Building Room 204 Telephone 501-21385, "Claims" column and "Detailed Description of the Invention" column 6 of the specification to be amended, Contents of the amendment (1) Change the claims column of the specification. Correct as shown in the attached sheet.

(2)明細書第9頁8行目〜9行目の 「無機微粒体の量が10重量%未満では、可塑剤が多く
かつ高分子中に均一に分散しても」を「無機微粒体の量
が10重量%未満では微細孔からなる空孔度の大きな多
孔膜が得られず、たとえ可塑剤を多くかつ高分子中に均
一に分散させても」と訂正する。
(2) "If the amount of inorganic fine particles is less than 10% by weight, even if the plasticizer is large and uniformly dispersed in the polymer" on page 9 of the specification, lines 8 to 9, "inorganic fine particles are If the amount of plasticizer is less than 10% by weight, a porous membrane with large porosity consisting of micropores cannot be obtained, even if a large amount of plasticizer is uniformly dispersed in the polymer.''

特許請求の範囲 (1)無機微粒体を10重量%以上80重量%未満含有
し、平均孔径0.1gm以下であって空孔度が30%な
いし80%の範囲にある高分子・無機物配合多孔11り
」二に、水素、窒素混合気体の分離係数が20以上の固
有分離性能を有する高分子の薄層(1)と、水素の透過
係数が前記薄層(1)を形成する高分子よりも少なくと
も10倍大きな高分子の薄層(]I)か積層され、層(
1)と層(JT )の夫々の平均的層厚の比’[(H)
/(I)]が5以七であることを特徴とする気体分離用
複合膜。
Claims (1) Polymer/inorganic compound porous containing 10% by weight or more and less than 80% by weight of inorganic fine particles, having an average pore diameter of 0.1 gm or less and a porosity in the range of 30% to 80%. 11. Secondly, a thin layer (1) of a polymer having inherent separation performance with a separation coefficient of hydrogen and nitrogen mixed gas of 20 or more, and a polymer having a hydrogen permeability coefficient higher than that of the polymer forming the thin layer (1). is also laminated with a thin layer (]I) of a polymer that is at least 10 times larger, and the layer (
1) and the average layer thickness of the layer (JT)' [(H)
/(I)] is 5 to 7.

(2)高分子・無機物配合多孔膜中に含有される無機微
粒体が、醇化ケイ素、酸化チタンあるいは酸化アルミニ
ウムの一つまたは二つ以上の混合物である特許請求の範
囲第1項記載の気体分離用複合1模。
(2) Gas separation according to claim 1, wherein the inorganic fine particles contained in the polymer/inorganic compound porous membrane are one or a mixture of two or more of silicon oxide, titanium oxide, or aluminum oxide. Composite model 1.

(3)高分子・無機物複合多孔膜を形成する高分子が、
ポリオレフィン系樹脂あるいはフッ素系樹脂である特許
請求の範囲第1項記載の気体分離用複合膜。
(3) The polymer forming the polymer/inorganic composite porous membrane is
The composite membrane for gas separation according to claim 1, which is a polyolefin resin or a fluororesin.

(4)高分子・無機物配合多孔膜が中空糸状である特許
請求の範囲第1項記載の気体分離用複合膜。
(4) The composite membrane for gas separation according to claim 1, wherein the porous membrane containing a polymer and an inorganic substance is in the form of hollow fibers.

(5)水素、窒素混合気体の分離係数が20以」−1の
固有分離性能を有する高分子の薄層(I)の平均厚さが
lpm以下である特許請求の範囲第1項記載の気体分離
用複合膜。
(5) The gas according to claim 1, wherein the average thickness of the thin polymer layer (I) having an inherent separation performance of hydrogen and nitrogen mixed gas is 20"-1 or less with a separation coefficient of 20"-1 or less. Composite membrane for separation.

(6)高分子の薄層(1)が、ポリスルホン系樹脂ある
いはポリフェニレンエーテル系樹脂からなる特許請求の
範囲第1または第5項記載の気体分離用複合膜。
(6) The composite membrane for gas separation according to claim 1 or 5, wherein the thin polymer layer (1) is made of a polysulfone resin or a polyphenylene ether resin.

(7)高分子の薄層(]JTが、シリコン系樹脂からな
る特許請求の範囲第1項記載の気体分離用複合膜。
(7) The composite membrane for gas separation according to claim 1, wherein the polymer thin layer (JT) is made of a silicone resin.

(8)前記シリコン系樹脂からなる高分子の薄層(U)
が架橋され、かつ平均厚さが0.5gmないし100g
mの範囲にある特許請求の範囲第7項記載の気体分離用
複合膜。
(8) Thin polymer layer (U) made of the silicone resin
is crosslinked and has an average thickness of 0.5 gm to 100 g
The composite membrane for gas separation according to claim 7, which is within the range of m.

(9)水素と他の一種類または二種類以上の気体とから
なる混合気体から少なくとも水素を選択的に分離する特
許請求の範囲第1項〜第8項のいずれか1項に記載の気
体分離用複合膜。
(9) Gas separation according to any one of claims 1 to 8, which selectively separates at least hydrogen from a mixed gas consisting of hydrogen and one or more other gases. Composite membrane for use.

(10)無機微粒体を10重量%以上80重量%未満含
有し、平均孔径0.1μm以下であって空孔度が30%
ないし80%の範囲にある高分子・無機物配合多孔膜上
に下記(A)、(B)の高分子溶液:(A)−水素、窒
素混合気体の分離係数が20以上の固有分離性能を有す
る高分子の溶液(B):水素の透過係数が前記(A)溶
液中の高分子よりも少くとも10倍大きな高分子の溶液 を塗布・乾燥して各々の高分子溶液からの薄層を形成さ
せて複合膜を得ることを特徴とする気体分離用複合膜の
製造法。
(10) Contains 10% by weight or more and less than 80% by weight of inorganic fine particles, has an average pore diameter of 0.1 μm or less, and has a porosity of 30%
Polymer solutions of the following (A) and (B) on a porous membrane containing polymers and inorganic substances in the range of 80% to 80%: (A) - Has inherent separation performance with a separation coefficient of 20 or more for hydrogen and nitrogen mixed gases Polymer solution (B): A solution of a polymer whose hydrogen permeability coefficient is at least 10 times larger than that of the polymer in the solution (A) is applied and dried to form a thin layer from each polymer solution. A method for producing a composite membrane for gas separation, characterized in that the composite membrane is obtained by

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)  無機微粒体を10重量%以上80重量%未満
含有し、平均孔径01μm以下であって空孔度が30%
ないし80%の範囲にある高分子・無機物配合多孔膜上
に、水素、窒素混合気体の分離係数が20以上の固有分
離性能を有する高分子の薄層(1)と、水素の透過係数
が前記薄層(1)を形成する高分子よりも少くとも10
倍大きな高分子の薄層(IDが積層され、層(1)と層
(II)の夫々の平均的層厚の比C(II)/(I) 
)が5以上であることを特・徴とする気体分離用複合膜
(1) Contains 10% by weight or more and less than 80% by weight of inorganic fine particles, has an average pore diameter of 01 μm or less, and has a porosity of 30%
A thin layer (1) of a polymer having an inherent separation coefficient of hydrogen and nitrogen mixed gas of 20 or more on a porous membrane containing a polymer and an inorganic material in the range of 80% to 80%; At least 10% less than the polymer forming the thin layer (1)
A thin layer of twice as large a polymer (ID) is laminated, and the ratio of average layer thicknesses of layer (1) and layer (II), respectively, is C(II)/(I).
) is 5 or more.
(2)高分子・無機物配合多孔膜中に含有される無機微
粒体が、酸化ケイ素、酸化チタンあるいは酸アルミニウ
ムの一つまたは二つ以上の混合物である特許請求の範囲
第1項記載の気体分離用複合膜。
(2) Gas separation according to claim 1, wherein the inorganic fine particles contained in the polymer/inorganic compound porous membrane are one or a mixture of two or more of silicon oxide, titanium oxide, or aluminum acid. Composite membrane for use.
(3)  高分子・無機物複合多孔膜を形成する高分子
が、ポリオレフィン系樹脂あるいはフッ素系樹脂である
特許請求の範囲第1項記載の気体分離用複合膜。
(3) The composite membrane for gas separation according to claim 1, wherein the polymer forming the polymer/inorganic composite porous membrane is a polyolefin resin or a fluororesin.
(4)  高分子・無機物配合多孔膜が中空糸状である
特許請求の範囲第1項記載の気体分離用複合膜。
(4) The composite membrane for gas separation according to claim 1, wherein the porous membrane containing a polymer and an inorganic substance is in the form of hollow fibers.
(5)水素、窒素混合気体の分離係数が20以上の固有
分離性能を有する高分子の薄層(1)の平均厚さが1μ
m以下である特許請求の範囲第1項記載の気体分離用複
合膜。
(5) The average thickness of the thin layer (1) of a polymer having inherent separation performance with a separation coefficient of 20 or more for hydrogen and nitrogen gas mixtures is 1μ
2. The composite membrane for gas separation according to claim 1, wherein the membrane has a particle size of less than m.
(6)高分子の薄層(I)が、ポリスルホン系樹脂ある
℃・はポリフェニレンエーテル系樹脂からなる特許請求
の範囲第11だけ第5項記載の気体分離用複合膜。
(6) The composite membrane for gas separation according to claim 5, in which the thin polymer layer (I) is made of polysulfone resin or polyphenylene ether resin.
(7)高分子の薄層(l])が、シリコン系樹脂からな
る特許請求の範囲第1項記載の気体分離用複合膜。
(7) The composite membrane for gas separation according to claim 1, wherein the thin polymer layer (l) is made of a silicone resin.
(8)  前記シリコン系樹脂からなる高分子の薄層(
II)が架橋され、かつ平均厚さが05μmないし10
0μmの範囲にある特許請求の範囲第7項記載の気体分
離用複合膜。
(8) A thin layer of polymer made of the silicone resin (
II) is crosslinked and has an average thickness of 05 μm to 10
The composite membrane for gas separation according to claim 7, which has a diameter in the range of 0 μm.
(9)水素と他の一種類または二種類以上の気体とから
なる混合気体から少くとも水素を選択的に分離する特許
請求の範囲第1項〜第8項のいずれか1項に記載の気体
分離用複合膜。 0■ 無機i粒体を10重量%以上80重量%未満含有
し、平均孔径01μm以下であって空孔度が30%ない
し80%の範囲にある高分子・無機物配合多孔膜上に下
記(4)、(B)の高分子溶液:(A):水素、窒素混
合気体の分離係数が20以上の固有分離性能を有する高
分子の溶液 (]3):水素の透過係数が前記(4)溶液中の高分子
よりも少くとも10倍大きな高分子の溶液を塗布・乾燥
して各々の高分子溶液からの薄層を形成させて複合膜を
得ることを特徴とする気体分離用複合膜の製造法。
(9) The gas according to any one of claims 1 to 8, which selectively separates at least hydrogen from a gas mixture consisting of hydrogen and one or more other gases. Composite membrane for separation. 0 ■ The following (4 ), (B) polymer solution: (A): Solution of a polymer having inherent separation performance with a separation coefficient of hydrogen and nitrogen mixed gas of 20 or more (] 3): Solution with a hydrogen permeability coefficient of 20 or more (4) Manufacture of a composite membrane for gas separation, characterized in that a composite membrane is obtained by coating and drying a solution of a polymer at least 10 times larger than the polymer contained therein to form a thin layer from each polymer solution. Law.
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