JPWO2015141576A1 - 酸性ガス含有ガス処理用分離膜、及び酸性ガス含有ガス処理用分離膜の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
無機多孔質支持体と、
前記無機多孔質支持体の表面に形成されるポリシロキサン網目構造体を含む中間層と、
前記中間層の上に形成される炭化水素基含有ポリシロキサン網目構造体を含む分離層と、
を備えたことにある。
前記ポリシロキサン網目構造体は、テトラアルコキシシランのゾル−ゲル反応によって得られる単一構造体であり、
前記炭化水素基含有ポリシロキサン網目構造体は、テトラアルコキシシラン及び炭化水素基含有トリアルコキシシランのゾル−ゲル反応によって得られる複合構造体であることが好ましい。
前記テトラアルコキシシランは、テトラメトキシシラン又はテトラエトキシシランであり、
前記炭化水素基含有トリアルコキシシランは、トリメトキシシラン又はトリエトキシシランのSi原子に炭素数1〜6のアルキル基又はフェニル基が結合したものであることが好ましい。
前記中間層及び前記分離層の少なくとも一方に、酸性ガスと親和性を有する金属塩を添加してあることが好ましい。
前記金属塩は、Li、Na、K、Cs、Mg、Ca、Ni、Fe、及びAlからなる群から選択される少なくとも一種の金属の酢酸塩、硝酸塩、炭酸塩、ホウ酸塩、又はリン酸塩であることが好ましい。
前記中間層の目付量は、0.1〜5.0mg/cm2であり、
前記分離層の目付量は、0.1〜3.0mg/cm2であることが好ましい。
前記無機多孔質支持体は、4〜200nmの微細孔を有することが好ましい。
前記無機多孔質支持体の表面から深さ方向に前記テトラアルコキシシラン又は前記炭化水素基含有トリアルコキシシランが染み込む距離は、50μm以下であることが好ましい。
(a)テトラアルコキシシラン、酸触媒、水、及び有機溶媒を混合した第一混合液、並びにテトラアルコキシシラン、炭化水素基含有トリアルコキシシラン、酸触媒、水、及び有機溶媒を混合した第二混合液を調整する準備工程と、
(b)前記第一混合液を無機多孔質支持体の表面に塗布する第一塗布工程と、
(c)前記第一塗布工程が完了した無機多孔質支持体を熱処理し、当該無機多孔質支持体の表面にポリシロキサン網目構造体を含む中間層を形成する中間層形成工程と、
(d)前記第二混合液を前記中間層の上に塗布する第二塗布工程と、
(e)前記第二塗布工程が完了した無機多孔質支持体を熱処理し、前記中間層の上に炭化水素基含有ポリシロキサン網目構造体を含む分離層を形成する分離層形成工程と、
を包含することにある。
前記第一塗布工程及び前記中間層形成工程を、両工程をセットとして複数回反復することが好ましい。
前記第二塗布工程及び前記分離層形成工程を、両工程をセットとして複数回反復することが好ましい。
本発明の酸性ガス含有ガス処理用分離膜は、酸性ガスとメタンガス及び/又は窒素ガスとを含有する混合ガス(以下、「酸性ガス含有ガス」と称する場合がある。)を処理対象とするものであるが、本実施形態では、酸性ガスとメタンガスとの混合ガスを例に挙げて説明する。ここで、酸性ガスとは、水に溶解したときに酸性を示すガスであり、二酸化炭素や硫化水素等が例示される。本実施形態では、特に、酸性ガスとして二酸化炭素を想定し、以降の説明を行う。従って、本発明の酸性ガス含有ガス処理用分離膜は、二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離膜として説明するが、メタンガスを分離するメタンガス分離膜、窒素ガスを分離する窒素ガス分離膜、あるいは二酸化炭素とメタンガス及び/又は窒素ガスとを同時に分離可能な二酸化炭素/(メタンガス及び/又は窒素ガス)分離膜として構成することも可能である。以後、酸性ガス含有ガス処理用分離膜を、単純に「分離膜」と称する場合がある。
無機多孔質支持体は、例えば、シリカ系セラミックス、シリカ系ガラス、アルミナ系セラミックス、ステンレス、チタン、銀等の材料で構成される。無機多孔質支持体には、ガスが流入する流入部と、ガスが流出する流出部とが設けられる。例えば、ガス流入部は無機多孔質支持体に設けられた開口部であり、ガス流出部は無機多孔質支持体の外表面である。無機多孔質支持体の外表面をガス流入部とし、無機多孔質支持体に設けられた開口部をガス流出部とすることも可能である。無機多孔質支持体の外表面には無数の微細孔が形成されているため、外表面全体からガスが通流することができる。無機多孔質体の構成例としては、内部にガス流路が設けられた円筒構造、円管構造、チューブラー構造、スパイラル構造、内部に複雑に入り組んだ連続通路が形成されたモノリス構造等が挙げられる。また、無機多孔質材料で構成される中実の平板体やバルク体を用意し、その一部を刳り抜いてガス流路を形成することで、無機多孔質支持体を構成しても構わない。無機多孔質支持体の微細孔のサイズは、4〜200nmが好ましい。
中間層は、無機多孔質支持体の表面を安定化させ、後述の分離層を形成し易くするために設けられる。例えば、微細孔のサイズが比較的大きい無機多孔質支持体の表面に後述する分離層の形成材料を含む混合液(ゾル)を直接塗布すると、混合液が微細孔の内部に過剰に浸透して無機多孔質支持体の表面に留まらず、分離層の成膜が難しくなることがある。そこで、無機多孔質支持体の表面に中間層を設けておくことで、微細孔の入口が中間層によって狭められ、混合液の塗布が容易になる。また、中間層によって無機多孔質支持体の表面が均等化されるため、分離層の剥離やひび割れを抑制することができる。
分離層は、二酸化炭素とメタンガスとを含む混合ガスから、二酸化炭素を選択的に誘引して分離する機能を有する。分離層は、炭化水素基含有ポリシロキサン網目構造体を含む。そして、炭化水素基含有ポリシロキサン網目構造体は、テトラアルコキシシラン及び炭化水素基含有トリアルコキシシランのゾル−ゲル反応によって得られる。
本発明の酸性ガス含有ガス処理用分離膜は、以下の工程(a)〜(e)を実施することにより製造される。以下、各工程について詳細に説明する。
準備工程として、テトラアルコキシシラン、酸触媒、水、及び有機溶媒を混合した第一混合液を調製する。第一混合液は、次工程の「第一塗布工程」において使用されるものである。テトラアルコキシシラン、酸触媒、水、及び有機溶媒の夫々の配合量は、テトラアルコキシシラン1モルに対して、酸触媒0.005〜0.1モル、水0.5〜10モル、有機溶媒5〜60モルに調整することが好ましい。酸触媒の配合量が0.005モルより少ない場合、加水分解速度が小さくなり、分離膜の製造に要する時間が長くなる。酸触媒の配合量が0.1モルより多い場合、加水分解速度が過大となり、均一な分離膜が得られ難くなる。水の配合量が0.5モルより少ない場合、加水分解速度が小さくなり、後述のゾル−ゲル反応が十分に進行しない。水の配合量が10モルより多い場合、加水分解速度が過大となり、細孔径が肥大化するため緻密な分離膜が得られ難くなる。有機溶媒の配合量が5モルより少ない場合、第一混合液の濃度が高くなり、緻密で均一な分離膜が得られ難くなる。有機溶媒の配合量が60モルより多い場合、第一混合液の濃度が低くなり、混合液のコーティング回数(工程数)が増加して生産効率が低下する。酸触媒としては、例えば、硝酸、塩酸、硫酸等が使用される。これらのうち、硝酸又は塩酸が好ましい。有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ベンゼン、トルエン等が使用される。これらのうち、メタノール又はエタノールが好ましい。第一混合液を調製する際、二酸化炭素と親和性を有する金属塩を配合することも可能である。金属塩の配合量は、上記の配合条件の場合、0.01〜0.3モルに調整される。二酸化炭素と親和性を有する金属塩としては、上述の「酸性ガス含有ガス処理用分離膜」の項目で説明したものを使用することができる。
第一塗布工程として、準備工程で得られた第一混合液(微細化されたポリシロキサン網目構造体の懸濁液)を無機多孔質支持体に塗布する。無機多孔質支持体に第一混合液を塗布する方法は、例えば、ディッピング法、スプレー法、スピン法等が挙げられる。これらのうち、ディッピング法は、無機多孔質支持体の表面に混合液を均等且つ容易に塗布できるため、好ましい塗布方法である。ディッピング法の具体的な手順について説明する。
先ず、無機多孔質支持体を第一混合液に浸漬する。浸漬時間は、無機多孔質支持体に第一混合液が十分に付着するように5秒〜10分とすることが好ましい。浸漬時間が5秒より短いと十分な膜厚にならず、10分を超えると膜厚が大きくなり過ぎてしまう。次いで、第一混合液から無機多孔質支持体を引き上げる。引き上げ速度は、0.1〜2mm/秒とすることが好ましい。引き上げ速度が0.1mm/秒より遅くなると膜厚が大きくなり過ぎてしまい、2mm/秒より速いと十分な膜厚にならない。次いで、引き上げた無機多孔質支持体を乾燥させる。乾燥条件は、15〜40℃で0.5〜3時間とすることが好ましい。乾燥時間が0.5時間未満では十分な乾燥ができず、3時間を超えても乾燥状態は殆ど変化しない。乾燥が終わると、無機多孔質支持体の表面(一部の微細孔の内面を含む)に微細化されたポリシロキサン網目構造体が付着したものが得られる。なお、無機多孔質支持体の浸漬、引き上げ、乾燥の一連の手順を複数回繰り返すことにより、無機多孔質支持体への微細化されたポリシロキサン網目構造体の付着量を増加させることができる。また、一連の手順を繰り返すことで、無機多孔質支持体に第一混合液を均一に塗布することができるため、最終的に得られる酸性ガス含有ガス処理用分離膜をより安定させることができる。
中間層形成工程として、第一塗布工程が完了した無機多孔質支持体を熱処理し、当該無機多孔質支持体の表面に微細化されたポリシロキサン網目構造体を固着又は融着させてポリシロキサン網目構造体を含む中間層を形成する。熱処理は、例えば、焼成器等の加熱手段が用いられる。熱処理の具体的な手順について説明する。
先ず、無機多孔質支持体を後述の熱処理温度に達するまで昇温する。昇温時間は、1〜24時間が好ましい。昇温時間が1時間より短いと急激な温度変化により均一な膜が得られ難く、24時間より長いと長時間の加熱により膜が劣化する虞がある。昇温後、一定時間で熱処理(焼成)を行う。熱処理温度は、30〜300℃が好ましく、50〜200℃がより好ましい。熱処理温度が30℃より低いと十分な熱処理を行えないため緻密な膜が得られず、300℃より高いと高温の加熱により膜が劣化する虞がある。熱処理時間は、0.5〜6時間が好ましい。熱処理時間が0.5時間より短いと十分な熱処理を行えないため緻密な膜が得られず、6時間より長いと長時間の加熱により膜が劣化する虞がある。熱処理が終わったら、無機多孔質支持体を室温まで冷却する。冷却時間は、5〜10時間が好ましい。冷却時間が5時間より短いと急激な温度変化により膜に亀裂や剥離が発生する虞があり、10時間より長いと膜が劣化する虞がある。冷却後の無機多孔質支持体の表面(一部の微細孔の内面を含む)には中間層が形成される。中間層は、目付量が0.1〜5.0mg/cm2に調整され、好ましくは0.5〜3.0mg/cm2に調整される。なお、「中間層形成工程」の後、上述した「第一塗布工程」に戻り、第一塗布工程と中間層形成工程とをセットとして、これを複数回繰り返すと、無機多孔質支持体の表面に、より緻密で且つ均一な膜質の中間層を形成することができる。
第二塗布工程として、中間層形成工程によって中間層が形成された無機多孔質支持体に第二混合液(微細化された炭化水素基含有ポリシロキサン網目構造体の懸濁液)を塗布する。第二塗布工程で塗布される第二混合液は、中間層を介して無機多孔質支持体に塗布されるため、無機多孔質支持体への第二混合液の染み込み量(無機多孔質支持体の表面から深さ方向にテトラアルコキシシラン又は炭化水素基含有トリアルコキシシランが染み込む距離)を50μm以下に抑えることができる。従って、無機多孔質支持体の微細孔が過度に塞がれることがなく、後述の分離層形成工程により完成した酸性ガス含有ガス処理用分離膜に混合ガスを通過させた場合、ガス通過量(混合ガスの処理量)を維持することができる。また、無機多孔質支持体に塗布する中間層及び分離層の形成材料(ゾル)の塗布量を低減することができるため、酸性ガス含有ガス処理用分離膜の製造コストの削減にも寄与し得る。第二混合液を塗布する方法及び条件は、第一塗布工程と同様である。第二塗布工程においても、第二混合液への無機多孔質支持体の浸漬、引き上げ、乾燥の一連の手順を複数回繰り返すことにより、無機多孔質支持体への微細化された炭化水素基含有ポリシロキサン網目構造体の付着量を増加させることができる。また、一連の手順を繰り返すことで、無機多孔質支持体に第二混合液を均一に塗布することができるため、最終的に得られる酸性ガス含有ガス処理用分離膜の分離性能をより向上させることができる。
分離層形成工程として、第二塗布工程が完了した無機多孔質支持体を熱処理し、当該無機多孔質支持体の表面に微細化された炭化水素基含有ポリシロキサン網目構造体を固着又は融着させて炭化水素基含有ポリシロキサン網目構造体を含む分離層を形成する。熱処理の方法及び条件は、中間層形成工程と同様である。分離層形成工程により、中間層の上に分離層が形成される。分離層は、目付量が0.1〜3.0mg/cm2に調整され、好ましくは0.5〜2.0mg/cm2に調整される。なお、「分離層形成工程」の後、上述した「第二塗布工程」に戻り、第二塗布工程と分離層形成工程とをセットとして、これを複数回繰り返すと、無機多孔質支持体の表面に、より緻密で且つ均一な膜質の分離層を形成することができる。
上述の実施形態で説明した「酸性ガス含有ガス処理用分離膜の製造方法」に従って、分離膜である二酸化炭素分離膜を作製した。全ての実施例及び比較例に共通で、テトラアルコキシシランとしてテトラエトキシシラン(信越化学工業株式会社製 信越シリコーンLS−2430)を使用し、炭化水素基含有トリアルコキシシランとしてメチルトリエトキシシラン(信越化学工業株式会社製 信越シリコーンLS−1890)を使用し、酸触媒として硝酸(和光純薬工業株式会社製 試薬特級 69.5%)を使用し、有機溶媒としてエタノール(和光純薬工業株式会社製 試薬特級 99.5%)を使用した。実施例1〜6及び比較例1で使用した原材料の配合を表1に示す。なお、表1中の「mol」は、中間層形成用アルコキシド溶液においては、テトラエトキシシランの配合量を1とした場合における各材料のmol濃度の比率を表し、分離層形成用アルコキシド溶液においては、テトラエトキシシラン及びメチルトリエトキシシランの合計配合量を1とした場合における各材料のmol濃度の比率を表す。
分離膜の作製に先立ち、中間層形成用アルコキシド溶液(第一混合液)及び分離層形成用アルコキシド溶液(第二混合液)を準備した。表1の配合に従って、水、硝酸、エタノールの混合液を30分間攪拌し、次いでテトラエトキシシランを添加して2時間攪拌することにより、中間層形成用アルコキシド溶液を調製した。中間層形成用アルコキシド溶液のpHは3.85であった。また、表1の配合に従って、水、硝酸、エタノールの混合液を30分間攪拌し、次いでテトラエトキシシランを添加して1時間攪拌し、次いでメチルトリエトキシシランを添加して2.5時間攪拌し、次いで硝酸マグネシウム六水和物を添加して2時間攪拌することにより、分離層形成用アルコキシド溶液(第二混合液)を調製した。分離層形成用アルコキシド溶液のpHは1.59であった。
上記のように調製した中間層形成用アルコキシド溶液及び分離層形成用アルコキシド溶液を無機多孔質支持体に塗布し、中間層及び分離層を備える二酸化炭素分離膜を作製した。無機多孔質支持体として、アルミナ系セラミックス管状体を使用した。先ず、管状体の表面に中間層形成用アルコキシド溶液をディッピング法によって塗布した。ディッピング法の引き上げ速度は5mm/sとし、引き上げ後は室温で1時間乾燥させた。中間層形成用アルコキシド溶液の塗布及び乾燥を2回繰り返した後、焼成器で熱処理を行った。熱処理条件は、室温(25℃)から150℃まで5時間かけて加熱し、150℃で2時間保持し、25℃まで5時間かけて冷却した。上記の作業(コーティング)を3回繰り返し、管状体の表面に中間層を形成した。中間層のコーティング量は39.2mgであり、目付量は2.08mg/cm2であった。次に、中間層を形成した管状体の表面に分離層形成用アルコキシド溶液をディッピング法によって塗布した。ディッピング法の引き上げ速度は5mm/sとし、引き上げ後は室温で1時間乾燥させた。分離層形成用アルコキシド溶液の塗布及び乾燥を2回繰り返した後、焼成器で熱処理を行った。熱処理条件は、室温(25℃)から150℃まで5時間かけて加熱し、150℃で2時間保持し、25℃まで5時間かけて冷却した。上記の作業(コーティング)を2回繰り返し、中間層の上に分離層を形成した。分離層のコーティング量は13.7mgであり、目付量は0.73mg/cm2であった。以上により、実施例1の分離膜を完成させた。実施例1の分離膜について、SEM−EDSによるSiの成分分析より、管状体へのアルコキシド溶液の染み込み量(無機多孔質支持体の表面から深さ方向にテトラアルコキシシラン又は炭化水素基含有トリアルコキシシランが染み込む距離)を求めたところ、13μmであった。
中間層形成用アルコキシド溶液(第一混合液)及び分離層形成用アルコキシド溶液(第二混合液)を準備し、これらを無機多孔質支持体であるアルミナ系セラミックス管状体に塗布及び熱処理し、実施例2の中間層及び分離層を備える二酸化炭素分離膜を作製した。
表1の配合に従って、実施例1と同様の手順で、実施例2で使用する中間層形成用アルコキシド溶液及び分離層形成用アルコキシド溶液を調製した。中間層形成用アルコキシド溶液のpHは3.86であり、分離層形成用アルコキシド溶液のpHは1.59であった。実施例1と同様の作製手順及び作製条件により、中間層のコーティング作業を2回、分離層のコーティング作業を2回実施し、実施例2の分離膜を完成させた。実施例2の分離膜は、中間層のコーティング量が40.6mg、目付量が2.15mg/cm2であり、分離層のコーティングが12.6mg、目付量が0.67mg/cm2であった。また、管状体へのアルコキシド溶液の染み込み量は19μmであった。
中間層形成用アルコキシド溶液(第一混合液)及び分離層形成用アルコキシド溶液(第二混合液)を準備し、これらを無機多孔質支持体であるアルミナ系セラミックス管状体に塗布及び熱処理し、実施例3の中間層及び分離層を備える二酸化炭素分離膜を作製した。
表1の配合に従って、実施例1と同様の手順で、実施例3で使用する中間層形成用アルコキシド溶液及び分離層形成用アルコキシド溶液を調製した。中間層形成用アルコキシド溶液のpHは3.82であり、分離層形成用アルコキシド溶液のpHは1.59であった。実施例1と同様の作製手順及び作製条件により、中間層のコーティング作業を3回、分離層のコーティング作業を2回実施し、実施例3の分離膜を完成させた。実施例3の分離膜は、中間層のコーティング量が43.8mg、目付量が2.32mg/cm2であり、分離層のコーティング量が15.1mg、目付量が0.80mg/cm2であった。また、管状体へのアルコキシド溶液の染み込み量は31μmであった。
中間層形成用アルコキシド溶液(第一混合液)及び分離層形成用アルコキシド溶液(第二混合液)を準備し、これらを無機多孔質支持体であるアルミナ系セラミックス管状体に塗布及び熱処理し、実施例4の中間層及び分離層を備える二酸化炭素分離膜を作製した。
表1の配合に従って、実施例1と同様の手順で、実施例4で使用する中間層形成用アルコキシド溶液及び分離層形成用アルコキシド溶液を調製した。中間層形成用アルコキシド溶液のpHは3.95であり、分離層形成用アルコキシド溶液のpHは1.59であった。実施例1と同様の作製手順及び作製条件により、中間層のコーティング作業を2回、分離層のコーティング作業を3回実施し、実施例4の分離膜を完成させた。実施例4の分離膜は、中間層のコーティング量が41.8mg、目付量が2.22mg/cm2であり、分離層のコーティング量が19.1mg、目付量が1.01mg/cm2であった。また、管状体へのアルコキシド溶液の染み込み量は23μmであった。
中間層形成用アルコキシド溶液(第一混合液)及び分離層形成用アルコキシド溶液(第二混合液)を準備し、これらを無機多孔質支持体であるアルミナ系セラミックス管状体に塗布及び熱処理し、実施例5の中間層及び分離層を備える二酸化炭素分離膜を作製した。
表1の配合に従って、実施例1と同様の手順で、実施例5で使用する中間層形成用アルコキシド溶液及び分離層形成用アルコキシド溶液を調製した。中間層形成用アルコキシド溶液のpHは3.44であり、分離層形成用アルコキシド溶液のpHは1.59であった。実施例1と同様の作製手順及び作製条件により、中間層のコーティング作業を3回、分離層のコーティング作業を1回実施し、実施例5の分離膜を完成させた。実施例5の分離膜は、中間層のコーティング量が31.5mg、目付量が1.67mg/cm2であり、分離層のコーティング量が12.8mg、目付量が0.68mg/cm2であった。また、管状体へのアルコキシド溶液の染み込み量は14μmであった。
中間層形成用アルコキシド溶液(第一混合液)及び分離層形成用アルコキシド溶液(第二混合液)を準備し、これらを無機多孔質支持体であるアルミナ系セラミックス管状体に塗布及び熱処理し、実施例6の中間層及び分離層を備える二酸化炭素分離膜を作製した。
表1の配合に従って、水、硝酸、エタノールの混合液を30分間攪拌し、次いでテトラエトキシシランを添加して2時間攪拌し、次いで酢酸マグネシウム四水和物を添加して2時間攪拌することにより、中間層形成用アルコキシド溶液(第一混合液)を調製した。中間層形成用アルコキシド溶液のpHは5.83であった。また、表1の配合に従って、水、硝酸、エタノールの混合液を30分間攪拌し、次いでテトラエトキシシランを添加して1時間攪拌し、次いでメチルトリエトキシシランを添加して2.5時間攪拌し、次いで硝酸マグネシウム六水和物を添加して2時間攪拌することにより、分離層形成用アルコキシド溶液(第二混合液)を調製した。分離層形成用アルコキシド溶液のpHは1.59であった。実施例1と同様の作製手順及び作製条件により、中間層のコーティング作業を3回、分離層のコーティング作業を2回実施し、実施例6の分離膜を完成させた。実施例6の分離膜は、中間層のコーティング量が46.8mg、目付量が2.48mg/cm2であり、分離層のコーティング量が10.9mg、目付量が0.58mg/cm2であった。また、管状体へのアルコキシド溶液の染み込み量は11μmであった。
分離層形成用アルコキシド溶液を準備し、これを無機多孔質支持体であるアルミナ系セラミックス管状体に塗布及び熱処理し、比較例1の二酸化炭素分離膜を作製した。比較例1は、中間層を有さない分離膜である。
表1の配合に従って、水、硝酸、エタノールの混合液を30分間攪拌し、次いでテトラエトキシシランを添加して1時間攪拌し、次いでメチルトリエトキシシランを添加して2.5時間攪拌し、次いで硝酸マグネシウム六水和物を添加して2時間攪拌することにより、分離層形成用アルコキシド溶液を調製した。分離層形成用アルコキシド溶液のpHは1.59であった。
管状体の表面に分離層形成用アルコキシド溶液をディッピング法によって塗布した。ディッピング法の引き上げ速度は5mm/sとし、引き上げ後は室温で1時間乾燥させた。分離層形成用アルコキシド溶液の塗布及び乾燥を2回繰り返した後、焼成器で熱処理を行った。熱処理条件は、室温(25℃)から150℃まで5時間かけて加熱し、150℃で2時間保持し、25℃まで5時間かけて冷却した。上記の作業(コーティング)を5回繰り返し、管状体の表面に分離層を形成した。以上により、比較例1の分離膜を完成させた。比較例1の分離膜は、分離層のコーティング量が68.3mg、目付量が3.62mg/cm2であった。また、管状体へのアルコキシド溶液の染み込み量は132μmであり、実施例1〜6と比べて染み込み量が大きいものであった。
実施例1〜6及び比較例1の分離膜について、二酸化炭素の分離性能に関する確認試験を行った。この確認試験では、分離膜に二酸化炭素を透過させたときの気体透過速度〔P(CO2)〕、及び同じ分離膜に窒素を透過させたときの気体透過速度〔P(N2)〕を測定した。ここで、窒素の気体分子径は3.64Åであり、二酸化炭素の気体分子径は3.3Åである。このため、窒素よりも気体分子径が小さい二酸化炭素は分離膜を透過し易い。従って、このような気体によって異なる性質を利用し、さらに膜の構成を適切に設定すれば、二酸化炭素を含有する混合ガスから二酸化炭素を分離することが可能となる。なお、この確認試験では、分離膜にメタンガスを透過させたときの気体透過速度〔P(CH3)〕の測定は行っていないが、メタンガスの気体分子径(3.8Å)は窒素の気体分子径(3.64Å)よりも若干大きいため、本発明の分離膜によって二酸化炭素と窒素との分離が可能であることが確認できれば、二酸化炭素とメタンガスとの分離も可能であると推定される。
2 圧力ゲージ
3 チャンバー
4 質量流量計
5 分離膜
6 耐熱ガラス管
10 気体透過速度測定装置
実施例1〜6及び比較例1の分離膜について、二酸化炭素の分離性能に関する確認試験を行った。この確認試験では、分離膜に二酸化炭素を透過させたときの気体透過速度〔P(CO2)〕、及び同じ分離膜に窒素を透過させたときの気体透過速度〔P(N2)〕を測定した。ここで、窒素の気体分子径は3.64Åであり、二酸化炭素の気体分子径は3.3Åである。このため、窒素よりも気体分子径が小さい二酸化炭素は分離膜を透過し易い。従って、このような気体によって異なる性質を利用し、さらに膜の構成を適切に設定すれば、二酸化炭素を含有する混合ガスから二酸化炭素を分離することが可能となる。なお、この確認試験では、分離膜にメタンガスを透過させたときの気体透過速度〔P(CH 4 )〕の測定は行っていないが、メタンガスの気体分子径(3.8Å)は窒素の気体分子径(3.64Å)よりも若干大きいため、本発明の分離膜によって二酸化炭素と窒素との分離が可能であることが確認できれば、二酸化炭素とメタンガスとの分離も可能であると推定される。
Claims (11)
- 無機多孔質支持体と、
前記無機多孔質支持体の表面に形成されるポリシロキサン網目構造体を含む中間層と、
前記中間層の上に形成される炭化水素基含有ポリシロキサン網目構造体を含む分離層と、
を備えた酸性ガス含有ガス処理用分離膜。 - 前記ポリシロキサン網目構造体は、テトラアルコキシシランのゾル−ゲル反応によって得られる単一構造体であり、
前記炭化水素基含有ポリシロキサン網目構造体は、テトラアルコキシシラン及び炭化水素基含有トリアルコキシシランのゾル−ゲル反応によって得られる複合構造体である請求項1に記載の酸性ガス含有ガス処理用分離膜。 - 前記テトラアルコキシシランは、テトラメトキシシラン又はテトラエトキシシランであり、
前記炭化水素基含有トリアルコキシシランは、トリメトキシシラン又はトリエトキシシランのSi原子に炭素数1〜6のアルキル基又はフェニル基が結合したものである請求項2に記載の酸性ガス含有ガス処理用分離膜。 - 前記中間層及び前記分離層の少なくとも一方に、酸性ガスと親和性を有する金属塩を添加してある請求項1〜3の何れか一項に記載の酸性ガス含有ガス処理用分離膜。
- 前記金属塩は、Li、Na、K、Cs、Mg、Ca、Ni、Fe、及びAlからなる群から選択される少なくとも一種の金属の酢酸塩、硝酸塩、炭酸塩、ホウ酸塩、又はリン酸塩である請求項4に記載の酸性ガス含有ガス処理用分離膜。
- 前記中間層の目付量は、0.1〜5.0mg/cm2であり、
前記分離層の目付量は、0.1〜3.0mg/cm2である請求項1〜5の何れか一項に記載の酸性ガス含有ガス処理用分離膜。 - 前記無機多孔質支持体は、4〜200nmの微細孔を有する請求項1〜6の何れか一項に記載の酸性ガス含有ガス処理用分離膜。
- 前記無機多孔質支持体の表面から深さ方向に前記テトラアルコキシシラン又は前記炭化水素基含有トリアルコキシシランが染み込む距離は、50μm以下である請求項2〜7の何れか一項に記載の酸性ガス含有ガス処理用分離膜。
- (a)テトラアルコキシシラン、酸触媒、水、及び有機溶媒を混合した第一混合液、並びにテトラアルコキシシラン、炭化水素基含有トリアルコキシシラン、酸触媒、水、及び有機溶媒を混合した第二混合液を調整する準備工程と、
(b)前記第一混合液を無機多孔質支持体の表面に塗布する第一塗布工程と、
(c)前記第一塗布工程が完了した無機多孔質支持体を熱処理し、当該無機多孔質支持体の表面にポリシロキサン網目構造体を含む中間層を形成する中間層形成工程と、
(d)前記第二混合液を前記中間層の上に塗布する第二塗布工程と、
(e)前記第二塗布工程が完了した無機多孔質支持体を熱処理し、前記中間層の上に炭化水素基含有ポリシロキサン網目構造体を含む分離層を形成する分離層形成工程と、
を包含する酸性ガス含有ガス処理用分離膜の製造方法。 - 前記第一塗布工程及び前記中間層形成工程を、両工程をセットとして複数回反復する請求項9に記載の酸性ガス含有ガス処理用分離膜の製造方法。
- 前記第二塗布工程及び前記分離層形成工程を、両工程をセットとして複数回反復する請求項9又は10に記載の酸性ガス含有ガス処理用分離膜の製造方法。
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US20160082400A1 (en) * | 2013-06-12 | 2016-03-24 | Toyo Tire & Rubber Co., Ltd. | Separation membrane for treating acid gas-containing gas, and method for manufacturing separation membrane for treating acid gas-containing gas |
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JP6457659B2 (ja) * | 2015-12-07 | 2019-01-23 | 東洋ゴム工業株式会社 | 酸性ガス含有ガス処理用分離膜、及び酸性ガス含有ガス処理用分離膜の製造方法 |
US10758873B2 (en) * | 2016-11-16 | 2020-09-01 | Ut-Battelle, Llc | Carbon molecular sieve membrane for gas separations |
US11505722B2 (en) | 2017-06-30 | 2022-11-22 | The Boeing Company | Nonaqueous sol-gel for adhesion enhancement of water-sensitive materials |
US11739237B2 (en) * | 2017-06-30 | 2023-08-29 | The Boeing Company | Nonaqueous sol-gel for adhesion enhancement of water-sensitive materials |
US20190002705A1 (en) * | 2017-06-30 | 2019-01-03 | The Boeing Company | Nonaqueous sol-gel for adhesion enhancement of water-sensitive materials |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0871384A (ja) * | 1994-08-31 | 1996-03-19 | Kyocera Corp | 積層無機分離体 |
JP2000093770A (ja) * | 1998-09-22 | 2000-04-04 | Kyocera Corp | 二酸化炭素分離膜及びその製造方法 |
JP2000279773A (ja) * | 1999-03-31 | 2000-10-10 | Kyocera Corp | ガス分離フィルタおよびその製造方法 |
US20020142172A1 (en) * | 1999-06-25 | 2002-10-03 | Brinker C. Jeffrey | Inorganic dual-layer microporous supported membranes |
JP2005046668A (ja) * | 2003-07-29 | 2005-02-24 | Kyocera Corp | 流体分離フィルタ及びその製造方法 |
JP2012236189A (ja) * | 2011-04-26 | 2012-12-06 | Toyo Tire & Rubber Co Ltd | メタン分離膜および二酸化炭素分離膜、並びにそれらの製造方法 |
WO2014007140A1 (ja) * | 2012-07-03 | 2014-01-09 | 石油資源開発株式会社 | ヘリウムガス分離材及びその製造方法 |
Family Cites Families (22)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60137417A (ja) * | 1983-12-23 | 1985-07-22 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 気体分離部材およびその製造方法 |
US7896949B2 (en) * | 2005-09-28 | 2011-03-01 | General Electric Company | Membranes for separation of carbon dioxide |
JP4721227B2 (ja) * | 2006-05-22 | 2011-07-13 | アイダエンジニアリング株式会社 | マイクロ流路チップ及びその製造方法 |
EP2098281A4 (en) * | 2006-12-28 | 2011-09-21 | Shinetsu Polymer Co | SELECTIVELY PERMEABLE MATERIAL, METHOD FOR PRODUCING A SELECTIVELY PERMANENT MEMBRANE STRUCTURE, SELECTIVELY PERMANENT MEMBRANE STRUCTURE AND AIR CONDITIONING SYSTEM |
US20110020950A1 (en) * | 2007-12-11 | 2011-01-27 | Aquaporin A/S | Scaffold for composite biomimetic membrane |
US8597518B2 (en) * | 2009-08-19 | 2013-12-03 | The University Of Connecticut | Pervaporation composite membrane for aqueous solution separation and methods for using the same |
EP2517878B1 (en) * | 2009-12-25 | 2015-07-08 | Asahi Glass Company, Limited | Resin substrate with hard coat and process for production thereof |
US10259723B2 (en) * | 2010-05-21 | 2019-04-16 | Znano Llc | Self-assembled surfactant structures |
US9216390B2 (en) * | 2010-07-15 | 2015-12-22 | Ohio State Innovation Foundation | Systems, compositions, and methods for fluid purification |
US8802272B2 (en) * | 2010-11-29 | 2014-08-12 | Takemoto Yushi Kabushiki Kaisha | Method of producing polyolefin microporous membrane and separator for lithium ion battery |
EP2656899B1 (en) * | 2010-12-24 | 2021-05-19 | Renaissance Energy Research Corporation | Gas separation device, membrane reactor, and hydrogen production device |
WO2012138418A1 (en) * | 2011-04-04 | 2012-10-11 | Georgia Tech Research Corporation | Zeolite ddr nanocrystals |
CN103958572A (zh) * | 2011-11-11 | 2014-07-30 | 加利福尼亚大学董事会 | 苯乙烯-硅氧烷三嵌段共聚物用于水性混合物中醇和其他有机化合物的选择性输送的膜 |
CN103998115B (zh) * | 2011-11-17 | 2015-11-25 | 义安理工学院 | 用于膜蒸馏应用的三层疏水-亲水膜 |
US20130175218A1 (en) * | 2011-12-16 | 2013-07-11 | The Research Foundation Of State University Of New York | Polymeric nanofibrous composite membranes for energy efficient ethanol dehydration |
US20140326660A1 (en) * | 2013-03-08 | 2014-11-06 | The Research Foundation of Stale University of New York | Membrane nanofilters |
US9289730B2 (en) * | 2013-07-18 | 2016-03-22 | General Electric Company | Hollow fiber membranes and methods for forming same |
AU2014351071B2 (en) * | 2013-11-14 | 2018-05-17 | The University Of Melbourne | Composite gas separation membrane |
JP6170449B2 (ja) * | 2014-02-04 | 2017-07-26 | 富士フイルム株式会社 | 複合体の製造方法 |
JP6180965B2 (ja) * | 2014-02-28 | 2017-08-16 | 富士フイルム株式会社 | ガス分離膜およびガス分離膜モジュール |
JP6276735B2 (ja) * | 2014-09-30 | 2018-02-07 | 富士フイルム株式会社 | ガス分離膜、ガス分離膜モジュール及びガス分離装置 |
JP2016144798A (ja) * | 2015-02-03 | 2016-08-12 | 東洋ゴム工業株式会社 | 酸素富化膜、及び酸素富化膜の製造方法 |
-
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Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0871384A (ja) * | 1994-08-31 | 1996-03-19 | Kyocera Corp | 積層無機分離体 |
JP2000093770A (ja) * | 1998-09-22 | 2000-04-04 | Kyocera Corp | 二酸化炭素分離膜及びその製造方法 |
JP2000279773A (ja) * | 1999-03-31 | 2000-10-10 | Kyocera Corp | ガス分離フィルタおよびその製造方法 |
US20020142172A1 (en) * | 1999-06-25 | 2002-10-03 | Brinker C. Jeffrey | Inorganic dual-layer microporous supported membranes |
JP2005046668A (ja) * | 2003-07-29 | 2005-02-24 | Kyocera Corp | 流体分離フィルタ及びその製造方法 |
JP2012236189A (ja) * | 2011-04-26 | 2012-12-06 | Toyo Tire & Rubber Co Ltd | メタン分離膜および二酸化炭素分離膜、並びにそれらの製造方法 |
WO2014007140A1 (ja) * | 2012-07-03 | 2014-01-09 | 石油資源開発株式会社 | ヘリウムガス分離材及びその製造方法 |
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