气体分离膜、气体分离膜元件及气体分离方法技术

本发明专利技术涉及气体分离膜，其具备支承膜、和设置于上述支承膜上且含有通过多官能性胺与多官能性酰卤化物的缩聚而得到的交联聚酰胺的分离功能层，其中，上述交联聚酰胺的末端氨基的数目A、末端羧基的数目B、酰胺基的数目C满足(A+B)/C≤0.66。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】气体分离膜、气体分离膜元件及气体分离方法
本专利技术涉及使用聚酰胺复合膜将以氦、氢为代表的轻质气体与二氧化碳分离的气体分离膜、气体分离膜元件及使用它们的气体分离方法。
技术介绍
近年来，作为清洁能源，氢受到瞩目。氢是通过下述方式得到的：将天然气及煤等化石燃料气化，并从包含氢和二氧化碳作为主成分的混合气体中除去二氧化碳。作为处理对象的气体经历水蒸气重整、水煤气变换，特征在于高温、高压。作为以低成本从混合气体使特定气体浓缩的方法，利用材料所具有的透气性的不同来使目标气体选择性地透过的膜分离法受到瞩目。非专利文献1中公开了下述技术：利用界面缩聚反应形成交联性芳香族聚酰胺，由此形成极薄的功能层，因此可获得高透气度。现有技术文献非专利文献非专利文献1：Albo，另外3名，“JournalofMembraneScience”，449，2014年，p.109-118
技术实现思路
专利技术要解决的课题然而，上述技术中，存在氢、氦等轻质气体与二氧化碳的分离选择性低、二氧化碳的分离效率低这样的问题点。本专利技术是鉴于上述以往的情况而做出的，其目的在于提供同时实现氢、氦等轻质气体的透过性和分离选择性的气体分离膜、气体分离膜元件及使用它们的气体分离方法。用于解决课题的手段用于解决上述课题的本专利技术的气体分离膜、气体分离膜元件及使用它们的气体分离方法采用以下的构成。[1]气体分离膜,其具备：支承膜；和分离功能层，其设置于上述支承膜上，并含有通过多官能性胺与多官能性酰卤化物的缩聚而得到的交联聚酰胺，其中，上述交联聚酰胺的末端氨基的数目A、末端羧基的数目B、酰胺基的数目C满足(A+B)/C≤0.66。[2]如[1]所述的气体分离膜，其中，上述交联聚酰胺的末端氨基的数目A、末端羧基的数目B、酰胺基的数目C满足0.48≤(A+B)/C。[3]如[1]或[2]所述的气体分离膜，其中，上述交联聚酰胺的末端羧基的数目B、酰胺基的数目C满足B/C≤0.35。[4]如[1]～[3]中任一项所述的气体分离膜，其中，上述交联聚酰胺的末端羧基的数目B、酰胺基的数目C满足0.22≤B/C。[5]如[1]～[4]中任一项所述的气体分离膜，其中，上述交联聚酰胺为交联芳香族聚酰胺。[6]如[1]～[5]中任一项所述的气体分离膜，其中，上述交联聚酰胺具有硝基。[7]气体分离膜元件，其具备：将透过气体集聚的中心管；和围绕上述中心管被卷绕成螺旋状的、[1]～[6]中任一项所述的气体分离膜。[8]气体分离方法，其为使用[1]～[6]中任一项所述的气体分离膜的气体分离方法，所述气体分离方法包括以下的工序：工序(1)，向上述气体分离膜的一个面供给包含二氧化碳的混合气体；工序(2)，在工序(1)之后，从上述气体分离膜的另一个面得到二氧化碳浓度低于上述混合气体的气体。[9]如[8]所述的气体分离方法，其中，上述混合气体含有氢及氦中的至少一者。专利技术的效果根据本专利技术，能够提供同时实现氢、氦等轻质气体的透过性和分离选择性的气体分离膜、气体分离膜元件及使用它们的气体分离方法。附图说明[图1]图1为示出本专利技术的气体分离膜元件的形态的局部展开立体图。[图2]图2为用于测定气体分离膜的透气度的装置的概略图。具体实施方式1.气体分离膜气体分离膜具备：支承膜；和分离功能层，其设置于支承膜上，并含有通过多官能性胺与多官能性酰卤化物的缩聚而得到的交联聚酰胺。支承膜可以具备基材及多孔性支承层。但是，本专利技术并不限定于该构成。例如，支承膜可以不具备基材而仅由多孔性支承层构成。(1-1)基材作为基材，可举出聚酯系聚合物、聚酰胺系聚合物、聚烯烃系聚合物、或它们的混合物、共聚物等。其中，尤其优选机械稳定性、热稳定性高的聚酯系聚合物的布帛。作为布帛的形态，可优选使用长纤维无纺布、短纤维无纺布，可进一步优选使用织物。此处，长纤维无纺布是指平均纤维长度为300mm以上、并且平均纤维直径为3～30μm的无纺布。基材的透气率优选为0.5cc/cm2/sec以上且5.0cc/cm2/sec以下。通过使基材的透气率在上述范围内，从而成为多孔性支承层的高分子溶液含浸于基材中，因此与基材的粘接性提高，能够提高支承膜的物理稳定性。基材的厚度优选在10～200μm的范围内，更优选在30～120μm的范围内。需要说明的是，本说明书中，只要没有特别说明，厚度是指平均值。此处，平均值表示算术平均值。即，基材及多孔性支承层的厚度通过下述方式求出：通过截面观察，在与厚度方向正交的方向(膜的面方向)上以20μm的间隔进行测定，算出20个点的厚度的平均值。(1-2)多孔性支承层多孔性支承层实质上不具有气体分离性能，实质上用于对具有气体分离性能的分离功能层赋予强度。多孔性支承层的孔径及孔的分布没有特别限定，例如，就孔径而言，可以在多孔性支承层整体中均匀，或者也可以在多孔性支承层中从与分离功能层接触的一侧的表面起到另一个面逐渐变大。另外，与分离功能层接触的一侧的表面的孔径优选为0.1nm以上且100nm以下。多孔性支承层的组成没有特别限定，例如，多孔性支承层含有选自由聚砜、聚醚砜、聚酰胺、聚酯、纤维素系聚合物、乙烯基聚合物、聚苯硫醚、聚苯硫醚砜、聚苯砜、及聚苯醚等的均聚物以及共聚物组成的组中的至少一种聚合物。此处，作为纤维素系聚合物，可举出乙酸纤维素、硝酸纤维素等，作为乙烯基聚合物，可举出聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈等。多孔性支承层优选含有聚砜、聚酰胺、聚酯、乙酸纤维素、硝酸纤维素、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚苯硫醚、聚苯硫醚砜等的均聚物或共聚物。多孔性支承层更优选含有乙酸纤维素、聚砜、聚苯硫醚砜、或聚苯砜。这些材料中，聚砜由于化学稳定性、机械稳定性、热稳定性高、成型容易，因此尤其优选。具体而言，多孔性支承层优选含有由以下化学式所示的重复单元形成的聚砜。就含有该聚砜的多孔性支承层而言，容易控制其孔径，并且多孔性支承层的尺寸稳定性高。需要说明的是，下述式中的n是指重复数。[化学式1]就聚砜而言，通过凝胶渗透色谱(GPC)、将N-甲基吡咯烷酮作为溶剂、并将聚苯乙烯作为标准物质来进行测定时的重均分子量(Mw)优选为10000以上且200000以下，更优选为15000以上且100000以下。通过使聚砜的Mw为10000以上，作为多孔性支承层，能够获得理想的机械强度及耐热性。另外，通过使聚砜的Mw为200000以下，溶液的粘度成为适当的范围，能够实现良好的成型性。多孔性支承层优选含有上述聚合物作为主成分。具体而言，多孔性支承层中，上述聚合物所占的比例(含有多种聚合物时为各聚合物的总比例)优选为70重量％以上、80重量％以上或90重量％以上，此外，多孔性支承层也可以仅由上述聚合物构成。基材和多孔性支承层的厚度影响气体分离膜的强度及将其制成元件时的填充密度。为了获得充分的机械强度及填充密度，基材与多孔性支承层的总厚度优选为30μm以上且300μm以下，更优选为100μm以上且220μm以下。另外，多孔性支承层的厚度优选为20μm以上且100μm以下。需要说明的是，本说明书中，只要没有特别说明，厚度是指平均值。此处，平均值表示算术平均值。即，基材和多孔性支承层的厚度通过下述方式求出：通过截面观察，在与厚度方向正交的方向(膜的面方向)上以20μm间隔进行测定，算出2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.气体分离膜，其具备：支承膜；和分离功能层，其设置于所述支承膜上，并含有通过多官能性胺与多官能性酰卤化物的缩聚而得到的交联聚酰胺，其中，所述交联聚酰胺的末端氨基的数目A、末端羧基的数目B、酰胺基的数目C满足(A+B)/C≤0.66。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.28 JP 2016-2114641.气体分离膜，其具备：支承膜；和分离功能层，其设置于所述支承膜上，并含有通过多官能性胺与多官能性酰卤化物的缩聚而得到的交联聚酰胺，其中，所述交联聚酰胺的末端氨基的数目A、末端羧基的数目B、酰胺基的数目C满足(A+B)/C≤0.66。2.如权利要求1所述的气体分离膜，其中，所述交联聚酰胺的末端氨基的数目A、末端羧基的数目B、酰胺基的数目C满足0.48≤(A+B)/C。3.如权利要求1或2所述的气体分离膜，其中，所述交联聚酰胺的末端羧基的数目B、酰胺基的数目C满足B/C≤0.35。4.如权利要求1～3中任一项所述的气体分离膜，其中，所述交联聚酰胺的末端羧基的数目B、酰...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤一树，小岩雅和，佐佐木崇夫，
申请(专利权)人：东丽株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP