碳膜及其制造方法技术

本发明专利技术提供分离性能高、同时分离性能随时间变化小的碳膜。本发明专利技术涉及将水、醇、醚或酮作为担载成分而担载于表面和／或细孔内的多孔质性碳膜。优选是担载成分的分子量为１００以下的碳膜。优选担载成分为直链状的醇或直链状的醚的碳膜。优选担载成分为选自甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇的至少一种的碳膜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及，更详细而言，涉及分离性能高并且分离性能随时间变化小的碳膜以及可获得这样的碳膜的碳膜制造方法。
技术介绍
历来，从环境和节能的观点考虑，有人建议了将耐热性及化学稳定性优良的碳膜，用作从各种气体等的混合物中分离特定气体等的分离膜，或用作从醇等各种有机溶剂的混 合液或水溶液中分离特定成分的分离膜(参考例如专利文献1、2)。专利文献1 日本特开2003-286018号公报专利文献2 日本特开2006-212480号公报
技术实现思路
将碳膜放置于室温下时，由于水分等会吸附于碳膜表面上所存在的极少的含氧官能基等，因而会导致碳膜的透过性能及分离性能降低。对此，专利文献1中记载的专利技术，通 过对碳膜的表面实施硅烷化处理，赋予碳膜以疏水性，从而防止水分子的吸附，并可防止透 过性能的降低。专利文献1中记载的专利技术虽然可有效地防止水分子吸附于碳膜表面，但是 由于硅烷化会导致碳膜的细孔径变小，结果导致透过速度降低，留下进一步研究的余地。另 夕卜，专利文献2中记载的专利技术中，通过将碳膜浸渍于酸性水溶液，吸附酸性物质的分子来提 高膜的亲水性，从而在水和醇等有机溶剂的分离方面提高水的选择性。这在分离对象为含 有水的有机溶剂的情况下可特别地发挥效果，但对于有机溶剂的混合液或气体而言效果不 显著，另外，由于使用醋酸、盐酸等酸性物质，会产生臭气和安全性等的问题。本专利技术鉴于上述问题而开发，其特征在于提供透过性能及分离性能高并且分离性能随时间变化小的碳膜，以及这样的碳膜的制造方法。为了解决上述课题，本专利技术提供以下的。多孔质性碳膜，其将水、醇、醚或酮作为担载成分而担载于表面和/或细孔内。根据中记载的碳膜，所述担载成分的分子量为100以下。根据或中记载的碳膜，所述担载成分为直链状的醇或直链状的醚。根据 中的任一项记载的碳膜，所述担载成分为选自甲醇、乙醇、正丙 醇、正丁醇中的至少一种。根据 中的任一项记载的碳膜，相对于膜质量的担载成分的质量为 IOOppm 以上。根据 中的任一项记载的碳膜，相对于膜质量的担载成分的质量为 5000ppm 以下。根据 中的任一项记载的碳膜，平均细孔径为0.2 1.Onm。根据 中的任一项记载的碳膜，其形成于多孔质基材的表面。根据中记载的碳膜，所述多孔质基材为平均细孔径为0.01 10μ m、气孔率为30 70%的陶瓷多孔质体。根据 中的任一项记载的碳膜，若通过300°C、1小时的加热处理来去除所述担载成分，则水的透过通量变为加热处理前的200%以下，且乙醇的透过通量变为 加热处理前的200%以上。根据 中的任一项记载的碳膜，厚度为0.01 IOum0碳膜的制造方法，通过在中空丝状或多孔质基材的表面上形成碳膜从而制备 出处理前碳膜；使水、醇、醚或酮透过所述处理前碳膜，或将所述处理前碳膜浸渍于水、醇、 醚或酮中；其后在50 200°C进行加热干燥，从而将各种成分担载于表面和/或细孔内。根据中记载的碳膜的制造方法，通过进行1 10次的如下操作，即以透 过通量0. 01 10kg/m2 ·小时、0 200°C、1秒 5小时使水、醇、醚或酮透过所述处理前 碳膜并在其后在50 20(TC加热干燥的操作，从而获得碳膜。根据中记载的碳膜的制造方法，通过进行1 10次的如下操作，即以 50 100°C、1分钟 24小时将所述处理前碳膜浸渍于水、醇、醚或酮中并在其后在50 200°C加热干燥的操作，从而获得碳膜。根据 中的任一项记载的碳膜的制造方法，所述碳膜的厚度为 0. 01 ΙΟμ 。根据 中的任一项记载的碳膜的制造方法，所述多孔质基材为平 均细孔径为0. 01 10 μ m、气孔率为30 70%的陶瓷多孔质体。根据 中的任一项记载的碳膜制造方法，通过将碳膜的前体配置 于所述多孔质基材的表面从而形成前体，在400 1200°C热处理所述前体，碳化所述前体， 从而制备出处理前碳膜。本专利技术的碳膜，由于在细孔内担载有水、醇、醚或酮，因此碳膜的细孔具有可使所 需的分子易于透过而使其它的分子难以透过的结构，兼具高的选择性和透过性。因而，本发 明的碳膜，由于预先将上述水或醇等担载于细孔内，可防止进一步吸附空气中的水分子等， 可进一步防止由碳膜的使用所引起的细孔的闭塞，因此分离性能随时间变化小。本专利技术的 碳膜制造方法，将处理前碳膜浸渍于水、醇、醚或酮中，其后在50 20(TC进行加热干燥，从 而将水、醇、醚或酮担载于碳膜的细孔内，由此可高效地制备本专利技术的碳膜。附图说明图IA为表示本专利技术的碳膜中所形成的狭缝(slit)状的细孔的一部分的、在细孔 内担载有担载成分之前的状态的立体图。图IB为表示本专利技术的碳膜中所形成的狭缝状的细孔的一部分的、在细孔内担载 有担载成分的状态的立体图。符号说明1 狭缝状的细孔，2 担载成分。 具体实施例方式以下，具体说明本实施专利技术的最佳实施方式，但是本专利技术不受以下的实施方式的 限定，应当理解只要在不脱离本专利技术的宗旨的范围，可基于本领域技术人员的通常知识来施加适宜设计的变更、改良等。本专利技术的碳膜的一个实施方式为将水、醇、醚或酮作为担载成分而担载于表面、 细孔内或表面和细孔内的两方的多孔质性碳膜。本专利技术的多孔质性碳膜为分子筛性碳膜， 分子筛性碳膜是指具有如下性质的碳膜，即，通过透过或禁止透过特定分子，从而将该特定 分子从含有该特定分子的混合物中分离的性质。可以认为碳膜的细孔形状一般为图IA所示那样的狭缝形状。专利技术人，首先发现了通过使碳膜担载水、醇、醚或酮来提高选择性。进一步从由这些的实验所获得的众多知识， 认为通过使碳膜担载水、醇、醚或酮而提高选择性的原因在于由于这些的成分通过吸附 或者加成反应等而担载于狭缝状的细孔1内，因此，如图IB所示，在狭缝状的细孔1内形 成楔状的立体障碍(担载成分2)，在其作用下，使分子直径大的成分，特别是使直线状或平 面状的成分变得难以通过细孔内。基于此考虑，也从而发现了 担载成分2优选直链状的 醇或直链状的醚，进一步优选为选自甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇的至少一种，通过将这些作 为担载成分，可获得兼具高的选择性和透过性的碳膜。需要说明的是，图IA为表示本专利技术 的碳膜中所形成的狭缝状的细孔的一部分的、在细孔内担载有担载成分之前的状态的立体 图。图IB为表示本专利技术的碳膜中所形成的狭缝状的细孔的一部分的、在细孔内担载有担载 成分的状态的立体图。在图IA和图IB中，关于狭缝状的细孔1，显示了细孔的空间，没有显 示碳膜自身(碳膜的壁)。担载成分的分子量优选100以下，进一步优选30 100，特别优选40 100。担 载成分的分子量超过100时，细孔会闭塞，对象物质的透过量会降低。另外，分子量低于30 时，立体障碍的效果会降低。就本实施方式的碳膜而言，相对于膜质量的担载成分的质量优选IOOppm以上。 低于IOOppm时，选择性提高的效果会降低。另外，相对于膜质量的担载成分的质量优选 5000ppm以下。超过5000ppm时，细孔会闭塞，对象物质的透过量会降低。本实施方式的碳膜的平均细孔径优选为0. 2 1. Onm。平均细孔径为低于0. 2nm 时，担载成分会闭塞细孔，对象物质的透过量会降低；超过l.Onm时，选择性提高的效果会 降低。本实施方式的碳膜的厚度优选0. 01 10 μ本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多孔质性碳膜，所述多孔质性碳膜将水、醇、醚或酮作为担载成分而担载于表面和／或细孔内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：市川明昌，武野省吾，内川哲哉，酒井铁也，铃木秀之，
申请(专利权)人：日本碍子株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]