JP5881737B2 - 促進輸送膜の製造方法 - Google Patents
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Description
親水性ポリマーを含む製膜液を調製する工程と、
支持体となる多孔性膜の一方の第1面を前記製膜液で被覆するとともに、前記多孔性膜の前記第1面側を加圧し、前記製膜液を前記第1面上に密着させる加圧工程と、
前記多孔性膜の前記第1面上に担持された前記製膜液を乾燥させ、分離機能層を形成する乾燥工程と、
前記製膜液内または前記分離機能層内に、前記特定ガスと選択的に反応するキャリアを添加する工程を含むことを第1の特徴とする。
前記支持体が、柱状の中空部分を有し、
前記加圧工程において、前記製膜液を前記中空内部に充填し、前記中空内部を加圧することにより前記製膜液を前記中空部分の内壁面である前記第1面上に担持させることを第3の特徴とする。
前記支持体が円筒状であり、
前記加圧工程において、前記製膜液を前記円筒の内側に充填し、前記円筒内部を加圧することにより前記製膜液を前記円筒の内周面である前記第1面上に担持させることを第4の特徴とする。
CO2 + CsOH → CsHCO3
CsHCO3 + CsOH → Cs2CO3 + H2O
本発明方法により製造される促進輸送膜1、並びに、促進輸送膜1を備えた膜モジュール2の構成例を、一実施形態として図1に示す。図1(a)に上面の断面図、図1(b)に側面の断面図を示す。尚、図1に示す断面図では、要部が強調して示されており、図面上の各構成部分の寸法比(特に、多孔性支持体3と分離機能層4の膜厚)と実際の寸法比とは必ずしも一致するものではない。これは以降に示す断面図についても同様である。
また、上記の製造方法は多孔性支持体3の内周に分離機能層4を形成する場合の例であるが、多孔性支持体3の外周に分離機能層4を形成することも可能である。多孔性支持体3の外周に分離機能層4が製膜された促進輸送膜11、並びに、促進輸送膜11を備えた膜モジュール12の構成例を、一実施形態として図4に示す。図4(a)に上面の断面図、図4(b)に側面の断面図を示す。
先ず、工程1における製膜液として、特定キャリア、親水性ポリマー、或いは、特定キャリアと親水性ポリマーの重量比が異なる、下記の5つの製膜液A〜Eを用意し、膜性能の評価・比較を行った。
工程1において、水80gにPVA/PAA塩共重合体を2g添加して室温で3日以上攪拌し、得られた溶液に、更にCO2キャリアとして炭酸セシウム9.11gを添加して、溶解するまで攪拌して製膜液を調製した。以下、このようにして調製された製膜液を、製膜液Aと称する。
工程1において、水80gにPVA/PAA塩共重合体を2g添加して室温で3日以上攪拌し、得られた溶液に、更にCO2キャリアとして炭酸セシウム4.66gを添加して、溶解するまで攪拌して製膜液を調製した。以下、このようにして調製された製膜液を、製膜液Bと称する。尚、製膜液Bは、特定キャリアと親水性ポリマーの重量比が製膜液Aと異なる膜である。
工程1において、水80gにPVA/PAA塩共重合体を2g添加して室温で3日以上攪拌し、得られた溶液に、更にCO2キャリアとしてグリシン3gとグリシンと等モルの水酸化セシウム5.99gを添加して、溶解するまで攪拌して製膜液を調整した。以下、このようにして調製された製膜液を、製膜液Cと称する。
工程1において、水9gにPVA1gを添加して90℃で溶解するまで攪拌し、溶液1を得た。併せて、水10gにCO2キャリアとして炭酸セシウム2.33gを加えて溶解するまで攪拌し、溶液2を得た。そして、溶液1と溶液2を混合して均一になるまで攪拌して製膜液を調整した。以下、このようにして調製された製膜液を、製膜液Dと称する。製膜液Dは、親水性ポリマーがPVAである点で、親水性ポリマーがPVA/PAA塩共重合体である製膜液A〜C及び後述の製膜液Eとは異なる。しかしながら、特定キャリアと親水性ポリマーの重量比は、製膜液Dと製膜液Bで同一である。
工程1において、水80gにPVA/PAA塩共重合体を2g添加して室温で3日以上攪拌し、得られた溶液に、更にスチームキャリアとして塩化セシウム0.35gを添加して、溶解するまで攪拌して製膜液を調製した。以下、このようにして調製された製膜液を、製膜液Eと称する。
先ず、加圧時間が異なる複数の促進輸送膜1を製膜し、膜性能を評価した結果を示す。尚、以降の膜の製造方法の説明において、加圧した圧力は、ゲージ圧ではなく絶対圧を表示している。
うち、5分間加圧した膜を、促進輸送膜1aと、
10分間加圧した膜を、促進輸送膜1bと、
20分間加圧した膜を、促進輸送膜1cと、
30分間加圧した膜を、促進輸送膜1dと、夫々称する。
次に、本発明方法とディップコーティング法による製膜方法とを比較した結果を以下に示す。
次に、加圧後、多孔性支持体3に担持された製膜液を乾燥させる(工程5)際に、再度加圧しながら乾燥させた場合の結果を示す。
次に、製膜液に添加する親水性ポリマーの違いによる膜性能の違いを検討した結果を以下に示す。
更に、工程1において調製した製膜液Cを、セラミック(ここでは、アルミナ)製の多孔性支持体3の内側の処理空間5に満たし、その後、不活性ガスを流し入れて処理空間5を300kPaで15分間加圧した。乾燥工程等、その他の工程については、上述した第1実施形態と同様である。上記の方法で製膜した膜を、促進輸送膜1jと称する。
次に、スチーム(水蒸気)を選択的に透過させる促進輸送膜1を加圧製膜し、膜性能を評価した結果を示す。
次に、多孔性支持体3に親水性の材料を用いた場合の促進輸送膜1の性能比較結果を示す。
2,12,20: 膜モジュール
3: 多孔性質支持体
4: 分離機能層(ゲル層)
5、6: 処理空間
7: セル
8a,8b,9a,9b: 通気口
10: 仕切り板
13(13a,13b):促進輸送膜(比較例)
FG,FG’: 原料ガス
SG,SG’: スイープガス
Claims (14)
- 特定ガスを選択的に透過させる促進輸送膜の製造方法であって、
親水性ポリマーを含む製膜液を調製する工程と、
支持体となる多孔性膜の一方の第1面を前記製膜液で被覆するとともに、前記多孔性膜の前記第1面側を加圧し、前記製膜液を前記第1面上に密着させる加圧工程と、
前記多孔性膜の前記第1面上に担持された前記製膜液を前記第1面側を加圧しながら乾燥させ、分離機能層を形成する乾燥工程と、
前記製膜液内または前記分離機能層内に、前記特定ガスと選択的に反応するキャリアを添加する工程を含むことを特徴とする促進輸送膜の製造方法。 - 前記加圧工程において前記第1面側を加圧する圧力が、200kPa以上であることを特徴とする請求項1に記載の促進輸送膜の製造方法。
- 前記加圧工程において前記第1面側を加圧する圧力が、300kPa以上であることを特徴とする請求項2に記載の促進輸送膜の製造方法。
- 前記加圧工程において前記第1面側を加圧する圧力が、300kPa〜500kPaの範囲内にあることを特徴とする請求項3に記載の促進輸送膜の製造方法。
- 前記加圧工程において、前記多孔性膜の前記第1面側からガスを流し入れることで、前記多孔性膜の前記第1面側を加圧することを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の促進輸送膜の製造方法。
- 前記支持体が、柱状の中空部分を有し、
前記加圧工程において、前記製膜液を前記中空内部に充填し、前記中空内部を加圧することにより前記製膜液を前記中空部分の内壁面である前記第1面上に担持させることを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載の促進輸送膜の製造方法。 - 前記支持体が円筒状であり、
前記加圧工程において、前記製膜液を前記円筒の内側に充填し、前記円筒内部を加圧することにより前記製膜液を前記円筒の内周面である前記第1面上に担持させることを特徴とする請求項6に記載の促進輸送膜の製造方法。 - 前記分離機能層が、ハイドロゲルからなるゲル層であることを特徴とする請求項1〜7の何れか一項に記載の促進輸送膜の製造方法。
- 前記多孔性膜が、親水性のポリマーからなることを特徴とする請求項1〜8の何れか一項に記載の促進輸送膜の製造方法。
- 前記キャリアが、二酸化炭素と選択的に反応する化合物であることを特徴とする請求項1〜9の何れか一項に記載の促進輸送膜の製造方法。
- 前記キャリアが、セシウム若しくはルビジウムの炭酸化物、重炭酸化物、若しくは水酸化物、2,3‐ジアミノプロピオン酸(DAPA)、又は、グリシン、の何れかを含んでなることを特徴とする請求項10に記載の促進輸送膜の製造方法。
- 前記キャリアが、水蒸気と選択的に反応する化合物であることを特徴とする請求項1〜9の何れか一項に記載の促進輸送膜の製造方法。
- 前記キャリアが、塩化セシウム若しくは硝酸セシウム若しくは塩化ルビジウム若しくは硝酸ルビジウムの何れかを含んでなることを特徴とする請求項12に記載の促進輸送膜の製造方法。
- 前記キャリアが、硫黄酸化物と選択的に反応する化合物であることを特徴とする請求項1〜9の何れか一項に記載の促進輸送膜の製造方法。
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