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公開番号2024170940
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-11
出願番号2023087718
出願日2023-05-29
発明の名称気体分離膜
出願人セイコーエプソン株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類B01D 71/70 20060101AFI20241204BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】機械的特性に優れ、かつ、分離層に欠陥があっても二酸化炭素のガス選択比と二酸化炭素の気体透過度とを両立させ得る気体分離膜を提供すること。
【解決手段】多孔質層と、前記多孔質層の一方の面に密着し、高分子材料で構成される分離層と、を有し、二酸化炭素および非対象成分を含む混合ガスから二酸化炭素を分離する気体分離膜であって、前記気体分離膜の前記非対象成分の気体透過度をR₀とし、前記気体分離膜の二酸化炭素の気体透過度をR_CO2とするとき、ガス選択比R_CO2/R₀が8以上100未満であり、前記分離層の二酸化炭素の気体透過度をA_CO2とし、前記多孔質層の二酸化炭素の気体透過度をB_CO2とするとき、気体透過度比B_CO2/A_CO2が4.0以上128.0以下であることを特徴とする気体分離膜。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
多孔質層と、
前記多孔質層の一方の面に密着し、高分子材料で構成される分離層と、
を有し、二酸化炭素および非対象成分を含む混合ガスから二酸化炭素を分離する気体分離膜であって、
前記気体分離膜の前記非対象成分の気体透過度をＲ
０
とし、前記気体分離膜の二酸化炭素の気体透過度をＲ
ＣＯ２
とするとき、ガス選択比Ｒ
ＣＯ２
／Ｒ
０
が８以上１００未満であり、
前記分離層の二酸化炭素の気体透過度をＡ
ＣＯ２
とし、前記多孔質層の二酸化炭素の気体透過度をＢ
ＣＯ２
とするとき、気体透過度比Ｂ
ＣＯ２
／Ａ
ＣＯ２
が４．０以上１２８．０以下であることを特徴とする気体分離膜。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記高分子材料は、オルガノポリシロキサンを含み、
前記分離層の平均厚さは、１０ｎｍ以上８００ｎｍ以下である請求項１に記載の気体分離膜。
【請求項３】
前記分離層を貫通する貫通孔の面積率が、０％超０．０５％以下である請求項１または２に記載の気体分離膜。
【請求項４】
前記ガス選択比Ｒ
ＣＯ２
／Ｒ
０
が２０以上３０未満であり、
前記気体透過度比Ｂ
ＣＯ２
／Ａ
ＣＯ２
が４．１以上８１．０以下である請求項３に記載の気体分離膜。
【請求項５】
前記ガス選択比Ｒ
ＣＯ２
／Ｒ
０
が３０以上４０未満であり、
前記気体透過度比Ｂ
ＣＯ２
／Ａ
ＣＯ２
が４．３以上５９．０以下である請求項３に記載の気体分離膜。
【請求項６】
前記ガス選択比Ｒ
ＣＯ２
／Ｒ
０
が４０以上５０未満であり、
前記気体透過度比Ｂ
ＣＯ２
／Ａ
ＣＯ２
が４．４以上４５．０以下である請求項３に記載の気体分離膜。
【請求項７】
前記ガス選択比Ｒ
ＣＯ２
／Ｒ
０
が５０以上６０未満であり、
前記気体透過度比Ｂ
ＣＯ２
／Ａ
ＣＯ２
が４．５以上３７．０以下である請求項３に記載の気体分離膜。
【請求項８】
前記ガス選択比Ｒ
ＣＯ２
／Ｒ
０
が６０以上７０未満であり、
前記気体透過度比Ｂ
ＣＯ２
／Ａ
ＣＯ２
が４．７以上３０．０以下である請求項３に記載の気体分離膜。
【請求項９】
前記ガス選択比Ｒ
ＣＯ２
／Ｒ
０
が７０以上８０未満であり、
前記気体透過度比Ｂ
ＣＯ２
／Ａ
ＣＯ２
が４．９以上２５．０以下である請求項３に記載の気体分離膜。
【請求項１０】
前記ガス選択比Ｒ
ＣＯ２
／Ｒ
０
が８０以上９０未満であり、
前記気体透過度比Ｂ
ＣＯ２
／Ａ
ＣＯ２
が５．１以上２２．０以下である請求項３に記載の気体分離膜。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体分離膜に関するものである。
続きを表示（約 3,200 文字）【背景技術】
【０００２】
カーボンニュートラルやカーボンマイナスの実現に向けて、火力発電所やボイラー設備等から排出される二酸化炭素や大気中の二酸化炭素を取り込んで回収する技術が検討されている。この技術として、気体分離膜を用いて二酸化炭素を分離する膜分離法が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、特定のガスを選択的に透過させるガス選択透過性膜が開示されている。このガス選択透過性膜は、フィルム状高分子多孔性支持体にシロキサン化合物の薄膜を積層する、薄膜の表面層に非重合性ガスによるプラズマ処理を施す、および、その薄膜上にプラズマ重合膜を堆積する、というプロセスを経て製造されている。また、これらのプロセスにより、薄膜とプラズマ重合膜との接着性が強固なガス選択透過性膜が得られること、および、薄膜の厚さは１μｍから３０μｍであること、が開示されている。さらに、このガス選択透過性膜を用いて、酸素、水素、ヘリウム等のガスを選択的に透過させ、分離されたガスを回収することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開昭６０－７５３２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のガス選択透過性膜では、プラズマ重合膜（分離層）を貫通する貫通孔のような欠陥が生じるおそれがある。特に、所定の成分の透過度を高めようとする場合、欠陥の比率が高くなるとともに、プラズマ重合膜の機械的特性の低下を招く懸念がある。欠陥の比率が高くなると、欠陥部を介した透過流量が大きくなり、所定の成分の選択透過性（ガス選択比）が低下する。
【０００６】
一方、欠陥を減らすべく、プラズマ重合膜の厚膜化を図ることも考えられる。しかしながら、この場合、気体透過度が低下し、ガス分離のエネルギー消費量が増加する。
【０００７】
そこで、機械的特性に優れ、かつ、分離層に欠陥があっても二酸化炭素のガス選択比と二酸化炭素の気体透過度とを両立させ得る気体分離膜を実現することが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の適用例に係る気体分離膜は、
多孔質層と、
前記多孔質層の一方の面に密着し、高分子材料で構成される分離層と、
を有し、二酸化炭素および非対象成分を含む混合ガスから二酸化炭素を分離する気体分離膜であって、
前記気体分離膜の前記非対象成分の気体透過度をＲ
０
とし、前記気体分離膜の二酸化炭素の気体透過度をＲ
ＣＯ２
とするとき、ガス選択比Ｒ
ＣＯ２
／Ｒ
０
が８以上１００未満であり、
前記分離層の二酸化炭素の気体透過度をＡ
ＣＯ２
とし、前記多孔質層の二酸化炭素の気体透過度をＢ
ＣＯ２
とするとき、気体透過度比Ｂ
ＣＯ２
／Ａ
ＣＯ２
が４．０以上１２８．０以下である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
実施形態に係る気体分離膜を模式的に示す断面図である。
気体分離膜のガス選択比Ｒ
ＣＯ２
／Ｒ
０
が１０未満であるときの、ガス選択比Ｒ
ＣＯ２
／Ｒ
０
と気体分離膜の気体透過度比Ｂ
ＣＯ２
／Ａ
ＣＯ２
との関係を、分離層の欠陥率ごとにシミュレートして得られたグラフである。
気体分離膜のガス選択比Ｒ
ＣＯ２
／Ｒ
０
が２０未満であるときの、ガス選択比Ｒ
ＣＯ２
／Ｒ
０
と気体分離膜の気体透過度比Ｂ
ＣＯ２
／Ａ
ＣＯ２
との関係を、分離層の欠陥率ごとにシミュレートして得られたグラフである。
気体分離膜のガス選択比Ｒ
ＣＯ２
／Ｒ
０
が３０未満であるときの、ガス選択比Ｒ
ＣＯ２
／Ｒ
０
と気体分離膜の気体透過度比Ｂ
ＣＯ２
／Ａ
ＣＯ２
との関係を、分離層の欠陥率ごとにシミュレートして得られたグラフである。
気体分離膜のガス選択比Ｒ
ＣＯ２
／Ｒ
０
が４０未満であるときの、ガス選択比Ｒ
ＣＯ２
／Ｒ
０
と気体分離膜の気体透過度比Ｂ
ＣＯ２
／Ａ
ＣＯ２
との関係を、分離層の欠陥率ごとにシミュレートして得られたグラフである。
気体分離膜のガス選択比Ｒ
ＣＯ２
／Ｒ
０
が５０未満であるときの、ガス選択比Ｒ
ＣＯ２
／Ｒ
０
と気体分離膜の気体透過度比Ｂ
ＣＯ２
／Ａ
ＣＯ２
との関係を、分離層の欠陥率ごとにシミュレートして得られたグラフである。
気体分離膜のガス選択比Ｒ
ＣＯ２
／Ｒ
０
が６０未満であるときの、ガス選択比Ｒ
ＣＯ２
／Ｒ
０
と気体分離膜の気体透過度比Ｂ
ＣＯ２
／Ａ
ＣＯ２
との関係を、分離層の欠陥率ごとにシミュレートして得られたグラフである。
気体分離膜のガス選択比Ｒ
ＣＯ２
／Ｒ
０
が７０未満であるときの、ガス選択比Ｒ
ＣＯ２
／Ｒ
０
と気体分離膜の気体透過度比Ｂ
ＣＯ２
／Ａ
ＣＯ２
との関係を、分離層の欠陥率ごとにシミュレートして得られたグラフである。
気体分離膜のガス選択比Ｒ
ＣＯ２
／Ｒ
０
が８０未満であるときの、ガス選択比Ｒ
ＣＯ２
／Ｒ
０
と気体分離膜の気体透過度比Ｂ
ＣＯ２
／Ａ
ＣＯ２
との関係を、分離層の欠陥率ごとにシミュレートして得られたグラフである。
気体分離膜のガス選択比Ｒ
ＣＯ２
／Ｒ
０
が９０未満であるときの、ガス選択比Ｒ
ＣＯ２
／Ｒ
０
と気体分離膜の気体透過度比Ｂ
ＣＯ２
／Ａ
ＣＯ２
との関係を、分離層の欠陥率ごとにシミュレートして得られたグラフである。
気体分離膜のガス選択比Ｒ
ＣＯ２
／Ｒ
０
が１００未満であるときの、ガス選択比Ｒ
ＣＯ２
／Ｒ
０
と気体分離膜の気体透過度比Ｂ
ＣＯ２
／Ａ
ＣＯ２
との関係を、分離層の欠陥率ごとにシミュレートして得られたグラフである。
実施形態の変形例に係る気体分離膜を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の気体分離膜を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
１．気体分離膜
まず、実施形態に係る気体分離膜の構成について説明する。
（【００１１】以降は省略されています）

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