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公開番号2025140099
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-29
出願番号2024039275
出願日2024-03-13
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 20060101AFI20250919BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】窒素に対する二酸化炭素のガス分離性および二酸化炭素のガス透過性が良好な気体分離膜を提供する。
【解決手段】二酸化炭素を選択的に透過させる気体分離膜であって、ポリジメチルシロキサンのメチル基の一部が置換基Xで置換されてなる誘導体の薄膜を有し、下記式(1)および(2)から計算される置換基Xの分子記述子α_MOLが、下記式(3)を満たす気体分離膜。
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[上記式(1)中、iは、1からNまでの自然数。Nは、置換基Xに含まれる水素原子を除く原子の数。]
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[上記式(2)中、r_Aiは、置換基Xに含まれる水素原子を除く各原子の共有結合距離。r_Cは、炭素原子のsp³軌道の共有結合距離。]
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【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
二酸化炭素と窒素とを含む混合気体から、二酸化炭素を選択的に透過させて分離する気体分離膜であって、
シロキサン結合で構成される主鎖と、前記シロキサン結合が含むケイ素原子に結合しているメチル基と、を含み、前記メチル基の一部が置換基Ｘで置換されてなるポリジメチルシロキサン誘導体の薄膜を有し、
下記式（１）および式（２）に基づいて計算される前記置換基Ｘの分子記述子α
ＭＯＬ
が、下記式（３）を満たすことを特徴とする気体分離膜。
TIFF
2025140099000034.tif
21
170
［上記式（１）中、ｉは、１からＮまで変化する自然数である。Ｎは、前記置換基Ｘに含まれる水素原子を除く原子の数である。］
TIFF
2025140099000035.tif
19
170
［上記式（２）中、ｒ
Ａｉ
は、前記置換基Ｘに含まれる水素原子を除く各原子の共有結合距離である。ｒ
Ｃ
は、炭素原子のｓｐ
３
軌道の共有結合距離である。］
TIFF
2025140099000036.tif
13
170
続きを表示（約 400 文字）【請求項２】
前記置換基Ｘは、芳香環を含む請求項１に記載の気体分離膜。
【請求項３】
前記置換基Ｘは、含窒素複素環を含む請求項１に記載の気体分離膜。
【請求項４】
前記置換基Ｘは、環縮合構造または環集合構造を含む請求項１ないし３のいずれか１項に記載の気体分離膜。
【請求項５】
前記置換基Ｘは、ケトン基を含む請求項１ないし３のいずれか１項に記載の気体分離膜。
【請求項６】
前記薄膜よりも平均厚さが厚く、かつ、二酸化炭素のガス透過性が高い第１層と、
前記第１層の一方の面に設けられている前記薄膜を含む第２層と、
を有する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の気体分離膜。
【請求項７】
前記薄膜の平均厚さは、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の気体分離膜。

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 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
カーボンニュートラルの実現に向けて、大気中の二酸化炭素を取り込んで直接回収する技術が検討されている。この技術には、吸収液や吸着材に二酸化炭素を吸収、吸着させる方法である化学吸収・吸着法、気体分離膜を用いて二酸化炭素を分離する膜分離法等が知られている。
【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複合膜が開示されている。このガス選択透過性複合膜は、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複合膜が得られること、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複合膜を用いて、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。そして、このようなガス選択透過性複合膜を用いることで、二酸化炭素の分離も可能になると考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開昭６０－０７５３２０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複合膜では、多孔性支持体上に、いずれもオルガノシロキサン化合物で構成された２層の薄膜が積層されている。
【０００６】
本発明者が検討を重ねた結果、オルガノシロキサン化合物は、窒素に対する二酸化炭素のガス分離性および二酸化炭素のガス透過性において改善の余地があることがわかった。
【０００７】
そこで、窒素に対する二酸化炭素のガス分離性に優れるとともに、二酸化炭素のガス透過性に優れる気体分離膜を実現することが課題となっている。
【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、
二酸化炭素と窒素とを含む混合気体から、二酸化炭素を選択的に透過させて分離する気体分離膜であって、
シロキサン結合で構成される主鎖と、前記シロキサン結合が含むケイ素原子に結合しているメチル基と、を含み、前記メチル基の一部が置換基Ｘで置換されてなるポリジメチルシロキサン誘導体の薄膜を有し、
下記式（１）および式（２）に基づいて計算される前記置換基Ｘの分子記述子α
ＭＯＬ
が、下記式（３）を満たす。
TIFF
2025140099000002.tif
21
170
［上記式（１）中、ｉは、１からＮまで変化する自然数である。Ｎは、前記置換基Ｘに含まれる水素原子を除く原子の数である。］
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2025140099000003.tif
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170
［上記式（２）中、ｒ
Ａｉ
は、前記置換基Ｘに含まれる水素原子を除く各原子の共有結合距離である。ｒ
Ｃ
は、炭素原子のｓｐ
３
軌道の共有結合距離である。］
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2025140099000004.tif
13
170
【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。
【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。
（【００１１】以降は省略されています）

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