氣體分離膜、其制造方法及采用該膜的氣體分離膜組件的制作方法
【專利摘要】一種氣體分離膜，所述氣體分離膜包含：支持體和形成于所述支持體上的分離層，所述分離層含有樹脂；所述分離層在其與支持體相反的一側(cè)含有親水性改性處理面，構(gòu)成所述親水性改性處理面的層的膜厚為0.1μm以下，并且所述親水性改性處理面的使用水測(cè)得的表面接觸角為60度以下。
【專利說明】氣體分離膜、其制造方法及采用該膜的氣體分離膜組件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氣體分離膜、其制造方法和采用該膜的氣體分離膜組件。
【背景技術(shù)】
[0002]已有由特定高分子化合物構(gòu)成的分離膜，其進(jìn)行所期望的氣體成分的選擇性滲透并由此將其分離。作為其工業(yè)應(yīng)用實(shí)施方式，對(duì)于從與全球變暖問題有關(guān)的大規(guī)模二氧化碳源(如熱電站、水泥廠、鋼鐵廠高爐等)中分離和除去二氧化碳已經(jīng)進(jìn)行了研究。于是，該膜分離技術(shù)作為通過較少能量即可實(shí)現(xiàn)的環(huán)境問題解決方案引起了關(guān)注。同時(shí)，天然氣或沼氣(通過有機(jī)體的排泄物、有機(jī)肥料、可生物降解物質(zhì)、污水、垃圾和能源作物等的發(fā)酵和厭氧消化而產(chǎn)生的氣體)主要是甲烷和二氧化碳的混合氣體。目前對(duì)于將膜分離方法用作除去如二氧化碳等雜質(zhì)的手段已經(jīng)進(jìn)行了研究(參見專利文獻(xiàn)I和專利文獻(xiàn)2等)。
[0003]附帶說，相當(dāng)大量的水分包含在應(yīng)用了上述分離操作的混合氣體中，由此需要對(duì)分離膜進(jìn)行保護(hù)。從這種觀點(diǎn)出發(fā)，提出了施加使氣體分離膜表面疏水的處理的提議(參見專利文獻(xiàn)3、4)。作為另外一種選擇，提出了使膜表面活化以進(jìn)行接枝處理，從而提高膜的分離性能的提議(參見專利文獻(xiàn)5)。
[0004]引用列表
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)I JP-A-2007-297605
[0007]專利文獻(xiàn)2 JP-A-2006-297335
[0008]專利文獻(xiàn)3 JP-A-08-24602
[0009]專利文獻(xiàn)4:日本專利2521884號(hào)
[0010]專利文獻(xiàn)5:日本專利3668772號(hào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]技術(shù)問題
[0012]本發(fā)明人注意到特別是從甲烷等中分離二氧化碳時(shí)的技術(shù)問題，并對(duì)各種氣體分離特性、膜物理性質(zhì)的改變和分離行為進(jìn)行了檢索分析，并對(duì)原料等進(jìn)行了研究。于是，本發(fā)明人確定，作為影響氣體分離膜的壽命的因素，不是水分而是在該體系的混合氣體中與BTX(苯、甲苯、二甲苯有機(jī)化合物)有關(guān)。本發(fā)明人確認(rèn)，在作為氣體分離膜的利用溶解和擴(kuò)散基質(zhì)的膜原料中影響特別顯著，并且在特定實(shí)施方式中分離膜表面被改性為親水性表面，由此在保持高氣體分離特性的同時(shí)使膜壽命延長(zhǎng)。
[0013]鑒于上述方面，本發(fā)明致力于提供能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)異的氣體滲透性、高氣體分離選擇性和對(duì)于混入BTX的混合氣體的分離具有延長(zhǎng)的膜壽命的氣體分離膜。此外，本發(fā)明致力于提供該氣體分離膜的制造方法和采用該膜的氣體分離膜組件。
[0014]問題的解決方案
[0015]本發(fā)明的問題可以通過以下手段解決。[0016](I) 一種氣體分離膜，所述氣體分離膜包含:
[0017]支持體；和
[0018]形成于該支持體上的分離層，所述分離層含有樹脂；
[0019]所述分離層在與所述支持體相反的一側(cè)含有親水性改性處理面，構(gòu)成所述親水性改性處理面的層的膜厚為0.1 μπι以下，并且所述親水性改性處理面的使用水測(cè)得的表面接觸角為60度以下。
[0020](2)如項(xiàng)⑴所述的氣體分離膜，
[0021]其中，構(gòu)成所述親水性改性處理面的層的膜厚為0.05 μπι以下。
[0022](3)如項(xiàng)(I)或⑵所述的氣體分離膜，
[0023]其中，所述親水性改性處理面進(jìn)行如下所述的任何處理:
[0024](i)等離子體處理、電子束照射處理、紫外光照射處理、紫外光-臭氧照射處理或電暈放電處理；
[0025](ii)在(i)的處理之后進(jìn)行的親水性硅烷偶聯(lián)劑處理；
[0026](iii)利用金屬氧化物的氣相沉積或?yàn)R射處理；和
[0027](iv)化學(xué)蝕刻處理。
[0028](4)如項(xiàng)(I)~(3)中任一項(xiàng)所述的氣體分離膜，
[0029]其中，所述分離層由聚酰亞胺樹脂、纖維素樹脂、聚二甲基硅氧烷樹脂或聚乙二醇樹脂形成。
[0030](5)如項(xiàng)(3)或(4)所述的氣體分離膜，
[0031]其中，通過(ii)親水性硅烷偶聯(lián)處理，對(duì)所述分離層的改性處理面提供由下式A-1表示的含硅化合物，
[0032]
【權(quán)利要求】
1.一種氣體分離膜，所述氣體分離膜包含: 支持體；和 形成于所述支持體上的分離層，所述分離層含有樹脂； 所述分離層在與所述支持體相反的一側(cè)包含親水性改性處理面，構(gòu)成所述親水性改性處理面的層的膜厚為0.1 μπι以下，并且所述親水性改性處理面的使用水測(cè)得的表面接觸角為60度以下。
2.如權(quán)利要求1所述的氣體分離膜， 其中，構(gòu)成所述親水性改性處理面的層的膜厚為0.05 μπι以下。
3.如權(quán)利要求1或2所述的氣體分離膜， 其中，所述親水性改性處理面進(jìn)行如下所述的任何處理: (i)等離子體處理、電子束照射處理、紫外光照射處理、紫外光-臭氧照射處理或電暈放電處理； (?)在(i)的處理之后進(jìn)行的親水性硅烷偶聯(lián)劑處理； (iii)利用金屬氧化物的氣相沉積或?yàn)R射處理；和 (iv)化學(xué)蝕刻處理。
4.如權(quán)利要求1~3中任一項(xiàng)所述的氣體分離膜， 其中，所述分離層由聚酰亞胺樹脂、纖維素樹脂、聚二甲基硅氧烷樹脂或聚乙二醇樹脂形成。
5.如權(quán)利要求3或4所述的氣體分離膜， 其中，通過(ii)親水性硅烷偶聯(lián)處理，對(duì)所述分離層的改性處理面提供由下式A-1表示的含硅化合物，
6.如權(quán)利要求3或4所述的氣體分離膜， 其中，通過(iii)利用金屬氧化物的氣相沉積和濺射處理，對(duì)所述分離層的改性處理面提供硅、鋁、銦、鈦和/或錫的金屬氧化物。
7.如權(quán)利要求1~6中任一項(xiàng)所述的氣體分離膜， 其中，所述親水性改性處理面的水的表面接觸角(Qs)與未進(jìn)行所述處理的分離層基部在露出表面時(shí)的表面上的水的接觸角(Qi)之差(Q1-Cis)為10度以上。
8.—種制造氣體分離膜的方法，所述氣體分離膜含有支持體和形成于所述支持體上的分離層，所述方法包括以下步驟: 在所述支持體上側(cè)形成分離層；和 對(duì)所述分離層施加以下任何處理以形成親水性改性處理面: (i)等離子體處理、電子束照射處理、紫外光照射處理、紫外光-臭氧照射處理或電暈放電處理；(ii)在(i)的處理之后進(jìn)行的親水性硅烷偶聯(lián)劑處理； (iii)利用金屬氧化物的氣相沉積或?yàn)R射處理；和 (iv)化學(xué)蝕刻處理。
9.一種氣 體分離膜組件，所述氣體分離膜組件包含權(quán)利要求1~7中任一項(xiàng)所述的氣體分離膜。
【文檔編號(hào)】B01D71/64GK103842060SQ201280047544
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2012年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月30日
【發(fā)明者】石塚憲一, 伊藤滋英 申請(qǐng)人:富士膠片株式會(huì)社