JPH0474047B2 - - Google Patents
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- JPH0474047B2 JPH0474047B2 JP1134984A JP13498489A JPH0474047B2 JP H0474047 B2 JPH0474047 B2 JP H0474047B2 JP 1134984 A JP1134984 A JP 1134984A JP 13498489 A JP13498489 A JP 13498489A JP H0474047 B2 JPH0474047 B2 JP H0474047B2
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- composite membrane
- oxygen
- membrane
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/12—Composite membranes; Ultra-thin membranes
- B01D69/1216—Three or more layers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/10—Supported membranes; Membrane supports
- B01D69/107—Organic support material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/06—Organic material
- B01D71/70—Polymers having silicon in the main chain, with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon only
- B01D71/701—Polydimethylsiloxane
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は気体分離性が良く、かつ気体透過性も
優れる選択気体透過性複合膜に関するものであ
る。
優れる選択気体透過性複合膜に関するものであ
る。
従来例の構成とその問題点
近年、膜による分離技術の進歩は日覚しく、い
くつかの分野、例えば海水の淡水化、工場廃液中
の有用物の回収等の分野ではすでに工業的規模で
実用化されている。
くつかの分野、例えば海水の淡水化、工場廃液中
の有用物の回収等の分野ではすでに工業的規模で
実用化されている。
一方、有機高分子膜を用いた混合ガスの分離は
膜の選択性が小さく、一段の分離では高純度の気
体を選択的に得るのがむずかしいこと、また透過
量が小さいため大量のガスを生産できないこと等
の理由から、膜を用いたガス分離の実用化例は少
ない。
膜の選択性が小さく、一段の分離では高純度の気
体を選択的に得るのがむずかしいこと、また透過
量が小さいため大量のガスを生産できないこと等
の理由から、膜を用いたガス分離の実用化例は少
ない。
しかし、ガスの最終用途として必ずしも高純度
のガスを必要としない分野も多々ある。例えば酸
素の場合、高炉送風用、燃料補助用、医療用にお
ける呼吸用等では高純度酸素を必要としない。
のガスを必要としない分野も多々ある。例えば酸
素の場合、高炉送風用、燃料補助用、医療用にお
ける呼吸用等では高純度酸素を必要としない。
むしろ高純度では燃焼温度があがりすぎるため
炉の損傷や火災の危険、あるいは医療用では未熟
児の失明等がかえつて不都合な場合も多い。その
ためこのような分野では膜による気体分離法が有
利となる。
炉の損傷や火災の危険、あるいは医療用では未熟
児の失明等がかえつて不都合な場合も多い。その
ためこのような分野では膜による気体分離法が有
利となる。
膜による空気からの酸素の分離では、一段の分
離で高純度の酸素を有する空気を得ることは困難
であるが、中程度の酸素を富化した空気は比較的
容易に得られる。すなわち膜分離法は酸素濃度が
約25〜50％の酸素富化空気を空気より直接製造す
ることができ、混合器やボンベの取扱いもなく、
操作上簡単でありまた経済的にも有利な方法であ
る。
離で高純度の酸素を有する空気を得ることは困難
であるが、中程度の酸素を富化した空気は比較的
容易に得られる。すなわち膜分離法は酸素濃度が
約25〜50％の酸素富化空気を空気より直接製造す
ることができ、混合器やボンベの取扱いもなく、
操作上簡単でありまた経済的にも有利な方法であ
る。
現在まで高分子膜を用いての混合ガスの分離に
関して既にいくつかの文献、特許出願などで指摘
されているごとく、この場合は高分子膜のガスに
対する透過係数の大小、ならびに薄膜としての機
械的強度、および薄膜化技術が重要な問題とな
る。
関して既にいくつかの文献、特許出願などで指摘
されているごとく、この場合は高分子膜のガスに
対する透過係数の大小、ならびに薄膜としての機
械的強度、および薄膜化技術が重要な問題とな
る。
現在報告されている高分子材料で比較的気体透
過能のすぐれている物質は天然ゴム、ポリブタジ
エンのごとき合成ゴム、ポリオレフイン、更にす
ぐれたものではシリコーンゴムが知られている。
過能のすぐれている物質は天然ゴム、ポリブタジ
エンのごとき合成ゴム、ポリオレフイン、更にす
ぐれたものではシリコーンゴムが知られている。
シリコーンゴムはほとんど全ての気体に対して
他のいかなる高分子材料よりもすぐれる。しかし
各気体の分離比が小さくなり、空気の酸素富化に
使用した場合23％から30％までの低濃度酸素富化
空気しか得られない。従がつて30％以上の酸素富
化空気を得ようとする場合さらに分離比の大きな
材料が必要となつてくる。その１つとして特開昭
56−92925号公報に示されているポリオレフイン
あるいはジエンポリマーを主体とする気体分離膜
がある。この公報に示されている材料の１つであ
るポリー４−メチルペンテン−１は酸素透過係数
が約2.5×10-9c.c.・cm／cm2・secHgでシリコーン
ゴムの10分の１以下になつてしまうが、酸素と窒
素の分離比が高く約4.0の値を示す。従がつて、
この材料を用いると約40％の酸素富化空気を容易
に得ることができる。しかし透過係数が小さいた
めシリコーンゴムと同じ膜厚とした場合約10分の
１以下の酸素量しか得られないことになる。この
点からこの様な材料を用いる場合薄膜化技術が非
常に重要になつてくる。
他のいかなる高分子材料よりもすぐれる。しかし
各気体の分離比が小さくなり、空気の酸素富化に
使用した場合23％から30％までの低濃度酸素富化
空気しか得られない。従がつて30％以上の酸素富
化空気を得ようとする場合さらに分離比の大きな
材料が必要となつてくる。その１つとして特開昭
56−92925号公報に示されているポリオレフイン
あるいはジエンポリマーを主体とする気体分離膜
がある。この公報に示されている材料の１つであ
るポリー４−メチルペンテン−１は酸素透過係数
が約2.5×10-9c.c.・cm／cm2・secHgでシリコーン
ゴムの10分の１以下になつてしまうが、酸素と窒
素の分離比が高く約4.0の値を示す。従がつて、
この材料を用いると約40％の酸素富化空気を容易
に得ることができる。しかし透過係数が小さいた
めシリコーンゴムと同じ膜厚とした場合約10分の
１以下の酸素量しか得られないことになる。この
点からこの様な材料を用いる場合薄膜化技術が非
常に重要になつてくる。
そこで我々はこの材料に関して薄膜化の実験を
行ない気体透過膜への応用を検討した。その結果
ポリー４−メチルペンテン−１は溶剤への溶解性
が悪くきわめて成膜性が悪いことがわかつた。ま
たポリブタジエンの場合は非常に成膜性が良好で
あることがわかつた。しかし両者の場合その気体
の分離性は優れるが非常に透過性が悪くそれぞれ
の酸素透過流量は多孔質ポリプロピレンを支持体
として製膜した場合、前者が8.68×10-5c.c.／cm2・
sec・cmHgで後者は6.20×10-5c.c.／cm2・sec・cm
Hgであつた。そして気体分離性は酸素と窒素で
それぞれ約3.7と約3.0であつた。この透過流量の
値から有効膜厚を計算すると両者とも約0.3μmと
なり比較的厚くなつてしまう。
行ない気体透過膜への応用を検討した。その結果
ポリー４−メチルペンテン−１は溶剤への溶解性
が悪くきわめて成膜性が悪いことがわかつた。ま
たポリブタジエンの場合は非常に成膜性が良好で
あることがわかつた。しかし両者の場合その気体
の分離性は優れるが非常に透過性が悪くそれぞれ
の酸素透過流量は多孔質ポリプロピレンを支持体
として製膜した場合、前者が8.68×10-5c.c.／cm2・
sec・cmHgで後者は6.20×10-5c.c.／cm2・sec・cm
Hgであつた。そして気体分離性は酸素と窒素で
それぞれ約3.7と約3.0であつた。この透過流量の
値から有効膜厚を計算すると両者とも約0.3μmと
なり比較的厚くなつてしまう。
この様に膜厚が厚くなる原因としては第１図に
示すように膜材料１が支持体２の孔３内へ含浸す
る現象が生じているものと思われる。つまりガラ
ス転移温度Tgが常温以下にあるような高分子で
は常温で膜が屈曲性に富むため膜上面より圧力が
加わると第１図に示すように支持体孔３内への含
浸が生じ結果的に膜厚が厚くなつてしまうものと
思われる。
示すように膜材料１が支持体２の孔３内へ含浸す
る現象が生じているものと思われる。つまりガラ
ス転移温度Tgが常温以下にあるような高分子で
は常温で膜が屈曲性に富むため膜上面より圧力が
加わると第１図に示すように支持体孔３内への含
浸が生じ結果的に膜厚が厚くなつてしまうものと
思われる。
すなわち、Tgが常温以下である高分子は常温
において屈曲性に富むため、仮にラングミユア法
により水面上で高分子薄膜が形成できても、多孔
質支持体２上に引き上げると膜材料１は支持体孔
３中へ入り込んでしまい、高分子は第１図に示す
ような状態になる。従がつて膜厚が厚くなり気体
透過流量は非常に小さくなつてしまう。
において屈曲性に富むため、仮にラングミユア法
により水面上で高分子薄膜が形成できても、多孔
質支持体２上に引き上げると膜材料１は支持体孔
３中へ入り込んでしまい、高分子は第１図に示す
ような状態になる。従がつて膜厚が厚くなり気体
透過流量は非常に小さくなつてしまう。
発明の目的
本発明はこのような欠点を克服し、気体透過性
に優れ、かつ分離性も良い選択気体透過性膜を得
ることを目的とする。
に優れ、かつ分離性も良い選択気体透過性膜を得
ることを目的とする。
発明の構成
本発明はTgが常温以下の高分子材料の層と支
持体との間にポリオルガノシロキサンを主成分と
するシリコーン系共重合体高分子からなる成膜性
のすぐれた高気体透過性高分子層を挿入して複合
膜化した選択気体透過性複合膜である。
持体との間にポリオルガノシロキサンを主成分と
するシリコーン系共重合体高分子からなる成膜性
のすぐれた高気体透過性高分子層を挿入して複合
膜化した選択気体透過性複合膜である。
実施例の説明
以下本発明を実施例について図面とともに詳細
に説明する。
に説明する。
第２図は本発明による選択気体透過性複合膜の
実施例を示す。図において、１はTgが常温以下
で、気体分離性は比較的よいが、気体透過性の悪
い高分子材料Ｂより成る薄膜である。高分子材料
としては、ポリブテン、ポリペンテン、ポリメチ
ルペンテン、ポリヘキセン、ポリメチルヘキサン
で示されるポリオレフインおよびポリブタジエ
ン、ポリイソプレンで示されるジエンポリマーか
ら成る群より選ばれた少なくとも１種のポリマー
が使用される。２は多孔質支持体で、多孔質ポリ
プロピレンなどが使用される。３は多孔質支持体
２の孔、４は成膜性に優れ、かつ気体透過性の高
い高分子Ａの薄膜である。高分子Ａとしてはポリ
オルガノシロキサンを主成分とするシリコーン系
共重合体高分子が好適で、たとえばポリヒドロキ
シスチレン−ポリジメチルシロキサン共重合体が
好適である。高分子Ａと高分子Ｂとから成る複合
膜は気体透過性に優れた高分子Ａ層４を支持体２
側に配することにより高気体透過性で、かつ気体
分離性の良い気体透過複合膜を与える。つまり気
体透過性の良い材料（高分子Ａ）の層４を高分子
Ｂ層１と支持体２との間に設けているため、この
層４が高分子Ｂ層１の支持体孔３への侵入を防止
するので、高分子Ｂ層１は非常に薄く構成するこ
とができる。
実施例を示す。図において、１はTgが常温以下
で、気体分離性は比較的よいが、気体透過性の悪
い高分子材料Ｂより成る薄膜である。高分子材料
としては、ポリブテン、ポリペンテン、ポリメチ
ルペンテン、ポリヘキセン、ポリメチルヘキサン
で示されるポリオレフインおよびポリブタジエ
ン、ポリイソプレンで示されるジエンポリマーか
ら成る群より選ばれた少なくとも１種のポリマー
が使用される。２は多孔質支持体で、多孔質ポリ
プロピレンなどが使用される。３は多孔質支持体
２の孔、４は成膜性に優れ、かつ気体透過性の高
い高分子Ａの薄膜である。高分子Ａとしてはポリ
オルガノシロキサンを主成分とするシリコーン系
共重合体高分子が好適で、たとえばポリヒドロキ
シスチレン−ポリジメチルシロキサン共重合体が
好適である。高分子Ａと高分子Ｂとから成る複合
膜は気体透過性に優れた高分子Ａ層４を支持体２
側に配することにより高気体透過性で、かつ気体
分離性の良い気体透過複合膜を与える。つまり気
体透過性の良い材料（高分子Ａ）の層４を高分子
Ｂ層１と支持体２との間に設けているため、この
層４が高分子Ｂ層１の支持体孔３への侵入を防止
するので、高分子Ｂ層１は非常に薄く構成するこ
とができる。
そして上記層４は主にシリコーン系共重合体高
分子で構成されるため非常に気体透過性に優れ、
複合化した時高分子Ｂ層１の特性をほとんど劣化
させずに維持する。従がつて高分子Ｂを単独使用
した場合に比較して、気体分離性は高いまま維持
され、変化はないが気体透過性が４〜10倍すぐれ
る選択気体透過性複合膜を与える。
分子で構成されるため非常に気体透過性に優れ、
複合化した時高分子Ｂ層１の特性をほとんど劣化
させずに維持する。従がつて高分子Ｂを単独使用
した場合に比較して、気体分離性は高いまま維持
され、変化はないが気体透過性が４〜10倍すぐれ
る選択気体透過性複合膜を与える。
以下具体的な実施例について説明する。
＜実施例 １＞
高分子Ａとして特開昭57−101879号公報に示さ
れるポリヒドロキシスチレン（PHS）−ポリジメ
チルシロキサン（PDMS）共重合体を用い、高
分子Ｂとしてポリブタジエン（日本合成ゴム(株)
RB−810）を用い、それぞれ２〜４重量％ベン
ゼン溶液を調整後ラングミユア法により水面上に
各高分子膜を展開した。支持体は多孔質ポリプロ
ピレン（ポリプラスチツク社製ジユラガード
2400）を使用した。それぞれの高分子膜をＡ、Ｂ
の順で支持体上にすくい上げて複合膜を作成し
た。この複合膜の気体透過特性を第３図ａに示
す。第３図ａに示すようにこの複合膜の気体透過
特性は非常にすぐれ、酸素透過流量が２×10-3
c.c.／cm2・sec・cmHgで酸素と窒素の分離比は約
3.0であつた。
れるポリヒドロキシスチレン（PHS）−ポリジメ
チルシロキサン（PDMS）共重合体を用い、高
分子Ｂとしてポリブタジエン（日本合成ゴム(株)
RB−810）を用い、それぞれ２〜４重量％ベン
ゼン溶液を調整後ラングミユア法により水面上に
各高分子膜を展開した。支持体は多孔質ポリプロ
ピレン（ポリプラスチツク社製ジユラガード
2400）を使用した。それぞれの高分子膜をＡ、Ｂ
の順で支持体上にすくい上げて複合膜を作成し
た。この複合膜の気体透過特性を第３図ａに示
す。第３図ａに示すようにこの複合膜の気体透過
特性は非常にすぐれ、酸素透過流量が２×10-3
c.c.／cm2・sec・cmHgで酸素と窒素の分離比は約
3.0であつた。
第３図ｂは高分子Ａを使用せず高分子Ｂとして
ブタジエン（日本合成ゴム(株)RB−810）のみを
実施例１と同様の方法で支持体にすくい上げたと
きの特性であり、従来例のものである。同図から
わかるように、ポリブタジエンだけの場合は酸素
透過量が非常に小さく2.5×10-4c.c.／cm2・sec・cm
Hgである。したがつて実施例１に示した本発明
による複合膜はポリブタジエンだけの場合に比し
て酸素透過量が約８倍に上昇する。
ブタジエン（日本合成ゴム(株)RB−810）のみを
実施例１と同様の方法で支持体にすくい上げたと
きの特性であり、従来例のものである。同図から
わかるように、ポリブタジエンだけの場合は酸素
透過量が非常に小さく2.5×10-4c.c.／cm2・sec・cm
Hgである。したがつて実施例１に示した本発明
による複合膜はポリブタジエンだけの場合に比し
て酸素透過量が約８倍に上昇する。
以上の実施例では、高分子Ｂとしてポリブタジ
エンのみを示したが、前述したその他の高分子を
利用した場合も全く同様である。
エンのみを示したが、前述したその他の高分子を
利用した場合も全く同様である。
以上のような構成の複合膜は、燃焼機器、医療
用、内燃機関、廃棄物処理等に利用できる。
用、内燃機関、廃棄物処理等に利用できる。
発明の効果
以上のように本発明はTgが常温以下になる高
分子Ｂと多孔質支持体との間にシリコーン系共重
合体高分子Ａを介在させて複合化した選択気体透
過性複合膜であり、高分子Ｂだけの膜特性に比較
して気体分離性は高いまま変化せず４〜10倍の気
体透過性をもつ選択気体透過性複合膜を得ること
ができる。
分子Ｂと多孔質支持体との間にシリコーン系共重
合体高分子Ａを介在させて複合化した選択気体透
過性複合膜であり、高分子Ｂだけの膜特性に比較
して気体分離性は高いまま変化せず４〜10倍の気
体透過性をもつ選択気体透過性複合膜を得ること
ができる。
第１図は従来の選択気体透過性膜の構造を示す
断面図、第２図は本発明の一実施例における選択
気体透過性複合膜を示す断面図、第３図は従来例
および本発明による選択気体透過性膜の酸素窒素
分離比−酸素透過流量特性図である。 １……Tgが常温以下の高分子膜、２……支持
体、３……支持体孔、４……シリコーン系共重合
体高分子膜。
断面図、第２図は本発明の一実施例における選択
気体透過性複合膜を示す断面図、第３図は従来例
および本発明による選択気体透過性膜の酸素窒素
分離比−酸素透過流量特性図である。 １……Tgが常温以下の高分子膜、２……支持
体、３……支持体孔、４……シリコーン系共重合
体高分子膜。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ガラス転移温度が常温以下である高分子から
なる第１の層を、ポリオルガノシロキサンを主成
分となるシリコーン系共重合体高分子からなる第
２の層を介して多孔質支持体に支持させることを
特徴とする選択気体透過性複合膜。 ２ シリコーン系共重合体高分子がポリヒドロキ
シスチレン−ポリジメチルシロキサン共重合体で
ある特許請求の範囲第１項記載の選択気体透過性
複合膜。 ３ ガラス転移温度が常温以下である高分子がポ
リブテン、ポリペンテン、ポリメチルペンテン、
ポリヘキサン、ポリメチルヘキサンで示されるポ
リオレフインおよびポリブタジエン、ポリイソプ
レンで示されるジエンポリマーから成る群より選
ばれた少なくとも１種のポリマーである特許請求
の範囲第１項記載の選択気体透過性複合膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1134984A JPH02139023A (ja) | 1989-05-29 | 1989-05-29 | 選択気体透過性複合膜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1134984A JPH02139023A (ja) | 1989-05-29 | 1989-05-29 | 選択気体透過性複合膜 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57222408A Division JPS59111478A (ja) | 1982-12-17 | 1982-12-17 | フエ−ダ−装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02139023A JPH02139023A (ja) | 1990-05-29 |
| JPH0474047B2 true JPH0474047B2 (ja) | 1992-11-25 |
Family
ID=15141207
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1134984A Granted JPH02139023A (ja) | 1989-05-29 | 1989-05-29 | 選択気体透過性複合膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02139023A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103831025B (zh) * | 2014-03-03 | 2015-10-28 | 中山火炬职业技术学院 | 一种碳黑改性pdms渗透蒸发优先脱醇分离膜的制备方法 |
| US11617989B1 (en) | 2020-09-04 | 2023-04-04 | King Saud University | Extraction of benzene from benzene/cyclohexane mixture |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3874986A (en) * | 1974-05-20 | 1975-04-01 | Gen Electric | Laminated porous/non-porous membranes |
| JPS5959214A (ja) * | 1982-09-28 | 1984-04-05 | Asahi Glass Co Ltd | ガス分離用複合膜 |
| JPS6256775A (ja) * | 1985-09-03 | 1987-03-12 | 大同特殊鋼株式会社 | 粉塵含有ガス吸引量のパタ−ン制御方法 |
-
1989
- 1989-05-29 JP JP1134984A patent/JPH02139023A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02139023A (ja) | 1990-05-29 |
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