JPH0651093B2 - 中空繊維状ガス分離膜の製造方法 - Google Patents

中空繊維状ガス分離膜の製造方法

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JPH0651093B2
JPH0651093B2 JP3226186A JP3226186A JPH0651093B2 JP H0651093 B2 JPH0651093 B2 JP H0651093B2 JP 3226186 A JP3226186 A JP 3226186A JP 3226186 A JP3226186 A JP 3226186A JP H0651093 B2 JPH0651093 B2 JP H0651093B2
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gas separation
high molecular
hollow fiber
molecular polymer
polymer solution
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彰司 辻井
力 川村
生美 安岡
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Toyobo Co Ltd
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Toyobo Co Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D69/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/08Hollow fibre membranes

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Artificial Filaments (AREA)
  • Spinning Methods And Devices For Manufacturing Artificial Fibers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、石油精製プラント、石油化学プラントのオフ
ガスからのH2回収、合成ガスの濃度の調整、天然ガスか
らのCO,H2S 分離、石油の3次回収におけるCO分離
等に使用する中空繊維状ガス分離膜の製造法に関するも
のである。
〔従来の技術〕
ガス分離膜を用いる処理法は従来から行われていた深冷
分離法、吸着法と比較して、被処理ガスの相変化を伴う
ことなく分離,濃縮が可能であるため処理コストが低
い、装置がコンパクトである、操作が簡単であるという
特徴を有するために上述のような多くの分野における実
用化が期待されている。しかしながら、実際に実用化さ
れている例は少なく、これは現在までに提案されている
ガス分離用高分子膜がガス透過性能,分離性能において
不充分であることに起因している。しかもガス透過性能
とガス分離性能は一般的な傾向として反相する性質があ
り、両者共に高いレベルに維持することは難しいとされ
ている。この問題を解決すべく従来から種々の努力が払
われてきた。例えば、特開昭54−103788のよう
に、多孔膜に選択透過性の高い高分子重合体をコートす
ることにより複合膜化を行い、高い分離性能と高いガス
透過性能を両立させる方法が試みられている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、上記の複合膜化の方法では表面層を形成
するために用いる高分子重合体溶液の溶媒が制限され、
その適用範囲は狭いものにとどまらざるを得なかつた。
即ちコーテイングに用いる高分子重合体溶液の溶媒が、
ベースとなる中空繊維膜の素材である高分子重合体の良
溶媒である場合は、ベースとなる中空繊維膜がコーテイ
ング操作中に破壊され、期待されるガス分離特性が発現
しにくいという問題を有していた。本発明はこの点を解
決するガス分離用中空繊維状複合膜の製造方法を提供し
ようとするものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は複数個の層より構成される高分子重合体を主成
分とする中空繊維状ガス分離膜を製造するに際し、中空
繊維内径寸法を規定する流体を吐出する円形状開口部お
よび中空繊維を形成する高分子重合体溶液を吐出する同
心円上に位置する複数個の円環状開口部を有する防糸口
金を用い、円形状開口部より内径寸法を規定する流体
を、各円環状開口部より高分子重合体溶液を同時に気体
雰囲気中に吐出した後凝固浴中に導き凝固させた後乾燥
を行う中空繊維状膜の製造方法を用い、各高分子重合体
溶液中の高分子重合体の濃度(w%)を内層側より、
w1,w2−−−−−wnとするとき、これらが、下記の一般
式の範囲にあるようにしたことを特徴とするガス分離膜
の製造方法である。
30≦wn≦60 (i) 5≦wn−wi≦16 (ii) (ただし1≦i≦n−1) この方法によれば前記した従来技術の問題点は解決され
る。次に本発明を更に詳しく説明する。
本発明でいう高分子重合体を主成分として強固に付着す
る複数個の層より構成される中空繊維状ガス分離膜は例
えば、実開昭61−129882に提案されているよう
な中央部に設けられた中空繊維内径寸法を規定するため
の流体を吐出する円形状開口部およびその同心円状に設
けられた複合中空繊維を形成する高分子重合体溶液を吐
出する複数個の円環状開口部を持つ防糸口金を用いて、
中央部の円形状開口部より中空繊維内径寸法を規定する
ための流体を、周囲の円環状開口部よりその組成を異に
する高分子重合体溶液を同時に吐出し、空中を走行させ
た後凝固浴中に導き、凝固させた後、乾燥する工程を経
て製造されるものをいう。このような工程を経て製造さ
れる中空繊維状複合膜は、例えば、特許出願公告昭57
−35018公報に記載されているような血液透析用膜
では既に公知のものではあるが、ガス分離膜の用途とし
ては、未だ実用に供されるものはなかつた。本発明者等
は前記した製造方法により製造される中空繊維膜におい
てガス分離操作時に被処理混合ガスに接する部分(即ち
複合中空繊維の最外層)はガス分離性能の高い高分子重
合体を用いて形成し、他の層を最外層の形成に用いた高
分子重合体溶液中の高分子重合体濃度(w%)より低く
することでガス分離膜として十分実用に耐える中空繊維
が得られ、しかもガス透過速度が大幅に向上することを
見出し本発明を完成するに致つたものである。上記の濃
度差が2.5重量%(w%)未満の場合はガス透過性能
は向上するが効果はあまり顕著ではない。また16重量
%より大きい場合は中空繊維状膜の可紡性に問題を生じ
る。
本発明で使用される高分子重合体溶液とは高分子重合
体、該高分子重合体に対する溶媒、該高分子重合体に対
する貧溶媒を成分とすることを基本とするものである。
なお必要に応じ、貧溶媒が除かれる場合もある。本発明
に用いられる高分子重合体とは、最外層を形成する高分
子重合体溶液に含まれる場合は従来の高分子重合体を主
成分とするガス分離膜製造に用いられてきた素材が用い
られる。これらの例としては、セルロースジアセテー
ト、セルローストリアセテート、ニトロセルロース等の
セルロースエステル系化合物、ポリアクリロニトリル、
ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル等のビニル系化
合物、ポリアミド系化合物、ポリエステル系化合物、ポ
リスルホン系化合物等があるが、これに限定されるもの
ではない。内層を形成するために用いられる高分子重合
体溶液中に含まれる高分子重合体としては、最外層を形
成するための高分子重合体溶液中に含まれる高分子重合
体と同一であるものは勿論使用可能であり、またその素
材がガス分離特性を発現しない場合でも使用可能であ
る。従つてほぼ全ての高分子重合体が該当する。また、
各高分子重合体溶液に含まれる高分子重合体は単一の素
材である必要はなくその合計量が所定の範囲にあればよ
い。本発明に用いられる高分子重合体に対する溶媒,貧
溶媒は対象とする高分子重合体の特性に応じて種々の組
合せをとりうる。例えば高分子重合体としてセルロース
ジアセテートを用いる場合は、溶媒としてアセトン、酢
酸メチル、ジメチルスルホオキシド、ジメチルホルムア
ミド、ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリ
ドン等が、また非溶媒としてはホルムアミド、メタノー
ル、グリセリン、エチレングリコール、ポリエチレング
リコール等が挙げられる。しかし対象とする高分子重合
体がセルロースジアセテート以外の場合は前記した溶
媒,非溶媒がそのまま適用されるとは限らない。なお本
発明において最外層を形成するために用いられる高分子
重合体溶液中の高分子重合体濃度は、30〜60重量%
の範囲にあることが必要である。30重量%未満の場
合、該中空繊維状膜を乾燥することにより得られるガス
分離膜のガス分離性能が低く実用に供しうる性能が得ら
れない。60重量%を越える場合は高分子重合体溶液の粘
度が高く良好な可紡性が得られない。
本発明により製造される中空繊維状ガス分離膜の断面形
状は従来の中空繊維状ガス分離膜と同様で何等差支えな
いが、最外層部の膜厚は全膜厚に対して50%以下であ
ることが好しい。最外層部の膜厚が全膜厚の50%を越
える場合、本発明の特徴である高いガス透過性能が損わ
れる場合があるからである。
〔作用〕
本発明により得られる中空繊維状ガス分離膜においては
最外層は高いガス分離性能を持つ高分子重合体層であ
り、一方最外層以外の層は高いガス透過性能を持つ高分
子重合体層であるため膜全体としては、従来のガス分離
膜と比べて、高いガス分離性能と、高いガス透過性能を
有する。
〔効果〕
以上述べてきたように本発明の製造方法では各層を形成
する高分子重合体溶液を凝固以前に合体させるために、
各層の付着が強固であり、しかもコーテイング方法と比
較して、広い範囲の材料を選択することができ、しかも
生産性が高い。
〔実施例〕
以下実施例により本発明を更に具体的に説明する。なお
実施例中%は重量基準で示す。セルローストリアセテー
ト32.5%、N−メチル−2−ピロリドン47.3
%、ポリエチレングリコール(平均分子量200)2
0.2%を加熱撹拌し、過脱泡を行い高分子重合体溶
液1を得た。別にセルローストリアセテート40.0
%、N−メチル−2−ピロリドン60.0%を加熱撹拌
し、過脱泡を行い、高分子重合体溶液2を得た。
実願昭60−14064に示される2個の円環状開口部
をもつ紡糸口金を用い、中央部の円形状開口部よりN−
メチル−2−ピロリドン65%、エチレングリコール3
5%からなる混合溶液を、内側の円環状開口部より高分
子重合体溶液1を、外側の円環状開口部より高分子重合
体溶液2を同時に空中に吐出した。続いて空中を2.7
cm走行させた後N−メチル−2−ピロリドン21%、エ
チレングリコール9%、水70%からなる8℃の凝固浴
中に導き、引取速度40m/分にて3.0mの間通過さ
せた後、水中に振り落し、脱溶媒を行つた。続いて90
℃の温湯中に20分間浸漬することにより、熱処理を行
つた。こうして得られた中空繊維状膜を凍結乾燥するこ
とによりガス分離膜を得た。この膜を用い圧力5kg/cm
2・G、温度25℃の条件で純H2,純CHの透過速度の
測定を行つた。得られた結果を表1に示す。
比較例 A 高分子重合体1を吐出しないことを除いて実施例と同様
の操作を行つた。得られた結果を表1に示す。
比較例 B 高分子重合体溶液2を吐出しないことを除いて実施例と
同様の操作を行つた。得られた結果を表1に示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】中空繊維内径寸法を規定する流体を吐出す
    る円形状開口部および中空繊維を形成する高分子重合体
    溶液を吐出する同心円上に位置する複数個の円環状開口
    部を有する紡糸口金を用い、円形状開口部より内径寸法
    を規定する流体を、各円環状開口部より高分子重合体溶
    液を同時に気体雰囲気中に吐出した後凝固浴中に導き凝
    固させた後乾燥を行うことにより複数の層より構成され
    る高分子重合体を主成分とする複合中空繊維を製造する
    にあたり、各高分子重合体溶液中の高分子重合体の濃度
    (w%)を内層よりw1,w2−−−−−wnとするとき、こ
    れらが下記の一般式の範囲にあるようにしたことを特徴
    とする中空繊維状ガス分離膜の製造方法。 30≦wn≦60 (i) 2.5≦wn−wi≦16 (ii) (ただし、1≦i≦n−1)
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