[发明专利]分离膜复合体和分离膜复合体的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及分离膜复合体以及制造分离膜复合体的方法，该分离膜复合体为具有多孔质体和在该多孔质体的表面形成有分离膜的复合体。 

背景技术

对应于在分子水平上从多个物质(气体等)混合物中选择地分离特定物质(气体等)这样的技术要求，作为过滤膜一般已知有采用聚砜、硅、聚酰胺、聚酰亚胺等作为分离膜。 

但是，这些分离膜由于是高分子树脂制，如果在被分离体的混合物中含有有机溶剂，则会有膜容易变质恶化、被分离体自身被限定这样的问题。 

在这里，近几年来作为在化学稳定性和耐热性上优异的膜，已经提案有在多孔质体(多孔质基材)上形成作为分离膜的碳膜的复合体。 

例如，在专利文献1中提案有如下的分子筛碳膜：在气孔率为30～80％的陶瓷多孔质体表面上形成硅溶胶、氧化铝溶胶等涂层，在其表面密合有碳含量为80％以上且存在细孔直径为1nm以下的多个细孔的分子筛碳膜。该分子筛碳膜可以通过涂布液状热固化性树脂(酚树脂)形成高分子膜后，在非氧化性氛围气下550～1100℃进行热处理而得到。 

图3为显示这样的分子筛碳膜(分离膜复合体)截面的模式图。如图3所示的分子筛碳膜3具有多孔质体31和在该多孔质体31表面形成的碳膜36，在多孔质体31的表面形成硅溶胶、氧化铝溶胶等溶胶层35(涂层)，在该溶胶层35上密合碳膜36。 

专利文献1：日本专利第3647985号公报 

发明内容

但是，实际上在(陶瓷)多孔质体表面形成碳膜来制作过滤膜，特别是在通量(Flux、渗透通量)和选择性(分离系数α)上不能满足，有改善的必要性。 

另外还发现，如专利文献1公开的含浸硅溶胶于多孔质体(多孔质基材)的表面，在其上形成碳膜的方法，由于溶胶层的形成使碳膜的细孔径变大，虽然对C₃H₈/C₃H₆等分子径为0.43nm以上的分子量比较大的一部分物质(气体等)，提高了选择性，但是对其它的工业上应用性高的CO₂/CH₄、N₂/O₂、水/EtOH等分子量比较小的体系，容易降低选择性。另外，也意识到由硅溶胶产生的压力损失的影响使通量低。 

本发明为鉴于上述事情而完成的发明，作为该课题的结果提供一种得到过滤膜的方法，其为在多孔质体上形成有分离膜(例如，碳膜)的过滤膜，比以往提高了通量(渗透通量)和选择性。重复研究的结果发现通过使构成(作为过滤膜可适用的)分离膜复合体的层的厚度和粗糙度为特定的条件，解决了上述课题，从而完成本发明。 

即，首先由本发明提供一种分离膜复合体(称为第1分离膜复合体)，为具有多孔质体和在该多孔质体的表面形成有分离膜的复合体，其中，多孔质体包括基材、在该基材上形成的中间层和在该中间层上形成的表面层，在该多孔质体的表面层上直接形成分离膜，且中间层的厚度为10～100μm。 

然后，由本发明提供一种分离膜复合体(称为第2分离膜复合体)，为具有多孔质体和在该多孔质体的表面形成有分离膜的复合体，其中，多孔质体包括基材、在该基材上形成的中间层和在该中间层上形成的表面层，在该多孔质体的表面层上直接形成分离膜，且中间层由具有比基材的平均细孔径小的一次粒子的凝集体构成。 

本说明书中，仅表述为“本发明涉及的分离膜复合体”时，是指第1分离膜复合体和第2分离膜复合体这两者。 

本发明涉及的第1分离膜复合体中，中间层的厚度更优选为10～50μm。 

本发明涉及的分离膜复合体中，“直接”意味着没有介入任何其他的物质，而在本发明涉及的分离膜复合体中，如专利文献1在多孔质体的分离膜(碳膜)形成部分上没有形成溶胶层。表面层是位于构成多孔质体层中表面的层，由于在其上形成分离膜，因此不是构成作为分离膜复合体表面的层。中间层和表面层可以各自为单层，也可以分别由2层以上构成。 

本发明涉及的分离膜复合体适合用于所述多孔质体为整块形状的情况。 

本发明涉及的分离膜复合体适合用于所述分离膜为分子筛碳膜的情况。 

然后，由本发明提供一种由上述任何一种分离膜复合体构成的、可以分离水和乙醇的陶瓷过滤膜。 

另外，由本发明提供一种除了上述水和乙醇这样的液体混合物之外，可以在分子水平上分离氧气和氮气这样的混合气体等、且由上述任何一种分离膜复合体构成的陶瓷过滤膜。