[发明专利]氦气分离材料及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及在温度为0℃～300℃、表压超过0.1MPa的条件下的氦气透过性及耐热性优异的氦气分离材料及其制造方法。

本申请基于2012年7月3日于日本申请的日本特愿2012-149846号主张优先权，在此引用其内容。

背景技术

近年来，研究了从含有分子直径小的氦气的混合气体中将氦气选择性分离的材料(分离膜)及其方法。

作为氦气分离材料，已知由高分子构成的分离膜，专利文献1中公开了由含有银或铜的碳膜构成的气体分离膜。专利文献2中公开了对由具有特定结构的聚醚共聚物和四烷氧基硅烷、三烷氧基硅烷等多官能烷氧基硅烷构成的组合物进行水解及缩聚而获得的高分子型气体分离膜。另外，专利文献3中公开了含有具有连通孔的α-氧化铝基体、将α-氧化铝基体的表面覆盖的二氧化硅膜、和内接于二氧化硅膜表面的连通孔内的碳化硅膜的氦气分离材料。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-53167号公报

专利文献2：日本特开2005-74317号公报

专利文献3：日本特开2007-137752号公报

发明内容

发明欲解决的技术问题

由高分子构成的膜由于在高温高压条件下膜结构发生变化而在适用性方面存在限制，因此研究了由无机材料构成的气体分离材料。

本发明的目的在于提供在表压超过0.1MPa的高压条件下的氦气透过性及可在150℃以上的温度下使用的耐热性优异的氦气分离材料及其制造方法以及氦气分离方法。

用于解决技术问题的方法

本发明者们为了解决上述课题而进行了深入研究，结果发现：通过制成在由α-氧化铝构成的多孔质体的表面上具备含Ni元素的γ-氧化铝多孔质部并具有内接于该γ-氧化铝多孔质部中的连通孔的二氧化硅膜部的复合体，在表压超过0.1MPa的高压条件下的氦气透过性及耐热性优异，从而完成了本发明。

即，本发明的要点如下所述。

1.一种氦气分离材料，其特征在于，其包含基部和与基部接合的气体分离部，上述基部由连通孔的平均直径为50nm～1000nm的α-氧化铝多孔质体构成，上述气体分离部具有含Ni元素的γ-氧化铝多孔质部和配置于该含Ni元素的γ-氧化铝多孔质部中的连通孔内壁的二氧化硅膜部，由上述二氧化硅膜部包围形成的细孔(以下也称作“小细孔”)的平均直径为0.27nm～0.60nm。

2.上述1所述的氦气分离材料，其在表压超过0.1MPa且12MPa以下的范围的压力条件下使用。

3.上述1或2所述的氦气分离材料，其中，上述二氧化硅膜部配置于γ-氧化铝多孔质部的连通孔内壁上的气体分离部的露出面一侧。

4.上述1～3中任一项所述的氦气分离材料的制造方法，其具备以下工序：

使用含有含Al成分的溶胶和Ni化合物的组合物在上述α-氧化铝多孔质体的表面上形成涂膜的涂膜形成工序；

对上述涂膜进行加热、形成含Ni元素的γ-氧化铝多孔质膜，获得该γ-氧化铝多孔质膜接合于上述α-氧化铝多孔质体表面的复合体的热处理工序；和

在使二氧化硅前体气体存在于上述复合体中的上述γ-氧化铝多孔质膜的表面附近的状态下，将含氧元素的气体从上述α-氧化铝多孔质体一侧介由上述复合体中的连通孔送气至上述γ-氧化铝多孔质膜一侧，对上述复合体进行加热的二氧化硅膜部形成工序。

5.上述4所述的氦气分离材料的制造方法，其中，上述二氧化硅前体气体为选自四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷及六甲基二硅氧烷中的至少1种。

6.上述4或5所述的氦气分离材料的制造方法，其中，上述含氧元素的气体是氧气或臭氧气体。

7.一种氦气的分离方法，其特征在于，在表压超过0.1MPa且12MPa以下的范围的压力条件下使用上述1～3中任一项所述的氦气分离材料，从含有氦气的混合气体中将氦气与其他气体分离。

发明效果

通过本发明的氦气分离材料，由于具有上述构成，因此在表压超过0.1MPa的高压条件下及优选为150℃～300℃的高温度条件下，氦气的透过性优异、形状保持性也优异，具有耐热性。

另外，通过本发明的氦气分离材料的制造方法，可以高效地制造在表压超过0.1MPa的高压条件下的氦气透过性及耐热性优异的氦气分离材料。特别是可以容易且有效地形成膜厚得到控制的气体分离膜部，其结果可以高效地形成至少氦气透过的细孔(小细孔)。