[发明专利]气体分离膜、气体分离膜元件、气体分离装置和气体分离方法

说明书

本发明涉及气体分离膜，其具有：多孔性支撑层、和设置在前述多孔性支撑层上且含有通过多官能性芳香族胺与多官能性芳香族酰卤的缩聚而得的交联芳香族聚酰胺的分离功能层；前述交联芳香族聚酰胺具有键合于芳香族环的氟原子和键合于氮原子的氟原子中的至少一者。

技术领域

本发明涉及使用聚酰胺复合膜对以氦、氢为代表的轻质气体与二氧化碳进行分离的气体分离膜、气体分离膜元件、气体分离装置和使用它们的气体分离方法。

背景技术

近年来，氢作为清洁能源而备受关注。氢是通过将天然气和煤等化石燃料气化，并从含有氢和二氧化碳作为主成分的混合气体中除去二氧化碳而得到的。作为处理对象的气体经过水蒸气重整、水煤气变换反应，特征在于其为高温、高压。

作为以低成本从混合气体中浓缩特定气体的方法，利用原材料所具有的透气性的差异选择性地透过目标气体的膜分离法受到关注。

例如，非专利文献1中提出了一种气体分离膜，其通过界面缩聚反应形成交联性芳香族聚酰胺而形成极薄的功能层，因此可得到高的透气度。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1：Albo等3人,‘Journal of Membrane Science’, 449, 2014年, p.109-118。

发明内容

发明要解决的技术问题

但是，迄今为止已知的交联性芳香族聚酰胺由于氢的溶解度低，因而存在氢与二氧化碳的分离选择性低、从含有氢与二氧化碳的混合气体中除去二氧化碳的效率差的问题。

本发明是鉴于上述以往的实际情况而完成的发明，其目的在于提供兼具氢、氦等轻质气体的透过性与分离选择性的气体分离膜、气体分离膜元件、气体分离装置、和气体分离方法。

用于解决技术问题的手段

为了解决上述课题而采用以下的构成。

［1］气体分离膜，其具有：多孔性支撑层、和设置在前述多孔性支撑层上且含有通过多官能性芳香族胺与多官能性芳香族酰卤的缩聚而得的交联芳香族聚酰胺的分离功能层；

前述交联芳香族聚酰胺具有键合于芳香族环的氟原子和键合于氮原子的氟原子中的至少一者。

［2］根据［1］所述的气体分离膜，其中，将前述交联芳香族聚酰胺通过X射线光电子能谱法（XPS）进行分析时，氟原子数相对于碳原子数的比例处于0.001～0.12的范围。

［3］根据［1］或［2］所述的气体分离膜，其中，将前述交联芳香族聚酰胺通过X射线光电子能谱法（XPS）进行分析时，氟原子数相对于碳原子数的比例处于0.001～0.080的范围。

［4］气体分离膜元件，其具有：收集透过气体的集气管、供给侧流路材料、透过侧流路材料、与根据［1］～［3］中任一项所述的气体分离膜；

其中，前述气体分离膜以前述气体分离膜所具有的分离功能层的表面朝向前述透过侧流路材料的方式配置在前述供给侧流路材料与前述透过侧流路材料之间，

前述气体分离膜、前述供给侧流路材料和前述透过侧流路材料以螺旋状卷绕于前述集气管的周围。

［5］气体分离装置，其具有根据［1］～［3］中任一项所述的气体分离膜。

［6］气体分离方法，其包括以下的步骤：

（1）向气体分离膜的一面供给含有二氧化碳的混合气体的步骤、和

（2）由前述气体分离膜的另一面得到二氧化碳浓度较前述混合气体低的气体的步骤；