[发明专利]过滤器单元、流体的分离装置以及分离方法

说明书

提供一种过滤器单元10，具备：导电性过滤器1a、1b，具有渗透孔；一对电极2、3，对碳过滤器1a、1b施加电压；以及绝缘体4，防止电流在一对电极2、3之间流动。

技术领域

本公开涉及过滤器单元、流体的分离装置以及分离方法。

背景技术

在气体分离产业中，例如广泛地使用蒸馏作为得到N₂、O₂及稀有气体等高纯度生成物的制程。在蒸馏中，由于伴随使液体成为气体这样的相变，所消耗的能量大。

因此，代替基于如蒸馏的相变的分子分离，需要新的如膜基材的分子分离这样的根本性替代性分离技术。相较于基于相变的以往技术，膜基材的分离技术可以由简约的装置实现。另外，具有设置面积小以及与蒸馏相比降低能量消耗例如削减90％而大幅地削减CO₂排出量这样的优点。

作为用于分离技术的膜，可举出例如具有渗透孔的单层石墨烯膜等碳材料。

即使是He等最小的气体也无法渗透未加工的石墨烯片。因此，为了将石墨烯应用于分离技术，必须形成纳米窗口。生成含有纳米窗口的石墨烯的方法中包括离子撞击、模板合成网以及高温氧化等各种手法。其中，高温氧化由于仅需要在氧化环境中加热至约600K，因此可以单纯且容易地扩展纳米窗口的尺寸。另外，加工所需成本也低(专利文献1、2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2013-536077号公报

专利文献2：日本特开2009-073727号公报

发明内容

发明要解决的课题

具备纳米窗口的碳材料被认为有希望作为分子分离的选择性优异并且具有高的能量效率的膜材料。另外，碳纳米管彼此的间隙以及碳纳米角彼此的间隙部分也示出与纳米窗口同样的性质。因此，可成为具有高的能量效率的过滤器的材料。因此，如果有可以使用碳材料进行分子的分离的过滤器单元，则被认为是非常有用的。

本公开提供了一种能够以高精度分离流体的过滤器单元、分离装置以及分离方法。

解决课题的手段

本公开的一个侧面所涉及的过滤器单元具备：导电性过滤器，具有渗透孔；一对电极，对导电性过滤器施加电压；以及绝缘体，防止电流在上述一对电极间流动。

在上述过滤器单元中，伴随由一对电极进行的电压的施加而在导电性过滤器中产生的电荷吸引流体所包含的离子。利用这样的静电相互作用，可以将被导入至过滤器单元的流体以例如分子等级且高精度地分离。上述过滤器单元可以基于静电相互作用来分离流体，因此不需要提高流体的压力。因此，可以节省流体的分离所需要的能量成本。

上述过滤器单元的上述渗透孔也可以包括柔性纳米窗口，该柔性纳米窗口能够根据电压的施加来切换形成于边缘(rim)的官能团的2种以上的取向。也可以通过上述一对电极对上述碳过滤器施加电压来使上述碳过滤器的分子选择性或分子渗透性发生变化。

如上所述，通过具有包括能够根据电压的施加来切换形成于边缘的官能团的2种以上的取向的柔性纳米窗口的渗透孔，也可以分离范德华(Van der Waals)直径大致相同的2种分子。

本公开的一个侧面所涉及的流体的分离装置具备：上述过滤器单元；导入部，将流体导入至过滤器单元；以及导出部，从过滤器单元导出流体，其中，导出部具备分支部，该分支部与由一对电极施加到碳过滤器的电压的变化联动地切换流体的导出端。

根据上述流体的分离装置，可以自动地切换经分离的2个流体的导出端。该分离装置也可以具备控制部，该控制部基于电压的变化来控制分支部的切换动作。