酸性气体分离模块的制作方法_2

文档序号:9712733阅读:来源:国知局
r>[0075] 除去酸性气体Gc后的残余气体Gr在供给气体流路用部件24中沿宽度方向流通,由 层积体卷绕物14a的相反侧的端面排出,通过防伸缩板16(其开口部16d)排出至分离模块10 的外部。
[0076] 供给气体流路用部件24由其宽度方向的端部供给原料气体G,使在部件内流通的 原料气体G与酸性气体分离层20相接触。
[0077]这种供给气体流路用部件24作为如上文所述进行折成2折后的酸性气体分离层20 的间隔体发挥功能,其构成原料气体G的流路。另外,供给气体流路用部件24优选使原料气 体G形成紊流。考虑到这一点时,供给气体流路用部件24优选为具有网状(线网(net)状/丝 网(mesh)状)的部件。
[0078] 作为供给气体流路用部件24的形成材料,只要具有充分的耐热性和耐湿性就能够 利用各种材料。
[0079] 作为示例,可适宜地例示出纸、胶版印刷纸、涂布纸、铸涂纸、合成纸等纸材料;纤 维素;聚酯、聚烯烃、聚酰胺、聚酰亚胺、聚砜、芳酰胺、聚碳酸酯等树脂材料;金属、玻璃、陶 瓷等无机材料;等等。
[0080] 作为树脂材料,具体来说,可适宜地例示出聚乙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二 酯、聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚砜(PES)、聚苯硫醚(PPS)、聚砜(PSF)、聚丙烯(PP)、聚酰亚胺、 聚醚酰亚胺、聚醚醚酮和聚偏二氟乙烯等。这样的树脂材料可以合用两种以上。
[0081] 供给气体流路用部件24的厚度可以根据原料气体G的供给量、所要求的处理能力 等适当确定。
[0082] 具体来说,优选为100~ΙΟΟΟμπι、更优选为150~950μπι、特别优选为200~900μπι。 [0083]本发明的分离模块10为促进传输型。因此,酸性气体分离层20由促进传输膜20a和 多孔质支撑体20b构成。
[0084]促进传输膜20a至少含有可与在供给气体流路用部件24中流通的原料气体G所含 有的酸性气体Gc反应的载体和可担载该载体的亲水性化合物。这种促进传输膜20a具有选 择性地透过原料气体G中的酸性气体Gc的功能(选择性地传输酸性气体Gc的功能)。
[0085]在高温且高湿下使用是对促进传输型分离模块的必须要求。因此,促进传输膜20a 即使在高温下(例如50~200°C)也具有选择性地透过酸性气体Gc的功能。另外,即使原料气 体G含有水蒸气,亲水性化合物对水蒸气发生吸湿而使含有促进传输膜20a保持水分,由此 使载体进一步易于传输酸性气体Gc,因而分离效率相比使用溶解扩散膜的情况提高。
[0086]促进传输膜20a的膜面积可以根据分离模块10的尺寸、分离模块10所要求的处理 能力等适当设定。具体来说,优选为0.01~l〇〇〇m2、更优选为0.02~750m2、进一步优选为 0.025~500m 2。其中,从实用性的观点出发,促进传输膜20a的膜面积特别优选为1~100m2。
[0087] 通过使促进传输膜20a的膜面积为上述范围,可以以高的相对于膜面积的效率分 离酸性气体Gc,并且加工性也良好。
[0088] 促进传输膜20a的卷绕方向的长度(折成2折前的总长)可以根据分离模块10的尺 寸、分离模块10所要求的处理能力等适当设定。具体来说,优选为1〇〇~10000mm、更优选为 150~9000mm、进一步优选为200~8000mm。其中,从实用性的观点出发,促进传输膜20a的长 度特别优选为800~4000mm。
[0089] 通过使促进传输膜20a的卷绕方向长度为上述范围,可以以高的相对于膜面积的 效率分离酸性气体Gc。此外,通过使促进传输膜20a的卷绕方向的长度为上述范围,可以在 卷绕层积体14时抑制卷偏的产生,加工性变容易。
[0090]需要说明的是,促进传输膜的宽度也可以根据分离模块10的宽度方向的尺寸适当 设定。
[0091] 促进传输膜20a的厚度也可以根据分离模块10的尺寸、分离模块10所要求的处理 能力等适当设定。具体来说,优选为1~200μηι、更优选为2~175μηι。
[0092] 通过使促进传输膜20a的厚度为上述范围,可以实现高的气体透过性和分离选择 性。
[0093] 亲水性化合物作为粘结剂发挥功能,在促进传输膜20a中保持水分而通过载体发 挥分离二氧化碳等气体的功能。另外,从耐热性的观点出发,亲水性化合物优选具有交联结 构。
[0094] 作为这样的亲水性化合物,可以例示出亲水性聚合物。
[0095]亲水性化合物可以溶于水形成涂布液,并且从优选促进传输膜20a具有高亲水性 (保湿性)的观点出发,优选亲水性高的亲水性化合物。
[0096]具体来说,亲水性化合物优选具有生理盐水的吸水量为0.5g/g以上的亲水性,更 优选具有生理盐水的吸水量为lg/g以上的亲水性,进一步优选具有生理盐水的吸水量为 5g/g以上的亲水性,特别优选具有生理盐水的吸水量为10g/g以上的亲水性,进而,最优选 具有生理盐水的吸水量为20g/g以上的亲水性。
[0097]亲水性化合物的重均分子量可以在可形成稳定的膜的范围内适当选择。具体来 说,优选为20,000~2,000,000、更优选为25,000~2,000,000、特别优选为30,000~2,000, 000 〇
[0098]通过使亲水性化合物的重均分子量为20,000以上,可以稳定地得到具有充分的膜 强度的促进传输膜20a。
[0099]尤其是,亲水性化合物具有羟基(-OH)作为可交联基时,重均分子量优选为30,000 以上。此时,重均分子量进一步优选为40,000以上、更优选为50,000以上。另外,亲水性化合 物具有羟基作为可交联基时,从制造适应性的观点出发,重均分子量优选为6,000,000以 下。
[0100]另外,亲水性化合物具有氨基(_nh2)作为可交联基时,重均分子量优选为?ο,〇〇〇 以上。此时,亲水性化合物的重均分子量更优选为15,000以上、特别优选为20,000以上。另 外,亲水性化合物具有氨基作为可交联基时,从制造适应性的观点出发,重均分子量优选为 1,000,000 以下。
[0101 ]需要说明的是,例如在使用PVA作为亲水性化合物时,亲水性化合物的重均分子量 可以使用依据JIS K 6726测定的值。另外,使用市售品时,可以使用目录、说明书等中公布 的分子量。
[0102]作为形成亲水性化合物的可交联基,优选为可形成耐水解性的交联结构的基团。 [0103] 具体来说,可例不出羟基(-0H)、氨基(-NH2)、氯原子(-C1)、氛基(-CN)、駿基(-C00H)和环氧基等。这些之中,优选例示出氨基和羟基。此外,从与载体的亲和性和载体担载 效果的观点出发,最优选例示出羟基。
[0104] 作为亲水性化合物,具体来说,作为具有单一的可交联基的亲水性化合物,可例示 出聚烯丙基胺、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚亚乙基亚胺、聚乙烯 胺、多聚鸟氨酸、多聚赖氨酸、聚环氧乙烷、水溶性纤维素、淀粉、海藻酸、甲壳质、聚砜酸、聚 羟基甲基丙烯酸、聚N-乙烯基乙酰胺等。最优选为聚乙烯醇。另外,作为亲水性化合物,也可 例示出这些共聚物。
[0105] 另外,作为具有两种以上的可交联基的亲水性化合物,可例示出聚乙烯醇-聚丙烯 酸共聚物。聚乙烯醇-聚丙烯酸盐共聚物不仅吸水能力高,而在高吸水时水凝胶的强度也 大,因此是优选的。
[0106] 聚乙烯醇-聚丙烯酸共聚物中的聚丙烯酸的含量例如为1~95摩尔%、优选为2~ 70摩尔%、更优选为3~60摩尔%、特别优选为5~50摩尔%。
[0107]需要说明的是,聚乙烯醇-聚丙烯酸共聚物中的聚丙烯酸也可以是盐。作为此时的 聚丙烯酸盐,除钠盐、钾盐等碱金属盐以外还可以例示出铵盐或有机铵盐等。
[0108]聚乙稀醇也能够以市售品的方式获得。具体来说,可例示出PVA117(kuraray公司 制)、POVAL (kuraray 制)、聚乙烯醇(A1 dr i ch 公司制)、J-P0VAL (日本VAM · P0VAL公司制)等。 虽然分子量存在各种级别,但优选重均分子量为130,000~300,000的级别。
[0109]聚乙烯醇-聚丙烯酸盐共聚物(钠盐)也能够以市售品的方式获得。可例示出例如 Kurasutoma AP20(kuraray公司制)。
[0110] 需要说明的是,本发明的分离模块10的促进传输膜20a中可以混合使用两种以上 亲水性化合物。
[0111] 促进传输膜20a中的亲水性化合物的含量可以根据亲水性组合物、载体的种类等 适当设定成可作为用于形成促进传输膜20a的粘结剂发挥功能且可保持充足水分的量。 [0112]具体来说,促进传输膜20a中亲水性化合物的含量优选为0.5~50质量%、更优选 为0.75~30质量%、特别优选为1~15质量%。通过使促进传输膜20a中的亲水性化合物的 含量为该范围,可以稳定且良好地表现出上述的作为粘合剂的功能和水分保持功能。
[0113]亲水性化合物中的交联结构可以通过热交联、紫外线交联、电子射线交联、放射线 交联、光交联等以往公知的方法形成。
[0114]优选为光交联或热交联、最优选为热交联。
[0115]另外,优选在促进传输膜20a的形成中与亲水性化合物一起使用交联剂。即,通过 涂布法形成促进传输膜20a时,优选使用包含交联剂的涂布组合物。
[0116] 作为所选择的交联剂,包含具有两个以上可与亲水性化合物反应而进行热交联、 光交联等交联的官能团的交联剂。另外,所形成的交联结构优选为耐水解性的交联结构。
[0117] 从这种观点出发,作为促进传输膜20a的形成中使用的交联剂,可适当地例示出环 氧交联剂、多缩水甘油醚、多元醇、多异氰酸酯、多氮杂环丙烷(氮丙啶)、含卤环氧化合物、 多元醛、多元胺、有机金属系交联剂等。更优选为多元醛、有机金属系交联剂和环氧交联剂, 其中优选为具有两个以上甲酰基的戊二醛、甲醛等多元醛。
[0118] 作为环氧交联剂,其是具有两个以上环氧基的化合物,优选为具有四个以上环氧 基的合物。环氧交联剂也能够以市售品的方式获得,可例示出例如三羟甲基丙烷三缩水甘 油醚(共荣社化学株式会社制的Epolite 100MF等);Nagase Chemtex公司制的EX-411、EX-313、EX-614B、EX-810、EX-811、EX-821、EX-830;日油株式会社制的EPIOL E400;等等。
[0119] 另外,作为与环氧交联剂类似的化合物,还优选使用具有环状醚的氧杂环丁烷化 合物。作为氧杂环丁烷化合物,优选为具有两个以上官能团的多缩水甘油醚。氧杂环丁烷化 合物也能够使用市售品。作为氧杂环丁烧化合物的市售品,可例示出例如Nagase Chemtex 公司制的EX-411、EX-313、EX-614B、EX-810、EX-811、EX-821、EX-830等。
[0120] 作为多缩水甘油醚,可例示出例如乙二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、 甘油多缩水甘油醚、一缩二甘油多缩水甘油醚、多甘油多缩水甘油醚、山梨糖醇多缩水甘油 醚、季戊四醇多缩水甘油醚、丙二醇缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚等。
[0121] 作为多元醇,可例示出例如乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、四乙二醇、聚乙二醇、甘 油、聚甘油、丙二醇、二乙醇胺、三乙醇胺、聚环氧丙烷、氧乙烯-氧丙烯嵌段共聚物、季戊四 醇、山梨糖醇等。
[0122] 作为多异氰酸酯,可例示出例如2,4_甲苯二异氰酸酯、六甲撑二异氰酸酯等。
[0123] 作为多氮杂环丙烷(氮丙啶),可例示出例如2,2_二羟甲基丁醇-三[3-(1-氮丙啶 基)丙酸酯]、1,6_亚己基二亚乙基脲、二苯基甲烷-双-4,4'-N,N'_二亚乙基脲等。
[0124] 作为含卤环氧化合物,可例示出例如环氧氯丙烷、α-甲基氯乙醇口 少匕等。
[0125] 作为多元醛,可例示出例如戊二醛、乙二醛等。
[0126] 作为多元胺,可例示出例如乙二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、四亚乙基五胺、 五亚乙基六胺、聚亚乙基亚胺等。
[0127] 此外,作为有机金属系交联剂,可例示出例如有机钛交联剂、有机氧化锆交联剂 等。
[0128] 例如,在使用重均分子量为130,000以上的聚乙烯醇作为亲水性化合物时,从能够 形成与该亲水性化合物的反应性良好且耐水解性也优异的交联结构的方面出发,优选利用 环氧交联剂、戊二醛。
[0129] 另外,使用聚乙烯醇-聚丙烯酸共聚物作为亲水性化合物时,优选利用环氧交联 剂、戊二醛。
[0130] 另外,使用重均分子量为10,000以上的聚烯丙基胺作为亲水性化合物时,从能够 形成与该亲水性化合物的反应性良好且耐水解性也优异的交联结构的方面出发,优选利用 环氧交联剂、戊二醛和有机金属交联剂。
[0131]此外,使用聚亚乙基亚胺、聚烯丙基胺作为亲水性化合物时,优选利用环氧交联 剂。
[0132] 交联剂的量可以根据促进传输膜20a的形成中使用的亲水性化合物和交联剂的种 类适当设定。
[0133] 具体来说,交联剂的量优选相对于亲水性化合物所具有的可交联基量100质量份 为0.001~80质量份、更优选为0.01~60质量份、特别优选为0.1~50质量份。通过使交联剂 的含量在上述范围,可以得到交联结构形成性良好且形状维持性优异的促进传输膜。
[0134] 另外,如果着眼于亲水性化合物所具有的可交联基,则交联结构优选为相对于亲 水性化合物所具有的可交联基1 OOmo 1使交联剂0.001~80mo 1反应而形成的交联结构。
[0135] 促进传输膜20a优选含有金属元素。作为促进传输膜20a的优选实施方式之一,促 进传输膜可以举出含有选自由!1、2^41、5丨和211组成的组中的至少一种以上金属元素的实 施方式。通过含有这样的金属元素,促进传输膜20a的强度提高。特别是,如后述的那样,通 过形成含有上述金属元素的交联结构,进一步提高促进传输膜20a的强度,结果进一步抑制 以例如螺旋卷状进行卷绕时的促进传输膜20a的劣化。
[0136] 对含有这样的金属元素的促进传输膜20a的形态没有特别限制,优选以下的含有 以式(1)表示的结构单元的促进传输膜。需要说明的是,以下式(1)中,*表示键合位置。
[0137] 式
[0138] 上述式中,Μ表示选自由Ti(钛)、Zr(锆)、A1(铝)、Si(硅)和Zn(锌)组成的组中的金 属兀素。
[0139] m表示以Μ表示的金属元素的价数。例如,如以下所示,Μ为Zn时m表示2,M为A1时m表 示3,M为Ti、Zr和Si时m表示4。
[0140] 更具体来说,下面示出m为2~4时的结构式(式(2)~式(4))。
[0141] 【化1】
[0142]
[0143] 例如可以通过像后述的那样合用水解性化合物和上述的具有可交联基(例如羟 基
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