(57)【要約】【課題】ガス成分の分離効率を高くする。【解決手段】分離モジュール１４は、外周面に貫通孔３２Ａが形成された管体３２と、ガス２８が供給される供給ガス流路用部材と、供給ガス流路用部材を通過するガス２８中のガス成分４４を透過して分離させる分離部材と、分離部材を透過したガス成分４４が貫通孔３２Ａに向かって流れる透過ガス流路用部材と、を積層し、貫通孔３２Ａを覆うように管体３２に多重に巻き付けられた積層体２６と、積層体２６を覆って外部へのガス２８の通過を遮断すると共に、外部から透過ガス流路用部材の巻き終わり端部５４Ａへのスイープガスの導入口４０Ｃが形成された被覆部材４０と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に貫通孔が形成された管体と、
ガスが供給される供給ガス流路用部材と、前記供給ガス流路用部材を通過する前記ガス中のガス成分を透過して分離させる分離部材と、前記分離部材を透過した前記ガス成分が前記貫通孔に向かって流れる透過ガス流路用部材と、を積層し、前記貫通孔を覆うように前記管体に多重に巻き付けられた積層体と、
前記積層体を覆って外部への前記ガスの通過を遮断すると共に、外部から前記透過ガス流路用部材の開放された巻き終わり端部へのスイープガスの導入口が形成された被覆部材と、
を有する分離モジュール。
【請求項２】
前記透過ガス流路用部材の幅方向両端部は封止され、
前記供給ガス流路用部材の幅方向両端部は前記ガスの導入口となり、前記供給ガス流路用部材の巻き終わり端部は封止されている、
請求項１に記載の分離モジュール。
【請求項３】
前記スイープガスの導入口からは、前記透過ガス流路用部材の巻き終わり端部が露出している、
請求項１又は請求項２に記載の分離モジュール。
【請求項４】
前記分離部材は、
前記供給ガス流路用部材を通過する前記ガス中のガス成分である酸性ガスと反応するキャリア及び前記キャリアを担持する水溶性高分子化合物を含有し、前記供給ガス流路用部材側に設けられた促進輸送膜と、
前記透過ガス流路用部材側に設けられ、前記促進輸送膜を支持する多孔質支持体と、
を有する、
請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の分離モジュール。
【請求項５】
前記促進輸送膜は、前記キャリアと前記水溶性高分子化合物の他、炭素数３〜２０のアルキル基又は炭素数３〜２０のフッ化アルキル基と親水性基とを有する化合物及びシロキサン構造を有する化合物からなる群より選ばれる化合物、並びに平均粒子径が０．０１μｍ〜１０００μｍでかつ比重が０．５ｇ／ｃｍ３〜１．３ｇ／ｃｍ３のポリマー粒子から選ばれる少なくとも一種を含む、
請求項４に記載の分離モジュール。
【請求項６】
前記キャリアは、アルカリ金属塩である、
請求項４又は請求項５に記載の分離モジュール。
【請求項７】
請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の分離モジュールと、
前記分離モジュールを収納する筒状の収納部と、前記収納部の側端部に設けられ前記積層体の一方の側端部と対向する前記ガスの供給口と、前記収納部の外周部に設けられ前記導入口と対向する前記スイープガスの供給口と、前記収納部の側端部に設けられ前記管体から流れ出す前記ガス成分及び前記スイープガスの排出口と、前記収納部の側端部に設けられ前記積層体の他方の側端部と対向する前記ガスの排出口と、を含む容器と、
を有する分離システム。
【請求項８】
請求項７に記載の分離システムを直列に配置し、
各容器のスイープガスの供給口のうち、一の供給口はスイープガス供給源に繋がれ、残りの供給口は他の容器のスイープガスを排出する排出口に繋がれている、
分離システム群。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分離モジュール、分離システム及び分離システム群に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ガス中の二酸化炭素ガス等のガス成分を選択的に分離する分離モジュールの開発が進んでいる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、供給されるガス中のガス成分を透過して分離させる分離部材と、分離部材を透過したガス成分の流路となる透過ガス流路用部材とを含む積層体を、外周面に貫通孔が形成された管体に巻き付けて、巻き付けた積層体を被覆部材で覆う分離モジュールが開示されている。
この分離モジュールでは、透過ガス流路用部材の幅方向両端部と巻き終わり端部を接着剤で封止して、分離部材を透過したガス成分が透過ガス流路用部材内を流れて貫通孔に向かうようになっている。そして、この透過ガス流路用部材内でのガス成分の滞留を防ぐために、管体から貫通孔を介して透過ガス流路用部材内にスイープガスを流している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１３１１２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の構成では、透過ガス流路用部材内の、例えば幅方向両端部の封止部分と巻き終わり端部の封止部分との交差する近傍等の箇所にスイープガスが行き渡らないため、同箇所でガス成分の滞留が起こり、ガス成分の分離効率を十分に高めることができない。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、ガス成分の分離効率が高い分離モジュール、分離システム及び分離システム群を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の上記課題は下記の手段によって解決された。
本発明の第１態様に係る分離モジュールは、外周面に貫通孔が形成された管体と、ガスが供給される供給ガス流路用部材と、前記供給ガス流路用部材を通過する前記ガス中のガス成分を透過して分離させる分離部材と、前記分離部材を透過した前記ガス成分が前記貫通孔に向かって流れる透過ガス流路用部材と、を積層し、前記貫通孔を覆うように前記管体に多重に巻き付けられた積層体と、前記積層体を覆って外部への前記ガスの通過を遮断すると共に、外部から前記透過ガス流路用部材の開放された巻き終わり端部へのスイープガスの導入口が形成された被覆部材と、を有する。
【０００８】
この構成によれば、積層体が被覆部材によって覆われており、また被覆部材の導入口も外部からスイープガスが導入されるため、そのスイープガスのガス圧により、供給ガス流路用部材に供給されたガスは、原則途中で外側に流れ出すことなく、供給ガス流路用部材を通過して外部へ排出される。この供給ガス流路用部材を通過するガス中のガス成分は、分離部材を透過して分離され、透過ガス流路用部材及び貫通孔を介して管体に集積され、管体から排出される。
そして、透過ガス流路用部材をガス成分が流れる際、外部から被覆部材の導入口及び透過ガス流路用部材の開放された巻き終わり端部を介して透過ガス流路用部材の内部へスイープガスが導入され中心管に向かうため、スイープガスがガス成分をスイープしながら透過ガス流路用部材の内部に行き渡る。これにより、透過ガス流路用部材の内部でのガス成分の滞留を抑制して、ガス成分の分離効率を高くすることができる。
【０００９】
本発明の第２態様に係る分離モジュールでは、第１態様において、前記透過ガス流路用部材の幅方向両端部は封止され、前記供給ガス流路用部材の幅方向両端部は前記ガスの導入口となり、前記供給ガス流路用部材の巻き終わり端部は封止されている。
【００１０】
この構成によれば、スイープガスが被覆部材の導入口を介して開放された透過ガス流路用部材の巻き終わり端部から導入されても、供給ガス流路用部材の巻き終わり端部は封止されているため供給ガス流路用部材の内部にはスイープガスが導入されない。したがって、スイープガスによって、供給ガス流路用部材に供給されるガスが乱されてしまうことを回避できる。また、透過ガス流路用部材の幅方向両端部は封止されているため、この幅方向両端部からスイープガスやガス成分が流出することがなく、透過ガス流路用部材の内部をまんべんなく流れる。
【００１１】
本発明の第３態様に係る分離モジュールでは、第１態様又は第２態様において、前記スイープガスの導入口からは、前記透過ガス流路用部材の巻き終わり端部が露出している。
【００１２】
この構成によれば、スイープガスが被覆部材の内部を通ることなく巻き終わり端部へ導入され易い。
【００１３】
本発明の第４態様に係る分離モジュールでは、第１態様〜第３態様の何れか１つの態様において、前記分離部材は、前記供給ガス流路用部材を通過する前記ガス中のガス成分である酸性ガスと反応するキャリア及び前記キャリアを担持する水溶性高分子化合物を含有し、前記供給ガス流路用部材側に設けられた促進輸送膜と、前記透過ガス流路用部材側に設けられ、前記促進輸送膜を支持する多孔質支持体と、を有する。
【００１４】
この構成によれば、気体に水蒸気が含まれていても、当該水蒸気を水溶性高分子化合物が吸湿して当該水溶性高分子化合物を含有する促進輸送膜が水分を保持することでキャリアが酸性ガスを輸送し易くなるので、溶解拡散膜等の他の分離膜を用いる場合に比べて分離効率が高まる。
【００１５】
本発明の第５態様に係る分離モジュールでは、第４態様において、前記促進輸送膜は、前記キャリアと前記水溶性高分子化合物の他、炭素数３〜２０のアルキル基又は炭素数３〜２０のフッ化アルキル基と親水性基とを有する化合物及びシロキサン構造を有する化合物からなる群より選ばれる化合物、並びに平均粒子径が０．０１μｍ〜１０００μｍでかつ比重が０．５ｇ／ｃｍ３〜１．３ｇ／ｃｍ３のポリマー粒子から選ばれる少なくとも一種を含む。
【００１６】
この構成によれば、分離モジュールの製造過程においてブロッキングの発生を抑制することができる。
【００１７】
本発明の第６態様に係る分離モジュールでは、第４態様又は第５態様において、前記キャリアは、アルカリ金属塩である。
【００１８】
この構成によれば、供給ガス流路用部材を通過するガス中の二酸化炭素ガスが、アルカリ金属塩と反応する。
【００１９】
本発明の第７態様に係る分離システムでは、第１態様〜第６態様の何れか１つに記載の分離モジュールと、前記分離モジュールを収納する筒状の収納部と、前記収納部の側端部に設けられ前記積層体の一方の側端部と対向する前記ガスの供給口と、前記収納部の外周部に設けられ前記導入口と対向する前記スイープガスの供給口と、前記収納部の側端部に設けられ前記管体から流れ出す前記ガス成分及び前記スイープガスの排出口と、前記収納部の側端部に設けられ前記積層体の他方の側端部と対向する前記ガスの排出口と、を含む容器と、を有する。
【００２０】
この構成によれば、ガスとスイープガスの供給方向が略直角となるので、スイープガスが透過ガス流路用部材内に流れるガス成分をスイープし易くなる
【００２１】
本発明の第８態様に係る分離システム群は、第７態様に記載の分離システムを直列に配置し、各容器のスイープガスの供給口のうち、一の供給口はスイープガス供給源に繋がれ、残りの供給口は他の容器のスイープガスを排出する排出口に繋がれている。
【００２２】
この構成によれば、各容器のスイープガスの供給口にスイープガス供給源を繋げる場合に比べて、スイープガス供給源を削減することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、分離モジュールの分離効率が高くされる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態に係る分離システム群及び分離システムの正面断面図である。
【図２】図１に示す分離モジュールの斜視図である。
【図３】図２に示す分離モジュールの積層体の巻き付け前の斜視図である。
【図４Ａ】図１に示す分離システムの製造工程を模式的に表した図である。
【図４Ｂ】図４Ａに示す製造工程から続く製造工程を模式的に表した図である。
【図４Ｃ】図４Ｂに示す製造工程から続く製造工程を模式的に表した図である。
【図４Ｄ】図４Ｃに示す製造工程から続く製造工程を模式的に表した図である。
【図４Ｅ】図４Ｄに示す製造工程から続く製造工程を模式的に表した図である。
【図４Ｆ】図４Ｅに示す製造工程から続く製造工程を模式的に表した図である。
【図４Ｇ】図４Ｆに示す製造工程から続く製造工程を模式的に表した図である。
【図４Ｈ】図４Ｇに示す製造工程から続く製造工程を模式的に表した図である。
【図４Ｉ】図４Ｈに示す製造工程から続く製造工程を模式的に表した図である。
【図４Ｊ】図４Ｉに示す製造工程から続く製造工程を模式的に表した図である。
【図４Ｋ】図４Ｊに示す製造工程から続く製造工程を模式的に表した図である。
【図４Ｌ】図４Ｋに示す製造工程から続く製造工程を模式的に表した図である。
【図４Ｍ】図４Ｌに示す製造工程から続く製造工程を模式的に表した図である。
【図５】本発明の実施形態に係る分離モジュールにおいて、積層体を正面に広げた状態を示す模式図である。
【図６】本発明の実施形態に係る分離モジュールの変形例を示す上面模式図である。
【図７】本発明の実施形態の参考例に係る分離モジュールにおいて、積層体を正面に広げた状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る分離モジュール、分離システム及び分離システム群について具体的に説明する。なお、図中、同一又は対応する機能を有する部材（構成要素）には同じ符号を付して適宜説明を省略する。
【００２６】
＜分離システム群及び分離システム＞
まず、本発明の実施形態に係る分離システム群及び分離システムについて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る分離システム群及び分離システムの正面断面図である。
【００２７】
図１に示すように、本発明の実施形態に係る分離システム群１０は、複数（図では３つ）の分離システム１１を直列に配置した構成である。
【００２８】
各分離システム１１は、圧力容器１２と、分離モジュール１４とを有している。
【００２９】
圧力容器１２は、Ｏリング１５を介して筒状の分離モジュール１４を内周面に嵌め込んで収納した筒状の収納部１６を含んでいる。収納部１６に分離モジュール１４が収納された状態では、収納部１６の軸方向と分離モジュール１４の軸方向が揃っている。
【００３０】
収納部１６は、原料ガス供給口１８と、スイープガス供給口２０と、原料ガス排出口２２と、スイープガス排出口２４と、を有している。
【００３１】
原料ガス供給口１８は、収納部１６の一方の側端部１６Ａに設けられ、後述する分離モジュール１４の積層体２６の一方の側端部２６Ａと対向し、原料ガス２８を収納部１６に供給するものである。
【００３２】
スイープガス供給口２０は、収納部１６の外周部１６Ｂに設けられ、後述するスイープガスの導入口４０Ｃと対向し、スイープガス３０を収納部１６に供給するものである。
【００３３】
原料ガス排出口２２は、収納部１６の他方の側端部１６Ｃに設けられ、積層体２６の他方の側端部２６Ｂと対向し、積層体２６を通過した原料ガス２８（残余のガス４６）を排出するものである。
【００３４】
スイープガス排出口２４は、収納部１６の一方の側端部１６Ａに設けられ、スイープガス３０及び後述する分離モジュール１４の中心管３２から流れ出すガス成分としての二酸化炭素ガス４４を排出するものである。
【００３５】
ここで、各圧力容器１２の原料ガス供給口１８のうち一の原料ガス供給口１８は、原料ガス供給源３４に配管を介して繋がれ、残りの原料ガス供給口１８は他の圧力容器１２の原料ガス排出口２２に配管を介して繋がれている。また、各圧力容器１２のスイープガス供給口２０のうち一のスイープガス供給口２０はスイープガス供給源３６に配管を介して繋がれ、残りのスイープガス供給口２０は他の圧力容器１２のスイープガス排出口２４に配管を介して繋がれている。
ただし、原料ガス供給源３４に繋がれた原料ガス供給口１８から最も遠い圧力容器１２の原料ガス排出口２２とスイープガス排出口２４は、他の圧力容器１２には繋がれておらず、ガスが外部に流れ出るようになっている。
【００３６】
＜分離モジュール＞
次に、本発明の実施形態に係る分離モジュール１４について説明する。図２は、図１に示す分離モジュール１４の斜視図である。
【００３７】
分離モジュール１４は、その基本構造として、中心管３２の周りに、積層体２６が単数あるいは複数が巻き付けられた状態で積層体２６の最外周が被覆部材４０で覆われ、これら積層体２６及び被覆部材４０の両側端部にそれぞれテレスコープ防止板４２が取り付けられて構成される。
このような構成の分離モジュール１４では、積層体２６の一方の側端部２６Ａ側から積層体２６に二酸化炭素ガスを含む原料ガス２８が供給されると、後述する積層体２６の構成により、原料ガス２８をガス成分である二酸化炭素ガス４４と残余のガス４６に分離して二酸化炭素ガス４４は中心管３２から、残余のガス４６は積層体２６の他方の側端部２６Ｂ側から別々に排出する。
【００３８】
中心管３２は、その外周面に円形の貫通孔３２Ａが管軸方向Ａに沿って複数形成された円筒状の管体である。中心管３２の管一端部側（一方の側端部２６Ａ側）は開口し、積層体２６を透過して貫通孔３２Ａから集合した二酸化炭素ガス４４が排出される排出口３２Ｂとなっている。また、中心管３２の管他端部側（他方の側端部２６Ｂ側）は、キャップ４８によって閉じられている。
【００３９】
被覆部材４０は、積層体２６を覆って外部へのガスの通過を遮断しうる遮断材料で形成されている。
この被覆部材４０は、カプトンテープ４０Ａと、カバー４０Ｂとの二層構造となっている。
【００４０】
カプトンテープ４０Ａは、積層体２６の最外周に巻きつけられている。このカプトンテープ４０Ａの管軸方向Ａの中央部には、スイープガス３０の導入箇所となる長方形の導入口４０Ｃが設けられている。この導入口４０Ｃの長手方向は管軸方向Ａに沿っており、導入口４０Ｃから後述する透過ガス流路用部材の巻き終わり端部５４Ａを含む積層体２６の一部が露出している。
【００４１】
カバー４０Ｂは、管軸方向Ａに一対となっており、繊維強化プラスチック（Fiber Reinforced Plastics、FRP）等で構成されている。このカバー４０Ｂは、導入口４０Ｃが露出するようにカプトンテープ４０Ａにおける管軸方向Ａの中央部を挟んで、カプトンテープ４０Ａにおける管軸方向Ａの外周面両端部を覆っている。
【００４２】
テレスコープ防止板４２は、巻きズレ防止部材の一種であり、中心管３２が挿入される筒部４２Ａと、この筒部４２Ａの外周面から放射状に延び積層体２６の端面に当接するスポーク部４２Ｂと、スポーク部４２Ｂの先端部に設けられ、カバー４０Ｂの外周部端部へ嵌め込まれるキャップ部４２Ｃと、を有している。
【００４３】
図３は、図２に示す分離モジュール１４の積層体２６の巻き付け前の斜視図である。
【００４４】
図３に示すように、積層体２６は、図中矢印Ｃ方向から中心管３２に巻き付けられた状態で、供給ガス流路用部材５０が後述する促進輸送膜を内側に二つ折りした二酸化炭素ガス分離部材５２に挟み込まれ接着剤５６で接着され、これらの径方向内側で二酸化炭素ガス分離部材５２が透過ガス流路用部材５４に、接着剤５８で接着されて構成される。
【００４５】
（供給ガス流路用部材５０）
供給ガス流路用部材５０は、積層体２６の一方の側端部２６Ａ側から二酸化炭素ガス４４を含む原料ガス２８が供給される部材であり、スペーサーとしての機能を有し、且つ、原料ガス２８に乱流を生じさせることが好ましいことから、ネット状の部材が好ましく用いられる。ネットの形状によりガスの流路が変わることから、ネットの単位格子の形状は、目的に応じて、例えば、菱形、平行四辺形などの形状から選択して用いられる。
【００４６】
供給ガス流路用部材５０の材質としては、何ら限定されるものではないが、紙、上質紙、コート紙、キャストコート紙、合成紙、セルロース、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミド、ポリスルホン、アラミド、ポリカーボネートなどの樹脂材料、金属、ガラス、セラミックスなどの無機材料等が挙げられる。樹脂材料としては、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン及びポリフッ化ビニリデン等が好適なものとして挙げられる。
【００４７】
この供給ガス流路用部材５０の幅方向両端部は、原料ガス２８の導入口となりため開放されているが、供給ガス流路用部材５０の巻き終わり端部は接着剤５６で封止されている、
【００４８】
接着剤５６の材料としては、特に限定されないが、例えば、エポキシ樹脂、塩化ビニル共重合体、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル−塩化ビニリデン共重合体、塩化ビニル−アクリロニトリル共重合体、ブタジエン−アクリロニトリル共重合体、ポリアミド樹脂、ポリビニルブチラール、ポリエステル、セルロース誘導体（ニトロセルロース等）、スチレン−ブタジエン共重合体、各種の合成ゴム系樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノキシ樹脂、シリコン樹脂、尿素ホルムアミド樹脂等が挙げられる。
【００４９】
（二酸化炭素ガス分離部材５２）
二酸化炭素ガス分離部材５２は、二層構造となっており、供給ガス流路用部材５０側に設けられた促進輸送膜５２Ａと、促進輸送膜５２Ａを支持し透過ガス流路用部材５４側に設けられた多孔質支持体５２Ｂと、を有している。
【００５０】
（促進輸送膜５２Ａ）
促進輸送膜５２Ａは、原料ガス２８から二酸化炭素ガス４４を選択的に透過させる機能を有している。促進輸送膜５２Ａには、供給ガス流路用部材５０を通過する原料ガス２８中の二酸化炭素ガス４４と反応するキャリアと当該キャリアを担持する水溶性高分子化合物とを含有することが好ましい。
本実施形態では、促進輸送膜５２Ａが一般的に溶解拡散膜よりも耐熱性を有していることから、例えば８０℃〜２００℃の温度条件下でも二酸化炭素ガス４４を選択的に透過させることができるようになっている。また、原料ガス２８に水蒸気が含まれていても、当該水蒸気を水溶性高分子化合物が吸湿して当該水溶性高分子化合物を含有する促進輸送膜５２Ａが水分を保持することで、さらにキャリアが輸送し易くなるので、溶解拡散膜を用いる場合に比べて分離効率が高まる。
【００５１】
また、促進輸送膜５２Ａは、耐熱性を向上させる観点から、水溶性高分子化合物を含有する促進輸送膜５２Ａは架橋構造を有することが好ましい。そのような観点から、好ましい形態を挙げて説明する。
促進輸送膜５２Ａは、例えば下記（Ａ）群より選ばれた単一又は複数の架橋可能基により形成された、下記（Ｂ）群より選ばれた耐加水分解性結合を含む架橋構造を有する水溶性高分子化合物層で構成されている。特に酸性ガス分離特性や耐久性に優れるという観点から、促進輸送膜５２Ａは、下記（Ａ）群より選ばれた単一の架橋可能基により形成された、下記（Ｂ）群より選ばれた耐加水分解性結合を含む架橋構造を有する水溶性高分子化合物層で構成されていることが好ましい。
【００５２】
（Ａ）群：−ＯＨ、−ＮＨ２、−Ｃｌ、−ＣＮ、―ＣＯＯＨ、エポキシ基
（Ｂ）群：エーテル結合、アセタール結合、−ＮＨ−ＣＨ２−Ｃ（ＯＨ）−、−Ｏ−Ｍ−Ｏ−（Ｍは、Ｔｉ又はＺｒを表す）、−ＮＨ−Ｍ−Ｏ−（Ｍは、Ｔｉ又はＺｒを表す）、ウレタン結合、−ＣＨ２−ＣＨ（ＯＨ）−、アミド結合
【００５３】
−水溶性高分子化合物−
水溶性高分子化合物は、水溶性である。ここで、「水溶性」とは、高分子化合物が８０℃以上の水に溶けることを意味する。
水溶性高分子化合物の重量平均分子量は、安定な膜を形成しうる範囲で適宜選択されるが、例えば、架橋可能基として−ＯＨを有する場合には、重量平均分子量が３万以上であるものが好ましい。重量平均分子量は更に好ましくは分子量１６．６万以上であり、より好ましくは、５万以上である。重量平均分子量の上限値には特に制限はないが、製造適性の観点からは、６００万以下であることが好ましい。
また、架橋可能基として−ＮＨ２を有する場合には、重量平均分子量が１万以上であるものが好ましい。重量平均分子量は更に好ましくは１．５万以上であり、より好ましくは、重量平均分子量２万以上である。重量平均分子量の上限値には特に制限はないが、製造適性の観点からは、１００万以下であることが好ましい。
なお、水溶性高分子化合物の重量平均分子量は、例えば、水溶性高分子化合物としてＰＶＡを用いる場合には、ＪＩＳ  Ｋ  ６７２６に準じて測定した値を用いている。また、市販品を用いる場合には、カタログ、仕様書などで公称される分子量を用いている。
【００５４】
架橋可能基としては、耐加水分解性の架橋構造を形成しうるものが選択され、ヒドロキシ基（−ＯＨ）、アミノ基（−ＮＨ２）、カルボキシ基（−ＣＯＯＨ）、エポキシ基、塩素原子(−Ｃｌ）、シアノ基（−ＣＮ）等が挙げられる。これらの中でも、アミノ基、及びヒドロキシ基が好ましく、最も好ましくはキャリアとの親和性及びキャリア担持効果の観点からヒドロキシ基である。
【００５５】
このような単一の架橋可能基を有する水溶性高分子化合物として、好ましくはポリアリルアミン、ポリアクリル酸、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド、ポリエチレンイミン、ポリビニルアミン、ポリオルニチン、ポリリジンなどが挙げられ、最も好ましくはポリビニルアルコールである。また、複数の架橋可能基を有する水溶性高分子化合物として、ポリビニルアルコール−ポリアクリル酸塩共重合体が挙げられる。
【００５６】
ポリビニルアルコールは市販品としても入手可能であり、例えば、ポバール（クラレ製）、ポリビニルアルコール（アルドリッチ社製）、Ｊ−ポバール（日本酢ビ・ポバール社製）が挙げられる。分子量のグレードは種々存在するが、既述のように重量平均分子量が１３万から３０万のものを選択することが好ましい。
【００５７】
−架橋剤−
上記架橋構造は熱架橋、紫外線架橋、電子線架橋、放射線架橋、光架橋等、従来公知の手法により形成することができる。好ましくは光架橋又は熱架橋であり、最も好ましくは熱架橋である。
本実施形態における水溶性高分子化合物層の形成には、水溶性高分子化合物とともに架橋剤を含む組成物を用いることが好ましい。高分子化合物層の形成に用いられる高分子化合物層形成用塗布液組成物を以下、単に「塗布液組成物」又は「組成物」と称することがある。
架橋剤としては、上記単一又は複数の架橋可能基を有する水溶性高分子と反応し、熱架橋又は光架橋し得る官能基を２以上有する架橋剤を含むものが選択され、形成された架橋構造は、前記（Ｂ）群より選択される耐加水分解性の架橋構造となることを要する。このような観点から、本実施形態に使用しうる架橋剤としては、エポキシ架橋剤、多価グリシジルエーテル、多価アルコール、多価イソシアネート、多価アジリジン、ハロエポキシ化合物、多価アルデヒド、多価アミン、有機金属系架橋剤などが挙げられる。好ましくは多価アルデヒド、有機金属系架橋剤、及びエポキシ架橋剤であり、有機金属系架橋剤、及びエポキシ架橋剤がより好ましく、最も好ましいのは、アルデヒド基を２以上有するグルタルアルデヒドやホルムアルデヒドなどの多価アルデヒドである。
【００５８】
エポキシ架橋剤としては、エポキシ基を２以上有する化合物であり、４以上有する化合物も好ましい。エポキシ架橋剤は市販品としても入手可能であり、例えば、共栄社化学株式会社製、エポライト１００ＭＦ（トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル）、ナガセケムテックス社製ＥＸ−４１１、ＥＸ−３１３、ＥＸ−６１４Ｂ、ＥＸ−８１０、ＥＸ−８１１、ＥＸ−８２１、ＥＸ−８３０、日油株式会社製エピオールＥ４００などが挙げられる。
また、エポキシ架橋剤に類似する化合物として、環状エーテルを有するオキセタン化合物もまた好ましく使用される。オキセタン化合物としては、官能基を２以上有する多価グリシジルエーテルが好ましく、市販品としては、例えばナガセケムテックス社製ＥＸ−４１１、ＥＸ−３１３、ＥＸ−６１４Ｂ、ＥＸ−８１０、ＥＸ−８１１、ＥＸ−８２１、ＥＸ−８３０、などが挙げられる。
【００５９】
以下、本実施形態において架橋構造の形成に用いられる他の架橋剤について説明する。
多価グリシジルエーテルとしては、例えば、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、グリセロールポリグリシジルエーテル、ジグリセロールポリグリシジルエーテル、ポリグリセロールポリグリシジルエーテル、ソルビトールポリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル、プロピレングリコールグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル等が挙げられる。
【００６０】
多価アルコールとしては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、グリセリン、ポリグリセリン、プロピレングリコール、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ポリオキシプロピル、オキシエチエンオキシプロピレンブロック共重合体、ペンタエリスリトール、ソビトール等が挙げられる。
【００６１】
多価イソシアネートとしては、例えば、２，４−トルイレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート等が挙げられる。また、上記多価アジリジンとしては、例えば、２，２−ビスヒドロキシメチルブタノール−トリス〔３−（１−アシリジニル）プロピオネート〕、１，６−ヘキサメチレンジエチレンウレア、ジフェニルメタン−ビス−４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジエチレンウレア等が挙げられる。
【００６２】
ハロエポキシ化合物としては、例えば、エピクロルヒドリン、α−メチルクロルヒドリン等が挙げられる。
多価アルデヒドとしては、例えば、グルタルアルデヒド、グリオキサール等が挙げられる。
多価アミンとしては、例えば、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン、ポリエチレンイミン等が挙げられる。
有機金属系架橋剤とは有機チタン架橋剤、有機ジルコニア架橋剤等が挙げられる。
【００６３】
上記架橋剤のうち、水溶性高分子化合物として、例えば、重量平均分子量が１３万以上の高分子量体ポリビニルアルコールを用いる場合には、この水溶性高分子化合物と反応性が良好で、加水分解耐性も優れている架橋構造が形成可能である点からエポキシ化合物やグルタルアルデヒドが特に好ましい。
また、例えば、重量平均分子量が１万以上のポリアリルアミンを用いる場合には、この水溶性高分子化合物と反応性が良好で、加水分解耐性も優れている架橋構造が形成可能である点から、エポキシ化合物、グルタルアルデヒド、及び有機金属架橋剤が特に好ましい。
水溶性高分子化合物として、ポリエチレンイミン又はポリアリルアミンを用いる場合、架橋剤としてはエポキシ化合物が特に好ましい。
【００６４】
水溶性高分子化合物層形成用塗布液組成物が架橋剤を含有する場合の含有量は、上記水溶性高分子化合物が有する架橋可能基量１００質量部に対して０．００１質量部から８０質量部が好ましく、更に好ましくは０．０１質量部から６０質量部が好ましく、もっとも好ましくは０．１質量部〜５０質量部である。含有量が上記範囲であることで、架橋構造の形成性が良好であり、且つ、形成されたゲル膜の形状維持性に優れる。
また、水溶性高分子化合物の有する架橋可能基に着目すれば、架橋構造は、水溶性高分子化合物が有する架橋可能基１００ｍｏｌに対し、架橋剤０．００１ｍｏｌ〜８０ｍｏｌを反応させて形成された架橋構造であることが好ましい。
【００６５】
−キャリア−
キャリアは、酸性ガス（例えば炭酸ガス）と親和性を有し、かつ、塩基性を示す各種の水溶性の無機物質であり、本実施形態においては、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属重炭酸塩、及びアルカリ金属水酸化物から選択される。ここで、アルカリ金属としては、セシウム、ルビジウム、カリウム、リチウム、及びナトリウムから選ばれたアルカリ金属元素が好ましく用いられる。
【００６６】
アルカリ金属炭酸塩としては、例えば、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ルビジウム、及び炭酸セシウムなどが挙げられる。
アルカリ金属重炭酸塩としては、例えば、炭酸水素リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素ルビジウム、及び炭酸水素セシウムなどが挙げられる。
アルカリ金属水酸化物としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、及び水酸化セシウムなどが挙げられる。
これらの中でも、酸性ガスとの親和性がよいという観点から、カリウム、ルビジウム、及びセシウムをアルカリ金属元素として含む化合物が好ましい。
【００６７】
ここで、本実施形態では、炭酸ガス分離膜として、吸湿性の促進輸送膜５２Ａを用いているため、製造時に吸湿した水分で促進輸送膜５２Ａがゲル状となり促進輸送膜５２Ａが製造時に膜同士や他の部材にくっつくという現象（ブロッキング）が生じ易い。このブロッキングが起こると、促進輸送膜５２Ａを剥がす際に促進輸送膜５２Ａがそのくっつきにより欠陥を生じてしまい、結果としてガス漏れが生じ得る。したがって、本実施形態では、ブロッキング抑止を図る方が好ましい。
【００６８】
そこで、本実施形態では、キャリアは、アルカリ金属炭酸塩を２種以上含むことが好ましい。２種以上のキャリアとすることで、膜中の同種のキャリアを距離的に離すことでブロッキングの不均一さを生み出してブロッキング抑止を図ることができるからである。
さらに、キャリアは、潮解性を有する第１アルカリ金属炭酸塩と、当該第１アルカリ金属炭酸塩よりも潮解性が低く比重が小さい第２アルカリ金属炭酸塩とを含むことがより好ましい。具体的に、第１アルカリ金属炭酸塩として炭酸セシウムが挙げられ、第２アルカリ金属炭酸塩として炭酸カリウムが挙げられる。
キャリアが第１アルカリ金属炭酸塩と第２アルカリ金属炭酸塩を含むことで、比重が小さい第２アルカリ金属炭酸塩が促進輸送膜５２Ａの膜面側に配置され、比重が大きい第１アルカリ金属炭酸塩が促進輸送膜５２Ａの膜内側に配置される。そして、膜面側に配置される第２アルカリ金属炭酸塩は第１アルカリ金属炭酸塩よりも潮解性が低いため、膜面側に第１アルカリ金属炭酸塩が配置される場合に比べて、膜面がべたつかず、ブロッキングを抑止することができる。また、膜内側には潮解性の高い第１アルカリ金属炭酸塩が配置されるので、単に第２アルカリ金属炭酸塩が膜全体に配置される場合に比べて、ブロッキングを抑止するとともに、炭酸ガスの分離効率を高めることができる。
なお、第２アルカリ金属炭酸塩はブロッキング抑止のため膜面側にのみあればよいので、第２アルカリ金属炭酸塩は第１アルカリ金属炭酸塩よりも少量含まれていることが好ましい。これにより、潮解性の高い第１アルカリ金属炭酸塩は膜全体において相対的に量が多くなり、炭酸ガスの分離効率をより高めることができる。
【００６９】
キャリア全体の水溶性高分子化合物層における含有量は、水溶性高分子化合物１質量部に対して０．１質量部〜５質量部であることが好ましく、さらに０．２質量部〜４質量部であることがより好ましく、さらに０．３質量部〜３質量部であることが特に好ましい。含有量が上記範囲であることで、十分なキャリア能が得られ、且つ、ゲル膜中において、キャリアが過剰に含まれる際に懸念されるキャリアの塩析が抑制される。
【００７０】
−その他の成分−
促進輸送膜５２Ａの形成に使用される組成物には、水溶性高分子化合物、架橋剤、二酸化炭素キャリアに加え、種々の添加剤を併用してもよい。また溶媒としての水も製造時に乾燥され少量になっているものを含有してもよい。
【００７１】
−反応促進添加剤−
また、添加剤として、酸性ガスとキャリアとの反応を促進する目的で、反応促進添加剤である窒素含有化合物や硫黄酸化物を用いることが好ましい。
【００７２】
窒素含有化合物としては、例えば、グリシン、アラニン、セリン、プロリン、ヒスチジン、タウリン、ジアミノプロピオン酸などのアミノ酸類、ピリジン、ヒスチジン、ピペラジン、イミダゾール、トリアジンなどのヘテロ化合物類、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、モノプロパノールアミン、ジプロパノールアミン、トリプロパノールアミンなどのアルカノールアミン類や、クリプタンド〔２．１〕、クリプタンド〔２．２〕などの環状ポリエーテルアミン類、クリプタンド〔２．２．１〕、クリプタンド〔２．２．２〕などの双環式ポリエーテルアミン類やポルフィリン、フタロシアニン、エチレンジアミン四酢酸などを用いることができる。
硫黄化合物としては、例えば、シスチン、システインなどのアミノ酸類、ポリチオフェン、ドデシルチオールなどを用いることができる。
【００７３】
−酸化防止剤−
上記塗布液組成物には、本実施形態の効果を損なわない限り、酸化防止剤を含有してもよい。酸化防止剤を添加することで湿熱耐性をさらに向上させるという利点を有する。
酸化防止剤は市販品を用いてもよく、好適な酸化防止剤としては、例えば、ジブチルヒドロキシトルエン（ＢＨＴ）、イルガノックス１０１０、イルガノックス１０３５ＦＦ、イルガノックス５６５などが挙げられる。
【００７４】
−特定化合物及びポリマー粒子−
また添加剤として、促進輸送膜５２Ａの組成物には、（1）疎水部として炭素数３〜２０のアルキル基又は炭素数３〜２０のフッ化アルキル基と親水部である親水性基とを有する化合物、（2）シロキサン構造を有する化合物、（3）平均粒子径が０．０１μｍ〜１０００μｍでかつ比重が０．５ｇ／ｃｍ３〜１．３ｇ／ｃｍ３のポリマー粒子の３つからなる群より選択された一種又は二種以上を含有してもよい。
これらの一種又は二種以上を含有する促進輸送膜５２Ａを形成する場合に、促進輸送膜５２Ａに特定化合物及び／又はポリマー粒子を単に存在させるのではなく、本実施形態においては、一見成膜しているかのように膜面近傍に偏在させるようにする。このとき、二酸化炭素が透過可能なように偏在させる。このようにすることで、酸性ガス分離性を良好に維持しながら、連続製膜する際のブロッキングの発生が効果的に抑えられる。ひいては、膜剥がれの発生抑止による生産性を向上させることができる。これは、特にロールツーロールで連続製膜する場合に特に有効である。
【００７５】
（特定化合物）
促進輸送膜５２Ａは、後述のポリマー粒子を含まずに又は含むと共に、炭素数３〜２０のアルキル基又は炭素数３〜２０のフッ化アルキル基と親水性基とを有する化合物、及びシロキサン構造を有する化合物からなる群より選ばれる化合物（特定化合物）を一種又は二種以上含有している。
【００７６】
特定化合物の含有量としては、促進輸送膜５２Ａの組成物の総質量に対して、０．０００１〜１質量％が好ましく、０．０００３〜０．８質量％がより好ましく、０．００１〜０．１質量％が更に好ましい。特定化合物の含有量が０．０００１質量％以上であると、ブロッキングの発生抑止の効果により優れる。また、特定化合物の含有量が１質量％以下であると、二酸化炭素等の酸性ガスの分離性が良好に保たれる。
【００７７】
炭素数３〜２０のアルキル基又は炭素数３〜２０のフッ化アルキル基と親水性基とを有する化合物は、塗布により塗膜形成した際の膜表面に該表面を覆うように偏在しやすく、ブロッキングの発生抑止に効果がある。具体的には、アルキル基、フッ化アルキル基を有する界面活性剤は、これを含有する促進輸送膜５２Ａを形成する工程において、疎水性の高いアルキル基又はフルオロアルキル基に起因して化合物が膜面に配向し、その膜面の表面エネルギーを低下させることでブロッキングを効果的に防止する。そのため、化合物がより疎水性の高い、つまり炭素鎖の長いアルキル基又はフルオロアルキル基を有していることが好ましい。
【００７８】
この化合物としては、疎水部と親水部とを有し、該疎水部として炭素数３〜２０のアルキル基又は炭素数３〜２０のフッ化アルキル基を含むものを用いることができる。具体的な例として、炭素数３〜２０のアルキル基又は炭素数３〜２０のフッ化アルキル基を疎水部に有する界面活性剤が挙げられる。
【００７９】
炭素数が３〜２０のアルキル基としては、例えば、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、オクチル、デシル、ドデシル、エイコシルなどの基が挙げられる。中でも、膜表面に偏在させやすい点で、長鎖アルキル基を有していることが好ましく、具体的には、炭素数５〜２０のアルキル基がより好ましく、更に好ましくは炭素数６〜２０のアルキル基である。中でも、アルキル基として、特にヘキシル、オクチル、デシル、ドデシル、エイコシルを有している場合が好ましい。
【００８０】
炭素数が３〜２０のフッ化アルキル基としては、例えば、フルオロプロピル、パーフルオロブチル、パーフルオロヘキシル、パーフルオロオクチル、パーフルオロデシルなどの基が挙げられる。中でも、膜表面に偏在させやすい点で、長炭素鎖を持つフルオロアルキル基を有していることが好ましく、具体的には、炭素数４〜２０のフッ化アルキル基が好ましく、より好ましくは炭素数５〜２０のフッ化アルキル基であり、更に好ましくは炭素数６〜２０のフッ化アルキル基である。中でも、フッ化アルキル基として、特にパーフルオロヘキシル、パーフルオロオクチル、パーフルオロデシルを有していることが好ましい。
【００８１】
上記のアルキル基及びフッ化アルキル基のうち、ブロッキング抑止と優れた酸性ガス分離性との両立を高い水準で達成する観点から、フッ化アルキル基よりもフッ素原子を有しないアルキル基の方が好ましい。
【００８２】
親水性基としては、水酸基、カルボン酸基、スルホン酸基、リン酸基、アルキレンオキシ基、アミノ基、４級アミノ基などが挙げられる。
【００８３】
炭素数３〜２０のアルキル基又は炭素数３〜２０のフッ化アルキル基を有する界面活性剤の例としては、下記の化合物を挙げることができる。
【００８４】
［界面活性剤］
−１．陰イオン系界面活性剤−
（カルボン酸型）
・オクタン酸ナトリウム (C7H15COONa）
・デカン酸ナトリウム (C9H19COONa）
・ラウリン酸ナトリウム (C11H23COONa）
・ミリスチン酸ナトリウム (C13H27COONa）
・パルミチン酸ナトリウム (C15H31COONa）
・ステアリン酸ナトリウム (C17H35COONa、w:Sodium stearate）
・ＰＦＯＡ（C7F15COOH）
・ペルフルオロノナン酸（C8F17COOH、w:Perfluorononanoic acid）
・Ｎ−ラウロイルサルコシンナトリウム （C11H23CON(CH3)CH2COONa、w:Sodium lauroyl sarcosinate）
・ココイルグルタミン酸ナトリウム（HOOCCH2CH2CH(NHCOR)COONa〔R：炭素数11〜17のアルキル〕）
・アルファスルホ脂肪酸メチルエステル塩（CH3(CH2)nCH(SO3Na)COOCH3〔n=1〜19〕）
（スルホン酸型）
・１−ヘキサンスルホン酸ナトリウム（C6H13SO3Na）
・１−オクタンスルホン酸ナトリウム（C8H17SO3Na）
・１−デカンスルホン酸ナトリウム（C10H21SO3Na）
・１−ドデカンスルホン酸ナトリウム（C12H25SO3Na）
・ペルフルオロブタンスルホン酸 (C4F9SO3H、w:Perfluorobutanesulfonic acid）
・直鎖アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム（RC6H4SO3Na〔R：炭素数3〜20のアルキル〕）
・トルエンスルホン酸ナトリウム（CH3C6H4SO3Na）
・クメンスルホン酸ナトリウム（C3H7C6H4SO3Na）
・オクチルベンゼンスルホン酸ナトリウム（C8H17C6H4SO3Na）
・ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム（ＤＢＳ；C12H25C6H4SO3Na）
・ナフタレンスルホン酸ナトリウム（C10H7SO3Na）
・ナフタレンジスルホン酸二ナトリウム（C10H6(SO3Na)2）
・ナフタレントリスルホン酸三ナトリウム（C10H5(SO3Na)3）
・ブチルナフタレンスルホン酸ナトリウム（C4H9C10H6SO3Na）
・ジ（２−エチルヘキシル）スルホこはく酸ナトリウム（下記化合物；ラピゾールＡ−９０、日油社製）
【００８５】
【化１】
2014069147.tif 000003
【００８６】
（硫酸エステル型）
・ラウリル硫酸ナトリウム（C12H25OSO3Na）
・ミリスチル硫酸ナトリウム（C14H29OSO3Na）
・ラウレス硫酸ナトリウム（C12H25(CH2CH2O)nOSO3Na、w:Sodium laureth sulfate）
・ポリオキシエチレンアルキルフェノールスルホン酸ナトリウム（C8H17C6H4O[CH2CH2O]3SO3Na）
・ラウリル硫酸アンモニウム（C12H25OSO3NH4、w:Ammonium lauryl sulfate）
（リン酸エステル型）
・ラウリルリン酸（C12H25OPO(OH)2）
・ラウリルリン酸ナトリウム（C12H25OPOOHONa）
・ラウリルリン酸カリウム（C12H25OPOOHOK）
【００８７】
−２．陽イオン系界面活性剤−
（第４級アンモニウム塩型）
・塩化ドデシルジメチルベンジルアンモニウム（C12H25N+(CH3)2CH2C6H5Cl）
・塩化オクチルトリメチルアンモニウム（C8H17N+(CH3)3Cl）
・塩化デシルトリメチルアンモニウム（C10H21N+(CH3)3Cl）
・塩化ドデシルトリメチルアンモニウム（C12H25N+(CH3)3Cl）
・塩化テトラデシルトリメチルアンモニウム（C14H29N+(CH3)3Cl）
・塩化セチルトリメチルアンモニウム (CTAC)（C16H33N+(CH3)3Cl）
・塩化ステアリルトリメチルアンモニウム（C18H37N+(CH3)3Cl）
・臭化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム (CTAB)（C16H33N+(CH3)3Br）
・塩化ベンジルトリメチルアンモニウム（C6H5CH2N+(CH3)3Cl）
・塩化ベンジルトリエチルアンモニウム（C6H5CH2N+(C2H5)3Cl）
・塩化ベンザルコニウム（C6H5CH2N+(CH3)2RCl〔R：炭素数8〜17のアルキル〕）
・臭化ベンザルコニウム（C6H5CH2N+(CH3)2RBr〔R：炭素数8〜17のアルキル〕）
・塩化ベンゼトニウム（C6H5CH2N+(CH3)2(CH2CH2O)2C6H4C8H17Cl）
・塩化ジアルキルジメチルアンモニウム（RN+R(CH3)2Cl〔R：炭素数3〜20のアルキル〕）
・塩化ジデシルジメチルアンモニウム（C10H21N+C10H21(CH3)2Cl）
・塩化ジステアリルジメチルアンモニウム（C18H37N+C18H37(CH3)2Cl、w:Dimethyldioctadecylammonium chloride）
（アルキルアミン塩型）
・モノメチルアミン塩酸塩（CH3NH2・HCl）
・ジメチルアミン塩酸塩（(CH3)2NH・HCl）
・トリメチルアミン塩酸塩（(CH3)3N・HCl）
（ピリジン環を有する物質）
・塩化ブチルピリジニウム（C5H5N+C4H9Cl）
・塩化ドデシルピリジニウム（C5H5N+C12H25Cl）
・塩化セチルピリジニウム（C5H5N+C16H33Cl）
【００８８】
−３．非イオン系界面活性剤−
（エステル型）
・ラウリン酸グリセリン（C11H23COOCH2CH(OH)CH2OH、w:Glyceryl laurate）
・モノステアリン酸グリセリン（C17H35COOCH2CH(OH)CH2OH）
・ソルビタン脂肪酸エステル（RCOOCH2CH(CHOH)3CH2O〔R：炭素数3〜20のアルキル〕）
・ショ糖脂肪酸エステル（RCOOC12H21O10〔R：炭素数3〜20のアルキル〕）
（エーテル型）
・ポリオキシエチレンアルキルエーテル（RO(CH2CH2O)nH〔R：炭素数3〜20のアルキル〕）
・ペンタエチレングリコールモノドデシルエーテル（C12H25O(CH2CH2O)5H、w:Pentaethylene glycol monododecyl ether）
・オクタエチレングリコールモノドデシルエーテル（C12H25O(CH2CH2O)8H、w:Octaethylene glycol monododecyl ether）
・ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル（RC6H4O(CH2CH2O)nH〔R：炭素数3〜20のアルキル〕）
・ノノキシノール（C9H19C6H4O(CH2CH2O)nH、w:Nonoxynols）
・ノノキシノール−９（C9H19C6H4O(CH2CH2O)9H、w:Nonoxynol-9）
・ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコール（H(OCH2CH2)l(OC3H6)m(OCH2CH2)nOH)
（エステルエーテル型）
・ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル
・ポリオキシエチレンヘキシタン脂肪酸エステル
・ソルビタン脂肪酸エステルポリエチレングリコール
（アルカノールアミド型）
・ラウリン酸ジエタノールアミド（C11H23CON(C2H4OH)2)
・オレイン酸ジエタノールアミド（C17H33CON(C2H4OH)2)
・ステアリン酸ジエタノールアミド（C17H35CON(C2H4OH)2)
・コカミドDEA （CH3(CH2)nCON(C2H4OH)2、w:Cocamide DEA)
（アルキルグリコシド）
・オクチルグルコシド（C8H17C6H11O6）
・デシルグルコシド（C10H21C6H11O6、w:Decyl glucoside）
・ラウリルグルコシド（C12H25C6H11O6、w:Lauryl glucoside）
（高級アルコール）
・セタノール（C16H33OH、w:Cetyl alcohol)
・ステアリルアルコール（C18H37OH、w:Stearyl alcohol)
・オレイルアルコール（CH3(CH2)7CH=CH(CH2)8OH、w:Oleyl alcohol)
【００８９】
−４．両性界面活性剤−
（アルキルベタイン型）
・ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン（C12H25N+(CH3)2CH2COO-）
・ステアリルジメチルアミノ酢酸ベタイン（C18H37N+(CH3)2CH2COO-）
・ドデシルアミノメチルジメチルスルホプロピルベタイン（C12H25N+(CH3)2(CH2)3SO3-）
・オクタデシルアミノメチルジメチルスルホプロピルベタイン（C18H37N+(CH3)2(CH2)3SO3-）
（脂肪酸アミドプロピルベタイン型）
・コカミドプロピルベタイン（C11H23CONH(CH2)3N+(CH3)2CH2COO-、w:Cocamidopropyl betaine）
・コカミドプロピルヒドロキシスルタイン（C11H23CONH(CH2)3N+(CH3)2CH2CHOHCH2SO3-）
（アルキルイミダゾール型）
・２−アルキル−Ｎ−カルボキシメチル−Ｎ−ヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタイン（RC3H4N2(C2H4OH)CH2COO-〔R：炭素数3〜20のアルキル〕）
（アミノ酸型）
・ラウロイルグルタミン酸ナトリウム（C11H23CON(C2H4COOH)HCHCOONa）
・ラウロイルグルタミン酸カリウム（C11H23CON(C2H4COOH)HCHCOOK）
・ラウロイルメチル-β-アラニン（C11H23CONH(C2H4COOCH3）
（アミンオキシド型）
・ラウリルジメチルアミン−Ｎ−オキシド（C12H25N+(CH3)2O-）
・オレイルジメチルアミン−Ｎ−オキシド（C18H37N+(CH3)2O-）
【００９０】
炭素数３〜２０のアルキル基又は炭素数３〜２０のフッ化アルキル基を有する界面活性剤の分子量としては、６０〜２０００の範囲が好ましく、８０〜１５００の範囲がより好ましい。分子量が６０以上であると、膜面として均一にブロッキング抑制できる点で有利である。分子量が２０００以下であることで、ブロッキングを抑制しつつ、酸性ガス分離性をも確保することができる。
【００９１】
炭素数３〜２０のアルキル基又は炭素数３〜２０のフッ化アルキル基を有する界面活性剤」を含有する促進輸送膜５２Ａを形成する場合、該界面活性剤の含有量としては、促進輸送膜５２Ａの全固形分に対して、０．０１質量％〜１０質量％であることが好ましく、更には０．０１〜３質量％であることが好ましい。「炭素数３〜２０のアルキル基又は炭素数３〜２０のフッ化アルキル基を有する界面活性剤」の含有量が０．０１質量％以上であることで、ブロッキングの発生抑止の効果により優れる。また、該界面活性剤の含有量が１０質量％以下であると、二酸化炭素ガス４４の分離性が良好に保たれる。
【００９２】
［シロキサン構造を有する化合物］
シロキサン構造を有する化合物は、促進輸送膜５２Ａを塗布により塗膜形成した際の膜表面に該表面を覆うように偏在しやすく、ブロッキングの発生抑止に効果がある。シロキサン構造とは、「−Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ−」で示されるシロキサン骨格を部分構造として有していれば、特に制限はない。
【００９３】
シロキサン構造を有する化合物としては、促進輸送膜５２Ａを塗布により塗膜形成したときの表面偏析性を高める観点から、側鎖にシロキサン構造を有する構造単位を含む化合物が好ましい。
【００９４】
分子内にシロキサン構造を導入する際に有用なシロキサン化合物は、上市されている市販品より入手することができ、例えば、信越化学工業社製のＸ−２２−１７３ＤＸ、Ｘ−２２−１７３ＢＸなどの片末端反応性シリコーンが挙げられる。
また、このような化合物は、反応性末端を有するシロキサンとカチオン重合性基を持つ化合物を反応させることで合成することができる。例えば、チッソ社製のサイラプレーンシリーズＦＭ−０４１１，同ＦＭ−０４２１，同ＦＭ−０４２５等の片末端水酸基を持つ化合物とエピクロロヒドリンとから合成することや、特開平１１−８０３１５号公報に記載の方法にて合成することができる。
【００９５】
シロキサン構造を有する化合物を含む促進輸送膜５２Ａを形成する場合、シロキサン構造を有する化合物の含有量としては、促進輸送膜５２Ａの全固形分に対して、０．０１質量％〜１０質量％であることが好ましく、更には０．０１〜３質量％であることが好ましい。シロキサン構造を有する化合物の含有量が０．０１質量％以上であることで、ブロッキングの発生抑止の効果により優れる。また、特定化合物の含有量が１０質量％以下であると、二酸化炭素等の酸性ガスの分離性が良好に保たれる。
【００９６】
（ポリマー粒子）
ポリマー粒子としては、例えば、ポリオレフィン（例：ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテンなど）、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、熱可塑性エラストマー、シリコーンなどの粒子が好適に挙げられる。中でも、均一にブロッキング抑止できる点で、ポリオレフィンの粒子が好ましい。
【００９７】
ポリマー粒子の平均粒子径は、０．０１μｍ〜１０００μｍの範囲とする。ポリマー粒子の粒子径が０．０１μｍ未満であると、粒子が密に詰まりすぎるために、塗膜形成したときの膜表面に占める面積を分離性能を下げずに確保することができない。また、ポリマー粒子の平均粒子径が１０００μｍを超えると、塗膜形成したときの膜表面にポリマーが多く存在し過ぎて、二酸化炭素透過性が低下するとともに、ポリマー粒子が脱落するおそれがある。中でも、ポリマー粒子の平均粒子径としては、０．０２μｍ〜７５０μｍの範囲がより好ましく、更に好ましくは０．０３μｍ〜５００μｍの範囲であり、特に好ましくは０．１μｍ〜５０μｍの範囲である。
ポリマー粒子の粒子径は、大塚電子社製のＦＰＡＲ１０００を用いて測定される値である。
【００９８】
ポリマー粒子の比重は、０．５ｇ／ｃｍ３〜１．３ｇ／ｃｍ３の範囲とする。ポリマー粒子の比重が０．５ｇ／ｃｍ３未満で小さすぎると、膜表面を閉塞しやすく、むしろ二酸化炭素の透過性が損なわれる。また、ポリマー粒子の比重が１．３ｇ／ｃｍ３を超えると、塗布液中に沈降しやすくなり、塗膜形成したときの膜表面にポリマーが存在し難くなることで、ブロッキング抑止効果が低下する。中でも、ポリマー粒子の比重としては、０．５２ｇ／ｃｍ３〜１．２８ｇ／ｃｍ３の範囲がより好ましく、更に好ましくは０．５５ｇ／ｃｍ３〜１．２７ｇ／ｃｍ３の範囲である。
【００９９】
ポリマー粒子は、例えば、水性媒体中にポリマーが液体状態で分散された乳化物（エマルション）、及び水性媒体中にポリマーが固体状態で分散された分散物（サスペンション）の形態で使用することができる。
【０１００】
ポリマー粒子は、上市されている市販品を用いてもよく、例えば、三井化学工業社製のケミパールｗ−３０８、同ｗ−４００、同ｗ−１００、同ｗｐ−１００、同Ａ−１００などを使用することができる。
【０１０１】
促進輸送膜５２Ａがポリマー粒子を含有する場合、促進輸送膜５２Ａ中における総含有量は、促進輸送膜５２Ａの表面におけるポリマー粒子の占有面積が０．１％〜６０％となる量が好ましい。ポリマー粒子による占有面積が０．１％以上であることで、ブロッキングの発生抑止の効果により優れる。また、ポリマー粒子による占有面積が６０％以下であると、ブロッキングが抑止しつつも、酸性ガス分離性を良好に保つことができる。ポリマー粒子の占有面積としては、０．５％〜３０％であるのがより好ましく、１％〜１０％であるのが更に好ましい。
占有面積は、走査型電子顕微鏡（ＪＳＭ６６１０、ＪＥＯＬ社製）を用い、単位面積あたりの粒子被覆率を画像解析することにより求められる。
【０１０２】
ポリマー粒子を用いて促進輸送膜５２Ａを塗布形成する場合、ポリマー粒子は比重が低いため、ポリマー粒子を含有する塗布液を用いて促進輸送膜５２Ａを形成し乾燥する過程において、塗膜表面にポリマー粒子が偏在する。これにより、表面のみに付与するといった特段の処理を行なわなくとも、ポリマー粒子が表面に偏在してブロッキングを防止する。
また、促進輸送膜５２Ａは、ポリマー粒子や上記の特定化合物を含有する第１の塗布液と、ポリマー粒子や特定化合物を含有しない第２の塗布液とをそれぞれ調製し、多孔質支持体５２Ｂ上に第２の塗布液、第１の塗布液の重層順になるように重層塗布することによって、ポリマー粒子や特定化合物を膜面に偏在させてなる層として形成することができる。
これらの化合物やポリマー粒子は、いずれも水溶性高分子化合物層を構成する他の成分と相溶しないために、水溶性高分子化合物層が本来有する分離能を損なうことはない。
【０１０３】
（多孔質支持体）     
促進輸送膜５２Ａと共に二酸化炭素ガス分離部材５２を構成する多孔質支持体５２Ｂは、供給ガス流路用部材５０と同様のものを用いることができる。
【０１０４】
（透過ガス流路用部材）
二酸化炭素ガス分離部材５２と共に積層体１６を構成する透過ガス流路用部材５４は、キャリアと反応して二酸化炭素ガス分離部材５２を透過した二酸化炭素ガス４４を貫通孔３２Ａに向かって案内する部材である。透過ガス流路用部材５４は、スペーサーとしての機能を有し、また透過した二酸化炭素ガス４４を透過ガス流路用部材５４よりも内側に流す機能を有し、さらに後述する接着剤５６を浸透させる機能を有するように、透過ガス流路用部材５４は、供給ガス流路用部材５０と同様に、ネット状の部材が好ましい。透過ガス流路用部材５４の材質は、供給ガス流路用部材５０と同様のものを用いることができる。
【０１０５】
透過ガス流路用部材５４の幅方向両端部は接着剤５８で封止されている一方で、透過ガス流路用部材５４の巻き終わり端部５４Ａはスイープガス３０が導入されるように開放されている。なお、接着剤５８の材料は、接着剤５６と同様のものを用いることができる。
【０１０６】
＜分離モジュールの製造方法＞
次に、本発明の実施形態に係る分離システム１１の製造方法について説明する。図４Ａ〜図４Ｍは、図１に示す分離システム１１の製造工程図である。
【０１０７】
本発明の実施形態に係る分離システム１１の製造方法では、まず、図４Ａに示すように、カプトンテープ又は接着剤等の固定部材６０で、長尺状の透過ガス流路用部材５４の先端部（巻き始め端部）を中心管３２の外周面に固定する。
【０１０８】
次に、図４Ｂに示すように、促進輸送膜５２Ａを内側に二つ折りした長尺状の二酸化炭素ガス分離部材５２に長尺状の供給ガス流路用部材５０を挟み込む。なお、二酸化炭素ガス分離部材５２を二つ折りする際は、二酸化炭素ガス分離部材５２を二分割してもよいが、図４Ｂに示すように、ずらして折ってもよい。
【０１０９】
また、二酸化炭素ガス分離部材５２を二つ折りする際、供給ガス流路用部材５０の巻き終わり端部を接着剤５６で封止し、且つ、供給ガス流路用部材５０と二酸化炭素ガス分離部材５２を接着させる。
【０１１０】
また、二酸化炭素ガス分離部材５２をずらして二つ折りする場合、二つ折りした中で長い方の二酸化炭素ガス分離部材５２は、供給ガス流路用部材５０の巻き終わり端部よりも延伸しており、延伸先の端部（二酸化炭素ガス分離部材５２の巻き終わり端部）の内側表面にも接着剤６２を塗布する。なお、二酸化炭素ガス分離部材５２を二分割して二つ折りする場合接着剤６２は不要である。
【０１１１】
次に、図４Ｃに示すように、二つ折りした二酸化炭素ガス分離部材５２の中で短い方の二酸化炭素ガス分離部材５２の外側表面における幅方向両端部に接着剤５８を塗布する。
【０１１２】
次に、図４Ｄに示すように、中心管３２に固定した透過ガス流路用部材５４の長手方向中央部表面に、接着剤５８及び６２を介して、供給ガス流路用部材５０を挟んだ二酸化炭素ガス分離部材５２を貼り付ける。ここで、接着剤５８は透過ガス流路用部材５４の内部にまで浸透し、後述する図４Ｅに示す接着剤５８の浸透も合わせて透過ガス流路用部材５４の幅方向両端部を封止する。一方で、接着剤６２は、透過ガス流路用部材５４には浸透せず、供給ガス流路用部材５０側にスイープガス３０が浸入するのを防ぐために二酸化炭素ガス分離部材５２と透過ガス流路用部材５４を接着するに留まっている。これにより供給ガス流路用部材５０、二酸化炭素ガス分離部材５２、透過ガス流路用部材５４を含む積層体２６が形成される。
【０１１３】
次に、図４Ｅに示すように、透過ガス流路用部材５４に貼り付けた二酸化炭素ガス分離部材５２の表面（貼り付け面とは逆の面）に対して、幅方向両端部に接着剤５８を塗布する。
【０１１４】
次に、透過ガス流路用部材５４で貫通孔３２Ａを覆うように、中心管３２に積層体２６を図中矢印Ｃ方向に多重に巻き付ける。
【０１１５】
次に、図４Ｆに示すように、積層体２６から延伸する透過ガス流路用部材５４にテンションをかける。そして、積層体２６周辺の透過ガス流路用部材５４にホットメルト７０を塗布する。
【０１１６】
次に、図４Ｇに示すように、積層体２６から延伸する透過ガス流路用部材５４をさらに積層体２６に巻いて、ホットメルト７０を介して固定し、ホットメルト７０より先に延伸する透過ガス流路用部材５４をカットする。なお、ホットメルト７０を塗布する際、透過ガス流路用部材５４の巻き終わり端部５４Ｃ全体が封止されないように量及び面積を調整する。また、巻き終わり端部５４Ｃ全体が封止されないように、透過ガス流路用部材５４の幅方向両端部にホットメルト７０を塗布することが好ましい。また、巻き終わり端部５４Ｃ全体が封止されないように、ホットメルト７０の塗布面積は小さいほど好ましい。
【０１１７】
次に、図４Ｈに示すように、中心管３２に巻き付けた積層体２６の最外周に被覆部材４０としてのカプトンテープ４０Ａを巻き付ける。なお、この際、積層体２６及びカプトンテープ４０Ａの幅方向の長さが長い場合には、その幅方向両端部をカットするようにしてもよい。この場合、透過ガス流路用部材５４の幅方向両端部に浸透させる接着剤５８もカットを考慮して、当該幅方向両端部の内側寄りに塗布するようにする。
【０１１８】
次に、図４Ｉに示すように、カプトンテープ４０Ａにスイープガス３０の導入口４０Ｃを形成する。この際、透過ガス流路用部材５４の巻き終わり端部５４Ａが露出するように導入口４０Ｃを形成する。
【０１１９】
次に、図４Ｊに示すように、テレスコープ防止板４２を積層体２６及びカプトンテープ４０Ａの両側端部に取り付ける。
【０１２０】
次に、図４Ｋに示すように、導入口４０Ｃの少なくとも一部が露出するようにカプトンテープ４０Ａにおける管軸方向Ａの中央部を挟んで、カプトンテープ４０Ａにおける管軸方向Ａの外周面両端部をカバー４０Ｂで覆う。
【０１２１】
以上の工程を経ることにより、本発明の実施形態に係る分離モジュール１４が得られる。
【０１２２】
次に、図４Ｌに示すように、分離モジュール１４におけるテレスコープ防止板４２の外周面にＯリング１５を嵌め込む。
【０１２３】
最後に、図４Ｍに示すように、Ｏリング１５を介して分離モジュール１４を圧力容器１２の収納部１６の内周面に嵌め込んで収納部１６内に収納する。
【０１２４】
以上の工程を経ることにより、本発明の実施形態に係る分離システム１１が得られる。
【０１２５】
＜作用＞
次に、本発明の実施形態の参考例に係る作用について説明する。
【０１２６】
図７は、本発明の実施形態の参考例に係る分離モジュールにおいて、積層体２６を正面に広げた状態を示す模式図である。
【０１２７】
参考例に係る分離モジュール１００は、中心管３２の外周面に積層体２６が巻きつけられている。積層体２６中の透過ガス流路用部材１０２は、実施形態に係る透過ガス流路用部材５４と異なり、幅方向両端部１０２Ａだけでなく巻き終わり端部１０２Ｂも接着剤１０４で封止されている。また、中心管３２の中央内部には、当該中央内部を遮断する仕切部材１０６が設けられている。
【０１２８】
このような構成の分離モジュール１００では、一端部側から積層体２６に二酸化炭素ガス４４を含む原料ガス２８（又は残余のガス４６）が供給される。原料ガス２８が供給されると、促進輸送膜５２Ａの構成により、原料ガス２８を二酸化炭素ガス４４と残余のガス４６に分離して二酸化炭素ガス４４は透過ガス流路用部材１０２及び貫通孔３２Ａを通って中心管３２から、残余のガス４６は他端部側の積層体２６から別々に排出する。
【０１２９】
この際、スイープガス３０が、中心管３２の一端部側から供給され、仕切部材１０６に当り、貫通孔３２Ａを通って、透過ガス流路用部材１０２内に流入する。流入したスイープガス３０は、透過ガス流路用部材１０２内に流れる二酸化炭素ガス４４をスイープしながら、二酸化炭素ガス４４とともに仕切部材１０６を越えて、再び貫通孔３２Ａを通って、中心管３２の他端部側から排出される。
【０１３０】
しかしながら、透過ガス流路用部材内の、例えば幅方向両端部１０２Ａの接着剤１０４による封止部分と巻き終わり端部１０２Ｂの接着剤１０４による封止部分との交差する近傍等の箇所にスイープガス３０が行き渡らないため、同箇所で二酸化炭素ガス４４の滞留が起こり、二酸化炭素ガス４４の分離効率を十分に高めることができない。
【０１３１】
そこで、本発明の実施形態に係る作用について図１、図２、図３及び図５を用いて説明する。
【０１３２】
図５は、本発明の実施形態に係る分離モジュール１４において、積層体２６を正面に広げた状態を示す模式図である。
【０１３３】
まず、図１に示すように、分離システム１１では、原料ガス供給口１８から原料ガス２８が圧力容器１２の収納部１６内に供給される。収納部１６内に供給された原料ガス２８は、分離モジュール１４の積層体２６の一方の側端部２６Ａに供給される。また、スイープガス供給口２０からスイープガス３０が圧力容器１２の収納部１６内に、原料ガス２８の供給方向とは略直角方向で供給される。収納部１６内に供給されたスイープガス３０は、分離モジュール１４の被覆部材４０に形成された導入口４０Ｃに供給される。
【０１３４】
ここで、分離モジュール１４の積層体２６は、図２に示すように、被覆部材４０によって覆われており、また被覆部材４０の導入口４０Ｃも外部からスイープガス３０が導入される。このため、そのスイープガス３０のガス圧により、積層体２６の一方の側端部２６Ａから供給ガス流路用部材５０に供給された原料ガス２８は、図３に示すように、原則途中で外側に流れ出すことなく、供給ガス流路用部材５０を通過して収納部１６へ排出され、原料ガス排出口２２から圧力容器１２の外部へ排出される。この供給ガス流路用部材５０を通過する原料ガス２８中の二酸化炭素ガス４４は、二酸化炭素ガス分離部材５２の促進輸送膜５２Ａを透過して分離され、透過ガス流路用部材５４及び貫通孔３２Ａを介して中心管３２に集積され、中心管３２の排出口３２Ｂを介してスイープガス排出口２４から圧力容器１２の外部へ排出される。
【０１３５】
そして、透過ガス流路用部材５４を二酸化炭素ガス４４が流れる際、被覆部材４０（カプトンテープ４０Ａ）の導入口４０Ｃから開放された透過ガス流路用部材５４の巻き終わり端部５４Ａを介して透過ガス流路用部材５４の内部へスイープガス３０が導入され中心管３２に向かうため、図５に示すように、スイープガス３０が二酸化炭素ガス４４をスイープしながら透過ガス流路用部材５４の内部に行き渡る。これにより、透過ガス流路用部材５４の内部での二酸化炭素ガス４４の滞留を抑制して、二酸化炭素ガス４４の分離効率を高くすることができる。
【０１３６】
また、図３に示すように、本発明の実施形態に係る分離モジュール１４によれば、透過ガス流路用部材５４の幅方向両端部は封止されているため、この幅方向両端部からスイープガス３０や二酸化炭素ガス４４が流出することがなく、透過ガス流路用部材５４の内部をまんべんなく流れる。
【０１３７】
また、図３に示すように、本発明の実施形態に係る分離モジュール１４によれば、スイープガス３０が被覆部材４０の導入口４０Ｃを介して開放された透過ガス流路用部材５４の巻き終わり端部５４Ａから導入されても、供給ガス流路用部材５０の巻き終わり端部は接着剤５６で封止されているため供給ガス流路用部材５０の内部にはスイープガス３０が導入されない。したがって、スイープガス３０によって、供給ガス流路用部材５０に供給される原料ガス２８が乱されてしまうことを回避できる。
【０１３８】
また、図２に示すように、本発明の実施形態に係る分離モジュール１４によれば、導入口４０Ｃからは、透過ガス流路用部材５４の巻き終わり端部５４Ａが露出しているため、スイープガス３０が被覆部材４０の内部を通ることなく巻き終わり端部５４Ａへ導入され易い。
【０１３９】
また、図１に示すように、本発明の実施形態に係る分離システム１１によれば、原料ガス供給口１８は収納部１６の一方の側端部１６Ａに設けられ、スイープガス供給口２０は収納部１６の外周部１６Ｂに設けられているため、原料ガス２８とスイープガス３０の供給方向が略直角となるので、スイープガス３０が透過ガス流路用部材５４内に流れる二酸化炭素ガス４４をスイープし易くなる。
【０１４０】
また、図１に示すように、本発明の実施形態に係る分離システム群１０によれば、各圧力容器１２のスイープガス供給口２０のうち、一のスイープガス供給口２０はスイープガス供給源３６に繋がれ、残りのスイープガス供給口２０は他の圧力容器１２のスイープガス排出口２４に繋がれている。このため、各圧力容器１２のスイープガス供給口２０に個別のスイープガス供給源３６を繋げる場合に比べて、スイープガス供給源３６を削減することができる。
【０１４１】
＜変形例＞
なお、本発明を複数の実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかである。また、上述の実施形態や下記の変形例は、適宜、組み合わせて実施可能である。
【０１４２】
例えば、分離部材として促進輸送膜３８Ａを用いる場合を説明したが、他の分離部材を用いてもよい。他の分離膜としては、例えば、溶解拡散型の膜やクヌーセン拡散型の膜、分子ふるい型の膜、表面拡散型の膜などが挙げられる。
【０１４３】
また、分離部材が分離する原料ガス２８のガス成分も二酸化炭素４４に限られず、水素等の他の気体であってもよい。
【０１４４】
また、分離モジュール１４では、原料ガス２８の供給方向と中心管３２からのスイープガス３０及び二酸化炭素ガス４４の排出方向が逆である場合を説明したが、供給方向と排出方向が同じであってもよい。
また、本実施形態のように、スイープガス３０が導入口４０Ｃから導入される場合、二酸化炭素ガス分離部材５２の表裏の全圧をかなり近くできるので、積層体１６からのリークが抑制され、供給ガス流路用部材５０や透過ガス流路用部材５４の流れ方向を取り替えることができる。
【０１４５】
また、分離モジュール１４では、導入口４０Ｃから透過ガス流路用部材５４の巻き終わり端部５４Ａが露出している場合を説明したが、露出していなくてもよい。この場合であっても、スイープガス３０は導入口４０Ｃから被覆部材４０（カプトンテープ４０Ａ）の内部を通って、導入口４０Ｃに流れ込む。
【０１４６】
また、供給ガス流路用部材５０の巻き終わり端部は接着剤５６で封止されている場合を説明したが、開放されていてもよい。ただし、供給ガス流路用部材５０に供給される原料ガス２８を乱さないという観点から、供給ガス流路用部材５０の巻き終わり端部は封止した方が好ましい。なお、封止の仕方は、接着剤を浸透させる方法に限定されず、両面テープを貼り付ける方法等であってもよい。
【０１４７】
また、カプトンテープ４０Ａを覆うカバー４０Ｂは、導入口４０Ｃが露出するようにカプトンテープ４０Ａにおける管軸方向Ａの中央部を挟んで、カプトンテープ４０Ａにおける管軸方向Ａの外周面両端部を覆っている場合を説明した。しかしながら、カバー４０Ｂの構成は上記に限定されない。例えば、カバー４０Ｂの代わりに図６に示すようなカバー４０Ｄを用いてもよい。このカバー４０Ｄは、原則カプトンテープ４０Ａの全域を覆い、導入口４０Ｃを含む一部のカプトンテープ４０Ａが露出するように、導入口４０Ｅが形成されている。
【０１４８】
また、被覆部材４０は二層構造である場合を説明したが、一層であっても三層以上であってもよい。
【実施例】
【０１４９】
以下、本発明について実施例に基づきさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定して解釈されるものではない。
【０１５０】
＜分離モジュール１＞
クラストマーＡＰ-２０（クラレ社製）：２．４重量％、２５％グルタルアルデヒド水溶液（Ｗａｋｏ社製）：０．０１重量％を含む水溶液に、１Ｍ塩酸をｐＨ１になるまで添加し、架橋後、キャリアとしての４０％炭酸セシウム（稀産金属社製）水溶液を炭酸セシウム濃度が６重量％になるように、添加した。さらに、１％ラピゾールＡ−９０（日油社製）が０．００３重量％になるように添加し、昇温後、別に調液しておいた寒天水溶液を加え、塗布組成物とした。
【０１５１】
この塗布組成物を、ＰＴＦＥ/ＰＰ不織布（ＧＥ社製）を多孔質支持体として、塗布・乾燥させることで、促進輸送膜と多孔質支持体からなる二酸化炭素ガス分離部材を作製した。
【０１５２】
次に、作製した二酸化炭素ガス分離部材を、促進輸送膜を内側にして二つ折りした。二つ折りした谷部にカプトンテープをはり、供給ガス流路用部材の端部が膜谷部の面状を傷つけないように補強した。そして、二つ折りした二酸化炭素ガス分離部材に、供給ガス流路用部材として厚み０．５ｍｍのポリプロピレン製ネットを挟み込んだ。なお、このポリプロピレン製ネットの巻き終わり端部は接着剤で封止されている。
この二酸化炭素ガス分離部材裏面の幅方向両端部に接着剤（（スリーボンド社製）ＴＢ２０８８Ｅ）を塗り、トリコット編みのエポキシ含浸ポリエステル製透過ガス流路部材を重ね、これら積層体を中心管の周りに多重に巻き付けた。なお、この透過ガス流路部材の幅方向両端部は接着剤で封止されている。さらに、積層体にカプトンテープを巻き付け、このカプトンテープに積層体の一部が露出するようにスイープガスの導入口を設けた。次に、テレスコープ防止板を積層体及びカプトンテープの両側端部に取り付けた。そして、導入口の少なくとも一部が露出するようにカプトンテープにおける管軸方向の中央部を挟んで、カプトンテープにおける管軸方向の外周面両端部をカバーで覆った。
これにより、分離モジュール１（図２参照）を作製した。かかる分離モジュール１の膜面積は０．０５ｍ２であった。
【０１５３】
作製した分離モジュール１を、原料ガス供給口に対して垂直方向にスイープガス供給口がある、圧力容器に収納して、分離システム１を得た。
【０１５４】
＜分離モジュール２＞
ポリプロピレン製ネットの巻き終わり端部を接着剤で封止しない以外は、分離モジュール１と同様に、分離モジュール２を作製した。作製した分離モジュール２を、原料ガス供給口に対して垂直方向にスイープガス供給口がある、圧力容器に収納して、分離システム２を得た。
【０１５５】
＜分離モジュール３＞
中心管に仕切部材を設け、透過ガス流路部材の幅方向両端部を接着剤で封止するだけでなく、透過ガス流路部材の巻き終わり端部も接着剤で封止して、分離モジュール３（図７参照）を作製した。作製した分離モジュール３を、原料ガス供給口に対してスイープガス供給口が平行にある、圧力容器に収納して、分離システム３を得た。
【０１５６】
＜ガス分離評価＞
作製した各分離システム１〜３を用いて、原料ガスとスイープガスを流し、ガス分離評価を行った結果を実施例と比較例に分けて表１に示す。なお、ガス分離評価は、透過してきた二酸化炭素ガスをガスクロマトグラフで分析し、ＣＯ２透過速度（Ｐ（ＣＯ２））とＣＯ２／Ｈ２分離係数（α）を算出した。
【０１５７】
ここで、ガス条件は全例とも同一で下記に示す条件である。
【０１５８】
−ガス条件−
原料ガス供給口で供給する原料ガスは、Ｈ２：ＣＯ２：Ｈ２Ｏ＝４５：５：５０の原料ガス（流量２．２Ｌ／ｍｉｎ）とし、温度１３０℃、全圧３０１．３ｋＰａで供給する。スイープガス供給口から供給するスイープガスは、表１に示す条件とする。
【０１５９】
【表１】
2014069147.tif 000004
【０１６０】
表１に示すように、実施例１〜５に係る分離システムは、比較例１及び比較例２に係る分離システムよりも、ＣＯ２透過速度（Ｐ（ＣＯ２））とＣＯ２／Ｈ２分離係数（α）が飛躍的に向上していることが分かる。
【０１６１】
また、実施例１〜４に係る分離システムは、実施例５に係る分離システムに比べ、ＣＯ２透過速度（Ｐ（ＣＯ２））とＣＯ２／Ｈ２分離係数（α）が向上していることが分かる。
【符号の説明】
【０１６２】
１０    分離システム群
１１    分離システム
１２    圧力容器
１４    分離モジュール
１６    積層体
１８    原料ガス供給口（ガスの供給口）
２０    スイープガス供給口（スイープガスの供給口）
２２    原料ガス排出口（ガスの排出口）
２４    スイープガス排出口（スイープガスの排出口）
２６    積層体
２８    原料ガス（ガス）
３０    スイープガス
３２    中心管（管体）
３２Ａ  貫通孔
３４    原料ガス供給源
３６    スイープガス供給源
３８Ａ  促進輸送膜
４０Ｃ  導入口
４０    被覆部材
４４    二酸化炭素ガス（ガス成分）
５０    供給ガス流路用部材
５２    二酸化炭素ガス分離部材（分離部材）
５２Ａ  促進輸送膜
５２Ｂ  多孔質支持体
５４    透過ガス流路用部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｈ】
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【図４Ｉ】
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【図４Ｊ】
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【図４Ｋ】
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【図４Ｌ】
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【図４Ｍ】
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【図６】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図５】
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【図７】
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