(57)【要約】【課題】実用化に値する高い透過性選択性を有するガス分離膜を得ること。【解決手段】ガス分離膜において、表面粗さを所望の範囲内にすること、分離層上に無機材料もしくは有機材料から成る保護層を形成すること、分離層を多孔質基材膜上に配置し、多孔質基材膜の分離層側に、所望の厚みの含浸層を形成することのいずれかを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも無機層から成る分離層を具備し、表面粗さが１０μｍ以下であることを特徴とする、ガス分離膜。
【請求項２】
前記分離層の細孔径が０．１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である、請求項１に記載のガス分離膜。
【請求項３】
前記分離層の結晶粒径が１０ｎｍ以上１０μｍ以下である、請求項１または２に記載のガス分離膜。
【請求項４】
前記分離層の結晶粒界間隔が０．３ｎｍ以上１μｍ以下である、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のガス分離膜。
【請求項５】
前記分離層の厚みが、１０ｎｍ以上１０μｍ以下であり、
前記無機層が金属有機構造体、ゼオライト、カーボンのいずれかを含む、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のガス分離膜。
【請求項６】
無機層から成る分離層と、該分離層上に形成された保護層とを具備することを特徴とするガス分離膜。
【請求項７】
前記保護層が、無機材料を含む、請求項６に記載のガス分離膜。
【請求項８】
前記無機材料が、金属有機構造体、ゼオライトのいずれかを含む、請求項７に記載のガス分離膜。
【請求項９】
前記保護層が、有機材料を含む、請求項６に記載のガス分離膜。
【請求項１０】
前記有機材料が、非晶質ポリテトラフルオロエチレン、シリコーン、マイクロポーラスポリマーのいずれかを含む、請求項９に記載のガス分離膜。
【請求項１１】
前記分離層が、多孔質基材膜上に形成されている、請求項６から請求項１０のいずれか一項に記載のガス分離膜。
【請求項１２】
前記保護層の厚さが１００μｍ以下である、請求項６から請求項１１のいずれか一項に記載のガス分離膜。
【請求項１３】
前記保護層の厚さの、前記分離層の厚さに対する比（保護層の厚さ／分離層の厚さ）が５０以下である、請求項６から請求項１２のいずれか一項に記載のガス分離膜。
【請求項１４】
前記分離層及び保護層の細孔径が０．１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である、請求項６から請求項１３のいずれか一項に記載のガス分離膜。
【請求項１５】
前記保護層の細孔径の、前記分離層の細孔径に対する比（保護層の細孔径／分離層の細孔径）が５以下である、請求項６から請求項１４のいずれか一項に記載のガス分離膜。
【請求項１６】
前記分離層及び保護層の結晶粒径が１０ｎｍ以上１０μｍ以下である、請求項６から請求項１５のいずれか一項に記載のガス分離膜。
【請求項１７】
前記保護層の結晶粒径の、前記分離層の結晶粒径に対する比（保護層の結晶粒径／分離層の結晶粒径）が１００以下である、請求項６から請求項１６のいずれか一項に記載のガス分離膜。
【請求項１８】
前記分離層及び保護層の結晶粒界間隔が０．３ｎｍ以上１μｍ以下である、請求項６から請求項１７のいずれか一項に記載のガス分離膜。
【請求項１９】
前記保護層の結晶粒界間隔の、前記分離層の結晶粒界間隔に対する比（保護層の結晶粒界間隔／分離層の結晶粒界間隔）が１００以下である、請求項６から請求項１８のいずれか一項に記載のガス分離膜。
【請求項２０】
前記分離層の厚みが、１０ｎｍ以上１０μｍ以下であり、
前記無機層が金属有機構造体、ゼオライト、カーボンのいずれかを含む、
請求項６から請求項１９のいずれか一項に記載のガス分離膜。
【請求項２１】
多孔性基材膜上に、無機層から成る分離層を具備し、
前記多孔性基材膜の前記分離層側には、該分離層が含侵して成る含浸層が形成されており、
前記含浸層の厚さが１００μｍ以下であることを特徴とするガス分離膜。
【請求項２２】
前記含浸層の厚さの、前記分離層の厚さに対する比（含浸層の厚さ／分離層の厚さ）が５以下である、請求項２１に記載のガス分離膜。
【請求項２３】
前記分離層の細孔径が０．１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である、請求項２１または２２に記載のガス分離膜。
【請求項２４】
前記分離層の結晶粒径が１０ｎｍ以上１０μｍ以下である、請求項２１から請求項２３のいずれか一項に記載のガス分離膜。
【請求項２５】
前記分離層の結晶粒界間隔が０．３ｎｍ以上１μｍ以下である、請求項２１から請求項２４のいずれか一項に記載のガス分離膜。
【請求項２６】
前記分離層の厚みが、１０ｎｍ以上１０μｍ以下であり、
前記無機層が金属有機構造体、ゼオライト、カーボンのいずれかを含む、
請求項２１から請求項２５のいずれか一項に記載のガス分離膜。
【請求項２７】
前記ガス分離膜がオレフィンガス分離膜である、請求項１から請求項２６のいずれか一項に記載のガス分離膜。
【請求項２８】
前記オレフィンガスが、プロピレン、エチレン、ブタジエン、イソブテンのいずれかである、請求項２７に記載のガス分離膜。
【請求項２９】
前記分離層が、多孔質基材膜上に形成された、請求項１から請求項２８のいずれか一項に記載のガス分離膜。
【請求項３０】
前記多孔質基材膜が、アルミナ、ジルコニア、チタニア、マグネシア、ゼオライトのいずれかを含む、請求項２９に記載のガス分離膜。
【請求項３１】
前記多孔質基材膜の平均孔径が１０ｎｍ以上１μｍ以下である、請求項２９または請求項３０に記載のガス分離膜。
【請求項３２】
前記多孔質基材膜が、中空チューブ構造を有している、請求項２９から請求項３１のいずれか一項に記載のガス分離膜。
【請求項３３】
前記中空チューブの外径が、２ｍｍ以上５ｃｍ以下である、請求項３２に記載のガス分離膜。
【請求項３４】
前記オレフィンガスが、プロピレンであり、
前記プロピレンガスの透過性が、１０ＧＰＵ以上１，０００ＧＰＵ以下であり、
プロピレン／プロパンの選択性が１０以上５００以下である、
請求項２８に記載の、ガス分離膜。
【請求項３５】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のガス分離膜の製造方法であって、少なくとも下記工程；
前記分離層を構成する材料を溶媒に溶解させ、第１の原料溶液と第２の原料溶液を製造する工程；
前記第１の原料溶液と前記第２の原料溶液とを接触させることにより前記分離層を形成する工程；
を含むことを特徴とする、ガス分離膜の製造方法。
【請求項３６】
前記第１の原料溶液と前記第２の原料溶液とを接触させることにより得られる生成物が金属有機構造体である、請求項３５に記載のガス分離膜の製造方法。
【請求項３７】
請求項６から請求項２０のいずれか一項に記載のガス分離膜の製造方法であって、少なくとも下記工程；
前記分離層を構成する材料を溶媒に溶解させ、第１の原料溶液と第２の原料溶液を製造する工程；
前記第１の原料溶液と前記第２の原料溶液とを接触させることにより前記分離層を形成する工程；および
前記分離層上に前記保護層を形成する工程；
を含むことを特徴とする、ガス分離膜の製造方法。
【請求項３８】
前記第１の原料溶液と前記第２の原料溶液とを接触させることにより得られる生成物が、金属有機構造体である、請求項３７に記載のガス分離膜の製造方法。
【請求項３９】
請求項２１から請求項２６のいずれか一項に記載のガス分離膜の製造方法であって、少なくとも下記工程；
前記分離層を構成する材料を溶媒に溶解させ、第１の原料溶液と第２の原料溶液を製造する工程；
前記第１の原料溶液と前記第２の原料溶液とを接触させることにより前記分離層を形成する工程；
前記多孔質基材膜の前記分離層側に前記含浸層を形成する工程；
を含むことを特徴とする、ガス分離膜の製造方法。
【請求項４０】
前記第１の原料溶液と第２の原料溶液とを接触させることにより得られる生成物が金属有機構造体である、請求項３９に記載のガス分離膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い分離性能と高い透過性とを両立できるガス分離膜に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガス分離膜による気体の分離濃縮は、蒸留法、高圧吸着法などと比べ、エネルギー効率に優れ、かつ安全性の高い方法である。最近では、ガス分離膜を用いて、合成ガス、天然ガスなどから、温室効果ガスである二酸化炭素を除去回収する方法についても、盛んに検討が行われている（例えば特許文献１、２、３参照）。
分離膜の一般的な形態は、多孔質支持体の表面上に、ガス分離能を有するガス分離活性層を配置した構成を有する。この形態は、ガス分離活性層にある程度の強度を付与しつつ、気体の透過量を多くすることに有効である。この場合の分離層は、非多孔質の高分子を含有する層であることが多い。
【０００３】
一般に、ガス分離膜の性能は、透過速度および分離係数を指標として表される。透過速度は、（気体の透過係数）／（分離層の厚み）で表される。前記式から明らかなように、透過速度の大きな膜を得るための方策としては、ガス分離活性層の厚みを薄くすること（例えば特許文献４、５参照）、気体の透過係数を高くすることなどが挙げられる。即ち、透過係数および分離係数の大きな素材を用い、これを極限まで薄膜化させることが、効率的な膜プロセスを得るために重要である。分離係数は、分離しようとする２種の気体の透過速度の比で表され、ガス分離膜を構成するガス分離性高分子に依存する値である。
【０００４】
ガス分離膜の膜構造は、一般に、多孔質支持体の上に、ガス分離能を有するガス分離活性層が積層された非対称構造をとっている。多孔質支持体には気体を分離する能力はなく、ガス分離能を有するガス分離活性層を支える支持体として機能する。ガス分離活性層の厚みはミクロンオーダーである。ガス分離活性層をさらに薄膜化することは、モジュール当たりの生産性を高め、分離設備をコンパクトにする観点から有意義である。
【０００５】
無機膜は、高い耐久性を有する。無機膜の格子サイズによりガスが分子ふるい的に透過するので、優れた選択性を示す。それゆえ、ガス分離膜として有望な材料といえる。無機膜を活用し種々の特定ガス成分を分離するべく、多くの研究が活発に行われている。無機膜の素材としてはゼオライトや、金属有機構造体（ＭＯＦ：Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ）が注目されている。
【０００６】
ＭＯＦは、金属塩が溶液に溶解して生じる金属イオンと、その金属イオンと配位結合を形成できる有機配位子が、配位結合を形成して生成する、結晶性の規則的な多孔質物質である。金属イオンと有機配位子の組み合わせから多くの種類が報告されている。ＭＯＦは有機配位子を変更することで様々な細孔径を規則的にデザインできるため、分離材料として開発が進められている。
【０００７】
例えば非特許文献１では、多孔質α−アルミナ基材の表面において金属有機構造体（ＭＯＦ）の結晶を形成した膜である複合多孔質体が報告されている。ここでは、金属塩と有機配位子の両方を含む溶液に多孔質α−アルミナ基材を浸漬し、水熱合成を行って多孔質α−アルミナ基材の表面にＭＯＦの一種であるＭＯＦ−５の結晶を形成している。
【０００８】
非特許文献２においては、ＭＯＦの微小な結晶を含む溶液を高温に熱した多孔質α−アルミナ基材に滴下して微小な結晶を表面に付着させ、さらに金属塩と有機配位子の両方を含む溶液に浸漬して水熱合成を行って多孔質α−アルミナ基材の表面にＭＯＦの一種であるＣｕ−ＢＴＣの結晶を形成している。
【０００９】
特許文献６においては、多孔質アルミナ膜の両面から金属塩と有機配位子のそれぞれの水溶液を供給して合成を行っている。二種類の水溶液が膜面を透過して混合し多孔質アルミナ膜の表面において、ＭＯＦの一種であるＺＩＦ−８の結晶を形成している。
【００１０】
一方、ゼオライトと総称される結晶性アルミノケイ酸塩は、一つの結晶内に分子サイズの細孔を有している。また、その結晶構造により、ＬＴＡ（Ａ型）、ＭＦＩ（ＺＳＭ−５型）、ＭＯＲ、ＦＥＲ、ＦＡＵ（Ｘ型、Ｙ型）といった数多くの種類が存在する。このような特異な高次構造を備えたゼオライトは、形状選択機能（分子ふるい機能）、吸着／分離精製機能、イオン交換機能、固体酸機能、触媒機能などを発揮するので、広い産業分野で利用されている。
【００１１】
ゼオライト膜を分離、濃縮に使用する場合、通常、支持体上に膜状にゼオライトを形成させたゼオライト膜複合体が用いられている。ゼオライト膜を用いた分離法として、例えば、有機物と水との混合物をＡ型ゼオライト膜複合体でパーベーパレーション法により水を選択的に透過させてアルコールを濃縮する方法（例えば特許文献７参照）や、モルデナイト型ゼオライト膜複合体を用いてアルコールと水の混合系から水を選択的に透過させてアルコールを濃縮する方法（例えば特許文献８参照）、ＮａＸ型ゼオライト膜を用いたアルコールとＭＴＢＥを分離する方法（例えば特許文献９参照）などが提案されている。
【００１２】
ＭＦＩ型ゼオライトによりパラキシレンを選択的に分離し、オルトキシレンとメタキシレンを阻止する、キシレン異性体の分離（例えば特許文献１０参照）が開示されている。
【００１３】
オレフィンとパラフィン混合流体から、ＮａＸ型（ＦＡＵ）ゼオライト膜複合体を用いたオレフィンの分離について記載されている（例えば特許文献１１参照）。
【００１４】
このようにゼオライト、ＭＯＦ、さらにはシリカライト、カーボンといった無機膜は、研究例が多い。無機膜を実用化するには透過性と選択性を高める必要があるが、その両立は困難である。なぜなら、透過性と選択性のそれぞれに寄与する因子が十分に解明されていない上、その因子を制御できる製造方法が確立されていないためである。
透過性を向上する一般的手法として、薄膜化検討が行われることが多い。しかし、無機膜を薄膜化すると分離層作製時に選択性が十分に発現されない粒界が形成されることが多い。そのため、薄膜化による透過性向上には限界がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】国際公開第２０１４／１５７０６９号
【特許文献２】特開２０１１―１６１３８７号公報
【特許文献３】特開平９―８９８号公報
【特許文献４】特許第５５０７０７９号公報
【特許文献５】特許第５０１９５０２号公報
【特許文献６】米国特許出願公開第２０１５／０２５１１３９号明細書
【特許文献７】特開平７−１８５２７５号公報
【特許文献８】特開２００３−１４４８７１号公報
【特許文献９】特許第３７５４５２０号公報
【特許文献１０】特表２００２−５３７９９０号公報
【特許文献１１】特開２０１５−１７４０８１号公報
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】Ｍｉｃｒｏｐｏｒｏｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ２００９，１１８，２９６．
【非特許文献２】Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ２０１０，２０，３９３８．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上記のように、一般的に、高い透過性と選択性を両立できる無機膜を製造することは困難である。本発明は、このような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、本発明の課題は、高い透過性と選択性を両立できる無機膜を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明者らは、上記の課題を解決するために、鋭意検討を行った。その結果、少なくとも無機層からなる分離層を有するガス分離膜において、以下のいずれかを具備すること；
ａ）表面粗さを所望の範囲内にすること；
ｂ）分離層上に無機材料もしくは有機材料から成る保護層を形成すること；
ｃ）分離層を多孔質基材膜上に配置し、多孔質基材膜の分離層側に、所望の厚みの含浸層を形成すること；
によって、上記目的を達成し得ることを見出した。
すなわち本発明は、以下のとおりである。
［１］
少なくとも無機層から成る分離層を具備し、表面粗さが１０μｍ以下であることを特徴とする、ガス分離膜。
［２］
前記分離層の細孔径が０．１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である、［１］に記載のガス分離膜。
［３］
前記分離層の結晶粒径が１０ｎｍ以上１０μｍ以下である、［１］または［２］に記載のガス分離膜。
［４］
前記分離層の結晶粒界間隔が０．３ｎｍ以上１μｍ以下である、［１］から［３］のいずれかに記載のガス分離膜。
［５］
前記分離層の厚みが、１０ｎｍ以上１０μｍ以下であり、
前記無機層が金属有機構造体、ゼオライト、カーボンのいずれかを含む、
［１］から［４］のいずれかに記載のガス分離膜。
［６］
無機層から成る分離層と、該分離層上に形成された保護層とを具備することを特徴とするガス分離膜。
［７］
前記保護層が、無機材料を含む、［６］に記載のガス分離膜。
［８］
前記無機材料が、金属有機構造体、ゼオライトのいずれかを含む、［７］に記載のガス分離膜。
［９］
前記保護層が、有機材料を含む、［６］に記載のガス分離膜。
［１０］
前記有機材料が、非晶質ポリテトラフルオロエチレン、シリコーン、マイクロポーラスポリマーのいずれかを含む、［９］に記載のガス分離膜。
［１１］
前記分離層が、多孔質基材膜上に形成されている、［６］から［１０］のいずれかに記載のガス分離膜。
［１２］
前記保護層の厚さが１００μｍ以下である、［６］から［１１］のいずれかに記載のガス分離膜。
［１３］
前記保護層の厚さの、前記分離層の厚さに対する比（保護層の厚さ／分離層の厚さ）が５０以下である、［６］から［１２］のいずれかに記載のガス分離膜。
［１４］
前記分離層及び保護層の細孔径が０．１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である、［６］から［１３］のいずれかに記載のガス分離膜。
［１５］
前記保護層の細孔径の、前記分離層の細孔径に対する比（保護層の細孔径／分離層の細孔径）が５以下である、［６］から［１４］のいずれかに記載のガス分離膜。
［１６］
前記分離層及び保護層の結晶粒径が１０ｎｍ以上１０μｍ以下である、［６］から［１５］のいずれかに記載のガス分離膜。
［１７］
前記保護層の結晶粒径の、前記分離層の結晶粒径に対する比（保護層の結晶粒径／分離層の結晶粒径）が１００以下である、［６］から［１６］のいずれかに記載のガス分離膜。
［１８］
前記分離層及び保護層の結晶粒界間隔が０．３ｎｍ以上１μｍ以下である、［６］から［１７］のいずれかに記載のガス分離膜。
［１９］
前記保護層の結晶粒界間隔の、前記分離層の結晶粒界間隔に対する比（保護層の結晶粒界間隔／分離層の結晶粒界間隔）が１００以下である、［６］から［１８］のいずれかに記載のガス分離膜。
［２０］
前記分離層の厚みが、１０ｎｍ以上１０μｍ以下であり、
前記無機層が金属有機構造体、ゼオライト、カーボンのいずれかを含む、
［６］から［１９］のいずれかに記載のガス分離膜。
［２１］
多孔性基材膜上に、無機層から成る分離層を具備し、
前記多孔性基材膜の前記分離層側には、該分離層が含侵して成る含浸層が形成されており、
前記含浸層の厚さが１００μｍ以下であることを特徴とするガス分離膜。
［２２］
前記含浸層の厚さの、前記分離層の厚さに対する比（含浸層の厚さ／分離層の厚さ）が５以下である、［２１］に記載のガス分離膜。
［２３］
前記分離層の細孔径が０．１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である、［２１］または［２２］に記載のガス分離膜。
［２４］
前記分離層の結晶粒径が１０ｎｍ以上１０μｍ以下である、［２１］から［２３］のいずれかに記載のガス分離膜。
［２５］
前記分離層の結晶粒界間隔が０．３ｎｍ以上１μｍ以下である、［２１］から［２４］のいずれかに記載のガス分離膜。
［２６］
前記分離層の厚みが、１０ｎｍ以上１０μｍ以下であり、
前記無機層が金属有機構造体、ゼオライト、カーボンのいずれかを含む、
［２１］から［２５］のいずれかに記載のガス分離膜。
［２７］
前記ガス分離膜がオレフィンガス分離膜である、［１］から［２６］のいずれかに記載のガス分離膜。
［２８］
前記オレフィンガスが、プロピレン、エチレン、ブタジエン、イソブテンのいずれかである、［２７］に記載のガス分離膜。
［２９］
前記分離層が、多孔質基材膜上に形成された、［１］から［２８］のいずれかに記載のガス分離膜。
［３０］
前記多孔質基材膜が、アルミナ、ジルコニア、チタニア、マグネシア、ゼオライトのいずれかを含む、［２９］に記載のガス分離膜。
［３１］
前記多孔質基材膜の平均孔径が１０ｎｍ以上１μｍ以下である、［２９］または［３０］に記載のガス分離膜。
［３２］
前記多孔質基材膜が、中空チューブ構造を有している、［２９］から［３１］のいずれかに記載のガス分離膜。
［３３］
前記中空チューブの外径が、２ｍｍ以上５ｃｍ以下である、［３２］に記載のガス分離膜。
［３４］
前記オレフィンガスが、プロピレンであり、
前記プロピレンガスの透過性が、１０ＧＰＵ以上１，０００ＧＰＵ以下であり、
プロピレン／プロパンの選択性が１０以上５００以下である、
［２８］に記載の、ガス分離膜。
［３５］
［１］から［５］のいずれかに記載のガス分離膜の製造方法であって、少なくとも下記工程；
前記分離層を構成する材料を溶媒に溶解させ、第１の原料溶液と第２の原料溶液を製造する工程；
前記第１の原料溶液と前記第２の原料溶液とを接触させることにより前記分離層を形成する工程；
を含むことを特徴とする、ガス分離膜の製造方法。
［３６］
前記第１の原料溶液と前記第２の原料溶液とを接触させることにより得られる生成物が金属有機構造体である、［３５］に記載のガス分離膜の製造方法。
［３７］
［６］から［２０］のいずれかに記載のガス分離膜の製造方法であって、少なくとも下記工程；
前記分離層を構成する材料を溶媒に溶解させ、第１の原料溶液と第２の原料溶液を製造する工程；
前記第１の原料溶液と前記第２の原料溶液とを接触させることにより前記分離層を形成する工程；および
前記分離層上に前記保護層を形成する工程；
を含むことを特徴とする、ガス分離膜の製造方法。
［３８］
前記第１の原料溶液と前記第２の原料溶液とを接触させることにより得られる生成物が、金属有機構造体である、［３７］に記載のガス分離膜の製造方法。
［３９］
［２１］から［２６］のいずれかに記載のガス分離膜の製造方法であって、少なくとも下記工程；
前記分離層を構成する材料を溶媒に溶解させ、第１の原料溶液と第２の原料溶液を製造する工程；
前記第１の原料溶液と前記第２の原料溶液とを接触させることにより前記分離層を形成する工程；
前記多孔質基材膜の前記分離層側に前記含浸層を形成する工程；
を含むことを特徴とする、ガス分離膜の製造方法。
［４０］
前記第１の原料溶液と第２の原料溶液とを接触させることにより得られる生成物が金属有機構造体である、［３９］に記載のガス分離膜の製造方法。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、分離目的の気体に対する高い透過速度を具備し、粒界膜の形成により、高い分離性能を維持できるガス分離膜が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施の形態に係るガス分離膜の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係るガス分離膜を構成する分離層及び保護層の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明について、その好ましい形態（以下「本実施形態」ということがある。）を中心に、詳細を説明する。
図１は、本実施形態のガス分離膜の概略構成を示す図である。
本実施形態のガス分離膜は、多孔質基材膜４上に、少なくとも無機層から成る分離層２を具備し、表面粗さが１０μｍ以下である。
また、本実施形態のガス分離膜は、多孔質基材膜４上に、無機層から成る分離層２と、分離層２上に形成された保護層１とを具備する。
また、本実施形態のガス分離膜は、多孔性基材膜４上に、無機層から成る分離層５を具備し、多孔性基材膜４の分離層２側には、分離層２が含侵して成る含浸層３が形成されており、含浸層３の厚さが１００μｍ以下である。
図１では、多孔性基材膜４上に、無機層から成る分離層５を具備し、多孔性基材膜５の分離層２側には、分離層２が含侵して成る含浸層３が形成されており、さらに、分離層２上に形成された保護層１を具備するガス分離膜を示している。
【００２２】
［多孔質基材膜］
本実施形態のガス分離膜における多孔質基材膜は、膜の表裏をつないで貫通する微細な孔を多数有する膜から成る。この多孔質基材膜は、実質的にはガス分離性能を有さないが、本実施形態のガス分離膜に機械的強度を与えるという役割もある。
多孔質基材膜の材質の例としては、例えば、アルミナ、シリカ、コージェライト、ジルコニア、チタニア、マグネシア、ゼオライト、バイコールガラス、焼結金属などの多孔質体が挙げられるが、これらに限らず、種々の多孔質体を用いることができる。
多孔質基材膜４の平均孔径５（図１参照）としては、１ｎｍ以上５μｍ以下が好ましく、更には、１０ｎｍ以上１μｍ以下が好ましい。平均孔径が１ｎｍ以下になると、ガスの透過抵抗となり、ガス分離膜の透過性が低下するため、過大な膜面積が必要となるので分離設備が大きくなるという観点から、効率的でない可能性がある。一方、５μｍ以上となると、多孔質基材膜の表層部に均一な無機膜を形成することが困難となり、欠陥が生じやすくなるという可能性がある。平均孔径は、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で確認することができる。
多孔質基材膜は、平膜でも中空チューブ構造でもよいが、中空チューブ構造が好ましい。中空チューブの外径は１ｍｍ以上１０ｃｍ以下が好ましく、２ｍｍ以上５ｃｍ以下がさらに好ましい。外径が１ｍｍ以下になると透過ガスの圧力損失が大きくなるので、消費エネルギーが増加するという課題が生じる懸念がある。一方、外径が１０ｃｍ以上になると、モジュール内に配置される中空チューブの面積が少なくなるので生産コストが高くなってしまうという懸念がある。
【００２３】
［分離層］
本実施形態における分離層は、ガス分離膜において実質的に分離性能を与える役割を担う。分離層は、少なくとも無機層から成る。無機層を構成する材料としては、ゼオライト、ＭＯＦ、シリカライト、カーボンが挙げられるが、これらに限られず、種々の無機材料を用いることができる。
【００２４】
（ゼオライト）
ゼオライトはアルミノ珪酸塩であり、ゼオライト種の具体例としては、ＮａＸ型（ＦＡＵ）、ＺＳＭ−５、ＭＯＲおよびＡ型などが挙げられる。ゼオライトは、天然ゼオライトと合成ゼオライトを合わせると、２００種類以上の構造が存在するため、これだけに限定されるものではない。ゼオライト種は、水熱合成反応によって２次成長させるものと同程度のＳｉ／Ａｌ比を有するものが好ましい。
【００２５】
（ＭＯＦ）
ＭＯＦとしては、例えば、Ｃｕ−ＢＴＣ、ＭＯＦ−５、ＩＲＭＯＦ−３、ＭＩＬ−４７、ＭＩＬ−５３、ＭＩＬ−９６、ＭＭＯＦ、ＳＩＭ−１、ＺＩＦ−７、ＺＩＦ−８、ＺＩＦ−２２、ＺＩＦ−６９、ＺＩＦ−９０等が挙げられるが、金属有機構造体（ＭＯＦ）は２００種類以上の構造が存在するため、これだけに限定されるものではない。
ＭＯＦは金属塩と有機配位子によって形成される。ＭＯＦの原料は、溶液中で金属イオンを得ることができる金属塩と、有機配位子である。これは、金属塩と有機配位子の両方について少なくともそれぞれ１種類を原料に用いることを意味し、必要であれば複数の種類を原料に用いることを妨げるものではない。さらに必要であれば、金属塩と有機配位子以外の原料も用いることができる。
【００２６】
｛金属塩の説明｝
ＭＯＦ原料として用いる金属塩は、各種の金属元素を含むものから選択することができる。金属塩に含まれる金属元素としては、好ましくはＣｕ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｖ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｗ、ＲｈおよびＰｄからなる群より選択される元素であり、より好ましくはＣｕ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｖからなる群より選択される元素であり、さらに好ましくはＣｕ、Ｚｎ、Ｃｏからなる群より選択される元素である。
前記の金属元素を含む金属塩としては、金属硝酸塩、金属硫酸塩、金属塩化物、金属臭化物、金属ヨウ化物、金属フッ化物、金属炭酸塩、金属蟻酸塩、金属リン酸塩、金属硫化物および金属水酸化物からなる群より選択することができる。より好ましくは、金属硝酸塩および金属塩化物からなる群から選択される金属塩である。
本発明において用いることのできる具体的な金属塩は、好ましくは硝酸銅、硝酸亜鉛、硝酸コバルト、硝酸インジウム、硝酸アルミニウム、硝酸鉄、硝酸バナジウム、塩化銅、塩化亜鉛、塩化コバルト、塩化インジウム、塩化アルミニウム、硝酸塩化鉄および塩化バナジウムからなる群より選択される金属塩であり、より好ましくは硝酸銅、硝酸亜鉛、硝酸コバルト、硝酸インジウムおよび塩化バナジウムからなる群から選択される金属塩である。
【００２７】
｛有機配位子の説明｝
本発明における有機配位子は、上述の金属元素の金属イオンと配位結合を形成する有機配位子から選択される。前記有機配位子は、ジカルボン酸、トリカルボン酸、イミダゾール、ベンゾイミダゾール、アザベンゾイミダゾールおよびこれらの誘導体からなる群から選択される少なくとも一種とすることができる。
ジカルボン酸として用いることができる有機配位子は、好ましくはイソフタル酸、テレフタル酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸、１，４−ナフタレンジカルボン酸およびビフェニレンジカルボン酸からなる群から選択される少なくとも一種である。トリカルボン酸として用いることができる有機配位子は、好ましくは１，２，３−ベンゼントリカルボン酸および１，３，５−ベンゼントリカルボン酸からなる群から選択される少なくとも一種である。テトラカルボン酸として用いることができる有機配位子は、好ましくは１，２，３，４−ベンゼンテトラカルボン酸および１，２，４，５−ベンゼンテトラカルボン酸からなる群から選択される少なくとも一種である。
さらに、選択されるこれらの有機配位子は、必要に応じて骨格中に別の置換基として、ヒドロキシル基、アミノ基、メトキシ基、メチル基、ニトロ基、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、シアノ基、クロロ基、ブロモ基およびフルオロ基を有することができる。
【００２８】
［表面粗さ］
本発明における表面粗さとは、ガス分離層の最表層の凹凸を指す。表面粗さは、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１−２００１に準拠する算術平均粗さ（Ｒａ）を用いることができる。表面粗さは、１０μｍ以下が好ましく、１μｍ以下がさらに好ましい。表面粗さが大きすぎると、膜厚が不均一になり、分離性能が低下するという問題を生じる可能性がある。
表面粗さは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）や蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）によって算出することができる。
【００２９】
［粒径］
図２は、本発明における、分離層２及び保護層１に存在する無機材料の構成粒子８を模式的に示す図である。
本発明における粒径１１とは、分離層及び保護層に存在する無機材料の構成粒子のサイズを指す。ゼオライトやＭＯＦは結晶構造を有する。前記結晶構造が構成粒子を形成する。構成粒子の大きさが、粒径に相当する。
粒径は１０ｎｍ以上１０μｍ以下が好ましく、２０ｎｍ以上５μｍ以下がさらに好ましい。粒径が大きすぎると、分離性能が低下するという問題を生じ、逆に粒径が小さすぎても、分離性能が低下するという課題を生じる可能性がある。
粒径は、例えば、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）によりサイズを直接観察することにより算出することができる。
また、分離層の厚みは、１０ｎｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。
【００３０】
［粒界間隔］
図２に示すように、本発明におけるゼオライトやＭＯＦにおける粒界間隔９とは、分離層２及び保護層１に存在する無機材料の構成粒子８の隙間の大きさを指す。ゼオライトやＭＯＦは結晶構造を有しており、前記結晶構造が構成粒子を形成する。結晶構造の間隙が粒界間隔に相当する。この粒界間隔は、ゼオライトやＭＯＦが有する細孔径とは異なる。一方、シリカやカーボンは、非晶質構造を主とする材料である。本発明におけるシリカやカーボンにおける粒界は、分離層及び保護層に存在する微欠陥が粒界間隔となる。
粒界間隔は、０．１ｎｍ以上２μｍ以下が好ましく、更には０．３ｎｍ以上１μｍ以下が好ましい。粒界間隔が大きすぎると、分離性能が低下するという問題を生じ、逆に粒界間隔のサイズが小さすぎると、透過性能が低下するという問題を生じる可能性がある。
粒界間隔は、例えば、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）によりサイズを直接観察する方法や、透過測定の結果から見積もる方法により算出が可能である。
【００３１】
［細孔径］
図２に示すように、本発明における細孔径１０とは、分離層２及び保護層１に存在する無機材料の構成粒子８内部の微細な隙間のサイズを指す。
細孔径は、０．０５ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましく、０．１ｎｍ以上１０ｎｍ以下がさらに好ましい。細孔径が大きすぎると、分離性能が低下するという問題を生じ、逆に細孔径が小さすぎると、透過性能が低下するという問題を生じる可能性がある。
細孔径は、例えば、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）によりサイズを直接観察することにより算出することができる。
【００３２】
［膜厚］
ガス分離複合層の膜厚としては、５ｎｍ以上２０μｍ以下が好ましく、１０ｎｍ以上１０μｍ以下がより好ましい。膜厚が５ｎｍ以下になると透過性が速くなる一方で、欠陥が生じやすくなるため選択性が低下する可能性がある。また膜厚が２０μｍ以上になると透過性が低下するので過大な膜面積を要する懸念がある。
【００３３】
［保護層］
本発明における保護層とは、分離層上に配置される層を指す。保護層は、分離層に存在する欠陥を覆うことにより、分離性能を上げために配置される。保護層は、無機材料、有機材料のいずれであっても構わない。保護層を構成する無機材料としては、ゼオライト、ＭＯＦが挙げられるがこれに限定されるものではない。保護層を構成する有機材料としては、シリコーン、ポリイミド、マイクロポーラスポリマー（ＰＩＭ）、非晶質ポリテトラフルオロエチレン（例えばテフロン（登録商標）ＡＦ）が挙げられるがこれに限定されるものではない。
保護層の膜厚は、１００μｍ以下が好ましく、４０μｍ以下がより好ましく、２０μｍ以下がさらに好ましく、１０μｍ以下がさらに好ましく、２μｍ以下が最も好ましい。膜厚が厚すぎると、透過性能が低下するという問題を生じ、逆に膜厚が薄すぎると、分離性能が低くなるという問題を生じる可能性がある。
保護層の膜厚は、例えば、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、アルゴンガスクラスターイオン銃搭載Ｘ線光電子分光分析（ＧＣＩＢ―ＸＰＳ）、飛行時間型二次イオン質量分析（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）等によって算出することができる。
【００３４】
｛分離層と保護層の対比｝
分離層と保護層の粒径比（保護層の粒径／分離層の粒径）は、１００以下が好ましく、１０以下がより好ましく、１以下がさらに好ましい。粒径比が大きすぎると、分離層と保護層の界面で剥離が生じる可能性があり、分離性能の低下を引き起こす懸念がある。
分離層と保護層の粒界間隔比（保護層の粒界間隔／分離層の粒界間隔）は、透過性と分離性の観点から、１以上１００以下が好ましく、１０以上８０以下がより好ましい。粒界間隔比が大きすぎると、分離層と保護層の界面で剥離が生じる可能性があり、分離性能の低下を引き起こす懸念がある。
分離層と保護層の細孔径比（保護層の細孔径／分離層の細孔径）は、透過性と分離性の観点から、１０以下が好ましく、５以下がより好ましく、２以下がさらに好ましい。細孔径比が大きすぎると、分離層本来の膜性能を発揮できず、実用性能を満たさない可能性が懸念される。
分離層と保護層の膜厚比（保護層の膜厚／分離層の膜厚）は、透過性と分離性の観点から、１００以下が好ましく、５０以下がより好ましく、３０以下がさらに好ましく、１５以下がさらに好ましく、５以下がさらに好ましく、１以下が最も好ましい。膜厚比が大きすぎると、分離層本来の膜性能を発揮できず、実用性能を満たさない可能性が懸念される。
【００３５】
［含浸層］
本実施形態における含浸層は、多孔質基材膜上に配置された分離層の一部が、多孔質基材膜の分離層側に染み込んで形成された層を指す。
この含浸層は、多孔質基材膜及び分離層との間に、明確な境界を持っていてもよいし、明確な境界を持っていなくても構わない。含浸層における分離層の割合は、厚み方向で同じであってもよいし、傾斜組成となっていてもよい。好ましくは、含浸層のうちの分離層と接する領域においては分離層を構成する材料の含有割合が大きく、該含有割合が深さ方向に漸減して行き、遂にはゼロとなる地点で含浸層が終わる場合である。
含浸層の膜厚は、得られるガス分離膜における分離性能と透過性能のバランスの観点から、設定される。この観点から、１００μｍ以下が好ましく、６０μｍ以下がより好ましく、１０μｍ以下がさらに好ましく、５μｍ以下が最も好ましい。また、分離層と含浸層の膜厚比（含浸層の膜厚／分離層の膜厚）は、透過性と分離性の観点から、５以下が好ましく、３以下がより好ましい。膜厚比が大きすぎると、分離層本来の膜性能を発揮できず、実用性能を満たさない可能性が懸念されるため、好ましくない。
【００３６】
［ガス分離膜の性能］
本実施形態のガス分離膜は、オレフィンガス分離膜として適用されるときに特に好適である。オレフィンガスとしては、例えばプロピレン、エチレン、ブタジエン、イソブテンが挙げられる。  本実施形態のガス分離膜は、例えば、測定温度３０℃、およびプロピレン分圧０．６気圧の条件下で、プロピレンガスの透過性が、１０ＧＰＵ以上１，０００ＧＰＵ以下とし、そしてプロピレン／プロパンの選択性が１０以上５００以下とすることができる。
ガス分離膜にフィードされる原料ガスの圧力としては、０．１ＭＰａＧ以上２．５ＭＰａＧ以下が好ましく、０．１ＭＰａＧ以上２．０ＭＰａＧ以下がより好ましく、０．１ＭＰａＧ以上１．５ＭＰａＧ以下がさらに好ましい。０．１ＭＰａＧ以下では回収されるオレフィンガスの透過速度が十分でなく、２．５ＭＰａＧ以上では、ガス分離膜の耐久性が維持できなくなる。
【００３７】
このような本実施形態のガス分離膜は、少なくとも下記工程；
分離層を構成する材料を溶媒に溶解させ、第１の原料溶液と第２の原料溶液を製造する工程；
第１の原料溶液と第２の原料溶液とを接触させることにより分離層を形成する工程；
を含む製造方法により製造される。
【００３８】
また、本実施形態のガス分離膜は、少なくとも下記工程；
分離層を構成する材料を溶媒に溶解させ、第１の原料溶液と第２の原料溶液を製造する工程；
第１の原料溶液と第２の原料溶液とを接触させることにより前記分離層を形成する工程；および
前記分離層上に前記保護層を形成する工程；
を含む製造方法により製造されることもできる。
【００３９】
また、本実施形態のガス分離膜は、少なくとも下記工程；
分離層を構成する材料を溶媒に溶解させ、第１の原料溶液と第２の原料溶液を製造する工程；
第１の原料溶液と第２の原料溶液とを接触させることにより分離層を形成する工程；および
前記多孔質基材膜の前記分離層側に前記含浸層を形成する工程；
を含む製造方法により製造されることもできる。
【００４０】
上記の製造方法において、第１の原料溶液と第２の原料溶液とを接触させることにより得られる生成物は、例えば金属有機構造体である。
第１の原料溶液としては、例えば金属塩の水溶液である。
第２の原料溶液としては、例えば有機配位子の水溶液である。
【実施例】
【００４１】
以下に、本発明について、実施例などを用いてさらに具体的に説明する。しかしながら、本発明はこれらの実施例などに何ら限定されるものではない。
【００４２】
＜実施例１＞
多孔質基材膜には平均孔径が１００ｎｍ〜２５０ｎｍのアルミナ中空チューブを用いた。外径は５ｍｍで長さは１０ｃｍであった。多孔質基材膜を１０本束ねたモジュールを作製した。先ず、多孔質基材膜の表層部にＺＩＦ−８を合成した。合成方法は対向拡散法とした。すなわち、アルミナ中空チューブの外側に０．４Ｍの硝酸亜鉛六水和物のメタノール溶液を循環させ、アルミナ中空チューブの内側に０．５Ｍの２メチルイミダゾールのＤＭＦ溶液を循環させた。溶液の循環量を調整することにより、表１記載の表面粗さのガス分離膜を得た。
表面粗さは、ＡＦＭにより算出した。
このガス分離膜を用いて、プロパンおよびプロピレンの透過速度を測定した。測定は、原料ガスとしてプロパンおよびプロピレンから成る混合ガス（プロパン：プロピレン＝４０：６０（質量比））を用い、供給側ガス流量を１００ｃｃ／ｍｉｎ、透過側の窒素流量を１００ｃｃ／ｍｉｎとした。測定温度は３０℃であった。圧力はプロパンおよびプロピレンから成る混合ガス、窒素ガス共に０ＫＰａＧである。
ガス分離用モジュールを透過したガス成分を、原料ガスを供給してから３時間後に、ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）を用いて分析し、プロピレン／プロパンの分離係数αを求めた。
測定結果を表１に示す。
【００４３】
＜実施例２〜８＞
異なる平均孔径のアルミナを用いたこと以外は、実施例１と同様の方法によりガス分離膜を製造した。
表面粗さ及びガス透過測定の結果を表１に示す。
【００４４】
＜実施例９＞
種晶として市販のＵＳＹゼオライト粉末（Ｓｉ／Ａｌ＝３．５）を準備し、ボールミルで湿式粉砕を行った。粉砕後のＵＳＹゼオライト粉末を水に加え攪拌後、４，０００ｒｐｍで１０分間、遠心分離を行った。上澄みを回収し、スラリー中の種晶の濃度が１．０ｇ／Ｌとなるように種晶スラリーを調製した。
多孔質基材膜には平均孔径が１００ｎｍ〜２５０ｎｍのアルミナを用いた。外径は５ｍｍで長さは１０ｃｍであった。多孔質基材膜を種晶スラリーに３分間浸漬し、種晶付多孔質基材膜を得た。種晶付多孔質基材膜の種晶担持量を測定したところ２．５ｍｇであり、多孔質基材膜の表面及び断面をＳＥＭにて観察したところ、種晶は支持体上に主に担持されていた。
ケイ酸ナトリウム、水酸化ナトリウム水溶液、及びアルミン酸ナトリウム＋水酸化ナトリウム水溶液をそれぞれ混合し、４時間、１００℃でエージングすることで、合成アルミノシリケートゲルを得た。ゲルの組成はモル比でＮａ２Ｏ：Ａｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２：Ｈ２Ｏ＝８０：１：９：５０００であった。得られた合成アルミノシリケートゲルに種晶付多孔質基材膜を浸漬し、１００℃で２４時間、水熱合成を行い、Ｎａゼオライト膜複合体を得た。Ｎａゼオライト膜複合体は、ＮａＸ型ゼオライトであった。多孔質基材膜を１０本束ねたモジュールを作製した。
表面粗さ及びガス透過測定は、実施例１と同様の方法で行った。
測定結果を表１に示す。
【００４５】
＜実施例１０＞
多孔質基材膜には平均孔径が１００ｎｍ〜２５０ｎｍのアルミナ中空チューブを用いた。外径は５ｍｍで長さは１０ｃｍであった。多孔質基材膜を１０本束ねたモジュールを作製した。先ず、多孔質基材膜表層部にＺＩＦ−８を合成した。合成方法は対向拡散法とした。すなわち、アルミナ中空チューブの外側に０．４Ｍの硝酸亜鉛六水和物のメタノール溶液を循環させ、アルミナ中空チューブの内側に０．５Ｍの２メチルイミダゾールのＤＭＦ溶液を循環させた。その後、アルミナ中空チューブ外側にＳｉｌｇａｒｄのイソペンタン溶液を循環させ、内部に２４時間６０℃のドライ窒素を流すことで、シリコーンの保護層を形成させた。
分離層及び保護層の膜厚は、ＳＥＭで算出した。
実施例１と同様の方法で、ガス透過測定を行った。
保護層と分離層の膜厚比及びガス測定結果を表１に示す。
【００４６】
＜実施例１１〜１９＞
異なる平均孔径及び材料の多孔質基材膜、保護層素材を用いたこと以外は、実施例１０と同様の方法によりガス分離膜を製造した。
実施例１と同様の方法で、ガス透過測定を行った。
保護層と分離層の膜厚比及びガス測定結果を表１に示す。
【００４７】
＜実施例２０〜２５＞
実施例１０と同様の方法により、多孔質基材膜表層部にＺＩＦ−８を合成した。
０．２Ｍ／Ｌの１，４ベンゼンジカルボン酸のＤＭＦ溶液を調整した。これをＺＩＦ−８が表面に形成された多孔質基材膜表層部に供給し、２４時間静置した。そして、１１０℃に昇温し、４８時間静置した。液抜き後、４０℃のメタノールで２４時間洗浄し、９０℃で２４時間乾燥した。こうしてＺＩＦ−８の上にＭＯＦ−５を製膜した。
分離層及び保護層の粒径、粒界サイズ、細孔径は、ＴＥＭにより算出した。
分離層及び保護層の膜厚は、ＳＥＭで算出した。
実施例１と同様の方法で、ガス透過測定を行った。
保護層と分離層の膜厚比及びガス測定結果を表１に示す。
【００４８】
＜実施例２６＞
実施例９と同様の方法で、Ｎａゼオライト膜複合体を製造した後、実施例１０と同様の方法により、シリコーンの保護層を形成させた。
実施例１と同様の方法で、ガス透過測定を行った。
保護層と分離層の膜厚比及びガス測定結果を表１に示す。
【００４９】
＜実施例２７＞
実施例１と同様の方法により、異なる平均孔径のアルミナを用いてガス分離膜を製造した。含浸層の厚みは、０．４Ｍの硝酸亜鉛六水和物のメタノール溶液、及び０．５Ｍの２メチルイミダゾールのＤＭＦ溶液の循環量、循環時間及び循環温度を調整することにより、所望の厚みに調整した。
含浸層の膜厚は、ＳＥＭで算出した。
実施例１と同様の方法で、ガス透過測定を行った。
含浸層と分離層の膜厚比及びガス測定結果を表１に示す。
【００５０】
＜実施例２８〜３４＞
異なる平均孔径のアルミナ、を用いたこと以外は、実施例２７と同様の方法によりガス分離膜を製造した。
含浸層の膜厚は、ＳＥＭで算出した。
実施例１と同様の方法で、ガス透過測定を行った。
含浸層と分離層の膜厚比及びガス測定結果を表１に示す。
【００５１】
＜実施例３５＞
Ｎａゼオライト膜複合体を用いたこと以外は、実施例２７と同様の方法によりガス分離膜を製造した。
含浸層の膜厚は、ＳＥＭで算出した。
実施例１と同様の方法で、ガス透過測定を行った。
含浸層と分離層の膜厚比及びガス測定結果を表１に示す。
【００５２】
＜比較例１＞
実施例１と同様の方法により、ガス分離膜を製造した。０．４Ｍの硝酸亜鉛六水和物のメタノール溶液、及び０．５Ｍの２メチルイミダゾールのＤＭＦ溶液の循環量、循環時間及び循環温度を調整することにより、所望の分離層及び含浸層の厚み、表面粗さになるように調整した。
含浸層の膜厚は、ＳＥＭで算出した。
実施例１と同様の方法で、ガス透過測定を行った。
含浸層と分離層の膜厚比及びガス測定結果を表１に示す。
【００５３】
【表１】
2018167149.tif 000003
【００５４】
実施例１から９及び比較例１から明らかなように、分離性能と透過性能を高めるためには、表面粗さを少なく、具体的には１０μｍ以下にすることが好ましい。また、実施例１０から２６及び比較例１から明らかなように、保護層を所望の厚みに調整し、形成させることで、分離性能と透過性能を高めることができる。さらに、実施例２７から３５及び比較例１から明らかにように、含浸層を１００μｍの厚みに調整し、形成させることで、分離性能と透過性能を高めることができる。
【００５５】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明によるガス分離膜を用いることで、目的の気体に対する高い透過速度と高い選択性とを具備し、その結果、高い透過選択性を維持できるものとなり、例えばナフサ留分のオレフィンガス分離、プロパン脱水素法やメタセシス法などの合成ガス、天然ガスなどから、オレフィンガスを分離回収するガス分離膜や、多糖類を原料として合成されるバイオオレフィンガスを分離回収するガス分離膜として広く利用することができる。さらには、ポリプロピレンプラントのオフガスに含まれるオレフィンガスを分離回収するガス分離膜として利用することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１    保護層
２    分離層
３    含浸層
４    多孔質基材膜
５    平均孔径
８    無機材料の構成粒子
９    粒界間隔
１０    細孔径
１１    粒径
【図１】
2018167149.tif 000004
【図２】
2018167149.tif 000005