(57)【要約】【課題】例えば溶剤を含んだガス分離を約100〜150℃といった高温環境下で行った場合においても、膜機能部分以外からの分離ガスのリークを抑えた中空糸炭素膜モジュールを提供する。【解決手段】中空糸炭素膜または中空糸炭素膜群を束着管の長手方向に配置し、中空糸炭素膜の一端部分の中空糸膜同士の間隙および中空糸炭素膜の一端部分と束着管内壁部との間隙に接着剤を充填することにより中空糸炭素膜の一端部が束着管に接着固定され、また束着管への固定が行われない中空糸炭素膜の他端部分が中空部分を閉塞させるように接着剤で封止された膜モジュールにおいて、接着剤露出面が無電解Niめっき処理されている中空糸炭素膜モジュール。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空糸炭素膜または中空糸炭素膜群を束着管の長手方向に配置し、中空糸炭素膜の一端部分の中空糸膜同士の間隙および中空糸炭素膜の一端部分と束着管内壁部との間隙に接着剤を充填することにより中空糸炭素膜の一端部が束着管に接着固定され、また束着管への固定が行われない中空糸炭素膜の他端部分が中空部分を閉塞させるように接着剤で封止された膜モジュールにおいて、接着剤露出面が無電解Niめっき処理されている中空糸炭素膜モジュール。
【請求項２】
U字状の中空糸炭素膜または中空糸炭素膜群を束着管に収容し、中空糸炭素膜両端部分の中空糸膜同士の間隙および中空糸炭素膜の一端部分と束着管内壁部との間隙に接着剤を充填することにより中空糸炭素膜の両端部分が束着管に接着固定された膜モジュールにおいて、接着剤露出面が無電解Niめっき処理されている中空糸炭素膜モジュール。
【請求項３】
温度100〜150℃の環境下で、溶剤を含んだガス分離に使用される請求項１または２記載の中空糸炭素膜モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空糸炭素膜モジュールに関する。さらに詳しくは、耐溶剤性にすぐれた中空糸炭素膜モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
中空糸炭素膜は、ガス分離可能なサイズの孔を有しており、種々の無機膜の中でもすぐれた気体分離性を示し、かつ有機膜が適用できない約70〜150℃といった高い温度に対する耐熱性、耐薬品性が要求される環境下においても使用可能である。
【０００３】
これらの中空糸炭素膜は、1本乃至数百本程度をポリアミドイミド(PAI)樹脂、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂、エポキシ樹脂等からなる樹脂製束着管に収容させた膜モジュールの状態で用いられる。中空糸膜の束着管への収容に際しては、中空糸膜を固定させるといったことに加えて、分離媒体が膜機能部分以外からリークするのを防ぐための気密性の付与も要求される。
【０００４】
かかる気密性の確保は、中空糸炭素膜を束着管の長手方向に配置する態様にあっては、中空糸炭素膜(群)の一端部分の中空糸膜同士の間隙および中空糸炭素膜の一端部分と束着管内壁部との間隙にエポキシ樹脂系、ウレタン樹脂系、シリコーン樹脂系など、好ましくは特許文献１記載の如き耐溶剤性のエポキシ樹脂などの接着剤を充填して中空糸炭素膜の一端部分が束着管に接着固定される一方で、束着管への固定が行われない中空糸炭素膜(群)の他端部分がその中空部分を閉塞させるように接着剤で封止されることによって行われる。また、U字状の中空糸炭素膜(群)を束着管に収容する態様にあっては、中空糸炭素膜(群)の両端部分の中空糸膜同士の間隙および中空糸炭素膜の両端部分と束着管内壁部との間隙に前記接着剤を充填することによって中空糸炭素膜両端部分が束着管に接着固定されることによって行われる。
【０００５】
ここで、接着剤として耐溶剤性のエポキシ樹脂を用いることで溶剤を含んだガス分離等にも使用可能な膜モジュールを作製することができるものの、ガス分離は一般的に高温で実施した方がガス透過量を多く設定できる場合が多いのに対し、溶剤を含む環境下においては、例えば100℃程度の高熱がかかると、耐溶剤性のエポキシ樹脂系接着剤であっても溶剤による膨潤が生じ、亀裂の発生がみられる場合がある。接着剤の亀裂は、膜機能部分以外からの分離ガスのリーク発生の原因となり、また接着剤の膨潤は、その応力による膜の破損を引き起こし、ひいては分離膜に必要とされる気密性の確保が困難になるといった問題を生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＷＯ２０１４／１７１５２９
【特許文献２】特開２００９−３４６１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、例えば溶剤を含んだガス分離を約100〜150℃といった高温環境下で行った場合においても、膜機能部分以外からの分離ガスのリークを抑えた中空糸炭素膜モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる本発明の目的は、
(1) 中空糸炭素膜または中空糸炭素膜群を束着管の長手方向に配置し、中空糸炭素膜の一端部分の中空糸膜同士の間隙および中空糸炭素膜の一端部分と束着管内壁部との間隙に接着剤を充填することにより中空糸炭素膜の一端部が束着管に接着固定され、また束着管への固定が行われない中空糸炭素膜の他端部分が中空部分を閉塞させるように接着剤で封止された膜モジュールにおいて、接着剤露出面が無電解Niめっき処理されている中空糸炭素膜モジュール
または
(2) U字状の中空糸炭素膜または中空糸炭素膜群を束着管に収容し、中空糸膜の両端部分の中空糸膜同士の間隙および中空糸炭素膜の両端部分と束着管内壁部との間隙に接着剤を充填することにより中空糸炭素膜の両端部分が束着管に接着固定された膜モジュールにおいて、接着剤露出面が無電解Niめっき処理されている中空糸炭素膜モジュール
によって達成される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る中空糸炭素膜モジュールは、束着管内の接着剤が分離ガスなどに含まれる溶剤に接触しないことから、100℃以上の環境下で溶剤を含むガスを通気させても、溶剤の影響による接着剤の亀裂や、接着剤の膨潤に起因する応力による膜破損が抑制できるといったすぐれた効果を奏する。したがって、溶剤を含んだガス分離が100〜150℃といった高温下において行われる場合にあっても、高いガス透過量で効率良くガス分離を行うことができる。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
中空糸炭素膜としては、ポリスルホン系など公知の炭素膜のいずれも用いることができるが、好ましくは特許文献２記載のポリフェニレンオキシド系ポリマー、例えばポリフェニレンオキシドあるいはその芳香族環の1〜4個の水素原子がハロゲン原子、スルホン基、カルボキシル基、低級アルキル基、トリ低級アルキルシリル基、ジアリールホスフィノ基等で直接または-CH2-基を介して置換された誘導体等が用いられ、例えばスルホン化率が約20〜40％、好ましくは約25〜35％のスルホン化ポリ(2,6-ジメチル-1,4-フェニレンオキシド)を炭素膜の製膜材料とするものが用いられる。ここで、低級アルキル基は、炭素数1〜5のアルキル基を指している。
【００１１】
中空糸炭素膜は、1本乃至数百本程度を束着管に収容させ、中空糸炭素膜モジュールを作製して用いられる。ここで、中空糸炭素膜を束着管の長手方向に配置する態様にあっては、中空糸炭素膜(群)の一端部分の中空糸膜同士の間隙および中空糸炭素膜(群)の一端部分と束着管内壁部との間隙に接着剤を充填することにより中空糸炭素膜(群)一端部の束着管への接着固定が行われる一方で、束着管への固定が行われない中空糸炭素膜(群)の他端部分はその中空部分を閉塞させるように接着剤で封止される。また、U字状の中空糸炭素膜(群)を束着管に収容する態様にあっては、中空糸炭素膜(群)両端部分の中空糸膜同士の間隙および中空糸炭素膜(群)の両端部分と束着管内壁部との間隙に接着剤を充填することによる中空糸炭素膜(群)の両端部分の束着管への接着固定が行われる。これらの接着固定によって、分離ガスが膜機能部分以外からリークしてしまうことを抑制することが可能となる。
【００１２】
束着管としては、PAI樹脂、PEEK樹脂、エポキシ樹脂等からなる樹脂製束着管が、また接着剤としては、耐熱性にすぐれた接着剤、例えばエポキシ樹脂系接着剤、ウレタン樹脂系接着剤、シリコーン樹脂系接着剤など、好ましくは特許文献１記載の耐溶剤性のエポキシ樹脂接着剤が用いられる。
【００１３】
次に、接着剤露出面には、無電解Niめっき処理が施される。ここで接着剤露出面とは、中空糸炭素膜モジュール内部において、分離ガスなど被処理物に直接接触する接着剤表面のことを指している。
【００１４】
無電解Niめっき処理は、プラスチック用酸性浴、例えばNiSO4・7H2O、NaH2PO2、HCOONaおよびクエン酸ナトリウムよりなるめっき浴を用い、pH 5.0、温度55℃のめっき条件下で行われる。実際には、クロム酸、硫酸等を用いた酸洗いにより接着剤表面を溶解させて接着剤表面に微孔を形成させた後、パラジウム(Pd)触媒を吸着させ、水洗を行った後、Pd触媒を核として化学反応で接着剤表面にニッケル金属を析出させることによって行われる。かかる無電解Niめっきは、その膜厚が0.3〜5μm、好ましくは0.5〜3μmとなるように行われる。Niめっきの膜厚がこれより薄い場合には、被覆が完全に行われないことがあり、溶剤が接着剤内部に侵入して接着剤が膨潤し、亀裂が発生するおそれがあり、一方これより厚い場合には、剥離やクラックが発生してしまうようになる。
【実施例】
【００１５】
次に、実施例について本発明を説明する。
【００１６】
100本のポリフェニレンオキシド樹脂製中空糸炭素膜群をPEEK樹脂製の束着管に挿入し、中空糸炭素膜群の一端部分の中空糸膜同士および中空糸膜と束着管内壁部との間隙にエポキシ樹脂系接着剤を充填して中空糸炭素膜群の一端部の束着管への接着固定を行うとともに、中空糸炭素膜の他端部分の中空部分を同じエポキシ樹脂系接着剤を用いて封止した。
【００１７】
続いて、中空糸膜群の一端部分の中空糸膜同士および中空糸膜と束着管内壁部との間隙を埋めたエポキシ樹脂系接着剤の露出面および中空糸炭素膜他端部の中空部分を封止したエポキシ樹脂系接着剤の露出面について、先に述べた方法により無電解Niめっきを行った。
【００１８】
得られた膜モジュールをトルエン溶液に浸せきし、140℃、260時間の熱処理を施した後、トルエンを含んだ窒素ガスおよびヘリウムガスからなる混合ガスの分離試験を行ったところ、めっき処理を行った箇所においては亀裂がみられず、またこの部位からのリークの発生は確認されなかった。
【００１９】
比較例
実施例において、接着剤露出面の無電解Niめっき処理が行われなかったところ、熱処理後の中空糸膜の中空部封止箇所において数カ所の亀裂が発生し、この部位からリークが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明に係る中空糸炭素膜モジュールは、約100〜150℃といった高温下においても溶剤を含んだガスを高いガス透過量で効率良く行うことができるので、特に溶剤を含んだガス分離の分野で有効に用いることができる。