[发明专利]气体分离膜、气体分离膜元件及气体分离方法

说明书

本发明提供能够连续使用的气体分离膜等。本发明提供气体分离膜，其具备：多孔性支承膜，其含有芳香族聚酰胺，所述芳香族聚酰胺包含被氯基取代的芳香环；和分离功能层，其设置于上述多孔性支承膜的表面上并且含有交联聚酰胺，所述交联聚酰胺是通过多官能性胺与多官能性酰卤的缩聚而得到的。

技术领域

本发明涉及使用聚酰胺复合膜将以氦、氢为代表的轻质气体与二氧化碳、氮分离的气体分离膜、气体分离膜元件及使用它们的气体分离方法。

背景技术

近年来，作为清洁能源，氢受到瞩目。现在，氢是通过下述方式得到的：将天然气及煤等化石燃料气化，并从包含氢和二氧化碳作为主成分的混合气体中除去二氧化碳。作为处理对象的气体经历水蒸气重整、水煤气变换，特征在于高温、高压。另外，氢也用于合成氨的哈柏(Haber–Bosch)法。其是通过使氢和氮在高温、高压下反应来合成氨的方法，在生产工厂中需要将未反应的氢和氮分离回收的工艺。

作为以低成本使特定气体从混合气体浓缩的方法，利用原材料所具有的透气性的不同来使目标气体选择性地透过的膜分离法受到瞩目。

非专利文献1中公开了下述技术：利用界面缩聚反应形成交联性芳香族聚酰胺，由此形成极薄的功能层，因此可获得高透气度。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1：Albo、另外3名、“Journal of Membrane Science”、449、2014年、p.109-118

发明内容

发明要解决的课题

然而，在以往的膜中，当连续地、尤其在高温下进行气体分离时，透气性或气体选择性有时降低。

本发明是鉴于上述以往的实际情况而作出的，其目的在于提供能够连续地使用而且氢及氦等轻质气体与二氧化碳、或者轻质气体与氮的分离选择性得以提高的气体分离膜等。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明具有以下任一构成。

[1]气体分离膜，其具备：多孔性支承膜，其含有芳香族聚酰胺，所述芳香族聚酰胺包含被氯基取代的芳香环；和分离功能层，其设置于上述多孔性支承膜上并且含有交联聚酰胺，所述交联聚酰胺是多官能性胺与多官能性酰卤的缩聚物。

[2]根据[1]所述的气体分离膜，其中，上述多孔性支承膜中所含有的芳香族聚酰胺具有下式(1)或式(2)中的至少一者所示的结构。

[化学式1]

[化学式2]

(此处，Ar₁、Ar₂、Ar₃分别为选自由下式(3)或式(4)所示的基团中的至少1个基团。另外，X、Y、Z为选自由-O-、-CH₂-、-CO-、-CO₂-、-S-、-SO₂-、-C(CH₃)₂-组成的组中的至少1个基团。)

[化学式3]

[化学式4]

[3]根据[2]所述的气体分离膜，其具有上述式(3)所示的结构，且取代基被配置在对位。

[4]根据[1]～[3]中任一项所述的气体分离膜，其中，在上述多孔性支承膜表面，孔径为8nm以上的孔为全部孔的15％以下。