JP2017225944A - Polymer film and method for producing the same, and method of separating carbon dioxide - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、二酸化炭素含有混合ガスからの二酸化炭素を選択的に分離するための高分子膜、及び該高分子膜の製造方法、並びに該高分子膜を用いたガス分離方法に関する。 The present invention relates to a polymer membrane for selectively separating carbon dioxide from a carbon dioxide-containing mixed gas, a method for producing the polymer membrane, and a gas separation method using the polymer membrane.
従来、高分子素材には、その素材に特有の気体透過性があるため、高分子素材で構成された膜によって、気体成分を分離できることが知られている(例えば、非特許文献1参照)。本性質を利用したガス分離膜は、省エネルギーかつ省スペースな分離技術であり、装置のメンテナンスが容易という利点もあり、種々の分野で使用されている。 Conventionally, since a polymer material has gas permeability unique to the material, it is known that a gas component can be separated by a film made of the polymer material (see, for example, Non-Patent Document 1). Gas separation membranes utilizing this property are energy-saving and space-saving separation technologies, and have the advantage of easy maintenance of the apparatus, and are used in various fields.
一方近年、温暖化の原因である二酸化炭素を発電所などの大規模発生源から大気中に排出される前に分離回収する技術が精力的に検討されている。例えば、アミンにより二酸化炭素を吸収する方法が実証レベルで検討が進んでいるが、加熱の際に大きなエネルギーを要すること、アミンが劇物であること等が、課題となっている。 On the other hand, in recent years, a technique for separating and collecting carbon dioxide, which is a cause of global warming, before being discharged into the atmosphere from a large-scale source such as a power plant has been energetically studied. For example, a method for absorbing carbon dioxide with an amine has been studied at a demonstration level. However, it requires a large amount of energy for heating and the amine is a deleterious substance.
そこで、膜分離法が次世代の二酸化炭素分離回収技術として期待されている。しかし、未だ実用化に至った例は無く、米国MTRのPolaris(登録商標)が唯一パイロット試験レベルに到達している(例えば、非特許文献2参照)。 Therefore, the membrane separation method is expected as the next generation carbon dioxide separation and recovery technology. However, there has been no practical application yet, and Polaris (registered trademark) of MTR in the United States has reached the pilot test level only (see, for example, Non-Patent Document 2).
実用化に至らない理由としては、二酸化炭素透過速度と二酸化炭素選択性が要求物性値に到達していないことが挙げられ、特に無機膜と比較して、高分子膜は二酸化炭素透過速度が低いことが問題である。しかし、高分子膜は、調製や化学修飾が比較的容易であり、大量生産性や成形加工性に優れ、低コストであるため、二酸化炭素分離回収において高分子膜を用いた膜分離法が望まれていた。 The reason for not reaching practical use is that the carbon dioxide permeation rate and carbon dioxide selectivity do not reach the required physical property values. In particular, the polymer membrane has a lower carbon dioxide permeation rate than the inorganic membrane. That is a problem. However, polymer membranes are relatively easy to prepare and chemically modify, have excellent mass productivity and molding processability, and are low in cost. Therefore, membrane separation methods using polymer membranes for carbon dioxide separation and recovery are desired. It was rare.
そこで、二酸化炭素選択性を向上させた、高分子膜が検討されている。 Thus, polymer membranes with improved carbon dioxide selectivity have been studied.
例えば、ポリビニルアルコール−ポリアクリル酸共重合体ゲル膜に2,3−ジアミノプロピオン酸を添加したゲル層を、親水性の多孔膜に担持させた高分子膜を二酸化炭素の分離に用いる方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 For example, a method is proposed in which a polymer layer in which a gel layer obtained by adding 2,3-diaminopropionic acid to a polyvinyl alcohol-polyacrylic acid copolymer gel membrane is supported on a hydrophilic porous membrane is used for carbon dioxide separation. (For example, refer to Patent Document 1).
また、例えば、ポリアミドアミンデンドリマー(PAMAM)を二酸化炭素親和性物質として含有する、ポリエチレングリコールジメタクリレート(PEGDMA)を光架橋重合して得られるPEG架橋体で形成される高分子膜を二酸化炭素の分離に用いる方法も提案されている(例えば、特許文献2参照)。 In addition, for example, a polymer membrane containing a polyamidoamine dendrimer (PAMAM) as a carbon dioxide affinity substance and formed from a crosslinked PEG obtained by photocrosslinking polymerization of polyethylene glycol dimethacrylate (PEGDMA) is separated from carbon dioxide. A method used for the above has also been proposed (see, for example, Patent Document 2).
しかし、工業的には、さらに高い二酸化炭素選択性が要望されており、これらの方法における二酸化炭素選択性はいずれも十分なものとは言えず、工業的な実用化を図るために、さらに二酸化炭素選択性を向上させた高分子膜が望まれていた。 However, industrially, a higher carbon dioxide selectivity is desired, and the carbon dioxide selectivity in these methods cannot be said to be sufficient. A polymer membrane with improved carbon selectivity has been desired.
本発明は、高い選択性をもって二酸化炭素を他のガスから分離するための高分子膜、及びその製造方法、並びに該高分子膜を用いたガス分離方法を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the polymer membrane for isolate | separating a carbon dioxide from other gas with high selectivity, its manufacturing method, and the gas separation method using this polymer membrane.
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、特定のアミン化合物の存在下、多官能重合性単量体を重合させて高分子重合体とすると、該高分子重合体内に、前記アミン化合物が物理的に固定化された高分子膜が形成され、当該高分子膜が二酸化炭素に対する高い選択性を有することを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive research to solve the above problems, the present inventors have polymerized a polyfunctional polymerizable monomer in the presence of a specific amine compound to obtain a polymer. A polymer membrane in which the amine compound is physically immobilized is formed in the body, and it has been found that the polymer membrane has high selectivity for carbon dioxide, and the present invention has been completed.
すなわち、本発明は以下に示すとおりの高分子膜及びその製造方法、並びに二酸化炭素の分離方法である。 That is, the present invention is a polymer membrane as shown below, a method for producing the same, and a method for separating carbon dioxide.
[1]多官能重合性単量体の重合物と、ポリエチレンポリアミン類からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物とを含む高分子膜。 [1] A polymer film comprising a polymer of a polyfunctional polymerizable monomer and at least one compound selected from the group consisting of polyethylene polyamines.
[2]多官能重合性単量体が、多官能(メタ)アクリルアミド類、多官能(メタ)アクリレート類、多官能ビニルエーテル類及びジビニルベンゼンからなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする上記[1]に記載の高分子膜。 [2] The polyfunctional polymerizable monomer is at least one selected from the group consisting of polyfunctional (meth) acrylamides, polyfunctional (meth) acrylates, polyfunctional vinyl ethers, and divinylbenzene. The polymer film according to [1] above.
[3]多官能重合性単量体が、ジ(メタ)アクリレート類、トリ(メタ)アクリレート類及びテトラ(メタ)アクリレート類からなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする上記[1]に記載の高分子膜。 [3] The polyfunctional polymerizable monomer is at least one selected from the group consisting of di (meth) acrylates, tri (meth) acrylates and tetra (meth) acrylates. 1].
[4]多官能重合性単量体が、(ポリ)エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、(ポリ)プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオ−ルジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、及びペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレートからなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする上記[1]に記載の高分子膜。 [4] The polyfunctional polymerizable monomer is (poly) ethylene glycol di (meth) acrylate, (poly) propylene glycol di (meth) acrylate, 1,6-hexanediol di (meth) acrylate, trimethylolpropane di The polymer film as described in [1] above, which is at least one selected from the group consisting of (meth) acrylate and pentaerythritol di (meth) acrylate.
[5]多官能重合性単量体の重合物が、多官能重合性単量体と単官能重合性単量体との重合物であることを特徴とする上記[1]乃至[4]のいずれかに記載の高分子膜。 [5] The above-mentioned [1] to [4], wherein the polymer of the polyfunctional polymerizable monomer is a polymer of a polyfunctional polymerizable monomer and a monofunctional polymerizable monomer. The polymer film according to any one of the above.
[6]単官能重合性単量体が、単官能(メタ)アクリルアミド類、単官能(メタ)アクリレート類、単官能ビニルエーテル類、単官能N−ビニル化合物類、単官能ビニル化合物類、及び単官能α,β−不飽和化合物類からなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする上記[5]に記載の高分子膜。 [6] Monofunctional polymerizable monomers are monofunctional (meth) acrylamides, monofunctional (meth) acrylates, monofunctional vinyl ethers, monofunctional N-vinyl compounds, monofunctional vinyl compounds, and monofunctional The polymer film as described in [5] above, which is at least one selected from the group consisting of α, β-unsaturated compounds.
[7]単官能重合性単量体が、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、メトキシエチル(メタ)アクリレート、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、(ポリ)エチレングリコールメタクリレート及びポリプロピレングリコール(メタ)アクリレートからなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする上記[5]に記載の高分子膜。 [7] Monofunctional polymerizable monomer is methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, methoxyethyl (meth) acrylate , At least one selected from the group consisting of methoxy polyethylene glycol (meth) acrylate, (meth) acrylic acid, N, N-dimethylaminoethyl (meth) acrylate, (poly) ethylene glycol methacrylate and polypropylene glycol (meth) acrylate The polymer film as described in [5] above, wherein
[8]多官能重合性単量体がポリエチレングリコールジメタクリレートであり、かつ単官能重合性単量体がポリエチレングリコールメタクリレートであることを特徴とする上記[5]に記載の高分子膜。 [8] The polymer film as described in [5] above, wherein the polyfunctional polymerizable monomer is polyethylene glycol dimethacrylate and the monofunctional polymerizable monomer is polyethylene glycol methacrylate.
[9]ポリエチレンポリアミン類が、ジエチレントリアミン(DETA)、トリエチレンテトラミン(TETA)、テトラエチレンペンタミン(TEPA)、及びペンタエチレンヘキサミン(PEHA)からなる群より選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする上記[1]乃至[9]のいずれかに記載の高分子膜。 [9] The polyethylene polyamine is at least one selected from the group consisting of diethylenetriamine (DETA), triethylenetetramine (TETA), tetraethylenepentamine (TEPA), and pentaethylenehexamine (PEHA). The polymer film according to any one of [1] to [9].
[10]上記[1]乃至[10]のいずれかに記載の高分子膜からなるガス分離膜。 [10] A gas separation membrane comprising the polymer membrane according to any one of [1] to [10].
[11]ポリエチレンポリアミン類からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物の存在下に、多官能重合性単量体の重合反応を行うことを特徴とする高分子膜の製造方法。 [11] A method for producing a polymer film, wherein a polymerization reaction of a polyfunctional polymerizable monomer is carried out in the presence of at least one compound selected from the group consisting of polyethylene polyamines.
[12]重合成分として、さらに単官能重合性単量体を用いることを特徴とする上記[11]に記載の高分子膜の製造方法。 [12] The method for producing a polymer film as described in [11] above, wherein a monofunctional polymerizable monomer is further used as a polymerization component.
[13]重合反応が、光重合反応又は熱重合反応であることを特徴とする上記[11]又は[12]に記載の高分子膜の製造方法。 [13] The method for producing a polymer film according to [11] or [12], wherein the polymerization reaction is a photopolymerization reaction or a thermal polymerization reaction.
[14]二酸化炭素を含む混合ガスを、上記[1]乃至[9]のいずれかに記載の高分子膜に接触させて、該混合ガス中の二酸化炭素を選択的に透過させる工程を含むことを特徴とする二酸化炭素の分離方法。 [14] including a step of bringing a mixed gas containing carbon dioxide into contact with the polymer membrane according to any one of [1] to [9] above, and selectively allowing carbon dioxide in the mixed gas to permeate. A carbon dioxide separation method characterized by the above.
本発明によれば、高い選択性をもって二酸化炭素を他のガスから分離できる高分子膜、及びその製造方法が提供される。また、本発明によれば、該高分子膜を用いて効率よく二酸化炭素を他のガスから分離する方法が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the polymer membrane which can isolate | separate carbon dioxide from other gas with high selectivity, and its manufacturing method are provided. The present invention also provides a method for efficiently separating carbon dioxide from other gases using the polymer membrane.
なお、本発明の高分子膜は、二酸化炭素分離能を有するアミン化合物が高分子膜の表面に担持されているのではなく、該高分子膜内に物理的に固定化されているため、安定性が非常に優れているという特徴を有する。 The polymer membrane of the present invention is stable because the amine compound having carbon dioxide separation ability is not physically supported on the surface of the polymer membrane but physically immobilized in the polymer membrane. It has the characteristic that the property is very excellent.
以下、本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.
本発明の高分子膜は、多官能重合性単量体の重合物(以下、「高分子重合体」という。)と、ポリエチレンポリアミン類からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物とを含むことをその特徴とする。具体的には、高分子重合体の構造内に、ポリエチレンポリアミン類からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物が物理的に固定化され、本発明の高分子膜が形成される。 The polymer film of the present invention contains a polymer of a polyfunctional polymerizable monomer (hereinafter referred to as “polymer polymer”) and at least one compound selected from the group consisting of polyethylene polyamines. Is the feature. Specifically, at least one compound selected from the group consisting of polyethylene polyamines is physically immobilized in the structure of the polymer to form the polymer film of the present invention.
まず、本発明における高分子重合体について説明する。 First, the polymer in the present invention will be described.
本発明において高分子重合体は、その構造内に、ポリエチレンポリアミン類からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物を保持しながら、同時に膜としての形状を維持する役割を担う。 In the present invention, the high molecular polymer plays a role of maintaining the shape as a film while retaining at least one compound selected from the group consisting of polyethylene polyamines in its structure.
多官能重合性単量体としては、炭素−炭素不飽和結合を2個以上有する重合可能な化合物であれば、特に限定されない。例えば、多官能(メタ)アクリルアミド類、多官能(メタ)アクリレート類等の多官能アクリル系単量体、多官能ビニルエーテル類又はジビニルベンゼン等の多官能ビニル系単量体等が挙げられる。これらの多官能重合性単量体は、単独又は2種類以上を組み合わせることができる。 The polyfunctional polymerizable monomer is not particularly limited as long as it is a polymerizable compound having two or more carbon-carbon unsaturated bonds. Examples thereof include polyfunctional acrylic monomers such as polyfunctional (meth) acrylamides and polyfunctional (meth) acrylates, polyfunctional vinyl ethers such as polyfunctional vinyl ethers and divinylbenzene, and the like. These polyfunctional polymerizable monomers can be used alone or in combination of two or more.
上記多官能(メタ)アクリルアミド類としては、N,N’−(1,2−ジヒドロキシエチレン)ビスアクリルアミド、エチジウムブロマイド−N,N’−ビスアクリルアミド、エチジウムブロマイド−N,N’−ビスメタクリルアミド、N,N’−エチレンビスアクリルアミド、N,N’−メチレンビスアクリルアミド等が挙げられる。 Examples of the polyfunctional (meth) acrylamides include N, N ′-(1,2-dihydroxyethylene) bisacrylamide, ethidium bromide-N, N′-bisacrylamide, ethidium bromide-N, N′-bismethacrylamide, N, N′-ethylenebisacrylamide, N, N′-methylenebisacrylamide and the like can be mentioned.
上記多官能(メタ)アクリレート類としては、ジ(メタ)アクリレート類、トリ(メタ)アクリレート類又はテトラ(メタ)アクリレート類等が挙げられる。 Examples of the polyfunctional (meth) acrylates include di (meth) acrylates, tri (meth) acrylates, and tetra (meth) acrylates.
上記ジ(メタ)アクリレート類としては、(ポリ)エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、(ポリ)プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレート等のアルキレングリコールジ(メタ)アクリレート類が挙げられる。 Examples of the di (meth) acrylates include (poly) ethylene glycol di (meth) acrylate, (poly) propylene glycol di (meth) acrylate, 1,6-hexanediol di (meth) acrylate, and trimethylolpropane di (meta). And alkylene glycol di (meth) acrylates such as acrylate and pentaerythritol di (meth) acrylate.
上記トリ(メタ)アクリレート類としては、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリストールトリ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、グリセリントリ(メタ)アクリレート等が挙げられる。 Examples of the tri (meth) acrylates include trimethylolpropane tri (meth) acrylate, pentaerythritol tri (meth) acrylate, ethylene oxide-modified trimethylolpropane tri (meth) acrylate, glycerin tri (meth) acrylate, and the like. .
上記テトラ(メタ)アクリレート類としては、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート等が挙げられる。 Examples of the tetra (meth) acrylates include ditrimethylolpropane tetra (meth) acrylate and pentaerythritol tetra (meth) acrylate.
上記多官能ビニルエーテル類としては、トリメチロールプロパントリビニルエーテル、ジトリメチロールプロパンテトラビニルエーテル、グリセリントリビニルエーテル等が挙げられる。 Examples of the polyfunctional vinyl ethers include trimethylolpropane trivinyl ether, ditrimethylolpropane tetravinyl ether, glycerin trivinyl ether, and the like.
また、必要に応じて、重合反応を上記多官能重合性単量体と単官能重合性単量体との共重合としても差し支えない。共重合することにより、高分子重合体内の網目の大きさを調節することができる。 If necessary, the polymerization reaction may be a copolymerization of the polyfunctional polymerizable monomer and the monofunctional polymerizable monomer. By copolymerizing, the size of the network in the polymer can be adjusted.
単官能重合性単量体としては、単官能(メタ)アクリルアミド類、単官能(メタ)アクリレート類等の単官能アクリル系単量体、単官能ビニルエーテル類、単官能N−ビニル化合物類又は単官能ビニル化合物類等の単官能ビニル系単量体、単官能α,β−不飽和化合物類等が挙げられる。 Monofunctional polymerizable monomers include monofunctional acrylic monomers such as monofunctional (meth) acrylamides and monofunctional (meth) acrylates, monofunctional vinyl ethers, monofunctional N-vinyl compounds, or monofunctional And monofunctional vinyl monomers such as vinyl compounds, monofunctional α, β-unsaturated compounds, and the like.
上記単官能(メタ)アクリルアミド類としては、2−アセトアミドアクリル酸、(メタ)アクリルアミド、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、N−(ブトキシメチル)アクリルアミド、N−tert−ブチルアクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N−[3−(ジメチルアミノ)プロピル]メタクリルアミド等が挙げられる。 Examples of the monofunctional (meth) acrylamides include 2-acetamidoacrylic acid, (meth) acrylamide, 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, N- (butoxymethyl) acrylamide, N-tert-butylacrylamide, and diacetone. Examples include acrylamide, N, N-dimethylacrylamide, N- [3- (dimethylamino) propyl] methacrylamide.
上記単官能(メタ)アクリレート類としては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、メトキシエチル(メタ)アクリレート、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、(ポリ)エチレングリコールメタクリレート、ポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート等が挙げられる。 Examples of the monofunctional (meth) acrylates include methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, methoxyethyl (meth) acrylate, Examples include methoxy polyethylene glycol (meth) acrylate, (meth) acrylic acid, N, N-dimethylaminoethyl (meth) acrylate, (poly) ethylene glycol methacrylate, polypropylene glycol (meth) acrylate, and the like.
上記単官能ビニルエーテル類としては、メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル、2−エチルヘキシルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル、メトキシエチルビニルエーテル、メトキシポリエチレングリコールビニルエーテル等が挙げられる。 Examples of the monofunctional vinyl ethers include methyl vinyl ether, ethyl vinyl ether, butyl vinyl ether, 2-ethylhexyl vinyl ether, cyclohexyl vinyl ether, methoxyethyl vinyl ether, and methoxypolyethylene glycol vinyl ether.
上記単官能N−ビニル化合物類としては、N−ビニルピロリドン、N−ビニルカプロラクタム、N−ビニルホルムアミド、N−ビニルアセトアミド等が挙げられる。 Examples of the monofunctional N-vinyl compounds include N-vinylpyrrolidone, N-vinylcaprolactam, N-vinylformamide, N-vinylacetamide and the like.
上記単官能ビニル化合物類としては、スチレン、α−メチルスチレン、酢酸ビニル等が挙げられる。 Examples of the monofunctional vinyl compounds include styrene, α-methylstyrene, vinyl acetate and the like.
上記単官能α,β−不飽和化合物類としては、無水マレイン酸、マレイン酸、マレイン酸ジメチル、マレイン酸ジエチル、フマル酸、フマル酸ジメチル、フマル酸ジエチル、フマル酸モノメチル、フマル酸モノエチル、無水イタコン酸、イタコン酸、イタコン酸ジメチル、メチレンマロン酸、メチレンマロン酸ジメチル、桂皮酸、桂皮酸メチル、クロトン酸、クロトン酸メチル等が挙げられる。 Examples of the monofunctional α, β-unsaturated compounds include maleic anhydride, maleic acid, dimethyl maleate, diethyl maleate, fumaric acid, dimethyl fumarate, diethyl fumarate, monomethyl fumarate, monoethyl fumarate, and itaconic anhydride. Examples thereof include acid, itaconic acid, dimethyl itaconate, methylene malonic acid, dimethyl methylene malonate, cinnamic acid, methyl cinnamate, crotonic acid, and methyl crotonic acid.
次に、ポリエチレンポリアミン類について説明する。 Next, polyethylene polyamines will be described.
本発明においてこれらのアミン化合物は、高分子重合体の構造内において、二酸化炭素を吸着、脱着する役割を担う。 In the present invention, these amine compounds play a role of adsorbing and desorbing carbon dioxide in the structure of the polymer.
本発明において、ポリエチレンポリアミン類としては、具体例としては、例えば、ジエチレントリアミン(DETA)、トリエチレンテトラミン(TETA)、テトラエチレンペンタミン(TEPA)、及びペンタエチレンヘキサミン(PEHA)等が挙げられる。
ここで、「TETA」とは、4つのアミノ基がエチレン鎖を介して直鎖状又は分岐状に連なっている化合物を指すが、本発明においては、同じくアミノ基を4つ有しており、且つピペラジン環構造を有するものも含まれる。TETAの具体的な化合物名としては、例えば、1,4,7,10−テトラアザデカン、N,N−ビス(2−アミノエチル)−1,2−エタンジアミン、1−[2−[(2−アミノエチル)アミノ]エチル]−ピペラジン、1、4−ビス(2−アミノエチル)−ピペラジン等が挙げられる。
In the present invention, specific examples of polyethylenepolyamines include diethylenetriamine (DETA), triethylenetetramine (TETA), tetraethylenepentamine (TEPA), and pentaethylenehexamine (PEHA).
Here, “TETA” refers to a compound in which four amino groups are linked linearly or branchedly via an ethylene chain, but in the present invention, it also has four amino groups, Also included are those having a piperazine ring structure. Specific compound names of TETA include, for example, 1,4,7,10-tetraazadecane, N, N-bis (2-aminoethyl) -1,2-ethanediamine, 1- [2-[( 2-aminoethyl) amino] ethyl] -piperazine, 1,4-bis (2-aminoethyl) -piperazine and the like.
また、「TEPA」とは、5つのアミノ基がエチレン鎖を介して直鎖状又は分岐状に連なっている化合物を指すが、本発明においては、同じくアミノ基を5つ有しており、且つピペラジン環構造を有するものも含まれる。TEPAの具体的な化合物名としては、例えば、1,4,7,10,13−ペンタアザトリデカン、N,N,N’−トリス(2−アミノエチル)−1,2−エタンジアミン、1−[2−[2−[2−[(2−アミノエチル)アミノ]エチル]アミノ]エチル]−ピペラジン、1−[2−[ビス(2−アミノエチル)アミノ]エチル]−ピペラジン、ビス[2−(1−ピペラジニル)エチル]アミン等が挙げられる。 “TEPA” refers to a compound in which five amino groups are linked in a straight or branched chain via an ethylene chain, and in the present invention, it also has five amino groups, and Those having a piperazine ring structure are also included. Specific compound names of TEPA include, for example, 1,4,7,10,13-pentaazatridecane, N, N, N′-tris (2-aminoethyl) -1,2-ethanediamine, 1 -[2- [2- [2-[(2-aminoethyl) amino] ethyl] amino] ethyl] -piperazine, 1- [2- [bis (2-aminoethyl) amino] ethyl] -piperazine, bis [ 2- (1-piperazinyl) ethyl] amine and the like.
また、「PEHA」とは、6つのアミノ基がエチレン鎖を介して直鎖状又は分岐状に連なっている化合物を指すが、本発明においては、同じくアミノ基を6つ有しており、且つピペラジン環構造を有するものも含まれる。PEHAの具体的な化合物名としては、例えば、1,4,7,10,13,16−ヘキサアザヘキサデカン、N,N,N’,N’−テトラキス(2−アミノエチル)−1,2−エタンジアミン、N,N−ビス(2−アミノエチル)−N’−[2−[(2−アミノエチル)アミノ]エチル]−1,2−エタンジアミン、1−[2−[2−[2−[2−[2−[(2−アミノエチル)アミノ]エチル]アミノ]エチル]アミノ]エチル]−ピペラジン、1−[2−[2−[2−[ビス(2−アミノエチル)アミノ]エチル]アミノ]エチル]−ピペラジン、N,N’−ビス[2−(1−ピペラジニル)エチル]−1,2−エタンジアミン等が挙げられる。 “PEHA” refers to a compound in which six amino groups are linked in a straight chain or branched form through an ethylene chain, and in the present invention, it also has six amino groups, and Those having a piperazine ring structure are also included. Specific compound names of PEHA include, for example, 1,4,7,10,13,16-hexaazahexadecane, N, N, N ′, N′-tetrakis (2-aminoethyl) -1,2- Ethanediamine, N, N-bis (2-aminoethyl) -N ′-[2-[(2-aminoethyl) amino] ethyl] -1,2-ethanediamine, 1- [2- [2- [2 -[2- [2-[(2-aminoethyl) amino] ethyl] amino] ethyl] amino] ethyl] -piperazine, 1- [2- [2- [2- [bis (2-aminoethyl) amino] Ethyl] amino] ethyl] -piperazine, N, N′-bis [2- (1-piperazinyl) ethyl] -1,2-ethanediamine, and the like.
これらのうち、ポリエチレンポリアミン類としては、入手のし易さ、及び取得コストの観点から、
ジエチレントリアミン(DETA)、
1,4,7,10−テトラアザデカン、N,N−ビス(2−アミノエチル)−1,2−エタンジアミン、1−[2−[(2−アミノエチル)アミノ]エチル]−ピペラジン、及び1、4−ビス(2−アミノエチル)−ピペラジンの混合物よりなるトリエチレンテトラミン(TETA)、
1,4,7,10,13−ペンタアザトリデカン、N,N,N’−トリス(2−アミノエチル)−1,2−エタンジアミン、1−[2−[2−[2−[(2−アミノエチル)アミノ]エチル]アミノ]エチル]−ピペラジン、1−[2−[ビス(2−アミノエチル)アミノ]エチル]−ピペラジン、及びビス[2−(1−ピペラジニル)エチル]アミンの混合物よりなるテトラエチレンペンタミン(TEPA)、並びに
1,4,7,10,13,16−ヘキサアザヘキサデカン、N,N,N’,N’−テトラキス(2−アミノエチル)−1,2−エタンジアミン、N,N−ビス(2−アミノエチル)−N’−[2−[(2−アミノエチル)アミノ]エチル]−1,2−エタンジアミン、1−[2−[2−[2−[2−[2−[(2−アミノエチル)アミノ]エチル]アミノ]エチル]アミノ]エチル]−ピペラジン、1−[2−[2−[2−[ビス(2−アミノエチル)アミノ]エチル]アミノ]エチル]−ピペラジン、及びN,N’−ビス[2−(1−ピペラジニル)エチル]−1,2−エタンジアミンの混合物よりなるペンタエチレンヘキサミン(PEHA)
からなる群より選ばれる少なくとも一種であることが特に好ましい。
Among these, as polyethylenepolyamines, from the viewpoint of easy availability and acquisition cost,
Diethylenetriamine (DETA),
1,4,7,10-tetraazadecane, N, N-bis (2-aminoethyl) -1,2-ethanediamine, 1- [2-[(2-aminoethyl) amino] ethyl] -piperazine, And triethylenetetramine (TETA) consisting of a mixture of 1,4-bis (2-aminoethyl) -piperazine,
1,4,7,10,13-pentaazatridecane, N, N, N′-tris (2-aminoethyl) -1,2-ethanediamine, 1- [2- [2- [2-[( 2-aminoethyl) amino] ethyl] amino] ethyl] -piperazine, 1- [2- [bis (2-aminoethyl) amino] ethyl] -piperazine, and bis [2- (1-piperazinyl) ethyl] amine Tetraethylenepentamine (TEPA) composed of a mixture, and 1,4,7,10,13,16-hexaazahexadecane, N, N, N ′, N′-tetrakis (2-aminoethyl) -1,2- Ethanediamine, N, N-bis (2-aminoethyl) -N ′-[2-[(2-aminoethyl) amino] ethyl] -1,2-ethanediamine, 1- [2- [2- [2 -[2- [2-[(2-aminoethyl Amino] ethyl] amino] ethyl] amino] ethyl] -piperazine, 1- [2- [2- [2- [bis (2-aminoethyl) amino] ethyl] amino] ethyl] -piperazine, and N, N ′ Pentaethylenehexamine (PEHA) comprising a mixture of bis [2- (1-piperazinyl) ethyl] -1,2-ethanediamine
Particularly preferred is at least one selected from the group consisting of
本発明において、本発明の趣旨に反しない程度であれば、本発明のアミン化合物に加えて、それ以外の原料を併用しても差し支えない。 In the present invention, other raw materials may be used in combination with the amine compound of the present invention as long as it does not contradict the spirit of the present invention.
本発明において、ポリエチレンポリアミン類は市販のものでもよいし、公知の方法により合成したものでもよく、特に限定されない。また、ポリエチレンポリアミン類の純度としては、特に限定はないが、精製工程での精製のし易さを考慮すると、95%以上が好ましく、99%以上が特に好ましい。 In the present invention, polyethylene polyamines may be commercially available or may be synthesized by a known method, and are not particularly limited. The purity of the polyethylene polyamines is not particularly limited, but is preferably 95% or more, and particularly preferably 99% or more, considering the ease of purification in the purification step.
本発明において使用される高分子重合体とポリエチレンポリアミン類との重量分率は、特に制限されるものではない。二酸化炭素と水素の分離能を高めるという観点から、当該ポリエチレンポリアミン類の重量分率が2〜80%、好ましくは30〜70%、さらに好ましくは40〜60%であることが望ましい。 The weight fraction of the high molecular polymer and polyethylene polyamines used in the present invention is not particularly limited. From the viewpoint of enhancing the separation ability of carbon dioxide and hydrogen, it is desirable that the weight fraction of the polyethylene polyamines is 2 to 80%, preferably 30 to 70%, more preferably 40 to 60%.
本発明の高分子膜は圧力をかけた場合に上記ポリエチレンポリアミン類が漏出することがないため、自立膜として使用することができるが、公知の支持膜との複合膜にする等、その使用方法は特に制限されない。 The polymer membrane of the present invention can be used as a self-supporting membrane because the polyethylene polyamines do not leak out when pressure is applied, but it can be used as a composite membrane with a known supporting membrane. Is not particularly limited.
次に、本発明における高分子重合体の製造方法について説明する。 Next, the manufacturing method of the high molecular polymer in this invention is demonstrated.
本発明の高分子膜の製造方法は、ポリエチレンポリアミン類からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物の存在下に、多官能重合性単量体の重合反応を行うことをその特徴とする。 The method for producing a polymer film of the present invention is characterized in that a polyfunctional polymerizable monomer is polymerized in the presence of at least one compound selected from the group consisting of polyethylene polyamines.
本発明において、ポリエチレンポリアミン類からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物の存在下に多官能重合性単量体を重合反応させる方法としては、特に限定されず、熱重合であっても光重合であってもよい。この場合、通常(熱又は光)重合開始剤が用いられる。 In the present invention, the method for polymerizing the polyfunctional polymerizable monomer in the presence of at least one compound selected from the group consisting of polyethylene polyamines is not particularly limited, and photopolymerization is possible even in thermal polymerization. It may be. In this case, a polymerization initiator is usually used (heat or light).
上記熱重合開始剤としては、公知のものを使用でき、具体的には、メチルエチルケトンパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、t−ブチルハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、t−ブチルパーオキシオクトエート、t−ブチルパーオキシベンゾエー卜、ラウロイルパーオキサイド等の有機過酸化物;アゾビスイソブチロニトリル等のアゾ系化合物等が好適である。また、熱重合時には硬化促進剤を混合して使用してもよく、硬化促進剤としては、ナフテン酸コバルトやオクチル酸コバルト等又は3級アミン等が好適である。熱重合開始剤の添加量としては、上記多官能重合性単量体100重量部に対し、好ましくは約0.01〜10重量部、より好ましくは約0.1〜1重量部である。 As the thermal polymerization initiator, known ones can be used. Specifically, methyl ethyl ketone peroxide, benzoyl peroxide, dicumyl peroxide, t-butyl hydroperoxide, cumene hydroperoxide, t-butyl peroxide Organic peroxides such as octoate, t-butylperoxybenzoate, and lauroyl peroxide; azo compounds such as azobisisobutyronitrile are suitable. In addition, a curing accelerator may be used by mixing at the time of thermal polymerization, and as the curing accelerator, cobalt naphthenate, cobalt octylate, etc., or tertiary amine is suitable. The amount of the thermal polymerization initiator added is preferably about 0.01 to 10 parts by weight, more preferably about 0.1 to 1 part by weight with respect to 100 parts by weight of the polyfunctional polymerizable monomer.
上記光重合開始剤としては、公知のものを使用でき、具体的には、以下のような化合物が好適である。これらは単独又は2種以上の混合物として使用される。 As the photopolymerization initiator, known ones can be used, and specifically, the following compounds are suitable. These are used alone or as a mixture of two or more.
ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル等のベンゾインとそのアルキルエーテル類;アセトフェノン、2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン、1,1−ジクロロアセトフェノン、4−(1−t−ブチルジオキシ−1−メチルエチル)アセトフェノン、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルホリノ−プロパン−1−オンや2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルホリノフェニル)−ブタノン−1、ジエトキシアセトフェノン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、ベンジルジメチルケタール、4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル−(2−ヒドロキシ−2−プロピル)ケトン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−[4−(1−メチルビニル)フェニル]プロパノンオリゴマー等のアセトフェノン類。 Benzoin and its alkyl ethers such as benzoin, benzoin methyl ether, benzoin ethyl ether, benzoin isopropyl ether, benzoin isobutyl ether; acetophenone, 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone, 1,1-dichloroacetophenone, 4- (1 -T-butyldioxy-1-methylethyl) acetophenone, 2-methyl-1- [4- (methylthio) phenyl] -2-morpholino-propan-1-one and 2-benzyl-2-dimethylamino-1- (4 -Morpholinophenyl) -butanone-1, diethoxyacetophenone, 2-hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-one, benzyldimethyl ketal, 4- (2-hydroxyethoxy) phenyl- (2-hydroxy-2) -Pro Le) ketone, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, 2-hydroxy-2-methyl-1- [4- (1-methylvinyl) phenyl] acetophenone such as propanone oligomer.
2−メチルアントラキノン、2−アミルアントラキノン、2−t−ブチルアントラキノン、1−クロロアントラキノン等のアントラキノン類;2,4−ジメチルチオキサントン、2,4−ジイソプロピルチオキサントン、2−クロロチオキサントン、2−イソプロピルチオキサントン、4−イソプロピルチオキサントン、2,4−ジエチルチオキサントン、2,4−ジクロロチオキサントン、1−クロロ−4−プロポキシチオキサントン、2−(3−ジメチルアミノ−2−ヒドロキシ)−3,4−ジメチル−9H−チオキサントン−9−オンメソクロリド等のチオキサントン類;アセトフェノンジメチルケタール、ベンジルジメチルケタール等のケタール類;ベンゾフェノン、4−(1−t−ブチルジオキシ−1−メチルエチル)ベンゾフェノン、3,3’,4,4’−テトラキス(t−ブチルジオキシカルボニル)ベンゾフェノン、o−ベンゾイル安息香酸メチル、4−フェニルベンゾフェノン、4−ベンゾイル−4’−メチル−ジフェニルサルファイド、3,3’,4,4’−テトラ(t−ブチルパーオキシルカルボニル)ベンゾフェノン、2,4,6−トリメチルベンゾフェノン、4−ベンゾイル−N,N−ジメチル−N−[2−(1−オキソ−2−プロペニルオキシ)エチル]ベンゼンメタナミニウムブロミド、(4−ベンゾイルベンジル)トリメチルアンモニウムクロリド等のベンゾフェノン類;アシルフォスフィンオキサイド類及びキサントン類。 Anthraquinones such as 2-methylanthraquinone, 2-amylanthraquinone, 2-t-butylanthraquinone, 1-chloroanthraquinone; 2,4-dimethylthioxanthone, 2,4-diisopropylthioxanthone, 2-chlorothioxanthone, 2-isopropylthioxanthone, 4-isopropylthioxanthone, 2,4-diethylthioxanthone, 2,4-dichlorothioxanthone, 1-chloro-4-propoxythioxanthone, 2- (3-dimethylamino-2-hydroxy) -3,4-dimethyl-9H-thioxanthone Thioxanthones such as -9-one mesochloride; ketals such as acetophenone dimethyl ketal and benzyl dimethyl ketal; benzophenone, 4- (1-t-butyldioxy-1-methylethyl) benzofe 3,3 ′, 4,4′-tetrakis (t-butyldioxycarbonyl) benzophenone, methyl o-benzoylbenzoate, 4-phenylbenzophenone, 4-benzoyl-4′-methyl-diphenyl sulfide, 3,3 ', 4,4'-tetra (t-butylperoxylcarbonyl) benzophenone, 2,4,6-trimethylbenzophenone, 4-benzoyl-N, N-dimethyl-N- [2- (1-oxo-2-propenyl) Benzophenones such as (oxy) ethyl] benzenemethananium bromide and (4-benzoylbenzyl) trimethylammonium chloride; acylphosphine oxides and xanthones.
上記光重合開始剤の添加量としては、上記多官能重合性単量体100重量部に対し、好ましくは約0.5〜10重量部、より好ましくは約2〜3重量部である。 The addition amount of the photopolymerization initiator is preferably about 0.5 to 10 parts by weight, more preferably about 2 to 3 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polyfunctional polymerizable monomer.
本発明に用いる多官能重合性単量体を光により硬化させる場合、光重合開始剤とともに増感剤として塩基性増感剤を用いることができる。塩基性増感剤としてはアミン系増感剤を用いることが好ましく、上記アミン系増感剤としては、特に制限されないが、具体的には、モノメチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、モノエチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、モノプロピルアミン、ジメチルプロピルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ポリエチレンイミン等が挙げられる。これらの中で特に三級アミン系増感剤が好ましい。 When the polyfunctional polymerizable monomer used in the present invention is cured by light, a basic sensitizer can be used as a sensitizer together with a photopolymerization initiator. As the basic sensitizer, an amine sensitizer is preferably used, and the amine sensitizer is not particularly limited. Specifically, monomethylamine, dimethylamine, trimethylamine, monoethylamine, diethylamine, Examples include triethylamine, monopropylamine, dimethylpropylamine, monoethanolamine, diethanolamine, ethylenediamine, diethylenetriamine, dimethylaminoethyl methacrylate, and polyethyleneimine. Of these, tertiary amine sensitizers are particularly preferred.
上記三級アミン系増感剤としては、上記の他にトリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、トリブタノールアミン、メチルジエタノールアミン、メチルジイソプロパノールアミン、メチルジブタノールアミン、エチルジエタノールアミン、エチルジイソプロパノールアミン、エチルジブタノールアミン、プロピルジエタノールアミン、プロピルジイソプロパノールアミン、プロピルジブタノールアミン、ジメチルエタノールアミン、ジメチルイソプロパノールアミン、ジメチルブタノールアミン、ジエチルエタノールアミン、ジエチルイソプロパノールアミン、ジエチルブタノールアミン、ジプロピルエタノールアミン、ジプロピルイソプロパノールアミン、ジプロピルブタノールアミン、ジブチルエタノールアミン、ジブチルイソプロパノールアミン、ジブチルブタノールアミン、メチルエチルエタノールアミン、メチルエチルイソプロパノールアミン、メチルエチルブタノールアミン、ベンジルジエタノールアミン、N−フェニルジエタノールアミン、テトラエタノールエチレンジアミン、テトラプロパノールエチレンジアミン等が挙げられる。また、これら水酸基含有三級アミン系増感剤にエチレンオキサイドを付加させてポリエチレングリコール鎖を導入したもの、水酸基含有三級アミン系増感剤に水酸基と反応性を有する官能基を含有するモノマーを付加させて重合性二重結合を導入したもの、ポリマー又はオリゴマーに三級アミノ基を導入したもの等も用いることができる。これらのアミン系増感剤は単独又は2種以上を組み合わせて用いることができる。 In addition to the above, the tertiary amine sensitizers include triethanolamine, triisopropanolamine, tributanolamine, methyldiethanolamine, methyldiisopropanolamine, methyldibutanolamine, ethyldiethanolamine, ethyldiisopropanolamine, and ethyldiethanol. Butanolamine, propyldiethanolamine, propyldiisopropanolamine, propyldibutanolamine, dimethylethanolamine, dimethylisopropanolamine, dimethylbutanolamine, diethylethanolamine, diethylisopropanolamine, diethylbutanolamine, dipropylethanolamine, dipropylisopropanolamine, Dipropylbutanolamine, dibutylethanolamine, dibutyli Propanolamine, di-butyl butanolamine, methyl ethyl ethanolamine, methyl ethyl isopropanolamine, methyl ethyl butanol amine, benzyl diethanolamine, N- phenyl-diethanolamine, tetraethanol ethylenediamine, tetramethylenediamine propanol ethylenediamine, and the like. In addition, ethylene glycol is added to these hydroxyl group-containing tertiary amine sensitizers to introduce polyethylene glycol chains, and hydroxyl group-containing tertiary amine sensitizers are monomers containing functional groups that are reactive with hydroxyl groups. Those obtained by adding a polymerizable double bond by addition, those obtained by introducing a tertiary amino group into a polymer or oligomer, and the like can also be used. These amine sensitizers can be used alone or in combination of two or more.
上記増感剤の使用量は、光重合開始剤100重量部に対し、好ましくは約1〜10重量部、より好ましくは約5〜8重量部である。 The amount of the sensitizer used is preferably about 1 to 10 parts by weight, more preferably about 5 to 8 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the photopolymerization initiator.
上記重合反応は、適当な溶媒中、熱重合の場合は加熱により、光重合の場合は紫外線の照射により実施することが好ましい。溶媒としては、上記アミン化合物、又はポリエチレンポリアミン類と上記多官能重合性単量体を溶解するものであれば特に限定されないが、通常アルコール(例えば、メタノール、エタノールなど)が好適に使用できる。熱重合の加熱は、通常約40〜90℃、好ましくは約60〜70℃で、通常約2〜24時間、好ましくは約5〜10時間で行われる。重合の紫外線照射は、通常約200〜400nm、好ましくは約250〜360nmの波長を用いて、通常約30秒〜10分、好ましくは約1〜3分で行われる。 The polymerization reaction is preferably carried out in an appropriate solvent by heating in the case of thermal polymerization and by irradiation with ultraviolet rays in the case of photopolymerization. The solvent is not particularly limited as long as it dissolves the amine compound or the polyethylene polyamines and the polyfunctional polymerizable monomer, but usually an alcohol (for example, methanol, ethanol, etc.) can be preferably used. Heating in the thermal polymerization is usually performed at about 40 to 90 ° C., preferably about 60 to 70 ° C., usually for about 2 to 24 hours, preferably about 5 to 10 hours. The ultraviolet irradiation of the polymerization is usually performed for about 30 seconds to 10 minutes, preferably about 1 to 3 minutes, using a wavelength of about 200 to 400 nm, preferably about 250 to 360 nm.
次に、本発明における二酸化炭素の分離方法について説明する。 Next, the carbon dioxide separation method in the present invention will be described.
本発明の二酸化炭素の分離方法は、二酸化炭素を含む混合ガスを、上記した本発明の高分子膜に接触させて、該混合ガス中の二酸化炭素を選択的に透過させる工程を含むことをその特徴とする。すなわち、本発明の分離方法は、二酸化炭素を含む混合ガスを上記で得られた高分子膜に接触させて該混合ガス中の二酸化炭素を選択的に透過させる工程を含むことを特徴とする。 The carbon dioxide separation method of the present invention includes a step of bringing a mixed gas containing carbon dioxide into contact with the above-described polymer membrane of the present invention to selectively permeate carbon dioxide in the mixed gas. Features. That is, the separation method of the present invention includes a step of bringing a mixed gas containing carbon dioxide into contact with the polymer membrane obtained above to selectively permeate carbon dioxide in the mixed gas.
本発明の分離方法は、分離膜のガス供給側とガス透過側との間に圧力差を設けておくことが好ましい。この圧力差は、通常、ガス透過側を減圧にすることにより設けられる。また、本分離方法は、通常5〜80℃、好ましくは室温〜50℃の温度条件下で実施することが望ましい。 In the separation method of the present invention, it is preferable to provide a pressure difference between the gas supply side and the gas permeation side of the separation membrane. This pressure difference is usually provided by reducing the pressure on the gas permeation side. Moreover, it is desirable to carry out this separation method under a temperature condition of usually 5 to 80 ° C., preferably room temperature to 50 ° C.
本発明の分離方法に適用できる混合ガスは、二酸化炭素を含む混合ガスであれば特に制限されないが、二酸化炭素と他のガスとの分離性能を向上させるためには、混合ガスの相対湿度を30%以上、好ましくは60〜100%に調製しておくことが望ましい。 The mixed gas applicable to the separation method of the present invention is not particularly limited as long as it is a mixed gas containing carbon dioxide. However, in order to improve the separation performance between carbon dioxide and other gases, the relative humidity of the mixed gas is set to 30. % Or more, preferably 60 to 100%.
本発明の分離方法においては、上記以外の工程を追加して実施しても一向に差し支えない。例えば、冷却工程、加熱工程、洗浄工程、抽出工程、超音波処理工程、蒸留工程、その他薬液で処理する工程などを適宜実施することができる。 In the separation method of the present invention, additional steps other than those described above may be carried out. For example, a cooling step, a heating step, a washing step, an extraction step, an ultrasonic treatment step, a distillation step, other treatment steps with a chemical solution, and the like can be appropriately performed.
本発明の分離方法は、例えば、火力発電所、鉄鋼プラント、及びセメント工場などで発生する燃焼排ガスから二酸化炭素(CO2)を分離するのに適用することができる。 The separation method of the present invention can be applied to, for example, separating carbon dioxide (CO 2 ) from combustion exhaust gas generated in a thermal power plant, a steel plant, a cement factory, and the like.
以下に実施例を用いて本発明を説明するが、本発明はこれらに限定して解釈されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples, but the present invention should not be construed as being limited thereto.
[実施例1]
ポリエチレンポリアミン類としてジエチレントリアミン(東ソー社製)2g、及び多官能重合性単量体としてポリエチレングリコールジメタクリレート(以下、「PEGDMA」と略す、分子量:750;アルドリッチ社製)2g(2.67mmol)をメタノール(和光純薬工業社製)2gに溶かした。
[Example 1]
Diethylenetriamine (manufactured by Tosoh Corp.) 2 g as a polyethylene polyamine, and polyethylene glycol dimethacrylate (hereinafter abbreviated as “PEGDMA”, molecular weight: 750; Aldrich Corp.) 2 g (2.67 mmol) as methanol as a polyfunctional polymerizable monomer Dissolved in 2 g (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.).
次いで、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンを0.04mmol/mLとなるように加えた。得られた溶液をシャーレに展開し、B−100APランプ(UVP社製)を用いて紫外光(波長ピーク:360nm)を室温で1分間照射することにより、ポリエチレングリコールジメタクリレートを重合した。その後、反応溶媒であるエタノールを減圧下で留去し、目的の高分子膜(以下、「本発明品1」という)。本高分子膜の膜厚は約0.02mmで、該高分子膜中のジエチレントリアミンの含有量は50重量%であった。 Subsequently, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone was added to 0.04 mmol / mL. The resulting solution was developed in a petri dish, and polyethylene glycol dimethacrylate was polymerized by irradiating with ultraviolet light (wavelength peak: 360 nm) at room temperature for 1 minute using a B-100AP lamp (manufactured by UVP). Thereafter, ethanol as a reaction solvent is distilled off under reduced pressure to obtain a target polymer membrane (hereinafter referred to as “product 1 of the present invention”). The film thickness of the present polymer film was about 0.02 mm, and the content of diethylenetriamine in the polymer film was 50% by weight.
[実施例2]
ポリエチレンポリアミン類としてトリエチレンテトラアミン(東ソー社製)を使用する以外は、実施例1と同様にして目的の高分子膜を得た(以下、「本発明品2」という)。本高分子膜の膜厚は約0.026mmで、該高分子膜中のトリエチレンテトラアミンの含有量は50重量%であった。
[Example 2]
A target polymer membrane was obtained in the same manner as in Example 1 except that triethylenetetraamine (manufactured by Tosoh Corporation) was used as the polyethylene polyamines (hereinafter referred to as “product 2 of the present invention”). The film thickness of the polymer film was about 0.026 mm, and the content of triethylenetetraamine in the polymer film was 50% by weight.
[実施例3]
ポリエチレンポリアミン類としてテトラエチレンペンタアミン(東ソー社製)を使用する以外は、実施例1と同様にして目的の高分子膜を得た(以下、「本発明品3」という)。本高分子膜の膜厚は約0.021mmで、該高分子膜中のテトラエチレンペンタアミンの含有量は50重量%であった。
[Example 3]
A target polymer film was obtained in the same manner as in Example 1 except that tetraethylenepentamine (manufactured by Tosoh Corp.) was used as the polyethylene polyamine (hereinafter referred to as “product 3 of the present invention”). The thickness of this polymer membrane was about 0.021 mm, and the content of tetraethylenepentamine in the polymer membrane was 50% by weight.
[実施例4]
ポリエチレンポリアミン類としてペンタエチレンヘキサアミン(東ソー社製)を使用する以外は、実施例1と同様にして目的の高分子膜を得た(以下、「本発明品4」という)。本高分子膜の膜厚は約0.026mmで、該高分子膜中のペンタエチレンヘキサアミンの含有量は50重量%であった。
[Example 4]
A target polymer film was obtained in the same manner as in Example 1 except that pentaethylenehexamine (manufactured by Tosoh Corporation) was used as the polyethylene polyamine (hereinafter referred to as “product 4 of the present invention”). The film thickness of this polymer film was about 0.026 mm, and the content of pentaethylenehexamine in the polymer film was 50% by weight.
[比較例1]
アミン化合物、及びポリエチレンポリアミン類を加えない以外は実施例1と同様にして高分子膜を得た(以下、「比較品」という)。得られた高分子膜の膜厚は0.13mmであった。
[Comparative Example 1]
A polymer film was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amine compound and polyethylene polyamines were not added (hereinafter referred to as “comparative product”). The film thickness of the obtained polymer film was 0.13 mm.
[実施例5〜8、及び比較例2]二酸化炭素と共存ガスの分離試験
実施例1〜5、及び比較例1で得た高分子膜(本発明品1〜4、及び比較品)を用いて二酸化炭素分離能を測定した。なお、以下の説明、及び数式において二酸化炭素をCO2と略す。
[Examples 5 to 8 and Comparative Example 2] Separation test of carbon dioxide and coexisting gas Using the polymer membranes obtained in Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 (products 1 to 4 of the present invention and comparative products) The carbon dioxide separation ability was measured. In the following description and mathematical formula, carbon dioxide is abbreviated as CO 2 .
装置概略を図1に示す。すなわち、該高分子膜に混合ガス(二酸化炭素ガス10%、共存ガス90%)を供給し、分離膜を透過したガスの透過流束Q(CO2)及びQ(共存ガス)(単位はGPU=1×10−6cm3(STP)/(s・cm2・cmHg))を下記条件でガスクロマトグラフィーと流量計を用いて測定し、下記式に従って透過係数を算出し、該透過係数から選択性α(CO2/共存ガス)=Q(CO2/Q共存ガス)を算出した。その結果を表1に示す。なお、共存ガスとしては、メタンガスを用いた。 An outline of the apparatus is shown in FIG. That is, a mixed gas (carbon dioxide gas 10%, coexisting gas 90%) is supplied to the polymer membrane, and the permeation fluxes Q (CO 2 ) and Q (coexisting gas) of the gas that has permeated the separation membrane (unit: GPU = 1 × 10 −6 cm 3 (STP) / (s · cm 2 · cmHg)) under the following conditions using a gas chromatography and a flow meter, the permeability coefficient is calculated according to the following formula, The selectivity α (CO 2 / coexisting gas) = Q (CO 2 / Q coexisting gas) was calculated. The results are shown in Table 1. Note that methane gas was used as the coexisting gas.
(式中、Qは透過流束、nはガス体積、lは膜厚、Aは膜面積、tは時間、Δpは供給側分圧と透過側分圧の差を意味する。添え字iは各ガスを表す。) (Where Q is the permeation flux, n is the gas volume, l is the film thickness, A is the membrane area, t is the time, Δp is the difference between the supply side partial pressure and the permeation side partial pressure. Represents each gas.)
(式中、αは透過流束、QCO2は二酸化炭素の透過流束、Q共存ガスは共存ガスの透過流束を意味する。)
<ガス透過測定装置の設定条件>
供給ガス量:約100mL/分、
測定温度:40℃、
供給ガス組成:二酸化炭素/共存ガス=10/90(vol/vol)、
透過側スイープガス:He(乾燥)、
相対湿度:80%、
圧力:供給側;155kPa、透過側;105kPa。
(In the formula, α means the permeation flux, QCO 2 means the permeation flux of carbon dioxide, and Q coexistence gas means the permeation flux of the coexistence gas.)
<Setting conditions of gas permeation measuring device>
Supply gas amount: about 100 mL / min,
Measurement temperature: 40 ° C.
Supply gas composition: carbon dioxide / coexisting gas = 10/90 (vol / vol)
Permeation side sweep gas: He (dry),
Relative humidity: 80%
Pressure: supply side: 155 kPa, permeation side: 105 kPa.
<ガスクロマトグラフィー分析条件>
供給側 TCD検出器GC7870A(Agilent Technology社製)
カラム HayeSep Q×0.5m MS5A×6フィート HayeSep Q×6フィート MS5A×6フィート
透過側 PDHID検出器GC7870A(Agilent Technology社製)
カラム SHINCARBON×4m HayeSep Q×0.5m
Heスイープガス量:10mL/分。
<Gas chromatography analysis conditions>
Supply side TCD detector GC7870A (manufactured by Agilent Technology)
Column HayeSep Q × 0.5m MS5A × 6 feet HayeSep Q × 6 feet MS5A × 6 feet Transmission side PDHID detector GC7870A (manufactured by Agilent Technology)
Column SHINCARBON × 4m HayeSep Q × 0.5m
He sweep gas amount: 10 mL / min.
表1中、QCO2とQ共存ガスの単位はGPU(1×10−6cm3(STP)/(s・cm2・cmHg))である。 In Table 1, the unit of QCO 2 and Q coexisting gas is GPU (1 × 10 −6 cm 3 (STP) / (s · cm 2 · cmHg)).
以上の結果から、本発明の高分子膜は優れたガス分離能を有することが確認された。 From the above results, it was confirmed that the polymer membrane of the present invention has an excellent gas separation ability.
1 CO2ガスボンベ
2 共存ガスボンベ
3 Heガスボンベ
4 流量制御計
5 加湿器
6 圧力計
7 露点計
8 膜セル
9 恒温槽
10 除湿トラップ
1 CO 2 gas cylinder 2 Coexisting gas cylinder 3 He gas cylinder 4 Flow rate controller 5 Humidifier 6 Pressure gauge 7
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