[發明專利]含有酸性氣體的氣體處理用分離膜及其制造方法、酸性氣體或甲烷氣體的分離方法、及酸性氣體或甲烷氣體的制造方法

在審

• 申請號: 201380059543.4
• 申請日: 2013-08-09
• 公開（公告）號: CN104797328A
• 公開（公告）日: 2015-07-22
• 發明（設計）人: 倉橋智彥;藏岡孝治
• 申請（專利權）人: 東洋橡膠工業株式會社
• 主分類號: B01D71/70
• 分類號: B01D71/70;B01D69/10;B01D69/12;B01D71/02;B01J20/02;B01J20/04
• 代理公司: 北京北翔知識產權代理有限公司 11285
• 代理人: 鐘守期;蘇萌

技術領域

本發明涉及用于有效利用例如通過對含水垃圾(生ごみ)等進行生物學處理而得到的含有酸性氣體及甲烷氣體的消化氣體的材料，特別是分離消化氣體中所含有的酸性氣體或甲烷氣體的含有酸性氣體的氣體處理用分離膜及其制造方法。另外，本發明還涉及使用了含有酸性氣體的氣體處理用分離膜的酸性氣體或甲烷氣體的分離方法、以及酸性氣體或甲烷氣體的制造方法。

背景技術

對含水垃圾等進行生物學處理時，會產生酸性氣體(二氧化碳、硫化氫等)與可燃性氣體(甲烷氣體等)混合的消化氣體。由于該消化氣體即使在其原樣的狀態下也能燃燒，因此可用于例如火力發電等的燃料，但最近從能量的有效利用的觀點來看，可從消化氣體中提取可燃成分甲烷氣體，并將其作為都市氣體的原料或用于燃料電池中使用的氫的原料。

以往，作為從消化氣體等混合氣體中分離甲烷氣體的技術，有如下的甲烷濃縮裝置，其通過將分離膜配置成兩級，使混合氣體通過各級分離膜，從而將混合氣體中的除甲烷氣體以外的氣體分步分離并提高甲烷氣體濃度(例如，參見專利文獻1)。專利文獻1的甲烷濃縮裝置從混合氣體中分離分子直徑比甲烷氣體小的氣體A，作為分離膜，使用具有氣體A與甲烷的透過系數比A/甲烷為5以上且氣體A的透過率為1×10^-9(mol·m^-2·s^-1·Pa^-1)以上的特性的無機多孔膜。通過使用這種分離膜，能夠以高收率回收甲烷濃度高的氣體。

從混合氣體中得到高濃度的甲烷氣體時，由于如果從混合氣體中分離二氧化碳，則混合氣體中的甲烷氣體的濃度會相對地提高，因此結果為可得到高濃度的甲烷氣體。作為從混合氣體中分離二氧化碳的技術，有如下的氣體分離過濾器，即，其在由無定形氧化物構成的分離膜中，使用在Si的側鏈結合了具有堿性的含有氮(N)和硅(Si)的官能團的化合物，其中所述無定形氧化物具有通過環狀的硅氧烷鍵形成的多個細孔(例如，參見專利文獻2)。根據專利文獻2的氣體分離過濾器，由于二氧化碳等酸性氣體高效地通過窄的細孔內，因此能夠提高分離性能。

現有技術文獻：

專利文獻

專利文獻1:特開2008-260739號公報

專利文獻2:特開2000-279773號公報

發明內容

發明要解決的課題

為了使用分離膜對混合氣體中的甲烷氣體進行濃縮，需要開發可使混合氣體中所含有的二氧化碳有效地透過的分離膜。關于這一點，專利文獻1的甲烷濃縮裝置使用將分子直徑小于甲烷氣體的氣體A分離的分離膜，并且氣體A也包括二氧化碳。而且，根據所述文獻的實施例，作為二氧化碳與甲烷的透過系數比CO₂/CH₄，示出3.3-20的值。但是，采用該程度的透過系數比時甲烷氣體的損失大，如果不采用專利文獻1那樣的使分離膜構成為二級、并進一步使非透過氣體再循環等的復雜的裝置結構，則難以在實用水平上充分地進行甲烷氣體的濃縮。

專利文獻2的氣體分離過濾器通過在分離膜的表面引入具有堿性的含有氮(N)和硅(Si)的官能團，提高二氧化碳的分離性能。為了發揮充分的二氧化碳的分離性能，在分離膜的表面引入足夠數量的官能團并且形成均勻的膜是重要的。但是，專利文獻2的分離膜由原材料的分子結構(反應位點的數量)決定可引入的官能團的數量，僅通過分離膜自身的改良來提高二氧化碳的分離性能是有限的。另外，若在分離膜中引入的官能團的數量多，則在其分子結構中容易產生空間位阻，有給均勻的膜形成帶來不良影響的風險。

本發明鑒于上述問題點而作出，其目的在于，提供一種可從含有二氧化碳等酸性氣體和甲烷氣體的消化氣體中分離酸性氣體或甲烷氣體、并得到高濃度的甲烷氣體的含有酸性氣體的氣體處理用分離膜及其制造方法。另外，目的還在于提供使用含有酸性氣體的氣體處理用分離膜的酸性氣體或甲烷氣體的分離方法、以及酸性氣體或甲烷氣體的制造方法。

解決課題的方法

用于解決上述課題的本發明的含有酸性氣體的氣體處理用分離膜的特征構成為，

在引入了烴基的聚硅氧烷網狀結構體上摻雜對酸性氣體有親和性的金屬鹽。