炭化水素混合系の浸透気化および蒸気透過分離用の高性能膜の開発

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10450296
• 研究機関: 山口大学
• 研究代表者: 岡本 健一 山口大学, 工学部, 教授 (20029218)
• 研究分担者: 吉野 真 山口大学, 工学部, 助手 (60311817) ; 田中 一宏 山口大学, 工学部, 助教授 (30188289) ; 喜多 英敏 山口大学, 工学部, 助教授 (10177826)
• キーワード: 膜分離 / 浸透気化 / 有機液体分離 / 炭化膜 / ゼオライト膜 / ポリイミド / オレフイン / 芳香族炭化水素

研究概要

ホスホネート基含有のポリメタクリレート架橋膜は、ベンゼン/n-ヘキサン(Bz/Hx)系のような直鎖脂肪族炭化水素からの芳香族炭化水素の透気化分離において、ポリ(エチレンオキシドイミド)セグメント化共重合膜に比べて、透過流速は小さいが、高い分離係数を示した。一方、ホスホネート基含有のポリスチレン架橋膜は、Bz/Hx系での分離性能はむしろ低かったが、トルエン/n-オクタン系分離では、優れていた。浸透気化分離性能を溶解選択性と拡散選択性に分けて検討し、前者の重要性を示した。
ポリ(エチレンオキシドイミド)セグメント化共重合架橋膜及び、スルフォニル基含有ポリイミド膜におけるBz/Hx及びBz/Cx系の浸透気化分離挙動を溶解過程と拡散過程に分けて検討した。前者は、ミクロ相分離構造をとり、ゴム状のポリエチレンオキシド相が透過に関与し、後者は典型的なガラス状高分子であり、両者で溶解過程及び拡散過程共に、著しく異なる挙動を示した。
6FDA/BPDA-DSDAポリイミドの非対称中空糸膜を前駆体とする炭化膜作製し、オレフィン/パラフィン分離性能を調べた。前駆体膜のスキン層の経時変化による緻密化、スキン層に存在する欠陥の分離性能に及ぼす影響を明らかにした。スルフォン酸基を有するフェノール樹脂系の複合炭化膜は、スルフォン酸基が熱分解でのガス発生源となり、微細孔構造を制御でき、優れたガス分離性能を示した。オレフィン/パラフィン分離への適用が期待できる。
XおよびY型ゼオライト膜が、150℃でBz/Hx、Bz/Cx系において、透過流速0.50と0.30kg/m2h、分離係数44と190と優れた分離性能を有する理由を各成分の吸着特性を調べ、明らかにした。
多分枝ポリイミドをコアとしPEOまたは他のポリイミドをアームとするスターポリマー、及び、スルフォン酸基含有ポリイミドを合成した。これらの高分子はガス分離、有機液体の浸透気化分離膜素材として期待できる。

研究成果

• [文献書誌] Hidetoshi Kita: "Preparation and Pervaporation Properties of X-, Y-Zeolite Membranes"American Chemical Society (ACS) Symposium Series. 744. 330-341 (2000)
• [文献書誌] Ken-ichi Okamoto: "Preparation of Carbon Molecular Sieve Membranes and Their gas separation Properties"ACS Symposium Series. 744. 314-329 (2000)
• [文献書誌] Jianhua Fang: "Synthesis of Thianthrene-5, 5, 10, 10-Tetraoxide-Containing Polyimides and Their PV Properties of Aromatic/Nonaromatic Hydrocar bons."J.Polym. Sci.Polym,Chem.Ed.. 38. 895-906 (2000)
• [文献書誌] Jianhua Fang: "Hyperbranched Polyimides for Gas Separation Applications. 1 Synthesis and Characterization"Macromolecules. 33. 4639-4646 (2000)
• [文献書誌] Hongyuan Wang: "Sorption and Pervaporation Properties of Crosslinked Membranes of Poly(ethyleneoxide imide) Segmented Copolymer to Aromatic/Nonaromatic Hydrocarbons"J.Polym.Sci., Polym.Phys.Ed.. 38. 1800-1811 (2000)
• [文献書誌] Hongyuan Wang: "Sorption and Pervaporation Properties of Sulfonyl-Containg Polyimide Membrane to Aromatic/Nonaromatic Hydrocarbon Mixtures"J.Polym.Sci., Polym.Phys.Ed.,. 38. 2954-2964 (2000)
• [文献書誌] Liming Yang: "Gas permeation properties of thianthrene-5, 5, 10, 10-tetraoxide-containing polyimides"Polymer. 42. 2021-2029 (2001)
• [文献書誌] Jianhua Fang: "Gas permeation properties of hyperbranched polyimide membranes"J.Membr.Sci.. (印刷中). (2001)
• [文献書誌] Yong Wang: "Pervaporation properties to aromatic/non-aromatic hydrocarbon mixtures of crosslinked membraines of copoly (methacrylates) with pendent phosphorate groups"J.Membr.Sci.. (印刷中). (2001)
• [文献書誌] Hidetoshi Kita: "Preparation of Faujasite Membranes and Their Permeation Properties"Separation and Purification Technology. (印刷中). (2001)