二氧化碳分离用复合体、二氧化碳分离用组件以及二氧化碳分离用复合体的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及二氧化碳分离用复合体、二氧化碳分离用组件以及二氧化碳分离用复 合体的制造方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，选择性分离混合气体中的二氧化碳的技术的开发正在推进。例如，作为地 球温室化对策，人们开发出了回收尾气中的二氧化碳进行浓缩的技术；以及下述形成二氧 化碳分离用复合体的技术，该二氧化碳分离用复合体用于以下情况：通过水蒸气重整将烃 改质为氢和一氧化碳（CO)，进一步使一氧化碳与水蒸气发生反应生成二氧化碳与氢，利用 二氧化碳的选择性透过膜来排除二氧化碳，从而得到以氢为主成分的气体，该气体用于燃 料电池等。为了以小体积处理更多的气体而紧密地填充了二氧化碳分离用复合体的二氧化 碳分离用组件具备作为使气体透过的流路材的支撑体、含有二氧化碳载体的二氧化碳分离 膜、和具有气体透过性的多孔质膜，在气体通过支撑体的空隙的途中，气体中的二氧化碳因 二氧化碳分离膜的功能而被分离、除去。
[0003] 例如，在日本特公平7-102310号公报中记载了一种作为促进传输膜的二氧化碳 分离凝胶膜，其由使具有交联结构的乙烯醇-丙烯酸盐共聚物吸收包含二氧化碳载体的水 溶液而形成的水凝胶膜构成。
[0004] 此外，在W02009/093666号公报中记载了一种二氧化碳促进传输膜层积体，其由 下述结构构成：在将疏水性多孔膜和亲水性多孔膜重叠而成的双层结构的多孔膜的亲水性 多孔膜上涂布包含乙烯醇-丙烯酸盐共聚物和碳酸铯之类的二氧化碳载体的水溶液，在亲 水性多孔膜中形成包含乙烯醇-丙烯酸盐共聚物和二氧化碳载体的水凝胶膜，并在其上重 叠疏水性多孔膜。
【发明内容】
[0005] 发明要解决的课题
[0006] 日本特公平7-102310号公报中记载的水凝胶膜用于在加压下从包含大量水蒸气 的高流量的气体分离二氧化碳的方法，因此，水凝胶膜因来自水蒸气的冷凝水而劣化，二氧 化碳分离能力降低。
[0007] 在W02009/093666号公报中记载的用两个多孔膜夹持水凝胶膜而成的二氧化碳 促进传输膜层积体中，冷凝水被疏水性多孔膜所排斥，并记载了可防止冷凝水浸入水凝胶 膜中。若可防止这种冷凝水浸入水凝胶膜中的情况，则水凝胶膜的劣化减少，可抑制二氧化 碳分离能力的降低。
[0008] 但是，W02009/093666号公报中记载的二氧化碳促进传输膜层积体由于在亲水性 多孔膜中也形成了水凝胶膜，因此该部分的气体透过性降低，二氧化碳分离能力无法令人 满意。此外，由于不使用供给气体流路用部件，因此也不存在因使用供给气体流路用部件而 引起的问题。
[0009] 本发明是考虑到这样的状况而进行的，其课题在于提供一种二氧化碳分离用复合 体，该二氧化碳分离用复合体的二氧化碳分离能力当然优异，而且可抑制二氧化碳分离能 力因在加压（例如几百kPa以上、进而例如IMPa以上）环境下由包含水蒸气的高流量的气 体分离二氧化碳的过程中生成的上述水蒸气来源的冷凝水而降低，并且可通过多孔质保护 层和供给气体流路材所引起的紊流效果而使二氧化碳分离能力提高。此外，本发明的课题 在于提供使用了上述二氧化碳分离用复合体的二氧化碳分离用组件以及二氧化碳分离用 复合体的制造方法。
[0010] 用于解决课题的方案
[0011] 解决上述课题的本发明如下所示。
[0012] 〈1> 一种二氧化碳分离用复合体，其依次具备气体透过性支撑体、包含吸水性聚合 物和二氧化碳载体的二氧化碳分离层、平均厚度为1 μπι以上500 μπι以下的水蒸气透过性 的多孔质保护层、和供给气体流路用部件。
[0013] 〈2>如〈1>所述的二氧化碳分离用复合体，其中，上述多孔质保护层的平均孔径为 0· 005 μπι 以上 1000 μπι 以下。
[0014] 〈3>如〈1>或〈2>所述的二氧化碳分离用复合体，其中，上述多孔质保护层的空孔 率为3%以上90%以下。
[0015] 〈4>如〈1>?〈3>中任一项所述的二氧化碳分离用复合体，其中，上述多孔质保护 层由选自聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚甲基戊烯、聚苯硫醚、聚醚砜、聚丙烯、聚砜、聚丙烯 腈、聚酰亚胺以及聚酰胺中的至少一种物质构成。
[0016] 〈5>如〈1>?〈4>中任一项所述的二氧化碳分离用复合体，其中，上述多孔质保护 层和上述供给气体流路用部件被相互粘结。
[0017] 〈6>如〈1>?〈5>中任一项所述的二氧化碳分离用复合体，其中，上述供给气体流 路用部件具有100 μπι以上1000 μπι以下的平均厚度。
[0018] 〈7>-种二氧化碳分离用组件，其包含以螺旋状卷缠于有孔的中空状中心管的 〈1>?〈6>中任一项所述的二氧化碳分离复合体。
[0019] 〈8>-种二氧化碳分离用复合体的制造方法，其包括以下工序：二氧化碳分离层 形成工序，在气体透过性支撑体上涂布包含吸水性聚合物和二氧化碳载体的水溶液，进行 干燥而形成二氧化碳分离层；和多孔质保护层形成工序，在上述二氧化碳分离层上层积平 均厚度为I ym以上500 μπι以下的水蒸气透过性的多孔质保护层。
[0020] 〈9> 一种二氧化碳分离用复合体的制造方法，其包括以下工序：二氧化碳分离层 形成工序，在气体透过性支撑体上涂布包含吸水性聚合物和二氧化碳载体的水溶液，干燥 而形成二氧化碳分离层；多孔质保护层形成工序，在上述二氧化碳分离层上层积平均厚度 为1 μπι以上500 μπι以下的水蒸气透过性的多孔质保护层；和供给气体流路用部件形成工 序，在上述多孔质保护层上粘接供给气体流路用部件。
[0021] 发明的效果
[0022] 根据本发明，可以提供一种二氧化碳分离用复合体，该二氧化碳分离用复合体的 二氧化碳分离能力当然优异，而且可抑制二氧化碳分离能力因在加压环境下由包含水蒸气 的高流量的气体分离二氧化碳的过程中生成的上述水蒸气来源的冷凝水而降低，并且可通 过多孔质保护层和供给气体流路材所引起的紊流效果而使二氧化碳分离能力提高。
[0023] 此外，根据本发明，可以提供使用了上述二氧化碳分离用复合体的二氧化碳分离 用组件以及二氧化碳分离用复合体的制造方法。
【附图说明】
[0024] 图1是本发明的一个实施方式的二氧化碳分离用复合体的截面图。
[0025] 图2是示出用于实施本发明的一个实施方式的二氧化碳分离用复合体的制造方 法的一个实施方式的制造装置的结构图。
[0026] 图3是示出用于实施本发明的另一实施方式的二氧化碳分离用复合体的制造方 法的一个实施方式的制造装置的结构图。
[0027] 图4是示出组装了本发明的二氧化碳分离用复合体的螺旋型二氧化碳分离用组 件的一个实施方式的、设有部分切口（切*9欠§)而成的示意性结构图。
【具体实施方式】
[0028] 下面，参照附图对本发明的二氧化碳分离用复合体和二氧化碳分离用复合体的制 造方法进行说明。需要说明的是，在附图中，各图中相同符号表示相同的构成，有时省略重 复的说明。
[0029] 〈二氧化碳分离用复合体〉
[0030] 图1是本发明的一个实施方式的二氧化碳分离用复合体的截面图。
[0031] 如图1所示，本发明的二氧化碳分离用复合体10为如下结构：二氧化碳分离层14 的一个面被气体透过性支撑体12所保护，且另一个面被平均厚度为1 μ m以上500 μ m以下 的水蒸气透过性的多孔质保护层16所保护，同时在该多孔质保护层16上设有供给气体流 路用部件18。
[0032] 此外，二氧化碳分离层14包含吸水性聚合物和二氧化碳载体而构成。在使用该二 氧化碳分离用复合体10分离供给气体中所含有的二氧化碳的情况下，供给气体20首先被 供给至二氧化碳分离用复合体10的供给气体流路用部件18。此时，供给气体20在供给气 体流路用部件18中沿着箭头20A的方向流动的过程中，如箭头20A、20B、20C所表示的那样 分流、扩散，接下来，如此分流、扩散的供给气体进而如箭头20D所表示的那样被多孔质保 护层16分流、扩散，之后与二氧化碳分离层16接触。被供给气体流路用部件18和多孔质 保护层16分流、扩散的供给气体20与二氧化碳分离层14以大面积接触，供给气体20所含 有的二氧化碳高效地吸收、扩散至二氧化碳分离层14。因此，供给气体20所含有的二氧化 碳被高效地分离。
[0033] 此外，即使在供给气体20所含有的水蒸气在本发明的二氧化碳分离用复合体10 的供给气体流路用部件18中结露而成为冷凝水的情况下，平均厚度为1 μπι以上500 ym 以下的水蒸气透过性的多孔质保护层16也可成为阻隔而防止冷凝水浸入二氧化碳分离层 14。另外，假如即使水蒸气在二氧化碳分离层14中成为了冷凝水，如上所述，供给气体20 也因供给气体流路用部件18和多孔质保护层16这两个层而分流、扩散，因此冷凝水的体积 微小，且冷凝水不会在局部的部位形成，因而二氧化碳分离层14的劣化极少。其结果，可得 到即使长时间使用也可抑制二氧化碳分离能力降低的二氧化碳分离用复合体10。
[0034] 本发明的二氧化碳分离用复合体10依次包括气体透过性支撑体12、包含吸水性 聚合物和二氧化碳载体的二氧化碳分离层14、平均厚度为I ym以上500 μπι以下的水蒸气 透过性的多孔质保护层16、和供给气体流路用部件18。
[0035] 〈〈二氧化碳分离层》
[0036] 二氧化碳分离层14是包含吸水性聚合物和二氧化碳载体而构成的层，优选由均 质膜构成。通过为均质膜，可以维持高的二氧化碳分离能力，因而优选。此处，"均质膜"是 指构成二氧化碳分离层14的成分为均匀混合的状态的膜，还包括粗略来看为均匀的大致 均匀的状态的膜。
[0037] 1.吸水性聚合物
[0038] 吸水性聚合物起到粘结剂的作用，在用于二氧化碳分离层时，可保持水而发挥出 二氧化碳载体所产生的二氧化碳的分离功能。从可以溶于水而形成涂布液、并且二氧化碳 分离层具有高吸水性（保湿性）的方面考虑，吸水性聚合物优选吸水性高的物质，相对于吸 水性聚合物本身的质量，优选吸