[发明专利]氧分离膜

说明书

一种氧分离膜，包括多孔性物质和被内包于上述多孔性物质的液体状的络合物，在上述氧分离膜中，上述络合物包括金属萨伦络合物或其衍生物、以及第1离子液体，上述第1离子液体包括：阴离子，其具有胺结构；以及咪唑鎓、脂肪族季鏻或铵的阳离子，其具有碳数为2～20的烷基链、环氧烷链或烷基醚链，上述第1离子液体在上述金属萨伦络合物或其衍生物的中心金属离子的轴向配体处配位有上述第1离子液体的阴离子。

技术领域

本发明涉及为了从包含氧的混合气体将氧高效地分离，而在构成成分中包含与氧选择性地反应的分子的氧分离膜。

背景技术

气体分离技术、工艺能应用于废气净化、除臭处理、成分提取、节能等，所以不仅在工业领域的用途上，而且在民生领域中也是有用的。

气体种类中的氧在我们生活中是最常见的一种气体，不夸张地说，其参与以呼吸、燃烧、催化作用、分子合成等为代表的所有化学反应。若能通过简单的系统对高效地吸收、浓缩、储存氧等操作进行控制，则能期待在从生活到工业的广泛的领域中发挥作用，但另一方面，轻松地控制并处理氧是并不容易的。

当今，在生产高压氧气的设备或氧浓缩装置的系统中，通过深冷分离法、吸附分离法等方法生成高浓度氧。但是，这些方法需要进行温度或压力的控制，因此当为高能量工艺或者系统规模大时，其结果是，限于用在专门的用途。

针对这种问题，由于膜分离法不需要进行温度或压力的控制，因此能实现低能量且紧凑的系统，可以说其是适于便利性高的氧供应方法的方法。

在实现高效的膜分离上重要的是能使特定的气体分子选择性地渗透的气体分离膜。气体分离膜具有通过利用分子大小或反应性的差异而使特定的气体分子比其它气体分子更易于渗透的性能，能将有机气体、氧化物气体、二氧化碳、水蒸气等包含各种目标分子的混合气体按照目的进行成分分离。最通用的是高分子系材料，发挥其多孔膜的细孔径或亲疏液性、酸碱性等特性而作为有用的分离膜使用。但是，在氧分离中，特别是在将空气中的氧和氮分开的情况下，由于分子的大小大致相同，因此按照细孔形状进行分离是非常困难的，无法通过高分子膜得到高选择性。

因此，为了通过膜来实现高效的氧分离，已知应用与氧之间具有选择性的反应性的金属络合物是有效的。氧吸附解吸反应的代表性例子是通过血红蛋白向在生物体内发挥功能的血红素蛋白进行的氧转运反应，其基于氧向卟啉-铁离子络合物的吸附解吸。在日本特开2007-209543号公报(专利文献1)中，确认了聚乙二醇修饰的血清白蛋白-金属卟啉复合物作为仿生模型表现出可逆性的氧的吸附解吸，并提出了将其应用于氧吸附膜。该氧吸附膜是从水或乙醇的溶液进行制膜，但反过来有可能会溶出到水或有机溶剂中，作为渗透膜在稳定性上存在问题，而且若考虑到原材料是来自生物体、合成工艺的复杂性、功能分子结构的稳定性等，则不易将功能结构进行再现并在实际中应用。

另外，在日本特开2014-114366号公报(专利文献2)中，提出了使金属卟啉络合物附加于高分子骨架而成的高分子化合物和使用了该高分子化合物的氧渗透膜。此处的含有卟啉络合物的高分子化合物由于与高分子结构相比络合物结构的比例较高，因此能得到比现有的高分子与络合物的混合膜高的氧渗透性，并确认了在空气中的氧分压程度下也表现出高的氧选择渗透性。但是，通过将这种大的络合物结构固定到膜骨架，会抑制膜内的氧扩散性，因此与其它气体种类的分离膜相比，其渗透性较低。

作为其它对于与氧具有反应性的金属络合物结构而言有用的物质，存在金属萨伦络合物。萨伦(“N,N’-双(亚水杨基)乙二胺”或“N,N’-双(2-羟基亚苄基)乙二胺”)作为金属离子的四齿配体能采用平面的结构，能在该金属离子的轴向上配位其它配体和氧分子，发挥吸收氧的功能。

如日本特开平6-340683号公报(专利文献3)或日本特开平9-151192号公报(专利文献4)所示，提出了各种萨伦络合物的衍生物。一般地，萨伦络合物(salen complex)是固体状，在考虑应用于氧分离时需要进行制膜等加工。因此，除了研究了络合物所具有的氧吸附解吸性能以外，还研究了提高络合物分子的溶解性、提高结构的稳定性。