ケイ素系モノマーを用いたハイブリッド化低温プラズマ重合法によるCO_2分離膜の創製

点击翻译按钮获取中文摘要

アミンがCO_2と親和性を有することはよく知られており,またケイ素化合物はフレキシブルである。従って,アミノ基を有するケイ素化合物を支持膜上にプラズマ重合成することにより,高選択性と高透過性を合わせ持つCO_2分離用固定キャリアー膜の開発を検討した。さらに,高透過性は示すが,選択性が低いシリコン膜の表面を,非重合性ガスを用いてプラズマ処理することにより,高透過性を保ちつつ選択性を向上させた膜の開発をも試みた。1.シリコン系モノマーを用いたプラズマ重合膜 モノマーとしては、オクタメチルトリシロキサン(OMTSO),ヘキサメチルジシラザン(HMDS),テトラメチルジシラザン(TMDS),アミノプロピルジメチルエトキシシラン(APDMEOS),ジエチルアミノキシトリメチルシラン(DEAOTMS),ビス(ジメチルアミノ)ジメチルシラン(BDMADMS)を用いた。アミノ基を有するモノマーでは,OMTSOの場合より2倍程度高い選択性(a(CO_2/CH_4)=9)が得られたが,モノマー中へのガスの溶解度の測定結果より予測される値よりは小さかった。重合膜のXPS,IR分析より,アミノ基の膜中への導入量が少なく,またモノマー構造が重合物中にはあまり反映されていないことが明かとなり,このことが高い選択性を与えなかった原因と考えられる。従って今後の指針としてよりマイルドな,すなわち,電力が小さくモノマー流量が高い条件でプラズマ重合を行う必要があることが示された。2.プラズマ処理膜 ArやN_2によるプラズマ処理により,シリコン膜の選択性は顕著に増加し,場合によってはCO_2/CH_4の分離係数は50以上に達した。またその時の透過速度も3.0×10^<-4>cm^3/(cm^2 s cmHg)と高く,高選択性と高透過性を合わせ持つ膜が得られた。この膜特性は従来の高分子膜の特性をはるかに凌ぐものであたことから,実用的な観点からもかなり有望と思われる。