JP2649706B2 - Pervaporation separation method of organic mixture - Google Patents
Pervaporation separation method of organic mixtureInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、有機物(有機化合物)が溶解している有
機溶媒溶液などの有機物混合液を、特定の可溶性芳香族
ポリイミドからなる耐熱性の非対称性分離膜と直接に接
触させて、有機物混合液中の少なくとも一種の有機物
が、前記非対称性分離膜内を選択的に浸透・透過される
ことによって、前記非対称性分離膜を選択的に透過した
前記有機物を蒸気として分離して回収する有機物混合液
の浸透気化分離方法(パーベーパレーション法)に係
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a heat-resistant asymmetric mixture of an organic compound solution, such as an organic solvent solution in which an organic compound (organic compound) is dissolved, made of a specific soluble aromatic polyimide. Direct contact with the asymmetric separation membrane, at least one organic substance in the organic substance mixture is selectively permeated and permeated through the asymmetric separation membrane, thereby selectively permeating the asymmetric separation membrane. The present invention relates to a pervaporation separation method (pervaporation method) of an organic substance mixed liquid for separating and recovering the organic substance as a vapor.
従来、有機物混合液を各成分に分離する方法として、
蒸留法が知られている。しかし、蒸留法では、共沸混合
物、あるいは近沸点混合物、熱で化学変化を起こし易い
有機化合物を分離することは、極めて困難であった。Conventionally, as a method of separating the organic mixture into each component,
Distillation methods are known. However, in the distillation method, it has been extremely difficult to separate an azeotropic mixture, a near-boiling mixture, and an organic compound which is liable to undergo a chemical change by heat.
これらの問題点を解決するために、分離膜を用いて分
離する方法が研究されている。分離膜を用いて有機物水
溶液を濃縮、分離する方法において、一部の低濃度の有
機物水溶液の濃縮に対しては、有機物水溶液を分離膜と
接触させて特定の液状成分を浸透圧の差で選択的に透過
させる逆浸透法が用いられてきた。しかしながら、逆浸
透法は分離液の浸透圧以上の圧力を加える必要があるた
めに、浸透圧が高くなる高濃度の有機物水溶液について
適用できないのであり、従って分離可能な有機物水溶液
の濃度範囲に限界がある。In order to solve these problems, a method of separating using a separation membrane has been studied. In the method of concentrating and separating an organic substance aqueous solution using a separation membrane, for the concentration of some low-concentration organic substance aqueous solutions, a specific liquid component is selected by the difference in osmotic pressure by bringing the organic substance aqueous solution into contact with the separation membrane. Reverse osmosis, which allows the permeation to occur, has been used. However, since the reverse osmosis method needs to apply a pressure higher than the osmotic pressure of the separated solution, it cannot be applied to a high-concentration aqueous solution of an organic substance having a high osmotic pressure. is there.
最近、従来の分離法と異なる有機物混合液の分離法と
して、浸透気化法(パーベーパレーション法)が、新し
い分離膜使用の分離法として、注目されつつある。この
浸透気化法は、選択透過性を有する分離膜の一方の側
(供給側)に、分離されるべき有機物混合液を液状のま
まで供給し、分離膜の供給側と直接に接触させ、分離膜
の他方の側(透過側)を真空又は減圧状態となし、その
結果、分離膜の供給側から透過側へ選択的に透過する物
質を気体状で取り出し、有機物混合液を濃縮したり、各
有機物を分離する方法である。Recently, a pervaporation method (pervaporation method) is attracting attention as a new separation method using a separation membrane as a method for separating an organic substance mixture different from a conventional separation method. In this pervaporation method, an organic substance mixture to be separated is supplied in a liquid state to one side (supply side) of a selectively permeable separation membrane, and the separated liquid is brought into direct contact with the supply side of the separation membrane. The other side (permeate side) of the membrane is brought into a vacuum or reduced pressure state. As a result, substances that selectively permeate from the supply side to the permeate side of the separation membrane are taken out in gaseous form, and the organic substance mixture is concentrated. This is a method for separating organic matter.
前述の浸透気化法については、従来、多くの提案がな
されている。Many proposals have been made for the aforementioned pervaporation method.
例えば、ベンゼン−シクロヘキサン混合溶液、又は、
ベンゼン−ヘキサン混合溶液の分離については、特開昭
52−111888号公報に、アイオノマー系高分子膜を使用す
る分離方法、特開昭59−30441号公報に、ポリアミド膜
を使用する分離方法が例示されている。For example, a benzene-cyclohexane mixed solution, or
The separation of a benzene-hexane mixed solution is described in
JP-A-52-111888 exemplifies a separation method using an ionomer polymer membrane, and JP-A-59-30441 exemplifies a separation method using a polyamide membrane.
しかしながら、公知の有機物混合液の分離方法では、
パーベーパレーション法に使用されている分離膜は、透
過速度が小さかったり、有機物混合液中の少なくとも一
種の有機物を選択的に透過させることが充分にできない
ような選択分離性しか有していなかったりするという問
題点、あるいは、公知のパーベーパレーション法に使用
されている分離膜は、耐熱性、または、耐溶剤性が充分
ではなく、種々の有機物混合液の浸透気化法による分離
を工業的に長時間、実施することが極めて困難であっ
た。However, in a known method for separating an organic substance mixture,
The separation membrane used in the pervaporation method has a low permeation rate, or has only a selective separation property such that at least one organic substance in the organic substance mixture cannot be sufficiently permeated selectively. The problem is that the separation membrane used in the known pervaporation method does not have sufficient heat resistance or solvent resistance, and the separation of various organic mixed liquids by the pervaporation method is industrially required. It was extremely difficult to perform for a long time.
この発明の目的は、非対称性分離膜を使用する有機物
混合液の浸透気化法において、公知の浸透気化法におけ
る欠点もなく、有機物混合液から少なくとも一種の有機
物を、効率的および選択的に浸透気化法で分離すること
ができ、しかも、工業的に長期間実施できる浸透気化分
離方法を提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to efficiently and selectively pervaporate at least one organic substance from an organic substance mixture in a pervaporation method of an organic substance mixture using an asymmetric separation membrane without the disadvantages of known pervaporation methods. An object of the present invention is to provide a pervaporation separation method which can be separated by a method and can be carried out industrially for a long period of time.
この発明は、ビフェニルテトラカルボン酸類を70モル
%以上含有する芳香族テトラカルボン酸成分と、9,10−
ジ(アミノフェニル)アントラセン類を含有率15モル%
より多い割合で含有していてしかも残部がベンゼン環を
2〜3個有する芳香族ジアミン化合物である芳香族ジア
ミン成分とから得られた可溶性芳香族ポリイミドからな
る耐熱性の非対称性分離膜の片面に、有機物混合液を直
接に接触させて、有機物混合液中の少なくとも一種の有
機物が、前記非対称性分離膜内を選択的に浸透・透過さ
れることによって、前記非対称性分離膜を透過した有機
物を蒸気として分離することを特徴とする有機物混合液
の浸透気化分離方法に関する。The present invention relates to an aromatic tetracarboxylic acid component containing at least 70 mol% of biphenyltetracarboxylic acids, and 9,10-
The content of di (aminophenyl) anthracenes is 15 mol%
On one surface of a heat-resistant asymmetric separation membrane comprising a soluble aromatic polyimide obtained from an aromatic diamine component, which is an aromatic diamine compound having an aromatic diamine compound having a few benzene rings, with the balance being higher. By directly contacting the organic substance mixture, at least one organic substance in the organic substance mixture is selectively permeated and permeated through the asymmetric separation membrane, so that the organic substance permeating the asymmetric separation membrane is removed. The present invention relates to a method for pervaporation and separation of an organic mixed liquid, which is characterized in that the separation is performed as vapor.
以下、この発明の各要件についてさらに詳しく説明す
る。Hereinafter, each requirement of the present invention will be described in more detail.
本発明の浸透気化分離方法において使用する非対称性
分離膜を形成している可溶性芳香族ポリイミドは、 (A)ビフェニルテトラカルボン酸類を、全芳香族テト
ラカルボン酸成分に対して70モル%以上、好ましくは80
モル%以上、特に好ましくは90〜100モル%含有する芳
香族テトラカルボン酸成分と、 (B)(a)9,10−ジ(アミノフェニル)アントラセン
類が全芳香族ジアミン成分に対する含有率15モル%より
多い割合、好ましくは25〜100モル%の割合で含有され
ており、しかも、 (b)芳香族ジアミン成分の残部がベンゼン環を2〜3
個有する芳香族ジアミン化合物である 芳香族ジアミン成分と から重合およびイミド化によって得られた、フェノール
系の有機溶媒などに可溶性である高分子量の芳香族ポリ
イミドである。The soluble aromatic polyimide forming the asymmetric separation membrane used in the pervaporation separation method of the present invention comprises: (A) biphenyltetracarboxylic acids, preferably 70 mol% or more, based on the total aromatic tetracarboxylic acid component, preferably Is 80
(B) (a) a content of 9,10-di (aminophenyl) anthracenes of 15 mol with respect to the total aromatic diamine component; %, Preferably 25 to 100 mol%, and (b) the remainder of the aromatic diamine component has a benzene ring of 2 to 3 mol%.
A high-molecular-weight aromatic polyimide obtained by polymerization and imidation from an aromatic diamine component, which is an aromatic diamine compound having one, and soluble in a phenolic organic solvent and the like.
前記の芳香族ポリイミドは、例えば、芳香族テトラカ
ルボン酸成分と、芳香族ジアミン成分とを、フェノール
系有機溶媒中に均一に溶解させて、その溶液を約150〜2
50℃の高温に加熱するか、あるいは、約10〜100℃程度
の低温でイミド化剤の存在下に反応させるかして、前記
溶液中の両成分を重合およびイミド化することによって
生成することができる。The aromatic polyimide, for example, an aromatic tetracarboxylic acid component, an aromatic diamine component, uniformly dissolved in a phenolic organic solvent, the solution is about 150 to 2
Heating to a high temperature of 50 ° C. or reacting at a low temperature of about 10 to 100 ° C. in the presence of an imidizing agent to polymerize and imidize both components in the solution Can be.
前記のビフェニルテトラカルボン酸類としては、2,3,
3′,4′−又は3,3,,4,4′−ビフェニルテトラカルボン
酸又はそれらの酸二無水物、あるいは、それらの酸の塩
または低級アルコールエステル化物等を挙げることがで
きる。As the biphenyltetracarboxylic acids, 2,3,
3 ', 4'- or 3,3,4,4'-biphenyltetracarboxylic acid or an acid dianhydride thereof, or a salt or lower alcohol ester of the acid.
前記の芳香族テトラカルボン酸類としては、特に、2,
3,3′,4′−または3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカル
ボン酸二無水物が、芳香族ポリイミドを製造する上で好
ましい。As the aromatic tetracarboxylic acids, in particular, 2,2
3,3 ', 4'- or 3,3', 4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride is preferred for producing aromatic polyimides.
この発明において、9,10−ジ(アミノフェニル)アン
トラセン類としては、一般式 で示される芳香族ジアミン化合物であればよい。In the present invention, the 9,10-di (aminophenyl) anthracenes are represented by the general formula Any aromatic diamine compound represented by
前記の9,10−ジ(アミノフェニル)アントラセン類と
しては、9,10−ビス(4−アミノフェニル)アントラセ
ン、9,10−ビス(3−アミノフェニル)アントラセン、
9−(4−アミノフェニル)−10−(3−アミノフェニ
ル)アントラセンなどを挙げることができる。Examples of the 9,10-di (aminophenyl) anthracene include 9,10-bis (4-aminophenyl) anthracene, 9,10-bis (3-aminophenyl) anthracene,
9- (4-aminophenyl) -10- (3-aminophenyl) anthracene and the like can be mentioned.
前記の芳香族テトラカルボン酸成分は、ビフェニルテ
トラカルボン酸類と共に、ピロメリット酸又はその酸二
無水物、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)プロ
パン又はその酸二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフ
ェニル)メタン又はその酸二無水物、3,3′,4,4′−ベ
ンゾフェノンテトラカルボン酸又はその酸二無水物、あ
るいは、3,3′,4,4′−ジフェニルエーテルテトラカル
ボン酸又はその酸二無水物を少ない割合で共用されても
よい。The aromatic tetracarboxylic acid component is, together with biphenyltetracarboxylic acids, pyromellitic acid or its acid dianhydride, 2,2-bis (3,4-dicarboxyphenyl) propane or its acid dianhydride, bis ( 3,4-dicarboxyphenyl) methane or its acid dianhydride, 3,3 ', 4,4'-benzophenonetetracarboxylic acid or its acid dianhydride, or 3,3', 4,4'-diphenyl ether Tetracarboxylic acid or its dianhydride may be used in a small proportion.
前記の芳香族ポリイミドの製法において、テトラカル
ボン酸成分中のビフェニルテトカルボン酸類の含有割合
が余りに少なくなり過ぎると、得られる芳香族ポリイミ
ドは、フェノール系有機溶媒に対して溶解性の低いもの
となったり、品質の安定した非対称性分離膜を製造する
ことができなくなったり、得られた非対称性分離膜の浸
透気化法における分離性能が劣るので好ましくない。In the method for producing an aromatic polyimide, when the content ratio of biphenyltetocarboxylic acids in the tetracarboxylic acid component is too small, the obtained aromatic polyimide has low solubility in a phenolic organic solvent. In addition, it is not preferable because an asymmetric separation membrane having a stable quality cannot be manufactured, or the obtained asymmetric separation membrane has poor separation performance in a pervaporation method.
前記の芳香族ポリイミドの製法において、9,10−ジ
(アミノフェニル)アントラセン類と共に、使用される
「ベンゼン環を2〜3個有する芳香族ジアミン化合物」
としては、4,4′−ジアミノジフェニルエーテル、3,4′
−ジアミノジフェニルエーテルなどのジアミノジフェニ
ルエーテル類、o−ジアニシジン、o−トリジン、m−
トリジンなどのジアミノビフェニル類、ジアミノジフェ
ニルチオエーテル類、ジアミノジフェニルスルホン類、
ジアミノジベンゾチオフェン類、ジアミノチオキサンテ
ン類、ジアミノジフェニルアルカン(メタンまたはプロ
パン)類などのベンゼン環を2個有する芳香族ジアミン
化合物、あるいは、ビス(アミノフェノキシ)ベンゼン
類、ビス(アミノフェニル)ベンゼン類などのベンゼン
環を3個有する芳香族ジアミン化合物を挙げることがで
きる。"Aromatic diamine compound having 2-3 benzene rings" used together with 9,10-di (aminophenyl) anthracene in the above-mentioned method for producing an aromatic polyimide.
As 4,4'-diaminodiphenyl ether, 3,4 '
Diaminodiphenyl ethers such as diaminodiphenyl ether, o-dianisidine, o-tolidine, m-
Diaminobiphenyls such as trizine, diaminodiphenylthioethers, diaminodiphenylsulfones,
Aromatic diamine compounds having two benzene rings such as diaminodibenzothiophenes, diaminothioxanthenes, diaminodiphenylalkanes (methane or propane), or bis (aminophenoxy) benzenes, bis (aminophenyl) benzenes Aromatic diamine compounds having three benzene rings.
なお、芳香族ジアミン成分は、m−フェニレンジアミ
ン、p−フェニレンジアミンなどのフェニレンジアミ
ン、3,5−ジアミノ安息香酸、2,4−ジアミノ安息香酸、
それらの安息香酸のエステル化物などのジアミノ安息香
酸類などの『ベンゼン環を1個有する芳香族ジアミン化
合物』などが少い割合(10モル%以下)で含有されてい
てもよい。Note that the aromatic diamine component is m-phenylenediamine, phenylenediamine such as p-phenylenediamine, 3,5-diaminobenzoic acid, 2,4-diaminobenzoic acid,
"Aromatic diamine compounds having one benzene ring" such as diaminobenzoic acids such as esterified products of benzoic acid may be contained in a small proportion (10 mol% or less).
この発明においては、特に、3,3′,4,4′−ビフェニ
ルテトララカルボン酸類を70モル以上含有する芳香族テ
トラカルボン酸成分を使用する場合には、9,10−ジ(ア
ミノフェニル)アントラセン類を含有率15モル%より多
い割合であって90モル%より少ない割合で、特に20〜80
モル%の割合で含有していて、しかも残部がベンゼン環
を2〜3個有する芳香族ジアミン化合物である芳香族ジ
アミン成分を使用して、重合およびイミド化によって得
られた可溶性芳香族ポリイミドからなる耐熱性の非対称
性分離膜を使用することが好ましい。In the present invention, particularly when an aromatic tetracarboxylic acid component containing 70 mol or more of 3,3 ', 4,4'-biphenyltetralacarboxylic acid is used, 9,10-di (aminophenyl) Anthracenes with a content of more than 15 mol% and less than 90 mol%, especially 20 to 80 mol%
A soluble aromatic polyimide obtained by polymerization and imidization using an aromatic diamine component which is an aromatic diamine compound containing 2 to 3 benzene rings, the remainder being contained in a mole% ratio. It is preferable to use a heat-resistant asymmetric separation membrane.
この発明において使用される前述の芳香族ポリイミド
からなる非対称性分離膜は、芳香族ポリイミドのフェノ
ール系溶媒溶液を使用して、その溶液の薄膜(平膜状、
中空糸状)を、流延法、押出し法などによって形成し、
次いで、その薄膜を比較的低温の凝固液と接触させてそ
の薄膜を凝固させて平膜状又は中空糸状の非対称性分離
膜を形成する湿式製膜法で製造することができ、例え
ば、特開昭56−21602号、特開昭56−157435号公報など
に記載されているような従来公知の製膜方法によって製
造することができる。The above-mentioned asymmetric separation membrane made of the aromatic polyimide used in the present invention uses a phenol-based solvent solution of the aromatic polyimide to form a thin film (flat membrane,
Hollow fiber) is formed by a casting method, an extrusion method, or the like,
Then, the thin film can be manufactured by a wet film forming method in which the thin film is brought into contact with a relatively low-temperature coagulating liquid to solidify the thin film to form a flat membrane-shaped or hollow fiber-shaped asymmetric separation membrane. It can be produced by a conventionally known film forming method as described in JP-A-56-21602 and JP-A-56-157435.
前記の非対称性分離膜の製造法において、湿式製膜法
で製造された非対称性分離膜は、適当な有機溶媒(例え
ば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノー
ルなどの低級アルコール類、および、n−ヘキサン、n
−ヘプタン、オクタン、シクロヘキサンなどの脂肪族又
は脂環式炭化水素溶媒など)で洗浄し、さらに、充分に
乾燥した後、さらに、窒素、空気などの気体の雰囲気
下、約150〜420℃、特に180〜400℃の温度で0.1〜5時
間程度の熱処理することが適当である。In the above-mentioned method for producing an asymmetric separation membrane, the asymmetric separation membrane produced by a wet membrane formation method may be a suitable organic solvent (for example, lower alcohols such as methanol, ethanol, propanol and butanol, and n-hexane). , N
-Washed with an aliphatic or alicyclic hydrocarbon solvent such as heptane, octane, cyclohexane and the like, further dried sufficiently, and further, under an atmosphere of a gas such as nitrogen and air, at about 150 to 420 ° C, especially It is appropriate to perform heat treatment at a temperature of 180 to 400 ° C. for about 0.1 to 5 hours.
この発明で使用する非対称性分離膜は、有機物混合液
を使用して浸透気化分離を行った場合に、選択的に透過
する有機物の透過速度Qが、約0.1kg/m2・Hr以上、特に
約0.2〜5kg/m2・Hr程度であって、透過した有機物と透
過しなかった有機物との分離性能(後述べる分離係数
α)が、5以上、特に10〜6000であることが好ましい。The asymmetric separation membrane used in the present invention has a permeation rate Q of an organic substance that selectively permeates when a permeation vapor separation is performed using an organic substance mixed solution, and is about 0.1 kg / m 2 · Hr or more, particularly It is preferably about 0.2 to 5 kg / m 2 · Hr, and the separation performance (separation coefficient α) of permeated organic matter and non-permeated organic matter is 5 or more, particularly preferably 10 to 6000.
この発明の浸透気化分離方法は、 (a) 前述の芳香族ポリイミドからなる非対称性分離
膜(平膜状、中空糸状)が内蔵されている分離膜モジュ
ールに、有機化合物混合液を供給し、そして、有機物混
合液を分離膜モジュール内の前記非対称性分離膜の供給
側と直接に接触させ、 (b) 前記非対称性分離膜の透過側を、必要であれ
ば、キャリヤーガス(スイープガス)を流しながら、あ
るいは、分離膜モジュールの外部に設置された減圧ポン
プなどと連結して減圧状態としておき、前記の供給され
た有機物混合液から、前記非対称性分離膜を介して、少
なくとも一種の有機物を選択的に浸透・透過させて気化
させて分離し、 (c) 最後に、前記の非対称性分離膜の未透過側(供
給側)から分離膜モジュールの外部へ、前記分離膜を透
過しなかった濃縮された残部の有機物の溶液を取り出し
て回収し、同時に、非対称性分離膜の透過側から分離膜
モジュールの外部へ、前記の分離膜を選択的に透過した
有機物の透過蒸気(透過物)を取り出し、必要であれば
その透過蒸気(透過物)を冷却し凝縮して回収するので
ある。The pervaporation separation method of the present invention comprises the steps of: (a) supplying an organic compound mixed solution to a separation membrane module in which the above-described asymmetric separation membrane (flat membrane, hollow fiber) made of aromatic polyimide is incorporated; Contacting the organic mixture directly with the supply side of the asymmetric separation membrane in the separation membrane module; and (b) flowing a carrier gas (sweep gas), if necessary, through the permeate side of the asymmetric separation membrane. Alternatively, or at least one type of organic substance is selected from the supplied organic substance mixed liquid via the asymmetric separation membrane from the supplied organic substance mixed solution by connecting to a decompression pump or the like installed outside the separation membrane module. (C) Finally, the permeation through the separation membrane is prevented from the non-permeate side (supply side) of the asymmetric separation membrane to the outside of the separation membrane module. The concentrated remaining organic matter solution is taken out and recovered, and at the same time, the permeated vapor (permeate) of the organic matter selectively permeating the separation membrane from the permeate side of the asymmetric separation membrane to the outside of the separation membrane module. ) Is taken out, and if necessary, the permeated vapor (permeate) is cooled, condensed and recovered.
この発明では、分離膜モジュールへ供給される有機物
混合液は、約0〜120℃、特に好ましくは20〜100℃程度
の温度であることが好ましい。In the present invention, the temperature of the organic mixture supplied to the separation membrane module is preferably about 0 to 120 ° C, particularly preferably about 20 to 100 ° C.
この発明の分離法では、分離方法に適用される圧力
が、通常、分離膜の透過側の圧を供給側の圧よりも低圧
とし、供給側の圧を大気圧〜60kg/cm2、好ましくは大気
圧〜30kg/cm2とすることが好ましい。In the separation method of the present invention, the pressure applied to the separation method is generally set such that the pressure on the permeation side of the separation membrane is lower than the pressure on the supply side, and the pressure on the supply side is atmospheric pressure to 60 kg / cm 2 , preferably It is preferable that the pressure be from atmospheric pressure to 30 kg / cm 2 .
前記の分離膜モジュール内の非対称性分離膜の透過側
は、有機物混合液の透過気化分離を行う際に、スイープ
ガスを流すか、または、減圧状態とすればよいが、その
減圧状態は、大気圧より低圧となっていればよく、特に
好ましくは約200トール以下、さらに好ましくは100トー
ル以下に減圧されていることが好ましい。The permeate side of the asymmetric separation membrane in the separation membrane module may be swept gas or reduced pressure when performing permeation vaporization separation of the organic substance mixture. It is sufficient that the pressure is lower than the atmospheric pressure, and it is particularly preferable that the pressure is reduced to about 200 Torr or less, more preferably 100 Torr or less.
この発明における有機物混合液の浸透気化方法を適用
することができる有機物混合液としては、種々の有機物
の組み合わせがあるが、例えば、各有機物に共沸点が存
在するために通常の蒸留法では分離できない有機物同士
の混合物、各有機物の沸点が相互に接近しているために
蒸留分離が非常に難しい有機物同士の混合物の場合など
に特に有効である。As the organic substance mixture to which the method of permeating and vaporizing the organic substance mixture in the present invention can be applied, there are various combinations of organic substances, but, for example, each organic substance has an azeotropic point and cannot be separated by a normal distillation method. This is particularly effective in the case of a mixture of organic substances and a mixture of organic substances which are very difficult to be separated by distillation because their boiling points are close to each other.
また、有機物混合液はその全てが相互に均一に溶解し
ていてもよいし、一部が溶解度を越えて分離して懸濁状
態になっていてもかまわない。ただし、有機物を含む混
合液は、その混合状態で浸透気化分離を行う際の温度お
よび圧の条件下において、液状であることが必要であ
る。Further, all of the organic substance mixed solution may be uniformly dissolved in each other, or a part of the organic substance mixed solution may be separated and suspended in excess of the solubility. However, the mixed liquid containing an organic substance needs to be liquid under the conditions of temperature and pressure when performing pervaporation separation in the mixed state.
共沸点が存在する有機物の混合液としては、例えば、
ベンゼン/シクロヘキサン、ベンゼン/ノルマルヘキサ
ン、メタノール/アセトン、ベンゼン/メタノール、ア
セトン/クロロホルム(トリクロロメタン)、エタノー
ル/シクロヘキサン、ブタノール/シクロヘキサン、ク
ロロホルム/ノルマルヘキサン、エタノール/ベンゼ
ン、エタノール/トルエン、キシレン異性体混合液など
を挙げることができる。As a mixture of organic substances having an azeotropic point, for example,
Benzene / cyclohexane, benzene / normal hexane, methanol / acetone, benzene / methanol, acetone / chloroform (trichloromethane), ethanol / cyclohexane, butanol / cyclohexane, chloroform / normal hexane, ethanol / benzene, ethanol / toluene, xylene isomer mixture Liquid and the like.
また、沸点の差が約20℃以下、特に10℃以下であって
沸点が相互に近接している有機物混合液としては、例え
ば、エチルベンゼン/スチレン、パラクロルエチルベン
ゼン/パラクロルスチレン、トルエン/メチルシクロヘ
キサン、ブタジエン/ブテン類、ブタジエン/ブタン
類、ノルマルブテン−1/イソブテンなどが挙げられる。
前記の有機物混合液は、上記のような二成分系の混合液
ばかりでなく、三成分系以上の多成分系の混合液であっ
ても適用することが可能である。Examples of the organic mixture having a boiling point difference of about 20 ° C. or less, particularly 10 ° C. or less, and boiling points close to each other include, for example, ethylbenzene / styrene, parachloroethylbenzene / parachlorostyrene, and toluene / methylcyclohexane. , Butadiene / butenes, butadiene / butanes, and normal butene-1 / isobutene.
The above-mentioned organic mixture can be applied not only to the two-component mixture as described above, but also to a multi-component mixture of three or more components.
本発明の浸透気化分離法では、前記の有機物混合液の
組成比は、特に限定されるものではなく、任意の割合の
有機物の混合液を分離又は濃縮することができる。In the pervaporation separation method of the present invention, the composition ratio of the organic substance mixture is not particularly limited, and an organic substance mixture of an arbitrary ratio can be separated or concentrated.
前記の分離膜モジュールの構造、形式などは、特に限
定されるものではないが、例えば、特に限定されるもの
ではないが、プレートアンドフレーム型モジュール、ス
パイラル型モジュール、中空糸膜型モジュールなどであ
ることが好ましい。The structure, type, and the like of the separation membrane module are not particularly limited. For example, although not particularly limited, a plate-and-frame module, a spiral module, a hollow fiber membrane module, and the like can be used. Is preferred.
以下、この発明の浸透気化分離法に関する実施例、お
よび比較例を示し、さらに詳しくこの発明を説明する。Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples relating to the pervaporation separation method of the present invention.
実施例および比較例において、透過速度Qおよび分離
係数αは、膜を透過した気化成分を冷却・凝縮させて採
集し、その重量を測定し、そして、凝縮液中に内部標準
液を加え、TCD−ガスクロマトグラフィーによって有機
物XおよびYの重量比が測定され、次に示す計算式によ
って算出された。In Examples and Comparative Examples, the permeation rate Q and the separation coefficient α were determined by cooling and condensing the vaporized components that had passed through the membrane, collecting the weight, measuring the weight, adding an internal standard solution to the condensate, and measuring the TCD. -The weight ratio of the organic substances X and Y was measured by gas chromatography, and calculated by the following formula.
参考例において、芳香族テトラカルボン酸成分および
芳香族ジアミン成分に使用される各化合物の略記号を以
下に示す。 In Reference Examples, the abbreviations of the compounds used for the aromatic tetracarboxylic acid component and the aromatic diamine component are shown below.
s−BPDA;3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸二
無水物 a−BPDA;2,3,3′,4′−ビフェニルテトラカルボン酸二
無水物 ETDA;3,3′,4,4′−ジフェニルエーテルテトラカルボン
酸二無水物 〔芳香族ジアミン化合物〕 ADA;9,10−ビス(4−アミノフェニル)アントラセン DADE;4,4′−ジアミノジフェニルエーテル 参考例1〜3 第1表に示す仕込み比(組成 モル%)からなる酸成
分とジアミン成分とを略等モル使用して、パラクロフェ
ノールの有機極性溶媒中で、第1表に示す重合温度およ
び重合時間で、重合およびイミド化して芳香族ポリイミ
ド溶液を製造した。s-BPDA; 3,3 ', 4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride a-BPDA; 2,3,3', 4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride ETDA; 3,3 ', 4 , 4'-Diphenylethertetracarboxylic dianhydride [aromatic diamine compound] ADA; 9,10-bis (4-aminophenyl) anthracene DADE; 4,4'-diaminodiphenylether Reference Examples 1-3 shown in Table 1 Polymerization and imidization are carried out in an organic polar solvent of paraclophenol at a polymerization temperature and a polymerization time shown in Table 1 using substantially equimolar amounts of an acid component having a charge ratio (composition mol%) and a diamine component. An aromatic polyimide solution was prepared.
前述のようにして生成した各芳香族ポリイミド溶液の
ポリマー濃度および溶液粘度(100℃の回転粘度;ポイ
ズ)を第1表にそれぞれ示す。Table 1 shows the polymer concentration and solution viscosity (rotational viscosity at 100 ° C .; poise) of each aromatic polyimide solution produced as described above.
前述のようにして得られた芳香族ポリイミド溶液を使
用して、中空糸紡糸ノズルから、気体中を経由して、第
1表に示す組成の凝固液(アルコール水溶液、0℃)中
に中空糸状体を押し出し、中空糸の引取り速度10m/分で
引き取ることによって中空糸を形成する半乾式の湿式製
膜法を行った後、アルコールおよび脂肪族炭化水素で洗
浄し、乾燥して第1表に示す熱処理温度で30分間処理し
て、第1表に示す形状(中空糸の内径および膜厚)を有
する芳香族ポリイミドからなる非対称性の中空糸分離膜
をそれぞれ製造した。Using the aromatic polyimide solution obtained as described above, a hollow fiber spinning nozzle is used to form a hollow fiber through a gas into a coagulating liquid (aqueous alcohol solution, 0 ° C.) having the composition shown in Table 1. After extruding the body and performing a semi-dry wet film forming method of forming a hollow fiber by drawing the hollow fiber at a take-up speed of 10 m / min, washing with an alcohol and an aliphatic hydrocarbon, drying and drying were performed. At a heat treatment temperature of 30 minutes to produce an asymmetric hollow fiber separation membrane made of an aromatic polyimide having a shape (inner diameter and thickness of a hollow fiber) shown in Table 1.
実施例1〜5 各参考例で製造された長さ7.5cmの非対称性中空糸分
離膜を4本束ねて糸束を形成し、その糸束の一方の端部
をエポキシ樹脂で封止し、中空糸束エレメントを作成
し、有機物混合液を供給する導入口と、未透過物の取り
出し口および透過物の取り出し口を有する容器内へ前記
中空糸束エレメントを内設して、分離膜モジュールを製
造した。Examples 1 to 5 A bundle of four asymmetric hollow fiber separation membranes having a length of 7.5 cm manufactured in each Reference Example was formed into a bundle, and one end of the bundle was sealed with an epoxy resin. A hollow fiber bundle element is created, and the hollow fiber bundle element is installed in a container having an inlet for supplying an organic mixture, an outlet for unpermeate, and an outlet for permeate, and a separation membrane module. Manufactured.
前記の分離膜モジュールへ第2表に示す組成、および
温度の有機物混合液を供給し、分離膜モジュール内の中
空糸エレメントの中空糸内部を3トール以下の減圧状態
で、浸透気化を行い、透過物蒸気を冷却し、回収した。An organic substance mixture having the composition and temperature shown in Table 2 is supplied to the separation membrane module, and the inside of the hollow fiber of the hollow fiber element in the separation membrane module is permeated and vaporized under a reduced pressure of 3 Torr or less. The material vapor was cooled and collected.
その浸透気化における透過速度Qおよび各有機物の分
離係数αを第2表に示す。Table 2 shows the permeation rate Q and the separation coefficient α of each organic substance in the pervaporation.
実施例6 参考例2(1)で製造した非対称性中空糸分離膜を、
ベンゼンとシクロヘキサンとの混合液(重量比1:1)か
らなる処理溶剤中で、150℃で20時間浸漬する処理を行
った。Example 6 The asymmetric hollow fiber separation membrane produced in Reference Example 2 (1) was
A immersion treatment was performed at 150 ° C. for 20 hours in a treatment solvent composed of a mixture of benzene and cyclohexane (weight ratio: 1: 1).
前述の処理を行った各非対称性中空糸分離膜を30℃で
20時間乾燥した後、実施例1と同様にして、分離膜モジ
ュールをそれぞれ製造し、各分離膜モジュールについて
第2表に示す有機物混合液での分離性能を測定した。Each asymmetric hollow fiber separation membrane subjected to the above treatment
After drying for 20 hours, a separation membrane module was manufactured in the same manner as in Example 1, and the separation performance of each separation membrane module in an organic substance mixture shown in Table 2 was measured.
その結果を第2表に示す。 Table 2 shows the results.
比較参考例1 ピロメリット酸二無水物60ミリモル、4,4′−ジアミ
ノジフェニルエーテル60ミリモル、N−メチル−2−ピ
ロリドン200gを、三ッ口のセパラブルフラスコに入れ
て、窒素ガスの流通を行い、撹拌しながら20℃で10時
間、重合反応させて、ポリアミック酸を生成させ、さら
に、この反応液にN−メチル−2−ピロリドン200gと、
ピリジン27gと無水酢酸35gを加えて強く撹拌しながら徐
々に80℃まで昇温し、80℃で1時間維持し、ポリマーを
イミド化させて、ポリイミドを析出させた。さらに、こ
の反応液にエタノールを加えて、ポリマーを完全に沈澱
させ、濾別し、最後にエタノール洗浄をして、さらに、
減圧下に乾燥して、ポリイミド粉末を得た。 Comparative Reference Example 1 60 mmol of pyromellitic dianhydride, 60 mmol of 4,4'-diaminodiphenyl ether and 200 g of N-methyl-2-pyrrolidone were placed in a three-neck separable flask, and nitrogen gas was passed therethrough. A polymerization reaction was carried out at 20 ° C. for 10 hours with stirring to produce a polyamic acid, and further, 200 g of N-methyl-2-pyrrolidone was added to the reaction solution.
27 g of pyridine and 35 g of acetic anhydride were added, and the temperature was gradually raised to 80 ° C. with vigorous stirring, and maintained at 80 ° C. for 1 hour to imidize the polymer to precipitate polyimide. Further, ethanol was added to the reaction solution to completely precipitate the polymer, and the polymer was separated by filtration.
Drying under reduced pressure gave a polyimide powder.
このポリイミド粉末を、p−クロルフェノール、N−
メチル−2−ピロリドン、または、N,N−ジメチルアセ
トアミドにそれぞれ添加して、その混合液を加熱して、
ポリイミド粉末を前記の溶媒に溶解させようとしたが、
実質的に、前記ポリイミドの溶液を調製することができ
なかった。This polyimide powder was treated with p-chlorophenol, N-
Methyl-2-pyrrolidone or N, N-dimethylacetamide, respectively, the mixture was heated,
Tried to dissolve the polyimide powder in the above solvent,
Substantially no solution of the polyimide could be prepared.
したがって、前記のピロメリット酸二無水物を使用し
て得られた芳香族ポリイミドからは、非対称性分離膜を
製造することができなかった。Therefore, an asymmetric separation membrane could not be produced from the aromatic polyimide obtained by using the above pyromellitic dianhydride.
比較参考例2〜4 3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物
と、パラフェニレンジアミン(比較参考例2)、2,5−
ジメチル−パラフェニレンジアミン(比較参考例3)ま
たは2,6−ジアミノピリジン(比較参考例4)とをそれ
ぞれ当モル使用して、実施例1と同様にして、パラクロ
フェノールの有機極性溶媒中、重合温度180℃で、6時
間重合したが、芳香族ポリイミドがそれぞれ析出した。
それらの芳香族ポリイミド粉末はそれぞれいずれの有機
溶媒にも実質的に溶解せず、均一なポリマー溶液を調製
することができなかった。Comparative Reference Examples 2 to 4, 3,3 ', 4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride and paraphenylenediamine (Comparative Reference Example 2), 2,5-
Using dimethyl-paraphenylenediamine (Comparative Reference Example 3) or 2,6-diaminopyridine (Comparative Reference Example 4) in equimolar amounts and in the same manner as in Example 1, paraclophenol in an organic polar solvent, Polymerization was carried out at a polymerization temperature of 180 ° C. for 6 hours, and aromatic polyimides were precipitated.
These aromatic polyimide powders did not substantially dissolve in any of the organic solvents, and a uniform polymer solution could not be prepared.
比較例1 芳香族ポリイミド(ジェネラル・エレクトリック社、
商品名;ウルテム)10重量部、N−メチル−2−ピロリ
ドン40重量部、およびテトラヒドロフラン50重量部をセ
パラブルフラスコに入れ、撹拌して、均一なポリマー溶
液を調製した。Comparative Example 1 Aromatic polyimide (General Electric,
10 parts by weight (Ultem), 40 parts by weight of N-methyl-2-pyrrolidone, and 50 parts by weight of tetrahydrofuran were put into a separable flask and stirred to prepare a uniform polymer solution.
前記のポリマー溶液を平滑なガラス板上にドクターナ
イフで厚さ0.2mmに流延し、ガラス板ごと蒸留水中に1
時間浸漬して、非対称性分離膜を形成させ、最後にガラ
ス板から前記の非対称性分離膜を剥離した後、30℃で乾
燥させて、非対称性分離膜を製造した。The polymer solution was cast on a smooth glass plate with a doctor knife to a thickness of 0.2 mm.
After immersion for a time, an asymmetric separation membrane was formed. Finally, the asymmetric separation membrane was peeled off from the glass plate and dried at 30 ° C. to produce an asymmetric separation membrane.
前記の非対称性分離膜を、パーベーパレイション法に
よって、クロロホルムとn−ヘキサンとを当量含有する
有機物混合液の分離を行った。The above-mentioned asymmetric separation membrane was subjected to a pervaporation method to separate an organic substance mixture containing equivalent amounts of chloroform and n-hexane.
前記の非対称性分離膜は、前記の有機物混合液によっ
て膨潤して、安定な分離性能を測定することができなか
った。The asymmetric separation membrane was swollen by the organic mixture and the stable separation performance could not be measured.
この発明の分離法は、特定の芳香族ポリイミド製の非
対称性分離膜を用いる浸透気化法に係わる分離法である
ので、種々の有機物の混合液の分離、濃縮に使用するこ
とができ、そして、広範囲な濃度の有機物混合液につい
て使用可能であって、しかも、充分な耐熱性、耐水性、
耐溶剤性および耐久性を有しており、さらに、高い分離
性能を有する特定のポリイミド製の非対称性膜を使用し
ているので、長時間、安定した浸透気化法による分離を
行うことができる。Since the separation method of the present invention is a separation method related to a pervaporation method using an asymmetric separation membrane made of a specific aromatic polyimide, it can be used for separating and concentrating a mixture of various organic substances, and It can be used for a wide range of organic compound liquids, and has sufficient heat resistance, water resistance,
Since a specific polyimide asymmetric membrane having solvent resistance and durability and high separation performance is used, stable separation by pervaporation can be performed for a long time.
Claims (1)
以上含有する芳香族テトラカルボン酸成分と、 9,10−ジ(アミノフェニル)アントラセン類を含有率15
モル%より多い割合で含有していてしかも残部がベンゼ
ン環を2〜3個有する芳香族ジアミン化合物である芳香
族ジアミン成分とから得られた可溶性芳香族ポリイミド
からなる耐熱性の非対称性分離膜の片面に、有機物混合
液を直接に接触させて、有機物混合液中の少なくとも一
種の有機物が、前記非対称性分離膜内を選択的に浸透・
透過されることによって、前記非対称性分離膜を透過し
た有機物を蒸気として分離することを特徴とする有機物
混合液の浸透気化分離方法。(1) 70% by mole of biphenyltetracarboxylic acid
The content of the aromatic tetracarboxylic acid component contained above and 9,10-di (aminophenyl) anthracene is 15
Of a heat-resistant asymmetric separation membrane comprising a soluble aromatic polyimide obtained from an aromatic diamine component which is an aromatic diamine compound which is an aromatic diamine compound having an aromatic diamine compound having two to three benzene rings, with the balance being greater than 2 mol%. On one side, an organic substance mixture is brought into direct contact, and at least one organic substance in the organic substance mixture selectively permeates the asymmetric separation membrane.
A permeation and vaporization separation method of an organic substance mixture, wherein the organic substance having passed through the asymmetric separation membrane is separated as vapor by being permeated.
Priority Applications (4)
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JP63252052A JP2649706B2 (en) | 1988-10-07 | 1988-10-07 | Pervaporation separation method of organic mixture |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2017131406A1 (en) * | 2016-01-28 | 2017-08-03 | 한양대학교 산학협력단 | Organic compound, three-dimensional organic framework formed by using organic compound, separation sieve and optical layer, which comprise organic framework, and optical device comprising optical layer as optical amplification layer |
KR101796859B1 (en) | 2016-05-19 | 2017-11-13 | 한양대학교 산학협력단 | Light amplifying layer comprising 3-dimensional organic framework and optical device having the layer |
KR20170127368A (en) * | 2016-05-10 | 2017-11-21 | 한양대학교 산학협력단 | Separating seive comprising 3-dimensional organic framework and mixed- fluid-separating module including the same |
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JPH04150706A (en) * | 1990-10-12 | 1992-05-25 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Stopping method of ac magnetic float |
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JPH0636854B2 (en) * | 1986-07-17 | 1994-05-18 | 宇部興産株式会社 | Polyimide gas separation membrane |
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1988
- 1988-10-07 JP JP63252052A patent/JP2649706B2/en not_active Expired - Lifetime
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WO2017131406A1 (en) * | 2016-01-28 | 2017-08-03 | 한양대학교 산학협력단 | Organic compound, three-dimensional organic framework formed by using organic compound, separation sieve and optical layer, which comprise organic framework, and optical device comprising optical layer as optical amplification layer |
KR20170127368A (en) * | 2016-05-10 | 2017-11-21 | 한양대학교 산학협력단 | Separating seive comprising 3-dimensional organic framework and mixed- fluid-separating module including the same |
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