碳膜复合体及碳膜复合体的制造方法与流程

本发明涉及碳膜复合体及其制造方法。[相关申请的参考]本申请主张2024年3月27日申请的日本专利申请jp2024-052164的优先权利益，该申请的全部公开内容均引入到本申请中。

背景技术：

1、以往，作为化学稳定性和耐热性优异的过滤器，使用在多孔质的支承体的表面上设置有碳膜的碳膜复合体。该碳膜复合体中，为了兼顾增大透过通量和提高分离性能，要求使碳膜的膜厚变薄且均匀。

2、例如，国际公开第2008/010452号（文献1）中提出：在支承体的表面以平均细孔径逐级减小的方式设置表面堆积层。该表面堆积层的最表面层由二氧化钛溶胶形成，其平均细孔径为0.3nm～20nm。由此，在制造碳膜复合体时，可抑制碳膜的前驱体溶液渗透到支承体，使前驱体溶液薄而均匀地涂布在支承体上。结果，能够在碳膜复合体中使碳膜的膜厚变薄且均匀。

3、另外，国际公开第2013/042262号（文献2）提出：在使用酚醛树脂作为碳膜的前驱体来制造碳膜复合体时，将支承体浸渍在酚醛树脂的悬浊液中。该悬浊液的粘度比酚醛树脂的溶液高，因此，能够以较少的涂布次数将酚醛树脂均匀地涂布在支承体上。

4、不过，碳膜复合体中，利用制造时从支承体表面渗入支承体内部的碳膜的前驱体溶液，在支承体与碳膜的界面处形成支承体和碳膜复合存在的复合层。

5、在文献1的制造方法中，支承体的表面的平均细孔径相当小，前驱体溶液渗入支承体的量有可能因支承体表面上的位置而变得不均匀。结果，复合层的厚度的偏差增大，有可能因复合层中的压损等导致透过通量降低。另外，在文献2的制造方法中，前驱体溶液渗入支承体的量较多，复合层变厚，有可能因复合层中的压损等导致透过通量降低。

技术实现思路

1、本发明涉及碳膜复合体，其目的在于，增大碳膜复合体的透过通量。

2、方案1的发明是一种碳膜复合体，其具备多孔质的支承体和设置于所述支承体的表面的碳膜。在所述支承体的内部设置有复合层，该复合层从所述支承体的所述表面朝向所述支承体的内部扩展，并且所述支承体的骨料粒子之间的空隙被碳或碳化物填充。在与所述支承体的所述表面垂直的厚度方向上，所述复合层的厚度的算术平均为0.01μm以上且1.0μm以下，所述复合层的厚度的标准偏差为0.1μm以上且1.0μm以下。

3、由此，可以增大碳膜复合体的透过通量。

4、方案2的发明是一种碳膜复合体，其具备多孔质的支承体和设置于所述支承体的表面的碳膜。在所述支承体的内部设置有复合层，该复合层从所述支承体的所述表面朝向所述支承体的内部扩展，并且所述支承体的骨料粒子之间的空隙被碳或碳化物填充。在与所述支承体的所述表面垂直的厚度方向上，将从自所述支承体的所述表面起遍及所述复合层的厚度的算术平均的4倍的区域中除去自所述支承体的所述表面起遍及与所述复合层的厚度的算术平均相同的距离的区域后的区域作为复合层下方区域，所述复合层下方区域的空隙率为5％以上且25％以下。

5、方案3的发明在方案2的碳膜复合体的基础上，在所述厚度方向上，自所述支承体的所述表面起遍及所述复合层的厚度的算术平均的4倍的区域中的碳相对于铝的比例为0.05以上且0.2以下。

6、方案4的发明在方案1至3中的任一方案的碳膜复合体的基础上，所述复合层的厚度的分布中的（d50-d10）/（d90-d10）为0.2以上且0.4以下。

7、方案5的发明在方案1至3中的任一方案（也可以是方案1至4中的任一方案）的碳膜复合体的基础上，所述支承体的所述表面处的平均细孔径为0.01μm以上。

8、方案6的发明在方案5的碳膜复合体的基础上，所述支承体的所述表面处的平均细孔径为0.07μm以上。

9、方案7的发明在方案1至3中的任一方案（也可以是方案1至6中的任一方案）的碳膜复合体的基础上，所述支承体具备：第一层，该第一层从所述支承体的所述表面朝向所述支承体的内部扩展；第二层，该第二层从所述第一层朝向所述支承体的内部扩展，且平均细孔径大于所述第一层的平均细孔径；以及第三层，该第三层从所述第二层朝向所述支承体的内部扩展，且平均细孔径大于所述第二层的平均细孔径。所述第三层的平均细孔径为3μm以上。

10、方案8的发明在方案1至3中的任一方案（也可以是方案1至7中的任一方案）的碳膜复合体的基础上，所述厚度方向上的所述碳膜的厚度为0.1μm以上且5μm以下。

11、方案9的发明在方案1至3中的任一方案（也可以是方案1至8中的任一方案）的碳膜复合体的基础上，所述碳膜的表面粗糙度为100nm以上且300nm以下。

12、方案10的发明是一种碳膜复合体的制造方法，其包括如下工序：a）向多孔质的支承体施加非溶剂并使其渗入，在所述支承体的内部形成非溶剂层；b）从所述支承体的表面侧除去所述非溶剂层的一部分；c）在从所述支承体的与所述表面相反一侧加压的状态下，从所述支承体的所述表面侧施加包含前驱体的前驱体溶液，在所述支承体的所述表面上形成包含所述前驱体的膜即前驱体膜；d）在从所述支承体的与所述表面相反一侧加压的状态下，使所述前驱体膜和所述非溶剂层干燥；以及e）使所述前驱体膜碳化，在所述支承体的所述表面上形成碳膜。

13、方案11的发明是一种碳膜复合体的制造方法，其包括如下工序：a）从所述支承体的所述表面侧施加分散有前驱体的粒子的液体，在所述支承体的所述表面上形成所述前驱体的粒子的层；b）使所述前驱体的粒子的层熔融，在所述支承体的所述表面上形成包含所述前驱体的膜即前驱体膜；以及c）使所述前驱体膜碳化，在所述支承体的所述表面上形成碳膜。

14、上述目的及其他目的、特征、方案和优点通过以下参照附图对本发明所作的详细说明而变得明确。

1.一种碳膜复合体，其具备：

2.一种碳膜复合体，其具备：

3.根据权利要求2所述的碳膜复合体，其中，

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的碳膜复合体，其中，

5.根据权利要求1至3中的任一项所述的碳膜复合体，其中，

6.根据权利要求5所述的碳膜复合体，其中，

7.根据权利要求1至3中的任一项所述的碳膜复合体，其中，

8.根据权利要求1至3中的任一项所述的碳膜复合体，其中，

9.根据权利要求1至3中的任一项所述的碳膜复合体，其中，

10.一种碳膜复合体的制造方法，其包括如下工序：

11.一种碳膜复合体的制造方法，其包括如下工序：