The carbon dioxide separation membrane of the present invention includes an ionic liquid-affinity porous layer (C) having an ionic liquid-containing liquid (A) held in voids and an ionic liquid non-affinity porous layer (B). The ionic liquid-affinity porous layer (C) may include an inorganic material (for example, metal oxide particles having an average particle size of about 0.001 to 5 μm on a number basis). The average thickness of the ionic liquid affinity porous layer (C) may be about 0.01 to 10 μm. The ionic liquid-affinity porous layer (C) may contain the ionic liquid-containing liquid (A) in an amount of 0.1 to 99 parts by volume with respect to 100 parts by volume of voids inside. It may be a carbon dioxide separation membrane for fertilizing plants with carbon dioxide. The carbon dioxide separation membrane enables the carbon dioxide concentrating device to be downsized and enables smooth operation.本発明の二酸化炭素分離膜は、イオン液体含有液（Ａ）を空隙に保持したイオン液体親和性多孔質層（Ｃ）と、イオン液体非親和性多孔質層（Ｂ）とを含む。前記イオン液体親和性多孔質層（Ｃ）は、無機材料（例えば、個数基準で平均粒径０．００１～５μｍ程度の金属酸化物粒子）を含んでいてもよい。イオン液体親和性多孔質層（Ｃ）の平均厚みは、０．０１～１０μｍ程度であってもよい。イオン液体親和性多孔質層（Ｃ）は、内部の空隙１００体積部に対して、イオン液体含有液（Ａ）を０．１～９９体積部の割合で含んでいてもよい。植物に二酸化炭素を施肥するための二酸化炭素分離膜であってもよい。前記二酸化炭素分離膜は、二酸化炭素濃縮装置を小型化でき、かつスムーズな稼働を可能にする。
