DE112018006869T5

DE112018006869T5 - Zeolith-Membran-Komplex und Verfahren zur Herstellung eines Zeolith-Membran-Komplexes

Info

Publication number: DE112018006869T5
Application number: DE112018006869.2T
Authority: DE
Inventors: Kenichi Noda; Aya MIURA; Ryotaro Yoshimura
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2018-01-16
Filing date: 2018-12-06
Publication date: 2020-10-15
Also published as: CN111566049B; US20200306700A1; JP2021191577A; CN111566049A; WO2019142531A1; JP6934959B2; US11305240B2; JPWO2019142531A1

Abstract

Ein Zeolith-Membran-Komplex (1) beinhaltet einen Träger (11) und eine auf dem Träger (11) gebildete Zeolith-Membran (12). Die Zeolith-Membran (12) ist aus einem Zeolithen vom SAT-Typ. Unter Teilchen (121) auf der Oberfläche der Zeolith-Membran (12) machen Teilchen (121), die Längenverhältnisse von größer oder gleich 1,2 und kleiner oder gleich 10 aufweisen, 85% oder mehr der Fläche der Oberfläche der Zeolith-Membran (12) aus. Dies verbessert die Orientierungen der Teilchen (121) und verringert auch die Zwischenräume zwischen den Teilchen (121). Infolgedessen wird die Dichte der Zeolith-Membran (12) verbessert. Dementsprechend kann zum Beispiel eine hohe Gastrennleistung erzielt werden, wenn der Zeolith-Membran-Komplex (1) als Gastrennmembran verwendet wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zeolith-Membran-Komplex, bei dem eine Zeolith-Membran auf einem Träger gebildet wird.
Technischer Hintergrund
Verschiedene Strukturen von Zeolithen sind bekannt und drei Buchstaben des Alphabets werden von der International Zeolite Association als Code für jede Struktur vergeben. Eine der Strukturen von Zeolithen ist eine Struktur vom SAT-Typ. In Bezug auf Zeolithe vom SAT-Typ sind Syntheseverfahren für Zeolithpulver vom SAT-Typ zum Beispiel in „The templated synthesis and structure determination by synchrotron microcrystal diffraction of the novel small pore magnesium aluminophosphate STA-2“ von Graham W. Noble und zwei weiteren Mitarbeitern, Journal of Chemical Society, Dalton Transactions 1997, Seiten 4485-4490 (Dokument 1) und „Molecular Modeling, Multinuclear NMR, and Diffraction Studies in the Templated Synthesis and Characterization of the Aluminophosphate Molecular Sieve STA-2" von Maria Castro und anderen 10 Mitarbeitern, Journal of Physics and Chemistry C 2010, Band 114, S. 12698-12710 (Dokument 2) offenbart.
Mittlerweile laufen verschiedene Studien und Entwicklungen zur Bildung von Zeolithen in Membranform auf Trägern und zur Verwendung der Zeolithmembrane in Anwendungen wie spezifische Gastrennung oder molekulare Adsorption. In Bezug auf Zeolithe des SAT-Typs wird in Probe Nr. 4 eines Beispiels der Internationalen Veröffentlichung WO 2016/121889 (Dokument 3) Zeolithpulver, das nach dem Verfahren des Dokuments 1 synthetisiert wurde, auf die äußere Oberfläche eines porösen Aluminiumoxidsubstrats aufgebracht, und das Substrat wird in ein Synthesesol eingetaucht, das bei der Synthese des Zeolithpulvers verwendet wird, so dass durch hydrothermale Synthese eine Zeolith-Membran gebildet wird.
Übrigens, im Falle der Herstellung eines Zeolith-Membran-Komplexes vom SAT-Typ durch die Technik des Dokuments 1 ist die Zeolith-Membran nicht orientiert. So ist es zum Beispiel schwierig, eine hohe Leistung als Gastrennmembran zu erreichen. Dasselbe gilt für andere Anwendungen, bei denen Zeolith-Membranen für die Permeation oder Adsorption von Molekülen verwendet werden.
Kurzdarstellung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist für einen Zeolith-Membran-Komplex bestimmt, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen neuen Zeolith-Membran-Komplex vom SAT-Typ bereitzustellen, der für verschiedene Anwendungen geeignet ist.
Ein Zeolith-Membran-Komplex gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält einen Träger und eine auf dem Träger ausgebildete Zeolith-Membran. Die Zeolith-Membran ist aus einem Zeolithen vom SAT-Typ. Unter Teilchen auf einer Oberfläche der Zeolith-Membran machen Teilchen mit Längenverhältnissen von größer oder gleich 1,2 und kleiner oder gleich 10 85% oder mehr einer Fläche der Oberfläche der Zeolith-Membran aus. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen neuen Zeolith-Membran-Komplex vom SAT-Typ bereitzustellen.
Vorzugsweise ist ein Durchschnittswert der Längenverhältnisse der Teilchen auf der Oberfläche der Zeolith-Membran größer oder gleich 1,4 und kleiner oder gleich 4.
Vorzugsweise ist der Träger porös. Bevorzugter ist der Träger ein gesinterter Aluminiumoxidpressling oder ein gesinterter Mullitpressling.
Die vorliegende Erfindung ist auch für ein Verfahren zur Herstellung eines Zeolith-Membran-Komplexes bestimmt. Das Verfahren zur Herstellung eines Zeolith-Membran-Komplexes gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet a) die Synthese eines Zeolithen vom SAT-Typ durch hydrothermale Synthese und die Gewinnung von Impfkristallen aus dem Zeolithen vom SAT-Typ, b) die Abscheidung der Impfkristalle auf einem Träger, c) das Eintauchen des Trägers in eine Ausgangsmateriallösung mit einem pH-Wert von größer oder gleich 5 und kleiner oder gleich 8, und Züchten eines Zeoliths vom SAT-Typ aus den Impfkristallen durch hydrothermale Synthese zur Bildung einer Zeolith-Membran auf dem Träger, wobei die Ausgangsmateriallösung durch Mischen einer Aluminiumquelle und einer Phosphorquelle mit einem pH-Wert von größer oder gleich 4 hergestellt wird, und d) Entfernen eines strukturlenkenden Mittels von der Zeolith-Membran. Unter Teilchen auf einer Oberfläche der Zeolith-Membran machen Teilchen mit einem Längenverhältnis von größer oder gleich 1,2 und kleiner oder gleich 10 85% oder mehr einer Fläche der Oberfläche der Zeolith-Membran aus. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen neuen Zeolith-Membran-Komplex vom SAT-Typ bereitzustellen.
Vorzugsweise ist ein Durchschnittswert der Längenverhältnisse der Teilchen auf der Oberfläche der Zeolith-Membran größer oder gleich 1,4 und kleiner oder gleich 4.
Vorzugsweise wird in dem Vorgang a) oder c) Aluminiumalkoxid oder ein Aluminiumoxidsol als Aluminiumquelle in der hydrothermalen Synthese verwendet.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung im Einzelnen der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher hervorgehen.
Figurenliste

1 ist ein Schnittbild eines Zeolith-Membran-Komplexes;
2 ist eine vergrößerte Ansicht der Oberfläche einer Zeolith-Membran;
3 ist eine Veranschaulichung eines Verfahrens zur Berechnung des Längenverhältnisses eines Teilchens;
4 ist ein Flussdiagramm der Herstellung des Zeolith-Membran-Komplexes; und
5 ist eine Veranschaulichung einer Vorrichtung zur Trennung eines Gasgemisches.

Beschreibung der Ausführungsformen
1 ist ein Schnittbild eines Zeolith-Membran-Komplexes 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Zeolith-Membran-Komplex 1 beinhaltet einen Träger 11 und eine auf dem Träger 11 gebildete Zeolith-Membran 12. In 1 ist die Zeolith-Membran 12 dicker als die eigentliche dargestellt. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Träger 11 porös und für Gase durchlässig und die Zeolith-Membran 12 ist eine Gastrennmembran. Die Zeolith-Membran 12 kann in anderen Anwendungen als Molekültrennmembran mit Molekularsiebfunktion verwendet werden. Beispielsweise kann die Zeolith-Membran 12 auch als Pervaporationsmembran verwendet werden. Der Zeolith-Membran-Komplex 1 kann auch in anderen Anwendungen eingesetzt werden. Der Träger 11 kann für Gase undurchlässig sein.
Als Material für den Träger 11 können verschiedene Substanzen verwendet werden, solange sie im Schritt der Bildung der Zeolith-Membran 12 auf der Oberfläche chemisch stabil sind. Beispiele für das Material für den Träger 11 sind keramische Sinterpresslinge, Metalle, organische Polymere, Glas und Kohlenstoff. Beispiele für keramische Sinterpresslinge sind Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Mullit, Zirkoniumdioxid, Titandioxid, Yttrium, Siliciumnitrid und Siliciumcarbid. Beispiele für die Metalle sind Aluminium, Eisen, Bronze und rostfreier Stahl. Beispiele für organische Polymere sind Polyethylen, Polypropylen, Polytetrafluorethylen, Polysulfon und Polyimid.
Der Träger 11 kann ein anorganisches Bindemittel enthalten. Als anorganisches Bindemittel kann mindestens eines von Titanoxid, Mullit, leicht sinterbarem Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Glasfritte, Tonmineralien und leicht sinterbarem Cordierit verwendet werden.
Nur ein Teil des Trägers 11 ist in 1 veranschaulicht, aber zum Beispiel hat der Träger 11 als Ganzes eine Form wie eine Wabenform, eine monolithische Form, eine flache plattenartige Form, eine röhrenförmige Form, eine kreiszylindrische Form, eine kreisförmige Säulenform oder eine Prismenform. Der Träger 11 hat eine Länge von zum Beispiel 10 cm bis 200 cm. Die Träger 11 haben einen Außendurchmesser von zum Beispiel 0,5 cm bis 30 cm. In dem Fall, dass der Träger 11 eine monolithische Form aufweist, liegt der Abstand zwischen den Mittelachsen benachbarter Durchgangslöcher zum Beispiel im Bereich von 0,3 mm bis 10 mm. Wenn der Träger 11 eine röhrenförmige oder flache, plattenförmige Form aufweist, hat der Träger 11 eine Dicke von zum Beispiel 0,1 mm bis 10 mm.
Der Träger 11 hat eine Oberflächenrauhigkeit (Ra) von beispielsweise 0,1 µm bis 5,0 µm und vorzugsweise 0,2 µm bis 2,0 µm.
In dem Fall, dass die Zeolith-Membran 12 als Gastrennmembran verwendet wird, ist der Träger 11 porös. In diesem Fall ist der mittlere Porendurchmesser des Trägers 11 in der Nähe der Oberfläche, auf der die Zeolith-Membran 12 gebildet wird, vorzugsweise kleiner als seine mittleren Porendurchmesser in den anderen Abschnitten. Um diese Struktur zu realisieren, hat der Träger 11 eine Mehrschichtstruktur. In dem Fall, dass der Träger 11 eine Mehrschichtstruktur aufweist, kann das Material für jede Schicht eines der vorstehend beschriebenen Materialien sein, und die Schichten können aus dem gleichen Material oder aus verschiedenen Materialien gebildet sein. Der mittlere Porendurchmesser kann mit einer Einrichtung wie einem Quecksilberporosimeter, einem Perm-Porometer oder einem Nano-Perm-Porometer gemessen werden. Der mittlere Porendurchmesser des Trägers 11 liegt zum Beispiel im Bereich von 0,01 µm bis 70 µm und vorzugsweise im Bereich von 0,05 µm bis 25 µm. Die Porosität des Trägers 11 in der Nähe der Oberfläche, wo die Zeolith-Membran 12 gebildet wird, liegt vorzugsweise im Bereich von 20 % bis 60 %. Diese Struktur wird vorzugsweise in einem Bereich von 1 µm bis 50 µm von der Oberfläche bereitgestellt.
Was die Porengrößenverteilung des Trägers 11 betrifft, so liegt D5 zum Beispiel im Bereich von 0,1 µm bis 50 µm, D50 liegt zum Beispiel im Bereich von 0,5 µm bis 70 µm und D95 liegt zum Beispiel im Bereich von 10 µm bis 2000 µm.
Die Zeolith-Membran 12 hat eine Dicke von zum Beispiel 0,05 µm bis 30 µm, vorzugsweise 0,1 µm bis 10 µm und bevorzugter 0,5 µm bis 10 µm. Mit zunehmender Dicke der Zeolith-Membran 12 verbessert sich die Trennleistung. Mit abnehmender Dicke der Zeolith-Membran 12 nimmt die Durchlässigkeit zu. Die Oberflächenrauhigkeit (Ra) der Zeolith-Membran 12 beträgt zum Beispiel 5 µm oder weniger, vorzugsweise 2 µm oder weniger, bevorzugter 1 µm oder weniger und noch bevorzugter 0,5 µm oder weniger.
Die Zeolith-Membran 12 besteht aus einem Zeolith mit SAT-Struktur. Mit anderen Worten, die Zeolith-Membran 12 besteht aus einem Zeolith mit dem Rahmentypcode „SAT“. „Die Zeolith-Membran 12 ist zum Beispiel ein Zeolith auf Aluminophosphatbasis (AIPO), der mindestens aus AI-Atomen, P-Atomen und O-Atomen besteht. Die Zeolith-Membran 12 hat einen Porendurchmesser von 0,30 x 0,55 nm. Wie vorstehend beschrieben, können verschiedene Substanzen als Material für den Träger 11 verwendet werden, aber in dem Fall, dass die Zeolith-Membran 12 aus einem Zeolith auf AIPO-Basis besteht, ist der Träger 11 vorzugsweise ein gesinterter Aluminiumoxidpressling oder ein gesinterter Mullitpressling.
2 ist eine vergrößerte Ansicht der Oberfläche der Zeolith-Membran 12, beobachtet mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM). Ein Teil der Oberfläche der Zeolith-Membran 12 ist in 2 veranschaulicht. Zeolithteilchen 121 (im Folgenden auch einfach als „Teilchen 121“ bezeichnet) befinden sich auf der Oberfläche der Zeolith-Membran 12. Von den Teilchen 121 auf der Oberfläche der Zeolith-Membran 12 machen Teilchen 121, deren Längenverhältnisse größer oder gleich 1,2 und kleiner oder gleich 10 sind, 85% oder mehr der Oberfläche der Zeolith-Membran 12 aus. Mit anderen Worten, eine Gesamtfläche der Regionen, auf denen sich Teilchen 121 mit Längenverhältnissen von größer oder gleich 1,2 und kleiner oder gleich 10 auf der Oberfläche der Zeolith-Membran 12 befinden, beträgt 85% oder mehr der Oberfläche der Zeolith-Membran 12.
Ein Verfahren zur Berechnung des Längenverhältnisses eines Teilchens 121 ist in 3 veranschaulicht. In 3 ist ein Teilchen 121, das aus der vergrößerten Ansicht (2) extrahiert wurde, in vergrößerter Abmessung dargestellt. Um das Längenverhältnis des Teilchens 121 zu erhalten, wird zunächst ein Paar paralleler Geraden L1 und L2 um das Teilchen 121 gelegt, wobei die Orientierungen der Geraden L1 und L2 auf verschiedene Weise verändert werden. Dann wird, wie in 3 dargestellt, ein Intervall zwischen den Geraden L1 und L2 mit der Orientierung, in der dieses Intervall maximal wird (d.h. der Abstand zwischen den Geraden L1 und L2 in der Richtung senkrecht zu den Geraden L1 und L2), als eine Hauptachse D1 angenommen. Auch eine maximale Breite des Teilchens 121 in der Richtung parallel zu den Geraden L1 und L2 wird als Nebenachse D2 angenommen. Dann wird die Hauptachse D1 durch die Nebenachse D2 geteilt, um das Längenverhältnis zu erhalten.
Das Verhältnis der Regionen von Teilchen 121 mit Längenverhältnissen größer oder gleich 1,2 und kleiner oder gleich 10 auf der Oberfläche der Zeolith-Membran 12 kann durch das folgende Verfahren ermittelt werden. Zunächst werden 100 oder mehr Teilchen 121, die zufällig von der Oberfläche der Zeolith-Membran 12 ausgewählt werden, mit einem REM beobachtet, um das Längenverhältnis und die Fläche jedes Teilchens zu erhalten. Die Gesamtfläche wird durch Extrahieren aller Teilchen 121, deren Längenverhältnisse größer oder gleich 1,2 und kleiner oder gleich 10 sind, aus allen beobachteten Teilchen 121 erhalten. Dann wird diese Gesamtfläche durch eine Gesamtfläche aller beobachteten Teilchen 121 geteilt, um das Verhältnis der Gesamtfläche der Regionen von Teilchen 121 mit Längenverhältnissen größer oder gleich 1,2 und kleiner oder gleich 10 auf der Oberfläche der Zeolith-Membran 12 zur Oberfläche der Zeolith-Membran 12 zu erhalten.
Da die Zeolith-Membran 12 eine relativ große Anzahl von Teilchen 121 mit Längenverhältnissen von größer oder gleich 1,2 enthält, kann die Orientierung der Teilchen 121 verbessert werden. Da die Zeolith-Membran 12 eine relativ große Anzahl von Teilchen 121 mit Längenverhältnissen von kleiner oder gleich 10 enthält, können die Zwischenräume zwischen den Teilchen 121 verringert werden. Im Ergebnis ist es möglich, die Dichten der Zeolith-Membran 12 zu verbessern.
Um die Orientierungen der Teilchen 121 auf der Zeolith-Membran 12 zu überprüfen, wird eine Röntgenbeugungsmessung der Zeolith-Membran 12 durchgeführt. In einem Röntgenbeugungsmuster, das durch Röntgenbestrahlung der Zeolith-Membran 12 erhalten wird, ist die Intensität eines Peaks, der bei etwa 2θ = 13,9° vorhanden ist, das 1,5-fache oder mehr der Intensität eines Peaks, der bei etwa 2θ = 8,5° vorhanden ist. Im Röntgenbeugungsdiagramm ist die Intensität eines Peaks, der um 2θ = 13,9° vorhanden ist, vorzugsweise das 2-fache oder mehr der Intensität eines Peaks, der um 20 = 8,5° vorhanden ist. Beim Intensitätsvergleich zwischen dem Peak bei etwa 2θ = 13,9° und dem Peak bei etwa 20 = 8,5° wird angenommen, dass die Basislinie im Röntgenbeugungsdiagramm verwendet wird, d.h. eine Höhe ohne Hintergrundrauschanteile. Das Röntgenbeugungsdiagramm wird durch Bestrahlung der Oberfläche der Zeolith-Membran 12 mit CuKα-Strahlen unter Verwendung eines Röntgendiffraktometers (Typ MiniFlex600, hergestellt von Rigaku Corporation) unter Bedingungen wie einer Röntgenleistung von 600 W (Röhrenspannung von 40 kV, Röhrenstrom von 15 mA), einer Scangeschwindigkeit von 0,5°/min, einem Scanschritt von 0,02° und einem CuKβ-Röntgenfilter aus einer 0,015 mm dicken Ni-Folie erhalten.
Es ist bekannt, dass die Intensität eines Peaks bei etwa 2θ = 13,9° den Orientierungsgrad angibt, in dem die (110)-Ebene, d.h. die Öffnungsebene einer Mikropore, zur Oberfläche der Membran hin orientiert ist, und es ist aus dem Röntgenbeugungsdiagramm mit der bereits erwähnten Eigenschaft zu erkennen, dass die meisten Öffnungsebenen von Mikroporen in Zeolithkristallen zur Oberfläche der Zeolith-Membran 12 (im Folgenden auch einfach als „Membranoberfläche“ bezeichnet) orientiert sind. Das heißt, die Ebenen entlang der Öffnungen und der Membranoberfläche sind nahezu parallel. Dementsprechend ist die Zeolith-Membran 12 für Anwendungen geeignet, bei denen Moleküle Membranen durchdringen. Der Zeolith-Membran-Komplex 1 ist insbesondere für die Gastrennung geeignet, kann aber aufgrund der vorstehenden Ausrichtung auch in verschiedenen anderen Anwendungen hohe Leistung erzielen. Durch die vorstehenden Orientierungen der Teilchen 121 wird eine hohe Bindungseigenschaft zwischen den Kristallen erreicht und folglich ist es möglich, die Zeolith-Membran 12 mit hohen Dichten und hoher Trennleistung zu erhalten.
In der Zeolith-Membran 12 ist ein Durchschnittswert der Längenverhältnisse von Teilchen 121 auf der Oberfläche der Zeolith-Membran 12 größer oder gleich 1,4 und kleiner oder gleich 4. Dadurch werden die Orientierungen der Teilchen 121 weiter verbessert und die Zwischenräume zwischen den Teilchen 121 weiter vermindert. Im Ergebnis ist es möglich, die Dichten der Zeolith-Membran 12 weiter zu verbessern. Der vorstehende Durchschnittswert der Längenverhältnisse kann zum Beispiel durch Fokussierung auf eine Region mit einer vorbestimmten Abmessung auf der Oberfläche der Zeolith-Membran 12 erreicht werden, indem man das Längenverhältnis jedes der Teilchen 121 auf dieser Fläche erhält und ein arithmetisches Mittel der erhaltenen Längenverhältnisse erhält. Insbesondere kann der Durchschnittswert erhalten werden, indem 100 oder mehr Teilchen 121, die zufällig von der Oberfläche der Zeolith-Membran 12 ausgewählt wurden, mit einem REM beobachtet werden, wobei das Längenverhältnis jedes Teilchens 121 erhalten wird und ein arithmetisches Mittel dieser Längenverhältnisse erhalten wird.
4 ist ein Flussdiagramm der Herstellung des Zeolith-Membran-Komplexes 1. Zunächst wird Zeolithpulver vom SAT-Typ durch hydrothermale Synthese synthetisiert und aus diesem Zeolithpulver werden Impfkristalle erhalten (Schritt S11). In Schritt S11 kann das Zeolithpulver im Ist-Zustand als Impfkristalle verwendet oder durch Pulverisierung oder andere ähnliche Verfahren verarbeitet werden, um Impfkristalle zu erhalten. Als nächstes wird der poröse Träger 11 in eine Lösung getaucht, in der die Impfkristalle dispergiert werden, so dass sich die Impfkristalle auf dem Träger 11 absetzen (Schritt S12). Es können auch andere Verfahren verwendet werden, um die Impfkristalle auf dem Träger 11 abzuscheiden.
Der Träger 11 mit den in Schritt S12 darauf abgeschiedenen Impfkristallen wird in eine Ausgangsmateriallösung getaucht. Dann wird ein Zeolith vom SAT-Typ durch hydrothermale Synthese unter Verwendung der Impfkristalle als Kerne gezüchtet, um eine Zeolith-Membran vom SAT-Typ auf dem Träger 11 zu bilden (Schritt S13). Die Temperatur der hydrothermalen Synthese liegt vorzugsweise im Bereich von 130 bis 200°C. Zu diesem Zeitpunkt kann eine orientierte Zeolith-Membran vom SAT-Typ erhalten werden, indem zum Beispiel das Zusammensetzungsverhältnis einer Phosphorquelle und eines strukturlenkenden Mittels (im Folgenden auch als „SDA“ bezeichnet) in der Ausgangsmateriallösung eingestellt wird.
Danach wird das SDA in der Zeolith-Membran zersetzt und durch Erhitzen entfernt (Schritt S14). In Schritt S14 kann das SDA in der Zeolith-Membran vollständig oder teilweise entfernt werden. Auf diese Weise wird die vorstehend erwähnte Zeolith-Membran 12 synthetisiert, in der unter den Teilchen 121 auf der Membranoberfläche Teilchen 121 mit Längenverhältnissen von größer oder gleich 1,2 und kleiner oder gleich 10 85% oder mehr der Fläche der Membranoberfläche ausmachen. Wie vorstehend beschrieben, ist der Durchschnittswert der Längenverhältnisse der Teilchen 121 auf der Oberfläche der Zeolith-Membran 12 größer oder gleich 1,4 und kleiner oder gleich 4.
Konkret wird die in Schritt S13 verwendete Ausgangsmateriallösung durch Mischen einer Aluminiumquelle und einer Phosphorquelle mit einem pH-Wert von größer oder gleich 4 und einem End-pH-Wert von größer oder gleich 5 und kleiner oder gleich 8 erhalten. Auf diese Weise erhält man die orientierte Zeolith-Membran vom SAT-Typ. Mit anderen Worten, der pH-Wert ist mindestens in der Stufe der Herstellung der Mischlösung aus der Aluminiumquelle und der Phosphorquelle größer oder gleich 4. Dann wird der pH-Wert vorzugsweise bei 4 oder darüber gehalten, bis die Herstellung der Ausgangsmateriallösung abgeschlossen ist, und schließlich wird die Ausgangsmateriallösung mit einem pH-Wert von größer oder gleich 5 und kleiner oder gleich 8 erhalten.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Techniken zur Herstellung von Zeolithpulver vom SAT-Typ ist es schwierig, die Zeolith-Membran zuverlässig zu züchten, wenn der pH-Wert der Ausgangsmateriallösung zu hoch ist, wenn die Zeolith-Membran vom SAT-Typ in dem vorstehend beschriebenen Schritt S13 gezüchtet wird; und wenn der pH-Wert zu niedrig ist, ist es schwierig, die Bildung anderer Nebenproduktphasen als die des Zeoliths vom SAT-Typ zu unterdrücken. Wenn der pH-Wert beim Mischen der Aluminiumquelle und der Phosphorquelle zu niedrig ist, wird die Ausgangsmateriallösung wahrscheinlich uneinheitlich und das Wachstum der orientierten Membran in Schritt S13, wie vorstehend beschrieben, wird schwierig. In der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, eine Zeolith-Membran effizient zu züchten, indem das Mischungsverhältnis der Ausgangsmaterialien in der Ausgangsmateriallösung so eingestellt wird, dass die Aluminiumquelle und die Phosphorquelle mit einem pH-Wert von größer oder gleich 4 gemischt werden und die Ausgangsmateriallösung schließlich einen pH-Wert von größer oder gleich 5 und kleiner oder gleich 8 aufweist. Außerdem ermöglicht diese pH-Einstellung den Erhalt einer orientierten Zeolith-Membran vom SAT-Typ. Zu beachten ist, dass zur Einstellung des pH-Wertes der Ausgangsmateriallösung auch andere Techniken verwendet werden können.
Für die Synthese des Zeolithpulvers oder der Zeolith-Membran vom SAT-Typ können Beispiele der Aluminiumquelle, die verwendet werden können, Aluminiumalkoxid wie Aluminiumisopropoxid, Aluminiumhydroxid, Natriumaluminat und ein Aluminiumoxidsol und Beispiele der Phosphorquelle, die verwendet werden können, Phosphorsäuren, Diphosphorpentaoxid, Natriumdihydrogenphosphat, Ammoniumdihydrogenphosphat und Phosphorsäureester beinhalten.
Als nächstes wird die Trennung eines Stoffgemisches mit Hilfe des Zeolith-Membran-Komplexes 1 unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
In 5 ist die Zeolith-Membran 12 auf den Innenoberflächen der Durchgangslöcher 111 des Trägers 11 gebildet. Die gegenüberliegenden Enden des Trägers 11 werden durch Dichtungen 21 abgedichtet und der Träger 11 wird von einem Außenzylinder 22 umhüllt. Das heißt, der Zeolith-Membran-Komplex 1 ist in dem Außenzylinder 22 angeordnet. Der äußere Zylinder 22 besteht zum Beispiel aus rostfreiem Stahl oder Kohlenstoffstahl. Die Dichtungen 21 sind Elemente, die an den gegenüberliegenden Enden des Trägers 11 des Zeolith-Membran-Komplexes 1 in Längsrichtung angebracht sind und die gegenüberliegenden Stirnseiten des Trägers 11 in Längsrichtung bedecken und abdichten. Die Dichtungen 21 sind zum Beispiel plattenförmige Elemente aus Glas oder einem Harz. Material und Form der Dichtungen 21 können entsprechend verändert werden. Darüber hinaus sind die Dichtungselemente 23 zwischen dem Außenzylinder und den gegenüberliegenden Endabschnitten des Trägers 11 angeordnet. Die Dichtungselemente 23 sind entlang des gesamten Umfangs zwischen der äußeren Seitenfläche des Zeolith-Membran-Komplexes 1 (d.h. die äußere Seitenfläche des Trägers 11) und der inneren Seitenfläche des Außenzylinders 22 in der Nähe der gegenüberliegenden Endabschnitte des Zeolith-Membran-Komplexes 1 in Längsrichtung angeordnet. Die Dichtungselemente 23 sind im Wesentlichen kreisringförmige Elemente, die aus einem gasundurchlässigen Material bestehen. Zum Beispiel sind die Dichtungselemente 23 O-Ringe, die aus einem flexiblen Kunststoff gebildet sind. Die Dichtungselemente 23 stehen entlang des gesamten Umfangs in engem Kontakt mit der äußeren Seitenfläche des Zeolith-Membran-Komplexes 1 und der inneren Seitenfläche des Außenzylinders 22. Der Raum zwischen den Dichtungselementen 23 und der äußeren Seitenfläche des Zeolith-Membran-Komplexes 1 und der Raum zwischen dem Dichtungselement 23 und der inneren Seitenfläche des Außenzylinders 22 sind so abgedichtet, dass der Durchgang von Gasen fast oder vollständig verhindert wird.
In diesem Zustand wird ein Stoffgemisch, das mehrere Arten von Fluiden (d.h. Gase oder Flüssigkeiten) enthält, in die Durchgangslöcher 111 des Trägers 11 eingeführt, wie durch Pfeil 251 angezeigt, und Stoffe, die durch die Zeolith-Membran 12 hindurchgegangen sind, werden aus einem Loch 221 im Außenzylinder 22 gesammelt, wie durch Pfeil 252 angezeigt, so dass Stoffe mit hoher Permeabilität im Stoffgemisch von den anderen Stoffen getrennt werden. Die Trennung kann zum Beispiel zum Zweck der Extraktion von Stoffen mit hoher Permeabilität aus dem Stoffgemisch oder zum Zweck der Konzentration von Stoffen mit niedriger Permeabilität durchgeführt werden.
Wie vorstehend beschrieben, kann das Stoffgemisch (d.h. das gemischte Fluid) ein Gasgemisch sein, das eine Vielzahl von Arten von Gasen enthält, oder eine gemischte Lösung, die eine Vielzahl von Arten von Flüssigkeiten enthält, oder ein Gas-Flüssigkeits-Zweiphasen-Fluid, das sowohl Gase als auch Flüssigkeiten enthält.
Das Stoffgemisch beinhaltet zum Beispiel eine oder mehrere Arten von Stoffen, darunter Wasserstoff (H₂), Helium (He), Stickstoff (N₂), Sauerstoff (O₂), Wasser (H₂O), Dampf (H₂O), Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid (CO₂), Stickoxide, Ammoniak (NH₃), Schwefeloxide, Schwefelwasserstoff (H₂S), Schwefelfluoride, Quecksilber (Hg), Arsin (AsH₃), Cyanwasserstoff (HCN), Carbonylsulfid (COS), C₁- bis C₈-Kohlenwasserstoffe, organische Säuren, Alkohol, Mercaptane, Ester, Ether, Keton und Aldehyd.
Stickoxide sind Verbindungen aus Stickstoff und Sauerstoff. Beispiele für die vorstehend genannten Stickstoffoxide sind die als NOx bezeichneten Gase wie Stickstoffmonoxid (NO), Stickstoffdioxid (NO₂), Distickstoffoxid (auch als Distickstoffmonoxid bezeichnet) (N₂O), Distickstofftrioxid (N₂O₃), Distickstofftetroxid (N₂O₄) und Distickstoffpentoxid (N₂O₅).
Schwefeloxide sind Verbindungen aus Schwefel und Sauerstoff. Beispiele für die vorstehend genannten Schwefeloxide sind die als SO_X bezeichneten Gase wie Schwefeldioxid (SO₂) und Schwefeltrioxid (SO₃).
Schwefelfluoride sind Verbindungen von Fluor und Schwefel. Beispiele für die vorstehend genannten Schwefelfluoride sind Dischwefeldifluorid (F-S-S-F, S = SF₂), Schwefeldifluorid (SF₂), Schwefeltetrafluorid (SF₄), Schwefelhexafluorid (SF₆) und Dischwefeldekafluorid (S₂F₁₀).
C₁- bis C₈-Kohlenwasserstoffe sind Kohlenwasserstoffe, die ein bis acht Kohlenstoffatome enthalten. C₃- bis C₈-Kohlenwasserstoffe können lineare Kettenverbindungen, Seitenkettenverbindungen und cyclische Verbindungen sein. C₃- bis C₈-Kohlenwasserstoffe können auch entweder gesättigte Kohlenwasserstoffe (d.h. das Fehlen von Doppelbindungen und Dreifachbindungen in Molekülen) oder ungesättigte Kohlenwasserstoffe (d.h. das Vorhandensein von Doppelbindungen und/oder Dreifachbindungen in Molekülen) sein. Beispiele für C₁- bis C₄-Kohlenwasserstoffe sind Methan (CH₄), Ethan (C₂H₆), Ethylen (C₂H₄), Propan (C₃H₈), Propylen (C₃H₆), normales Butan (CH₃(CH₂)₂CH₃), Isobutan (CH(CH₃)₃), 1-Buten (CH₂ = CHCH₂CH₃), 2-Buten (CH₃CH = CHCH₃) und Isobuten (CH₂ = C(CH₃)₂).
Bei den vorstehend genannten organischen Säuren handelt es sich zum Beispiel um Carbonsäuren oder Sulfonsäuren. Beispiele für die Carbonsäuren sind Ameisensäuren (CH₂O₂), Essigsäuren (C₂H₄O₂), Oxalsäuren (C₂H₂O₄), Acrylsäuren (C₃H₄O₂) und Benzoesäuren (C₆H₅COOH). Bei den Sulfonsäuren handelt es sich zum Beispiel um Ethansulfonsäuren (C₂H₆O₃S). Die organischen Säuren können entweder Kettenverbindungen oder cyclische Verbindungen sein.
Beispiele für den vorstehend genannten Alkohol sind Methanol (CH₃OH), Ethanol (C₂H₅OH), Isopropanol (2-Propanol) (CH₃CH(OH)CH₃), Ethylenglykol (CH₂(OH)CH₂(OH)) und Butanol (C₄H₉OH).
Die Mercaptane sind organische Verbindungen mit hydriertem Schwefel (SH) an ihren Enden und sind Substanzen, die auch als Thiol oder Thioalkohol bezeichnet werden. Beispiele für die vorstehend genannten Mercaptane sind Methylmercaptane (CH₃SH), Ethylmercaptane (C₂H₅SH) und 1-Propanthiole (C₃H₇SH).
Beispiele für den vorstehend genannten Ester sind Ameisensäureester und Essigsäureester.
Beispiele für die vorstehend genannten Ether sind Dimethylether ((CH₃)₂O), Methylethylether (C₂H₅OCH₃) und Diethylether ((C₂H₅)₂O).
Beispiele für das vorstehend genannte Keton sind Aceton ((CH₃)₂CO), Methylethylketon (C₂H₅COCH₃) und Diethylketon ((C₂H₅)₂CO).
Beispiele für den vorstehend genannten Aldehyd sind Acetaldehyd (CH₃CHO), Propionaldehyd (C₂H₅CHO) und Butanal (Butyraldehyd) (C₃H₇CHO).
Die folgende Beschreibung nimmt das Beispiel des Falles, in dem das vorstehend genannte Stoffgemisch ein Mischgas ist, das eine Vielzahl von Gasarten enthält.
Wie der Pfeil 251 anzeigt, liegt der Druck des Mischgases, das dem Innenraum des Außengehäuses 22 zugeführt wird (d.h. der Anfangsdruck), im Bereich von zum Beispiel 0,1 MPa bis 10,0 MPa. Der Druck des Mischgases, das aus dem Loch 221 des Außenzylinders 22 gesammelt wird (d.h. Permeationsdruck), wie durch Pfeil 252 angegeben, ist zum Beispiel atmosphärischer Druck. Der Druck des Mischgases, das nicht durch die Zeolith-Membran 12 hindurchgeht und aus dem Außenzylinder 22 abgelassen wird (d.h. der Nichtpermeationsdruck), entspricht zum Beispiel dem Anfangsdruck. Die Temperatur der Trennung des Mischgases liegt zum Beispiel im Bereich von 10°C bis 200°C.
Wie durch den Pfeil 251 angedeutet, wird das dem Außenzylinder 22 zugeführte Mischgas von der linken Seite des Zeolith-Membran-Komplexes 1 in der Zeichnung in jedes Durchgangsloch 111 des Trägers 11 eingeleitet. Gase mit hoher Permeabilität (zum Beispiel CO₂; im Folgenden als „hochpermeable Substanzen“ bezeichnet) im Mischgas treten durch die Zeolith-Membran 12, die an der inneren Seitenfläche jedes Durchgangslochs 111 vorgesehen ist, und durch den Träger 11 und werden an der äußeren Seitenfläche des Trägers 11 abgeführt. Auf diese Weise werden die hochpermeablen Stoffe von Gasen mit geringer Permeabilität (zum Beispiel CH₄; im Folgenden als „geringpermeable Stoffe“ bezeichnet) im Mischgas getrennt. Die aus der äußeren Seitenfläche des Trägers 11 austretenden Gase (d.h. hochpermeable Stoffe) werden aus dem Loch 221 des Außenzylinders 22 gesammelt, wie durch den Pfeil 252 angezeigt.
In dem Mischgas gehen andere Gase als Gase, die durch die Zeolith-Membran 12 und den Träger 11 hindurchgegangen sind (im Folgenden als „undurchlässige Stoffe“ bezeichnet), durch jedes Durchgangsloch 111 des Trägers 11 von der linken zur rechten Seite in der Zeichnung und werden aus dem Außenzylinder 22 abgeführt, wie durch einen Pfeil 253 angezeigt. Zu den undurchlässigen Stoffen können neben den bereits erwähnten Stoffen mit geringer Durchlässigkeit auch Stoffe mit hoher Durchlässigkeit gehören, die nicht durch die Zeolith-Membran 12 hindurchgegangen sind.
Als nächstes wird ein Beispiel für die Herstellung des Zeolith-Membran-Komplexes beschrieben.
Herstellung von Impfkristallen
Eine Ausgangsmateriallösung mit einer Zusammensetzung von 1Al₂O₃:1P₂O₅:0,8SDA:200H₂O wurde durch Auflösen von Aluminiumisopropoxid, 85%iger Phosphorsäure und 1,4-Diazabicyclo[2,2,2]octan-C4-diquat-Hydroxid als Aluminiumquelle, Phosphorquelle bzw. strukturlenkendes Mittel (SDA) in desionisiertem Wasser hergestellt. Diese Ausgangsmateriallösung wurde 50 Stunden lang einer hydrothermalen Synthese bei 190°C unterzogen. Die durch die hydrothermale Synthese erhaltenen Kristalle wurden gesammelt, ausreichend mit desionisiertem Wasser gespült und dann bei 100°C getrocknet. Bei den als Ergebnis der Röntgenbeugungsmessung erhaltenen Kristallen handelte es sich um Zeolithkristalle vom SAT-Typ. Diese Kristalle wurden in desionisiertes Wasser gegossen, so dass sie einen Massenprozentsatz von 10 bis 20 hatten, und 7 Tage lang mit einer Kugelmühle zu Impfkristallen pulverisiert.
Herstellung einer Zeolith-Membran vom SAT-Typ
Ein poröser Aluminiumoxidträger in Monolithform wurde mit einer Lösung in Kontakt gebracht, in der die vorstehend genannten Impfkristalle dispergiert wurden, um die Impfkristalle in Zellen abzulagern, wobei die Zellen die Durchgangslöcher des Trägers sind. Danach wurde eine Ausgangsmateriallösung mit einer Zusammensetzung von 1Al₂O₃:2P₂O₃:2,3SDA:1000H₂O hergestellt, indem Aluminiumisopropoxid, 85%ige Phosphorsäure und 1,4-Diazabicyclo[2,2,2]otan-C4-diquat-Hydroxid als Aluminiumquelle, Phosphorquelle bzw. SDA in desionisiertem Wasser gelöst wurden. Die Ausgangsmateriallösung für die Zeolith-Membran wurde so hergestellt, dass die Aluminiumquelle und die Phosphorquelle mit einem pH-Wert von größer oder gleich 4 gemischt wurden und Aluminium gleichmäßig in der Ausgangsmateriallösung verteilt wurde. Die Ausgangsmateriallösung hatte einen pH-Wert von 7.
Der vorstehend genannte Träger mit den darauf aufgebrachten Impfkristallen wurde in diese Ausgangsmateriallösung eingetaucht und 50 Stunden lang bei 170°C einer hydrothermalen Synthese unterzogen. Dementsprechend wurde auf dem Träger eine Zeolith-Membran vom SAT-Typ gebildet. Nach der hydrothermalen Synthese wurden der Träger und die Zeolith-Membran ausreichend mit desionisiertem Wasser gespült und dann bei 100°C getrocknet. Die N₂-Permeanz der Zeolith-Membran vom SAT-Typ, gemessen nach der Trocknung, war kleiner oder gleich 0,005 nMol/m²·s·Pa. Dies bestätigte, dass die Zeolith-Membran einen geeigneten Dichtegrad hatte. Danach wurde die Zeolith-Membran 20 Stunden lang bei 500°C wärmebehandelt, um das SDA zu verbrennen und zu entfernen und Mikroporen in der Zeolith-Membran durch die Membran hindurchtreten zu lassen.
Gastrennungstest
Als nächstes wurde ein Mischgas-Trenntest unter Verwendung einer Vorrichtung durchgeführt, dessen schematischer Aufbau in 5 dargestellt ist. In 5 wurde die Zeolith-Membran 12 auf den Innenoberflächen der Durchgangslöcher 111 des Trägers 11 gebildet. Jedes Ende des Trägers 11 wurde durch das Glas 21 abgedichtet und der Träger 11 wurde in den Außenzylinder 22 eingeschlossen. In diesem Zustand wurde ein Mischgas in die Durchgangslöcher 111 des Trägers 11 eingeleitet, wie durch den Pfeil 251 angezeigt, und Gase, die durch die Zeolith-Membran 12 hindurchgegangen waren, wurden aus dem Loch 221 des Außenzylinders 22 gesammelt, wie durch den Pfeil 252 angezeigt.
Der Anfangsdruck des Gases im Trenntest betrug 0,2 MPaG. Als vorstehend genanntes Mischgas wurde ein Gas mit einem CO₂/CH₄-Verhältnis von 50:50 verwendet. Im Ergebnis ergab sich ein CO₂/CH₄-Permeanzverhältnis von 1810. Dies bestätigte, dass die Zeolith-Membran 12 vom SAT-Typ eine ausreichend anwendbare Trennleistung hatte. Ein Ergebnis der Beobachtung der Oberfläche der Zeolith-Membran 12 mit einem Rasterelektronenmikroskop zeigte, dass unter den Teilchen 121 auf der Oberfläche der Zeolith-Membran 12 Teilchen 121 mit einem Längenverhältnis von größer oder gleich 1,2 und kleiner oder gleich 10 etwa 90% der Oberfläche der Zeolith-Membran 12 ausmachten.
Auch die Zeolith-Membran 12 vom SAT-Typ wurde unter Verwendung einer Ausgangsmateriallösung mit einem pH-Wert von 5 bis 8 hergestellt, wobei die Ausgangsmateriallösung durch Einstellen des Mischungsverhältnisses der Ausgangsstoffe so hergestellt wurde, dass die Aluminiumquelle und die Phosphorquelle mit einem pH-Wert von größer oder gleich 4 gemischt wurden. In diesem Fall machten unter den Teilchen 121 auf der Oberfläche der Zeolith-Membran 12 Teilchen 121 mit einem Längenverhältnis von größer oder gleich 1,2 und kleiner oder gleich 10 85% oder mehr der Oberfläche der Zeolith-Membran 12 aus. Für diese Membranen wurde bestätigt, dass die Trennleistung durch eine Verbesserung der Orientierungen der Teilchen 121 und eine Verringerung der Zwischenräume zwischen den Teilchen 121 verbessert wurde.
In dem Fall, in dem als Vergleichsbeispiel eine Ausgangsmateriallösung unter den in Dokument 1 vorstehend beschriebenen Bedingungen hergestellt wurde, betrug der pH-Wert während des Mischens der Aluminiumquelle und der Phosphorquelle 3 und die Ausgangsmateriallösung hatte einen pH-Wert von 7. In einem Röntgenbeugungsdiagramm einer Zeolith-Membran vom SAT-Typ, die unter Verwendung dieser Ausgangsmateriallösung hergestellt wurde, betrug die Intensität eines Peaks bei etwa 2θ = 13,9° das 1,1-fache der Intensität eines Peaks bei etwa 2θ = 8,5°. Das heißt, die Zeolith-Membran vom SAT-Typ war in diesem Fall nicht orientiert. Außerdem wurde in dem Fall, in dem eine Ausgangsmateriallösung durch Änderung des Mischungsverhältnisses der Ausgangsstoffe auf einen pH-Wert von 10 hergestellt wurde und eine Zeolith-Membran vom SAT-Typ synthetisiert wurde, die Zeolith-Membran vom SAT-Typ nicht auf dem Träger gebildet. Auf diese Weise ist der Zeolith-Membran-Komplex gemäß der vorliegenden Erfindung ein neuer Zeolith-Membran-Komplex, der eine Zeolith-Membran vom SAT-Typ enthält, die entsprechend orientiert ist.
Variationen
Der vorstehend beschriebene Zeolith-Membran-Komplex und seine Herstellung können auf verschiedene Weise modifiziert werden.
Anstelle von Aluminiumisopropoxid können andere Materialien, die zu Aluminiumalkoxid oder Aluminiumoxidsolen gehören, als Aluminiumquelle in der Ausgangsmateriallösung verwendet werden. Aluminiumalkoxid- oder Aluminiumoxidsole sind Materialien, die bei der Synthese von Zeolithen vom SAT-Typ neu verwendet werden. Aluminiumalkoxid- oder Aluminiumoxidsole dürfen nur zur Synthese von Impfkristallen oder nur zur Synthese einer Zeolith-Membran verwendet werden.
Die Zeolith-Membran vom SAT-Typ muss nicht unbedingt rein aus Aluminiumphosphat bestehen und kann auch andere Elemente enthalten. Beispielsweise kann die Zeolith-Membran vom SAT-Typ Mg-Atome oder Si-Atome enthalten.
Der Zeolith-Membran-Komplex 1 kann weiterhin eine Funktionsmembran oder eine Schutzmembran enthalten, die auf die Zeolith-Membran 12 laminiert ist. Eine solche Funktions- oder Schutzmembran ist nicht auf eine Zeolith-Membran beschränkt und kann eine anorganische Membran wie eine Kohlenstoffmembran oder eine Siliciumdioxidmembran oder eine organische Membran wie eine Polyimidmembran oder eine Silikonmembran sein.
Die Konfigurationen gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und Variationen können angemessen kombiniert werden, solange es keine gegenseitigen Widersprüche gibt.
Obwohl die Erfindung im Einzelnen gezeigt und beschrieben wurde, ist die vorstehende Beschreibung in allen Aspekten erläuternd und nicht einschränkend. Es ist daher zu verstehen, dass zahlreiche Modifizierungen und Variationen ausgearbeitet werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
Der Zeolith-Membran-Komplex gemäß der vorliegenden Erfindung kann zum Beispiel als Gastrennmembran verwendet werden und auch auf verschiedenen Gebieten mit Zeolithen eingesetzt werden, zum Beispiel als Trennmembran für andere Stoffe als Gase oder als Adsorptionsmembran für verschiedene Stoffe.
Bezugszeichenliste

1: Zeolith-Membran-Komplex
11: Träger
12: Zeolith-Membran
S11 bis S14: Schritt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2016/121889 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Graham W. Noble und zwei weiteren Mitarbeitern, Journal of Chemical Society, Dalton Transactions 1997, Seiten 4485-4490 (Dokument 1) und „Molecular Modeling, Multinuclear NMR, and Diffraction Studies in the Templated Synthesis and Characterization of the Aluminophosphate Molecular Sieve STA-2“ von Maria Castro und anderen 10 Mitarbeitern, Journal of Physics and Chemistry C 2010 [0002]

Claims

Zeolith-Membran-Komplex, umfassend: einen Träger; und eine Zeolith-Membran, gebildet auf dem Träger; wobei die Zeolith-Membran aus einem Zeolith vom SAT-Typ ist, und unter Teilchen auf einer Oberfläche der Zeolith-Membran Teilchen, die Längenverhältnisse größer oder gleich 1,2 und kleiner oder gleich 10 aufweisen, 85 % oder mehr einer Fläche der Oberfläche der Zeolith-Membran ausmachen.
Zeolith-Membran-Komplex nach Anspruch 1, wobei ein Durchschnittswert der Längenverhältnisse der Teilchen auf der Oberfläche der Zeolith-Membran größer oder gleich 1,4 und kleiner oder gleich 4 ist.
Zeolith-Membran-Komplex nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Träger porös ist.
Zeolith-Membran-Komplex nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Träger ein gesinterter Aluminiumoxidpressling oder ein gesinterter Mullitpressling ist.
Verfahren zur Herstellung eines Zeolith-Membran-Komplexes, umfassend: a) Synthetisieren eines Zeolithen vom SAT-Typ durch hydrothermale Synthese und Gewinnen von Impfkristallen aus diesem Zeolithen vom SAT-Typ; b) Abscheidung der Impfkristalle auf einem Träger; c) Eintauchen des Trägers in eine Ausgangsmateriallösung mit einem pH-Wert von größer oder gleich 5 und kleiner oder gleich 8 und Züchten eines Zeolithen vom SAT-Typ aus den Impfkristallen durch hydrothermale Synthese zur Bildung einer Zeolith-Membran auf dem Träger, wobei die Ausgangsmateriallösung durch Mischen einer Aluminiumquelle und einer Phosphorquelle mit einem pH-Wert von größer oder gleich 4 hergestellt wird; und d) Entfernen eines strukturlenkenden Mittels von der Zeolith-Membran, wobei unter Teilchen auf einer Oberfläche der Zeolith-Membran Teilchen, die Längenverhältnisse von größer oder gleich 1,2 und kleiner oder gleich 10 aufweisen, 85% oder mehr einer Fläche der Oberfläche der Zeolith-Membran ausmachen.
Verfahren zur Herstellung eines Zeolith-Membran-Komplexes nach Anspruch 5, wobei ein Durchschnittswert der Längenverhältnisse der Teilchen auf der Oberfläche der Zeolith-Membran größer oder gleich 1,4 und kleiner oder gleich 4 ist.
Verfahren zur Herstellung eines Zeolith-Membran-Komplexes nach Anspruch 5 oder 6, wobei bei dem Vorgang a) oder c) Aluminiumalkoxid- oder ein Aluminiumoxidsol als Aluminiumquelle in der hydrothermalen Synthese verwendet wird.