DE112019001486T5

DE112019001486T5 - Zeolith-Membrankomplex und Verfahren zur Herstellung eines Zeolith-Membrankomplexes

Info

Publication number: DE112019001486T5
Application number: DE112019001486.2T
Authority: DE
Inventors: Aya MIURA; Ryotaro Yoshimura; Kenichi Noda
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2018-03-23
Filing date: 2019-03-04
Publication date: 2021-01-07
Also published as: WO2019181459A1; CN111867710A; JPWO2019181459A1; CN111867710B; JP7113072B2; US20200384423A1

Abstract

Ein Teil einer Zeolith-Membran (12) eines Zeolith-Membrankomplexes (1) wird in Poren eines Trägers (11) durch eine Grenzfläche (113) zwischen der Zeolith-Membran (12) und dem Träger (11) eingesetzt. In Bezug auf ein Hauptelement, das die Zeolith-Membran (12) bildet, ist ein Abstand D in einer Tiefenrichtung senkrecht zur Grenzfläche (113) zwischen einer Position, an der ein Innen-Außen-Element-Verhältnis (B/C)/A 0,8 beträgt, und der Grenzfläche (113) (d.h. die Infiltrationstiefe D der Zeolith-Membran (12)) vorzugsweise nicht größer als 5 µm. B/C ist ein Wert, der durch Dividieren eines Atomprozentsatzes B des Hauptelements innerhalb des Trägers (11) durch eine Porosität C des Trägers (11) erhalten wird. Das Innen-Außen-Element-Verhältnis (B/C)/A ist ein Verhältnis des Wertes zu einem Atomprozentsatz A des Hauptelements in der Zeolith-Membran (12).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zeolith-Membrankomplex, bei dem eine Zeolith-Membran auf einem Träger gebildet wird.
Technischer Hintergrund
Gegenwärtig werden verschiedene Arten von Forschungen und Entwicklungen zu Anwendungen durchgeführt, wie die Abtrennung spezifischer Gase, die Adsorption von Molekülen unter Verwendung von Zeolith in Form eines Zeolith-Membrankomplexes, der durch Bildung einer Zeolith-Membran auf einem Träger erhalten wird. In dem Fall, dass der Träger porös ist, wird ein Teil der Zeolith-Membran in die Poren des Trägers über die Grenzfläche zwischen der Zeolith-Membran und dem Träger gesetzt bzw. abgesetzt. Wenn die Infiltrationstiefe des Zeoliths in den Träger gering ist, kann es aufgrund der schlechten Haftung zwischen der Zeolith-Membran und dem Träger zu einer Delaminierung der Zeolith-Membran kommen. Wenn die Infiltrationstiefe des Zeoliths in den Träger tief ist, nimmt die Gaspermeationsrate aufgrund des erhöhten Permeationswiderstandes ab. In der Internationalen Veröffentlichung WO 2016/084845 (Dokument 1) wird ein Abschnitt in einem Träger, an dem auf einer geraden Linie, die vertikal von der Trägeroberfläche zur Innenseite des Trägers verläuft, zuerst ein Hohlraum erscheint, als Endabschnitt einer Infiltrationsschicht aus Zeolith im Träger definiert, und der Abstand zwischen dem Endabschnitt und der Trägeroberfläche wird als Dicke der Infiltrationsschicht erhalten.
Im Zeolith-Membrankomplex gibt es einen Fall, in dem der Zeolith nach innen über den vorstehend beschriebenen Hohlraum im Träger hinaus infiltriert. Dokument 1 berücksichtigt nicht die Erhöhung des Permeationswiderstandes durch den Zeolith auf der Innenseite des Hohlraums. Daher besteht im Zeolith-Membrankomplex von Dokument 1 die Möglichkeit, dass die Gaspermeationsrate kleiner als eine gewünschte Rate sein kann, selbst wenn die Infiltrationsschicht des Zeoliths eine vorbestimmte Dicke hat.
Kurzdarstellung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist für einen Zeolith-Membrankomplex bestimmt und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Permeabilität eines Zeolith-Membrankomplexes zu erhöhen, unter gleichzeitigem Aufrechterhalten der Haftung einer Zeolith-Membran an einem Träger.
Der Zeolith-Membrankomplex gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet einen porösen Träger und eine auf dem Träger ausgebildete Zeolith-Membran. Ein Teil der Zeolith-Membran ist in Poren des Trägers über eine Grenzfläche zwischen der Zeolith-Membran und dem Träger eingestellt. Ein Abstand zwischen der Grenzfläche und einer Position in einer Tiefenrichtung senkrecht zur Grenzfläche ist nicht größer als 5 µm, wobei in Bezug auf ein Hauptelement, das die Zeolith-Membran bildet, ein Verhältnis (B/C)/A eines Wertes, der durch Dividieren eines Atomprozentsatzes B an der Position innerhalb des Trägers durch eine Porosität C des Trägers erhalten wird, zu einem Atomprozentsatz A in der Zeolith-Membran 0,8 beträgt. Durch die vorliegende Erfindung ist es möglich, die Permeabilität des Zeolith-Membrankomplexes zu erhöhen, unter gleichzeitigem Aufrechterhalten der Haftung der Zeolith-Membran am Träger.
Vorzugsweise sollte der Abstand nicht größer als 4 µm sein. Bevorzugter ist der Abstand nicht größer als 3 µm.
Der Zeolith-Membrankomplex gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält einen porösen Träger und eine auf dem Träger ausgebildete Zeolith-Membran. Ein Teil der Zeolith-Membran ist in Poren des Trägers über einer Grenzfläche zwischen der Zeolith-Membran und dem Träger eingestellt. Ein Abstand zwischen der Grenzfläche und einer Position in einer Tiefenrichtung senkrecht zur Grenzfläche beträgt nicht mehr als das 50-fache eines mittleren Porendurchmessers des Trägers in der Nähe einer Oberfläche, auf der die Zeolith-Membran gebildet wird, wobei in Bezug auf ein Hauptelement, das die Zeolith-Membran bildet, das Verhältnis (B/C)/A eines Wertes, der durch Dividieren eines Atomprozentsatzes B an der Position innerhalb des Trägers durch eine Porosität C des Trägers erhalten wird, zu einem Atomprozentsatz A in der Zeolith-Membran 0,8 beträgt. Durch die vorliegende Erfindung ist es möglich, die Permeabilität des Zeolith-Membrankomplexes zu erhöhen, unter gleichzeitigem Aufrechterhalten der Haftung der Zeolith-Membran am Träger.
Vorzugsweise ist das Hauptelement ein Element, das im Wesentlichen nicht in dem Träger enthalten ist.
Vorzugsweise enthält die Zeolith-Membran zwei oder mehr von Silizium, Aluminium und Phosphor oder Silizium.
Vorzugsweise ist der Träger ein Aluminiumoxid-Sinterkörper oder ein Mullit-Sinterkörper.
Die vorliegende Erfindung ist auch für ein Verfahren zur Herstellung eines Zeolith-Membrankomplexes bestimmt. Das Verfahren zur Herstellung eines Zeolith-Membrankomplexes gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet a) die Synthese von Zeolith durch hydrothermale Synthese und die Gewinnung von Impfkristallen aus dem Zeolith, b) die Abscheidung der Impfkristalle auf einem porösen Träger und c) das Eintauchen des Trägers in eine Ausgangsmateriallösung und die Züchtung von Zeolith aus den Impfkristallen durch hydrothermale Synthese, um dadurch eine Zeolith-Membran auf dem Träger zu bilden. Das Verfahren kann weiterhin beinhalten: d) Entfernen eines strukturlenkenden Mittels von der Zeolith-Membran nach dem Vorgang c). Ein Teil der Zeolith-Membran wird in Poren des Trägers über eine Grenzfläche zwischen der Zeolith-Membran und dem Träger gesetzt. Ein Abstand zwischen der Grenzfläche und einer Position in einer Tiefenrichtung senkrecht zur Grenzfläche ist nicht größer als 5 µm, wobei in Bezug auf ein Hauptelement, das die Zeolith-Membran innerhalb des Trägers bildet, ein Verhältnis (B/C)/A eines Wertes, der durch Dividieren eines Atomprozentsatzes B an der Position innerhalb des Trägers durch eine Porosität C des Trägers erhalten wird, zu einem Atomprozentsatz A in der Zeolith-Membran 0,8 beträgt. Durch die vorliegende Erfindung ist es möglich, die Permeabilität des Zeolith-Membrankomplexes zu erhöhen, unter gleichzeitigem Aufrechterhalten der Haftung der Zeolith-Membran am Träger.
Vorzugsweise ist der Abstand nicht größer als 4 µm. Bevorzugter ist der Abstand nicht größer als 3 µm.
Das Verfahren zur Herstellung eines Zeolith-Membrankomplexes gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet a) die Synthese von Zeolith durch hydrothermale Synthese und die Gewinnung von Impfkristallen aus dem Zeolith, b) die Abscheidung der Impfkristalle auf einem porösen Träger und c) das Eintauchen des Trägers in eine Ausgangsmateriallösung und die Züchtung von Zeolith aus den Impfkristallen durch hydrothermale Synthese, um dadurch eine Zeolith-Membran auf dem Träger zu bilden. Das Verfahren kann weiterhin beinhalten: d) Entfernen eines strukturlenkenden Mittels von der Zeolith-Membran nach dem Vorgang c). Ein Teil der Zeolith-Membran wird in Poren des Trägers über eine Grenzfläche zwischen der Zeolith-Membran und dem Träger gesetzt. Ein Abstand zwischen der Grenzfläche und einer Position in einer Tiefenrichtung senkrecht zur Grenzfläche beträgt nicht mehr als das 50-fache eines mittleren Porendurchmessers des Trägers in der Nähe einer Oberfläche, auf der die Zeolith-Membran gebildet wird, wobei in Bezug auf ein Hauptelement, das die Zeolith-Membran im Inneren des Trägers bildet, das Verhältnis (B/C)/A eines Wertes, der durch Dividieren eines Atomprozentsatzes B an der Position im Inneren des Trägers durch eine Porosität C des Trägers erhalten wird, zu einem Atomprozentsatz A in der Zeolith-Membran 0,8 beträgt. Durch die vorliegende Erfindung ist es möglich, die Permeabilität des Zeolith-Membrankomplexes zu erhöhen, unter gleichzeitigem Aufrechterhalten der Haftung der Zeolith-Membran am Träger.
Vorzugsweise sollte eine spezifische Oberfläche der in dem Vorgang a) erhaltenen Impfkristalle nicht kleiner als 10 m²/g und nicht größer als 150 m²/g sein. Eine Stärke, die aus einer Kristallkomponente bei einem Beugungswinkel 2θ erhalten wird, der einen maximalen Peak in einem Bereich des Beugungswinkels 2θ von 12° bis 25° in einem Röntgenbeugungsmuster anzeigt, das durch Emittieren von Röntgenstrahlen auf die Impfkristalle erhalten wird, ist nicht weniger als einmal und nicht mehr als 30 mal so groß wie die, die aus einer amorphen Komponente erhalten wird.
Vorzugsweise werden die Impfkristalle im Vorgang b) bei der Herstellung des Zeolith-Membrankomplexes auf einer im Wesentlichen vertikalen Fläche oder einer nach unten gerichteten Fläche aus Oberflächen des Trägers abgeschieden.
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-Membrankomplexes;
2 ist eine vergrößerte Schnittdarstellung des Zeolith-Membrankomplexes;
3 ist ein Flussdiagramm der Herstellung des Zeolith-Membrankomplexes;
4 ist ein weiteres Flussdiagramm der Herstellung des Zeolith-Membrankomplexes; und
5 ist eine Ansicht einer Einrichtung zur Trennung eines gemischten Gases.

Beschreibung der Ausführungsformen
1 ist ein Schnittbild eines Zeolith-Membrankomplexes 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Zeolith-Membrankomplex 1 beinhaltet einen Träger 11 und eine auf dem Träger 11 gebildete Zeolith-Membran 12. In dem in 1 dargestellten Beispiel ist der Träger 11 ein monolithischer Träger, der eine im Wesentlichen kreisförmige Säulenform aufweist, in der eine Vielzahl von Durchgangslöchem 111 gebildet wird, die sich jeweils in Längsrichtung (d.h. in der vertikalen Richtung in der Zeichnung) erstrecken. Jedes Durchgangsloch 111 (d.h. die Zelle) hat beispielsweise einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung. In der Erläuterung von 1 ist der Durchmesser der Durchgangslöcher 111 größer als der tatsächliche Durchmesser und die Anzahl der Durchgangslöcher 111 ist kleiner als die tatsächliche Anzahl. Die Zeolith-Membran 12 ist auf den Innenflächen der Durchgangslöcher 111 ausgebildet und bedeckt im Wesentlichen die gesamten Innenflächen der Durchgangslöcher 111. In 1 ist die Zeolith-Membran 12 mit fetten Linien dargestellt. Alternativ kann der Träger 11 eine andere Form haben, wie eine Wabenform, eine flache Plattenform, eine Röhrenform, eine kreiszylindrische Form, eine kreisförmige Säulenform oder eine polygonale Prismenform.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Träger 11 ein poröses Element, das für Gase durchlässig ist, und die Zeolith-Membran 12 ist eine Gastrennmembran. Die Zeolith-Membran 12 kann für andere Anwendungen als molekulare Trennmembran unter Verwendung einer Molekularsiebfunktion verwendet werden. Zum Beispiel kann die Zeolith-Membran 12 als Pervaporationsmembran verwendet werden. Der Zeolith-Membrankomplex 1 kann für noch andere Anwendungen verwendet werden. Die Art des Zeoliths, aus dem die Zeolith-Membran 12 besteht, ist nicht besonders begrenzt. Wenn die Zeolith-Membran 12 als Gastrennmembran verwendet wird, wird die Zeolith-Membran 12 vorzugsweise aus Zeolith gebildet, bei dem die maximale Anzahl der Ringglieder vom Gesichtspunkt der Gaspermeationsmenge und der Trennleistung her ein 8-gliedriger Sauerstoffring ist.
Als Material für den Träger 11 können verschiedene Materialien verwendet werden, solange sie im Schritt der Bildung der Zeolith-Membran 12 an der Oberfläche chemisch stabil sind. Beispiele für das Material für den Träger 11 sind keramischer Sinterkörper, Metall, organisches Polymer, Glas und Kohlenstoff. Beispiele für den keramischen Sinterkörper sind Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Mullit, Zirkoniumdioxid, Titandioxid, Yttriumdioxid, Siliciumnitrid und Siliciumcarbid. Beispiele für das Metall sind Aluminium, Eisen, Bronze, rostfreier Stahl. Beispiele für das organische Polymer sind Polyethylen, Polypropylen, Polytetrafluorethylen, Polysulfon, Polyimid.
Der Träger 11 kann ein anorganisches Bindemittel enthalten. Das anorganische Bindemittel kann aus mindestens einem von Titanoxid, Mullit, leicht sinterbarem Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Glasfritte, Tonmineralen und leicht sinterbarem Cordierit bestehen.
Der Träger 11 hat eine Länge von zum Beispiel 10 cm bis 200 cm. Der Träger 11 hat einen Außendurchmesser von zum Beispiel 0,5 cm bis 30 cm. Wenn der Träger 11 eine monolithische Form hat, beträgt der Abstand zwischen den Mittelachsen jedes Paares benachbarter Durchgangslöcher beispielsweise 0,3 mm bis 10 mm. Wenn der Träger 11 eine röhrenförmige Form oder eine flache Plattenform hat, hat der Träger 11 eine Dicke von zum Beispiel 0,1 mm bis 10 mm.
Die Oberflächenrauheit (Ra) des Trägers 11 beträgt zum Beispiel 0,1 µm bis 5,0 µm und vorzugsweise 0,2 µm bis 2,0 µm.
Wenn die Zeolith-Membran 12 als Gastrennmembran verwendet wird, ist der mittlere Porendurchmesser des Trägers 11 in der Nähe der Oberfläche, auf der die Zeolith-Membran 12 gebildet wird, vorzugsweise kleiner als der der anderen Abschnitte. Um eine solche Struktur zu realisieren, besitzt der Träger 11 eine mehrschichtige Struktur. Wenn der Träger 11 eine mehrschichte Struktur hat, können die Materialien für die jeweiligen Schichten die vorstehend beschriebenen sein, und sie können gleich oder verschieden voneinander sein. Der mittlere Porendurchmesser kann unter Verwendung eines Quecksilberporosimeters, eines Perm-Porometers, eines Nano-Perm-Porometers oder dergleichen gemessen werden. Der mittlere Porendurchmesser des Trägers 11 beträgt zum Beispiel 0,01 µm bis 70 µm und vorzugsweise 0,05 µm bis 25 µm. Die Porosität des Trägers 11 in der Nähe der Oberfläche, auf der die Zeolith-Membran 12 gebildet wird, beträgt vorzugsweise 20 % bis 60 %. Eine solche Struktur ist vorzugsweise in einem Bereich von 1 µm bis 50 µm von ihrer Oberfläche entfernt vorgesehen.
Hinsichtlich der Porendurchmesserverteilung des Trägers 11 beträgt D5 zum Beispiel 0,01 µm bis 50 µm, D50 zum Beispiel 0,05 µm bis 70 µm und D95 zum Beispiel 0,1 µm bis 2000 µm.
Die Dicke der Zeolith-Membran 12 beträgt zum Beispiel 0,05 µm bis 30 µm, vorzugsweise 0,1 µm bis 20 µm und bevorzugter 0,5 µm bis 10 µm. Wenn die Dicke der Zeolith-Membran 12 erhöht wird, steigt die Gastrennleistung. Wenn die Dicke der Zeolith-Membran 12 verringert wird, erhöht sich die Gaspermeanz. Die Oberflächenrauheit (Ra) der Zeolith-Membran 12 ist zum Beispiel nicht größer als 5 µm, vorzugsweise nicht größer als 2 µm, bevorzugter nicht größer als 1 µm und weiter bevorzugt nicht größer als 0,5 µm.
Die Zeolith-Membran 12 besteht zum Beispiel aus Zeolith vom SAT-Typ. Mit anderen Worten, die Zeolith-Membran 12 besteht aus Zeolith mit dem von der International Zeolite Association zugewiesenen Rahmentypcode „SAT“. Die Zeolith-Membran 12 ist nicht auf den Zeolith vom SAT-Typ beschränkt, sondern kann auch Zeolith mit einer beliebigen anderen Struktur sein. Die Zeolith-Membran 12 kann zum Beispiel aus Zeolith vom AEI-Typ, AFN-Typ, AFX-Typ, CHA-Typ, DDR-Typ, ERI-Typ, GIS-Typ, LEV-Typ, LTA-Typ, RHO-Typ oder dergleichen bestehen. Die Zeolith-Membran 12 enthält zwei oder mehr von Silizium (Si), Aluminium (AI) und Phosphor (P) oder Si. In der vorliegenden Ausführungsform enthält die Zeolith-Membran 12 mindestens AI, P und O (Sauerstoff). Mit anderen Worten, die Zeolith-Membran 12 besteht aus Zeolith auf Aluminophosphatbasis (AIPO), der aus AI-Atomen, P-Atomen und O-Atomen besteht. Die maximale Anzahl der Ringglieder des Zeoliths, aus denen die Zeolith-Membran 12 besteht, beträgt vorzugsweise 6 oder 8. Bevorzugter ist die maximale Anzahl der Ringglieder des Zeoliths, der die Zeolith-Membran 12 bildet, 8. Der Porendurchmesser der Zeolith-Membran 12 beträgt beispielsweise 0,30 nm x 0,55 nm. Wie vorstehend beschrieben, können als Material für den Träger 11 verschiedene Materialien eingesetzt werden. Wenn die Zeolith-Membran 12 aus Zeolith auf AIPO-Basis hergestellt wird, ist der Träger 11 vorzugsweise ein Aluminiumoxid-Sinterkörper oder ein Mullit-Sinterkörper.
2 ist eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Abschnitts des Zeolith-Membrankomplexes 1 in der Nähe einer Grenzfläche 113 zwischen der Zeolith-Membran 12 und dem Träger 11. Die Grenzfläche 113 ist die Innenfläche jedes Durchgangslochs 111 (siehe 1) des Trägers 11. Im Zeolith-Membrankomplex 1 ist ein Teil der Zeolith-Membran 12 durch die Grenzfläche 113 in die Poren des Trägers 11 eingesetzt. In 2 sind die Zeolith-Membran 12 und ein Abschnitt des Trägers 11, in den die Zeolith-Membran 12 infiltriert ist, schraffiert. Darüber hinaus ist ein Ende (inneres Ende) des Teils der Zeolith-Membran 12, der in den Träger 11 eingesetzt ist, durch eine doppelt gestrichelte Kettenlinie 114 gekennzeichnet. Die Position des inneren Endes 114 der Zeolith-Membran 12 in einer Richtung senkrecht zur Grenzfläche 113 (im Folgenden als „Tiefenrichtung“ bezeichnet) ergibt sich wie nachstehend dargestellt. Die Position des inneren Endes 114 der Zeolith-Membran 12 muss nicht notwendigerweise identisch mit einer kritischen Position im Träger 11 sein, in der der Zeolith verschwindet.
Wenn man die Position des inneren Endes 114 der Zeolith-Membran 12 erhält, wird zunächst eine Querschnittsfläche des Zeolith-Membrankomplexes 1 mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) beobachtet, und man erhält die Position der Grenzfläche 113 zwischen dem Träger 11 und der Zeolith-Membran 12 in Tiefenrichtung und die Porosität C des Trägers 11. Weiterhin wird in Bezug auf ein Hauptelement, das die Zeolith-Membran 12 bildet (z.B. P), der Atomprozentsatz A in der Zeolith-Membran 12 und der Atomprozentsatz B im Inneren des Trägers 11 mit einem energiedispersiven Röntgenspektroskop (EDS) in der Querschnittsfläche des Zeolith-Membrankomplexes 1 bestimmt. Der Atomprozentsatz B ist ein Atomprozentsatz des vorstehend genannten Hauptelements, aus dem die Zeolith-Membran 12 im Inneren des Trägers 11 besteht. Als nächstes wird ein Wert B/C berechnet, indem der Atomprozentsatz B durch die Porosität C des Trägers 11 geteilt wird, und (B/C)/A, das ein Verhältnis von B/C zum Atomprozentsatz A ist (im Folgenden als „Innen-Außen-Element-Verhältnis“ bezeichnet), wird berechnet. Dann wird in Bezug auf die Tiefenrichtung senkrecht zur Grenzfläche 113 als Position des inneren Endes 114 der Zeolith-Membran 12 in der Tiefenrichtung eine Position erhalten, bei der das Innen-Außen-Element-Verhältnis (B/C)/A 0,8 beträgt.
Das spezielle Verfahren zur Ermittlung der Position des inneren Endes 114 der Zeolith-Membran 12 wird wie folgt veranschaulicht. Wenn die Position der oberen Grenzfläche 113 erhalten wird, wird zum Beispiel eine gerade Linie an einer Position gesetzt, die von einem Beobachter des REM-Bildes als die Grenze zwischen der Zeolith-Membran 12 und dem Träger 11 angesehen wird. Gerade Linien, die parallel zur vorstehend genannten geraden Linie verlaufen, werden in Tiefenrichtung angeordnet. Dann werden die Anteile des Zeoliths auf den jeweiligen geraden Linien aus dem REM-Bild ermittelt, und die Position der geraden Linie, auf der der Anteil des Zeoliths 60% beträgt, wird als Position der Grenzfläche 113 zwischen dem Träger 11 und der Zeolith-Membran 12 bestimmt. Die Grenzfläche 113 und die vorstehend genannten geraden Linien in der Nähe der Grenze zwischen der Zeolith-Membran 12 und dem Träger 11 müssen nicht unbedingt parallel zur Oberfläche 121 der Zeolith-Membran 12 verlaufen.
Die Position der Grenzfläche 113 kann durch verschiedene andere Verfahren ermittelt werden. Wenn zum Beispiel die Oberfläche 121 der Zeolith-Membran 12 im Wesentlichen glatt und die Dicke der Zeolith-Membran 12 im Wesentlichen gleichmäßig ist, kann, nachdem die Oberfläche 121 der Zeolith-Membran 12 durch eine gerade Linie im REM-Bild definiert ist, die Position der Grenzfläche 113, die parallel zu der die Oberfläche 121 bezeichnenden geraden Linie verläuft, auf ähnliche Weise wie vorstehend beschrieben bestimmt werden.
Die Porosität C des Trägers 11 erhält man durch Analyse des REM-Bildes des Zeolith-Membrankomplexes 1 mit einem bekannten Berechnungsverfahren für die Porosität in Bezug auf eine Position, an der im REM-Bild deutlich zu erkennen ist, dass die im Träger 11 eingesetzte Zeolith-Membran 12 nicht erreicht wird (zum Beispiel die Position, die etwa 10 cm von der Grenzfläche 113 in Tiefenrichtung entfernt ist). Die Berechnungsposition der Porosität C ist eine Position, die weiter von der Grenzfläche 113 entfernt ist als das innere Ende 114 der Zeolith-Membran 12. Die Porosität C ist vorzugsweise ein Mittelwert der Porositäten, die an Positionen in den Innenflächen der Durchgangslöcher 111 des Trägers 11 erhalten werden. Die Berechnung der Porosität C wird für die Positionen in Tiefenrichtung durchgeführt, die jeweils eine ähnliche Porosität aufweisen wie der Abschnitt des Trägers 11 in der Nähe der Grenzfläche 113.
Das vorstehend genannte Hauptelement ist vorzugsweise ein Element, das hauptsächlich die Rahmenstruktur des Zeoliths unter den Elementen bildet, die die Zeolith-Membran 12 bilden. Der Atomprozentsatz A und der Atomprozentsatz B werden durch Zusammensetzungsanalyse mit dem EDS bestimmt. Das vorstehend genannte Hauptelement, von dem der Atomprozentsatz A und der Atomprozentsatz B bestimmt werden, ist ein in der Zeolith-Membran 12 enthaltenes Element, und es ist bevorzugt, dass das Hauptelement kein Hauptelement des Trägers 11 ist. Es ist bevorzugter, dass das vorstehend genannte Hauptelement ein Element ist, das im Wesentlichen nicht im Träger 11 enthalten ist. Wenn das vorstehend genannte Hauptelement ein Element ist, das im Wesentlichen nicht im Träger 11 enthalten ist, ist der Atomprozentsatz B ein Wert, der direkt mit dem EDS bestimmt wird. Das vorstehend genannte Hauptelement kann ein Element sein, das zwangsläufig als Verunreinigung im Träger 11 enthalten ist.
Im Zeolith-Membrankomplex 1 ist der Abstand D in Tiefenrichtung zwischen dem inneren Ende 114 der Zeolith-Membran 12, das in den Träger 11 gesetzt ist (d.h. die Position, an der das Innen-Außen-Element-Verhältnis (B/C)/A 0,8 beträgt), und der Grenzfläche 113 vorzugsweise nicht größer als 5 µm, bevorzugter nicht größer als 4 µm und weiter bevorzugt nicht größer als 3 µm. In der folgenden Beschreibung wird der Abstand D als „Infiltrationstiefe D der Zeolith-Membran 12“ bezeichnet. Die Infiltrationstiefe D der Zeolith-Membran 12 ist vorzugsweise nicht kleiner als 0,01 µm, bevorzugter nicht kleiner als 0,05 µm und weiter bevorzugt nicht kleiner als 0,1 µm. Die Infiltrationstiefe D der Zeolith-Membran 12 ist vorzugsweise nicht mehr als das 50-fache des mittleren Porendurchmessers des Trägers 11 in der Nähe der Oberfläche, auf der die Zeolith-Membran gebildet wird, bevorzugter nicht mehr als das 40-fache und weiter bevorzugt nicht mehr als das 30-fache. Die Infiltrationstiefe D der Zeolith-Membran 12 beträgt vorzugsweise nicht weniger als das 1-fache des mittleren Porendurchmessers des Trägers 11 in der Nähe der Oberfläche, auf der die Zeolith-Membran gebildet wird, bevorzugter nicht weniger als das 1,5-fache und weiter bevorzugt nicht weniger als das 2-fache. Die Regionen innerhalb des Trägers 11, in denen (B/C)/A kleiner als 0,8 ist, haben einen geringen Permeationswiderstand.
3 und 4 sind beispielhafte Flussdiagramme zur Herstellung des Zeolith-Membrankomplexes 1. Zunächst wird das Zeolithpulver durch hydrothermale Synthese synthetisiert und aus dem Zeolithpulver werden die ursprünglichen Kristalle gewonnen. Die ursprünglichen Kristalle enthalten zwei oder mehr beliebige von Si, AI und P oder Si. Die ursprünglichen Kristalle sind zum Beispiel Zeolith vom SAT-Typ. In der vorliegenden Ausführungsform enthalten die ursprünglichen Kristalle mindestens AI, P und O. Mit anderen Worten, die ursprünglichen Kristalle sind Zeolith auf AIPO-Basis. In der vorstehend genannten hydrothermalen Synthese wird als Aluminiumquelle zum Beispiel Aluminiumhydroxid, Aluminiumalkoxid oder Aluminiumoxidsol verwendet.
Anschließend werden Impfkristalle gebildet (Schritt S11). Wenn die Impfkristalle zum Beispiel durch Pulverisieren der ursprünglichen Kristalle, wie in 4 gezeigt, in Schritt S111 gebildet werden, werden die ursprünglichen Kristalle in eine Kugelmühle oder Perlmühle in einem Zustand gegeben, in dem sie in einer Flüssigkeit wie zum Beispiel reinem Wasser oder dergleichen dispergiert sind. Dann werden die ursprünglichen Kristalle für eine vorbestimmte Zeit durch die Kugelmühle oder die Perlmühle, die sich mit einer ersten Anzahl von Umdrehungen dreht (Schritt S111), pulverisiert. Dann wird die Umdrehungszahl der Kugelmühle oder der Perlmühle auf eine zweite Umdrehungszahl geändert, die niedriger als die erste Umdrehungszahl ist. Das Verhältnis der zweiten Umdrehungszahl zur ersten Umdrehungszahl ist zum Beispiel nicht niedriger als 15% und nicht höher als 80%. Das Verhältnis beträgt bevorzugter nicht weniger als 20 % und nicht mehr als 70 % und weiter bevorzugt nicht weniger als 30 % und nicht mehr als 60 %.
Dann werden durch Pulverisieren der ursprünglichen Kristalle, die in Schritt S111 für eine vorbestimmte Zeit durch die Kugelmühle oder die Perlmühle, die sich mit der zweiten Anzahl von Umdrehungen dreht, pulverisiert wurden, die Impfkristalle gebildet (Schritt S112). Die Pulverisierungszeit für die ursprünglichen Kristalle in Schritt S11 ist zum Beispiel nicht kürzer als 2 Tage und nicht länger als 13 Tage. Die Pulverisierungszeit für die ursprünglichen Kristalle ist vorzugsweise nicht kürzer als 2 Tage und nicht länger als 7 Tage. Die Pulverisierungszeit in Schritt S111 ist zum Beispiel nicht kürzer als 5 Stunden und nicht länger als 48 Stunden. Die Pulverisierungszeit ist bevorzugter nicht kürzer als 10 Stunden und nicht länger als 40 Stunden und weiter bevorzugt nicht kürzer als 15 Stunden und nicht länger als 30 Stunden. In Schritt S11 muss das durch die hydrothermale Synthese synthetisierte Zeolithpulver (d.h. die ursprünglichen Kristalle) nicht unbedingt pulverisiert werden und das Zeolithpulver kann zum Beispiel als Impfkristalle verwendet werden, wie es ohne Pulverisierung der Fall ist.
Bei den in Schritt S11 erworbenen Impfkristallen handelt es sich zum Beispiel um Zeolith vom SAT-Typ. Die Impfkristalle enthalten zwei oder mehr von Si, AI und P oder Si. In der vorliegenden Ausführungsform enthalten die Impfkristalle mindestens Al, P und O. Mit anderen Worten, die Impfkristalle sind Zeolith auf AIPO-Basis. Die spezifische Oberfläche der Impfkristalle ist zum Beispiel nicht kleiner als 10 m²/g und nicht größer als 150 m²/g. Die spezifische Oberfläche der Impfkristalle wird durch das Einpunkt-BET-Verfahren erhalten.
Weiterhin ist die Stärke, die von einer Kristallkomponente bei einem Beugungswinkel 2θ, der einen maximalen Peak in einem Bereich des Beugungswinkels 2θ von 12° bis 25° in einem Röntgenbeugungsmuster anzeigt, das durch Emittieren von Röntgenstrahlen auf die Impfkristalle erhalten wird (d.h. die Peakstärke), nicht weniger als einmal und nicht mehr als das 30-fache so hoch wie die von einer amorphen Komponente. Bevorzugter ist es, dass die aus der Kristallkomponente erhaltene Stärke nicht weniger als einmal und nicht mehr als das 20-fache der aus der amorphen Komponente erhaltenen beträgt. Weiter bevorzugt ist die aus der Kristallkomponente erhaltene Stärke nicht weniger als das 1,2-fache und nicht mehr als das 20-fache der aus der amorphen Komponente erhaltenen. Es ist bekannt, dass die Zeolithkristalle einen starken Beugungspeak im Bereich des Beugungswinkels 2θ von 12° bis 25° je nach Kristallstruktur aufweisen. Aus diesem Grund ist es möglich, die Kristallkomponente und die amorphe Komponente zu bewerten, indem der maximale Peak im Bereich des Beugungswinkels 2θ von 12° bis 25° als Bewertungsgegenstand angenommen wird.
Die für die Röntgenbeugung verwendete Röntgenstrahlung ist eine CuKa-Linie. Weiterhin beträgt die Leistung der Röntgenstrahlung 600 W. Durch die Definition der Art der Röntgenstrahlung und deren Leistung ist es möglich, die Kristallkomponente und die amorphe Komponente quantitativ zu bewerten. Bei der Röntgenbeugung beträgt die Röhrenspannung 40 kV, der Röhrenstrom 15 mA, die Scangeschwindigkeit 5°/min und der Scanschritt 0,02°. Als Detektor wird ein Szintillationszähler verwendet. Der Divergenzspalt beträgt 1,25°, der Streuspalt 1,25°, der Empfangsspalt 0,3 mm, der einfallende Sonnenspalt 5,0° und der lichtempfangende Sonnenspalt 5,0°. Ein Monochromator wird nicht verwendet und als CuKß-Linienfilter wird eine Nickelfolie mit einer Dicke von 0,015 mm verwendet. Für die Messung des Röntgenbeugungsmusters kann zum Beispiel der MiniFlex600, hergestellt von Rigaku Corporation, verwendet werden. Weiterhin wird die Messung des Röntgenbeugungsmusters in einem Zustand durchgeführt, in dem ein Probenhalter mit ausreichender Tiefe dicht mit Messpulver gefüllt ist.
Die aus der amorphen Komponente erhaltene Stärke wird durch die Grundlinie im Röntgenbeugungsmuster angezeigt, d.h. die Höhe einer Komponente des Hintergrundrauschens. Die aus der Kristallkomponente erhaltene Stärke wird durch die Höhe angegeben, die durch Subtraktion der Höhe, die die aus der amorphen Komponente erhaltene Stärke angibt, von der Höhe im Röntgenbeugungsmuster erhalten wird. Die vorstehend beschriebene Grundlinie im Röntgenbeugungsmuster kann zum Beispiel durch das Sonneveld-Visser-Verfahren oder das Spline-Interpolationsverfahren erhalten werden.
Anschließend wird der Träger 11 hergestellt (Schritt S12). Dann wird der Träger 11 in eine Lösung getaucht, in der die Impfkristalle dispergiert werden, und die Impfkristalle werden dadurch auf dem Träger 11 abgeschieden (Schritt S13). Der Träger 11 wird in die Lösung eingetaucht, zum Beispiel in einem Zustand, in dem seine Längsrichtung im Wesentlichen parallel zur Richtung der Schwerkraft verläuft. Insbesondere ist die Innenfläche jedes Durchgangslochs 111 eine im Wesentlichen vertikale Fläche, die im Wesentlichen parallel zur Richtung der Schwerkraft verläuft (d.h. eine Fläche, deren Normale im Wesentlichen in horizontaler Richtung weist). Jedes Durchgangsloch 111 ist mit der Lösung gefüllt, in der die Impfkristalle dispergiert sind. Dann wird die Lösung in jedem Durchgangsloch 111 von einer äußeren Seitenfläche des Trägers 11 durch den Träger 11 angesaugt, um außerhalb des Trägers 11 ausgetragen zu werden. Die in der Lösung enthaltenen Impfkristalle gehen nicht durch den Träger 11 hindurch, sondern verbleiben auf der Innenfläche jedes Durchgangslochs 111 und lagern sich auf der Innenfläche ab. Dadurch wird ein Träger zur Abscheidung von Impfkristallen erzeugt. Darüber hinaus können die Impfkristalle durch jedes andere Verfahren auf dem Träger 11 abgeschieden werden.
Der Träger 11, auf dem die Impfkristalle in Schritt S13 abgeschieden werden (d.h. der Träger für die Abscheidung der Impfkristalle), wird in eine Ausgangsmateriallösung getaucht. Dann wird Zeolith durch die hydrothermale Synthese unter Verwendung der Impfkristalle als Kerne gezüchtet, um die Zeolith-Membran 12 auf dem Träger 11 zu bilden (Schritt S14). Die Temperatur bei der hydrothermalen Synthese beträgt vorzugsweise 110°C bis 200°C. Zu diesem Zeitpunkt kann durch Einstellen eines Mischverhältnisses von Aluminiumquelle, Phosphorquelle und einem strukturlenkenden Mittel (im Folgenden auch „SDA“ genannt) in der Ausgangsmateriallösung oder dergleichen die dichte Zeolith-Membran 12 erhalten werden. Danach wird das SDA in der Zeolith-Membran 12 durch Erhitzen zersetzt und entfernt (Schritt S15). In Schritt S15 kann das SDA in der Zeolith-Membran 12 vollständig entfernt werden oder teilweise zurückbleiben.
Anschließend wird unter Bezugnahme auf 5 die Trennung einer gemischten Substanz unter Verwendung des Zeolith-Membrankomplexes 1 beschrieben. 5 ist ein Blick auf eine Trenneinrichtung 2. In der Trenneinrichtung 2 wird dem Zeolith-Membrankomplex 1 eine gemischte Substanz zugeführt, die eine Vielzahl von Arten von Fluiden (d.h. Gase oder Flüssigkeiten) enthält, und eine Substanz mit hoher Permeabilität in der gemischten Substanz wird veranlasst, den Zeolith-Membrankomplex 1 zu durchdringen, um dadurch von der gemischten Substanz getrennt zu werden. Die Trennung in der Trenneinrichtung 2 kann zum Beispiel durchgeführt werden, um eine Substanz mit hoher Permeabilität aus einer gemischten Substanz zu extrahieren oder um eine Substanz mit niedriger Permeabilität zu konzentrieren.
Die gemischte Substanz (d.h. das gemischte Fluid) kann ein gemischtes Gas sein, das eine Vielzahl von Arten von Gasen enthält, kann eine gemischte Flüssigkeit sein, die eine Vielzahl von Arten von Flüssigkeiten enthält, oder kann ein gasflüssiges Zweiphasenfluid sein, das sowohl ein Gas als auch eine Flüssigkeit enthält.
Die gemischte Substanz enthält mindestens einen von Wasserstoff (H₂), Helium (He), Stickstoff (N₂), Sauerstoff (O₂), Wasser (H₂O), Wasserdampf (H₂O), Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid (CO₂), Stickstoffoxid, Ammoniak (NH₃), Schwefeloxid, Schwefelwasserstoff (H₂S), Schwefelfluorid, Quecksilber (Hg), Arsin (AsH₃), Cyanwasserstoff (HCN), Carbonylsulfid (COS), C1- bis C8-Kohlenwasserstoffe, organische Säure, Alkohol, Mercaptane, Ester, Ether, Keton und Aldehyd.
Das Stickstoffoxid ist eine Verbindung aus Stickstoff und Sauerstoff. Das vorstehend beschriebene Stickstoffoxid ist zum Beispiel ein als NO_x bezeichnetes Gas wie Stickstoffmonoxid (NO), Stickstoffdioxid (NO₂), Distickstoffoxid (auch als Distickstoffmonoxid bezeichnet) (N₂O), Distickstofftrioxid (N₂O₃), Distickstofftetroxid (N₂O₄), Distickstoffpentoxid (N₂O₅) oder dergleichen.
Das Schwefeloxid ist eine Verbindung aus Schwefel und Sauerstoff. Das vorstehend beschriebene Schwefeloxid ist zum Beispiel ein SOx genanntes Gas wie Schwefeldioxid (SO₂), Schwefeltrioxid (SO₃) oder dergleichen.
Das Schwefelfluorid ist eine Verbindung aus Fluor und Schwefel. Das vorstehend beschriebene Schwefelfluorid ist zum Beispiel Dischwefeldifluorid (F-S-S-F, S=SF₂), Schwefeldifluorid (SF₂), Schwefeltetrafluorid (SF₄), Schwefelhexafluorid (SF₆), Dischwefeldecafluorid (S₂F₁₀) oder dergleichen.
Die C1- bis C8-Kohlenwasserstoffe sind Kohlenwasserstoffe mit nicht weniger als 1 und nicht mehr als 8 Kohlenstoffatomen. Bei den C3- bis C8-Kohlenwasserstoffen kann es sich um eine lineare Kettenverbindung, eine Seitenkettenverbindung und eine Ringverbindung handeln. Darüber hinaus können die C3- bis C8-Kohlenwasserstoffe entweder ein gesättigter Kohlenwasserstoff (d.h., in dem keine Doppelbindung oder Dreifachbindung in einem Molekül vorhanden ist) oder ein ungesättigter Kohlenwasserstoff (d.h., in dem eine Doppelbindung und/oder eine Dreifachbindung in einem Molekül vorhanden ist) sein. Die C1- bis C4-Kohlenwasserstoffe sind zum Beispiel 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=CHCHCH₃) oder Isobuten (CH₂=C(CH₃)₂).
Die vorstehend beschriebene organische Säure ist Carbonsäure, Sulfonsäure oder dergleichen. Bei der Carbonsäure handelt es sich zum Beispiel um Ameisensäure (CH₂O₂), Essigsäure (C₂H₄O₂), Oxalsäure (C₂H₂O₄), Acrylsäure (C₃H₄O₂), Benzoesäure (C₆H₅COOH) oder dergleichen. Die Sulfonsäure ist zum Beispiel Ethansulfonsäure (C₂H₆O₃S) oder dergleichen. Die organische Säure kann entweder eine Kettenverbindung oder eine Ringverbindung sein.
Der vorstehend beschriebene Alkohol ist zum Beispiel Methanol (CH₃OH), Ethanol (C₂H₅OH), Isopropanol (2-Propanol) (CH₃CH(OH)CH₃), Ethylenglykol (CH₂(OH)CH₂(OH)), Butanol (C₄H₉OH) oder dergleichen.
Die Mercaptane sind eine organische Verbindung mit hydriertem Schwefel (SH) an ihrem terminalen Ende und sind eine Substanz, die auch als Thiol oder Thioalkohol bezeichnet wird. Die vorstehend beschriebenen Mercaptane sind zum Beispiel Methylmercaptan (CH₃SH), Ethylmercaptan (C₂H₅SH), 1-Propanethiol (C₃H₇SH) oder dergleichen.
Der vorstehend beschriebene Ester ist zum Beispiel Ameisensäureester, Essigsäureester oder dergleichen.
Der vorstehend beschriebene Ether ist zum Beispiel Dimethylether ((CH₃)₂O), Methylethylether (C₂H₅OCH₃), Diethylether ((C₂H₅)₂O) oder dergleichen.
Das vorstehend beschriebene Keton ist zum Beispiel Aceton ((CH₃)₂CO), Methylethylketon (C₂H₅COCH₃), Diethylketon ((C₂H₅)₂CO) oder dergleichen.
Der vorstehend beschriebene Aldehyd ist zum Beispiel Acetaldehyd (CH₃CHO), Propionaldehyd (C₂H₅CHO), Butanal (Butyraldehyd) (C₃H₇CHO) oder dergleichen.
Die folgende Beschreibung erfolgt unter der Annahme, dass es sich bei einer durch die Trenneinrichtung 2 zu trennenden gemischten Substanz um ein gemischtes Gas handelt, das eine Vielzahl von Gasarten enthält.
Die Trenneinrichtung 2 enthält den Zeolith-Membrankomplex 1, Dichtungsteile 21, ein Gehäuse 22 und zwei Dichtungselemente 23. Der Zeolith-Membrankomplex 1, die Dichtungsteile 21 und die Dichtungselemente 23 sind im Gehäuse 22 untergebracht.
Bei den Dichtungsteilen 21 handelt es sich um Elemente, die an beiden Endabschnitten des Trägers 11 in Längsrichtung (d.h. in der linken und rechten Richtung von 5) befestigt werden und beide Stirnflächen des Trägers 11 in Längsrichtung sowie eine äußere Seitenfläche des Trägers 11 in der Nähe der Stirnflächen abdecken und abdichten. Die Dichtungsteile 21 verhindern, dass Gas in beide Stirnflächen des Trägers 11 hinein oder aus ihnen heraus strömt. Das Dichtungsteil 21 ist zum Beispiel ein plattenförmiges Element aus Glas oder Harz. Das Material und die Form des Dichtungsteils 21 kann gegebenenfalls geändert werden. Da das Dichtungsteil 21 außerdem mit einer Vielzahl von Öffnungen versehen ist, die mit der Vielzahl von Durchgangslöchern 111 des Trägers 11 übereinstimmen, werden die beiden Enden jedes Durchgangslochs 111 des Trägers 11 in Längsrichtung nicht durch die Dichtungsteile 21 abgedeckt. Daher kann Gas oder dergleichen von beiden Enden des Durchgangslochs 111 hinein und aus diesem heraus strömen.
Das Gehäuse 22 ist ein rohrförmiges Element mit einer im Wesentlichen zylindrischen Form. Das Gehäuse 22 besteht zum Beispiel aus rostfreiem Stahl oder Kohlenstoffstahl. Die Längsrichtung des Gehäuses 22 verläuft im Wesentlichen parallel zur Längsrichtung des Zeolith-Membrankomplexes 1. Eine Zufuhröffnung 221 ist an einem Endabschnitt des Gehäuses 22 in Längsrichtung vorgesehen (d.h. ein Endabschnitt auf der linken Seite in 5), und eine erste Auslassöffnung 222 ist an dessen anderem Endabschnitt vorgesehen. Eine zweite Auslassöffnung 223 ist an der Seitenfläche des Gehäuses 22 vorgesehen. Der Innenraum des Gehäuses 22 ist ein abgedichteter Raum, der von dem Raum um das Gehäuse 22 herum isoliert ist.
Die zwei Dichtungselemente 23 sind über den gesamten Umfang zwischen der äußeren Seitenfläche des Zeolith-Membrankomplexes 1 und der inneren Seitenfläche des Gehäuses 22 in der Nähe der beiden Endabschnitte des Zeolith-Membrankomplexes 1 in Längsrichtung angeordnet. Jedes der Dichtungselemente 23 ist ein im Wesentlichen ringförmiges Element, das aus einem Material besteht, das von Gas nicht durchdrungen werden kann. Das Dichtungselement 23 ist zum Beispiel ein O-Ring aus einem flexiblen Harz. Die Dichtungselemente 23 kommen in engen Kontakt mit der äußeren Seitenfläche des Zeolith-Membrankomplexes 1 und der inneren Seitenfläche des Gehäuses 22 über dessen gesamten Umfang. In dem in 5 gezeigten Beispielfall kommen die Dichtungselemente 23 in engen Kontakt mit den äußeren Seitenflächen der Dichtungsteile 21 und indirekt in engen Kontakt mit der äußeren Seitenfläche des Zeolith-Membrankomplexes 1, wobei die Dichtungsteile 21 dazwischen angeordnet sind. Die Abschnitte zwischen den Dichtungselementen 23 und der äußeren Seitenfläche des Zeolith-Membrankomplexes 1 und zwischen den Dichtungselementen 23 und der inneren Seitenfläche des Gehäuses 22 sind abgedichtet, und es ist dadurch für Gas weitgehend oder vollständig unmöglich, durch die Abschnitte hindurchzutreten.
Bei der Trennung des gemischten Gases wird ein gemischtes Gas, das eine Vielzahl von Arten von Gasen mit unterschiedlichen Permeabilitäten für die Zeolith-Membran 12 enthält, durch die Zufuhröffnung 221 in den Innenraum des Gehäuses 22 geleitet. Die Hauptkomponente des gemischten Gases ist zum Beispiel CO₂ und CH₄. Das gemischte Gas kann andere Gase als CO₂ und CH₄ enthalten. Der Druck des in den Innenraum des Gehäuses 22 zuzuführenden gemischten Gases (d.h. der Einführungsdruck) beträgt zum Beispiel 0,1 MPa bis 20,0 MPa. Die Temperatur zur Trennung des gemischten Gases beträgt zum Beispiel 10°C bis 200°C.
Das dem Gehäuse 22 zugeführte gemischte Gas wird vom linken Ende des Zeolith-Membrankomplexes 1 in der Zeichnung in das Innere jedes Durchgangslochs 111 des Trägers 11 eingeleitet, wie durch den Pfeil 251 angegeben. Gas mit hoher Permeabilität (das zum Beispiel CO₂ ist und im Folgenden als „Substanz mit hoher Permeabilität“ bezeichnet wird) in dem gemischten Gas durchdringt die Zeolith-Membran 12, die sich an der Innenfläche jedes Durchgangslochs 111 und des Trägers 11 gebildet hat, und wird von der äußeren Seitenfläche des Trägers 11 nach außen geleitet. Dadurch wird die Substanz mit hoher Permeabilität von Gas mit niedriger Permeabilität (das zum Beispiel CH₄ ist und im Folgenden als „Substanz mit niedriger Permeabilität“ bezeichnet wird) im gemischten Gas getrennt. Das aus der äußeren Seitenfläche des Trägers 11 herausgeführte Gas (im Folgenden als „Permeatsubstanz“ bezeichnet) wird durch die zweite Auslassöffnung 223 gesammelt, wie durch Pfeil 253 angezeigt. Der Druck des durch die zweite Auslassöffnung 223 gesammelten Gases (d.h. der Permeationsdruck) beträgt zum Beispiel etwa 1 Atmosphärendruck (0,101 MPa).
Weiterhin tritt in dem gemischten Gas ein anderes Gas als das Gas, das die Zeolith-Membran 12 und den Träger 11 durchdrungen hat (im Folgenden als „Nicht-Permeat-Substanz“ bezeichnet), durch jedes Durchgangsloch 111 des Trägers 11 von der linken Seite zur rechten Seite in der Zeichnung und wird durch die erste Auslassöffnung 222 aufgefangen, wie durch den Pfeil 252 angezeigt. Der Druck des durch die erste Auslassöffnung 222 gesammelten Gases ist zum Beispiel im Wesentlichen gleich dem Einleitungsdruck. Die Nicht-Permeat-Substanz kann eine Substanz mit hoher Permeabilität enthalten, die die Zeolith-Membran 12 nicht durchdrungen hat, sowie die vorstehend beschriebene Substanz mit niedriger Permeabilität.
Als nächstes wird ein Beispiel für die Herstellung des Zeolith-Membrankomplexes 1 beschrieben.
Herstellung von Impfkristallen
Als Aluminiumquelle, Phosphorquelle und SDA (strukturlenkendes Mittel bzw. Strukturrichtmittel) wurden Aluminiumisopropoxid, 85%ige Phosphorsäure bzw. Hyd-roxy-1,4-diazabicyclo[2.2.2]octan-C4-diquat in reinem Wasser gelöst und so eine Ausgangsmateriallösung mit der Zusammensetzung 1 Al₂O₃ : 1 P₂O₅ : 0,8 SDA : 200 H₂O hergestellt. Diese Ausgangsmateriallösung wurde 50 Stunden lang bei 190°C hydrothermal synthetisiert. Die durch die hydrothermale Synthese gewonnenen ursprünglichen Kristalle wurden gesammelt und ausreichend mit reinem Wasser gewaschen und dann bei 100°C getrocknet. Als Ergebnis der Röntgenbeugungsmessung wurde festgestellt, dass es sich bei den erworbenen ursprünglichen Kristallen um Kristalle vom Zeolith vom SAT-Typ handelte.
Die ursprünglichen Kristalle wurden in reines Wasser gegeben, so dass sie 7 bis 8 Gewichtsprozent hatten, und mit der Kugelmühle 2 Tage, 7 Tage und 14 Tage lang pulverisiert, um so drei Arten von Impfkristallen zu erhalten. Als Ergebnis der Röntgenbeugungsmessung wurde festgestellt, dass die erhaltenen Impfkristalle Kristalle vom Zeolith vom SAT-Typ waren. Unabhängig von den Pulverisierungszeiten wurden die ursprünglichen Kristalle im ersten Teil der Pulverisierung bei 330 U/min als Anzahl der Umdrehungen und im zweiten Teil bei 170 U/min als Anzahl der Umdrehungen pulverisiert. Die Pulverisierungszeit im ersten Teil betrug einen Tag.
Wenn die Gesamtpulverisierungszeit (d.h. die Summe der Pulverisierungszeit im ersten Teil und die im zweiten Teil) für die ursprünglichen Kristalle 2 Tage betrug, betrug die spezifische Oberfläche der Impfkristalle etwa 21 m²/g. Weiterhin war die aus der Kristallkomponente erhaltene Stärke bei dem Beugungswinkel 28, der den maximalen Peak im Bereich des Beugungswinkels 2θ von 12° bis 25° in einem Röntgenbeugungsmuster angibt, das durch Emittieren von Röntgenstrahlen auf die Impfkristalle erhalten wurde, etwa 23-fach so hoch wie die aus der amorphen Komponente erhaltene. Der Beugungswinkel 2θ, der den maximalen Peak anzeigte, betrug 21°.
Wenn die gesamte Pulverisierungszeit für die ursprünglichen Kristalle 7 Tage betrug, betrug die spezifische Oberfläche der Impfkristalle etwa 59 m²/g. Weiterhin war die aus der Kristallkomponente erhaltene Stärke bei dem Beugungswinkel 2θ, der den maximalen Peak im Bereich des Beugungswinkels 2θ von 12° bis 25° in einem Röntgenbeugungsmuster angibt, das durch Emittieren von Röntgenstrahlen auf die Impfkristalle erhalten wurde, etwa 1,3-fach so hoch wie die aus der amorphen Komponente erhaltene. Der Beugungswinkel 2θ, der den maximalen Peak anzeigte, betrug 21°.
Wenn die gesamte Pulverisierungszeit für die ursprünglichen Kristalle 14 Tage betrug, betrug die spezifische Oberfläche der Impfkristalle etwa 103 m²/g. Weiterhin war die aus der Kristallkomponente erhaltene Stärke bei dem Beugungswinkel 2θ, der den maximalen Peak im Bereich des Beugungswinkels 2θ von 12° bis 25° in einem Röntgenbeugungsmuster angibt, das durch Emittieren von Röntgenstrahlen auf die Impfkristalle erhalten wurde, etwa 0,3-fach so hoch wie die aus der amorphen Komponente erhaltene. Der Beugungswinkel 2θ, der den maximalen Peak anzeigt, betrug 21°.
Wie vorstehend beschrieben, wurde das Verhältnis der aus der Kristallkomponente erhaltenen Stärke zu der aus der amorphen Komponente erhaltenen Stärke kleiner, da die gesamte Pulverisierungszeit für die ursprünglichen Kristalle länger war. Insbesondere nahmen mit der Pulverisierung der ursprünglichen Kristalle die Kristallkomponente ab und die amorphe Komponente zu.
Herstellung der Zeolith-Membran
Ein poröser monolithischer Träger 11 aus Aluminiumoxid wurde hergestellt. Der mittlere Porendurchmesser des Trägers 11 in der Nähe einer Oberfläche, auf der die Zeolith-Membran gebildet werden sollte, betrug 0,1 µm. Der Träger 11 wurde in eine Lösung getaucht, in der die Impfkristalle dispergiert wurden, und die Impfkristalle wurden dadurch auf der inneren Oberfläche jedes Durchgangslochs 111 des Trägers 11 abgeschieden. Danach wurden als Aluminiumquelle, als Phosphorquelle und als SDA Aluminiumisopropoxid, 85%ige Phosphorsäure bzw. Hydroxy-1,4-diazabicyclo[2.2.2]octan-C4-diquat in reinem Wasser gelöst, und dadurch wurde eine Ausgangsmateriallösung mit einer Zusammensetzung von 1 Al₂O₃ : 2 P₂O₅ : 2,3 SDA : 1000 H₂O hergestellt.
Der Träger 11 mit den darauf abgeschiedenen Impfkristallen wurde in die Ausgangsmateriallösung eingetaucht und 50 Stunden lang bei 170°C hydrothermal synthetisiert. Dadurch wurde auf dem Träger 11 eine Zeolith-Membran 12 vom SAT-Typ gebildet. Nach der hydrothermalen Synthese wurden der Träger 11 und die Zeolith-Membran 12 ausreichend mit reinem Wasser gewaschen und dann bei 100°C getrocknet. Als Ergebnis der Röntgenbeugungsmessung wurde festgestellt, dass die erworbene Zeolith-Membran 12 aus Zeolith vom SAT-Typ gebildet wurde.
Nach dem Trocknen des Trägers 11 und der Zeolith-Membran 12 wurde die Permeationsmenge von N₂ (Stickstoff) durch die Zeolith-Membran 12 gemessen. Die N₂-Permeationsmenge durch die Zeolith-Membran 12, die unter Verwendung der durch Pulverisierung erhaltenen Impfkristalle für die gesamte Pulverisierungszeit von 2 Tagen gebildet wurde, und diejenige durch die Zeolith-Membran 12, die unter Verwendung der durch Pulverisierung erhaltenen Impfkristalle für die gesamte Pulverisierungszeit von 7 Tagen gebildet wurde, waren jeweils nicht größer als 0,005 nMol/m²sPa. Dadurch wurde bestätigt, dass die Zeolith-Membran 12, die unter Verwendung der durch Pulverisierung für die gesamte Pulverisierungszeit von 2 Tagen bis 7 Tagen erhaltenen Impfkristalle gebildet wurde, dicht genug für den praktischen Gebrauch war. Danach wurde die Zeolith-Membran 12 50 Stunden lang bei 500°C wärmebehandelt, um das SDA zu verbrennen und zu entfernen und Mikroporen in der Zeolith-Membran 12 durch die Membran hindurchtreten zu lassen.
Auf der anderen Seite betrug die N₂-Permeationsmenge durch die Zeolith-Membran 12, die unter Verwendung der durch Pulverisierung erhaltenen Impfkristalle für die gesamte Pulverisierungszeit von 14 Tagen gebildet wurde, 0,2 nMol/m²sPa und es wurde bestätigt, dass die Zeolith-Membran im Vergleich zu dem Fall, bei dem die durch Pulverisierung erhaltenen Impfkristalle für die gesamte Pulverisierungszeit von 2 oder 7 Tagen verwendet wurden, nicht angemessen gewachsen war. Selbst in dem Fall, dass die gesamte Pulverisierungszeit lang ist und dadurch die Kristallkomponente in den Impfkristallen abnimmt, können die Dichten der Zeolith-Membran durch Änderung der hydrothermalen Synthesebedingungen verbessert werden. Beispielsweise kann die Zeolith-Membran durch Erhöhung der hydrothermalen Synthesezeit dicht genug für den praktischen Gebrauch werden. Wenn die Zeolith-Membran durch hydrothermale Synthese bei 170°C für 100 Stunden unter Verwendung der durch Pulverisierung erhaltenen Impfkristalle für die gesamte Pulverisierungszeit von 14 Tagen gebildet wurde, konnte die Zeolith-Membran so weit verdichtet werden, dass die N₂-Permeationsmenge durch die Zeolith-Membran nicht größer als 0,005 nMol/m²sPa war.
Gastrennversuch
Als nächstes wurde ein Trennversuch für ein gemischtes Gas mit einer Einrichtung durchgeführt, deren schematischer Aufbau in 5 dargestellt ist. Wie vorstehend beschrieben, wurde die Zeolith-Membran 12 auf den Innenflächen der Vielzahl von Durchgangslöchern 111, die in dem Träger 11 vorgesehen sind, gebildet. Die beiden Endabschnitte des Trägers 11 wurden mit den Gläsern 21 abgedichtet, und der Träger 11 wurde im Gehäuse 22 untergebracht. In diesem Zustand wurde das gemischte Gas in jedes Durchgangsloch 111 des Trägers 11 eingeleitet, wie durch den Pfeil 251 angezeigt, und das Gas, das die Zeolith-Membran 12 durchdrungen hatte, wurde von der zweiten Auslassöffnung 223, die im Gehäuse 22 vorgesehen war, gesammelt, wie durch den Pfeil 253 angezeigt.
Der Gaseinleitungsdruck beim Trenntest betrug 0,2 MPaG. Als das vorstehend beschriebene gemischte Gas wurde das Gas mit einem Verhältnis zwischen CO₂ und CH₄ von 50 : 50 verwendet. Als Ergebnis betrug das Permeanzverhältnis von CO₂/CH₄ in der Zeolith-Membran 12, die unter Verwendung der durch Pulverisierung erhaltenen Impfkristalle gebildet wurde, während der gesamten Pulverisierungszeit von 2 Tagen 1750. Weiterhin betrug das Permeanzverhältnis von CO₂/CH₄ in der Zeolith-Membran 12, das unter Verwendung der durch Pulverisierung erhaltenen Impfkristalle für die gesamte Pulverisierungszeit von 7 Tagen gebildet wurde, 1800. Damit wurde bestätigt, dass die Zeolith-Membran 12, die unter Verwendung der durch Pulverisierung für die gesamte Pulverisierungszeit von 2 bis 7 Tagen erhaltenen Impfkristalle gebildet wurde, eine für die praktische Anwendung ausreichende Trennleistung hatte. Wenn die Zeolith-Membran 12 durch hydrothermale Synthese bei 170°C für 100 Stunden unter Verwendung der durch Pulverisierung erhaltenen Impfkristalle für die gesamte Pulverisierungszeit von 14 Tagen gebildet wurde, betrug das Permeanzverhältnis von CO₂/CH₄ in der Zeolith-Membran 12 200. Damit wurde bestätigt, dass die Zeolith-Membran 12 das vorstehend erwähnte gemischte Gas trennte, obwohl die Zeolith-Membran 12 eine geringere Trennleistung als die Zeolith-Membran 12 der gesamten Pulverisierungszeit von 2 bis 7 Tagen hatte.
Anschließend werden unter Bezugnahme auf die Tabellen 1 und 2 experimentelle Beispiele und Vergleichsbeispiele beschrieben, die jeweils eine Beziehung zwischen der Infiltrationstiefe D der Zeolith-Membran 12 und dem Druckverlust bei der Gaspermeation durch den Zeolith-Membrankomplex 1 zeigen. Bei den Versuchsbeispielen 1 und 2 handelte es sich um die Zeolith-Membrankomplexe 1, in denen jeweils die Zeolith-Membran 12 auf dem Träger 11 nach dem vorstehend genannten Herstellungsverfahren synthetisiert wurde. In den Versuchsbeispielen 1 und 2 betrug die gesamte Pulverisierungszeit für die ursprünglichen Kristalle bei der Herstellung der Impfkristalle 2 bis 7 Tage. Das Vergleichsbeispiel 1 war der Zeolith-Membrankomplex 1, in dem die Zeolith-Membran auf ähnliche Weise wie in den Versuchsbeispielen 1 und 2 synthetisiert wurde, mit der Ausnahme, dass die gesamte Pulverisierungszeit für die ursprünglichen Kristalle bei der Herstellung der Impfkristalle auf 14 Tage geändert wurde und die hydrothermale Synthesezeit doppelt so lang war wie in den Versuchsbeispielen 1 und 2.
Im Zeolith-Membrankomplex 1 von Versuchsbeispiel 3 wurde die Zeolith-Membran 12 aus Zeolith vom DDR-Typ hergestellt. Die Zeolith-Membran 12 von Versuchsbeispiel 3 enthielt Si als Hauptelement. In Versuchsbeispiel 3 betrug die gesamte Pulverisierungszeit für die ursprünglichen Kristalle bei der Herstellung der Impfkristalle 2 Tage und daher betrug die spezifische Oberfläche der Impfkristalle etwa 15 m²/g. Weiterhin war die aus der Kristallkomponente erhaltene Stärke bei dem Beugungswinkel 2θ, der den maximalen Peak im Bereich des Beugungswinkels 2θ von 12° bis 25° in einem Röntgenbeugungsmuster angibt, das durch Emittieren von Röntgenstrahlen auf die Impfkristalle erhalten wurde, etwa 29-fach so hoch wie die aus der amorphen Komponente erhaltene. Der Beugungswinkel 2θ, der den maximalen Peak anzeigte, betrug 17°. Die Zeolith-Membran 12 wurde nach dem Verfahren synthetisiert, das als Beispiel 1 in der Internationalen Veröffentlichung WO 2011/105511 beschrieben ist. Die N₂-Permeationsmenge durch die Zeolith-Membran 12 war nicht größer als 0,005 nMol/m²sPa. Damit wurde bestätigt, dass die Zeolith-Membran 12 dicht genug für den praktischen Einsatz war. Danach wurde die Zeolith-Membran 12 50 Stunden lang bei 500°C wärmebehandelt, um das SDA zu verbrennen und zu entfernen und Mikroporen in der Zeolith-Membran 12 durch die Membran hindurchtreten zu lassen.
Im Zeolith-Membrankomplex 1 von Versuchsbeispiel 4 wurde die Zeolith-Membran 12 aus Zeolith vom Typ CHA hergestellt. Die Zeolith-Membran 12 aus Versuchsbeispiel 4 enthielt Si als Hauptelement. In Versuchsbeispiel 4 betrug die gesamte Pulverisierungszeit für die ursprünglichen Kristalle bei der Herstellung der Impfkristalle 2 Tage und daher betrug die spezifische Oberfläche der Impfkristalle etwa 30 m²/g. Weiterhin war die aus der Kristallkomponente erhaltene Stärke bei dem Beugungswinkel 2θ, der den maximalen Peak im Bereich des Beugungswinkels 2θ von 12° bis 25° in einem Röntgenbeugungsmuster angibt, das durch Emittieren von Röntgenstrahlen auf die Impfkristalle erhalten wurde, etwa 10-fach so hoch wie die aus der amorphen Komponente erhaltene. Der Beugungswinkel 2θ, der den maximalen Peak anzeigte, betrug 21°. Die Zeolith-Membran 12 wurde nach dem Verfahren synthetisiert, das in der japanischen Patentanmeldung Offenlegung Nr. 2014-198308 unter Bezugnahme auf das Vergleichsbeispiel 2 im Dokument als „Bildung einer Zeolith-Membran vom Chabazit-Typ“ beschrieben wurde. Die N₂-Permeationsmenge durch die Zeolith-Membran 12 war nicht größer als 0,005 nMol/m²sPa. Damit wurde bestätigt, dass die Zeolith-Membran 12 dicht genug für den praktischen Einsatz war. Danach wurde die Zeolith-Membran 12 50 Stunden lang bei 500°C wärmebehandelt, um das SDA zu verbrennen und zu entfernen und Mikroporen in der Zeolith-Membran 12 durch die Membran hindurchtreten zu lassen.
Das Vergleichsbeispiel 2 war der Zeolith-Membrankomplex, der durch Änderung der gesamten Pulverisierungszeit für die ursprünglichen Kristalle bei der Herstellung der Impfkristalle von Versuchsbeispiel 4 auf 14 Tage und die Synthese einer Zeolith-Membran vom CHA-Typ erhalten wurde. Die spezifische Oberfläche der Impfkristalle im Vergleichsbeispiel 2 betrug etwa 65 m²/g. Weiterhin war die aus der Kristallkomponente erhaltene Stärke bei dem Beugungswinkel 2θ, der den maximalen Peak im Bereich des Beugungswinkels 2θ von 12° bis 25° in einem Röntgenbeugungsmuster angibt, das durch Emittieren von Röntgenstrahlen auf die Impfkristalle erhalten wurde, etwa 0,7-fach so hoch wie die aus der amorphen Komponente erhaltene. Der Beugungswinkel 2θ, der den maximalen Peak anzeigte, betrug 21°. Im Vergleichsbeispiel 2 wurde die Synthesezeit auf das Doppelte der in Versuchsbeispiel 4 eingestellten Zeit eingestellt, weil die Dichten der Membran, die unter den gleichen hydrothermalen Synthesebedingungen wie in Versuchsbeispiel 4 synthetisiert wurde, gering war. Dadurch wurde die N₂-Permeationsmenge durch die gebildete Zeolith-Membran nicht größer als 0,005 nMol/m²sPa. Damit wurde bestätigt, dass die Zeolith-Membran dicht genug für den praktischen Einsatz war. Danach wurde die Zeolith-Membran 50 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.
In Tabelle 1 sind der Atomprozentsatz A von P, das ein Hauptelement ist, in der Zeolith-Membran 12, der Atomprozentsatz B von P innerhalb des Trägers 11, die Porosität C des Trägers 11 und das Innen-Außen-Element-Verhältnis (B/C)/A für die Zeolith-Membrankomplexe 1 der Versuchsbeispiele 1 und 2 dargestellt. Dasselbe gilt für das Vergleichsbeispiel 1. Weiterhin werden der Atomprozentsatz A von Si, das ein Hauptelement ist, in der Zeolith-Membran 12, der Atomprozentsatz B von Si innerhalb des Trägers 11, die Porosität C des Trägers 11 und das Innen-Außen-Element-Verhältnis (B/C)/A für die Zeolith-Membrankomplexe 1 der Versuchsbeispiele 3 und 4 gezeigt. Dasselbe gilt für das Vergleichsbeispiel 2. Wie für den Atomprozentsatz B und das Innen-Außen-Element-Verhältnis (B/C)/A werden Werte an Positionen mit unterschiedlichen Tiefen von der Grenzfläche 113 gezeigt.

In Tabelle 2 sind für die Zeolith-Membrankomplexe 1 der Versuchsbeispiele 1 bis 4 die Infiltrationstiefe D der Zeolith-Membran 12, die sich aus den in Tabelle 1 dargestellten Messergebnissen ergibt, und die CO₂-Permeationsmenge (nMol/m²sPa), die ein Parameter ist, der den Druckverlust im Zeolith-Membrankomplex 1 anzeigt, dargestellt. Gleiches gilt für die Vergleichsbeispiele 1 und 2. Es ist zu beachten, dass die Elemente, die die Träger 11 der Versuchsbeispiele 1 und 2 bilden, und die Elemente, die den Träger des Vergleichsbeispiels 1 bilden, im Wesentlichen kein P enthalten. Die Elemente, die die Träger 11 der Versuchsbeispiele 3 und 4 bilden, und die Elemente, die den Träger des Vergleichsbeispiels 2 bilden, enthalten im Wesentlichen kein Si. Tabelle 1

	Typ des Zeoliths	Analysiertes Element	Atomprozentsatz A (Atm%)	Tiefe der Grenzfläche (µm)	Atomprozentsatz B (Atm%)	Porosität C (%)	(B/A)/C
Versuchsbeispiel 1	SAT	P	16,7	1	4,2	0,30	0,84
				2	2,8		0,56
				3	2,2		0,44
Versuchsbeispiel 2	SAT	P	16,7	3	4,7	0,30	0,94
				4	4,4		0,88
				5	0,7		0,14
Versuchsbeispiel 3	DDR	Si	33,3	1	8,3	0,30	0,83
				2	5,5		0,55
				3	2,0		0,20
Versuchsbeispiel 4	CHA	Si	31,3	3	8,2	0,30	0,87
				4	5,9		0,63
				5	1,5		0,16
Vergleichsbeispiel 1	SAT	P	16,7	4	4,6	0,30	0,92
				5	4,1		0,82
				6	1,8		0,36
Vergleichsbeispiel 2	CHA	Si	31,3	4	8,4	0,30	0,89
				5	7,7		0,82
				6	4,1		0,44

Tabelle 2

	Infiltrationstiefe D (µm)	CO₂-Permeationsmenge (nMol/m²/Pa/s)
Versuchsbeispiel 1	größer als 1 und kleiner als 2	2100
Versuchsbeispiel 2	größer als 4 und kleiner als 5	1400
Versuchsbeispiel 3	größer als 1 und kleiner als 2	1000
Versuchsbeispiel 4	größer als 3 und kleiner als 4	1900
Vergleichsbeispiel 1	größer als 5 und kleiner als 6	450
Vergleichsbeispiel 2	größer als 5 und kleiner als 6	500

In den Versuchsbeispielen 1 bis 4 ist die Infiltrationstiefe D der Zeolith-Membran 12 nicht größer als 5 µm und die CO₂-Permeationsmenge nicht kleiner als 1000. Somit liegt in den Versuchsbeispielen 1 bis 4 der Druckverlust bei der Gaspermeation durch den Zeolith-Membrankomplex 1 im bevorzugten Bereich. In den Vergleichsbeispielen 1 und 2 ist die Infiltrationstiefe D der Zeolith-Membran 12 größer als 5 µm, und die CO₂-Permeationsmenge ist nicht größer als 500. Somit ist in den Vergleichsbeispielen 1 und 2 der Druckverlust bei der Gaspermeation durch den Zeolith-Membrankomplex 1 groß und die Permeabilität ist gering. Die Dicken der Zeolith-Membranen in den Versuchsbeispielen 1 bis 4 und den Vergleichsbeispielen 1 und 2 sind alle etwa gleich und liegen bei etwa 5 µm. Was die Versuchsbeispiele 2 und 4 sowie die Vergleichsbeispiele 1 und 2 betrifft, so waren bei der Beobachtung der Innenseiten der Träger mit einem REM die jeweiligen Positionen, an denen jeweils zuerst ein Hohlraum (d.h. ein durch eine Pore des Trägers entstehender Hohlraum) in Tiefenrichtung senkrecht zur Grenzfläche zwischen der Zeolith-Membran und dem Träger beobachtet wurde, ähnlich und lagen etwa 2 bis 3 µm von der Grenzfläche entfernt.
Wie vorstehend beschrieben, beinhaltet der Zeolith-Membrankomplex 1 einen porösen Träger 11 und eine auf dem Träger 11 gebildete Zeolith-Membran 12. Ein Teil der Zeolith-Membran 12 ist durch die Grenzfläche 113 zwischen der Zeolith-Membran 12 und dem Träger 11 in die Poren des Trägers 11 eingesetzt. In Bezug auf ein Hauptelement, aus dem die Zeolith-Membran 12 besteht, ist der Abstand D in Tiefenrichtung senkrecht zur Grenzfläche 113 zwischen einer Position, an der das Innen-Außen-Element-Verhältnis (B/C)/A 0,8 beträgt, und der Grenzfläche 113 (d.h. die Infiltrationstiefe D der Zeolith-Membran 12) vorzugsweise nicht größer als 5 µm. B/C ist ein Wert, der durch Division des Atomprozentsatzes B des Hauptelements innerhalb des Trägers 11 durch die Porosität C des Trägers 11 erhalten wird. Das Innen-Außen-Element-Verhältnis (B/C)/A ist ein Verhältnis des Wertes zum Atomprozentsatz A des Hauptelements in der Zeolith-Membran 12.
Da der Teil der Zeolith-Membran 12 in die Poren des Trägers 11 eingebracht wird und die Infiltrationstiefe D der Zeolith-Membran 12 wie vorstehend nicht größer als 5 µm gemacht wird, ist es möglich, die Permeabilität des Zeolith-Membrankomplexes 1 zu erhöhen, während die Haftung der Zeolith-Membran 12 an dem Träger 11 erhalten bleibt. Beim Zeolith-Membrankomplex 1 ist die Infiltrationstiefe D der Zeolith-Membran 12 nicht größer als 4 µm und dies macht es möglich, die Permeabilität des Zeolith-Membrankomplexes 1 weiter zu erhöhen, während die Haftung der Zeolith-Membran 12 auf dem Träger 11 erhalten bleibt. Die Infiltrationstiefe D der Zeolith-Membran 12 ist nicht größer als 3 µm und dies macht es möglich, die Permeabilität des Zeolith-Membrankomplexes 1 unter Beibehaltung der Haftung der Zeolith-Membran 12 an dem Träger 11 noch wesentlich zu erhöhen. Unter dem Gesichtspunkt der Verbesserung der Haftung der Zeolith-Membran 12 auf dem Träger 11 ist die Infiltrationstiefe D der Zeolith-Membran 12 vorzugsweise nicht kleiner als 0,01 µm, bevorzugter nicht kleiner als 0,05 µm und weiter bevorzugt nicht kleiner als 0,1 µm.
In Bezug auf das Hauptelement, das die Zeolith-Membran 12 bildet, beträgt der Abstand D in Tiefenrichtung senkrecht zur Grenzfläche 113 zwischen der Position, an der das Innen-Außen-Element-Verhältnis (B/C)/A 0,8 beträgt, und der Grenzfläche 113 (d.h. die Infiltrationstiefe D der Zeolith-Membran 12) vorzugsweise nicht mehr als das 50-fache des mittleren Porendurchmessers des Trägers 11 in der Nähe der Oberfläche, auf der die Zeolith-Membran 12 gebildet wird. Es ist daher möglich, die Permeabilität des Zeolith-Membrankomplexes 1 zu erhöhen, während die Haftung der Zeolith-Membran 12 an dem Träger 11 wie vorstehend beschrieben erhalten bleibt. Die Infiltrationstiefe D der Zeolith-Membran 12 ist vorzugsweise nicht kleiner als einmal der mittlere Porendurchmesser des Trägers 11 in der Nähe der Oberfläche, auf der die Zeolith-Membran 12 gebildet wird. Dadurch wird die Haftung der Zeolith-Membran 12 an dem Träger 11 verbessert.
Im Zeolith-Membrankomplex 1 ist das vorstehend beschriebene Hauptelement vorzugsweise ein Element, das im Wesentlichen nicht im Träger 11 enthalten ist. Dadurch ist es möglich, den Atomprozentsatz B des Hauptelements innerhalb des Trägers 11 leicht zu bestimmen. Infolgedessen kann die Infiltrationstiefe D der Zeolith-Membran 12 leicht ermittelt werden.
Wie vorstehend beschrieben, enthält die Zeolith-Membran 12 der Versuchsbeispiele 1 und 2 mindestens AI, P und O. Wenn die Zeolith-Membran 12 wie vorstehend beschrieben ein Zeolith auf Aluminophosphatbasis ist, sind die Atomprozentsätze von AI und P in der Zeolith-Membran 12 fast gleich. Selbst wenn AI in den Bestandteilselementen des Trägers 11 enthalten ist, kann der Atomprozentsatz von AI innerhalb des Trägers 11 leicht durch Bestimmung des Atomprozentsatzes von P innerhalb des Trägers 11 ermittelt werden.
Im Zeolith-Membrankomplex 1 ist der Träger 11 ein Aluminiumoxid-Sinterkörper oder ein Mullit-Sinterkörper. Dadurch wird die Haftung der Impfkristalle am Träger 11 verbessert.
Das Verfahren zur Herstellung des Zeolith-Membrankomplexes 1 beinhaltet einen Schritt der Synthese von Zeolith durch hydrothermale Synthese und Gewinnung von Impfkristallen aus dem Zeolith (Schritt S11), einen Schritt der Abscheidung der Impfkristalle auf einem porösen Träger 11 (Schritt S13) und einen Schritt des Eintauchens des Trägers 11 in eine Ausgangsmateriallösung und des Züchtens von Zeolith aus den Impfkristallen durch hydrothermale Synthese, um dadurch eine Zeolith-Membran 12 auf dem Träger 11 zu bilden (Schritt S14).
Der Teil der Zeolith-Membran 12 wird in den Poren des Trägers 11 durch die Grenzfläche 113 zwischen der Zeolith-Membran 12 und dem Träger 11 wie vorstehend beschrieben eingesetzt. Die Infiltrationstiefe D der Zeolith-Membran 12, die vom Hauptelement, aus dem die Zeolith-Membran 12 besteht, abgeleitet ist, ist vorzugsweise nicht größer als 5 µm. Es ist daher möglich, die Permeabilität des Zeolith-Membrankomplexes 1 zu erhöhen, während die Haftung der Zeolith-Membran 12 an dem Träger 11 erhalten bleibt. Unter dem Gesichtspunkt der Erhöhung der Permeabilität des Zeolith-Membrankomplexes 1 unter Beibehaltung der Adhäsion der Zeolith-Membran 12 an dem Träger 11 ist die Infiltrationstiefe D der Zeolith-Membran 12 bevorzugter nicht größer als 4 µm und weiter bevorzugt nicht größer als 3 µm. Die Infiltrationstiefe D der Zeolith-Membran 12 ist vorzugsweise nicht kleiner als 0,01 µm, bevorzugter nicht kleiner als 0,05 µm und weiter bevorzugt nicht kleiner als 0,1 µm. Dies verbessert die Haftung der Zeolith-Membran 12 auf dem Träger 11.
Wie vorstehend beschrieben, beträgt die Infiltrationstiefe D der Zeolith-Membran 12 vorzugsweise nicht mehr als das 50-fache des mittleren Porendurchmessers des Trägers 11 in der Nähe der Oberfläche, auf der die Zeolith-Membran 12 gebildet wird. Es ist daher möglich, die Permeabilität des Zeolith-Membrankomplexes 1 zu erhöhen, während die Haftung der Zeolith-Membran 12 an dem Träger 11 wie vorstehend beschrieben erhalten bleibt. Die Infiltrationstiefe D der Zeolith-Membran 12 ist vorzugsweise nicht kleiner als einmal der mittlere Porendurchmesser des Trägers 11 in der Nähe der Oberfläche, auf der die Zeolith-Membran 12 gebildet wird. Dadurch wird die Haftung der Zeolith-Membran 12 an dem Träger 11 verbessert.
Bei der Herstellung des Zeolith-Membrankomplexes 1 ist die spezifische Oberfläche der in der Stufe S11 erhaltenen Impfkristalle nicht kleiner als 10 m²/g und nicht größer als 150 m²/g. Dadurch ist es möglich, die Impfkristalle auf dem Träger 11 dicht abzuscheiden. Die aus der Kristallkomponente erhaltene Stärke bei dem Beugungswinkel 2θ, der den maximalen Peak im Bereich des Beugungswinkels 2θ von 12° bis 25° in einem Röntgenbeugungsmuster angibt, das durch Emittieren von Röntgenstrahlen auf die Impfkristalle erhalten wird, ist nicht weniger als einmal und nicht mehr als 30-fach so hoch wie die aus der amorphen Komponente erhaltene. Wenn man also die aus der Kristallkomponente erhaltene Stärke auf nicht mehr als das 30-fache der aus der amorphen Komponente erhaltenen Stärke einstellt, ist es möglich, den Anteil der amorphen Komponente in den Impfkristallen relativ groß zu machen und die Haftung der Impfkristalle auf dem Träger 11 zu verbessern. Dadurch ist es möglich, die Impfkristalle dicht und gleichmäßig auf dem Träger 11 abzuscheiden. Weiterhin ist es möglich, durch Einstellung der Stärke, die von der Kristallkomponente erhalten wird, auf nicht weniger als einmal die von der amorphen Komponente, zu verhindern, dass der Anteil der Kristallkomponente in den Impfkristallen zu klein wird und den Zeolith bei der Bildung der Zeolith-Membran 12 in geeigneter Weise wachsen zu lassen. Dadurch ist es möglich, die dichte Zeolith-Membran 12 auf dem Träger 11 zu bilden.
Die Impfkristalle werden leicht auf dem Träger abgeschieden und eignen sich daher für Zeolith-Impfkristalle (zum Beispiel Zeolith, der zwei oder mehr beliebige von Si, AI und P oder Si enthält), die zur Verbesserung der Haftung auf dem Träger erforderlich sind. Darüber hinaus sind die Impfkristalle für Zeolith-Impfkristalle (zum Beispiel Zeolith, der mindestens AI, P und O enthält) besonders geeignet, von denen herkömmlicherweise angenommen wird, dass sie schwer auf einem Träger vom allgemeinen Typ abgeschieden werden.
Die Impfkristalle erzielen eine Verbesserung der Haftung am Träger, wie vorstehend beschrieben, und eignen sich daher besonders für die Abscheidung von Impfkristallen auf einer Oberfläche (zum Beispiel einer im Wesentlichen vertikalen Oberfläche bei der Herstellung des Zeolith-Membrankomplexes 1), auf der sich Impfkristalle aufgrund der Schwerkraftwirkung schwer abscheiden lassen, aus den Oberflächen des Trägers 11. Aus dem gleichen Gesichtspunkt sind die Impfkristalle besonders geeignet, um bei der Herstellung des Zeolith-Membrankomplexes 1 aus den Oberflächen des Trägers 11 heraus auf einer nach unten gerichteten Oberfläche abgeschieden zu werden. In jedem Fall ist es möglich, die Impfkristalle dicht und gleichmäßig auf dem Träger 11 abzuscheiden. Weiterhin ist die vorstehend beschriebene nach unten gerichtete Oberfläche eine Oberfläche, deren Normale von der horizontalen Richtung nach unten gerichtet ist, und beinhaltet sowohl eine Oberfläche, deren Normale vertikal nach unten gerichtet ist, als auch eine Oberfläche, deren Normale diagonal nach unten gerichtet ist. Selbstverständlich können die Impfkristalle nur dann auf einer in eine beliebige Richtung weisenden Oberfläche, wie zum Beispiel einer nach oben weisenden Oberfläche oder dergleichen abgelegt werden, wenn sie auf der Oberfläche des Trägers 11 abgelegt werden.
Der vorstehend beschriebene Zeolith-Membrankomplex 1 und das Verfahren zu seiner Herstellung lassen verschiedene Variationen zu.
Zum Beispiel ist das Verfahren zur Herstellung der Impfkristalle, die für die Synthese der Zeolith-Membran 12 verwendet werden, nicht auf die vorstehend beschriebene beschränkt und kann auf verschiedene Weise modifiziert werden. Die spezifische Oberfläche der Impfkristalle kann kleiner als 10 m²/g oder größer als 150 m²/g sein. Weiterhin wurden durch zusätzliche Änderung der Pulverisierungsbedingung für die ursprünglichen Kristalle die Fälle überprüft, in denen die spezifische Oberfläche der Impfkristalle kleiner als 10 m²/g und die spezifische Oberfläche größer als 150 m²/g war. Wenn die spezifische Oberfläche der Impfkristalle kleiner als 10 m²/g war, wurde bestätigt, dass die Haftung der Impfkristalle auf dem Träger 11 bis zu einem gewissen Grad reduziert war, im Vergleich zu dem Fall, wo die spezifische Oberfläche der Impfkristalle nicht kleiner als 10 m²/g und nicht größer als 150 m²/g ist. Wenn die spezifische Oberfläche der Impfkristalle größer als 150 m²/g war, wurde bestätigt, dass das Wachstum von Zeolith bei der Herstellung der Zeolith-Membran 12 bis zu einem gewissen Grad unterdrückt wurde, im Vergleich zu dem Fall, wo die spezifische Oberfläche der Impfkristalle nicht kleiner als 10 m²/g und nicht größer als 150 m²/g war. Weiterhin kann die aus der Kristallkomponente erhaltene Stärke bei dem Beugungswinkel 20, der den maximalen Peak im Bereich des Beugungswinkels 2θ von 12° bis 25° in einem Röntgenbeugungsmuster angibt, das durch Emittieren von Röntgenstrahlen auf die Impfkristalle erhalten wird, weniger als einmal die aus der amorphen Komponente erhaltene Stärke oder mehr als 30-fach betragen.
Das Element, dessen Atomprozentsätze A und B bei der Ermittlung der Infiltrationstiefe D der Zeolith-Membran 12 bestimmt werden, kann ein im Träger 11 enthaltenes Element (zum Beispiel AI) sein, solange es in Hauptelementen der Zeolith-Membran 12 enthalten ist. In diesem Fall wird der Atomprozentsatz B des in der Zeolith-Membran 12 enthaltenen Elements, der in den Poren des Trägers 11 festgelegt ist, berechnet, indem ein Wert, der einem Atomprozentsatz des in den Teilchen, die den Träger 11 bilden, enthaltenen Elements entspricht, von einem Atomprozentsatz des Elements, der im Inneren des Trägers 11 gemessen wird, subtrahiert wird. Die Infiltrationstiefe D der Zeolith-Membran 12 kann unter Verwendung der Atomprozentsätze A und B einer Vielzahl von Elementen aus den Hauptelementen der Zeolith-Membran 12 erhalten werden. Zum Beispiel kann es einen Fall geben, in dem eine Vielzahl von Infiltrationstiefen der Zeolith-Membran 12 jeweils unter Verwendung der Vielzahl von Elementen erhalten wird und ein Mittelwert der Vielzahl von Infiltrationstiefen als die Infiltrationstiefe D der Zeolith-Membran 12 erhalten wird.
In dem Fall, dass die Infiltrationstiefe D der Zeolith-Membran 12 nicht größer als 5 µm ist, muss die Infiltrationstiefe D nicht das 50-fache oder weniger des mittleren Porendurchmessers des Trägers 11 in der Nähe der Oberfläche, auf der die Zeolith-Membran 12 gebildet wird, betragen, sondern kann mehr als das 50-fache des mittleren Porendurchmessers betragen. Wenn die Infiltrationstiefe D der Zeolith-Membran 12 nicht mehr als das 50-fache des mittleren Porendurchmessers des Trägers 11 in der Nähe der Oberfläche, auf der die Zeolith-Membran 12 gebildet wird, beträgt, muss die Infiltrationstiefe D nicht unbedingt kleiner oder gleich 5 µm sein, kann aber größer als 5 µm sein.
Wie vorstehend beschrieben, sind die Impfkristalle und die Zeolith-Membran 12 nicht auf die des Zeoliths vom SAT-Typ beschränkt, sondern können auch Zeolithe mit jeder anderen Struktur sein. Die Impfkristalle und die Zeolith-Membran 12 müssen nicht aus reinem Aluminophosphat bestehen, sondern können jedes andere Element enthalten. Zum Beispiel können die Impfkristalle und die Zeolith-Membran 12 Mg-Atome, Si-Atome oder dergleichen enthalten. Außerdem müssen die Impfkristalle und die Zeolith-Membran 12 nicht unbedingt zwei oder mehr von Si, AI und P enthalten. Beispielsweise können die Impfkristalle und die Zeolith-Membran 12 aus Substanzen bestehen, die hauptsächlich SiO₂ enthalten (Silikalit oder dergleichen). Die Impfkristalle und die Zeolith-Membran 12 müssen nicht notwendigerweise Si enthalten.
Hinsichtlich der vorstehend beschriebenen Impfkristalle (insbesondere, wenn die spezifische Oberfläche nicht kleiner als 10 m²/g und nicht größer als 150 m²/g ist und die Stärke, die aus der Kristallkomponente bei dem vorstehend beschriebenen Beugungswinkel 2θ in einem Röntgenbeugungsmuster erhalten wird, nicht weniger als einmal und nicht mehr als das 30-fache der aus der amorphen Komponente erhaltenen Stärke beträgt), außer für den vorstehend beschriebenen Zeolith vom SAT-Typ, für Zeolith vom DDR-Typ, der Si enthält, Zeolith vom CHA-Typ, der Si und Al enthält, Zeolith vom AFX-Typ, der Si, AI und P enthält, Zeolith vom AEI-Typ, der AI und P enthält, und Zeolith vom ERI-Typ, der Al und P enthält, wird in ähnlicher Weise bestätigt, dass die Haftung der Impfkristalle auf dem Träger verbessert werden kann.
Der Zeolith-Membrankomplex 1 kann weiterhin eine Funktionsschicht oder eine auf die Zeolith-Membran 12 laminierte Schutzschicht enthalten. Eine solche Funktionsschicht oder eine Schutzschicht ist nicht auf die Zeolith-Membran beschränkt, sondern kann eine anorganische Membran wie eine Kohlenstoffmembran, eine Siliciumdioxid-Membran oder dergleichen oder eine organische Membran wie eine Polyimid-Membran, eine Silikon-Membran oder dergleichen sein.
Die Konfigurationen in den vorstehend diskutierten bevorzugten Ausführungsformen und Variationen dürfen nur dann angemessen kombiniert werden, wenn diese nicht miteinander in Konflikt stehen.
Obwohl die Erfindung im Einzelnen gezeigt und beschrieben wurde, ist die vorstehende Beschreibung in allen Aspekten erläuternd und nicht einschränkend. Es wird daher davon ausgegangen, dass zahlreiche Modifizierungen und Variationen ausgearbeitet werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen.
Industrielle Anwendbarkeit
Der Zeolith-Membrankomplex gemäß der vorliegenden Erfindung kann zum Beispiel als Gastrennmembran verwendet werden und kann auch in verschiedenen Bereichen unter Verwendung von Zeolithen eingesetzt werden, zum Beispiel als Trennmembran für andere Substanzen als Gase oder als Adsorptionsmembran für verschiedene Substanzen.
Bezugszeichenliste

1: Zeolith-Membrankomplex
11: Träger
12: Zeolith-Membran
113: Grenzfläche (zwischen Träger und Zeolith-Membran)
S11 bis S15, S111, S112: 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 2016/084845 [0002]
WO 2011/105511 [0079]
JP 2014198308 [0080]

Claims

Zeolith-Membrankomplex, umfassend: einen porösen Träger; und eine auf dem Träger gebildete Zeolith-Membran, wobei ein Teil der Zeolith-Membran in Poren des Trägers über eine Grenzfläche zwischen der Zeolith-Membran und dem Träger gesetzt ist, und ein Abstand zwischen der Grenzfläche und einer Position in einer Tiefenrichtung senkrecht zu der Grenzfläche nicht größer als 5 µm ist, wobei in Bezug auf ein Hauptelement, das die Zeolith-Membran bildet, ein Verhältnis (B/C)/A eines Wertes, der durch Dividieren eines Atomprozentsatzes B an der Position innerhalb des Trägers durch eine Porosität C des Trägers erhalten wird, zu einem Atomprozentsatz A in der Zeolith-Membran 0,8 beträgt.
Zeolith-Membrankomplex nach Anspruch 1, wobei der Abstand nicht größer als 4 µm ist.
Zeolith-Membrankomplex nach Anspruch 2, wobei der Abstand nicht größer als 3 µm ist.
Zeolith-Membrankomplex, umfassend: einen porösen Träger; und eine auf dem Träger gebildete Zeolith-Membran, wobei ein Teil der Zeolith-Membran in Poren des Trägers über eine Grenzfläche zwischen der Zeolith-Membran und dem Träger gesetzt ist, und ein Abstand zwischen der Grenzfläche und einer Position in einer Tiefenrichtung senkrecht zu der Grenzfläche nicht mehr als das 50-fache eines mittleren Porendurchmessers des Trägers in der Nähe einer Oberfläche beträgt, auf der die Zeolith-Membran gebildet ist, wobei in Bezug auf ein Hauptelement, das die Zeolith-Membran bildet, ein Verhältnis (B/C)/A eines Wertes, der durch Dividieren eines Atomprozentsatzes B an der Position innerhalb des Trägers durch eine Porosität C des Trägers erhalten wird, zu einem Atomprozentsatz A in der Zeolith-Membran 0,8 beträgt.
Zeolith-Membrankomplex nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Hauptelement ein Element ist, das im Wesentlichen nicht in dem Träger enthalten ist.
Zeolith-Membrankomplex nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Zeolith-Membran zwei oder mehr beliebige von Silizium, Aluminium und Phosphor oder Silizium enthält.
Zeolith-Membrankomplex nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Träger ein Aluminiumoxid-Sinterkörper oder ein Mullit-Sinterkörper ist.
Verfahren zur Herstellung eines Zeolith-Membrankomplexes, umfassend: a) Synthese von Zeolith durch hydrothermale Synthese und Gewinnung von Impfkristallen aus dem Zeolith; b) Abscheidung der Impfkristalle auf einem porösen Träger; und c) Eintauchen des Trägers in eine Ausgangsmateriallösung und Züchten von Zeolith aus den Impfkristallen durch hydrothermale Synthese, um dadurch eine Zeolith-Membran auf dem Träger zu bilden, wobei ein Teil der Zeolith-Membran in Poren des Trägers über eine Grenzfläche zwischen der Zeolith-Membran und dem Träger gesetzt ist, und ein Abstand zwischen der Grenzfläche und einer Position in einer Tiefenrichtung senkrecht zu der Grenzfläche nicht größer als 5 µm ist, wobei in Bezug auf ein Hauptelement, das die Zeolith-Membran innerhalb des Trägers bildet, ein Verhältnis (B/C)/A eines Wertes, der durch Dividieren eines Atomprozentsatzes B an der Position innerhalb des Trägers durch eine Porosität C des Trägers erhalten wird, zu einem Atomprozentsatz A in der Zeolith-Membran 0,8 beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines Zeolith-Membrankomplexes nach Anspruch 8, wobei der Abstand nicht größer als 4 µm ist.
Verfahren zur Herstellung eines Zeolith-Membrankomplexes nach Anspruch 9, wobei der Abstand nicht größer als 3 µm ist.
Verfahren zur Herstellung eines Zeolith-Membrankomplexes, umfassend: a) Synthese von Zeolith durch hydrothermale Synthese und Gewinnung von Impfkristallen aus dem Zeolith; b) Abscheidung der Impfkristalle auf einem porösen Träger; und c) Eintauchen des Trägers in eine Ausgangsmateriallösung und Züchten von Zeolith aus den Impfkristallen durch hydrothermale Synthese, um dadurch eine Zeolith-Membran auf dem Träger zu bilden, wobei ein Teil der Zeolith-Membran in Poren des Trägers über eine Grenzfläche zwischen der Zeolith-Membran und dem Träger gesetzt ist, und ein Abstand zwischen der Grenzfläche und einer Position in einer Tiefenrichtung senkrecht zu der Grenzfläche nicht mehr als das 50-fache eines mittleren Porendurchmessers des Trägers in der Nähe einer Oberfläche beträgt, auf der die Zeolith-Membran gebildet ist, wobei in Bezug auf ein Hauptelement, das die Zeolith-Membran innerhalb des Trägers bildet, ein Verhältnis (B/C)/A eines Wertes, der durch Dividieren eines Atomprozentsatzes B an der Position innerhalb des Trägers durch eine Porosität C des Trägers erhalten wird, zu einem Atomprozentsatz A in der Zeolith-Membran 0,8 beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines Zeolith-Membrankomplexes nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei eine spezifische Oberfläche der in dem Vorgang a) erhaltenen Impfkristalle nicht kleiner als 10 m²/g und nicht größer als 150 m²/g ist, und eine Stärke, die aus einer Kristallkomponente bei einem Beugungswinkel 2θ erhalten wird, der einen maximalen Peak in einem Bereich des Beugungswinkels 2θ von 12° bis 25° in einem Röntgenbeugungsmuster anzeigt, das durch Emittieren von Röntgenstrahlen auf die Impfkristalle erhalten wird, nicht weniger als einmal und nicht mehr als das 30-fache ist wie die, die aus einer amorphen Komponente erhalten wird.
Verfahren zur Herstellung eines Zeolith-Membrankomplexes nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Impfkristalle bei dem Vorgang b) auf einer im Wesentlichen vertikalen Oberfläche oder einer nach unten gerichteten Oberfläche bei der Herstellung des Zeolith-Membrankomplexes aus den Oberflächen des Trägers abgeschieden werden.