JP2000007306A - Production of porous inorganic film - Google Patents

Production of porous inorganic film

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JP2000007306A
JP2000007306A JP17258598A JP17258598A JP2000007306A JP 2000007306 A JP2000007306 A JP 2000007306A JP 17258598 A JP17258598 A JP 17258598A JP 17258598 A JP17258598 A JP 17258598A JP 2000007306 A JP2000007306 A JP 2000007306A
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ion
coating film
alkoxysilane
inorganic
inorganic porous
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JP17258598A
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Japanese (ja)
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Yoshiyuki Shin
佳之 新
Takaaki Onishi
孝明 大西
Kazuo Osada
和男 長田
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Kubota Corp
Original Assignee
Kubota Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a process for easily producing a porous inorganic film having high characteristics and uniform pore size using an alkoxysilane solution as a main agent even in a case that the solution contains other metallic materials. SOLUTION: This production process comprises a coating film formation process to apply an inorganic material composition composed mainly of an alkoxysilane solution containing water and a catalytic amount of an acid, incorporated with a metal salt soluble in the solvent of the solution and having a molar ratio of water to an alkoxysilane (H2O/Si) of <=4 and a pH of 1-2.5 to a porous inorganic substrate and dry the applied composition to form an amorphous coating film and a heating process to heat the amorphous coating film under a low-temperature normal-pressure condition not to cause the crystallization of the film by hydrolysis.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、無機多孔質膜の製
造方法に関する。
[0001] The present invention relates to a method for producing an inorganic porous membrane.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、無機多孔質膜としては、強酸性、
若しくは、強アルカリ性条件下で、ゼオライトを水熱合
成した後、薄膜状に成形し無機多孔質膜として用いる、
もしくは、多孔質ガラス用材料を支持体上に塗布して薄
膜状に固化させ、無機多孔質膜に形成することが行われ
ている。
2. Description of the Related Art Conventionally, inorganic porous membranes have been known to be strongly acidic,
Or, under strong alkaline conditions, after hydrothermal synthesis of zeolite, molded into a thin film and used as an inorganic porous membrane,
Alternatively, a porous glass material is applied on a support, solidified into a thin film, and formed into an inorganic porous film.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の無機多
孔質膜のうち、ゼオライトを薄膜状に成形する製造技術
の一つである水熱合成は、高価な設備を必要としたり、
高温高圧の高いエネルギー供給を必要とすること等か
ら、非常に高価な合成方法と言わざるを得なかった。ま
た、得られるゼオライトライトの結晶個々には、細かい
径を有する均一な「細孔」が形成されるものの、ゼオラ
イトが多結晶状態で得られるため、たとえその細孔の孔
径が適正なものでかつ大きさの揃った均一なものであっ
たとしても、結晶粒子どうしの間に、前記細孔よりも大
きく不均一な「空隙」が生じるので、全体としては、緻
密な細孔を均一に有する無機多孔質膜にはならず、例え
ば、気体分離用の分子ふるいとして用いるような高度な
分離能(細孔の特性)を必要とする用途には不適切なも
のとならざるを得なかった。また、多孔質ガラス材料を
薄膜状に形成するには、細かい径を有する均一な細孔が
形成されにくく、やはり、細孔の特性が高度に必要とな
る用途には適用することが困難であった。特に、前記多
孔質ガラス用材料を支持体上に塗布して薄膜状に固化さ
せる技術にあっては、前記支持体の表面状態によって
は、形成された薄膜にピンホールやクラックが生じやす
く、たとえ均一な細孔が形成できたとしても、やはり、
全体として均一でない「ムラのある」多孔質膜にならざ
るを得ないという実情があった。
Among the above-mentioned conventional inorganic porous membranes, hydrothermal synthesis, which is one of the production techniques for forming zeolite into a thin film, requires expensive equipment,
Because of the need for high-temperature, high-pressure, high-energy supply and the like, it has to be said that this is a very expensive synthesis method. In addition, although the obtained zeolite crystals individually have uniform `` pores '' having a small diameter, since zeolite is obtained in a polycrystalline state, even if the pore diameter of the pores is appropriate and Even if the particles are uniform and uniform in size, a non-uniform “gap” larger than the pores is generated between the crystal grains, so that the inorganic particles having dense pores uniformly are formed as a whole. It is not a porous membrane and must be unsuitable for applications requiring a high degree of separation ability (characteristics of pores), for example, as a molecular sieve for gas separation. In addition, in order to form a porous glass material into a thin film, uniform fine pores having a small diameter are difficult to form, and it is also difficult to apply the porous glass material to applications that require a high degree of pore characteristics. Was. In particular, in the technique of coating the porous glass material on a support and solidifying the material into a thin film, depending on the surface condition of the support, pinholes and cracks are likely to occur in the formed thin film. Even if uniform pores could be formed,
There was a fact that a porous film having "unevenness" which was not uniform as a whole had to be obtained.

【0004】そこで、アルコキシシラン類溶液を主成分
とする無機材料組成物を、無機多孔質支持体上に塗布、
乾燥して非結晶性塗膜を形成する塗膜形成工程、及び、
前記非結晶性塗膜を前記加水分解による結晶化をさせな
い低温かつ常圧の条件下で加熱処理する加熱工程を行う
無機多孔質膜の製造方法が提案されている。しかしなが
ら、前記無機材料組成物は、アルコキシシラン類のみを
主成分として含有している場合に、耐水性、耐薬品性等
の耐久性が十分でなく、これを改善したいという要請が
ある。これら耐久性の改善のために前記非結晶性塗膜に
他の金属のアルコキシドを含有させることが考えられる
のであるが、このように複数種のアルコキシドを加水分
解させて製膜する際には、そのアルコキシド間で加水分
解速度が異なり、均一な組成物として製膜することが困
難となる場合が多い。具体的には、反応速度の速い他の
金属アルコキシドが先に加水分解して沈殿を生じ、アル
コキシシランとの反応を効率よく行えないという問題が
生じやすいのである。このような場合には、種々の添加
剤を前記無機材料組成物に添加し、反応速度を抑制して
製膜する必要があり、添加剤の使用により製膜工程が複
雑化するとともに、種々の金属材料毎に反応速度を適切
に制御することは困難である等、実用性に問題があっ
た。
Therefore, an inorganic material composition containing an alkoxysilane solution as a main component is coated on an inorganic porous support.
A coating film forming step of drying to form an amorphous coating film, and
There has been proposed a method for producing an inorganic porous membrane in which a heating step is performed in which the amorphous coating film is subjected to a heat treatment at a low temperature and a normal pressure so as not to be crystallized by the hydrolysis. However, when the inorganic material composition contains only alkoxysilanes as a main component, durability such as water resistance and chemical resistance is not sufficient, and there is a demand to improve the durability. It is conceivable that the amorphous coating contains an alkoxide of another metal in order to improve the durability, but when forming a film by hydrolyzing a plurality of types of alkoxides as described above, The hydrolysis rate differs between the alkoxides, and it is often difficult to form a film as a uniform composition. More specifically, another metal alkoxide having a high reaction rate is first hydrolyzed to form a precipitate, and the problem that the reaction with alkoxysilane cannot be efficiently performed tends to occur. In such a case, it is necessary to add various additives to the inorganic material composition to form a film while suppressing the reaction rate. There is a problem in practicality, for example, it is difficult to appropriately control the reaction rate for each metal material.

【0005】従って、本発明の目的は、上記欠点に鑑
み、アルコキシシラン類溶液を主剤とする場合に、他の
金属材料を含有する場合であっても、細孔の孔径を均一
に形成し、高い特性を有する無機多孔質膜を容易に製造
する方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for forming a uniform pore size even when other metal materials are contained when an alkoxysilane solution is used as a main component. An object of the present invention is to provide a method for easily producing an inorganic porous membrane having high characteristics.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明の特徴構成は、水及び触媒量の酸を含むアルコ
キシシラン類溶液を主材としてあるとともに、その溶媒
に可溶性の金属塩を前記溶液に添加してあり、かつ、水
とアルコキシシラン類とのモル比率(H2O/Si)が4
以下であるpH1〜2.5の無機材料組成物を、無機多
孔質支持体上に塗布、乾燥して非結晶性塗膜を形成する
塗膜形成工程、及び、前記非結晶性塗膜を前記加水分解
による結晶化をさせない低温かつ常圧、具体的には例え
ば150℃〜700℃、好ましくは300℃〜500℃
の条件下で加熱処理する加熱工程を行うことにあり、前
記金属塩がジルコニウム塩であることが好ましく、ま
た、前記加熱処理を500℃で2時間以上であることが
好ましく、前記無機材料組成物にアンモニウムイオンホ
スホニウムイオンアミン類から選ばれる少なくとも一種
のテンプレート剤、具体的にはテトラn−ブチルアンモ
ニウムイオン((n−C49)4+) 、テトラn−プロピ
ルアンモニウムイオン((n−C37)4+) 、テトラエ
チルアンモニウムイオン((C25)4+) 、テトラメチ
ルアンモニウムイオン((CH3)4+) 、n−プロピルト
リメチルアンモニウムイオン((n−C37)(CH3)
3+) 、ベンジルトリメチルアンモニウムイオン((C7
7)(CH3)3+) 、テトラn−ブチルホスホニウムイ
オン((n−C49)4+) 、ベンジルトリフェニルホス
ホニウムイオン((C77)(C65)3+)、1,4−ジ
メチル−1,4−ジアゾビシクロ(2、2、2)オクタ
ン、ピロリジン、n−プロピルアミン(n−C37NH
2)、メチルキヌクリジン、の少なくとも一種のものを加
えてあっても良く、前記無機材料組成物におけるアルコ
キシシラン類と、金属塩とのモル比(Si:M(Mは金
属))が0.95:0.05〜0.3:0.7であるこ
とが望ましい。
In order to achieve this object, a feature of the present invention is that an alkoxysilane solution containing water and a catalytic amount of an acid is used as a main material, and a metal salt soluble in the solvent is used. And the molar ratio of water to alkoxysilanes (H 2 O / Si) is 4
The following inorganic material composition having a pH of 1 to 2.5 is applied on an inorganic porous support, and a coating film forming step of drying to form an amorphous coating film, and the amorphous coating film Low temperature and normal pressure not causing crystallization by hydrolysis, specifically, for example, 150 ° C to 700 ° C, preferably 300 ° C to 500 ° C
Wherein the metal salt is preferably a zirconium salt, and the heat treatment is preferably performed at 500 ° C. for 2 hours or more, and the inorganic material composition at least one templating agent selected from ammonium ion phosphonium ion amines, specifically tetra-n- butylammonium ion ((n-C 4 H 9 ) 4 n +), tetra-n- propylammonium ion ((n- C 3 H 7) 4 n + ), tetraethylammonium ion ((C 2 H 5) 4 n +), tetramethylammonium ion ((CH 3) 4 n + ), n- propyl trimethyl ammonium ion ((n-C 3 H 7) (CH 3)
3 N + ), benzyltrimethylammonium ion ((C 7
H 7) (CH 3) 3 N +), tetra-n- butyl phosphonium ion ((n-C 4 H 9 ) 4 P +), benzyl triphenyl phosphonium ion ((C 7 H 7) ( C 6 H 5) 3 P + ), 1,4-dimethyl-1,4-diazobicyclo (2,2,2) octane, pyrrolidine, n-propylamine (nC 3 H 7 NH)
2 ) and methylquinuclidine may be added, and the molar ratio (Si: M (M is a metal)) between the alkoxysilanes and the metal salt in the inorganic material composition is 0. .95: 0.05 to 0.3: 0.7.

【0007】〔作用効果〕酸触媒を含有するアルコキシ
シラン類は、縮重合することにより、アモルファス状の
酸化ケイ素(SiO2)(以下シリカと略称する)を生成
する。このシリカは、水とアルコキシシラン類とのモル
比率(H2O/Si)が小さい場合には、鎖状の高分子と
なると考えられている。そこで本発明者らは、テンプレ
ート剤を添加した状態で、前記アルコキシシラン類溶液
を、含水量が低く、重合速度の遅い条件下で縮重合させ
ると、鎖状のシリカが、前記テンプレート剤の周囲に集
合し、アモルファス状でかつ鎖状の高分子となり、前記
テンプレート剤により規格化された細孔となるのではな
いか、と考え、種々の反応条件を検討したところ、前記
無機材料組成物のpHが1〜2.5であれば、前記アル
コキシシラン類の縮重合速度が低く、緻密にゲル化する
ことから、水とアルコキシシラン類とのモル比率(H2
O/Si)が4以下で、かつ、pH1〜2.5の無機材
料組成物を、低温かつ常圧の条件下で加熱処理すること
によって、均一な孔径を多数有する非結晶状態の多孔質
構造を得られるという知見をすでに得ている。
[Effects] Alkoxysilanes containing an acid catalyst produce amorphous silicon oxide (SiO 2 ) (hereinafter abbreviated as silica) by condensation polymerization. This silica is considered to be a chain polymer when the molar ratio of water to alkoxysilanes (H 2 O / Si) is small. Then, the present inventors, in the state of adding the template agent, the condensation polymerization of the alkoxysilanes solution under low water content, low polymerization rate conditions, chain silica, around the template agent Gathered into an amorphous and chain-like polymer, and considered to be pores standardized by the template agent, considering various reaction conditions, and examining various reaction conditions, the inorganic material composition When the pH is 1 to 2.5, the condensation polymerization rate of the alkoxysilanes is low and the mixture is densely gelled, so that the molar ratio of water to the alkoxysilanes (H 2
By subjecting an inorganic material composition having an O / Si) of 4 or less and a pH of 1 to 2.5 to heat treatment under low-temperature and normal-pressure conditions, an amorphous porous structure having a large number of uniform pore sizes is obtained. We have already obtained the knowledge that we can obtain.

【0008】ところが、前記知見から、前記多孔質構造
に他の金属を取り込ませる際に、前記無機材料組成物が
加水分解反応を媒介として他の金属を取り込ませること
を期待しつつ、他の金属のアルコキシドを利用した製膜
方法を試みた場合に、アルコキシド同士の反応性が異な
る場合に期待通りの反応が起きず、反応性に優れるもの
同士が先に反応して沈殿を生じるという問題点を見いだ
したのである。そこで、他の金属について添加の形態を
種々検討したところ、前記他の金属を金属塩の形で添加
した場合に、シリカ薄膜に対して、沈殿を生じることも
なく均一に取り込ませることが出来るという新知見を得
た。
However, from the above findings, when incorporating the other metal into the porous structure, the inorganic material composition is expected to incorporate the other metal through a hydrolysis reaction, while the other metal is incorporated. When the film forming method using the alkoxide of the above is tried, the reaction does not occur as expected when the reactivity between the alkoxides is different, and the one having excellent reactivity reacts first and precipitates. I found it. Therefore, when various forms of addition of the other metal were examined, it was found that when the other metal was added in the form of a metal salt, the silica thin film could be uniformly incorporated without causing precipitation. New knowledge was obtained.

【0009】本発明は上記新知見に基づくものであっ
て、水及び触媒量の酸を含むアルコキシシラン類溶液を
主材としてあるとともに、その溶媒に可溶性の金属塩を
前記溶液に添加してあり、かつ、水とアルコキシシラン
類とのモル比率(H2O/Si)が4以下であるpH1〜
2.5の無機材料組成物を、無機多孔質支持体上に塗
布、乾燥して非結晶性塗膜を形成する塗膜形成工程、及
び、前記非結晶性塗膜を前記加水分解による結晶化をさ
せない低温かつ常圧の条件下で加熱処理する加熱工程を
行うだけの簡単な方法で、均一な孔径を多数有する非結
晶状態の多孔質膜を低エネルギーで合成できるようにな
った。そのため、従来は、利用できなかったような、例
えば、気体分離用の分子ふるいとしての利用できる多孔
質膜を安価に提供する事が出来た。
[0009] The present invention is based on the above-mentioned new findings, and comprises, as a main material, an alkoxysilane solution containing water and a catalytic amount of an acid, and adding a metal salt soluble in the solvent to the solution. And a molar ratio of water to alkoxysilanes (H 2 O / Si) of pH 1 or less of 4 or less.
Coating the inorganic material composition of 2.5 on an inorganic porous support and drying to form a non-crystalline coating; and crystallizing the non-crystalline coating by the hydrolysis. A non-crystalline porous film having a large number of uniform pore diameters can be synthesized with low energy by a simple method of simply performing a heating step of performing a heat treatment under low-temperature and normal-pressure conditions to prevent the formation of a porous film. Therefore, a porous membrane that could not be used conventionally, for example, a porous membrane that can be used as a molecular sieve for gas separation could be provided at low cost.

【0010】前記金属塩がジルコニウム塩であれば、セ
ラミクスを用いる技術分野では、シリカ系のセラミクス
にジルコニウムを加えた場合に耐水性が向上することが
知られていることからも高い耐久性を有する多孔質膜が
得られるものと期待される。
If the metal salt is a zirconium salt, the technical field using ceramics has high durability because it is known that water resistance is improved when zirconium is added to silica-based ceramics. It is expected that a porous membrane will be obtained.

【0011】上述の加熱処理条件としては、500℃で
2時間以上としておくことで、結晶化にはいたらず、か
つ、良好な多孔質膜を合成するのに好適である。前記無
機材料組成物にアンモニウムイオンホスホニウムイオン
アミン類から選ばれる少なくとも一種のテンプレート
剤、具体的には、テトラn−ブチルアンモニウムイオン
((n−C49)4+) 、テトラn−プロピルアンモニウ
ムイオン((n−C37)4+) 、テトラエチルアンモニ
ウムイオン((C25)4+) 、テトラメチルアンモニウ
ムイオン((CH3)4+) 、n−プロピルトリメチルアン
モニウムイオン((n−C37)(CH3)3+) 、ベンジル
トリメチルアンモニウムイオン((C77)(CH3)3+)
、テトラn−ブチルホスホニウムイオン((n−C49)
4+) 、ベンジルトリフェニルホスホニウムイオン((C
77)(C65)3+)、1,4−ジメチル−1,4−ジ
アゾビシクロ(2、2、2)オクタン、ピロリジン、n
−プロピルアミン(n−C37NH2)、メチルキヌクリ
ジン、の少なくとも一種のものを添加してあれば、前記
鎖状のシリカを集合させた状態で、さらにそのシリカを
加水分解して縮重合させるのに好都合であるとともに、
加熱処理により容易にシリカから除去されるので、その
テンプレート剤の大きさに規定される均一な径の細孔を
多数形成できる。また、前記無機材料組成物における水
とアルコキシシラン類とのモル比(H2O:Si)が0.
1〜150であると、前記シリカが鎖状に成長しやす
く、かつ、結晶化しにく、さらに、前記無機材料組成物
における酸が塩酸であり、その添加量が水に対して1/
105〜1/10であると、適度な重合条件が得られる
ので好都合である。ただし、本発明によれば、テンプレ
ート剤を採用しなくても良好に制御された孔径のものが
得られやすく、反応条件の簡便さからテンプレート剤を
採用しない合成法を利用することが可能である。
The above-mentioned heat treatment conditions of 500 ° C. for 2 hours or more are suitable for synthesizing a good porous film without causing crystallization. At least one template agent selected from ammonium ion phosphonium ion amines in the inorganic material composition, specifically, tetra n-butyl ammonium ion
((nC 4 H 9 ) 4 N + ), tetra n-propyl ammonium ion ((n-C 3 H 7 ) 4 N + ), tetraethyl ammonium ion ((C 2 H 5 ) 4 N + ), tetra Methyl ammonium ion ((CH 3 ) 4 N + ), n-propyltrimethyl ammonium ion ((n-C 3 H 7 ) (CH 3 ) 3 N + ), benzyltrimethyl ammonium ion ((C 7 H 7 ) (CH 3) 3 N +)
, Tetra n- butyl phosphonium ion ((n-C 4 H 9 )
4 P + ), benzyltriphenylphosphonium ion ((C
7 H 7) (C 6 H 5) 3 P +), 1,4- dimethyl-1,4-diazabicyclo (2,2,2) octane, pyrrolidine, n
- propylamine (n-C 3 H 7 NH 2), if the addition of one of at least one methyl quinuclidine, while being set to the chain-like silica, the silica was hydrolyzed more Is convenient for condensation polymerization.
Since it is easily removed from the silica by the heat treatment, many pores having a uniform diameter defined by the size of the template agent can be formed. Further, the molar ratio of water to alkoxysilanes (H 2 O: Si) in the inorganic material composition is 0.1.
When it is 1 to 150, the silica easily grows in a chain form and is difficult to be crystallized. Further, the acid in the inorganic material composition is hydrochloric acid, and the amount of addition is 1/100 with respect to water.
When it is 10 5 to 1/10, suitable polymerization conditions can be obtained, which is advantageous. However, according to the present invention, it is easy to obtain a well-controlled pore diameter without using a template agent, and it is possible to use a synthesis method that does not employ a template agent because of simple reaction conditions. .

【0012】前記無機材料組成物におけるアルコキシシ
ラン類と、金属塩とのモル比(Si:M(Mは金属))
が0.95:0.05〜0.3:0.7であると得られ
る無機多孔質膜の耐久性を向上させやすく、かつ、孔径
の制御された多孔質膜が得られる。
The molar ratio of the alkoxysilanes to the metal salt in the inorganic material composition (Si: M (M is a metal))
Is from 0.95: 0.05 to 0.3: 0.7, it is easy to improve the durability of the obtained inorganic porous membrane, and a porous membrane having a controlled pore diameter can be obtained.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。まず、表1に示す無機材料組成物1を調整する。
この無機材料組成物を多孔質支持体の外表面にディップ
コーティングし、乾燥して塗膜を形成する(塗膜形成工
程)。得られた塗膜は、乾燥の後、焼成(加熱工程)
し、無機多孔質膜に形成する。同様に、無機材料組成物
2〜12についても塗膜形成工程、加熱工程を行い、無
機多孔質膜を形成した。尚、塗膜形成工程、加熱工程は
交互に繰り返して行った。
Embodiments of the present invention will be described below. First, an inorganic material composition 1 shown in Table 1 is prepared.
This inorganic material composition is dip-coated on the outer surface of the porous support and dried to form a coating film (coating film forming step). After the obtained coating film is dried, baking (heating step)
Then, an inorganic porous film is formed. Similarly, with respect to the inorganic material compositions 2 to 12, a coating film forming step and a heating step were performed to form an inorganic porous film. The coating film forming step and the heating step were alternately repeated.

【0014】[0014]

【表1】 但し、TEOS:テトラエトキシシラン、 Zr:オキシ塩化ジルコニウム・8水和物、 TPABr:臭化テトラプロピルアンモニウム TEABr:臭化テトラエチルアンモニウム TBABr:臭化テトラブチルアンモニウム TMABr:臭化テトラメチルアンモニウム であり、各数値はモル比である。また、加熱は、各コー
ティングの過程で、室温で1時間の乾燥後、昇温速度
0.5℃/minで行った。
[Table 1] However, TEOS: tetraethoxysilane, Zr: zirconium oxychloride octahydrate, TPABr: tetrapropylammonium bromide TEABr: tetraethylammonium bromide TBABr: tetrabutylammonium bromide TMABr: tetramethylammonium bromide Values are molar ratios. Heating was performed at a heating rate of 0.5 ° C./min after drying at room temperature for 1 hour in the course of each coating.

【0015】〔無機材料組成物の調整〕アルコキシシラ
ンのエタノール溶液に、酸触媒を兼ねるオキシ塩化ジル
コニウム・8水和物の含水エタノール溶液をゆっくりと
滴下し、表1の組成比となるように混合、さらに1時間
攪拌することによりゾル状の組成物を得る事が出来る。
これに、所定量のテンプレート剤を加え、大気中室温で
1時間攪拌して無機材料組成物とする。尚、金属塩を添
加した溶液が、酸性条件にならない場合には、塩酸等、
他に触媒量の酸を加えて、アルコキシドの加水分解を行
えるようにすれば良い。
[Adjustment of Inorganic Material Composition] A hydrous ethanol solution of zirconium oxychloride octahydrate, which also serves as an acid catalyst, is slowly dropped into an ethanol solution of alkoxysilane, and mixed so as to have a composition ratio shown in Table 1. By further stirring for one hour, a sol-like composition can be obtained.
To this, a predetermined amount of a template agent is added, and the mixture is stirred at room temperature in the air for 1 hour to obtain an inorganic material composition. If the solution to which the metal salt is added does not reach acidic conditions, hydrochloric acid or the like may be used.
In addition, a catalytic amount of an acid may be added so that the alkoxide can be hydrolyzed.

【0016】〔塗膜形成工程〕多孔質支持体としては、
平均細孔径200nmの多孔質アルミナチューブを用い
る。前記無機材料組成物に前記多孔質支持体を浸漬して
おき、前記無機材料組成物の攪拌混合条件下、0.5m
m/秒の速度で引き上げて前記多孔質支持体表面に前記
無機材料組成物を塗布する(ディップコーティング)。
これを、室温で1時間乾燥して、塗膜とする。
[Coating film forming step] As the porous support,
A porous alumina tube having an average pore diameter of 200 nm is used. The porous support is immersed in the inorganic material composition, and 0.5 m
The inorganic material composition is applied to the surface of the porous support by pulling up at a speed of m / sec (dip coating).
This is dried at room temperature for 1 hour to obtain a coating film.

【0017】〔加熱工程〕乾燥して得られた塗膜は50
0℃に昇温後2時間加熱することにより、ガラス状の無
機多孔質膜として得られる。
[Heating Step] The coating film obtained by drying is 50
By heating to 0 ° C. and then heating for 2 hours, a glass-like inorganic porous film can be obtained.

【0018】〔別実施形態〕上述の実施の形態では、テ
ンプレート剤として、TPABr、TEABr、TBA
Br、TMABrを用いたが、n−プロピルトリメチル
アンモニウムイオン((n−C37)(CH3)3+) 、ベン
ジルトリメチルアンモニウムイオン((C77)(CH3)3
+) 、テトラn−ブチルホスホニウムイオン((n−C4
9)4+) 、ベンジルトリフェニルホスホニウムイオン
((C77)(C65)3+)、1,4−ジメチル−1,4
−ジアゾビシクロ(2、2、2)オクタン、ピロリジ
ン、n−プロピルアミン(n−C37NH2)、メチルキ
ヌクリジン、等を用いることもでき、テンプレート剤が
カチオンとして働くものである場合は、ハロゲン化物、
水酸化物等の形態で用いる事が出来る。要するに、アン
モニウムイオン、ホスホニウムイオン、アミン類から選
ばれる少なくとも一種からなる要素を備えたものであれ
ば良い。また、アルコキシシラン類としては、TEO
S、以外に、TMOS(テトラメトキシシラン)、テト
ラプロポキシシラン(Si(OC37)4)、テトラブトキ
シシラン(Si(OC49)4)等を用いる事が出来、加水
分解により縮重合してシリカを生成可能な材料であれば
良い。また、アルコキシシランには、急速な加水分解が
起きない程度の範囲でジルコニウム、アルミニウム、チ
タニウムのアルコキシド等の金属アルコキシドを混合し
てあってもよい。さらに金属塩としても、オキシ塩化ジ
ルコニウムに替えて他のジルコニウム塩を用いてもよ
く、またさらに、アルミニウム塩、チタニウム塩等を用
いることも出来る。また、水とアルコキシシラン類との
モル比(H2O:Si) は、特に1〜4が望ましく、こ
の様な条件下では、前記シリカは、フラクタル次元の低
い鎖状の高分子になりやすい。さらに、このような条件
下で酸触媒を用いる場合には、塩酸、硝酸、酢酸、トリ
フルオロ酢酸、パラトルエンスルホン酸等が利用できる
が、塩酸が特に望ましく、先の無機材料組成物のpHを
1〜2.5にする添加量である場合に、特に重合速度を
遅く出来る。
[Other Embodiments] In the above-described embodiment, TPABr, TEABr, TBA
Br, was used TMABr, n- propyl trimethyl ammonium ion ((n-C 3 H 7 ) (CH 3) 3 N +), benzyltrimethylammonium ion ((C 7 H 7) ( CH 3) 3
N + ), tetra n-butylphosphonium ion ((n-C 4
H 9 ) 4 P + ), benzyltriphenylphosphonium ion
((C 7 H 7) ( C 6 H 5) 3 P +), 1,4- dimethyl-1,4
- diazabicyclo (2,2,2) octane, pyrrolidine, n- propylamine (n-C 3 H 7 NH 2), in which methyl quinuclidine, and the like can also be used, working template agent as cation If the halide,
It can be used in the form of a hydroxide or the like. In short, any material having at least one element selected from ammonium ions, phosphonium ions, and amines may be used. Further, as the alkoxysilanes, TEO
In addition to S, TMOS (tetramethoxysilane), tetrapropoxysilane (Si (OC 3 H 7 ) 4 ), tetrabutoxy silane (Si (OC 4 H 9 ) 4 ), and the like can be used, and are reduced by hydrolysis. Any material can be used as long as it can polymerize to produce silica. Further, a metal alkoxide such as an alkoxide of zirconium, aluminum, or titanium may be mixed with the alkoxysilane to such an extent that rapid hydrolysis does not occur. Further, as the metal salt, another zirconium salt may be used instead of zirconium oxychloride, and further, an aluminum salt, a titanium salt, or the like may be used. Further, the molar ratio (H 2 O: Si) of water to alkoxysilanes is particularly preferably from 1 to 4. Under such conditions, the silica tends to be a chain polymer having a low fractal dimension. . Further, when an acid catalyst is used under such conditions, hydrochloric acid, nitric acid, acetic acid, trifluoroacetic acid, paratoluenesulfonic acid and the like can be used, but hydrochloric acid is particularly desirable, and the pH of the inorganic material composition is adjusted. When the amount is 1 to 2.5, the polymerization rate can be particularly slowed down.

【0019】[0019]

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。先の実施
の形態によって得られた無機多孔質膜を用いて窒素ガス
と炭酸ガスとの分離性能、及び、窒素ガスとヘリウムガ
スとの分離性能を測定したところ、表2のようになっ
た。
Embodiments of the present invention will be described below. The separation performance of nitrogen gas and carbon dioxide gas and the separation performance of nitrogen gas and helium gas were measured using the inorganic porous membrane obtained in the above embodiment, and the results are shown in Table 2.

【0020】[0020]

【表2】 但し、α(ガス1/ガス2)は、各温度において無機多
孔質膜を透過する純ガス1の透過速度P(ガス1)と純
ガス2の透過速度P(ガス2)の比である。
[Table 2] Here, α (gas 1 / gas 2) is the ratio of the permeation speed P (gas 1) of the pure gas 1 permeating the inorganic porous membrane to the permeation speed P (gas 2) of the pure gas 2 at each temperature.

【0021】また、表2に用いた各ガス種のガス透過速
度P(ガス)は、各温度において表3に示す値を示す。
The gas permeation speed P (gas) of each gas type used in Table 2 shows the value shown in Table 3 at each temperature.

【0022】[0022]

【表3】 [Table 3]

【0023】表2より、本発明の無機多孔質膜は、高い
ガス分離性能を示すことが分かり、このことは同時に、
無機多孔質膜が制御された均質な孔径を有することを示
唆しており、触媒、吸着剤等の種々の用途で好適な性能
を発揮することが期待される。また、表3より、十分な
ガス透過量が得られる事も分かり、気体分離膜として十
分高い性能を発揮する事が証明できた。尚、ガス透過膜
としての用途を考えた場合、表2と表3の各データの相
関を取ると、比較的高温での炭酸ガス分離が効率よく行
えることが分かり、例えば、燃焼装置からの排ガス中の
炭酸ガス排出量低減に寄与することがわかる。また、テ
ンプレート剤の添加量について検討すると、テンプレー
ト剤の増加に従い、ガス透過率は増加する傾向にある
が、逆にあまりテンプレート剤が増え過ぎると、ガス選
択性が低下することが判り、テンプレート剤(T)はア
ルコキシシラン類と金属塩との総量(S)に対してS:
T(モル比)が1:0.05〜1:0.5となるように
添加することが好ましいことが判る。
From Table 2, it can be seen that the inorganic porous membrane of the present invention shows high gas separation performance.
This suggests that the inorganic porous membrane has a controlled and uniform pore size, and is expected to exhibit suitable performance in various uses such as a catalyst and an adsorbent. Also, from Table 3, it was found that a sufficient gas permeation amount was obtained, and it was proved that the gas separation membrane exhibited sufficiently high performance. When considering the use as a gas permeable membrane, the correlation between the data in Tables 2 and 3 shows that carbon dioxide gas can be efficiently separated at a relatively high temperature. It is understood that it contributes to the reduction of carbon dioxide emission in the inside. When the amount of the template agent is examined, the gas permeability tends to increase as the amount of the template agent increases. On the other hand, if the amount of the template agent increases too much, the gas selectivity decreases. (T) is S with respect to the total amount (S) of alkoxysilanes and metal salt:
It is understood that it is preferable to add T (molar ratio) so as to be 1: 0.05 to 1: 0.5.

フロントページの続き (72)発明者 長田 和男 茨城県竜ケ崎市向陽台5丁目6番 株式会 社クボタ基盤技術研究所内 Fターム(参考) 4G042 DA01 DB11 DB23 DD02 DD11 DE09 DE14 Continued on the front page (72) Inventor Kazuo Nagata 5-6-1 Koyodai, Ryugasaki-shi, Ibaraki F-term in Kubota Research Institute of Technology (reference) 4G042 DA01 DB11 DB23 DD02 DD11 DE09 DE14

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 水及び触媒量の酸を含むアルコキシシラ
ン類溶液を主材としてあるとともに、その溶媒に可溶性
の金属塩を前記溶液に添加してあり、かつ、水とアルコ
キシシラン類とのモル比率(H2O−Si)が4以下であ
るpH1〜2.5の無機材料組成物を、無機多孔質支持
体上に塗布、乾燥して非結晶性塗膜を形成する塗膜形成
工程、及び、前記非結晶性塗膜を前記アルコキシシラン
類の加水分解による結晶化をさせない低温かつ常圧の条
件下で加熱処理する加熱工程を行う無機多孔質膜の製造
方法。
1. An alkoxysilane solution containing water and a catalytic amount of an acid as a main material, and a metal salt soluble in the solvent is added to the solution, and a mole of water and the alkoxysilane is mixed. A coating film forming step of applying an inorganic material composition having a pH (H 2 O—Si) of 4 or less to pH 1 to 2.5 on an inorganic porous support and drying to form an amorphous coating film; And a method for producing an inorganic porous film, wherein a heating step of heating the amorphous coating film under low-temperature and normal-pressure conditions that does not cause crystallization by hydrolysis of the alkoxysilanes.
【請求項2】 前記金属塩がジルコニウム塩である請求
項1に記載の無機多孔質膜の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the metal salt is a zirconium salt.
【請求項3】 前記加熱処理を500℃で2時間以上で
ある請求項1〜2のいずれかに記載の無機多孔質膜の製
造方法。
3. The method for producing an inorganic porous membrane according to claim 1, wherein the heat treatment is performed at 500 ° C. for 2 hours or more.
【請求項4】 前記無機材料組成物にアンモニウムイオ
ンホスホニウムイオンアミン類から選ばれる少なくとも
一種のテンプレート剤を添加してある請求項1〜3のい
ずれかに記載の無機多孔質膜の製造方法。
4. The method for producing an inorganic porous membrane according to claim 1, wherein at least one template agent selected from ammonium ion phosphonium ion amines is added to said inorganic material composition.
【請求項5】 前記テンプレート剤が、 テトラn−ブチルアンモニウムイオン((n−C49)4
+) 、 テトラn−プロピルアンモニウムイオン((n−C37)4
+) 、 テトラエチルアンモニウムイオン((C25)4+) 、 テトラメチルアンモニウムイオン((CH3)4+) 、 n−プロピルトリメチルアンモニウムイオン((n−C3
7)(CH3)3+) 、 ベンジルトリメチルアンモニウムイオン((C77)(CH
3)3+) 、 テトラn−ブチルホスホニウムイオン((n−C49)4
+) 、 ベンジルトリフェニルホスホニウムイオン((C77)(C
65)3+)、 1,4−ジメチル−1,4−ジアゾビシクロ(2、2、
2)オクタン、 ピロリジン、 n−プロピルアミン(n−C37NH2)、 メチルキヌクリジン、の少なくとも一種のものである請
求項4記載の無機多孔質膜の製造方法。
5. The method according to claim 1, wherein the template agent is tetra-n-butylammonium ion ((nC 4 H 9 ) 4 N).
+), Tetra-n- propylammonium ion ((n-C 3 H 7 ) 4
N + ), tetraethyl ammonium ion ((C 2 H 5 ) 4 N + ), tetramethyl ammonium ion ((CH 3 ) 4 N + ), n-propyltrimethyl ammonium ion ((n-C 3
H 7 ) (CH 3 ) 3 N + ), benzyltrimethyl ammonium ion ((C 7 H 7 ) (CH
3 ) 3 N + ), tetra n-butylphosphonium ion ((n-C 4 H 9 ) 4 P
+ ), Benzyltriphenylphosphonium ion ((C 7 H 7 ) (C
6 H 5) 3 P +) , 1,4- dimethyl-1,4-diazabicyclo (2,2,
2) octane, pyrrolidine, n- propylamine (n-C 3 H 7 NH 2), methyl quinuclidine, a method of manufacturing at least one is of the claim 4, wherein the inorganic porous membrane.
【請求項6】 前記無機材料組成物におけるアルコキシ
シラン類と、金属塩とのモル比(Si:M(Mは金
属))が0.95:0.05〜0.3:0.7である請
求項1〜3のいずれかに記載の無機多孔質膜の製造方
法。
6. The molar ratio (Si: M (M is a metal)) of an alkoxysilane to a metal salt in the inorganic material composition is 0.95: 0.05 to 0.3: 0.7. The method for producing an inorganic porous membrane according to claim 1.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004352568A (en) * 2003-05-29 2004-12-16 Institute Of Physical & Chemical Research Thin film material and its manufacturing method
US7704549B2 (en) 2001-08-08 2010-04-27 Riken Nanomaterials of composite metal oxides
US7781028B2 (en) 2001-03-13 2010-08-24 Riken Thin film materials of amorphous metal oxides

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7781028B2 (en) 2001-03-13 2010-08-24 Riken Thin film materials of amorphous metal oxides
US7704549B2 (en) 2001-08-08 2010-04-27 Riken Nanomaterials of composite metal oxides
JP2004352568A (en) * 2003-05-29 2004-12-16 Institute Of Physical & Chemical Research Thin film material and its manufacturing method
JP4505576B2 (en) * 2003-05-29 2010-07-21 独立行政法人理化学研究所 Method for manufacturing thin film material

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