JP2001062241A - Filter for separating perfluorinated compound and its production - Google Patents

Filter for separating perfluorinated compound and its production

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JP2001062241A
JP2001062241A JP24450599A JP24450599A JP2001062241A JP 2001062241 A JP2001062241 A JP 2001062241A JP 24450599 A JP24450599 A JP 24450599A JP 24450599 A JP24450599 A JP 24450599A JP 2001062241 A JP2001062241 A JP 2001062241A
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JP
Japan
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gas
perfluoro compound
alkoxide
separation membrane
compound gas
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JP24450599A
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Japanese (ja)
Inventor
Youji Seki
洋二 積
Hitohide Oshima
仁英 大嶋
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a filter for separating a gaseous perfluorinated compd. suitable for efficiently separating the gaseous perfluorinated compd. from the mixed gas containing gaseous perfluorinated compd. and concentrating it and to provide its production device. SOLUTION: A separation membrane 3 consisting of the porous oxide containing silicon and zirconium having many fine pores 5 is formed on at least one side surface of a porous supporting body 2 by coating, and the mixed gas containing the gaseous perfluorinated compd. and the specified gas lower in molecular diameter than the perfluorinated compd. is brought into contact with one side surface of the separation membrane 3, and the gaseous perfluorinated compd. is separated and concentrated by selectively and efficiently permeating the specified gas to the other surface of the separation membrane 3.

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、複数のガスを含有
する混合気体からパーフルオロ化合物ガスを分離するパ
ーフルオロ化合物ガス分離フィルタおよびその製造方法
に関するもので、とりわけ半導体製造エッチャーの排気
ガス、洗浄工程での排気ガス中からパーフルオロ化合物
ガスを分離することができる耐食性、耐水性および耐熱
性に優れたパーフルオロ化合物ガス分離フィルタおよび
その製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a perfluoro compound gas separation filter for separating a perfluoro compound gas from a mixed gas containing a plurality of gases, and a method of manufacturing the same. The present invention relates to a perfluoro compound gas separation filter capable of separating a perfluoro compound gas from exhaust gas in a process and having excellent corrosion resistance, water resistance and heat resistance, and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来技術】従来より、各種ガスを含有する混合気体中
から特定ガスを濾過分離するフィルタや、触媒担持体、
更には電解隔壁等として多孔質体が用いられているが、
安全かつ簡便なことからその適用範囲が拡がり、多孔質
体を用いた特定のガスの分離濃縮技術は各種燃焼機関を
はじめ、食品工業や医療用機器、更には廃棄物処理等の
分野でも注目されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a filter for filtering and separating a specific gas from a mixed gas containing various gases, a catalyst carrier,
Furthermore, a porous body is used as an electrolytic partition or the like,
Because of its safety and simplicity, its application range is expanding, and the technology for separating and concentrating specific gases using porous materials has attracted attention in the fields of various combustion engines, the food industry, medical equipment, and even waste disposal. ing.

【0003】一方、パーフルオロ化合物は、例えば、冷
凍機や空調の冷媒や、半導体製造用の溶剤として広く利
用されているが、地球環境破壊物質として知られ、その
排出量を規制することが定められ、パーフルオロ化合物
を分離、回収する方法が検討されている。
[0003] On the other hand, perfluoro compounds are widely used, for example, as refrigerants for refrigerators and air conditioners and as solvents for the manufacture of semiconductors. They are known as substances that destroy the environment, and their emissions are regulated. Thus, methods for separating and recovering perfluoro compounds have been studied.

【0004】例えば、特開平9−103633号公報、
特開平10−128034号公報、特開平10−263
376号公報では、高分子からなるガス分離フィルタを
用いてパーフルオロ化合物ガスを分離、濃縮できること
が開示されている。
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-103633,
JP-A-10-128034, JP-A-10-263
No. 376 discloses that a perfluoro compound gas can be separated and concentrated using a polymer gas separation filter.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
高分子からなるフィルタは、分離膜中にガスが溶け込ん
で膜内をガスが拡散することによりガスを透過する、い
わゆる溶解拡散現象によるものであるために、ガスの透
過速度が遅いという問題があった。
However, the above-mentioned filter made of a polymer is based on a so-called dissolution-diffusion phenomenon in which a gas is dissolved in a separation membrane and the gas is diffused in the membrane to transmit the gas. Therefore, there is a problem that the gas transmission speed is low.

【0006】また、フィルタの耐熱性および耐食性が悪
く、酸性やアルカリ性のガスを含む混合ガスや高温のガ
スに対しては使用することができないものであった。
Further, the heat resistance and corrosion resistance of the filter are poor, and the filter cannot be used for a mixed gas containing an acidic or alkaline gas or a high-temperature gas.

【0007】本発明は上記の課題に鑑みなされたもの
で、その目的は、パーフルオロ化合物ガスを含む複数の
混合ガス中からパーフルオロ化合物ガスを分離、濃縮可
能なパーフルオロ化合物ガス分離フィルタにおいて、透
過率及び透過係数比等のガス分離特性に優れ、特に常温
から400℃までの高温環境下においても高い分離特性
を保持することができる耐食性、耐熱性および耐水性に
優れたパーフルオロ化合物ガス分離フィルタおよびその
製造方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a perfluoro compound gas separation filter capable of separating and concentrating a perfluoro compound gas from a plurality of mixed gases containing a perfluoro compound gas. Perfluoro-compound gas separation with excellent corrosion resistance, heat resistance, and water resistance, which has excellent gas separation characteristics such as transmittance and transmission coefficient ratio, and can maintain high separation characteristics even in a high temperature environment from room temperature to 400 ° C. An object of the present invention is to provide a filter and a manufacturing method thereof.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明者等は、前記課題
に対して鋭意研究を重ねた結果、多孔質支持体表面にS
iとZrとを含有する非晶質の酸化物を被着形成した分
離膜からなるガス分離フィルタを用いて、該ガス分離フ
ィルタの一方の表面にパーフルオロ化合物ガスと該パー
フルオロ化合物より分子径の小さい特定ガスとを含む混
合ガスを接触させ、該特定ガスを選択的に前記分離膜の
他の表面へ透過して、前記パーフルオロ化合物ガスを分
離できるとともに、耐食性、耐熱性および耐水性に優れ
た安定した分離特性を有するパーフルオロ化合物ガス分
離フィルタが得られることを見出した。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted intensive studies on the above-mentioned problems, and as a result, have found that the surface of the porous support has an S surface.
Using a gas separation filter composed of a separation membrane formed by applying an amorphous oxide containing i and Zr, one surface of the gas separation filter has a molecular diameter larger than that of the perfluoro compound gas and the perfluoro compound. Contact with a mixed gas containing a specific gas having a small diameter, selectively permeate the specific gas to the other surface of the separation membrane, and separate the perfluoro compound gas, and provide corrosion resistance, heat resistance and water resistance. It has been found that a perfluoro compound gas separation filter having excellent and stable separation characteristics can be obtained.

【0009】ここで、前記SiとZrとを含有する非晶
質の酸化物の平均細孔径が、2.5〜10Åであること
が望ましく、また、前記Siと前記Zrとの原子比(Z
r/Si)は、0.01〜0.5の割合からなることが
望ましい。
Here, the average pore diameter of the amorphous oxide containing Si and Zr is desirably 2.5 to 10 °, and the atomic ratio of the Si and Zr (Z
(r / Si) desirably has a ratio of 0.01 to 0.5.

【0010】さらに、フィルタの特性としては、常温か
ら350℃での窒素ガスの透過率が10-8mol/(m
2 ・Pa・sec)以上、窒素(N2 )とパーフルオロ
化合物ガス(PF)の透過係数比(N2 /PF)が4以
上であることが望ましいものである。
Further, as a characteristic of the filter, the transmittance of nitrogen gas from normal temperature to 350 ° C. is 10 −8 mol / (m
2 · Pa · sec) or more, a nitrogen (N 2) and permeability coefficient ratio of the perfluoro compound gas (PF) (N 2 / PF ) are those desirably 4 or more.

【0011】また、本発明のパーフルオロ化合物ガス分
離フィルタの製造方法は、シリコンのアルコキシドとジ
ルコニウムのアルコキシドをアルコール溶媒中で混合し
て複合アルコキシドを調整する工程と、該複合アルコキ
シドを加水分解して前駆体ゾルを作製する工程と、該前
駆体ゾルを多孔質支持体の少なくとも一方の表面に塗布
して乾燥した後、350〜700℃の温度で焼成する工
程とを具備することを特徴とするものである。
The method for producing a perfluoro compound gas separation filter of the present invention comprises the steps of mixing a silicon alkoxide and a zirconium alkoxide in an alcohol solvent to prepare a composite alkoxide, and hydrolyzing the composite alkoxide. A step of preparing a precursor sol; and a step of applying the precursor sol to at least one surface of a porous support, drying the sol, and then baking the precursor sol at a temperature of 350 to 700 ° C. Things.

【0012】さらに、前記シリコンのアルコキシドがテ
トラアルコキシシランと一般式が
Further, the silicon alkoxide is tetraalkoxysilane and the general formula is

【0013】[0013]

【化1】 Embedded image

【0014】で表される有機官能基を有する他のアルコ
キシシランの混合物であり、前記シリコンのアルコキシ
ド全量中における前記他のアルコキシシランの含有量が
3〜50モル%であることが望ましい。
It is a mixture of another alkoxysilane having an organic functional group represented by the formula, and the content of the other alkoxysilane in the total amount of the silicon alkoxide is preferably 3 to 50 mol%.

【0015】[0015]

【作用】本発明のパーフルオロ化合物ガス分離フィルタ
によれば、分離膜がSiとZrとからなる複合酸化物に
よって構成されるために、酸やアルカリに対する耐食性
を向上できる。
According to the perfluoro compound gas separation filter of the present invention, since the separation membrane is composed of a composite oxide composed of Si and Zr, the corrosion resistance to acids and alkalis can be improved.

【0016】また、分離膜が多孔質体からなり、その細
孔径をパーフルオロ化合物ガスが透過できず、かつパー
フルオロ化合物ガスより小さい分子径の特定ガスが透過
できる大きさに制御することによって、前記細孔内の空
間を該細孔径よりも小さい特定ガスのみが拡散によって
透過するために、ガスの透過抵抗が小さく、ガス分離速
度が速く、ガス分離性能が向上する。
Further, the separation membrane is made of a porous material, and its pore diameter is controlled to such a size that a perfluoro compound gas cannot be permeable and a specific gas having a molecular diameter smaller than the perfluoro compound gas can be permeable. Since only the specific gas smaller than the pore diameter is transmitted through the space in the pores by diffusion, the gas permeation resistance is small, the gas separation speed is high, and the gas separation performance is improved.

【0017】さらに、分離膜内の構造においては、Si
−Oで表されるシロキサン結合間にZrが介在するため
にシロキサン結合の安定性を高めることができ、高温下
および/または水分の存在下においても結合状態が変化
することなく、細孔径が変化することがないことから、
耐熱性を高めることができるともに、耐水性、さらには
耐食性をも高めることができる。
Further, in the structure in the separation membrane, Si
Since Zr is interposed between the siloxane bonds represented by —O, the stability of the siloxane bond can be increased, and the pore size changes without changing the bonding state even at high temperature and / or in the presence of moisture. Because there is nothing to do
The heat resistance can be increased, and the water resistance and also the corrosion resistance can be increased.

【0018】さらに、本発明のパーフルオロ化合物ガス
分離フィルタの製造方法によれば、前記シリコンのアル
コキシドとして前記テトラアルコキシシランと前記有機
官能基を有する他のアルコキシシランとからなることに
より、該他のアルコキシシランの有機官能基がゾル形成
時に立体的な障害となる、すなわち加水分解によるシロ
キサン結合形成時に該有機官能基の周囲を取り囲むよう
に環状のシロキサン結合が形成される。このために、ゾ
ル中に前記有機官能基によって所望の大きさを有するシ
ロキサン結合の環状体、すなわち細孔骨格を形成でき
る。
Further, according to the method for producing a perfluoro compound gas separation filter of the present invention, the other alkoxide of silicon comprises the tetraalkoxysilane and the other alkoxysilane having an organic functional group. The organic functional group of the alkoxysilane becomes a steric hindrance when forming the sol. That is, when a siloxane bond is formed by hydrolysis, a cyclic siloxane bond is formed so as to surround the organic functional group. For this reason, a siloxane-bonded cyclic body having a desired size, that is, a pore skeleton can be formed in the sol by the organic functional group.

【0019】また、これを所定の温度で熱処理すること
により前記有機官能基が熱処理により分解、除去され細
孔が生成するが、熱処理後にも膜中に前記有機官能基が
残存することによりシロキサン結合の過度の成長を阻害
することができることから、Åオーダーの細孔径を有す
る微細な細孔を残存させることができ、例えば3.64
Åの分子径を有する窒素(N2 )ガスを優先的に透過さ
せ、分子径3.64Åより大きいパーフルオロ化合物ガ
スとを分離することができる。
Further, when this is heat-treated at a predetermined temperature, the organic functional groups are decomposed and removed by the heat treatment to form pores. Can inhibit excessive growth of, so that fine pores having a pore size of the order of Å can be left, for example, 3.64.
Nitrogen (N 2 ) gas having a molecular diameter of Å is preferentially permeated, and can be separated from a perfluoro compound gas having a molecular diameter of more than 3.64Å.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】本発明のパーフルオロ化合物(以
下、PFと略す。)ガス分離フィルタの一例について、
その一部拡大断面図を図1に示す。本発明のPFガス分
離フィルタ1は、多孔質支持体(以下、支持体と略
す。)2と、支持体2の少なくとも一方の表面に形成さ
れたSiとZrとを含有する非晶質の酸化物からなる分
離膜( 以下、分離膜と略す。) 3とからなるものであ
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION One example of a perfluoro compound (hereinafter abbreviated as PF) gas separation filter of the present invention is described below.
FIG. 1 shows a partially enlarged cross-sectional view thereof. The PF gas separation filter 1 of the present invention includes a porous support (hereinafter, simply referred to as a support) 2 and an amorphous oxide containing Si and Zr formed on at least one surface of the support 2. 3 (hereinafter, abbreviated as a separation membrane).

【0021】(分離膜)図2に本発明のPFガス分離フ
ィルタの分離膜3について、その一部拡大図を示す。図
2に示すように分離膜3としては、基本的にSi−O−
Siで表される環状のシロキサン結合を有する非晶質シ
リカからなることが細孔径を制御する上で重要であり、
前記環状のシロキサン結合によって形成される細孔をP
Fガス以外の特定ガスが透過することにより、PFガス
の分離が可能となる。
(Separation Membrane) FIG. 2 is a partially enlarged view of the separation membrane 3 of the PF gas separation filter of the present invention. As shown in FIG. 2, the separation membrane 3 is basically made of Si—O—
It is important to control the pore diameter to be composed of amorphous silica having a cyclic siloxane bond represented by Si,
The pore formed by the cyclic siloxane bond is P
The permeation of the specific gas other than the F gas allows the PF gas to be separated.

【0022】さらに、前記Siの一部をZrで置換した
構造であることが、耐熱性および耐水性を高める上で重
要であり、前記Siと前記Zrとの原子比(Zr/S
i)は、耐熱性および耐水性向上と製造時に生じるゾル
の安定性の点で、0.01〜0.5、特に0.1〜0.
3の割合からなることが望ましい。
Further, it is important to have a structure in which a part of the Si is replaced by Zr in order to enhance heat resistance and water resistance, and the atomic ratio (Zr / Sr) of the Si and the Zr is important.
i) is from 0.01 to 0.5, especially from 0.1 to 0.5 in terms of improvement in heat resistance and water resistance and stability of the sol generated during production.
It is desirable to have a ratio of 3.

【0023】また、ガス分離特性の向上の点で、分離膜
3の平均細孔径は、2.5〜10Å、特に、2.5〜5
Åであることが望ましく、膜厚は、0.01〜1μm、
特に0.01〜0.5μmであることが望ましい。
From the viewpoint of improving the gas separation characteristics, the average pore diameter of the separation membrane 3 is 2.5 to 10 °, especially 2.5 to 5 °.
望 ま し く is desirable, and the film thickness is 0.01 to 1 μm,
In particular, the thickness is desirably 0.01 to 0.5 μm.

【0024】例えば、SF6 とN2 とを分離する場合、
分離膜3の平均細孔径はN2 の分子径より大きく、かつ
SF6 のそれより小さい0.36〜0.55nm、CF
4 とN2 とを分離する場合、同様に0.36〜0.4n
mであることが望ましい。
For example, when SF 6 and N 2 are separated,
The average pore diameter of the separation membrane 3 is larger than the molecular diameter of N 2 and smaller than that of SF 6.
In the case of separating 4 from N 2 , 0.36 to 0.4n
m is desirable.

【0025】なお、本発明におけるPFガスとは、炭素
(C)、イオウ(S)、窒素(N)のうちのいずれか一
種とフッ素(F)とを含む化合物ガスを差し、具体的に
は、CF4 、C2 6 、C3 8 、C4 10等のパーフ
ルオロカーボン、CHF3 、CH2 2 、CH3 F等の
ハイドロフルオロカーボン、SF6 、NF3 等の意であ
る。
In the present invention, the PF gas refers to a compound gas containing any one of carbon (C), sulfur (S) and nitrogen (N) and fluorine (F). , CF 4 , C 2 F 6 , C 3 F 8 , C 4 F 10 and the like, hydrofluorocarbons such as CHF 3 , CH 2 F 2 and CH 3 F, SF 6 , NF 3 and the like.

【0026】また、PFガスより小さい特定ガスとは、
2 、H2 O、N2 、O2 、CO2等の無機ガス、メタ
ン、エタン等の有機ガス、およびメタノール、エタノー
ル等のアルコール等のPFガスより分子径の小さいガス
を指す。
The specific gas smaller than the PF gas is
Inorganic gases such as H 2 , H 2 O, N 2 , O 2 and CO 2 , organic gases such as methane and ethane, and gases having a smaller molecular diameter than PF gases such as alcohols such as methanol and ethanol.

【0027】さらに、支持体2の表面に被着形成される
分離膜3は、支持体2との界面に反応生成物を生じるこ
とがなく、支持体2の表面に層状に被覆され、平滑な表
面を形成することが望ましい。
Further, the separation membrane 3 formed on the surface of the support 2 does not generate a reaction product at the interface with the support 2, and is coated in a layer on the surface of the support 2 to provide a smooth surface. It is desirable to form a surface.

【0028】(多孔質支持体)支持体2としては、特定
ガスを透過でき、かつ構造体として必要な強度を有する
とともに、分離膜3の成膜性を高める点で、0.1〜2
μmの細孔径を有することが望ましい。また、高い圧力
をかけることなく混合ガスが支持体2中を透過するため
には、支持体2は20%以上の気孔率を有することが望
ましく、また、支持体2の強度を確保し、フィルタ1を
組み立てる際に、支持体が破損したり、操作中に支持体
2を構成する粒子が脱粒することを防止するためには、
支持体2の気孔率が40%程度であることが望ましい。
(Porous Support) The support 2 has a strength of 0.1 to 2 in that it can transmit a specific gas, has a necessary strength as a structural body, and enhances the film-forming property of the separation membrane 3.
It is desirable to have a pore size of μm. Further, in order for the mixed gas to pass through the support 2 without applying a high pressure, the support 2 preferably has a porosity of 20% or more. When assembling 1, in order to prevent the support from being broken or particles constituting the support 2 from falling during operation,
The porosity of the support 2 is desirably about 40%.

【0029】支持体2としては、α−アルミナや安定化
ジルコニアを主成分とするセラミックスやシリカ系ガラ
ス(分相ガラス) 等によって形成できるが、耐熱性が高
いこと、容易に作製できること、コストの点でα−アル
ミナを主成分とするセラミックスからなることが望まし
い。
The support 2 can be formed of ceramics mainly composed of α-alumina or stabilized zirconia, silica-based glass (phase-separated glass), or the like, but has high heat resistance, can be easily manufactured, and has low cost. From the viewpoint, it is desirable to use ceramics containing α-alumina as a main component.

【0030】また、分離膜3の成膜性を高める上で、支
持体2は表面粗さ(Ra)0.1〜2.0μmの平滑な
表面を有することが望ましい。
In order to enhance the film forming property of the separation membrane 3, it is desirable that the support 2 has a smooth surface having a surface roughness (Ra) of 0.1 to 2.0 μm.

【0031】(中間層)支持体2と分離膜3との間には
通気性を有する中間層( 以下、中間層と略す。) 4が介
在することが望ましい。これにより、分離膜3の支持体
2への成膜性が向上することから、分離膜3の厚みを薄
くすることができ、ガス分離の速度が向上する。
(Intermediate Layer) It is desirable that an air-permeable intermediate layer (hereinafter, abbreviated as “intermediate layer”) 4 is interposed between the support 2 and the separation membrane 3. Thereby, since the film forming property of the separation membrane 3 on the support 2 is improved, the thickness of the separation membrane 3 can be reduced, and the speed of gas separation is improved.

【0032】ここで、中間層4の平均細孔径は、PFガ
スの透過速度および分離膜3の成膜性の点で、支持体2
の平均細孔径よりも小さく、かつ分離膜3の平均細孔径
よりも大きいことが望ましく、具体的には1〜10n
m、特に2〜5nmであることが望ましい。
Here, the average pore diameter of the intermediate layer 4 depends on the permeation rate of the PF gas and the film-forming property of the separation membrane 3.
Is smaller than the average pore diameter of the separation membrane 3 and larger than the average pore diameter of the separation membrane 3.
m, especially 2 to 5 nm.

【0033】また、中間層4は、支持体2および分離膜
3との間に反応生成物を生じず、支持体2の表面を層状
に覆い、平滑な表面を形成するものであればよい。
The intermediate layer 4 may be any material that does not generate a reaction product between the support 2 and the separation membrane 3 and covers the surface of the support 2 in a layered manner to form a smooth surface.

【0034】かかる中間層4としては、例えば、支持体
2としてα−アルミナ質セラミックスを用いる場合、γ
−アルミナが好適である。
For example, when α-alumina ceramics is used as the support 2, γ
-Alumina is preferred.

【0035】(フィルタ)支持体2の形状は、特に限定
されるものではなく、平板状や管状体のいずれでも良い
が、ガスの分離効率およびフィルタの取り扱いを考慮す
れば管状体であることが望ましい。
(Filter) The shape of the support 2 is not particularly limited, and may be a flat plate or a tubular body. However, a tubular body may be used in consideration of gas separation efficiency and handling of the filter. desirable.

【0036】上記の場合、管状体の径は、ガスの分離効
率を高める上では、内径2mm程度が望ましく、また、
取り扱いに支障のない強度を保つため、管状体の肉厚が
0.2〜1mmであることが望ましい。また、平板状の
フィルタの場合には、強度の点で、支持体の厚みは、
0.3mm以上であることが望ましい。
In the above case, the diameter of the tubular body is desirably about 2 mm for improving the gas separation efficiency.
In order to maintain strength that does not hinder handling, it is desirable that the wall thickness of the tubular body be 0.2 to 1 mm. In the case of a flat filter, in terms of strength, the thickness of the support is:
Desirably, it is 0.3 mm or more.

【0037】上記構成においては、分離膜3は支持体2
の内面および/または外面に被着形成されるが、分離膜
3の厚みは、ガス分離速度向上の点で0.01〜1μm
であることが望ましい。
In the above configuration, the separation membrane 3 is used as the support 2
Is formed on the inner surface and / or the outer surface, and the thickness of the separation membrane 3 is 0.01 to 1 μm in view of improving the gas separation speed.
It is desirable that

【0038】本発明のPFガス分離フィルタ1は、支持
体2および分離膜3からなるものであるが、フィルタ1
の一方の表面にPFガスを含む混合ガスおよび特定ガス
を流すとともに、フィルタ1の反対側の面で前記混合ガ
ス中の特定ガス分圧を低めることにより、該特定ガスを
支持体2および分離膜3を介して選択的に他方の表面へ
透過、分離し、前記混合ガスからPFガスを効率よく分
離、濃縮することができる。
The PF gas separation filter 1 according to the present invention comprises a support 2 and a separation membrane 3.
By flowing a mixed gas and a specific gas containing a PF gas on one surface of the filter and lowering the partial pressure of the specific gas in the mixed gas on the surface on the opposite side of the filter 1, the specific gas is separated from the support 2 and the separation membrane. 3, the PF gas can be selectively permeated and separated to the other surface, and the PF gas can be efficiently separated and concentrated from the mixed gas.

【0039】ガスの透過経路としては、支持体2を透過
した後、分離膜3を透過してもよく、逆に、分離膜3を
透過した後、支持体2を透過してもよい。また、支持体
2が管状体からなる場合には、管状体の内に混合ガスを
流し、管状体の外部にPFガス以外の特定ガスを透過さ
せ、分離、回収することもでき、逆に、管状体の外部に
混合ガスを流しながら、管状体の内部に特定ガスを透過
させることもできる。
As a gas transmission path, the gas may pass through the support 2 and then through the separation membrane 3, or conversely, may pass through the separation membrane 3 and then pass through the support 2. Further, when the support 2 is formed of a tubular body, a mixed gas is allowed to flow in the tubular body, and a specific gas other than the PF gas is allowed to permeate outside the tubular body, and can be separated and recovered. The specific gas can be allowed to permeate inside the tubular body while flowing the mixed gas outside the tubular body.

【0040】特定ガスの分圧を低める方法としては、特
定ガスの排出面側に特定ガス以外のガスを流すこともで
きるが、特定ガスを含む混合ガス供給面側の気圧よりも
特定ガス排出面側の気圧を低めることにより、より効率
的にPFガスの分離、濃縮が可能である。
As a method for lowering the partial pressure of the specific gas, a gas other than the specific gas can be supplied to the specific gas discharge surface side. By lowering the pressure on the side, the PF gas can be separated and concentrated more efficiently.

【0041】また、上記気圧差を設ける方法としては、
特定ガス排出面側を減圧する方法、特定ガスを含む混合
ガス供給面側を加圧する方法、さらに、上記2つの方法
を併用する方法が挙げられる。
The method of providing the above-mentioned pressure difference is as follows.
A method of depressurizing the specific gas discharge surface side, a method of pressurizing the mixed gas supply surface side containing the specific gas, and a method of using the above two methods in combination are exemplified.

【0042】上記構成からなる本発明のPFガス分離フ
ィルタ1は、常温から350℃における窒素ガスの透過
率が1×10-8mol/(m2 ・Pa・sec)以上、
窒素ガスとPFガスとの透過係数比(N2 /PF)が4
以上の優れた特性を有するPFガス分離フィルタとな
る。
The PF gas separation filter 1 of the present invention having the above-described structure has a nitrogen gas transmittance of 1 × 10 −8 mol / (m 2 · Pa · sec) or more at a temperature from normal temperature to 350 ° C.
The transmission coefficient ratio (N 2 / PF) between nitrogen gas and PF gas is 4
A PF gas separation filter having the above excellent characteristics is obtained.

【0043】上記構成からなる本発明のPFガス分離フ
ィルタ1は、分離膜3の耐熱性や耐久性の点から常温か
ら400℃、特に350℃の広い温度範囲にわたって使
用することが可能なものである。
The PF gas separation filter 1 of the present invention having the above structure can be used over a wide temperature range from room temperature to 400 ° C., particularly 350 ° C. in view of the heat resistance and durability of the separation membrane 3. is there.

【0044】(モジュール)本発明のPFガス分離フィ
ルタを用いてPFガスを分離するPFガス分離装置の一
例を図3に示す。図3によれば、PFガス分離装置11
は、内径1〜5mm、肉厚0.2〜1mm、長さ50〜
500mmの円筒形状のPFガス分離フィルタ12を数
本〜数百本程度が、固定用部材13で固定され、更にハ
ウジング14中に接着固定されている。
(Module) FIG. 3 shows an example of a PF gas separation apparatus for separating PF gas using the PF gas separation filter of the present invention. According to FIG. 3, the PF gas separation device 11
Has an inner diameter of 1 to 5 mm, a thickness of 0.2 to 1 mm, and a length of 50 to
About 500 to about several hundred cylindrical PF gas separation filters 12 each having a diameter of 500 mm are fixed by a fixing member 13, and are further adhesively fixed in a housing 14.

【0045】固定用部材13およびハウジング14は、
塩化ビニルやポリウレタン等の樹脂、ステンレス等の金
属、アルミナやジルコニア等の緻密質セラミックスある
いはガラス等のガスを透過しないものによって形成され
るが、ハウジング14については、系内を加圧または減
圧する場合、また装置を加熱する場合には、金属やセラ
ミックス等の機械的強度が高いものが好適である。
The fixing member 13 and the housing 14 are
Resin such as vinyl chloride or polyurethane, metal such as stainless steel, dense ceramics such as alumina or zirconia, or a material such as glass which does not transmit gas. The housing 14 is formed by pressurizing or depressurizing the system. In the case of heating the apparatus, those having high mechanical strength such as metal and ceramics are preferable.

【0046】また、固定用部材13については、高温で
利用する場合、フィルタとハウジングの熱膨張率の差に
よる応力を緩和するような構造で接着、固定することが
望ましい。
When the fixing member 13 is used at a high temperature, it is desirable that the fixing member 13 is bonded and fixed by a structure that relieves stress caused by a difference in thermal expansion coefficient between the filter and the housing.

【0047】さらに、ハウジング14には、系内に混合
ガスを導入するための混合ガス導入口15、分離膜を透
過したガスを分離、回収するための透過ガス排出口16
およびガス分離フィルタ12表面を通過した混合ガスを
系外へ排出するための混合ガス排出口17が形成され、
上記3個所にてのみガスが出入りする。
Further, the housing 14 has a mixed gas inlet 15 for introducing a mixed gas into the system, and a permeated gas outlet 16 for separating and recovering gas permeating the separation membrane.
And a mixed gas outlet 17 for discharging the mixed gas passing through the surface of the gas separation filter 12 to the outside of the system,
Gas enters and exits only at the above three locations.

【0048】PFガス分離装置11によれば、系内に気
圧差を設けることができ、例えば、透過ガス排出口17
に真空ポンプ等( 図示せず。) を接続してPFガス分離
フィルタ12の外周表面の気圧を下げることができる。
According to the PF gas separation device 11, a pressure difference can be provided in the system.
A vacuum pump or the like (not shown) may be connected to the PF gas separation filter 12 to reduce the pressure on the outer peripheral surface of the PF gas separation filter 12.

【0049】(製造方法) (分離膜原料) 次に、本発明のPFガス分離フィルタを製造する方法に
ついて説明する。まず、シリコンのアルコキシドと、ジ
ルコニウムのアルコキシドを準備する。シリコンのアル
コキシドとしては、テトラアルコキシシランと一般式が
下記式1
(Production Method) (Raw Material for Separation Membrane) Next, a method for producing the PF gas separation filter of the present invention will be described. First, an alkoxide of silicon and an alkoxide of zirconium are prepared. As the silicon alkoxide, tetraalkoxysilane and a general formula represented by the following formula 1

【0050】[0050]

【化1】 Embedded image

【0051】で表される有機官能基を有する他のアルコ
キシシランとからなることが望ましい。
It is desirable to use another alkoxysilane having an organic functional group represented by the following formula.

【0052】具体的には、テトラアルコキシシランとし
ては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシランお
よびテトラプロポキシシラン等が挙げられ、原料のコス
トおよび成膜性の点でテトラメトキシシランまたはテト
ラエトキシシランを用いることが望ましい。
Specifically, tetraalkoxysilanes include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane, and the like, and tetramethoxysilane or tetraethoxysilane is used in view of the cost of raw materials and film-forming properties. Is desirable.

【0053】また、前記他のアルコキシシランとして
は、有機官能基がゾル形成時に立体的な障害となり、ゾ
ル中に所望の大きさの細孔骨格を形成できるが、PFガ
スの分離を行なう上では細孔径を10Å以下に制御する
必要があり、適当な大きさの有機官能基を有するシリコ
ンのアルコキシドが望ましい。
As the other alkoxysilane, an organic functional group causes a steric hindrance during the formation of the sol, and can form a pore skeleton of a desired size in the sol. It is necessary to control the pore diameter to 10 ° or less, and silicon alkoxides having organic functional groups of appropriate size are desirable.

【0054】また、細孔骨格を所望の範囲とし、2.5
〜10Åの細孔径を有する分離膜を得るためには、前記
シリコンのアルコキシド全量中のおける前記他のアルコ
キシシランの含有量が、3〜50モル%であることが望
ましい。
Further, the pore skeleton is set to a desired range, and 2.5
In order to obtain a separation membrane having a pore diameter of 10 to 10 °, the content of the other alkoxysilane in the total amount of the alkoxide of silicon is desirably 3 to 50 mol%.

【0055】また、ジルコニウムのアルコキシドとして
は、テトラエトキシジルコニウム、テトラプロポキシジ
ルコニウム、テトラブトキシジルコニウム等が使用でき
るが、アルコールへの溶解性、ゲルの成膜性の点から、
テトラエトキシジルコニウム、テトラプロポキシジルコ
ニウムが望ましく、前記総Siと前記Zrとの原子比
(Zr/Si)は、耐熱性および耐水性向上と製造時に
生じるゾルの安定性の点で、0.01〜0.5、特に
0.1〜0.3の割合からなることが望ましい。
As the alkoxide of zirconium, tetraethoxyzirconium, tetrapropoxyzirconium, tetrabutoxyzirconium and the like can be used. From the viewpoints of solubility in alcohol and film-forming property of gel,
Tetraethoxyzirconium and tetrapropoxyzirconium are desirable, and the atomic ratio (Zr / Si) of the total Si to the Zr is 0.01 to 0 in view of improvement in heat resistance and water resistance and stability of a sol generated during the production. .5, preferably 0.1 to 0.3.

【0056】次に、上記それぞれのアルコキシドを溶媒
に溶解させる。該溶媒としては、メタノール、エタノー
ル、プロパノール、ブタノール、2ーメトキシエタノー
ル、2ーエトキシエタノール等のアルコールが好適に用
いられるが、前記アルコシキドの溶解性およびゲルの支
持体への親和性および乾燥性等の成膜性の点で、メタノ
ールまたはエタノール等の低級アルコールが最適であ
る。
Next, each of the above alkoxides is dissolved in a solvent. As the solvent, alcohols such as methanol, ethanol, propanol, butanol, 2-methoxyethanol, and 2-ethoxyethanol are preferably used, and the solubility of the alkoxide and the affinity for the gel support and the drying property are preferable. From the viewpoint of film forming property, a lower alcohol such as methanol or ethanol is most suitable.

【0057】また、テトラアルコキシシランについて
は、溶媒とともにテトラアルコキシシラン1molに対
して1〜3molの水を酸等とともに添加し、部分的に
加水分解することが望ましく、これによりテトラアルコ
キシシランの加水分解された部分が前記トリアルコキシ
シランおよびジルコニウムのアルコキシドと反応するこ
とによって溶液中の組成の均質性を高めることができ
る。
As for the tetraalkoxysilane, it is desirable to add 1 to 3 mol of water to 1 mol of the tetraalkoxysilane together with an acid or the like together with a solvent to partially hydrolyze the tetraalkoxysilane. The homogeneity of the composition in the solution can be enhanced by reacting the oxidized portion with the alkoxide of trialkoxysilane and zirconium.

【0058】次に、上記のアルコキシド溶液を混合し、
窒素気流下で攪拌して複合アルコキシドを作製した後、
これに所定の濃度の水、酸等を添加する公知の加水分解
方法によって加水分解し、ゾルを作製する。なお、前記
加水分解のために添加する水の量としては、アルコキシ
ド溶液中の全シリコンのアルコキシド1モルに対して1
〜20モルが望ましい。
Next, the above alkoxide solution was mixed,
After stirring under a nitrogen stream to produce a composite alkoxide,
This is hydrolyzed by a known hydrolysis method in which water, acid or the like having a predetermined concentration is added to produce a sol. The amount of water to be added for the hydrolysis is 1 to 1 mol of alkoxide of all silicon in the alkoxide solution.
-20 mol is desirable.

【0059】すなわち、前記水の量が1モルより少ない
と加水分解が十分でなく、シロキサン結合が進行しない
ために成膜性が悪く、膜内にクラックが生じたり、膜の
剥離が生じるためであり、前記水の量が20モルより多
いと、加水分解が急激に進行しすぎ、沈殿等が生じて安
定なゾルを得ることができないからである。
That is, when the amount of the water is less than 1 mol, hydrolysis is not sufficient, and siloxane bonds do not proceed, so that the film-forming property is poor, cracks occur in the film, and the film peels off. When the amount of the water is more than 20 mol, the hydrolysis proceeds too rapidly, and a precipitate or the like is generated, so that a stable sol cannot be obtained.

【0060】(支持体)一方、多孔質支持体を製造する
には、例えば、平均粒径0.1〜2.0μmのアルミナ
原料に、所定量のバインダ、潤滑剤、可塑剤、水等を添
加、混合した後、該混合物をプレス成形、押し出し成
形、射出成形、冷間静水圧成形等の公知の成形手段によ
って成形する。その後、該成形体を大気中、1000〜
1500℃にて焼成することにより多孔質支持体を得る
ことができる。
(Support) On the other hand, in order to produce a porous support, for example, a predetermined amount of a binder, a lubricant, a plasticizer, water and the like are added to an alumina raw material having an average particle size of 0.1 to 2.0 μm. After the addition and mixing, the mixture is molded by a known molding means such as press molding, extrusion molding, injection molding, and cold isostatic pressing. Thereafter, the molded body is placed in the atmosphere at 1000 to 1000
By firing at 1500 ° C., a porous support can be obtained.

【0061】この支持体としては、前述した材質、気孔
率、平均細孔径を有するとともに、表面粗さ(Ra)
0.1〜2μmの平坦な表面を有することが望ましく、
また、内径2mm、肉厚0.3〜1mmの管状体である
ことが望ましい。
The support has the above-mentioned material, porosity, average pore diameter and surface roughness (Ra).
It is desirable to have a flat surface of 0.1 to 2 μm,
Moreover, it is desirable that it is a tubular body with an inner diameter of 2 mm and a wall thickness of 0.3 to 1 mm.

【0062】(中間層)また、中間層を形成する方法と
しては、例えば、アルミニウムセカンダリーブトキシド
等のアルミニウムアルコキシドを加水分解することによ
ってベーマイトゾルを作製し、上記の多孔質支持体の表
面に前記ベーマイトゾルを被着形成する。
(Intermediate layer) As a method of forming the intermediate layer, for example, a boehmite sol is prepared by hydrolyzing an aluminum alkoxide such as aluminum secondary butoxide, and the boehmite sol is formed on the surface of the porous support. The sol is deposited.

【0063】前記支持体表面に前記ベーマイトゾルを被
着する方法としては、前記ベーマイトゾルを塗布または
注入する方法、または前記ベーマイトゾル溶液中に前記
多孔質支持体を含浸して引き上げる方法が好適に用いら
れる。
The method of applying the boehmite sol to the surface of the support is preferably a method of applying or pouring the boehmite sol, or a method of impregnating the porous support into the boehmite sol solution and pulling up. Used.

【0064】その後、前記被着形成したベーマイトゾル
を乾燥しゲル化し、これを大気中、400〜900℃、
特に400〜600℃で熱処理することにより支持体表
面に中間層を被着形成することができる。焼成温度につ
いては、400℃より低いと中間層の支持体への結合力
が弱く中間層が剥離してしまうためであり、また、90
0℃より高いと、焼結が進行しすぎてしまい中間層の細
孔径が大きくなり、所望の細孔径を得ることができない
ためである。
Thereafter, the adhered boehmite sol is dried and gelled, and this is dried at 400 to 900 ° C. in the air.
In particular, an intermediate layer can be formed on the surface of the support by heat treatment at 400 to 600 ° C. If the firing temperature is lower than 400 ° C., the bonding strength of the intermediate layer to the support is weak and the intermediate layer is peeled off.
If the temperature is higher than 0 ° C., sintering proceeds excessively, and the pore size of the intermediate layer becomes large, so that a desired pore size cannot be obtained.

【0065】(分離膜)次に、上記の多孔質支持体また
は中間層の表面に前記SiとZrとを含むゾルを中間層
形成方法と同様の方法により被着形成し、これを乾燥し
ゲル化する。
(Separation Membrane) Next, a sol containing Si and Zr is formed on the surface of the porous support or the intermediate layer by the same method as that for forming the intermediate layer, and then dried to form a gel. Become

【0066】そして、前記SiとZrとを含むゲルを被
着形成した支持体を、大気中、350〜700℃、特に
400〜500℃で熱処理することによりゲル内でSi
−Oのシロキサン結合が進行し、強固な膜となるととも
に、前記有機官能基が熱処理により分解、除去され細孔
が生成する。
Then, the support on which the gel containing Si and Zr is adhered is heat-treated at 350 to 700 ° C., particularly 400 to 500 ° C. in the air, so that the Si in the gel is formed.
The siloxane bond of —O progresses to form a strong film, and the organic functional groups are decomposed and removed by heat treatment to form pores.

【0067】この時、前記有機官能基の一部が焼成後も
残存してもよく、これにより、シロキサン結合の過度の
進行を防止し、細孔径を所望の範囲に制御することが可
能となる。
At this time, a part of the organic functional group may remain even after firing, whereby excessive progress of siloxane bond can be prevented and the pore diameter can be controlled in a desired range. .

【0068】また、膜としてはコロイド粒子の凝集体で
あることが望ましく、該コロイド粒子間の隙間は2.5
〜10Åの細孔が形成されることが望ましい。
The film is preferably an aggregate of colloid particles, and the gap between the colloid particles is 2.5
It is desirable that pores of 10 to 10 ° be formed.

【0069】焼成温度を上記範囲に限定した理由は、焼
成温度が350℃より低いと、シロキサン結合を強固な
ものとすることができず、安定な膜を形成することがで
きないとともに、所望の径の細孔を得ることができな
い。また、焼成温度が700℃より高い場合には、分離
膜が結晶化して、膜中の細孔を所望の径とすることがで
きない。
The reason why the firing temperature is limited to the above range is that if the firing temperature is lower than 350 ° C., siloxane bonds cannot be strengthened, a stable film cannot be formed, and a desired diameter cannot be obtained. Cannot be obtained. If the firing temperature is higher than 700 ° C., the separation membrane is crystallized, and the pores in the membrane cannot have a desired diameter.

【0070】すなわち、かかる系においては、所定の温
度で焼成することにより、熱処理後にも前記膜中に前記
有機官能基の一部が残存することによりシロキサン結合
の過度の成長を阻害することができるものであり、これ
により前記膜内にÅオーダーの細孔径を有する微細な細
孔を存在させることができることから、PFとPFより
分子径の小さい特定ガスを含む混合ガスから特定ガスを
優先的に透過させて、PFガスを分離、濃縮することが
できる。
That is, in such a system, by baking at a predetermined temperature, a part of the organic functional group remains in the film even after the heat treatment, so that the excessive growth of the siloxane bond can be inhibited. Which allows fine pores having a pore size of Å order to be present in the film, so that a specific gas is preferentially produced from a mixed gas containing PF and a specific gas having a smaller molecular diameter than PF. By permeating, the PF gas can be separated and concentrated.

【0071】[0071]

【実施例】(実施例1)先ず、テトラエトキシシラン
(TEOSと略す。)に対して、水0.7molおよび
HClを含むエタノール溶液を添加、混合して部分加水
分解ゾルを作製し、これに表1に示すトリアルコキシシ
ラン(TASと略す。)のエタノール溶液を添加し、窒
素気流下で攪拌し、次いで表1に示す量のジルコニウム
のアルコキシドであるテトラプロポキシジルコニウム
(TPZと略す。)のエタノール溶液を添加して複合ア
ルコキシドを作製した。
EXAMPLES (Example 1) First, an ethanol solution containing 0.7 mol of water and HCl was added to tetraethoxysilane (abbreviated as TEOS) and mixed to prepare a partially hydrolyzed sol. An ethanol solution of trialkoxysilane (abbreviated as TAS) shown in Table 1 is added, and the mixture is stirred under a nitrogen stream, and then ethanol of tetrapropoxyzirconium (abbreviated as TPZ) which is an alkoxide of zirconium in the amount shown in Table 1. The solution was added to produce a composite alkoxide.

【0072】次に、上記複合アルコキシドに水9.3m
olとエタノールの混合溶液を添加し加水分解して、更
に3時間攪拌し、前駆体ゾルを作製した。
Next, 9.3 m of water was added to the composite alkoxide.
The mixture was hydrolyzed by adding a mixed solution of ol and ethanol, and further stirred for 3 hours to prepare a precursor sol.

【0073】一方、純度99.9%、平均粒径0.1μ
mのアルミナに対し、所定量の有機バインダ、潤滑剤、
可塑剤および水を添加、混合し、押し出し成形にて管状
体に成形した後、大気中、1200℃にて焼成して、内
径2mm、肉厚0.4mm、長さ250mmの管状体
で、平均粒径0.2μm、気孔率39%を有するα−ア
ルミナ質多孔質支持体を作製した。さらに、この外表面
を表面粗さ(Ra)が0.3μmとなるように研磨し
た。
On the other hand, the purity was 99.9% and the average particle size was 0.1 μm.
m of alumina, a predetermined amount of an organic binder, a lubricant,
After adding and mixing a plasticizer and water, forming into a tubular body by extrusion molding, firing in the air at 1200 ° C., the inner diameter of the tubular body is 2 mm, the wall thickness is 0.4 mm, and the length is 250 mm. An α-alumina porous support having a particle size of 0.2 μm and a porosity of 39% was produced. Further, the outer surface was polished so that the surface roughness (Ra) became 0.3 μm.

【0074】また、水110molに対してアルミニウ
ムセカンダリーブトキシドを1mol添加して加水分解
し、さらに硝酸を添加した後、16時間還流してベーマ
イトゾルを作製した。そして、上記の支持体の先端部に
栓をして、前記ベーマイトゾル溶液内に含浸して60秒
間保持し、5mm/秒の速度で排出し、室温で2時間乾
燥してベーマイトゾルをゲル化した後、前記ゲルを被着
形成した支持体を大気中、500℃で焼成する工程を4
回繰り返して前記α−アルミナ質多孔質支持体の表面に
γ−アルミナからなる中間層を被着形成した。
Further, 1 mol of aluminum secondary butoxide was added to 110 mol of water for hydrolysis, nitric acid was further added, and the mixture was refluxed for 16 hours to prepare a boehmite sol. Then, the tip of the support is plugged, impregnated in the boehmite sol solution, held for 60 seconds, discharged at a speed of 5 mm / sec, and dried at room temperature for 2 hours to gel the boehmite sol. After that, the step of calcining the support on which the gel is formed at 500 ° C.
The intermediate layer made of γ-alumina was formed on the surface of the α-alumina porous support by repeating the process repeatedly.

【0075】そして、得られた前駆体ゾル溶液中に、前
記中間層を被着形成した支持体を、30秒間浸漬し、5
mm/秒の速度で引き上げ、室温で1時間乾燥した後、
引き続いて表1に示す焼成温度で1時間保持し、その
後、室温まで冷却した。この浸漬、乾燥、焼成の一連の
操作を4回繰り返し、γ−アルミナ層上にSiとZrと
を含有する分離膜を被着形成してPFガス分離フィルタ
を作製した。
Then, the support on which the intermediate layer was formed was immersed in the obtained precursor sol solution for 30 seconds.
After pulling up at a speed of mm / sec and drying at room temperature for 1 hour,
Subsequently, the temperature was maintained at the firing temperature shown in Table 1 for 1 hour, and then cooled to room temperature. This series of operations of immersion, drying, and firing was repeated four times, and a separation membrane containing Si and Zr was deposited on the γ-alumina layer to produce a PF gas separation filter.

【0076】また、比較例としてジルコニウムを添加し
ないもの( 試料No.18) を上記と同様にして作製し
た。
As a comparative example, a sample to which zirconium was not added (sample No. 18) was produced in the same manner as described above.

【0077】得られた試料に対して、SEM観察により
外観検査を行った。また、アルゴン吸着法により分離膜
の平均細孔径を求めた。さらに、上記と同様の方法によ
り作製した20mm角の平板形状の支持体の一方の表面
に上記と同様にして中間層および分離膜を形成し、分離
膜のX線回折測定を行ない、結晶相を分析した。結果は
表1に示した。
The appearance of the obtained sample was examined by SEM observation. Further, the average pore diameter of the separation membrane was determined by an argon adsorption method. Further, an intermediate layer and a separation membrane are formed on one surface of a 20 mm square plate-shaped support prepared by the same method as above, and the X-ray diffraction measurement of the separation membrane is performed. analyzed. The results are shown in Table 1.

【0078】[0078]

【表1】 [Table 1]

【0079】また、得られたフィルタ1本を用いて前述
のPFガス分離装置11を作製し、該フィルタを表2に
示す温度の炉内に設置するとともに、管外側にヘリウム
ガス30cc/minを流しながら、管内側に窒素0.
5気圧と、テトラフルオロメタン(CF4 )0.5気圧
との混合ガスを100cc/minの割合で流し、透過
ガス排出口17で回収されるガスについて、膜流量計に
よりガスの全流量を、ガスクロマトグラフィを用いてフ
ィルタを透過した窒素の濃度を測定し、上記窒素の透過
量を算出し、さらに、窒素の透過量/(膜面積×差圧×
時間)で表される窒素ガスの透過率を算出した。
Using the obtained filter, the above-mentioned PF gas separation apparatus 11 was manufactured. The filter was set in a furnace at the temperature shown in Table 2, and helium gas was supplied to the outside of the tube at 30 cc / min. While flowing, nitrogen was added to the inside of the tube.
A mixed gas of 5 atm and 0.5 atm of tetrafluoromethane (CF 4 ) was flowed at a rate of 100 cc / min, and the total flow rate of the gas collected at the permeated gas outlet 17 was measured using a membrane flow meter. The concentration of nitrogen passing through the filter was measured using gas chromatography, the amount of nitrogen permeation was calculated, and the amount of nitrogen permeation / (membrane area × differential pressure ×
H) was calculated.

【0080】また、上記と同様にしてパーフルオロ化合
物ガスの透過率を求め、パーフルオロ化合物ガスの透過
係数比α(窒素の透過率/PFの透過率)を求めた。
Further, the transmittance of the perfluoro compound gas was determined in the same manner as described above, and the transmission coefficient ratio α of the perfluoro compound gas (the transmittance of nitrogen / the transmittance of PF) was determined.

【0081】なお、上記の測定に際しては、測定前に各
温度のHeガス流通下で1時間前処理し、フィルタが各
温度となった状態で、評価を行なった。結果は、表2に
示した。
In the above measurement, pretreatment was carried out for 1 hour in a flow of He gas at each temperature before the measurement, and evaluation was performed with the filter at each temperature. The results are shown in Table 2.

【0082】(比較例)ポリ(4−メチルペンテン−
1)からなる実施例1と同様の寸法のフィルタを用意
し、実施例1と同様にガス分離特性を評価した(試料N
o.22)。
Comparative Example Poly (4-methylpentene)
A filter having the same dimensions as in Example 1 comprising 1) was prepared, and the gas separation characteristics were evaluated in the same manner as in Example 1 (sample N).
o. 22).

【0083】[0083]

【表2】 [Table 2]

【0084】表1、表2から明らかなように、高分子の
フィルタからなる試料No.22では、窒素ガスの透過
率が低く、また高温では分離膜が変質してガスを透過で
きなかった。また、ジルコニウムを含有しない試料N
o.18では、窒素ガスの透過率および透過係数比αが
低かった。
As is clear from Tables 1 and 2, the sample No. consisting of a polymer filter was used. In No. 22, the permeability of nitrogen gas was low, and at a high temperature, the separation membrane deteriorated and could not permeate the gas. In addition, sample N containing no zirconium
o. In No. 18, the nitrogen gas transmittance and the transmission coefficient ratio α were low.

【0085】さらに、複合酸化物結晶相からなる試料N
o.21では、平均細孔径が測定不能、すなわち、緻密
化してしまい窒素ガスの透過率が測定限界以下となっ
た。
Further, a sample N consisting of a composite oxide crystal phase
o. In No. 21, the average pore diameter was not measurable, that is, it was densified, and the nitrogen gas transmittance was lower than the measurement limit.

【0086】これに対して、本発明の範囲内である試料
No.1〜17、19、20では、いずれも窒素ガスの
透過率が高く、透過係数比αが15以上の高いガス分離
性能を示した。
On the other hand, the sample No. Samples Nos. 1 to 17, 19, and 20 all exhibited high nitrogen gas permeability and high gas separation performance with a transmission coefficient ratio α of 15 or more.

【0087】(実施例2)実施例1の試料No.2につ
いて、実施例1のガス分離評価におけるテトラフルオロ
メタン(CF4 )を六フッ化イオウ(SF6 )、トリフ
ルオロメタン(CHF3 )に変える以外は、実施例1と
同様に室温でのガス分離特性を評価した結果、六フッ化
イオウ(SF6 )については、窒素ガスの透過率23×
10-8mol/(m2 ・Pa・sec)、および透過係
数比αが48でありトリフルオロメタン( CH
3 )、については、窒素ガスの透過率23×10-8
ol/(m2 ・Pa・sec)、および透過係数比αが
32であった。
(Example 2) Sample No. 1 of Example 1 With respect to 2, gas separation at room temperature was performed in the same manner as in Example 1 except that tetrafluoromethane (CF 4 ) in the gas separation evaluation of Example 1 was changed to sulfur hexafluoride (SF 6 ) and trifluoromethane (CHF 3 ). As a result of evaluating the characteristics, sulfur hexafluoride (SF 6 ) has a nitrogen gas transmittance of 23 ×.
10 −8 mol / (m 2 · Pa · sec), and the transmission coefficient ratio α is 48, and trifluoromethane (CH
F 3 ), the nitrogen gas transmittance is 23 × 10 −8 m
ol / (m 2 · Pa · sec), and the transmission coefficient ratio α was 32.

【0088】[0088]

【発明の効果】以上詳述したとおり、本発明のPFガス
分離フィルタによれば、SiとZrとを含有する非晶質
の複合酸化物からなるために、耐食性、耐熱性および耐
水性に優れたPFガス分離フィルタを作製することがで
きる。
As described above in detail, according to the PF gas separation filter of the present invention, since it is made of an amorphous composite oxide containing Si and Zr, it has excellent corrosion resistance, heat resistance and water resistance. A PF gas separation filter can be manufactured.

【0089】また、本発明のPFガス分離フィルタの製
造方法によれば、シリコンのアルコキシドとして有機官
能基を有するトリアルコキシシランを含有することか
ら、ゾル形成時に所望の大きさの細孔骨格を形成でき、
これを所定の温度で熱処理することによりÅオーダーの
所望の大きさの細孔径を有する微細な細孔を残存させる
ことができ、PFガスと、PFガスより分子径の小さい
特定ガスとを分離、濃縮することができる。
Further, according to the method for producing a PF gas separation filter of the present invention, since a trialkoxysilane having an organic functional group is contained as an alkoxide of silicon, a pore skeleton of a desired size can be formed during sol formation. Can,
By heat-treating this at a predetermined temperature, fine pores having a pore size of a desired size on the order of Å can be left, and PF gas and a specific gas having a smaller molecular diameter than PF gas are separated. It can be concentrated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のPFガス分離フィルタの一部拡大断面
図である。
FIG. 1 is a partially enlarged sectional view of a PF gas separation filter of the present invention.

【図2】本発明のPFガス分離フィルタにおける分離膜
の一部拡大図である。
FIG. 2 is a partially enlarged view of a separation membrane in the PF gas separation filter of the present invention.

【図3】本発明のPFガス分離フィルタを組み込んだP
Fガス分離装置の概略断面図である。
FIG. 3 shows a P having a PF gas separation filter of the present invention incorporated therein.
It is an outline sectional view of an F gas separation device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 パーフルオロ化合物ガス分離フィルタ 2 多孔質支持体 3 分離膜 4 中間層 5 細孔 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Perfluoro compound gas separation filter 2 Porous support 3 Separation membrane 4 Intermediate layer 5 Pore

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4D006 GA41 HA27 JA25C KE02P KE03P KE07P KE08P KE12P KE13P KE16R MA02 MA07 MA22 MA24 MA31 MA33 MA40 MB03 MB04 MB15 MB19 MC03X NA10 NA39 NA46 NA50 NA63 PA01 PA02 PB19 PB63 PB70 PC01  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page F term (reference) 4D006 GA41 HA27 JA25C KE02P KE03P KE07P KE08P KE12P KE13P KE16R MA02 MA07 MA22 MA24 MA31 MA33 MA40 MB03 MB04 MB15 MB19 MC03X NA10 NA39 NA46 NA50 NA63 PA01 PA02 PB19 PB63 P

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】多孔質支持体の少なくとも一方の表面に、
多数の細孔を有するSiとZrとを含有する非晶質の酸
化物からなる分離膜を被着形成し、該分離膜の一方の表
面にパーフルオロ化合物ガスと該パーフルオロ化合物よ
り分子径の小さい特定ガスとを含む混合ガスを接触さ
せ、該特定ガスを選択的に前記分離膜の他の表面へ透過
して、前記パーフルオロ化合物ガスを分離できることを
特徴とするパーフルオロ化合物ガス分離フィルタ。
(1) at least one surface of a porous support,
A separation membrane made of an amorphous oxide containing Si and Zr having a large number of pores is formed by deposition, and one surface of the separation membrane has a molecular diameter larger than that of the perfluoro compound gas and the perfluoro compound. A perfluoro compound gas separation filter capable of contacting a mixed gas containing a small specific gas and selectively permeating the specific gas to the other surface of the separation membrane to separate the perfluoro compound gas.
【請求項2】前記SiとZrとを含有する非晶質の酸化
物の平均細孔径が、2.5〜10Åであることを特徴と
する請求項1記載のパーフルオロ化合物ガス分離フィル
タ。
2. The perfluoro compound gas separation filter according to claim 1, wherein said amorphous oxide containing Si and Zr has an average pore diameter of 2.5 to 10 °.
【請求項3】常温から350℃における窒素ガスの透過
率が1×10-8mol/(m2 ・Pa・sec)以上、
窒素ガス(N2 )とパーフルオロ化合物ガス(PF)と
の透過係数比(N2 /PF)が4以上であることを特徴
とする請求項1または2記載のパーフルオロ化合物ガス
分離フィルタ。
3. The nitrogen gas transmittance from normal temperature to 350 ° C. is 1 × 10 −8 mol / (m 2 · Pa · sec) or more.
3. The perfluoro compound gas separation filter according to claim 1, wherein a transmission coefficient ratio (N 2 / PF) between nitrogen gas (N 2 ) and perfluoro compound gas (PF) is 4 or more.
【請求項4】前記Siと前記Zrとの原子比(Zr/S
i)が、0.01〜0.5の割合からなることを特徴と
する請求項1乃至3のいずれか記載のパーフルオロ化合
物ガス分離フィルタ。
4. An atomic ratio (Zr / Sr) of said Si and said Zr.
The perfluoro compound gas separation filter according to any one of claims 1 to 3, wherein i) has a ratio of 0.01 to 0.5.
【請求項5】シリコンのアルコキシドとジルコニウムの
アルコキシドをアルコール溶媒中で混合して、複合アル
コキシドを調製する工程と、該複合アルコキシドを加水
分解して前駆体ゾルを作製する工程と、該前駆体ゾルを
多孔質支持体の少なくとも一方の表面に塗布して乾燥し
た後、350〜700℃の温度で焼成する工程とを具備
することを特徴とするパーフルオロ化合物ガス分離フィ
ルタの製造方法。
5. A step of preparing a composite alkoxide by mixing an alkoxide of silicon and an alkoxide of zirconium in an alcohol solvent; a step of preparing a precursor sol by hydrolyzing the composite alkoxide; Coating on at least one surface of the porous support, drying, and firing at a temperature of 350 to 700 ° C.
【請求項6】前記シリコンのアルコキシドがテトラアル
コキシシランと一般式が下記化1 【化1】 で表される有機官能基を有する他のアルコキシシランの
混合物であることを特徴とする請求項5記載のパーフル
オロ化合物ガス分離フィルタの製造方法。
6. The silicon alkoxide is a tetraalkoxysilane, and the general formula is The method for producing a perfluoro compound gas separation filter according to claim 5, wherein the mixture is a mixture of another alkoxysilane having an organic functional group represented by the following formula:
【請求項7】前記シリコンのアルコキシド全量中におけ
る前記他のアルコキシシランの含有量が3〜50モル%
であることを特徴とする請求項6記載のパーフルオロ化
合物ガス分離フィルタの製造方法。
7. The content of the other alkoxysilane in the total amount of the silicon alkoxide is 3 to 50 mol%.
The method for producing a perfluoro compound gas separation filter according to claim 6, wherein:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019005752A (en) * 2018-10-02 2019-01-17 株式会社ノリタケカンパニーリミテド One-end sealed type cylindrical ceramic substrate for separation membrane, and manufacturing method of the same

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2019005752A (en) * 2018-10-02 2019-01-17 株式会社ノリタケカンパニーリミテド One-end sealed type cylindrical ceramic substrate for separation membrane, and manufacturing method of the same

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