JP2001097715A - Method for forming zeolite film - Google Patents

Method for forming zeolite film

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JP2001097715A
JP2001097715A JP27704299A JP27704299A JP2001097715A JP 2001097715 A JP2001097715 A JP 2001097715A JP 27704299 A JP27704299 A JP 27704299A JP 27704299 A JP27704299 A JP 27704299A JP 2001097715 A JP2001097715 A JP 2001097715A
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zeolite
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泉 熊切
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猛央 山口
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for efficiently producing a zeolite film having no defect and a uniform thickness on a supporter having complicated shape or a supporter having a large area. SOLUTION: This method for producing the zeolite film comprises subjecting a slurry containing seed crystals to crossflow filtration by an alumina porous supporter having 1 μm average pore diameter to make the porous supporter carry a seed crystal layer having 6 μm thickness in the interior of the pore or the surface of the supporter, and growing the seed crystal in the seed crystal layer by hydrothermal synthesis to provide the objective zeolite film having 7 μm thickness.

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、ゼオライト膜及び
その製膜方法に関し、より詳細には、ゼオライト膜を多
孔質支持体に形成するゼオライト膜の製膜方法に関す
る。ゼオライト膜は、結晶中に数オングストロームの細
孔を有しており、この細孔を利用した分子ふるいによる
ガス分離、パーベーパレーション等の分離膜やメンブレ
ンリアクター、あるいはガスセンサー等への応用が考え
られている。
The present invention relates to a zeolite membrane and a method for forming the same, and more particularly, to a method for forming a zeolite membrane on a porous support. The zeolite membrane has pores of several angstroms in the crystal, and it can be applied to separation membranes such as gas separation by molecular sieve using these pores, pervaporation, membrane reactors, gas sensors, etc. Have been.

【0002】本発明のゼオライト膜製膜方法によれば、
ゼオライト膜を多孔質支持体に形成することにより、上
記用途に用いることのできるゼオライト膜エレメントを
製造することができる。
According to the zeolite membrane forming method of the present invention,
By forming a zeolite membrane on a porous support, a zeolite membrane element that can be used for the above applications can be manufactured.

【0003】[0003]

【従来の技術】ゼオライトの膜化の技術としては各種の
手法が検討されている。代表的な製膜方法として、特公
平4−80726号公報に記載の様にゼオライト組成の
ゾルもしくはゲルを支持体で担持した後に水熱処理によ
り結晶化させてゼオライト膜を製造する方法や、また特
開平7−89714号公報に示すようにゼオライト組成
のゲルを支持体で担持した後に水熱処理を蒸気中で行い
結晶化させる方法や、特開平6−99044号公報に記
載のようにゼオライトの合成原料を含むゾルあるいはゲ
ルに支持体を浸漬した後、水熱処理を行い支持体上にゼ
オライト膜を合成する方法等がある。
2. Description of the Related Art Various techniques have been studied as a technique for forming a zeolite membrane. As a typical film forming method, as described in Japanese Patent Publication No. 4-80726, a sol or gel having a zeolite composition is supported on a support and then crystallized by hydrothermal treatment to produce a zeolite membrane. JP-A-7-89714 discloses a method in which a gel having a zeolite composition is supported on a support, followed by hydrothermal treatment in steam for crystallization, or a synthesis raw material for zeolite as described in JP-A-6-99044. After the support is immersed in a sol or gel containing, a hydrothermal treatment is performed to synthesize a zeolite membrane on the support.

【0004】この中で現在、一般的に検討されている手
法が、特開平6−99044号公報に記載のようにゼオ
ライトの合成原料を含むゾルやゲルに支持体を浸漬した
後、水熱処理を行い支持体上にゼオライト膜を合成する
方法である。この方法では、ゾルあるいはゲル中からゼ
オライトを構成する原料が供給されて、支持体上にゼオ
ライト膜が形成されるため、単に合成用ゾルに支持体を
浸漬して水熱合成を行うだけで支持体表面に製膜でき
る。しかし、この方法ではゾルやゲル中でも結晶が発生
し支持体表面に付着することにより膜欠陥が発生しやす
く、高い分離性能が得られなかった。
[0004] Among them, a method which has been generally studied at present is to immerse the support in a sol or gel containing a synthetic raw material of zeolite as described in JP-A-6-99044, and then carry out hydrothermal treatment. This is a method of synthesizing a zeolite membrane on a support. In this method, the raw material constituting zeolite is supplied from a sol or gel, and a zeolite membrane is formed on the support. Therefore, the support is performed simply by immersing the support in the synthesis sol and performing hydrothermal synthesis. Film can be formed on the body surface. However, in this method, crystals are generated even in the sol or gel and adhere to the surface of the support, so that a membrane defect is easily generated, and high separation performance cannot be obtained.

【0005】これを改良するために特開平9−2026
15号公報に記載のように膜を支持体の細孔内部に製膜
する方法や、「ゼオライト膜による浸透気化分離」(喜
多英敏、「膜」、20(3)、169−182(199
5))のように種結晶を支持体上に担持した後で水熱処
理により製膜する方法や、特開平7−109116号公
報、あるいは特開平10−57784号公報に記載のよ
うに種結晶を担持した後で液中で結晶が成長しない条件
で水熱合成を行い製膜する方法が前記それぞれの公報に
示されており、それぞれで分離性能が向上することが確
認されている。
In order to improve this, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-2026 discloses
No. 15, a method of forming a membrane inside the pores of a support as described in JP-A No. 15, and “Pervaporation separation using a zeolite membrane” (Hidetoshi Kita, “Membranes”, 20 (3), 169-182 (199)
5)) a method of forming a film by hydrothermal treatment after supporting the seed crystal on the support as in the above, or a method of forming the seed crystal as described in JP-A-7-109116 or JP-A-10-57784. Methods for hydrothermal synthesis and film formation under the condition that crystals do not grow in the liquid after being supported are described in the above-mentioned respective publications, and it has been confirmed that the separation performance is improved in each case.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の製膜方
法では、複雑な形状の支持体や大面積の支持体に欠陥の
ない均一なゼオライト膜を効率よく製膜することは困難
であった。本発明は、複雑な形状の支持体や大面積の支
持体に欠陥のない厚さが均一なゼオライト膜を効率よく
製膜することを目的とする。
However, it is difficult to efficiently form a uniform zeolite membrane having no defects on a support having a complicated shape or a large-area support by the conventional film forming method. . An object of the present invention is to efficiently form a zeolite membrane having a uniform thickness without defects on a support having a complicated shape or a large-area support.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】第1の視点において、本
発明によれば、種結晶層の種結晶を成長させて多孔質支
持体にゼオライト膜を密着して製膜する工程を含む方法
であって、前記種結晶層は、種結晶を含有するスラリー
を多孔質支持体で濾過して前記多孔質支持体で担持する
厚みが実質的に均一な種結晶担持層であるゼオライト膜
製膜方法により上記目的を達成することができる。この
ゼオライト膜製膜方法は、次のようにすることができ
る。
According to a first aspect, according to the present invention, there is provided a method comprising the steps of: growing a seed crystal of a seed crystal layer and forming a zeolite membrane in close contact with a porous support. A method for forming a zeolite membrane, wherein the seed crystal layer is a seed crystal supporting layer having a substantially uniform thickness and supporting the seed crystal-containing slurry by filtering the slurry with a porous support on the porous support. Thereby, the above object can be achieved. This zeolite membrane forming method can be performed as follows.

【0008】前記種結晶担持層は、厚みが0.1〜20
μmの範囲内で実質的に均一にすることができる。前記
種結晶層の種結晶を水熱合成により成長させることがで
きる。前記スラリーを前記多孔質支持体でクロスフロー
濾過又は全濾過することができる。クロスフロー濾過条
件を、前記スラリーにおける種結晶濃度50〜5000
ppm、流速0.1〜10l/分、差圧0.1〜10k
gf/cm2にし、前記種結晶の平均粒子径Aと前記多
孔質支持体の平均細孔径Bの比A/Bを0.01〜10
0にすることができる。
The seed crystal supporting layer has a thickness of 0.1 to 20.
It can be substantially uniform within the range of μm. The seed crystal of the seed crystal layer can be grown by hydrothermal synthesis. The slurry can be subjected to cross-flow filtration or total filtration through the porous support. The cross-flow filtration conditions were set so that the seed crystal concentration in the slurry was 50 to 5000.
ppm, flow rate 0.1-10 l / min, differential pressure 0.1-10 k
gf / cm 2 and the ratio A / B of the average particle diameter A of the seed crystal to the average pore diameter B of the porous support is 0.01 to 10
Can be zero.

【0009】全濾過条件を、前記スラリーにおける種結
晶濃度0.1〜100ppm、差圧1〜50cmH2
にし、前記種結晶の平均粒子径Aと前記多孔質支持体の
平均細孔径Bの比A/Bを0.01〜100にすること
ができる。前記種結晶の平均粒子径Aと前記多孔質支持
体の平均細孔径Bの比A/Bを0.01〜1として、前
記種結晶担持層を前記多孔質支持体の細孔内部にのみ形
成し、前記多孔質支持体の外面に前記種結晶担持層を形
成しないことができる。
The total filtration conditions were as follows: a seed crystal concentration of 0.1 to 100 ppm in the slurry, a differential pressure of 1 to 50 cmH 2 O.
The ratio A / B of the average particle diameter A of the seed crystal to the average pore diameter B of the porous support can be 0.01 to 100. The seed crystal supporting layer is formed only inside the pores of the porous support, with the ratio A / B of the average particle diameter A of the seed crystals to the average pore diameter B of the porous support being 0.01 to 1. However, the seed crystal supporting layer can not be formed on the outer surface of the porous support.

【0010】第2の視点において、本発明によれば、上
記本発明のゼオライト膜製膜方法により、多孔質支持体
にゼオライト膜を形成して得られたゼオライト膜エレメ
ントにより上記目的を達成することができる。
In a second aspect, according to the present invention, the above object is achieved by a zeolite membrane element obtained by forming a zeolite membrane on a porous support by the zeolite membrane forming method of the present invention. Can be.

【0011】[発明の着想]上記従来の製膜方法の中
で、大面積、複雑形状の支持体への製膜を考えた場合、
種結晶を支持体で担持して、前記種結晶を成長させて膜
化する手法が最も有効と考えられる。この場合に膜性能
に影響を及ぼす重要な要因として、種結晶の担持状態と
水熱合成時の条件があげられる。このうち水熱合成時の
条件としては、前述のように液中で結晶化が起きない条
件で製膜することで高い性能が得られることは明らかに
なっているが、種結晶の担持方法についてはあまり議論
されていない。
[Invention of the Invention] In the above conventional film forming method, when a film is formed on a support having a large area and a complicated shape,
It is considered that a method of supporting the seed crystal on a support and growing the seed crystal to form a film is most effective. In this case, important factors affecting the membrane performance include the state of supporting the seed crystal and conditions during hydrothermal synthesis. Among these conditions, it has been clarified that high performance can be obtained by forming a film under the condition that crystallization does not occur in the liquid as described above as conditions for hydrothermal synthesis. Is not much discussed.

【0012】本発明者らは種結晶の担持状態の膜性能に
対する影響について検討した結果、種結晶層が一定の厚
さで均一に担持されていないとゼオライト膜化した場合
に膜欠陥が生じやすいとの結論に至った。即ち、種結晶
層が厚すぎる場合には層の一部に結晶化しない部分が残
り、薄すぎ均一でない場合には支持体においてゼオライ
ト膜を形成しようとした領域を十分に覆う膜が形成され
ない。しかし、従来検討されている種結晶の担持方法で
あるディップコートなどでは小さな支持体には対応でき
るが、大きな支持体やモノリス等の形状が複雑な支持体
では担持層の厚みムラが大きくなるために再現性良く製
膜を行うことはできなかった。
The inventors of the present invention have studied the effect of the state of supporting the seed crystal on the membrane performance. As a result, when the seed crystal layer is not uniformly supported at a constant thickness, a zeolite film is likely to cause a membrane defect. And came to the conclusion. That is, if the seed crystal layer is too thick, a portion that does not crystallize remains in a part of the layer. If the seed crystal layer is too thin and not uniform, a film that sufficiently covers the region where the zeolite film is to be formed on the support is not formed. However, the conventional method of supporting seed crystals, such as dip coating, can cope with a small support.However, a support having a complicated shape such as a large support or a monolith has a large thickness unevenness of a support layer. The film could not be formed with good reproducibility.

【0013】そこで、本発明者らは、鋭意研究を重ねた
結果、大きな支持体やモノリス等の形状が複雑な支持体
であっても、種結晶を含有するスラリーを多孔質支持体
で濾過することにより前記多孔質支持体で厚みが実質的
に均一な種結晶層を担持することができる、ということ
を見出し本発明を完成するに至った。以下、まず、本発
明の概要について説明する。
Therefore, the present inventors have conducted intensive studies and as a result, even if the support has a complicated shape such as a large support or a monolith, the slurry containing the seed crystal is filtered through the porous support. As a result, the present inventors have found that the porous support can support a seed crystal layer having a substantially uniform thickness, and have completed the present invention. Hereinafter, first, the outline of the present invention will be described.

【0014】[発明の概要]ゼオライト膜の製膜過程を
示した模式図が図1及び図2である。図2に示したのが
種結晶を用いない場合の製膜過程で、液(結晶核を発生
させることができる液)21の中で発生した結晶核22
が支持体23の表面に付着しこれが成長して成長した結
晶22’になり、さらに膜24となる。しかし、核発
生、結晶成長は全くランダムに進行するために、図2で
示すような膜欠陥25が生じやすい。
[Summary of the Invention] FIGS. 1 and 2 are schematic views showing a process of forming a zeolite membrane. FIG. 2 shows a crystal nucleus 22 generated in a liquid (a liquid capable of generating crystal nuclei) 21 in a film forming process without using a seed crystal.
Adheres to the surface of the support 23 and grows to become the grown crystal 22 ′ and further to the film 24. However, since nucleation and crystal growth proceed at random, film defects 25 as shown in FIG. 2 are likely to occur.

【0015】このような問題点を解消する方法として、
図1に示すように予め支持体3の表面で種結晶2を担持
し、担持した種結晶のみが成長するような条件で液(種
結晶を成長させることができる液)1の中で水熱合成を
行えば、前記種結晶は、成長した結晶2’になり、さら
には欠陥のないゼオライト膜4が製膜できると考えら
れ、結晶成長の条件については前述のような特許公報が
公開されている。
As a method of solving such a problem,
As shown in FIG. 1, the seed crystal 2 is previously supported on the surface of the support 3, and the hydrothermal reaction is performed in a liquid (a liquid capable of growing the seed crystal) 1 under conditions such that only the supported seed crystal grows. If the synthesis is performed, it is considered that the seed crystal becomes a grown crystal 2 ′, and further, a zeolite membrane 4 having no defect can be formed. I have.

【0016】従来、種結晶の担持方法としては各種方法
が検討されており、その中で支持体の形状による制限の
少ない種結晶担持方法として、ゼオライト種結晶を溶媒
中に分散したスラリーを作成し、これを用いて担持する
方法が考えられる。最も単純な方法としては、ディップ
コートにより支持体表面で種結晶を担持する方法が考え
られる。しかし、実際にこの方法による担持を行い、ゼ
オライト膜を製膜してみたところ、低い分離性能の膜し
か得られなかった。
Conventionally, various methods have been studied as a method for supporting a seed crystal. Among them, a slurry in which zeolite seed crystals are dispersed in a solvent is prepared as a method for supporting a seed crystal, which is less restricted by the shape of the support. A method of carrying using this is conceivable. As the simplest method, a method of supporting a seed crystal on the surface of the support by dip coating can be considered. However, when the zeolite membrane was actually formed by this method and a zeolite membrane was formed, only a membrane having low separation performance was obtained.

【0017】この原因を検討したところ、種結晶担持層
の厚みムラによることが明らかになった。場所によって
層の厚みに差がある場合には、水熱合成による結晶成長
後もこのムラはなくならず、厚みが均一な膜を製膜する
ことは困難であり、種結晶担持層に厚い部分や薄い部分
がある場合には、厚い部分と薄い部分で欠陥が生じやす
いために高い性能のゼオライト膜は製膜できなかったこ
とがわかった。
Examination of the cause revealed that it was due to uneven thickness of the seed crystal supporting layer. If there is a difference in the thickness of the layer depending on the location, this unevenness does not disappear even after crystal growth by hydrothermal synthesis, and it is difficult to form a film having a uniform thickness. It was found that when there was a thin portion or a thin portion, a high performance zeolite membrane could not be formed because defects tend to occur in the thick portion and the thin portion.

【0018】これらの欠陥の発生を図で示したのが、図
3であり、支持体に形成された種結晶担持層の厚さが厚
すぎる場合には、厚すぎる部分の種結晶の全てが結晶化
するのではなく支持体により近い側の種結晶は結晶化せ
ず支持体とゼオライト膜との間に欠陥が生じやすい。こ
の場合には、ゼオライト膜が支持体上に密着していない
ため、ゼオライト膜の剥離やクラックが生じやすい。
FIG. 3 shows the occurrence of these defects in FIG. 3. When the thickness of the seed crystal supporting layer formed on the support is too large, all of the seed crystals in the excessively thick portion are removed. The seed crystal that is not crystallized but closer to the support is not crystallized and defects are likely to occur between the support and the zeolite membrane. In this case, since the zeolite membrane does not adhere to the support, the zeolite membrane is easily peeled or cracked.

【0019】また、支持体に形成された種結晶担持層が
薄すぎる場合には、種結晶担持層の種結晶の塗布されて
いない部分(種結晶の存在率が小さい部分)にはゼオラ
イト膜が形成されず支持体表面が露出したままになり、
種結晶層の担持によりゼオライト膜を形成しようとした
支持体領域の全体を覆うゼオライト膜が形成されないた
めに、欠陥が生じてしまう。
When the seed crystal supporting layer formed on the support is too thin, the zeolite membrane is formed on the portion of the seed crystal supporting layer where the seed crystal is not applied (the portion where the seed crystal abundance is low). It is not formed, the support surface remains exposed,
Since the zeolite film is not formed to cover the entire support region where the zeolite film is to be formed by supporting the seed crystal layer, a defect occurs.

【0020】以上の結果をまとめると理想的な種結晶の
担持状態は、種結晶は一定値以下の厚みで均一に支持体
で担持していることであると考えられる。このような種
結晶の担持層の厚みを検討した結果、少なくとも0.1
〜20μmの範囲であれば前述のような欠陥が生じない
ことが明らかになった。なお、この0.1〜20μmの
範囲は、実施例に用いた支持体の条件によって規定され
るが、支持体としてさらに均一なものが得られればそれ
に依存する。
Summarizing the above results, it is considered that the ideal state of supporting the seed crystal is that the seed crystal is uniformly supported on the support with a thickness of a certain value or less. As a result of examining the thickness of such a seed crystal supporting layer, at least 0.1
It has been clarified that the above-mentioned defects do not occur in the range of 2020 μm. Note that the range of 0.1 to 20 μm is defined by the conditions of the support used in the examples, but depends on the support if a more uniform support is obtained.

【0021】また、種結晶担持層の厚みは、好ましくは
0.1〜20μmの範囲内において、種結晶を欠陥の発
生なしに成長させて欠陥のないゼオライト膜を製膜する
ことができる程度に実質的に均一であればよく、例え
ば、1mm2における最大厚みLと最小厚みSと種結晶
径rの関係(L−S)/rが5以下(好ましくは3以
下、より好ましくは1以下)である程度に均一であれば
よい。
The thickness of the seed crystal supporting layer is preferably within the range of 0.1 to 20 μm so that the seed crystal can be grown without generating defects to form a defect-free zeolite membrane. It may be substantially uniform. For example, the relationship (LS) / r between the maximum thickness L, the minimum thickness S, and the seed crystal diameter r at 1 mm 2 is 5 or less (preferably 3 or less, more preferably 1 or less). It is sufficient if the pressure is uniform to some extent.

【0022】次に、このような理想的な種結晶の担持状
態を実現するために各種担持方法を検討した結果、簡便
性等から、種結晶を分散したスラリーを用いて行う担持
方法が最も効率が良いと判断した。しかし、通常のディ
ップコートでは前述のように厚みムラが生じやすいた
め、均一に担持するための手法を検討した結果、スラリ
ーを多孔質支持体で濾過することで多孔質支持体は種結
晶層を均一な厚さで担持することができることが確認で
きた。
Next, as a result of examining various supporting methods for realizing such an ideal state of supporting the seed crystal, the supporting method using a slurry in which the seed crystal is dispersed is most effective because of simplicity and the like. Was determined to be good. However, in the normal dip coating, thickness unevenness is likely to occur as described above, and as a result of examining a method for uniformly supporting the slurry, the slurry is filtered through the porous support, so that the porous support forms a seed crystal layer. It was confirmed that the carrier could be supported with a uniform thickness.

【0023】種結晶を含有するスラリーを多孔質支持体
で濾過して前記多孔質支持体で種結晶層を担持する際の
濾過方法としては、図4のように、全濾過法とクロスフ
ロー濾過法が考えられる。全濾過による種結晶層の担持
は、ディップコートのように毛管凝縮による支持体内へ
のスラリー溶媒の浸透を利用した担持ではなく、図4の
上段に示すように圧力をかけて強制的に種結晶担持層を
支持体に形成するので、スラリー調製条件、濾過条件を
適正化すれば、厚みが均一な種結晶層を支持体で担持す
ることが可能になる。
As a filtration method for filtering a slurry containing seed crystals through a porous support and supporting the seed crystal layer on the porous support, as shown in FIG. 4, a total filtration method and a cross-flow filtration method are used. Law is conceivable. The seed crystal layer supported by total filtration is not supported by using the penetration of the slurry solvent into the support by capillary condensation as in dip coating, but is forced by applying pressure to the seed crystal as shown in the upper part of FIG. Since the support layer is formed on the support, the seed crystal layer having a uniform thickness can be supported on the support if the slurry preparation conditions and the filtration conditions are optimized.

【0024】またクロスフロー濾過とは、図4の下段に
示すように種結晶含有スラリーを支持体における種結晶
を担持させたい面に流し、差圧により液(分散媒)が支
持体の壁面を透過するように前記壁面に対して直角方向
に流れて、粒子(分散質)、この場合はゼオライト種結
晶の一部が支持体の表面に捕捉される。しかし、前記ス
ラリーを流す速度が大きい場合には捕捉された粒子がか
き取られ再び前記スラリー中へ分散していき支持体表面
層の厚みは一定に保たれ、差圧と流速を制御することで
ゼオライト膜の厚さもコントロール(制御)できる。
In the cross-flow filtration, as shown in the lower part of FIG. 4, a seed crystal-containing slurry is caused to flow on a surface of a support on which a seed crystal is to be supported, and a liquid (dispersion medium) is applied to the wall of the support by a differential pressure. It flows in a direction perpendicular to the wall so as to penetrate and particles (dispersoids), in this case a part of the zeolite seed crystal, are trapped on the surface of the support. However, when the flow speed of the slurry is high, the trapped particles are scraped and dispersed again in the slurry, the thickness of the support surface layer is kept constant, and the differential pressure and the flow rate are controlled. The thickness of the zeolite membrane can also be controlled.

【0025】また上記の各方法では、粒子サイズ(寸
法)によって種結晶は支持体の細孔内部にも入り込む場
合がある。よって条件を更に絞り込めば、支持体の外側
表面だけでなく支持体細孔内部の内壁面にのみ一定の厚
みで支持体は種結晶層を担持することも可能になる。
In each of the above methods, the seed crystal may enter the pores of the support depending on the particle size (dimension). Therefore, if the conditions are further narrowed down, it becomes possible for the support to support the seed crystal layer with a constant thickness only on the inner wall surface inside the support pores as well as on the outer surface of the support.

【0026】担持状態に影響を及ぼす主な要因として
は、スラリーにおける種結晶の濃度、流速、差圧、ゼオ
ライト種結晶の平均粒子径と支持体の平均細孔径の比が
あげられ、各種条件で試験を行った結果、以下の範囲が
適正であることが明らかになった。
The main factors that affect the supported state include the concentration of seed crystals in the slurry, the flow rate, the differential pressure, and the ratio of the average particle size of the zeolite seed crystals to the average pore size of the support. As a result of the test, it became clear that the following range was appropriate.

【0027】スラリーにおけるゼオライト種結晶の濃度
範囲は全濾過で0.1〜100ppm(好ましくは0.
1〜50ppm、より好ましくは0.1〜10pp
m)、クロスフロー濾過で50〜5000ppm(好ま
しくは100〜3000ppm、より好ましくは500
〜1000ppm)が適切であり、それぞれの濾過にお
ける前記濃度範囲の最小値よりも濃度が薄い場合は種結
晶の担持に要する時間が長くなり過ぎ実用的ではなく、
それぞれの濾過における前記濃度範囲の最大値よりも濃
度が濃い場合は他の条件を変えても厚すぎる膜しか担持
できない。全濾過とクロスフロー濾過で前記濃度範囲が
異なるのは、クロスフロー濾過では多孔質支持体の表面
に担持された種結晶層をはがす力も加わるため、全濾過
よりも高い濃度にする必要があるからである。
The concentration range of the zeolite seed crystals in the slurry is 0.1 to 100 ppm (preferably 0.1 ppm) by total filtration.
1 to 50 ppm, more preferably 0.1 to 10 pp
m), 50 to 5000 ppm (preferably 100 to 3000 ppm, more preferably 500 ppm) by cross-flow filtration.
If the concentration is lower than the minimum value of the concentration range in each filtration, the time required for supporting the seed crystal becomes too long and is not practical,
When the concentration is higher than the maximum value of the concentration range in each filtration, only a too thick membrane can be supported even if other conditions are changed. The difference in the concentration range between the total filtration and the cross-flow filtration is because cross-flow filtration requires a higher concentration than the total filtration because a force for peeling off the seed crystal layer supported on the surface of the porous support is also applied. It is.

【0028】クロスフロー濾過の場合の流速は0.1〜
10l/分(好ましくは1〜10l/分、より好ましく
は1〜3l/分)が適切であり、0.1l/分よりも遅
い場合は支持体表面に種結晶が厚く付着してしまい、1
0l/分よりも速い場合には細孔内部に捕捉される種結
晶量が少なくなり効率が悪くなる傾向がある。差圧の適
正範囲はクロスフロー濾過で0.1〜10kgf/cm
2(好ましくは0.1〜1kgf/cm2、より好ましく
は0.1〜0.5kgf/cm2)、全濾過で1〜50
cmH2O(好ましくは1〜30cmH2O、より好まし
くは5〜20cmH2O)であり、差圧がそれぞれの前
記適正範囲の最大値よりも高い場合には支持体の表面に
厚い層ができてしまい、それぞれの前記適正範囲の最小
値よりも低い場合には種結晶層の厚みムラが大きくなっ
てしまう。
The flow rate in the case of cross-flow filtration is 0.1 to
10 l / min (preferably 1 to 10 l / min, more preferably 1 to 3 l / min) is appropriate, and if it is slower than 0.1 l / min, the seed crystal adheres thickly to the surface of the support, and
If it is faster than 0 l / min, the amount of seed crystals trapped inside the pores tends to be small, and the efficiency tends to be poor. The appropriate range of differential pressure is 0.1 to 10 kgf / cm by cross-flow filtration.
2 (preferably 0.1-1 kgf / cm 2 , more preferably 0.1-0.5 kgf / cm 2 ), and 1-50
cmH 2 O (preferably 1 to 30 cmH 2 O, more preferably 5 to 20 cmH 2 O), and when the differential pressure is higher than the maximum value of the respective appropriate range, a thick layer is formed on the surface of the support. If the respective values are lower than the minimum values of the appropriate ranges, the thickness unevenness of the seed crystal layer will increase.

【0029】ゼオライト種結晶の平均粒子径Aと多孔質
支持体の平均細孔径Bの比A/Bは、好ましくは、クロ
スフロー濾過の場合0.01〜100の範囲(好ましく
は0.1〜10、より好ましくは0.3〜5)であり、
全濾過の場合0.01〜100の範囲(好ましくは0.
01〜50、より好ましくは0.1〜10、さらに好ま
しくは0.3〜5)にあることが重要であり、それぞれ
の濾過についての前記範囲の最小値よりも小さい場合に
は種結晶が支持体細孔を透過してしまう傾向があり、そ
れぞれの濾過についての前記範囲の最大値よりも大きい
場合には細孔内部に種結晶が入り込まない傾向があるた
めに種結晶を十分に担持できなくなってしまったり、あ
るいは担持されても種結晶層が厚くなってしまう。
The ratio A / B of the average particle diameter A of the zeolite seed crystal to the average pore diameter B of the porous support is preferably in the range of 0.01 to 100 (preferably 0.1 to 100) in the case of cross-flow filtration. 10, more preferably 0.3 to 5),
In the case of total filtration, it is in the range of 0.01 to 100 (preferably 0.
It is important to be within the range of from 01 to 50, more preferably from 0.1 to 10, and even more preferably from 0.3 to 5), and if the value is smaller than the minimum value in the above range for each filtration, the seed crystal is supported. There is a tendency to permeate the body pores, and if it is larger than the maximum value of the above range for each filtration, the seed crystals can not be sufficiently supported because the seed crystals tend not to enter the inside of the pores Or the seed crystal layer becomes thicker even if it is carried.

【0030】[0030]

【好適な実施形態】〔ゼオライト膜製膜方法〕本発明の
ゼオライト膜製膜方法は、種結晶層の種結晶を成長させ
てゼオライト膜を製膜する工程の前に、種結晶を含有す
るスラリーを調整するスラリー調整工程、及び、種結晶
を含有するスラリーを多孔質支持体で濾過して前記多孔
質支持体で種結晶層を担持する種結晶層担持工程を設け
ることができる。
[Preferred Embodiment] [Zeolite Membrane Forming Method] The zeolite membrane forming method of the present invention comprises a step of growing a seed crystal of a seed crystal layer to form a zeolite membrane before the step of forming a zeolite membrane. And a seed crystal layer supporting step of supporting the seed crystal layer on the porous support by filtering the slurry containing the seed crystals with a porous support.

【0031】種結晶層を成長させてゼオライト膜を製膜
する方法としては、好ましくは水熱合成法を用いる。水
熱合成法としては、各種手法が適用可能だが、例として
特開平10−57784号公報に記載のような方法が可
能である。出発原料として、好ましくは、ゼオライト骨
格金属源、アルカリ金属源、水を用い、必要に応じて結
晶化促進剤を添加することができる。
As a method for forming a zeolite film by growing a seed crystal layer, a hydrothermal synthesis method is preferably used. Various methods can be applied as the hydrothermal synthesis method, and for example, a method as described in JP-A-10-57784 can be used. As a starting material, preferably, a zeolite skeleton metal source, an alkali metal source, and water are used, and a crystallization promoter can be added as necessary.

【0032】ゼオライト骨格金属源としては、従来のゼ
オライト合成に用いられている各種の金属源、例えば、
シリカやアルミナが適用可能である。シリカ源としてシ
リカコロイドゾル、水ガラス、アルミナ源として硝酸ア
ルミニウム、アルミン酸ナトリウム、ベーマイトゾル、
シリカーアルミナ複合コロイドを用いる。またアルカリ
金属源としては、水酸化ナトリウムや水酸化カリウム等
が用いられる。
As the zeolite framework metal source, various metal sources used in the conventional zeolite synthesis, for example,
Silica and alumina are applicable. Silica colloid sol as a silica source, water glass, aluminum nitrate, sodium aluminate, boehmite sol as an alumina source,
A silica-alumina composite colloid is used. As the alkali metal source, sodium hydroxide, potassium hydroxide, or the like is used.

【0033】結晶化促進剤としても、従来のゼオライト
製造に関して使用されているもの、例えば、テトラプロ
ピルアンモニウムブロマイド(TPABr)、水酸化テ
トラブチルアンモニウム等を添加することができる。
As the crystallization accelerator, those used for conventional zeolite production, for example, tetrapropylammonium bromide (TPABr), tetrabutylammonium hydroxide and the like can be added.

【0034】合成可能なゼオライトの結晶系としてはM
FI、A型、Y型、X型等の各種ゼオライトがあり、ま
た骨格金属源としては前記以外に鉄、クロム、チタン等
各種金属源が適用可能である。
The crystal system of the synthesizable zeolite is M
There are various zeolites such as FI, A type, Y type and X type, and various metal sources such as iron, chromium, titanium and the like can be applied as the skeleton metal source.

【0035】混合の手法としては、撹拌混合のほかに一
般的なボールミル、アトライター等の通常の粉砕混合の
他に、ダイヤモンドファインミル(三菱重工株式会社
製)のようなサブミクロンオーダーの粉砕・分散が可能
な特殊なミルの適用も可能である。また、粉砕メディア
である玉石の材質としては、好ましくは、水熱合成用溶
液中に不純物が混入しにくい材質であり、例えばジルコ
ニア等各種の材質が適用可能である。さらに凝集粒子を
分散させるために超音波を利用することも可能である。
As a mixing method, in addition to stirring and mixing, in addition to ordinary pulverization and mixing using a general ball mill, attritor, etc., submicron-order pulverization and mixing using a diamond fine mill (manufactured by Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.). Special mills capable of dispersing are also possible. Further, as a material of the cobblestone that is the grinding media, preferably, a material that does not easily cause impurities to be mixed into the solution for hydrothermal synthesis, for example, various materials such as zirconia can be applied. Further, ultrasonic waves can be used to disperse the aggregated particles.

【0036】使用する種結晶は、合成するゼオライト種
によって各種のゼオライト結晶が使用可能である。種結
晶としては市販のゼオライト結晶、あるいはこのゼオラ
イト結晶を粉砕し微粒子化した結晶、この他に各種方法
で合成したゼオライト結晶が使用可能である。また、本
発明における「種結晶」は、ゼオライト種結晶に変化す
る前の段階のゼオライト種結晶の前駆体を包含するもの
とする。
Various kinds of zeolite crystals can be used depending on the type of zeolite to be synthesized. As the seed crystal, a commercially available zeolite crystal, a crystal obtained by pulverizing the zeolite crystal to obtain fine particles, or a zeolite crystal synthesized by various methods can be used. Further, the “seed crystal” in the present invention includes a precursor of a zeolite seed crystal at a stage before changing to a zeolite seed crystal.

【0037】種結晶におけるゼオライトの結晶粒径は、
例えば0.01〜10μmにすることができ、好ましく
は0.01〜5μm(より好ましくは0.01〜1μ
m)である。
The grain size of zeolite in the seed crystal is as follows:
For example, it can be 0.01 to 10 μm, preferably 0.01 to 5 μm (more preferably 0.01 to 1 μm).
m).

【0038】多孔質支持体の材質としては、例えば、単
一元素の金属、合金、セラミック等が考えられる。形状
に関しては、ゼオライトが成長し得る形状であればよ
く、膜状、板状、筒状、ペレット状、中空糸状、ハニカ
ム状等の各種の形状が考えられる。製造方法としても押
出成型、プレス成型、鋳込み成型等の製造方法が支持体
形状に合わせて選択可能である。また支持体構造は、2
層以上の層からなる構造でもよく、2層目以降はディッ
プコートなどの手法が利用できる。
The material of the porous support may be, for example, a single element metal, alloy, ceramic or the like. The shape may be any shape capable of growing the zeolite, and various shapes such as a film shape, a plate shape, a tubular shape, a pellet shape, a hollow fiber shape, and a honeycomb shape are conceivable. As the production method, a production method such as extrusion molding, press molding, and casting molding can be selected according to the shape of the support. The support structure is 2
A structure having more than two layers may be used, and a method such as dip coating can be used for the second and subsequent layers.

【0039】多孔質支持体は、種結晶を含有するスラリ
ーを濾過して種結晶を担持できるものであればよいが、
多孔質支持体の気孔率は好ましくは10〜60%(より
好ましくは20〜50%、さらに好ましくは30〜45
%)である。
The porous support may be any as long as it can support the seed crystal by filtering the slurry containing the seed crystal.
The porosity of the porous support is preferably 10 to 60% (more preferably 20 to 50%, further preferably 30 to 45%).
%).

【0040】水熱処理(水熱合成)は、好ましくは、圧
力容器中で一般的に80〜250℃程度で1時間〜18
0時間程度行われる。水熱処理後、ゼオライト膜を担持
した支持体は洗浄、乾燥した後、熱処理を行い、結晶化
促進剤等の熱分解性成分を除去する。
The hydrothermal treatment (hydrothermal synthesis) is preferably carried out in a pressure vessel generally at about 80 to 250 ° C. for 1 hour to 18 hours.
It is performed for about 0 hours. After the hydrothermal treatment, the support supporting the zeolite membrane is washed and dried, and then subjected to a heat treatment to remove a thermally decomposable component such as a crystallization promoter.

【0041】本発明のゼオライト膜製膜方法によれば、
ゼオライト膜の厚みが0.1〜20μmの範囲内にあり
厚みが均一で厚みばらつきが少なく欠陥のないゼオライ
ト膜を多孔質支持体に形成することができる。例えば、
1mm2における最大厚みLと最小厚みSと種結晶径r
の関係(L−S)/rが5以下(さらには3以下、さら
には1以下)のゼオライト膜を形成することができる。
According to the method for forming a zeolite membrane of the present invention,
The thickness of the zeolite membrane is in the range of 0.1 to 20 μm, and a zeolite membrane having a uniform thickness, a small thickness variation and no defects can be formed on the porous support. For example,
Maximum thickness L, minimum thickness S and seed crystal diameter r at 1 mm 2
(L-S) / r of 5 or less (3 or less, further 1 or less) can be formed.

【0042】[0042]

【実施例】[実施例1]平均細孔径1μmの管状のαア
ルミナ多孔質支持体(外径10mm×内径7mm、長さ
150mm)に、粒径0.4μmのA型ゼオライト粉末
を水に分散した懸濁液(スラリー)を用いてクロスフロ
ー濾過方式により、前記支持体上に種結晶を担持した。
EXAMPLES Example 1 A-type zeolite powder having a particle size of 0.4 μm was dispersed in water on a tubular α-alumina porous support (outer diameter 10 mm × inner diameter 7 mm, length 150 mm) having an average pore diameter of 1 μm. The seed crystal was supported on the support by a cross-flow filtration method using the suspension (slurry) thus obtained.

【0043】クロスフロー濾過条件は、懸濁液の種結晶
濃度4000ppm、流量(流速)5l/分、操作圧力
(差圧)0.2kgf/cm2で行った。流量が大きい
ために支持体表面にゼオライト種結晶の堆積層は確認で
きなかったが、支持体の細孔内部には捕捉されたゼオラ
イト種結晶層が厚さ5μmで確認できた。
The cross-flow filtration was performed at a suspension seed crystal concentration of 4000 ppm, a flow rate (flow rate) of 5 l / min, and an operating pressure (differential pressure) of 0.2 kgf / cm 2 . A deposited layer of zeolite seed crystals could not be confirmed on the surface of the support due to a large flow rate, but a trapped zeolite seed crystal layer having a thickness of 5 μm could be confirmed inside the pores of the support.

【0044】次に水熱合成によるゼオライト膜の製膜を
行った。原料として、シリカ源にケイ酸ナトリウム、ア
ルミナ源に水酸化アルミニウム、アルカリ源に水酸化ナ
トリウム、逆浸透水を用い、各成分のモル比がNa
2O:Al23:SiO2:H2O=90:1:9:57
60となるように前記原料を混合して、水熱合成用の溶
液を調整した。この溶液中に前記種結晶を担持した支持
体を浸漬し、80℃で水熱合成によりA型ゼオライト膜
を製膜した。
Next, a zeolite membrane was formed by hydrothermal synthesis. As raw materials, sodium silicate is used as a silica source, aluminum hydroxide is used as an alumina source, sodium hydroxide is used as an alkali source, and reverse osmosis water.
2 O: Al 2 O 3 : SiO 2 : H 2 O = 90: 1: 9: 57
The above raw materials were mixed so as to be 60 to prepare a solution for hydrothermal synthesis. The support supporting the seed crystal was immersed in this solution, and an A-type zeolite membrane was formed at 80 ° C. by hydrothermal synthesis.

【0045】5時間水熱合成後、洗浄、乾燥したサンプ
ル(ゼオライト膜を製膜した多孔質支持体)のゼオライ
ト膜をSEM(走査型電子顕微鏡、以下同様)により5
00倍で観察した結果、立方晶が一面に繋がり多結晶膜
を形成していることが確認でき、XRD(X線回折、以
下同様)からこの結晶はA型ゼオライトであることが確
認できた。また、水熱合成された膜の断面をSEM(1
000倍)により観察した結果、厚さ約7μmの薄いゼ
オライト層がアルミナ支持体の細孔内に形成されている
ことが確認できた。
After hydrothermal synthesis for 5 hours, the zeolite membrane of the washed and dried sample (porous support having a zeolite membrane formed thereon) was subjected to SEM (scanning electron microscope; the same applies hereinafter).
As a result of observation at a magnification of 00, it was confirmed that the cubic crystals were connected to one surface to form a polycrystalline film, and it was confirmed from XRD (X-ray diffraction, the same applies hereinafter) that the crystals were A-type zeolite. Also, the cross section of the hydrothermally synthesized film was SEM (1
As a result, it was confirmed that a thin zeolite layer having a thickness of about 7 μm was formed in the pores of the alumina support.

【0046】[実施例2]使用した種結晶を粒径3μm
の種結晶とし、操作圧力を0.36kgf/cm 2、流
速を2.5l/分とした以外は実施例1と同じ手法でゼ
オライト膜を作製した。作製過程において種結晶担持後
の支持体の断面をSEMにより観察した結果、厚さ14
μmの薄いゼオライト種結晶担持層がアルミナ多孔質支
持体表面に形成されていることが確認できた。また、水
熱合成後のXRD測定からこの水熱合成された膜を形成
している結晶はA型ゼオライトであることが確認でき
た。
Example 2 The used seed crystal was 3 μm in particle size.
Operating pressure of 0.36 kgf / cm Two, Flow
Except that the speed was 2.5 l / min, the same method as in Example 1 was used.
Olite film was produced. After seed crystal loading during fabrication process
As a result of observing the cross section of the support by SEM, a thickness of 14
μm thin zeolite seed crystal support layer
It was confirmed that it was formed on the surface of the holding body. Also water
Formation of this hydrothermally synthesized film from XRD measurement after thermal synthesis
The crystal is confirmed to be type A zeolite.
Was.

【0047】[実施例3]スラリー濃度を2000pp
mとした以外は実施例2と同じ手法でゼオライト膜を作
製した。作製過程において種結晶担持後の支持体の断面
をSEMにより観察した結果、厚さ9μmの薄いゼオラ
イト種結晶担持層がアルミナ多孔質支持体の細孔内部に
形成されていることが確認できた。また水熱合成後のX
RD測定からこの水熱合成された膜を形成している結晶
はA型ゼオライトであることが確認できた。
Example 3 The slurry concentration was 2000 pp
A zeolite membrane was produced in the same manner as in Example 2 except that m was used. As a result of observing the cross section of the support after supporting the seed crystal by SEM in the production process, it was confirmed that a thin zeolite seed crystal supporting layer having a thickness of 9 μm was formed inside the pores of the porous alumina support. X after hydrothermal synthesis
From the RD measurement, it was confirmed that the crystals forming the hydrothermally synthesized film were A-type zeolites.

【0048】[実施例4]流速を0.5l/分、濃度を
500ppm、操作圧力を0.1kgf/cm2とした
以外は実施例1と同じ手法でゼオライト膜を作製した。
作製過程において種結晶担持後の支持体の断面をSEM
により観察した結果、厚さ8μmの薄いゼオライト種結
晶担持層がアルミナ多孔質支持体の外表面および細孔内
部に形成されていることが確認できた。また水熱合成後
のXRD測定からこの水熱合成された膜を形成している
結晶はA型ゼオライトであることが確認できた。
Example 4 A zeolite membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that the flow rate was 0.5 l / min, the concentration was 500 ppm, and the operating pressure was 0.1 kgf / cm 2 .
In the manufacturing process, the cross section of the support after supporting the seed crystal was SEM
As a result, it was confirmed that a thin zeolite seed crystal support layer having a thickness of 8 μm was formed on the outer surface and the inside of the pores of the porous alumina support. XRD measurement after hydrothermal synthesis confirmed that the crystals forming the hydrothermally synthesized film were A-type zeolites.

【0049】[実施例5]多孔質支持体の細孔径を0.
2μm、種結晶の粒径を0.1μmとした以外は実施例
1と同じ手法でゼオライト膜を作製した。作製過程にお
いて種結晶担持後の支持体の断面をSEMにより観察し
た結果、厚さ1μmの薄いゼオライト種結晶担持層がア
ルミナ多孔質支持体の外表面および細孔内部に形成され
ていることが確認できた。また水熱合成後のXRD測定
からこの水熱合成された膜を形成している結晶はA型ゼ
オライトであることが確認できた。
Example 5 The pore size of the porous support was set to 0.
A zeolite membrane was prepared in the same manner as in Example 1, except that the particle diameter of the seed crystal was 2 μm and the particle diameter of the seed crystal was 0.1 μm. SEM observation of the cross section of the support after seed crystal support during the fabrication process confirmed that a thin zeolite seed crystal support layer having a thickness of 1 μm was formed on the outer surface and inside the pores of the alumina porous support. did it. XRD measurement after hydrothermal synthesis confirmed that the crystals forming the hydrothermally synthesized film were A-type zeolites.

【0050】[実施例6]スラリーにおける種結晶濃度
を50ppm、差圧を20cmH2Oとして全濾過で種
結晶を多孔質支持体に担持させた以外は、実施例1と同
じ手法でゼオライト膜を製膜した。製膜過程において種
結晶担持後の支持体の断面をSEMにより観察した結
果、厚さ7μmの薄いゼオライト種結晶担持層がアルミ
ナ多孔質支持体の外表面及び細孔内部に形成されている
ことが確認できた。また水熱合成後のXRD測定からこ
の水熱合成された膜を形成している結晶はA型ゼオライ
トであることが確認できた。
Example 6 A zeolite membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that the seed crystal was supported on the porous support by total filtration at a seed crystal concentration of 50 ppm in the slurry and a pressure difference of 20 cmH 2 O. A film was formed. As a result of observing the cross section of the support after supporting the seed crystal by a SEM during the film forming process, it was found that a thin zeolite seed crystal supporting layer having a thickness of 7 μm was formed on the outer surface and the inside of the pores of the alumina porous support. It could be confirmed. XRD measurement after hydrothermal synthesis confirmed that the crystals forming the hydrothermally synthesized film were A-type zeolites.

【0051】[実施例7]種結晶としてY型ゼオライト
の種結晶を用いる以外は実施例1と同じ手法でゼオライ
ト膜を作製した。作製過程において種結晶担持後の支持
体の断面をSEMにより観察した結果、厚さ5μmの薄
いゼオライト種結晶担持層がアルミナ多孔質支持体の細
孔内部に形成されていることが確認できた。また水熱合
成後のXRD測定からこの水熱合成された膜を形成して
いる結晶はFAVゼオライトであることが確認できた。
Example 7 A zeolite membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that a seed crystal of Y-type zeolite was used as a seed crystal. As a result of observing the cross section of the support after supporting the seed crystal by SEM in the production process, it was confirmed that a thin zeolite seed crystal supporting layer having a thickness of 5 μm was formed inside the pores of the porous alumina support. XRD measurement after hydrothermal synthesis confirmed that the crystals forming the hydrothermally synthesized film were FAV zeolite.

【0052】[比較例1]スラリーにおける種結晶濃度
を10000ppmとした以外は、実施例1と同じ手法
でゼオライト膜を作製した。作製過程において種結晶担
持後の支持体の断面をSEMにより観察したところ、種
結晶は厚さ250μmで支持体に担持されており、水熱
合成後の支持体の破断面の観察でもゼオライト膜が製膜
されていない欠陥部分が確認できた。
Comparative Example 1 A zeolite membrane was produced in the same manner as in Example 1, except that the seed crystal concentration in the slurry was 10,000 ppm. When the cross section of the support after supporting the seed crystal was observed by SEM in the manufacturing process, the seed crystal was supported on the support with a thickness of 250 μm. Defects that were not formed were confirmed.

【0053】[比較例2]流速を30l/分とした以外
は、実施例1と同じ手法によりゼオライト膜を作製し
た。作製過程において種結晶担持後に支持体の破断面の
観察をしたところ、種結晶担持層の厚さは1μm以下
で、部分的に種結晶が担持されていない部分も確認でき
た。水熱合成後に支持体の破断面を観察しても、ゼオラ
イト膜が製膜されていない欠陥部分が確認できた。
Comparative Example 2 A zeolite membrane was produced in the same manner as in Example 1 except that the flow rate was 30 l / min. Observation of the fracture surface of the support after supporting the seed crystal in the manufacturing process revealed that the thickness of the seed crystal supporting layer was 1 μm or less, and a portion where no seed crystal was supported was also confirmed. Observation of the fracture surface of the support after hydrothermal synthesis also confirmed a defective portion where the zeolite membrane was not formed.

【0054】[比較例3]種結晶の担持をディップコー
ト法により行う以外は、実施例1と同じ方法でゼオライ
ト膜の製膜を行った。種結晶担持後に支持体の破断面の
観察をしたところ、種結晶担持層の厚さは7μm以下
で、膜厚にはバラツキが大きかった。水熱合成後に支持
体の破断面を観察しても、ゼオライト膜が製膜されてい
ない欠陥部分が確認できた。
Comparative Example 3 A zeolite membrane was formed in the same manner as in Example 1 except that the seed crystal was supported by a dip coating method. When the fracture surface of the support was observed after the seed crystal was supported, the thickness of the seed crystal supporting layer was 7 μm or less, and the thickness varied widely. Observation of the fracture surface of the support after hydrothermal synthesis also confirmed a defective portion where the zeolite membrane was not formed.

【0055】[実施例8]浸透気化(PV)法により、
エタノール水溶液系での実施例1〜7および比較例1〜
3の各々で得られたゼオライト膜の分離性能の評価を行
った。図5に示すようなPV装置を用いて、供給液に1
0重量%エタノール水溶液を用いて、30℃で行った。
供給液および透過液の濃度はガスクロマトグラフにより
測定した。分離係数αは次の式より計算して求めた。
Example 8 By the pervaporation (PV) method,
Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 1 in an aqueous ethanol system
The separation performance of the zeolite membrane obtained in each of No. 3 was evaluated. Using a PV device as shown in FIG.
The test was performed at 30 ° C. using a 0% by weight aqueous ethanol solution.
The concentrations of the feed solution and the permeate were measured by gas chromatography. The separation coefficient α was calculated by the following equation.

【0056】[0056]

【数1】 (Equation 1)

【0057】ここで、X1はエタノールの供給側モル濃
度(mol%)、X2は水の供給側モル濃度(mol
%)、Y1はエタノールの透過側モル濃度(mol
%)、Y2は水の透過側モル濃度(mol%)をそれぞ
れ示す。
Here, X 1 is the molar concentration on the supply side of ethanol (mol%), and X 2 is the molar concentration on the supply side of water (mol%).
%), Y 1 is the molar concentration on the permeation side of ethanol (mol)
%) And Y 2 indicate the molar concentration on the permeation side of water (mol%), respectively.

【0058】分離試験結果(ゼオライト膜のPV特性評
価結果)を表1に示す。この結果から分かるように種結
晶の担持層を制御したA型ゼオライト膜は全て1000
0以上の高い分離性能を示した。Y型についても100
程度の分離性能を示す膜が得られた。しかし比較例に示
したように、種結晶の担持層が厚い場合や薄い場合は、
膜欠陥が生じやすく、PV性能が低くなってしまった。
またディップコートによる担持では、濾過法に比べ厚み
ムラが大きく製膜後の膜に欠陥が生じやすいために、P
V性能が低くなってしまった。
Table 1 shows the results of the separation test (the results of the evaluation of the PV characteristics of the zeolite membrane). As can be seen from the results, all the A-type zeolite membranes in which the seed crystal supporting layer was controlled were 1000
High separation performance of 0 or more was shown. 100 for Y type
A membrane showing a degree of separation performance was obtained. However, as shown in the comparative example, when the seed crystal supporting layer is thick or thin,
Film defects were likely to occur, resulting in poor PV performance.
In addition, in the case of supporting by dip coating, the thickness unevenness is large compared to the filtration method, and defects are likely to occur in the formed film.
V performance has dropped.

【0059】[0059]

【表1】 [Table 1]

【0060】[実施例9]平均細孔径1μmの図6に示
すような直径が30mmでその中に直径2mmのチャン
ネルを91有するαアルミナ支持体に、粒径0.5μm
のMFIゼオライト粉末を水に分散した懸濁液を用いて
クロスフロー濾過方式により、前記支持体上に種結晶を
担持した。クロスフロー濾過条件は、スラリーにおける
種結晶濃度4000ppm、流量5l/分、操作圧力
(差圧)0.2kgf/cm2で行った。流量が大きい
ために支持体表面にゼオライト種結晶の堆積層は確認で
きなかったが、前記支持体の細孔内部には捕捉されたゼ
オライト種結晶が確認でき、その厚みは6μmであっ
た。
Example 9 An α-alumina support having an average pore diameter of 1 μm and having a diameter of 30 mm as shown in FIG.
A seed crystal was supported on the support by a cross-flow filtration method using a suspension of the MFI zeolite powder dispersed in water. The cross-flow filtration was performed at a seed crystal concentration of 4000 ppm in the slurry, a flow rate of 5 l / min, and an operating pressure (differential pressure) of 0.2 kgf / cm 2 . No deposited layer of zeolite seed crystals was found on the surface of the support due to the large flow rate, but zeolite seed crystals trapped were found inside the pores of the support, and the thickness was 6 μm.

【0061】水熱合成は出発原料として、水酸化ナトリ
ウム、TPABr(テトラプロピルアンモニウムブロマ
イド)、蒸留水、シリカゾル(触媒化成工業製:SI−
30)を用いた。これら原料を、TPABr:Na
2O:SiO2:H2O=0.1:0.05:0.1:8
0の比になるように混合し、ゼオライト合成用のゾルと
した。このゾルはマグネティックスターラーで撹拌混合
した後、ダイヤモンドファインミル(三菱重工株式会社
製)を用いて、ジルコニア製玉石(径0.3mm)によ
り粉砕混合した。このゾルと種結晶を担持した支持体を
オートクレーブに設置して、オートクレーブ内を真空に
引き、支持体細孔内の気泡を除去し細孔内を合成用のゾ
ルで満たした後、170℃で72時間水熱合成を行っ
た。
In the hydrothermal synthesis, as starting materials, sodium hydroxide, TPABr (tetrapropylammonium bromide), distilled water, silica sol (Catalyst Kasei Kogyo: SI-
30) was used. These raw materials are converted into TPABr: Na
2 O: SiO 2 : H 2 O = 0.1: 0.05: 0.1: 8
The mixture was mixed so as to have a ratio of 0 to obtain a sol for zeolite synthesis. The sol was stirred and mixed with a magnetic stirrer, and then pulverized and mixed with a zirconia ball (diameter 0.3 mm) using a diamond fine mill (manufactured by Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.). The support supporting the sol and the seed crystal was placed in an autoclave, the inside of the autoclave was evacuated, bubbles in the pores of the support were removed, and the pores were filled with a sol for synthesis. Hydrothermal synthesis was performed for 72 hours.

【0062】水熱合成終了後、支持体は80℃の温水で
洗浄し、さらに超音波洗浄し、蒸留水置換した後、10
0℃で24時間乾燥した。その後600℃で2時間焼成
し、結晶中のTPABrを除去した。ゼオライト膜はX
RDの結果より、MFIであることが確認できた。また
XRDの結果から細孔径は約0.6nmと考えられ、こ
れは一般的なMFIの細孔径に一致した。
After completion of the hydrothermal synthesis, the support was washed with warm water of 80 ° C., further ultrasonically washed, and replaced with distilled water.
Dry at 0 ° C. for 24 hours. Thereafter, firing was performed at 600 ° C. for 2 hours to remove TPABr in the crystal. Zeolite membrane is X
From the result of RD, it was confirmed that it was MFI. Also, from the result of XRD, the pore diameter was considered to be about 0.6 nm, which coincided with the pore diameter of general MFI.

【0063】[比較例4]スラリーにおける種結晶濃度
を10000ppmとした以外は、実施例9と同じ方法
でゼオライト膜の製膜を行った。製膜の過程において種
結晶担持層の断面をSEMにより観察したところ、種結
晶層は厚さ50μmで支持体に担持されており、水熱合
成後の支持体の破断面の観察でも製膜されていない部分
が確認できた。
Comparative Example 4 A zeolite membrane was formed in the same manner as in Example 9 except that the seed crystal concentration in the slurry was 10,000 ppm. When the cross section of the seed crystal supporting layer was observed by SEM in the process of film formation, the seed crystal layer was supported on the support with a thickness of 50 μm, and the film was formed by observation of the fracture surface of the support after hydrothermal synthesis. The part that did not exist could be confirmed.

【0064】[比較例5]種結晶を用いずに、実施例9
と同様の方法で水熱合成を行いゼオライト膜を製膜し
た。
Comparative Example 5 Example 9 was performed without using a seed crystal.
Hydrothermal synthesis was performed in the same manner as described above to form a zeolite membrane.

【0065】[実施例10]実施例7、9、比較例4、
5で製膜したゼオライト膜についてガス分離試験を行っ
た結果(透過率、透過係数比)を表2に示す。ガス分離
試験は以下の方法により行った。まず、モノリスサンプ
ルは図7のようにサンプルの両端をサンプル固定治具を
介して被験ガスの流路に連結する。次に、被験ガスとし
て二酸化炭素10容量%、窒素90容量%の混合気体を
サンプルの内面側から供給し、ゼオライト膜を透過し支
持体の外に出た気体を集めて、ガスクロマトグラフで分
析し、次式により透過率および分離係数を算出した。
Example 10 Examples 7 and 9, Comparative Example 4,
Table 2 shows the results (permeability, transmission coefficient ratio) of the gas separation test performed on the zeolite membrane formed in Example 5. The gas separation test was performed by the following method. First, as shown in FIG. 7, both ends of the monolith sample are connected to the flow path of the test gas via the sample fixing jig. Next, a mixed gas of 10% by volume of carbon dioxide and 90% by volume of nitrogen as a test gas was supplied from the inner surface side of the sample, and gas permeating through the zeolite membrane and out of the support was collected and analyzed by gas chromatography. The transmittance and the separation coefficient were calculated by the following equations.

【0066】[0066]

【数2】 (Equation 2)

【0067】上記式において、Qは透過率(mol/m
2・s・Pa)、Aは透過量(mol)、Prは供給側圧
力(Pa)、Ppは透過側圧力(Pa)、Sは膜面積
(m2)、Tは時間(s)を表す。
In the above formula, Q is the transmittance (mol / m
2 · s · Pa), A is the permeation amount (mol), Pr is the supply side pressure (Pa), P p is the permeation side pressure (Pa), S is the membrane area (m 2 ), and T is time (s). Represents

【0068】また分離係数は次式より算出した。なお、
次式のガス種1は二酸化炭素、ガス種2は窒素である。
The separation coefficient was calculated by the following equation. In addition,
In the following formula, gas type 1 is carbon dioxide, and gas type 2 is nitrogen.

【0069】[0069]

【数3】 (Equation 3)

【0070】上記式において、Prは供給側ガスの全圧
(Pa)、Ppは透過側ガスの全圧(Pa)、Rpは透過
側流量(mol/分)、Paは開放圧(Pa)、Tは温
度(K)、Toは標準温度(K)、Poは標準圧(P
a)、Cp1は透過側ガス(1)の濃度(%)、Cr1は供
給側ガス(1)の濃度(%)、Cp2は透過側ガス(2)
の濃度(%)、Cr2は供給側ガス(2)の濃度(%)、
1はガス(1)の透過率(mol/m2・s・Pa)、
2はガス(2)の透過率(mol/m2・s・Pa)、
α*は分離係数(透過係数比)である。
[0070] In the above formula, P r is the total pressure of the feed side gas (Pa), total pressure P p is the permeate side gas (Pa), R p is the permeate side flow rate (mol / min), P a is the opening pressure (Pa), T is temperature (K), T o is the standard temperature (K), P o is the standard pressure (P
a), C p1 is the concentration (%) of the permeate gas (1), C r1 is the concentration (%) of the supply gas (1), and C p2 is the permeate gas (2).
, Cr2 is the concentration (%) of the supply gas (2),
Q 1 is the gas (1) transmittance (mol / m 2 · s · Pa);
Q 2 is the gas (2) transmittance (mol / m 2 · s · Pa);
α * is a separation coefficient (permeability coefficient ratio).

【0071】表2のゼオライト膜のガス分離性能の結果
からわかるように、本発明で作製したサンプルは、比較
例で示した種結晶層の厚みが適正でなかったサンプルや
合成時に種結晶を用いていないサンプルよりも高い分離
性能を示すことが確認できた。
As can be seen from the results of the gas separation performance of the zeolite membrane shown in Table 2, the samples prepared according to the present invention were prepared by using a seed crystal in which the thickness of the seed crystal layer was not appropriate as shown in the comparative example or using a seed crystal during synthesis. It was confirmed that the sample exhibited higher separation performance than the sample without the sample.

【0072】先のPV試験及びガス分離試験の結果よ
り、濾過方式で担持厚みを制御しながら種結晶を担持し
て作製したサンプルは、担持層の厚みが適正でない場合
や他の担持方法、あるいは種結晶を用いない場合に比べ
て、高い性能を示し、サンプルの用途が異なっても高い
性能を示すことが確認できた。
According to the results of the PV test and the gas separation test, the sample prepared by supporting the seed crystal while controlling the supporting thickness by a filtration method was used when the thickness of the supporting layer was not appropriate or when another supporting method was used. As compared to the case where no seed crystal was used, it was confirmed that high performance was exhibited, and high performance was exhibited even when the use of the sample was different.

【0073】[0073]

【表2】 [Table 2]

【0074】[0074]

【発明の効果】請求項1〜7のゼオライト膜製膜方法
は、種結晶層の種結晶を成長させて多孔質支持体にゼオ
ライト膜を密着して製膜する工程を含む方法であって、
前記種結晶層は、種結晶を含有するスラリーを多孔質支
持体で濾過して前記多孔質支持体で担持する厚みが実質
的に均一な種結晶担持層であるので、次の基本的な効果
を奏することができる。
The method for forming a zeolite membrane according to any one of claims 1 to 7, comprising a step of growing a seed crystal of a seed crystal layer and forming a zeolite membrane in close contact with a porous support, thereby forming a film.
Since the seed crystal layer is a seed crystal support layer having a substantially uniform thickness in which the slurry containing the seed crystal is filtered through the porous support and supported on the porous support, the following basic effects are obtained. Can be played.

【0075】支持体に欠陥のない厚みが均一なゼオライ
ト膜を効率よく製膜することができる。特に、複雑な形
状の支持体、あるいは大面積の支持体であっても、欠陥
のない厚みが均一なゼオライト膜を効率よく製膜するこ
とができる。
A zeolite membrane having a uniform thickness without defects in the support can be efficiently formed. In particular, a zeolite membrane having a uniform thickness without defects can be efficiently formed even with a support having a complicated shape or a support having a large area.

【0076】請求項2〜7のゼオライト膜製膜方法は、
前記それぞれの構成をさらに具備するので、上記基本的
な効果が顕著である。
The method for forming a zeolite membrane according to claims 2 to 7 is
Since the above-mentioned respective configurations are further provided, the above-described basic effects are remarkable.

【0077】請求項8のゼオライト膜エレメントは、本
発明のゼオライト膜製膜方法により、多孔質支持体にゼ
オライト膜を形成して得られたので、ゼオライト膜に欠
陥がなく厚みが均一である。
The zeolite membrane element of claim 8 is obtained by forming a zeolite membrane on a porous support by the zeolite membrane forming method of the present invention, so that the zeolite membrane has no defects and a uniform thickness.

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

【図1】図1は、本発明のゼオライト膜製膜方法におけ
る種結晶を用いる製膜過程を示した模式図である。
FIG. 1 is a schematic view showing a film forming process using a seed crystal in a zeolite film forming method of the present invention.

【図2】図2は、従来のゼオライト膜製膜方法における
種結晶を用いない製膜過程を示した模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a film forming process without using a seed crystal in a conventional zeolite film forming method.

【図3】図3は、ゼオライト膜における欠陥の発生を示
す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the occurrence of defects in a zeolite membrane.

【図4】図4は、本発明のゼオライト膜製膜方法におい
て、種結晶を含有するスラリーを支持体で濾過すること
により種結晶を支持体で担持する方法を示す図であっ
て、上段が全濾過の場合であり、下段がクロスフロー濾
過の場合である。
FIG. 4 is a diagram showing a method of supporting a seed crystal on a support by filtering the slurry containing the seed crystal on the support in the method for forming a zeolite membrane of the present invention, wherein the upper stage shows This is the case of total filtration, and the lower stage is the case of cross-flow filtration.

【図5】図5は、ゼオライト膜の分離性能を評価するた
めのPV(浸透気化)装置の概略を示す図である。
FIG. 5 is a diagram schematically showing a PV (pervaporation) apparatus for evaluating the separation performance of a zeolite membrane.

【図6】図6は、略円柱形状のαアルミナ支持体であっ
てその長手方向に91の略円柱形状の穴を有するもの
(91穴モノリス基材)の端面を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an end surface of a substantially cylindrical α-alumina support having 91 substantially cylindrical holes in a longitudinal direction thereof (a 91-hole monolith substrate).

【図7】図7は、ガスが流れる方向のガス分離試験サン
プルの概略断面図である。
FIG. 7 is a schematic sectional view of a gas separation test sample in a gas flowing direction.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、21…液 2…種結晶 22…結晶核 2’、22’…成長した結晶 3、23…支持体 4、24…ゼオライト膜 25…膜欠陥 1, 21 liquid 2 seed crystal 22 crystal nucleus 2 ', 22' grown crystal 3, 23 support 4, 24 zeolite membrane 25 membrane defect

フロントページの続き (72)発明者 山口 猛央 神奈川県川崎市宮前区土橋3−15−2 (72)発明者 安藤 泰典 愛知県名古屋市西区則武新町3丁目1番36 号 株式会社ノリタケカンパニーリミテド 内 Fターム(参考) 4D006 GA25 GA41 HA77 KE03P KE07P KE08P KE12P KE13P MA06 MA22 MA31 MB03 MB04 MC02 MC03X NA46 NA50 PA01 PB14 PB20 PB32 PB63 PB64 PC69 4G046 JA00 JB06 JB18 4G073 BD18 CZ01 CZ02 CZ05 CZ08 CZ49 FC12 FD18 GA11 GA13 UA06 Continued on the front page (72) Inventor Takeo Yamaguchi 3-15-2 Dobashi, Miyamae-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture (72) Inventor Yasunori Ando 3-36 Noritakeshinmachi, Nishi-ku, Nagoya-shi, Aichi Prefecture Noritake Co., Ltd. F term (reference) 4D006 GA25 GA41 HA77 KE03P KE07P KE08P KE12P KE13P MA06 MA22 MA31 MB03 MB04 MC02 MC03X NA46 NA50 PA01 PB14 PB20 PB32 PB63 PB64 PC69 4G046 JA00 JB06 JB18 4G073 BD18 CZ11 C06 C08 CZ01 C06 C08

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】種結晶層の種結晶を成長させて多孔質支持
体にゼオライト膜を密着して製膜する工程を含む方法で
あって、前記種結晶層は、種結晶を含有するスラリーを
多孔質支持体で濾過して前記多孔質支持体で担持する厚
みが実質的に均一な種結晶担持層であることを特徴とす
るゼオライト膜製膜方法。
1. A method comprising the step of growing a seed crystal of a seed crystal layer and forming a zeolite membrane in close contact with a porous support to form a film, wherein the seed crystal layer comprises a slurry containing a seed crystal. A method for forming a zeolite membrane, comprising a seed crystal supporting layer having a substantially uniform thickness that is filtered by a porous support and supported on the porous support.
【請求項2】前記種結晶担持層は、厚みが0.1〜20
μmの範囲内で実質的に均一であることを特徴とする請
求項1に記載のゼオライト膜製膜方法。
2. The seed crystal supporting layer has a thickness of 0.1 to 20.
The method for forming a zeolite membrane according to claim 1, wherein the zeolite membrane is substantially uniform within a range of μm.
【請求項3】前記種結晶層の種結晶を水熱合成により成
長させることを特徴とする請求項1〜2のいずれかに記
載のゼオライト膜製膜方法。
3. The method for forming a zeolite membrane according to claim 1, wherein the seed crystal of the seed crystal layer is grown by hydrothermal synthesis.
【請求項4】前記スラリーを前記多孔質支持体でクロス
フロー濾過又は全濾過することを特徴とする請求項1〜
3のいずれかに記載のゼオライト膜製膜方法。
4. The method according to claim 1, wherein said slurry is subjected to cross-flow filtration or total filtration through said porous support.
4. The method for forming a zeolite membrane according to any one of 3.
【請求項5】クロスフロー濾過条件は、前記スラリーに
おける種結晶濃度50〜5000ppm、流速0.1〜
10l/分、差圧0.1〜10kgf/cm2であり、 前記種結晶の平均粒子径Aと前記多孔質支持体の平均細
孔径Bの比A/Bは0.01〜100であることを特徴
とする請求項4に記載のゼオライト膜製膜方法。
5. The cross-flow filtration conditions include a seed crystal concentration of 50 to 5000 ppm in the slurry and a flow rate of 0.1 to 5000 ppm.
10 l / min, differential pressure 0.1 to 10 kgf / cm 2 , ratio A / B of the average particle diameter A of the seed crystal to the average pore diameter B of the porous support is 0.01 to 100 The method for forming a zeolite membrane according to claim 4, characterized in that:
【請求項6】全濾過条件は、前記スラリーにおける種結
晶濃度0.1〜100ppm、差圧1〜50cmH2
であり、 前記種結晶の平均粒子径Aと前記多孔質支持体の平均細
孔径Bの比A/Bは0.01〜100であることを特徴
とする請求項4に記載のゼオライト膜製膜方法。
6. The total filtration conditions include a seed crystal concentration in the slurry of 0.1 to 100 ppm and a differential pressure of 1 to 50 cmH 2 O.
The zeolite membrane formation according to claim 4, wherein the ratio A / B of the average particle diameter A of the seed crystal to the average pore diameter B of the porous support is 0.01 to 100. Method.
【請求項7】前記種結晶の平均粒子径Aと前記多孔質支
持体の平均細孔径Bの比A/Bを0.01〜1として、
前記種結晶担持層を前記多孔質支持体の細孔内部にのみ
形成し、前記多孔質支持体の外面に前記種結晶担持層を
形成しないことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに
記載のゼオライト膜製膜方法。
7. The ratio A / B of the average particle diameter A of the seed crystal to the average pore diameter B of the porous support is 0.01 to 1, and
The method according to claim 1, wherein the seed crystal support layer is formed only inside the pores of the porous support, and the seed crystal support layer is not formed on an outer surface of the porous support. The method for forming a zeolite membrane according to the above.
【請求項8】請求項1〜7のいずれか一に記載のゼオラ
イト膜製膜方法により、多孔質支持体にゼオライト膜を
形成して得られたことを特徴とするゼオライト膜エレメ
ント。
8. A zeolite membrane element obtained by forming a zeolite membrane on a porous support by the method for forming a zeolite membrane according to any one of claims 1 to 7.
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