JP2002058972A - Composite membrane of porous organic high polymer membrane and zeolite, and method of manufacturing for the same - Google Patents

Composite membrane of porous organic high polymer membrane and zeolite, and method of manufacturing for the same

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JP2002058972A
JP2002058972A JP2000247133A JP2000247133A JP2002058972A JP 2002058972 A JP2002058972 A JP 2002058972A JP 2000247133 A JP2000247133 A JP 2000247133A JP 2000247133 A JP2000247133 A JP 2000247133A JP 2002058972 A JP2002058972 A JP 2002058972A
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zeolite
composite
organic polymer
porous organic
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Japanese (ja)
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Tetsuo Yazawa
哲夫 矢澤
Tetsuo Jin
哲郎 神
Kaoru Furukawa
薫 古川
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Furukawa Techno Res Kk
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Furukawa Research Inc
Original Assignee
Furukawa Techno Res Kk
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Furukawa Research Inc
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  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To inexpensively manufacture a separation membrane of high effi ciency and good workability. SOLUTION: The composite separation membrane is formed by using a porous organic high polymer membrane which is flexible and has the good workability as a blank membrane and depositing zeolite as a composite separation membrane thereon, by which the high-efficiency separation performance of the zeolite is induced without impairing the flexibility and reworkability of the porous organic high polymer membrane. The composite separating membrane is inexpensively manufactured by utilizing conventional equipment for the porous organic high polymer membrane without special remodeling thereto.

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】本願発明は、分子ふるい分け
効果(以下適宜「分子篩効果」という。)を有するゼオ
ライトの結晶を多孔質有機高分子膜に積層複合化してな
る可撓性・加工性のある量産可能な高機能分離膜に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a flexible and processable compound obtained by laminating and complexing a zeolite crystal having a molecular sieving effect (hereinafter referred to as "molecular sieving effect" as appropriate) with a porous organic polymer film. It relates to a high-performance separation membrane that can be mass-produced.

【0002】[0002]

【従来の技術】海水から水を選択的に透過させ清水を得
る逆浸透膜、チースホエーから蛋白質を濃縮分離する限
外濾過膜、石油精製のオフガスより水素ガスの回収に利
用されるガス分離膜、エタノールやイソプロパノール等
の水共沸混合物から脱水して純アルコールを得る浸透気
化膜等の分離膜が開発され、省エネルギーの分離技術と
して広く応用されている。
BACKGROUND ART A reverse osmosis membrane for selectively permeating water from seawater to obtain fresh water, an ultrafiltration membrane for concentrating and separating proteins from cheese whey, a gas separation membrane for recovering hydrogen gas from off-gas of petroleum refining, Separation membranes such as pervaporation membranes that obtain pure alcohol by dehydration from a water azeotrope such as ethanol or isopropanol have been developed and widely applied as energy-saving separation techniques.

【0003】ところで、これら分離膜に使用される多孔
質有機高分子膜(以下適宜「有機高分子膜、高分子膜」
ともいう。)は、膜自体がフレキシブルであり、かつチ
ューブ状・スパイラル状・中空糸状等の多様な形状に成
形加工ができ、量産化が容易であることから、上記のよ
うに広く利用されている。しかし、その分離のメカニズ
ムは、素材高分子を溶解した有機溶剤溶液が水中にキャ
ストされて有機溶剤が抜け高分子がミクロ相分離する事
によって形成される微孔径の大きさと分離対象ガスとの
親和性の差に依存する統計的な分離のメカニズムからな
っているため、上述の分離膜では分子サイズが異なって
いても化学的性質、例えば親和性、が類似な物質の完全
分離は原理的には不可能である。
Incidentally, porous organic polymer membranes used for these separation membranes (hereinafter referred to as "organic polymer membranes, polymer membranes" as appropriate)
Also called. ) Is widely used as described above because the membrane itself is flexible and can be formed into various shapes such as a tube shape, a spiral shape, and a hollow fiber shape, and can be easily mass-produced. However, the separation mechanism is based on the affinity between the size of the micropores formed by casting the organic solvent solution in which the raw material polymer is dissolved in water, removing the organic solvent and separating the polymer into microphases, and the gas to be separated. Because of the statistical separation mechanism that depends on sex differences, in the above-mentioned separation membrane, even if the molecular size is different, complete separation of substances having similar chemical properties, for example, affinity, is in principle possible. Impossible.

【0004】一方、3Å、4Å、5Åや9Å等の孔径を
有するゼオライト結晶は孔径が厳密に一定な結晶である
ことの分子篩効果により、空気中のO2とN2の吸着法に
よるガス分離やパラキシレンの吸着法によるメタキシレ
ンとの分離に適用され、高効率分離法として実用化され
ている。しかし、ゼオライトは加工性が悪く膜状にする
事が困難である。
On the other hand, zeolite crystals having a pore size of 3Å, 4Å, 5Å, or 9Å or the like have a molecular size sieving effect of a crystal having a strictly uniform pore size, so that gas separation by the adsorption method of O 2 and N 2 in air can be performed. It is applied to the separation of para-xylene from meta-xylene by the adsorption method, and has been put into practical use as a highly efficient separation method. However, zeolite has poor workability and is difficult to form into a film.

【0005】このようなゼオライトの加工性の悪さを克
服すべく、ナノメーターオーダーの分子サイズの孔径を
有するゼオライトを膜化して分離膜として利用する試み
は究極の分離膜を得る方法として注目され研究されてお
り、最近ではゼオライト結晶をアルミナや多孔質ステン
レス板上へ成長積層させた膜の研究があり、極めて高い
分離性能を有することが報告されている。しかし、この
方法もアルミナや多孔質ステンレス板のように可撓性・
再加工性のない素材膜を基礎素材とする分離膜であるこ
とから再加工性・耐衝撃性に欠け、また特別な製造装置
を必要とする等のため高価であって実用に供するには問
題が多い。
[0005] In order to overcome such poor processability of zeolite, an attempt to form a zeolite having a pore size of a molecular size on the order of nanometers into a membrane and use it as a separation membrane has attracted attention and studied as a method for obtaining an ultimate separation membrane. Recently, there has been research on a membrane in which zeolite crystals are grown and laminated on alumina or a porous stainless steel plate, and it is reported that the membrane has extremely high separation performance. However, this method also has flexibility and
It is a separation membrane that uses a non-reworkable material membrane as a base material, and thus lacks reworkability and impact resistance. It also requires special manufacturing equipment and is expensive and is not practical. There are many.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】そこで本願発明は、フ
レキシブルで加工性のよい多孔質有機高分子膜を素材膜
とし、それにゼオライトを膜化して複合分離膜とするこ
とにより、多孔質有機高分子膜の可撓性・再加工性を損
なうことなくゼオライトの高効率分離性能を引き出すこ
と、また、従来から使用されてきている多孔質有機高分
子膜の製造設備を特殊な改造をすることなく利用して、
安価に複合分離膜を製作することを課題とする。
Accordingly, the present invention relates to a porous organic polymer, which comprises a flexible organic film having good processability as a raw material membrane and a zeolite membrane formed into a composite separation membrane. Utilize high-efficiency zeolite separation performance without impairing the flexibility and reworkability of the membrane, and use the conventional equipment for manufacturing porous organic polymer membranes without special modification do it,
It is an object to manufacture a composite separation membrane at low cost.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本願発明者は上記課題を
解決すべく鋭意研究した結果、多孔質有機高分子膜を基
材としてこれにカップリング処理をし、さらに必要に応
じカップリング処理したゼオライトを用いてこれを積層
成長させることにより、高性能な可撓性ある複合分離膜
を完成させるに至った。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted intensive studies to solve the above-mentioned problems, and as a result, a porous organic polymer film was subjected to a coupling treatment to the substrate, and further subjected to a coupling treatment as necessary. By laminating them using zeolite, a high-performance flexible composite separation membrane has been completed.

【0008】本願の請求項1および請求項2に記載した
発明は、微小孔を有する多孔質有機高分子膜に微小径の
ゼオライトの種結晶を配置し、当該物を種結晶と同種の
結晶を生成する原料混合物の中に置いて、種結晶を水熱
合成反応により成長積層させ、多孔質有機高分子膜とゼ
オライトの複合膜を作ることを特徴とする。
According to the first and second aspects of the present invention, a zeolite seed crystal having a small diameter is arranged on a porous organic polymer membrane having micropores, and the same kind of crystal is used as the seed crystal. It is characterized in that a seed crystal is grown and laminated by a hydrothermal synthesis reaction in a raw material mixture to be produced to form a composite film of a porous organic polymer film and zeolite.

【0009】本願の請求項3に記載した発明は、予め多
孔質有機高分子膜の表面・細孔内に、またはゼオライト
の種結晶に、または多孔質有機高分子膜の表面・細孔内
およびゼオライトの種結晶の双方に、多孔質有機高分子
膜の官能基と反応性および親和性のある官能基を有しか
つゼオライトと反応性および親和性のある官能基を有す
る結合剤を処理したことを特徴とする。
[0009] The invention described in claim 3 of the present application is to provide a method in which the surface and pores of the porous organic polymer membrane, or the seed crystal of zeolite, or the surface and pores of the porous organic polymer membrane and Both zeolite seed crystals are treated with a binder that has a functional group that is reactive and compatible with the functional group of the porous organic polymer membrane and that has a functional group that is reactive and compatible with zeolite. It is characterized by.

【0010】本願の請求項4に記載した発明は、多孔質
有機高分子膜の片面または両面にゼオライトの種結晶を
水中または有機溶剤中で、または水と有機溶剤の混合液
中で、超音波振動によって配置させることを特徴とす
る。
[0010] The invention described in claim 4 of the present application is directed to a method in which a zeolite seed crystal is formed on one or both sides of a porous organic polymer membrane in water or an organic solvent, or in a mixed solution of water and an organic solvent. It is characterized by being arranged by vibration.

【0011】本願の請求項5に記載した発明は、多孔質
有機高分子膜がガラス転移点が50℃以上の耐熱性および
耐薬品性を有することを特徴とし、請求項6に記載した
発明は、多孔質有機高分子膜の形状が管状・スパイラル
状・平膜状または中空糸状であることを特徴とする。
The invention described in claim 5 of the present application is characterized in that the porous organic polymer film has heat resistance and chemical resistance having a glass transition point of 50 ° C. or higher. The shape of the porous organic polymer film is tubular, spiral, flat, or hollow fiber.

【0012】本願の請求項7に記載した発明は、ゼオラ
イトが、種結晶も含めて、A型・X型・Y型・L型・ソ
ーダライト類・モデルナイト類の1種以上から成るもの
であって、孔状構造の結晶である複合分離膜であること
を特徴とする。
The invention described in claim 7 of the present application is one wherein the zeolite comprises at least one of A-type, X-type, Y-type, L-type, sodalites, and model nights, including seed crystals. And a composite separation membrane that is a crystal having a pore structure.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本願の好ましい実施の形態
を、具体的に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be specifically described below.

【0014】製造方法の大筋は以下の通りである。所定
の液を使用して所定の多孔質有機高分子膜にカップリン
グ処理をする。別途、細粒化したゼオライトに必要に応
じカップリング処理をし、当該ゼオライトをスラリーに
した中に有機高分子膜を浸漬し、当該ゼオライトを種結
晶として有機高分子膜に密着させる。次に、ゼオライト
の成長に適切な原料からなるスラリーに有機高分子膜を
浸漬し、所定の水熱合成反応を行う。なお、以下に具体
的に詳述する。
The outline of the manufacturing method is as follows. A coupling treatment is performed on a predetermined porous organic polymer film using a predetermined liquid. Separately, the finely divided zeolite is subjected to a coupling treatment as required, and the organic polymer film is immersed in the slurry of the zeolite, and the zeolite is brought into close contact with the organic polymer film as a seed crystal. Next, the organic polymer film is immersed in a slurry made of a material suitable for growing the zeolite, and a predetermined hydrothermal synthesis reaction is performed. The details will be specifically described below.

【0015】本願発明で用い得る多孔質有機高分子膜と
しては、主として0.0005μm(公称孔径、以下同じ。)
以下の逆浸透膜、0.005〜0.001μmのナノフィルター、
0.001〜0.2μmの限外濾過膜、0.2〜1μmミクロフィル
ターがあり、多孔質構造は貫通孔を有するものであれ
ば、孔径分布が膜の表裏で対称な対称膜でも膜厚方向に
孔径分布傾斜を有する非対称膜でも良いが、種結晶の保
持性からは非対称膜の方が好ましい。
The porous organic polymer film usable in the present invention is mainly 0.0005 μm (nominal pore diameter, the same applies hereinafter).
The following reverse osmosis membrane, 0.005-0.001 μm nanofilter,
There is an ultrafiltration membrane of 0.001 to 0.2 μm and a microfilter of 0.2 to 1 μm, and if the porous structure has through-holes, the pore size distribution slopes in the film thickness direction even for a symmetric membrane whose pore size distribution is symmetrical on both sides of the membrane. May be used, but the asymmetric film is more preferable from the viewpoint of the retention of the seed crystal.

【0016】多孔質有機高分子膜の形状としては、管状
・スパイラル状・プレートアンドフレーム状・プリーツ
状または中空糸膜等の形状のものが用いられるが、中で
も中空糸膜の形状のものは膜面積を大きくできるという
利点を有している。
As the shape of the porous organic polymer membrane, a tubular, spiral, plate-and-frame, pleated or hollow fiber membrane or the like can be used. This has the advantage that the area can be increased.

【0017】多孔質有機高分子膜の材料としては、水熱
反応温度以上の耐熱性を有しかつ耐薬品性のあるものな
ら良く特に限定されるものではない。特に好ましい材料
としては、ポリビニルアルコール・架橋ポリアクリロニ
トリル・ポリオレフィン・ポリビニリデンハライド・ポ
リスルフォン・ポリエーテルスルフォン・ポリフェニレ
ンスルフォン・ポリアミド・ポリエーテルアミド・ポリ
スルフォンアミド・ポリイミドおよびこれらの有機高分
子のブロック共重合体および混合物が挙げられる。これ
らの高分子の数平均分子量は 1万以上でかつできるだけ
大きいことが望ましい。
The material of the porous organic polymer film is not particularly limited as long as it has heat resistance higher than the hydrothermal reaction temperature and chemical resistance. Particularly preferred materials include polyvinyl alcohol, crosslinked polyacrylonitrile, polyolefin, polyvinylidene halide, polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene sulfone, polyamide, polyetheramide, polysulfonamide, polyimide, and block copolymers of these organic polymers. Coalescence and mixtures. The number average molecular weight of these polymers is desirably 10,000 or more and as large as possible.

【0018】また、多孔質有機高分子膜にゼオライトの
析出結晶を強固に固着させるにはカップリング処理が不
可欠であること、また、そのカップリング処理にはシラ
ンカップリング剤が極めて有効なことが判明したが、シ
ランカップリング剤としては、一方に無機OH基と反応す
る1個以上の官能基を有し、他方に有機官能基を有する
シラン化合物であってかつ有機高分子膜とゼオライトを
結合させる可能性がある有機シリコン化合物が用いられ
る。無機OH基と反応する官能基としては、例えばメトキ
シシラン基・エトキシシラン基・ハロゲン化シリコン基
等があり、有機官能基としては、例えばOH基・NH基等
活性水素を有する高分子と反応するエポキシ基、CO基・
COOH基・CN基等の官能基を有する高分子と反応するアミ
ノ基、C・ラジカルを有する高分子と反応するビニル基
等がある。有機シリコン化合物には、例えば、エポキシ
基を有するシランカップリング剤には、β-(3、4エポ
キシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン・γ-グ
リシドキシプロピルトリメトキシシラン・γ-グリシド
キシプロピルメチルジエトキシシラン・γ-グリシドキ
シプロピルトリエトキシシラン化合物があり、アミノ基
を有するシランカプリング剤には、Ν-β(アミノエチ
ル)γ-アミノプロピルメチルジメトキシシラン・Ν-β
(アミノエチル)γ-アミノプロピルトリメトキシシラ
ン・Ν-β(アミノエチル)γ-アミノプロピルトリエト
キシシラン・γ-アミノプロピルトリメトキシシラン・
γ-アミノプロピルトリエトキシシラン・Ν-フェニルγ
-アミノプロピルトリメトキシシラン化合物があり、ビ
ニル基を有するシランカップリング剤としては、ビニル
トリクロルシラン・ビニルトリメトキシシラン・ビニル
トリエトキシシラン・ビニルトリス(βメトキシエトキ
シ)シラン化合物がある。
In addition, coupling treatment is indispensable for firmly fixing the precipitated crystals of zeolite to the porous organic polymer membrane, and the silane coupling agent is extremely effective for the coupling treatment. It has been found that the silane coupling agent is a silane compound that has one or more functional groups that react with inorganic OH groups on one side and has an organic functional group on the other side, and binds an organic polymer membrane to zeolite. An organosilicon compound that may cause the organic compound to be used is used. Functional groups that react with inorganic OH groups include, for example, methoxysilane groups, ethoxysilane groups, and silicon halide groups, and organic functional groups that react with polymers having active hydrogen such as OH groups and NH groups. Epoxy group, CO group
There are an amino group that reacts with a polymer having a functional group such as a COOH group and a CN group, and a vinyl group that reacts with a polymer having a C radical. For the organic silicon compound, for example, for a silane coupling agent having an epoxy group, β- (3,4 epoxychlorohexyl) ethyltrimethoxysilane / γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane / γ-glycidoxypropylmethyl There are diethoxysilane and γ-glycidoxypropyltriethoxysilane compounds, and silane coupling agents having an amino group include Ν-β (aminoethyl) γ-aminopropylmethyldimethoxysilane and Ν-β
(Aminoethyl) γ-aminopropyltrimethoxysilane ・ Ν-β (aminoethyl) γ-aminopropyltriethoxysilane ・ γ-aminopropyltrimethoxysilane ・
γ-aminopropyltriethoxysilane / Ν-phenyl γ
-Aminopropyltrimethoxysilane compound, and examples of the silane coupling agent having a vinyl group include vinyltrichlorosilane / vinyltrimethoxysilane / vinyltriethoxysilane / vinyltris (β-methoxyethoxy) silane compound.

【0019】有機高分子膜にカップリング作用を持たせ
る方法としては、有機高分子膜の溶液にカップリング作
用を有するシランカップリング剤を混合して有機高分子
膜の成膜時に埋めこむ方法と、有機高分子膜にシランカ
ップリング剤を反応処理する方法とがある。
As a method for imparting a coupling action to the organic polymer film, a method of mixing a silane coupling agent having a coupling action with a solution of the organic polymer film and embedding it at the time of forming the organic polymer film. And a method of reacting an organic polymer film with a silane coupling agent.

【0020】有機高分子膜の成膜時に埋めこむ方法の場
合のシランカップリング剤には、Ν-β(アミノエチ
ル)γ-アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノ
基を有するシランカプリング剤が用いられる。
In the method of embedding at the time of forming an organic polymer film, a silane coupling agent having an amino group such as Ν-β (aminoethyl) γ-aminopropyltrimethoxysilane is used as the silane coupling agent. .

【0021】有機高分子膜にシランカップリング剤を反
応処理する方法としては、シランカップリング剤の官能
基が失活しない不活性な有機溶剤の中にあるいは有機溶
剤と水の溶解溶液の中にシランカップリング剤を入れた
溶液を用い、当該溶剤・溶液中にモジュール膜を浸漬す
るかあるいは当該溶液をモジュール膜に塗布して、溶剤
の沸点以下の温度で加熱し反応させる。有機溶剤をその
まま用いる場合の有機溶剤としては、シクロヘキサン・
ヘキサン・ヘプタン・キシレン等の炭化水素があり、水
との溶解溶液にして使用する有機溶剤としては、ジオキ
サン・テトラハイドロフラン・テトラハイドロピラン・
エチレングリコールジメチルエーテル・エチレングリコ
ールジエチルエーテル等のエーテル化合物がある。
As a method of reacting the silane coupling agent to the organic polymer film, a method of reacting the silane coupling agent in an inert organic solvent in which the functional group of the silane coupling agent is not deactivated or in a solution in which the organic solvent and water are dissolved is used. Using a solution containing a silane coupling agent, the module film is immersed in the solvent or solution, or the solution is applied to the module film, and heated at a temperature lower than the boiling point of the solvent to cause a reaction. When the organic solvent is used as it is, cyclohexane
There are hydrocarbons such as hexane, heptane and xylene, and the organic solvent used as a solution in water is dioxane, tetrahydrofuran, tetrahydropyran,
There are ether compounds such as ethylene glycol dimethyl ether and ethylene glycol diethyl ether.

【0022】ゼオライトの材料としては、種結晶も含め
てA型・X型・Y型・L型・ソーダライト類・モデルナ
イト類およびそれらのアルカリ金属またはアルカリ土類
金属を他の金属イオンでイオン交換した各種ゼオライト
の1種以上が用いられる。
As a material for the zeolite, A-type, X-type, Y-type, L-type, sodalites, model nights and their alkali metals or alkaline earth metals including seed crystals are ionized with other metal ions. One or more of the various exchanged zeolites are used.

【0023】種々実験の結果、有機高分子膜上にゼオラ
イトを水熱合成で積層するにはゼオライトの種結晶の存
在が不可欠であること、それも、希望するゼオライトを
有機高分子膜上に確実に成長積層させるためには同型の
ゼオライトの種結晶が最適なことが判明した。即ち、種
結晶が存在しないと、目標とする型のゼオライトの結晶
と異なる種類の結晶も析出することが多く、目標とする
型のゼオライトを析出できても当該析出結晶の高分子膜
への固着度が極めて弱いため容易に脱落してしまい、実
用に適しないことが判明した。
As a result of various experiments, the existence of a zeolite seed crystal is indispensable for laminating zeolite on an organic polymer membrane by hydrothermal synthesis. It has been found that a zeolite seed crystal of the same type is most suitable for growing and laminating a zeolite. That is, if there is no seed crystal, a crystal of a different type from the target type zeolite crystal is often precipitated, and even if the target type zeolite can be precipitated, the precipitated crystal adheres to the polymer film. It turned out that it was easily dropped off due to the extremely weak degree, and was not suitable for practical use.

【0024】複合膜の製作には、カップリング処理した
ゼオライトの種結晶を用いることもでき、シランカップ
リング剤をゼオライトの種結晶に反応させるには、有機
溶剤にシランカップリング剤を溶解した液または分散性
を損なわない程度の有機溶剤と水の混合液にシランカッ
プリング剤を溶解した液に、種結晶粉末を入れてスラリ
ー状にし、加熱反応させる。
For the production of the composite film, a zeolite seed crystal subjected to a coupling treatment can be used. To make the silane coupling agent react with the zeolite seed crystal, a solution prepared by dissolving the silane coupling agent in an organic solvent is used. Alternatively, the seed crystal powder is added to a solution obtained by dissolving the silane coupling agent in a mixed solution of an organic solvent and water that does not impair the dispersibility, and a slurry is formed.

【0025】また実験の結果、多孔質有機高分子膜にゼ
オライトの結晶を強固に固着させた膜を得るには、多孔
質有機高分子膜の細孔に密に接触し得る程度の細粒化し
たゼオライトの種結晶を使用すること、それに加えてゼ
オライトの種結晶を当該膜の表面・細孔内により密に接
触・堆積させておくことが重要であることが判明した。
As a result of the experiment, in order to obtain a membrane in which zeolite crystals are firmly fixed to the porous organic polymer membrane, it is necessary to reduce the size of the porous organic polymer membrane to such a degree that it can be in close contact with the pores of the porous organic polymer membrane. It has been found that it is important to use the zeolite seed crystal thus prepared and to make the zeolite seed crystal contact and deposit more closely on the surface and in the pores of the membrane.

【0026】細粒化の効果は、種結晶の粒径を1μm以
下にすると膜へのアンカー効果により密着・接触性が改
善できることが判った。しかし、通常の合成されたゼオ
ライトにおいてもその粒径は大きく一般に数μm〜数10
μm径であって、1μm以下の径の結晶は積算で数%以
下と少ないのが普通であることから、種結晶として利用
するには細粒化の調製が必要である。細粒化の方法とし
て、ボールの径を 0.2mm〜5mmにしたボールミルによる
湿式粉砕法を採用したが、この方法で平均粒径を0.099
〜0.412μm(マイクロトラック法による測定値)にす
ることが可能であった。
As for the effect of grain refinement, it has been found that when the grain size of the seed crystal is 1 μm or less, the adhesion and contact properties can be improved by the anchor effect on the film. However, even in the ordinary synthesized zeolite, the particle size is large and generally several μm to several tens of m.
Since crystals having a diameter of 1 μm or less and having a diameter of 1 μm or less are usually as small as several percent or less, it is necessary to prepare fine grains for use as seed crystals. As a method of grain refinement, a wet milling method using a ball mill with a ball diameter of 0.2 mm to 5 mm was adopted.
0.40.412 μm (measured value by the microtrack method).

【0027】細粒化したゼオライトの種結晶を有機高分
子膜の表面・細孔内により密に接触・堆積させる方法と
しては、細粒化した種結晶を有機溶剤または水と有機溶
剤の混合溶剤に分散させたスラリーを作り、その中にモ
ジュールを入れ、モジュールを構成する有機高分子膜に
正または負の圧力をかけることが極めて有効であること
を本願発明者は見い出した。正または負の圧力を加える
方法としては膜面への加圧または膜面の反対側から吸引
して減圧する方法があり、更にこの際に超音波を用いる
方法が水熱合成後のゼオライト粒界のリークを抑える上
でも極めて優れていることが判明した。なお、堆積層の
厚さは10μm以下が好ましく、厚すぎると却って剥離・
脱落しやすいことも判明した。
As a method of contacting and depositing the finely divided zeolite seed crystals more closely on the surface and in the pores of the organic polymer film, a method in which the finely divided seed crystals are mixed with an organic solvent or a mixed solvent of water and an organic solvent is used. The present inventor has found that it is extremely effective to prepare a slurry dispersed in a polymer, put a module in the slurry, and apply a positive or negative pressure to the organic polymer film constituting the module. As a method of applying a positive or negative pressure, there is a method of applying pressure to the membrane surface or sucking from the opposite side of the membrane surface to reduce the pressure, and in this case, a method using ultrasonic waves is used for the zeolite grain boundary after hydrothermal synthesis. It was also found to be extremely excellent in suppressing the leak of water. The thickness of the deposited layer is preferably 10 μm or less.
It turned out that it was easy to fall off.

【0028】これら種結晶の存在の下で、多孔質有機高
分子膜にゼオライトの結晶を成長積層させるためには、
目的とするゼオライトを得るに適した原料を用いてゼオ
ライトを水熱合成する必要があるが、原料として以下の
ものを使用する。なお、原料とその配合比は種結晶と同
型のゼオライトを析出させるために、適宜適切なものが
採用される。シリカ成分は、コロイダルシリカ・水ガラ
ス・硅酸ソーダ・オルソ硅酸ソーダ・テトラエチルシロ
キサン等の中1種以上を用い、アルミナ成分としては、
水酸化アルミニウム・硝酸アルミニウム・塩化アルミニ
ウム・アルミノ硅酸ソーダ・ベーマイト・酢酸等の有機
酸塩等の中1種以上を用いる。また必要に応じて、カル
シウム酸化物成分としては水酸化カルシウム・酸化カル
シウム・硝酸カルシウム・塩化カルシウム等の中1種以
上、マグネシウム酸化物成分としては水酸化マグネシウ
ム・酸化マグネシウム・硝酸マグネシウム・塩化マグネ
シウム等の中1種以上、バリウム酸化物成分としては硝
酸バリウム・塩化バリウム・水酸化バリウム等の中1種
以上、ストロンチウム酸化物成分としては硝酸ストロン
チウム・塩化ストロンチウム・水酸化ストロンチウム等
の中1種以上、アルカリ成分としては、水酸化リチウム
・水酸化ナトリウム・水酸化カリ・水酸化セシウム・炭
酸塩・重炭酸塩・アンモニア・アミン類等の1種以上が
用いられる。なお、結晶化を促進する鉱物化剤として、
食塩・塩化カリ・塩化バリウム・硫酸カリ・有機トリア
ルキルアミン・テトラアルキルアンモニウムハライド・
アルコール類等を1種以上用いるのが望ましい。
In order to grow and stack zeolite crystals on a porous organic polymer membrane in the presence of these seed crystals,
It is necessary to hydrothermally synthesize the zeolite using a raw material suitable for obtaining the desired zeolite, but the following is used as the raw material. The raw materials and the compounding ratio thereof are appropriately selected in order to precipitate the same type of zeolite as the seed crystal. The silica component is at least one of colloidal silica, water glass, sodium silicate, sodium orthosilicate, and tetraethylsiloxane.
Use one or more of organic acid salts such as aluminum hydroxide, aluminum nitrate, aluminum chloride, sodium aluminosilicate, boehmite, and acetic acid. If necessary, the calcium oxide component may be at least one of calcium hydroxide, calcium oxide, calcium nitrate, calcium chloride, etc., and the magnesium oxide component may be magnesium hydroxide, magnesium oxide, magnesium nitrate, magnesium chloride, etc. Among the barium oxide components, at least one of barium nitrate, barium chloride, barium hydroxide, etc., and the strontium oxide component, at least one of strontium nitrate, strontium chloride, strontium hydroxide, etc. As the alkali component, one or more of lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, cesium hydroxide, carbonate, bicarbonate, ammonia, amines and the like are used. As a mineralizer that promotes crystallization,
Salt, potassium chloride, barium chloride, potassium sulfate, organic trialkylamine, tetraalkylammonium halide,
It is desirable to use one or more alcohols.

【0029】目的とするゼオライトの結晶を成長積層さ
せるために選択された配合比の原料は水に溶解または分
散させた混合液とし、当該液をテフロン(登録商標)製
の密閉可能な容器に入れ、この容器中に種結晶を付けた
有機高分子膜モジュールを浸漬して所定の圧力に減圧し
脱気する。その後、上記容器をオートクレーブに入れて
密閉し、必要に応じて加圧しながら、所定の温度に所定
の時間保持し、反応させる。反応後、モジュールを取出
し清水およびイオン交換水で十分洗浄して有機高分子膜
とゼオライトの複合分離膜を得る。
The raw materials having the compounding ratio selected for growing and laminating the desired zeolite crystals are mixed or dissolved in water, and the liquid is placed in a Teflon (registered trademark) sealable container. Then, the organic polymer membrane module provided with the seed crystal is immersed in this container, and the pressure is reduced to a predetermined pressure to degas. Thereafter, the container is placed in an autoclave, which is then hermetically sealed, and while being pressurized as necessary, kept at a predetermined temperature for a predetermined time to react. After the reaction, the module is taken out and sufficiently washed with clear water and ion-exchanged water to obtain a composite separation membrane of an organic polymer membrane and zeolite.

【0030】[0030]

【実施例】以下、本願発明の実施例を示すが、本願発明
はこれに限定されるものではない。
Embodiments of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these embodiments.

【0031】実施例1.一端をエポキシ樹脂で封止した
中空糸膜径約0.9mm・長さ80mm程度の公称孔径0.35
μmのポリビニルアルコールの中空糸膜を単数または複
数用い、その他端を内径6mm程度・長さ80mm程度の
吸引または加圧用チューブ(以下「アダプターチュー
ブ」という。)に挿入し中空糸膜を吸引または加圧でき
るようにして両者をエポキシ樹脂で固着して、モジュー
ルを製作した。当該モジュールをγ-グリシドキシプロ
ピルトリメトキシシランの5%ジオキサン溶液に浸漬
し、密閉容器の中で80℃ 1時間の加熱反応を行った後取
り出し、同温度の熱風乾燥機中で乾燥させるカップリン
グ処理をした。次に、ボールミルで湿式粉砕して平均粒
径0.412μmにしたA型ゼオライト(以下適宜「ゼオラ
イトA」ともいう。他型も同様に呼称する。)粒子を5w
t%濃度で分散させた水スラリー中にモジュールを浸漬
し、超音波振動を与えながらアダプターチューブの開放
端に接続したアスピレーターで吸引・減圧して、中空糸
膜外壁にA型ゼオライト微粒子を種結晶として吸着させ
た。次に、水ガラス・苛性ソーダ・アルミン酸ソーダ・
食塩を、Na2O/SiO2=5、Al2O3/SiO2=1/2、NaCl/SiO
2=2、H2O/SiO2=150 のモル比に配合したスラリーを
入れたテフロン製の容器にモジュールを浸漬し、50mmHg
以下に減圧脱気した。次に、スラリーとモジュールの入
った上記テフロン製容器をオートクレーブに入れ 70℃
で86時間水熱合成反応を行った。反応後、モジュールを
取り出し十分水洗し70℃で真空乾燥させてポリビニルア
ルコールとA型ゼオライトの複合膜を製作した。また当
該膜をX線解析してA型ゼオライトが合成されているこ
とを確認した。この複合膜を用いて水・エタノール共沸
混合物を75℃での浸透気化法によって水とエタノールの
FFAPカラムを用いたガスクロマトグラフィにより分析し
た結果、透過量0.075kg/m2h、分離係数αH2O/EtOH=1
7600 が得られた。
Embodiment 1 Nominal hole diameter 0.35 with a hollow fiber membrane diameter of about 0.9 mm and a length of about 80 mm, one end of which is sealed with epoxy resin
One or a plurality of μm polyvinyl alcohol hollow fiber membranes are used, and the other end is inserted into a suction or pressure tube (hereinafter referred to as an “adapter tube”) having an inner diameter of about 6 mm and a length of about 80 mm to suck or add the hollow fiber membrane. The module was manufactured by fixing both with an epoxy resin so that pressure could be applied. The module is immersed in a 5% solution of γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane in dioxane, heated at 80 ° C for 1 hour in a closed container, taken out, and dried in a hot air dryer at the same temperature. The ring was processed. Next, A-type zeolite (hereinafter, also referred to as “zeolite A” as appropriate, also referred to as “other zeolite A” as appropriate) similarly wet-ground with a ball mill to an average particle size of 0.412 μm is 5w.
The module is immersed in a water slurry dispersed at a concentration of t%, suctioned and depressurized with an aspirator connected to the open end of the adapter tube while applying ultrasonic vibration, and seed crystals of A-type zeolite fine particles were formed on the outer wall of the hollow fiber membrane. As adsorbed. Next, water glass, caustic soda, sodium aluminate,
Na 2 O / SiO 2 = 5, Al 2 O 3 / SiO 2 = 1/2, NaCl / SiO
The module was immersed in a Teflon container containing a slurry mixed at a molar ratio of 2 = 2, H 2 O / SiO 2 = 150, and was immersed in a 50 mmHg
It was degassed under reduced pressure as follows. Next, place the Teflon container containing the slurry and the module in an autoclave at 70 ° C.
For 86 hours. After the reaction, the module was taken out, washed sufficiently with water, and vacuum-dried at 70 ° C. to produce a composite membrane of polyvinyl alcohol and A-type zeolite. X-ray analysis of the membrane confirmed that A-type zeolite was synthesized. Using this composite membrane, a water-ethanol azeotrope is formed by pervaporation of water and ethanol at 75 ° C.
As a result of analysis by gas chromatography using a FFAP column, the permeation amount was 0.075 kg / m 2 h, and the separation coefficient αH 2 O / EtOH = 1.
7600 were obtained.

【0032】実験例1と同様に行った実施例2ないし7
および比較例1ないし3について、実施例1を含めて表
1に示す。
Examples 2 to 7 performed in the same manner as in Experimental Example 1
Table 1 shows Comparative Examples 1 to 3, including Example 1.

【0033】実施例2.公称孔径0.10μmのポリビニル
アルコール中空糸膜のモジュールを用い、種結晶に平均
粒径0.136μmのY型ゼオライトを使用し、コロイダル
シリカ水分散液・苛性カリ・硝酸アルミニウムおよび塩
化カリ水溶液をK2O/SiO2=3.0、Al2O3/SiO2=1/8、KCl/Si
O2=1、H2O/SiO2=150 のモル比に配合したスラリーを使
用し、70℃で62時間の水熱処理反応を行ったものであ
る。また当該膜をX線解析してY型ゼオライトが合成さ
れていることを確認した。
Embodiment 2 FIG. Using a module of a polyvinyl alcohol hollow fiber membrane with a nominal pore size of 0.10 μm, using a Y-type zeolite having an average particle size of 0.136 μm as a seed crystal, aqueous colloidal silica dispersion, caustic potassium, aluminum nitrate and potassium chloride aqueous solution were K 2 O / SiO 2 = 3.0, Al 2 O 3 / SiO 2 = 1/8, KCl / Si
A hydrothermal reaction was carried out at 70 ° C. for 62 hours using a slurry having a molar ratio of O 2 = 1 and H 2 O / SiO 2 = 150. Further, X-ray analysis of the membrane confirmed that Y-type zeolite was synthesized.

【0034】実施例3.公称孔径0.30μmのポリスルフ
ォン中空糸膜を用い、当該中空糸膜をオゾン曝露した後
直ちにビニルトリメトキシシランの 3%シクロへキサン
溶液に浸漬してシランカップリング剤と反応させ乾燥し
たものを用いてモジュールを製作した。種結晶には実施
例1と同じものを使用し、Na2O/SiO2=4、Al2O3/SiO2=
1、NaCl/SiO2=2、H2O/SiO2=170 のモル比に配合したス
ラリーを使用し、70℃、68時間の水熱処理反応させた。
製作した膜のX線解析の結果はA型ゼオライトである事
を確認した。各種の純ガスの透過速度を測定した。
Embodiment 3 FIG. Use a polysulfone hollow fiber membrane with a nominal pore size of 0.30 μm. To make a module. The same seed crystal as in Example 1 was used, and Na 2 O / SiO 2 = 4 and Al 2 O 3 / SiO 2 =
A hydrothermal treatment was carried out at 70 ° C. for 68 hours using a slurry having a molar ratio of 1, NaCl / SiO 2 = 2 and H 2 O / SiO 2 = 170.
The result of the X-ray analysis of the produced membrane was confirmed to be A-type zeolite. The permeation rates of various pure gases were measured.

【0035】実施例4.公称孔径0.45μのポリスルフォ
ン中空糸膜のモジュールを用い、実施例3と同様のシラ
ンカップリング剤の処理を行い、種結晶に平均粒径0.41
2μmのA型ゼオライトを使用し、実施例1と同じ組成
のスラリーを使用し、70℃で86時間水熱反応させた。当
該膜をX線解析してA型ゼオライトが合成されているこ
とを確認した。55℃でのメタノール/メチルターシャリ
ブチルエーテル共沸混合物の浸透気化法による分離試験
を行った。
Embodiment 4 FIG. Using a module of a polysulfone hollow fiber membrane having a nominal pore size of 0.45 μm, the same silane coupling agent treatment as in Example 3 was performed, and the seed crystals had an average particle size of 0.41 μm.
Using a 2 μm type A zeolite and a slurry having the same composition as in Example 1, a hydrothermal reaction was performed at 70 ° C. for 86 hours. X-ray analysis of the membrane confirmed that A-type zeolite was synthesized. A separation test of the methanol / methyl tertiary butyl ether azeotrope at 55 ° C. by pervaporation was performed.

【0036】実施例5.実施例1と同じように作製した
モジュールと平均粒径0.099μmのA型ゼオライトの種
結晶を用い、Na2O/SiO2=7、Al2O3/SiO2=1、NaCl/SiO2=
2、H2O/SiO2=150のモル比に配合したスラリーを使用
し、70℃で75時間水熱反応を行った。当該膜をX線解析
してA型ゼオライトが合成されていることを確認した。
水/シクロヘキサン共沸混合物の70℃での蒸気透過法に
よる水/シクロヘキサンの分離試験を行った。
Embodiment 5 FIG. Using a module prepared in the same manner as in Example 1 and a seed crystal of A-type zeolite having an average particle size of 0.099 μm, Na 2 O / SiO 2 = 7, Al 2 O 3 / SiO 2 = 1, NaCl / SiO 2 =
2. A hydrothermal reaction was performed at 70 ° C. for 75 hours using a slurry mixed at a molar ratio of H 2 O / SiO 2 = 150. X-ray analysis of the membrane confirmed that A-type zeolite was synthesized.
A water / cyclohexane separation test was conducted by a vapor permeation method at 70 ° C. of a water / cyclohexane azeotrope.

【0037】実施例6.モジュールは実施例1と同じに
作製したものを用いた。種結晶には、A型ゼオライトを
ジオキサン中に 5 重量%分散させたスラリーを5mmΦの
ビーズで湿式粉砕して平均粒径0.452μmにしたスラリ
ーにし、さらにこのスラリー中のA型ゼオライトに対し
10 重量%の実施例1と同じシランカップリング剤を加
えて密閉容器内で80℃ 1時間の加熱反応を行ったものを
使用した。ついで、当該カップリング処理した種結晶ス
ラリーにモジュールを浸漬し、種結晶をモジュール膜に
吸着させた後、実施例5と同じスラリーを使用して同様
の水熱反応を行った。当該膜をX線解析してA型ゼオラ
イトが合成されていることを確認した。水・エタノール
共沸混合物を75℃での浸透気化法によって水とエタノー
ルの分離試験をした。
Embodiment 6 FIG. The module manufactured in the same manner as in Example 1 was used. For the seed crystal, a slurry in which A-type zeolite was dispersed in dioxane at 5% by weight was wet-pulverized with beads of 5 mmφ to obtain a slurry having an average particle size of 0.452 μm.
10% by weight of the same silane coupling agent as in Example 1 was used, and the mixture was subjected to a heating reaction at 80 ° C. for 1 hour in a closed vessel. Then, the module was immersed in the seed crystal slurry subjected to the coupling treatment, and the seed crystal was adsorbed on the module film. Then, the same hydrothermal reaction was performed using the same slurry as in Example 5. X-ray analysis of the membrane confirmed that A-type zeolite was synthesized. The water-ethanol azeotrope was subjected to a separation test of water and ethanol by pervaporation at 75 ° C.

【0038】実施例7.モジュールは実施例1と同じに
作製したものを用いた。種結晶には、Y型ゼオライトを
使用し実施例6と同じ方法で平均粒径0.368μmにした
スラリーにし、さらに実施例6と同じカップリング処理
を行ったものを使用した。ついで、当該カップリング処
理した種結晶スラリーにモジュールを浸漬し、種結晶を
モジュール膜に吸着させた後、Na2O/SiO2=3.0、Al2O3/S
iO2=1/7、NaCl/SiO2=1.0、H2O/SiO2=120 のモル比に配
合したスラリーを使用し、70℃で68時間水熱反応を行っ
た。当該膜をX線解析してY型ゼオライトであることを
確認した。実施例6と同じ方法で分離試験をした。
Embodiment 7 FIG. The module manufactured in the same manner as in Example 1 was used. As the seed crystal, a slurry obtained by using Y-type zeolite and having an average particle diameter of 0.368 μm in the same manner as in Example 6 and further performing the same coupling treatment as in Example 6 was used. Then, the module was immersed in the seed crystal slurry subjected to the coupling treatment, and the seed crystal was adsorbed on the module film. Then, Na 2 O / SiO 2 = 3.0, Al 2 O 3 / S
A hydrothermal reaction was performed at 70 ° C. for 68 hours using a slurry having a molar ratio of iO 2 = 1/7, NaCl / SiO 2 = 1.0, and H 2 O / SiO 2 = 120. X-ray analysis of the membrane confirmed that it was a Y-type zeolite. A separation test was performed in the same manner as in Example 6.

【0039】比較例1は、種結晶を吸着させる処理を行
わなかった点を除けば、実施例1と同じ処理を行ったも
のである。なお、合成された成長結晶はA型ゼオライト
とは異なるアモルファスに近いものであつた。
Comparative Example 1 is the same as Example 1, except that the process of adsorbing seed crystals was not performed. Note that the synthesized grown crystal was almost amorphous, which is different from A-type zeolite.

【0040】比較例2は、有機高分子膜にシランカップ
リング剤の処理を行わなかった点を除き、実施例2と同
じ処理・試験を行ったものである。なお、合成された成
長結晶はY型ゼオライトであった。
Comparative Example 2 is the same as in Example 2, except that the organic polymer film was not treated with a silane coupling agent. The synthesized growth crystal was a Y-type zeolite.

【0041】比較例3は、シランカップリング剤の処理
および種結晶を吸着させる処理を行わなかった点を除け
ば、実施例3と同じ処理を行ったものである。なお、有
機高分子膜上でのゼオライト結晶の成長は見られなかっ
た。
Comparative Example 3 is the same as Example 3 except that the treatment of the silane coupling agent and the treatment of adsorbing seed crystals were not performed. No growth of zeolite crystals on the organic polymer film was observed.

【0042】表1から、次のようなことが判る。実施例
1と比較例1を対比すると、透過量は約1/65 に低下し
ているが分離係数は約15000倍と著しく向上した結果、
エタノール・水の共沸混合物の脱水が容易に行えること
がわかる。実施例2と比較例2を対比すると、透過量は
約1/17に低下しているが分離係数は約4600倍 と著しく
向上している。これは高分子膜へのカップリング剤を施
したことによる効果と考えられる。実施例3と比較例3
を対比すると、ガスの分離において分子の大きさにより
透過量は約1/5 〜 1/320 に低下しているものの分離係
数は約11 〜 2倍になり、ガスの分離が可能になったこ
とを示している。特に同じ炭化水素で同じ分子量のノル
マルブタンとイソブタンが分子サイズによって分離でき
る可能性が得られたのは、種結晶とカップリング剤によ
るゼオライトの分子篩分離機能が発現された効果と考え
られる。実施例4は有機合成で原料のメタノールと生成
物のメチルターシャリブチルエーテルの共沸混合物の浸
透気化法による分離の例で、メタノールのような低分子
を透過させることによる分離が可能なことを示してい
る。これも種結晶とカップリング剤の効果でゼオライト
の分子篩特性が発現されたものである。実施例5は種々
の有機合成における縮合反応で生成する水を不活性なシ
クロヘキサンと共に蒸気として系外に取り出すことによ
り、水を除去する用途への応用例で、水・シクロヘキサ
ン共沸混合物の蒸気状態での分離に極めて高い分離性能
を得た。これも種結晶とカップリング剤の効果と考えら
れる。実施例6および実施例7は、カップリング剤の処
理を高分子膜には行わず種結晶のみに行った例で、カッ
プリング剤の処理を高分子膜に施した実施例1および実
施例2と同様に高い分子篩分離機能性が得られている。
The following can be seen from Table 1. Comparing Example 1 with Comparative Example 1, the permeation amount was reduced to about 1/65, but the separation coefficient was significantly improved to about 15,000 times.
It can be seen that the azeotropic mixture of ethanol and water can be easily dehydrated. Comparing Example 2 with Comparative Example 2, the permeation amount is reduced to about 1/17, but the separation coefficient is remarkably improved to about 4600 times. This is considered to be the effect of applying the coupling agent to the polymer film. Example 3 and Comparative Example 3
Compared to the above, the gas separation in gas separation decreased to about 1/5 to 1/320 due to the size of the molecule, but the separation coefficient increased to about 11 to 2 times, and gas separation became possible. Is shown. In particular, the possibility that normal butane and isobutane having the same molecular weight and the same molecular weight can be separated from each other depending on the molecular size is considered to be due to the effect of expressing the molecular sieve separation function of zeolite by the seed crystal and the coupling agent. Example 4 is an example of separation of an azeotrope of methanol as a raw material and methyl tertiary butyl ether as a product in an organic synthesis by pervaporation, and shows that separation by permeation of a small molecule such as methanol is possible. ing. This also expresses the molecular sieve characteristics of zeolite due to the effects of the seed crystal and the coupling agent. Example 5 is an application example for removing water by removing water generated by condensation reaction in various organic syntheses together with inert cyclohexane as a vapor. The vapor state of a water / cyclohexane azeotrope Very high separation performance was obtained for the separation with. This is also considered to be the effect of the seed crystal and the coupling agent. Example 6 and Example 7 are examples in which the treatment of the coupling agent was not performed on the polymer film but only on the seed crystal, and Examples 1 and 2 in which the treatment of the coupling agent was performed on the polymer film. High molecular sieve separation functionality is obtained in the same manner as described above.

【0043】[0043]

【発明の効果】本願発明は、多孔質有機高分子膜に分子
篩効果を有するゼオライトを強固に固着かつ密に積層し
て複合膜とすることができたことから、以下に記載され
るような顕著な効果を奏する。
According to the present invention, since a zeolite having a molecular sieve effect can be firmly fixed and densely laminated on a porous organic polymer membrane to form a composite membrane, the following remarkable effects can be obtained. Effect.

【0044】本願発明では、複合分離膜化することによ
り、従来報告されたいかなる結果よりも優れた最も高い
分離性能が得られた。またガス分離においても、通常の
有機高分子膜では分離不可能な同種同分子量についても
分離の可能性が見い出され、かつ分離係数が高く分離さ
れることがわかった。なお、特に有機液体・蒸気・ガス
の脱水に顕著な分離効果が見られた。
In the present invention, by forming a composite separation membrane, the highest separation performance superior to any previously reported results was obtained. Also in the gas separation, the possibility of separation was found for the same type and the same molecular weight which cannot be separated by a normal organic polymer membrane, and it was found that the separation factor was high. It should be noted that a remarkable separation effect was particularly observed in the dehydration of organic liquid, vapor and gas.

【0045】市販の有機高分子膜には、親水性・疎水性
のあるもの、極性基を導入できるもの、また孔径・孔形
状・透過断面方向の孔径分布も変えられるものがあり、
本願発明によればこれら多種多様な有機高分子膜を利用
して種々の分子サイズの分子篩効果を有するゼオライト
を密に層状に積層して複合膜化できることから、液体・
気体混合物の分子サイズの分離に関して、多分野でかつ
広範囲に使用の実情に即したモジュール・分離装置の製
作が可能となった。
Commercially available organic polymer membranes include those having hydrophilicity / hydrophobicity, those capable of introducing polar groups, and those capable of changing the pore size, pore shape, and pore size distribution in the permeation cross-sectional direction.
According to the present invention, a zeolite having a molecular sieve effect of various molecular sizes can be densely laminated in layers to form a composite membrane using these various organic polymer membranes.
With respect to the separation of the molecular size of a gas mixture, it has become possible to produce a module / separation apparatus that meets the actual conditions of use in a wide range of fields.

【0046】また、製造装置として従来から使用せれて
きている多孔質有機高分子膜の製造設備を特殊な改造を
することなく流用できることから、高性能な分離膜を安
価に提供することが可能になった。
Further, since the manufacturing equipment of the porous organic polymer membrane which has been conventionally used as the manufacturing apparatus can be diverted without special modification, it is possible to provide a high-performance separation membrane at low cost. became.

【表1】 [Table 1]

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 矢澤 哲夫 大阪府池田市緑丘1丁目8番31号 工業技 術院大阪工業技術研究所内 (72)発明者 神 哲郎 大阪府池田市緑丘1丁目8番31号 工業技 術院大阪工業技術研究所内 (72)発明者 古川 薫 兵庫県神戸市中央区港島中町6丁目2番地 の1号 パークシティ 3−1406 Fターム(参考) 4D006 GA03 GA06 LA06 MA01 MA02 MA03 MA04 MA06 MA22 MB11 MB15 MC03X MC33 NA45 4G073 CZ02 CZ04 CZ05 CZ07 CZ10 CZ16 FA30 FC12 FD07 FD21 GA11 UA06 UB40  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Tetsuo Yazawa 1-81-3 Midorioka, Ikeda-shi, Osaka Prefecture Inside the Industrial Technology Research Institute, Osaka Institute of Technology (72) Inventor Tetsuro God 1--8-3 Midorioka, Ikeda-shi, Osaka No. 31 Inside the Osaka Institute of Technology (72) Inventor Kaoru Furukawa No. 1 Park City 3-1406 F-term (reference) 6-2, Minatojima Nakamachi, Chuo-ku, Kobe City, Hyogo Prefecture 4D006 GA03 GA06 LA06 MA01 MA02 MA03 MA04 MA06 MA22 MB11 MB15 MC03X MC33 NA45 4G073 CZ02 CZ04 CZ05 CZ07 CZ10 CZ16 FA30 FC12 FD07 FD21 GA11 UA06 UB40

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】微小径のゼオライトの種結晶を微小孔を有
する多孔質有機高分子膜に配置した物を、種結晶と同種
の結晶を生成する原料混合物の中に置いて、種結晶を水
熱合成反応により成長積層させて複合膜を作ることを特
徴とする複合膜の製造法
1. A method in which a zeolite seed crystal having a small diameter is arranged on a porous organic polymer membrane having micropores is placed in a raw material mixture that produces the same kind of crystal as the seed crystal. A composite film manufacturing method characterized by forming a composite film by growing and laminating by a thermal synthesis reaction.
【請求項2】微小孔の最大孔径が 1μm以下である多孔
質有機高分子膜と粒子径が0.01〜1.0μmであるゼオラ
イトを用いて複合膜を製造することを特徴とする請求項
1の複合膜の製造法
2. The composite membrane according to claim 1, wherein the composite membrane is produced using a porous organic polymer membrane having a maximum pore diameter of 1 μm or less and a zeolite having a particle diameter of 0.01 to 1.0 μm. Manufacturing method of membrane
【請求項3】多孔質有機高分子膜の官能基と反応性およ
び親和性のある官能基を有しかつゼオライトと反応性お
よび親和性のある官能基を有する結合剤を、予め当該多
孔質有機高分子膜の表面・細孔内に、またはおよび、ゼ
オライトの種結晶に、処理したことを特徴とする請求項
1または請求項2の複合膜の製造法
3. A binder having a functional group having reactivity and affinity with the functional group of the porous organic polymer membrane and having a functional group having reactivity and affinity with zeolite is prepared in advance by the porous organic polymer membrane. 3. The method for producing a composite membrane according to claim 1, wherein the composite membrane is treated on the surface or in the pores of the polymer membrane or on a zeolite seed crystal.
【請求項4】多孔質有機高分子膜の片面または両面にゼ
オライトの種結晶を、水中または有機溶剤中または水と
有機溶剤の混合溶剤中で、超音波振動によって配置させ
ることを特徴とする請求項1ないし請求項3の複合膜の
製造法
4. A zeolite seed crystal is disposed on one or both sides of a porous organic polymer membrane by ultrasonic vibration in water, an organic solvent, or a mixed solvent of water and an organic solvent. 4. A method for producing a composite membrane according to claim 1
【請求項5】ガラス転移点が50℃以上の耐熱性および耐
薬品性を有する多孔質有機高分子膜を用いることを特徴
とする請求項1ないし請求項4記載の製造法によって製
作された複合分離膜
5. A composite produced by the production method according to claim 1, wherein a porous organic polymer film having heat resistance and chemical resistance having a glass transition point of 50 ° C. or more is used. Separation membrane
【請求項6】形状が、管状、スパイラル状、平膜状また
は中空糸状である多孔質有機高分子膜を用いることを特
徴とする請求項5記載の複合分離膜
6. The composite separation membrane according to claim 5, wherein a porous organic polymer membrane having a tubular, spiral, flat membrane or hollow fiber shape is used.
【請求項7】ゼオライトが種結晶も含めて、A型・X型
・Y型・L型・ソーダライト類・モデルナイト類の1種
以上から成るものであって、孔状構造を有する結晶であ
ることを特徴とする請求項5および請求項6記載の複合
分離膜
7. A zeolite comprising at least one of A-type, X-type, Y-type, L-type, sodalites and model nights, including seed crystals, and having a pore structure. 7. The composite separation membrane according to claim 5, wherein:
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