JP2002201020A

JP2002201020A - ゼオライト種結晶及び該種結晶を用いたゼオライト膜製造方法

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Publication number: JP2002201020A
Application number: JP2000399683A
Authority: JP
Inventors: Taisuke Ando; 泰典安藤
Original assignee: Noritake Co Ltd
Current assignee: Noritake Co Ltd
Priority date: 2000-12-28
Filing date: 2000-12-28
Publication date: 2002-07-16
Anticipated expiration: 2020-12-28
Also published as: JP3757115B2

Abstract

(57)【要約】【課題】支持体上における結晶化核としての機能を向
上させた微粒子状のゼオライト種結晶及びその製造方法
を提供すること。【解決手段】上記課題を解決する本発明のゼオライト
種結晶は、結晶成長して成る平均粒径が０．５μｍ以下
のゼオライト微粒子を粗面化処理することによって得ら
れる。このゼオライト種結晶を支持体上に付着させてゼ
オライト膜の合成を行うと、緻密で顕著な欠陥の認めら
れない高性能ガス分離用途或いは濾過用途のゼオライト
膜を効率よく製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ゼオライト種結
晶及びその製造方法に関する。また、かかるゼオライト
種結晶を用いたゼオライト膜の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ゼオライト膜は、分子レベルの微細孔
を有する多孔質膜であるとともに、高分子多孔質膜と比
べて優れた耐熱性や耐薬品性を備えている。このため、
かかるゼオライト膜のガス分離膜や分子篩い膜としての
利用が注目されている。かかる用途に適する薄膜状のゼ
オライト膜は、通常、水熱合成等の手段によって多孔質
支持体上に形成される。典型的には、先ず、シリカ源、
アルミナ源、アルカリ源等を含む原料混合物（一般的に
はゾル或いはゲル）中に多孔質支持体を浸漬する。次い
で、それらを水熱合成処理して当該支持体上にゼオライ
ト結晶を成長させていくことによって当該ゼオライト結
晶から成るゼオライト膜を合成する。あるいは、気相法
によって当該支持体上にゼオライト結晶を析出させるこ
とによってゼオライト膜を合成する。

【０００３】ところで、上記多孔質支持体の表面にゼオ
ライト膜を形成する場合、種結晶といわれるゼオライト
微粒子がしばしば用いられている。かかる種結晶を予め
支持体上に付着（担持）させておくとそれが結晶化の核
として機能し得、結果、水熱合成処理時に支持体上でゼ
オライト結晶の成長を早めることができると考えられる
からである。例えば、特開平８−３１８１４１号公報に
は、平均粒径が１〜２００μｍ程度のＡ型ゼオライト粒
子を種結晶として多孔質支持体上に担持させた後、所定
の水熱合成処理を施すことを特徴とするＡ型ゼオライト
膜の製造方法が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来
使用されているゼオライト種結晶は、ゼオライト膜形成
用として充分なものではなかった。すなわち、種結晶を
支持体上での結晶化の核とするならば、当該支持体上に
種結晶を比較的高密度に付着させることが望ましい。結
晶化核が多いほど、支持体上でのゼオライト膜の単位時
間当りの成長量が増大するからである。そして、この目
的のためには、上記公報に記載されるもの（即ち平均孔
径が１μｍ以上のもの）よりも平均粒径がより小さい種
結晶を用いることが望ましい。種結晶の粒径が大き過ぎ
ると支持体上に種結晶を高密度に付着させ難くなるから
である。その一方で、従来の微粒子状の種結晶（即ち粒
径が０．５μｍ以下のもの）を支持体上に付着させて水
熱合成したものを、当該種結晶を付着させないで水熱合
成したものと比較しても、支持体上でのゼオライト結晶
の成長速度や成長量（すなわち膜の形成度合）に顕著な
差異は認められなかった。このことは、従来の微粒子状
の種結晶（粒径が０．５μｍ以下のもの）が結晶化核と
しての機能（即ち、それを中心としてゼオライト結晶を
成長させる能力）が不十分であることを示すものであ
る。従って、支持体上に高密度に付着させ得る微粒子状
の種結晶であって、結晶化核としての機能の向上した、
特に膜形成用途のゼオライト種結晶の開発が望まれてい
る。

【０００５】そこで、本発明は、ゼオライト膜形成に用
いる従来のゼオライト種結晶に関する上記問題点を解決
するものであり、その目的とするところは、結晶化核と
しての機能（ゼオライト結晶を成長させる能力等）を向
上させた微粒子状のゼオライト種結晶及びその製造方法
を提供することである。さらに他の目的は、かかるゼオ
ライト種結晶を用いることによって、従来のゼオライト
膜よりもガス分離特性や分子篩い特性に優れる高性能の
ゼオライト膜及びその製造方法を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によって提供さ
れるゼオライト種結晶は、結晶成長して成る平均粒径が
０．５μｍ以下のゼオライト微粒子を粗面化処理して得
られたゼオライト種結晶である。ここで「粗面化処理」
とは、機械的手段及び／又は化学的手段によって、ゼオ
ライト粒子の表面を粗くする処理をいう。典型的には、
結晶成長して形成されたゼオライト粒子の比較的平滑な
表面（典型的には球面）を、ごつごつした表面にするこ
とをいう。

【０００７】本発明のゼオライト種結晶は、結晶成長し
て形成された平均粒径が０．５μｍ以下の微粒子（粉
体）であるにも拘わらず、その表面が粗面化処理によっ
て粗くなっている（典型的にはごつごつしている。）。
このため、本発明のゼオライト種結晶では、結晶化核と
して優れた機能（ゼオライト結晶を成長させる能力等）
を発揮し得る。また、本発明のゼオライト種結晶は、平
均粒径が０．５μｍ以下の微粒子であるため、比較的高
密度に支持体の表面部（支持体の外面及び外面近傍の細
孔内部を包含する部位をいう。以下同じ。）に付着させ
ることができる。このことによって、本発明のゼオライ
ト種結晶は、単位時間当りのゼオライト結晶の成長量を
増大させ、結果、支持体上（即ち表面部）に結晶粒界の
少ない緻密なゼオライト膜を形成することができる。従
って、本発明のゼオライト種結晶を使用することによっ
て、顕著な欠陥の認められない高性能のガス分離用及び
濾過（分子篩い等）用ゼオライト膜を製造することがで
きる。

【０００８】また、本発明は、上記本発明のゼオライト
種結晶を製造する方法を提供する。すなわち、本発明の
ゼオライト種結晶製造方法は、結晶成長して成る平均粒
径が０．５μｍ以下のゼオライト微粒子を粗面化処理す
ることを特徴とする方法である。かかる特徴を有する本
発明のゼオライト種結晶製造方法によると、上記特性の
ゼオライト種結晶を得ることができる。

【０００９】また、本発明のゼオライト種結晶製造方法
として好ましい一つの方法では、上記粗面化処理は上記
ゼオライト微粒子をミルがけすることによって行われ
る。この処理によって、支持体上で結晶化核として優れ
た機能（ゼオライト結晶を成長させる能力等）を発揮し
得る粗い表面を有する微粒子状ゼオライト種結晶を効率
よく製造することができる。

【００１０】また、本発明は、ゼオライト膜の製造方法
を提供する。すなわち、本発明のゼオライト膜製造方法
は、平均粒径が０．５μｍ以下のゼオライト微粒子を粗
面化処理する工程と、該粗面化処理されたゼオライト微
粒子を種結晶として支持体上に付着させる工程と、かか
る種結晶の付着した支持体上（即ち表面部）にゼオライ
ト膜を形成する工程とを包含する。本発明のゼオライト
膜製造方法では、平均粒径が０．５μｍ以下の微粒子を
種結晶とするため、支持体上に高密度に種結晶を付着
（担持）させることができる。また、当該種結晶の表面
が粗面となっているため、上述のように結晶化核として
優れた機能を発揮し得る。このため、本発明のゼオライ
ト膜製造方法によると、支持体上に結晶粒界の少ない緻
密なゼオライト膜が形成され、結果、顕著な欠陥の認め
られない高性能のガス分離用及び濾過（分子篩い等）用
ゼオライト膜を製造することができる。

【００１１】本発明のゼオライト膜製造方法として好ま
しい一つの方法では、上記粗面化処理は、上記ゼオライ
ト微粒子をミルがけすることによって行われる。この方
法によると、支持体上で結晶化核として優れた機能を発
揮し得る粗い表面を有する微粒子状ゼオライト種結晶を
効率よく製造することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態
を説明する。

【００１３】先ず、本発明のゼオライト種結晶及びその
製造方法について説明する。なお、以下で詳述する具体
的な内容以外の条件設定や補助的処理工程の追加は、従
来のゼオライト製造分野（種結晶の製造を含む）で一般
的に用いられているものに準じればよく、特に制限され
ない。本発明のゼオライト種結晶を製造するための原料
物質である上記「結晶成長（結晶化）して成る平均粒径
が０．５μｍ以下のゼオライト微粒子」は、典型的に
は、種々の出発原料を含む液相からセラミックスを合成
するいわゆる液相合成法（加水分解法その他の溶液法、
水熱合成法等）によって製造されたゼオライト微粒子で
ある。一般に市販されている平均粒径が０．５μｍ以下
のゼオライト粉体（例えば後述する実施例において使用
されたＭＦＩ粉体）は、上記液相合成法等によって結晶
成長して形成されたものであり、本発明のゼオライト種
結晶を製造するための原料物質として好適である。而し
て、本発明のゼオライト種結晶は、かかるゼオライト微
粒子に対して、種々の粗面化処理を施したものであれば
よく、ゼオライト微粒子の結晶構造（即ちゼオライトの
種類）に関しては特に制限はない。例えば、種々の液相
合成方法によって所定の粒径まで結晶成長した微粒子
（粉体）状のＡ型ゼオライト、Ｘ型ゼオライト、Ｙ型ゼ
オライト、あるいはＺＳＭ−５、シリカライト等のＭＦ
Ｉ型ゼオライトは、いずれも本発明のゼオライト種結晶
になり得るゼオライト原料である。

【００１４】本発明のゼオライト種結晶の製造法では、
水熱合成法その他の合成（結晶成長）法によって製造さ
れた各種ゼオライトの微粒子に粗面化処理を施す。これ
により、結晶成長によって形成されたゼオライト微粒子
（典型的にはほぼ球体形状を有する。）の安定した平滑
表面（結晶成長の核としては不適な表面）を粗くし、典
型的には電子顕微鏡レベルでごつごつした起伏を有する
までに粗面化する。これにより、一粒子当りの結晶成長
の起点となり得る部位を増大させ得る。従って、本発明
に係る粗面化処理は、結晶成長して成るゼオライト微粒
子の表面を上記のように粗くし得る内容のものであれば
よく、種々の機械的手段或いは化学的手段がとり得る。
例えば、酸やアルカリの溶液にゼオライト微粒子を浸漬
することによって、化学的に粒子表面を粗くしてもよ
い。本発明の実施において特に好ましい粗面化処理は、
ミルがけ（ミル引き）である。かかるミルがけによる
と、その摩砕作用によってゼオライト微粒子表面の粗面
化を好適に行うことができる。ゼオライト材料の形状を
考慮すると、ボールミルの使用が好ましく、なかでも湿
式ミルがけ法の適用が特に好ましい。典型的には、上記
ゼオライト微粒子を含むスラリーを調製し、それを適当
なボールミルに入れて、２４時間またはそれ以上湿式ミ
ルがけする。これにより、好適に粗面化されたゼオライ
ト種結晶を得ることができる。なお、十分な粗面化処理
が施される限り、ミルがけの継続時間や繰返し回数等に
特に制限はない。

【００１５】次に、本発明のゼオライト膜製造方法につ
いて説明する。先ず、本方法の実施に使用されるゼオラ
イト種結晶について説明する。本発明のゼオライト膜製
造方法では、ゼオライト種結晶（平均孔径が０．５μｍ
以下のもの）として、粗面化処理されたものを用いる。
粗面化処理として好ましい方法は、上述のとおりであ
る。本発明のゼオライト種結晶を製造し、それを種結晶
として用いることが本発明のゼオライト膜製造方法とし
て特に好ましい。平均粒径が０．５μｍ以下の粗面化処
理されたゼオライト種結晶は、後述する支持体上により
高密度に付着させることができる。

【００１６】次に、本発明のゼオライト膜製造方法にお
ける、上記ゼオライト種結晶を支持体上に付着させる工
程について説明する。最初に本発明のゼオライト膜製造
方法の実施に好適に用いられる支持体について説明す
る。本発明のゼオライト膜製造方法で用いられる支持体
は、ゼオライト種結晶を比較的高密度に付着させ得るも
のであれば、その材質及び／又は形状に特に制限はな
い。なお、本発明によって製造されたゼオライト膜を種
々の分離膜として使用する場合には、多孔質のものが好
ましい。かかる多孔質支持体としては、アルミナ質、ム
ライト質、ジルコニア質、コージライト質等の各種のセ
ラミックス基材、或いはステンレス鋼の粉末を焼結した
多孔質金属等を使用できる。特に、ゼオライト結晶との
密着性が優れていることから、アルミナ質セラミックス
が好ましい。密着性が優れている理由は、特に断定する
ものではないが、アルミナ結晶中の原子間距離がゼオラ
イト結晶中の原子間距離と近いためと考えられる。

【００１７】なお、多孔質支持体の平均孔径には特に制
限はないが、概ね０．０５μｍ〜１０μｍが好ましい。
平均孔径があまり小さいものは、ゼオライト種結晶を付
着させ難くなる。他方、平均孔径があまり大きいもの
は、ゼオライト種結晶が多孔質支持体の孔内に侵入して
しまうため、好ましくない。平均孔径が０．１〜５μｍ
のものが特に好ましい。また、多孔質支持体の孔隙率に
特に制限はないが、高温条件下或いは高圧条件下でのガ
ス分離や濾過用途のゼオライト膜を製造する場合には、
ガス分離や濾過の効率と機械的強度とのバランスを考慮
すると、孔隙率は、１０〜６０％が適当であり、３０〜
４０％が好ましい。

【００１８】また、本発明のゼオライト膜製造方法に使
用する場合の上記支持体の形状は、特に限定されない。
すなわち、その表面部にゼオライト種結晶を付着させて
ゼオライト膜を形成し得るものであればよい。例えば、
プレート状、チューブ状、ハニカム状の支持体を使用す
ることができる。なお、これら形状の支持体は、従来公
知の種々の成形法、例えばプレス成形法、押し出し成形
法、泥漿鋳込み法によって、成形することができる。ま
た、単層構造のみならず、積層構造の支持体も使用し得
る。例えば、平均孔径の大きい多孔質支持体上にゼオラ
イト膜を形成する場合、当該支持体の表面部にディップ
コート法やスピンコート法等によって予め別のセラミッ
ク層を形成しておき、その上にゼオライト膜を形成する
とよい。

【００１９】次に、上述したような支持体上にゼオライ
ト種結晶を付着させる方法について説明する。本発明で
使用するゼオライト種結晶は、平均粒径が０．５μｍ以
下の超微粒子である。このため、特に慎重な操作を行う
ことなく、支持体上に付着させることができる。典型的
には、上記湿式ミルがけ等によって製造したゼオライト
種結晶を乾燥させておき、同様に乾燥した状態の支持体
上に当該乾燥ゼオライト種結晶を擦り込む。このことに
よって、高密度にゼオライト種結晶を支持体上に付着
（担持）させることができる。あるいは、かかる乾式方
法に代えて、ゼオライト種結晶を水中に分散させた分散
液を支持体に塗布してもよい。または当該分散液中に支
持体を浸漬してもよい。なお、支持体上への種結晶の付
着量は特に限定されないが、ある程度緻密なゼオライト
膜を形成するには、比較的高密度に付着させるのが望ま
しい。好ましい付着量は概ね０．１〜１００ｍｇ／ｃｍ
^２である。

【００２０】次に、本発明のゼオライト膜製造方法にお
ける、上記種結晶の付着した支持体上にゼオライト膜を
形成する工程について説明する。本発明は、支持体上に
付着させたゼオライト種結晶を核としてゼオライト結晶
を成長させることによってゼオライト膜を形成するもの
である。従って、かかるゼオライト膜形成プロセスを実
現し得る方法ならばいずれも上記ゼオライト膜形成工程
として採用し得る。例えば、種々の気相合成法を適用す
ることも可能であるが、本発明の実施に特に好ましい方
法は水熱合成法である。

【００２１】次に、かかる水熱合成法に適するゼオライ
ト膜形成（合成）用原料について説明する。本発明のゼ
オライト膜製造方法では、かかる水熱合成法を採用する
場合、従来のゼオライト膜製造に用いられるのと同様の
原料が用いられる。典型的には、アルカリ源、シリカ
源、アルミナ源等の出発原料をゼオライト種に応じた適
切な組成比で含むゾルやゲル等の原料混合物が用いられ
る。かかる原料混合物に含まれ得る好適なアルカリ源と
しては、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム等が挙げら
れる。また、好適なシリカ源としては、シリカゾル、水
ガラス、珪酸ナトリウム等が挙げられる。また、好適な
アルミナ源としては、アルミン酸ナトリウム、硝酸アル
ミニウム、水酸化アルミニウム等が挙げられる。なお、
アルミニウムを含まない組成のＭＦＩ型ゼオライト膜を
作成する場合には、アルミナ源はなくてもよい。また、
種々の出発原料を含む原料混合物（ゾル、ゲル等）に臭
化テトラプロピルアンモニウム、水酸化テトラプロピル
アンモニウム等の有機結晶化剤（テンプレート）を適当
量加えてもよい。

【００２２】次に水熱合成の好適な実施態様を説明す
る。本発明では、従来から行われている水熱合成方法を
特に制限なく適用することができる。典型的には、ゼオ
ライト種結晶を表面部（即ち支持体外面及び／又は当該
外面の近傍にある細孔内部（典型的には外面から１０な
いし２０μｍの距離にあるもの））に付着させた支持体
および原料混合物（ゾル等）を耐圧容器（オートクレー
ブ等）に入れ、８０〜２５０℃で３〜１８０時間の加熱
処理（水熱反応処理）を行う。かかる水熱合成後、典型
的には、ゼオライト膜が形成された支持体を水又は温水
で洗浄し、次いで室温または高温条件下で乾燥する。な
お、乾燥前に蒸留水置換させることが好ましい。また、
上述の有機結晶化剤のような熱分解性成分を含む場合に
は、乾燥後、さらに加熱処理（例えば５００℃〜６００
℃で２〜３時間の焼成処理）を行って、かかる熱分解性
成分を除去するとよい。なお、本発明のゼオライト膜製
造方法では、上記水熱合成の回数を一回に限定する必要
はなく、複数回繰り返してもよい。水熱合成を複数回繰
り返すことによって、ゼオライトの結晶成長及び膜厚を
増大させることができる。

【００２３】上述のようにして実施される本発明のゼオ
ライト膜製造方法によると、上記粗面化処理した微粒子
状ゼオライト種結晶を使用する結果、顕著な欠陥の認め
られない緻密なゼオライト膜を得ることができる。この
ため、本発明のゼオライト膜製造方法によって得られる
ゼオライト膜は、高温条件下における分子篩い等の高性
能濾過或いはガス分離用途に好適に用いられる。特に限
定するものではないが、ガス分離に用いる場合には、膜
厚は２０μｍ以下が適当であり、さらに機械的強度やガ
ス透過速度を考慮すると膜厚が０．５〜５μｍのものが
好ましい。１〜３μｍのものが特に好ましい。例えば、
上述の水熱合成処理時間等を調整することによって、所
望する膜厚のゼオライト膜を支持体上に形成することが
できる。

【００２４】本発明のゼオライト膜製造方法によって得
られるゼオライト膜は、緻密であり顕著な欠陥の認めら
れない多孔質膜である。このため、種々のガス分離用途
或いは高性能濾過用途に使用することができる。特に、
高温での処理を必要とする種々の用途の膜型リアクター
に適している。例えば、多孔質支持体の形状を適宜変更
することによって種々の形態の容器や装置に適用し得る
膜反応モジュールとすることができる。例えば、多孔質
支持体としてプレート形状のものを使用してゼオライト
膜を形成すると、膜型ガス分離モジュールとして種々の
反応器（例えば膜型水素分離モジュールとして高温型燃
料電池用改質器）に組み込むことができる。また、多孔
質支持体としてチューブ（管）形状のものを使用してゼ
オライト膜を形成すると、チューブ型ガス分離モジュー
ルとして種々の反応器（例えばＮＯ_ｘ等の有害ガスを分
離する管）に組み込むことができる。

【００２５】

【実施例】以下に説明する実施例によって、本発明を
更に詳細に説明するが、本発明をかかる実施例に示すも
のに限定することを意図したものではない。

【００２６】＜実施例１：粗面化処理を施したゼオライ
ト種結晶の調製及び当該ゼオライト種結晶を用いたゼオ
ライト膜の形成＞本実施例では、結晶成長して成るＭＦ
Ｉ構造型のゼオライト微粒子に粗面化処理を施すことに
よって製造したゼオライト種結晶を用いて、多孔質支持
体上にゼオライト膜を形成した。すなわち、市販されて
いるＭＦＩ粉体（平均粒径０．４４μｍのゼオライト微
粒子）に粗面化処理を施した。粗面化処理は、次のよう
にして行った。先ず、上記ＭＦＩ粉体を含むスラリーを
調製した。その後、かかるスラリーをアルミナ製ポット
ミルに投入した。次いで、かかるポットミル内で２４時
間の湿式ミルがけを行った。而して、かかるミルがけ終
了後、スラリーをポットミルから取り出し、充分に乾燥
させた。かかる一連の処理によって、粗面化された平均
粒径が０．２９μｍのＭＦＩ型ゼオライト種結晶を得
た。

【００２７】一方、出発原料として水酸化ナトリウム、
コロイダルシリカ、アルミン酸ナトリウムおよび蒸留水
を使用してゼオライト膜合成用のゾルを調製した。すな
わち、Ｎａ_２Ｏ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３及びＨ_２Ｏとし
て換算するモル比が１０：２７：１：５６００となるよ
うにこれら出発原料を混合・攪拌してゾルを調製した。
得られたゾルは、マグネティックスターラーで更に２４
時間撹拌混合してエージング（熟成）させた。

【００２８】本実施例では、孔隙率が４０％、平均孔径
が０．８μｍ、外径１０ｍｍ、内径７ｍｍ、長さ１００
ｍｍの円筒型アルミナ多孔質基材（以下、単に基材とい
う）を、支持体として用いた。而して、上記粗面化した
ゼオライト種結晶（乾燥物）を上記基材の表面部に擦り
込み、かかる部位に種結晶を付着させた。

【００２９】次いで、上記種結晶が付着した基材と前記
エージング後のゾルとを、オートクレーブに入れ、その
オートクレーブ内を減圧して真空状態とした。これによ
り、基材の細孔内を上記ゾルで満たすことができる。そ
して、１７０℃で７２時間の水熱合成を行った。次い
で、ゼオライト膜が形成された基材をオートクレーブか
ら取り出し、８０℃の温水で洗浄し、蒸留水で置換し
た。その後、１００℃で２４時間乾燥させた。上記一連
の工程を経て得られたゼオライト膜の膜厚は、約５μｍ
であった。また、本実施例で得られたゼオライト膜の膜
表面をＸＲＤ測定した。その結果、本実施例で得られた
ゼオライト膜は、ＭＦＩ型であることが確認された。ま
た、ＸＲＤ測定の結果から、本実施例のゼオライト膜の
有する平均孔径は、約０．６ｎｍであることが確認され
た。この値は、一般的なＭＦＩ型ゼオライトの平均孔径
に一致する。更には、本実施例のゼオライト膜の表面及
び破断面をＳＥＭ観察した結果、本実施例のゼオライト
膜は上記基材の表面（基材内部の孔隙部分の表面も含
む）に形成されていることが確認された（図示省略）。
また、膜欠陥（ＳＥＭ観察）も確認されなかった。

【００３０】＜比較例１：粗面化処理を施さないゼオラ
イト種結晶を用いたゼオライト膜の形成＞比較例１とし
て、粗面化処理を施さない市販のゼオライト粒子（平均
粒径０．４４μｍ）をそのまま種結晶として用いた。す
なわち、実施例１で使用したＭＦＩ粉体を粗面化処理を
行わずにそのままゼオライト種結晶として使用し、上述
の実施例１と同様の材料及び条件で上記基材上にゼオラ
イト膜を形成した。得られたゼオライト膜の膜厚は、約
３μｍであった。

【００３１】上記の工程を経て得られたゼオライト膜の
膜表面のＸＲＤ測定の結果、そのゼオライト膜は、ＭＦ
Ｉ構造の結晶であることが確認された。また、ＸＲＤ測
定の結果から、本比較例のゼオライト膜の有する平均孔
径は、約０．６ｎｍであることが確認された。更には、
比較例１のゼオライト膜の表面及び破断面をＳＥＭ観察
した結果、本比較例のゼオライト膜は上記基材の表面
（基材内部の孔隙部分の表面も含む）に形成されている
ことが確認された（図示省略）。なお、このゼオライト
膜でも膜欠陥（ＳＥＭ観察）は確認されなかった。

【００３２】＜比較例２：ゼオライト種結晶を使用しな
いゼオライト膜の形成＞次に、比較例２として、上記ゼ
オライト種結晶を使用しないでゼオライト膜を製造し
た。先ず、出発原料として、臭化テトラプロピルアンモ
ニウム（ＴＰＡＢｒ）、水酸化ナトリウム、シリカゾル
（触媒化成工業製：ＳＩ−３０）および蒸留水を使用し
てゼオライト膜合成用のゾルを調製した。すなわち、Ｔ
ＰＡＢｒ、Ｎａ_２Ｏ、ＳｉＯ_２及びＨ_２Ｏのモル比が
０．１：０．０５：１：８０となるようにこれら出発原
料を混合・攪拌してゾルを調製した。なお、得られたゾ
ルは、水熱合成に使用するまでマグネティックスターラ
ーで撹拌混合しておいた。

【００３３】而して、上記実施例及び比較例１で使用し
たものと同様の基材と上記調製したゾルとをオートクレ
ーブに入れ、同じ条件で水熱合成を行った。水熱合成終
了後、ゼオライト膜が形成された基材をオートクレーブ
から取り出し、８０℃の温水で洗浄し、蒸留水で置換し
た。その後、１００℃で２４時間乾燥させた。乾燥後、
さらに６００℃で２時間焼成し、ゼオライト膜を構成す
るゼオライト結晶中のＴＰＡＢｒを除去した。上記一連
の工程を経て得られたゼオライト膜の膜厚は、約２０μ
ｍであった。また、本比較例で得られたゼオライト膜の
膜表面をＸＲＤ測定した。その結果、本比較例で得られ
たゼオライト膜は、ＭＦＩ型であることが確認された。
また、ＸＲＤ測定の結果から、本比較例のゼオライト膜
の有する平均孔径は、約０．６ｎｍであることが確認さ
れた。更には、比較例２のゼオライト膜の表面及び破断
面をＳＥＭ観察した結果、本比較例のゼオライト膜は上
記基材の表面（基材内部の孔隙部分の表面も含む）に形
成されていることが確認された（図示省略）。なお、こ
のゼオライト膜でも膜欠陥（ＳＥＭ観察）は確認されな
かった。

【００３４】＜実施例２：得られたゼオライト膜のガス
分離性能の評価＞実施例１、比較例１及び比較例２でそ
れぞれ作製したゼオライト膜のガス分離性能（透過率、
分離係数）の評価を、以下のガス分離試験により行っ
た。先ず、図１に示すような管状ガス分離モジュール１
を作製した。図中の円筒状の基材１４の外周面には、実
施例１、比較例１又は比較例２で作製したゼオライト膜
が、それぞれ形成されている。図１では、それらのゼオ
ライト膜を符号１２で示す。その基材１４の一方の開口
をアルミナ板５で密封し、他方の開口にスウェージロッ
ク６を取り付けた。その基材１４を密閉可能なケーシン
グ２内に配置した。このとき、図１に示すように、スウ
ェージロック６の開口先端部はケーシング２の外部に露
出した状態とした。さらに、基材１４のアルミナ板５、
スウェージロック６取付部分の近傍には、ガラス封着剤
を塗ってシールした。また、ケーシング２には、ガス供
給管３と、ガス排出管４とが設けられている。また、図
示していないが、ケーシング２の周囲にはヒーターおよ
び冷却器が設けられており、ケーシング２内部のゼオラ
イト膜１２及び基材１４の温度を４℃〜８００℃の範囲
でコントロールすることができる。

【００３５】スウェージロック６と接続する透過ガス排
出側流路には図示しないガスクロマトグラフが装備され
ている。従って、ゼオライト膜１２が形成されている外
周面側（以下、単に供給側という）から、そのゼオライ
ト膜１２及び基材１４を通過して、基材１４の内周面側
（以下、単に透過側という）に、流入するガス濃度を測
定し、その測定データをコンピュータシステムによって
解析することができる。また、ケーシング２のガス供給
管３は外部ガス供給源に接続しており、当該ガス供給管
３を介して前記供給側が面するケーシング内部空間７に
二酸化炭素、窒素等の測定用ガスを供給することができ
る。なお、ケーシング内部空間７のガスはガス排出管４
から外部に排出可能である。

【００３６】而して、かかる系において、供給側（即ち
ケーシング内部空間７）と透過側（即ち基材内周面側空
間１６）との間に差圧が設けられることによって、ガス
供給管３からケーシング２内部に導入された測定用ガス
の一部は、ゼオライト膜１２の孔、更には基材１４の孔
隙を通過して、基材１４の基材内周面側空間１６に透過
されることとなる。本実施例では、上記のように構築し
た測定系（ガス分離モジュール１）を用いて、上記３種
類のゼオライト膜の二酸化炭素１０容量％と窒素９０容
量％とから成る混合ガスを供給した場合のガス透過率、
及び二酸化炭素／窒素分離係数を評価した。詳細な評価
方法を以下に記す。

【００３７】ヒーター及び冷却器を作動させて所定の温
度に調節した後、上記差圧を生じさせた状態で測定用ガ
ス（即ち上記混合ガス）をケーシング内部空間７に供給
した。他方、図示しないセッケン膜流量計によって、透
過側（即ちスウェージロック６と接続する透過ガス排出
側流路）の流速を測定しつつ、ＴＣＤ検出器を備えたガ
スクロマトグラフによってガス組成を分析した。

【００３８】なお、上記混合ガスの透過率は次の式「Ｑ
＝Ａ／（（Ｐｒ−Ｐｐ）・Ｓ・ｔ）」から算出した。こ
こでＱはガス透過率（モル／m²・秒・Pa）、Ａはガス透過
量（ｍｏｌ）、Ｐｒは供給側圧力（Ｐａ）、Ｐｐは透過
側圧力（Ｐａ）、Ｓは膜面積（ｍ^２）、ｔは時間（秒）
を表す。また、上記混合ガス中の二酸化炭素の透過率は
次の式「Ｑ_１＝（Ｒｐ・Ｃｐ_１・Ｔｏ・Ｐａ／（Ｔ・Ｐ
ｐ））／（Ｓ・６０・（Ｃｒ_１・Ｐｒ−Ｃｐ_１・Ｐ
ｐ））」から算出した。ここでＱ_１は二酸化炭素透過率
（モル／m²・秒・Pa）、Ｒｐは透過側流量（モル／分）、
Ｃｐ_１は透過側二酸化炭素濃度（％）、Ｃｒ_１は供給側
二酸化炭素濃度（％）、Ｐａは開放圧（Ｐａ）、Ｔｏは
標準温度（Ｋ）、Ｔは試験温度（Ｋ）を表す。同様に前
記混合ガス中の窒素の透過率は次の式「Ｑ_２＝（Ｒｐ・
Ｃｐ_２・Ｔｏ・Ｐａ／（Ｔ・Ｐｐ））／（Ｓ・６０・
（Ｃｒ_２・Ｐｒ−Ｃｐ_２・Ｐｐ））」から算出した。こ
こでＱ_２は窒素透過率（モル／m²・秒・Pa）、Ｃｐ_２は透
過側窒素濃度（％）、Ｃｒ_１は供給側窒素濃度（％）を
表す。

【００３９】二酸化炭素／窒素分離係数は、二酸化炭素
透過率と窒素透過率との比率すなわち式「α＝Ｑ_１／Ｑ
_２」から算出した。ここでαは二酸化炭素／窒素分離係
数を表す。測定した混合ガス透過率および二酸化炭素／
窒素分離係数を表１に示す。本実施例においては、上述
の実施例１、比較例１及び比較例２でそれぞれ作製した
ゼオライト膜について、２００℃の温度条件で測定を行
った。なお、参考として、比較例１のゼオライト膜につ
いては、更に２０℃の温度条件での測定を行った。

【００４０】

【表１】

【００４１】表１から明らかなように、上述の実施例１
で得られたゼオライト膜は、優れた二酸化炭素／窒素分
離係数（６．０）を示した。通常、ガス分離性能は分離
膜使用環境が高温になるほど悪化するものである。従っ
て、実施例１で得られたゼオライト膜によると、室温相
当温度でのガス分離性能も優れたものになる（典型的に
は６．０以上になる）ことが推測される。なお、表１か
ら明らかなように、実施例１で得られたゼオライト膜の
高温条件（２００℃）での分離性能は、比較例１の２０
℃（室温相当温度）での分離特性よりも優れていた。ま
た、混合ガス透過率の値から、実施例１のゼオライト膜
は各比較例のゼオライト膜よりも緻密であることが示唆
された。

【００４２】

【発明の効果】以上の実施例からも明らかなように、
本発明のゼオライト種結晶ならびにそれを使用する本発
明のゼオライト膜製造方法によると、顕著な欠陥の認め
られない高性能の（例えば分離特性や耐熱性に優れる）
ガス分離用及び濾過（分子篩い等）用ゼオライト膜を支
持体上に効率よく製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ゼオライト膜を用いて構築した管状ガス分離モ
ジュールの構造を模式的に示す断面図である。

【符号の説明】

１：管状ガス分離モジュール１２：ゼオライト膜１４：基材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4D006 GA41 HA21 HA41 MA02 MA03 MA04 MA09 MA21 MA31 MB04 MB11 MB15 MC01 NA47 NA50 NA51 NA62 NA64 PB17 PB63 PB64 4G073 BD18 BD22 CZ01 FA11 FC12 FD25 FD30 GA11 UB26

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】結晶成長して成る平均粒径が０．５μｍ
以下のゼオライト微粒子を粗面化処理して得られたゼオ
ライト種結晶。
【請求項２】結晶成長して成る平均粒径が０．５μｍ
以下のゼオライト微粒子を粗面化処理することを特徴と
する、ゼオライト種結晶の製造方法。
【請求項３】前記粗面化処理は、前記ゼオライト微粒
子をミルがけすることによって行われる、請求項２に記
載のゼオライト種結晶製造方法。
【請求項４】平均粒径が０．５μｍ以下のゼオライト
微粒子を粗面化処理する工程と、該粗面化処理されたゼオライト微粒子を種結晶として支
持体上に付着させる工程と、その種結晶の付着した支持体上にゼオライト膜を形成す
る工程とを包含するゼオライト膜の製造方法。
【請求項５】前記粗面化処理は、前記ゼオライト微粒
子をミルがけすることによって行われる、請求項４に記
載のゼオライト膜製造方法。