JP2003047831A - Fluid separation filter and method for manufacturing the same - Google Patents

Fluid separation filter and method for manufacturing the same

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JP2003047831A
JP2003047831A JP2001234010A JP2001234010A JP2003047831A JP 2003047831 A JP2003047831 A JP 2003047831A JP 2001234010 A JP2001234010 A JP 2001234010A JP 2001234010 A JP2001234010 A JP 2001234010A JP 2003047831 A JP2003047831 A JP 2003047831A
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Japan
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separation filter
fluid separation
oxide film
water vapor
manufacturing
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JP2001234010A
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Japanese (ja)
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Fumiaki Sagou
文昭 佐郷
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fluid separation filter less susceptible to moisture less liable to a change in percolation property and excellent in reliability. SOLUTION: A method for manufacturing a fluid separation filter has (a) a step of hydrolyzing a metal alkoxide to prepare a precursor sol, (b) a step of applying and drying the precursor sol on at least one surface of a porous support and carrying out firing to form an oxide film having a plurality of pores formed by cyclic siloxane bonds and silanol groups on the at least one surface of the porous support and (c) a step of exposing the oxide film to steam at 150-500 deg.C. Water can be uniformly adsorbed on the inner walls of numerous pores in the oxide film in advance and the objective fluid separation filter excellent in water resistance and reliability with the lapse of time can be obtained.

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、特定のガスを濃
縮するプラント、混合溶剤からの特定物質の濃縮するプ
ラント、アルコールからの脱水を行うプラント、水の純
度を高める水処理プラントや淡水化プラント、工場排ガ
スや発電所から酸素や二酸化炭素等の特定ガスの分離を
行う装置、食品関係、医療関係、燃料電池等に好適に用
いることができる流体分離フィルタ及びその製造方法に
関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a plant for concentrating a specific gas, a plant for concentrating a specific substance from a mixed solvent, a plant for dehydrating alcohol, a water treatment plant or a desalination plant for increasing the purity of water. The present invention relates to a device for separating a specific gas such as oxygen and carbon dioxide from a factory exhaust gas or a power plant, a fluid separation filter that can be suitably used for food-related products, medical-related products, fuel cells, and the like, and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来技術】従来から、各種ガスを含有する混合気体中
から特定ガスを濾過分離するフィルタを始め、触媒担持
体や電解隔壁等として多孔質体が用いられているが、安
全かつ簡便なことからその適用範囲が拡がり、多孔質体
を用いた特定のガスの分離濃縮技術は各種燃焼機関をは
じめ、食品工業や医療用機器、更には廃棄物処理等の分
野でも注目されている。しかし、膜の材質は一般に高分
子を用いることが多いため耐熱性及び耐食性に問題があ
った。
2. Description of the Related Art Conventionally, a porous body has been used as a catalyst carrier, an electrolytic partition wall, etc., including a filter for filtering and separating a specific gas from a mixed gas containing various gases, but it is safe and simple. The applicable range has been expanded, and the technology for separating and concentrating a specific gas using a porous body has been attracting attention in fields such as various combustion engines, the food industry, medical equipment, and waste treatment. However, since a polymer is generally used as the material of the film, there is a problem in heat resistance and corrosion resistance.

【0003】そこで、金属アルコキシドの加水分解物も
しくは部分加水分解物から選ばれる少なくとも1種の成
分と末端シラノール基含有オルガノシロキサンとの反応
物からなる気体酸化物膜を作製し、無機材質を主材料と
することで耐熱性を改善することが特開平2−1493
23号公報に記載されている。
Therefore, a gas oxide film composed of a reaction product of at least one component selected from a hydrolyzate or a partial hydrolyzate of a metal alkoxide and an organosiloxane containing a terminal silanol group is prepared, and an inorganic material is used as a main material. It is possible to improve heat resistance by using
No. 23 publication.

【0004】ところが、特開平2−149323号公報
に記載の方法のように、無機材質を用いると耐熱性は向
上するものの、分離フィルタは外気の影響を受けやす
く、被処理ガス中または大気中の水分が前記分離フィル
タの細孔内に浸入し、シラノール(シラノール)基の存
在により、気体酸化物膜に水が吸着するため、細孔を閉
塞してしまい、特定ガスの透過率を繰り返し測定すると
次第に透過特性が低下してしまい、安定した大きな透過
量は得られないという問題があった。
However, as in the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-149323, when an inorganic material is used, the heat resistance is improved, but the separation filter is easily affected by the outside air, so that the separation filter is exposed to the gas to be treated or the atmosphere. Water penetrates into the pores of the separation filter, and due to the presence of silanol (silanol) groups, water is adsorbed to the gas oxide film, which causes the pores to be clogged and the specific gas permeability to be repeatedly measured. There is a problem that the transmission characteristics are gradually deteriorated and a stable and large transmission amount cannot be obtained.

【0005】そこで、ガラス酸化物膜においてシリル化
剤により膜の表面及び内部に存在するシラノール基を化
学変換してシロキサン結合を生成し、かつ膜に残存する
シリル化剤の濃度を調整することで、膜に存在する水の
吸着点となるシラノール基が減少して水の吸着が抑制さ
れ、分離特性の劣化を抑制することが、特開平8−24
600号公報で提案されている。
Therefore, in the glass oxide film, the silanol groups present on the surface and inside of the film are chemically converted by the silylating agent to form a siloxane bond, and the concentration of the silylating agent remaining in the film is adjusted. JP-A-8-24 discloses that a silanol group, which is an adsorption point of water existing in a membrane, is reduced to suppress adsorption of water and suppress deterioration of separation characteristics.
It is proposed in Japanese Patent Publication No. 600.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
8−24600号公報の方法では、ガラス酸化物膜のシ
ラノール基をシリル化剤によってシロキサン結合を生成
することで材質改善を行なっているものの、全てのシラ
ノール基をシロキサン結合にすることは困難であり、水
の吸着点となるシラノール基が残留するという問題があ
った。
However, in the method disclosed in JP-A-8-24600, the material is improved by forming a siloxane bond from the silanol group of the glass oxide film by a silylating agent. It is difficult to make the silanol group of the above into a siloxane bond, and there is a problem that the silanol group which becomes an adsorption point of water remains.

【0007】また、上記の処理によって一旦はシロキサ
ン結合になったとしても、水の存在によってシラノール
基に再変換してしまい、透過特性に経時変化が見られる
という問題があった。
Further, even if a siloxane bond was once formed by the above treatment, it was converted back to a silanol group due to the presence of water, and there was a problem that the permeation characteristics changed with time.

【0008】従って、本発明の目的は、水分の影響が少
なく、透過特性の変化が少なく信頼性に優れた流体分離
フィルタとその製造方法を提供することにある。
[0008] Therefore, an object of the present invention is to provide a fluid separation filter which is less affected by moisture, has less change in permeation characteristics, and is excellent in reliability, and a manufacturing method thereof.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、多数の細孔を
有する無機材質からなる酸化物膜を、特定の温度の水蒸
気に曝露することによって、水を細孔内壁内に予め均一
に吸着せしめることができ、耐水性及び経時的信頼性に
優れた流体分離フィルタが得られるという知見に基づ
く。
According to the present invention, an oxide film made of an inorganic material having a large number of pores is exposed to water vapor at a specific temperature to adsorb water uniformly in the inner walls of the pores. It is based on the finding that a fluid separation filter that can be obtained with excellent water resistance and reliability over time can be obtained.

【0010】即ち、(a)金属アルコキシドを加水分解
して前駆体ゾルを作製する工程と、(b)該前駆体ゾル
を多孔質支持体の表面の少なくとも一方に塗布して乾燥
した後、焼成して前記多孔質支持体の少なくとも一方の
表面に環状のシロキサン結合及びシラノール基によって
形成された複数の細孔を有する酸化物膜を形成する工程
と、(c)前記酸化物膜を150℃〜500℃の水蒸気
に曝露する工程とを具備することを特徴とするものであ
る。これにより、耐水性及び経時的信頼性に優れた流体
分離フィルタが得られる。
That is, (a) a step of hydrolyzing a metal alkoxide to prepare a precursor sol, and (b) applying the precursor sol to at least one of the surfaces of the porous support, drying and then firing. And forming an oxide film having a plurality of pores formed by a cyclic siloxane bond and silanol groups on at least one surface of the porous support, and (c) the oxide film at 150 ° C. And a step of exposing to water vapor at 500 ° C. As a result, a fluid separation filter having excellent water resistance and reliability over time can be obtained.

【0011】特に、前記水蒸気の分圧が0.1kPa〜
100kPaであることが好ましい。これにより、細孔
内への水の吸着を効率的に、且つ短時間に行うことがで
きる。
In particular, the partial pressure of the water vapor is 0.1 kPa to
It is preferably 100 kPa. As a result, water can be efficiently adsorbed in the pores in a short time.

【0012】また、前記工程(c)の水蒸気を除いた雰
囲気中に酸素が5体積%以上含まれることが好ましい。
これにより、膜表面の急激な構造変化を抑制でき膜の透
過速度の著しい低下を防ぐことができる。
Further, it is preferable that oxygen is contained in the atmosphere excluding water vapor in the step (c) in an amount of 5% by volume or more.
This makes it possible to suppress a sudden structural change on the membrane surface and prevent a significant decrease in the permeation rate of the membrane.

【0013】さらに、前記水蒸気が連続的に前記酸化物
膜へ供給されることが好ましい。これにより、局所的な
水の吸着を防ぎかつ膜全体にムラ無く水蒸気を供給でき
るため膜全体に平均的に水の吸着を行なうことができ
る。
Further, it is preferable that the water vapor is continuously supplied to the oxide film. As a result, the local adsorption of water can be prevented and the water vapor can be uniformly supplied to the entire film, so that the water can be evenly adsorbed to the entire film.

【0014】さらにまた、前記水蒸気が前記酸化物膜の
内部を透過することが好ましい。これによって、より細
孔の小さい穴への水の吸着が可能となる。
Furthermore, it is preferable that the water vapor permeates the inside of the oxide film. This allows water to be adsorbed in the holes having smaller pores.

【0015】前記水蒸気の温度が流体分離フィルタの使
用温度より高いことが好ましい。これにより、使用温度
においても吸着したまま離脱しない水が細孔内に残り、
経時変化の少ない安定した透過特性を得ることができ
る。
It is preferable that the temperature of the water vapor is higher than the operating temperature of the fluid separation filter. As a result, water that remains adsorbed and does not separate even at the operating temperature remains in the pores,
Stable transmission characteristics with little change over time can be obtained.

【0016】前記酸化物膜の平均細孔径が0.4〜1.
3nmであるが好ましい。これにより水が吸着した後に
おいても分離を行なううえで好適な細孔径が得られ、良
好な分離が行なえる。
The average pore size of the oxide film is 0.4-1.
It is preferably 3 nm. As a result, even after water is adsorbed, a pore size suitable for separation can be obtained, and good separation can be performed.

【0017】前記金属アルコキシドの金属成分が少なく
ともSiを含むことが好ましい。これにより、シロキサ
ン結合及びシラノール基からなる複数の細孔を効率よ
く、且つ安定して形成することができる。
It is preferable that the metal component of the metal alkoxide contains at least Si. This makes it possible to efficiently and stably form a plurality of pores composed of a siloxane bond and a silanol group.

【0018】更に、前記金属アルコキシドにTi、Z
r、Al、Pの少なくとも1種が含まれることが好まし
い。これらの金属は、シロキサン結合及びシラノール基
の内部に存在し、温度上昇による変形を防止する働きが
あるため、熱的安定性が向上し、さらに耐薬品性及び耐
熱性を向上することができる。
Further, Ti, Z is added to the metal alkoxide.
It is preferable that at least one of r, Al and P is contained. These metals are present inside the siloxane bond and silanol groups and have a function of preventing deformation due to temperature rise, so that thermal stability is improved, and further chemical resistance and heat resistance can be improved.

【0019】また、本発明の流体分離フィルタは、多孔
質支持体と、該多孔質支持体の少なくとも一方の表面に
設けられ、複数の細孔を有する酸化物膜とを具備する流
体分離フィルタであって、前記酸化物膜がシロキサン結
合及びシラノール基を含み、繰り返し測定における窒素
の透過率の変化率が20%以内であることを特徴とする
ものである。これにより、装置のメンテナンス等で装置
を一端停止させ膜が大気に曝露されて、再度運転開始後
も装置停止前の透過特性とほぼ同じ特性を有することが
できる。
The fluid separation filter of the present invention is a fluid separation filter comprising a porous support and an oxide membrane having a plurality of pores provided on at least one surface of the porous support. It is characterized in that the oxide film contains a siloxane bond and a silanol group, and the rate of change of nitrogen transmittance in repeated measurement is within 20%. As a result, the device is once stopped for maintenance of the device and the membrane is exposed to the atmosphere, and it is possible to have substantially the same transmission characteristics before the device was stopped even after the operation was started again.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】本発明の流体分離フィルタは、ゾ
ルゲル法を用いて製造するものであり、まず、原料とし
て金属アルコキシドを準備する。金属アルコキシドとし
ては、細孔を形成するシロキサン結合及びシラノール基
を形成するため、シリコンアルコキシドを用いることが
好ましい。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The fluid separation filter of the present invention is manufactured by using the sol-gel method. First, a metal alkoxide is prepared as a raw material. As the metal alkoxide, it is preferable to use silicon alkoxide because it forms a siloxane bond that forms pores and a silanol group.

【0021】シリコンアルコキシドとしては、化1で表
されるテトラアルコキシシラン及び/又は化2で表され
るアルコキシシランとからなることが望ましい。これら
のアルコキシシランは、水と接触しない限りは比較的安
定しているのでゾルを合成しやすいという特徴を持ち、
比較的低温の焼成によって細孔を有する膜の形成が出来
るという利点がある。
The silicon alkoxide is preferably composed of tetraalkoxysilane represented by Chemical formula 1 and / or alkoxysilane represented by Chemical formula 2. These alkoxysilanes are relatively stable as long as they do not come into contact with water, and therefore have the characteristic that sol can be easily synthesized.
There is an advantage that a film having pores can be formed by baking at a relatively low temperature.

【0022】[0022]

【化1】 [Chemical 1]

【0023】[0023]

【化2】 [Chemical 2]

【0024】なお、化1及び化2のR1〜R11は任意の
アルコキシル基もしくは炭化水素基を表すもので、例え
ば、化1は、R1、R3、R4がOCH3基、R2がCH3
からなるテトラメトキシシラン、R1、R3、R4がOC2
5基、R2がC25基からなるテトラエトキシシラン、
1、R3、R4がOC37基、R2がC37基からなるテ
トラプロポキシシラン等であり、これらを好適に用いる
ことができる。特に、原料コスト及び成膜性の点でテト
ラメトキシシランまたはテトラエトキシシランを用いる
ことが望ましい。
R 1 to R 11 in Chemical Formulas 1 and 2 represent any alkoxyl group or hydrocarbon group. For example, in Chemical Formula 1 , R 1 , R 3 and R 4 are OCH 3 groups, R 1 Tetramethoxysilane in which 2 is a CH 3 group, R 1 , R 3 and R 4 are OC 2
Tetraethoxysilane in which H 5 group and R 2 are C 2 H 5 groups,
Tetrapropoxysilane in which R 1 , R 3 and R 4 are OC 3 H 7 groups and R 2 is a C 3 H 7 group and the like can be suitably used. In particular, it is desirable to use tetramethoxysilane or tetraethoxysilane in terms of raw material cost and film forming property.

【0025】また、化2は、例えば、R5〜R9がOCH
3基、R10がCH3基及びR11がC24基である1,2ビ
ストリエトキシシリルエタンを用いることができ、ま
た、R5がCH3基、R6がCH3CH2基、R7がCH3
2CH2基、R8〜R10がCH 3CH2基、R11がCH2
2基であるような化合物を用いることも可能である。
The chemical formula 2 is, for example, RFive~ R9Is OCH
3Group, RTenIs CH3Group and R11Is C2HFourThe base 1, 2 bi
Striethoxysilylethane can be used, or
RFiveIs CH3Group, R6Is CH3CH2Group, R7Is CH3C
H2CH2Group, R8~ RTenIs CH 3CH2Group, R11Is CH2C
H2It is also possible to use compounds which are radicals.

【0026】また、その一部である官能基がゾル形成時
に立体的な障害となり、ゾル中に所望の大きさの細孔骨
格を形成できるが、ゾルの安定性の点からは前記官能基
は窒素(N)を含有しないものであることが望ましい。
The functional group, which is a part of the sol, causes a steric hindrance during the formation of the sol and can form a pore skeleton of a desired size in the sol. However, from the viewpoint of the stability of the sol, the functional group is It is desirable that it does not contain nitrogen (N).

【0027】また、上記シリコンアルコキシドに対し
て、Ti、Zr、Al、Pの少なくとも1種のアルコキ
シドが含まれることが好ましい。これらの金属がアルコ
キシドとして含まれると、熱的安定性が向上や膜質の耐
薬品性、耐水性が向上するという利点がある。
Further, it is preferable that at least one alkoxide of Ti, Zr, Al and P is contained in the above silicon alkoxide. When these metals are contained as alkoxides, there are advantages that the thermal stability is improved, the chemical resistance of the film quality and the water resistance are improved.

【0028】これらの金属アルコキシドとしては、チタ
ンアルコキシド、ジルコニウムアルコキシド、アルミニ
ウムアルコキシド、リンアルコキシドを用いる。
Titanium alkoxide, zirconium alkoxide, aluminum alkoxide and phosphorus alkoxide are used as these metal alkoxides.

【0029】例えば、チタンアルコキシドとしては、テ
トラエトキシチタン、テトラプロポキシチタン、テトラ
ブトキシチタン等であることが望ましく、特にアルコー
ルへの溶解性、ゲルの成膜性の点からテトラエトキシチ
タニウム、テトラプロポキシチタニウムが望ましい。
For example, the titanium alkoxide is preferably tetraethoxytitanium, tetrapropoxytitanium, tetrabutoxytitanium or the like, and particularly tetraethoxytitanium and tetrapropoxytitanium from the viewpoint of solubility in alcohol and film forming property of gel. Is desirable.

【0030】また、ジルコニウムアルコキシドとして
は、テトラエトキシジルコニウム、テトラプロポキシジ
ルコニウム、テトラブトキシジルコニウム等であること
が望ましく、特にアルコールへの溶解性、ゲルの成膜性
の点からテトラエトキシジルコニウム、テトラプロポキ
シジルコニウムが望ましい。
The zirconium alkoxide is preferably tetraethoxyzirconium, tetrapropoxyzirconium, tetrabutoxyzirconium or the like, and particularly tetraethoxyzirconium and tetrapropoxyzirconium in view of solubility in alcohol and gel film-forming property. Is desirable.

【0031】さらに、アルミニウムアルコキシドとして
は、テトラエトキシアルミニウム、テトラプロポキシア
ルミニウム、テトラブトキシアルミニウム等であること
が望ましく、特にアルコールへの溶解性、ゲルの成膜性
の点からテトラエトキシアルミニウム、テトラプロポキ
シアルミニウムが望ましい。
Further, the aluminum alkoxide is preferably tetraethoxyaluminum, tetrapropoxyaluminum, tetrabutoxyaluminum or the like, and particularly tetraethoxyaluminum or tetrapropoxyaluminum from the viewpoint of solubility in alcohol and gel film-forming property. Is desirable.

【0032】また、リンのアルコキシドとしては、リン
酸トリメチル、リン酸トリエチル、亜リン酸トリメチ
ル、亜リン酸トリエチル等であることが望ましく、特
に、アルコールへの溶解性、ゲルの成膜性の点から亜リ
ン酸トリエチル、亜リン酸トリメチルが望ましい。
Further, the alkoxide of phosphorus is preferably trimethyl phosphate, triethyl phosphate, trimethyl phosphite, triethyl phosphite, etc., particularly in view of solubility in alcohol and gel film-forming property. Therefore, triethyl phosphite and trimethyl phosphite are preferable.

【0033】これらの金属アルコキシドの添加量は、耐
熱性及び耐水性向上と製造時に生じるゾルの安定性の点
で、シリコンアルコキシド1モルに対して0.05〜
1.0モル、特に0.1〜1.0モルの割合からなるこ
とが望ましい。金属添加量が0.05モルより少ないと
耐熱性及び耐水性を高める効果が低くなる傾向があり、
また、1.0モルを超えると、製造時に生じるゾルの安
定性が悪く沈殿を生じる等により酸化物膜を形成するこ
とが難しくなる傾向がある。
The amount of these metal alkoxides added is 0.05 to 1 mol of the silicon alkoxide from the viewpoint of improving heat resistance and water resistance and stability of the sol produced during production.
It is desirable that the amount is 1.0 mol, particularly 0.1 to 1.0 mol. If the amount of metal added is less than 0.05 mol, the effect of increasing heat resistance and water resistance tends to be low,
On the other hand, if the amount exceeds 1.0 mol, the stability of the sol produced during production is poor, and precipitation or the like tends to make it difficult to form an oxide film.

【0034】次に、上記のアルコキシドをそれぞれ溶媒
に溶解させる。溶媒としては、メタノール、エタノー
ル、プロパノール、ブタノール、2−メトキシエタノー
ル、2−エトキシエタノール等のアルコールが好適に用
いられるが、前記アルコシキドの溶解性及びゲルの支持
体への親和性及び乾燥性等の成膜性の点で、メタノール
又はエタノール等の低級アルコールが最適である。
Next, each of the above alkoxides is dissolved in a solvent. As the solvent, alcohols such as methanol, ethanol, propanol, butanol, 2-methoxyethanol, and 2-ethoxyethanol are preferably used, but the solubility of the alkoxide and the affinity for the gel support and the drying property are preferable. A lower alcohol such as methanol or ethanol is optimal in terms of film-forming property.

【0035】また、テトラアルコキシシランについて
は、溶媒とともにテトラアルコキシシラン1モルに対し
て1〜100モル、好ましくは1〜20モルの水を酸等
とともに添加し、加水分解することによって前駆体ゾル
を作製することが望ましく、これによりテトラアルコキ
シシランの加水分解された部分が前記他のアルコキシシ
ラン及びジルコニウムアルコキシドと反応することによ
って溶液中の組成の均質性を高めることができる。
With respect to tetraalkoxysilane, 1 to 100 mol, preferably 1 to 20 mol, of water is added together with a solvent together with a solvent together with an acid and hydrolyzed to give a precursor sol. It is desirable to make it so that the hydrolyzed portion of the tetraalkoxysilane reacts with the other alkoxysilane and zirconium alkoxide to enhance the homogeneity of the composition in the solution.

【0036】即ち、前記水の量が1モルより少ないと加
水分解が十分でなく、シロキサン結合が進行しないため
に成膜性が悪く、膜内にクラックが生じたり、膜の剥離
が生じることがあるためであり、前記水の量が100モ
ルより多いと、加水分解が急激に進行しすぎ、沈殿等が
生じて安定なゾルを得ることができないことがあるから
である。
That is, when the amount of water is less than 1 mol, hydrolysis is insufficient and siloxane bond does not proceed, so that film forming property is poor and cracks may occur in the film or peeling of the film may occur. This is because, if the amount of water is more than 100 mol, hydrolysis may proceed too rapidly, precipitation may occur, and a stable sol may not be obtained.

【0037】一方、多孔質支持体(以下、支持体と略
す。)の製造には、例えば、純度99.8重量%以上、
平均粒径0.1〜2.0μmのアルミナ原料粉末に、所
定量のバインダ、潤滑剤、可塑剤、水等を添加、混合し
た後、得られた混合物をプレス成形、押し出し成形、射
出成形、冷間静水圧成形等の公知の成形手段によって成
形する。その後、成形体を大気中、1000〜1500
℃にて焼成することにより支持体を得ることができる。
On the other hand, for producing a porous support (hereinafter abbreviated as support), for example, a purity of 99.8% by weight or more,
A predetermined amount of binder, lubricant, plasticizer, water and the like are added to and mixed with alumina raw material powder having an average particle diameter of 0.1 to 2.0 μm, and the resulting mixture is press-molded, extrusion-molded, injection-molded, It is formed by a known forming means such as cold isostatic pressing. After that, the molded body is placed in the atmosphere at 1000 to 1500.
A support can be obtained by baking at ° C.

【0038】この支持体としては、気孔率20%以上、
平均細孔径0.05μm以上を有するとともに、表面粗
さ(Ra)0.1〜2μmの平坦な表面を有することが
望ましく、また、内径0.5〜5mm、肉厚0.2〜5
mmの管状体であることが望ましい。
The support has a porosity of 20% or more,
It is desirable to have a flat surface having an average pore diameter of 0.05 μm or more and a surface roughness (Ra) of 0.1 to 2 μm, an inner diameter of 0.5 to 5 mm, and a wall thickness of 0.2 to 5
A tubular body of mm is desirable.

【0039】また、支持体の表面に、酸化物膜の成膜性
を向上するため、中間層を形成することが望ましく、成
膜性向上の結果、酸化物膜の厚みを薄くすることがで
き、ガス分離の処理速度が向上する。この中間層は、内
部に多数の細孔を有し、ガスが透過できる構造を有して
いる。そして、中間層の平均細孔径を、支持体の平均細
孔径よりも小さく、かつ酸化物膜の平均細孔径よりも大
きくなるように、ゾルゲル法等を用いて作製する。具体
的には1〜100nm、特に1〜50nmであることが
望ましい。
In order to improve the film forming property of the oxide film on the surface of the support, it is desirable to form an intermediate layer. As a result of the improvement of the film forming property, the thickness of the oxide film can be reduced. The processing speed of gas separation is improved. This intermediate layer has a large number of pores inside and has a structure that allows gas to pass therethrough. Then, a sol-gel method or the like is used so that the average pore diameter of the intermediate layer is smaller than the average pore diameter of the support and larger than the average pore diameter of the oxide film. Specifically, it is preferably 1 to 100 nm, and particularly preferably 1 to 50 nm.

【0040】中間層としては、例えば、支持体がα−ア
ルミナ質焼結体の場合、α-アルミナ、γ−アルミナが
好適であり、中間層を形成する方法としては、例えば、
アルミニウムセカンダリーブトキシド等のアルミニウム
アルコキシドを加水分解することによってベーマイトゾ
ルを作製し、上記の多孔質支持体の表面に前記ベーマイ
トゾルを被着形成する。
As the intermediate layer, for example, when the support is an α-alumina sintered body, α-alumina and γ-alumina are suitable, and the method for forming the intermediate layer is, for example,
A boehmite sol is prepared by hydrolyzing an aluminum alkoxide such as aluminum secondary butoxide, and the boehmite sol is adhered and formed on the surface of the porous support.

【0041】支持体表面にベーマイトゾルを被着する方
法としては、ベーマイトゾルを塗布または注入する方
法、またはベーマイトゾル溶液中に多孔質支持体を含浸
して引き上げる方法が好適に用いられる。
As a method for depositing the boehmite sol on the surface of the support, a method of applying or injecting boehmite sol, or a method of impregnating and pulling up the porous support in a boehmite sol solution is preferably used.

【0042】その後、被着形成したベーマイトゾルを乾
燥しゲル化し、これを大気中、400〜1000℃、特
に400〜800℃で熱処理することにより支持体表面
に中間層を被着形成することができる。焼成温度につい
ては、400℃より低いと中間層の支持体への結合力が
弱く中間層が剥離してしまうためであり、また、100
0℃より高いと、焼結が進行しすぎてしまい中間層の細
孔径が大きくなり、所望の細孔径を得ることができない
ためである。
After that, the deposited boehmite sol is dried and gelled, and the boehmite sol is heat-treated at 400 to 1000 ° C., particularly 400 to 800 ° C. in the atmosphere to form an intermediate layer on the surface of the support. it can. If the baking temperature is lower than 400 ° C., the bonding strength of the intermediate layer to the support is weak and the intermediate layer peels off.
This is because if the temperature is higher than 0 ° C., the sintering proceeds excessively and the pore size of the intermediate layer becomes large, so that the desired pore size cannot be obtained.

【0043】次に、上記の支持体又は中間層の表面に上
記の前駆体ゾルを中間層形成方法と同様の方法により被
着形成し、これを乾燥しゲル化した後、大気中、350
〜700℃、特に400〜600℃で熱処理することに
よりゲル内でSi−Oのシロキサン結合が進行し、強固
な膜となるとともに、前記有機官能基が熱処理により分
解、除去され細孔が生成する。
Next, the precursor sol is deposited and formed on the surface of the support or the intermediate layer by a method similar to the method for forming the intermediate layer, which is dried and gelled, and then in air at 350.
By heat-treating at ˜700 ° C., especially 400-600 ° C., the siloxane bond of Si—O proceeds in the gel to form a strong film, and the organic functional groups are decomposed and removed by the heat treatment to form pores. .

【0044】焼成温度は、350℃より低いとシロキサ
ン結合を強固なものとすることができず、安定な膜を形
成することができないとともに、有機官能基の分解、除
去が不完全であり、所望の径の細孔を得ることができな
い。また、焼成温度が700℃より高い場合には、酸化
物膜が結晶化して、膜中の細孔が消失してしまう。
If the baking temperature is lower than 350 ° C., the siloxane bond cannot be made strong, a stable film cannot be formed, and the decomposition and removal of the organic functional group are incomplete. It is not possible to obtain pores with a diameter of. Further, when the firing temperature is higher than 700 ° C., the oxide film is crystallized and the pores in the film disappear.

【0045】また、酸化物膜の細孔は、焼成における温
度及び時間によって変化するため、平均細孔径が0.4
〜1.3nm、特に0.4〜1.0nm、更には0.4
〜0.8nmになるように焼成条件を制御することが好
ましい。
Since the pores of the oxide film change depending on the temperature and time during firing, the average pore diameter is 0.4.
~ 1.3 nm, especially 0.4-1.0 nm, and even 0.4
It is preferable to control the firing conditions so that the thickness becomes 0.8 nm.

【0046】本発明によれば、上記のようにして得られ
た酸化物膜に対して、150〜500℃、特に、酸化物
膜を使用する運転温度以上の温度において水蒸気中に曝
露し、細孔内に水を吸着させることが大きな特徴であ
る。
According to the present invention, the oxide film obtained as described above is exposed to water vapor at 150 to 500 ° C., particularly at a temperature above the operating temperature at which the oxide film is used. The major feature is that water is adsorbed in the pores.

【0047】具体的な方法としては、酸素を含むガスを
用いて水をバブリングにより所望の濃度に調整された水
蒸気を用いて処理する方法、オートクレーブ中での水熱
処理する方法等が挙げられる。この時、水蒸気の分圧は
バブリング時の水の温度を変化させることによって調整
される。
Specific examples of the method include a method of treating water with a gas containing oxygen using bubbling with steam adjusted to a desired concentration, a method of hydrothermal treatment in an autoclave, and the like. At this time, the partial pressure of water vapor is adjusted by changing the temperature of water during bubbling.

【0048】ここで、水蒸気の分圧は、0.1〜100
kPa、特に0.2〜90kPa、更には0.3〜80
kPaであることが好ましい。この圧力にすることによ
り、膜質の構造変化を伴わずかつ膜全面にムラ無く水を
吸着できるという利点がある。また、水蒸気の体積濃度
は5〜85%、特に10〜50%の範囲に設定すること
が、膜の安定性及び作業のしやすさの点で好ましい。
Here, the partial pressure of water vapor is 0.1 to 100.
kPa, particularly 0.2 to 90 kPa, further 0.3 to 80
It is preferably kPa. With this pressure, there is an advantage that water can be adsorbed uniformly on the entire surface of the film with a structural change in the film quality. Further, it is preferable to set the volume concentration of water vapor in the range of 5 to 85%, particularly 10 to 50%, from the viewpoint of stability of the film and workability.

【0049】また、水蒸気とともに酸素を共存させるこ
とにより、膜表面の急激な構造変化を抑制でき透過特性
低下を抑制するという利点があり、水蒸気を除いた雰囲
気中に酸素が5体積%以上、特に8体積%以上、更には
10体積%以上含まれることが好ましい。
Further, the coexistence of oxygen with water vapor has the advantage that abrupt structural changes on the membrane surface can be suppressed and deterioration of the transmission characteristics can be suppressed. Oxygen is contained in an atmosphere excluding water vapor of 5% by volume or more, particularly oxygen. The content is preferably 8% by volume or more, more preferably 10% by volume or more.

【0050】また、水蒸気の供給を連続的に供給するこ
とによりムラ無く膜全面に水を供給することができ、細
孔内への水の吸着が効率的に行なわれる。特に、強制的
に細孔内に水蒸気を透過させることによって細孔内への
水の吸着への効果はより顕著になる。
Further, by continuously supplying water vapor, water can be evenly supplied to the entire surface of the film, and water is efficiently adsorbed in the pores. In particular, the effect of adsorbing water into the pores becomes more remarkable by forcibly permeating the water vapor into the pores.

【0051】このようにして、水分の影響が少なく、透
過特性の変化が少なく信頼性に優れた流体分離フィルタ
を作製することができる。
In this way, it is possible to manufacture a fluid separation filter which is less affected by moisture, has less change in permeation characteristics, and is excellent in reliability.

【0052】次に、上記の製造方法を用いて作製した流
体分離フィルタについて説明する。図1に示すように、
ガス分離フィルタ1は、多孔質支持体2と、支持体2の
少なくとも一方の表面に形成された酸化物膜3とからな
るものである。この酸化物膜3には細孔4が多数形成さ
れており、また、支持体2と酸化物膜3との間には所望
により中間層5が設けられている。
Next, the fluid separation filter manufactured by the above manufacturing method will be described. As shown in Figure 1,
The gas separation filter 1 is composed of a porous support 2 and an oxide film 3 formed on at least one surface of the support 2. A large number of pores 4 are formed in the oxide film 3, and an intermediate layer 5 is optionally provided between the support 2 and the oxide film 3.

【0053】酸化物膜3の結合状態は、図2に示すよう
に、−Si−O−が連なって骨格状になった環状のシロ
キサン結合によって形成される細孔14を複数有する非
晶質の酸化物からなるが、本発明によれば、細孔14の
内壁面の少なくとも一部にシラノール基が結合してお
り、水蒸気処理により、図3に示すように、細孔の内壁
面に水が吸着している状態にあることが重要である。こ
のように、シラノール基に水が吸着していると、一端吸
着した水が周りの環境の変化においても離脱しにくいと
いう利点が生じる。
The bonding state of the oxide film 3 is, as shown in FIG. 2, an amorphous state having a plurality of pores 14 formed by cyclic siloxane bonds having a skeleton structure formed by connecting -Si-O-. According to the present invention, a silanol group is bonded to at least a part of the inner wall surface of the pores 14, and the steam treatment results in the formation of water on the inner wall surface of the pores as shown in FIG. It is important to be in the adsorbed state. As described above, when water is adsorbed on the silanol group, there is an advantage that the water once adsorbed is unlikely to be separated even when the surrounding environment changes.

【0054】また、酸化物膜3は、特定のガスの分離性
能を向上させる上で酸化物膜3内に形成される細孔4の
平均細孔径が0.4〜1.3nm、特に0.4〜1.0
nm、更には0.4〜0.8nmであることが望まし
い。
In addition, in the oxide film 3, the average pore diameter of the pores 4 formed in the oxide film 3 is 0.4 to 1.3 nm, in particular, 0. 4-1.0
nm, and more preferably 0.4 to 0.8 nm.

【0055】さらにまた、酸化物膜3の耐熱性及び耐水
性を高める上で酸化物膜3中にはSiの一部をTi、Z
r、Al、Pの少なくとも1種の金属で置換した構造で
あることが望ましく、その金属含有量は耐水性、耐熱性
及び信頼性を高めるため、SiO2が1モルに対して金
属の酸化物換算で0.05〜1.0モル、特に0.1〜
1.0モルの割合であることが望ましい。
Furthermore, in order to improve the heat resistance and water resistance of the oxide film 3, part of Si in the oxide film 3 is Ti, Z.
It is desirable to have a structure in which at least one metal selected from r, Al, and P is substituted. Since the metal content improves water resistance, heat resistance, and reliability, SiO 2 is a metal oxide with respect to 1 mol. Converted to 0.05 to 1.0 mol, especially 0.1 to
A ratio of 1.0 mol is desirable.

【0056】さらに、多孔質支持体2の表面に被着形成
される酸化物膜3は、支持体2との界面に反応生成物を
生じることがなく、多孔質支持体2の表面に層状に被覆
され、平滑な表面を形成することが望ましく、酸化物膜
3の厚みは分離性能の向上の点で0.01〜5μm、特
に0.01〜3μm、更には0.01〜2μmであるこ
とが望ましい。
Further, the oxide film 3 deposited on the surface of the porous support 2 does not generate a reaction product at the interface with the support 2 and is layered on the surface of the porous support 2. It is desirable to be coated to form a smooth surface, and the thickness of the oxide film 3 is 0.01 to 5 μm, particularly 0.01 to 3 μm, and further 0.01 to 2 μm from the viewpoint of improving the separation performance. Is desirable.

【0057】一方、支持体2としては、ガスを透過で
き、かつ構造体として必要な強度を有するとともに、酸
化物膜3の成膜性を高める点で、0.05〜5μm、特
に0.05〜3μm、更には0.05〜1μmの細孔径
を有することが望ましい。また、酸化物膜3の成膜性を
高める上で、支持体2は平滑な表面を有することが望ま
しい。
On the other hand, the support 2 is 0.05 to 5 μm, and particularly 0.05 to 5 μm, in that it is permeable to gas, has the strength required for the structure, and enhances the film forming property of the oxide film 3. It is desirable to have a pore size of ˜3 μm, more preferably 0.05 to 1 μm. Further, in order to improve the film forming property of the oxide film 3, the support 2 preferably has a smooth surface.

【0058】また、高い圧力をかけることなく混合ガス
が支持体2中を透過するためには、支持体2は20%以
上の気孔率を有することが望ましく、また、支持体2の
強度を確保し、フィルタ1を組み立てる際に、支持体2
が破損したり、操作中に支持体2を構成する粒子が脱粒
することを防止するためには、支持体2の気孔率が20
〜50%、特に30〜45%であることが望ましい。
In order for the mixed gas to permeate through the support 2 without applying a high pressure, the support 2 preferably has a porosity of 20% or more, and the strength of the support 2 is secured. When the filter 1 is assembled, the support 2
In order to prevent the particles from being damaged or the particles constituting the support 2 from being shed during the operation, the porosity of the support 2 is 20%.
It is desirable that it is -50%, especially 30-45%.

【0059】支持体2としては、α−アルミナや安定化
ジルコニアを主成分とするセラミックスやシリカ系ガラ
ス(分相ガラス)等によって形成できるが、耐熱性が高
いこと、容易に作製できること、コストの点でα−アル
ミナを主成分とするセラミックスからなることが望まし
い。
The support 2 can be formed of ceramics containing α-alumina or stabilized zirconia as a main component, silica-based glass (phase-separating glass), or the like, but it has high heat resistance, can be easily manufactured, and is inexpensive. From the point of view, it is desirable that the ceramic is mainly composed of α-alumina.

【0060】また、酸化物膜3の成膜性を高める上で、
支持体2は表面粗さRaが0.1〜2.0μmの平滑な
表面を得有することが望ましい。
In order to improve the film forming property of the oxide film 3,
The support 2 preferably has a smooth surface having a surface roughness Ra of 0.1 to 2.0 μm.

【0061】流体分離フィルタとして用いられる支持体
2の形状は、特に限定されるものではなく、平板状や管
状体等を例示できるが、ガスの分離効率及びフィルタの
取り扱いを考慮すれば管状体であることが望ましい。
The shape of the support 2 used as the fluid separation filter is not particularly limited, and may be a flat plate or a tubular body. However, in view of gas separation efficiency and handling of the filter, the tubular body is a tubular body. Is desirable.

【0062】支持体2の形状が管状体の場合、管状体の
外径は、単位体積当たりに占める酸化物膜3の面積割合
を増し、ガスの分離効率を高める上では、内径0.5〜
5mm程度、特に0.5〜4mm、更には0.5〜3m
mであることが望ましく、また、取り扱いに支障のない
強度を保つため、管状体の肉厚が0.2〜5mm、特に
0.2〜3mm、更には0.2〜2mmであることが望
ましい。また、平板形状の形状の場合には、支持体2の
厚みは、強度の点で0.3mm以上、特に0.3〜10
mm、更には0.3〜5mmであることが望ましい。
When the shape of the support 2 is a tubular body, the outer diameter of the tubular body is 0.5 to 0.5 in order to increase the area ratio of the oxide film 3 per unit volume and to enhance the gas separation efficiency.
About 5 mm, especially 0.5 to 4 mm, and further 0.5 to 3 m
The thickness of the tubular body is preferably 0.2 to 5 mm, particularly 0.2 to 3 mm, and more preferably 0.2 to 2 mm in order to maintain strength that does not hinder handling. . Further, in the case of a flat plate shape, the thickness of the support 2 is 0.3 mm or more, particularly 0.3 to 10 in terms of strength.
mm, and more preferably 0.3 to 5 mm.

【0063】本発明によれば、酸化物膜3は支持体2の
内面及び/または外面に被着形成されるが、酸化物膜3
の厚みは、ガス分離の処理速度向上の点及びピンホール
等の欠陥のない酸化物膜を作製できる点で0.01〜5
μm、特に0.01〜3μm、更には0.01〜2μm
であることが望ましい。
According to the present invention, the oxide film 3 is deposited on the inner surface and / or the outer surface of the support 2.
Has a thickness of 0.01 to 5 from the viewpoint of improving the processing speed of gas separation and producing an oxide film without defects such as pinholes.
μm, particularly 0.01 to 3 μm, further 0.01 to 2 μm
Is desirable.

【0064】上記構成からなる本発明のガス分離フィル
タ1は、酸化物膜3の耐熱性や耐久性の点から常温から
500℃までの広い温度範囲にわたって高いガス分離性
能を維持することができる。
The gas separation filter 1 of the present invention having the above structure can maintain high gas separation performance over a wide temperature range from room temperature to 500 ° C. from the viewpoint of heat resistance and durability of the oxide film 3.

【0065】[0065]

【実施例】純度99.9%、平均粒径0.1μmのα−
アルミナ粉末に有機バインダ、潤滑剤、可塑剤及び水を
加えて混合し、押し出し成形にて管状体に成形した後、
大気中、1200℃にて焼成して、α−アルミナを主体
とし、内径2.3mm、肉厚0.4mm、長さ250m
mの管状体で、平均細孔径0.2μm、気孔率39%の
支持体質を作製した。さらに、この外表面を表面粗さR
aが0.3μm以下となるように研磨した。
[Example] α- with a purity of 99.9% and an average particle size of 0.1 μm
After adding an organic binder, a lubricant, a plasticizer, and water to the alumina powder and mixing them, and extruding to form a tubular body,
Calcinated in air at 1200 ° C, mainly consisting of α-alumina, inner diameter 2.3 mm, wall thickness 0.4 mm, length 250 m
A support body having an average pore diameter of 0.2 μm and a porosity of 39% was prepared in a tubular body of m. Further, the outer surface of this outer surface is R
Polishing was performed so that a was 0.3 μm or less.

【0066】[0066]

【化3】 [Chemical 3]

【0067】また、水110モルに対してアルミニウム
セカンダリーブトキシド(化3)を1モル添加して加水
分解し、さらに硝酸を添加した後、16時間還流してベ
ーマイトゾルを作製した。そして、上記の支持体の先端
部に栓をして、前記ベーマイトゾル溶液内に含浸して6
0秒間保持し、5mm/秒の速度で取り出し、室温で2
時間乾燥してベーマイトゾルをゲル化した後、前記ゲル
を被着形成した支持体を大気中、500℃で焼成する工
程を4回繰り返して前記α−アルミナ質多孔質支持体の
外表面にγ−アルミナからなる中間層を被着形成した。
次に、化1で表されるシリコンアルコキシド1モルに対
して水1モルの割合で加え、これにHClを含む溶媒を
添加、混合して部分加水分解ゾルを作製し、所望により
化2で表されるアルコキシシランと溶媒をシリコンアル
コキシド全量(化1+化2)が1モルとなるように添加
し、窒素気流下で攪拌し、次いで、所望によりTi、Z
r、Al、Pの少なくとも1種が含まれる金属アルコキ
シド(実施例において単に金属アルコキシドと言う)を
溶媒とともに添加して複合アルコキシドを作製した。そ
して、上記複合アルコキシドに水9.3モルとエタノー
ルの混合溶液を添加し加水分解して、攪拌し、前駆体ゾ
ルを作製した。表1に化1、化2、金属アルコキシド、
溶媒の種類と、化2/化1の比、金属アルコキシド/シ
リコンアルコキシドの比(B/A)及び水の添加量を示
した。
Further, 1 mol of aluminum secondary butoxide (Chemical Formula 3) was added to 110 mol of water for hydrolysis, nitric acid was further added, and the mixture was refluxed for 16 hours to prepare a boehmite sol. Then, the tip of the above support is capped and impregnated into the boehmite sol solution,
Hold for 0 seconds, remove at a speed of 5 mm / sec, and leave at room temperature for 2
After drying for a period of time to gelate the boehmite sol, the step of firing the support coated with the gel in the atmosphere at 500 ° C. is repeated 4 times to form γ on the outer surface of the α-alumina porous support. An intermediate layer of alumina was deposited.
Next, 1 mol of water is added to 1 mol of the silicon alkoxide represented by Chemical formula 1, and a solvent containing HCl is added and mixed to prepare a partially hydrolyzed sol. The alkoxysilane and the solvent to be added are added so that the total amount of silicon alkoxide (Chemical formula 1 + Chemical formula 2) is 1 mol, and the mixture is stirred under a nitrogen stream, and then Ti, Z, if desired.
A metal alkoxide containing at least one of r, Al, and P (referred to simply as metal alkoxide in Examples) was added together with a solvent to prepare a composite alkoxide. Then, a mixed solution of 9.3 mol of water and ethanol was added to the above composite alkoxide to hydrolyze and stirred to prepare a precursor sol. In Table 1, chemical formula 1, chemical formula 2, metal alkoxide,
The type of solvent, the ratio of chemical formula 2 / chemical formula 1, the ratio of metal alkoxide / silicon alkoxide (B / A) and the amount of water added are shown.

【0068】得られた前駆体ゾルの溶液中に、前記中間
層を被着形成した支持体を30秒間浸漬し、5mm/秒
の速度で引き上げ、室温で1時間乾燥した後、引き続い
て表1に示す温度で1時間焼成し、次いで、この浸漬、
乾燥、焼成の一連の操作を4回繰り返して、中間層の上
にSiを含有する酸化物膜を被着形成した。焼成を終了
したときの酸化物膜の平均細孔径をアルゴン吸着法によ
り求め、表1に示した。
The support on which the intermediate layer had been formed was immersed in the solution of the obtained precursor sol for 30 seconds, pulled up at a speed of 5 mm / sec, and dried at room temperature for 1 hour, and subsequently, Table 1 Firing for 1 hour at the temperature
A series of operations of drying and firing was repeated four times to deposit and form an oxide film containing Si on the intermediate layer. The average pore diameter of the oxide film after the firing was determined by the argon adsorption method and is shown in Table 1.

【0069】次いで、得られた酸化物膜を被着形成した
支持管を表1に示す条件で水蒸気に曝露し、水を吸着さ
せた。この水蒸気処理は支持管を容器内に設置して水蒸
気がキャリアガスとともに100ml/分の流速で60
分間流すことによって酸化物膜、中間層及び支持管の細
孔内壁面に水蒸気を接触させた。この時、所望により、
酸化物膜の内部に水蒸気を強制的に流して水蒸気に曝露
した。
Next, the supporting tube on which the obtained oxide film was deposited was exposed to water vapor under the conditions shown in Table 1 to adsorb water. In this steam treatment, a support tube is installed in a container, and steam is carried out together with a carrier gas at a flow rate of 100 ml / min.
Water vapor was brought into contact with the oxide film, the intermediate layer, and the inner wall surfaces of the pores of the support tube by flowing for a minute. At this time, if desired,
The oxide film was exposed to the water vapor by forcibly flowing the water vapor.

【0070】得られた流体分離フィルタ1本を用いてガ
ス分離モジュールを作成し、モジュール内を表1に示す
試験温度に加熱すると共に、管内側を大気開放として1
00kPa(大気圧)にした状態で、管外側に窒素20
0kPa(2気圧)を200ml/分の割合で流し、透
過ガス排出口で回収されるガスについて、透過流量を測
定し、さらに、窒素ガスの透過量/(膜面積×差圧×時
間)で表される窒素ガスの透過率を算出した。
A gas separation module was prepared by using one of the obtained fluid separation filters, the inside of the module was heated to the test temperature shown in Table 1, and the inside of the tube was opened to the atmosphere.
With the pressure set to 00 kPa (atmospheric pressure), nitrogen 20
Flow the flow rate of 0 kPa (2 atm) at a rate of 200 ml / min, measure the permeation flow rate of the gas collected at the permeation gas outlet, and express it as the permeation amount of nitrogen gas / (membrane area × differential pressure × time). The transmittance of the generated nitrogen gas was calculated.

【0071】同様にしてCF4ガスの透過率を求め、透
過係数比α(窒素の透過率/CF4の透過率)を求め
た。また、変化率は大気放置前後での透過率の変化を表
し、大気放置前の透過率をAとして大気放置後の透過率
をBとした時に(B−A)/A×100(%)で表され
る。ここで大気放置は関係湿度100%温度25℃の容
器内に24時間放置することをさす。結果を表1に示し
た。
In the same manner, the transmittance of CF 4 gas was obtained, and the transmittance coefficient ratio α (nitrogen transmittance / CF 4 transmittance) was determined. The rate of change represents the change in transmittance before and after standing in the air, where A is the transmittance before standing in the air and B is the transmittance after standing in the air, which is (B−A) / A × 100 (%). expressed. Here, leaving in the atmosphere means leaving in a container having a relative humidity of 100% and a temperature of 25 ° C. for 24 hours. The results are shown in Table 1.

【0072】[0072]

【表1】 [Table 1]

【0073】本発明の試料No.1〜33は、窒素の透
過率が2.1×10-8モル/(m2・sec・Pa)以
上、透過係数比αが2以上、透過率の変化率は、15%
以下であった。なお、赤外吸光分析により、いずれもシ
ロキサン結合及びシラノール基を有していた。
Sample No. of the present invention. Nos. 1 to 33 have a nitrogen transmittance of 2.1 × 10 −8 mol / (m 2 · sec · Pa) or more, a transmittance coefficient ratio α of 2 or more, and a transmittance change rate of 15%.
It was below. In addition, by infrared absorption analysis, each had a siloxane bond and a silanol group.

【0074】また、工程(c)を省いた本発明の範囲外
の試料No.34は、水蒸気の温度が120℃と小さい
試料No.35及び水蒸気の温度が600℃と高い本発
明の範囲外の試料No.36は、いずれも窒素の透過率
の変化率が23.8%以上であった。
Further, the sample No. outside the scope of the present invention, which omits the step (c), Sample No. 34 has a small water vapor temperature of 120 ° C. 35 and the temperature of steam is as high as 600 ° C., which is outside the range of the present invention. In all Nos. 36, the rate of change in nitrogen transmittance was 23.8% or more.

【0075】[0075]

【発明の効果】本発明によれば、多数の細孔を有する酸
化物膜を、150〜500℃の水蒸気に曝露し、水を細
孔内壁内に予め均一に吸着せしめることによって、耐水
性及び経時的信頼性に優れた流体分離フィルタを実現す
ることができる。
According to the present invention, an oxide film having a large number of pores is exposed to water vapor at 150 to 500 ° C., and water is preliminarily and uniformly adsorbed in the inner walls of the pores, whereby water resistance and A fluid separation filter having excellent temporal reliability can be realized.

【0076】また、細孔径を所定の範囲内に容易に制御
できることから、特定ガスの透過の選択性が向上し、さ
らに、酸化物膜中に金属を含有させることにより、さら
に耐食性、耐熱性にも優れる流体分離フィルタを作製す
ることができる。
Further, since the pore diameter can be easily controlled within a predetermined range, the selectivity of permeation of a specific gas is improved, and the inclusion of a metal in the oxide film further improves the corrosion resistance and heat resistance. A superior fluid separation filter can be manufactured.

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

【図1】本発明の流体分離フィルタの拡大断面図であ
る。
FIG. 1 is an enlarged sectional view of a fluid separation filter of the present invention.

【図2】本発明の流体分離フィルタの酸化物膜における
細孔の結合状態を示す模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a bonded state of pores in the oxide membrane of the fluid separation filter of the present invention.

【図3】本発明の流体分離フィルタの酸化物膜の細孔に
水が吸着した時の結合状態を示す模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a bonded state when water is adsorbed on the pores of the oxide membrane of the fluid separation filter of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・ガス分離フィルタ 2・・・多孔質支持体 3・・・酸化物膜 4、14・・・細孔 5・・・中間層 1 ... Gas separation filter 2 ... Porous support 3 ... Oxide film 4, 14 ... Pore 5: Middle layer

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B01D 71/70 500 B01D 71/70 500 H01M 8/06 H01M 8/06 R Front page continuation (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) B01D 71/70 500 B01D 71/70 500 H01M 8/06 H01M 8/06 R

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】(a)金属アルコキシドを加水分解して前
駆体ゾルを作製する工程と、(b)該前駆体ゾルを多孔
質支持体の表面の少なくとも一方に塗布して乾燥した
後、焼成して前記多孔質支持体の少なくとも一方の表面
に環状のシロキサン結合及びシラノール基によって形成
された複数の細孔を有する酸化物膜を形成する工程と、
(c)前記酸化物膜を150〜500℃の水蒸気に曝露
する工程とを具備することを特徴とする流体分離フィル
タの製造方法。
1. A process of (a) hydrolyzing a metal alkoxide to prepare a precursor sol, and (b) applying the precursor sol to at least one surface of a porous support, drying the sol, and then baking the same. And forming an oxide film having a plurality of pores formed by a cyclic siloxane bond and silanol groups on at least one surface of the porous support,
(C) exposing the oxide film to water vapor at 150 to 500 ° C., the method for producing a fluid separation filter.
【請求項2】前記水蒸気の分圧が0.1〜100kPa
であることを特徴とする請求項1記載の流体分離フィル
タの製造方法。
2. The partial pressure of the water vapor is 0.1 to 100 kPa.
The method for manufacturing a fluid separation filter according to claim 1, wherein
【請求項3】前記工程(c)の水蒸気を除いた雰囲気に
酸素が5体積%以上含まれることを特徴とする請求項1
又は2記載の流体分離フィルタの製造方法。
3. The atmosphere excluding water vapor in the step (c) contains oxygen in an amount of 5% by volume or more.
Alternatively, the method for manufacturing the fluid separation filter according to the second aspect.
【請求項4】前記水蒸気が連続的に前記酸化物膜へ供給
されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記
載の流体分離フィルタの製造方法。
4. The method for manufacturing a fluid separation filter according to claim 1, wherein the water vapor is continuously supplied to the oxide film.
【請求項5】前記水蒸気が前記酸化物膜の内部を透過す
ることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の
流体分離フィルタの製造方法。
5. The method for manufacturing a fluid separation filter according to claim 1, wherein the water vapor permeates the inside of the oxide film.
【請求項6】前記水蒸気の温度が流体分離フィルタの使
用温度より高いことを特徴とする請求項1乃至5のいず
れかに記載の流体分離フィルタの製造方法。
6. The method for producing a fluid separation filter according to claim 1, wherein the temperature of the water vapor is higher than the operating temperature of the fluid separation filter.
【請求項7】前記酸化物膜の平均細孔径が0.4〜1.
3nmであることを特徴とする請求項1乃至6のいずれ
かに記載の流体分離フィルタの製造方法。
7. The average pore diameter of the oxide film is 0.4 to 1.
It is 3 nm, The manufacturing method of the fluid separation filter in any one of Claim 1 thru | or 6 characterized by the above-mentioned.
【請求項8】前記金属アルコキシドの金属成分が少なく
ともSiを含むことを特徴とする請求項1乃至7のいず
れかに記載の流体分離フィルタの製造方法。
8. The method for producing a fluid separation filter according to claim 1, wherein the metal component of the metal alkoxide contains at least Si.
【請求項9】更に前記金属アルコキシドにTi、Zr、
Al、Pの少なくとも1種が含まれることを特徴とする
請求項8記載の流体分離フィルタの製造方法。
9. The metal alkoxide further contains Ti, Zr,
9. The method for manufacturing a fluid separation filter according to claim 8, wherein at least one of Al and P is contained.
【請求項10】多孔質支持体と、該多孔質支持体の少な
くとも一方の表面に設けられ、複数の細孔を有する酸化
物膜とを具備する流体分離フィルタであって、前記酸化
物膜がシロキサン結合及びシラノール基を含み、繰り返
し測定における窒素の透過率の変化率が20%以内であ
ることを特徴とする流体分離フィルタ。
10. A fluid separation filter comprising a porous support and an oxide membrane provided on at least one surface of the porous support and having a plurality of pores, wherein the oxide membrane is A fluid separation filter comprising a siloxane bond and a silanol group, wherein the rate of change of nitrogen permeability in repeated measurement is within 20%.
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