JP2003183019A - ゼオライトの濾過分離方法 - Google Patents

ゼオライトの濾過分離方法

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JP2003183019A JP2001384594A JP2001384594A JP2003183019A JP 2003183019 A JP2003183019 A JP 2003183019A JP 2001384594 A JP2001384594 A JP 2001384594A JP 2001384594 A JP2001384594 A JP 2001384594A JP 2003183019 A JP2003183019 A JP 2003183019A
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filtering
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Yusaku Arima
悠策 有馬
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ゼオライト合成後の小粒子径ゼオライトと母
液の濾過分離を工業的規模で効率的に行い、小粒子径ゼ
オライトの洗浄を効率的に行う方法の提供。また、洗浄
された単分散状態の小粒子径ゼオライトを得る方法の提
供。 【解決手段】 ゼオライト合成後のゼオライトと母液の
濾過分離において、平均粒子径が0.8μm以下のゼオ
ライトを含む母液を水で希釈しながら流通式セラミック
膜濾過装置を用いて濾過するゼオライトの濾過分離方
法。また、母液の濾過は、0.1〜5メガパスカル(M
Pa)の加圧下にて行い、1〜30分間濾過を行った
後、該セラミック膜を0.5秒〜1分間逆洗浄するゼオ
ライトの濾過分離方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ゼオライト合成後
のゼオライトと母液の濾過分離方法に関し、更に詳しく
は、流通式セラミック膜濾過装置を用いた小粒子径ゼオ
ライトと母液の濾過分離さらには小粒子径ゼオライトの
洗浄方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ゼオライト合成は、アルミン酸ナトリウ
ム、ケイ酸ナトリウムおよび水酸化ナトリウムの水溶液
から作られたアルミノケイ酸ゲルを含む水溶液から結晶
化させるため、ゼオライト粒子とナトリウムやシリカな
どの不純物を含む母液を濾過分離し、さらにゼオライト
粒子に付着するナトリウムやシリカなどの不純物を洗浄
して除去することが必要となる(以下、本明細書では、
ゼオライトと母液を濾過分離し、さらに洗浄によるゼオ
ライト粒子に付着するナトリウムやシリカなどの不純物
の除去をも含めてゼオライトと母液の濾過分離というこ
とがある)。
【0003】従来、ゼオライト合成後のゼオライトと母
液の濾過分離には、オリーバーフィルターやパネビスフ
ィルターなどが用いられている。オリーバーフィルター
やパネビスフィルターは、濾材として濾布が使用されて
おり、通常の大きさの粒子径を有するゼオライトや凝集
して大きい粒子径を形成しているゼオライトと母液の濾
過分離においては効果的な方法であった。しかし、粒子
径の小さいゼオライトと母液の濾過分離においては、ゼ
オライト粒子が濾布目を通過して漏れる問題があった。
また、濾布目の小さい濾布を用いるとゼオライト粒子が
目詰まりをおこし工業的規模で濾過分離できなくなる問
題があった。
【0004】この様な小粒子径ゼオライトと母液の濾過
分離については、超遠心分離機を使用して母液を分離し
た後、さらに沈降したゼオライトを水に再分散して超遠
心分離機にかける操作を繰り返して行って洗浄する方法
がある〔例えば、ZEOLITES、Vol14、P1
10〜116、(1994)〕。また、小粒子径ゼオラ
イトを含む母液を凍結乾燥して、得られたゼオライト粒
子を洗浄する方法も知られている。しかし、前述の方法
で得られるゼオライトは、小粒子径ゼオライトが凝集し
た状態となり、水に再分散させても単分散状態の小粒子
径ゼオライトが得られないという問題があった。
【0005】一方、セラミック膜は、UF膜(限外濾過
膜)やMF膜(精密濾過膜)として水処理やバイオリア
クターなどの分野で広く使用されている。例えば、特開
2000−288361号公報には、膜分離装置、膜分
離方法および膜分離装置の洗浄方法が開示されており、
醤油、酢、日本酒、ビールおよびミルク等の食品関連液
や発酵液等のように蛋白質を含有する被処理液を濾過処
理する場合に適用されることが記載されている。しかし
ながら、ゼオライト合成後のゼオライトと母液とを濾過
分離する方法にセラミック膜を用いることについては知
られていない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前述
のゼオライト合成後の小粒子径ゼオライトと母液の濾過
分離を工業的規模で効率的に行い、小粒子径ゼオライト
の洗浄を効率的に行う方法を提供することにある。ま
た、他の目的は、洗浄された単分散状態の小粒子径ゼオ
ライトを得る方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の第1は、ゼオラ
イト合成後のゼオライトと母液の濾過分離において、平
均粒子径が0.8μm以下のゼオライトを含む母液を水
で希釈しながら流通式セラミック膜濾過装置を用いて濾
過することを特徴とするゼオライトの濾過分離方法に関
する。本発明の第2は、前記ゼオライトの平均粒子径が
0.05〜0.7μmの範囲であることを特徴とする請
求項1記載のゼオライトの濾過分離方法に関する。本発
明の第3は、前記セラミック膜の孔径が前記ゼオライト
の平均粒子径の0.01〜1倍であることを特徴とする
請求項1または2記載のゼオライトの濾過分離方法に関
する。本発明の第4は、前記流通式セラミック膜濾過装
置を用いての母液の濾過は、0.1〜5メガパスカル
(MPa)の加圧下にて行うことを特徴とする請求項
1、2または3記載のゼオライトの濾過分離方法に関す
る。本発明の第5は、前記流通式セラミック膜濾過装置
を用いての母液の濾過は、1〜30分間濾過を行った
後、該セラミック膜を0.5秒〜1分間逆洗浄すること
を特徴とする請求項1、2、3または4記載のゼオライ
トの濾過分離方法に関する。
【0008】本発明は、ゼオライト合成後のゼオライト
を含む母液を濾過分離すると共に洗浄してゼオライト粒
子に付着するナトリウムやシリカなどの不純物を除去す
るゼオライトの濾過分離方法である。ゼオライトとして
は、A型、X型、Y型、L型、β型、モルデナイト、Z
SMなどすべての種類の合成ゼオライトに適用可能であ
る。本発明でのゼオライトの濾過分離に用いられるゼオ
ライトの平均粒子径は0.8μm以下であることを特徴
とする。該平均粒子径が0.8μm以下の場合には、従
来技術のオリーバーフィルターなどの装置を使用して工
業的規模で濾過分離することは困難であった。しかし、
該平均粒子径が0.8μmより大きい場合には、本発明
の濾過分離方法を採用することも可能であるが、従来技
術のオリーバーフィルターなどの装置を使用して濾過分
離することが可能である。
【0009】本発明の方法で処理される前記ゼオライト
の平均粒子径は、好ましくは0.05〜0.8μm、さ
らに好ましくは0.05〜0.7μmの範囲にあること
が望ましい。なお、本発明でのゼオライトの平均粒子径
は、電子顕微鏡写真(SEM)からゼオライト粒子の最
長径を100個以上測定した平均値である。
【0010】図1は、本発明で使用される流通式セラミ
ック膜濾過装置の一例を示す説明図である。
【0011】図1に示すように、流通式セラミック膜濾
過装置は、ゼオライトを含む母液を水で希釈した被処理
液を貯蔵するタンク1と、このタンク1から被処理液を
加圧して押し出し、その供給量を調節する循環ポンプ5
と、このポンプ5の下流側に設けられ、被処理液供給用
配管6を介して、被処理液を濾過処理するフィルターモ
ジュール8と、このフィルターモジュール8から排出さ
れる被処理液をタンク1に戻す循環用配管7と、このフ
ィルターモジュール8から排出される濾液を取り出す配
管13から構成されている。
【0012】タンク1には、撹拌機2が備えられると共
に、ゼオライトを含む母液の導入ライン3と希釈水の導
入ライン4が接続されている。また、被処理液供給用配
管6には、開閉バルブ16および圧力計18が設置され
ており、循環ポンプ5は、モーターの回転数を変えるこ
とにより被処理液の供給量の調節が可能である。
【0013】フィルターモジュール8には、被処理液を
濾過するセラミック膜からなる筒状フィルター9と、こ
のフィルター9を収納するフィルター容器10から構成
され、このフィルター容器10の下部には、被処理液供
給用配管6に連結され被処理液をフィルター容器10内
の筒状フィルター9内に供給する被処理液供給口11と
が設けられ、フィルター容器10の上部には、濾過され
ずに排出される被処理液をタンク1に戻す循環用配管7
に連結する被処理液排出口12が設けられている。そし
て、フィルター容器10の側部には、フィルター9の濾
過処理により分離された濾液を排出する濾液排出配管1
3が設けられている。
【0014】濾液排出配管13には、フィルターモジュ
ール8のフィルター9とフィルター容器10との間に溜
まった濾液に圧力をかけ、濾液を再びフィルター9内に
戻すことでフィルター9のセラミック膜の付着物を除去
するために行う逆洗浄を行う空気圧入ライン15と、加
圧空気の排気ライン14が接続している。
【0015】前述のフィルター9を構成するセラミック
膜としては、一般に使用されているアルミナ、焼結炭
素、チタニア、ムライト、ジルコニア、コージエライト
などが採用される。本発明で使用される前記セラミック
膜の孔径は前記ゼオライトの平均粒子径の0.01〜1
倍であることが好ましい。セラミック膜の孔径がゼオラ
イトの平均粒子径の1倍より大きい場合には、ゼオライ
ト粒子の漏れが多くなり、また、セラミック膜の孔径が
ゼオライトの平均粒子径の0.01倍より小さい場合に
は、セラミック膜の目詰まりが起こり易く濾過時間に対
する逆洗浄の時間を長くしないといけないので、濾過効
率が悪くなることがある。セラミック膜の孔径は、さら
に好ましくは、ゼオライトの平均粒子径の0.05〜
0.8倍の範囲が望ましい。
【0016】本発明では、前述のゼオライト合成後のゼ
オライトを含む母液を水で希釈しながら流通式セラミッ
ク膜濾過装置を用いて濾過するが、ゼオライトの濃度は
1〜50wt%、好ましくは3〜40wt%の範囲に調
節するのが望ましい。ゼオライト濃度が1wt%より低
い場合には、被処理液量が多くなるため濾過分離時間が
長くなる傾向にあり、また、50wt%より高い場合に
は、脱水効率が悪化することがあり濾過速度が落ちるこ
とがある。本発明の方法では、上記ゼオライトを含む母
液に水を加えながらゼオライト濃度を一定に維持して洗
浄と同時に母液を濾過分離することが出来る。また、ゼ
オライトを含む母液の濃縮とゼオライトの洗浄とを同時
にまたは別々に行うことも可能である。さらに、上記被
処理液のセラミック膜内の流速は2〜14m/秒の範囲
で行うことが好ましく、被処理液の温度は沸点までの温
度範囲で濾過処理が可能である。
【0017】本発明では流通式セラミック膜濾過装置を
用いての被処理液の濾過は、0.1〜5MPaの加圧下
にて行うことが好ましい。濾過圧力を高めることにより
効果的に濾過することができるが、セラミック膜の強度
との関係から圧力を5MPaより高くすると膜が壊れる
ことがあり、また、セラミック膜の目詰まりが起こり易
くなるので逆洗浄の頻度を高くしなければいけないこと
がある。圧力が0.1MPaより低い場合には加圧によ
る効果が得られないことがある。前記圧力は、さらに好
ましくは0.2〜3MPaの範囲が望ましい。
【0018】また、本発明の方法では、前記被処理液の
濾過を一定時間行った後に前記セラミック膜を一定時間
逆洗浄することが行われる。逆洗浄は、図1において濾
液排出配管13に接続する空気圧入ライン15に空気を
圧入して、フィルター9内の圧力よりもフィルター9外
の濾液圧力を高くして濾液を再びフィルター9内に戻す
ことでセラミック膜の付着物を除去する。本発明では、
濾過運転を1〜30分間行った後、逆洗浄運転を0.5
秒〜1分間実施することが好ましい。濾過運転時間が1
分間よりも短い場合に逆洗浄を行うと濾過時間に対する
逆洗浄時間の割合が多くなり濾過効率が悪くなることが
ある。また、濾過運転時間を30分間よりも長くすると
セラミック膜が目詰まりした状態で運転されるため濾過
効率が悪くなることがある。本発明でのより好ましい濾
過分離の運転方法は、1〜10分間濾過を行った後、該
セラミック膜を1〜30秒間逆洗浄することが望まし
い。
【0019】本発明の方法では、従来、工業的規模で濾
過分離が困難であった小粒子径ゼオライトと母液の濾過
分離を工業的規模で効率的に行うことができる。さら
に、本発明の方法で得られたゼオライトは、水中に単分
散した状態であるので母材物質前駆体と混合した場合に
分散性が良く接触分解用触媒などに好適である。また、
本発明で用いられる流通式セラミック膜濾過装置は、小
粒子径ゼオライトのイオン交換方法において、イオン交
換水溶液の濾過および洗浄にも好適に使用される。
【0020】
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、
本発明はこれにより限定されるものではない。
【0021】参考例1 平均粒子径1.13μmのゼオライト合成 水に撹拌しながら、水ガラス、アルミン酸ソーダ、硫酸
アルミニウムを順次添加して良く混合した後、13時間
静置して次の酸化物モル組成の種子(Y型ゼオライト前
駆体)を調製した。 NaO:Al:SiO:HO=15.9:
1.0:14.7:330 一方、水に撹拌しながら、水ガラス、アルミン酸ソー
ダ、硫酸アルミニウムを順次添加し良く混合して得たゲ
ル状反応混合物に、上記種子1.19kgを加えて撹拌
混合し、次の酸化物モル組成のゲル状反応混合物25k
gを調製した。 NaO:Al:SiO:HO=2.80:
1.0:8.50:108 なお、該ゲル状反応混合物のAlに対する種子の
Alの割合は1.67wt%である。上記ゲル状
反応混合物を攪拌しながら95℃まで昇温し、さらに9
5℃で35時間静置して結晶化を行ってY型ゼオライト
を合成した。母液中におけるゼオライト濃度は17.2
wt%であった。得られたY型ゼオライトの平均粒子径
は1.13μmであった。
【0022】参考例2 平均粒子径0.71μmのゼオライト合成 参考例1において、種子量を4.29kg使用し、ゲル
状反応混合物のAlに対する種子のAl
割合を10.0wt%となるようにした外は参考例1と
同様にしてY型ゼオライトを合成した。母液中における
ゼオライト濃度は13.8wt%であった。得られたY
型ゼオライトの平均粒子径は0.71μmであった。
【0023】参考例3 平均粒子径0.55μmのゼオライト合成 参考例1において、種子量を6.30kg使用し、ゲル
状反応混合物のAlに対する種子のAl
割合を20.9wt%となるようにした外は参考例1と
同様にしてY型ゼオライトを合成した。母液中における
ゼオライト濃度は11.5wt%であった。得られたY
型ゼオライトの平均粒子径は0.55μmであった。
【0024】参考例4 平均粒子径0.32μmのゼオライト合成 水に撹拌しながら、水ガラス、アルミン酸ソーダ、硫酸
アルミニウムを順次添加して良く混合した後、13時間
静置して次の酸化物モル組成の種子(Y型ゼオライト前
駆体)を調製した。 NaO:Al:SiO:HO=15.9:
1.0:17.8:330.0 上記種子を0.58kg使用し、ゲル状反応混合物の調
製原料にシリカ−アルミナゾル〔触媒化成工業(株)
製:商品名USB〕を使用し、ゲル状反応混合物のAl
に対する種子のAlの割合を1.76wt
%となるようにした外は参考例1と同様にしてY型ゼオ
ライトを合成した。母液中におけるゼオライト濃度は
7.7wt%であった。得られたY型ゼオライトの平均
粒子径は0.32μmであった。
【0025】参考例5 平均粒子径0.09μmのゼオライト合成 本参考例は、B.J.Schoeman、J.Ster
te、J.E.Otterstedt、ZEOLIT
E、Vol14、February、p110〜116
(1994)に従ってゼオライト合成を行った。即ち、 (TMA)O:NaO:Al:SiO:H
O=2.46:0.04:1:4:370 (TMA=テトラメチルアンモニウム) 組成の水溶液を100℃で100時間加熱してゼオライ
ト濃度4.6wt%のコロイド状Y型ゼオライトを調製
した。得られたY型ゼオライトの平均粒子径は0.09
μmであった。
【0026】実施例1 図1に示す流通式セラミック膜濾過装置を使用して、参
考例2の合成ゼオライトのゼオライトと母液の濾過分離
を行った。使用した流通式セラミック膜濾過装置は、セ
ラミック膜がアルミナ製の孔径0.1μmの管(直径4
mmΦ、長さ1020mm)が19本セットされた、膜
面積0.24mを有する。ゼオライトの合成スラリー
(ゼオライト+母液)を純水で希釈してゼオライト濃度
9.2wt%に調製した温度60℃の被処理スラリー4
5kgを被処理液貯蔵タンクに準備した。該被処理スラ
リーのゼオライト濃度を一定に保つために純水を加えな
がら温度60℃に保持して、次の運転条件で被処理スラ
リーをフィルターモジュールに供給し、濾過分離、洗浄
を行った。 運転条件; 液供給側圧力=0.4MPa 出口側圧力 =0.37MPa 濾過時間 =4分間 逆洗浄時間 =2秒間 液線速 =6.0m/sec 処理時間の経過に対する濾液のpH、濾液中のNa
O、SiO濃度および濾液量の関係を表1に示す。
【0027】
【表1】
【0028】表1から濾液のpHが10.0以下になれ
ば、濾液中のNaO濃度は0.002wt%以下、S
iO濃度は0.004wt%以下となりゼオライト合
成の母液が濾過分離されたことが分かる。また、母液か
ら濾過分離されたゼオライトは、合成された状態と同様
に凝集することなく水相中に単分散された状態で得るこ
とが出来た。
【0029】実施例2 実施例1と同様にして、それぞれ参考例2〜5の合成ゼ
オライトのゼオライトと母液の濾過分離を行った。流通
式セラミック膜濾過装置の運転条件は、参考例2〜4に
おいては実施例1と同様である。参考例5においては、
セラミック膜がジルコン製の孔径0.04μmの管(直
径4mmΦ、長さ1020mm)が19本セットされ
た、膜面積0.24mの膜を使用した以外は実施例1
と同様である。濾液のpHが9.5になるまでの処理時
間、全濾液量を表2に示す。
【0030】
【表2】 本発明の方法では、平均粒子径の小さい合成ゼオライト
の濾過分離、洗浄が容易に行うことが出来る。
【0031】比較例1 参考例1と参考例3で得られたゼオライトを用いて、濾
布による濾過テストを行った。各ゼオライトの合成スラ
リー(ゼオライト+母液)を純水で希釈してゼオライト
濃度を10wt%に希釈した。それぞれ該希釈ゼオライ
ト2.00kgを計量し3Lの容器に入れた。濾過テス
トは、濾布を取り付けた吸引面を希釈ゼオライト中に入
れ、予め真空ポンプで減圧度−400mmHgに調整し
た吸引部と吸引面を接続するバルブを開けることによっ
て吸引濾過を始める。吸引濾過開始から30秒後に吸引
面を希釈ゼオライト中より取り出して、希釈ゼオライト
の重量を測定して減少した希釈ゼオライト重量(吸引
量)を求めた。次いで、濾過テストで得られた濾液を再
度0.2μmのメンブランディスクフィルターで濾過し
て、固形分の重量を測定し、濾布を抜けた固形分の割合
(ロス分)を次の計算で求めた。 ロス分=〔再濾過後得られた固形分重量/(吸引量)×
10/100〕×100(%)結果を表3に示す。
【0032】
【表3】 表3から粒子径の小さいゼオライトはロス量が多いこと
が分かる。
【0033】実施例3 実施例1において、参考例2の合成ゼオライトスラリー
(ゼオライト+母液)を純水で希釈してゼオライト濃度
9.5wt%に調製した被処理スラリー45kgを、流
通式セラミック膜濾過装置の運転条件を次の条件で行っ
た以外は実施例1と同様の方法で合成ゼオライトのゼオ
ライトと母液の濾過分離を行った。 運転条件; 液供給側圧力=0.4MPa 出口側圧力 =0.16MPa 濾過時間 =1分間 逆洗浄時間 =1秒間 液線速 =8.2m/sec 被処理スラリーの循環量は115kg/minで処理
し、処理開始時の濾液pH11.76がpH9.45に
なるまでに要した時間は100minで、全濾液量は5
60kgであった。流通式セラミック膜濾過装置の液供
給側圧力と出口側圧力を変えることにより濾過速度を変
えることができる。
【0034】
【発明の効果】本発明のゼオライトの濾過分離方法によ
り、ゼオライト合成後の小粒子径ゼオライトと母液の濾
過分離を工業的規模で効率的に行い、小粒子径ゼオライ
トの洗浄を効率的に行うことができ、また、洗浄された
単分散状態の小粒子径ゼオライトを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】流通式セラミック膜濾過装置の一例を示す説明
図である。
【符号の説明】
1 タンク 2 撹拌機 3 母液導入ライン 4 希釈水導入ライン 5 循環ポンプ 6 被処理液供給用配管 7 循環用配管 8 フィルターモジュール 9 筒状フィルター 10 フィルター容器 11 被処理液供給口 12 被処理液排出口 13 濾液排出配管 14 排気ライン 15 空気圧入ライン 16 バルブ 17 バルブ 18 圧力計 19 圧力計

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ゼオライト合成後のゼオライトと母液の
    濾過分離において、平均粒子径が0.8μm以下のゼオ
    ライトを含む母液を水で希釈しながら流通式セラミック
    膜濾過装置を用いて濾過することを特徴とするゼオライ
    トの濾過分離方法。
  2. 【請求項2】 前記ゼオライトの平均粒子径が0.05
    〜0.7μmの範囲であることを特徴とする請求項1記
    載のゼオライトの濾過分離方法。
  3. 【請求項3】 前記セラミック膜の孔径が前記ゼオライ
    トの平均粒子径の0.01〜1倍であることを特徴とす
    る請求項1または2記載のゼオライトの濾過分離方法。
  4. 【請求項4】 前記流通式セラミック膜濾過装置を用い
    ての母液の濾過は、0.1〜5メガパスカル(MPa)
    の加圧下にて行うことを特徴とする請求項1、2または
    3記載のゼオライトの濾過分離方法。
  5. 【請求項5】 前記流通式セラミック膜濾過装置を用い
    ての母液の濾過は、1〜30分間濾過を行った後、該セ
    ラミック膜を0.5秒〜1分間逆洗浄することを特徴と
    する請求項1、2、3または4記載のゼオライトの濾過
    分離方法。
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