JP2007061774A - Zeolite separation film and its manufacturing method - Google Patents

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博幸 千田
Toshihito Mizuno
豪仁 水野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a zeolite separation film capable of sufficiently suppressing that impurities originating from the raw material of a zeolite film get mixed in an organic solvent, and its manufacturing method. <P>SOLUTION: The manufacturing method of the zeolite separation film composed of a support and the zeolite film provided on the support includes a film base material forming process for bringing the support in contact with a reaction liquid containing the raw material of the zeolite film to form a zeolite film base material comprising zeolite crystals on the surface of the support, a washing process for washing the zeolite film base material and an immersion process for immersing the zeolite film base material in water after the washing process to obtain the zeolite film. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、ゼオライト分離膜及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a zeolite separation membrane and a method for producing the same.

結晶性多孔質材料の代表であるゼオライトは、その細孔構造から固体酸性、イオン交換能、吸着分離能、分子レベルの細孔等を持ち併せた材料である。近年、このゼオライトを膜状とし、有機溶剤中の水を分離する分離膜としての用途が注目されている。   Zeolite, which is representative of a crystalline porous material, is a material that has solid acidity, ion exchange capacity, adsorption separation capacity, molecular level pores and the like due to its pore structure. In recent years, the use of this zeolite as a membrane has attracted attention as a separation membrane for separating water in an organic solvent.

上記ゼオライト膜の製造方法では、シリカ源とアルミナ源を主成分とするゼオライト膜の原料を含む反応液に支持体を接触させ、反応液を加熱することにより、支持体の表面上にゼオライト膜を形成するいわゆる水熱合成法がよく用いられている(特許文献1参照)。   In the method for producing a zeolite membrane, the zeolite membrane is formed on the surface of the support by bringing the support into contact with a reaction solution containing a raw material of the zeolite membrane mainly composed of a silica source and an alumina source and heating the reaction solution. A so-called hydrothermal synthesis method is often used (see Patent Document 1).

ところが、水熱合成法においては、支持体の表面上にゼオライト膜素体を形成した場合、ゼオライト膜素体の表面上に、未反応物質、ゼオライト粒子、あるいはアモルファス成分等のゼオライト膜の原料に由来する不純物(例えばナトリウム)が認められる。この場合、当該ゼオライト膜素体をそのまま分離膜として用いると、ゼオライト膜を透過する透過成分の透過流束が減少したり、ゼオライト膜の分離性能が低下するという問題が生じる。   However, in the hydrothermal synthesis method, when a zeolite membrane body is formed on the surface of the support, the raw material of the zeolite membrane such as unreacted substances, zeolite particles, or amorphous components is formed on the surface of the zeolite membrane body. Derived impurities (eg sodium) are observed. In this case, when the zeolite membrane body is used as it is as a separation membrane, there arises a problem that the permeation flux of the permeation component that permeates the zeolite membrane is reduced and the separation performance of the zeolite membrane is lowered.

このような事態を抑制するために、従来のゼオライト分離膜の製造方法では、ゼオライト膜素体を反応液から引き上げた後、例えば、作業者がゼオライト膜素体をブラシで擦る等の洗浄作業が行われる。こうして、十分な透過流束及び分離性能を有するゼオライト分離膜が製造されている。
特開2004−82008号公報
In order to suppress such a situation, in the conventional method for producing a zeolite separation membrane, after the zeolite membrane body is pulled up from the reaction solution, for example, the operator performs a cleaning operation such as rubbing the zeolite membrane body with a brush. Done. Thus, a zeolite separation membrane having sufficient permeation flux and separation performance has been produced.
Japanese Patent Laid-Open No. 2004-82008

しかしながら、上述のようにして得られるゼオライト分離膜は、ゼオライト膜素体を十分に洗浄してはいるものの、以下に示す課題を有していた。すなわち、上記ゼオライト分離膜を用いて、アルコール等の有機溶剤から水を分離させると、有機溶剤中にゼオライト膜の原料に由来する不純物(例えばナトリウム)が混入する傾向にある。   However, the zeolite separation membrane obtained as described above has the following problems although the zeolite membrane body is sufficiently washed. That is, when water is separated from an organic solvent such as alcohol using the zeolite separation membrane, impurities (for example, sodium) derived from the raw material of the zeolite membrane tend to be mixed in the organic solvent.

このように有機溶剤中にゼオライト膜の原料に由来する不純物が混入すると、有機溶剤に対して極めて高い純度の要求される分野、例えば半導体製造プロセス等の分野において製品の歩留まりを低下させる原因となるおそれがある。   If impurities derived from the raw material of the zeolite membrane are mixed in the organic solvent in this way, it may cause a decrease in product yield in fields requiring extremely high purity with respect to the organic solvent, for example, fields such as semiconductor manufacturing processes. There is a fear.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、有機溶剤中へのゼオライト膜の原料に由来する不純物の混入を十分抑制しうるゼオライト分離膜及びその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a zeolite separation membrane that can sufficiently suppress the contamination of impurities derived from the raw material of the zeolite membrane into an organic solvent and a method for producing the same. .

本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討したところ、上記ゼオライト分離膜において、アルコール中にゼオライト膜の原料に由来する不純物が混入してしまう原因が、支持体表面上にゼオライト膜素体を形成する際に、ゼオライト膜素体の表面だけでなく内部にも付着物が付着し、それが従来の洗浄工程のみでは十分に除去できないことにあるのではないかと考えた。そして、本発明者等は、更に鋭意研究を重ねた結果、以下の発明により上記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。   The inventors of the present invention have intensively studied to solve the above-mentioned problems. As a result, in the zeolite separation membrane, the reason why impurities derived from the raw material of the zeolite membrane are mixed in the alcohol is that the zeolite membrane element is formed on the support surface. When forming the body, it was thought that deposits adhered not only to the surface but also to the inside of the zeolite membrane body, which could not be sufficiently removed only by the conventional washing process. As a result of further earnest studies, the present inventors have found that the above problems can be solved by the following invention, and have completed the present invention.

すなわち、本発明のゼオライト分離膜の製造方法は、支持体と、支持体に設けられるゼオライト膜とを備えるゼオライト分離膜の製造方法において、支持体とゼオライト膜の原料を含む反応液とを接触させ、支持体の表面上に、ゼオライト結晶からなるゼオライト膜素体を形成する膜素体形成工程と、ゼオライト膜素体を洗浄する洗浄工程と、洗浄工程後に、ゼオライト膜素体を水中に浸漬させて、ゼオライト膜を得る浸漬工程と、を備えることを特徴とする。ここで、本発明において、支持体とは、支持素体の表面上にゼオライト膜素体の種結晶を付着させたもの、又は種結晶を付着させない場合には、支持素体そのものをいう。   That is, the method for producing a zeolite separation membrane of the present invention comprises contacting a support and a reaction liquid containing a raw material for the zeolite membrane in a method for producing a zeolite separation membrane comprising a support and a zeolite membrane provided on the support. A membrane element forming step for forming a zeolite membrane element composed of zeolite crystals on the surface of the support; a washing step for washing the zeolite membrane element; and after the washing step, the zeolite membrane element is immersed in water. And a dipping step for obtaining a zeolite membrane. Here, in the present invention, the term “support” refers to a support in which a seed film of a zeolite membrane element is attached on the surface of the support element, or in the case where no seed crystal is attached.

本発明のゼオライト分離膜の製造方法は、洗浄工程に加え、浸漬工程を備えるため、洗浄工程において、ゼオライト膜素体の表面に付着した付着物が除去されるのに加え、浸漬工程において、ゼオライト膜素体の内部に付着した付着物も除去される。すなわち、洗浄後のゼオライト膜素体を水中に浸漬させると、水がゼオライト膜素体の内部にまで十分に浸入する。そうすると、ゼオライト膜素体の内部に付着したゼオライト膜の原料に由来する不純物(例えばナトリウム)は一般に水溶性であるので、浸入してきた水によって溶出され、ゼオライト膜素体から十分に除去される。したがって、上記ゼオライト分離膜の製造方法によれば、有機溶剤中へのナトリウムの混入を十分に抑制しうるゼオライト分離膜を得ることができる。   The method for producing a zeolite separation membrane of the present invention includes a dipping step in addition to the washing step. Therefore, in the washing step, in addition to removing the deposits attached to the surface of the zeolite membrane element body, Deposits adhered to the inside of the membrane element are also removed. That is, when the washed zeolite membrane is immersed in water, the water sufficiently penetrates into the zeolite membrane. Then, since impurities (for example, sodium) derived from the raw material of the zeolite membrane adhering to the inside of the zeolite membrane element are generally water-soluble, they are eluted by the invading water and sufficiently removed from the zeolite membrane element. Therefore, according to the manufacturing method of the said zeolite separation membrane, the zeolite separation membrane which can fully suppress mixing of the sodium in an organic solvent can be obtained.

また、上記浸漬工程において、ナトリウムを含む付着物は、水に溶解するとアルカリ性を呈するため、上記付着物が水によって溶出されると、水のpHは中性から徐々にアルカリ性へと移行する。そうすると、ゼオライト結晶は一般に中性の水に溶解するが、アルカリ性の水には溶解し難いため、上記のように水のpHがアルカリ性に移行することにより、ゼオライト結晶自体の水への溶解が抑制される。すなわち、上記ゼオライト分離膜の製造方法によれば、付着物が溶出した後は、ゼオライト結晶自体の溶解が抑制されるので、強度(以下「膜強度」ともいう。)の低下が抑制されたゼオライト分離膜を得ることができる。   Moreover, in the said immersion process, since the deposit | attachment containing sodium will show alkalinity, if it melt | dissolves in water, when the said deposit | attachment is eluted with water, the pH of water will gradually change from alkaline to alkaline. As a result, zeolite crystals generally dissolve in neutral water, but are difficult to dissolve in alkaline water. Therefore, as described above, the pH of the water shifts to alkaline, thereby suppressing the dissolution of the zeolite crystals in water. Is done. That is, according to the above method for producing a zeolite separation membrane, the dissolution of the zeolite crystal itself is suppressed after the deposits are eluted, so that the decrease in strength (hereinafter also referred to as “membrane strength”) is suppressed. A separation membrane can be obtained.

さらに、上記浸漬工程は、ゼオライト膜素体を浸漬できる程度の水の量があり、この水が無駄なく使用されるため、散水等を行う場合と比べて、少量の水で行うことができ、また、ゼオライト膜素体を水に浸漬するのみなので、操作が極めて容易であるという利点もある。   Furthermore, the immersion step has an amount of water that can immerse the zeolite membrane body, and since this water is used without waste, it can be performed with a small amount of water, compared to the case of watering, Moreover, since the zeolite membrane is only immersed in water, there is an advantage that the operation is extremely easy.

上記浸漬工程において、ゼオライト膜素体を水中に6〜72時間浸漬させることが好ましい。この場合、より確実にゼオライト膜素体内部のゼオライト膜の原料に由来する不純物が溶出され、かつゼオライト結晶自体が溶解して膜強度が弱くなることを抑制できる。したがって、上記ゼオライト分離膜の製造方法によれば、十分な膜強度を有し、かつ有機溶剤中へのゼオライト膜の原料に由来する不純物の混入をより確実に抑制できるゼオライト分離膜を得ることができる。   In the dipping step, the zeolite membrane is preferably immersed in water for 6 to 72 hours. In this case, it is possible to suppress the impurities derived from the raw material of the zeolite membrane inside the zeolite membrane element from being eluted more securely and the zeolite crystals themselves to be dissolved and the membrane strength from being weakened. Therefore, according to the method for producing a zeolite separation membrane, it is possible to obtain a zeolite separation membrane that has sufficient membrane strength and that can more reliably suppress the contamination of impurities derived from the raw material of the zeolite membrane into the organic solvent. it can.

上記浸漬工程において、上述した水の温度が80℃以下であることが好ましい。温度を80℃以下とすると、たとえ付着物が比較的大きな結晶であったとしても、温度が80℃を超える場合と比較して、透過流束Q及び分離性能αといったゼオライト膜の特性を低下させずに、十分に溶出させることが可能となる。   In the dipping step, the temperature of the water described above is preferably 80 ° C. or lower. When the temperature is 80 ° C. or lower, even if the deposits are relatively large crystals, the characteristics of the zeolite membrane such as the permeation flux Q and the separation performance α are reduced as compared with the case where the temperature exceeds 80 ° C. It is possible to sufficiently elute the solution.

ここで、上記「透過流束Q(kg/mh)」とは、単位時間当たりに液体がゼオライト分離膜を透過する量をいう。例えば、エタノールと水との混合液から水を分離させたい場合において、単位時間当たりに水がゼオライト分離膜を通過する量をいう。 Here, the “permeation flux Q (kg / m 2 h)” refers to the amount of liquid permeating the zeolite separation membrane per unit time. For example, when water is to be separated from a mixed solution of ethanol and water, the amount of water passing through the zeolite separation membrane per unit time.

また、上記「分離性能α」とは、例えば、エタノールと水の混合液の場合において、分離前の水の濃度をA1質量%、エタノールの濃度をA2質量%とし、ゼオライト分離膜を透過した液体又は気体中の水の濃度をB1質量%、エタノールの濃度をB2質量%とすると、下記式(2);
α=(B1/B2)/(A1/A2)・・・(2)
により表されるものである。なお、かかる値は大きいほど、混合液からより高濃度で特定の液体を分離することが可能となる。
The “separation performance α” is, for example, in the case of a mixed solution of ethanol and water, a liquid that has passed through the zeolite separation membrane with the water concentration before separation being A1 mass% and the ethanol concentration being A2 mass%. Or if the density | concentration of the water in gas is B1 mass% and the density | concentration of ethanol is B2 mass%, following formula (2);
α = (B1 / B2) / (A1 / A2) (2)
It is represented by. In addition, it becomes possible to isolate | separate a specific liquid with higher concentration from a liquid mixture, so that this value is large.

本発明のゼオライト分離膜は、上述した製造方法により得られるものである。上述したゼオライト分離膜の製造方法により得られるゼオライト分離膜によれば、有機溶剤中へのナトリウムの混入を抑制できる。   The zeolite separation membrane of the present invention is obtained by the production method described above. According to the zeolite separation membrane obtained by the above-described method for producing a zeolite separation membrane, sodium can be prevented from being mixed into the organic solvent.

本発明によれば、有機溶剤中へのゼオライト膜の原料に由来する不純物の混入を抑制しうるゼオライト分離膜及びその製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the zeolite separation membrane which can suppress mixing of the impurity originating in the raw material of the zeolite membrane in an organic solvent, and its manufacturing method can be provided.

以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面中、同一要素には同一符号を付すこととし、重複する説明は省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as necessary. In the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Further, the positional relationship such as up, down, left and right is based on the positional relationship shown in the drawings unless otherwise specified. Further, the dimensional ratios in the drawings are not limited to the illustrated ratios.

本実施形態のゼオライト分離膜の製造方法は、種結晶を支持素体に付着させ支持体とする種付着工程と、支持体とゼオライト膜の原料を含む反応液とを接触させ、支持体の表面上に、ゼオライト結晶からなるゼオライト膜素体を形成する膜素体形成工程と、ゼオライト膜素体と反応液とを分離させる分離工程と、ゼオライト膜素体を洗浄する洗浄工程と、ゼオライト膜素体を水中に浸漬させて、ゼオライト膜を得る浸漬工程とを備える。   The method for producing a zeolite separation membrane according to the present embodiment includes a seed attachment step in which a seed crystal is attached to a support element, and a contact liquid is brought into contact with a reaction liquid containing a raw material for the zeolite membrane. Above, a membrane element forming step for forming a zeolite membrane element composed of zeolite crystals, a separation step for separating the zeolite membrane element and the reaction solution, a washing step for washing the zeolite membrane element, and a zeolite membrane element A dipping step of immersing the body in water to obtain a zeolite membrane.

上記ゼオライト分離膜の製造方法は、洗浄工程に加え、浸漬工程を備えるため、洗浄工程において、ゼオライト膜素体の表面に付着した付着物が除去されるのに加え、浸漬工程において、ゼオライト膜素体の内部に付着した付着物も除去される。すなわち、洗浄後のゼオライト膜素体を水中に浸漬させると、水がゼオライト膜素体の内部にまで十分に浸入する。そうすると、ゼオライト膜素体の内部に付着したゼオライト膜の原料に由来する不純物(例えばナトリウム)は一般に水溶性であるので、浸入してきた水によって溶出され、ゼオライト膜素体から十分に除去される。したがって、上記ゼオライト分離膜の製造方法によれば、有機溶剤中へのゼオライト膜の原料に由来する不純物(例えばナトリウム)の混入を十分に抑制しうるゼオライト分離膜を得ることができる。   Since the method for producing a zeolite separation membrane includes a dipping step in addition to the washing step, in the washing step, in addition to removing deposits attached to the surface of the zeolite membrane element body, in the dipping step, the zeolite membrane element is removed. Deposits attached to the inside of the body are also removed. That is, when the washed zeolite membrane is immersed in water, the water sufficiently penetrates into the zeolite membrane. Then, since impurities (for example, sodium) derived from the raw material of the zeolite membrane adhering to the inside of the zeolite membrane element are generally water-soluble, they are eluted by the invading water and sufficiently removed from the zeolite membrane element. Therefore, according to the method for producing a zeolite separation membrane, it is possible to obtain a zeolite separation membrane that can sufficiently suppress the contamination of impurities (for example, sodium) derived from the raw material of the zeolite membrane into the organic solvent.

また、上記浸漬工程において、ゼオライト膜の原料に由来する不純物(例えばナトリウム)を含む付着物は、水に溶解するとアルカリ性を呈するため、上記付着物が水によって溶出されると、水のpHは中性から徐々にアルカリ性へと移行する。そうすると、ゼオライト結晶は一般に中性の水に溶解するが、アルカリ性の水には溶解し難いため、上記のように水のpHがアルカリ性に移行することにより、ゼオライト結晶自体の水への溶解が抑制される。すなわち、上記ゼオライト分離膜の製造方法によれば、付着物が溶出した後は、ゼオライト結晶自体の溶解が抑制されるので、膜強度の低下が抑制されたゼオライト分離膜を得ることができる。   In the immersion step, the deposit containing impurities (for example, sodium) derived from the raw material of the zeolite membrane exhibits alkalinity when dissolved in water. Therefore, when the deposit is eluted with water, the pH of the water is medium. It gradually shifts from alkaline to alkaline. As a result, zeolite crystals generally dissolve in neutral water, but are difficult to dissolve in alkaline water. Therefore, as described above, the pH of the water shifts to alkaline, thereby suppressing the dissolution of the zeolite crystals in water. Is done. That is, according to the method for producing a zeolite separation membrane, after the deposits are eluted, the dissolution of the zeolite crystal itself is suppressed, so that a zeolite separation membrane in which a decrease in membrane strength is suppressed can be obtained.

さらに、上記浸漬工程は、ゼオライト膜素体を浸漬できる程度の水の量があり、この水が無駄なく使用されるため、散水等を行う場合と比べて、少量の水で行うことができ、また、ゼオライト膜素体を水に浸漬するのみなので、操作が極めて容易であるという利点もある。   Furthermore, the immersion step has an amount of water that can immerse the zeolite membrane body, and since this water is used without waste, it can be performed with a small amount of water, compared to the case of watering, Moreover, since the zeolite membrane is only immersed in water, there is an advantage that the operation is extremely easy.

以下、各工程について詳細に説明する。   Hereinafter, each step will be described in detail.

[種付着工程]
種付着工程は、種結晶を支持素体に付着させ支持体とする工程である。
[Seed adhesion process]
The seed attachment step is a step of attaching a seed crystal to a support element to form a support.

かかる種付着工程は任意に行うことができる。この種付着工程を行うことにより、後述する膜素体形成工程において、支持体に、より均一なゼオライト膜素体を形成することが可能となり、後述する洗浄工程においても支持体に、より均一なゼオライト膜素体を形成することが可能となる。   Such seed deposition step can be performed arbitrarily. By performing this seed adhesion step, it becomes possible to form a more uniform zeolite membrane element on the support in the membrane element forming step described later, and more uniform on the support in the cleaning step described later. It becomes possible to form a zeolite membrane element.

上記種結晶は、目的とするゼオライト膜のゼオライトの種類に応じて異なり、例えば、形成するゼオライトと同一種のゼオライトを用いてもよいし、結晶構造が類似したものでもよい。   The seed crystal differs depending on the type of zeolite of the target zeolite membrane. For example, the same type of zeolite as the zeolite to be formed may be used, or the crystal structure may be similar.

種結晶を含む溶液において、当該溶液中の種結晶の濃度は、0.01質量%〜20質量%であることが好ましく、0.1質量%〜10質量%であることがより好ましい。種結晶の濃度が、0.01質量%未満であると、濃度が上記範囲にある場合と比較して、支持素体に十分に種結晶が付着せず、ゼオライト膜にピンホール等の欠陥が生じる場合があり、種結晶の濃度が、20質量%を超えると、濃度が上記範囲にある場合と比較して、種結晶を含む層が厚くなりすぎ、外側部分の種結晶は結晶化するが、内側の種結晶は十分に結晶化せずに保持されるので、ゼオライト膜の剥離や欠陥が発生しやすくなる傾向にある。   In the solution containing the seed crystal, the concentration of the seed crystal in the solution is preferably 0.01% by mass to 20% by mass, and more preferably 0.1% by mass to 10% by mass. When the concentration of the seed crystal is less than 0.01% by mass, the seed crystal does not sufficiently adhere to the support element and there are defects such as pinholes in the zeolite membrane as compared with the case where the concentration is in the above range. If the concentration of the seed crystal exceeds 20% by mass, the layer containing the seed crystal becomes too thick as compared with the case where the concentration is in the above range, and the seed crystal in the outer portion is crystallized. Since the inner seed crystal is retained without being sufficiently crystallized, the zeolite membrane tends to be peeled off or defective.

支持素体は、特に限定されないが、多孔質であることが好ましく、例えばセラミックス、有機高分子又は金属で構成される。セラミックスとしては、ムライト、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア等が挙げられ、金属としては、ステンレススチール、焼結されたニッケル又は焼結されたニッケルと鉄の混合物等が挙げられる。これらの中でも支持素体としてアルミナを用いることが好ましい。支持素体としてアルミナを用いると、支持素体の材質の溶出を抑制できる。なお、上記支持素体は、ゼオライトが焼結されたものを用いてもよい。   The support element is not particularly limited, but is preferably porous, and is made of, for example, ceramics, organic polymer, or metal. Examples of ceramics include mullite, alumina, silica, titania, zirconia, and the like. Examples of metals include stainless steel, sintered nickel, and a mixture of sintered nickel and iron. Among these, it is preferable to use alumina as a support element. When alumina is used as the support element, elution of the material of the support element can be suppressed. Note that the support element may be made by sintering zeolite.

上記支持素体が多孔質である場合、孔の平均細孔径は、0.1μm〜20μmであることが好ましく、0.1μm〜5μmであることがより好ましい。この場合、ピンホールの少ないゼオライト膜を形成でき、分離性能の高いゼオライト分離膜を得ることができる。また、気孔率は5〜50%であることが好ましく、30〜50%であることがより好ましい。この場合、支持素体のガス透過量が高いため、透過流束の高いゼオライト分離膜を得ることができる。   When the support element is porous, the average pore diameter of the pores is preferably 0.1 μm to 20 μm, and more preferably 0.1 μm to 5 μm. In this case, a zeolite membrane with few pinholes can be formed, and a zeolite separation membrane with high separation performance can be obtained. Moreover, it is preferable that a porosity is 5 to 50%, and it is more preferable that it is 30 to 50%. In this case, since the gas permeation amount of the support element is high, a zeolite separation membrane having a high permeation flux can be obtained.

上記平均細孔径が0.1μm未満であると、平均細孔径が上記範囲にある場合と比較して、種結晶が支持素体細孔内に十分付着しないため、剥離しやすくなる傾向にあり、平均細孔径が20を超えると、平均細孔径が上記範囲にある場合と比較して、ゼオライト結晶で細孔を埋めることができずにピンホールが発生し、分離性能が低下する傾向にある。また、気孔率が5%未満であると、気孔率が上記範囲にある場合と比較して、ガス透過流束が小さいために高い透過流束を得ることができなくなる傾向にあり、気孔率が50%を超えると、気孔率が上記範囲にある場合と比較して、支持体の機械強度が低いため、使用に耐えられない製品となる傾向にある。   When the average pore diameter is less than 0.1 μm, compared to the case where the average pore diameter is in the above range, the seed crystal does not sufficiently adhere in the support element pores, and therefore tends to be easily peeled off. When the average pore diameter exceeds 20, compared to the case where the average pore diameter is in the above range, the pores cannot be filled with zeolite crystals, pinholes are generated, and the separation performance tends to be lowered. Further, if the porosity is less than 5%, compared with the case where the porosity is in the above range, the gas permeation flux tends to be low, so that a high permeation flux cannot be obtained. If it exceeds 50%, the mechanical strength of the support is low as compared with the case where the porosity is in the above range, so that the product tends to be unusable.

上記支持素体の形状は、特に限定されないが、筒状、中空糸状、チューブ状等の中空状、板状、ハニカム状(蜂の巣状)、ペレット状のものが挙げられるが、通常は、中空状である。   The shape of the support element is not particularly limited, and examples thereof include a hollow shape such as a cylindrical shape, a hollow fiber shape, and a tube shape, a plate shape, a honeycomb shape (honeycomb shape), and a pellet shape. It is.

上記種付着工程は、種結晶を含む溶液に支持素体を接触させて行われる。この接触させる方法としては、含浸法、ディップコート法、スプレーコート法、塗布法、濾過法等が挙げられる。   The seed attaching step is performed by bringing the support element into contact with a solution containing the seed crystal. Examples of the contacting method include an impregnation method, a dip coating method, a spray coating method, a coating method, and a filtration method.

なお、上記種結晶を含む溶液には、例えば界面活性剤等の添加剤を含有させることも可能である。   Note that the solution containing the seed crystal may contain an additive such as a surfactant.

上記種付着工程を経た後、種結晶を乾燥させることが好ましい。この場合、種結晶を支持素体に十分に付着させることができる。   After passing through the seed attaching step, it is preferable to dry the seed crystal. In this case, the seed crystal can be sufficiently attached to the support element.

[膜素体形成工程]
膜素体形成工程は、支持体とゼオライト膜の原料を含む反応液とを接触させ、支持体の表面上に、ゼオライト結晶からなるゼオライト膜素体を形成する工程である。上記膜素体形成工程は、種結晶が付着した支持体をゼオライト膜の原料を含む反応液に接触させて行われる。
[Film body forming process]
The membrane element forming step is a step of bringing a support and a reaction solution containing a raw material of the zeolite membrane into contact with each other to form a zeolite membrane element made of zeolite crystals on the surface of the support. The membrane element forming step is performed by bringing the support to which the seed crystals are attached into contact with a reaction solution containing a raw material for the zeolite membrane.

ゼオライト膜素体の合成は、例えば、水熱合成法、ドライゲルコンバージョン法等により行うことができる。これらの中でもゼオライト膜素体の合成を水熱合成法で行うことが好ましい。   The synthesis of the zeolite membrane can be performed, for example, by a hydrothermal synthesis method, a dry gel conversion method, or the like. Among these, it is preferable to synthesize the zeolite membrane by a hydrothermal synthesis method.

まず、膜素体形成工程においては、ゼオライト膜の原料を水に加えて攪拌し、ゼオライト合成反応に使用する反応液を作製する。そして、上記反応液を上記支持体に含浸させることにより、支持体の表面上にゼオライト膜素体を形成させる。   First, in the membrane element forming step, the raw material of the zeolite membrane is added to water and stirred to prepare a reaction solution used for the zeolite synthesis reaction. Then, a zeolite membrane is formed on the surface of the support by impregnating the support with the reaction solution.

上記ゼオライト膜の原料は、アルミナ源及びシリカ源であり、必要に応じてアルカリ金属源及び/又はアルカリ土類金属源を含んでもよい。アルミナ源としては、水酸化アルミニウム、アルミン酸ナトリウム、硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウム、塩化アルミニウム等のアルミニウム塩の他、アルミナ粉末、コロイダルアルミナ等が挙げられる。シリカ源としては、ケイ酸ナトリウム、水ガラス、ケイ酸カリウム等のアルカリ金属ケイ酸塩の他、シリカ粉末、ケイ酸、コロイダルシリカ、酸性白土、カオリン、ケイ素アルコキシド(アルミニウムイソプロポキシド等)等が挙げられる。アルカリ(土類)金属源としては、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム等が挙げられる。なお、アルカリ金属ケイ酸塩は、シリカ源及びアルカリ金属源として用いることができる。   The raw material of the zeolite membrane is an alumina source and a silica source, and may contain an alkali metal source and / or an alkaline earth metal source as necessary. Examples of the alumina source include aluminum powder, aluminum aluminate, aluminum sulfate, aluminum nitrate, aluminum chloride, alumina powder, colloidal alumina, and the like. Silica sources include sodium silicate, water glass, alkali metal silicates such as potassium silicate, silica powder, silicic acid, colloidal silica, acid clay, kaolin, silicon alkoxide (aluminum isopropoxide, etc.), etc. Can be mentioned. Examples of the alkali (earth) metal source include sodium chloride, potassium chloride, calcium chloride, magnesium chloride and the like. In addition, alkali metal silicate can be used as a silica source and an alkali metal source.

上記反応液中のシリカ源とアルミナ源とのモル比(SiO/Alに換算)は、目的とするゼオライト膜のゼオライトの種類によって適宜決定することができる。 The molar ratio (converted to SiO 2 / Al 2 O 3 ) between the silica source and the alumina source in the reaction solution can be appropriately determined depending on the type of zeolite of the target zeolite membrane.

また、上記シリカ源とアルミナ源の濃度は特に限定されない。すなわち、膜素体形成工程において、シリカ源やアルミナ源の濃度を高めることにより、反応液をゲル状とし、これを支持体に接触させてもよく、シリカ源やアルミナ源の濃度を低くすることにより、低粘度の反応液を支持体に接触(含浸)させてもよい。   Moreover, the density | concentration of the said silica source and an alumina source is not specifically limited. That is, in the film body forming step, the concentration of the silica source or the alumina source may be increased to make the reaction liquid gel, which may be brought into contact with the support, and the concentration of the silica source or the alumina source should be reduced. Thus, the low viscosity reaction liquid may be brought into contact (impregnated) with the support.

すなわち、反応液の組成、反応温度、反応時間等は、目的とするゼオライト膜のゼオライト種により異なる。   That is, the composition of the reaction solution, the reaction temperature, the reaction time, and the like vary depending on the zeolite type of the target zeolite membrane.

なお、上記反応液には、結晶化促進剤のような添加剤を含有させることも可能である。かかる結晶化促進剤としては、テトラプロピルアンモニウム塩、テトラブチルアンモニウム塩等が挙げられる。   Note that the reaction solution may contain an additive such as a crystallization accelerator. Examples of the crystallization accelerator include tetrapropylammonium salt and tetrabutylammonium salt.

上述した通り、反応液には様々な物質が含まれているが、製膜後にゼオライト膜の原料に由来する不純物となりえる物質としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、または結晶化促進剤等の添加剤等が挙げられる。なお、これらは一般的に水溶性である。   As described above, the reaction solution contains various substances. Substances that can become impurities derived from the raw material of the zeolite membrane after film formation include alkali metals, alkaline earth metals, or crystallization accelerators. An additive etc. are mentioned. These are generally water-soluble.

[分離工程]
分離工程は、ゼオライト膜素体と反応液とを分離させる工程である。分離方法としては、例えばゼオライト膜素体が形成された支持体を反応液中から引き上げて取り出す方法、ゼオライト膜素体が形成された支持体が反応液中に浸漬している状態から、反応液を例えば容器の底部に設けられた排出口等から除去する方法、ゼオライト膜素体が形成された支持体が反応液中に浸漬している状態から、容器を反応液ごと下方に移動させる方法、等が挙げられる。
[Separation process]
The separation step is a step of separating the zeolite membrane body and the reaction liquid. Separation methods include, for example, a method in which a support on which a zeolite membrane element is formed is pulled out from the reaction solution, and a support in which the zeolite membrane element is formed is immersed in the reaction solution. For example, a method of removing from a discharge port provided at the bottom of the container, a method of moving the container together with the reaction liquid from a state where the support on which the zeolite membrane element is formed is immersed in the reaction liquid, Etc.

なお、分離工程は、ゼオライト膜素体が形成された支持体が反応液中に浸漬している状態から、直ちに行うことが好ましい。この場合、ゼオライト膜素体が乾燥し、付着物が固化することを抑制することができる。   In addition, it is preferable to perform a isolation | separation process immediately from the state which the support body in which the zeolite membrane element was formed is immersed in the reaction liquid. In this case, it can suppress that a zeolite membrane body dries and a deposit | attachment solidifies.

[洗浄工程]
洗浄工程は、ゼオライト膜素体を洗浄する工程である。具体的には、膜素体形成工程において、ゼオライト膜素体上に形成された未反応物質、ゼオライト粒子、あるいはアモルファス成分等の付着物を除去する工程である。
[Washing process]
The cleaning step is a step of cleaning the zeolite membrane. Specifically, in the membrane element forming step, it is a step of removing deposits such as unreacted substances, zeolite particles, or amorphous components formed on the zeolite membrane element.

なお、分離工程の直後は、ゼオライト膜素体が高温であるため、ゼオライト膜素体が乾燥しやすい状態にある。すなわち、ゼオライト膜素体を反応液から分離させると、ゼオライト膜素体表面の水分が蒸発して乾燥してしまう。この場合、ゼオライト膜素体の表面が乾燥すると、ゼオライト膜素体の表面上の付着物が固化してしまい、洗浄工程において付着物を除去することが困難となる傾向にある。   Immediately after the separation step, the zeolite membrane element is at a high temperature, so that the zeolite membrane element is easily dried. That is, when the zeolite membrane element is separated from the reaction solution, the moisture on the surface of the zeolite membrane element is evaporated and dried. In this case, when the surface of the zeolite membrane element is dried, the deposit on the surface of the zeolite membrane element is solidified, and it tends to be difficult to remove the deposit in the washing step.

したがって、分離工程後にゼオライト膜素体を洗浄する。なお、上記洗浄工程は、分離工程直後に行うことが好ましい。ここで、分離工程直後に洗浄工程を行うのは、ゼオライト膜素体が乾燥する前に洗浄を行うためであり、具体的には、30分以内であることが好ましい。   Therefore, the zeolite membrane is washed after the separation step. The washing step is preferably performed immediately after the separation step. Here, the reason why the washing step is performed immediately after the separation step is to perform washing before the zeolite membrane is dried, and specifically, it is preferably within 30 minutes.

上記洗浄工程において用いられる洗浄水としては、特に限定されないが、純水であることが好ましい。洗浄水として純水以外のもの、例えばアルカリイオンを含む水道水等を使用すると、純水を用いる場合と比較して、ゼオライト分離膜に水道水に含まれるアルカリイオンが付着してしまう虞があり、更にはゼオライト膜素体中のアルカリ金属若しくはアルカリ土類金属が水道水中のカルシウムと置換していまいゼオライト結晶の物性変化によりゼオライト膜素体の特性変化が発生する等の虞がある。   The washing water used in the washing step is not particularly limited, but pure water is preferable. When washing water other than pure water, such as tap water containing alkali ions, is used, there is a risk that alkali ions contained in tap water may adhere to the zeolite separation membrane as compared with the case of using pure water. Furthermore, there is a risk that the characteristics of the zeolite membrane element may change due to the change in the physical properties of the zeolite crystals in which the alkali metal or alkaline earth metal in the zeolite membrane element is not replaced with calcium in tap water.

ゼオライト膜素体の洗浄方法は特に限定されない。具体的には手洗浄、スプレー洗浄、ブラシ洗浄または超音波洗浄等が挙げられる。   The method for cleaning the zeolite membrane is not particularly limited. Specific examples include hand cleaning, spray cleaning, brush cleaning, and ultrasonic cleaning.

このようにゼオライト膜素体の洗浄を行うことにより、ゼオライト膜素体の表面上に付着した付着物を除去することができる。   By washing the zeolite membrane element in this way, the deposits adhering to the surface of the zeolite membrane element can be removed.

[浸漬工程]
浸漬工程は、ゼオライト膜素体を水中に浸漬させて、ゼオライト膜を得る工程である。具体的には、ゼオライト膜素体の内部に付着した付着物を除去する工程である。ここで、浸漬工程の一例について、図1を用いて具体的に説明する。
[Immersion process]
The dipping step is a step of immersing the zeolite membrane body in water to obtain a zeolite membrane. Specifically, it is a step of removing deposits adhering to the inside of the zeolite membrane element. Here, an example of the immersion process will be specifically described with reference to FIG.

図1は、本実施形態の浸漬工程に使用する浸漬装置を示す斜視図である。図1に示すように、浸漬装置100は、容器10を有し、当該容器10の底面上には、支持トレイ3が配置されている。この支持トレイ3は、直線状に延びる複数の溝5を上部に有し、これらは互いに並列に配列されている。このような構成の浸漬装置100において、各溝5に、円筒状の分離膜素体1を配置する。分離膜素体1は、円筒状の支持体の外側にゼオライト膜素体を有するものである。このとき、上記容器10内部には水8が非流動状態で貯留されており、この水8の中に上記分離膜素体1を浸漬する。   FIG. 1 is a perspective view showing an immersion apparatus used in the immersion process of the present embodiment. As shown in FIG. 1, the immersion apparatus 100 includes a container 10, and the support tray 3 is disposed on the bottom surface of the container 10. The support tray 3 has a plurality of linearly extending grooves 5 arranged in parallel with each other. In the immersion device 100 having such a configuration, the cylindrical separation membrane element 1 is disposed in each groove 5. The separation membrane element 1 has a zeolite membrane element on the outside of a cylindrical support. At this time, water 8 is stored in the container 10 in a non-flowing state, and the separation membrane element 1 is immersed in the water 8.

なお、この浸漬装置100においては、分離膜素体1を支持トレイ3の上部の溝5に配置してから、分離膜素体1及び支持トレイ3を容器10内の水8中に浸漬させてもよい。また、容器10の底面上に支持トレイ3を配置し、その上部の溝5に分離膜素体1を配置させた後に容器10内に水8を注入して、分離膜素体1を浸漬させてもよい。   In this immersion apparatus 100, the separation membrane element 1 is placed in the groove 5 at the top of the support tray 3, and then the separation membrane element 1 and the support tray 3 are immersed in the water 8 in the container 10. Also good. Further, the support tray 3 is disposed on the bottom surface of the container 10, the separation membrane element body 1 is disposed in the upper groove 5, and then water 8 is injected into the container 10 to immerse the separation membrane element body 1. May be.

このように分離膜素体1が水8中に浸漬されることにより、分離膜素体1の内部にまで水8が浸入する。そして、分離膜素体1内部に付着したゼオライト膜の原料に由来する不純物(例えばナトリウム)は一般に水溶性であるので、浸入してきた水8によって溶出される。したがって、本実施形態に係るゼオライト分離膜の製造方法によって製造されたゼオライト分離膜を用いて有機溶剤の脱水処理を行うと、有機溶剤中へのゼオライト膜の原料に由来する不純物の混入を抑制できる。   As the separation membrane element 1 is immersed in the water 8 in this way, the water 8 enters the inside of the separation membrane element 1. The impurities (for example, sodium) derived from the raw material of the zeolite membrane adhering to the inside of the separation membrane element 1 are generally water-soluble, and thus are eluted by the infiltrated water 8. Therefore, when dehydration treatment of the organic solvent is performed using the zeolite separation membrane produced by the method for producing a zeolite separation membrane according to the present embodiment, contamination of impurities derived from the raw material of the zeolite membrane into the organic solvent can be suppressed. .

上記浸漬工程において、上記水8は、純水であることが好ましい。ここで、純水とは、水の抵抗値が1MΩ/cm以上のものをいう。水8として純水以外のもの、例えばアルカリイオンを含む水道水等を使用すると、純水を用いる場合と比較して、分離膜素体1に水道水に含まれるアルカリイオンが付着してしまう虞があり、更にはゼオライト膜素体中のアルカリ金属若しくはアルカリ土類金属が水道水中のカルシウムと置換していまいゼオライト結晶の物性変化によりゼオライト膜素体の特性変化が発生する等の虞がある。   In the dipping step, the water 8 is preferably pure water. Here, pure water means water having a resistance value of 1 MΩ / cm or more. When water 8 other than pure water, for example, tap water containing alkali ions, is used, alkali ions contained in tap water may adhere to the separation membrane element 1 as compared with the case where pure water is used. Furthermore, there is a risk that the characteristics of the zeolite membrane element may change due to the change in the physical properties of the zeolite crystals in which the alkali metal or alkaline earth metal in the zeolite membrane element is not replaced with calcium in tap water.

上記水8のpHは、初期状態、すなわち、分離膜素体1を水8中に浸漬した直後で4〜9であることが好ましい。水8のpHが4未満であると、水8のpHが上記範囲にある場合と比較して、ゼオライト結晶が分解してしまう虞があり、水8のpHが9を超えると、水8のpHが上記範囲にある場合と比較して、分離膜素体1内部の付着物が十分に溶出されない傾向にある。   The pH of the water 8 is preferably 4 to 9 in the initial state, that is, immediately after the separation membrane element 1 is immersed in the water 8. If the pH of the water 8 is less than 4, the zeolite crystals may be decomposed compared to the case where the pH of the water 8 is in the above range. If the pH of the water 8 exceeds 9, the water 8 Compared with the case where the pH is in the above range, the deposits inside the separation membrane element 1 tend not to be sufficiently eluted.

上記浸漬工程において、分離膜素体1を水8中に6〜72時間浸漬させることが好ましい。浸漬時間が6時間未満であると、浸漬時間が上記範囲にある場合と比較して、浸漬が不十分となり、上述した効果が得られない傾向にあり、浸漬時間が72時間を超えると、浸漬時間が上記範囲にある場合と比較して、ゼオライト結晶が分解する虞がある。   In the immersion step, it is preferable that the separation membrane element 1 is immersed in the water 8 for 6 to 72 hours. When the immersion time is less than 6 hours, the immersion is insufficient as compared with the case where the immersion time is in the above range, and the above-described effects tend not to be obtained. When the immersion time exceeds 72 hours, the immersion is performed. Compared to the case where the time is in the above range, the zeolite crystals may be decomposed.

上記浸漬工程において、上述した水8の温度が80℃以下であることが好ましく、20〜80℃であることがより好ましい。温度を80℃以下とすると、付着物が比較的大きな結晶であったとしても、温度が80℃を超える場合と比較して、透過流束Q及び分離性能αといったゼオライト膜の特性を低下させずに、より十分に溶出させることが可能となる。   In the dipping step, the temperature of the water 8 described above is preferably 80 ° C. or less, and more preferably 20 to 80 ° C. When the temperature is 80 ° C. or lower, even if the deposits are relatively large crystals, the characteristics of the zeolite membrane such as the permeation flux Q and the separation performance α are not deteriorated as compared with the case where the temperature exceeds 80 ° C. It is possible to elute more fully.

なお、上記水8の温度が80℃を超えると、ゼオライト結晶が短時間で分解されてしまい、ゼオライト膜の十分な特性が得られない虞があり、また、温度が20℃未満であると、不純物の溶出が遅くなる傾向にある。   In addition, when the temperature of the water 8 exceeds 80 ° C., the zeolite crystals are decomposed in a short time, there is a possibility that sufficient characteristics of the zeolite membrane may not be obtained, and when the temperature is less than 20 ° C., The elution of impurities tends to be delayed.

上記浸漬工程において、分離膜素体1が浸漬された状態で、容器10内の水8を、非流動状態から、モータ、攪拌機等で循環させることが好ましい。この場合、水8のpHが局所的に高くなることが抑制されるため、より効果的に分離膜素体1内部の付着物を除去できる。また、分離膜素体1が中空状である場合は、分離膜素体1の中空部に水8が浸入するように循環させることが好ましい。この場合、分離膜素体1の中空部についても十分に付着物を除去できる。   In the immersion step, it is preferable to circulate the water 8 in the container 10 from the non-flowing state with a motor, a stirrer, or the like while the separation membrane element 1 is immersed. In this case, since the pH of the water 8 is suppressed from being locally increased, the deposits inside the separation membrane element body 1 can be more effectively removed. Further, when the separation membrane element 1 is hollow, it is preferable to circulate so that the water 8 enters the hollow portion of the separation membrane element 1. In this case, the deposits can be sufficiently removed from the hollow portion of the separation membrane element body 1.

上記ゼオライト分離膜の製造方法によれば、支持体の表面上にMFI型、X型、Y型、A型、T型等、種々の組成及び構造を有するゼオライト分離膜を製造できる。こうして得られるゼオライト分離膜は、上述したゼオライト分離膜の製造方法により得られるため、有機溶剤中へのゼオライト膜の原料に由来する不純物の混入を抑制できる。   According to the method for producing a zeolite separation membrane, zeolite separation membranes having various compositions and structures such as MFI type, X type, Y type, A type, and T type can be produced on the surface of the support. Since the zeolite separation membrane thus obtained is obtained by the above-described method for producing a zeolite separation membrane, it is possible to suppress contamination of impurities derived from the raw material of the zeolite membrane into the organic solvent.

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。   The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above embodiment.

例えば、上記実施形態において、種付着工程は任意であり、必ずしも本発明に必須の工程ではない。なお、種付着工程を行わない場合は、支持素体が支持体となる。   For example, in the above embodiment, the seed attachment step is optional and is not necessarily an essential step in the present invention. In addition, when not performing a seed adhesion process, a support element | base_body becomes a support body.

また、本実施形態においては、上記分離工程後に、ゼオライト膜素体を冷却する冷却工程を更に備えていてもよい。このように冷却工程を行うことにより、ゼオライト膜素体が乾燥し難くなり付着物が固化することを抑制できる。   Moreover, in this embodiment, you may further provide the cooling process which cools a zeolite membrane element body after the said isolation | separation process. By performing the cooling step in this way, it is difficult to dry the zeolite membrane body and it is possible to suppress the deposit from solidifying.

なお、分離工程後であれば、上記冷却工程は、洗浄工程と同時に行ってもよいし、分離工程と、洗浄工程との間に行ってもよい。冷却工程と洗浄工程とを同時に行う場合には、液体を低温(例えば10℃〜40℃)の水とし、ゼオライト膜素体を液体により冷却しながら洗浄する。この場合、工程数を減らすことができるので、作業時間を短縮することができる。また、冷却工程が分離工程と洗浄工程との間に行われる場合には、例えば反応液を貯留する容器において、反応液中にゼオライト膜素体が浸漬された状態から、反応液を抜き出し、冷却用の純水を導入する。これにより、ゼオライト膜素体に付着している反応液が希釈され、洗浄工程において、反応液が液体中に混入する割合を軽減できる。   In addition, if it is after a separation process, the said cooling process may be performed simultaneously with a washing | cleaning process, and may be performed between a separation process and a washing | cleaning process. When performing a cooling process and a washing | cleaning process simultaneously, a liquid is made into the water of low temperature (for example, 10 to 40 degreeC), and it wash | cleans, cooling a zeolite membrane body with a liquid. In this case, since the number of steps can be reduced, the working time can be shortened. Further, when the cooling step is performed between the separation step and the washing step, for example, in a container storing the reaction solution, the reaction solution is extracted from the state in which the zeolite membrane element is immersed in the reaction solution, and cooled. Pure water is introduced. Thereby, the reaction liquid adhering to the zeolite membrane element is diluted, and the ratio of the reaction liquid mixed in the liquid in the washing step can be reduced.

上記冷却工程において、ゼオライト膜素体の冷却方法は特に限定されない。冷却方法としては、例えば、ゼオライト膜素体を水中に浸漬する方法、水をゼオライト膜素体に噴霧する方法、水をゼオライト膜素体に投下する方法等が挙げられる。   In the cooling step, the method for cooling the zeolite membrane is not particularly limited. Examples of the cooling method include a method of immersing the zeolite membrane element in water, a method of spraying water onto the zeolite membrane element, and a method of dropping water onto the zeolite membrane element.

上記実施形態において、上記浸漬工程は、容器10内に水8を貯留させ、非流動状態の水8に分離膜素体1を浸漬させているが、このとき、水8は流動状態であってもよい、   In the above embodiment, in the immersion step, the water 8 is stored in the container 10 and the separation membrane element 1 is immersed in the non-flowing water 8. At this time, the water 8 is in a fluid state. Good,

また、図1に示すように、本実施形態においては、3本の分離膜素体1を浸漬させているが、浸漬させる分離膜素体1は3本に限定されず、1〜2本であっても4本以上であってもよい。なお、この場合、支持トレイ3の溝5の数は、配置させる分離膜素体1の数に対応させる。また、本実施形態においては、分離膜素体1を支持トレイ3上部に配置しているが、分離膜素体1の一端を支持具で支持し、容器10の上方から吊るして容器10内の水8に浸漬させてもよい。なお、このとき、分離膜素体1は、分離膜素体1全体が水8に浸漬するようにし、支持される一端以外は、他の分離膜素体1や容器10の壁等に接触させないようにすることが好ましい。   In addition, as shown in FIG. 1, in the present embodiment, three separation membrane elements 1 are immersed, but the number of separation membrane elements 1 to be immersed is not limited to three, but one or two. There may be four or more. In this case, the number of grooves 5 of the support tray 3 is made to correspond to the number of separation membrane elements 1 to be arranged. In the present embodiment, the separation membrane element 1 is disposed on the support tray 3. However, one end of the separation membrane element 1 is supported by a support and suspended from above the container 10. It may be immersed in water 8. At this time, the separation membrane element 1 is immersed in the water 8 so that the entire separation membrane element 1 is not brought into contact with the other separation membrane element 1 or the wall of the container 10 except for one end to be supported. It is preferable to do so.

以下、実施例及び比較例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、以下に挙げる実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention further more concretely, this invention is not limited to the Example given below.

(実施例1)
[種付着工程]
A型ゼオライトの微粒子(種結晶、平均粒径300nm)を水に入れて撹拌し、0.5質量%の濃度の溶液を作製した。この溶液にα−アルミナからなる管状多孔質支持素体(平均細孔径1.3μm、外径10mm、内径6mm、長さ13cm)を3分間浸漬した後、約0.2cm/sの速度で引き上げた。これを25℃の恒温槽中で2時間乾燥した後、70℃の恒温槽中で16時間乾燥し、支持体を得た。
Example 1
[Seed adhesion process]
A type A zeolite fine particles (seed crystals, average particle size 300 nm) were placed in water and stirred to prepare a solution having a concentration of 0.5 mass%. A tubular porous support body (average pore diameter 1.3 μm, outer diameter 10 mm, inner diameter 6 mm, length 13 cm) made of α-alumina is immersed in this solution for 3 minutes and then pulled up at a rate of about 0.2 cm / s. It was. This was dried in a constant temperature bath at 25 ° C. for 2 hours and then dried in a constant temperature bath at 70 ° C. for 16 hours to obtain a support.

[膜素体形成工程]
次いで水150モル部に対し、アルミナ(Al)を1モル部、二酸化ケイ素(SiO)を2モル部、酸化ナトリウム(NaO)を2モル部加え、反応液を得た。この反応液中に、上記支持体を浸漬して、100℃で3時間保持し、支持体の表面にゼオライト膜素体を形成した。
[Film body forming process]
Next, 1 mol part of alumina (Al 2 O 3 ), 2 mol parts of silicon dioxide (SiO 2 ), and 2 mol parts of sodium oxide (Na 2 O) were added to 150 mol parts of water to obtain a reaction solution. The support was immersed in this reaction solution and held at 100 ° C. for 3 hours to form a zeolite membrane on the surface of the support.

[洗浄工程]
次いで上記ゼオライト膜素体をPVAの不織布を用いて手洗浄により洗浄し、乾燥させた。
[Washing process]
Next, the zeolite membrane was washed by hand washing with a non-woven fabric of PVA and dried.

[浸漬工程]
そして、ゼオライト膜素体が形成された分離膜素体1を図1に示すように、容器10内の底部に配置した支持トレイ3の溝5に配置し、水8を当該容器10に投入した。そして、分離膜素体1を水8中で19時間浸漬させた。なお、このときの水8は40℃の純水を用い、水8は浸漬中非流動状態とした。こうして支持体の表面上にゼオライト膜が形成されたゼオライト分離膜を得た。
[Immersion process]
Then, as shown in FIG. 1, the separation membrane element 1 on which the zeolite membrane element is formed is arranged in the groove 5 of the support tray 3 arranged at the bottom of the container 10, and water 8 is put into the container 10. . Then, the separation membrane element 1 was immersed in water 8 for 19 hours. In addition, the water 8 at this time used the pure water of 40 degreeC, and the water 8 was made into the non-flowing state during immersion. In this way, a zeolite separation membrane having a zeolite membrane formed on the surface of the support was obtained.

(比較例1)
実施例1において、浸漬工程を行わないこと以外は実施例1と同様にして、支持体の表面上にゼオライト膜が形成されたゼオライト分離膜を得た。
(Comparative Example 1)
In Example 1, a zeolite separation membrane in which a zeolite membrane was formed on the surface of the support was obtained in the same manner as in Example 1 except that the dipping process was not performed.

(評価方法)
[分離性能及び透過流束]
上記実施例1及び比較例1で得られたゼオライト分離膜をそれぞれ2本ずつ準備し、これらの分離性能を評価するために、図2に示すパーベーパレーション(PV)試験装置を組み立てた。このPV試験装置は、供給液Aが供給される供給槽21を有する。供給槽21には供給液Aを供給槽21に供給するための管31が接続され、供給槽21内には、分離器22が設置されるとともに供給液Aを攪拌する攪拌装置32が設けられている。この分離器22として、上記実施例1及び比較例1のゼオライト分離膜を用いた。なお、分離器22の開放端には管16が接続され、管16の末端には液体窒素トラップ23を介して真空ポンプ24が接続されている。また、管16の途中には真空ゲージ25が取り付けられている。
(Evaluation methods)
[Separation performance and permeation flux]
Two zeolite separation membranes obtained in Example 1 and Comparative Example 1 were prepared, and a pervaporation (PV) test apparatus shown in FIG. 2 was assembled in order to evaluate the separation performance. This PV test apparatus has a supply tank 21 to which a supply liquid A is supplied. A pipe 31 for supplying the supply liquid A to the supply tank 21 is connected to the supply tank 21, and a separator 22 is installed in the supply tank 21 and a stirring device 32 for stirring the supply liquid A is provided. ing. As the separator 22, the zeolite separation membranes of Example 1 and Comparative Example 1 were used. A tube 16 is connected to the open end of the separator 22, and a vacuum pump 24 is connected to the end of the tube 16 via a liquid nitrogen trap 23. A vacuum gauge 25 is attached in the middle of the tube 16.

このPV試験装置の供給液容器21に、管31を通して75℃の供給液A(水/エタノールの質量比=10/90)を供給し、真空ポンプ24により分離器22内を吸引した(真空ゲージ25による真空度:10〜1000Pa)。分離器22を透過した液Bは液体窒素トラップ23で捕集された。供給液Aと透過液Bの組成をガスクロマトグラフ(商品名:GC−14B、株式会社島津製作所社製)を用いて測定し、分離性能αを求めた。また、捕集された液体の重量を測定し、その重量、膜面積、捕集時間に基づいて透過流束Qを求めた。得られた結果を表1に示す。   A supply liquid A (water / ethanol mass ratio = 10/90) at 75 ° C. is supplied to the supply liquid container 21 of this PV test apparatus through a pipe 31 and the inside of the separator 22 is sucked by a vacuum pump 24 (vacuum gauge). 25 degree of vacuum: 10 to 1000 Pa). The liquid B that passed through the separator 22 was collected by a liquid nitrogen trap 23. The composition of the supply liquid A and the permeate B was measured using a gas chromatograph (trade name: GC-14B, manufactured by Shimadzu Corporation) to determine the separation performance α. Further, the weight of the collected liquid was measured, and the permeation flux Q was determined based on the weight, membrane area, and collection time. The obtained results are shown in Table 1.

[ナトリウム濃度測定]
エタノール90%、水10%の混合溶媒100mlを準備し、実施例1及び比較例1のゼオライト分離膜を用いて、75℃で5時間PV測定を実施した。その後、ICP/MASS測定装置(SPECTRO社製 CIROS−120、誘導結合プラズマ発光分光分析装置)により、アルコール中のナトリウムの濃度を算出した。得られた結果を表1に示す。

Figure 2007061774

[Sodium concentration measurement]
100 ml of a mixed solvent of 90% ethanol and 10% water was prepared, and PV measurement was performed at 75 ° C. for 5 hours using the zeolite separation membranes of Example 1 and Comparative Example 1. Thereafter, the concentration of sodium in the alcohol was calculated using an ICP / MASS measuring apparatus (CIROS-120 manufactured by SPECTRO, inductively coupled plasma optical emission spectrometer). The obtained results are shown in Table 1.
Figure 2007061774

以上の実施例1及び比較例1の結果より、本発明のゼオライト分離膜によれば、透過流束及び分離性能が低下することなく、アルコール中のナトリウム濃度を十分に低減できることが分かった。このことから、本発明のゼオライト分離膜の製造方法によれば、有機溶剤中へのナトリウムの混入を十分に抑制しうるゼオライト分離膜を得ることができることが確認された。   From the results of Example 1 and Comparative Example 1 above, it was found that according to the zeolite separation membrane of the present invention, the sodium concentration in the alcohol can be sufficiently reduced without lowering the permeation flux and the separation performance. From this, it was confirmed that according to the method for producing a zeolite separation membrane of the present invention, a zeolite separation membrane capable of sufficiently suppressing the mixing of sodium into the organic solvent can be obtained.

図1は、本実施形態の浸漬工程における浸漬装置を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an immersion apparatus in the immersion process of the present embodiment. 図2は、実施例1及び比較例1で用いたパーベーパレーション(PV)試験装置を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the pervaporation (PV) test apparatus used in Example 1 and Comparative Example 1.

符号の説明Explanation of symbols

1…分離膜素体、3…支持トレイ、5…溝、8…水、10…容器、16,31…管、21…供給槽、22…分離器、23…液体窒素トラップ、24…真空ポンプ、25…真空ゲージ、32…攪拌装置、100…浸漬装置。

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Separation membrane element, 3 ... Support tray, 5 ... Groove, 8 ... Water, 10 ... Container, 16, 31 ... Pipe, 21 ... Feed tank, 22 ... Separator, 23 ... Liquid nitrogen trap, 24 ... Vacuum pump 25 ... Vacuum gauge, 32 ... Stirrer, 100 ... Dipping device.

Claims (4)

支持体と、前記支持体に設けられるゼオライト膜とを備えるゼオライト分離膜の製造方法において、
前記支持体と前記ゼオライト膜の原料を含む反応液とを接触させ、前記支持体の表面上に、ゼオライト結晶からなるゼオライト膜素体を形成する膜素体形成工程と、
前記ゼオライト膜素体を洗浄する洗浄工程と、
前記洗浄工程後に、前記ゼオライト膜素体を水中に浸漬させて、前記ゼオライト膜を得る浸漬工程と、を備えることを特徴とするゼオライト分離膜の製造方法。
In a method for producing a zeolite separation membrane comprising a support and a zeolite membrane provided on the support,
A membrane element forming step of bringing the support into contact with a reaction solution containing a raw material of the zeolite membrane, and forming a zeolite membrane element comprising zeolite crystals on the surface of the support;
A washing step for washing the zeolite membrane element;
A step of immersing the zeolite membrane body in water after the washing step to obtain the zeolite membrane, and a method for producing a zeolite separation membrane.
前記浸漬工程において、前記ゼオライト膜素体を水中に6〜72時間浸漬させることを特徴とする請求項1記載のゼオライト分離膜の製造方法。   The method for producing a zeolite separation membrane according to claim 1, wherein in the immersion step, the zeolite membrane body is immersed in water for 6 to 72 hours. 前記浸漬工程において、前記水の温度が80℃以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のゼオライト分離膜の製造方法。   3. The method for producing a zeolite separation membrane according to claim 1, wherein the temperature of the water is 80 ° C. or less in the dipping step. 請求項1〜3のいずれか一項に記載のゼオライト分離膜の製造方法により得られることを特徴とするゼオライト分離膜。
A zeolite separation membrane obtained by the method for producing a zeolite separation membrane according to any one of claims 1 to 3.
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