JP2013226541A - Method for production of ceramic film complex - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for production of a ceramic film complex, capable of forming a favorable ceramic film on the surface of a porous substrate cell.SOLUTION: A ceramic film precursor 25 is formed by applying a precursor sol 21 on the surface of the cell 2 of a porous substrate 10 through the steps of: disposing at one edge 11 of the porous substrate 10, a container 20 for storing the precursor sol which has a liquid discharge port 20a having a larger opening than the region in which the cell 2 is formed in one ridge 11 of the porous substrate 10; and making the precursor sol 21 stored in the container 20 free-fall from the whole area of the liquid discharge port 20a of the container 20 toward one edge 11 of the substrate 10 in such a state that the porous substrate 10, on which the container 20 is disposed, is arranged so that one edge 11 is disposed upward and the direction L to which the cell of the substrate 10 extends becomes vertical.

Description

本発明は、セラミック膜複合体の製造方法に関する。更に詳しくは、セラミック膜成形用の前駆体ゾルの量が少なくとも、多孔質基材のセルの表面に良好にセラミック膜を形成することが可能なセラミック膜複合体の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a ceramic membrane composite. More specifically, the present invention relates to a method for producing a ceramic membrane composite capable of forming a ceramic membrane satisfactorily on the surface of a porous substrate cell at least in the amount of the precursor sol for forming the ceramic membrane.

複数種の物質が混じり合っている流体の中から特定の種類の物質のみを分離又は濃縮する際には分離膜を用いることがある。   A separation membrane may be used when only a specific type of material is separated or concentrated from a fluid in which a plurality of types of materials are mixed.

分離膜は、無数の細孔を有した構造によってつくられている。そして、分離膜の細孔は、特定の種類の物質を通過させやすい性質を持つ。そのため、分離膜の細孔内を通過しやすい物質と分離膜の細孔内を通過しにくい物質とが混じり合った流体を分離膜の一方の表面上に供給すると、細孔内を通過しやすい物質は細孔内を通過して分離膜のもう一方の表面上まで来る(分離膜を透過する)ことができる。一方で、細孔内を通過しにくい物質は分離膜を透過することが難しいため、分離膜の一方の表面上にそのまま留まりがちとなる。従って、複数種の物質が混じり合った流体に対して分離膜を透過させるという操作を加えることにより、複数種の物質の中から特定の種類の物質を分離又は濃縮することが可能になる。以下、分離又は濃縮対象となる「複数種の物質が混じり合った流体」を、「被分離液体」ということがある。   The separation membrane is made of a structure having innumerable pores. The pores of the separation membrane have the property of allowing a specific type of substance to pass through. Therefore, if a fluid in which a substance that easily passes through the pores of the separation membrane and a substance that does not easily pass through the pores of the separation membrane are mixed is supplied on one surface of the separation membrane, it easily passes through the pores. The substance can pass through the pores and onto the other surface of the separation membrane (permeate the separation membrane). On the other hand, since it is difficult for a substance that hardly passes through the pores to pass through the separation membrane, it tends to stay on the one surface of the separation membrane. Therefore, it is possible to separate or concentrate a specific kind of substance from the plurality of kinds of substances by adding an operation of permeating the separation membrane with respect to a fluid in which a plurality of kinds of substances are mixed. Hereinafter, the “fluid in which a plurality of types of substances are mixed” to be separated or concentrated may be referred to as “liquid to be separated”.

セラミック膜は、多孔質基材上に配置されて用いられることがある。このような、多孔質基材とセラミック膜とからなる複合体をセラミック膜複合体ということがある。多孔質基材は、流体の流路となる一方の端面から他方の端面まで延びる複数のセルが形成された筒状のものを挙げることができる。セラミック膜複合体を形成する方法としては、例えば、図17のような方法を挙げることができる。図17に示すように、広口ロート等の筒状部材124の下端に多孔質基材110を固定し、容器120内のセラミック膜成形用の前駆体ゾル121を、多孔質基材110の上部から流し込み、多孔質基材110のセル112内を通過させる(例えば、特許文献1参照)。図17は、従来のセラミック膜複合体の製造方法の一例を示す模式図である。   The ceramic membrane may be used by being disposed on a porous substrate. Such a composite composed of a porous substrate and a ceramic membrane may be referred to as a ceramic membrane composite. Examples of the porous substrate include a cylindrical substrate in which a plurality of cells extending from one end surface serving as a fluid flow path to the other end surface are formed. As a method for forming the ceramic membrane composite, for example, a method as shown in FIG. As shown in FIG. 17, the porous substrate 110 is fixed to the lower end of a cylindrical member 124 such as a wide-mouth funnel, and the precursor sol 121 for forming a ceramic film in the container 120 is placed from above the porous substrate 110. Pour and pass through the cell 112 of the porous substrate 110 (see, for example, Patent Document 1). FIG. 17 is a schematic view showing an example of a conventional method for producing a ceramic membrane composite.

セラミック膜としては、シリカ膜、チタニア膜、ジルコニア膜等がある。例えば、シリカ膜は、アルコキシシランなどのシリカ化合物を加水分解及び重縮合させて製造することができる多孔質膜である。そして、シリカ膜の細孔は、水、二酸化炭素、プロピレンなどの分子径が小さい物質を通過させやすい性質を有している。そのため、シリカ膜は、バイオマスから得られる水とエタノールとの混合液体から水を分離する場合や、燃焼排気ガスから二酸化炭素を分離する場合などに使用されている。   Examples of the ceramic film include a silica film, a titania film, and a zirconia film. For example, the silica film is a porous film that can be produced by hydrolysis and polycondensation of a silica compound such as alkoxysilane. The pores of the silica film have a property that allows a substance having a small molecular diameter such as water, carbon dioxide, and propylene to pass therethrough. Therefore, the silica membrane is used when separating water from a mixed liquid of water and ethanol obtained from biomass, or when separating carbon dioxide from combustion exhaust gas.

国際公開第2008/050812号International Publication No. 2008/050812

しかしながら、従来のセラミック膜複合体の製造方法においては、使用する前駆体ゾルの量を非常に多く必要とするという問題があった。即ち、図17のような製造方法において、多孔質基材110に形成された全てのセル112の表面に、良好にセラミック膜を形成するためには、大量の前駆体ゾルを多孔質基材110に流し込まなければならなかった。   However, the conventional method for producing a ceramic membrane composite has a problem that a very large amount of precursor sol is required. That is, in the manufacturing method as shown in FIG. 17, in order to satisfactorily form a ceramic film on the surface of all the cells 112 formed on the porous substrate 110, a large amount of precursor sol is added to the porous substrate 110. Had to pour into.

また、従来のセラミック膜複合体の製造方法においては、使用する前駆体ゾルの量が少ないと、多孔質基材110のセル112の表面の一部に、セラミック膜が形成されないことがあるという問題もあった。特に、基材径が大きいと多孔質基材110の外周側のセル112の表面には、セラミック膜が形成され難い。このようにセルの表面の一部にセラミック膜が形成されていないセラミック膜複合体は、セラミック膜が形成されていない部位を、被分離液体が分離されずに通過してしまうため、分離性能が著しく低下してしまう。   Further, in the conventional method for producing a ceramic membrane composite, if the amount of the precursor sol used is small, the ceramic membrane may not be formed on a part of the surface of the cell 112 of the porous substrate 110. There was also. In particular, when the substrate diameter is large, it is difficult to form a ceramic film on the surface of the cell 112 on the outer peripheral side of the porous substrate 110. As described above, the ceramic membrane composite in which the ceramic membrane is not formed on a part of the surface of the cell has a separation performance because the liquid to be separated passes through the portion where the ceramic membrane is not formed without being separated. It will drop significantly.

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものである。本発明は、セラミック膜成形用の前駆体ゾルの量が少なくとも、多孔質基材のセルの表面に良好にセラミック膜を形成することが可能なセラミック膜複合体の製造方法を提供する。   The present invention has been made in view of the above-described problems. The present invention provides a method for producing a ceramic membrane composite capable of forming a ceramic membrane satisfactorily on the surface of a porous substrate cell at least in the amount of the precursor sol for forming the ceramic membrane.

本発明によれば、以下のセラミック膜複合体の製造方法が提供される。   According to the present invention, the following method for producing a ceramic membrane composite is provided.

[1] 流体の流路となる一方の端面から他方の端面まで延びる複数のセルが形成された筒状の多孔質基材の前記セルの表面に、セラミック膜成形用の前駆体ゾルを塗布して、セラミック膜前駆体を形成するセラミック膜前駆体作製工程と、前記セラミック膜前駆体を熱処理して、前記多孔質基材の前記セルの表面にセラミック膜を形成する熱処理工程と、を備え、前記セラミック膜前駆体作製工程が、前記多孔質基材の前記一方の端面における前記セルが形成されている領域よりも開口部の大きさが大きな液排出口を有する前駆体ゾル貯留用容器を、前記多孔質基材の前記一方の端面側に配設し、前記前駆体ゾル貯留用容器を配設した前記多孔質基材を、前記一方の端面が上方となり且つ前記多孔質基材のセルの延びる方向が鉛直方向となるように配置した状態で、前記前駆体ゾル貯留用容器に貯留された前記前駆体ゾルを、前記液排出口全域から前記多孔質基材の前記一方の端面に向けて自由落下させることにより、前記セラミック膜前駆体を形成するセラミック膜複合体の製造方法。 [1] A precursor sol for forming a ceramic film is applied to the surface of the cylindrical porous substrate on which a plurality of cells extending from one end surface to the other end surface serving as a fluid flow path are formed. A ceramic film precursor preparation step for forming a ceramic film precursor, and a heat treatment step for heat-treating the ceramic film precursor to form a ceramic film on the surface of the cell of the porous substrate, A precursor sol storage container having a liquid outlet having a larger opening than the region where the cells are formed on the one end face of the porous base material in the ceramic film precursor preparation step, The porous base material provided on the one end face side of the porous base material, and the precursor sol storage container is provided on the porous base material cell. The extending direction is the vertical direction In such a state, the precursor sol stored in the precursor sol storage container is allowed to fall freely from the entire liquid discharge port toward the one end surface of the porous substrate, A method for producing a ceramic membrane composite for forming a ceramic membrane precursor.

[2] 前記前駆体ゾルが貯留された前記前駆体ゾル貯留用容器を前記一方の端面側に配置した前記多孔質基材を、前記一方の端面が下方となり且つ前記多孔質基材のセルの延びる方向が鉛直方向となるように配置した状態から、前記セルの延びる方向上の1点を回転中心として、前記多孔質基材の前記一方の端面と前記他方の端面との天地が反転するように180°回転させることにより、前記前駆体ゾル貯留用容器に貯留された前記前駆体ゾルを、前記多孔質基材の前記一方の端面に向けて自由落下させる前記[1]に記載のセラミック膜複合体の製造方法。 [2] The porous base material in which the precursor sol storage container in which the precursor sol is stored is disposed on the one end surface side, the one end surface being downward and the cell of the porous base material cell. From the state in which the extending direction is the vertical direction, the top and bottom of the one end surface and the other end surface of the porous substrate are reversed with one point on the cell extending direction as the rotation center. The ceramic film according to [1], in which the precursor sol stored in the precursor sol storage container is freely dropped toward the one end face of the porous base material by being rotated by 180 ° A method for producing a composite.

[3] 前記回転中心から、前記前駆体ゾル貯留用容器に溜まった液面までの長さをa(m)とした場合に、前記多孔質基材を前記天地が反転するように180°回転させる際の前記前駆体ゾル液面部位の速度が√(9.8a)m/秒以上である前記[2]に記載のセラミック膜複合体の製造方法。 [3] When the length from the rotation center to the liquid level accumulated in the precursor sol storage container is a (m), the porous substrate is rotated 180 ° so that the top and bottom are reversed. The method for producing a ceramic membrane composite according to the above [2], wherein the speed of the precursor sol liquid surface part when the slab is made is √ (9.8a) m / sec or more.

[4] 前記前駆体ゾル貯留用容器に貯留される前記前駆体ゾルの量が、前記多孔質基材の前記一方の端面の面積をScmとした場合に、2SmL以上である前記[1]〜[3]のいずれかに記載のセラミック膜複合体の製造方法。 [4] The amount of the precursor sol stored in the precursor sol storage container is 2 SmL or more when the area of the one end surface of the porous substrate is Scm 2 [1] The manufacturing method of the ceramic membrane composite in any one of-[3].

[5] 前記多孔質基材の前記一方の端面における外径が50mm以上である前記[1]〜[4]のいずれかに記載のセラミック膜複合体の製造方法。 [5] The method for producing a ceramic membrane composite according to any one of [1] to [4], wherein an outer diameter of the one end face of the porous substrate is 50 mm or more.

[6] 前記前駆体ゾルの粘度が、1.0〜20mPa・sである前記[1]〜[5]のいずれかに記載のセラミック膜複合体の製造方法。 [6] The method for producing a ceramic membrane composite according to any one of [1] to [5], wherein the viscosity of the precursor sol is 1.0 to 20 mPa · s.

[7] 前記セラミック膜が、シリカ膜である前記[1]〜[6]のいずれかに記載のセラミック膜複合体の製造方法。 [7] The method for producing a ceramic membrane composite according to any one of [1] to [6], wherein the ceramic membrane is a silica membrane.

[8] 前記シリカ膜が、p−トリル基を含有するシリカ膜である前記[7]に記載のセラミック膜複合体の製造方法。 [8] The method for producing a ceramic membrane composite according to [7], wherein the silica membrane is a silica membrane containing a p-tolyl group.

本発明のセラミック膜複合体の製造方法は、以下のような、セラミック膜前駆体作製工程を備えたものである。即ち、まず、多孔質基材の一方の端面におけるセルが形成されている領域よりも開口部の大きさが大きな液排出口を有する前駆体ゾル貯留用容器を、多孔質基材の一方の端面側に配設する。その後、前駆体ゾル貯留用容器を配設した多孔質基材を、一方の端面が上方となり且つ多孔質基材のセルの延びる方向が鉛直方向となるように配置する。そして、その状態にて、前駆体ゾル貯留用容器に貯留された前駆体ゾルを、前駆体ゾル貯留用容器の液排出口全域から多孔質基材の一方の端面に向けて自由落下させることにより、セラミック膜前駆体を形成する。   The method for producing a ceramic membrane composite of the present invention comprises the following ceramic membrane precursor preparation step. That is, first, a precursor sol storage container having a liquid outlet having a larger opening than the region where cells are formed on one end surface of the porous substrate is connected to one end surface of the porous substrate. On the side. Thereafter, the porous base material in which the precursor sol storage container is disposed is arranged so that one end surface is upward and the cell extending direction of the porous base material is the vertical direction. In that state, the precursor sol stored in the precursor sol storage container is allowed to fall freely from the entire liquid discharge port of the precursor sol storage container toward one end surface of the porous substrate. Forming a ceramic film precursor;

このように構成することによって、多孔質基材の一方の端面全域に対して、均等に前駆体ゾルを流し込むことができる。この際、多孔質基材の一方の端面上に、一時的に前駆体ゾルが滞留し、その後、前駆体ゾルが各セル内を通過しながら、他方の端面側まで移動する。これにより、多孔質基材の全てのセルの表面に、均等にセラミック膜前駆体を形成することができる。従って、本発明のセラミック膜複合体の製造方法によれば、セラミック膜成形用の前駆体ゾルの量が少なくとも、多孔質基材の全てのセルの表面に良好にセラミック膜を形成することができる。   By comprising in this way, precursor sol can be poured evenly with respect to the whole one end surface of a porous base material. At this time, the precursor sol temporarily stays on one end face of the porous substrate, and then the precursor sol moves to the other end face side while passing through each cell. Thereby, a ceramic membrane precursor can be uniformly formed on the surface of all cells of the porous substrate. Therefore, according to the method for producing a ceramic membrane composite of the present invention, a ceramic membrane can be satisfactorily formed on the surface of all the cells of the porous substrate at least in the amount of the precursor sol for forming the ceramic membrane. .

本発明のセラミック膜複合体の製造方法においては、前駆体ゾルを、前駆体ゾル貯留用容器の液排出口全域から多孔質基材の一方の端面に向けて自由落下させる方法が、以下の方法であることが好ましい。まず、前駆体ゾルが貯留された前駆体ゾル貯留用容器を一方の端面側に配置した多孔質基材を、一方の端面が下方となり且つ多孔質基材のセルの延びる方向が鉛直方向となるように配置する。この状態から、セルの延びる方向上の1点を回転中心として、多孔質基材の一方の端面と他方の端面との天地が反転するように180°回転させる。このように構成することによって、より簡便な方法によって、前駆体ゾルを、前駆体ゾル貯留用容器の液排出口から多孔質基材の一方の端面に向けて自由落下させることができる。   In the method for producing a ceramic membrane composite of the present invention, the method of allowing the precursor sol to fall freely from the entire liquid discharge port of the precursor sol storage container toward one end surface of the porous substrate is as follows. It is preferable that First, a porous base material in which a precursor sol storage container in which a precursor sol is stored is arranged on one end surface side, one end surface is downward, and the cell extending direction of the porous base material is a vertical direction. Arrange as follows. From this state, the center of rotation of one point in the cell extending direction is rotated 180 ° so that the top and bottom of one end surface and the other end surface of the porous substrate are reversed. With this configuration, the precursor sol can be freely dropped from the liquid discharge port of the precursor sol storage container toward one end surface of the porous substrate by a simpler method.

本発明のセラミック膜複合体の製造方法の一の実施形態を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating one Embodiment of the manufacturing method of the ceramic membrane composite of this invention. 本発明のセラミック膜複合体の製造方法の一の実施形態におけるセラミック膜前駆体作製工程において、セラミック膜前駆体を形成する過程を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the process of forming a ceramic membrane precursor in the ceramic membrane precursor preparation process in one Embodiment of the manufacturing method of the ceramic membrane composite of this invention. セラミック膜前駆体作製工程を説明するための概略断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating a ceramic membrane precursor preparation process. セラミック膜前駆体作製工程を説明するための概略断面図であり、図3Aの次の操作を示す。It is a schematic sectional drawing for demonstrating a ceramic membrane precursor preparation process, and shows the next operation of FIG. 3A. セラミック膜前駆体作製工程を説明するための概略断面図であり、図3Bの次の操作を示す。It is a schematic sectional drawing for demonstrating a ceramic membrane precursor preparation process, and shows the next operation of FIG. 3B. セラミック膜前駆体作製工程を説明するための概略断面図であり、図3Cの次の操作を示す。It is a schematic sectional drawing for demonstrating a ceramic membrane precursor preparation process, and shows the operation | movement following FIG. 3C. セルの真空度の測定方法を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the measuring method of the vacuum degree of a cell. 図4における、1個のセルを拡大して示す拡大模式図である。It is an expansion schematic diagram which expands and shows one cell in FIG. 実施例1によって製造されたシリカ膜複合体の一方の端面を撮像した写真である。2 is a photograph of one end face of the silica membrane composite produced according to Example 1. 実施例1によって製造されたシリカ膜複合体の、セルの真空度の測定結果を示すグラフである。4 is a graph showing measurement results of cell vacuum degree of the silica membrane composite produced according to Example 1. FIG. 比較例1によって製造されたシリカ膜複合体の、セルの真空度の測定結果を示すグラフである。6 is a graph showing measurement results of cell vacuum degree of the silica membrane composite produced in Comparative Example 1. FIG. 実施例2によって製造されたシリカ膜複合体の、セルの真空度の測定結果を示すグラフである。6 is a graph showing the measurement results of the degree of vacuum of the cell of the silica membrane composite produced according to Example 2. 比較例2によって製造されたシリカ膜複合体の、セルの真空度の測定結果を示すグラフである。6 is a graph showing measurement results of cell vacuum degree of the silica membrane composite produced in Comparative Example 2. 実施例3によって製造されたシリカ膜複合体の、セルの真空度の測定結果を示すグラフである。6 is a graph showing measurement results of cell vacuum degree of the silica membrane composite produced according to Example 3. 比較例3によって製造されたシリカ膜複合体の、セルの真空度の測定結果を示すグラフである。6 is a graph showing measurement results of cell vacuum degree of the silica membrane composite produced by Comparative Example 3. FIG. 実施例4によって製造されたシリカ膜複合体の、セルの真空度の測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of the vacuum degree of a cell of the silica membrane composite manufactured by Example 4. 比較例4によって製造されたシリカ膜複合体の、セルの真空度の測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of the vacuum degree of a cell of the silica membrane composite manufactured by the comparative example 4. 実施例5によって製造されたシリカ膜複合体の、セルの真空度の測定結果を示すグラフである。6 is a graph showing the measurement results of the degree of vacuum of the cell of the silica membrane composite produced according to Example 5. 比較例5によって製造されたシリカ膜複合体の、セルの真空度の測定結果を示すグラフである。10 is a graph showing the measurement results of the degree of vacuum of the cell of the silica membrane composite produced by Comparative Example 5. 従来のセラミック膜複合体の製造方法の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the manufacturing method of the conventional ceramic membrane composite.

次に本発明を実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。   Next, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following embodiments, and it is understood that design changes, improvements, and the like can be added as appropriate based on the ordinary knowledge of those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Should.

(1)セラミック膜複合体の製造方法:
本発明のセラミック膜複合体の製造方法の一の実施形態は、図1に示すように、セラミック膜前駆体作製工程Aと、熱処理工程Bとを備えたものである。図1は、本発明のセラミック膜複合体の製造方法の一の実施形態を説明するための模式図である。セラミック膜前駆体作製工程Aは、流体の流路となる一方の端面11から他方の端面12まで延びる複数のセル2が形成された筒状の多孔質基材10のセル2の表面に、セラミック膜成形用の前駆体ゾルを塗布して、セラミック膜前駆体25を形成する工程である。熱処理工程Bは、セラミック膜前駆体25を熱処理して、多孔質基材10のセル2の表面にセラミック膜26を形成する工程である。熱処理工程Bにおいては、セル2の表面にセラミック膜前駆体25が形成された多孔質基材10を、セラミック膜前駆体25とともに加熱して、セラミック膜26を形成することが好ましい。このように構成することによって、一方の端面11から他方の端面12まで延びる複数のセル2が形成された筒状の多孔質基材10と、多孔質基材10のセル2の表面に配設されたセラミック膜26と、を備えたセラミック膜複合体100を製造することができる。
(1) Manufacturing method of ceramic membrane composite:
One embodiment of the method for producing a ceramic membrane composite of the present invention comprises a ceramic membrane precursor preparation step A and a heat treatment step B as shown in FIG. FIG. 1 is a schematic view for explaining one embodiment of a method for producing a ceramic membrane composite of the present invention. The ceramic film precursor preparation step A is performed on the surface of the cell 2 of the cylindrical porous substrate 10 in which a plurality of cells 2 extending from one end surface 11 to the other end surface 12 serving as a fluid flow path are formed. In this process, a ceramic film precursor 25 is formed by applying a film forming precursor sol. The heat treatment step B is a step in which the ceramic film precursor 25 is heat treated to form the ceramic film 26 on the surface of the cell 2 of the porous substrate 10. In the heat treatment step B, it is preferable to form the ceramic film 26 by heating the porous substrate 10 having the ceramic film precursor 25 formed on the surface of the cell 2 together with the ceramic film precursor 25. By comprising in this way, the cylindrical porous base material 10 in which the several cell 2 extended from one end surface 11 to the other end surface 12 was formed, and the surface of the cell 2 of the porous base material 10 was arrange | positioned. The ceramic membrane composite 100 provided with the ceramic membrane 26 can be manufactured.

本実施形態のセラミック膜複合体の製造方法におけるセラミック膜前駆体作製工程Aは、図2に示すようにして行われる。図2は、本実施形態のセラミック膜複合体の製造方法におけるセラミック膜前駆体作製工程において、セラミック膜前駆体を形成する過程を模式的に示す斜視図である。図2に示すように、セラミック膜前駆体作製工程Aにおいては、まず、多孔質基材10の一方の端面11におけるセル2が形成されている領域よりも開口部の大きさが大きな液排出口20aを有する前駆体ゾル貯留用容器20を、多孔質基材10の一方の端面11側に配設する。その後、前駆体ゾル貯留用容器20を配設した多孔質基材10を、一方の端面11が上方となり且つ多孔質基材10のセルの延びる方向Lが鉛直方向となるように配置する。そして、その状態にて、前駆体ゾル貯留用容器20に貯留された前駆体ゾル21を、前駆体ゾル貯留用容器20の液排出口20a全域から多孔質基材10の一方の端面11に向けて自由落下させることにより、セラミック膜前駆体25を形成する。この時、多孔質基材10の一方の端面11及び他方の端面12は、ガラスなどでシールされ、セル2の表面以外には、前駆体ゾル21が付着しないようになっている。   The ceramic membrane precursor production step A in the method for producing a ceramic membrane composite of the present embodiment is performed as shown in FIG. FIG. 2 is a perspective view schematically showing a process of forming the ceramic film precursor in the ceramic film precursor manufacturing process in the method of manufacturing the ceramic film composite of the present embodiment. As shown in FIG. 2, in the ceramic film precursor preparation step A, first, a liquid outlet having a larger opening than the region where the cell 2 is formed on one end face 11 of the porous substrate 10. A precursor sol storage container 20 having 20 a is disposed on one end face 11 side of the porous substrate 10. Thereafter, the porous substrate 10 in which the precursor sol storage container 20 is disposed is disposed such that one end surface 11 is on the upper side and the cell extending direction L of the porous substrate 10 is the vertical direction. In this state, the precursor sol 21 stored in the precursor sol storage container 20 is directed from the entire liquid discharge port 20a of the precursor sol storage container 20 toward one end face 11 of the porous substrate 10. The ceramic film precursor 25 is formed by allowing it to fall freely. At this time, one end surface 11 and the other end surface 12 of the porous substrate 10 are sealed with glass or the like, and the precursor sol 21 is not attached to the surface other than the surface of the cell 2.

このように構成することによって、多孔質基材10の一方の端面11全域に対して、均等に前駆体ゾル21を流し込むことができる。即ち、上述したような液排出口20aを有する前駆体ゾル貯留用容器20に貯留された前駆体ゾル21を、液排出口20a全域から自由落下によって、多孔質基材10の一方の端面11に向けて流し込むため、前駆体ゾル21の流れにむらが生じ難い。また、この際、多孔質基材10の一方の端面11上に、一時的に前駆体ゾル21が滞留し、その後、前駆体ゾル21が各セル2内を通過しながら、他方の端面12側まで移動する。これにより、多孔質基材10の全てのセル2の表面に、均等にセラミック膜前駆体25を形成することができる。従って、本実施形態のセラミック膜複合体の製造方法によれば、セラミック膜成形用の前駆体ゾル21の量が少なくとも、多孔質基材10のセル2の表面に良好にセラミック膜を形成することができる。尚、前駆体ゾル貯留用容器20は、均等に前駆体ゾルを落下できるならば、筒状になっていてもよい。   By configuring in this way, the precursor sol 21 can be poured evenly over the entire area of the one end face 11 of the porous substrate 10. That is, the precursor sol 21 stored in the precursor sol storage container 20 having the liquid discharge port 20a as described above is dropped on one end face 11 of the porous substrate 10 by free fall from the entire liquid discharge port 20a. Therefore, the flow of the precursor sol 21 is less likely to be uneven. At this time, the precursor sol 21 stays temporarily on one end face 11 of the porous substrate 10, and then the other end face 12 side while the precursor sol 21 passes through each cell 2. Move up. Thereby, the ceramic film precursor 25 can be uniformly formed on the surface of all the cells 2 of the porous substrate 10. Therefore, according to the method for producing a ceramic membrane composite of the present embodiment, the amount of the precursor sol 21 for forming the ceramic membrane can be satisfactorily formed on the surface of the cell 2 of the porous substrate 10. Can do. The precursor sol storage container 20 may have a cylindrical shape as long as the precursor sol can be evenly dropped.

図2においては、多孔質基材10の外周径と同じ径の液排出口20aを有する前駆体ゾル貯留用容器20を用いている。このような多孔質基材10の外周径と同じ径の液排出口20aを有する前駆体ゾル貯留用容器20を用いることより、前駆体ゾル21の流れにむらがより生じ難くなる。   In FIG. 2, a precursor sol storage container 20 having a liquid discharge port 20 a having the same diameter as the outer peripheral diameter of the porous substrate 10 is used. By using the precursor sol storage container 20 having the liquid discharge port 20a having the same diameter as the outer peripheral diameter of the porous base material 10, unevenness in the flow of the precursor sol 21 is less likely to occur.

本実施形態のセラミック膜複合体の製造方法に用いられる多孔質基材10は、流体の流路となる一方の端面11から他方の端面12まで延びる複数のセル2が形成された、レンコン状あるいはハニカム状の基材であることが好ましい。このようなレンコン状あるいはハニカム状の基材を、「モノリス基材」ということがある。   The porous substrate 10 used in the method for manufacturing a ceramic membrane composite of the present embodiment has a lotus-like shape in which a plurality of cells 2 extending from one end face 11 to the other end face 12 serving as a fluid flow path are formed. A honeycomb substrate is preferable. Such a lotus-like or honeycomb-like substrate is sometimes referred to as a “monolith substrate”.

「多孔質基材10の一方の端面11におけるセル2が形成されている領域」とは、多孔質基材10の一方の端面11に開口する全てのセル2を含み、且つ、最も外周に位置する各セルの周縁上の点を結んで形成される領域のことをいう。以下、「多孔質基材10の一方の端面11におけるセル2が形成されている領域」のことを「セル形成領域」ということがある。本実施形態のセラミック膜複合体の製造方法に用いられる前駆体ゾル貯留用容器20は、液排出口20aの大きさが、上記セル形成領域の大きさよりも大きくなるように構成されている。このように構成することによって、前駆体ゾル貯留用容器20から前駆体ゾル21を自由落下させた際に、一方の端面11に開口した全てのセル2内に、均等に前駆体ゾル21を流入させることができる。なお、前駆体ゾル貯留用容器20は、液排出口20aの大きさが、多孔質基材10の一方の端面11における外周と同じ大きさか、又は、多孔質基材10の一方の端面11における外周よりも大きい大きさであることが好ましい。その場合、多孔質基材10と前駆体ゾル貯留用容器20の接続には、フッ素樹脂製のVリングシールを使用してもよい。液排出口20aの大きさを上記大きさにすることにより、多孔質基材10の一方の端面11への前駆体ゾル貯留用容器20の配置が容易になる。また、一方の端面11に開口した全てのセル2内に前駆体ゾル21を均等に流入させ易くなる。   “A region in which the cells 2 on one end surface 11 of the porous substrate 10 are formed” includes all the cells 2 opened on the one end surface 11 of the porous substrate 10 and is located on the outermost periphery. A region formed by connecting points on the periphery of each cell. Hereinafter, the “region in which the cell 2 is formed on the one end surface 11 of the porous substrate 10” may be referred to as a “cell formation region”. The precursor sol storage container 20 used in the method for manufacturing a ceramic membrane composite of the present embodiment is configured such that the size of the liquid discharge port 20a is larger than the size of the cell formation region. With this configuration, when the precursor sol 21 is freely dropped from the precursor sol storage container 20, the precursor sol 21 flows evenly into all the cells 2 opened on one end face 11. Can be made. In the precursor sol storage container 20, the liquid discharge port 20 a has the same size as the outer periphery of one end surface 11 of the porous substrate 10, or the one end surface 11 of the porous substrate 10. The size is preferably larger than the outer periphery. In that case, a V-ring seal made of a fluororesin may be used to connect the porous substrate 10 and the precursor sol storage container 20. By setting the size of the liquid discharge port 20 a to the above size, the arrangement of the precursor sol storage container 20 on the one end surface 11 of the porous substrate 10 is facilitated. In addition, the precursor sol 21 is easily allowed to uniformly flow into all the cells 2 opened on the one end face 11.

セラミック膜成形用の「前駆体ゾル」とは、この前駆体ゾルを膜状に製膜して、その膜状の前駆体ゾルを熱処理することにより、セラミック膜を形成可能なゾルのことを意味する。また、「セラミック膜前駆体」とは、前駆体ゾルを膜状に製膜したものであり、セラミック膜の熱処理前の状態のもののことを意味する。本実施形態のセラミック膜複合体の製造方法に用いられる前駆体ゾルについては、従来のセラミック膜複合体の製造方法に用いられる前駆体ゾルと同様に構成されたものを好適に用いることができる。本実施形態のセラミック膜複合体の製造方法によって作製されるセラミック膜としては、例えば、シリカ膜、チタニア膜、ジルコニア膜等を挙げることができ、それぞれ有機官能基を含んでもよい。これらのセラミック膜は、セラミック膜の一方の表面から他方の表面に通じる複数の細孔が形成されたものであり、複数種の物質の中から特定の種類の物質を分離又は濃縮することが可能な分離膜として機能する膜である。本実施形態のセラミック膜複合体の製造方法においては、作製するセラミック膜の種類に応じて、使用する前駆体ゾルの種類を適宜選択することができる。例えば、シリカ膜を作製する際には、シリカ膜成形用の前駆体ゾルを用いて、セラミック膜前駆体作製工程を行う。   “Precursor sol” for forming a ceramic film means a sol capable of forming a ceramic film by forming the precursor sol into a film and heat-treating the film-shaped precursor sol. To do. Further, the “ceramic film precursor” is a film obtained by forming a precursor sol into a film shape, and means a state before the heat treatment of the ceramic film. About the precursor sol used for the manufacturing method of the ceramic membrane composite of this embodiment, what was comprised similarly to the precursor sol used for the manufacturing method of the conventional ceramic membrane composite can be used suitably. Examples of the ceramic film produced by the method for producing a ceramic film composite of the present embodiment include a silica film, a titania film, and a zirconia film, and each may contain an organic functional group. These ceramic membranes are formed with a plurality of pores leading from one surface of the ceramic membrane to the other surface, and it is possible to separate or concentrate a specific kind of substance from a plurality of kinds of substances. This membrane functions as a proper separation membrane. In the method for producing a ceramic membrane composite of the present embodiment, the type of precursor sol to be used can be appropriately selected according to the type of ceramic membrane to be produced. For example, when producing a silica film, a ceramic film precursor production step is performed using a precursor sol for forming a silica film.

熱処理工程Bの熱処理条件については、セラミック膜前駆体25を加熱することによりセラミック膜26を形成することが可能なものであれば特に制限はない。熱処理工程Bの熱処理条件については、セラミック膜前駆体作製工程Aに用いられた前駆体ゾルの種類に応じて適宜決定することができる。   The heat treatment conditions of the heat treatment step B are not particularly limited as long as the ceramic film 26 can be formed by heating the ceramic film precursor 25. The heat treatment conditions in the heat treatment step B can be appropriately determined according to the type of the precursor sol used in the ceramic film precursor preparation step A.

以下、本実施形態のセラミック膜複合体の製造方法を、工程毎に更に詳細に説明する。   Hereinafter, the manufacturing method of the ceramic membrane composite of this embodiment will be described in more detail for each step.

(1−1)セラミック膜前駆体作製工程A:
セラミック膜前駆体作製工程Aは、これまでに説明したように、セル形成領域よりも開口部の大きさが大きな液排出口20aを有する前駆体ゾル貯留用容器20を用いて行われる。前駆体ゾル貯留用容器20を、多孔質基材10の一方の端面11側に配設する際には、液排出口20aが、多孔質基材10の一方の端面11のセル形成領域をカバーするようにすることが好ましい。これにより、多孔質基材10の一方の端面11に向けて自由落下した前駆体ゾル21の着地位置が、少なくともセル形成領域を含むこととなり、一方の端面11に開口した全てのセル2内に、均等に前駆体ゾル21を流入させることができる。
(1-1) Ceramic film precursor preparation step A:
As described above, the ceramic film precursor production step A is performed using the precursor sol storage container 20 having the liquid discharge port 20a having a larger opening than the cell formation region. When the precursor sol storage container 20 is disposed on the one end surface 11 side of the porous substrate 10, the liquid discharge port 20 a covers the cell formation region on the one end surface 11 of the porous substrate 10. It is preferable to do so. As a result, the landing position of the precursor sol 21 that has fallen freely toward one end surface 11 of the porous substrate 10 includes at least the cell formation region, and all of the cells 2 opened in the one end surface 11 The precursor sol 21 can be made to flow evenly.

前駆体ゾル21を、前駆体ゾル貯留用容器20の液排出口20a全域から多孔質基材10の一方の端面11に向けて自由落下させる際には、液排出口20a全域から、極力同じタイミングで前駆体ゾル21を自由落下(即ち、排出)させることが好ましい。例えば、液排出口20aの一部分から先に前駆体ゾル21を排出させると、液排出口20aの他の部分から前駆体ゾル21を排出させる前に、前駆体ゾル21が全て排出されてしまうことがある。また、仮に、液排出口20a全域から前駆体ゾル21を自由落下させたとしても、排出されるタイミングがずれると、多孔質基材10の一方の端面11上に一時的に前駆体ゾル21が溜まり難くなることがある。このようなことから、本実施形態のセラミック膜複合体の製造方法においては、セラミック膜前駆体作製工程Aが、図3A〜図3Dに示すような方法によって行われることが好ましい。図3A〜図3Dは、セラミック膜前駆体作製工程を説明するための概略断面図である。   When the precursor sol 21 is allowed to freely fall from the entire liquid discharge port 20a of the precursor sol storage container 20 toward the one end surface 11 of the porous base material 10, the same timing as possible from the entire liquid discharge port 20a. It is preferable that the precursor sol 21 is freely dropped (that is, discharged). For example, if the precursor sol 21 is discharged first from a part of the liquid discharge port 20a, the precursor sol 21 is completely discharged before the precursor sol 21 is discharged from the other part of the liquid discharge port 20a. There is. Further, even if the precursor sol 21 is freely dropped from the entire liquid discharge port 20a, if the discharge timing is shifted, the precursor sol 21 is temporarily formed on one end surface 11 of the porous substrate 10. It may be difficult to accumulate. For this reason, in the method for producing a ceramic membrane composite of the present embodiment, the ceramic membrane precursor production step A is preferably performed by a method as shown in FIGS. 3A to 3D. 3A to 3D are schematic cross-sectional views for explaining a ceramic film precursor manufacturing step.

図3Aに示すように、前駆体ゾル21が貯留された前駆体ゾル貯留用容器20を一方の端面11側に配置した多孔質基材10を、一方の端面11が下方となり且つ多孔質基材10のセル2の延びる方向Lが鉛直方向となるように配置する。多孔質基材10は、一方の端面11から他方の端面12に延びる複数のセル2が形成された円筒状のものである。   As shown in FIG. 3A, a porous base material 10 in which a precursor sol storage container 20 in which a precursor sol 21 is stored is arranged on one end face 11 side, and the one end face 11 is downward and the porous base material is placed. It arrange | positions so that the direction L where the 10 cells 2 extend may become a perpendicular direction. The porous substrate 10 has a cylindrical shape in which a plurality of cells 2 extending from one end surface 11 to the other end surface 12 are formed.

図3A〜図3Dに示す前駆体ゾル貯留用容器20は、多孔質基材10の一方の端面11の周縁の大きさと同じ大きさの液排出口20aを有する有底円筒状のものである。このような前駆体ゾル貯留用容器20の液排出口20aが、多孔質基材10の一方の端面11側の端部が嵌め合わされて、多孔質基材10と前駆体ゾル貯留用容器20とが接続されている。多孔質基材10と前駆体ゾル貯留用容器20との接続方法については特に制限はない。多孔質基材10の一方の端面11の周縁と、液排出口20aとが液密の状態で固定されていることが好ましい。このように構成することによって、前駆体ゾル貯留用容器20の液排出口20aから前駆体ゾル21を排出した際において、多孔質基材10の一方の端面11の周縁からの、前駆体ゾル21の漏れ出しを有効に防止することができる。   The precursor sol storage container 20 shown in FIGS. 3A to 3D has a bottomed cylindrical shape having a liquid discharge port 20 a having the same size as the peripheral edge of one end surface 11 of the porous substrate 10. Such a liquid discharge port 20a of the precursor sol storage container 20 is fitted to the end of the porous substrate 10 on the one end face 11 side, so that the porous substrate 10 and the precursor sol storage container 20 Is connected. There is no particular limitation on the method for connecting the porous substrate 10 and the precursor sol storage container 20. It is preferable that the peripheral edge of one end surface 11 of the porous substrate 10 and the liquid discharge port 20a are fixed in a liquid-tight state. With this configuration, when the precursor sol 21 is discharged from the liquid discharge port 20a of the precursor sol storage container 20, the precursor sol 21 from the peripheral edge of the one end surface 11 of the porous substrate 10 is used. Can be effectively prevented.

図3Aにおいては、多孔質基材10の他方の端面12側に、前駆体ゾル回収用容器28を配設している。この前駆体ゾル回収用容器28は、多孔質基材10の他方の端面12におけるセル2が形成されている領域よりも開口部の大きさが大きな液回収口28aを有することが好ましい。前駆体ゾル回収用容器28は、前駆体ゾル貯留用容器20内に貯留した前駆体ゾル21を、多孔質基材10のセル2の内部を流通させた後に、余剰分の前駆体ゾル21を回収するための容器である。前駆体ゾル回収用容器28は、前駆体ゾル貯留用容器20と同様に構成されたものであることが好ましい。また、前駆体ゾル回収用容器28と多孔質基材10との接続方法についても特に制限はなく、多孔質基材10と前駆体ゾル貯留用容器20との接続方法と同様の方法を用いることができる。前駆体ゾル回収用容器28は、必ずしも必要ではなく、バケツに余剰ゾルを受けてもよい。   In FIG. 3A, a precursor sol collection container 28 is disposed on the other end face 12 side of the porous substrate 10. The precursor sol collection container 28 preferably has a liquid collection port 28a having a larger opening than the region where the cell 2 is formed on the other end surface 12 of the porous substrate 10. The precursor sol collection container 28 circulates the precursor sol 21 stored in the precursor sol storage container 20 through the inside of the cell 2 of the porous substrate 10, and then supplies the excess precursor sol 21. A container for collection. The precursor sol collection container 28 is preferably configured in the same manner as the precursor sol storage container 20. Further, the method for connecting the precursor sol collection container 28 and the porous substrate 10 is not particularly limited, and the same method as the method for connecting the porous substrate 10 and the precursor sol storage container 20 is used. Can do. The precursor sol collection container 28 is not always necessary, and the bucket may receive excess sol.

次に、図3Aに示すような、多孔質基材10の一方の端面11が下方となる状態から、セルの延びる方向L上の1点を回転中心として、多孔質基材10の一方の端面11と他方の端面12との天地が反転するように180°回転させる。即ち、多孔質基材10を、一方の端面11が上方となり且つ多孔質基材10のセル2の延びる方向Lが鉛直方向となるように、図3Aに示す状態の多孔質基材10を、図3Bに示す状態まで180°回転させる。   Next, as shown in FIG. 3A, one end surface of the porous substrate 10 from the state in which the one end surface 11 of the porous substrate 10 is in the downward direction, with one point on the cell extending direction L as the rotation center. Rotate 180 degrees so that the top and bottom of 11 and the other end face 12 are reversed. That is, the porous substrate 10 in the state shown in FIG. 3A is arranged so that the one end surface 11 is on the upper side and the extending direction L of the cells 2 of the porous substrate 10 is the vertical direction. Rotate 180 ° to the state shown in FIG. 3B.

この際、前駆体ゾル貯留用容器20内の前駆体ゾル21には、上記回転運動によって慣性力が働くこととなる。そして、前駆体ゾル21は、前駆体ゾル貯留用容器20の底面からの向心力を受けている。本実施形態のセラミック膜複合体の製造方法においては、上述した慣性力と向心力とが釣り合うような速度で、多孔質基材10を180°回転させることが好ましい。本実施形態のセラミック膜複合体の製造方法においては、多孔質基材10を180°回転させる際に、図3Bに示すような一方の端面11が上方となる状態(即ち、回転の終了の状態)まで、前駆体ゾル21が前駆体ゾル貯留用容器20の底面に押し付けられることがより好ましい。   At this time, the inertial force acts on the precursor sol 21 in the precursor sol storage container 20 by the rotational motion. The precursor sol 21 receives centripetal force from the bottom surface of the precursor sol storage container 20. In the method for producing a ceramic membrane composite of the present embodiment, it is preferable to rotate the porous substrate 10 by 180 ° at a speed at which the above-described inertial force and centripetal force are balanced. In the method for producing a ceramic membrane composite of the present embodiment, when the porous substrate 10 is rotated 180 °, one end face 11 as shown in FIG. ), The precursor sol 21 is more preferably pressed against the bottom surface of the precursor sol storage container 20.

図3Bに示すような状態で多孔質基材10を保持すると、図3Cに示すように、前駆体ゾル貯留用容器20の底面に押し付けられていた前駆体ゾル21が、多孔質基材10の一方の端面11に向けて自由落下する。これまでに説明したような、多孔質基材10を180°回転させることを、「天地反転」ということがある。天地反転における回転中心の位置は、前駆体ゾル21における慣性力と向心力とが釣り合うような回転が可能な位置であれば、特に制限はない。   When the porous substrate 10 is held in a state as shown in FIG. 3B, the precursor sol 21 pressed against the bottom surface of the precursor sol storage container 20 is removed from the porous substrate 10 as shown in FIG. 3C. Free fall toward one end face 11. Rotating the porous substrate 10 by 180 ° as described above is sometimes referred to as “upside down”. The position of the rotation center in the upside down is not particularly limited as long as the rotation is such that the inertial force and the centripetal force in the precursor sol 21 are balanced.

図3Dに示すように、多孔質基材10の一方の端面11に向けて自由落下した前駆体ゾル21は、多孔質基材10のセル2の内部を通過しながら、多孔質基材10の他方の端面12に向けて移動する。この際、前駆体ゾル21がセル2の表面に付着して、セラミック膜前駆体が形成される。余剰の前駆体ゾル21は、他方の端面12におけるセル2の開口部から流出し、前駆体ゾル回収用容器28内に回収される。このように構成することによって、極めて簡便な方法によって、セラミック膜前駆体を形成することができる。   As shown in FIG. 3D, the precursor sol 21 that has freely dropped toward one end surface 11 of the porous substrate 10 passes through the inside of the cell 2 of the porous substrate 10, while It moves toward the other end face 12. At this time, the precursor sol 21 adheres to the surface of the cell 2 to form a ceramic film precursor. The surplus precursor sol 21 flows out of the opening of the cell 2 on the other end face 12 and is collected in the precursor sol collection container 28. By comprising in this way, a ceramic film precursor can be formed by a very simple method.

このような天地反転によるセラミック膜前駆体作製工程Aにおいては、多孔質基材の天地が反転するように180°回転させる際の前駆体ゾル液面部位の速度が、以下のような速度であることが好ましい。「180°回転させる際の前駆体ゾル液面部位の速度」とは、多孔質基材の天地が反転するように180°回転させる際において、「前駆体ゾル貯留用容器に溜まった前駆体ゾルの液面の位置」にて測定される「接線速度」のことをいう。ここで、「前駆体ゾル貯留用容器に溜まった前駆体ゾルの液面の位置」とは、天地反転における回転中心から、前駆体ゾル貯留用容器に溜まった前駆体ゾルの液面までの長さをa(m)とした場合に、回転中心から長さa(m)離れた位置のことをいう。従って、「180°回転させる際の前駆体ゾル液面部位の速度」は、回転中心を「点O」とし、前駆体ゾルの液面の位置を「点A」とした場合、「動径OAの点Aにおける接線速度」となる。   In the ceramic film precursor preparation step A by such a top-to-bottom reversal, the speed of the precursor sol liquid surface portion when rotating 180 ° so that the top and bottom of the porous substrate is reversed is as follows. It is preferable. “The velocity of the precursor sol liquid surface portion when rotating 180 °” means that the “precursor sol accumulated in the precursor sol storage container” is used when rotating 180 ° so that the top and bottom of the porous substrate is reversed. "Tangential velocity" measured at "the position of the liquid level". Here, the “position of the liquid level of the precursor sol accumulated in the precursor sol reservoir” refers to the length from the rotation center in the upside down to the liquid level of the precursor sol accumulated in the precursor sol reservoir. When the height is a (m), it means a position a (m) away from the center of rotation. Therefore, the “velocity of the precursor sol liquid surface portion when rotating 180 °” is “the radius OA when the rotation center is“ point O ”and the position of the liquid surface of the precursor sol is“ point A ”. The tangential velocity at point A in FIG.

天地反転によるセラミック膜前駆体作製工程Aにおいては、上記前駆体ゾル液面部位の速度が、天地反転における回転中心から、前駆体ゾル貯留用容器に溜まった前駆体ゾルの液面までの長さをa(m)とした場合に、√(9.8a)m/秒以上であることが好ましい。このように構成することにより、慣性力と向心力とが釣り合った状態にて、天地反転を良好に行うことができる。なお、天地反転時における前駆体ゾル液面部位の速度が、上述した「√(9.8a)m/秒」よりも多少遅くとも、前駆体ゾルを、液排出口全域から多孔質基材の一方の端面に向けて自由落下させることが可能な場合もある。例えば、前駆体ゾルの物性等を考慮して、前駆体ゾルにおける慣性力と向心力とが釣り合うような回転速度を適宜選択することができる。   In the ceramic film precursor preparation step A by upside down, the speed of the precursor sol liquid surface portion is the length from the rotation center in the upside down to the liquid surface of the precursor sol accumulated in the precursor sol storage container. Is preferably √ (9.8a) m / sec or more, where a (m). By comprising in this way, top-and-bottom reversal can be performed satisfactorily in a state where inertial force and centripetal force are balanced. In addition, even if the velocity of the precursor sol liquid surface portion at the time of reversal of the top and bottom is somewhat slower than the above-mentioned “√ (9.8a) m / sec”, In some cases, it is possible to make it fall freely toward the end face of the. For example, in consideration of the physical properties of the precursor sol and the like, a rotation speed at which the inertial force and centripetal force in the precursor sol are balanced can be appropriately selected.

本実施形態のセラミック膜複合体の製造方法におけるセラミック膜前駆体作製工程Aは、上述した多孔質基材10の一方の端面11と他方の端面12との天地が反転するように180°回転させる方法に限定されることはない。即ち、前駆体ゾル貯留用容器に貯留された前駆体ゾルを、液排出口の全域から多孔質基材の一方の端面全域に向けて自由落下させることにより、セラミック膜前駆体を形成することが可能な方法であればよい。例えば、図示は省略するが、前駆体ゾル貯留用容器の液排出口に、開閉機構を設けてもよい。開閉機構を閉にした状態の前駆体ゾル貯留用容器を配設した多孔質基材を、一方の端面が上方となり且つ多孔質基材のセルの延びる方向が鉛直方向となるように配置し、その後、開閉機構を開にして、液排出口全域から前駆体ゾルを自由落下させてもよい。上記開閉機構としては、前駆体ゾル貯留用容器の液排出口を塞ぐように板状部材を配置し、この板状部材を引き抜くことにより、液排出口の開閉を行うように構成されたものを挙げることができる。板状部材の引き抜きを素早く行うことにより、前駆体ゾル貯留用容器の液排出口全域から、同時に前駆体ゾルを自由落下させることができる。   In the ceramic membrane precursor production step A in the method for producing a ceramic membrane composite of the present embodiment, the above-described porous substrate 10 is rotated by 180 ° so that the top and bottom of the one end face 11 and the other end face 12 are reversed. The method is not limited. That is, the ceramic sol precursor can be formed by allowing the precursor sol stored in the precursor sol storage container to freely fall from the entire area of the liquid discharge port toward the entire end face of the porous substrate. Any method is possible. For example, although not shown, an opening / closing mechanism may be provided at the liquid discharge port of the precursor sol storage container. The porous base material in which the precursor sol storage container in a state where the opening and closing mechanism is closed is disposed so that one end face is upward and the cell extending direction of the porous base material is the vertical direction, Thereafter, the opening / closing mechanism may be opened to allow the precursor sol to fall freely from the entire liquid discharge port. As the opening / closing mechanism, a plate-like member is arranged so as to close the liquid discharge port of the precursor sol storage container, and the liquid discharge port is opened and closed by pulling out the plate-like member. Can be mentioned. By quickly pulling out the plate-like member, the precursor sol can be freely dropped simultaneously from the entire liquid discharge port of the precursor sol storage container.

また、図3Aに示すような前駆体ゾル貯留用容器20の底部近辺に孔を開けて塞いでおき、反転させて前駆体ゾル21が多孔質基材10上端に溜まった時(例えば、図3Cを参照)に、当該孔を開放し、空気抜きとするのも、好ましい態様である。上述した前駆体ゾル貯留用容器20の孔が、空気抜弁となる。このように構成することによって、上記孔から、前駆体ゾル21が自由落下する際の負圧時の空気吸込みと、前駆体ゾル回収用容器28から前駆体ゾル貯留用容器20に流入した空気の排出とを、良好に行うことができる。前駆体ゾル貯留用容器20の底部近辺とは、前駆体ゾル貯留用容器20の底面、及びこの底面近傍の側面のことをいう。   Further, when the precursor sol 21 is accumulated at the upper end of the porous substrate 10 by making a hole near the bottom of the precursor sol storage container 20 as shown in FIG. It is also a preferable embodiment that the hole is opened to release air. The hole of the precursor sol storage container 20 described above serves as an air vent valve. With this configuration, air suction during negative pressure when the precursor sol 21 freely falls from the hole, and air that has flowed into the precursor sol storage container 20 from the precursor sol collection container 28 are obtained. The discharge can be performed satisfactorily. The vicinity of the bottom of the precursor sol storage container 20 refers to the bottom surface of the precursor sol storage container 20 and the side surface in the vicinity of the bottom surface.

前駆体ゾル貯留用容器に貯留される前駆体ゾルの量が、多孔質基材の一方の端面の面積をScmとした場合に、2SmL以上であることが好ましい。上記した「多孔質基材の一方の端面の面積」とは、多孔質基材の一方の端面の周縁によって囲われた面積(cm)のことを意味する。例えば、多孔質基材の一方の端面に自由落下した前駆体ゾルが、多孔質基材の一方の端面からセルの内部に流入せずに、瞬間的に一方の端面上に留まったと仮定した場合の、前駆体ゾルの液面の高さが、2cm以上のゾル量があることが好ましい。上述した量の前駆体ゾルを用いることにより、多孔質基材の全てのセルの表面により良好にセラミック膜を形成することができる。本実施形態のセラミック膜複合体の製造方法においては、前駆体ゾルの量が2SmL以上であれば、多孔質基材の全てのセルの表面により良好にセラミック膜を形成することができる。このため、前駆体ゾルの使用量を、従来の製造方法に比して低減することができる。 The amount of the precursor sol stored in the precursor sol storage container is preferably 2 SmL or more when the area of one end face of the porous substrate is Scm2. The above-mentioned “area of one end surface of the porous substrate” means an area (cm 2 ) surrounded by the periphery of one end surface of the porous substrate. For example, when it is assumed that the precursor sol that has fallen freely on one end face of the porous substrate does not flow into the cell from one end face of the porous substrate and stays on one end face instantaneously. It is preferable that the liquid level of the precursor sol has a sol amount of 2 cm or more. By using the amount of the precursor sol described above, a ceramic film can be favorably formed on the surfaces of all the cells of the porous substrate. In the method for producing a ceramic membrane composite of the present embodiment, if the amount of the precursor sol is 2 SmL or more, the ceramic membrane can be satisfactorily formed on the surfaces of all the cells of the porous substrate. For this reason, the usage-amount of precursor sol can be reduced compared with the conventional manufacturing method.

セラミック膜前駆体を作製するための前駆体ゾルとしては、シリカ膜成形用のゾル、チタニア膜成形用のゾル、及びジルコニア膜成形用のゾル等を用いることができる。シリカ膜成形用のゾルとしては、テトラエトキシシラン、アリール基及びアルキル基の少なくとも一方を含有するシリカ化合物をアルコキシドとしたシリカ膜成形用のゾルを挙げることができる。シリカ化合物としては、アルコキシシランを用いることができる。アリール基を含有するアルコキシシランとしては、例えば、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、p−トリルトリメトキシシラン、o−トリルトリメトキシシラン、m−トリルトリメトキシシラン、p−キシリルトリメトキシシラン、o−キシリルメトキシシラン、m−キシリルトリメトキシシランなどを用いることができる。アルキル基を含有するアルコキシシランとしては、例えば、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメトキシジメチルシラン、トリメチルメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、ブチルトリメトキシシラン、ペンチルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘプチルトリメトキシシラン、オクチルトリメトキシシランを挙げることができる。チタニア膜成形用のゾルとしては、チタンテトライソプロポキシドをアルコキシドとしたチタニア膜成形用のゾルを挙げることができる。ジルコニア膜成形用のゾルとしては、ジルコニウムテトラエトキシドをアルコキシドとしたジルコニア膜成形用のゾルを挙げることができる。上述した「アリール基及びアルキル基の少なくとも一方を含有するシリカ化合物をアルコキシドとしたシリカ膜成形用のゾル」を用いることにより、芳香族化合物を選択的に分離する性能やアルコールを選択的に分離する性能を有するセラミック膜複合体が得られる。   As a precursor sol for producing the ceramic film precursor, a sol for forming a silica film, a sol for forming a titania film, a sol for forming a zirconia film, or the like can be used. Examples of the sol for forming a silica film include a sol for forming a silica film in which a silica compound containing at least one of tetraethoxysilane, an aryl group, and an alkyl group is used as an alkoxide. As the silica compound, alkoxysilane can be used. Examples of the alkoxysilane containing an aryl group include phenyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, diphenyldimethoxysilane, diphenyldiethoxysilane, p-tolyltrimethoxysilane, o-tolyltrimethoxysilane, and m-tolyltrimethoxy. Silane, p-xylyltrimethoxysilane, o-xylylmethoxysilane, m-xylyltrimethoxysilane, and the like can be used. Examples of the alkoxysilane containing an alkyl group include methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, dimethoxydimethylsilane, trimethylmethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, propyltrimethoxysilane, butyltrimethoxysilane, pentyltrimethoxysilane, Examples include hexyltrimethoxysilane, heptyltrimethoxysilane, and octyltrimethoxysilane. Examples of the sol for forming a titania film include a sol for forming a titania film using titanium tetraisopropoxide as an alkoxide. Examples of the sol for forming a zirconia film include a sol for forming a zirconia film using zirconium tetraethoxide as an alkoxide. By using the above-described “sol for forming a silica film in which a silica compound containing at least one of an aryl group and an alkyl group is used as an alkoxide”, the ability to selectively separate aromatic compounds and alcohol are selectively separated. A ceramic membrane composite having performance is obtained.

特に、上記シリカ膜成形用のゾルによって得られるシリカ膜が、p−トリル基を含有するシリカ膜であることが好ましい。このような、p−トリル基を含有するシリカ膜は、アルコールを選択的に分離する性能を有する分離膜として好適に用いることができる。   In particular, the silica film obtained by the above sol for forming a silica film is preferably a silica film containing a p-tolyl group. Such a silica membrane containing a p-tolyl group can be suitably used as a separation membrane having the ability to selectively separate alcohol.

このような前駆体ゾル(シリカ膜成形用のゾル)の作製方法としては、以下のような方法を挙げることができる。まず、トリメトキシ(p−トリル)シランとエタノールを混合して4℃で攪拌する。次に、トリメトキシ(p−トリル)シランとエタノールが十分に混ざり合った後に、加水分解のため硝酸水溶液を少量ずつ添加する。所定量の硝酸水溶液を添加した後、その混合液を攪拌する。例えば、混合液を4℃にした状態で1時間攪拌し、その後、混合液を50℃まで昇温して、更に3時間攪拌する。その後、混合液中のシリカゾルの濃度がSiO換算で2.0質量%となるようにエタノールを加える。このようにして、前駆体ゾルを作製することができる。 Examples of a method for producing such a precursor sol (sol for forming a silica film) include the following methods. First, trimethoxy (p-tolyl) silane and ethanol are mixed and stirred at 4 ° C. Next, after trimethoxy (p-tolyl) silane and ethanol are sufficiently mixed, an aqueous nitric acid solution is added little by little for hydrolysis. After adding a predetermined amount of nitric acid aqueous solution, the mixture is stirred. For example, the mixture is stirred for 1 hour at 4 ° C., and then the mixture is heated to 50 ° C. and further stirred for 3 hours. Thereafter, ethanol is added so that the concentration of the silica sol in the mixed solution is 2.0 mass% in terms of SiO 2 . In this way, a precursor sol can be produced.

前駆体ゾルの粘度が、室温20℃において、1.0〜20mPa・sであることが好ましく、1.1〜10mPa・sであることが更に好ましく、1.2〜4.1mPa・sであることが特に好ましい。前駆体ゾルの粘度が、上記数値範囲であると、多孔質基材に前駆体ゾルが過剰に浸透せず、また、セル内を前駆体ゾルが流下し易くなる。特に、前駆体ゾルの粘度が、1.0mPa・s未満であると、前駆体ゾルが、多孔質基材に多く含まれることがある。また、前駆体ゾルの粘度が、20mPa・sを超えると、セル内を前駆体ゾルが流下しにくくなることがある。前駆体ゾルの粘度は、円錐状回転型の粘度計によって測定した値である。   The viscosity of the precursor sol is preferably 1.0 to 20 mPa · s, more preferably 1.1 to 10 mPa · s at room temperature of 20 ° C., and 1.2 to 4.1 mPa · s. It is particularly preferred. When the viscosity of the precursor sol is within the above numerical range, the precursor sol does not excessively penetrate into the porous base material, and the precursor sol easily flows down in the cell. In particular, when the viscosity of the precursor sol is less than 1.0 mPa · s, the precursor sol is often contained in the porous substrate. In addition, when the viscosity of the precursor sol exceeds 20 mPa · s, the precursor sol may hardly flow down in the cell. The viscosity of the precursor sol is a value measured with a conical rotational viscometer.

本実施形態のセラミック膜複合体の製造方法に用いられる多孔質基材としては、従来公知のセラミック膜複合体の製造方法に用いられる多孔質基材と同様に構成されたものを用いることができる。多孔質基材の形状としては、セルの延びる方向に垂直な断面の形状が円形、楕円形又は多角形であることが好ましい。多孔質基材の材質としては、強度や化学的安定性の観点から、アルミナ、シリカ、コージェライト、ムライト、チタニア、ジルコニア、炭化珪素等のセラミックス材料からなるものが好ましい。多孔質基材の気孔率は、多孔質基材の強度と透過性の観点から25〜55%程度とすることが好ましい。また、多孔質基材の平均細孔径は、0.005〜5μm程度とすることが好ましい。   As the porous substrate used in the method for producing a ceramic membrane composite of the present embodiment, a porous substrate having the same structure as the porous substrate used in a conventionally known method for producing a ceramic membrane composite can be used. . As the shape of the porous substrate, the shape of the cross section perpendicular to the cell extending direction is preferably circular, elliptical or polygonal. The material of the porous substrate is preferably made of a ceramic material such as alumina, silica, cordierite, mullite, titania, zirconia, silicon carbide, etc., from the viewpoint of strength and chemical stability. The porosity of the porous substrate is preferably about 25 to 55% from the viewpoint of the strength and permeability of the porous substrate. Moreover, it is preferable that the average pore diameter of a porous base material shall be about 0.005-5 micrometers.

多孔質基材の一方の端面における外径の大きさについては特に制限はない。多孔質基材の一方の端面における外径が、50〜300mmであることが好ましく、50〜200mmであることが更に好ましい。一方の端面における外径が大きすぎると、セラミック膜複合体の製造が困難になることがある。例えば、一方の端面における外径が300mmを超えると、セラミック膜複合体の製造が困難になることがある。本実施形態のセラミック膜複合体の製造方法は、多孔質基材の一方の端面における外径が50mm以上である場合に、特に有効な製造方法であるといえる。例えば、多孔質基材が円筒状であり、多孔質基材の一方の端面の直径が50mm以上である場合に特に有効である。従来のセラミック膜複合体の製造方法においては、多孔質基材の一方の端面の直径が50mm以上である場合に、その多孔質基材の全てのセルの表面の全域にセラミック膜を形成するためには、非常に多くの量の前駆体ゾルを使用する必要があった。本実施形態のセラミック膜複合体の製造方法においては、多孔質基材の一方の端面における外径が50mm以上であっても、多孔質基材の全てのセルの表面の全域にセラミック膜を良好に形成することができる。   There is no restriction | limiting in particular about the magnitude | size of the outer diameter in one end surface of a porous base material. It is preferable that the outer diameter in one end surface of a porous base material is 50-300 mm, and it is still more preferable that it is 50-200 mm. If the outer diameter of one end face is too large, it may be difficult to produce the ceramic membrane composite. For example, when the outer diameter of one end surface exceeds 300 mm, it may be difficult to manufacture the ceramic membrane composite. The manufacturing method of the ceramic membrane composite of this embodiment can be said to be a particularly effective manufacturing method when the outer diameter at one end face of the porous substrate is 50 mm or more. For example, this is particularly effective when the porous substrate is cylindrical and the diameter of one end face of the porous substrate is 50 mm or more. In the conventional method for producing a ceramic membrane composite, when the diameter of one end face of a porous substrate is 50 mm or more, a ceramic membrane is formed over the entire surface of all cells of the porous substrate. Required the use of very large amounts of precursor sol. In the method for producing a ceramic membrane composite of the present embodiment, even if the outer diameter of one end surface of the porous substrate is 50 mm or more, the ceramic membrane is excellent over the entire surface of all the cells of the porous substrate. Can be formed.

「多孔質基材の一方の端面における外径」とは、多孔質基材の一方の端面の形状が円である場合には、その円の直径(外径)を意味するものとする。また、「多孔質基材の一方の端面における外径」とは、多孔質基材の一方の端面の形状が円でない場合には、その多孔質基材の一方の端面の面積と同じ面積における円の直径(外径)を意味するものとする。   The “outer diameter at one end surface of the porous substrate” means the diameter (outer diameter) of the circle when the shape of one end surface of the porous substrate is a circle. In addition, the “outer diameter at one end surface of the porous substrate” is the same area as the area of one end surface of the porous substrate when the shape of the one end surface of the porous substrate is not a circle. It shall mean the diameter (outer diameter) of the circle.

多孔質基材のセルの延びる方向の長さについては特に制限はない。多孔質基材のセルの延びる方向の長さは、20〜2000mmであることが好ましく、30〜1500mmであることが更に好ましく、40〜1000mmであることが特に好ましい。セルの延びる方向の長さが20mm未満ではセラミック膜の膜面積が小さくなることがある。セルの延びる方向の長さが2000mmを超えると、多孔質基材の製造、取り扱いが困難となることがある。   There is no restriction | limiting in particular about the length of the cell extending direction of a porous base material. The length of the porous substrate in the cell extending direction is preferably 20 to 2000 mm, more preferably 30 to 1500 mm, and particularly preferably 40 to 1000 mm. When the length in the cell extending direction is less than 20 mm, the film area of the ceramic film may be small. When the length in the cell extending direction exceeds 2000 mm, it may be difficult to produce and handle the porous substrate.

多孔質基材に形成されるセルの数についても特に制限はない。セルの数については、多孔質基材の外径の大きさに応じて適宜決定することができる。また、セルの数については、体積当たりの膜面積と強度を考慮して適宜決定することもできる。セルの数は、例えば、10〜10000個であることが好ましく、20〜5000個であることが更に好ましく、50〜3000個であることが特に好ましい。1個のセルの開口部の相当直径についても特に制限はない。例えば、セルの開口部の相当直径は、0.5〜30mmであることが好ましく、1〜10mmであることが好ましく、1.5〜5mmであることが特に好ましい。「セルの開口部の相当直径」とは、セルの開口部の形状が円である場合には、その円の直径(内径)を意味するものとする。また、「セルの開口部の相当直径」とは、セルの開口部の形状が円でない場合には、開口部の面積と同じ面積の円の直径(内径)を意味するものとする。   There is no restriction | limiting in particular also about the number of the cells formed in a porous base material. About the number of cells, it can determine suitably according to the magnitude | size of the outer diameter of a porous base material. Further, the number of cells can be appropriately determined in consideration of the membrane area per volume and the strength. The number of cells is, for example, preferably 10 to 10,000, more preferably 20 to 5000, and particularly preferably 50 to 3000. There is no particular limitation on the equivalent diameter of the opening of one cell. For example, the equivalent diameter of the opening of the cell is preferably 0.5 to 30 mm, preferably 1 to 10 mm, and particularly preferably 1.5 to 5 mm. The “equivalent diameter of the opening portion of the cell” means the diameter (inner diameter) of the circle when the shape of the opening portion of the cell is a circle. Further, the “equivalent diameter of the cell opening” means the diameter (inner diameter) of a circle having the same area as the area of the opening when the shape of the cell opening is not a circle.

このようにして製膜されたセラミック膜前駆体は、熱処理工程Bを行うことにより、セラミック膜となる。熱処理工程Bを行う前に、セラミック膜前駆体を乾燥することが好ましい。セラミック膜前駆体の乾燥方法としては、セル内に風を直接送り込む通風乾燥が好ましい。   The ceramic film precursor thus formed becomes a ceramic film by performing the heat treatment step B. Before performing the heat treatment step B, it is preferable to dry the ceramic film precursor. As a method for drying the ceramic film precursor, ventilation drying in which air is directly fed into the cell is preferable.

(1−2)熱処理工程B:
熱処理工程Bは、セラミック膜前駆体作製工程Aによって形成されたセラミック膜前駆体を熱処理して、多孔質基材のセルの表面にセラミック膜を形成する工程である。即ち、熱処理工程Bにより、セラミック膜前駆体が熱処理されることにより、セラミック膜となる。このようにして、本実施形態のセラミック膜複合体の製造方法によれば、多孔質基材と、その多孔質基材のセルの表面に配設されたセラミック膜と、を備えたセラミック膜複合体を製造することができる。
(1-2) Heat treatment step B:
The heat treatment step B is a step of heat-treating the ceramic film precursor formed in the ceramic film precursor preparation step A to form a ceramic film on the surface of the cell of the porous substrate. That is, in the heat treatment step B, the ceramic film precursor is heat treated to become a ceramic film. Thus, according to the method for producing a ceramic membrane composite of the present embodiment, the ceramic membrane composite comprising the porous substrate and the ceramic membrane disposed on the surface of the cell of the porous substrate. The body can be manufactured.

熱処理工程Bの条件については特に制限はなく、従来公知のセラミック膜複合体の製造方法における熱処理工程と同様の方法によって行うことができる。熱処理の温度については、セラミック膜前駆体を形成するための前駆体ゾルの種類に応じて適宜決定することができる。例えば、上述したシリカ膜成形用のゾルを前駆体ゾルとして用いた場合には、熱処理の温度は、100〜800℃であることが好ましく、200〜700℃であることが更に好ましく、300〜600℃であることが特に好ましい。また、熱処理の時間は、0.01〜100時間であることが好ましく、0.05〜20時間であることが更に好ましく、0.1〜10時間であることが特に好ましい。このような条件によって熱処理工程Bを行うことにより、高性能のシリカ膜を良好に形成することができる。本実施形態のセラミック膜複合体の製造方法にて作製される「シリカ膜」は、「乾燥したセラミック膜前駆体(即ち、シリカ膜前駆体)の総質量に対する、熱処理工程B後に得られるシリカ膜の総質量の比率が、38質量%以上、85質量%以下であるもの」であることが芳香族やアルコールを分離するには好ましい。   There is no restriction | limiting in particular about the conditions of heat processing process B, It can carry out by the method similar to the heat processing process in the manufacturing method of a conventionally well-known ceramic membrane composite. About the temperature of heat processing, it can determine suitably according to the kind of precursor sol for forming a ceramic membrane precursor. For example, when the sol for forming a silica film described above is used as a precursor sol, the temperature of the heat treatment is preferably 100 to 800 ° C, more preferably 200 to 700 ° C, and more preferably 300 to 600. It is particularly preferable that the temperature is C. The heat treatment time is preferably 0.01 to 100 hours, more preferably 0.05 to 20 hours, and particularly preferably 0.1 to 10 hours. By performing the heat treatment step B under such conditions, a high-performance silica film can be formed satisfactorily. The “silica film” produced by the method for producing a ceramic film composite of the present embodiment is “silica film obtained after the heat treatment step B with respect to the total mass of the dried ceramic film precursor (ie, silica film precursor)”. In order to separate aromatics and alcohols, it is preferable that the ratio of the total mass of is 38% by mass or more and 85% by mass or less.

熱処理工程Bは、セラミック膜前駆体作製工程Aにおいて行われるセラミック膜前駆体の乾燥から連続的に行われることが好ましい。また、セラミック膜前駆体作製工程A及び熱処理工程Bを複数回繰り返して行ってもよい。即ち、熱処理工程Bによって、多孔質基材のセルの表面にセラミック膜を形成した後、再度、セラミック膜前駆体作製工程Aを行う。これにより、熱処理工程Bによって得られたセラミック膜の表面に、セラミック膜前駆体が更に形成される。その後、セラミック膜の表面に形成されたセラミック膜前駆体を、再度熱処理して、二層以上に構成されたセラミック膜を形成してもよい。このように構成することによって、セラミック膜複合体におけるセラミック膜の膜厚を調節することができる。セラミック膜前駆体作製工程A及び熱処理工程Bを3回以上繰り返して行ってもよい。   The heat treatment step B is preferably performed continuously from the drying of the ceramic film precursor performed in the ceramic film precursor preparation step A. Further, the ceramic film precursor preparation step A and the heat treatment step B may be repeated a plurality of times. That is, after the ceramic film is formed on the surface of the cell of the porous substrate by the heat treatment process B, the ceramic film precursor preparation process A is performed again. Thereby, a ceramic film precursor is further formed on the surface of the ceramic film obtained by the heat treatment step B. Thereafter, the ceramic film precursor formed on the surface of the ceramic film may be heat-treated again to form a ceramic film composed of two or more layers. By comprising in this way, the film thickness of the ceramic membrane in a ceramic membrane composite can be adjusted. The ceramic film precursor preparation step A and the heat treatment step B may be repeated three or more times.

(1−3)本実施形態のセラミック膜複合体の製造方法におけるその他の工程:
本実施形態のセラミック膜複合体の製造方法は、これまでに説明したセラミック膜前駆体作製工程A及び熱処理工程B以外のその他の工程を更に備えたものであってもよい。即ち、従来公知のセラミック膜複合体の製造方法において行われる、セラミック膜前駆体作製工程A及び熱処理工程B以外のその他の工程を必要に応じて適宜行うことができる。その他の工程としては、パーベーパレーション試験を実施して、膜性能の初期状態を変更する、前処理工程等を挙げることができる。
(1-3) Other steps in the method for producing a ceramic membrane composite of the present embodiment:
The manufacturing method of the ceramic membrane composite of this embodiment may further include other steps other than the ceramic membrane precursor preparation step A and the heat treatment step B described so far. That is, other processes than the ceramic film precursor preparation process A and the heat treatment process B performed in a conventionally known method for producing a ceramic film composite can be appropriately performed as necessary. Examples of other processes include a pretreatment process in which a pervaporation test is performed to change the initial state of film performance.

以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further in detail based on an Example, this invention is not limited to these Examples.

(実施例1)
実施例1においては、セラミック膜がシリカ膜であるシリカ膜複合体を製造した。シリカ膜複合体を作製する多孔質基材として、一方の端面の直径が90mmの円筒状の多孔質基材を用意した。多孔質基材のセルの延びる方向の長さは、100mmであった。多孔質基材には、一方の端面から他方の端面まで延びる618個のセルが形成されている。セルの直径は、1.6mmであった。なお、多孔質基材のセルの延びる方向に垂直な断面における、セルの形状は円形であった。「セルの直径」とは、多孔質基材のセルの延びる方向に垂直な断面における、多孔質基材に穿孔された円形の空隙部分(セル)の直径(すなわち、開口部の直径)のことである。多孔質基材の一方の端面におけるセルの総開口面積は、1243mmであった。表1に、「多孔質基材の一方の端面の直径(mm)」、「多孔質基材のセルの延びる方向の長さ(mm)」、「セルの数(個)」、「セルの直径(mm)」、及び「セルの総開口面積(mm)」を示す。
Example 1
In Example 1, a silica membrane composite in which the ceramic membrane was a silica membrane was produced. As a porous substrate for producing the silica membrane composite, a cylindrical porous substrate having a diameter of one end face of 90 mm was prepared. The length of the porous substrate in the cell extending direction was 100 mm. In the porous substrate, 618 cells extending from one end surface to the other end surface are formed. The cell diameter was 1.6 mm. In addition, the shape of the cell in the cross section perpendicular to the cell extending direction of the porous substrate was circular. “Cell diameter” refers to the diameter of a circular void portion (cell) perforated in the porous substrate in a cross section perpendicular to the cell extending direction of the porous substrate (that is, the diameter of the opening). It is. The total open area of the cells on one end face of the porous substrate was 1243 mm 2 . In Table 1, “the diameter of one end face of the porous substrate (mm)”, “the length of the porous substrate in the cell extending direction (mm)”, “the number of cells (pieces)”, “the number of cells” “Diameter (mm)” and “Total open area of cell (mm 2 )” are shown.

また、多孔質基材のセルの表面の総面積は、0.311mであった。このため、実施例1のシリカ膜複合体の製造方法によって作製されるシリカ膜の面積は、0.311mとなる。 Moreover, the total area of the surface of the cell of the porous substrate was 0.311 m 2 . For this reason, the area of the silica membrane produced by the method for producing a silica membrane composite of Example 1 is 0.311 m 2 .

次に、実施例1のシリカ膜複合体の製造方法に用いられる前駆体ゾルを以下の方法により作製した。まず、トリメトキシ(p−トリル)シランとエタノールを混合し、混合液の温度を4℃とした状態で十分に攪拌した。トリメトキシ(p−トリル)シランとエタノールが十分混合した後、加水分解のため硝酸水溶液を少量ずつ添加した。所定量の硝酸水溶液を添加した後に、混合液を4℃にした状態で、更に1時間攪拌した。次に、1時間攪拌した混合液を、50℃まで昇温して、更に3時間攪拌した。   Next, a precursor sol used in the method for producing the silica membrane composite of Example 1 was produced by the following method. First, trimethoxy (p-tolyl) silane and ethanol were mixed, and the mixture was sufficiently stirred at a temperature of 4 ° C. After thoroughly mixing trimethoxy (p-tolyl) silane and ethanol, an aqueous nitric acid solution was added little by little for hydrolysis. After adding a predetermined amount of nitric acid aqueous solution, the mixture was further stirred for 1 hour in a state of 4 ° C. Next, the mixed liquid stirred for 1 hour was heated to 50 ° C. and further stirred for 3 hours.

その後、混合液中のシリカゾルの濃度が、SiO換算で2.0質量%となるようにエタノールを加えた。得られた混合物を、前駆体ゾルとした。 Thereafter, ethanol was added so that the concentration of the silica sol in the mixed solution was 2.0% by mass in terms of SiO 2 . The obtained mixture was used as a precursor sol.

得られた前駆体ゾルを用いて、図3A〜図3Dに示すような、天地反転によるセラミック膜前駆体作製工程Aにより、多孔質基材10のセル2の表面に、セラミック膜前駆体としてシリカ膜前駆体を形成した。具体的には、得られた前駆体ゾルを、460ml量りとり、図3Aに示すような前駆体ゾル貯留用容器20内に貯留した。その後、多孔質基材10の一方の端面11が下方となる状態から、セルの延びる方向L上の1点を回転中心として、多孔質基材10の一方の端面11と他方の端面12との天地が反転するように180°回転させた。この際、前駆体ゾル貯留用容器20内に貯留した前駆体ゾル21に対する慣性力と向心力とが釣り合うような速度で、多孔質基材10を180°回転させた。即ち、図3Bに示すような、多孔質基材10の一方の端面11が上方となる状態まで、前駆体ゾル21が前駆体ゾル貯留用容器20の底面に押し付けられるような速度で天地反転を行った。具体的には、前駆体ゾル貯留用容器の前駆体ゾル液面部位の速度が0.99m/秒で、一方の端面11と他方の端面12との天地が反転するように多孔質基材10を180°回転させた。その後、図3Cに示すように、前駆体ゾル貯留用容器20の底面に押し付けられていた前駆体ゾル21が、多孔質基材10の一方の端面11に向けて自由落下した。この際、自由落下した前駆体ゾル21が、多孔質基材10の一方の端面11からセル2の内部に流入せずに、瞬間的に一方の端面11上に留まったと仮定した場合の、前駆体ゾル21の液面の高さを、「筒内ゾル高さ」とする。筒内ゾル高さは、7.2cmであった。表1に、「前駆体ゾルの使用量(mL)」、及び「筒内ゾル高さ(cm)」を示す。後述する実施例5に用いられる多孔質基材のセルの総開口面積(mm)に対する、各実施例及び比較例に用いられる多孔質基材のセルの総開口面積(mm)の比率を、「開口面積比」とする。表1に、実施例1に用いられる多孔質基材の「開口面積比」を示す。 By using the obtained precursor sol, silica as a ceramic film precursor is formed on the surface of the cell 2 of the porous substrate 10 by the ceramic film precursor preparation step A by upside down as shown in FIGS. 3A to 3D. A film precursor was formed. Specifically, 460 ml of the obtained precursor sol was weighed and stored in a precursor sol storage container 20 as shown in FIG. 3A. Thereafter, from the state in which one end surface 11 of the porous substrate 10 is in the downward direction, one end surface 11 and the other end surface 12 of the porous substrate 10 are centered on one point on the cell extending direction L. It was rotated 180 ° so that the top and bottom were reversed. At this time, the porous substrate 10 was rotated 180 ° at such a speed that the inertial force and the centripetal force with respect to the precursor sol 21 stored in the precursor sol storage container 20 were balanced. That is, as shown in FIG. 3B, upside down is performed at such a speed that the precursor sol 21 is pressed against the bottom surface of the precursor sol storage container 20 until one end face 11 of the porous base material 10 is upward. went. Specifically, the porous substrate 10 is so formed that the velocity of the precursor sol liquid surface portion of the precursor sol storage container is 0.99 m / sec and the top and bottom of one end surface 11 and the other end surface 12 are reversed. Was rotated 180 °. Thereafter, as shown in FIG. 3C, the precursor sol 21 pressed against the bottom surface of the precursor sol storage container 20 freely dropped toward one end surface 11 of the porous substrate 10. At this time, the precursor sol 21 that freely dropped does not flow into the cell 2 from the one end surface 11 of the porous substrate 10 but instantaneously stays on the one end surface 11. The height of the liquid surface of the body sol 21 is defined as “in-cylinder sol height”. The in-cylinder sol height was 7.2 cm. Table 1 shows “amount of precursor sol used (mL)” and “in-cylinder sol height (cm)”. The ratio of the total opening area (mm 2 ) of the porous base material cells used in each of the examples and the comparative examples to the total opening area (mm 2 ) of the porous base material cells used in Example 5 described later. , And “aperture area ratio”. Table 1 shows the “opening area ratio” of the porous substrate used in Example 1.

また、実際に、上述した天地反転を行った際に、自由落下した前駆体ゾルが、多孔質基材の一方の端面上に均等に溜まっているか否かを目視にて判定した。一方の端面上に均等に前駆体ゾルが溜まっている場合を、「A」とした。一方の端面上に前駆体ゾルが溜まっているが、液面が均等ではない場合を、「B」とした。表1の「反転後の堆積結果」の欄に、上記の判定結果を示す。   In addition, when the above-described upside-down inversion was actually performed, it was visually determined whether or not the precursor sol that had fallen freely was evenly accumulated on one end face of the porous substrate. The case where the precursor sol was evenly accumulated on one end face was defined as “A”. A case where the precursor sol was collected on one end face but the liquid level was not uniform was designated as “B”. The determination result is shown in the column of “deposition result after inversion” in Table 1.

その後、前駆体ゾル貯留用容器及び前駆体ゾル回収用容器を多孔質基材から取り外し、多孔質基材のセルの表面に形成されたシリカ膜前駆体を通風乾燥させた。通風乾燥は、多孔質基材の一方の端面に風を当てて、多孔質基材のセル内に空気を流通させることによって行った。その風速は10m/sであった。   Thereafter, the precursor sol storage container and the precursor sol collection container were removed from the porous substrate, and the silica film precursor formed on the surface of the cell of the porous substrate was blown and dried. Ventilation drying was performed by applying air to one end face of the porous substrate and allowing air to flow through the cells of the porous substrate. The wind speed was 10 m / s.

その後、シリカ膜前駆体が形成された多孔質基材を、400℃で1時間熱処理する熱処理工程Bを行った。実施例1においては、この熱処理工程Bを終えた多孔質基材を用いて、再度、これまでに説明したセラミック膜前駆体作製工程Aと同様の方法によってセラミック膜前駆体作製工程Aを行い、更に、上記と同様の方法で熱処理工程Bを行った。実施例1においては、合計3回ずつ、セラミック膜前駆体作製工程A及び熱処理工程Bを行って、シリカ膜複合体を製造した。   Then, the heat processing process B which heat-processes the porous base material with which the silica membrane precursor was formed at 400 degreeC for 1 hour was performed. In Example 1, using the porous base material after finishing the heat treatment step B, the ceramic film precursor preparation step A is performed again by the same method as the ceramic film precursor preparation step A described so far. Further, the heat treatment step B was performed in the same manner as described above. In Example 1, a silica membrane composite was manufactured by performing ceramic membrane precursor preparation step A and heat treatment step B three times in total.

得られたシリカ膜複合体について、以下の方法により、セルの真空度の測定を行った。セルの真空度の測定は、多孔質基材のセルの表面にシリカ膜が良好に形成されているか否かの評価を行うためのものである。セルの真空度の測定は、図4及び図5に示すように、1個のセルごとに行った。図4は、セルの真空度の測定方法を説明するための模式図である。図5は、図4における、1個のセルを拡大して示す拡大模式図である。   About the obtained silica membrane composite, the degree of vacuum of the cell was measured by the following method. The measurement of the degree of vacuum of the cell is for evaluating whether or not the silica film is well formed on the surface of the cell of the porous substrate. The measurement of the degree of vacuum of the cell was performed for each cell as shown in FIGS. FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a method of measuring the degree of vacuum of the cell. FIG. 5 is an enlarged schematic view showing one cell in FIG. 4 in an enlarged manner.

図4及び図5に示すように、多孔質基材の一方の端面11及び他方の端面12のセル2の開口部に、栓部材40を配置する。栓部材40は、一方の端面11及び他方の端面12のセル2の開口部を気密状態に栓をするものとする。例えば、栓部材40としては、シリコン製の栓を用いることができる。セル2の両端に配設されたそれぞれの栓部材40に、針44を貫通させる。図5に示す針44は、先端が尖った中空円筒状のものである。なお、栓部材40に先に針44を貫通させ、そのセル2の開口部に栓部材40を配置してもよい。多孔質基材の一方の端面11側の栓部材40を貫通した針44は、配管43に接続され、更に、その配管43が真空ポンプ41に接続されている。多孔質基材の他方の端面12側の栓部材40を貫通した針44は、配管43に接続され、更に、その配管43が圧力計42に接続されている。   As shown in FIG.4 and FIG.5, the plug member 40 is arrange | positioned in the opening part of the cell 2 of the one end surface 11 and the other end surface 12 of a porous base material. The plug member 40 plugs the opening of the cell 2 on one end face 11 and the other end face 12 in an airtight state. For example, as the plug member 40, a silicon plug can be used. The needles 44 are passed through the plug members 40 provided at both ends of the cell 2. The needle 44 shown in FIG. 5 has a hollow cylindrical shape with a sharp tip. Alternatively, the needle 44 may be passed through the plug member 40 first, and the plug member 40 may be disposed in the opening of the cell 2. The needle 44 penetrating the plug member 40 on the one end face 11 side of the porous substrate is connected to a pipe 43, and the pipe 43 is further connected to the vacuum pump 41. The needle 44 penetrating the plug member 40 on the other end face 12 side of the porous substrate is connected to a pipe 43, and the pipe 43 is further connected to a pressure gauge 42.

真空ポンプ41を始動させて、配管43及びセル2内を真空引きする。真空引きした状態の圧力を、圧力計42によって測定する。多孔質基材10のセル2の表面全域にセラミック膜が形成されている場合には、−90kPa程度の真空状態を維持することができる。一方、多孔質基材10のセル2の表面の一部にセラミック膜が形成されていない場合には、セラミック膜が形成されていない箇所から空気が流入して、真空状態を維持することができない。   The vacuum pump 41 is started and the piping 43 and the cell 2 are evacuated. The pressure in the evacuated state is measured by the pressure gauge 42. When a ceramic film is formed on the entire surface of the cell 2 of the porous substrate 10, a vacuum state of about -90 kPa can be maintained. On the other hand, when a ceramic film is not formed on a part of the surface of the cell 2 of the porous substrate 10, air flows from a portion where the ceramic film is not formed, and the vacuum state cannot be maintained. .

実施例1によって製造されたシリカ膜複合体においては、セルの延びる方向に垂直な断面において、当該断面の中心を通過するように延びる一の方向に、セルが34個形成されている。実施例1によって製造されたシリカ膜複合体におけるセルの真空度の測定は、34個のセルのうち、最外周のセルと、この最外周のセルの隣のセルから数えて3の倍数個のセルについて、合計12個のセルについて行った。図6は、実施例1によって製造されたシリカ膜複合体の一方の端面を撮像した写真である。図6の写真において、1〜12に示される数字が示す箇所が、セルの真空度の測定箇所である。また、図7は、実施例1によって製造されたシリカ膜複合体の、セルの真空度の測定結果を示すグラフである。図7においては、横軸が、セル位置を示し、縦軸が、真空度(kPa)を示す。「セル位置」は、最外周のセルを1とした場合に、最外周のセルから数えた測定対象のセルの個数のことを意味する。「真空度(kPa)」とは、ゲージ圧を示す。   In the silica membrane composite produced in Example 1, 34 cells are formed in one direction extending so as to pass through the center of the cross section in a cross section perpendicular to the cell extending direction. The measurement of the degree of vacuum of the cell in the silica membrane composite produced according to Example 1 is a multiple of 3 counted from the outermost cell and the cell adjacent to the outermost cell among the 34 cells. A total of 12 cells were used for the cell. 6 is a photograph of one end face of the silica membrane composite produced in Example 1. FIG. In the photograph of FIG. 6, the locations indicated by the numbers 1 to 12 are the measurement locations of the degree of vacuum of the cell. FIG. 7 is a graph showing the measurement results of the cell vacuum degree of the silica membrane composite produced in Example 1. In FIG. 7, the horizontal axis represents the cell position, and the vertical axis represents the degree of vacuum (kPa). “Cell position” means the number of cells to be measured counted from the outermost cell when the outermost cell is 1. “Vacuum degree (kPa)” indicates a gauge pressure.

セルの真空度の測定においては、全てのセルにおける真空度が−90kPa以下の場合には、測定結果を「A」とする。少なくとも1個のセルにおける真空度が−80〜−90kPaであり、他のセルの真空度が−90kPa以下の場合には、測定結果を「B」とする。少なくとも1個のセルにおける真空度が−80kPaを超える場合には、測定結果を「C」とする。測定結果が「A」の場合を合格とする。   In the measurement of the degree of vacuum of the cell, when the degree of vacuum in all the cells is −90 kPa or less, the measurement result is “A”. When the degree of vacuum in at least one cell is −80 to −90 kPa and the degree of vacuum in other cells is −90 kPa or less, the measurement result is “B”. When the degree of vacuum in at least one cell exceeds −80 kPa, the measurement result is “C”. The measurement result is “A”.

(実施例2〜5)
多孔質基材の一方の端面の直径(mm)、セルの数(個)、セルの直径(mm)、及び前駆体ゾルの使用量(mL)を表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様の方法によってシリカ膜複合体を製造した。実施例1と同様の方法により、得られたシリカ膜複合体のセルの真空度の測定を行った。結果を表1に示す。なお、実施例2〜5にて得られた各シリカ膜複合体については、セルの延びる方向に垂直な断面における、当該断面の中心を通過する一の方向において、以下の箇所にてセルの真空度の測定を行った。実施例2にて得られたシリカ膜複合体においては、最外周のセルと、この最外周のセルの隣のセルから数えて3の倍数個のセルについて、合計8個のセルについてセルの真空度の測定を行った。実施例3においては、最外周のセルと、この最外周のセルの隣のセルから数えて3の倍数個のセルについて、合計6個のセルについてセルの真空度の測定を行った。実施例4においては、最外周のセルと、この最外周のセルの隣のセルから数えて2の倍数個のセルについて、合計5個のセルについてセルの真空度の測定を行った。実施例5においては、上記一の方向の7個の全てセルについてセルの真空度の測定を行った。
(Examples 2 to 5)
Except for changing the diameter of one end face of the porous substrate (mm), the number of cells (pieces), the diameter of the cells (mm), and the amount of the precursor sol used (mL) as shown in Table 1, A silica membrane composite was produced in the same manner as in Example 1. The degree of vacuum of the cell of the obtained silica membrane composite was measured by the same method as in Example 1. The results are shown in Table 1. In addition, about each silica membrane composite obtained in Examples 2-5, in one direction which passes through the center of the section in the section perpendicular to the direction in which the cell extends, the vacuum of the cell is as follows. The degree of measurement was taken. In the silica membrane composite obtained in Example 2, the cell vacuum was applied to a total of 8 cells for the outermost peripheral cell and a multiple of 3 cells counted from the cell adjacent to the outermost peripheral cell. The degree of measurement was taken. In Example 3, the degree of vacuum of the cells was measured for a total of six cells, with respect to the outermost peripheral cell and a multiple of 3 cells counted from the cell adjacent to the outermost peripheral cell. In Example 4, the degree of vacuum of the cells was measured for a total of five cells with respect to the outermost peripheral cell and a cell that is a multiple of 2 counted from the cell adjacent to the outermost peripheral cell. In Example 5, the cell vacuum degree was measured for all the seven cells in the one direction.

また、実施例2〜5においても、多孔質基材の天地反転を行った際に、自由落下した前駆体ゾルが、多孔質基材の一方の端面上に均等に溜まっているか否かを目視にて判定した。判定基準は、実施例1の場合と同じである。表1の「反転後の堆積結果」の欄に、判定結果を示す。   Also in Examples 2 to 5, when the porous substrate was inverted, the free-falling precursor sol was visually observed whether or not it was evenly accumulated on one end surface of the porous substrate. Judged by. The determination criteria are the same as in the first embodiment. The determination result is shown in the column of “deposition result after inversion” in Table 1.

(比較例1〜5)
比較例1〜5においては、図3A〜図3Dに示すような、天地反転によるセラミック膜前駆体作製工程Aを行わず、図17に示すような方法によってシリカ膜前駆体を形成した。即ち、比較例1〜5においては、図17に示すように、容器120に貯留した前駆体ゾル121を、多孔質基材110の上部から流し込み、多孔質基材110のセル112内を通過させることによって行った。また、比較例1〜5における、「多孔質基材の一方の端面の直径(mm)」、「多孔質基材のセルの延びる方向の長さ(mm)」、「セルの数(個)」、「セルの直径(mm)」、及び「セルの総開口面積(mm)」、及び「シリカ膜の面積(m)」を表2に示す。また、「開口面積比」、及び「前駆体ゾルの使用量(mL)」を表2に示す。比較例1〜5にて得られたシリカ膜複合体のセルの真空度の測定を行った。結果を表2に示す。なお、実施例1と比較例1、実施例2と比較例2、実施例3と比較例3、実施例4と比較例4、及び実施例5と比較例5のそれぞれにおいて、各セルの真空度の測定方法は同じである。
(Comparative Examples 1-5)
In Comparative Examples 1 to 5, the silica film precursor was formed by the method shown in FIG. 17 without performing the ceramic film precursor preparation step A by upside down as shown in FIGS. 3A to 3D. That is, in Comparative Examples 1 to 5, as shown in FIG. 17, the precursor sol 121 stored in the container 120 is poured from the upper part of the porous substrate 110 and passed through the cell 112 of the porous substrate 110. Was done by. In Comparative Examples 1 to 5, “the diameter of one end face of the porous substrate (mm)”, “the length of the porous substrate in the cell extending direction (mm)”, “number of cells (pieces)” Table 2 shows “cell diameter (mm)”, “total open area of cell (mm 2 )”, and “area of silica film (m 2 )”. Further, “Opening area ratio” and “Amount of precursor sol used (mL)” are shown in Table 2. The degree of vacuum of the cell of the silica membrane composite obtained in Comparative Examples 1 to 5 was measured. The results are shown in Table 2. In each of Example 1 and Comparative Example 1, Example 2 and Comparative Example 2, Example 3 and Comparative Example 3, Example 4 and Comparative Example 4, and Example 5 and Comparative Example 5, the vacuum of each cell. The measurement method is the same.

また、図8は、比較例1によって製造されたシリカ膜複合体の、セルの真空度の測定結果を示すグラフである。図9は、実施例2によって製造されたシリカ膜複合体の、セルの真空度の測定結果を示すグラフである。図10は、比較例2によって製造されたシリカ膜複合体の、セルの真空度の測定結果を示すグラフである。図11は、実施例3によって製造されたシリカ膜複合体の、セルの真空度の測定結果を示すグラフである。図12は、比較例3によって製造されたシリカ膜複合体の、セルの真空度の測定結果を示すグラフである。図13は、実施例4によって製造されたシリカ膜複合体の、セルの真空度の測定結果を示すグラフである。図14は、比較例4によって製造されたシリカ膜複合体の、セルの真空度の測定結果を示すグラフである。図15は、実施例5によって製造されたシリカ膜複合体の、セルの真空度の測定結果を示すグラフである。図16は、比較例5によって製造されたシリカ膜複合体の、セルの真空度の測定結果を示すグラフである。図8〜図16においては、横軸が、セル位置を示し、縦軸が、真空度(kPa)を示す。   FIG. 8 is a graph showing the measurement results of the cell vacuum degree of the silica membrane composite produced in Comparative Example 1. FIG. 9 is a graph showing the measurement results of the cell vacuum degree of the silica membrane composite produced according to Example 2. FIG. 10 is a graph showing the measurement results of the cell vacuum degree of the silica membrane composite produced in Comparative Example 2. FIG. 11 is a graph showing the measurement results of the cell vacuum degree of the silica membrane composite produced according to Example 3. FIG. 12 is a graph showing the measurement results of the cell vacuum degree of the silica membrane composite produced in Comparative Example 3. FIG. 13 is a graph showing the measurement results of the cell vacuum degree of the silica membrane composite produced in Example 4. FIG. 14 is a graph showing the measurement results of the cell vacuum degree of the silica membrane composite produced in Comparative Example 4. FIG. 15 is a graph showing the measurement results of the cell vacuum degree of the silica membrane composite produced according to Example 5. FIG. 16 is a graph showing the measurement results of the cell vacuum degree of the silica membrane composite produced in Comparative Example 5. 8 to 16, the horizontal axis indicates the cell position, and the vertical axis indicates the degree of vacuum (kPa).

(結果1)
表1及び表2に示すように、実施例1〜5のシリカ膜複合体の製造方法においては、セルの真空度の測定において、全て良好な結果を得ることができた。また、実施例1〜5のシリカ膜複合体の製造方法においては、反転後の堆積結果も全て良好なものであった。一方、比較例1〜3のシリカ膜複合体の製造方法においては、セルの真空度の測定において、セルの真空度を維持することができず、セルの表面全域にシリカ膜を形成することができなった。即ち、従来のシリカ膜複合体の製造方法のような、前駆体ゾルを、多孔質基材の上部から流し込む方法では、前駆体ゾルの流れ込むセルにムラが生じやすく、セルの表面全域にシリカ膜を形成するためには、より多くの量の前駆体ゾルが必要となる。本発明のセラミック膜複合体の製造方法によれば、シリカ膜成形用の前駆体ゾルの量が少なくとも、多孔質基材の全てのセルの表面に良好にシリカ膜を形成できることが分かった。
(Result 1)
As shown in Tables 1 and 2, in the methods for producing the silica membrane composites of Examples 1 to 5, good results could be obtained in all measurements of the cell vacuum. Moreover, in the manufacturing method of the silica membrane composite of Examples 1-5, the deposition results after inversion were all good. On the other hand, in the method for producing a silica membrane composite of Comparative Examples 1 to 3, in the measurement of the degree of vacuum of the cell, the degree of vacuum of the cell cannot be maintained, and a silica film can be formed over the entire surface of the cell. I couldn't. That is, in a method in which the precursor sol is poured from the upper part of the porous substrate as in the conventional method for producing a silica membrane composite, the cells into which the precursor sol flows are likely to be uneven, and the silica film is spread over the entire surface of the cell. In order to form a higher amount of precursor sol is required. According to the method for producing a ceramic membrane composite of the present invention, it was found that the silica membrane can be satisfactorily formed on the surface of all the cells of the porous substrate at least in the amount of the precursor sol for forming the silica membrane.

比較例4及び5の製造方法においては、セルの表面全域にシリカ膜を形成することができた。但し、実施例1〜3及び比較例1〜3の結果を考慮すると、実施例4及び5の製造方法において、更に前駆体ゾルの使用量を少なくしても、セルの表面全域にシリカ膜を形成することができる可能性がある。実施例1〜5においては、多孔質基材の一方の端面の直径が最も小さい30mmである実施例5の前駆体ゾルの使用量を基準として、実施例1〜4における各前駆体ゾルの使用量を、開口面積比によって決定した。実施例1〜5においては、セルの真空度の測定において、全て良好な結果を得ることができたため、更に、前駆体ゾルの使用量を低減できる余地があるといえる。一方で、比較例1〜5の結果を考慮すると、比較例4及び5においては、前駆体ゾルの使用量を更に低減すると、セルの表面全域にシリカ膜を形成できないことが考えられる。即ち、比較例4及び5では、これ以上の使用量の低減は望めない。従って、比較例4、5の製造方法においては、セルの表面全域に良好にシリカ膜を形成するためには、実施例4及び5と比較して、過剰な量の前駆体ゾルを用いなければならないこととなる。   In the production methods of Comparative Examples 4 and 5, a silica film could be formed over the entire surface of the cell. However, considering the results of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3, in the production methods of Examples 4 and 5, even if the amount of precursor sol used is further reduced, a silica film is formed over the entire surface of the cell. There is a possibility that it can be formed. In Examples 1 to 5, the use of each precursor sol in Examples 1 to 4 is based on the usage amount of the precursor sol of Example 5 in which the diameter of one end face of the porous substrate is the smallest 30 mm. The amount was determined by the open area ratio. In Examples 1 to 5, all the favorable results were obtained in the measurement of the degree of vacuum of the cell, and it can be said that there is still room for reducing the amount of the precursor sol used. On the other hand, when considering the results of Comparative Examples 1 to 5, it is considered that in Comparative Examples 4 and 5, if the amount of precursor sol used is further reduced, a silica film cannot be formed over the entire surface of the cell. That is, in Comparative Examples 4 and 5, no further reduction in the amount used can be expected. Therefore, in the production methods of Comparative Examples 4 and 5, in order to form a silica film satisfactorily over the entire surface of the cell, an excessive amount of precursor sol must be used as compared with Examples 4 and 5. It will not be.

(実施例6〜11)
実施例6〜11においては、多孔質基材の一方の端面の直径(mm)、及びセルの数(個)が、表3及び表4に示すような多孔質基材を用い、実施例1と同様の方法によって、シリカ膜複合体を製造した。実施例6〜11においては、前駆体ゾルの使用量(mL)を、表3及び表4に示すように変更した。
(Examples 6 to 11)
In Examples 6 to 11, a porous substrate in which the diameter (mm) of one end surface of the porous substrate and the number of cells (pieces) are as shown in Table 3 and Table 4 were used, and Example 1 was used. A silica membrane composite was produced by the same method as described above. In Examples 6 to 11, the usage amount (mL) of the precursor sol was changed as shown in Tables 3 and 4.

実施例6〜8における、「多孔質基材の一方の端面の直径(mm)」、「多孔質基材のセルの延びる方向の長さ(mm)」、「セルの数(個)」、「セルの直径(mm)」、及び「セルの総開口面積(mm)」、及び「シリカ膜の面積(m)」を、表3に示す。また、実施例6〜8における、「前駆体ゾルの使用量(mL)」及び「筒内ゾル高さ」を表3に示す。実施例9〜11における、「多孔質基材の一方の端面の直径(mm)」、「多孔質基材のセルの延びる方向の長さ(mm)」、「セルの数(個)」、「セルの直径(mm)」、及び「セルの総開口面積(mm)」、及び「シリカ膜の面積(m)」を、表4に示す。また、実施例9〜11における、「前駆体ゾルの使用量(mL)」及び「筒内ゾル高さ」を表4に示す。 In Examples 6 to 8, “the diameter of one end face of the porous substrate (mm)”, “the length of the porous substrate in the cell extending direction (mm)”, “the number of cells (pieces)”, Table 3 shows “cell diameter (mm)”, “total open area of cell (mm 2 )”, and “area of silica film (m 2 )”. In addition, Table 3 shows “amount of precursor sol used (mL)” and “in-cylinder sol height” in Examples 6 to 8. In Examples 9 to 11, “the diameter of one end face of the porous substrate (mm)”, “the length of the porous substrate in the cell extending direction (mm)”, “the number of cells (pieces)”, “Cell diameter (mm)”, “total open area of cell (mm 2 )”, and “area of silica film (m 2 )” are shown in Table 4. Table 4 shows “amount of precursor sol used (mL)” and “in-cylinder sol height” in Examples 9 to 11.

また、実施例6〜11においても、多孔質基材の天地反転を行った際に、自由落下した前駆体ゾルが、多孔質基材の一方の端面上に均等に溜まっているか否かを目視にて判定した。判定基準は、実施例1の場合と同じである。表3及び表4の「反転後の堆積結果」の欄に、判定結果を示す。   Also in Examples 6 to 11, when the porous substrate was inverted, the free-falling precursor sol was visually observed on the one end surface of the porous substrate. Judged by. The determination criteria are the same as in the first embodiment. The determination results are shown in the “deposition result after inversion” column of Tables 3 and 4.

また、実施例9〜11については、以下の方法で、E10ガソリンのパーベーパレーション試験、及びベンゼン/シクロヘキサンのパーベーパレーション試験を行った。表4の「エタノール濃度(体積%)」及び「エタノール透過量(kg/m・h)」の欄に、E10ガソリンのパーベーパレーション試験の結果を示す。表4の、「ベンゼン濃度(質量%)」及び「ベンゼン透過量(kg/m・h)」の欄に、ベンゼン/シクロヘキサンのパーベーパレーション試験の結果を示す。 Moreover, about Examples 9-11, the pervaporation test of E10 gasoline and the pervaporation test of benzene / cyclohexane were done with the following method. The results of the pervaporation test of E10 gasoline are shown in the columns of “ethanol concentration (volume%)” and “ethanol permeation amount (kg / m 2 · h)” in Table 4. The results of pervaporation test of benzene / cyclohexane are shown in the columns of “benzene concentration (mass%)” and “benzene permeation amount (kg / m 2 · h)” in Table 4.

(E10ガソリンのパーベーパレーション試験)
実施例9〜11のシリカ膜複合体(セラミック膜複合体)のセル内に、温度70℃のE10ガソリンを流通させ、多孔質基材の側面から、−75kPa(ゲージ圧)の真空度で減圧する。そして、多孔質基材の側面からの透過蒸気を、液体窒素にて冷却したトラップにて捕集した。捕集した透過蒸気の液化物の質量と、透過蒸気の液化物をガスクロマトグラフィーにて分析した結果から、透過蒸気のエタノール濃度(体積%)、エタノール透過量(kg/m・h)を求めた。「E10ガソリン」とは、エタノールを10%混ぜたガソリンのことである。
(E10 gasoline pervaporation test)
E10 gasoline having a temperature of 70 ° C. was circulated in the cells of the silica membrane composites (ceramic membrane composites) of Examples 9 to 11, and the pressure was reduced from the side surface of the porous substrate at a vacuum degree of −75 kPa (gauge pressure). To do. And the permeation | transmission vapor | steam from the side surface of a porous base material was collected with the trap cooled with liquid nitrogen. From the mass of the collected liquefied permeate vapor and the results of gas chromatographic analysis of the liquefied permeate vapor, the ethanol concentration (% by volume) and the ethanol permeation amount (kg / m 2 · h) of the permeated vapor were calculated. Asked. “E10 gasoline” is gasoline mixed with 10% ethanol.

(ベンゼン/シクロヘキサンのパーベーパレーション試験)
実施例9〜11のシリカ膜複合体(セラミック膜複合体)のセル内に、温度50℃のベンゼン/シクロヘキサンの混合液体[ベンゼン:シクロヘキサン=50:50(質量比)]を流通させ、多孔質基材の側面から、−95kPa(ゲージ圧)の真空度で減圧する。そして、多孔質基材の側面からの透過蒸気を、液体窒素にて冷却したトラップにて捕集した。捕集した透過蒸気の液化物の質量と、透過蒸気の液化物をガスクロマトグラフィーにて分析した結果から、透過蒸気のベンゼン濃度(質量%)、ベンゼン透過量(kg/m・h)を求めた。
(Pervaporation test of benzene / cyclohexane)
A benzene / cyclohexane mixed liquid [benzene: cyclohexane = 50: 50 (mass ratio)] at a temperature of 50 ° C. was circulated in the cells of the silica membrane composites (ceramic membrane composites) of Examples 9 to 11, and was porous. The pressure is reduced from the side surface of the substrate at a vacuum degree of -95 kPa (gauge pressure). And the permeation | transmission vapor | steam from the side surface of a porous base material was collected with the trap cooled with liquid nitrogen. From the mass of the collected liquefied product of the permeated vapor and the results of gas chromatography analysis of the liquefied product of the permeated vapor, the benzene concentration (% by mass) and the amount of benzene permeated (kg / m 2 · h) Asked.

(結果2)
表3及び表4に示すように、筒内ゾル高さが2cm以上の実施例7、8、10及び11においては、反転後の堆積結果がAであった。即ち、多孔質基材の一方の端面上に均等に前駆体ゾルが溜まっていることが確認できた。実施例6及び9においては、前駆体ゾルの使用量が、実施例7、8、10及び11と比較して少なかったため、前駆体ゾルの液面が均等になるまでには至らなかった。但し、実施例6及び9においても、多孔質基材の一方の端面全域に、前駆体ゾルを自由落下させることは可能であった。本発明のセラミック膜複合体の製造方法においては、多孔質基材の一方の端面の面積をScmとした場合に、前駆体ゾルの使用量が2SmL以上である場合に、より良好な製膜を行うことが可能であることが分かった。E10ガソリンのパーベーパレーション試験の結果から分かるように、実施例9〜11のシリカ膜複合体は、エタノールを良好に分離又は濃縮することが可能なものであった。特に、前駆体ゾルの使用量が2SmL以上となる実施例10及び11のシリカ膜複合体は、透過蒸気のエタノール濃度(体積%)が高く、より良好に分離又は濃縮することが可能なものであった。また、ベンゼン/シクロヘキサンのパーベーパレーション試験の結果から分かるように、実施例9〜11のシリカ膜複合体は、ベンゼンも良好に分離又は濃縮することが可能なものであった。
(Result 2)
As shown in Tables 3 and 4, in Examples 7, 8, 10 and 11 where the in-cylinder sol height was 2 cm or more, the deposition result after inversion was A. That is, it was confirmed that the precursor sol was evenly accumulated on one end face of the porous substrate. In Examples 6 and 9, the amount of the precursor sol used was less than that in Examples 7, 8, 10 and 11, so that the liquid level of the precursor sol was not uniform. However, also in Examples 6 and 9, it was possible to freely drop the precursor sol over the entire area of one end face of the porous substrate. In the method for producing a ceramic membrane composite of the present invention, when the area of one end face of the porous substrate is Scm 2 and the amount of precursor sol used is 2 SmL or more, better film formation It was found possible to do. As can be seen from the results of the pervaporation test of E10 gasoline, the silica membrane composites of Examples 9 to 11 were capable of separating or concentrating ethanol well. In particular, the silica membrane composites of Examples 10 and 11 in which the usage amount of the precursor sol is 2 SmL or more has a high ethanol concentration (volume%) of the permeated vapor, and can be separated or concentrated better. there were. Further, as can be seen from the results of the benzene / cyclohexane pervaporation test, the silica membrane composites of Examples 9 to 11 were able to separate or concentrate benzene well.

(実施例12〜14)
実施例12〜14においては、多孔質基材の一方の端面の直径(mm)、及びセルの数(個)が、表5に示すような多孔質基材を用い、表5に示すような「反転速度(m/秒)」で天地反転を行った以外は、実施例1と同様の方法でシリカ膜複合体を製造した。実施例12〜14における、「多孔質基材の一方の端面の直径(mm)」、「多孔質基材のセルの延びる方向の長さ(mm)」、「セルの数(個)」、「セルの直径(mm)」、及び「セルの総開口面積(mm)」、及び「シリカ膜の面積(m)」を、表5に示す。また、実施例12〜14における、「前駆体ゾルの使用量(mL)」、及び「筒内ゾル高さ(cm)」を表5に示す。実施例12〜14においては、多孔質基材の一方の端面の面積をScmとした場合の、前駆体ゾルの使用量は、2SmLである。
(Examples 12 to 14)
In Examples 12 to 14, the diameter (mm) of one end face of the porous substrate and the number of cells (pieces) were as shown in Table 5 using the porous substrate as shown in Table 5. A silica membrane composite was produced in the same manner as in Example 1 except that the top-and-bottom inversion was performed at “reversal speed (m / sec)”. In Examples 12 to 14, “the diameter of one end face of the porous substrate (mm)”, “the length of the porous substrate in the cell extending direction (mm)”, “the number of cells (pieces)”, “Cell diameter (mm)”, “total open area of cell (mm 2 )”, and “area of silica film (m 2 )” are shown in Table 5. Table 5 shows “amount of precursor sol used (mL)” and “in-cylinder sol height (cm)” in Examples 12 to 14. In Examples 12 to 14, in the case where the area of one end face of the porous substrate was Scm 2, the amount of precursor sol is 2SmL.

なお、「反転速度(m/秒)」は、一方の端面と他方の端面との天地が反転するように多孔質基材を180°回転させた際の、前駆体ゾル貯留用容器の前駆体ゾル液面部位の速度(m/秒)のことである。   The “reversal speed (m / sec)” is the precursor of the precursor sol storage container when the porous substrate is rotated 180 ° so that the top and bottom of one end surface and the other end surface are reversed. It is the velocity (m / sec) of the sol liquid surface part.

実施例12〜14においても、多孔質基材の天地反転を行った際に、自由落下した前駆体ゾルが、多孔質基材の一方の端面上に均等に溜まっているか否かを目視にて判定した。判定基準は、実施例1の場合と同じである。表5の「反転後の堆積結果」の欄に、判定結果を示す。   Also in Examples 12 to 14, it was visually determined whether or not the precursor sol that had fallen freely was evenly accumulated on one end surface of the porous substrate when the porous substrate was inverted. Judged. The determination criteria are the same as in the first embodiment. The determination results are shown in the column “Deposition results after inversion” in Table 5.

(結果3)
表5に示すように、実施例12及び13においては、反転後の堆積結果がAであった。即ち、多孔質基材の一方の端面上に均等に前駆体ゾルが溜まっていることが確認できた。実施例14に示すように反転速度が遅い場合には、自由落下した前駆体ゾルの液面が均等になるには至らなかった。
(Result 3)
As shown in Table 5, in Examples 12 and 13, the deposition result after inversion was A. That is, it was confirmed that the precursor sol was evenly accumulated on one end face of the porous substrate. As shown in Example 14, when the reversal speed was low, the liquid level of the precursor sol that had fallen freely did not become uniform.

(実施例15〜18)
実施例15〜18においては、多孔質基材の一方の端面の直径(mm)、及びセルの数(個)が、表6に示すような多孔質基材を用い、実施例1と同様の方法でシリカ膜複合体を製造した。なお、実施例15〜18においては、表6に示すような「ゾル濃度(質量%)」及び「粘度(mPa・s)」の前駆体ゾルを用いて、セラミック膜前駆体作製工程Aを行った。実施例15〜18における、「多孔質基材の一方の端面の直径(mm)」、「多孔質基材のセルの延びる方向の長さ(mm)」、「セルの数(個)」、「セルの直径(mm)」、及び「セルの総開口面積(mm)」、及び「シリカ膜の面積(m)」を、表6に示す。また、実施例15〜18における、「前駆体ゾルの使用量(mL)」、及び「筒内ゾル高さ(cm)」を、表6に示す。実施例15〜18においては、多孔質基材の一方の端面の面積をScmとした場合の、前駆体ゾルの使用量は、2SmLである。
(Examples 15 to 18)
In Examples 15-18, the diameter (mm) of one end surface of the porous substrate and the number of cells (pieces) were the same as in Example 1 using the porous substrate as shown in Table 6. A silica membrane composite was produced by this method. In Examples 15 to 18, the ceramic film precursor preparation step A was performed using a precursor sol having “sol concentration (mass%)” and “viscosity (mPa · s)” as shown in Table 6. It was. In Examples 15 to 18, “the diameter of one end face of the porous substrate (mm)”, “the length of the porous substrate in the cell extending direction (mm)”, “the number of cells (pieces)”, “Cell diameter (mm)”, “total open area of cell (mm 2 )”, and “area of silica film (m 2 )” are shown in Table 6. Table 6 shows “amount of precursor sol used (mL)” and “in-cylinder sol height (cm)” in Examples 15 to 18. In Example 15-18, in the case where the area of one end face of the porous substrate was Scm 2, the amount of precursor sol is 2SmL.

なお、「ゾル濃度(質量%)」とは、前駆体ゾルの総質量に対する、前駆体ゾル中のシリカゾルのSiO換算の質量の比率のことである。また、「粘度(mPa・s)」は、円錐状回転型の粘度計によって測定した値である。 The “sol concentration (mass%)” is the ratio of the mass in terms of SiO 2 of the silica sol in the precursor sol to the total mass of the precursor sol. The “viscosity (mPa · s)” is a value measured with a conical rotational viscometer.

実施例15〜18においても、多孔質基材の天地反転を行った際に、自由落下した前駆体ゾルが、多孔質基材の一方の端面上に均等に溜まっているか否かを目視にて判定した。判定基準は、実施例1の場合と同じである。表6の「反転後の堆積結果」の欄に、判定結果を示す。   Also in Examples 15 to 18, it was visually determined whether or not the precursor sol that had fallen freely was evenly accumulated on one end surface of the porous substrate when the porous substrate was inverted. Judged. The determination criteria are the same as in the first embodiment. The determination result is shown in the column of “deposition result after inversion” in Table 6.

(結果4)
表6に示すように、実施例15〜18においては、反転後の堆積結果がAであった。即ち、前駆体ゾルの粘度が1.0〜20mPa・sの場合には、多孔質基材の一方の端面上に均等に前駆体ゾルが溜まっていることが確認できた。
(Result 4)
As shown in Table 6, in Examples 15 to 18, the deposition result after inversion was A. That is, when the viscosity of the precursor sol was 1.0 to 20 mPa · s, it was confirmed that the precursor sol was evenly accumulated on one end face of the porous substrate.

(実施例19〜22)
実施例19〜22においては、多孔質基材の一方の端面の直径(mm)、及びセルの数(個)が、表7に示すような多孔質基材を用い、表7に示すような前駆体ゾルを使用した以外は、実施例1と同様の方法でセラミック膜複合体を製造した。表7の「ゾル種類」の欄に、実施例19〜22にて使用した前駆体ゾルの種類を示す。
(Examples 19 to 22)
In Examples 19 to 22, the diameter (mm) of one end face of the porous substrate and the number of cells (pieces) were as shown in Table 7 using the porous substrate as shown in Table 7. A ceramic membrane composite was produced in the same manner as in Example 1 except that the precursor sol was used. In the column of “Sol Type” in Table 7, the type of precursor sol used in Examples 19 to 22 is shown.

実施例19の「シリカ」とは、テトラエトキシシランをアルコキシドとしたシリカ膜成形用のゾルのことである。実施例20の「チタニア」とは、チタンテトライソプロポキシドをアルコキシドとしたチタニア膜成形用のゾルのことである。実施例21の「ジルコニア」とは、ジルコニウムテトラエトキシドをアルコキシドとしたジルコニア膜成形用のゾルのことである。実施例22の「p−トリル基含有シリカ」とは、実施例1に使用した前駆体ゾルと同じ種類の前駆体ゾルのことである。   “Silica” in Example 19 is a sol for forming a silica film using tetraethoxysilane as an alkoxide. “Titania” of Example 20 is a sol for forming a titania film using titanium tetraisopropoxide as an alkoxide. “Zirconia” in Example 21 is a sol for forming a zirconia film using zirconium tetraethoxide as an alkoxide. The “p-tolyl group-containing silica” in Example 22 is a precursor sol of the same type as the precursor sol used in Example 1.

実施例19〜22における、「多孔質基材の一方の端面の直径(mm)」、「多孔質基材のセルの延びる方向の長さ(mm)」、「セルの数(個)」、「セルの直径(mm)」、及び「セルの総開口面積(mm)」、及び「セラミック膜の面積(m)」を、表7に示す。また、実施例19〜22における、「開口面積比」、及び「前駆体ゾルの使用量(mL)」、及び「筒内ゾル高さ(cm)」を、表7に示す。 In Examples 19 to 22, “the diameter of one end face of the porous substrate (mm)”, “the length of the porous substrate in the cell extending direction (mm)”, “the number of cells (pieces)”, “Cell diameter (mm)”, “total open area of cell (mm 2 )”, and “area of ceramic membrane (m 2 )” are shown in Table 7. Table 7 shows the “opening area ratio”, “precursor sol usage (mL)”, and “in-cylinder sol height (cm)” in Examples 19 to 22.

実施例19〜22においては、得られた各セラミック膜複合体について、実施例1と同様の方法で、セルの真空度の測定を行った。表7の「セルの真空度の測定結果」の欄に、測定結果を示す。   In Examples 19-22, the degree of vacuum of the cell was measured by the same method as Example 1 about each obtained ceramic membrane composite. The measurement results are shown in the column “Measurement results of vacuum degree of cell” in Table 7.

(結果5)
表7に示すように、実施例19〜22にて使用したいずれの前駆体ゾルであっても、良好にセラミック膜を形成することができた。即ち、本発明のセラミック膜複合体の製造方法は、シリカ膜、チタニア膜、及びジルコニア膜等の各種のセラミック膜を備えたセラミック膜複合体を製造する方法として好適に用いることができることが分かった。
(Result 5)
As shown in Table 7, a ceramic film could be formed satisfactorily with any of the precursor sols used in Examples 19-22. That is, it was found that the method for producing a ceramic membrane composite of the present invention can be suitably used as a method for producing a ceramic membrane composite having various ceramic membranes such as a silica membrane, a titania membrane, and a zirconia membrane. .

本発明は、複数種の物質が混じり合っている流体の中から特定の種類の物質のみを分離又は濃縮するためのセラミック膜複合体を製造する方法として利用することができる。   The present invention can be used as a method of manufacturing a ceramic membrane composite for separating or concentrating only a specific type of material from a fluid in which a plurality of types of materials are mixed.

2:セル、10:多孔質基材、11:一方の端面、12:他方の端面、20:前駆体ゾル貯留用容器、20a:液排出口、21:前駆体ゾル、25:セラミック膜前駆体、26:セラミック膜、28:前駆体ゾル回収用容器、28a:液回収口、40:栓部材、41:真空ポンプ、42:圧力計、43:配管、44:針、100:セラミック膜複合体、110:多孔質基材、112:セル、120:容器、121:前駆体ゾル、124:筒状部材、O:回転中心。 2: cell, 10: porous substrate, 11: one end face, 12: the other end face, 20: container for storing precursor sol, 20a: liquid outlet, 21: precursor sol, 25: ceramic film precursor , 26: Ceramic membrane, 28: Container for collecting precursor sol, 28a: Liquid recovery port, 40: Plug member, 41: Vacuum pump, 42: Pressure gauge, 43: Pipe, 44: Needle, 100: Ceramic membrane composite 110: porous substrate, 112: cell, 120: container, 121: precursor sol, 124: cylindrical member, O: center of rotation.

Claims (8)

流体の流路となる一方の端面から他方の端面まで延びる複数のセルが形成された筒状の多孔質基材の前記セルの表面に、セラミック膜成形用の前駆体ゾルを塗布して、セラミック膜前駆体を形成するセラミック膜前駆体作製工程と、
前記セラミック膜前駆体を熱処理して、前記多孔質基材の前記セルの表面にセラミック膜を形成する熱処理工程と、を備え、
前記セラミック膜前駆体作製工程が、前記多孔質基材の前記一方の端面における前記セルが形成されている領域よりも開口部の大きさが大きな液排出口を有する前駆体ゾル貯留用容器を、前記多孔質基材の前記一方の端面側に配設し、前記前駆体ゾル貯留用容器を配設した前記多孔質基材を、前記一方の端面が上方となり且つ前記多孔質基材のセルの延びる方向が鉛直方向となるように配置した状態で、前記前駆体ゾル貯留用容器に貯留された前記前駆体ゾルを、前記液排出口全域から前記多孔質基材の前記一方の端面に向けて自由落下させることにより、前記セラミック膜前駆体を形成するセラミック膜複合体の製造方法。
A precursor sol for forming a ceramic film is applied to the surface of the cell of a cylindrical porous base material on which a plurality of cells extending from one end surface to the other end surface serving as a fluid flow path are formed. A ceramic film precursor preparation step for forming a film precursor;
Heat-treating the ceramic film precursor to form a ceramic film on the surface of the cell of the porous substrate, and
A precursor sol storage container having a liquid outlet having a larger opening than the region where the cells are formed on the one end face of the porous base material in the ceramic film precursor preparation step, The porous base material provided on the one end face side of the porous base material, and the precursor sol storage container is provided on the porous base material cell. In a state where the extending direction is a vertical direction, the precursor sol stored in the precursor sol storage container is directed from the entire liquid discharge port toward the one end surface of the porous substrate. A method for producing a ceramic membrane composite, wherein the ceramic membrane precursor is formed by free-falling.
前記前駆体ゾルが貯留された前記前駆体ゾル貯留用容器を前記一方の端面側に配置した前記多孔質基材を、前記一方の端面が下方となり且つ前記多孔質基材のセルの延びる方向が鉛直方向となるように配置した状態から、前記セルの延びる方向上の1点を回転中心として、前記多孔質基材の前記一方の端面と前記他方の端面との天地が反転するように180°回転させることにより、前記前駆体ゾル貯留用容器に貯留された前記前駆体ゾルを、前記多孔質基材の前記一方の端面に向けて自由落下させる請求項1に記載のセラミック膜複合体の製造方法。   The porous substrate in which the precursor sol storage container in which the precursor sol is stored is disposed on the one end surface side, and the direction in which the one end surface is downward and the cells of the porous substrate extend is 180 ° so that the top and bottom of the one end face and the other end face of the porous base material are reversed with the one point in the cell extending direction as the rotation center from the state of being arranged in the vertical direction. The manufacturing of the ceramic membrane composite according to claim 1, wherein the precursor sol stored in the precursor sol storage container is allowed to freely fall toward the one end surface of the porous substrate by rotating. Method. 前記回転中心から、前記前駆体ゾル貯留用容器に溜まった液面までの長さをa(m)とした場合に、前記多孔質基材を前記天地が反転するように180°回転させる際の前記前駆体ゾル液面部位の速度が√(9.8a)m/秒以上である請求項2に記載のセラミック膜複合体の製造方法。   When the length from the rotation center to the liquid level accumulated in the precursor sol storage container is a (m), the porous substrate is rotated 180 ° so that the top and bottom are reversed. The method for producing a ceramic membrane composite according to claim 2, wherein the velocity of the precursor sol liquid surface portion is √ (9.8a) m / sec or more. 前記前駆体ゾル貯留用容器に貯留される前記前駆体ゾルの量が、前記多孔質基材の前記一方の端面の面積をScmとした場合に、2SmL以上である請求項1〜3のいずれか一項に記載のセラミック膜複合体の製造方法。 The amount of the precursor sol stored in the precursor sol storage container is 2 SmL or more when the area of the one end face of the porous substrate is Scm 2. A method for producing a ceramic membrane composite according to claim 1. 前記多孔質基材の前記一方の端面における外径が50mm以上である請求項1〜4のいずれか一項に記載のセラミック膜複合体の製造方法。   The method for producing a ceramic membrane composite according to any one of claims 1 to 4, wherein an outer diameter of the one end face of the porous substrate is 50 mm or more. 前記前駆体ゾルの粘度が、1.0〜20mPa・sである請求項1〜5のいずれか一項に記載のセラミック膜複合体の製造方法。   The method for producing a ceramic membrane composite according to claim 1, wherein the precursor sol has a viscosity of 1.0 to 20 mPa · s. 前記セラミック膜が、シリカ膜である請求項1〜6のいずれか一項に記載のセラミック膜複合体の製造方法。   The method for producing a ceramic membrane composite according to any one of claims 1 to 6, wherein the ceramic membrane is a silica membrane. 前記シリカ膜が、p−トリル基を含有するシリカ膜である請求項7に記載のセラミック膜複合体の製造方法。   The method for producing a ceramic membrane composite according to claim 7, wherein the silica membrane is a silica membrane containing a p-tolyl group.
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