JP2015033688A - Porous silica base body for high-silica zeolite membrane, fluid separation material and method for producing the fluid separation material - Google Patents

Porous silica base body for high-silica zeolite membrane, fluid separation material and method for producing the fluid separation material Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a porous silica base body for a high-silica zeolite membrane being excellent in gas permeability, containing no alumina and having a thermal expansion coefficient close to that of the high-silica zeolite membrane, a fluid separation material formed with the high-silica zeolite membrane on the base body and a method for producing the same.SOLUTION: In a porous silica base body 21 for a high-silica zeolite membrane,: the high-silica zeolite membrane 22 is formed on a surface; a porosity is 35-70%; and an average pore diameter is 250-450 nm. In a method for producing a liquid separation material 20,: the porous silica base body 21 for the high-silica zeolite membrane is immersed into a zeolite seed crystal dispersion liquid whose pH value is adjusted to be 4 or less; the base body is pulled up from the dispersion liquid; a seed crystal is coated on the surface of the base body; and then the seed crystal coated on the surface of the base body 21 is secondarily grown by a hydrothermal synthesis method to form the high-silica zeolite membrane 22.

Description

本発明は、ハイシリカゼオライト膜用多孔質シリカ基体と、当該基体を用いた流体分離材料及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a porous silica substrate for a high silica zeolite membrane, a fluid separation material using the substrate, and a method for producing the same.

近年、多孔質基体表面にゼオライト膜を形成した流体分離材料が用いられるようになっている。ゼオライト膜は、結晶型によって規則細孔のサイズが異なる他、構成成分となるSiOとAlのモル比によって細孔を透過する分子の選択性が変化することが知られており(通常SiO/Alが大きくなるほど親油性が増加する)、中でもSiO/Alが大きいハイシリカゼオライト膜はアルコール/水分離、オレフィン/パラフィン分離、炭化水素の異性体分離、芳香族炭化水素/脂肪族炭化水素分離などの有機物分離への応用が期待されている(例えば、特許文献1〜4参照)。 In recent years, fluid separation materials in which a zeolite membrane is formed on the surface of a porous substrate have been used. Zeolite membranes are known to vary in the size of regular pores depending on their crystal type, and the selectivity of molecules that permeate through the pores varies depending on the molar ratio of the constituent SiO 2 and Al 2 O 3 ( In general, the larger the SiO 2 / Al 2 O 3, the more lipophilic increases). Among them, the high silica zeolite membrane having a large SiO 2 / Al 2 O 3 has alcohol / water separation, olefin / paraffin separation, hydrocarbon isomer separation, Application to organic matter separation such as aromatic hydrocarbon / aliphatic hydrocarbon separation is expected (see, for example, Patent Documents 1 to 4).

特許4494685号公報Japanese Patent No. 4494685 特許4620065号公報Japanese Patent No. 4620065 特許4494685号公報Japanese Patent No. 4494685 特開2008−188564号公報JP 2008-188564 A 特許4961322号公報Japanese Patent No. 4961322 特許4304381号公報Japanese Patent No. 4304382 特許3723888号公報Japanese Patent No. 3723888 特許4494685号公報Japanese Patent No. 4494685

Luc Bousse et al.,“Zeta Potential measurements of Ta2O5 and SiO2 thin films”,J. Colloid Interface Sci. 147,P22−32,1991.Luc Bousse et al. "Zeta Potential measurement of Ta2O5 and SiO2 thin films", J. et al. Colloid Interface Sci. 147, P22-32, 1991.

従来から、ゼオライト膜の基体には、入手の容易さ、価格の面からアルミナやムライトが一般的に使用されている(例えば、特許文献5、特許文献6参照)。しかしながら、高濃度のアルミナ成分を含むこれらの基体の表面にSiO/Alモル比の大きいハイシリカゼオライト膜を製膜しようとすると、基体から膜へアルミナ成分が溶出するため、SiO/Alモル比を一定に制御することが困難であることが知られている。また、構造規定剤が必要となるゼオライト膜の作製においては、製膜後に高温でこれを燃焼させ、膜中から除去する必要があるが、アルミナやムライトの基体とハイシリカゼオライト膜との熱膨張係数の差が大きいため、構造規定剤を高温で燃焼させる際に、ハイシリカゼオライト膜にクラックが生じる場合がある。高濃度のアルミナ成分を含有せず、ハイシリカゼオライトと熱膨張係数が近い基体としては、特許文献7に記載されているバイコールが知られているが、バイコールは細孔径および気孔率が小さく、ガス透過性が低い問題がある。また、特許文献8ではゼオライト自体を多孔質基体とする方法が開示されているが、この方法は基体の作製工程が複雑である。 Conventionally, alumina and mullite are generally used as a zeolite membrane substrate from the standpoint of availability and price (for example, see Patent Documents 5 and 6). However, if an attempt is made to form a high silica zeolite membrane having a large SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio on the surface of these substrates containing a high concentration of alumina component, the alumina component is eluted from the substrate to the membrane, so SiO 2 It is known that it is difficult to control the / Al 2 O 3 molar ratio to be constant. In addition, in the production of a zeolite membrane that requires a structure-directing agent, it is necessary to burn it at a high temperature after film formation and remove it from the membrane. Since the difference in coefficient is large, cracks may occur in the high silica zeolite membrane when the structure directing agent is burned at a high temperature. As a substrate that does not contain a high concentration alumina component and has a coefficient of thermal expansion close to that of high silica zeolite, Vycor described in Patent Document 7 is known, but Vycol has a small pore diameter and porosity, There is a problem of low permeability. Further, Patent Document 8 discloses a method in which zeolite itself is a porous substrate, but this method involves a complicated substrate manufacturing process.

本発明は、ガス透過性に優れ、アルミナを含まず、ハイシリカゼオライト膜と近い熱膨張係数を有するハイシリカゼオライト膜用多孔質シリカ基体と、この基体にハイシリカゼオライト膜を製膜した流体分離材料とその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention provides a porous silica substrate for a high silica zeolite membrane that has excellent gas permeability, does not contain alumina, and has a thermal expansion coefficient close to that of a high silica zeolite membrane, and fluid separation in which a high silica zeolite membrane is formed on the substrate. It aims at providing material and its manufacturing method.

上記の目的を達成するために、本発明のハイシリカゼオライト膜用多孔質シリカ基体は、
気孔率が35%以上70%以下、平均細孔径が250nm以上450nm以下である。
In order to achieve the above object, the porous silica substrate for high silica zeolite membrane of the present invention comprises:
The porosity is 35% to 70%, and the average pore diameter is 250 nm to 450 nm.

上記の目的を達成するために、本発明の流体分離材料は、
気孔率が35%以上70%以下、平均細孔径が250nm以上450nm以下である多孔質シリカ基体上に、SiO/Alモル比が30以上のハイシリカゼオライト膜が形成されている。
In order to achieve the above object, the fluid separation material of the present invention comprises:
A high silica zeolite membrane having a SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of 30 or more is formed on a porous silica substrate having a porosity of 35% to 70% and an average pore diameter of 250 nm to 450 nm.

上記の目的を達成するために、本発明の流体分離材料は、
気孔率が35%以上70%以下、平均細孔径が250nm以上450nm以下である多孔質シリカ基体上に、Alを含まないハイシリカゼオライト膜が形成されている。
In order to achieve the above object, the fluid separation material of the present invention comprises:
A high silica zeolite membrane not containing Al 2 O 3 is formed on a porous silica substrate having a porosity of 35% to 70% and an average pore diameter of 250 nm to 450 nm.

上記の目的を達成するために、本発明の流体分離材料の製造方法は、
ハイシリカゼオライトの種結晶を気孔率が35%以上70%以下、平均細孔径が250nm以上450nm以下である多孔質シリカ基体上にpH4以下で浸漬塗布した後、水熱合成法により前記種結晶を二次成長させてハイシリカゼオライト膜を形成する。
In order to achieve the above object, a method for producing a fluid separation material of the present invention comprises:
After dip-coating a high silica zeolite seed crystal on a porous silica substrate having a porosity of 35% or more and 70% or less and an average pore diameter of 250 nm or more and 450 nm or less at a pH of 4 or less, the seed crystal is formed by a hydrothermal synthesis method. Secondary growth is performed to form a high silica zeolite membrane.

本発明によれば、作製が容易であるとともに歩留まりの向上したハイシリカゼオライト膜を備えたハイシリカゼオライト膜用多孔質シリカ基体および当該基体を用いた流体分離材料を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a porous silica substrate for a high silica zeolite membrane provided with a high silica zeolite membrane that is easy to produce and improved in yield, and a fluid separation material using the substrate.

本発明の一実施形態である流体分離材料の例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the example of the fluid separation material which is one Embodiment of this invention. 本発明の製造方法の一実施形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows one Embodiment of the manufacturing method of this invention. ガスシール部を備えた多孔質シリカ基体の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example of the porous silica base | substrate provided with the gas seal part. 本発明に係る流体分離材料を備えた流体分離モジュールを示す図である。It is a figure which shows the fluid separation module provided with the fluid separation material which concerns on this invention. 図1の流体分離材料の表面に形成されるハイシリカゼオライト膜の電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph of the high silica zeolite membrane formed on the surface of the fluid separation material of FIG. 透過係数を測定する装置の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the apparatus which measures a transmission coefficient. 透過係数を測定する装置の他の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the other example of the apparatus which measures a transmission coefficient. 透過係数を測定する装置の他の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the other example of the apparatus which measures a transmission coefficient.

[本願発明の実施形態の説明]
最初に本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。
本願発明の実施形態に係るハイシリカゼオライト膜用多孔質シリカ基体は、
(1)気孔率が35%以上70%以下、平均細孔径が250nm以上450nm以下である。
本発明によれば、ガス透過性が高く、構成成分としてアルミナを含まず、ハイシリカゼオライト膜との熱膨張差が小さいハイシリカゼオライト膜用多孔質シリカ基体を提供することができる。
[Description of Embodiment of Present Invention]
First, the contents of the embodiments of the present invention will be listed and described.
A porous silica substrate for a high silica zeolite membrane according to an embodiment of the present invention,
(1) The porosity is 35% to 70%, and the average pore diameter is 250 nm to 450 nm.
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the porous silica base | substrate for high silica zeolite membranes which has high gas permeability, does not contain an alumina as a structural component, and has a small thermal expansion difference with a high silica zeolite membrane can be provided.

本願発明の実施形態に係る流体分離材料は、
(2)上記(1)に記載のハイシリカゼオライト膜用多孔質シリカ基体上に、SiO/Alモル比が30以上のハイシリカゼオライト膜が形成されている。
多孔質シリカ基体を用いることにより、モル比が上記範囲となるハイシリカゼオライト膜を歩留まり良く形成することができる。
The fluid separation material according to the embodiment of the present invention is:
(2) A high silica zeolite membrane having a SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of 30 or more is formed on the porous silica substrate for a high silica zeolite membrane described in (1) above.
By using a porous silica substrate, a high silica zeolite membrane having a molar ratio in the above range can be formed with high yield.

本願発明の実施形態に係る流体分離材料は、
(3)上記(1)に記載のハイシリカゼオライト膜用多孔質シリカ基体上に、Alを含まないハイシリカゼオライト膜が形成されている。
多孔質シリカ基体を用いることにより、Alを含まないハイシリカゼオライト膜を容易に形成することができる。
The fluid separation material according to the embodiment of the present invention is:
(3) A high silica zeolite membrane not containing Al 2 O 3 is formed on the porous silica substrate for a high silica zeolite membrane described in (1) above.
By using a porous silica substrate, a high silica zeolite membrane containing no Al 2 O 3 can be easily formed.

また、本願発明の実施形態に係る流体分離材料は、
(4)ハイシリカゼオライト膜の構造型がMFI型であることが好ましい。
細孔径の大きさが石油化学工業上重要な中間体となる低級炭化水素の分離に適しているためである。
The fluid separation material according to the embodiment of the present invention is
(4) The structural type of the high silica zeolite membrane is preferably MFI type.
This is because the pore size is suitable for the separation of lower hydrocarbons which are important intermediates in the petrochemical industry.

本願発明の実施形態に係る流体分離材料の製造方法は、
(5)ハイシリカゼオライトの種結晶を上記(1)に記載のハイシリカゼオライト膜用多孔質シリカ基体上にpH4以下で浸漬塗布した後、水熱合成法により前記種結晶を二次成長させてハイシリカゼオライト膜を形成する。
多孔質シリカ基体の表面にハイシリカゼオライトの種結晶が高密度で塗布されることで、最終的に欠陥密度が低く、分離性能が高い流体分離材料を製造することができる。
A method for producing a fluid separation material according to an embodiment of the present invention is as follows.
(5) After dip-coating the high silica zeolite seed crystal on the porous silica substrate for high silica zeolite membrane described in (1) above at a pH of 4 or less, the seed crystal is secondarily grown by a hydrothermal synthesis method. A high silica zeolite membrane is formed.
By applying high-silica zeolite seed crystals at a high density on the surface of the porous silica substrate, a fluid separation material having a low defect density and a high separation performance can be produced.

[本願発明の実施形態の詳細]
以下、本発明に係るハイシリカゼオライト膜用多孔質シリカ基体、流体分離材料及びその製造方法の実施の形態の例を、図面を参照して説明する。
なお、本実施形態では、多孔質シリカ基体にMFI型のハイシリカゼオライト膜を形成した流体分離材料について例示して説明する。また、流体分離材料の形状は、平面状等、任意の形状とすることもできるが、反応効率の点から流体との接触面積をより広くするために、本実施形態では管状としている。
[Details of the embodiment of the present invention]
Hereinafter, examples of embodiments of a porous silica substrate for a high silica zeolite membrane, a fluid separation material, and a method for producing the same according to the present invention will be described with reference to the drawings.
In this embodiment, a fluid separation material in which an MFI type high silica zeolite membrane is formed on a porous silica substrate will be described as an example. The shape of the fluid separation material can be an arbitrary shape such as a planar shape, but in order to increase the contact area with the fluid from the viewpoint of reaction efficiency, it is tubular in this embodiment.

(流体分離材料)
図1に、流体分離材料の一実施形態を示す。図1は流体分離材料の縦断面図である。
流体分離材料20は略円筒形状であり、その中心には長手方向に延びる略円形断面の中心孔24を有する。流体分離材料20は、中心孔24の外周上に管壁としてハイシリカゼオライト膜用の多孔質シリカ基体21を有している。多孔質シリカ基体21の外周にはハイシリカゼオライト膜22が製膜されている。
(Fluid separation material)
FIG. 1 illustrates one embodiment of a fluid separation material. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a fluid separation material.
The fluid separation material 20 has a substantially cylindrical shape, and has a central hole 24 having a substantially circular cross section extending in the longitudinal direction at the center thereof. The fluid separation material 20 has a porous silica substrate 21 for a high silica zeolite membrane as a tube wall on the outer periphery of the center hole 24. A high silica zeolite membrane 22 is formed on the outer periphery of the porous silica substrate 21.

多孔質シリカ基体21は、ハイシリカゼオライト膜22における流体の透過をほぼ干渉することなく該薄膜を支持するため、多孔質シリカ基体21の気孔率は35〜70%、平均細孔径は250nm〜450nmとされる。なお、「気孔率」は、単位体積当たりの空気容積が占める割合として算出できる。
さらに、多孔質シリカ基体21の厚さは、特に限定されるものではないが、機械的強度とガス透過性のバランスから0.2mm〜5mmであることが好ましく、0.5mm〜3mmであることがより好ましい。
Since the porous silica substrate 21 supports the thin film without substantially interfering with the permeation of fluid through the high silica zeolite membrane 22, the porosity of the porous silica substrate 21 is 35 to 70% and the average pore diameter is 250 nm to 450 nm. It is said. The “porosity” can be calculated as the ratio of the air volume per unit volume.
Furthermore, the thickness of the porous silica substrate 21 is not particularly limited, but is preferably 0.2 mm to 5 mm, and preferably 0.5 mm to 3 mm in view of the balance between mechanical strength and gas permeability. Is more preferable.

本実施形態の多孔質シリカ基体21の外周に形成されるハイシリカゼオライト膜22は、SiO/Alモル比が30以上のハイシリカゼオライト膜であることを意味し、Alを含まないハイシリカゼオライト膜も含まれる。SiO/Alモル比が30未満では、多孔質シリカ基体21とハイシリカゼオライト膜22の熱膨張差が大きくなるため、高温処理時にハイシリカゼオライト膜22にクラックが生じやすくなる。 The high silica zeolite membrane 22 formed on the outer periphery of the porous silica substrate 21 of the present embodiment means a high silica zeolite membrane having a SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of 30 or more, and Al 2 O 3 High silica zeolite membranes that do not contain any are also included. When the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio is less than 30, the difference in thermal expansion between the porous silica substrate 21 and the high silica zeolite membrane 22 becomes large, and cracks are likely to occur in the high silica zeolite membrane 22 during high temperature treatment.

ハイシリカゼオライト膜22の厚さは、特に限定されるものではないが、0.5μm〜30μmであることが好ましい。厚さが0.5μm未満では、ハイシリカゼオライト膜22にピンホールが発生しやすく、十分な分離性能を得ることができず、また、厚さが30μmを超えると流体の透過速度が小さくなりすぎ、実用上十分な分離性能が得られにくくなる場合がある。   The thickness of the high silica zeolite membrane 22 is not particularly limited, but is preferably 0.5 μm to 30 μm. If the thickness is less than 0.5 μm, pinholes are likely to occur in the high silica zeolite membrane 22 and sufficient separation performance cannot be obtained. If the thickness exceeds 30 μm, the fluid permeation rate becomes too low. In some cases, practically sufficient separation performance may be difficult to obtain.

以下、上記流体分離材料20の製造方法の一実施形態について、図1および図2を参照して説明する。
まず、ロッド30の周囲にシリカガラス粒子を堆積させて多孔質シリカ基体21を作製する(図2(a)参照)。ロッド30は、先端部が下になるようにして鉛直に配置される。また、ロッド30を水平に配置する形としても良い。ロッド30の素材としては、ガラス、耐火性セラミクスなどを用いることができる。ロッド30は固定された後、中心軸を中心として回転される。そして、スス付け法(CVD法)により、ロッド30の側方に配置されたバーナ31により、ロッド30の外周にシリカガラス粒子が堆積される。シリカガラス粒子の生成速度、バーナ31の移動速度、および堆積温度などを変化させることにより、所望の気孔率、細孔径、肉厚を有したシリカ多孔体を堆積させることができる。堆積されたシリカ多孔体からロッド30を引き抜くことにより、円筒状の多孔質シリカ基体21が作製される(図2(b)参照)。また、先端が丸型のロッド30aを使用し、ロッド30aの先端部にもシリカガラス粒子を堆積させることで、先端が閉じた管状の多孔質シリカ基体21aを作製することも可能である(図2(c)参照)。
なお、多孔質シリカ基体21を構成する多孔質シリカガラスは、スス付け法(CVD法)の他に、射出成形法などの製法により製造できる。
Hereinafter, an embodiment of a method for producing the fluid separation material 20 will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
First, porous silica substrate 21 is produced by depositing silica glass particles around rod 30 (see FIG. 2A). The rod 30 is arranged vertically so that the tip portion is on the bottom. Moreover, it is good also as a form which arrange | positions the rod 30 horizontally. As a material of the rod 30, glass, fireproof ceramics, or the like can be used. After the rod 30 is fixed, the rod 30 is rotated about the central axis. Then, silica glass particles are deposited on the outer periphery of the rod 30 by a burner 31 disposed on the side of the rod 30 by a sooting method (CVD method). By changing the generation rate of the silica glass particles, the moving speed of the burner 31, the deposition temperature, and the like, a porous silica material having a desired porosity, pore diameter, and thickness can be deposited. By pulling out the rod 30 from the deposited porous silica, a cylindrical porous silica substrate 21 is produced (see FIG. 2B). It is also possible to produce a tubular porous silica substrate 21a having a closed tip by using a rod 30a having a round tip and depositing silica glass particles on the tip of the rod 30a (see FIG. 2 (c)).
In addition, the porous silica glass which comprises the porous silica base | substrate 21 can be manufactured by manufacturing methods, such as an injection molding method other than a sooting method (CVD method).

多孔質シリカ基体21は、その一部を加熱して緻密化したり、市販の透明石英管と溶接したりすることで、図3(a)に示したガスシール部25を備えた基体26とすることもできる。また、図3(b)のように先端が閉じた管状の基体26aを作製することも可能である。このような構造とすることにより、この後に形成するハイシリカゼオライト膜22に機械的応力を負荷することなく、図4に示す流体分離モジュール40を作製することが可能となる。流体分離モジュール40内に基体26aを設置することで、流体分離モジュール40内に供給される供給流体から所望の透過流体のみを基体26aによって取り出して、透過流体以外の非透過流体については流体分離モジュール40から適宜排出することができる。   The porous silica substrate 21 is partially heated to be densified, or welded to a commercially available transparent quartz tube, thereby forming a substrate 26 having the gas seal portion 25 shown in FIG. You can also. Further, as shown in FIG. 3B, a tubular base body 26a having a closed tip can be produced. With such a structure, the fluid separation module 40 shown in FIG. 4 can be produced without applying mechanical stress to the high silica zeolite membrane 22 to be formed later. By installing the base body 26a in the fluid separation module 40, only the desired permeated fluid is taken out from the supply fluid supplied into the fluid separation module 40 by the base body 26a, and for the non-permeated fluid other than the permeated fluid, the fluid separation module. 40 can be appropriately discharged.

次に、多孔質シリカ基体21の表面にハイシリカゼオライト膜22を形成する(図1参照)。本例においては、ハイシリカゼオライト膜22は、多孔質シリカ基体21の表面にハイシリカゼオライトの種結晶を塗布する種結晶塗布工程と、前記ゼオライト種結晶を成長させて多孔質シリカ基体21の表面にハイシリカゼオライト膜22を形成するゼオライト膜形成工程と、前記ハイシリカゼオライト結晶を加熱処理することにより、構造規定剤を除去する構造規定剤除去工程とを有する。   Next, a high silica zeolite membrane 22 is formed on the surface of the porous silica substrate 21 (see FIG. 1). In this example, the high silica zeolite membrane 22 includes a seed crystal coating step in which a seed crystal of high silica zeolite is applied to the surface of the porous silica substrate 21, and the surface of the porous silica substrate 21 by growing the zeolite seed crystal. A zeolite membrane forming step for forming the high silica zeolite membrane 22 and a structure directing agent removing step for removing the structure directing agent by heat-treating the high silica zeolite crystals.

(種結晶塗布工程)
本発明のハイシリカゼオライト膜22の製造に使用するハイシリカゼオライトの種結晶は従来公知の方法に準じて合成することができる。まず、シリカゾル、構造規定剤、水、その他必要な添加成分を所定濃度で混合して種結晶生成用ゾルを調整し、この種結晶生成用ゾルを耐圧容器を用いて水熱処理する。種結晶生成用ゾルは、水熱処理により、構造規定剤由来の構造を有したゼオライト結晶を形成する。
(Seed crystal application process)
The seed crystal of high silica zeolite used for the production of the high silica zeolite membrane 22 of the present invention can be synthesized according to a conventionally known method. First, a silica sol, a structure directing agent, water, and other necessary additive components are mixed at a predetermined concentration to prepare a seed crystal generation sol, and the seed crystal generation sol is hydrothermally treated using a pressure vessel. The sol for seed crystal formation forms a zeolite crystal having a structure derived from the structure directing agent by hydrothermal treatment.

シリカゾルとしては、市販のシリカゾルやアルコキシシランを加水分解して調整したものを用いることが好ましい。水としては、不純物イオン濃度の低い、蒸留水又はイオン交換水を用いることが好ましい。種結晶生成用ゾルは、含有される水とシリカとのモル比(水/シリカ)が10〜50であることが好ましい。水/シリカモル比が10より小さいとシリカゾルの均質性が低下することがあり、50より大きいと種結晶の生成効率が低くなることがある。   As the silica sol, it is preferable to use a commercially available silica sol or one prepared by hydrolyzing an alkoxysilane. As water, distilled water or ion-exchanged water having a low impurity ion concentration is preferably used. The seed crystal generation sol preferably has a molar ratio of water to silica (water / silica) of 10 to 50. When the water / silica molar ratio is less than 10, the homogeneity of the silica sol may be lowered, and when it is more than 50, the seed crystal generation efficiency may be lowered.

構造規定剤はゼオライト結晶の型により異なるため、所望の結晶型のゼオライトに応じた構造規定剤を適宜選択して使用する。MFI型ゼオライトの構造規定剤としては、テトラプロピルアンモニウムイオン(TPA)を生じる、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド(TPAOH)やテトラプロピルアンモニウムブロミド(TPABr)が用いられる。シリカに対するTPAのモル比(TPA/シリカ比)は0.1〜0.5の範囲であることが好ましい。TPA/シリカ比が0.1未満であると、ゼオライト結晶が析出しないことがあり、0.5を超えるとゼオライト結晶の均質性が低下することがある。   Since the structure-directing agent varies depending on the type of zeolite crystal, a structure-directing agent corresponding to the desired crystal-type zeolite is appropriately selected and used. As a structure-directing agent for MFI-type zeolite, tetrapropylammonium hydroxide (TPAOH) or tetrapropylammonium bromide (TPABr) that generates tetrapropylammonium ions (TPA) is used. The molar ratio of TPA to silica (TPA / silica ratio) is preferably in the range of 0.1 to 0.5. If the TPA / silica ratio is less than 0.1, zeolite crystals may not precipitate, and if it exceeds 0.5, the homogeneity of the zeolite crystals may be reduced.

水熱合成には、特に限定されないが、市販のフッ素樹脂製内筒付のステンレス製耐圧容器等を使用することができる。水熱合成を行う場合の温度は、90〜130℃が好ましい。90℃より低いと水熱合成が進行しにくく、130℃より高いと、得られるゼオライト結晶のサイズが大きくなりすぎる場合がある。また、水熱合成の時間は、5〜30時間であることが好ましい。5時間より短いと、水熱合成が十分に進行しないことがあり、30時間より長いと、ゼオライト結晶が大きくなり過ぎることがある。   Although it does not specifically limit to hydrothermal synthesis, The commercially available stainless steel pressure-resistant container with a fluororesin inner cylinder can be used. The temperature for hydrothermal synthesis is preferably 90 to 130 ° C. If it is lower than 90 ° C., hydrothermal synthesis is difficult to proceed, and if it is higher than 130 ° C., the size of the obtained zeolite crystal may be too large. The hydrothermal synthesis time is preferably 5 to 30 hours. If it is shorter than 5 hours, hydrothermal synthesis may not proceed sufficiently, and if it is longer than 30 hours, the zeolite crystals may become too large.

合成したハイシリカゼオライト結晶は、これ以降の結晶の成長を抑制するため、熱水などを使用して洗浄することが好ましい。また、洗浄後は、60〜120℃で、5〜48時間乾燥させることが好ましい。   The synthesized high silica zeolite crystal is preferably washed using hot water or the like in order to suppress the subsequent crystal growth. Moreover, after washing | cleaning, it is preferable to make it dry at 60-120 degreeC for 5-48 hours.

ハイシリカゼオライト種結晶の塗布は、種結晶を水に分散した種結晶分散液の中に適当な長さに調整した多孔質シリカ基体21をいったん浸漬した後引き上げ、乾燥させることで行うことができる。   The high-silica zeolite seed crystal can be applied by immersing the porous silica substrate 21 adjusted to an appropriate length in a seed crystal dispersion in which the seed crystal is dispersed in water, then pulling it up and drying it. .

ハイシリカゼオライト種結晶の粒子径としては、0.2〜3μmであることが好ましく、必要に応じて、上記水熱合成で得たハイシリカゼオライト結晶を粉砕・分級して使用することができる。種結晶の粒子径が3μmよりも大きくなると、最終的に得られるハイシリカゼオライト膜22が厚くなりすぎ、また、欠陥濃度も上昇するため、十分な分離性能を有する流体分離材料20が得られにくくなる場合がある。0.2μmより小さくなると、種結晶が浸漬塗布する際に多孔質シリカ基体21の内部深くまで侵入するため、最終的に得られるハイシリカゼオライト膜22の厚みが実効的に厚くなり、十分な分離性能を有する流体分離材料20が得られにくくなる場合がある。   The particle diameter of the high silica zeolite seed crystal is preferably 0.2 to 3 μm. If necessary, the high silica zeolite crystal obtained by the hydrothermal synthesis can be used after being pulverized and classified. If the seed crystal particle diameter is larger than 3 μm, the finally obtained high silica zeolite membrane 22 becomes too thick and the defect concentration also increases, so that it is difficult to obtain the fluid separation material 20 having sufficient separation performance. There is a case. If it is smaller than 0.2 μm, the seed crystal penetrates deeply into the porous silica substrate 21 when dip-coated, so that the thickness of the finally obtained high silica zeolite membrane 22 is effectively increased and sufficient separation is achieved. It may be difficult to obtain the fluid separation material 20 having performance.

最終的に得られるハイシリカゼオライト膜22の分離性能を良くするためには、多孔質シリカ基体21の表面に塗付される種結晶の密度を高くすることが好ましい。このため、ゼオライト種結晶の分散濃度、および多孔質シリカ基体21の浸漬時間と引上げ速度は、種結晶の粒子径や多孔質シリカ基体21の形状によって適宜調整することができる。   In order to improve the separation performance of the finally obtained high silica zeolite membrane 22, it is preferable to increase the density of the seed crystals applied to the surface of the porous silica substrate 21. For this reason, the dispersion concentration of the zeolite seed crystal and the dipping time and pulling speed of the porous silica substrate 21 can be appropriately adjusted according to the particle diameter of the seed crystal and the shape of the porous silica substrate 21.

また、分散液は、塩酸などを加えることにより、多孔質シリカ基体21のゼータ電位が0に近くなるpH4以下に調整することが好ましい(非特許文献1参照)。図5(a)は、ハイシリカゼオライトの種結晶を多孔質シリカ基体21表面にpH2で浸漬塗布した場合の、ハイシリカゼオライト膜22の電子顕微鏡写真であり、図5(b)は、ハイシリカゼオライトの種結晶を多孔質シリカ基体21表面にpH7で浸漬塗布した場合の、ハイシリカゼオライト膜22の電子顕微鏡写真である。図5(a)および(b)に示した電子顕微鏡写真から分かるように、pHをpH4以下の範囲とすることで、ハイシリカゼオライト種結晶と多孔質シリカ基体21の表面の間で生じる電気的な反発力を低減することができ、多孔質シリカ基体21表面にハイシリカゼオライト種結晶を高濃度で塗布することができる。   The dispersion is preferably adjusted to pH 4 or less at which the zeta potential of the porous silica substrate 21 is close to 0 by adding hydrochloric acid or the like (see Non-Patent Document 1). FIG. 5 (a) is an electron micrograph of the high silica zeolite membrane 22 when a seed crystal of high silica zeolite is dip-coated on the surface of the porous silica substrate 21 at pH 2. FIG. 3 is an electron micrograph of a high silica zeolite membrane 22 when a zeolite seed crystal is dip-coated on the surface of a porous silica substrate 21 at pH 7. FIG. As can be seen from the electron micrographs shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b), the electrical generated between the surface of the high silica zeolite seed crystal and the surface of the porous silica substrate 21 when the pH is in the range of pH 4 or less. The repulsive force can be reduced, and the high silica zeolite seed crystal can be applied to the surface of the porous silica substrate 21 at a high concentration.

ゼオライト種結晶が多孔質シリカ基体21表面に付着した状態は、走査型電子顕微鏡で観察することができ、ゼオライト種結晶が多孔質シリカ基体21の表面を被覆している割合は50%以上であることが好ましい。   The state where the zeolite seed crystals are attached to the surface of the porous silica substrate 21 can be observed with a scanning electron microscope, and the ratio of the zeolite seed crystals covering the surface of the porous silica substrate 21 is 50% or more. It is preferable.

(ゼオライト膜形成工程)
ハイシリカゼオライト種結晶を塗布した多孔質シリカ基体21を膜形成用ゾルに浸漬し、耐圧容器を用いて水熱合成し、多孔質シリカ基体21表面にハイシリカゼオライト膜22を形成する。
(Zeolite membrane formation process)
A porous silica substrate 21 coated with a high silica zeolite seed crystal is immersed in a film-forming sol and hydrothermally synthesized using a pressure vessel to form a high silica zeolite membrane 22 on the surface of the porous silica substrate 21.

膜形成用ゾルは、上述した種結晶生成用ゾルに含有されるシリカゾル、構造規定剤、水、その他必要であれば添加成分を使用し、種結晶生成用ゾルより水濃度を高くしたものを使用することが好ましい。膜形成用ゾルの水/シリカモル比は、100〜900であることが好ましい。水/シリカモル比が100より小さいと、膜形成用ゾル中にハイシリカゼオライト結晶が析出し、これが膜の表面に堆積するため、欠陥密度の低いハイシリカゼオライト膜22を得られにくくなる。また、水/シリカモル比が900より大きいと、種結晶の成長速度が小さくなりすぎることがある。   The film-forming sol uses the silica sol, structure directing agent, water, and other optional components contained in the above-mentioned seed crystal generation sol, and has a higher water concentration than the seed crystal generation sol. It is preferable to do. The water / silica molar ratio of the film-forming sol is preferably 100 to 900. When the water / silica molar ratio is less than 100, high silica zeolite crystals are deposited in the film-forming sol and are deposited on the surface of the film, making it difficult to obtain the high silica zeolite film 22 having a low defect density. If the water / silica molar ratio is greater than 900, the growth rate of the seed crystal may be too small.

TPA/シリカモル比は、種結晶生成ゾルと同じく、0.1〜0.5の範囲内となるように両者を混合することが好ましい。TPA/シリカモル比が0.1未満であると、緻密なハイシリカゼオライト膜22が得られにくく、0.5を超えるとゼオライト結晶が膜表面に堆積することがある。   The TPA / silica molar ratio is preferably mixed so that the TPA / silica molar ratio is in the range of 0.1 to 0.5, similar to the seed crystal-forming sol. When the TPA / silica molar ratio is less than 0.1, a dense high silica zeolite membrane 22 is difficult to obtain, and when it exceeds 0.5, zeolite crystals may be deposited on the membrane surface.

耐圧容器は上記ゼオライト種結晶塗布工程に使用した、市販のフッ素樹脂製内筒付のステンレス製耐圧容器等を使用することができる。水熱合成の温度は100〜200℃が好ましい。合成温度が100℃より低いと、ハイシリカゼオライト種結晶が十分に成長せず、200℃より高いと、欠陥密度が高くなることがある。また、水熱合成の時間は、5〜72時間であることが好ましい。5時間より短いと、ハイシリカゼオライト種結晶が十分に成長しないことがあり、72時間より長いと、ハイシリカゼオライト膜22が厚くなり過ぎることがある。   As the pressure vessel, a commercially available stainless steel pressure vessel with a fluororesin inner cylinder used in the zeolite seed crystal coating step can be used. The hydrothermal synthesis temperature is preferably 100 to 200 ° C. When the synthesis temperature is lower than 100 ° C., the high silica zeolite seed crystal does not grow sufficiently. When the synthesis temperature is higher than 200 ° C., the defect density may increase. The hydrothermal synthesis time is preferably 5 to 72 hours. If it is shorter than 5 hours, the high silica zeolite seed crystal may not grow sufficiently, and if it is longer than 72 hours, the high silica zeolite membrane 22 may become too thick.

多孔質シリカ基体21上に形成したハイシリカゼオライト結晶は、これ以降の結晶の成長を抑制するため、熱水などを使用して洗浄することが好ましい。また、洗浄後は、60〜120℃で、5〜48時間乾燥させることが好ましい。   The high silica zeolite crystal formed on the porous silica substrate 21 is preferably washed using hot water or the like in order to suppress the subsequent crystal growth. Moreover, after washing | cleaning, it is preferable to make it dry at 60-120 degreeC for 5-48 hours.

(構造規定剤除去工程)
ゼオライト膜形成工程によって水熱合成により多孔質シリカ基体21表面に形成されたハイシリカゼオライト膜22は、構造規程剤を含んでいるため、加熱処理によって構造規程剤を燃焼させ、ハイシリカゼオライト膜22から除去する。加熱温度は400〜600℃が好ましく、加熱時間は2〜48時間が好ましい。また、昇降温の速度は1℃/分以下とすることが好ましい。
(Structure directing agent removal process)
Since the high silica zeolite membrane 22 formed on the surface of the porous silica substrate 21 by hydrothermal synthesis in the zeolite membrane forming step contains a structural regulating agent, the structural regulating agent is burned by heat treatment, and the high silica zeolite membrane 22 is burned. Remove from. The heating temperature is preferably 400 to 600 ° C., and the heating time is preferably 2 to 48 hours. Moreover, it is preferable that the temperature increase / decrease rate is 1 ° C./min or less.

以上説明したように、本実施形態においては、ハイシリカゼオライト膜22用の多孔質シリカ基体21として、気孔率が35%以上70%以下、平均細孔径が250nm以上450nm以下である多孔質シリカ基体21が用いられる。そのため、高い透過性を有するとともに、ハイシリカゼオライト膜22との熱膨張差が小さいためハイシリカゼオライト膜22を焼結する際のクラックの発生を抑制でき、歩留まりを向上させることができる。   As described above, in the present embodiment, the porous silica substrate 21 for the high silica zeolite membrane 22 is a porous silica substrate having a porosity of 35% to 70% and an average pore diameter of 250 nm to 450 nm. 21 is used. Therefore, it has high permeability, and since the difference in thermal expansion from the high silica zeolite membrane 22 is small, the generation of cracks when sintering the high silica zeolite membrane 22 can be suppressed, and the yield can be improved.

また、本実施形態によれば、多孔質シリカ基体21はシリカ粒子から構成されているため、多孔質シリカ基体21からハイシリカゼオライト膜22へのアルミナ溶出の問題を解消できる。そのため、ハイシリカゼオライト膜22のSiO/Alモル比を容易に制御することができる。
同様に、ハイシリカゼオライト膜22として、Alを含まないハイシリカゼオライト膜を形成することもできる。
Further, according to the present embodiment, since the porous silica substrate 21 is composed of silica particles, the problem of alumina elution from the porous silica substrate 21 to the high silica zeolite membrane 22 can be solved. Therefore, the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the high silica zeolite membrane 22 can be easily controlled.
Similarly, a high silica zeolite membrane not containing Al 2 O 3 can be formed as the high silica zeolite membrane 22.

また、本実施形態によれば、ハイシリカゼオライトの種結晶を多孔質シリカ基体21上にpH4以下で浸漬塗布した後、水熱合成法によりハイシリカゼオライト種結晶を二次成長させてハイシリカゼオライト膜22を形成する。これにより、多孔質シリカ基体21の表面に欠陥密度の低いハイシリカゼオライト膜22が形成された流体分離材料20を製造することができる。   In addition, according to the present embodiment, the high silica zeolite seed crystal is dip-coated on the porous silica substrate 21 at a pH of 4 or less, and then the high silica zeolite seed crystal is secondarily grown by a hydrothermal synthesis method. A film 22 is formed. Thereby, the fluid separation material 20 in which the high silica zeolite membrane 22 having a low defect density is formed on the surface of the porous silica substrate 21 can be manufactured.

(実施例1)
(多孔質シリカ基体の作製)
外付けCVD法により、外径10mm、内径6mm、長さ300mm、気孔率64%、平均細孔径400nmの多孔質シリカ管を作製し、これを長さ30mmに切断した管をハイシリカゼオライト用多孔質シリカ基体として使用した。
(ハイシリカゼオライト種結晶の作製)
原料としてコロイダルシリカ、TPABr、水酸化ナトリウム、蒸留水を用い、SiO:TPABr:NaO:HOのモル比が1:0.25:0.15:40となるように混合し、室温で60分撹拌することにより種結晶生成用ゾルを得た。このゾルを耐圧容器内で130℃、20時間反応させ、MFI型ゼオライト結晶(Silicalite−1)を合成した。このゼオライト結晶を吸引濾過により回収し、熱水で洗浄後、100℃、24時間の乾燥処理を行った。焼成後の結晶を自動乳鉢で6時間粉砕し、粒子径約3μmのハイシリカゼオライト種結晶を得た。
(ハイシリカゼオライト種結晶の塗布)
上記種結晶を8g/Lの濃度で純水に分散させ、HClを加えることによりこの分散液のpHを2に調整した。この種結晶分散液に多孔質シリカ基体を30秒浸漬後、分散液から引き上げ、多孔質シリカ基体表面にハイシリカゼオライト種結晶を塗布した。種結晶を塗布した基体は100℃、24時間の乾燥処理を行った。
(ハイシリカゼオライト膜の形成)
原料としてテトラメトキシシラン、TPABr、水酸化ナトリウム、蒸留水を用い、SiO:TPABr:NaO:HOのモル比が1:0.3:0.05:600となるよう混合し、40℃で60分撹拌することにより膜形成用ゾルを得た。この膜形成用ゾルにゼオライト種結晶を塗布した多孔質シリカ基体を浸漬し、耐圧容器内で180℃、16時間反応させ、多孔質シリカ基体の表面にMFI型ゼオライト(Silicalite−1)を製膜した。この膜から構造規定剤であるTPABrを除去するため、空気中で500℃、15時間の焼成を行った。この焼成の際、昇降温速度は0.5℃/分とした。このように作製された実施例1(例1)に係る流体分離材料について、N、SF、C、Cの室温における透過係数を測定した。その結果を表1に示す。
Example 1
(Preparation of porous silica substrate)
A porous silica tube having an outer diameter of 10 mm, an inner diameter of 6 mm, a length of 300 mm, a porosity of 64%, and an average pore diameter of 400 nm was prepared by an external CVD method, and the tube cut into a length of 30 mm was used as a porous for high silica zeolite. Used as a porous silica substrate.
(Preparation of high silica zeolite seed crystals)
Colloidal silica, TPABr, sodium hydroxide and distilled water are used as raw materials and mixed so that the molar ratio of SiO 2 : TPABr: Na 2 O: H 2 O is 1: 0.25: 0.15: 40, A sol for seed crystal generation was obtained by stirring at room temperature for 60 minutes. This sol was reacted in a pressure vessel at 130 ° C. for 20 hours to synthesize MFI-type zeolite crystals (Silicalite-1). The zeolite crystals were collected by suction filtration, washed with hot water, and then dried at 100 ° C. for 24 hours. The fired crystals were pulverized in an automatic mortar for 6 hours to obtain high silica zeolite seed crystals having a particle size of about 3 μm.
(Application of high silica zeolite seed crystal)
The seed crystal was dispersed in pure water at a concentration of 8 g / L, and the pH of this dispersion was adjusted to 2 by adding HCl. After immersing the porous silica substrate in this seed crystal dispersion for 30 seconds, the porous silica substrate was pulled up from the dispersion and coated with a high silica zeolite seed crystal on the surface of the porous silica substrate. The substrate coated with the seed crystal was dried at 100 ° C. for 24 hours.
(Formation of high silica zeolite membrane)
Using tetramethoxysilane, TPABr, sodium hydroxide and distilled water as raw materials, mixing so that the molar ratio of SiO 2 : TPABr: Na 2 O: H 2 O is 1: 0.3: 0.05: 600, The film-forming sol was obtained by stirring at 40 ° C. for 60 minutes. A porous silica substrate coated with a zeolite seed crystal is immersed in this film-forming sol and allowed to react at 180 ° C. for 16 hours in a pressure-resistant container to form an MFI-type zeolite (Silicalite-1) on the surface of the porous silica substrate. did. In order to remove TPABr, which is a structure-directing agent, from this film, baking was performed in air at 500 ° C. for 15 hours. During the firing, the temperature raising / lowering rate was 0.5 ° C./min. With respect to the fluid separation material according to Example 1 (Example 1) manufactured as described above, the transmission coefficient at room temperature of N 2 , SF 6 , C 3 H 6 , and C 3 H 8 was measured. The results are shown in Table 1.

(実施例2)
外付けCVD法により、外径10mm、内径6mm、長さ300mm、気孔率39%、平均細孔径250nmの多孔質シリカ管を作製し、これを長さ30mmに切断した管をハイシリカゼオライト用多孔質シリカ基体として使用した。この多孔質シリカ基体を使用したことを除き、実施例1と同じ方法によりハイシリカゼオライト膜を作製した。
このように作製された実施例2(例2)に係る流体分離材料について、ゼオライト膜のN、SFの室温における透過係数を測定した。その結果を表1に示す。
(Example 2)
A porous silica tube having an outer diameter of 10 mm, an inner diameter of 6 mm, a length of 300 mm, a porosity of 39%, and an average pore diameter of 250 nm was prepared by an external CVD method, and the tube cut into a length of 30 mm was made into a porous for high silica zeolite. Used as a porous silica substrate. A high silica zeolite membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that this porous silica substrate was used.
With respect to the fluid separation material according to Example 2 (Example 2) manufactured in this way, the permeability coefficient of zeolite membrane N 2 and SF 6 at room temperature was measured. The results are shown in Table 1.

(実施例3、4)
ハイシリカゼオライト種結晶分散液のpHを7(実施例3)または12(実施例4)に調整したことを除き、実施例1と同じ方法によりハイシリカゼオライト膜を作製した。
このように作製された実施例3、4(例3、4)に係る流体分離材料について、ゼオライト膜のN、SFの室温における透過係数を測定した。その結果を表1に示す。
(Examples 3 and 4)
A high silica zeolite membrane was prepared in the same manner as in Example 1, except that the pH of the high silica zeolite seed crystal dispersion was adjusted to 7 (Example 3) or 12 (Example 4).
With respect to the fluid separation materials according to Examples 3 and 4 (Examples 3 and 4) produced in this manner, the permeability coefficient of N 2 and SF 6 of the zeolite membrane at room temperature was measured. The results are shown in Table 1.

なお、実施例1から4において、N、SF、C、Cの透過係数の測定は、室温(25℃)の環境下で、図6に模式的に示す装置により行った。
図6に示すように、N、SF、C、Cの何れかを含む単成分測定ガスを流体分離材料20内に供給する。流体分離材料20の中心孔を通過して排気されるガス(非透過ガス)の管路にはストップバルブ41を設けておく。流体分離材料20の内圧が0.2MPaとなるように単成分測定ガスの供給量を調整する。流体分離材料20の内外の圧力差により、流体分離材料20内に供給された一部のガスが流体分離材料20を透過する。この透過ガスは石鹸膜流量計42に送られ、その流量が測定される。
In Examples 1 to 4, the transmission coefficients of N 2 , SF 6 , C 3 H 6 , and C 3 H 8 were measured using an apparatus schematically shown in FIG. 6 in an environment at room temperature (25 ° C.). went.
As shown in FIG. 6, a single component measurement gas containing any of N 2 , SF 6 , C 3 H 6 , and C 3 H 8 is supplied into the fluid separation material 20. A stop valve 41 is provided in the pipeline of gas (non-permeated gas) exhausted through the central hole of the fluid separation material 20. The supply amount of the single component measurement gas is adjusted so that the internal pressure of the fluid separation material 20 is 0.2 MPa. Due to the pressure difference between the inside and outside of the fluid separation material 20, a part of the gas supplied into the fluid separation material 20 passes through the fluid separation material 20. This permeated gas is sent to the soap film flow meter 42 and the flow rate is measured.

実施例1に係る流体分離材料は、透過係数比でN/SF=110、C/C=6.2の分離性能を示した。また、実施例2に係る流体分離材料は、透過係数比でN/SF=85の分離性能を示した。
電界放出形電子顕微鏡によるゼオライト膜の観察によれば、実施例1および実施例2のゼオライト膜の厚みは約10μmであり、クラックは形成されていないことが確認できた。また、電子線マイクロアナライザにより、ゼオライト膜中にはAlが含まれていないことが確認できた。
以上の結果から、気孔率が35%以上70%以下、平均細孔径が250nm以上450nm以下である多孔質シリカ基体を用いることで、クラック発生や基体からのアルミナ溶出が抑制されたハイシリカゼオライト膜を形成できることが確認できた。
The fluid separation material according to Example 1 exhibited separation performance of N 2 / SF 6 = 110 and C 3 H 6 / C 3 H 8 = 6.2 in terms of the permeability coefficient ratio. In addition, the fluid separation material according to Example 2 exhibited a separation performance of N 2 / SF 6 = 85 in terms of a permeability coefficient ratio.
According to the observation of the zeolite membrane with a field emission electron microscope, the thickness of the zeolite membrane of Example 1 and Example 2 was about 10 μm, and it was confirmed that no crack was formed. Further, it was confirmed by an electron beam microanalyzer that the zeolite membrane did not contain Al.
From the above results, the use of a porous silica substrate having a porosity of 35% or more and 70% or less and an average pore diameter of 250 nm or more and 450 nm or less suppresses the generation of cracks and alumina elution from the substrate. It was confirmed that can be formed.

実施例3に係る流体分離材料は、透過係数比でN/SF=36の分離性能を示した。また、実施例4に係る流体分離材料は、透過係数比でN/SF=29の分離性能を示した。
電界放出形電子顕微鏡によるゼオライト膜の観察によれば、実施例3および実施例4のゼオライト膜の厚みは約10μmであり、クラックは形成されていないことが確認できた。また、電子線マイクロアナライザにより、ゼオライト膜中にはAlが含まれていないことが確認できた。
実施例1との比較から、ハイシリカゼオライト膜の分離特性を高くするためには、種結晶塗布工程において、ハイシリカゼオライト種結晶の分散液をpH4以下に調整する必要があることが確認できた。
The fluid separation material according to Example 3 exhibited a separation performance of N 2 / SF 6 = 36 in terms of permeability coefficient ratio. In addition, the fluid separation material according to Example 4 exhibited a separation performance of N 2 / SF 6 = 29 in terms of a permeability coefficient ratio.
According to the observation of the zeolite membrane by a field emission electron microscope, the thickness of the zeolite membrane of Example 3 and Example 4 was about 10 μm, and it was confirmed that no crack was formed. Further, it was confirmed by an electron beam microanalyzer that the zeolite membrane did not contain Al.
From the comparison with Example 1, it was confirmed that in order to improve the separation characteristics of the high silica zeolite membrane, it was necessary to adjust the dispersion of the high silica zeolite seed crystal to pH 4 or lower in the seed crystal coating step. .

また、実施例1に係る流体分離材料を用いて、o−キシレンおよびp−キシレンの透過係数をそれぞれ測定した。なお、o−/p−キシレンは共に室温で液体であるため、図7に示す装置で加熱して気化し、測定を行った。
図7に示すように、液体のキシレンを収容したヒータ付きバブラー45を用いて、キシレンを75℃に加熱し気化させて、流体分離材料20内に供給する。なお、ヒータ付きバブラー45内のキシレンは、o−キシレン、p−キシレンの何れかの単成分からなる。
流体分離材料20は、ヒータ47により100℃に保温される。流体分離材料20の外側にはスイープガス(N)を供給する。流体分離材料20の中心孔を通過するガス(非透過ガス)は、そのまま排気される。流体分離材料20の内外は共に大気圧である。流体分離材料20内に供給された一部のキシレンガスが、分圧差により流体分離材料20を透過する。この透過ガスはガスクロマトグラフィー46に送られ、その成分および流量が測定される。
このような測定の結果、透過係数(mol・m−2・s−1・Pa−1)は、p−キシレン:1.06×10−7、o−キシレン:1.09×10−8、であり、透過係数比でp−キシレン/o−キシレン=9.8の分離性能を示した。
Further, using the fluid separation material according to Example 1, the permeation coefficients of o-xylene and p-xylene were measured. Since both o- / p-xylene are liquid at room temperature, they were vaporized by heating with the apparatus shown in FIG.
As shown in FIG. 7, using a bubbler 45 with a heater containing liquid xylene, xylene is heated to 75 ° C., vaporized, and supplied into the fluid separation material 20. Note that xylene in the bubbler 45 with heater is composed of a single component of either o-xylene or p-xylene.
The fluid separation material 20 is kept at 100 ° C. by the heater 47. A sweep gas (N 2 ) is supplied to the outside of the fluid separation material 20. The gas (non-permeate gas) passing through the center hole of the fluid separation material 20 is exhausted as it is. Both the inside and outside of the fluid separation material 20 are at atmospheric pressure. A part of the xylene gas supplied into the fluid separation material 20 permeates the fluid separation material 20 due to a partial pressure difference. This permeate gas is sent to gas chromatography 46 where its components and flow rates are measured.
As a result of such measurement, the permeability coefficient (mol · m −2 · s −1 · Pa −1 ) was p-xylene: 1.06 × 10 −7 , o-xylene: 1.09 × 10 −8 , The separation performance was p-xylene / o-xylene = 9.8 in terms of permeability coefficient ratio.

また、実施例1に係る流体分離材料を用いて、図8に示す測定装置により、n−C10、i−C10の透過係数を測定した。
図8に示すように、n−C10、i−C10をモル比で1:1に混合した混合ガスを流体分離材料20内に供給する。流体分離材料20は、ヒータ47により150℃に保温される。流体分離材料20の外側にはスイープガス(N)を供給する。流体分離材料20の中心孔を通過するガス(非透過ガス)は、そのまま排気される。流体分離材料20の内外は共に大気圧である。流体分離材料20内に供給された一部のn−C10、i−C10の混合ガスが、分圧差により流体分離材料20を透過する。この透過ガスはガスクロマトグラフィー46に送られ、その成分および流量が測定される。
このような測定の結果、透過係数(mol・m−2・s−1・Pa−1)は、n−C10:3.15×10−7、i−C10:2.91×10−8、であり、透過係数比でn−C10/i−C10=10.8の分離性能を示した。
Further, by using the fluid separation material according to Example 1, the measuring apparatus shown in FIG. 8, was measured transmission coefficients of n-C 4 H 10, i -C 4 H 10.
As shown in FIG. 8, a mixed gas in which n-C 4 H 10 and i-C 4 H 10 are mixed at a molar ratio of 1: 1 is supplied into the fluid separation material 20. The fluid separation material 20 is kept at 150 ° C. by the heater 47. A sweep gas (N 2 ) is supplied to the outside of the fluid separation material 20. The gas (non-permeate gas) passing through the center hole of the fluid separation material 20 is exhausted as it is. Both the inside and outside of the fluid separation material 20 are at atmospheric pressure. A part of the mixed gas of n-C 4 H 10 and i-C 4 H 10 supplied into the fluid separation material 20 permeates the fluid separation material 20 due to a partial pressure difference. This permeate gas is sent to gas chromatography 46 where its components and flow rates are measured.
As a result of such a measurement, the transmission coefficient (mol · m −2 · s −1 · Pa −1 ) is nC 4 H 10 : 3.15 × 10 −7 , iC 4 H 10 : 2. 91 × 10 -8, is exhibited separation performance of n-C 4 H 10 / i -C 4 H 10 = 10.8 in permeability coefficient ratio.

(比較例1)
市販の多孔質アルミナ管を切断し、外径10mm、内径7mm、長さ30mm、気孔率40%、平均細孔径700nmの多孔質アルミナ基体を作製した。この基体を使用したことを除き、実施例4と同様の方法により、ハイシリカゼオライト膜を作製した。
(Comparative Example 1)
A commercially available porous alumina tube was cut to prepare a porous alumina substrate having an outer diameter of 10 mm, an inner diameter of 7 mm, a length of 30 mm, a porosity of 40%, and an average pore diameter of 700 nm. A high silica zeolite membrane was produced in the same manner as in Example 4 except that this substrate was used.

比較例1のゼオライト膜の断面を電界放出形電子顕微鏡により観察したところ、膜厚は約10μmであり、クラックが形成されていることを確認した。また、このゼオライト膜中にはAlが含まれていることが電子線マイクロアナライザにより確認され、その濃度は基体表面からの距離が近いほど高く、少なくとも4000ppmに達することが確認された。   When the cross section of the zeolite membrane of Comparative Example 1 was observed with a field emission electron microscope, the thickness was about 10 μm, and it was confirmed that cracks were formed. Further, it was confirmed by an electron beam microanalyzer that the zeolite film contained Al, and the concentration was higher as the distance from the substrate surface was closer, and it was confirmed that the zeolite film reached at least 4000 ppm.

以上、本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。また、上記説明した構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等に変更することができる。   While the invention has been described in detail and with reference to specific embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention. In addition, the number, position, shape, and the like of the constituent members described above are not limited to the above-described embodiments, and can be changed to a number, position, shape, and the like that are suitable for carrying out the present invention.

20:流体分離材料
21:多孔質シリカ基体
22:ハイシリカゼオライト膜
24:中心孔
25:ガスシール部
26:基体
30:ロッド
31:バーナ
40:流体分離モジュール
41:ストップバルブ
42:石鹸膜流量計
45:バブラー
46:ガスクロマトグラフィー
47:ヒータ
20: Fluid separation material 21: Porous silica substrate 22: High silica zeolite membrane 24: Center hole 25: Gas seal part 26: Substrate 30: Rod 31: Burner 40: Fluid separation module 41: Stop valve 42: Soap membrane flow meter 45: Bubbler 46: Gas chromatography 47: Heater

Claims (5)

気孔率が35%以上70%以下、平均細孔径が250nm以上450nm以下である、ハイシリカゼオライト膜用多孔質シリカ基体。   A porous silica substrate for a high silica zeolite membrane having a porosity of 35% to 70% and an average pore diameter of 250 nm to 450 nm. 請求項1に記載のハイシリカゼオライト膜用多孔質シリカ基体上に、SiO/Alモル比が30以上のハイシリカゼオライト膜が形成されている、流体分離材料。 A fluid separation material, wherein a high silica zeolite membrane having a SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of 30 or more is formed on the porous silica substrate for a high silica zeolite membrane according to claim 1. 請求項1に記載のハイシリカゼオライト膜用多孔質シリカ基体上に、Alを含まないハイシリカゼオライト膜が形成されている、流体分離材料。 A fluid separation material, wherein a high silica zeolite membrane not containing Al 2 O 3 is formed on the porous silica substrate for a high silica zeolite membrane according to claim 1. 前記ハイシリカゼオライト膜の構造型がMFI型である、請求項2または請求項3に記載の流体分離材料。   The fluid separation material according to claim 2 or 3, wherein a structural type of the high silica zeolite membrane is MFI type. 請求項1に記載のハイシリカゼオライト膜用多孔質シリカ基体をpH4以下に調整したゼオライト種結晶分散液に浸漬し、次いで前記基体を前記分散液から引き揚げ、基体表面に種結晶を塗布した後、水熱合成法により基体表面に塗付された種結晶を二次成長させてハイシリカゼオライト膜を形成する、流体分離材料の製造方法。   After immersing the porous silica substrate for high silica zeolite membrane according to claim 1 in a zeolite seed crystal dispersion liquid adjusted to pH 4 or lower, and then lifting the substrate from the dispersion liquid and applying seed crystals to the substrate surface, A method for producing a fluid separation material, wherein a high-silica zeolite membrane is formed by secondary growth of seed crystals applied to a substrate surface by a hydrothermal synthesis method.
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