JP2016068082A - Separation performance evaluation method of zeolite membrane and production method of zeolite membrane structure - Google Patents

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谷島 健二
Kenji Yajima
健二 谷島
健史 萩尾
Takeshi Hagio
健史 萩尾
真紀子 市川
Makiko Ichikawa
真紀子 市川
宮原 誠
Makoto Miyahara
誠 宮原
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a simple separation performance evaluation method of a zeolite membrane and a production method of a zeolite membrane structure having a step of evaluating the separation performance of the zeolite membrane by the method.SOLUTION: A separation performance evaluation method of a zeolite membrane comprises: a step forecasting a first forecast permeation flux where a permeable component contained in a liquid mixture being the separation object of the zeolite membrane permeates the zeolite membrane based on a first measured permeation rate at which a first gas component permeates the zeolite membrane when the first gas component is supplied to the zeolite membrane; and a step forecasting a second forecast permeation flux where a residual component contained in a liquid mixture permeates the zeolite membrane based on a second measured permeation rate at which a second gas component permeates the zeolite membrane when the second gas component is supplied to the zeolite membrane.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ゼオライト膜の分離性能評価方法、及び当該方法によってゼオライト膜の分離性能を評価する工程を備えるゼオライト膜構造体の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for evaluating the separation performance of a zeolite membrane, and a method for producing a zeolite membrane structure comprising a step of evaluating the separation performance of a zeolite membrane by the method.

従来、ゼオライト膜の分離性能は、実際に使用される多成分の液体混合物から特定成分を選択的に透過させることによって評価されている。   Conventionally, the separation performance of a zeolite membrane has been evaluated by selectively allowing a specific component to permeate from a multicomponent liquid mixture actually used.

例えば、特許文献1では、パーベーパレーション法及びベーパーパーミエーション法を用いて水とエタノールの液体混合物をLTA型ゼオライト膜で分離することによって、LTA型ゼオライト膜の分離係数が評価されている。特許文献2では、パーベーパレーション法用いて水と酢酸の液体混合物をCHA型ゼオライト膜で分離することによって、CHA型ゼオライト膜の分離係数が評価されている。特許文献3では、ベーパーパーミエーション法を用いて水と酢酸の液体混合物をMOR型ゼオライト膜で分離することによって、MOR型ゼオライト膜の透過度が評価されている。特許文献4では、パーベーパレーション法を用いて水とエタノールの液体混合物をDDR型ゼオライト膜で分離することによって、DDR型ゼオライト膜の分離係数が評価されている。   For example, in Patent Document 1, the separation coefficient of an LTA type zeolite membrane is evaluated by separating a liquid mixture of water and ethanol with an LTA type zeolite membrane using a pervaporation method and a vapor permeation method. In Patent Document 2, the separation factor of a CHA-type zeolite membrane is evaluated by separating a liquid mixture of water and acetic acid with a CHA-type zeolite membrane using a pervaporation method. In Patent Document 3, the permeability of a MOR type zeolite membrane is evaluated by separating a liquid mixture of water and acetic acid with a MOR type zeolite membrane using a vapor permeation method. In Patent Document 4, the separation factor of a DDR type zeolite membrane is evaluated by separating a liquid mixture of water and ethanol with a DDR type zeolite membrane using a pervaporation method.

特開2003−210950号公報JP 2003-210950 A 特開2012−67090号公報JP 2012-67090 A 特開2013−188687号公報JP2013-188687A 特許第5346580号明細書Japanese Patent No. 5346580

しかしながら、出荷前の性能検査として、パーベーパレーション法を用いて分離性能を評価する場合、液体混合物の温度を制御する工程と、評価後のゼオライト膜に付着する液体混合物を乾燥する工程が必要である。   However, when evaluating the separation performance using the pervaporation method as a performance inspection before shipment, a step of controlling the temperature of the liquid mixture and a step of drying the liquid mixture adhering to the evaluated zeolite membrane are required. is there.

また、ベーパーパーミエーション法を用いて分離性能を評価する場合、液体混合物を気化させる工程と、気化された混合物又はゼオライト膜自体を加熱する工程と、透過後の減圧に応じて温度が低下するゼオライト膜の表面に凝集する液体混合物を乾燥する工程が必要である。   Also, when evaluating the separation performance using the vapor permeation method, the step of vaporizing the liquid mixture, the step of heating the vaporized mixture or the zeolite membrane itself, and the zeolite whose temperature decreases according to the reduced pressure after permeation A step of drying the liquid mixture that aggregates on the surface of the membrane is necessary.

本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、簡便なゼオライト膜の分離性能評価方法と、当該方法によってゼオライト膜の分離性能を評価する工程を備えるゼオライト膜構造体の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above situation, and provides a simple method for evaluating the separation performance of a zeolite membrane and a method for producing a zeolite membrane structure comprising a step of evaluating the separation performance of a zeolite membrane by the method. The purpose is to do.

本発明に係るゼオライト膜の分離性能評価方法は、第1気体成分をゼオライト膜に供給した場合に第1気体成分がゼオライト膜を透過する第1実測透過速度に基づいて、ゼオライト膜の分離対象である液体混合物に含まれる透過成分がゼオライト膜を透過する第1予測透過流束を予測する工程と、第2気体成分をゼオライト膜に供給した場合に第2気体成分がゼオライト膜を透過する第2実測透過速度に基づいて、液体混合物に含まれる残留成分がゼオライト膜を透過する第2予測透過流束を予測する工程とを備える。透過成分の分子径がゼオライト膜の細孔径の0.93倍以下の場合は第1気体成分の分子径を細孔径の0.93倍以下とし、透過成分の分子径が細孔径の0.93倍より大きく1.07倍未満の場合は第1気体成分の分子径を細孔径の0.93倍より大きく1.07倍未満とする。残留成分の分子径がゼオライト膜の細孔径の1.07倍以上の場合は第2気体成分の分子径を細孔径の1.07倍以上とし、残留成分の分子径が細孔径の0.93倍より大きく1.07倍未満の場合は第2気体成分の分子径を細孔径の0.93倍より大きく1.07倍未満とする。   The method for evaluating the separation performance of a zeolite membrane according to the present invention is based on the first measured permeation rate at which the first gas component permeates the zeolite membrane when the first gas component is supplied to the zeolite membrane. A step of predicting a first predicted permeation flux in which a permeation component contained in a liquid mixture permeates the zeolite membrane; and a second step of allowing the second gas component to permeate the zeolite membrane when the second gas component is supplied to the zeolite membrane. Predicting a second predicted permeation flux through which residual components contained in the liquid mixture permeate the zeolite membrane based on the actually measured permeation speed. When the molecular diameter of the permeation component is 0.93 times or less of the pore diameter of the zeolite membrane, the molecular diameter of the first gas component is 0.93 times or less of the pore diameter, and the molecular diameter of the permeation component is 0.93 of the pore diameter. When it is larger than twice and smaller than 1.07 times, the molecular diameter of the first gas component is made larger than 0.93 times and smaller than 1.07 times the pore diameter. When the molecular diameter of the residual component is 1.07 times or more of the pore diameter of the zeolite membrane, the molecular diameter of the second gas component is 1.07 times or more of the pore diameter, and the molecular diameter of the residual component is 0.93 of the pore diameter. When it is larger than twice and smaller than 1.07 times, the molecular diameter of the second gas component is made larger than 0.93 times and smaller than 1.07 times the pore diameter.

本発明によれば、簡便なゼオライト膜の分離性能評価方法と、当該方法によってゼオライト膜の分離性能を評価する工程を備えるゼオライト膜構造体の製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of a zeolite membrane structure provided with the process of evaluating the isolation | separation performance of a zeolite membrane simple and the separation performance of a zeolite membrane by the said method can be provided.

サンプルNo.1〜46に係るCOの実測透過速度と水の実測透過流束との相関関係を示すグラフSample No. Graph showing the correlation between the measured flux of the measured transmission rate and water CO 2 according to the 1-46 サンプルNo.1〜46に係るCFの実測透過速度と酢酸の実測透過流束との相関関係を示すグラフSample No. Graph showing the correlation between the measured permeation rate of CF 4 and the measured permeation flux of acetic acid according to 1 to 46 サンプルNo.3〜13に係るCOの実測透過速度と水の実測透過流束との相関関係を示すグラフSample No. Graph showing the correlation between the measured flux of the measured transmission rate and water CO 2 according to the 3 to 13 サンプルNo.3〜13に係るCFの実測透過速度とエタノールの実測透過流束との相関関係を示すグラフSample No. Graph showing the correlation between the measured flux of the measured transmission speed and ethanol CF 4 according to the 3 to 13 サンプルNo.5〜16に係るCHの実測透過速度とエタノールの実測透過流束との相関関係を示すグラフSample No. Graph showing the correlation between the measured flux of the measured transmission rate of ethanol CH 4 according to the 5-16

次に、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なっている場合がある。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, the drawings are schematic, and the ratio of each dimension may be different from the actual one. Accordingly, specific dimensions and the like should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.

(ゼオライト膜構造体の構成)
ゼオライト膜構造体は、多孔質支持体とゼオライト膜とを備える。
(Configuration of zeolite membrane structure)
The zeolite membrane structure includes a porous support and a zeolite membrane.

多孔質支持体は、表面にゼオライト膜を膜状に結晶化(析出)させられるような化学的安定性を有する。多孔質支持体を構成する材料としては、例えば、セラミックス焼結体、金属、有機高分子、ガラス、及びカーボンなどを用いることができる。セラミックス焼結体としては、アルミナ、シリカ、ムライト、ジルコニア、チタニア、イットリア、チッ化ケイ素、炭化ケイ素などが挙げられる。金属としては、アルミニウム、鉄、ブロンズ、銀、ステンレスなどが挙げられる。有機高分子としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスルホン、ポリイミドなどが挙げられる。   The porous support has chemical stability such that a zeolite membrane can be crystallized (deposited) into a film on the surface. As a material constituting the porous support, for example, a ceramic sintered body, a metal, an organic polymer, glass, carbon, and the like can be used. Examples of the ceramic sintered body include alumina, silica, mullite, zirconia, titania, yttria, silicon nitride, silicon carbide, and the like. Examples of the metal include aluminum, iron, bronze, silver, and stainless steel. Examples of the organic polymer include polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene, polysulfone, and polyimide.

多孔質支持体は、分離対象である液体混合物をゼオライト膜に供給できるような形状であればよい。多孔質支持体の形状としては、例えば、ハニカム状、モノリス状、平板状、管状、円筒状、円柱状、及び角柱状などが挙げられる。多孔質支持体が円柱状である場合、長手方向における長さは150〜2000mmとすることができ、径方向における直径は30〜220mmとすることができるが、これに限られるものではない。   The porous support may have any shape that can supply the liquid mixture to be separated to the zeolite membrane. Examples of the shape of the porous support include a honeycomb shape, a monolith shape, a flat plate shape, a tubular shape, a cylindrical shape, a columnar shape, and a prismatic shape. When the porous support is cylindrical, the length in the longitudinal direction can be 150 to 2000 mm, and the diameter in the radial direction can be 30 to 220 mm, but is not limited thereto.

多孔質支持体は、複数の開気孔を有する。多孔質支持体の平均細孔径は、分離対象である液体混合物のうちゼオライト膜を透過する透過成分が通過できるような大きさであればよい。平均細孔径を大きくすると、透過成分の透過量が増加する傾向があり、平均細孔径を小さくすると、多孔質支持体自体の強度が増大するとともに、多孔質支持体の表面が平坦になるため緻密なゼオライト膜を形成しやすくなる。例えば、多孔質支持体の気孔率は25%〜50%とすることができ、多孔質支持体の平均細孔径は0.05μm〜25μmとすることができるが、これに限られるものではない。   The porous support has a plurality of open pores. The average pore diameter of the porous support may be a size that allows a permeation component that permeates the zeolite membrane in the liquid mixture to be separated. Increasing the average pore diameter tends to increase the permeation amount of the permeation component. Decreasing the average pore diameter increases the strength of the porous support itself and flattens the surface of the porous support. It becomes easy to form a simple zeolite membrane. For example, the porosity of the porous support can be 25% to 50%, and the average pore diameter of the porous support can be 0.05 μm to 25 μm, but is not limited thereto.

多孔質支持体は、一様な平均細孔径を有する単層によって構成されていてもよいし、異なる平均細孔径を有する複数層によって構成されていてもよい。多孔質支持体を複数層によって構成する場合、各層は上述の材料のうち異なる材料によって構成されていてもよいし、同一の材料によって構成されていてもよい。   The porous support may be constituted by a single layer having a uniform average pore diameter, or may be constituted by a plurality of layers having different average pore diameters. When the porous support is composed of a plurality of layers, each layer may be composed of a different material among the above materials, or may be composed of the same material.

ゼオライト膜は、多孔質支持体の表面に形成される。多孔質支持体がハニカム状やモノリス状に形成されている場合、ゼオライト膜は、多孔質支持体に形成された複数の貫通孔それぞれの内表面に形成される。   The zeolite membrane is formed on the surface of the porous support. When the porous support is formed in a honeycomb or monolith shape, the zeolite membrane is formed on the inner surface of each of the plurality of through holes formed in the porous support.

ゼオライト膜の結晶構造(型)は特に制限されるものではなく、例えば、LTA、CHA、DDR、MOR、DOH、MFI、FAU、OFF/ERI、LTL、FER、BEA、BEC、CON、MSE、MEL、MTW、MEI、MWW、RHO、BOG、SZR、EMT、SOD、AEI、AEL、AEN、AET、AFN、AFO、AFR、AFS、AFT、AFI、AFX、ANA、CAN、GIS、GME、HEU、JBW、KFI、LAU、LEV、MAZ、MER、MFS、MTT、PHI、SFG、TUN、TON、UFI、VET、VFI、VNI、及びVSVなどが挙げられる。なお、本発明に係る評価方法において常温・常圧で気体状態の成分を用いることを考慮すると、酸素8員環ゼオライト膜又は酸素6員環ゼオライト膜が好ましく、特にDDR型、LTA型、CHA型、LEV型、SOD型、DOH型が好ましい。   The crystal structure (type) of the zeolite membrane is not particularly limited. For example, LTA, CHA, DDR, MOR, DOH, MFI, FAU, OFF / ERI, LTL, FER, BEA, BEC, CON, MSE, MEL , MTW, MEI, MWW, RHO, BOG, SZR, EMT, SOD, AEI, AEL, AEN, AET, AFN, AFO, AFR, AFS, AFT, AFI, AFX, ANA, CAN, GIS, GME, HEU, JBW , KFI, LAU, LEV, MAZ, MER, MFS, MTT, PHI, SFG, TUN, TON, UFI, VET, VFI, VNI, and VSV. In consideration of the use of gaseous components at normal temperature and pressure in the evaluation method according to the present invention, an oxygen 8-membered ring zeolite membrane or an oxygen 6-membered ring zeolite membrane is preferred, and in particular, DDR type, LTA type, CHA type. , LEV type, SOD type and DOH type are preferable.

ゼオライト膜は、多数のゼオライト結晶で構成されており、ゼオライト結晶内に多数の細孔を有する。細孔径は、主にゼオライトの結晶構造により決定される。主なゼオライトの細孔径は0.3nm〜0.8nm程度である。細孔径には、長径と短径があってもよい。例えば、DDR型ゼオライトの細孔の短径は0.36nmであり長径は0.44nmである。また、MFI型ゼオライトの細孔は2種類あり、短径0.51nmと長径0.55nmの細孔と、短径0.53nmと長径0.56nmの細孔である。   The zeolite membrane is composed of a large number of zeolite crystals, and has a large number of pores in the zeolite crystals. The pore diameter is mainly determined by the crystal structure of the zeolite. The pore diameter of the main zeolite is about 0.3 nm to 0.8 nm. The pore diameter may have a major axis and a minor axis. For example, the minor axis of the pores of DDR type zeolite is 0.36 nm and the major axis is 0.44 nm. The MFI-type zeolite has two kinds of pores: a pore having a minor axis of 0.51 nm and a major axis of 0.55 nm, and a pore having a minor axis of 0.53 nm and a major axis of 0.56 nm.

ゼオライト膜には、複数の細孔のほかに欠陥が存在していてもよい。欠陥は、ゼオライト膜を厚み方向に貫通していてもよい。この場合、欠陥の内径は、ゼオライト細孔径よりも大きくてもよい。   In addition to the plurality of pores, defects may exist in the zeolite membrane. The defect may penetrate the zeolite membrane in the thickness direction. In this case, the inner diameter of the defect may be larger than the zeolite pore diameter.

ゼオライト膜の分離対象である液体混合物は、透過成分と残留成分とを含有する。透過成分とは、ゼオライト膜を透過しやすく、液体混合物から分離されやすい成分である。一般的に、透過成分の分子径は、細孔径以下である。残留成分とは、ゼオライト膜を透過しにくく、液体混合物中に残留しやすい成分である。一般的に、残留成分の分子径は、細孔径よりも大きい。なお、細孔径に長径と短径がある場合には、長径と短径の平均値を細孔径とすればよい(Ch. Baerlocher, L.B. McCusker and D.H. Olson, Atlas of Zeolite Framework Types, 6th ed. (2007)参照)。従って、DDR型ゼオライトの細孔径は0.40nmの1種類である。MFI型ゼオライトの細孔径は、0.53nmと0.545nmの2種類である。   The liquid mixture that is the separation target of the zeolite membrane contains a permeation component and a residual component. The permeating component is a component that easily permeates the zeolite membrane and is easily separated from the liquid mixture. In general, the molecular diameter of the permeable component is equal to or smaller than the pore diameter. A residual component is a component which is hard to permeate | transmit a zeolite membrane and tends to remain in a liquid mixture. In general, the molecular diameter of the residual component is larger than the pore diameter. In addition, when the pore diameter has a major axis and a minor axis, the average value of the major axis and the minor axis may be defined as the pore diameter (Ch. Baerlocher, LB McCusker and DH Olson, Atlas of Zeolite Framework Types, 6th ed. 2007)). Therefore, the DDR type zeolite has one kind of pore size of 0.40 nm. There are two types of pore sizes of MFI-type zeolite, 0.53 nm and 0.545 nm.

ゼオライト膜の分離対象である液体混合物としては、水と有機物の液体混合物を用いることができる。有機物としては、酢酸などの酸類、メタノール、エタノール、プロパノールなどのアルコール類、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類、四塩化炭素、トリクロロエチレンなどのハロゲン化炭化水素などが挙げられる。例えば、DDR型ゼオライト膜は、水−エタノールの液体混合物や水−酢酸の液体混合物から水を分離するための分離膜として好適である。   A liquid mixture of water and organic matter can be used as the liquid mixture to be separated from the zeolite membrane. Examples of organic substances include acids such as acetic acid, alcohols such as methanol, ethanol and propanol, ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, and halogenated hydrocarbons such as carbon tetrachloride and trichloroethylene. For example, a DDR type zeolite membrane is suitable as a separation membrane for separating water from a water-ethanol liquid mixture or a water-acetic acid liquid mixture.

ここで、ゼオライト膜を用いた液体混合物の分離方法について説明する。ゼオライト膜の第1表面に液体混合物または液体混合物を気化させた蒸気を接触させるとともに、ゼオライト膜の第2表面(第1表面の反対側の面)側を第1表面側よりも低い圧力とすることによって液体混合物から透過成分を選択的に透過させる。これにより、液体混合物から透過成分(例えば水)を分離して残留成分(例えば有機物)の濃度を高めることによって、残留成分が回収又は濃縮される。このような分離方法は、パーベーパレーション法やベーパーパーミエーション法として広く知られている。   Here, a method for separating a liquid mixture using a zeolite membrane will be described. The first surface of the zeolite membrane is brought into contact with the liquid mixture or vapor vaporized from the liquid mixture, and the second surface (surface opposite to the first surface) side of the zeolite membrane is set to a pressure lower than that of the first surface side. This selectively permeates the permeate component from the liquid mixture. Thereby, a residual component is collect | recovered or concentrated by isolate | separating a permeation | transmission component (for example, water) from a liquid mixture and raising the density | concentration of a residual component (for example, organic substance). Such a separation method is widely known as a pervaporation method or a vapor permeation method.

(ゼオライト膜の分離性能評価方法)
ゼオライト膜は液体混合物から透過成分を分離するために用いられるため、従来、ゼオライト膜の分離性能は実際の液体混合物を用いて評価されてきた。しかしながら、このような従来の評価方法では、液体混合物の温度管理やゼオライト膜の乾燥などの煩雑な工程を要する。そこで、本実施形態では、以下に述べる通り、実際の液体混合物に代えて気体単成分や気体混合物を用いることにしたため、液体混合物を用いる場合に比べて簡便に分離性能を評価(予測)することができる。なお、以下においては、気体単成分を用いて分離性能を評価する場合について説明する。
(Method for evaluating separation performance of zeolite membrane)
Since zeolite membranes are used to separate permeate components from liquid mixtures, conventionally, the separation performance of zeolite membranes has been evaluated using actual liquid mixtures. However, such conventional evaluation methods require complicated steps such as temperature control of the liquid mixture and drying of the zeolite membrane. Therefore, in this embodiment, as described below, since the gas single component or gas mixture is used instead of the actual liquid mixture, the separation performance can be easily evaluated (predicted) compared to the case where the liquid mixture is used. Can do. In the following, the case where the separation performance is evaluated using a single gas component will be described.

まず、ゼオライト膜の分離対象である液体混合物に含まれる透過成分に対応する第1気体成分を準備する。   First, the 1st gas component corresponding to the permeation | transmission component contained in the liquid mixture which is the separation object of a zeolite membrane is prepared.

この際、ゼオライト膜の細孔径が1種類だけであるときには、次のように第1気体成分の分子径を設定する。透過成分の分子径がゼオライト膜の細孔径の0.93倍以下である場合には、第1気体成分の分子径を細孔径の0.93倍以下とし、透過成分の分子径が細孔径の0.93倍より大きく1.07倍未満である場合には、第1気体成分の分子径を細孔径の0.93倍より大きく1.07倍未満とする。   At this time, when the zeolite membrane has only one kind of pore diameter, the molecular diameter of the first gas component is set as follows. When the molecular diameter of the permeation component is 0.93 times or less of the pore diameter of the zeolite membrane, the molecular diameter of the first gas component is 0.93 times or less of the pore diameter, and the molecular diameter of the permeation component is less than the pore diameter. When the ratio is greater than 0.93 and less than 1.07, the molecular diameter of the first gas component is greater than 0.93 and less than 1.07 times the pore diameter.

一方、ゼオライト膜の細孔径が2種類以上あるときには、透過成分の透過に有効と判断できる細孔径に着目して第1気体成分の分子径を設定する必要がある。具体的には、ゼオライト膜の第1細孔径をxとし、ゼオライト膜の第2細孔径をy(>x)とし、透過成分の分子径をpとした場合、下記(A)〜(C)のうちpが満たす条件を1つ選択し、かつ、(a)〜(c)のうちpが満たす条件を1つ選択する。そして、(A)〜(C)から選択された条件と(a)〜(c)から選択された条件の両方を満たす範囲内において第1気体成分の分子径を設定する。
(A) x×0.93以下
(B) x×0.93より大きく、x×1.07未満
(C) x×1.07以上
(a) y×0.93以下
(b) y×0.93より大きく、y×1.07未満
(c) y×1.07以上
On the other hand, when the zeolite membrane has two or more kinds of pore diameters, it is necessary to set the molecular diameter of the first gas component by paying attention to the pore diameter that can be determined to be effective for permeation of the permeation component. Specifically, when the first pore diameter of the zeolite membrane is x, the second pore diameter of the zeolite membrane is y (> x), and the molecular diameter of the permeation component is p, the following (A) to (C) One condition that p satisfies is selected, and one condition that p satisfies (a) to (c) is selected. Then, the molecular diameter of the first gas component is set within a range that satisfies both the condition selected from (A) to (C) and the condition selected from (a) to (c).
(A) x × 0.93 or less (B) Greater than x × 0.93 and less than x × 1.07 (C) x × 1.07 or more (a) y × 0.93 or less (b) Greater than y × 0.93 and less than y × 1.07 (c) y × 1.07 or more

次に、ゼオライト膜構造体を準備して、ゼオライト膜を200℃以上で加熱することによってゼオライト膜に吸着している水分を除去する。この場合、300℃以上で加熱することが好ましく、350℃以上で加熱することがより好ましい。また、ゼオライト膜を1時間以上加熱することが好ましく、5時間以上がより好ましい。なお、加熱後にゼオライト膜構造体を一旦保管する場合には、湿度30%以下で1週間を超えるとき、又は、湿度30%超で48時間を超えるときには、再度加熱処理を施すことが好ましい。   Next, a zeolite membrane structure is prepared, and moisture adsorbed on the zeolite membrane is removed by heating the zeolite membrane at 200 ° C. or higher. In this case, heating at 300 ° C. or higher is preferable, and heating at 350 ° C. or higher is more preferable. Moreover, it is preferable to heat a zeolite membrane for 1 hour or more, and 5 hours or more are more preferable. In addition, when the zeolite membrane structure is temporarily stored after the heating, when the humidity exceeds 30% and exceeds one week, or when the humidity exceeds 30% and exceeds 48 hours, the heating treatment is preferably performed again.

次に、ゼオライト膜の第1表面に第1気体成分を接触させるとともに、ゼオライト膜の第2表面側を第1表面側よりも低い圧力として、第2表面から放出される第1気体成分を回収する。   Next, the first gas component is brought into contact with the first surface of the zeolite membrane, and the first gas component released from the second surface is recovered by setting the second surface side of the zeolite membrane to a pressure lower than that of the first surface side. To do.

次に、ゼオライト膜の分離対象である液体混合物に含まれる残留成分(透過成分よりもゼオライト膜を透過しにくい成分)に対応する第2気体成分を準備する。   Next, a second gas component corresponding to a residual component (a component that is less permeable to the zeolite membrane than the permeation component) contained in the liquid mixture that is the separation target of the zeolite membrane is prepared.

この際、ゼオライト膜の細孔径が1種類だけであるときには、次のように第2気体成分の分子径を設定する。残留成分の分子径が細孔径の1.07倍以上である場合、第2気体成分の分子径を細孔径の1.07倍以上とし、残留成分の分子径が細孔径の0.93倍より大きく1.07倍未満である場合には、第2気体成分の分子径を細孔径の0.93倍より大きく1.07倍未満とする。   At this time, when the pore diameter of the zeolite membrane is only one kind, the molecular diameter of the second gas component is set as follows. When the molecular diameter of the residual component is 1.07 times or more of the pore diameter, the molecular diameter of the second gas component is 1.07 times or more of the pore diameter, and the molecular diameter of the residual component is 0.93 times the pore diameter. When it is large and less than 1.07 times, the molecular diameter of the second gas component is made larger than 0.93 times and smaller than 1.07 times the pore diameter.

一方、ゼオライト膜の細孔径が2種類以上あるときには、残留成分の非透過に有効と判断できる細孔径に着目して第2気体成分の分子径を設定する必要がある。具体的には、ゼオライト膜の第1細孔径をxとし、ゼオライト膜の第2細孔径をy(>x)とし、残留成分の分子径をq(>p)とした場合、下記(D)〜(F)のうちqが満たす条件を1つ選択し、かつ、(d)〜(f)のうちqが満たす条件を1つ選択する。そして、(D)〜(F)から選択された条件と(d)〜(f)から選択された条件の両方を満たす範囲内において第2気体成分の分子径を設定する。
(D) x×0.93以下
(E) x×0.93より大きく、x×1.07未満
(F) x×1.07以上
(d) y×0.93以下
(e) y×0.93より大きく、y×1.07未満
(f) y×1.07以上
On the other hand, when the zeolite membrane has two or more kinds of pore diameters, it is necessary to set the molecular diameter of the second gas component by paying attention to the pore diameter that can be judged to be effective for non-permeation of residual components. Specifically, when the first pore diameter of the zeolite membrane is x, the second pore diameter of the zeolite membrane is y (> x), and the molecular diameter of the residual component is q (> p), the following (D) One condition that q satisfies in (F) is selected, and one condition that q satisfies in (d) to (f) is selected. Then, the molecular diameter of the second gas component is set within a range that satisfies both the condition selected from (D) to (F) and the condition selected from (d) to (f).
(D) x × 0.93 or less (E) Greater than x × 0.93 and less than x × 1.07 (F) x × 1.07 or more (d) y × 0.93 or less (e) Greater than y × 0.93 and less than y × 1.07 (f) y × 1.07 or more

なお、通常は、残留成分の分子径qは透過成分の分子径pよりも大きいため、第2気体成分の分子径は第1気体成分の分子径よりも大きいことが好ましい。また、第2気体成分の分子径は、ゼオライト膜に形成された細孔径の1.5倍以下であることが好ましい。これによって、ゼオライト膜の欠陥を通過する残留成分をより精度良く再現することができる。   In general, since the molecular diameter q of the residual component is larger than the molecular diameter p of the permeating component, the molecular diameter of the second gas component is preferably larger than the molecular diameter of the first gas component. Moreover, it is preferable that the molecular diameter of a 2nd gas component is 1.5 times or less of the pore diameter formed in the zeolite membrane. As a result, the residual components that pass through the defects in the zeolite membrane can be reproduced more accurately.

次に、ゼオライト膜の第1表面に第2気体成分を接触させるとともに、ゼオライト膜の第2表面側を第1表面側よりも低い圧力として、第2表面から放出される第2気体成分を回収する。   Next, the second gas component is brought into contact with the first surface of the zeolite membrane, and the second gas component released from the second surface is recovered by setting the second surface side of the zeolite membrane to a pressure lower than that of the first surface side. To do.

次に、回収された第1気体成分の回収量に基づいて、第1気体成分の第1実測透過速度を測定し、回収された第2気体成分の回収量に基づいて、第2気体成分の第2実測透過速度を測定する。透過速度とは、単位時間あたりの透過量をゼオライト膜面積で除し、さらに第1表面側と第2表面側の差圧で除した値である。   Next, the first measured transmission speed of the first gas component is measured based on the recovered amount of the first gas component recovered, and the second gas component of the second gas component is measured based on the recovered amount of the second gas component recovered The second actually measured transmission speed is measured. The permeation rate is a value obtained by dividing the permeation amount per unit time by the zeolite membrane area and further dividing by the differential pressure between the first surface side and the second surface side.

次に、第1実測透過速度に基づいて、液体混合物のうち透過成分がゼオライト膜を透過する第1予測透過流束を予測する。同様に、第2実測透過速度に基づいて、液体混合物のうち残留成分がゼオライト膜を透過する第2予測透過流束を予測する。この際、各実測透過速度と各予測透過流束との対応表を用いてもよいし、各実測透過速度から各予測透過流速を導くための算出式を用いてもよい。透過流束とは、単位時間あたりの透過量をゼオライト膜面積で除した値である。   Next, based on the first measured permeation rate, a first predicted permeation flux in which the permeation component of the liquid mixture permeates the zeolite membrane is predicted. Similarly, based on the second actually measured permeation speed, a second predicted permeation flux at which the residual component of the liquid mixture permeates the zeolite membrane is predicted. At this time, a correspondence table between each measured permeation speed and each predicted permeation flux may be used, or a calculation formula for deriving each predicted permeation flow rate from each actual permeation speed may be used. The permeation flux is a value obtained by dividing the permeation amount per unit time by the zeolite membrane area.

以上のように、透過成分の第1予測透過流束と残留成分の第2予測透過流束を取得することによって、ゼオライト膜の分離性能を評価することができる。   As described above, the separation performance of the zeolite membrane can be evaluated by acquiring the first predicted permeation flux of the permeation component and the second predicted permeation flux of the residual component.

(ゼオライト膜構造体の製造方法)
ゼオライト膜構造体の製造方法について説明する。
(Method for producing zeolite membrane structure)
A method for producing a zeolite membrane structure will be described.

まず、押出成形法、プレス成形法あるいは鋳込み成形法などを用いて、多孔質支持体の原料を所望の形状に成形する。   First, the raw material of the porous support is formed into a desired shape using an extrusion molding method, a press molding method, a cast molding method, or the like.

次に、多孔質支持体の成形体を焼成(例えば、900℃〜1450℃)して、多孔質支持体を形成する。   Next, the molded body of the porous support is fired (for example, 900 ° C. to 1450 ° C.) to form the porous support.

次に、ゼオライト膜を多孔質支持体の表面に形成する。ゼオライト膜の形成手法は、ゼオライト膜の結晶構造に応じて、水熱合成法などの周知の手法を用いることができる。   Next, a zeolite membrane is formed on the surface of the porous support. As a method for forming the zeolite membrane, a known method such as a hydrothermal synthesis method can be used according to the crystal structure of the zeolite membrane.

次に、上述したゼオライト膜の分離性能評価方法に従って、第1気体成分の第1実測透過速度から透過成分の第1予測透過流束を予測し、第2気体成分の第2実測透過速度から残留成分の第2予測透過流束を予測する。そして、第1予測透過流束と第2予測透過流束から液体混合物に対するゼオライト膜の分離性能を評価する。   Next, according to the method for evaluating the separation performance of the zeolite membrane, the first predicted permeation flux of the permeation component is predicted from the first actual permeation rate of the first gas component, and the residual from the second actual permeation rate of the second gas component. Predict the second predicted permeation flux of the component. Then, the separation performance of the zeolite membrane for the liquid mixture is evaluated from the first predicted permeation flux and the second predicted permeation flux.

(その他の実施形態)
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
(Other embodiments)
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, A various change is possible in the range which does not deviate from the summary of invention.

(A)上記実施形態では、第1気体成分と第2気体成分それぞれの気体単成分をゼオライト膜に供給することによって、第1気体成分の第1実測透過速度と第2気体成分の第2実測透過速度とを取得することとしたが、第1気体成分と第2気体成分のいずれか、または両方を含む混合ガスをゼオライト膜に供給することによって、第1実測透過速度と第2実測透過速度を取得してもよい。すなわち、第1気体成分をゼオライト膜に供給することによって第1実測透過速度を取得し、第2気体成分をゼオライト膜に供給することによって第2実測透過速度を取得してもよい。第1実測透過速度を取得する工程は、第2実測透過速度を取得する工程の先であってもよいし後であってもよい。   (A) In the above embodiment, by supplying the single gas component of each of the first gas component and the second gas component to the zeolite membrane, the first actually measured transmission speed of the first gas component and the second actually measured second gas component. The first measured transmission speed and the second measured transmission speed are obtained by supplying a mixed gas containing one or both of the first gas component and the second gas component to the zeolite membrane. May be obtained. That is, the first actually measured transmission rate may be acquired by supplying the first gas component to the zeolite membrane, and the second actually measured transmission rate may be acquired by supplying the second gas component to the zeolite membrane. The step of acquiring the first actually measured transmission speed may be before or after the step of acquiring the second actually measured transmission speed.

なお、第1実測透過速度を先に取得する場合には、第1気体成分を供給する前にゼオライト膜を200℃以上で加熱しておくことが好ましく、第2実測透過速度を先に取得する場合には、第2気体成分を供給する前にゼオライト膜を200℃以上で加熱しておくことが好ましい。   In addition, when acquiring a 1st measured transmission rate previously, it is preferable to heat a zeolite membrane at 200 degreeC or more before supplying a 1st gas component, and a 2nd measured transmission rate is acquired previously. In some cases, it is preferable to heat the zeolite membrane at 200 ° C. or higher before supplying the second gas component.

(B)上記実施形態では、ゼオライト膜の分離性能を評価してゼオライト膜構造体が完成することとしたが、ゼオライト膜の分離性能の評価は、ロットごとに1回だけ行うこととしてもよい。   (B) In the embodiment described above, the zeolite membrane structure is completed by evaluating the separation performance of the zeolite membrane. However, the evaluation of the separation performance of the zeolite membrane may be performed only once for each lot.

以下において本発明に係るゼオライト膜の分離性能評価方法の実施例について説明する。ただし、本発明は以下に説明する実施例に限定されるものではない。   Examples of the method for evaluating the separation performance of a zeolite membrane according to the present invention will be described below. However, the present invention is not limited to the examples described below.

(サンプルの作製)
以下のようにして、サンプルNo.1〜No.46に係るモノリス型のゼオライト膜構造体を作製した。
(Sample preparation)
Sample no. 1-No. A monolithic zeolite membrane structure according to No. 46 was produced.

まず、平均粒径30μmのアルミナ粒子100質量部に対して無機結合材20質量部を添加し、さらに、水、分散剤及び増粘剤を加えて混練することによって多孔質材料を調整した。   First, 20 parts by mass of an inorganic binder was added to 100 parts by mass of alumina particles having an average particle size of 30 μm, and a porous material was prepared by adding water, a dispersant and a thickener and kneading them.

次に、調整した多孔質材料を押出成形することによって、モノリス型多孔質体の成形体を形成した。   Next, a monolith type porous body was formed by extruding the adjusted porous material.

次に、モノリス型多孔質体の成形体を焼成(1250℃、1時間)してモノリス型多孔質体を作製した。   Next, the monolith type porous body was fired (1250 ° C., 1 hour) to produce a monolith type porous body.

次に、アルミナにチタニア、水、バインダを添加して中間層用スラリーを調製し、濾過法によってモノリス型多孔質体の貫通孔の内表面に中間層の成形体を形成した。続いて、中間層の成形体を焼成(1250℃、1時間)して中間層を形成した。   Next, titania, water, and a binder were added to alumina to prepare an intermediate layer slurry, and an intermediate layer formed body was formed on the inner surface of the through hole of the monolith type porous body by a filtration method. Subsequently, the intermediate layer formed body was fired (1250 ° C., 1 hour) to form an intermediate layer.

次に、アルミナにバインダ、水を添加して表層用スラリーを調製し、濾過法によって中間層の内表面に表層の成形体を形成した。続いて、表層の成形体を焼成(1250℃、12時間)して表層を形成した。以上によって、モノリス型多孔質支持体が完成した。   Next, a binder and water were added to alumina to prepare a surface layer slurry, and a surface layer molded body was formed on the inner surface of the intermediate layer by a filtration method. Subsequently, the surface layer compact was fired (1250 ° C., 12 hours) to form a surface layer. The monolith type porous support body was completed by the above.

次に、モノリス型多孔質支持体の両端面に、貫通孔の開口部を塞がないようにガラスシールを設けた。   Next, glass seals were provided on both end faces of the monolith type porous support so as not to block the openings of the through holes.

次に、特開2010−158665号公報や国際公開第2011/040205号に記載の手法によって、表層の内面にDDR型ゼオライト膜を形成した。この際、種結晶の付着量や水熱合成時の温度、時間を調整することによって、ゼオライト膜の透過流束をサンプルごとに変動させた。
以上によって、モノリス型のゼオライト膜構造体が完成した。
Next, a DDR type zeolite membrane was formed on the inner surface of the surface layer by the method described in JP 2010-158665 A or International Publication No. 2011/040205. At this time, the permeation flux of the zeolite membrane was varied from sample to sample by adjusting the amount of seed crystals attached and the temperature and time during hydrothermal synthesis.
As a result, a monolithic zeolite membrane structure was completed.

(CO単成分気体とCF単成分気体の実測透過速度)
次に、サンプルNo.1〜No.46のゼオライト膜構造体を200℃以上で加熱してから室温まで冷却した後に、ゼオライト膜構造体をガス透過試験用のSUS製容器に収納した。
(Measured transmission rate of CO 2 single component gas and CF 4 single component gas)
Next, sample no. 1-No. After 46 zeolite membrane structures were heated to 200 ° C. or higher and then cooled to room temperature, the zeolite membrane structures were stored in a SUS container for a gas permeation test.

次に、ゼオライト膜構造体の貫通孔の内側にCO(分子径:0.33nm)単成分気体を圧力0.2MPa(絶対圧)で流通させることによって、COをゼオライト膜の第1表面に接触させ、モノリス型多孔質支持体の外周面から放出されるCOを回収した。なお、COの分子径0.33nmは、DDR型ゼオライトの細孔径0.40nmの0.825倍である。 Next, a CO 2 (molecular diameter: 0.33 nm) single component gas is allowed to flow inside the through-hole of the zeolite membrane structure at a pressure of 0.2 MPa (absolute pressure), thereby allowing CO 2 to flow through the first surface of the zeolite membrane. The CO 2 released from the outer peripheral surface of the monolithic porous support was recovered. The molecular diameter of CO 2 of 0.33 nm is 0.825 times the pore diameter of 0.40 nm of DDR type zeolite.

次に、単位時間あたりのCOの透過量をゼオライト膜面積で除し、さらに差圧で除してCOの透過速度を算出した。 Next, the permeation rate of CO 2 was calculated by dividing the permeation amount of CO 2 per unit time by the zeolite membrane area and further dividing by the differential pressure.

同様に、サンプルNo.1〜No.46について、CF(分子径:0.47nm)単成分気体を用いて、CFの透過速度を算出した。なお、CFの分子径0.47nmは、DDR型ゼオライトの細孔径0.40nmの1.175倍である。 Similarly, sample no. 1-No. For 46, the transmission rate of CF 4 was calculated using a single component gas of CF 4 (molecular diameter: 0.47 nm). Note that the molecular diameter of CF 4 is 0.47 nm, which is 1.175 times the pore diameter of DDR type zeolite of 0.40 nm.

なお、ゼオライト膜面積は0.035mであり、差圧は0.1MPaであった。 The zeolite membrane area was 0.035 m 2 and the differential pressure was 0.1 MPa.

(水と酢酸の実測透過流束)
次に、各ゼオライト膜構造体をSUS製の円筒状容器の中に装着して、90℃に加熱した90%酢酸水溶液(水の分子径:0.265nm、酢酸の分子径:0.43nm)をセル内に循環させながら、モノリス型多孔質支持体の外周面側を真空ポンプで減圧して、モノリス型多孔質支持体の外周面から放出される透過蒸気を回収し、組成を中和滴定法にて分析した。
(Measured permeation flux of water and acetic acid)
Next, each zeolite membrane structure was mounted in a SUS cylindrical container and heated to 90 ° C. with a 90% aqueous acetic acid solution (water molecular diameter: 0.265 nm, acetic acid molecular diameter: 0.43 nm). While circulating in the cell, the outer peripheral surface of the monolithic porous support is decompressed with a vacuum pump to collect the permeated vapor released from the outer peripheral surface of the monolithic porous support, and the composition is subjected to neutralization titration. Analysis by the method.

透過成分である水の分子径0.265nmは、DDR型ゼオライトの細孔径0.40nmの0.66倍である。残留成分である酢酸の分子径0.43nmは、DDR型ゼオライトの細孔径0.40nmの1.075倍である。   The molecular diameter of water, which is a permeation component, of 0.265 nm is 0.66 times the pore diameter of 0.40 nm of DDR type zeolite. The molecular diameter of the residual component, acetic acid, of 0.43 nm is 1.075 times the pore diameter of 0.40 nm of the DDR type zeolite.

次に、単位時間あたりの水の透過量をゼオライト膜面積で除して水の透過流束を算出した。同様に、酢酸の透過流束も算出した。   Next, the permeation flux of water was calculated by dividing the permeation amount of water per unit time by the zeolite membrane area. Similarly, the permeate flux of acetic acid was also calculated.

(水と酢酸の透過流束の予測精度)
図1は、サンプルNo.1〜No.46のCOの実測透過速度と水の実測透過流束との対応関係を示している。図1に示すように、COの実測透過速度と水の実測透過流束とは比例関係にある。従って、COの実測透過速度に基づいて、水の透過流束を精度良く予測できることが確認された。
(Prediction accuracy of permeation flux of water and acetic acid)
FIG. 1-No. The correspondence relationship between the measured permeation speed of 46 CO 2 and the measured permeation flux of water is shown. As shown in FIG. 1, the measured permeation rate of CO 2 and the measured permeation flux of water are in a proportional relationship. Therefore, it was confirmed that the permeation flux of water can be accurately predicted based on the measured permeation rate of CO 2 .

図2は、サンプルNo.1〜No.46のCFの実測透過速度と酢酸の実測透過流束との対応関係を示している。図2に示すように、CFの実測透過速度と酢酸の実測透過流束とは比例関係にある。従って、CFの実測透過速度に基づいて、酢酸の透過流束を精度良く予測できることが確認された。 FIG. 1-No. 46 shows the correspondence between the measured permeation rate of 46 CF 4 and the measured permeation flux of acetic acid. As shown in FIG. 2, the measured permeation rate of CF 4 and the measured permeation flux of acetic acid are in a proportional relationship. Therefore, it was confirmed that the permeation flux of acetic acid can be accurately predicted based on the measured permeation rate of CF 4 .

以上より、CO及びCFの実測透過速度に基づいて、酢酸水溶液から水を分離する際のゼオライト膜の透過流束を精度良く予測できることが確認できた。 From the above, it was confirmed that the permeation flux of the zeolite membrane when separating water from the acetic acid aqueous solution can be accurately predicted based on the measured permeation rates of CO 2 and CF 4 .

(CO単成分気体とCF単成分気体の実測透過速度)
次に、サンプルNo.3〜No.13のゼオライト膜構造体を200℃以上で加熱した後に、ゼオライト膜構造体をガス透過試験用のSUS製容器に収納した。
(Measured transmission rate of CO 2 single component gas and CF 4 single component gas)
Next, sample no. 3-No. After 13 zeolite membrane structures were heated at 200 ° C. or higher, the zeolite membrane structures were stored in a SUS container for gas permeation tests.

次に、ゼオライト膜構造体の貫通孔の内側にCO単成分気体を圧力0.2MPa(絶対圧)で流通させることによって、COをゼオライト膜の第1表面に接触させ、モノリス型多孔質支持体の外周面から放出されるCOを回収した。なお、COの分子径0.33nmは、DDR型ゼオライトの細孔径0.40nmの0.825倍である。 Next, CO 2 is brought into contact with the first surface of the zeolite membrane by circulating a CO 2 single component gas at a pressure of 0.2 MPa (absolute pressure) inside the through-holes of the zeolite membrane structure, so that the monolithic porous CO 2 released from the outer peripheral surface of the support was recovered. The molecular diameter of CO 2 of 0.33 nm is 0.825 times the pore diameter of 0.40 nm of DDR type zeolite.

次に、単位時間あたりのCOの透過量をゼオライト膜面積で除し、さらに差圧で除してCOの透過速度を算出した。 Next, the permeation rate of CO 2 was calculated by dividing the permeation amount of CO 2 per unit time by the zeolite membrane area and further dividing by the differential pressure.

同様に、サンプルNo.3〜No.13について、CF単成分気体を用いて、CFの透過速度を算出した。なお、CFの分子径0.47nmは、DDR型ゼオライトの細孔径0.40nmの1.175倍である。 Similarly, sample no. 3-No. For 13, the transmission rate of CF 4 was calculated using a CF 4 single component gas. Note that the molecular diameter of CF 4 is 0.47 nm, which is 1.175 times the pore diameter of DDR type zeolite of 0.40 nm.

なお、ゼオライト膜面積は0.035mであり、差圧は0.1MPaであった。 The zeolite membrane area was 0.035 m 2 and the differential pressure was 0.1 MPa.

(水とエタノールの実測透過流束)
次に、サンプルNo.3〜No.13のゼオライト膜構造体をSUS製の円筒状容器の中に装着して、50℃に加熱した50%エタノール水溶液(水の分子径:0.265nm、エタノールの分子径:0.43nm)をセル内に循環させながら、モノリス型多孔質支持体の外周面側を真空ポンプで減圧して、モノリス型多孔質支持体の外周面から放出される透過蒸気を回収し、組成を密度計にて分析した。
(Measured permeation flux of water and ethanol)
Next, sample no. 3-No. 13 Zeolite membrane structure was placed in a cylindrical container made of SUS, and 50% ethanol aqueous solution (water molecular diameter: 0.265 nm, ethanol molecular diameter: 0.43 nm) heated to 50 ° C. While circulating inside, the outer peripheral surface of the monolithic porous support is decompressed with a vacuum pump to collect the permeated vapor released from the outer peripheral surface of the monolithic porous support, and the composition is analyzed with a density meter did.

透過成分である水の分子径0.265nmは、DDR型ゼオライトの細孔径0.40nmの0.66倍である。残留成分であるエタノールの分子径0.43nmは、DDR型ゼオライトの細孔径0.40nmの1.075倍である。   The molecular diameter of water, which is a permeation component, of 0.265 nm is 0.66 times the pore diameter of 0.40 nm of DDR type zeolite. The molecular diameter of ethanol, which is a residual component, is 0.43 nm, which is 1.075 times the pore diameter of DDR type zeolite of 0.40 nm.

次に、単位時間あたりの水の透過量をゼオライト膜面積で除して水の透過流束を算出した。同様に、エタノールの透過流束も算出した。   Next, the permeation flux of water was calculated by dividing the permeation amount of water per unit time by the zeolite membrane area. Similarly, the permeation flux of ethanol was also calculated.

(水とエタノールの透過流束の予測精度)
図3は、サンプルNo.3〜No.13のCOの実測透過速度と水の実測透過流束との対応関係を示している。図3に示すように、COの実測透過速度と水の実測透過流束とは比例関係にある。従って、COの実測透過速度に基づいて、水の透過流束を精度良く予測できることが確認された。
(Prediction accuracy of water and ethanol permeation flux)
FIG. 3-No. 13 shows the correspondence between the measured permeation rate of 13 CO 2 and the measured permeation flux of water. As shown in FIG. 3, the measured permeation rate of CO 2 and the measured permeation flux of water are in a proportional relationship. Therefore, it was confirmed that the permeation flux of water can be accurately predicted based on the measured permeation rate of CO 2 .

図4は、サンプルNo.3〜No.13のCFの実測透過速度とエタノールの実測透過流束との対応関係を示している。図4に示すように、CFの実測透過速度とエタノールの実測透過流束とは比例関係にある。従って、CFの実測透過速度に基づいて、エタノールの透過流束を精度良く予測できることが確認された。 FIG. 3-No. 13 shows the correspondence between the measured permeation rate of 13 CF 4 and the measured permeation flux of ethanol. As shown in FIG. 4, the measured permeation rate of CF 4 and the measured permeation flux of ethanol are in a proportional relationship. Therefore, it was confirmed that the permeation flux of ethanol can be accurately predicted based on the measured permeation rate of CF 4 .

以上より、CO及びCFの実測透過速度に基づいて、エタノール水溶液から水を分離する際のゼオライト膜の透過流束を精度良く予測できることが確認できた。 From the above, it was confirmed that the permeation flux of the zeolite membrane at the time of separating water from the ethanol aqueous solution can be accurately predicted based on the measured permeation rates of CO 2 and CF 4 .

(CH単成分気体の実測透過速度)
次に、サンプルNo.5〜No.16のゼオライト膜構造体を200℃以上で加熱した後に、ゼオライト膜構造体をガス透過試験用のSUS製容器に収納した。
(Measured transmission speed of CH 4 single component gas)
Next, sample no. 5-No. After the 16 zeolite membrane structures were heated at 200 ° C. or higher, the zeolite membrane structures were stored in a SUS container for gas permeation tests.

次に、ゼオライト膜構造体の貫通孔の内側にCH(分子径:0.38nm)単成分気体を圧力0.2MPa(絶対圧)で流通させることによって、CHをゼオライト膜の第1表面に接触させ、モノリス型多孔質支持体の外周面から放出されるCHを回収した。なお、CHの分子径0.38nmは、DDR型ゼオライトの細孔径0.40nmの0.95倍である。 Next, CH 4 (molecular diameter: 0.38 nm) single component gas is allowed to flow inside the through-hole of the zeolite membrane structure at a pressure of 0.2 MPa (absolute pressure), whereby CH 4 is supplied to the first surface of the zeolite membrane. The CH 4 released from the outer peripheral surface of the monolith type porous support was recovered. Note that the CH 4 molecular diameter of 0.38 nm is 0.95 times the pore diameter of 0.40 nm of the DDR type zeolite.

次に、単位時間あたりのCHの透過量をゼオライト膜面積で除し、さらに差圧で除してCHの透過速度を算出した。 Next, the permeation rate of CH 4 was calculated by dividing the permeation amount of CH 4 per unit time by the zeolite membrane area and further dividing by the differential pressure.

なお、ゼオライト膜面積は0.035mであり、差圧は0.1MPaであった。 The zeolite membrane area was 0.035 m 2 and the differential pressure was 0.1 MPa.

(エタノールの実測透過流束)
次に、サンプルNo.5〜No.16のゼオライト膜構造体をSUS製の円筒状容器の中に装着して、50℃に加熱した50%エタノール水溶液(エタノールの分子径:0.43nm)をセル内に循環させながら、モノリス型多孔質支持体の外周面側を真空ポンプで減圧して、モノリス型多孔質支持体の外周面から放出される透過蒸気を回収し、組成を密度計にて分析した。
(Measured permeation flux of ethanol)
Next, sample no. 5-No. 16 zeolite membrane structures were mounted in a SUS cylindrical container, and a 50% ethanol aqueous solution (ethanol molecular diameter: 0.43 nm) heated to 50 ° C. was circulated in the cell while monolithic porous. The outer peripheral surface side of the porous support was depressurized with a vacuum pump, the permeated vapor released from the outer peripheral surface of the monolith type porous support was recovered, and the composition was analyzed with a density meter.

次に、単位時間あたりのエタノールの透過量をゼオライト膜面積で除してエタノールの透過流束を算出した。残留成分であるエタノールの分子径0.43nmは、DDR型ゼオライトの細孔径0.40nmの1.075倍である。   Next, the ethanol permeation flux was calculated by dividing the ethanol permeation amount per unit time by the zeolite membrane area. The molecular diameter of ethanol, which is a residual component, is 0.43 nm, which is 1.075 times the pore diameter of DDR type zeolite of 0.40 nm.

(エタノールの透過流束の予測精度)
図5は、サンプルNo.5〜No.16のCHの実測透過速度とエタノールの実測透過流束との対応関係を示している。図5に示すように、CHの実測透過速度とエタノールの実測透過流束とは比例関係になかった。すなわち、CHの実測透過速度に基づいて、エタノールの透過流束を精度良く予測することは困難である。
(Prediction accuracy of ethanol permeation flux)
FIG. 5-No. 16 shows the correspondence between the measured permeation rate of 16 CH 4 and the measured permeation flux of ethanol. As shown in FIG. 5, the measured permeation rate of CH 4 and the measured permeation flux of ethanol were not proportional. That is, it is difficult to accurately predict the ethanol permeation flux based on the measured permeation rate of CH 4 .

これは、残留成分であるエタノールの分子径0.43nmがDDR型ゼオライトの細孔径0.40nmの1.07倍以上であるのに対して、CHの分子径0.38nmは、DDR型ゼオライトの細孔径0.40nmの1.07倍未満であるためである。従って、残留成分の分子径が細孔径の1.07倍以上である場合は、気体成分の分子径も細孔径の1.07倍以上とするのが好ましいことが確認された。 This is because the molecular diameter of ethanol, which is a residual component, is 0.43 nm or more, which is 1.07 times or more the pore diameter of DDR type zeolite 0.40 nm, whereas the molecular diameter of CH 4 is 0.38 nm, which is the DDR type zeolite. This is because the pore diameter is less than 1.07 times 0.40 nm. Therefore, it was confirmed that when the molecular diameter of the residual component is 1.07 times or more of the pore diameter, the molecular diameter of the gas component is preferably 1.07 times or more of the pore diameter.

Claims (7)

第1気体成分をゼオライト膜に供給した場合に前記第1気体成分が前記ゼオライト膜を透過する第1実測透過速度に基づいて、前記ゼオライト膜の分離対象である液体混合物に含まれる透過成分が前記ゼオライト膜を透過する第1予測透過流束を予測する工程と、
第2気体成分を前記ゼオライト膜に供給した場合に前記第2気体成分が前記ゼオライト膜を透過する第2実測透過速度に基づいて、前記液体混合物に含まれる残留成分が前記ゼオライト膜を透過する第2予測透過流束を予測する工程と、
を備え、
前記透過成分の分子径が前記ゼオライト膜の細孔径の0.93倍以下の場合は前記第1気体成分の分子径を前記細孔径の0.93倍以下とし、前記透過成分の分子径が前記細孔径の0.93倍より大きく1.07倍未満の場合は前記第1気体成分の分子径を前記細孔径の0.93倍より大きく1.07倍未満とし、
前記残留成分の分子径が前記ゼオライト膜の細孔径の1.07倍以上の場合は前記第2気体成分の分子径を前記細孔径の1.07倍以上とし、前記残留成分の分子径が前記細孔径の0.93倍より大きく1.07倍未満の場合は前記第2気体成分の分子径を前記細孔径の0.93倍より大きく1.07倍未満とする、
ゼオライト膜の分離性能評価方法。
When the first gas component is supplied to the zeolite membrane, the permeation component contained in the liquid mixture that is the separation target of the zeolite membrane is based on the first measured permeation rate at which the first gas component permeates the zeolite membrane. Predicting a first predicted permeation flux that permeates the zeolite membrane;
When a second gas component is supplied to the zeolite membrane, a residual component contained in the liquid mixture permeates the zeolite membrane based on a second actually measured permeation rate at which the second gas component permeates the zeolite membrane. 2 predicting the predicted permeation flux;
With
When the molecular diameter of the permeation component is 0.93 times or less of the pore diameter of the zeolite membrane, the molecular diameter of the first gas component is 0.93 times or less of the pore diameter, and the molecular diameter of the permeation component is the above-mentioned When the pore diameter is greater than 0.93 times and less than 1.07 times, the molecular diameter of the first gas component is greater than 0.93 times the pore diameter and less than 1.07 times,
When the molecular diameter of the residual component is 1.07 times or more of the pore diameter of the zeolite membrane, the molecular diameter of the second gas component is 1.07 times or more of the pore diameter, and the molecular diameter of the residual component is When the pore diameter is greater than 0.93 times and less than 1.07 times, the molecular diameter of the second gas component is greater than 0.93 times the pore diameter and less than 1.07 times.
Method for evaluating the separation performance of zeolite membranes.
前記第1気体成分の分子径は、前記第2気体成分の分子径よりも小さい、
請求項1に記載のゼオライト膜の分離性能評価方法。
The molecular diameter of the first gas component is smaller than the molecular diameter of the second gas component;
The method for evaluating the separation performance of a zeolite membrane according to claim 1.
前記第1気体成分と前記第2気体成分を含む混合気体を前記ゼオライト膜に供給することによって、前記第1実測透過流束と前記第2実測透過流束を取得する工程を備える、
請求項1又は2に記載のゼオライト膜の分離性能評価方法。
Providing the first measured permeation flux and the second measured permeation flux by supplying a mixed gas containing the first gas component and the second gas component to the zeolite membrane,
The method for evaluating the separation performance of a zeolite membrane according to claim 1 or 2.
前記第1気体成分を前記ゼオライト膜に供給することによって、前記第1実測透過流束を取得する工程と、
前記第2気体成分を前記ゼオライト膜に供給することによって、前記第2実測透過流束を取得する工程と、
を備える請求項1又は2に記載のゼオライト膜の分離性能評価方法。
Obtaining the first measured permeation flux by supplying the first gas component to the zeolite membrane;
Obtaining the second measured permeation flux by supplying the second gas component to the zeolite membrane;
A method for evaluating the separation performance of a zeolite membrane according to claim 1 or 2.
前記第1気体成分又は/及び前記第2気体成分を前記ゼオライト膜に供給する前に、前記ゼオライト膜を200℃以上で加熱する工程を備える、
請求項3又は4に記載のゼオライト膜の分離性能評価方法。
Heating the zeolite membrane at 200 ° C. or higher before supplying the first gas component or / and the second gas component to the zeolite membrane,
The method for evaluating the separation performance of a zeolite membrane according to claim 3 or 4.
前記第2気体成分の分子径は、前記細孔の内径の1.5倍以下である、
請求項1乃至5のいずれかに記載のゼオライト膜の分離性能評価方法。
The molecular diameter of the second gas component is not more than 1.5 times the inner diameter of the pores.
The method for evaluating the separation performance of a zeolite membrane according to any one of claims 1 to 5.
細孔を有するゼオライト膜を多孔質支持体の表面に形成するゼオライト膜形成工程と、
第1気体成分をゼオライト膜に供給した場合に前記第1気体成分が前記ゼオライト膜を透過する第1実測透過速度に基づいて、前記ゼオライト膜の分離対象である液体混合物に含まれる透過成分が前記ゼオライト膜を透過する第1予測透過流束を予測する工程と、
第2気体成分を前記ゼオライト膜に供給した場合に前記第2気体成分が前記ゼオライト膜を透過する第2実測透過速度に基づいて、前記液体混合物に含まれる残留成分が前記ゼオライト膜を透過する第2予測透過流束を予測する工程と、
を備え、
前記透過成分の分子径が前記ゼオライト膜の細孔径の0.93倍以下の場合は前記第1気体成分の分子径を前記細孔径の0.93倍以下とし、前記透過成分の分子径が前記細孔径の0.93倍より大きく1.07倍未満の場合は前記第1気体成分の分子径を前記細孔径の0.93倍より大きく1.07倍未満とし、
前記残留成分の分子径が前記ゼオライト膜の細孔径の1.07倍以上の場合は前記第2気体成分の分子径を前記細孔径の1.07倍以上とし、前記残留成分の分子径が前記細孔径の0.93倍より大きく1.07倍未満の場合は前記第2気体成分の分子径を前記細孔径の0.93倍より大きく1.07倍未満とする、
ゼオライト膜構造体の製造方法。
Forming a zeolite membrane having pores on the surface of the porous support; and
When the first gas component is supplied to the zeolite membrane, the permeation component contained in the liquid mixture that is the separation target of the zeolite membrane is based on the first measured permeation rate at which the first gas component permeates the zeolite membrane. Predicting a first predicted permeation flux that permeates the zeolite membrane;
When a second gas component is supplied to the zeolite membrane, a residual component contained in the liquid mixture permeates the zeolite membrane based on a second actually measured permeation rate at which the second gas component permeates the zeolite membrane. 2 predicting the predicted permeation flux;
With
When the molecular diameter of the permeation component is 0.93 times or less of the pore diameter of the zeolite membrane, the molecular diameter of the first gas component is 0.93 times or less of the pore diameter, and the molecular diameter of the permeation component is the above-mentioned When the pore diameter is greater than 0.93 times and less than 1.07 times, the molecular diameter of the first gas component is greater than 0.93 times the pore diameter and less than 1.07 times,
When the molecular diameter of the residual component is 1.07 times or more of the pore diameter of the zeolite membrane, the molecular diameter of the second gas component is 1.07 times or more of the pore diameter, and the molecular diameter of the residual component is When the pore diameter is greater than 0.93 times and less than 1.07 times, the molecular diameter of the second gas component is greater than 0.93 times the pore diameter and less than 1.07 times.
A method for producing a zeolite membrane structure.
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