JP2017100087A - Separation membrane structure and p-xylene concentration method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a separation membrane structure and a p-xylene concentration method that can improve the selectivity, permeation rate and separability of p-xylene.SOLUTION: A separation membrane structure 10 comprises a porous support 20, and a zeolite membrane 30 formed on the porous support 20 and having a pore composed of a 12-membered oxygen ring. The zeolite membrane 30 comprises barium.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、分離膜構造体及びパラキシレンの濃縮方法に関する。   The present invention relates to a separation membrane structure and a method for concentrating paraxylene.

従来、キシレンの三種の異性体(パラキシレン、メタキシレン、オルトキシレン)やエチルベンゼンを含むC8芳香族化合物の流体混合物からパラキシレンを分離膜によって分離する手法が提案されている。分離膜によって分離する手法には、吸着材によって分離する手法に比べて取り扱い容易かつ連続運転可能という利点がある。   Conventionally, a method has been proposed in which paraxylene is separated from a fluid mixture of C8 aromatic compounds containing three types of isomers of xylene (paraxylene, metaxylene, orthoxylene) and ethylbenzene by a separation membrane. The method of separating using a separation membrane has the advantage of being easy to handle and capable of continuous operation compared to the method of separating using an adsorbent.

パラキシレンを分離膜によって分離する手法としては、高分子膜を用いる手法(特許文献1参照)やMFI型ゼオライト膜を分子篩として用いる手法(特許文献2、非特許文献1参照)が提案されている。   As a method for separating para-xylene with a separation membrane, a method using a polymer membrane (see Patent Document 1) and a method using an MFI type zeolite membrane as a molecular sieve (see Patent Document 2 and Non-Patent Document 1) have been proposed. .

特表2007−519719号公報Special table 2007-519719 gazette 特開2002−69012号公報JP 2002-69012 A

Separation and Purification Technology, Vol.s5(1−3) (2001) p297−306Separation and Purification Technology, Vol. s5 (1-3) (2001) p297-306

しかしながら、特許文献1の手法では、C8芳香族化合物の流体混合物が接触すると高分子膜が膨潤するため、パラキシレン選択性が低下してしまう。   However, in the method of Patent Document 1, when the fluid mixture of the C8 aromatic compound comes into contact, the polymer membrane swells, so that paraxylene selectivity is lowered.

また、特許文献2の手法では、分子の大きさの違いを利用してパラキシレンを分離することからMFI型ゼオライト膜の細孔径を大きくできないため、パラキシレン透過速度が低減してしまう。また、特許文献2の手法では、C8芳香族化合物の流体混合物におけるパラキシレン以外の成分の濃度が高い場合には、パラキシレン以外の成分がMFI型ゼオライト膜の細孔に侵入してパラキシレンの透過を阻害するため、パラキシレン分離性能が低減してしまう。   In the method of Patent Document 2, paraxylene is separated by utilizing the difference in molecular size, so that the pore diameter of the MFI type zeolite membrane cannot be increased, and the paraxylene permeation rate is reduced. In the method of Patent Document 2, when the concentration of components other than paraxylene in the fluid mixture of C8 aromatic compounds is high, components other than paraxylene penetrate into the pores of the MFI type zeolite membrane and Since the permeation is inhibited, the paraxylene separation performance is reduced.

本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、パラキシレンの選択性、透過速度及び分離性能を向上可能な分離膜構造体及びパラキシレンの濃縮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-described circumstances, and an object thereof is to provide a separation membrane structure and a paraxylene concentration method capable of improving paraxylene selectivity, permeation rate, and separation performance.

本発明に係る分離膜構造体は、多孔質支持体と、多孔質支持体上に形成され、酸素12員環によって構成される細孔を有するゼオライト膜とを備える。ゼオライト膜は、バリウムを含む。   The separation membrane structure according to the present invention includes a porous support and a zeolite membrane having pores formed on the porous support and constituted by oxygen 12-membered rings. The zeolite membrane contains barium.

本発明によれば、パラキシレンの選択性、透過速度及び分離性能を向上可能な分離膜構造体及びパラキシレンの濃縮方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a separation membrane structure and a paraxylene concentration method capable of improving the selectivity, permeation rate and separation performance of paraxylene.

分離膜構造体の断面図Cross section of separation membrane structure

(分離膜構造体10の構成)
本実施形態に係る分離膜構造体10は、C8芳香族化合物を主成分として含む流体混合物からパラキシレンを選択的に透過させる。C8芳香族化合物は、キシレンの三種の異性体(パラキシレン、メタキシレン、オルトキシレン)とエチルベンゼンとして存在する。なお、C8芳香族化合物を主成分として含むとは、流体混合物におけるC8芳香族化合物の濃度が90重量%以上であることをいう。
(Configuration of separation membrane structure 10)
The separation membrane structure 10 according to the present embodiment selectively transmits paraxylene from a fluid mixture containing a C8 aromatic compound as a main component. C8 aromatic compounds exist as three isomers of xylene (paraxylene, metaxylene, orthoxylene) and ethylbenzene. The phrase “containing a C8 aromatic compound as a main component” means that the concentration of the C8 aromatic compound in the fluid mixture is 90% by weight or more.

図1は、分離膜構造体10の構成を示す断面図である。分離膜構造体10は、多孔質支持体20とゼオライト膜30を備える。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the separation membrane structure 10. The separation membrane structure 10 includes a porous support 20 and a zeolite membrane 30.

(1)多孔質支持体20
多孔質支持体20は、ゼオライト膜30を支持する。多孔質支持体20は、表面にゼオライト膜30を膜状に形成(結晶化、塗布、或いは析出)できるような化学的安定性を有する。
(1) Porous support 20
The porous support 20 supports the zeolite membrane 30. The porous support 20 has chemical stability such that the zeolite membrane 30 can be formed into a film shape (crystallization, coating, or deposition) on the surface.

多孔質支持体20は、少なくともメタンと窒素を含有する混合ガスをゼオライト膜30に供給できるような形状であればよい。多孔質支持体20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。   The porous support 20 may have any shape that can supply a mixed gas containing at least methane and nitrogen to the zeolite membrane 30. Examples of the shape of the porous support 20 include a honeycomb shape, a monolith shape, a flat plate shape, a tubular shape, a cylindrical shape, a columnar shape, and a prismatic shape.

本実施形態に係る多孔質支持体20は、基体21と中間層22と表層23を有する。   The porous support 20 according to this embodiment includes a base 21, an intermediate layer 22, and a surface layer 23.

基体21は、多孔質材料によって構成される。多孔質材料としては、例えば、セラミックス、金属、有機高分子、ガラス、或いはカーボンなどを用いることができる。セラミックスとしては、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、窒化ケイ素、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、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。化学的安定性の観点から、多孔質材料としては、セラミックス、金属、ガラスのうち少なくとも一つを用いることが好ましい。   The base 21 is made of a porous material. As the porous material, for example, ceramic, metal, organic polymer, glass, carbon, or the like can be used. Examples of the ceramic include alumina, silica, mullite, zirconia, titania, yttria, silicon nitride, and silicon carbide. Examples of the metal include aluminum, iron, bronze, and stainless steel. Examples of the organic polymer include polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene, polysulfone, and polyimide. From the viewpoint of chemical stability, it is preferable to use at least one of ceramic, metal, and glass as the porous material.

基体21は、無機結合材を含んでいてもよい。無機結合材としては、チタニア、ムライト、易焼結性アルミナ、シリカ、ガラスフリット、粘土鉱物、易焼結性コージェライトのうち少なくとも一つを用いることができる。   The base 21 may contain an inorganic binder. As the inorganic binder, at least one of titania, mullite, easily sinterable alumina, silica, glass frit, clay mineral, and easily sinterable cordierite can be used.

基体21の平均細孔径は、例えば0.5μm〜25μmとすることができる。基体21の平均細孔径は、水銀ポロシメーターによって測定できる。基体21の気孔率は、例えば25%〜50%とすることができる。基体21を構成する多孔質材料の平均粒径は、例えば5μm〜100μmとすることができる。本実施形態において、「平均粒径」とは、SEM(Scanning Electron Microscope)を用いた断面微構造観察によって測定される30個の測定対象粒子の最大直径を算術平均した値である。   The average pore diameter of the substrate 21 can be set to, for example, 0.5 μm to 25 μm. The average pore diameter of the substrate 21 can be measured with a mercury porosimeter. The porosity of the substrate 21 can be set to, for example, 25% to 50%. The average particle diameter of the porous material constituting the substrate 21 can be set to 5 μm to 100 μm, for example. In the present embodiment, the “average particle diameter” is a value obtained by arithmetically averaging the maximum diameters of 30 measurement target particles measured by cross-sectional microstructure observation using SEM (Scanning Electron Microscope).

中間層22は、基体21上に形成される。中間層22は、基体21に用いることのできる上記多孔質材料によって構成することができる。中間層22の平均細孔径は、基体21の平均細孔径より小さくてもよく、例えば0.005μm〜2μmとすることができる。中間層22の平均細孔径は、細孔径の大きさに合わせて、パームポロメーターまたはナノパームポロメーターによって測定することができる。中間層22の気孔率は、例えば20%〜60%とすることができる。中間層22の厚みは、例えば30μm〜300μmとすることができる。   The intermediate layer 22 is formed on the base 21. The intermediate layer 22 can be made of the porous material that can be used for the substrate 21. The average pore diameter of the intermediate layer 22 may be smaller than the average pore diameter of the substrate 21, and may be, for example, 0.005 μm to 2 μm. The average pore diameter of the intermediate layer 22 can be measured by a palm porometer or a nano palm porometer according to the size of the pore diameter. The porosity of the intermediate layer 22 can be set to, for example, 20% to 60%. The thickness of the intermediate layer 22 can be set to 30 μm to 300 μm, for example.

表層23は、中間層22上に形成される。表層23は、基体21に用いることのできる上記多孔質材料によって構成することができる。表層23の平均細孔径は、中間層22の平均細孔径より小さくてもよく、例えば0.001μm〜1μmとすることができる。表層23の平均細孔径は、細孔径の大きさに合わせて、パームポロメーターまたはナノパームポロメーターによって測定することができる。表層23の気孔率は、例えば20%〜60%とすることができる。表層23の厚みは、例えば1μm〜50μmとすることができる。   The surface layer 23 is formed on the intermediate layer 22. The surface layer 23 can be composed of the porous material that can be used for the base 21. The average pore diameter of the surface layer 23 may be smaller than the average pore diameter of the intermediate layer 22, and may be, for example, 0.001 μm to 1 μm. The average pore diameter of the surface layer 23 can be measured by a palm porometer or a nano palm porometer according to the size of the pore diameter. The porosity of the surface layer 23 can be set to, for example, 20% to 60%. The thickness of the surface layer 23 can be set to 1 μm to 50 μm, for example.

(2)ゼオライト膜30
ゼオライト膜30は、多孔質支持体20(具体的には、表層23)上に形成される。ゼオライト膜30の厚みは特に制限されるものではないが、例えば0.1μm〜10μmとすることができる。ゼオライト膜30を厚くするとパラキシレン分離性能が向上する傾向があり、ゼオライト膜30を薄くするとパラキシレン透過速度が増大する傾向がある。
(2) Zeolite membrane 30
The zeolite membrane 30 is formed on the porous support 20 (specifically, the surface layer 23). The thickness of the zeolite membrane 30 is not particularly limited, but can be, for example, 0.1 μm to 10 μm. When the zeolite membrane 30 is thickened, the paraxylene separation performance tends to improve, and when the zeolite membrane 30 is thinned, the paraxylene permeation rate tends to increase.

ゼオライト膜30は、SiO四面体とAlO四面体が頂点において酸素を共有しつつ三次元的に連なった構造を有する。ゼオライト膜30は、酸素12員環によって構成される細孔(以下、「酸素12員環細孔」という。)を有するゼオライトによって構成される。このようなゼオライトの骨格構造(型)としては、AFI、BEA、CAN、FAU、GME、LTL、MOR、MSE、MTW、OFFなどが挙げられる。 The zeolite membrane 30 has a structure in which the SiO 4 tetrahedron and the AlO 4 tetrahedron are three-dimensionally connected while sharing oxygen at the apex. The zeolite membrane 30 is composed of zeolite having pores composed of oxygen 12-membered rings (hereinafter referred to as “oxygen 12-membered ring pores”). Examples of such a framework structure (type) of zeolite include AFI, BEA, CAN, FAU, GME, LTL, MOR, MSE, MTW, and OFF.

酸素12員環細孔の直径は、酸素10以下の員環によって構成される細孔(以下、「酸素10以下員環細孔」という。)の直径よりも大きい。例えば、酸素12員環細孔を有するFAU型ゼオライトの細孔径(0.74nm)やBEA型ゼオライトの細孔径(0.67nm)は、酸素10員環細孔を有するMFI型ゼオライトの細孔径(0.55nm)よりも大きく、かつ、分離対象であるパラキシレンの分子径(0.59nm)よりも大きい。従って、酸素12員環細孔を有するゼオライトを用いることによって、酸素10以下員環細孔を有するゼオライトを用いる場合に比べて、ゼオライト膜30のパラキシレン透過速度を向上させることができる。   The diameter of the oxygen 12-membered ring pore is larger than the diameter of a pore constituted by a member ring of oxygen 10 or less (hereinafter referred to as “oxygen 10-membered ring pore”). For example, the pore diameter (0.74 nm) of a FAU type zeolite having oxygen 12-membered ring pores and the pore diameter (0.67 nm) of a BEA type zeolite are the pore diameters of MFI zeolite having oxygen 10-membered ring pores ( 0.55 nm) and larger than the molecular diameter (0.59 nm) of para-xylene to be separated. Therefore, by using zeolite having oxygen 12-membered ring pores, the paraxylene permeation rate of the zeolite membrane 30 can be improved as compared with the case of using zeolite having oxygen 10-membered ring pores.

なお、骨格構造ごとの細孔径は、The International Zeolite Association (IZA) “Database of Zeolite Structures” [online]、[平成27年11月11日検索]、インターネット<URL:http://www.iza-structure.org/databases/>に開示されている。   The pore diameter for each skeletal structure can be obtained from The International Zeolite Association (IZA) “Database of Zeolite Structures” [online], [November 11, 2015 search], Internet <URL: http: //www.iza- It is disclosed in structure.org/databases/>.

ゼオライト膜30は、少なくともSiとAlを含む。ゼオライト膜30におけるAl原子に対するSi原子のモル比(Si/Al原子比)は特に制限されないが、2以上50以下であることが好ましい。Si/Al原子比を2以上とすることによって、ゼオライト膜30の緻密性を確保することができる。Si/Al原子比を50以下とすることによって、パラキシレンを選択透過させるのに十分な量のバリウムをゼオライト膜30に導入することができる。   The zeolite membrane 30 contains at least Si and Al. The molar ratio of Si atoms to Al atoms (Si / Al atomic ratio) in the zeolite membrane 30 is not particularly limited, but is preferably 2 or more and 50 or less. By setting the Si / Al atomic ratio to 2 or more, the denseness of the zeolite membrane 30 can be ensured. By setting the Si / Al atomic ratio to 50 or less, an amount of barium sufficient to selectively permeate paraxylene can be introduced into the zeolite membrane 30.

ゼオライト膜30は、さらにバリウムを含む。ゼオライト膜30にバリウムを含ませることによって、ゼオライト膜30にパラキシレンの選択透過を促進させることができるため、ゼオライト膜30のパラキシレン選択性を向上させることができる。ゼオライト膜30におけるアルミニウム原子に対するバリウム原子のモル比(Ba/Al原子比)は特に制限されないが、0.1以上0.5以下であることが好ましい。(Ba/Al原子比)を0.1以上とすることによって、パラキシレンの選択性をより向上させることができる。(Ba/Al原子比)を0.5以下とすることによって、過剰なバリウムによる細孔の閉塞を抑制することができる。   The zeolite membrane 30 further contains barium. By including barium in the zeolite membrane 30, the selective permeation of paraxylene can be promoted in the zeolite membrane 30, so that the paraxylene selectivity of the zeolite membrane 30 can be improved. The molar ratio of barium atoms to aluminum atoms (Ba / Al atomic ratio) in the zeolite membrane 30 is not particularly limited, but is preferably 0.1 or more and 0.5 or less. By making (Ba / Al atomic ratio) 0.1 or more, the selectivity of para-xylene can be further improved. By setting the (Ba / Al atomic ratio) to 0.5 or less, pore blocking due to excessive barium can be suppressed.

ゼオライト膜30は、さらにアルカリ金属及びアルカリ土類金属の少なくとも一方を含んでいてもよい。特に、ゼオライト膜30にアルカリ金属を含ませることによって、ゼオライト膜30のパラキシレン選択性をより向上させることができる。アルカリ金属としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム及びフランシウムが挙げられ、特にカリウムが好ましい。   The zeolite membrane 30 may further contain at least one of an alkali metal and an alkaline earth metal. In particular, the paraxylene selectivity of the zeolite membrane 30 can be further improved by including an alkali metal in the zeolite membrane 30. Examples of the alkali metal include lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium and francium, and potassium is particularly preferable.

ゼオライト膜30におけるバリウム原子に対するアルカリ金属原子のモル比(アルカリ金属/Ba原子比)は特に制限されないが、0.01以上0.9以下であることが好ましい。(アルカリ金属/Ba原子比)を0.01以上とすることによって、パラキシレンの選択性をより向上させることができる。(アルカリ金属/Ba原子比)を0.9以下とすることによって、パラキシレンの選択性の低下を抑制することができる。   The molar ratio of alkali metal atoms to barium atoms in the zeolite membrane 30 (alkali metal / Ba atomic ratio) is not particularly limited, but is preferably 0.01 or more and 0.9 or less. By setting the (alkali metal / Ba atomic ratio) to 0.01 or more, the selectivity of paraxylene can be further improved. By setting the (alkali metal / Ba atomic ratio) to 0.9 or less, it is possible to suppress a reduction in paraxylene selectivity.

また、ゼオライト膜30は2層以上の構造となっていてもよい。2層以上の構造となっている場合、少なくとも1層が、酸素12員環細孔を有するゼオライトからなり、かつ、バリウムを含めばよい。その場合、酸素12員環細孔を有するゼオライトからなり、かつ、バリウムを含む層が、ゼオライト膜30の多孔質支持体20と反対側の表面に露出していることが好ましい。さらに、ゼオライト膜30全体が酸素12員環細孔を有するゼオライトからなり、Si/Al原子比が2以上50以下で、かつ、バリウムを含む層が、Si/Al原子比がより大きい層の上に形成されていることがより好ましい。   Moreover, the zeolite membrane 30 may have a structure of two or more layers. When it has a structure of two or more layers, at least one layer may be made of zeolite having oxygen 12-membered ring pores and include barium. In that case, it is preferable that a layer made of zeolite having oxygen 12-membered ring pores and containing barium is exposed on the surface of the zeolite membrane 30 opposite to the porous support 20. Further, the entire zeolite membrane 30 is made of zeolite having oxygen 12-membered ring pores, the Si / Al atomic ratio is 2 or more and 50 or less, and the layer containing barium is above the layer having a larger Si / Al atomic ratio. More preferably, it is formed.

(分離膜構造体10の製造方法)
分離膜構造体10の製造方法について説明する。
(Manufacturing method of the separation membrane structure 10)
A method for manufacturing the separation membrane structure 10 will be described.

(1)多孔質支持体20の形成
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、基体21の原料を所望の形状に成形することによって基体21の成形体を形成する。次に、基体21の成形体を焼成(例えば、900℃〜1450℃)して基体21を形成する。
(1) Formation of porous support 20 First, the molded body of the base 21 is formed by molding the raw material of the base 21 into a desired shape using an extrusion molding method, a press molding method, a cast molding method, or the like. Next, the molded body of the base body 21 is fired (for example, 900 ° C. to 1450 ° C.) to form the base body 21.

次に、所望の粒径のセラミックス原料を用いて中間層用スラリーを調製し、基体21の表面に中間層用スラリーを成膜することによって中間層22の成形体を形成する。次に、中間層22の成形体を焼成(例えば、900℃〜1450℃)して中間層22を形成する。   Next, an intermediate layer slurry is prepared using a ceramic material having a desired particle diameter, and the intermediate layer 22 is formed on the surface of the substrate 21 to form a formed body of the intermediate layer 22. Next, the intermediate layer 22 is formed by firing the molded body of the intermediate layer 22 (for example, 900 ° C. to 1450 ° C.).

次に、所望の粒径のセラミックス原料を用いて表層用スラリーを調製し、中間層22の表面に表層用スラリーを成膜することによって表層23の成形体を形成する。次に、表層23の成形体を焼成(例えば、900℃〜1450℃)して表層23を形成する。   Next, a surface layer slurry is prepared using a ceramic raw material having a desired particle diameter, and a surface layer slurry is formed on the surface of the intermediate layer 22 to form a surface layer 23 compact. Next, the molded body of the surface layer 23 is fired (for example, 900 ° C. to 1450 ° C.) to form the surface layer 23.

以上によって多孔質支持体20が形成される。   Thus, the porous support 20 is formed.

(2)ゼオライト膜30の形成
次に、多孔質支持体20の表面にゼオライト膜30を形成する。ゼオライト膜30は、骨格構造に応じた従来既知の手法で形成することができる。
(2) Formation of Zeolite Membrane 30 Next, the zeolite membrane 30 is formed on the surface of the porous support 20. The zeolite membrane 30 can be formed by a conventionally known method according to the framework structure.

まず、各種ゼオライト種結晶をエタノールや水などで希釈した種付け用スラリーを表層23の内側に流し込んだ後、種付け用スラリーを所定条件で通風乾燥させる。   First, a seeding slurry obtained by diluting various zeolite seed crystals with ethanol or water is poured into the surface layer 23, and then the seeding slurry is dried by ventilation under predetermined conditions.

次に、シリカ源、アルミナ源、有機テンプレート、アルカリ源及び水などを含む原料溶液が入った耐圧容器に多孔質支持体20を浸漬する。   Next, the porous support 20 is immersed in a pressure resistant container containing a raw material solution containing a silica source, an alumina source, an organic template, an alkali source, water, and the like.

次に、耐圧容器を乾燥器に入れ、100〜200℃で1〜240時間ほど加熱処理(水熱合成)を行うことによってゼオライト膜を形成する。次に、ゼオライト膜が形成された多孔質支持体20を洗浄して、80〜100℃で乾燥する。   Next, a pressure-resistant container is put into a dryer, and a zeolite membrane is formed by performing heat treatment (hydrothermal synthesis) at 100 to 200 ° C. for about 1 to 240 hours. Next, the porous support 20 on which the zeolite membrane is formed is washed and dried at 80 to 100 ° C.

次に、原料溶液中に有機テンプレートが含まれている場合には、ゼオライト膜が形成された多孔質支持体20を電気炉に入れ、大気中にて400〜800℃で1〜200時間ほど加熱することによって有機テンプレートを燃焼除去する。   Next, when the organic template is contained in the raw material solution, the porous support 20 on which the zeolite membrane is formed is put into an electric furnace and heated at 400 to 800 ° C. for about 1 to 200 hours in the atmosphere. The organic template is removed by burning.

次に、ゼオライト膜にアルカリ金属やアルカリ土類金属を含ませる場合には、アルカリ金属やアルカリ土類金属を含有するイオン交換用液をゼオライト膜に接触させた状態で所定時間保持することによって、ゼオライト膜にアルカリ金属やアルカリ土類金属を導入することができる。その後、アルカリ金属やアルカリ土類金属が導入されたゼオライト膜を水ですすいで乾燥させる。ゼオライト膜形成時に所定のアルカリ金属やアルカリ土類金属がすでにゼオライト膜に導入されている場合には、イオン交換用液を用いた前記導入操作は行わなくてもよい。   Next, when an alkali metal or alkaline earth metal is included in the zeolite membrane, by holding the ion exchange solution containing the alkali metal or alkaline earth metal in contact with the zeolite membrane for a predetermined time, Alkali metals and alkaline earth metals can be introduced into the zeolite membrane. Thereafter, the zeolite membrane introduced with alkali metal or alkaline earth metal is rinsed with water and dried. When a predetermined alkali metal or alkaline earth metal has already been introduced into the zeolite membrane at the time of forming the zeolite membrane, the introduction operation using the ion exchange liquid may not be performed.

次に、ゼオライト膜にバリウムを含ませるために、バリウムを含有するイオン交換用液をゼオライト膜に接触させた状態で所定時間保持することによって、バリウムが導入されたゼオライト膜30が形成される。その後、バリウムが導入されたゼオライト膜30を水ですすいで乾燥させる。なお、ゼオライト膜30へのバリウムの導入にともなう膜欠陥の発生を抑制するため、バリウムの導入は希薄溶液を用いて室温以下の温度で行うことが好ましい。   Next, in order to include barium in the zeolite membrane, the ion exchange solution containing barium is held for a predetermined time in contact with the zeolite membrane, thereby forming the zeolite membrane 30 into which barium has been introduced. Thereafter, the zeolite membrane 30 introduced with barium is rinsed with water and dried. In addition, in order to suppress generation | occurrence | production of the film | membrane defect accompanying the introduction | transduction of barium to the zeolite membrane 30, it is preferable to introduce | transduce barium at the temperature below room temperature using a dilute solution.

(分離膜構造体10によるパラキシレンの濃縮方法)
分離膜構造体10によるパラキシレンの濃縮方法について説明する。
(Concentration method of para-xylene by the separation membrane structure 10)
A method for concentrating paraxylene by the separation membrane structure 10 will be described.

まず、C8芳香族化合物(パラキシレン、メタキシレン、オルトキシレン及びエチルベンゼン)を主成分として含む流体混合物を加熱して供給蒸気を得る。供給蒸気は、加圧してもよいし、加圧しなくてもよい。供給蒸気の温度は特に制限されるものではないが、100℃以上300℃以下であることが好ましい。供給蒸気を100℃以上とすることによって、ゼオライト膜30に対するパラキシレンの吸着量が過剰に高くなることを抑制できる。供給蒸気を300℃以下とすることによって、ゼオライト膜30に対するパラキシレンの十分な吸着量を確保できる。   First, a fluid mixture containing C8 aromatic compounds (para-xylene, meta-xylene, ortho-xylene, and ethylbenzene) as main components is heated to obtain supply steam. The supply steam may be pressurized or may not be pressurized. The temperature of the supply steam is not particularly limited, but is preferably 100 ° C. or higher and 300 ° C. or lower. By setting the supply steam to 100 ° C. or higher, it is possible to suppress an excessive increase in the amount of paraxylene adsorbed on the zeolite membrane 30. By setting the supply steam to 300 ° C. or lower, a sufficient amount of paraxylene adsorbed on the zeolite membrane 30 can be secured.

次に、供給蒸気をゼオライト膜30に流通させながら、多孔質支持体20の外面側を供給蒸気よりも低い所定の圧力に設定する。そして、多孔質支持体20の外面からパラキシレンを含む透過蒸気を捕集する。これによって、C8芳香族化合物に含まれるパラキシレンが濃縮される。   Next, the outer surface side of the porous support 20 is set to a predetermined pressure lower than that of the supply steam while supplying the supply steam to the zeolite membrane 30. Then, permeate vapor containing para-xylene is collected from the outer surface of the porous support 20. Thereby, paraxylene contained in the C8 aromatic compound is concentrated.

(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.

例えば、多孔質支持体20は、基体21と中間層22と表層23を備えることとしたが、中間層22と表層23の何れか一方もしくは両方を備えていなくてもよい。   For example, the porous support 20 includes the base body 21, the intermediate layer 22, and the surface layer 23, but may not include any one or both of the intermediate layer 22 and the surface layer 23.

また、分離膜構造体10は、ゼオライト膜30上に形成される機能膜や保護膜をさらに備えていてもよい。このような機能膜や保護膜は、ゼオライト膜に限られず炭素膜やシリカ膜などの無機膜やポリイミド膜やシリコーン膜などの有機膜であってもよい。   Further, the separation membrane structure 10 may further include a functional membrane or a protective membrane formed on the zeolite membrane 30. Such a functional film or a protective film is not limited to a zeolite film, but may be an inorganic film such as a carbon film or a silica film, or an organic film such as a polyimide film or a silicone film.

以下、分離膜構造体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。   Hereinafter, examples of the separation membrane structure will be described. However, the present invention is not limited to the examples described below.

(分離膜構造体の作製)
(1)サンプルNo.1
サンプルNo.1に係る分離膜構造体は、バリウムを含まないFAU型ゼオライト膜を備える。
(Preparation of separation membrane structure)
(1) Sample No. 1
Sample No. The separation membrane structure according to 1 includes a FAU type zeolite membrane that does not contain barium.

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質量部を添加して、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製した。   First, a porous material was prepared by adding 20 parts by mass of an inorganic binder to 100 parts by mass of alumina particles having an average particle size of 30 μm, and further adding water, a dispersant and a thickener and kneading.

次に、調製した多孔質材料を押出成形することによって、モノリス型のアルミナ成形体を形成した。続いて、アルミナ成形体を焼成(1250℃、1時間)することによってアルミナ基体を形成した。   Next, the prepared porous material was extruded to form a monolith type alumina molded body. Subsequently, the alumina substrate was formed by firing (1250 ° C., 1 hour).

次に、アルミナにPVA(有機バインダ)を添加してスラリーを調製し、スラリーを用いた濾過法によってアルミナ基体の貫通孔の内表面上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℃、1時間)することによって表層を形成した。   Next, PVA (organic binder) was added to alumina to prepare a slurry, and a surface layer molded body was formed on the inner surface of the through hole of the alumina substrate by a filtration method using the slurry. Subsequently, the surface layer was formed by firing (1250 ° C., 1 hour).

次に、アルミナ基体の両端面をガラスでシールした。以上により、モノリス型のアルミナ支持体が完成した。   Next, both end faces of the alumina substrate were sealed with glass. Thus, a monolithic alumina support was completed.

次に、アルミナ支持体の内表面にFAU型ゼオライト膜を形成した。具体的には、まず、FAU型ゼオライト種結晶(Si/Al原子比=2.8)の濃度が0.1質量%になるようにエタノールで希釈した種付け用スラリーをアルミナ支持体の表層の内側に流し込んだ。次に、種付け用スラリーを所定条件(室温、風速5m/s、10分)で通風乾燥させた。   Next, a FAU type zeolite membrane was formed on the inner surface of the alumina support. Specifically, first, the seeding slurry diluted with ethanol so that the concentration of the FAU-type zeolite seed crystal (Si / Al atomic ratio = 2.8) is 0.1% by mass is formed inside the surface layer of the alumina support. Poured into. Next, the seeding slurry was dried by ventilation under predetermined conditions (room temperature, wind speed 5 m / s, 10 minutes).

次に、水酸化ナトリウム(シグマアルドリッチ製)16.0gとアルミン酸ナトリウム(和光純薬製)1.6gと蒸留水137.0gを混合した後、約30質量%シリカゾル(商品名:スノーテックスS、日産化学製)45.5gを加えてマグネチックスターラーで撹拌(室温、30分)することによって膜形成用ゾルを調製した。   Next, 16.0 g of sodium hydroxide (manufactured by Sigma Aldrich), 1.6 g of sodium aluminate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) and 137.0 g of distilled water were mixed, and about 30% by mass silica sol (trade name: Snowtex S) 45.5 g) (manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd.) was added and stirred with a magnetic stirrer (room temperature, 30 minutes) to prepare a sol for film formation.

次に、膜形成用ゾルをステンレス製耐圧容器のフッ素樹脂製内筒(内容積300ml)に入れ、FAU型ゼオライト種結晶を付着させたアルミナ支持体を浸漬した。その後、160℃の熱風乾燥機中で24時間反応させることによってFAU型ゼオライト膜を形成した。次に、アルミナ支持体を洗浄して100℃で12時間以上乾燥させた。   Next, the film-forming sol was placed in a fluororesin inner cylinder (300 ml in internal volume) of a stainless steel pressure-resistant container, and an alumina support to which a FAU-type zeolite seed crystal was adhered was immersed. Then, the FAU type | mold zeolite membrane was formed by making it react for 24 hours in a 160 degreeC hot air dryer. Next, the alumina support was washed and dried at 100 ° C. for 12 hours or more.

(2)サンプルNo.2
サンプルNo.2に係る分離膜構造体は、バリウムとアルカリ土類金属(カルシウム)を含むFAU型ゼオライト膜を備える。
(2) Sample No. 2
Sample No. The separation membrane structure according to 2 includes a FAU type zeolite membrane containing barium and alkaline earth metal (calcium).

まず、サンプルNo.1と同様に、アルミナ支持体及びFAU型ゼオライト膜を作製した。この際、膜形成用ゾルの組成比を調整することによって、サンプルNo.1よりもSi/Al原子比を小さくした。   First, sample no. As in Example 1, an alumina support and a FAU type zeolite membrane were prepared. At this time, by adjusting the composition ratio of the film-forming sol, the sample no. The Si / Al atomic ratio was made smaller than 1.

次に、塩化カルシウム(キシダ化学製)を水に添加して0.1mol/Lになるように調整したイオン交換用液を準備した。そして、60℃のイオン交換用液をFAU型ゼオライト膜に接触させた状態で24時間保持することによって、FAU型ゼオライト膜のナトリウムの略全部をカルシウムにイオン交換した。その後、カルシウムを導入したFAU型ゼオライト膜を水ですすいで乾燥(100℃、12時間)させた。   Next, an ion exchange solution adjusted to 0.1 mol / L by adding calcium chloride (manufactured by Kishida Chemical) to water was prepared. Then, by keeping the 60 ° C. ion exchange solution in contact with the FAU type zeolite membrane for 24 hours, almost all of the sodium in the FAU type zeolite membrane was ion exchanged with calcium. Thereafter, the FAU type zeolite membrane introduced with calcium was rinsed with water and dried (100 ° C., 12 hours).

次に、塩化バリウム(キシダ化学製)を水に添加して0.1mol/Lになるように調整したイオン交換用液を準備した。そして、10℃のイオン交換溶液をFAU型ゼオライト膜に接触させた状態で3時間保持することによって、FAU型ゼオライト膜のカルシウムの一部をバリウムにイオン交換した。その後、バリウムを導入したFAU型ゼオライト膜を水ですすいで乾燥(100℃、12時間)させた。   Next, a liquid for ion exchange prepared by adding barium chloride (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) to water to be 0.1 mol / L was prepared. Then, a part of calcium of the FAU type zeolite membrane was ion exchanged with barium by holding the ion exchange solution at 10 ° C. for 3 hours in contact with the FAU type zeolite membrane. Thereafter, the FAU type zeolite membrane into which barium was introduced was rinsed with water and dried (100 ° C., 12 hours).

(3)サンプルNo.3〜5
サンプルNo.3〜5に係る分離膜構造体は、バリウムとアルカリ土類金属(カルシウム)を含むFAU型ゼオライト膜を備える。
(3) Sample No. 3-5
Sample No. The separation membrane structure according to 3 to 5 includes a FAU type zeolite membrane containing barium and an alkaline earth metal (calcium).

まず、サンプルNo.1と同様に、アルミナ支持体及びFAU型ゼオライト膜を作製した。   First, sample no. As in Example 1, an alumina support and a FAU type zeolite membrane were prepared.

次に、サンプルNo.2と同様に、FAU型ゼオライト膜のナトリウムの略全部をカルシウムにイオン交換した。   Next, sample no. As in 2, almost all of the sodium in the FAU-type zeolite membrane was ion-exchanged with calcium.

次に、サンプルNo.2と同様に、FAU型ゼオライト膜のカルシウムの一部をバリウムにイオン交換した。この際、イオン交換の温度と時間をサンプル毎に変更することによって、表1に示すようにバリウムの導入量(原子比)を調整した。   Next, sample no. As in 2, a part of calcium of the FAU type zeolite membrane was ion exchanged with barium. At this time, the introduction amount (atomic ratio) of barium was adjusted as shown in Table 1 by changing the temperature and time of ion exchange for each sample.

(4)サンプルNo.6
サンプルNo.6に係る分離膜構造体は、バリウムとアルカリ金属(ナトリウム)を含むFAU型ゼオライト膜を備える。
(4) Sample No. 6
Sample No. The separation membrane structure according to 6 includes a FAU type zeolite membrane containing barium and alkali metal (sodium).

まず、サンプルNo.1と同様に、アルミナ支持体及びFAU型ゼオライト膜を作製した。   First, sample no. As in Example 1, an alumina support and a FAU type zeolite membrane were prepared.

次に、塩化バリウム(キシダ化学製)を水に添加して0.1mol/Lになるように調整したイオン交換用液を準備した。そして、10℃のイオン交換溶液をFAU型ゼオライト膜に接触させた状態で3時間保持することによって、FAU型ゼオライト膜のナトリウムの一部をバリウムにイオン交換した。その後、バリウムを導入したFAU型ゼオライト膜を水ですすいで乾燥(100℃、12時間)させた。   Next, a liquid for ion exchange prepared by adding barium chloride (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) to water to be 0.1 mol / L was prepared. Then, a part of sodium of the FAU type zeolite membrane was ion exchanged to barium by holding the ion exchange solution at 10 ° C. for 3 hours in a state of being in contact with the FAU type zeolite membrane. Thereafter, the FAU type zeolite membrane into which barium was introduced was rinsed with water and dried (100 ° C., 12 hours).

(5)サンプルNo.7
サンプルNo.7に係る分離膜構造体は、バリウムとアルカリ金属(カリウム)を含むFAU型ゼオライト膜を備える。
(5) Sample No. 7
Sample No. 7 is provided with a FAU type zeolite membrane containing barium and alkali metal (potassium).

まず、サンプルNo.1と同様に、アルミナ支持体及びFAU型ゼオライト膜を作製した。   First, sample no. As in Example 1, an alumina support and a FAU type zeolite membrane were prepared.

次に、塩化カリウム(キシダ化学製)を水に添加して0.1mol/Lになるように調整したイオン交換用液を準備した。そして、60℃のイオン交換溶液をFAU型ゼオライト膜に接触させた状態で24時間保持することによって、FAU型ゼオライト膜のナトリウムの略全部をカリウムにイオン交換した。その後、カリウムを導入したFAU型ゼオライト膜を水ですすいで乾燥(100℃、12時間)させた。   Next, an ion exchange solution adjusted to 0.1 mol / L by adding potassium chloride (manufactured by Kishida Chemical) to water was prepared. Then, the ion exchange solution at 60 ° C. was kept in contact with the FAU-type zeolite membrane for 24 hours to ion-exchange almost all of the sodium in the FAU-type zeolite membrane with potassium. Thereafter, the FAU type zeolite membrane introduced with potassium was rinsed with water and dried (100 ° C., 12 hours).

次に、塩化バリウム(キシダ化学製)を水に添加して0.1mol/Lになるように調整したイオン交換用液を準備した。そして、10℃のイオン交換溶液をFAU型ゼオライト膜に接触させた状態で3時間保持することによって、FAU型ゼオライト膜のカリウムの一部をバリウムにイオン交換した。その後、バリウムを導入したFAU型ゼオライト膜を水ですすいで乾燥(100℃、12時間)させた。   Next, a liquid for ion exchange prepared by adding barium chloride (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) to water to be 0.1 mol / L was prepared. Then, a part of potassium of the FAU type zeolite membrane was ion exchanged to barium by holding the ion exchange solution at 10 ° C. for 3 hours in a state of being in contact with the FAU type zeolite membrane. Thereafter, the FAU type zeolite membrane into which barium was introduced was rinsed with water and dried (100 ° C., 12 hours).

(6)サンプルNo.8
サンプルNo.8に係る分離膜構造体は、バリウムとアルカリ金属(カリウム)を含むFAU型ゼオライト膜を備える。
(6) Sample No. 8
Sample No. The separation membrane structure according to No. 8 includes a FAU type zeolite membrane containing barium and alkali metal (potassium).

まず、サンプルNo.7と同様に、アルミナ支持体及びFAU型ゼオライト膜を作製した後、FAU型ゼオライト膜にカリウムを導入した。   First, sample no. In the same manner as in Example 7, after preparing an alumina support and a FAU type zeolite membrane, potassium was introduced into the FAU type zeolite membrane.

次に、サンプルNo.7と同様に、FAU型ゼオライト膜のカリウムの一部をバリウムにイオン交換した。この際、イオン交換の温度と時間を変更することによって、表1に示すようにバリウムの導入量(原子比)を調整した。   Next, sample no. In the same manner as in Example 7, a part of potassium in the FAU type zeolite membrane was ion-exchanged to barium. At this time, the introduction amount (atomic ratio) of barium was adjusted as shown in Table 1 by changing the temperature and time of ion exchange.

(7)サンプルNo.9
サンプルNo.9に係る分離膜構造体は、バリウムとアルカリ金属(ナトリウム)を含むBEA型ゼオライト膜を備える。
(7) Sample No. 9
Sample No. The separation membrane structure according to No. 9 includes a BEA type zeolite membrane containing barium and an alkali metal (sodium).

まず、サンプルNo.1と同様に、アルミナ支持体を作製した。   First, sample no. As in Example 1, an alumina support was prepared.

次に、アルミナ支持体の内表面にBEA型ゼオライト膜を形成した。具体的には、まず、BEA型ゼオライト種結晶(Si/Al原子比=5.0)の濃度が0.1質量%になるようにエタノールで希釈した種付け用スラリーをアルミナ支持体の表層の内側に流し込んだ。次に、種付け用スラリーを所定条件(室温、風速5m/s、10分)で通風乾燥させた。   Next, a BEA type zeolite membrane was formed on the inner surface of the alumina support. Specifically, first, the seeding slurry diluted with ethanol so that the concentration of the BEA type zeolite seed crystal (Si / Al atomic ratio = 5.0) is 0.1% by mass is formed inside the surface layer of the alumina support. Poured into. Next, the seeding slurry was dried by ventilation under predetermined conditions (room temperature, wind speed 5 m / s, 10 minutes).

次に、35質量%テトラエチルアンモニウム水酸化物(シグマアルドリッチ製)24.3gとアルミン酸ナトリウム(和光純薬製)1.6gと蒸留水143.1gを混合した後、約30質量%シリカゾル(商品名:スノーテックスS、日産化学製)31.0gとを加えてマグネチックスターラーで撹拌(室温、90分)することによって膜形成用ゾルを調製した。   Next, after mixing 24.3 g of 35 mass% tetraethylammonium hydroxide (manufactured by Sigma Aldrich), 1.6 g of sodium aluminate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) and 143.1 g of distilled water, about 30 mass% silica sol (commodity) Name: Snowtex S, manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd. (31.0 g) was added and stirred with a magnetic stirrer (room temperature, 90 minutes) to prepare a sol for film formation.

次に、膜形成用ゾルをステンレス製耐圧容器のフッ素樹脂製内筒(内容積300ml)に入れ、BEA型ゼオライト種結晶を付着させたアルミナ支持体を浸漬した。その後、140℃の熱風乾燥機中で24時間反応させることによってBEA型ゼオライト膜を形成した。次に、アルミナ支持体を洗浄して100℃で12時間以上乾燥させた。   Next, the film-forming sol was placed in a fluororesin inner cylinder (internal volume 300 ml) of a stainless steel pressure vessel, and the alumina support to which the BEA type zeolite seed crystals were adhered was immersed. Then, the BEA type | mold zeolite membrane was formed by making it react for 24 hours in a 140 degreeC hot air dryer. Next, the alumina support was washed and dried at 100 ° C. for 12 hours or more.

次に、アルミナ支持体を電気炉で500℃まで昇温して4時間保持することによって、BEA型ゼオライト膜からテトラエチルアンモニウムを除去した。   Next, the temperature of the alumina support was raised to 500 ° C. in an electric furnace and maintained for 4 hours, thereby removing tetraethylammonium from the BEA type zeolite membrane.

次に、塩化バリウム(キシダ化学製)を水に添加して0.1mol/Lになるように調整したイオン交換用液を準備した。そして、10℃のイオン交換溶液をBEA型ゼオライト膜に接触させた状態で3時間保持することによって、BEA型ゼオライト膜のナトリウムの一部をバリウムにイオン交換した。その後、バリウムを導入したBEA型ゼオライト膜を水ですすいで乾燥(100℃、12時間)させた。   Next, a liquid for ion exchange prepared by adding barium chloride (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) to water to be 0.1 mol / L was prepared. Then, a part of sodium of the BEA zeolite membrane was ion-exchanged to barium by holding the ion exchange solution at 10 ° C. for 3 hours in contact with the BEA zeolite membrane. Then, the BEA type zeolite membrane into which barium was introduced was rinsed with water and dried (100 ° C., 12 hours).

(8)サンプルNo.10〜12
サンプルNo.10〜12に係る分離膜構造体は、バリウムとアルカリ金属(カリウム)を含むBEA型ゼオライト膜を備える。
(8) Sample No. 10-12
Sample No. The separation membrane structure according to 10 to 12 includes a BEA type zeolite membrane containing barium and alkali metal (potassium).

まず、サンプルNo.9と同様に、アルミナ支持体及びBEA型ゼオライト膜を作製した。この際、サンプルNo.11と12では、膜形成用ゾルの組成比を調整することによって、サンプルNo.9よりもSi/Al原子比を大きくした。   First, sample no. As in 9, an alumina support and a BEA zeolite membrane were produced. At this time, sample no. In Nos. 11 and 12, sample nos. The Si / Al atomic ratio was made larger than 9.

次に、サンプルNo.7と同様に、BEA型ゼオライト膜にカリウムを導入した。   Next, sample no. In the same manner as in Example 7, potassium was introduced into the BEA zeolite membrane.

次に、サンプルNo.9と同様に、BEA型ゼオライト膜のカリウムの一部をバリウムにイオン交換した。この際、イオン交換の温度と時間をサンプル毎に変更することによって、表1に示すようにバリウムの導入量(原子比)を調整した。   Next, sample no. Similar to 9, a part of potassium of the BEA zeolite membrane was ion-exchanged to barium. At this time, the introduction amount (atomic ratio) of barium was adjusted as shown in Table 1 by changing the temperature and time of ion exchange for each sample.

(9)サンプルNo.13
サンプルNo.13に係る分離膜構造体は、バリウムとアルカリ金属(ナトリウム)を含むBEA型ゼオライト膜を備える。
(9) Sample No. 13
Sample No. The separation membrane structure according to 13 comprises a BEA zeolite membrane containing barium and alkali metal (sodium).

まず、サンプルNo.9と同様に、アルミナ支持体及びBEA型ゼオライト膜を作製した。この際、サンプルNo.11と12では、膜形成用ゾルの組成比を調整することによって、サンプルNo.9よりもSi/Al原子比を大きくした。   First, sample no. As in 9, an alumina support and a BEA zeolite membrane were produced. At this time, sample no. In Nos. 11 and 12, sample nos. The Si / Al atomic ratio was made larger than 9.

次に、サンプルNo.9と同様に、BEA型ゼオライト膜のナトリウムの一部をバリウムにイオン交換した。この際、イオン交換の温度と時間をサンプル毎に変更することによって、表1に示すようにバリウムの導入量(原子比)を調整した。   Next, sample no. As in 9, a part of sodium in the BEA type zeolite membrane was ion-exchanged to barium. At this time, the introduction amount (atomic ratio) of barium was adjusted as shown in Table 1 by changing the temperature and time of ion exchange for each sample.

(10)サンプルNo.14
サンプルNo.13に係る分離膜構造体は、バリウムとアルカリ金属を含まないBEA型ゼオライト膜を備える。
(10) Sample No. 14
Sample No. The separation membrane structure according to No. 13 includes a BEA zeolite membrane that does not contain barium and alkali metals.

まず、サンプルNo.9と同様に、アルミナ支持体及びBEA型ゼオライト膜を作製した。この際、アルミン酸ナトリウムを膜形成用ゾルに添加せず、膜形成用ゾルの組成比を調整することによって、サンプルNo.9よりもSi/Al原子比を大きくした。なお、サンプルNo.14のBEA型ゼオライト膜にはイオン交換サイトが存在しないため、バリウムなどの導入を行うことはできない。   First, sample no. As in 9, an alumina support and a BEA zeolite membrane were produced. At this time, the sample no. Was adjusted by adjusting the composition ratio of the film forming sol without adding sodium aluminate to the film forming sol. The Si / Al atomic ratio was made larger than 9. Sample No. Since no ion exchange site exists in the 14 BEA type zeolite membrane, barium or the like cannot be introduced.

(14)サンプルNo.15
サンプルNo.15に係る分離膜構造体は、バリウムとアルカリ金属を含まないMFI型ゼオライト膜を備える。
(14) Sample No. 15
Sample No. The separation membrane structure according to 15 comprises an MFI type zeolite membrane that does not contain barium and alkali metals.

まず、サンプルNo.1と同様に、アルミナ支持体を作製した。   First, sample no. As in Example 1, an alumina support was prepared.

次に、アルミナ支持体の内表面にMFI型ゼオライト膜を形成した。具体的には、まず、MFI型ゼオライト種結晶(Si/Al原子比≧200)の濃度が0.1質量%になるようにエタノールで希釈した種付け用スラリーをアルミナ支持体の表層の内側に流し込んだ。次に、種付け用スラリーを所定条件(室温、風速5m/s、10分)で通風乾燥させた。   Next, an MFI type zeolite membrane was formed on the inner surface of the alumina support. Specifically, first, a seeding slurry diluted with ethanol so that the concentration of MFI-type zeolite seed crystals (Si / Al atomic ratio ≧ 200) is 0.1% by mass is poured into the surface layer of the alumina support. It is. Next, the seeding slurry was dried by ventilation under predetermined conditions (room temperature, wind speed 5 m / s, 10 minutes).

次に、40質量%テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド溶液(SACHEM社製)1.4gとテトラプロピルアンモニウムブロミド(和光純薬工業製)0.7gを混合した後、蒸留水187.0gと約30質量%シリカゾル(商品名:スノーテックスS、日産化学製)10.9gとを加えてマグネチックスターラーで撹拌(室温、30分)することによって膜形成用ゾルを調製した。   Next, after mixing 1.4 g of 40 mass% tetrapropylammonium hydroxide solution (manufactured by SACHEM) and 0.7 g of tetrapropylammonium bromide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 187.0 g of distilled water and about 30 mass% are mixed. A film-forming sol was prepared by adding 10.9 g of silica sol (trade name: Snowtex S, manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd.) and stirring with a magnetic stirrer (room temperature, 30 minutes).

次に、膜形成用ゾルをステンレス製耐圧容器のフッ素樹脂製内筒(内容積300ml)に入れ、MFI型ゼオライト種結晶を付着させたアルミナ支持体を浸漬した。その後、160℃の熱風乾燥機中で20時間反応させることによってMFI型ゼオライト膜を形成した。次に、アルミナ支持体を洗浄して100℃で12時間以上乾燥させた。次に、アルミナ支持体を電気炉で500℃まで昇温して4時間保持することによって、MFI型ゼオライト膜からテトラプロピルアンモニウムを除去した。なお、サンプルNo.15のMFI型ゼオライト膜にはイオン交換サイトが存在しないため、バリウムなどの導入を行うことはできない。   Next, the film-forming sol was placed in a fluororesin inner cylinder (300 ml internal volume) of a stainless steel pressure-resistant container, and the alumina support to which the MFI-type zeolite seed crystals were adhered was immersed. Then, the MFI type | mold zeolite membrane was formed by making it react for 20 hours in a 160 degreeC hot air dryer. Next, the alumina support was washed and dried at 100 ° C. for 12 hours or more. Next, the alumina support was heated to 500 ° C. in an electric furnace and held for 4 hours to remove tetrapropylammonium from the MFI type zeolite membrane. Sample No. Since no ion exchange site exists in the 15 MFI type zeolite membrane, it is not possible to introduce barium or the like.

(ゼオライト膜の組成分析)
サンプルNo.1〜15のゼオライト膜に含まれるSiのモル濃度を重量法(JIS M 8853)によって定量的に測定した。また、サンプルNo.1〜15のゼオライト膜に含まれる他の成分のモル濃度をICP発光分析(堀場製作所製ULTIMA2)によって定量的に測定した。測定結果を表1にまとめて示す。
(Composition analysis of zeolite membrane)
Sample No. The molar concentration of Si contained in 1 to 15 zeolite membranes was quantitatively measured by a gravimetric method (JIS M 8853). Sample No. Molar concentrations of other components contained in 1 to 15 zeolite membranes were quantitatively measured by ICP emission analysis (ULTIMA2 manufactured by Horiba Seisakusho). The measurement results are summarized in Table 1.

(ゼオライト膜の分離性能評価)
サンプルNo.1〜15の分離膜構造体を用いて、パラキシレンとオルトキシレンの混合液体からパラキシレンを分離する分離試験を実施した。
(Evaluation of separation performance of zeolite membrane)
Sample No. A separation test for separating paraxylene from a mixed liquid of paraxylene and orthoxylene was performed using 1 to 15 separation membrane structures.

まず、パラキシレンとオルトキシレンの混合液体(p−キシレン:o−キシレン=50:50(モル濃度比))を110℃に加熱して供給蒸気を得た。次に、供給蒸気を分離膜構造体のセル(ゼオライト膜の内側)に流通させながら、アルミナ支持体の側面を約10Torrの真空度で減圧した。そして、アルミナ支持体の側面から回収された透過蒸気を液体窒素で冷却したトラップに捕集した。   First, a mixed liquid of para-xylene and ortho-xylene (p-xylene: o-xylene = 50: 50 (molar concentration ratio)) was heated to 110 ° C. to obtain supply steam. Next, the side surface of the alumina support was depressurized at a degree of vacuum of about 10 Torr while supplying steam to the cell of the separation membrane structure (inside the zeolite membrane). The permeated vapor collected from the side surface of the alumina support was collected in a trap cooled with liquid nitrogen.

捕集した透過蒸気の液化物の質量から全透過流束を算出した。また、透過蒸気の液化物をガスクロマトグラフィーにて分析して透過蒸気のモル濃度を測定した。そして、((透過蒸気のパラキシレン濃度/透過蒸気のオルトキシレン濃度)/(供給蒸気のパラキシレン濃度/供給蒸気のオルトキシレン濃度))をパラキシレンの分離係数として算出した。算出結果を表1にまとめて示す。表1では、サンプルNo.1の分離係数を基準として規格化した値が示されている。   The total permeation flux was calculated from the mass of collected liquefied permeate vapor. The liquefied product of the permeated vapor was analyzed by gas chromatography to measure the molar concentration of the permeated vapor. Then, ((paraxylene concentration of permeated steam / orthoxylene concentration of permeated steam) / (paraxylene concentration of supplied steam / orthoxylene concentration of supplied steam)) was calculated as a separation factor of paraxylene. The calculation results are summarized in Table 1. In Table 1, sample no. A value normalized based on a separation factor of 1 is shown.

なお、サンプルNo.15におけるパラキシレン透過量は、サンプルNo.1〜13におけるパラキシレン透過量の1/10以下であった。   Sample No. The paraxylene permeation amount in Sample No. It was 1/10 or less of the paraxylene permeation amount in 1-13.

Figure 2017100087
Figure 2017100087

表1に示すように、サンプルNo.1〜15の比較から、酸素12員環細孔を有するゼオライト膜にバリウムを含ませることによって、パラキシレン分離性能を向上できることが分かった。   As shown in Table 1, sample no. From the comparison of 1 to 15, it was found that the paraxylene separation performance can be improved by including barium in the zeolite membrane having oxygen 12-membered ring pores.

また、サンプルNo.2とサンプルNo.3〜12との比較、及びサンプルNo.3〜12とサンプルNo.13との比較から、ゼオライト膜におけるアルミニウム原子に対するシリコン原子のモル比を2以上50以下とすることによって、パラキシレン分離性能をより向上できることが分かった。   Sample No. 2 and Sample No. 3 to 12 and Sample No. 3-12 and sample no. From comparison with 13, it was found that the paraxylene separation performance can be further improved by setting the molar ratio of silicon atoms to aluminum atoms in the zeolite membrane to 2 or more and 50 or less.

また、サンプルNo.2,3とサンプルNo.4〜12との比較、及びサンプルNo.4〜12とサンプルNo.13との比較から、ゼオライト膜におけるアルミニウム原子に対するバリウム原子のモル比を0.1以上0.5以下とすることによって、パラキシレン分離性能をより向上できることが分かった。   Sample No. 2 and 3 and sample no. 4 to 12 and sample No. 4-12 and sample no. From comparison with 13, it was found that the paraxylene separation performance can be further improved by setting the molar ratio of barium atoms to aluminum atoms in the zeolite membrane to be 0.1 or more and 0.5 or less.

また、サンプルNo.5とサンプルNo.6〜8との比較から、ゼオライト膜にアルカリ土類金属(Ca)を含ませた場合に比べて、アルカリ金属(Na,K)を含ませた方がパラキシレン分離性能を向上できることが分かった。   Sample No. 5 and sample no. From comparison with 6-8, it was found that the paraxylene separation performance can be improved by adding alkali metal (Na, K) compared to the case where the alkaline earth metal (Ca) is included in the zeolite membrane. .

また、サンプルNo.6〜12とサンプルNo.13との比較から、ゼオライト膜におけるバリウム原子に対するアルカリ金属原子のモル比を0.9以下とすることによって、パラキシレン分離性能をより向上できることが分かった。   Sample No. 6-12 and sample no. Comparison with 13 indicates that the paraxylene separation performance can be further improved by setting the molar ratio of alkali metal atoms to barium atoms in the zeolite membrane to 0.9 or less.

また、サンプルNo.6とサンプルNo.7の比較、及びサンプルNo.9とサンプルNo.10,11との比較から、ゼオライト膜にカリウムを含ませることによって、パラキシレン分離性能をより向上できることが分かった。   Sample No. 6 and sample no. 7 and sample no. 9 and sample no. From the comparison with 10, 11, it was found that the paraxylene separation performance can be further improved by including potassium in the zeolite membrane.

また、サンプルNo.6とNo.9の比較やサンプルNo.7とNo.10の比較から、BEA型よりもFAU型の方がパラキシレン分離性能より向上できることが分かった。   Sample No. 6 and no. 9 comparison and sample no. 7 and no. From the comparison of 10, it was found that the FAU type can improve the paraxylene separation performance more than the BEA type.

また、サンプルNo.7に対して、さらに過剰にバリウムを導入し、Ba/Al原子比を0.5より大きくした場合、パラキシレン透過量が減少することを実験的に確認した。   Sample No. In contrast, it was experimentally confirmed that when barium was introduced excessively and the Ba / Al atomic ratio was made larger than 0.5, the amount of paraxylene permeation decreased.

なお、サンプルNo.15は、パラキシレン分離性能をほぼ示さなかった。これは、オルトキシレンがMFI型ゼオライト膜の細孔に侵入してパラキシレンの透過を阻害したためと考えられる。   Sample No. 15 showed almost no paraxylene separation performance. This is presumably because ortho-xylene penetrated into the pores of the MFI-type zeolite membrane and inhibited the permeation of para-xylene.

10 分離膜構造体
20 多孔質支持体
21 基体
22 中間層
23 表層
30 ゼオライト膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Separation membrane structure 20 Porous support body 21 Base body 22 Intermediate | middle layer 23 Surface layer 30 Zeolite membrane

Claims (13)

流体混合物中のパラキシレンを選択的に透過させる分離膜構造体であって、
多孔質支持体と、
前記多孔質支持体上に形成され、酸素12員環によって構成される細孔を有するゼオライト膜と、
を備え、
前記ゼオライト膜は、バリウムを含む、
分離膜構造体。
A separation membrane structure that selectively permeates para-xylene in a fluid mixture,
A porous support;
A zeolite membrane formed on the porous support and having pores constituted by oxygen 12-membered rings;
With
The zeolite membrane contains barium,
Separation membrane structure.
前記ゼオライト膜におけるアルミニウム原子に対するシリコン原子のモル比は、2以上50以下である、
請求項1に記載の分離膜構造体。
The molar ratio of silicon atoms to aluminum atoms in the zeolite membrane is 2 or more and 50 or less.
The separation membrane structure according to claim 1.
前記ゼオライト膜におけるアルミニウム原子に対するバリウム原子のモル比は、0.1以上である、
請求項1又は2に記載の分離膜構造体。
The molar ratio of barium atoms to aluminum atoms in the zeolite membrane is 0.1 or more.
The separation membrane structure according to claim 1 or 2.
前記ゼオライト膜におけるアルミニウム原子に対するバリウム原子のモル比は、0.5以下である、
請求項1乃至3のいずれかに記載の分離膜構造体。
The molar ratio of barium atoms to aluminum atoms in the zeolite membrane is 0.5 or less.
The separation membrane structure according to any one of claims 1 to 3.
前記ゼオライト膜は、アルカリ金属を含む、
請求項1乃至4のいずれかに記載の分離膜構造体。
The zeolite membrane contains an alkali metal,
The separation membrane structure according to any one of claims 1 to 4.
前記ゼオライト膜におけるバリウム原子に対するアルカリ金属原子のモル比は、0.9以下である、
請求項5に記載の分離膜構造体。
The molar ratio of alkali metal atoms to barium atoms in the zeolite membrane is 0.9 or less.
The separation membrane structure according to claim 5.
前記ゼオライト膜におけるバリウム原子に対するアルカリ金属原子のモル比は、0.01以上である、
請求項5又は6に記載の分離膜構造体。
The molar ratio of alkali metal atoms to barium atoms in the zeolite membrane is 0.01 or more.
The separation membrane structure according to claim 5 or 6.
前記ゼオライト膜は、カリウムを含む、
請求項5乃至7のいずれかに記載の分離膜構造体。
The zeolite membrane contains potassium,
The separation membrane structure according to any one of claims 5 to 7.
前記ゼオライト膜は、FAU型ゼオライトによって構成される、
請求項1乃至8のいずれかに記載の分離膜構造体。
The zeolite membrane is composed of FAU type zeolite,
The separation membrane structure according to any one of claims 1 to 8.
請求項1乃至9のいずれかに記載の分離膜構造体によって流体混合物中のパラキシレンを分離する工程
を備えるパラキシレンの濃縮方法。
A method for concentrating paraxylene comprising a step of separating paraxylene in a fluid mixture by the separation membrane structure according to any one of claims 1 to 9.
前記流体混合物は、C8芳香族化合物を主成分として含む混合物である、
請求項10に記載のパラキシレンの濃縮方法。
The fluid mixture is a mixture containing a C8 aromatic compound as a main component.
The method for concentrating paraxylene according to claim 10.
前記流体混合物の温度は、100℃以上である、
請求項10又は11に記載のパラキシレンの濃縮方法。
The temperature of the fluid mixture is 100 ° C. or higher.
The method for concentrating paraxylene according to claim 10 or 11.
前記流体混合物の温度は、300℃以下である、
請求項10乃至12のいずれかに記載のパラキシレンの濃縮方法。
The temperature of the fluid mixture is 300 ° C. or less.
The method for concentrating paraxylene according to any one of claims 10 to 12.
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