JP2022132360A - Method for producing rho type zeolite - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a porous support-zeolite composite body which separates, for example, a nitrogen molecule that is a molecule smaller than CH4 with sufficient treatment capacity and separation performance, a method for producing a zeolite film, and a separation method using the porous support-zeolite composite body.
SOLUTION: A porous support-zeolite film composite body has a porous support and a zeolite film formed on the porous support, contains an RHO type zeolite as the zeolite, and has a peak intensity in vicinity of 2θ=18.7° that is 1.0 time or more of a peak intensity in vicinity of 2θ=8.3°, in an X-ray diffraction pattern obtained by irradiating the surface of the zeolite film with X rays.
SELECTED DRAWING: Figure 2
COPYRIGHT: (C)2022,JPO&INPIT

Description

本発明は、複数の成分からなる気体または液体の混合物の分離、濃縮に好適であるRHO型ゼオライトを含むゼオライト膜複合体、ゼオライトの製造方法、及びこのRHO型ゼオライトを含むゼオライト膜複合体を用いた流体の分離方法に関するものである。 The present invention uses a zeolite membrane composite containing RHO-type zeolite that is suitable for separating and concentrating a gaseous or liquid mixture consisting of a plurality of components, a method for producing zeolite, and a zeolite membrane composite containing this RHO-type zeolite. The present invention relates to a method for separating fluid that has been trapped.

火力発電所や石油化学工業などから排出されるガスの分離などで二酸化炭素と窒素、二酸化炭素とメタン、水素と炭化水素、水素と酸素、水素と二酸化炭素、窒素と酸素、パラフィンとオレフィンの分離に用いられるガス分離用ゼオライト膜として、A型膜、FAU型膜、MFI型膜、SAPO-34膜、DDR型膜、CHA型膜などのゼオライト膜が知られている。 Carbon dioxide and nitrogen, carbon dioxide and methane, hydrogen and hydrocarbons, hydrogen and oxygen, hydrogen and carbon dioxide, nitrogen and oxygen, paraffins and olefins, for example, in the separation of gases discharged from thermal power plants and petrochemical industries. Zeolite membranes such as A-type membrane, FAU-type membrane, MFI-type membrane, SAPO-34 membrane, DDR-type membrane, CHA-type membrane, etc. are known as zeolite membranes for gas separation used for gas separation.

A型膜は、水分の影響を受けやすく、結晶間隙のない膜にすることが難しく、分離性能は高くない。MFI型膜の細孔径は0.55nmであり、気体分子の分離には細孔がやや大きく分離性能も高くない。 The A-type membrane is easily affected by moisture, it is difficult to obtain a membrane without crystal gaps, and the separation performance is not high. The pore diameter of the MFI membrane is 0.55 nm, and the pores are rather large for separating gas molecules, and the separation performance is not high.

天然ガスの精製プラントや、生ごみなどをメタン発酵させてバイオガスを発生させるプラントで用いられる、二酸化炭素とメタンの分離用のゼオライト膜として、DDR(特許文献1)、SAPO-34(非特許文献1)、SSZ-13(非特許文献2)が知られている。 DDR (Patent Document 1), SAPO-34 (non-patent Document 1) and SSZ-13 (Non-Patent Document 2) are known.

二酸化炭素とメタンの分離においては、特許文献2に記載されたSiO/Alモル比が5以上のCHA型アルミノケイ酸塩のゼオライト膜が、高い透過性能と高い分離性能を有する。 In the separation of carbon dioxide and methane, a CHA-type aluminosilicate zeolite membrane having a SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio of 5 or more described in Patent Document 2 has high permeation performance and high separation performance.

空気や燃焼排ガスなどの気体からCHよりも小さい分子、たとえば窒素分子を、十分な処理量と分離性能で分離するゼオライト膜は報告されていない。 Zeolite membranes have not been reported to separate molecules smaller than CH4 , such as nitrogen molecules, from gases such as air and flue gas with sufficient throughput and separation performance.

DDR型(特許文献1)は、ゼオライトの構造が二次元であるために、二酸化炭素のパーミエンスが低い。また、三次元構造かつCHA型のSSZ-13の膜(特許文献2)はCOの透過量は十分に大きいものの、細孔径が3.8ÅとN分子のKinetic diameter (3.64Å)より大きいため、Nの分離性能が低い。 The DDR type (Patent Document 1) has a low carbon dioxide permeance due to the two-dimensional zeolite structure. In addition, although the three-dimensional structure and CHA type SSZ-13 membrane (Patent Document 2) has a sufficiently large amount of CO 2 permeation, the pore diameter is 3.8 Å, compared to the Kinetic Diameter (3.64 Å) of N 2 molecules. Due to its large size, the separation performance of N2 is low.

特許文献3においては、酸素8員環を有する特定のゼオライトを用いてアンモニアと窒素の混合ガスからアンモニアを分離する手法を紹介している。しかし、特許文献3に記載のCHA型ゼオライト膜は分離効果が十分に得ることができてない。 Patent Document 3 introduces a method of separating ammonia from a mixed gas of ammonia and nitrogen using a specific zeolite having eight-membered oxygen rings. However, the CHA-type zeolite membrane described in Patent Literature 3 cannot obtain a sufficient separation effect.

特開2004-105942号公報JP-A-2004-105942 特許5957828号Patent No. 5957828 特開2014-58433号JP 2014-58433

Shiguang Li et al., "Improved SAPO-34 Membranes for CO2/CH4 Separation", Adv. Mater. 2006, 18, 2601-2603Shiguang Li et al., "Improved SAPO-34 Membranes for CO2/CH4 Separation", Adv. Mater. 2006, 18, 2601-2603 Halil Kalipcilar et al., "Synthesis and Separation Performance of SSZ-13 Zeolite Membranes on Tubular Supports", Chem. Mater. 2002, 14, 3458-3464Halil Kalipcilar et al., "Synthesis and Separation Performance of SSZ-13 Zeolite Membranes on Tubular Supports", Chem. Mater. 2002, 14, 3458-3464

本発明は、CHよりも小さい分子、たとえば窒素分子を、十分な処理量と分離性能で分離する多孔質支持体-ゼオライト膜複合体と、ゼオライト膜の製造方法と、この多孔質支持体-ゼオライト膜複合体を用いた分離方法を提供することを目的とする。 The present invention provides a porous support - zeolite membrane composite that separates molecules smaller than CH4, such as nitrogen molecules, with sufficient throughput and separation performance, a method for producing the zeolite membrane, and the porous support- An object of the present invention is to provide a separation method using a zeolite membrane composite.

本発明の要旨は、下記の通りである。 The gist of the present invention is as follows.

[1] 多孔質支持体と、該多孔質支持体上に形成されたゼオライト膜とを有する多孔質支持体-ゼオライト膜複合体であって、該ゼオライト膜がRHO型ゼオライトを含み、該ゼオライト膜表面にX線を照射して得たX線回折パターンにおいて、2θ=18.7°付近のピーク強度が、2θ=8.3°付近のピーク強度の1.0倍以上であることを特徴とする多孔質支持体-ゼオライト膜複合体。 [1] A porous support-zeolite membrane composite comprising a porous support and a zeolite membrane formed on the porous support, wherein the zeolite membrane contains RHO-type zeolite, and the zeolite membrane In the X-ray diffraction pattern obtained by irradiating the surface with X-rays, the peak intensity near 2θ = 18.7° is 1.0 times or more the peak intensity near 2θ = 8.3°. porous support-zeolite membrane composite.

[2] 多孔質支持体と、該多孔質支持体上に形成されたゼオライト膜とを有する多孔質支持体-ゼオライト膜複合体であって、該ゼオライト膜がRHO型ゼオライトを含み、該ゼオライト膜表面にX線を照射して得たX線回折パターンにおいて、2θ=14.4°付近のピーク強度が、2θ=8.3°付近のピーク強度の0.5倍以上であることを特徴とする多孔質支持体-ゼオライト膜複合体。 [2] A porous support-zeolite membrane composite comprising a porous support and a zeolite membrane formed on the porous support, wherein the zeolite membrane contains RHO-type zeolite, and the zeolite membrane In the X-ray diffraction pattern obtained by irradiating the surface with X-rays, the peak intensity near 2θ = 14.4° is 0.5 times or more the peak intensity near 2θ = 8.3°. porous support-zeolite membrane composite.

[3] 該ゼオライト膜表面にX線を照射して得たX線回折パターンにおいて、2θ=14.4°付近のピーク強度が、2θ=8.3°付近のピーク強度の0.5倍以上であることを特徴とする[1]に記載の多孔質支持体-ゼオライト膜複合体。 [3] In the X-ray diffraction pattern obtained by irradiating the zeolite membrane surface with X-rays, the peak intensity near 2θ = 14.4° is 0.5 times or more the peak intensity near 2θ = 8.3°. The porous support-zeolite membrane composite according to [1], characterized in that:

[4] 50℃における、COのパーミエンスが1.0×10-7(mol/m・sec・Pa)以上であり、Nのパーミエンスが3.0×10-8(mol/m・sec・Pa)以下であることを特徴とする、[1]~[3]のいずれかに記載の多孔質支持体-ゼオライト膜複合体。 [4] At 50°C, the CO 2 permeance is 1.0 × 10 -7 (mol/m 2 · sec · Pa) or more, and the N 2 permeance is 3.0 × 10 -8 (mol/m 2 ·sec·Pa) or less, the porous support-zeolite membrane composite according to any one of [1] to [3].

[5] 該RHO型ゼオライトのSiO/Alモル比が4以上である、[1]~[4]のいずれかに記載の多孔質支持体-ゼオライト膜複合体。 [5] The porous support-zeolite membrane composite according to any one of [1] to [4], wherein the RHO-type zeolite has a SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio of 4 or more.

[6] 該ゼオライト膜中におけるCsの含有量がCs/Alモル比で1.5以下である、[1]~[5]のいずれかに記載の多孔質支持体-ゼオライト膜複合体。 [6] The porous support-zeolite membrane composite according to any one of [1] to [5], wherein the Cs content in the zeolite membrane is 1.5 or less in terms of Cs/Al 2 O 3 molar ratio. body.

[7] [1]~[6]のいずれかに記載の多孔質支持体-ゼオライト膜複合体に、複数の成分からなる気体混合物または液体混合物を接触させ、透過性の高い成分を透過させて分離することを特徴とする、気体混合物または液体混合物の分離方法。 [7] The porous support-zeolite membrane composite according to any one of [1] to [6] is brought into contact with a gas mixture or a liquid mixture comprising a plurality of components to allow components with high permeability to permeate. A method for separating a gaseous or liquid mixture, characterized in that the separation is carried out.

[8] フレームワーク密度が15T/1000Å以下のアルミノシリケートゼオライトを用いて、RHO型ゼオライトを製造することを特徴とする、RHO型ゼオライトの製造方法。 [8] A method for producing RHO-type zeolite, which comprises producing RHO-type zeolite using an aluminosilicate zeolite having a framework density of 15 T/1000 Å or less.

[9] 該アルミノシリケートゼオライトが、International Zeolite Association(IZA)がcomposite building unitとして定めるd6r又はltaを骨格中に含むことを特徴とする、[8]に記載のRHO型ゼオライトの製造方法。 [9] The method for producing an RHO-type zeolite according to [8], wherein the aluminosilicate zeolite contains d6r or lta defined as a composite building unit by the International Zeolite Association (IZA) in its skeleton.

[10] 該アルミノシリケートゼオライトが、FAU型ゼオライトまたはLTA型ゼオライトであることを特徴とする、[8]または[9]に記載のRHO型ゼオライトの製造方法。 [10] The method for producing RHO-type zeolite according to [8] or [9], wherein the aluminosilicate zeolite is FAU-type zeolite or LTA-type zeolite.

本発明によれば、CHよりも小さい分子、例えば窒素分子を十分な処理量と分離性能で分離する多孔質支持体-ゼオライト膜複合体と、ゼオライト膜の製造方法と、この多孔質支持体-ゼオライト膜複合体を用いた分離方法が提供される。 According to the present invention, a porous support-zeolite membrane composite that separates molecules smaller than CH 4 , such as nitrogen molecules, with sufficient throughput and separation performance, a method for producing the zeolite membrane, and the porous support - Separation methods using zeolite membrane composites are provided.

ゼオライト膜のX線チャートである。It is an X-ray chart of a zeolite membrane. ゼオライト膜のX線チャートである。It is an X-ray chart of a zeolite membrane. ゼオライト膜のX線チャートである。It is an X-ray chart of a zeolite membrane. 混合ガス透過試験に用いた装置の模式図である。It is a schematic diagram of the apparatus used for the mixed gas permeation test. 単成分ガスの透過試験に用いた装置の模式図である。It is a schematic diagram of the apparatus used for the permeation test of single-component gas.

以下、本発明の実施の形態について更に詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例であり、これらの内容に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。 Embodiments of the present invention will be described in more detail below. Various modifications can be made within the scope.

本発明の多孔質支持体-ゼオライト膜複合体(以下、単に「ゼオライト膜複合体」ということがある。)は、多孔質支持体と該多孔質支持体の表面に形成されたゼオライト膜とを有する。このゼオライト膜は、好ましくはゼオライトが膜状に結晶化してなるものである。 The porous support-zeolite membrane composite of the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as "zeolite membrane composite") comprises a porous support and a zeolite membrane formed on the surface of the porous support. have. The zeolite membrane is preferably formed by crystallizing zeolite into a membrane.

[多孔質支持体]
本発明において用いられる多孔質支持体は、表面にゼオライトを膜状に結晶化できるような化学的安定性を有することが好ましい。好適な多孔質支持体としては、ポリスルフォンや酢酸セルロース、芳香族ポリアミド、フッ化ビニリデン、ポリエーテルスルフォン、ポリアクリロニトリル、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、ポリイミドなどのガス透過性の多孔質高分子やたとえばシリカ、α-アルミナ、γ-アルミナ、ムライト、ジルコニア、チタニア、イットリア、窒化珪素、炭化珪素などのセラミックス焼結体、鉄、ブロンズ、ステンレス等の金属焼結体やメッシュ状の成形体、ガラス、カーボン成型体などの無機多孔質が挙げられる。この中でもセラミックス焼結体や金属焼結体、ガラス、カーボン成型体などの無機多孔質支持体が好ましい。
[Porous support]
The porous support used in the present invention preferably has chemical stability such that zeolite can be crystallized into a film on its surface. Suitable porous supports include gas-permeable porous polymers such as polysulfone, cellulose acetate, aromatic polyamide, vinylidene fluoride, polyethersulfone, polyacrylonitrile, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene, and polyimide. Ceramic sintered bodies such as silica, α-alumina, γ-alumina, mullite, zirconia, titania, yttria, silicon nitride, silicon carbide, metal sintered bodies such as iron, bronze and stainless steel, and mesh-shaped compacts, Examples include inorganic porous materials such as glass and carbon moldings. Among these, inorganic porous supports such as ceramic sintered bodies, metal sintered bodies, glass, and carbon molded bodies are preferred.

無機多孔質支持体は、基本的成分あるいはその大部分が無機の非金属物質から構成されている固体材料であるセラミックスを焼結したものが好ましい。 The inorganic porous support is preferably a sintered ceramic, which is a solid material whose basic component or most of which is composed of an inorganic non-metallic substance.

好ましいセラミックス焼結体としては、α-アルミナ、γ-アルミナなどのアルミナ、シリカ、ムライト、ジルコニア、チタニア、イットリア、窒化珪素、炭化珪素などを含むセラミックス焼結体が挙げられる。これらは単独の焼結体であってもよく、複数のものを混合して焼結したものであってもよい。これらセラミックス焼結体は、その表面の一部がゼオライト膜合成中にゼオライト化することがある。これにより、多孔質支持体とゼオライト膜との密着性が高くなる。 Preferred ceramic sintered bodies include ceramic sintered bodies containing alumina such as α-alumina and γ-alumina, silica, mullite, zirconia, titania, yttria, silicon nitride and silicon carbide. These may be a single sintered body, or may be a mixture of a plurality of materials and sintered. A part of the surface of these ceramic sintered bodies may be zeolitized during the synthesis of the zeolite membrane. This increases the adhesion between the porous support and the zeolite membrane.

アルミナ、シリカ、ムライトのうち少なくとも1種を含む(特にアルミナまたはムライトのうち少なくとも1種を含む)無機多孔質支持体は、無機多孔質支持体の部分的なゼオライト化が容易であるため、無機多孔質支持体とゼオライトの結合が強固になり、緻密で分離性能の高いゼオライト膜が形成されやすくなるのでより好ましい。 An inorganic porous support containing at least one of alumina, silica, and mullite (particularly containing at least one of alumina or mullite) is easy to partially zeolize the inorganic porous support. This is more preferable because the bonding between the porous support and the zeolite becomes stronger, and a dense zeolite membrane with high separation performance is easily formed.

本発明において用いられる多孔質支持体は、その表面(以下「多孔質支持体表面」ともいう。)において、多孔質支持体上に形成されるゼオライトを結晶化させる作用を有することが好ましい。 The porous support used in the present invention preferably has an action of crystallizing zeolite formed on the porous support on its surface (hereinafter also referred to as "porous support surface").

前記多孔質支持体表面は、細孔径が制御されていることが好ましい。多孔質支持体表面付近における多孔質支持体の平均細孔径は、通常0.02μm以上、好ましくは0.05μm以上、さらに好ましくは0.1μm以上、より好ましくは0.15μm以上、特に好ましくは0.5μm以上であり、とりわけ好ましくは1μm以上であり、通常20μm以下、好ましくは10μm以下、さらに好ましくは5μm以下、特に好ましくは2μm以下である。 It is preferable that the pore size of the surface of the porous support is controlled. The average pore diameter of the porous support near the surface of the porous support is usually 0.02 μm or more, preferably 0.05 μm or more, more preferably 0.1 μm or more, more preferably 0.15 μm or more, and particularly preferably 0 .5 μm or more, particularly preferably 1 μm or more, and usually 20 μm or less, preferably 10 μm or less, more preferably 5 μm or less, particularly preferably 2 μm or less.

多孔質支持体の表面は滑らかであることが好ましく、必要に応じて表面をやすり等で研磨してもよい。 The surface of the porous support is preferably smooth, and if necessary, the surface may be polished with a file or the like.

本発明において用いられる多孔質支持体の、多孔質支持体表面付近以外の部分の細孔径は制限されるものではなく、また特に制御される必要は無いが、その他の部分の気孔率は通常20%以上、より好ましくは30%以上、通常60%以下、好ましくは50%以下であることが好ましい。多孔質支持体表面付近以外の部分の気孔率は、気体や液体を分離する際の透過流量を左右し、前記下限未満では透過物の拡散を阻害する傾向があり、前記上限超では多孔質支持体の強度が低下する傾向がある。 The pore size of the portion of the porous support used in the present invention other than the vicinity of the surface of the porous support is not limited and need not be particularly controlled, but the porosity of the other portion is usually 20%. % or more, more preferably 30% or more, usually 60% or less, preferably 50% or less. The porosity of the portion other than the vicinity of the surface of the porous support affects the permeation flow rate when separating gas and liquid. Body strength tends to decrease.

本発明において用いられる多孔質支持体の形状は、気体混合物や液体混合物を有効に分離できるものであれば制限されるものではなく、具体的には平板状、管状、円筒状、多数の貫通孔を有するハニカム状のものやモノリスなどが挙げられる。 The shape of the porous support used in the present invention is not limited as long as it can effectively separate gas mixtures and liquid mixtures. and a honeycomb-shaped one having a monolith.

管状の多孔質支持体は、通常長さ2cm以上、好ましくは4cm以上、さらに好ましくは8cm以上、特に好ましくは10cm以上、とりわけ好ましくは20cm以上であり、通常200cm、好ましくは150cm以下、より好ましくは100cm以下である。多孔質支持体の長さがこの範囲より短い場合、1本あたりの流体の分離処理量が少ない場合があり、また、この範囲より長い場合、製造に手間がかかる場合がある。 The tubular porous support generally has a length of 2 cm or more, preferably 4 cm or more, more preferably 8 cm or more, particularly preferably 10 cm or more, particularly preferably 20 cm or more, and usually 200 cm or more, preferably 150 cm or less, more preferably 2 cm or more. 100 cm or less. If the length of the porous support is shorter than this range, the amount of fluid to be separated and treated per tube may be small, and if it is longer than this range, the production may be troublesome.

管状の多孔質支持体の内径は、通常0.2cm以上、好ましくは0.3cm以上、より好ましくは0.4cm以上、さらに好ましくは0.5cm以上、特に好ましくは0.6cm以上、最も好ましくは0.7cm以上、より一層好ましくは0.9cm以上であり、通常2cm以下、好ましくは1.5cm以下、より好ましくは1.2cm以下である。 The inner diameter of the tubular porous support is usually 0.2 cm or more, preferably 0.3 cm or more, more preferably 0.4 cm or more, still more preferably 0.5 cm or more, particularly preferably 0.6 cm or more, and most preferably It is 0.7 cm or more, more preferably 0.9 cm or more, and usually 2 cm or less, preferably 1.5 cm or less, and more preferably 1.2 cm or less.

外径は通常0.3cm以上、好ましくは0.5cm以上、より好ましくは0.6cm以上、さらに好ましくは0.8cm以上、特に好ましくは1.0cm以上であり、通常2.5cm以下、好ましくは1.7cm以下、より好ましくは1.3cm以下である。 The outer diameter is usually 0.3 cm or more, preferably 0.5 cm or more, more preferably 0.6 cm or more, still more preferably 0.8 cm or more, particularly preferably 1.0 cm or more, and usually 2.5 cm or less, preferably It is 1.7 cm or less, more preferably 1.3 cm or less.

厚さは通常0.1mm以上、好ましくは0.3mm以上、より好ましくは0.5mm以上、さらに好ましくは0.7mm以上、特に好ましくは1.0mm以上、最も好ましくは1.2mm以上であり、通常4mm以下、好ましくは3mm以下、より好ましくは2mm以下である。 The thickness is usually 0.1 mm or more, preferably 0.3 mm or more, more preferably 0.5 mm or more, still more preferably 0.7 mm or more, particularly preferably 1.0 mm or more, most preferably 1.2 mm or more, It is usually 4 mm or less, preferably 3 mm or less, more preferably 2 mm or less.

この範囲より内径、外径、肉厚が小さい場合支持体の強度が下がり折れやすくなる場合がある。この範囲より内径、外径が大きい場合、単位体積当たりの多孔質支持体の本数が小さくなる場合がある。この範囲より肉厚が大きい場合は透過性能が低下する傾向がある。 If the inner diameter, outer diameter and wall thickness are smaller than these ranges, the strength of the support may be lowered and the support may be easily broken. If the inner diameter and outer diameter are larger than this range, the number of porous supports per unit volume may become small. If the wall thickness is larger than this range, the transmission performance tends to decrease.

[RHO型ゼオライト]
本発明において用いられるRHO型ゼオライトとは、International Zeolite Association(IZA)が定めるゼオライトの構造を規定するコードでRHO構造のものを示す。RHO型ゼオライトは3.6×3.6Åの径を有する酸素8員環からなる3次元細孔を有することを特徴とする構造をとり、その構造はX線回折データにより特徴付けられる。
[RHO-type zeolite]
The RHO-type zeolite used in the present invention is a code that defines the structure of zeolite defined by the International Zeolite Association (IZA) and indicates the RHO structure. RHO-type zeolites have a structure characterized by having three-dimensional pores consisting of eight-membered oxygen rings with diameters of 3.6×3.6 Å, and the structure is characterized by X-ray diffraction data.

本発明において用いられるRHO型ゼオライトのフレームワーク密度は、14.1T/1000Åである。フレームワーク密度とは、ゼオライトの1000Åあたりの酸素以外の骨格を構成する元素の数を意味し、この値はゼオライトの構造により決まるものである。なお、フレームワーク密度とゼオライトとの構造の関係はATLAS OF ZEOLITE FRAMEWORK TYPES Fifth Revised Edition 2007 ELSEVIER に示されている。 The framework density of the RHO-type zeolite used in the present invention is 14.1 T/1000 Å. Framework density means the number of elements constituting the skeleton other than oxygen per 1000 Å 3 of zeolite, and this value is determined by the structure of zeolite. The relationship between framework density and zeolite structure is shown in ATLAS OF ZEOLITE FRAMEWORK TYPES Fifth Revised Edition 2007 ELSEVIER.

[ゼオライト膜]
本発明におけるゼオライト膜とは、ゼオライトにより構成される膜状物のことであり、好ましくは、前記多孔質支持体の表面にゼオライトを結晶化させて形成されたものである。膜を構成する成分として、ゼオライト以外にシリカ、アルミナなどの無機バインダー、ポリマーなどの有機物、あるいはゼオライト表面を修飾するシリル化剤などを必要に応じ含んでいてもよい。
[Zeolite membrane]
The zeolite membrane in the present invention is a membrane-like material composed of zeolite, preferably formed by crystallizing zeolite on the surface of the porous support. In addition to zeolite, the membrane may contain inorganic binders such as silica and alumina, organic substances such as polymers, and silylating agents for modifying the surface of zeolite, if necessary.

本発明で用いられるゼオライト膜は、ゼオライト膜に含まれるゼオライトとしてRHO型のゼオライト(以下、RHO型ゼオライト膜ということがある。)を含むことを特徴とし、好ましくはRHO型のゼオライトを主成分とするものである。該ゼオライト膜には、一部、モルデナイト型、MFI型、ANA型、GIS型などの他の構造のゼオライトが含まれていてもよく、アモルファス成分などが含有されていてもよい。該ゼオライト膜は、通常70wt%以上、好ましくは80wt%以上、より好ましくは90wt%以上がRHO型ゼオライトで構成される。 The zeolite membrane used in the present invention is characterized by containing RHO-type zeolite (hereinafter sometimes referred to as RHO-type zeolite membrane) as zeolite contained in the zeolite membrane, and preferably containing RHO-type zeolite as a main component. It is something to do. The zeolite membrane may partially contain zeolites of other structures such as mordenite type, MFI type, ANA type, and GIS type, and may contain amorphous components and the like. The zeolite membrane is usually composed of RHO-type zeolite in an amount of 70 wt % or more, preferably 80 wt % or more, more preferably 90 wt % or more.

本発明において用いられるゼオライト膜の厚さは、特に制限されるものではないが、通常、0.1μm以上であり、好ましくは0.3μm以上、より好ましくは0.5μm以上、さらに好ましくは0.7μm以上、特に好ましくは1.0μm以上、最も好ましくは1.2μm以上である。また通常100μm以下であり、好ましくは60μm以下、より好ましくは20μm以下、さらに好ましくは10μm以下、特に好ましくは5μm以下、最も好ましくは3μm以下の範囲である。ゼオライト膜の厚さが上記範囲より小さい場合、欠陥が生じやすく、分離性能が悪い膜が生じやすい傾向がある。ゼオライト膜の厚さが上記範囲より大きい場合、透過性能が低くなる傾向がある。 The thickness of the zeolite membrane used in the present invention is not particularly limited, but is usually 0.1 μm or more, preferably 0.3 μm or more, more preferably 0.5 μm or more, and still more preferably 0.5 μm or more. 7 μm or more, particularly preferably 1.0 μm or more, most preferably 1.2 μm or more. Also, it is usually 100 μm or less, preferably 60 μm or less, more preferably 20 μm or less, still more preferably 10 μm or less, particularly preferably 5 μm or less, and most preferably 3 μm or less. When the thickness of the zeolite membrane is smaller than the above range, defects tend to occur and the membrane tends to have poor separation performance. When the thickness of the zeolite membrane is larger than the above range, the permeability tends to be low.

ゼオライト膜におけるゼオライトの粒子径は特に限定されるものではないが、小さすぎると粒界が大きくなるなどして透過選択性などを低下させる傾向があることから、通常30nm以上、好ましくは50nm以上、より好ましくは100nm以上、さらに好ましくは200nm以上、特に好ましくは500nm以上であり、上限は膜の厚さ以下である。さらに好ましくはゼオライトの粒子径が膜の厚さと同じである場合である。ゼオライトの粒子径が膜の厚さと同じであるとき、ゼオライトの粒界が最も小さくなるためである。水熱合成で得られたゼオライト膜は、ゼオライトの粒子径と膜の厚さが同じになる場合があるので好ましい。 The particle size of the zeolite in the zeolite membrane is not particularly limited. It is more preferably 100 nm or more, still more preferably 200 nm or more, and particularly preferably 500 nm or more, and the upper limit is equal to or less than the thickness of the film. More preferably, the zeolite particle size is the same as the membrane thickness. This is because the zeolite grain boundary is the smallest when the zeolite particle size is the same as the film thickness. A zeolite membrane obtained by hydrothermal synthesis is preferable because the zeolite particle diameter and the membrane thickness may be the same.

該ゼオライト膜に含まれるRHO型ゼオライトのSiO/Alモル比は、特に限定されるものではないが、通常4以上であり、好ましくは6以上、より好ましくは8以上、さらに好ましくは10以上、特に好ましくは12以上である。前記モル比の上限としては通常100以下、好ましくは70以下、より好ましくは50以下、さらに好ましくは30以下、特に好ましくは25以下、最も好ましくは20以下である。SiO/Alモル比が前記下限未満では耐久性が低下する傾向があり、前記上限を超過するとガスの吸着能が低くなりガスの透過量が小さくなる傾向がある。 The SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio of the RHO-type zeolite contained in the zeolite membrane is not particularly limited, but is usually 4 or more, preferably 6 or more, more preferably 8 or more, and still more preferably 10 or more, particularly preferably 12 or more. The upper limit of the molar ratio is usually 100 or less, preferably 70 or less, more preferably 50 or less, still more preferably 30 or less, particularly preferably 25 or less, and most preferably 20 or less. If the SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio is less than the lower limit, the durability tends to be lowered, and if it exceeds the upper limit, the gas adsorption capacity tends to be low and the gas permeation amount tends to be small.

該ゼオライト膜に含まれるRHO型ゼオライトのCs/Alモル比は、特に限定されるものではないが、通常1.5以下、好ましくは1.2以下、より好ましくは1.0以下、さらに好ましくは0.8以下、一層好ましくは0.6以下、より一層好ましくは0.4以下、特に好ましくは0.2以下、最も好ましくは0.1以下である。Cs/Alモル比が上限値以上である時、RHO型ゼオライトの細孔がCsイオンによって塞がれることがあり、ガスの透過量が著しく小さくなる傾向があり好ましくない。Cs/Alモル比の下限値は特に制限がなく、値が小さければ小さいほどガスの透過量が大きくなる傾向にあり望ましいが、通常0.01以上である。 The Cs/Al 2 O 3 molar ratio of the RHO-type zeolite contained in the zeolite membrane is not particularly limited, but is usually 1.5 or less, preferably 1.2 or less, more preferably 1.0 or less, It is more preferably 0.8 or less, still more preferably 0.6 or less, even more preferably 0.4 or less, particularly preferably 0.2 or less, and most preferably 0.1 or less. When the Cs/Al 2 O 3 molar ratio is higher than the upper limit, the pores of the RHO-type zeolite may be clogged with Cs ions, which tends to significantly reduce the amount of gas permeation, which is undesirable. The lower limit of the Cs/Al 2 O 3 molar ratio is not particularly limited, and is desirable because the smaller the value, the greater the amount of gas permeation, but it is usually 0.01 or more.

RHO型ゼオライト膜において、該RHO型ゼオライトは実質的にF元素を含まないものが好ましい。このようなRHO型ゼオライト膜は、フッ酸やフッ化ナトリウムなどのフッ素化合物を原料として用いないことで形成される。F/Alモル比は通常0.1以下、好ましくは0.05以下、さらに好ましくは0.01以下、一層好ましくは0.005以下、より一層好ましくは0.001以下、最も好ましくは0.0007以下である。F/Alモル比が上限値よりも大きいと、ゼオライト膜複合体の使用中にFが分離対象の液体やガスに混入する恐れがある。F/Alモル比の下限値は特に制限がなく、実質的にF元素を含まないことが望ましいが、通常1.0×10-10以上である。 In the RHO-type zeolite membrane, the RHO-type zeolite preferably contains substantially no F element. Such an RHO-type zeolite membrane is formed without using fluorine compounds such as hydrofluoric acid and sodium fluoride as raw materials. The F/Al 2 O 3 molar ratio is usually 0.1 or less, preferably 0.05 or less, more preferably 0.01 or less, even more preferably 0.005 or less, even more preferably 0.001 or less, most preferably 0.0007 or less. If the F/Al 2 O 3 molar ratio is higher than the upper limit, there is a risk that F will mix into the liquid or gas to be separated during use of the zeolite membrane composite. There is no particular lower limit to the F/Al 2 O 3 molar ratio, and although it is desirable that the F element is substantially absent, it is usually at least 1.0×10 −10 .

ゼオライト膜を構成するゼオライトのSiO/Alモル比、Cs/Alモル比、F/Alモル比は、走査型電子顕微鏡-エネルギー分散型X線分光法(SEM-EDX)により得られる数値である。ゼオライト膜複合体の場合はゼオライト膜複合体のゼオライト膜についてSEM-EDXで測定した値である。数ミクロンの膜のみの情報を得るために通常はX線の加速電圧を10kVで測定する。 The SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio, Cs/Al 2 O 3 molar ratio, and F/Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite constituting the zeolite membrane were determined by scanning electron microscope-energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM -EDX). In the case of the zeolite membrane composite, it is the value measured by SEM-EDX for the zeolite membrane of the zeolite membrane composite. The X-ray acceleration voltage is usually measured at 10 kV in order to obtain information only on films of a few microns.

本発明で用いられるゼオライト膜は、ゼオライトにより構成される膜状物をそのまま用いることもできるが、通常は各種支持体上にゼオライトを膜状に固着させたゼオライト膜複合体として使用し、好ましくは以下詳述する多孔質支持体-ゼオライト膜複合体として用いる。 As the zeolite membrane used in the present invention, a membrane-like material composed of zeolite can be used as it is, but it is usually used as a zeolite membrane composite in which zeolite is fixed in the form of a membrane on various supports, preferably It is used as a porous support-zeolite membrane composite described in detail below.

[多孔質支持体上へのゼオライト膜の形成方法]
本発明の多孔質支持体-ゼオライト膜複合体にあっては、好ましくは多孔質支持体の表面にゼオライトが膜状に固着しており、場合によっては一部のゼオライト膜が多孔質支持体の表面付近の細孔内部にまで入り込んで固着していてもよい。
[Method for Forming Zeolite Membrane on Porous Support]
In the porous support-zeolite membrane composite of the present invention, the zeolite is preferably adhered to the surface of the porous support in the form of a membrane, and in some cases, a part of the zeolite membrane is attached to the surface of the porous support. It may also enter and adhere to the inside of the pores near the surface.

このような多孔質支持体上のゼオライト膜は、多孔質支持体表面においてゼオライトを膜状に結晶化させる方法、多孔質支持体にゼオライトを無機バインダー、あるいは有機バインダーなどで固着させる方法、ゼオライトを分散させたポリマーを固着させる方法、ゼオライトのスラリーを多孔質支持体に含浸させ、場合によっては吸引させることによりゼオライトを多孔質支持体に固着させる方法などによって形成される。 Such a zeolite membrane on a porous support can be produced by a method of crystallizing zeolite into a membrane on the surface of the porous support, a method of fixing zeolite to the porous support with an inorganic or organic binder, or a method of attaching zeolite to the porous support. It is formed by a method of fixing a dispersed polymer, a method of impregnating a slurry of zeolite into a porous support, and depending on the case, a method of fixing zeolite to a porous support by suction.

これらの方法の中でも、多孔質支持体表面においてゼオライトを膜状に結晶化させる方法が好ましく、具体的には多孔質支持体表面においてRHO型ゼオライトを水熱合成等により、膜状に結晶化させる方法が好ましい。
本発明では、結晶化したゼオライト膜は緻密であることが好ましく、膜の内部に亀裂や連続した微細孔が無いことが好ましい。
Among these methods, the method of crystallizing the zeolite into a film on the surface of the porous support is preferable. Specifically, the RHO-type zeolite is crystallized into a film by hydrothermal synthesis or the like on the surface of the porous support. A method is preferred.
In the present invention, the crystallized zeolite membrane is preferably dense and preferably free of cracks and continuous micropores inside the membrane.

ゼオライト膜は多孔質支持体表面の任意の位置に設けられる。管状多孔質支持体にゼオライト膜を設ける場合、外表面にゼオライト膜をつけてもよいし、内表面につけてもよく、さらに適用する系によっては両面につけてもよい。装置の構成によって異なるが、分離対象の気体混合物または液体混合物と接触する面にゼオライト膜をつけると、流体処理量を多くすることができ、望ましい。 A zeolite membrane is provided at an arbitrary position on the surface of the porous support. When the tubular porous support is provided with a zeolite membrane, the zeolite membrane may be attached to the outer surface, the inner surface, or both sides depending on the application system. Depending on the configuration of the apparatus, it is desirable to apply a zeolite membrane to the surface that comes into contact with the gas mixture or liquid mixture to be separated, as this will increase the fluid throughput.

また通常、外表面は内表面よりも曲率が小さいため支持体表面に生成するゼオライトが成長する方向がそろいやすくなり、特定の面への配向がおこりやすくなるので、特に外表面にゼオライト膜をつけることが好ましい。 In general, since the curvature of the outer surface is smaller than that of the inner surface, the zeolite formed on the surface of the support tends to grow in the same direction. is preferred.

本発明の多孔質支持体-ゼオライト膜複合体は、多孔質支持体と、該多孔質支持体上に形成されたゼオライト膜とを有する多孔質支持体-ゼオライト膜複合体であって、該ゼオライト膜がRHO型ゼオライトを含み、該ゼオライト膜表面にX線を照射して得たX線回折パターンにおいて、2θ=18.7°付近のピーク強度が、2θ=8.3°付近のピーク強度の1.0倍以上であることを特徴とする。すなわち、多孔質支持体上に形成されたゼオライト膜は、RHO型ゼオライトを含み、ゼオライト膜表面のX線回折パターンにおいて、2θ=18.7°付近のピークの強度と2θ=8.3°付近のピークの強度との比([2θ=18.7°付近のピークの強度]/[2θ=8.3°付近のピークの強度]で表されるピーク強度比(以下これを「ピーク強度比A」ということがある。))が、1.0以上、好ましくは1.2以上、より好ましくは1.5以上、さらに好ましくは1.8以上である。ピーク強度比Aは大きければ大きいほどよく、上限は特に限定されないが、通常1000以下である。 The porous support-zeolite membrane composite of the present invention is a porous support-zeolite membrane composite comprising a porous support and a zeolite membrane formed on the porous support, wherein the zeolite In the X-ray diffraction pattern obtained by irradiating the zeolite membrane surface with X-rays, the peak intensity near 2θ = 18.7° is less than the peak intensity near 2θ = 8.3°. It is characterized by being 1.0 times or more. That is, the zeolite membrane formed on the porous support contains RHO-type zeolite, and in the X-ray diffraction pattern of the zeolite membrane surface, the intensity of the peak near 2θ = 18.7 ° and the intensity of the peak near 2θ = 8.3 ° The peak intensity ratio expressed by the ratio of the intensity of the peak ([intensity of the peak near 2θ = 18.7 °] / [intensity of the peak near 2θ = 8.3 °) (hereinafter referred to as the “peak intensity ratio A”)) is 1.0 or more, preferably 1.2 or more, more preferably 1.5 or more, and still more preferably 1.8 or more. The higher the peak intensity ratio A is, the better.

また、本発明の多孔質支持体-ゼオライト膜複合体は、多孔質支持体と、該多孔質支持体上に形成されたゼオライト膜とを有する多孔質支持体-ゼオライト膜複合体であって、該ゼオライト膜がRHO型ゼオライトを含み、該ゼオライト膜表面にX線を照射して得たX線回折パターンにおいて、2θ=14.4°付近のピーク強度が、2θ=8.3°付近のピーク強度の0.5倍以上であることを特徴とする。すなわち、多孔質支持体上に形成されたゼオライト膜は、RHO型ゼオライトを含み、ゼオライト膜表面のX線回折パターンにおいて、2θ=14.4°付近のピークの強度と2θ=8.3°付近のピーク強度との比([2θ=14.4°付近のピークの強度]/[2θ=8.3°付近のピークの強度]で表される強度比(以下これを「ピーク強度比B」ということがある。))が0.5以上、好ましくは0.7以上、より好ましくは1.0以上、より好ましくは1.5以上、さらに好ましくは2.0以上、特に好ましくは5以上である。ピーク強度比Bは大きければ大きいほどよく、上限は特に限定されないが、通常1000以下である。 Further, the porous support-zeolite membrane composite of the present invention is a porous support-zeolite membrane composite comprising a porous support and a zeolite membrane formed on the porous support, The zeolite membrane contains RHO-type zeolite, and in the X-ray diffraction pattern obtained by irradiating the surface of the zeolite membrane with X-rays, the peak intensity near 2θ = 14.4 ° is the peak near 2θ = 8.3 ° It is characterized by being at least 0.5 times the strength. That is, the zeolite membrane formed on the porous support contains RHO-type zeolite, and in the X-ray diffraction pattern of the zeolite membrane surface, the intensity of the peak near 2θ = 14.4 ° and the intensity of the peak near 2θ = 8.3 ° The intensity ratio represented by the ratio of the peak intensity of ([intensity of the peak near 2θ = 14.4 °] / [intensity of the peak near 2θ = 8.3 °) (hereinafter referred to as “peak intensity ratio B” )) is 0.5 or more, preferably 0.7 or more, more preferably 1.0 or more, more preferably 1.5 or more, still more preferably 2.0 or more, particularly preferably 5 or more be. The higher the peak intensity ratio B is, the better.

特に、2θ=18.7°付近のピークの強度と2θ=8.3°付近のピークの強度との比が1.0以上で、かつ、2θ=14.4°付近のピークの強度と2θ=8.3°付近のピーク強度との比が0.5以上であることが好ましい。 In particular, the ratio of the peak intensity near 2θ = 18.7° to the peak intensity near 2θ = 8.3° is 1.0 or more, and the peak intensity near 2θ = 14.4° and 2θ It is preferable that the ratio to the peak intensity near =8.3° is 0.5 or more.

X線回折パターンとは、ゼオライトが主として付着している側の表面にCuKαを線源とするX線を照射して、走査軸をθ/2θとして得るものである。測定するサンプルの形状としては、膜複合体のゼオライトが主として付着している側の表面にX線が照射できるような形状なら何でもよく、膜複合体の特徴をよく表すものとして、作成した膜複合体そのままのもの、あるいは装置によって制約される適切な大きさに切断したものが好ましい。 The X-ray diffraction pattern is obtained by irradiating the surface on which the zeolite is mainly adhered with X-rays from CuKα as a radiation source, with the scanning axis set to θ/2θ. The shape of the sample to be measured can be anything as long as the surface of the membrane composite on which the zeolite is mainly attached can be irradiated with X-rays. Whole bodies or cut to appropriate sizes as constrained by equipment are preferred.

X線回折パターンは、ゼオライト膜複合体の表面が曲面である場合には自動可変スリットを用いて照射幅を固定して測定してもかまわない。自動可変スリットを用いた場合のX線回折パターンとは、可変→固定スリット補正を実施したパターンを指す。 When the surface of the zeolite membrane composite is curved, the X-ray diffraction pattern may be measured by fixing the irradiation width using an automatically variable slit. The X-ray diffraction pattern in the case of using an automatically variable slit refers to a pattern subjected to variable→fixed slit correction.

本発明において、ピークの強度とは、測定値からバックグラウンドの値を引いたものをさす。 In the present invention, the peak intensity refers to the measured value minus the background value.

2θ=18.7°付近のピークとは、基材に由来しないピークのうち18.7°±0.6°の範囲に存在するピークのうち最大のものを指す。 The peak near 2θ=18.7° refers to the largest peak present in the range of 18.7°±0.6° among the peaks not derived from the substrate.

2θ=14.4°付近のピークとは、基材に由来しないピークのうち14.4°±0.6°の範囲に存在するピークのうち最大のものを指す。 The peak near 2θ=14.4° refers to the largest peak present in the range of 14.4°±0.6° among the peaks not derived from the substrate.

2θ=8.3°付近のピークとは基材に由来しないピークのうち8.3°±0.6°の範囲に存在するピークで最大のものを指す。 The peak around 2θ=8.3° refers to the largest peak present in the range of 8.3°±0.6° among the peaks not derived from the substrate.

X線回折パターンで2θ=18.7°付近のピークはCOLLECTION OF SIMULATED XRD POWDER PATTERNS FOR ZEOLITES Fifth Revised Edition 2007 ELSEVIERによれば、空間群を According to COLLECTION OF SIMULATED XRD POWDER PATTERNS FOR ZEOLITES Fifth Revised Edition 2007 ELSEVIER, the peak near 2θ = 18.7° in the X-ray diffraction pattern is the space group

Figure 2022132360000002
Figure 2022132360000002

(No.229)とした時にRHO構造において指数が(3,1,0)の面に由来するピークである。なお、上記空間群を以下「Im-3m」と記載する。 (No. 229), this is a peak derived from a plane with indices (3, 1, 0) in the RHO structure. The above space group is hereinafter referred to as "Im-3m".

X線回折パターンで2θ=14.4°付近のピークはCOLLECTION OF SIMULATED XRD POWDER PATTERNS FOR ZEOLITES Fifth Revised Edition 2007 ELSEVIERによれば、空間群をIm-3m(No.229)とした時にRHO構造において指数が(2,1,1)の面に由来するピークである。 According to COLLECTION OF SIMULATED XRD POWDER PATTERNS FOR ZEOLITES Fifth Revised Edition 2007 ELSEVIER, the peak near 2θ = 14.4° in the X-ray diffraction pattern is the index in the RHO structure when the space group is Im-3m (No. 229). is the peak derived from the (2,1,1) plane.

また、X線回折パターンで2θ=8.3°付近のピークはCOLLECTION OF SIMULATED XRD POWDER PATTERNS FOR ZEOLITES Fifth Revised Edition 2007 ELSEVIERによれば、空間群をIm-3m(No.229)とした時にRHO構造において指数が(1,1,0)の面に由来するピークである。 In addition, according to COLLECTION OF SIMULATED XRD POWDER PATTERNS FOR ZEOLITES Fifth Revised Edition 2007 ELSEVIER, the peak near 2θ = 8.3 ° in the X-ray diffraction pattern has an RHO structure when the space group is Im-3m (No. 229). is a peak derived from a plane with an index of (1, 1, 0) in .

(3,1,0)面由来のピークの強度と(1,1,0)の面に由来のピーク強度の典型的な比は、COLLECTION OF SIMULATED XRD POWDER PATTERNS FOR ZEOLITES Fifth Revised Edition 2007 ELSEVIERによれば0.70である。 A typical ratio of the peak intensity derived from the (3,1,0) plane to the peak intensity derived from the (1,1,0) plane is according to COLLECTION OF SIMULATED XRD POWDER PATTERNS FOR ZEOLITES Fifth Revised Edition 2007 ELSEVIER is 0.70.

そのため、この比が1.0以上であるということは、例えば、RHO構造をIm-3m(No.229)とした場合の(3,1,0)面が膜複合体の表面と平行に近い向きになるようにゼオライト結晶が配向して成長していることを意味すると考えられる。ゼオライト結晶が配向して成長することにより分離性能の高い緻密な膜が形成される。 Therefore, if this ratio is 1.0 or more, for example, the (3,1,0) plane when the RHO structure is Im-3m (No. 229) is nearly parallel to the surface of the membrane composite. It is thought that this means that the zeolite crystals are oriented and grown in the same direction. A dense membrane with high separation performance is formed by the orientation and growth of zeolite crystals.

(2,1,1)面由来のピークの強度と(1,1,0)の面に由来のピーク強度の典型的な比は、COLLECTION OF SIMULATED XRD POWDER PATTERNS FOR ZEOLITES Fifth Revised Edition 2007 ELSEVIERによれば0.07である。 A typical ratio of the intensity of the peak derived from the (2,1,1) plane and the peak intensity derived from the (1,1,0) plane is according to COLLECTION OF SIMULATED XRD POWDER PATTERNS FOR ZEOLITES Fifth Revised Edition 2007 ELSEVIER is 0.07.

そのため、この比が0.5以上であるということは、例えば、RHO構造をIm-3m(No.229)とした場合の(2,1,1)面が膜複合体の表面と平行に近い向きになるようにゼオライト結晶が配向して成長していることを意味すると考えられる。ゼオライト結晶が配向して成長することにより、分離性能の高い緻密な膜が形成される。 Therefore, when this ratio is 0.5 or more, for example, when the RHO structure is Im-3m (No. 229), the (2,1,1) plane is nearly parallel to the surface of the membrane composite. It is thought that this means that the zeolite crystals are oriented and grown in the same direction. The orientation and growth of zeolite crystals form a dense membrane with high separation performance.

このように、ピーク強度比A、Bのいずれかが、上記した特定の範囲の値であるということは、ゼオライト結晶が配向して成長し、分離性能の高い緻密な膜が形成されていることを示すものである。 Thus, the fact that one of the peak intensity ratios A and B is a value within the above-described specific range means that the zeolite crystals are oriented and grow, and a dense membrane with high separation performance is formed. is shown.

RHO型ゼオライト結晶が配向して成長している緻密なゼオライト膜は、次に述べる通り、ゼオライト膜を水熱合成法により形成する際に、例えば、アルミニウム元素源として特定のアルミノシリケートゼオライトを用いること、及び/または、特定の有機テンプレートを用いること、及び/または特定のアルカリ元素源を用いることで達成することができる。 A dense zeolite membrane in which RHO-type zeolite crystals are oriented and grown is obtained by using, for example, a specific aluminosilicate zeolite as an aluminum element source when the zeolite membrane is formed by a hydrothermal synthesis method, as described below. and/or using a specific organic template and/or using a specific alkaline element source.

[RHO型ゼオライトの製造方法]
本発明におけるRHO型ゼオライトは、具体的には、アルミニウム元素源、ケイ素元素源、アルカリ金属元素源、有機構造規定剤(テンプレート)、及び水を混合し、得られた原料混合物を水熱合成することにより製造することができる。
本発明におけるRHO型ゼオライトの製造方法はアルミニウム元素源としてフレームワーク密度が15T/1000Å以下のアルミノシリケートゼオライトを用いて製造することを特徴とする。
[Method for producing RHO-type zeolite]
Specifically, the RHO-type zeolite in the present invention is produced by mixing an aluminum element source, a silicon element source, an alkali metal element source, an organic structure directing agent (template), and water, and hydrothermally synthesizing the resulting raw material mixture. It can be manufactured by
The method for producing an RHO-type zeolite according to the present invention is characterized by using an aluminosilicate zeolite having a framework density of 15 T/1000 Å or less as an aluminum element source.

用いるアルミノシリケートゼオライトのフレームワーク密度は、通常15T/1000Å以下、好ましくは14.8T/1000Å以下、より好ましくは14.6T/1000Å以下、さらに好ましくは14.5T/1000Å以下、特に好ましくは14.3T/1000Å以下であり、通常10T/1000Å以上、より好ましくは10.5T/1000Å以上、更に好ましくは10.6T/1000Å以上、特に好ましくは10.8T/1000Å以上である。 The framework density of the aluminosilicate zeolite used is usually 15 T/1000 Å or less, preferably 14.8 T/1000 Å or less, more preferably 14.6 T/1000 Å 3 or less, still more preferably 14.5 T/1000 Å 3 or less, particularly preferably 14.3 T/1000 Å 3 or less, usually 10 T/1000 Å 3 or more, more preferably 10.5 T/1000 Å 3 or more, still more preferably 10.6 T/1000 Å 3 or more, particularly preferably 10.8 T/1000 Å 3 or more be.

フレームワーク密度は、Ch.BaerlocherらによるATLAS OF ZEOLITE FRAME WORK TYPES(Sixth Revised Edition、2007、ELSEVIER)に記載の値であり、骨格密度を表す値である。 Framework density is determined by Ch. It is a value described in ATLAS OF ZEOLITE FRAME WORK TYPES (Sixth Revised Edition, 2007, ELSEVIER) by Baerlocher et al., and represents skeletal density.

即ち、フレームワーク密度は、ゼオライトの単位体積1000Åあたりに存在するT原子(ゼオライトの骨格構造を構成する酸素原子以外の原子)の数を意味し、この値はゼオライトの構成により決まるものである。 That is, the framework density means the number of T atoms (atoms other than oxygen atoms constituting the framework structure of the zeolite) existing per unit volume of 1000 Å 3 of the zeolite, and this value is determined by the composition of the zeolite. .

ゼオライト由来の、骨格を構成するナノパーツが有機構造規定剤を取り囲むように再び結晶構造を作ることでSARの高いRHO型ゼオライトを製造することが可能となる。フレームワーク密度が15T/1000Å以下のゼオライトは、溶解性が高く、骨格を構成するナノパーツに容易に分解されるため、RHO型ゼオライトの製造に好適である。フレームワーク密度が10T/1000Åよりも小さいと、ゼオライトが溶解しすぎてナノパーツとしての役割を果たせなくなることがある。 A high SAR RHO-type zeolite can be produced by forming a crystal structure again so that the zeolite-derived nanoparts constituting the framework surround the organic structure-directing agent. A zeolite with a framework density of 15 T/1000 Å or less is highly soluble and easily decomposed into nanoparts that constitute the framework, and is thus suitable for the production of RHO-type zeolite. If the framework density is less than 10 T/1000 Å, the zeolites may dissolve too much to serve as nanoparts.

アルミニウム元素源として用いるアルミノシリケートゼオライトとしては、International Zeolite Association(IZA)がcomposite building unitとして定めるd6rあるいはltaを骨格中に含むものが、RHO型ゼオライトに再構成されやすく、好ましい。 As the aluminosilicate zeolite used as the source of aluminum element, those containing d6r or lta in the skeleton, which are defined as composite building units by the International Zeolite Association (IZA), are easily reconstituted into RHO-type zeolites, and are therefore preferred.

d6rあるいはltaを骨格中に含むアルミノシリケートゼオライトは、AEI、AFT、AFX、CHA、EAB、ERI、FAU、GME、KFI、LEV、LTL、LTN、MOZ、MSO、MWW、OFF、SAS、SAT、SAV、SBS、SBT、SZR、TSC、WEN、LTA、CLO、KFI、LTN、PAU、TSC、UFIが挙げられ、より好ましくはAEI、AFT、AFX、CHA、ERI、FAU、KFI、LEV、LTL、MWW、SAV、LTA、KFI、LTN、PAU、TSCであり、更に好ましくはAEI、AFX、CHA、FAU、LTAであり、特に好ましくはFAU型ゼオライトまたはLTA型ゼオライトであり、最も好ましくはFAU型ゼオライト(Y型ゼオライト)である。 Aluminosilicate zeolites containing d6r or lta in the framework are AEI, AFT, AFX, CHA, EAB, ERI, FAU, GME, KFI, LEV, LTL, LTN, MOZ, MSO, MWW, OFF, SAS, SAT, SAV , SBS, SBT, SZR, TSC, WEN, LTA, CLO, KFI, LTN, PAU, TSC, UFI, more preferably AEI, AFT, AFX, CHA, ERI, FAU, KFI, LEV, LTL, MWW , SAV, LTA, KFI, LTN, PAU, and TSC, more preferably AEI, AFX, CHA, FAU, and LTA, particularly preferably FAU-type zeolite or LTA-type zeolite, and most preferably FAU-type zeolite ( Y-type zeolite).

アルミニウム元素源として用いるアルミノシリケートゼオライトのシリカ(SiO)/アルミナ(Al)モル比は通常3以上、好ましくは5以上、より好ましくは7以上、さらに好ましくは10以上、一層好ましくは15以上、特に好ましくは20以上、最も好ましくは25以上であり、通常100以下、好ましくは85以下、より好ましくは50以下、特に好ましくは35以下である。シリカ/アルミナモル比が上記上限より大きいと、塩基性溶液中で溶解しにくい場合がある。シリカ/アルミナモル比が上記下限よりも小さいと、塩基性溶液中での溶解度がきわめて高くなる場合がある。シリカ/アルミナモル比が30以下、特に25以下、とりわけ10以下のアルミノシリケートゼオライトは廉価で入手しやすく製造上好ましい。 The silica (SiO 2 )/alumina (Al 2 O 3 ) molar ratio of the aluminosilicate zeolite used as an aluminum element source is usually 3 or more, preferably 5 or more, more preferably 7 or more, still more preferably 10 or more, and still more preferably 15. Above, it is particularly preferably 20 or more, most preferably 25 or more, and usually 100 or less, preferably 85 or less, more preferably 50 or less, and particularly preferably 35 or less. If the silica/alumina molar ratio is greater than the above upper limit, it may be difficult to dissolve in a basic solution. Silica/alumina molar ratios below the lower limit may result in very high solubility in basic solutions. An aluminosilicate zeolite having a silica/alumina molar ratio of 30 or less, particularly 25 or less, particularly 10 or less, is inexpensive and readily available, and is preferable for production.

アルミノシリケートゼオライトは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。 The aluminosilicate zeolite may be used singly or in combination of two or more.

本発明のRHO型ゼオライトの合成方法においては、目的とするRHO型ゼオライトのAl及びSi含有量に応じて、アルミノシリケートゼオライト以外のアルミニウム元素源及び/又はケイ素元素源が必要に応じ用いられる。アルミノシリケートゼオライトとアルミニウム元素源及び/又はケイ素元素源は、アルミノシリケートゼオライト以外のアルミニウム元素源及び/又はケイ素元素源との合計で、後述のアルミニウム元素源及びケイ素元素源の使用量となるように用いられる。 In the method for synthesizing the RHO-type zeolite of the present invention, an aluminum element source and/or a silicon element source other than the aluminosilicate zeolite is optionally used depending on the Al and Si contents of the target RHO-type zeolite. The amount of the aluminosilicate zeolite and the aluminum element source and/or silicon element source is the total amount of the aluminum element source and/or silicon element source other than the aluminosilicate zeolite, and the amount of the aluminum element source and the silicon element source used as described later. Used.

本発明では、上述のアルミノシリケートゼオライトを用いることによる本発明の効果を有効に得る上で、全アルミニウム元素源の50重量%以上、特に70~100重量%、とりわけ90~100重量%を上述のアルミノシリケートゼオライト(フレームワーク密度が15T/1000Å以下のゼオライト)とすることが好ましい。また、全ケイ素元素源の50重量%以上、特に70~100重量%、とりわけ90~100重量%を上述のアルミノシリケートゼオライト(フレームワーク密度が15T/1000Å以下のゼオライト)とすることが好ましい。 In the present invention, in order to effectively obtain the effects of the present invention by using the above-mentioned aluminosilicate zeolite, the above-mentioned Aluminosilicate zeolite (zeolite with a framework density of 15 T/1000 Å or less) is preferred. In addition, it is preferable that 50% by weight or more, particularly 70 to 100% by weight, particularly 90 to 100% by weight of the total silicon element source is the above-mentioned aluminosilicate zeolite (zeolite having a framework density of 15 T/1000 Å or less).

<アルミニウム元素源>
本発明においては、前述のアルミノシリケートゼオライト(フレームワーク密度が15T/1000Å以下のゼオライト)以外のアルミニウム元素源を用いて原料混合物の組成を調製しても構わない。このアルミノシリケートゼオライト以外のアルミニウム元素源は、特に限定されず、公知の種々の物質を使用することができ、例えばアモルファスの水酸化アルミニウム、ギブサイト構造を持つ水酸化アルミニウム、バイヤーライト構造を持つ水酸化アルミニウム、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、酸化アルミニウム、アルミン酸ナトリウム、ベーマイト、擬ベーマイト、アルミニウムアルコキシドなどが挙げられる。なお、後述のケイ素元素源として挙げたアルミノシリケートゲルは、アルミニウム元素源ともなる。これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
<Aluminum element source>
In the present invention, the composition of the raw material mixture may be prepared using an aluminum element source other than the aforementioned aluminosilicate zeolite (zeolite having a framework density of 15 T/1000 Å or less). The aluminum element source other than this aluminosilicate zeolite is not particularly limited, and various known substances can be used. aluminum, aluminum nitrate, aluminum sulfate, aluminum oxide, sodium aluminate, boehmite, pseudo-boehmite, aluminum alkoxide and the like. In addition, the aluminosilicate gel mentioned below as a silicon element source also serves as an aluminum element source. These may be used individually by 1 type, and may be used in mixture of 2 or more types.

原料混合物の調製のしやすさや生産効率の点から、種晶以外の原料混合物に含まれるケイ素(Si)に対するアルミニウム元素源(アルミノシリケートゼオライトを含む。)中のアルミニウム(Al)のモル比Al/Siは、通常0.01以上、好ましくは0.02以上、より好ましくは0.04以上であり、さらに好ましくは0.06以上であり、通常1.0以下、好ましくは0.5以下、より好ましくは0.2以下、さらに好ましくは0.1以下である。このAl/Si比が上記上限値よりも大きいと、得られるRHO型ゼオライトのSiO/Alモル比が低くなる傾向にあり、得られたRHO型ゼオライトがアルカリ溶液中で溶けやすく、ゼオライト膜合成時の種結晶としての用途などに不適切となることがある。このAl/Si比が上記下限値よりも小さいと、RHO型ゼオライトが得られにくくなることがある。 From the viewpoint of ease of preparation of the raw material mixture and production efficiency, the molar ratio of aluminum (Al) in the aluminum element source (including aluminosilicate zeolite) to silicon (Si) contained in the raw material mixture other than the seed crystal Al/ Si is usually 0.01 or more, preferably 0.02 or more, more preferably 0.04 or more, more preferably 0.06 or more, usually 1.0 or less, preferably 0.5 or less, more It is preferably 0.2 or less, more preferably 0.1 or less. If the Al/Si ratio is greater than the above upper limit, the SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio of the obtained RHO-type zeolite tends to be low, and the obtained RHO-type zeolite is easily soluble in an alkaline solution, It may be unsuitable for use as seed crystals in synthesizing zeolite membranes. If the Al/Si ratio is less than the above lower limit, it may be difficult to obtain the RHO-type zeolite.

<ケイ素元素源>
本発明においては、前述のアルミノシリケートゼオライト(フレームワーク密度が15T/1000Å以下のゼオライト)以外のケイ素元素源を添加して原料混合物の組成を調製しても構わない。このアルミノシリケートゼオライト以外のケイ素元素源は、特に限定されず、公知の種々の物質を使用することができ、例えば、ヒュームドシリカ、コロイダルシリカ、無定型シリカ、珪酸ナトリウム、珪酸メチル、珪酸エチル、トリメチルエトキシシラン等のシリコンアルコキシド、テトラエチルオルトシリケート、アルミノシリケートゲルなどを用いることができる。好ましくは、ヒュームドシリカ、コロイダルシリカ、無定型シリカ、珪酸ナトリウム、ケイ酸メチル、ケイ酸エチル、シリコンアルコキシド、アルミノシリケートゲルが挙げられる。これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
<Silicon element source>
In the present invention, the composition of the raw material mixture may be adjusted by adding a silicon source other than the aluminosilicate zeolite (zeolite with a framework density of 15 T/1000 Å or less). Silicon element sources other than this aluminosilicate zeolite are not particularly limited, and various known substances can be used, for example, fumed silica, colloidal silica, amorphous silica, sodium silicate, methyl silicate, ethyl silicate, Silicon alkoxide such as trimethylethoxysilane, tetraethylorthosilicate, aluminosilicate gel, and the like can be used. Fumed silica, colloidal silica, amorphous silica, sodium silicate, methyl silicate, ethyl silicate, silicon alkoxide, and aluminosilicate gel are preferred. These may be used individually by 1 type, and may be used in mixture of 2 or more types.

ケイ素元素源は、ケイ素元素源に対する他の原料の使用量がそれぞれ前述ないしは後述の好適範囲となるように用いられる。 The elemental silicon source is used so that the amount of the other raw materials to be used relative to the elemental silicon source is within the preferred range described above or below.

<アルカリ金属元素源>
本発明に用いられるアルカリ金属元素源に含まれるアルカリ金属原子は、特に限定されず、ゼオライトの合成に使用される公知のものが使用できるが、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム及びセシウムからなる群から選ばれる少なくとも1種のアルカリ金属イオンを存在させて結晶化させることが好ましい。アルカリ金属イオンは、好ましくはナトリウム、カリウム、およびセシウムの少なくとも1種であり、特に好ましくはナトリウムおよびセシウムである。これらの少なくとも1種のアルカリ金属原子が含まれることにより、結晶化の進行が容易となり、また副生物(不純物結晶)が生成しにくくなる。
<Alkali metal element source>
Alkali metal atoms contained in the alkali metal element source used in the present invention are not particularly limited, and known ones used for synthesis of zeolite can be used. Crystallization is preferably carried out in the presence of at least one selected alkali metal ion. The alkali metal ion is preferably at least one of sodium, potassium and cesium, particularly preferably sodium and cesium. Including at least one of these alkali metal atoms facilitates the progress of crystallization and makes it difficult for by-products (impurity crystals) to form.

アルカリ金属元素源としては、上記のアルカリ金属原子の水酸化物、酸化物、硫酸塩、硝酸塩、リン酸塩、塩化物、臭化物等の無機酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩、クエン酸塩等の有機酸塩などを用いることができる。これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。 Alkali metal element sources include inorganic acid salts such as hydroxides, oxides, sulfates, nitrates, phosphates, chlorides and bromides of the above alkali metal atoms, acetates, oxalates, citrates, and the like. can be used. These may be used individually by 1 type, and may be used in mixture of 2 or more types.

アルカリ金属元素源は、その適当量を使用することにより、アルミニウムに後述の有機構造規定剤が好適な状態に配位しやすくなるため、結晶構造を作りやすくできる。アルカリ金属元素源(R)と、種結晶以外の水熱合成用原料混合物に含まれるケイ素(Si)とのモル比R/Siは、通常0.1以上、好ましくは0.2以上、より好ましくは0.25以上、さらに好ましくは0.3以上、特に好ましくは0.35以上であり、通常2.0以下、好ましくは1.5以下、より好ましくは1.0以下、さらに好ましくは0.8以下、特に好ましくは0.6以下、最も好ましくは0.4以下である。 When an appropriate amount of the alkali metal element source is used, the organic structure-directing agent described later can be easily coordinated to aluminum in a suitable state, thereby facilitating formation of a crystal structure. The molar ratio R/Si between the alkali metal element source (R) and the silicon (Si) contained in the raw material mixture for hydrothermal synthesis other than the seed crystal is usually 0.1 or more, preferably 0.2 or more, and more preferably is 0.25 or more, more preferably 0.3 or more, particularly preferably 0.35 or more, and usually 2.0 or less, preferably 1.5 or less, more preferably 1.0 or less, further preferably 0.35 or more. 8 or less, particularly preferably 0.6 or less, most preferably 0.4 or less.

アルカリ金属元素源のケイ素に対するモル比(R/Si)が上記上限値よりも大きいと、生成したゼオライトが溶解しやすく、ゼオライトが得られなかったり収率が著しく低くなったりする場合がある。R/Siが上記下限値よりも小さいと、原料のアルミニウム元素源やケイ素元素源が十分に溶解せず、均一な水熱合成用原料混合物が得られず、RHO型ゼオライトが生成しにくくなる場合がある。 If the molar ratio (R/Si) of the alkali metal element source to silicon is larger than the above upper limit, the zeolite produced tends to dissolve, and the zeolite may not be obtained or the yield may be extremely low. If R/Si is smaller than the above lower limit, the aluminum element source and the silicon element source as raw materials are not sufficiently dissolved, a homogeneous raw material mixture for hydrothermal synthesis cannot be obtained, and RHO-type zeolite is difficult to form. There is

前述の通り、アルカリ金属元素源としてNa及びCsを用いるのが好ましい。NaとCsのモル比Na/Csは、通常1以上、好ましくは2以上、より好ましくは3以上、特に好ましくは5以上であり、通常15以下、好ましくは10以下、より好ましくは8以下である。Na/Csが上記上限値よりも大きいと、Csのコストは高いのでコスト的に不利になりやすい。Na/Csが上記下限値よりも小さいと、Csの効果が弱くなりすぎRHO型ゼオライトができにくくなる場合がある。 As mentioned above, it is preferable to use Na and Cs as alkali metal element sources. The molar ratio Na/Cs of Na and Cs is usually 1 or more, preferably 2 or more, more preferably 3 or more, particularly preferably 5 or more, and usually 15 or less, preferably 10 or less, more preferably 8 or less. . If Na/Cs is larger than the above upper limit, the cost of Cs is high, which tends to be disadvantageous in terms of cost. If Na/Cs is less than the above lower limit, the effect of Cs may be too weak, making it difficult to form RHO-type zeolite.

<有機構造規定剤>
RHO型ゼオライトの結晶化において、有機テンプレート(有機構造規定剤)を用いることが好ましい。有機テンプレートを用いて合成することにより、結晶化したゼオライトのアルミニウム原子に対するケイ素原子の割合が高くなり、結晶性が向上する。
<Organic Structure Directing Agent>
In crystallization of RHO-type zeolite, it is preferable to use an organic template (organic structure-directing agent). Synthesis using an organic template increases the ratio of silicon atoms to aluminum atoms in the crystallized zeolite, improving crystallinity.

有機テンプレートとしては、RHO型ゼオライトを形成しうるものであれば種類は問わず、如何なるものであってもよい。また、テンプレートは1種類でも、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。 Any organic template may be used as long as it can form RHO-type zeolite. Also, one type of template may be used, or two or more types may be used in combination.

RHO型ゼオライトの製造においては、有機テンプレートとして、クラウンエーテルに代表される大環状化合物や水溶性カチオン系ポリマーやアミン類が好ましく用いられる。大環状化合物としては、特に限定されるものではないが電子供与性(ドナー)原子として酸素、窒素、硫黄などのヘテロ原子をもつ大環状化合物が好ましく、ゼオライト結晶の生成のしやすさなどの点から、特に12-クラウン-4-エーテル、15-クラウン-5-エーテル、18-クラウン-6-エーテル、24-クラウン-8-エーテル、ジベンゾ-18-クラウン-6-エーテル、クリプタンド[2.2]、クリプタンド[2.2.2]が好ましく、18-クラウン-6-エーテルが特に好ましい。 In the production of RHO-type zeolites, macrocyclic compounds such as crown ethers, water-soluble cationic polymers, and amines are preferably used as organic templates. Although the macrocyclic compound is not particularly limited, macrocyclic compounds having heteroatoms such as oxygen, nitrogen, and sulfur as electron-donating (donor) atoms are preferred, and are easy to form zeolite crystals. from, especially 12-crown-4-ether, 15-crown-5-ether, 18-crown-6-ether, 24-crown-8-ether, dibenzo-18-crown-6-ether, cryptand [2.2 ], cryptand [2.2.2], and 18-crown-6-ether is particularly preferred.

水溶性カチオン系ポリマーの分子量は通常10000以上、好ましくは100000以上、より好ましくは150000以上、特に好ましくは200000以上であり、通常10000000以下、好ましくは1000000以下、より好ましくは500000以下、さらに好ましくは400000以下、特に好ましくは350000以下である。分子量がこの範囲外ではゼオライトが結晶化しにくくなりRHO型ゼオライトが得られなかったり、他の構造のゼオライトが生じたり、収率が低下したりする場合がある。水溶性カチオン系ポリマーとしては特に限定されるものではないが、ポリジアリルジアルキルアンモニウム塩、ポリジアミノジメチルアンモニウム塩、ポリビニルピリジン4級塩等の高分子4級アミン化合物、ポリエチレンイミン、ポリアクリルアミド等が好ましく、より好ましくはポリジアリルジアルキルアンモニウム塩、ポリジアミノジメチルアンモニウム塩であり、特に好ましくはポリジアリルジメチルアンモニウムクロライドである。 The molecular weight of the water-soluble cationic polymer is usually 10,000 or more, preferably 100,000 or more, more preferably 150,000 or more, particularly preferably 200,000 or more, and usually 1,000,000 or less, preferably 1,000,000 or less, more preferably 500,000 or less, and still more preferably 400,000. Below, it is 350000 or less especially preferably. If the molecular weight is out of this range, the zeolite will be difficult to crystallize, and RHO-type zeolite may not be obtained, zeolites with other structures may be produced, and the yield may decrease. The water-soluble cationic polymer is not particularly limited, but is preferably a polymer quaternary amine compound such as polydiallyldialkylammonium salt, polydiaminodimethylammonium salt, polyvinylpyridine quaternary salt, polyethyleneimine, polyacrylamide, or the like. , more preferably polydiallyldialkylammonium salts and polydiaminodimethylammonium salts, and particularly preferably polydiallyldimethylammonium chloride.

水溶性カチオン系ポリマー以外を有機テンプレートとして用いる場合には、有機テンプレートの使用量は、結晶の生成しやすさの観点から、種結晶以外の原料混合物に含まれるケイ素(Si)に対するモル比で通常0.01以上、好ましくは0.05以上、より好ましくは0.1以上、さらに好ましくは0.15以上であり、通常1以下、好ましくは0.5以下、より好ましくは0.3以下である。上記下限値より少ないと、RHO型ゼオライトが十分に生成しない場合がある。また、上記上限値よりも大きいと、コストが多くかかり不利である場合がある。 When a material other than a water-soluble cationic polymer is used as the organic template, the amount of the organic template used is usually the molar ratio to silicon (Si) contained in the raw material mixture other than the seed crystal, from the viewpoint of the ease of crystal formation. 0.01 or more, preferably 0.05 or more, more preferably 0.1 or more, still more preferably 0.15 or more, usually 1 or less, preferably 0.5 or less, more preferably 0.3 or less . If it is less than the above lower limit, the RHO-type zeolite may not be produced sufficiently. On the other hand, if it is larger than the above upper limit, it may be disadvantageous because the cost is high.

水溶性カチオン系ポリマーを有機テンプレートとして用いる場合には、有機テンプレートの使用量は、結晶の生成しやすさの観点から、種結晶以外の原料混合物に含まれるケイ素(Si)に対するモル比で通常1.0×10-6以上、好ましくは1.0×10-5以上、好ましくは2.0×10-5以上、より好ましくは2.5×10-5以上であり、通常1.0×10-3以下、好ましくは5.0×10-4以下、より好ましくは3.0×10-4以下、さらに好ましくは1.3×10-4以下、さらに好ましくは8.0×10-5以下である。上記範囲外のときRHO型ゼオライトが十分に生成しない場合がある。 When a water-soluble cationic polymer is used as an organic template, the amount of the organic template used is usually 1 in terms of molar ratio relative to silicon (Si) contained in the raw material mixture other than the seed crystal, from the viewpoint of ease of crystal formation. .0×10 −6 or more, preferably 1.0×10 −5 or more, preferably 2.0×10 −5 or more, more preferably 2.5×10 −5 or more, usually 1.0×10 −3 or less, preferably 5.0×10 −4 or less, more preferably 3.0×10 −4 or less, still more preferably 1.3×10 −4 or less, still more preferably 8.0×10 −5 or less is. Outside the above range, the RHO-type zeolite may not be produced sufficiently.

<水の量>
本発明のRHO型ゼオライトの製造方法において、水熱合成用原料混合物中の水の量は結晶の生成しやすさの観点から、種晶以外の原料混合物に含まれるケイ素(Si)に対するモル比で通常3以上、好ましくは5以上、より好ましくは8以上、更に好ましくは10以上である。また廃液処理にかかるコスト抑制の点から、通常100モル以下、好ましく50以下、より好ましくは40以下、さらに好ましくは30以下、特に好ましくは25以下である。
<Amount of water>
In the method for producing the RHO-type zeolite of the present invention, the amount of water in the raw material mixture for hydrothermal synthesis is, from the viewpoint of the ease of forming crystals, the molar ratio to silicon (Si) contained in the raw material mixture other than seed crystals. It is usually 3 or more, preferably 5 or more, more preferably 8 or more, still more preferably 10 or more. From the viewpoint of cost reduction for waste liquid treatment, it is usually 100 mol or less, preferably 50 or less, more preferably 40 or less, still more preferably 30 or less, and particularly preferably 25 or less.

<種結晶>
本発明においては、水熱合成用原料混合物に種結晶を添加しても添加しなくてもよいが、添加することで合成時間を短くできるという点で添加することが望ましい。種結晶として用いるゼオライトしては、LTA型ゼオライト、RHO型ゼオライトが挙げられ、好ましくはRHO型ゼオライトである。RHO型ゼオライトを用いると、短時間でRHO型ゼオライトを得ることができる。
<Seed crystal>
In the present invention, seed crystals may or may not be added to the raw material mixture for hydrothermal synthesis, but adding seed crystals is desirable in that the synthesis time can be shortened. Zeolites used as seed crystals include LTA-type zeolite and RHO-type zeolite, preferably RHO-type zeolite. By using RHO-type zeolite, RHO-type zeolite can be obtained in a short time.

構造規定剤を含むRHO型ゼオライトは、溶解しにくく、ゼオライト膜合成中に完全には溶解しないと考えられるため、種結晶に用いられるRHO型ゼオライトは、構造規定剤を含有したRHO型ゼオライトが好ましい。ただし、構造規定剤を用いずに合成されたり、焼成等により構造規定剤が除去されたRHO型ゼオライトを用いても構わない。 RHO-type zeolite containing a structure-directing agent is difficult to dissolve and is considered not to dissolve completely during zeolite membrane synthesis. Therefore, the RHO-type zeolite used for seed crystals is preferably an RHO-type zeolite containing a structure-directing agent. . However, RHO-type zeolite synthesized without using a structure-directing agent or from which the structure-directing agent is removed by calcination or the like may be used.

種結晶として用いるRHO型ゼオライトの平均粒径は、通常0.05μm以上、好ましくは0.1μm以上、より好ましくは0.15μm以上であり、特に好ましくは0.3μm以上であり、とりわけ好ましくは0.5μm以上であり、通常5.0μm以下、好ましくは3.0μm以下、より好ましくは2.0μm以下である。平均粒径が上記下限値よりも小さいと、合成初期に完全に溶解しやすくなり、種結晶としての役割を果たさなくなる場合がある。平均粒径が上記上限値よりも大きい場合には、溶解しにくいために、種結晶として作用しにくくなる可能性がある。 The average particle diameter of the RHO-type zeolite used as seed crystals is usually 0.05 μm or more, preferably 0.1 μm or more, more preferably 0.15 μm or more, particularly preferably 0.3 μm or more, and particularly preferably 0 0.5 μm or more, and usually 5.0 μm or less, preferably 3.0 μm or less, more preferably 2.0 μm or less. If the average particle size is smaller than the above lower limit, it tends to dissolve completely in the initial stage of synthesis, and may not play a role as a seed crystal. If the average particle size is larger than the above upper limit, it may be difficult to act as a seed crystal because it is difficult to dissolve.

種結晶の使用量(重量W)が水熱合成用原料混合物中のSiO量(重量W)に占める割合(W/W×100%)は、0.1重量%以上であり、また反応をより円滑に進めるために、好ましくは0.5重量%以上、より好ましくは1重量%以上、特に好ましくは5重量%以上である。また、使用量(W/W×100%)の上限は特に限定されないが、製造コスト抑制の点から通常30重量%以下、好ましくは25重量%以下、より好ましくは22重量%以下、更に好ましくは20重量%以下、特に好ましくは15重量%以下である。 The ratio (W 1 /W 2 × 100%) of the amount of seed crystals used (weight W 1 ) to the amount of SiO 2 (weight W 2 ) in the raw material mixture for hydrothermal synthesis is 0.1% by weight or more. Also, in order to proceed the reaction more smoothly, it is preferably 0.5% by weight or more, more preferably 1% by weight or more, and particularly preferably 5% by weight or more. In addition, the upper limit of the amount used (W 1 /W 2 × 100%) is not particularly limited, but from the viewpoint of suppressing manufacturing costs, it is usually 30% by weight or less, preferably 25% by weight or less, more preferably 22% by weight or less, and further It is preferably 20% by weight or less, particularly preferably 15% by weight or less.

<水熱合成用原料混合物の調製>
本発明のRHO型ゼオライトの製造方法においては、水熱合成用原料混合物を作製する前に、上述の構造規定剤(好ましくは18-クラウン-6-エーテル)と、アルカリ金属元素源(好ましくはNa源とCs源)と、一部または全部の水とを混合し、加熱して予めクラウンエーテル-アルカリ水溶液を調製し、クラウンエーテルとCsの間で錯形成することが望ましい。
<Preparation of raw material mixture for hydrothermal synthesis>
In the method for producing the RHO-type zeolite of the present invention, before preparing the raw material mixture for hydrothermal synthesis, the above-mentioned structure-directing agent (preferably 18-crown-6-ether) and an alkali metal element source (preferably Na It is preferable to prepare a crown ether-alkaline aqueous solution in advance by mixing a part or all of water and heating to form a complex between the crown ether and Cs.

混合し加熱する際の温度は、通常50℃以上、好ましくは60℃以上、より好ましくは75℃以上であり、通常110℃以下、好ましくは100℃以下、より好ましくは90℃以下である。加熱温度が上記下限温度よりも低いと、クラウンエーテルとCsとが十分に錯形成せず、RHO型ゼオライトが生成しにくくなる場合がある。また、加熱温度が上記上限温度よりも高いと、無駄に加熱エネルギーを使うこととなり、コスト的に不利になる可能性がある。 The temperature during mixing and heating is usually 50° C. or higher, preferably 60° C. or higher, more preferably 75° C. or higher, and usually 110° C. or lower, preferably 100° C. or lower, more preferably 90° C. or lower. If the heating temperature is lower than the above lower limit temperature, the crown ether and Cs may not sufficiently form a complex, making it difficult to form the RHO-type zeolite. Moreover, if the heating temperature is higher than the upper limit temperature, the heating energy is wasted, which may be disadvantageous in terms of cost.

加熱時間は、通常1時間以上、好ましくは2時間以上、より好ましくは3時間以上であり、通常10時間以下、好ましくは7時間以下、より好ましくは5時間以下である。加熱時間が上記下限時間よりも短いと、クラウンエーテルとCsとが十分に錯形成せず、RHO型ゼオライトが生成しにくくなる場合がある。また、加熱時間が上記上限時間よりも長いと、無駄に加熱エネルギーを使うこととなり、コスト的に不利になる可能性がある。 The heating time is usually 1 hour or more, preferably 2 hours or more, more preferably 3 hours or more, and usually 10 hours or less, preferably 7 hours or less, more preferably 5 hours or less. If the heating time is shorter than the above lower limit time, the crown ether and Cs may not sufficiently form a complex, making it difficult to form the RHO-type zeolite. Further, if the heating time is longer than the upper limit time, the heating energy is wasted, which may be disadvantageous in terms of cost.

得られたクラウンエーテル-アルカリ水溶液を上記アルミニウム元素源のアルミノシリケートゼオライトに滴下混合し、場合によってはその他の原料を添加混合することで、水熱合成用原料混合物を得る。 The resulting crown ether-alkali aqueous solution is added dropwise to the aluminosilicate zeolite as the source of aluminum element, and if necessary, other raw materials are added and mixed to obtain a raw material mixture for hydrothermal synthesis.

<熟成>
上記のようにして調製された水熱合成用原料混合物は、調製後直ちに水熱合成してもよいが、高い結晶性を有するゼオライトを得るために、所定の温度条件下で所定時間熟成することが好ましい。特にスケールアップする場合は撹拌性が悪くなり原料の混合状態が不十分となる。そのため所定期間原料を撹拌しながら熟成させることにより、原料をより均一な状態に改善することが可能となる。
<Aging>
The raw material mixture for hydrothermal synthesis prepared as described above may be subjected to hydrothermal synthesis immediately after preparation. is preferred. Particularly in the case of scale-up, the agitation becomes poor and the mixing state of the raw materials becomes insufficient. Therefore, by aging the raw material while stirring it for a predetermined period, it is possible to improve the raw material to a more uniform state.

熟成温度は通常100℃以下、好ましくは80℃以下、より好ましくは60℃以下、特に好ましくは40℃以下であり、その下限は特に設けないが、通常0℃以上、好ましくは10℃以上である。熟成温度は熟成中一定でもよいし、段階的又は連続的に変化させてもよい。熟成時間は特に限定されないが、通常2時間以上、好ましくは3時間以上、より好ましくは5時間以上、さらに好ましくは8時間以上、特に好ましくは12時間以上であって、通常30日以下、好ましくは10日以下、より好ましくは4日以下、さらに好ましくは2日以下である。 The aging temperature is usually 100° C. or lower, preferably 80° C. or lower, more preferably 60° C. or lower, and particularly preferably 40° C. or lower. . The aging temperature may be constant during aging, or may be changed stepwise or continuously. The aging time is not particularly limited, but is usually 2 hours or longer, preferably 3 hours or longer, more preferably 5 hours or longer, still more preferably 8 hours or longer, particularly preferably 12 hours or longer, and usually 30 days or shorter, preferably 30 days or longer. It is 10 days or less, more preferably 4 days or less, still more preferably 2 days or less.

<水熱合成>
水熱合成は、上記のようにして調製された水熱合成用原料混合物ないしはこれを熟成したものを耐圧容器に入れ、自己発生圧力(自生圧力)下、又は結晶化を阻害しない程度の気体加圧下で、撹拌下、又は、容器を回転ないしは揺動させながら、或いは静置状態で、所定温度を保持することにより行われる。
<Hydrothermal synthesis>
In the hydrothermal synthesis, the raw material mixture for hydrothermal synthesis prepared as described above or the aged one is placed in a pressure vessel, and under self-generating pressure (autogenous pressure) or under gas heating to the extent that crystallization is not hindered. It is carried out by maintaining a predetermined temperature under pressure, under stirring, while rotating or rocking the container, or in a still state.

水熱合成の際の反応温度は、通常110℃以上、好ましくは120℃以上、より好ましくは130℃以上、特に好ましくは140℃以上であり、通常200℃以下、好ましくは180℃以下、より好ましくは170℃以下、更に好ましくは160℃以下である。反応時間は特に限定されないが、通常10時間以上、好ましくは20時間以上、より好ましくは40時間以上、さらに好ましくは60時間以上、特に好ましくは70時間以上であり、通常30日以下、好ましくは10日以下、より好ましくは7日、更に好ましくは5日以下である。反応温度は反応中一定でもよいし、段階的又は連続的に変化させてもよい。 The reaction temperature during hydrothermal synthesis is usually 110°C or higher, preferably 120°C or higher, more preferably 130°C or higher, particularly preferably 140°C or higher, and usually 200°C or lower, preferably 180°C or lower, more preferably 180°C or lower. is 170° C. or less, more preferably 160° C. or less. Although the reaction time is not particularly limited, it is usually 10 hours or longer, preferably 20 hours or longer, more preferably 40 hours or longer, still more preferably 60 hours or longer, particularly preferably 70 hours or longer, and usually 30 days or shorter, preferably 10 hours or longer. days or less, more preferably 7 days or less, and even more preferably 5 days or less. The reaction temperature may be constant during the reaction, or may be changed stepwise or continuously.

上記の条件で反応させることにより、RHO型ゼオライトとは異なるタイプのゼオライトが生成し難くなり、RHO型ゼオライトを収率よく得ることが可能となる。 By carrying out the reaction under the above conditions, zeolite of a type different from RHO-type zeolite is less likely to be produced, and RHO-type zeolite can be obtained in good yield.

<RHO型ゼオライトの回収>
上記の水熱合成後、生成物であるRHO型ゼオライトを、水熱合成反応液より分離する。得られたゼオライト(以下、「SDA等含有ゼオライト」と称する。)は通常細孔内に有機構造規定剤及びアルカリ金属の両方又はいずれか一方を含有している。水熱合成反応液からのSDA等含有ゼオライトの分離方法は、特に限定されないが、通常、濾過、デカンテーション、又は直接乾燥等による方法が挙げられる。
<Recovery of RHO-type zeolite>
After the above hydrothermal synthesis, the product RHO-type zeolite is separated from the hydrothermal synthesis reaction solution. The resulting zeolite (hereinafter referred to as "SDA-containing zeolite") usually contains an organic structure-directing agent and/or an alkali metal in pores. The method for separating the zeolite containing SDA and the like from the hydrothermal synthesis reaction solution is not particularly limited, but usually includes a method such as filtration, decantation, or direct drying.

水熱合成反応液から分離回収したSDA等含有ゼオライトは、製造時に使用した有機構造規定剤等を除去するために、必要に応じて水洗、乾燥した後、焼成を行って有機構造規定剤等を含有しないゼオライトを得ることができる。有機構造規定剤は、次に記載の処理方法によっても除去することができる。 The zeolite containing SDA, etc. separated and recovered from the hydrothermal synthesis reaction solution is washed with water, dried, and then calcined as necessary to remove the organic structure directing agent, etc., used during production, to remove the organic structure directing agent, etc. Free zeolites can be obtained. The organic structure-directing agent can also be removed by the treatment method described below.

有機構造規定剤及びアルカリ金属の両方又はいずれか一方の除去処理は、酸性溶液や有機構造規定剤分解成分を含んだ薬液を用いた液相処理、レジンなどを用いたイオン交換処理、熱分解処理を採用することができ、これらの処理を組合せて用いてもよい。通常、空気又は酸素含有の不活性ガス、あるいは不活性ガス雰囲気下に300℃から1000℃の温度で焼成したり、エタノール水溶液などの有機溶剤により抽出したりする等の方法により、含有される有機構造規定剤等を除去することができる。好ましくは製造性の面で焼成による有機構造規定剤等の除去が好ましい。この場合、焼成温度については、好ましくは300℃以上、より好ましくは400℃以上、さらに好ましくは450℃以上、特に好ましくは500℃以上であり、好ましくは900℃以下、より好ましくは850℃以下、さらに好ましくは800℃以下である。不活性ガスとしては、窒素などを用いることができる。 Treatment for removing both or one of the organic structure directing agent and alkali metal includes liquid phase treatment using an acidic solution or a chemical solution containing organic structure directing agent decomposition components, ion exchange treatment using resin, etc., and thermal decomposition treatment. can be employed, and these treatments may be used in combination. Generally, the contained organic matter is removed by a method such as firing at a temperature of 300° C. to 1000° C. in an atmosphere of air or an oxygen-containing inert gas, or an inert gas atmosphere, or extraction with an organic solvent such as an aqueous ethanol solution. A structure-directing agent or the like can be removed. Removal of the organic structure-directing agent and the like by calcination is preferable from the standpoint of manufacturability. In this case, the firing temperature is preferably 300° C. or higher, more preferably 400° C. or higher, still more preferably 450° C. or higher, particularly preferably 500° C. or higher, preferably 900° C. or lower, more preferably 850° C. or lower. More preferably, it is 800° C. or less. Nitrogen or the like can be used as the inert gas.

本発明のRHO型ゼオライトの製造方法では、アルミニウム元素源としてアルミノシリケートゼオライトを使用することによって、従来製造できなかった広い範囲のSiO/Alモル比のRHO型ゼオライトを製造することができる。よって、得られたRHO型ゼオライトのSiO/Alモル比は特に限定されるものではないが、通常100以下、好ましくは70以下、より好ましくは50以下、さらに好ましくは40以下、一層に好ましくは30以下、特に好ましくは25以下、最も好ましくは20以下であり、通常4以上であり、好ましくは6以上、より好ましくは8以上、さらに好ましくは10以上、特に好ましくは12以上である。この範囲にあるとき、例えば触媒としての活性点が多く触媒等の用途にも好適に用いられる他、脱Alしにくく耐久性の点でも望ましい。またゼオライト膜合成時の種結晶としても、適度な溶解性を持つ点で望ましい。 In the method for producing RHO-type zeolite of the present invention, by using an aluminosilicate zeolite as an aluminum element source, it is possible to produce RHO-type zeolite with a wide range of SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratios that could not be produced conventionally. can. Therefore, although the SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio of the obtained RHO-type zeolite is not particularly limited, it is usually 100 or less, preferably 70 or less, more preferably 50 or less, still more preferably 40 or less, and more preferably 40 or less. preferably 30 or less, particularly preferably 25 or less, most preferably 20 or less, usually 4 or more, preferably 6 or more, more preferably 8 or more, still more preferably 10 or more, particularly preferably 12 or more . When it is in this range, for example, it has many active sites as a catalyst and is suitably used for uses such as catalysts. It is also desirable as a seed crystal for synthesizing a zeolite membrane because it has an appropriate solubility.

尚、ここでいうSiO/Alモル比はゼオライト試料を酸分解あるいはアルカリ融解により完全溶解させた後、誘導結合プラズマ(ICP)発行分光分析および/またはICP質量分析によりシリコン原子およびアルミニウム原子の含有量(重量%)を求める元素分析法、あるいは、ICP発光分析および/またはICP質量分析によってシリコン原子およびアルミニウム原子の含有量を求めた標準試料を用いて分析元素の蛍光X線強度と分析元素の原子濃度との検量線を作成し、この検量線により、蛍光X線分析法(XRF)でゼオライト試料中のシリコン原子およびアルミニウム原子含有量(重量%)を求めることによって算出された値をいう。 In addition, the SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio referred to here is obtained by completely dissolving a zeolite sample by acid decomposition or alkali fusion, and then by inductively coupled plasma (ICP) emission spectrometry and / or ICP mass spectrometry to determine silicon atoms and aluminum Elemental analysis for determining the atomic content (% by weight), or using a standard sample for determining the content of silicon atoms and aluminum atoms by ICP emission spectrometry and/or ICP mass spectrometry, and the fluorescent X-ray intensity of the analyzed element and A value calculated by creating a calibration curve with the atomic concentration of the analysis element, and using this calibration curve to determine the silicon atom and aluminum atom content (% by weight) in the zeolite sample by X-ray fluorescence spectrometry (XRF). Say.

本発明のRHO型ゼオライトの製造方法によって得られたRHO型ゼオライトの平均粒径は、特に限定されないが、通常0.1μm以上、好ましくは0.2μm以上、より好ましくは0.5μm以上、さらに好ましくは0.8μm以上、特に好ましくは1μm以上であり、通常10μm以下、好ましくは8μm以下、好ましくは5μm以下、さらに好ましくは3μm以下である。平均粒径が0.1μmよりも小さいと、RHO型ゼオライトをゼオライト膜合成の種結晶と用いた際に溶けやすいため、水熱合成の初期に完全に溶解してしまい、種結晶として作用しなくなる傾向があり好ましくない。また、上限値以上である時、RHO型ゼオライトをゼオライト膜合成の種結晶と用いる際に支持体の細孔径よりも大きいため支持体上にうまく担持できず、緻密な膜が生成しにくくなる傾向があり好ましくない。また、触媒などとして用いる際にガス拡散性が高くなり有用であるという点で上記範囲内が好ましい。 The average particle size of the RHO-type zeolite obtained by the RHO-type zeolite production method of the present invention is not particularly limited, but is usually 0.1 μm or more, preferably 0.2 μm or more, more preferably 0.5 μm or more, and still more preferably. is 0.8 μm or more, particularly preferably 1 μm or more, and usually 10 μm or less, preferably 8 μm or less, preferably 5 μm or less, more preferably 3 μm or less. If the average particle size is smaller than 0.1 μm, the RHO-type zeolite is likely to dissolve when used as seed crystals for zeolite membrane synthesis, so that the RHO-type zeolite dissolves completely in the initial stage of hydrothermal synthesis and does not act as seed crystals. tend to be unfavorable. In addition, when it is more than the upper limit, when the RHO-type zeolite is used as a seed crystal for zeolite membrane synthesis, the pore size is larger than the pore diameter of the support, so it cannot be well supported on the support, and it tends to be difficult to form a dense membrane. is not desirable. In addition, the above range is preferable from the viewpoint that gas diffusion is enhanced when used as a catalyst or the like, which is useful.

製造されたRHO型ゼオライトの比表面積はプロトン型としたのちにN吸着で測定した値として、通常300m/g以上、好ましくは400m/g以上、より好ましくは500m/g以上であり、通常1000m/g以下、好ましくは800m/g以下、より好ましくは750m/g以下である。この範囲にあるとき触媒などに用いられる際に細孔内表面に存在する活性点が多くなるという点で好ましい。 The specific surface area of the produced RHO-type zeolite is usually 300 m 2 /g or more, preferably 400 m 2 /g or more, more preferably 500 m 2 /g or more, as a value measured by N 2 adsorption after conversion to proton type. , usually 1000 m 2 /g or less, preferably 800 m 2 /g or less, more preferably 750 m 2 /g or less. This range is preferable in that the number of active sites present on the inner surface of the pores increases when used as a catalyst or the like.

[多孔質支持体-ゼオライト膜複合体の製造方法]
本発明の多孔質支持体-ゼオライト膜複合体は、例えば、(1)支持体上にゼオライトを膜状に結晶化させる方法、(2)支持体にゼオライトを無機バインダー、あるいは有機バインダーなどで固着させる方法、(3)ゼオライトを分散させたポリマーを固着させる方法、(4)ゼオライトのスラリーを支持体に含浸させ、場合によっては吸引させることによりゼオライトを支持体に固着させる方法などの何れの方法によって製造することができる。
[Method for producing porous support-zeolite membrane composite]
The porous support-zeolite membrane composite of the present invention can be produced by, for example, (1) a method of crystallizing zeolite on a support into a membrane, and (2) fixing zeolite to a support with an inorganic binder or an organic binder. (3) a method of fixing a polymer in which zeolite is dispersed; (4) a method of impregnating a support with a slurry of zeolite and, in some cases, sucking the zeolite onto the support, and the like. can be manufactured by

これらの中で、セラミックス支持体にゼオライトを膜状に結晶化させる方法が特に好ましい。結晶化の方法に特に制限はないが、支持体を、ゼオライト製造に用いる水熱合成用原料混合物中に入れて、直接水熱合成することで支持体表面などにゼオライトを結晶化させる方法が好ましい。 Among these, the method of crystallizing zeolite in the form of a film on a ceramic support is particularly preferred. The method of crystallization is not particularly limited, but a preferred method is to put the support in a raw material mixture for hydrothermal synthesis used for zeolite production and directly hydrothermally synthesize the zeolite on the surface of the support. .

即ち、前述のRHO型ゼオライトの製造方法と同様に、アルミニウム元素源、ケイ素元素源、アルカリ金属元素源、有機構造規定剤、及び水を混合し、得られた水熱合成用原料混合物に多孔質支持体(好ましくは種結晶を付着させた支持体)を浸漬した状態で水熱合成することで、RHO型のゼオライトを主成分とするゼオライト膜複合体を得ることができる。 That is, in the same manner as in the above-described RHO-type zeolite production method, an aluminum element source, a silicon element source, an alkali metal element source, an organic structure directing agent, and water are mixed, and the resulting raw material mixture for hydrothermal synthesis is added with a porous A zeolite membrane composite containing RHO-type zeolite as a main component can be obtained by hydrothermally synthesizing a support (preferably a support having seed crystals attached thereto) immersed therein.

RHO型のゼオライトを主成分とするゼオライト膜複合体の製造に用いる水熱合成用原料混合物としては前述のRHO型ゼオライト製造に用いる水熱合成用原料混合物と同様のものを用いてもよいが、多孔質支持体上に欠陥のない緻密な膜を製造するために、次に説明するアルミニウム元素源、アルカリ金属元素源、有機構造規定剤及び水を含む水熱合成用原料混合物を用いることが好ましい。 As the raw material mixture for hydrothermal synthesis used in the production of the zeolite membrane composite containing RHO-type zeolite as the main component, the same raw material mixture for hydrothermal synthesis used in the production of RHO-type zeolite described above may be used. In order to produce a defect-free, dense film on a porous support, it is preferable to use a raw material mixture for hydrothermal synthesis containing an aluminum element source, an alkali metal element source, an organic structure-directing agent, and water, which will be described below. .

<アルミニウム元素源>
多孔質支持体-ゼオライト膜複合体の製造に用いられるアルミニウム元素源は、特に限定されないが、アルミノシリケートゼオライト、アモルファスの水酸化アルミニウム、ギブサイト構造を持つ水酸化アルミニウム、バイヤーライト構造を持つ水酸化アルミニウム、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、酸化アルミニウム、アルミン酸ナトリウム、ベーマイト、擬ベーマイト、アルミニウムアルコキシド、アルミノシリケートゲルなどが挙げられ、アルミノシリケートゼオライト、アモルファスの水酸化アルミニウム、アルミン酸ナトリウム、ベーマイト、擬ベーマイト、アルミニウムアルコキシド、アルミノシリケートゲルが好ましく、アルミノシリケートゼオライト、アモルファスの水酸化アルミニウム、アルミン酸ナトリウム、アルミノシリケートゲルが特に好ましい。これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
<Aluminum element source>
The aluminum element source used in the production of the porous support-zeolite membrane composite is not particularly limited, but includes aluminosilicate zeolite, amorphous aluminum hydroxide, aluminum hydroxide having a gibbsite structure, and aluminum hydroxide having a bayerite structure. , aluminum nitrate, aluminum sulfate, aluminum oxide, sodium aluminate, boehmite, pseudoboehmite, aluminum alkoxide, aluminosilicate gel, etc., aluminosilicate zeolite, amorphous aluminum hydroxide, sodium aluminate, boehmite, pseudoboehmite, aluminum Alkoxides and aluminosilicate gels are preferred, and aluminosilicate zeolite, amorphous aluminum hydroxide, sodium aluminate and aluminosilicate gels are particularly preferred. These may be used individually by 1 type, and may be used in mixture of 2 or more types.

アルミニウム元素源として用いるアルミノシリケートゼオライトとしては前述のRHO型ゼオライトの製造に用いられるアルミノシリケートと同様のものが好ましい。 As the aluminosilicate zeolite used as the aluminum element source, the same aluminosilicates as those used in the production of the RHO-type zeolite described above are preferred.

アルミノシリケートゼオライトは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。アルミノシリケートゼオライトをアルミニウム元素源として用いる場合には、全アルミニウム元素源の50重量%以上、特に70~100重量%、とりわけ90~100重量%を上述のアルミノシリケートゼオライトとすることが好ましい。また、全ケイ素元素源の50重量%以上、特に70~100重量%、とりわけ90~100重量%を上述のアルミノシリケートゼオライトとすることが好ましい。アルミノシリケートゼオライトの割合がこの範囲にあるときRHO型ゼオライト膜のSARが高くなり、耐酸性、耐水性に優れた適用範囲の広いゼオライト膜となる。 The aluminosilicate zeolite may be used singly or in combination of two or more. When an aluminosilicate zeolite is used as the aluminum element source, the aluminosilicate zeolite preferably accounts for 50% by weight or more, particularly 70 to 100% by weight, particularly 90 to 100% by weight, of the total aluminum element source. In addition, it is preferable that 50% by weight or more, particularly 70 to 100% by weight, particularly 90 to 100% by weight of the total silicon element source is the above-mentioned aluminosilicate zeolite. When the ratio of the aluminosilicate zeolite is within this range, the SAR of the RHO-type zeolite membrane is high, and the zeolite membrane is excellent in acid resistance and water resistance and has a wide range of applications.

種晶以外の原料混合物に含まれるケイ素(Si)に対するアルミニウム元素源(前述のアルミノシリケートゼオライトおよび、そのほかのアルミニウム元素源を含む。)の使用量(前述のAl/Si比)の好ましい範囲は、前述のRHO型ゼオライトの製造の場合と同じである。即ち、通常0.01以上、好ましくは0.02以上、より好ましくは0.04以上であり、さらに好ましくは0.06以上であり、通常1.0以下、好ましくは0.5以下、より好ましくは0.2以下、さらに好ましくは0.1以下である。 The preferred range of the amount of the aluminum element source (including the above-mentioned aluminosilicate zeolite and other aluminum element sources) (the above-mentioned Al/Si ratio) relative to the silicon (Si) contained in the raw material mixture other than the seed crystal is It is the same as the production of the RHO-type zeolite described above. That is, it is usually 0.01 or more, preferably 0.02 or more, more preferably 0.04 or more, still more preferably 0.06 or more, and usually 1.0 or less, preferably 0.5 or less, more preferably is 0.2 or less, more preferably 0.1 or less.

なお、Si/Al比が上記上限値より大きいと、得られるRHO型ゼオライト膜のSiO/Alモル比が低くなる傾向にあり、得られたRHO型ゼオライト膜の耐水性、耐酸性が低く、ゼオライト膜としての用途が限定されることがある。Si/Al比が上記下限値よりも小さいと、RHO型ゼオライト膜が得られにくくなることがある。 If the Si/Al ratio is larger than the above upper limit, the SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio of the obtained RHO-type zeolite membrane tends to be low, and the obtained RHO-type zeolite membrane has water resistance and acid resistance. is low, and its use as a zeolite membrane may be limited. If the Si/Al ratio is less than the above lower limit, it may be difficult to obtain an RHO-type zeolite membrane.

<ケイ素元素源>
本発明において、多孔質支持体-ゼオライト膜複合体製造に用いる水熱合成用原料混合物のケイ素元素源として、特に限定されるものではないが、通常、前述のRHO型ゼオライトの製造方法で用いたものと同様であり、アルミノシリケートゼオライト以外のヒュームドシリカ、コロイダルシリカ、無定型シリカ、珪酸ナトリウム、珪酸メチル、珪酸エチル、トリメチルエトキシシラン等のシリコンアルコキシド、テトラエチルオルトシリケート、アルミノシリケートゲルなどを用いることができ、好ましくは、前述のアルミノシリケートゼオライト、ヒュームドシリカ、コロイダルシリカ、珪酸ナトリウム、ケイ酸メチル、シリコンアルコキシド、アルミノシリケートゲルであり、より好ましくはアルミノシリケートゼオライト、コロイダルシリカ、珪酸ナトリウムである。これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
<Silicon element source>
In the present invention, the silicon element source of the raw material mixture for hydrothermal synthesis used in the production of the porous support-zeolite membrane composite is not particularly limited, but usually the silicon element source used in the above-described RHO-type zeolite production method is used. fumed silica other than aluminosilicate zeolite, colloidal silica, amorphous silica, sodium silicate, methyl silicate, ethyl silicate, silicon alkoxide such as trimethylethoxysilane, tetraethyl orthosilicate, aluminosilicate gel, etc. preferably aluminosilicate zeolite, fumed silica, colloidal silica, sodium silicate, methyl silicate, silicon alkoxide and aluminosilicate gel, more preferably aluminosilicate zeolite, colloidal silica and sodium silicate. These may be used individually by 1 type, and may be used in mixture of 2 or more types.

ケイ素元素源は、ケイ素元素源に対する他の原料の使用量がそれぞれ前述ないしは後述の好適範囲となるように用いられる。 The elemental silicon source is used so that the amount of the other raw materials to be used relative to the elemental silicon source is within the preferred range described above or below.

<アルカリ金属元素源>
本発明の多孔質支持体-ゼオライト膜複合体(以下、「多孔質支持体-RHO型ゼオライト膜複合体」や単に「RHO型ゼオライト膜複合体」、「ゼオライト膜複合体」という場合がある)の製造に用いる水熱合成用原料混合物のアルカリ金属元素源に含まれるアルカリ金属原子は、前述のRHO型ゼオライト膜の製造方法で用いたものと同様のものを用いることができる。
多孔質支持体-RHO型ゼオライト膜複合体の製造に用いる水熱合成用原料混合物のアルカリ金属元素源の適当量は、種結晶以外の水熱合成用原料混合物に含まれるケイ素(Si)に対するモル比で、通常0.1以上、好ましくは0.2以上、より好ましくは0.25以上、さらに好ましくは0.3以上、特に好ましくは0.5以上であり、通常2.0以下、好ましくは1.5以下、より好ましくは1.0以下、さらに好ましくは0.8以下、特に好ましくは0.6以下である。
アルカリ金属元素源のケイ素に対するモル比がこの上限値以上であると生成したゼオライトが溶解しやすく、ゼオライト膜に欠陥が生じやすいため、分離性能が低いゼオライト膜となりやすく不適な場合がある。この下限値以下であると原料のアルミニウム元素源やケイ素元素源が十分に溶解せず、RHO型ゼオライトが生成しにくくなり緻密なRHO型ゼオライト膜が得られにくくなる点で不適な場合がある。
本発明においてNaとCsを含むアルカリ金属元素源を用いるのが好ましいが、NaとCsのモル比はNa/Csとして通常1以上、好ましくは1.5以上、より好ましくは2以上、であり、通常10以下、好ましくは8以下、より好ましくは5以下、さらに好ましくは3以下である。上記下限以下であるとCsのコストは高いのでコスト的に不利になりやすい。上記上限以上であるとCsの効果が弱くなりすぎRHO型ゼオライトが生成しにくくなり緻密なRHO型ゼオライト膜が得られにくくなる点で不適な場合がある。
<Alkali metal element source>
The porous support-zeolite membrane composite of the present invention (hereinafter sometimes referred to as "porous support-RHO type zeolite membrane composite" or simply "RHO type zeolite membrane composite" or "zeolite membrane composite") The alkali metal atoms contained in the alkali metal element source of the raw material mixture for hydrothermal synthesis used in the production of can be the same as those used in the above-described method for producing the RHO-type zeolite membrane.
The appropriate amount of the alkali metal element source in the raw material mixture for hydrothermal synthesis used in the production of the porous support-RHO type zeolite membrane composite is mol relative to silicon (Si) contained in the raw material mixture for hydrothermal synthesis other than seed crystals. ratio is usually 0.1 or more, preferably 0.2 or more, more preferably 0.25 or more, still more preferably 0.3 or more, particularly preferably 0.5 or more, and usually 2.0 or more, preferably It is 1.5 or less, more preferably 1.0 or less, still more preferably 0.8 or less, and particularly preferably 0.6 or less.
If the molar ratio of the alkali metal element source to silicon is at least this upper limit, the resulting zeolite is likely to dissolve, and the zeolite membrane is likely to have defects, resulting in a zeolite membrane with low separation performance, which may be unsuitable. If it is less than this lower limit, the aluminum element source and the silicon element source as raw materials may not be sufficiently dissolved, and it may be difficult to form RHO-type zeolite, making it difficult to obtain a dense RHO-type zeolite membrane.
In the present invention, it is preferable to use an alkali metal element source containing Na and Cs, and the molar ratio of Na and Cs is usually 1 or more, preferably 1.5 or more, more preferably 2 or more as Na/Cs, It is usually 10 or less, preferably 8 or less, more preferably 5 or less, still more preferably 3 or less. If the content is below the above lower limit, the cost of Cs is high, which tends to be disadvantageous in terms of cost. If the content is above the above upper limit, the effect of Cs may be too weak, making it difficult to form RHO-type zeolite, making it difficult to obtain a dense RHO-type zeolite membrane.

<有機構造規定剤>
多孔質支持体-RHO型ゼオライト膜複合体の製造においては有機テンプレート(有機構造規定剤)を用いることができるが、有機テンプレートを用いて合成したものが好ましい。有機テンプレートを用いて合成することにより、結晶化したゼオライトのアルミニウム原子に対するケイ素原子の割合が高くなり、結晶性が向上し、耐酸性・耐水性に優れたゼオライト膜となり好適である。
<Organic Structure Directing Agent>
An organic template (organic structure-directing agent) can be used in the production of the porous support-RHO type zeolite membrane composite, and one synthesized using an organic template is preferred. By synthesizing using an organic template, the ratio of silicon atoms to aluminum atoms in the crystallized zeolite is increased, the crystallinity is improved, and a zeolite membrane excellent in acid resistance and water resistance is suitable.

有機テンプレートとしては、前述のRHO型ゼオライトの製造方法で説明したものと同様のものを、同様の使用量で用いることができる。 As the organic template, the same template as described in the RHO-type zeolite production method can be used in the same amount.

<水の量>
水熱合成用原料混合物中の水の量は、種晶以外の原料混合物に含まれるケイ素(Si)に対するモル比で通常10以上、好ましくは20以上、より好ましくは30以上、更に好ましくは40以上、特に好ましくは50以上であり、通常200モル以下、好ましく150以下、より好ましくは100以下、さらに好ましくは80以下、特に好ましくは60以下である。上記上限よりも大きいと、反応混合物が希薄すぎて、欠陥のない緻密な膜ができにくくなることがある。10未満であると、反応混合物が濃いために、自発核が生じやすくなり、支持体からのRHO型ゼオライトの成長を阻害し、緻密な膜ができにくくなることがある。
<Amount of water>
The amount of water in the raw material mixture for hydrothermal synthesis is usually 10 or more, preferably 20 or more, more preferably 30 or more, and still more preferably 40 or more in terms of molar ratio to silicon (Si) contained in the raw material mixture other than seed crystals. , particularly preferably 50 or more, usually 200 mol or less, preferably 150 or less, more preferably 100 or less, still more preferably 80 or less, particularly preferably 60 or less. If it is larger than the above upper limit, the reaction mixture may be too dilute, making it difficult to form a dense film without defects. If it is less than 10, the reaction mixture is so dense that spontaneous nucleation is likely to occur, inhibiting the growth of the RHO-type zeolite from the support and making it difficult to form a dense membrane.

<水熱合成用原料混合物の調製>
水熱合成用原料混合物を作製する前に、上述の構造規定剤18-クラウン-6-エーテルとアルカリ金属元素源(Na源とCs源)と一部または全部の水を混合し、加熱して予めクラウンエーテル-アルカリ水溶液を調製し、クラウンエーテルとCsの間で錯形成することが望ましい。
<Preparation of raw material mixture for hydrothermal synthesis>
Before preparing the raw material mixture for hydrothermal synthesis, the structure-directing agent 18-crown-6-ether and the alkali metal element source (Na source and Cs source) and some or all of the water are mixed and heated. It is desirable to prepare a crown ether-alkaline aqueous solution in advance and form a complex between the crown ether and Cs.

混合し加熱する際の温度及び時間の好適範囲は、前述のRHO型ゼオライトの製造方法の場合と同じである。 The preferred temperature and time ranges for mixing and heating are the same as in the above-described method for producing RHO-type zeolite.

得られたクラウンエーテル-アルカリ水溶液を上記アルミニウム元素源のアルミノシリケートゼオライトに滴下混合し、場合によってはその他の原料を添加混合することで、水熱合成用原料混合物を得る。 The resulting crown ether-alkali aqueous solution is added dropwise to the aluminosilicate zeolite as the source of aluminum element, and if necessary, other raw materials are added and mixed to obtain a raw material mixture for hydrothermal synthesis.

<熟成>
上記のようにして調製された水熱合成用原料混合物は、前述のRHO型ゼオライトの製造方法の場合と同様にして熟成されてもよい。
<Aging>
The raw material mixture for hydrothermal synthesis prepared as described above may be aged in the same manner as in the above-described method for producing RHO-type zeolite.

<種結晶>
水熱合成に際して、必ずしも反応系内に種結晶を存在させる必要は無いが、種結晶を加えることで、支持体上にゼオライトの結晶化を促進できる。種結晶を加える方法としては特に限定されず、粉末のゼオライトの合成時のように、水性反応混合物中に種結晶を加える方法や、支持体上に種結晶を付着させておく方法あるいはその両方などを用いることができる。
<Seed crystal>
In the hydrothermal synthesis, it is not always necessary to have seed crystals present in the reaction system, but the addition of the seed crystals promotes the crystallization of the zeolite on the support. The method of adding seed crystals is not particularly limited, and may be a method of adding seed crystals to an aqueous reaction mixture as in the synthesis of powdered zeolite, a method of depositing seed crystals on a support, or both. can be used.

ゼオライト膜複合体を製造する場合は、支持体上に種結晶を付着させておくことが好ましい。支持体上に予め種結晶を付着させておくことで緻密で分離性能良好なゼオライト膜が生成しやすくなる。 When producing a zeolite membrane composite, it is preferable to attach seed crystals to the support. By adhering seed crystals to the support in advance, a dense zeolite membrane with good separation performance can be easily formed.

使用する種結晶としては、結晶化を促進するゼオライトであれば種類は問わないが、RHO型ゼオライトを効率よく結晶化させて、RHO型ゼオライト膜複合体製造をするためには形成するゼオライト膜と同じ結晶型であるRHO型あるいは、IZAがcomposite building unitとして定めるd6rあるいはltaを骨格中に含むゼオライトを種結晶と
して用いることがRHO型ゼオライトに再構成されやすく好ましい。種結晶として好適なゼオライトとして具体的には、RHO型ゼオライト、LTA型ゼオライト、FAU型ゼオライトがあげられ、RHO型ゼオライト、LTA型ゼオライトがより好ましく、RHO型ゼオライトが特に好ましい。これらの種結晶は1種類を用いても構わないし、2種類以上を組み合わせて用いても構わない。これらのゼオライトを種結晶として用いたときに短時間で緻密なRHO型ゼオライト膜複合体を得ることができる。
As for the seed crystals to be used, any type of zeolite can be used as long as it promotes crystallization. It is preferable to use, as seed crystals, RHO-type crystals of the same crystal type, or zeolite containing d6r or lta defined as a composite building unit by IZA in the skeleton, as the seed crystals are easily reconstituted into RHO-type zeolite. Specific examples of zeolites suitable as seed crystals include RHO-type zeolite, LTA-type zeolite, and FAU-type zeolite. RHO-type zeolite and LTA-type zeolite are more preferable, and RHO-type zeolite is particularly preferable. One type of these seed crystals may be used, or two or more types may be used in combination. When these zeolites are used as seed crystals, a dense RHO-type zeolite membrane composite can be obtained in a short time.

また、種結晶に用いるRHO型ゼオライトとしては構造規定剤を含有したRHO型ゼオライトでも、構造規定剤を用いずに合成したり、焼成したりするなどして構造規定剤を含有しないRHO型ゼオライトでもどちらを用いても構わないが、構造規定剤を含むRHO型ゼオライトは溶解しにくく、合成中に完全に溶解せずにRHO型ゼオライトが成長する際の核となりやすいと考えられるため、特に望ましい。 The RHO-type zeolite used for the seed crystal may be an RHO-type zeolite containing a structure-directing agent, or an RHO-type zeolite that does not contain a structure-directing agent by being synthesized or calcined without using a structure-directing agent. Either of these may be used, but RHO-type zeolite containing a structure-directing agent is particularly desirable because it is difficult to dissolve, and it is thought that RHO-type zeolite does not dissolve completely during synthesis and tends to become a nucleus when RHO-type zeolite grows.

平均粒径の大きい種結晶を用いた場合、水熱合成時に種結晶が支持体から脱離し、その役割を果たさない場合があるため、種結晶の粒子径は支持体の細孔径に近いことが望ましく、必要に応じて粉砕して用いても良い。粒径は、通常1nm以上、好ましくは10nm以上、より好ましくは50nm以上、さらに好ましくは0.1μm以上、特に好ましくは0.5μm以上、最も好ましくは1μm以上であり、通常5μm以下、好ましくは、3μm以下、より好ましくは2μm以下、特に好ましくは1.5μm以下である。
平均粒径が上記下限値よりも小さいと、合成初期に完全に溶解しやすくなり、種結晶としての役割を果たさなくなる場合がある。平均粒径が上記上限値よりも大きい場合には、溶解しにくいために、種結晶として作用しにくくなる可能性がある。
If seed crystals with a large average particle size are used, the seed crystals may detach from the support during hydrothermal synthesis and may not play their role. Desirably, it may be pulverized and used as needed. The particle size is usually 1 nm or more, preferably 10 nm or more, more preferably 50 nm or more, still more preferably 0.1 μm or more, particularly preferably 0.5 μm or more, most preferably 1 μm or more, and usually 5 μm or less, preferably It is 3 µm or less, more preferably 2 µm or less, and particularly preferably 1.5 µm or less.
If the average particle size is smaller than the above lower limit, it tends to dissolve completely in the initial stage of synthesis, and may not play a role as a seed crystal. If the average particle size is larger than the above upper limit, it may be difficult to act as a seed crystal because it is difficult to dissolve.

支持体上に種結晶を付着させる方法は特に限定されず、例えば、種結晶を水などの溶媒に分散させてその分散液に支持体を浸けて表面に種結晶を付着させるディップ法や、種結晶を水などの溶媒に分散させてその分散液に一端を封止した支持体を浸漬したのちに支持体を他端から吸引することで支持体表面に強固に種結晶を付着させる吸引法や種結晶を水などの溶媒と混合してスラリー状にしたものを支持体上に塗りこむ方法などを用いることができる。種結晶の付着量を制御し、再現性良く膜複合体を製造するにはディップ法および吸引法が望ましく、種結晶を支持体に密着させる点ではスラリー上の種結晶を塗りこむ方法および吸引法が望ましい。また、種結晶を支持体に密着させる目的および/または過剰な種結晶を取り除く目的で、ディップ法や吸引法に続きラテックス手袋を着用した指などで種結晶が付着した支持体をこすって押し込むことも好適に行われる。 The method for depositing seed crystals on the support is not particularly limited. A suction method in which crystals are dispersed in a solvent such as water, a support sealed at one end is immersed in the dispersion, and then the support is sucked from the other end to firmly adhere seed crystals to the surface of the support. A method of mixing seed crystals with a solvent such as water to form a slurry and applying the slurry onto a support can be used. The dipping method and the suction method are desirable for controlling the amount of seed crystals adhered and producing a membrane composite with good reproducibility. is desirable. In addition, for the purpose of bringing the seed crystals into close contact with the support and/or removing excess seed crystals, following the dipping method or the suction method, the support with the seed crystals adhered to it may be rubbed with a finger or the like wearing a latex glove. is also preferably performed.

種結晶を分散させる溶媒は特に限定されないが、特に水が好ましい。分散させる種結晶の量は特に限定されず、分散液の全重量に対して、通常0.05重量%以上、好ましくは0.1重量%以上、より好ましくは0.5重量%以上、さらに好ましくは1重量%以上、特に好ましくは2重量%以上である。また、通常20重量%以下、好ましくは10重量%以下、より好ましくは5重量%以下、更に好ましくは3重量%以下である。 Although the solvent for dispersing the seed crystals is not particularly limited, water is particularly preferred. The amount of seed crystals to be dispersed is not particularly limited, and is usually 0.05% by weight or more, preferably 0.1% by weight or more, more preferably 0.5% by weight or more, and still more preferably 0.5% by weight or more, based on the total weight of the dispersion. is at least 1% by weight, particularly preferably at least 2% by weight. Also, it is usually 20% by weight or less, preferably 10% by weight or less, more preferably 5% by weight or less, and still more preferably 3% by weight or less.

分散させる種結晶の量が少なすぎると、支持体上に付着する種結晶の量が少ないため、水熱合成時に支持体表面に部分的にゼオライトが生成しない箇所ができ、欠陥のある膜となる可能性がある。分散液中の種結晶の量が多すぎると、ディップ法や塗りこむ方法においては支持体上に付着する種結晶の量がほぼ一定となるため、種結晶の無駄が多くなりコスト面で不利である。 If the amount of seed crystals to be dispersed is too small, the amount of seed crystals adhering to the support is small, resulting in areas where zeolite is not formed partially on the surface of the support during hydrothermal synthesis, resulting in defective membranes. there is a possibility. If the amount of seed crystals in the dispersion is too large, the amount of seed crystals adhering to the support becomes almost constant in the dipping method or the coating method. be.

支持体にディップ法、吸引法あるいはスラリーの塗りこみによって種結晶を付着させたのち、乾燥した後にゼオライト膜の形成を行うことが望ましい。乾燥温度は通常50℃以上、好ましくは80℃以上、より好ましくは100℃以上であり、通常200℃以下、好ましくは180℃以下、より好ましくは150℃以下である。乾燥時間は十分に乾燥していれば問題ないが通常10分以上、好ましくは30分以上であり、上限は特に指定しないが、経済的な観点から通常5時間以下である。 It is desirable to form a zeolite membrane after attaching seed crystals to a support by a dipping method, a suction method, or applying a slurry, followed by drying. The drying temperature is generally 50°C or higher, preferably 80°C or higher, more preferably 100°C or higher, and generally 200°C or lower, preferably 180°C or lower, more preferably 150°C or lower. The drying time is not a problem as long as it is sufficiently dried, but it is usually 10 minutes or more, preferably 30 minutes or more, and although the upper limit is not specified, it is usually 5 hours or less from an economical point of view.

乾燥後の種結晶付着支持体に対し、種結晶を支持体に密着させる目的および/または過剰な種結晶を取り除く目的で、ラテックス手袋を着用した指などで種結晶が付着した支持体をこすって押し込むことも好適に行われる。 For the purpose of bringing the seed crystals into close contact with the support after drying and/or removing excess seed crystals, the support with the seed crystals attached is rubbed with a finger wearing a latex glove. Pushing is also preferably performed.

支持体上に予め付着させておく種結晶の量は特に限定されず、基材表面1mあたりの重量で、通常0.1g以上、好ましくは0.5g以上、より好ましくは1g以上、さらに好ましくは3g以上であり、通常100g以下、好ましくは50g以下、より好ましくは10g以下、更に好ましくは8g以下である。 The amount of seed crystals deposited in advance on the support is not particularly limited, and is usually 0.1 g or more, preferably 0.5 g or more, more preferably 1 g or more, more preferably 1 g or more, in terms of weight per square meter of substrate surface. is 3 g or more, and usually 100 g or less, preferably 50 g or less, more preferably 10 g or less, still more preferably 8 g or less.

種結晶の量が下限未満の場合には、結晶ができにくくなり、膜の成長が不十分になる場合や、膜の成長が不均一になったりする傾向がある。また、種結晶の量が上限を超える場合には、表面の凹凸が種結晶によって増長されたり、支持体表面から落ちた種結晶によって自発核が成長しやすくなって支持体上の膜成長が阻害されたりする場合がある。何れの場合も、緻密なゼオライト膜が生成しにくくなる傾向となる。 If the amount of seed crystals is less than the lower limit, it becomes difficult to form crystals, which tends to result in insufficient film growth or non-uniform film growth. In addition, if the amount of seed crystals exceeds the upper limit, the seed crystals increase the unevenness of the surface, and the seed crystals that have fallen from the surface of the support facilitate the growth of spontaneous nuclei, hindering film growth on the support. It may be done. In either case, it tends to be difficult to form a dense zeolite membrane.

<水熱合成>
水熱合成により支持体上にゼオライト膜を形成する場合、支持体の固定化方法に特に制限はなく、縦置き、横置きなどあらゆる形態をとることができる。
<Hydrothermal synthesis>
When a zeolite membrane is formed on a support by hydrothermal synthesis, there is no particular limitation on the method of immobilizing the support, and any configuration such as vertical placement or horizontal placement can be employed.

水熱合成は、上記のようにして種結晶を担持した支持体と調製された水熱合成用原料混合物ないしはこれを熟成して得られる水性ゲルを耐圧容器に入れ、自己発生圧力下、又は結晶化を阻害しない程度の気体加圧下で、撹拌下、又は、容器を回転ないしは揺動させながら、或いは静置状態で、所定温度を保持することにより行われる。静置状態での水熱合成が、支持体上の種結晶からの結晶成長を阻害しないという点で緻密なRHO型ゼオライト膜複合体を得るのに望ましい。 In the hydrothermal synthesis, the support supporting seed crystals as described above and the raw material mixture for hydrothermal synthesis prepared as described above or the aqueous gel obtained by aging the same are placed in a pressure vessel, and under self-generating pressure, or crystals are produced. This is carried out by maintaining a predetermined temperature under a gas pressurization that does not hinder the curing, under stirring, while rotating or rocking the container, or in a stationary state. Hydrothermal synthesis under static conditions is desirable for obtaining a dense RHO-type zeolite membrane composite in that it does not inhibit crystal growth from seed crystals on the support.

ゼオライト膜を形成させる際の水熱合成の温度は特に限定されないが、通常110℃以上、好ましくは120℃以上、より好ましくは130℃以上、特に好ましくは140℃以上であり、通常200℃以下、好ましくは180℃以下、より好ましくは170℃以下、更に好ましくは160℃以下である。反応温度が低すぎると、ゼオライトが結晶化し難くなることがある。また、反応温度が高すぎると、本発明におけるゼオライトとは異なるタイプのゼオライトが生成し易くなることがある。 The temperature of hydrothermal synthesis when forming the zeolite membrane is not particularly limited, but is usually 110° C. or higher, preferably 120° C. or higher, more preferably 130° C. or higher, particularly preferably 140° C. or higher, and usually 200° C. or lower. It is preferably 180° C. or lower, more preferably 170° C. or lower, and still more preferably 160° C. or lower. If the reaction temperature is too low, it may become difficult to crystallize the zeolite. Also, if the reaction temperature is too high, zeolite of a type different from the zeolite of the present invention may be likely to be produced.

反応時間は特に限定されないが、通常10時間以上、好ましくは20時間以上、より好ましくは40時間以上、さらに好ましくは60時間以上、特に好ましくは70時間以上であい、通常30日以下、好ましくは10日以下、より好ましくは7日、更に好ましくは5日以下である。本発明におけるゼオライトとは異なるタイプのゼオライトが生成し易くなることがある。 Although the reaction time is not particularly limited, it is usually 10 hours or longer, preferably 20 hours or longer, more preferably 40 hours or longer, still more preferably 60 hours or longer, particularly preferably 70 hours or longer, and usually 30 days or shorter, preferably 10 days. 7 days or less, more preferably 5 days or less. A type of zeolite different from the zeolite in the present invention may be likely to form.

反応温度は反応中一定でもよいし、段階的又は連続的に変化させてもよい。 The reaction temperature may be constant during the reaction, or may be changed stepwise or continuously.

ゼオライト膜形成時の圧力は特に限定されず、密閉容器中に入れた水性反応混合物を、この温度範囲に加熱したときに生じる自生圧力で十分である。さらに必要に応じて、窒素などの不活性ガスを加えても差し支えない。 The pressure during the formation of the zeolite membrane is not particularly limited, and the autogenous pressure generated when the aqueous reaction mixture placed in the closed container is heated to this temperature range is sufficient. Furthermore, if necessary, an inert gas such as nitrogen may be added.

水熱合成により得られたゼオライト膜複合体は、水洗した後に、乾燥させる。乾燥温度は通常50℃以上、好ましくは80℃以上、より好ましくは100℃以上、通常200℃以下、好ましくは150℃以下である。 The zeolite membrane composite obtained by hydrothermal synthesis is washed with water and then dried. The drying temperature is generally 50° C. or higher, preferably 80° C. or higher, more preferably 100° C. or higher, and generally 200° C. or lower, preferably 150° C. or lower.

乾燥時間は、ゼオライト膜が十分に乾燥する時間であれば特に限定されず、好ましくは0.5時間以上、より好ましくは1時間以上である。上限は特に限定されず、通常200時間以内、好ましくは150時間以内、より好ましくは100時間以内である。 The drying time is not particularly limited as long as the zeolite membrane is sufficiently dried, and is preferably 0.5 hours or longer, more preferably 1 hour or longer. The upper limit is not particularly limited, and is usually within 200 hours, preferably within 150 hours, more preferably within 100 hours.

水熱合成を複数回繰り返すことでゼオライト膜の緻密性を向上させることも可能である。水熱合成を複数回繰り返す場合には1回目の水熱合成で得られたゼオライト膜複合体を水洗して加熱乾燥したのちに、新たに用意した水性反応混合物に再び浸漬して水熱合成を行えばよい。1回目の水熱合成後得られたゼオライト膜複合体は必ずしも水洗や乾燥を行う必要はないが、水洗し乾燥することで水性反応混合物の組成を意図した組成に保つことができる。複数回合成する場合の合成回数は通常1回以上、好ましくは2回以上であり通常10回以下、好ましくは5回以下、より好ましくは3回以下である。 It is also possible to improve the density of the zeolite membrane by repeating the hydrothermal synthesis several times. When the hydrothermal synthesis is repeated multiple times, the zeolite membrane composite obtained in the first hydrothermal synthesis is washed with water, dried by heating, and then immersed again in a newly prepared aqueous reaction mixture to perform the hydrothermal synthesis. Do it. The zeolite membrane composite obtained after the first hydrothermal synthesis does not necessarily need to be washed with water or dried, but by washing with water and drying, the composition of the aqueous reaction mixture can be maintained at the intended composition. When synthesized multiple times, the number of times of synthesis is usually 1 or more, preferably 2 or more, and usually 10 or less, preferably 5 or less, more preferably 3 or less.

水熱合成を有機テンプレートの存在下で行った場合、得られたゼオライト膜複合体を、水洗した後に、例えば、加熱処理や抽出などにより、好ましくは加熱処理、すなわち焼成により有機テンプレートを取り除くことが適当である。 When hydrothermal synthesis is carried out in the presence of an organic template, the organic template can be removed by, for example, heat treatment or extraction, preferably heat treatment, that is, calcination, after washing the obtained zeolite membrane composite with water. Appropriate.

焼成温度は通常250℃以上、好ましくは300℃以上、より好ましくは350℃以上、さらに好ましくは400℃以上であり、通常800℃以下、好ましくは700℃以下、さらに好ましくは600℃以下、特に好ましくは500℃以下である。 The firing temperature is usually 250°C or higher, preferably 300°C or higher, more preferably 350°C or higher, still more preferably 400°C or higher, and usually 800°C or lower, preferably 700°C or lower, further preferably 600°C or lower, particularly preferably 600°C or lower. is below 500°C.

焼成温度が低すぎると有機テンプレートが残っている割合が多くなる傾向があり、ゼオライトの細孔が少なく、そのために分離濃縮の際の透過量が減少する場合がある。焼成温度が高すぎると支持体とゼオライトの熱膨張率の差が大きくなるためゼオライト膜に亀裂が生じやすくなる可能性があり、ゼオライト膜の緻密性が失われ分離性能が低くなることがある。 If the calcination temperature is too low, the proportion of the organic template remaining tends to increase, and the zeolite has fewer pores, which may reduce the amount of permeation during separation and concentration. If the calcination temperature is too high, the difference in coefficient of thermal expansion between the support and the zeolite will increase, which may make the zeolite membrane more susceptible to cracking, resulting in loss of compactness and lower separation performance.

焼成時間は、昇温速度や降温速度により変動するが、有機テンプレートが十分に取り除かれる時間であれば特に限定されず、好ましくは1時間以上、より好ましくは5時間以上である。上限は特に限定されず、例えば、通常200時間以内、好ましくは150時間以内、より好ましくは100時間以内、特に好ましくは24時間以内である。焼成は空気雰囲気で行えばよいが、酸素を付加した雰囲気で行ってもよい。 The firing time varies depending on the rate of temperature increase and the rate of temperature decrease, but is not particularly limited as long as the organic template is sufficiently removed, and is preferably 1 hour or longer, more preferably 5 hours or longer. The upper limit is not particularly limited, and is usually within 200 hours, preferably within 150 hours, more preferably within 100 hours, particularly preferably within 24 hours. Firing may be performed in an air atmosphere, but may be performed in an oxygen-added atmosphere.

焼成の際の昇温速度は、支持体とゼオライトの熱膨張率の差がゼオライト膜に亀裂を生じさせることを少なくするために、なるべく遅くすることが望ましい。昇温速度は、通常5℃/分以下、好ましくは2℃/分以下、さらに好ましくは1℃/分以下、特に好ましくは0.5℃/分以下である。通常、作業性を考慮し0.1℃/分以上である。 It is desirable that the rate of temperature rise during firing be as slow as possible in order to reduce cracking of the zeolite membrane due to the difference in thermal expansion coefficient between the support and the zeolite. The heating rate is usually 5°C/min or less, preferably 2°C/min or less, more preferably 1°C/min or less, and particularly preferably 0.5°C/min or less. Usually, it is 0.1° C./min or more in consideration of workability.

また、焼成後の降温速度もゼオライト膜に亀裂が生じることを避けるためにコントロールする必要がある。昇温速度と同様、遅ければ遅いほど望ましい。降温速度は、通常5℃/分以下、好ましくは2℃/分以下、さらに好ましくは1℃/分以下、特に好ましくは0.5℃/分以下である。通常、作業性を考慮し0.1℃/分以上である。 Also, the cooling rate after firing must be controlled to avoid cracks in the zeolite membrane. As with the heating rate, the slower the better. The temperature drop rate is usually 5°C/min or less, preferably 2°C/min or less, more preferably 1°C/min or less, and particularly preferably 0.5°C/min or less. Usually, it is 0.1° C./min or more in consideration of workability.

ゼオライト膜は、必要に応じてイオン交換してもよい。本発明のRHO型ゼオライト膜複合体を合成する際にCsを用いた場合には、細孔をCsイオンが塞いでガス透過係数が小さくなるため、イオン交換を行うことが望ましい。イオン交換は、テンプレートを用いて合成した場合は、通常、テンプレートを除去した後に行う。イオン交換するイオンとしては、プロトン、Na、K、Liなどのアルカリ金属イオン、Ca2+、Mg2+、Sr2+、Ba2+などのアルカリ土類金属イオン、Fe2+、Fe3+、Cu2+、Zn2+、Agなどの遷移金属のイオンおよびAl3+などが挙げられる。これらの中で、サイズが小さいために細孔を閉塞せず、ガス透過係数を大きくすることができるという点でプロトン、Na、K、Liが好ましく、Naが特に好ましい。 The zeolite membrane may be ion-exchanged if necessary. When Cs is used in synthesizing the RHO-type zeolite membrane composite of the present invention, ion exchange is desirable because Cs ions clog the pores and reduce the gas permeability coefficient. Ion exchange is usually performed after removal of the template when synthesized using a template. Ions to be exchanged include protons, alkali metal ions such as Na + , K + , and Li + , alkaline earth metal ions such as Ca 2+ , Mg 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ , Fe 2+ , Fe 3+ , and Cu 2+ . , Zn 2+ , Ag + and other transition metal ions and Al 3+ . Among these, proton, Na + , K + , and Li + are preferred, and Na + is particularly preferred, in that they do not clog pores due to their small size and can increase the gas permeability coefficient.

イオン交換は、焼成後(テンプレートを使用した場合など)のゼオライト膜複合体を、交換するイオンを含む水溶液に浸漬し、加熱することで行う。交換するイオンを含む水溶液のイオン濃度は通常0.01mol/L以上、好ましくは0.1mol/L以上、より好ましくは0.5mol/L以上、さらに好ましくは1mol/L以上であり、通常5mol/L以下、好ましくは2mol/L以下である。イオン濃度が下限値よりも低いと、イオン交換が十分に行われない可能性がある。イオン濃度が上限値よりも高いと、ゼオライトが溶解し、ゼオライト膜の緻密性が失われ、分離性能が低くなることがある。 Ion exchange is performed by immersing the zeolite membrane composite after calcination (when using a template, etc.) in an aqueous solution containing ions to be exchanged and heating. The ion concentration of the aqueous solution containing ions to be exchanged is usually 0.01 mol/L or more, preferably 0.1 mol/L or more, more preferably 0.5 mol/L or more, still more preferably 1 mol/L or more, and usually 5 mol/L or more. L or less, preferably 2 mol/L or less. If the ion concentration is lower than the lower limit, ion exchange may not be sufficiently performed. If the ion concentration is higher than the upper limit, the zeolite may dissolve and the zeolite membrane may lose its compactness, resulting in lower separation performance.

対イオンの種類としては通常、NO 、Clなどがあげられ、NO が焼成によってガスに分解する点で特に好ましい。また、プロトンにイオン交換する場合はNHNOが好適に用いられる。 Types of counter ions generally include NO 3 and Cl , and NO 3 is particularly preferred because it decomposes into gas upon firing. Also, NH 4 NO 3 is preferably used when ion-exchanging protons.

イオン交換を行う温度としては、通常、室温以上、好ましくは40℃以上、特に好ましくは70℃以上であり、通常150℃以下、好ましくは130℃以下、特に好ましくは100℃以下である。温度が下限値よりも低いと、イオン交換の速度が遅く十分に交換されない可能性がある。温度が上限値よりも高いと、ゼオライトが溶解し、ゼオライト膜の緻密性が失われ、分離性能が低くなることがある。加熱の際に用いる容器は特に限定されないが、オートククレーブなどの密閉容器が好適に用いられる。 The temperature for ion exchange is usually room temperature or higher, preferably 40° C. or higher, particularly preferably 70° C. or higher, and usually 150° C. or lower, preferably 130° C. or lower, particularly preferably 100° C. or lower. If the temperature is lower than the lower limit, the rate of ion exchange may be slow and insufficient exchange may occur. If the temperature is higher than the upper limit, the zeolite may be dissolved and the zeolite membrane may lose its compactness, resulting in lower separation performance. The container used for heating is not particularly limited, but a closed container such as an autoclave is preferably used.

加熱時間は特に限定されないが、通常30分以上、好ましくは45分以上、より好ましくは1時間以上であり、通常2時間以下、好ましくは1.5時間以下である。加熱時間が下限よりも短いと、イオン交換が十分にされないことがある。加熱時間が上限よりも長いと、ゼオライトが溶解し、ゼオライト膜の緻密性が失われ、分離性能が低くなる場合がある。 The heating time is not particularly limited, but is usually 30 minutes or longer, preferably 45 minutes or longer, more preferably 1 hour or longer, and usually 2 hours or shorter, preferably 1.5 hours or shorter. If the heating time is shorter than the lower limit, ion exchange may not be sufficient. If the heating time is longer than the upper limit, the zeolite may be dissolved, the denseness of the zeolite membrane may be lost, and the separation performance may be lowered.

イオン交換後は水洗などにより、イオン交換に用いた水溶液を十分に取り除くことが望ましい。さらに必要に応じて200℃~500℃で焼成してもよい。 After the ion exchange, it is desirable to sufficiently remove the aqueous solution used for the ion exchange by washing with water or the like. Furthermore, it may be fired at 200° C. to 500° C. if necessary.

また、イオン交換では溶液を取り換えて上述の処理を繰り返すことによって交換しているイオンの割合を増やすことができる。イオン交換を繰り返す場合には水洗後、水洗乾燥後、に行ってもよいし焼成後に繰り返してもよい。また、目的に応じて、NHNOで交換焼成してプロトンに交換したのちに、Na+などの金属イオンに交換するといったことを行ってもよい。 In ion exchange, the ratio of exchanged ions can be increased by exchanging the solution and repeating the above-described treatment. When the ion exchange is repeated, it may be carried out after washing with water, after washing with water and drying, or after calcination. Further, depending on the purpose, it may be exchanged with NH 4 NO 3 to exchange with protons and then exchanged with metal ions such as Na + .

繰り返しイオン交換を行う際の回数は通常10回以下、好ましくは5回以下である。イオン交換の回数が上限以上だとゼオライトが溶解し、ゼオライト膜の緻密性が失われ、分離性能が低くなることがあるため好ましくない。 The number of repeated ion exchanges is usually 10 times or less, preferably 5 times or less. If the number of times of ion exchange is more than the upper limit, the zeolite is dissolved, the density of the zeolite membrane is lost, and the separation performance is lowered, which is not preferable.

有機テンプレートを用いないで合成した場合は乾燥後、有機テンプレートを用いて合成した場合は焼成後のゼオライト膜複合体のうち合成前の支持体の重さを引くことで得られるゼオライト膜の重量は通常10g/m以上、好ましくは50g/m以上、より好ましくは100g/m以上であり通常1kg/m以下、好ましくは500g/m以下、より好ましくは300g/m以下である。ゼオライト膜の重量が上記下限以下であるとき、欠陥が生じやすくなり分離性能が不十分となることがある。重量が上記上限以上である時、透過量が少なくなりやすく、処理量が不十分となりやすい。 The weight of the zeolite membrane obtained by subtracting the weight of the support before synthesis in the zeolite membrane composite after drying when synthesized without using an organic template or after calcination when synthesizing with an organic template is Usually 10 g/m 2 or more, preferably 50 g/m 2 or more, more preferably 100 g/m 2 or more, and usually 1 kg/m 2 or less, preferably 500 g/m 2 or less, more preferably 300 g/m 2 or less . When the weight of the zeolite membrane is less than the above lower limit, defects are likely to occur and the separation performance may be insufficient. When the weight is above the above upper limit, the amount of permeation tends to decrease, and the throughput tends to be insufficient.

有機テンプレートを用いないで合成した場合は乾燥後、有機テンプレートを用いて合成した場合は焼成後、イオン交換を行ったゼオライト膜についてはイオン交換後のゼオライト膜複合体の空気透過量は、通常300L/(m・h)以下、好ましくは200L/(m・h)以下、より好ましくは180L/(m・h)以下である。透過量の下限は特に限定されないが、通常0.01ml/(m・h)以上である。 The air permeation amount of the zeolite membrane composite after ion exchange is usually 300 L for zeolite membranes that have been ion-exchanged after drying if synthesized without using an organic template, or after calcination if synthesized using an organic template. /(m 2 ·h) or less, preferably 200 L/(m 2 ·h) or less, more preferably 180 L/(m 2 ·h) or less. Although the lower limit of the permeation amount is not particularly limited, it is usually 0.01 ml/(m 2 ·h) or more.

ここで、空気透過量とは、実施例の項で詳述するとおり、ゼオライト膜複合体を大気圧下におき、ゼオライト膜複合体の内側を5kPaの真空ラインに接続した時の空気の透過量[L/(m・h)]である。 Here, the amount of air permeation is the amount of air permeation when the zeolite membrane composite is placed under atmospheric pressure and the inside of the zeolite membrane composite is connected to a vacuum line of 5 kPa, as described in detail in the section of Examples. [L/(m 2 ·h)].

有機テンプレートを用いないで合成した場合は乾燥後、有機テンプレートを用いて合成した場合は焼成後、イオン交換を行ったゼオライト膜についてはイオン交換後のゼオライト膜複合体のCOパーミエンスは通常1.0×10-7(mol/(m・sec・Pa))以上、好ましくは1.2×10-7(mol/(m・sec・Pa))以上、より好ましくは1.4×10-7(mol/(m・sec・Pa))以上であり、通常1.0×10-4(mol/(m・sec・Pa))以下、好ましくは1.0×10-5(mol/(m・sec・Pa))以下、より好ましくは5.0×10-6(mol/(m・sec・Pa))以下である。 The CO 2 permeance of the zeolite membrane composite after ion exchange is usually 1.0% for zeolite membranes that have undergone ion exchange after drying when synthesized without using an organic template, after calcination when synthesized using an organic template. 0×10 −7 (mol/(m 2 ·sec·Pa)) or more, preferably 1.2×10 −7 (mol/(m 2 ·sec·Pa)) or more, more preferably 1.4×10 −7 (mol/(m 2 ·sec·Pa)) or more, usually 1.0×10 −4 (mol/(m 2 ·sec·Pa)) or less, preferably 1.0×10 −5 ( mol/(m 2 ·sec·Pa)) or less, more preferably 5.0×10 −6 (mol/(m 2 ·sec·Pa)) or less.

また、Nのパーミエンスは通常1.0×10-10(mol/(m・sec・Pa))以上、好ましくは5.0×10-10(mol/(m・sec・Pa))以上、より好ましくは1.0×10-9(mol/(m・sec・Pa))以上であり、通常3.0×10-8(mol/(m・sec・Pa))以下、好ましくは2.7×10-8(mol/(m・sec・Pa))以下、より好ましくは2.5×10-8(mol/(m・sec・Pa))以下、さらに好ましくは2.3×10-8(mol/(m・sec・Pa))以下である。 In addition, the permeance of N 2 is usually 1.0×10 −10 (mol/(m 2 ·sec·Pa)) or more, preferably 5.0×10 −10 (mol/(m 2 ·sec·Pa)). above, more preferably 1.0×10 −9 (mol/(m 2 ·sec·Pa)) or more, usually 3.0×10 −8 (mol/(m 2 ·sec·Pa)) or less, Preferably 2.7×10 −8 (mol/(m 2 ·sec·Pa)) or less, more preferably 2.5×10 −8 (mol/(m 2 ·sec·Pa)) or less, still more preferably It is 2.3×10 −8 (mol/(m 2 ·sec·Pa)) or less.

また、CHのパーミエンスは通常1.0×10-11(mol/(m・sec・Pa))以上、好ましくは1.0×10-10(mol/(m・sec・Pa))以上、より好ましくは1.0×10-9(mol/(m・sec・Pa))以上であり、通常3.0×10-8(mol/(m・sec・Pa))以下、好ましくは1.0×10-8(mol/(m・sec・Pa))以下、より好ましくは5.0×10-9(mol/(m・sec・Pa))以下である。 In addition, the permeance of CH 4 is usually 1.0×10 −11 (mol/(m 2 ·sec·Pa)) or more, preferably 1.0×10 −10 (mol/(m 2 ·sec·Pa)). above, more preferably 1.0×10 −9 (mol/(m 2 ·sec·Pa)) or more, usually 3.0×10 −8 (mol/(m 2 ·sec·Pa)) or less, It is preferably 1.0×10 −8 (mol/(m 2 ·sec·Pa)) or less, more preferably 5.0×10 −9 (mol/(m 2 ·sec·Pa)) or less.

ここで、各気体のパーミエンスとは、実施例の項で詳述するとおり、ゼオライト膜複合体を十分乾燥させたのちに供給側の圧力を0.4MPa(絶対圧)とし透過側の圧力を大気圧として差圧0.3MPaとしたときの50℃における値である。 Here, the permeance of each gas means that after the zeolite membrane composite is sufficiently dried, the pressure on the feed side is set to 0.4 MPa (absolute pressure) and the pressure on the permeate side is increased. It is the value at 50° C. when the pressure difference is 0.3 MPa.

各種気体のパーミエンスを測定する際のゼオライト膜複合体の乾燥条件は十分に乾燥する条件であれば特に制限されないが、加熱乾燥することが望ましく、加熱温度は通常100℃以上、好ましくは140℃以上、より好ましくは170℃以上、通常300℃以下、好ましくは250℃以下である。また、透過しやすいガスを透過させながら乾燥することが望ましく、HeあるいはHを透過させながら乾燥することが望ましい。その際の供給側と透過側の圧力差としては通常0.1MPa以上、好ましくは0.2MPa以上、より好ましくは0.3MPa以上であり、通常1MPa以下、好ましくは0.8MPa以下、より好ましくは0.5MPa以下である。乾燥時間は通常1時間以上、好ましくは1.5時間以上であり、通常5時間以下、好ましくは3時間以下、より好ましくは2時間以下である。上記範囲のとき最も効率的に乾燥が可能である。 The drying conditions of the zeolite membrane composite when measuring the permeance of various gases are not particularly limited as long as they are sufficiently dry conditions, but it is desirable to dry by heating, and the heating temperature is usually 100 ° C. or higher, preferably 140 ° C. or higher. , more preferably 170°C or higher, usually 300°C or lower, preferably 250°C or lower. Moreover, it is desirable to dry while permeating easily permeable gas, and it is desirable to dry while permeating He or H 2 . At that time, the pressure difference between the feed side and the permeation side is usually 0.1 MPa or more, preferably 0.2 MPa or more, more preferably 0.3 MPa or more, and usually 1 MPa or less, preferably 0.8 MPa or less, more preferably It is 0.5 MPa or less. The drying time is usually 1 hour or more, preferably 1.5 hours or more, and usually 5 hours or less, preferably 3 hours or less, more preferably 2 hours or less. Drying can be most efficiently performed within the above range.

かくして得られるRHO型ゼオライトを含むゼオライト膜複合体は、優れた特性をもつものであり、本発明における気体あるいは液体の混合物の膜分離手段としてとくにN分離の膜分離手段として好適に用いることができる。 The zeolite membrane composite containing the RHO-type zeolite obtained in this manner has excellent properties, and can be suitably used as a membrane separation means for a mixture of gases or liquids in the present invention, particularly as a membrane separation means for N 2 separation. can.

[気体混合物の分離]
本発明のゼオライト膜複合体は、複数の成分からなる気体混合物または液体混合物を接触させ、透過性の高い成分を透過させて分離する、気体混合物または液体混合物の分離方法に適用可能である。
[Separation of gas mixture]
The zeolite membrane composite of the present invention can be applied to a method for separating a gas mixture or a liquid mixture, in which a gas mixture or liquid mixture composed of multiple components is brought into contact with each other and the highly permeable component is permeated and separated.

気体混合物の分離方法は、上記ゼオライト膜複合体に、複数の気体成分からなる気体混合物を接触させ、該気体混合物から、透過性の高い気体成分を透過して分離することに特徴を有するものである。特に本発明のゼオライト膜複合体は、Nの分離に好適に用いることができる。 The gas mixture separation method is characterized by contacting the zeolite membrane composite with a gas mixture composed of a plurality of gas components, and permeating and separating the highly permeable gas components from the gas mixture. be. In particular, the zeolite membrane composite of the present invention can be suitably used for separating N2 .

本発明におけるゼオライト膜の分離機能の一つは、分子ふるいとしての分離であり、用いるゼオライトの有効細孔径以上の大きさを有する気体分子とそれ以下の気体分子とを好適に分離することができる。 One of the separation functions of the zeolite membrane in the present invention is separation as a molecular sieve, and can suitably separate gas molecules having a size greater than or equal to the effective pore size of the zeolite used and gas molecules smaller than that. .

従って、本発明における透過性の高い気体成分とは、RHO型のゼオライト(好ましくはアルミノ珪酸塩)結晶相の細孔を通過しやすい気体分子からなる気体成分であり、分子径が概ね3.6Å程度より小さい気体分子からなる気体成分が好ましい。 Therefore, the highly permeable gas component in the present invention is a gas component composed of gas molecules that easily pass through the pores of the RHO-type zeolite (preferably aluminosilicate) crystal phase, and has a molecular diameter of approximately 3.6 Å. A gas component consisting of lesser gas molecules is preferred.

ゼオライトの有効細孔径は導入する金属種やイオン交換、酸処理、シリル化、有機テンプレートを焼成する際の酸素濃度などによって制御することが可能である。有効細孔径を制御することによって、分離性能を向上させることも可能である。 The effective pore size of zeolite can be controlled by the metal species to be introduced, ion exchange, acid treatment, silylation, oxygen concentration during firing of the organic template, and the like. Separation performance can also be improved by controlling the effective pore size.

イオン交換により、イオン半径の大きな1価のイオンで交換した場合には、有効細孔径は小さくなる方向となり、一方イオン半径の小さな1価のイオンで交換した場合には有効細孔径は、RHO構造がもつ細孔径に近い値となる。またカルシウムのような2価のイオンの場合にも交換サイトの位置によっては、有効細孔径がRHO構造がもつ細孔径に近い値となる。 When ion exchange is performed with monovalent ions having a large ionic radius, the effective pore size tends to decrease, while when the ion exchange is performed with monovalent ions having a small ionic radius, the effective pore size is reduced to the RHO structure. The value is close to the pore diameter of Also in the case of divalent ions such as calcium, the effective pore diameter is close to the pore diameter of the RHO structure depending on the position of the exchange site.

シリル化によっても、ゼオライトの有効細孔径を小さくすることが可能である。外表面の末端シラノールをシリル化し、さらに、シリル化層を積層することによって、ゼオライトの外表面に面した細孔の有効細孔径は小さくなる。 Silylation can also reduce the effective pore size of zeolites. By silylating the terminal silanols on the outer surface and laminating a silylated layer, the effective pore diameter of the pores facing the outer surface of the zeolite becomes smaller.

また、本発明のゼオライト膜複合体のもうひとつの分離機能は、ゼオライトの表面物性の制御により気体分子のゼオライト膜への吸着性を制御することである。すなわち、ゼオライトの極性を制御することによりゼオライトへの吸着性の大きな分子を透過させやすくすることもできる。 Another separation function of the zeolite membrane composite of the present invention is to control the adsorption of gas molecules to the zeolite membrane by controlling the surface properties of the zeolite. That is, by controlling the polarity of the zeolite, it is possible to facilitate the permeation of molecules that are highly adsorbable to the zeolite.

ゼオライト骨格のSiをAlで置換することにより極性を大きくすることが可能であり、これにより、極性の大きい気体分子を積極的にゼオライト細孔に吸着、透過させることができる。また、Alの置換量が減少すると極性の小さいゼオライト膜となり、極性の小さい気体分子を透過させるに有利となる。 By substituting Al for Si in the zeolite skeleton, the polarity can be increased, whereby highly polar gas molecules can be positively adsorbed and permeated into the zeolite pores. In addition, when the substitution amount of Al decreases, the zeolite membrane becomes a less polar zeolite membrane, which is advantageous for permeation of gas molecules with less polarity.

このほか、イオン交換によって、分子の吸着性能や、ゼオライト細孔径の制御を制御し、透過性能をコントロールすることもできる。 In addition, ion exchange can be used to control the adsorption performance of molecules and control the zeolite pore size, thereby controlling the permeation performance.

本発明において、望ましい気体混合物としては、二酸化炭素、水素、酸素、窒素、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ノルマルブタン、イソブタン、1-ブテン、2-ブテン、イソブテン、六フッ化硫黄、ヘリウム、一酸化炭素、一酸化窒素、水などから選ばれる少なくとも1種の成分を含むものが挙げられる。前記ガスを含む気体混合物の成分のうち、パーミエンスの高い気体成分は、ゼオライト膜複合体を透過し分離され、パーミエンスの低い気体成分は供給ガス側に濃縮される。 Preferred gas mixtures in the present invention include carbon dioxide, hydrogen, oxygen, nitrogen, methane, ethane, ethylene, propane, propylene, normal butane, isobutane, 1-butene, 2-butene, isobutene, sulfur hexafluoride, helium. , carbon monoxide, nitrogen monoxide, and water. Among the components of the gas mixture containing the gas, gas components with high permeance permeate the zeolite membrane composite and are separated, and gas components with low permeance are concentrated on the feed gas side.

さらに気体混合物としては、上記成分の少なくとも2種の成分を含むものがより好ましい。この場合、2種の成分としては、パーミエンスの高い成分とパーミエンスの低い成分の組合せが好ましい。 Furthermore, the gas mixture more preferably contains at least two of the above components. In this case, the two components are preferably a combination of a high permeance component and a low permeance component.

ガス分離の条件は、対象とするガス種や組成、膜の性能により異なるが、温度は、通常0~300℃、好ましくは室温~200℃、より好ましくは室温~150℃である。 The gas separation conditions vary depending on the target gas species, composition, and membrane performance, but the temperature is usually 0 to 300°C, preferably room temperature to 200°C, more preferably room temperature to 150°C.

供給ガスの圧力は、分離対象のガスが高圧であればそのままの圧力でもよく、適宜圧力を減圧調整して所望の圧力にして用いてもよい。分離対象のガスが、分離に用いる圧力より低い場合は、圧縮機などで増圧して用いることができる。 The pressure of the supply gas may be the same as long as the gas to be separated is at a high pressure, or the pressure may be adjusted to a desired pressure by appropriately reducing the pressure. When the pressure of the gas to be separated is lower than the pressure used for separation, it can be used after increasing the pressure with a compressor or the like.

供給ガスの圧力は特に制限されないが、通常大気圧若しくは大気圧より大きく、好ましくは0.1MPa以上、より好ましくは0.11MPa以上である。また、通常上限値は20MPa以下、好ましくは10MPa以下、より好ましくは1MPa以下である。 Although the pressure of the supplied gas is not particularly limited, it is usually atmospheric pressure or higher than atmospheric pressure, preferably 0.1 MPa or higher, more preferably 0.11 MPa or higher. Also, the upper limit is usually 20 MPa or less, preferably 10 MPa or less, more preferably 1 MPa or less.

供給側のガスと透過側のガスの差圧は特に制限されないが、通常20MPa以下、好ましくは10MPa以下、より好ましくは5MPa以下、更に好ましくは1MPa以下である。また、通常0.001MPa以上、好ましくは0.01MPa以上、より好ましくは0.02MPa以上である。 Although the differential pressure between the gas on the supply side and the gas on the permeation side is not particularly limited, it is usually 20 MPa or less, preferably 10 MPa or less, more preferably 5 MPa or less, and still more preferably 1 MPa or less. Moreover, it is usually 0.001 MPa or more, preferably 0.01 MPa or more, and more preferably 0.02 MPa or more.

ここで差圧とは、当該ガスの供給側の分圧と透過側の分圧の差をいう。
尚、本発明における圧力[Pa]は、特に断りのない限り、絶対圧を指す。
Here, the differential pressure means the difference between the partial pressure of the gas on the supply side and the partial pressure on the permeate side.
The pressure [Pa] in the present invention refers to absolute pressure unless otherwise specified.

供給ガスの流速は、透過するガスの減少を補うことが可能である程度の流速でまた供給ガスにおいて透過性の小さなガスの膜のごく近傍における濃度とガス全体における濃度が一致するように、ガスを混合できるだけの流速であればよく、分離ユニットの管径、膜の分離性能にもよるが、通常0.5mm/sec以上、この好ましくは1mm/sec以上であり、上限は特に制限なく、通常1m/sec以下、好ましくは0.5m/sec以下である。 The flow rate of the feed gas is such that it is possible to compensate for the reduction in permeation gas and that the concentration of the less permeable gas in the feed gas in the immediate vicinity of the membrane matches the concentration in the gas as a whole. It is sufficient if the flow rate is sufficient for mixing, and it is usually 0.5 mm/sec or more, preferably 1 mm/sec or more, although it depends on the pipe diameter of the separation unit and the separation performance of the membrane, and the upper limit is not particularly limited, usually 1 m /sec or less, preferably 0.5 m/sec or less.

本発明の分離方法において、スイープガスを用いてもよい。スイープガスを用いた方法とは、透過側に供給ガスとは異なる種類のガスを流し、膜を透過したガスを回収するものである。 A sweep gas may be used in the separation method of the present invention. The method using a sweep gas is a method in which a different kind of gas from the supply gas is flowed to the permeation side, and the gas that has permeated the membrane is recovered.

スイープガスの圧力は、通常大気圧であるが特に制限はなく、好ましくは20MPa以下、より好ましくは10MPa以下、更に好ましくは1MPa以下であり、下限は、好ましくは0.09MPa以上、より好ましくは、0.1MPa以上である。場合によっては、減圧にして用いてもよい。 The pressure of the sweep gas is usually atmospheric pressure, but is not particularly limited. It is 0.1 MPa or more. Depending on the case, it may be used under reduced pressure.

スイープガスの流速は、特に制限はないが、通常1×10-7mol/(m・s)以上1×10mol/(m・s)以下である。 The flow rate of the sweep gas is not particularly limited, but is usually 1×10 −7 mol/(m 2 ·s) or more and 1×10 4 mol/(m 2 ·s) or less.

気体混合物の分離に用いる装置は、特に限定されないが、通常はモジュールにして用いる。膜モジュールは、例えば、図4および5に示したような装置でもよいし、「ガス分離・精製技術」(株)東レリサーチセンター2007年発行22頁に例示されている膜モジュールを用いてもよい。 The device used for separating the gas mixture is not particularly limited, but it is usually used as a module. The membrane module may be, for example, an apparatus as shown in FIGS. 4 and 5, or a membrane module exemplified in "Gas Separation and Purification Technology" Toray Research Center, 2007, page 22. .

[分離性能]
本発明の多孔質支持体-ゼオライト膜複合体は、耐薬品性、耐酸化性、耐熱安定性、耐圧性に優れかつ、高い透過性能、分離性能を発揮し、耐久性に優れた性能を持つ。特に無機ガス、低級炭化水素の分離に優れた分離性能を示す。
[Separation performance]
The porous support-zeolite membrane composite of the present invention has excellent chemical resistance, oxidation resistance, heat stability, and pressure resistance, exhibits high permeation performance and separation performance, and has excellent durability. . In particular, it exhibits excellent separation performance for separation of inorganic gases and lower hydrocarbons.

ここでいう高い透過性能とは、十分な処理量を示し、例えば、膜を透過する気体成分のパーミエンス(Permeance)[mol・(m・s・Pa)-1]が、例えば二酸化炭素を、温度50℃、差圧0.098MPaで透過させた場合、通常1×10-9以上、好ましくは5×10-8以上、より好ましくは1×10-7以上であり、上限は特に限定されず、通常1×10-4以下である。 The high permeation performance referred to here indicates a sufficient throughput. When permeated at a temperature of 50 ° C. and a differential pressure of 0.098 MPa, it is usually 1 × 10 -9 or more, preferably 5 × 10 -8 or more, more preferably 1 × 10 -7 or more, and the upper limit is not particularly limited. , usually less than 1×10 −4 .

ここで、パーミエンス(Permeance:透過度)とは、透過する物質量を、膜面積と時間と透過する物質の供給側と透過側の分圧差の積で割ったものであり、単位は、[mol・(m・s・Pa)-1]であり、実施例の項において述べる方法により算出される値である。 Here, the permeance is the amount of permeating substance divided by the product of the membrane area, the time, and the partial pressure difference between the feed side and the permeate side of the permeating substance, and the unit is [mol ·(m 2 ·s·Pa) −1 ], which is a value calculated by the method described in the Examples section.

本発明のゼオライト膜複合体は、上記のとおり、耐薬品性、耐酸化性、耐熱安定性、耐圧性に優れかつ、高い透過性能、分離性能を発揮し、耐久性に優れるものであり、例えば空気からの酸素富化ガスの製造(医療用、燃焼用酸素富化空気など)や燃焼排ガス中のN分離によるCO回収用途などに特に好適に用いることができる。 As described above, the zeolite membrane composite of the present invention has excellent chemical resistance, oxidation resistance, heat stability, and pressure resistance, exhibits high permeation performance and separation performance, and has excellent durability. It can be particularly suitably used for production of oxygen-enriched gas from air (medical use, oxygen-enriched air for combustion, etc.), CO2 recovery by N2 separation in combustion exhaust gas, and the like.

[液体混合物の分離]
本発明の液体混合物の分離または濃縮方法は、上記多孔質支持体-ゼオライト膜複合体に、複数の成分からなる液体の混合物を接触させて、該混合物から、透過性の高い物質を透過させて分離する、または、該混合物から透過性の高い物質を透過させることにより、透過性の低い物質を濃縮することに特徴をもつものである。この発明において、多孔質支持体-ゼオライト膜複合体は、上記と同様のものが用いられる。また、好ましいものも上記と同様である。
[Separation of liquid mixture]
In the method for separating or concentrating a liquid mixture of the present invention, a liquid mixture comprising a plurality of components is brought into contact with the porous support-zeolite membrane composite, and a highly permeable substance is permeated from the mixture. It is characterized by separating or concentrating the less permeable substance by permeating the highly permeable substance from the mixture. In the present invention, the same porous support-zeolite membrane composite as described above is used. Moreover, preferable ones are also the same as above.

本発明の分離または濃縮方法において、ゼオライト膜を備えた多孔質支持体を介し、支持体側又はゼオライト膜側の一方の側に複数の成分からなる液体の混合物を接触させ、その逆側を混合物が接触している側よりも低い圧力とすることによって混合物から、ゼオライト膜に透過性が高い物質(透過性が相対的に高い混合物中の物質)を選択的に、すなわち透過物質の主成分として透過させる。これにより、混合物から透過性の高い物質を分離することができる。その結果、混合物中の特定の成分(透過性が相対的に低い混合物中の物質)の濃度を高めることで、特定の成分を分離回収、あるいは濃縮することができる。 In the separation or concentration method of the present invention, a liquid mixture composed of a plurality of components is brought into contact with one of the support side or the zeolite membrane side through a porous support provided with a zeolite membrane, and the mixture is placed on the other side. By applying a lower pressure than the contacting side, the mixture is selectively permeated with a substance that is highly permeable to the zeolite membrane (a substance in the mixture with a relatively high permeability), that is, as the main component of the permeable substance. Let This allows the highly permeable substance to be separated from the mixture. As a result, by increasing the concentration of specific components in the mixture (substances in the mixture with relatively low permeability), the specific components can be separated and recovered or concentrated.

分離または濃縮の対象となる混合物としては、本発明における多孔質支持体-ゼオライト膜複合体によって、分離または濃縮が可能な複数の成分からなる液体の混合物であれば特に制限はなく、如何なる混合物であってもよい。 The mixture to be separated or concentrated is not particularly limited as long as it is a liquid mixture composed of multiple components that can be separated or concentrated by the porous support-zeolite membrane composite of the present invention, and any mixture can be used. There may be.

分離または濃縮の対象となる混合物が、例えば、有機化合物と水との混合物(以下これを、「含水有機化合物」と略称することがある。)の場合、通常水がゼオライト膜に対する透過性が高いので、混合物から水が分離され、有機化合物は元の混合物中で濃縮される。パーベーパレーション法(浸透気化法)、ベーパーパーミエーション法(蒸気透過法)と呼ばれる分離または濃縮方法は、本発明の方法におけるひとつの実施形態である。パーベーパレーション法は、液体の混合物をそのまま分離膜に導入する分離または濃縮方法であるため、分離または濃縮を含むプロセスを簡便なものにすることができる。 When the mixture to be separated or concentrated is, for example, a mixture of an organic compound and water (hereinafter sometimes abbreviated as a "hydrous organic compound"), water usually has a high permeability to the zeolite membrane. So the water is separated from the mixture and the organic compounds are concentrated in the original mixture. A separation or concentration method called pervaporation method (pervaporation method) or vapor permeation method (vapor permeation method) is one embodiment of the method of the present invention. Since the pervaporation method is a separation or concentration method in which a liquid mixture is directly introduced into a separation membrane, the process including separation or concentration can be simplified.

ベーパーパーミエーション法は、液体の混合物を気化させてから分離膜に導入する分離・濃縮方法であるため、蒸留装置と組み合わせて使用することや、より高温、高圧での分離に用いることができる。またベーパーパーミエーション法は、液体の混合物を気化させてから分離膜に導入することから、供給液中に含まれる不純物や、液体状態では会合体やオリゴマーを形成する物質が膜に与える影響を低減することができる。本発明により得られる多孔質支持体-ゼオライト膜複合体はいずれの方法に対しても好適に用いることができる。 Since the vapor permeation method is a separation/concentration method in which a liquid mixture is vaporized and then introduced into a separation membrane, it can be used in combination with a distillation apparatus or for separation at higher temperatures and pressures. In addition, the vapor permeation method reduces the influence of impurities contained in the feed liquid and substances that form aggregates and oligomers in the liquid state on the membrane because the liquid mixture is vaporized before being introduced into the separation membrane. can do. The porous support-zeolite membrane composite obtained by the present invention can be suitably used for any method.

また、ベーパーパーミエーション法で高温での分離を行う場合、一般的に温度が高いほど、また混合物中の透過性の低い成分の濃度が高いほど、例えば有機化合物と水との混合物の場合、有機化合物の濃度が高いほど分離性能が低下するが、本発明により得られる多孔質支持体-ゼオライト膜複合体は、高温でも、混合物中の透過性の低い成分の濃度が高い場合でも高い分離性能を発現することができる。そして通常、ベーパーパーミエーション法は、液体混合物を気化させてから分離するため、通常はパーベーパレーション法よりも過酷な条件での分離となるため、膜複合体の耐久性も要求される。本発明により得られる多孔質支持体-ゼオライト膜複合体は、高温条件下でも分離が可能な耐久性を有しているのでベーパーパーミエーション法に好適である。 In addition, when separation is performed at a high temperature by the vapor permeation method, the higher the temperature and the higher the concentration of the component with low permeability in the mixture, for example, the higher the concentration of the organic compound and water. The higher the concentration of the compound, the lower the separation performance, but the porous support-zeolite membrane composite obtained by the present invention exhibits high separation performance even at high temperatures and even when the concentration of the low-permeability component in the mixture is high. can be expressed. In general, the vapor permeation method separates a liquid mixture after it is vaporized, and thus the separation is usually performed under harsher conditions than in the pervaporation method. Therefore, durability of the membrane composite is also required. The porous support-zeolite membrane composite obtained by the present invention is suitable for the vapor permeation method because it has durability that enables separation even under high temperature conditions.

前記多孔質支持体-ゼオライト膜複合体は、特定の物理化学的性質を有することで、混合物中の透過性の低い成分の濃度が高い場合のみならず、透過性の低い成分の濃度が低い場合でも高い透過性能、選択性を発揮し、耐久性に優れた分離膜としての性能を持つ。例えば有機化合物と水との混合物の場合、水の濃度にかかわらず高い選択性を発揮する。すなわち、本発明の特定の物理化学的性質を有するゼオライト膜複合体は、幅広い濃度範囲の混合物の分離および濃縮に好適である。 The porous support-zeolite membrane composite has specific physicochemical properties, so that not only when the concentration of the low-permeability component in the mixture is high, but also when the concentration of the low-permeability component is low However, it exhibits high permeation performance and selectivity, and has performance as a separation membrane with excellent durability. For example, in the case of a mixture of an organic compound and water, high selectivity is exhibited regardless of the concentration of water. That is, the zeolite membrane composite having specific physicochemical properties of the present invention is suitable for separating and concentrating mixtures over a wide range of concentrations.

選択性は分離係数により表される。分離係数は膜分離で一般的に用いられる選択性を表す以下の指標である。 Selectivity is expressed by the separation factor. The separation factor is the following index representing selectivity generally used in membrane separation.

分離係数=(Pα/Pβ)/(Fα/Fβ
[ここで、Pαは透過液中の主成分の質量パーセント濃度、Pβは透過液中の副成分の質量パーセント濃度、Fαは透過液において主成分となる成分の被分離混合物中の質量パーセント濃度、Fβは透過液において副成分となる成分の被分離混合物中の質量パーセント濃度である。]
Separation factor = ( / )/( / )
[Here, P α is the mass percent concentration of the main component in the permeated liquid, P β is the mass percent concentration of the secondary component in the permeated liquid, and F α is the mass of the main component in the permeated liquid in the mixture to be separated. The percent concentration, , is the weight percent concentration in the mixture to be separated of the component that becomes the minor component in the permeate. ]

含水有機化合物は、適当な水分調節方法により、予め含水率を調節したものであってもよい。また、水分調節方法としては、それ自体既知の方法、例えば、蒸留、圧力スイング吸着(PSA)、温度スイング吸着(TSA)、デシカントシステムなどが挙げられる。 The water-containing organic compound may be one whose water content has been adjusted in advance by a suitable water-adjusting method. Moisture control methods also include methods known per se, such as distillation, pressure swing adsorption (PSA), temperature swing adsorption (TSA), desiccant systems, and the like.

さらに、ゼオライト膜複合体によって水が分離された含水有機化合物から、さらに水を分離してもよい。これにより、より高度に水を分離し、含水有機化合物をさらに高度に濃縮することができる。 Furthermore, water may be further separated from the hydrous organic compound from which water has been separated by the zeolite membrane composite. Thereby, water can be separated to a higher degree, and the hydrous organic compound can be further concentrated.

有機化合物としては、例えば、酢酸、アクリル酸、プロピオン酸、蟻酸、乳酸、シュウ酸、酒石酸、安息香酸などのカルボン酸類や、スルフォン酸、スルフィン酸、ハビツル酸、尿酸、フェノール、エノール、ジケトン型化合物、チオフェノール、イミド、オキシム、芳香族スルフォンアミド、第1級および第2級ニトロ化合物などの有機酸類;メタノール、エタノール、イソプロパノール(2-プロパノール)などのアルコール類;アセトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類;アセトアルデヒドなどのアルデヒド類、ジオキサン、テトラヒドロフラン等のエーテル類;ジメチルホルムアミド、N-メチルピロリドン等のアミドなどの窒素を含む有機化合物(N含有有機化合物)、酢酸エステル、アクリル酸エステル等のエステル類などが挙げられる。 Examples of organic compounds include carboxylic acids such as acetic acid, acrylic acid, propionic acid, formic acid, lactic acid, oxalic acid, tartaric acid, and benzoic acid, sulfonic acid, sulfinic acid, habituric acid, uric acid, phenol, enol, and diketone type compounds. , thiophenols, imides, oximes, aromatic sulfonamides, primary and secondary nitro compounds; alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol (2-propanol); ketones such as acetone and methyl isobutyl ketone. aldehydes such as acetaldehyde; ethers such as dioxane and tetrahydrofuran; organic compounds containing nitrogen (N-containing organic compounds) such as amides such as dimethylformamide and N-methylpyrrolidone; esters such as acetates and acrylates etc.

これらの中から、RHO型ゼオライトの分子ふるいと親水性の両方の特徴を生かすことのできる含水有機化合物の分離としては、有機酸と水との混合物からの有機酸の分離や低級アルコールの水からの分離があげられ、具体的には酢酸と水の分離、エタノールと水の分離、メタノールと水の分離などが好適な例として挙げられる。 Among these, the separation of hydrous organic compounds that can make use of both the molecular sieve and the hydrophilicity of RHO-type zeolite includes the separation of organic acids from mixtures of organic acids and water, and the separation of lower alcohols from water. Specific examples include separation of acetic acid and water, separation of ethanol and water, separation of methanol and water, and the like.

また有機化合物は、水と混合物(混合溶液)を形成し得る高分子化合物でもよい。かかる高分子化合物としては、分子内に極性基を有するもの、例えば、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコールなどのポリオール類;ポリアミン類;ポリスルホン酸類;ポリアクリル酸などのポリカルボン酸類;ポリアクリル酸エステルなどのポリカルボン酸エステル類;グラフト重合等によってポリマー類を変性させた変性高分子化合物類;オレフィンなどの非極性モノマーとカルボキシル基等の極性基を有する極性モノマーとの共重合によって得られる共重合高分子化合物類などが挙げられる。 The organic compound may also be a polymer compound capable of forming a mixture (mixed solution) with water. Examples of such polymer compounds include those having a polar group in the molecule, for example, polyols such as polyethylene glycol and polyvinyl alcohol; polyamines; polysulfonic acids; polycarboxylic acids such as polyacrylic acid; Carboxylic acid esters; modified polymer compounds obtained by modifying polymers by graft polymerization, etc.; copolymer polymer compounds obtained by copolymerizing non-polar monomers such as olefins with polar monomers having polar groups such as carboxyl groups and the like.

前記含水有機化合物は、水とフェノールの混合物のように、共沸混合物を形成する混合物でもよく、共沸混合物を形成する混合物の分離においては、水を選択的にかつ、蒸留による分離よりも効率よく分離可能な面で好ましい。具体的には、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、1-ブタノール、2-ブタノール等のアルコール類と水の混合物;酢酸エチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸メチル等;のエステル類と水の混合物、ギ酸、イソ酪酸、吉草酸等のカルボン酸類と水の混合物;フェノール、アニリン等の芳香族有機物と水の混合物;アセトニトリル、アクリロニトリル等の窒素含有化合物と水の混合物等が挙げられる。 The hydrous organic compound may be a mixture that forms an azeotrope, such as a mixture of water and phenol, and in the separation of the mixture that forms an azeotrope, water is selective and more efficient than separation by distillation. It is preferable because it can be easily separated. Specifically, mixtures of alcohols such as ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, and 2-butanol and water; ethyl acetate, ethyl acrylate, methyl methacrylate, etc.; mixtures of esters and water , mixtures of carboxylic acids such as , formic acid, isobutyric acid and valeric acid with water; mixtures of aromatic organic substances such as phenol and aniline with water; mixtures of nitrogen-containing compounds such as acetonitrile and acrylonitrile with water.

さらに、含水有機化合物は、水とポリマーエマルジョンとの混合物でもよい。ここで、ポリマーエマルジョンとは、接着剤や塗料等で通常使用される、界面活性剤とポリマーとの混合物である。ポリマーエマルジョンに用いられるポリマーとしては、例えば、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、アクリル樹脂、ポリオレフィン、エチレン-ビニルアルコール共重合体などのオレフィン-極性モノマー共重合体、ポリスチレン、ポリビニルエーテル、ポリアミド、ポリエステル、セルロース誘導体等の熱可塑性樹脂;尿素樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン等の熱硬化性樹脂;天然ゴム、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、スチレン-ブタジエン共重合体などのブタジエン共重合体等のゴム等が挙げられる。また界面活性剤としては、それ自体既知のものを用いればよい。 Furthermore, the hydrous organic compound may be a mixture of water and a polymer emulsion. Here, the polymer emulsion is a mixture of a surfactant and a polymer that is commonly used in adhesives, paints, and the like. Polymers used in polymer emulsions include, for example, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, acrylic resins, polyolefins, olefin-polar monomer copolymers such as ethylene-vinyl alcohol copolymers, polystyrene, polyvinyl ether, polyamide, polyester, and cellulose. thermoplastic resins such as derivatives; thermosetting resins such as urea resins, phenol resins, epoxy resins and polyurethanes; rubbers such as butadiene copolymers such as natural rubber, polyisoprene, polychloroprene and styrene-butadiene copolymers; mentioned. Further, as the surfactant, one known per se may be used.

本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例の記載に限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to the description of the Examples below as long as it does not exceed the gist of the invention.

(1)X線回折(XRD)の測定方法
XRD測定は以下の条件に基づき行った。
装置名:Bruker社製New D8 ADVANCE
光学系:集中光学系
光学系仕様 入射側:封入式X線管球(CuKα)
Soller Slit (2.5°)
Divergence Slit (Valiable Slit)
試料台:XYZステージ
受光側:半導体アレイ検出器(Lynx Eye 1D mode)
Ni-filter
Soller Slit (2.5°)
ゴニオメーター半径:280mm
測定条件 X線出力(CuKα):40kV、40mA
走査軸:θ/2θ
走査範囲(2θ):5.0-70.0°
測定モード:Continuous
読込幅:0.01°
計数時間:57.0sec(0.3sec×190ch)
自動可変スリット(Automatic-DS):1mm(照射幅)
測定データには可変→固定スリット補正を行った。
(1) X-ray diffraction (XRD) measurement method XRD measurement was performed under the following conditions.
Apparatus name: New D8 ADVANCE manufactured by Bruker
Optical system: Concentrated optical system Optical system specifications Incident side: Sealed X-ray tube (CuKα)
Soller Slit (2.5°)
Divergence Slit (Variable Slit)
Sample stand: XYZ stage
Light receiving side: Semiconductor array detector (Lynx Eye 1D mode)
Ni-filter
Soller Slit (2.5°)
Goniometer radius: 280mm
Measurement conditions X-ray output (CuKα): 40 kV, 40 mA
Scan axis: θ/2θ
Scanning range (2θ): 5.0-70.0°
Measurement mode: Continuous
Read width: 0.01°
Counting time: 57.0 sec (0.3 sec x 190 ch)
Automatic variable slit (Automatic-DS): 1 mm (irradiation width)
Variable → fixed slit correction was performed on the measurement data.

尚、X線は円筒管(ゼオライト膜複合体)の軸方向に対して垂直な方向に照射した。また、X線はできるだけノイズ等がはいらないように、試料台においたゼオライト膜複合体と、試料台表面と平行な面とが接する2つのラインのうち、試料台表面ではなく、試料台表面より上部にあるもう一方のライン上に主にあたるようにした。 The X-rays were applied in a direction perpendicular to the axial direction of the cylindrical tube (zeolite membrane composite). In addition, in order to avoid noise etc. as much as possible, X-rays are emitted from the sample stage surface, not the sample stage surface, of the two lines where the zeolite membrane composite placed on the sample stage and the plane parallel to the sample stage surface are in contact. I made it hit mainly on the other line at the top.

また、照射幅を自動可変スリットによって1mmに固定して測定し、Materials Data, Inc.のXRD解析ソフトJADE+9.4(英語版)を用いて可変スリット→固定スリット変換を行ってXRDパターンを得た。
尚、ピーク強度比を算出する際は、各ピークの強度の実測値からベースライン強度を除いた強度を用いた。
Also, the irradiation width was fixed at 1 mm by an automatic variable slit and measured. The XRD pattern was obtained by performing variable slit to fixed slit conversion using XRD analysis software JADE+9.4 (English version).
When calculating the peak intensity ratio, the intensity obtained by subtracting the baseline intensity from the measured value of the intensity of each peak was used.

(2)空気透過量
ゼオライト膜複合体の一端を封止し、他端を、密閉状態で5kPaの真空ラインに接続して、真空ラインとゼオライト膜複合体の間に設置したマスフローメーターで空気の流量を測定し、空気透過量[L/(m・h)]とした。マスフローメーターとしてはKOFLOC社製8300、Nガス用、最大流量500ml/min(20℃、1気圧換算)を用いた。KOFLOC社製8300においてマスフローメーターの表示が10ml/min(20℃、1気圧換算)以下であるときはLintec社製MM-2100M、Airガス用、最大流量20ml/min(0℃、1気圧換算)を用いて測定した。
(2) Air permeation amount One end of the zeolite membrane composite was sealed, the other end was connected to a vacuum line of 5 kPa in a sealed state, and a mass flow meter installed between the vacuum line and the zeolite membrane composite was used to remove air. The flow rate was measured and taken as the air permeation amount [L/(m 2 ·h)]. As a mass flow meter, KOFLOC 8300, for N 2 gas, maximum flow rate 500 ml/min (at 20° C., converted to 1 atm) was used. KOFLOC 8300, when the mass flow meter display is 10 ml/min (20°C, 1 atmosphere conversion) or less, Lintec MM-2100M for Air gas, maximum flow rate 20 ml/min (0°C, 1 atmosphere conversion) was measured using

(3)SEM測定
SEM測定は以下の条件に基づき行った。
装置名:ULTRA55(Zeiss社製)
加速電圧:10kV
(3) SEM measurement SEM measurement was performed under the following conditions.
Apparatus name: ULTRA55 (manufactured by Zeiss)
Accelerating voltage: 10 kV

(4)SEM-EDX測定
SEM観察:機種名 ULTRA55(Zeiss社製)
加速電圧 10 kV
観察倍率 2000 倍
WD 7 mm
検出器 チャンバーSE検出器
EDX分析:機種名:Quantax200(Bruker社製)
検出器 XFlash 4010
加速電圧 10 kV
収集時間 60 s
倍率2000倍で一定範囲を走査し、X線定量分析を行った。
(4) SEM-EDX measurement SEM observation: model name ULTRA55 (manufactured by Zeiss)
Accelerating voltage 10 kV
Observation magnification 2000 times WD 7 mm
Detector Chamber SE detector EDX analysis: Model name: Quantax200 (manufactured by Bruker)
Detector XFlash 4010
Accelerating voltage 10 kV
Collection time 60 s
A fixed range was scanned at a magnification of 2000 times, and X-ray quantitative analysis was performed.

この際、ICP分析によって元素量を求めた粉末サンプルによって得た、検量線を用いた。 At this time, a calibration curve obtained from a powder sample whose elemental content was determined by ICP analysis was used.

(5)単成分ガス透過試験
単成分ガス透過試験は、図5に模式的に示す装置を用いて、以下のとおり行った。用いた試料ガスは、二酸化炭素(純度99.9%、高圧ガス工業社製)またはメタン(純度99.999%、ジャパンファインプロダクツ社製)またはヘリウム(純度99.995%、株式会社ジャパンヘリウムセンター製)または窒素(純度99.99% 東邦酸素工業株式会社製)である。
(5) Single-component gas permeation test A single-component gas permeation test was performed using an apparatus schematically shown in Fig. 5 as follows. The sample gas used was carbon dioxide (purity 99.9%, manufactured by Koatsu Gas Kogyo Co., Ltd.), methane (purity 99.999%, manufactured by Japan Fine Products), or helium (purity 99.995%, Japan Helium Center Co., Ltd.). manufactured by Toho Sanso Kogyo Co., Ltd.) or nitrogen (purity 99.99% manufactured by Toho Sanso Kogyo Co., Ltd.).

図5において、ゼオライト膜複合体1は、ステンレス製の耐圧容器2に格納された状態で恒温槽(図示せず)に設置されている。恒温槽には、試料ガスの温度調整が可能なように、温度制御装置が付設されている。 In FIG. 5, the zeolite membrane composite 1 is installed in a constant temperature bath (not shown) while being housed in a stainless steel pressure vessel 2 . The constant temperature bath is equipped with a temperature controller so that the temperature of the sample gas can be adjusted.

ゼオライト膜複合体1の一端は、円柱状のエンドピン3で密封されている。他端は接続部4で接続され、接続部4の他端は、耐圧容器2と接続されている。円筒形のゼオライト膜複合体の内側と、透過ガス8を排出する配管11が、接続部4を介して接続されており、配管11は、耐圧容器2の外側に伸びている。耐圧容器2には、試料ガスの供給側の圧力を測る圧力計5が接続されている。各接続部は気密性よく接続されている。 One end of the zeolite membrane composite 1 is sealed with a cylindrical endpin 3 . The other end is connected to the connecting portion 4 , and the other end of the connecting portion 4 is connected to the pressure vessel 2 . The inside of the cylindrical zeolite membrane composite and a pipe 11 for discharging the permeating gas 8 are connected via the connecting part 4 , and the pipe 11 extends to the outside of the pressure vessel 2 . A pressure gauge 5 for measuring the pressure on the supply side of the sample gas is connected to the pressure vessel 2 . Each connection is airtightly connected.

図5の装置において、試料ガス(供給ガス7)を、一定の圧力で耐圧容器2とゼオライト膜複合体1の間に供給し、ゼオライト膜複合体を透過した透過ガス8を、配管11に接続されている流量計(図示せず)にて測定する。 In the apparatus of FIG. 5, a sample gas (supply gas 7) is supplied between the pressure vessel 2 and the zeolite membrane composite 1 at a constant pressure, and the permeated gas 8 that has permeated the zeolite membrane composite is connected to a pipe 11. It is measured with a flow meter (not shown) provided.

さらに具体的には、水分や空気などの成分を除去するため、測定温度以上での乾燥、及び、排気若しくは使用する供給ガスによるパージ処理をした後、試料温度及びゼオライト膜複合体1の供給ガス7側と透過ガス8側の差圧を一定として、透過ガス流速が安定したのちに、ゼオライト膜複合体1を透過した試料ガス(透過ガス8)の流速を測定し、ガスのパーミエンス[mol・(m・s・Pa)-1]を算出する。パーミエンスを計算する際の圧力は、供給ガスの供給側と透過側の圧力差(差圧)を用いる。 More specifically, in order to remove components such as moisture and air, after drying at a measurement temperature or higher and purging with exhaust or the supply gas used, the sample temperature and the supply gas of the zeolite membrane composite 1 After the differential pressure between the 7 side and the permeating gas 8 side is constant and the permeating gas flow rate is stabilized, the flow rate of the sample gas (permeating gas 8) that has permeated the zeolite membrane composite 1 is measured, and the gas permeance [mol · (m 2 ·s·Pa) −1 ]. The pressure difference (differential pressure) between the supply side and the permeate side of the supply gas is used as the pressure for calculating the permeance.

上記測定結果に基づき、理想分離係数αを下記式(1)により算出する。 Based on the above measurement results, the ideal separation factor α is calculated by the following formula (1).

α=(QCO/QCH4)/(PCO/PCH4) (1)
〔式(1)中、QCOおよびQCH4は、それぞれ、二酸化炭素およびメタンの透過量[mol・(m・s)-1]を示し、PCOおよびPCH4は、それぞれ、供給ガスである二酸化炭素およびメタンの圧力[Pa]を示す。〕
ここには二酸化炭素とメタンの理想分離係数の算出法を示したが、他のガスと他のガスの理想分離係数も同様に算出される。
α=(QCO 2 /Q CH4 )/(PCO 2 /P CH4 ) (1)
[In formula (1), QCO 2 and Q CH4 represent the permeation amounts of carbon dioxide and methane [mol·(m 2 ·s) −1 ], respectively, and PCO 2 and P CH4 represent the feed gas It shows the pressure [Pa] of certain carbon dioxide and methane. ]
Although the method for calculating the ideal separation factors for carbon dioxide and methane is shown here, the ideal separation factors for other gases are similarly calculated.

[実施例1](RHO型ゼオライトの製造)
RHO型ゼオライトを次の通り合成した。
[Example 1] (Production of RHO-type zeolite)
An RHO-type zeolite was synthesized as follows.

22.8gの18-クラウン-6-エーテル(東京化成社製)と5.8gのNaOH(キシダ化学社製)及び4.7gのCsOH・HO(三津和化学社製)を84.1gの水に溶解させ、得られた溶液を80℃で3時間撹拌することにより、クラウンエーテル-アルカリ水溶液を得た。 84.1 g of 22.8 g of 18-crown-6-ether (manufactured by Tokyo Kasei Co., Ltd.), 5.8 g of NaOH (manufactured by Kishida Kagaku Co., Ltd.) and 4.7 g of CsOH.H 2 O (manufactured by Mitsuwa Kagaku Co., Ltd.) of water, and the resulting solution was stirred at 80° C. for 3 hours to obtain a crown ether-alkali aqueous solution.

29.8gのFAU型ゼオライト(SiO/Alモル比(以下「SAR」という場合がある)=30、Zeolyst社製 CBV720)に上記クラウンエーテル-アルカリ水溶液を滴下し、更に種結晶として国際公開公報WO2015/020014号に従って合成したRHO型ゼオライトを0.6g添加し、室温で2時間撹拌し、水熱合成用原料混合物を調製した。この混合物の組成(モル比)は次の通りである。
SiO/Al/NaOH/CsOH/HO/18-クラウン-6-エーテル=1/0.033/0.30/0.06/10/0.18
The crown ether-alkali aqueous solution was added dropwise to 29.8 g of FAU-type zeolite (SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio (hereinafter sometimes referred to as “SAR”) = 30, CBV720 manufactured by Zeolyst), and further seed crystals were added. 0.6 g of RHO-type zeolite synthesized according to International Publication WO2015/020014 was added and stirred at room temperature for 2 hours to prepare a raw material mixture for hydrothermal synthesis. The composition (molar ratio) of this mixture is as follows.
SiO 2 /Al 2 O 3 /NaOH/CsOH/H 2 O/18-crown-6-ether=1/0.033/0.30/0.06/10/0.18

この水熱合成用原料混合物を室温で24時間熟成した後、耐圧容器に入れ、150℃のオーブン中に静置し、72時間水熱合成を行った。この水熱合成反応後、反応液を冷却して、濾過により生成した結晶を回収した。回収した結晶を100℃で12時間乾燥した後、得られたゼオライト粉末のXRDを測定したところ、格子面間隔表示で表1に示すような位置にピーク及び相対強度を有するRHO型ゼオライトである事を確認した。また、XRDパターンを図1に示す。 After the raw material mixture for hydrothermal synthesis was aged at room temperature for 24 hours, it was placed in a pressure vessel and allowed to stand still in an oven at 150° C. for hydrothermal synthesis for 72 hours. After this hydrothermal synthesis reaction, the reaction solution was cooled and the crystals produced were collected by filtration. After drying the collected crystals at 100°C for 12 hours, XRD of the obtained zeolite powder was measured. It was confirmed. Also, the XRD pattern is shown in FIG.

Figure 2022132360000003
Figure 2022132360000003

[実施例2](多孔質支持体-RHO型ゼオライト膜複合体の製造)
多孔質支持体上にゼオライトを直接水熱合成することにより多孔質支持体-RHO型ゼオライト膜複合体を作製した。多孔質支持体としては、ムライトチューブ(ムライトチューブPM(外径12mm、内径9mm)ニッカトー社製)を40mmの長さに切断した後、水で洗浄したのち乾燥させたものを用いた。
[Example 2] (Production of porous support-RHO type zeolite membrane composite)
A porous support-RHO type zeolite membrane composite was produced by direct hydrothermal synthesis of zeolite on a porous support. As the porous support, a mullite tube (Mullite Tube PM (outer diameter: 12 mm, inner diameter: 9 mm) manufactured by Nikkato Co., Ltd.) was cut to a length of 40 mm, washed with water, and dried.

実施例1で得られたRHO型ゼオライトをボールミルで粉砕したものを種結晶として用いた。500mLのポリビンに、実施例1で得たRHO型ゼオライト10gと3φmmのHDアルミナボール(ニッカトー社製)300g、水90gを入れ、6時間、ボールミル粉砕して10重量%のRHO型ゼオライト分散液とした。このゼオライト分散液に、RHO型ゼオライトが3重量%になるように水を添加して種結晶分散液を得た。 The RHO-type zeolite obtained in Example 1 was pulverized with a ball mill and used as seed crystals. 10 g of the RHO-type zeolite obtained in Example 1, 300 g of 3φmm HD alumina balls (manufactured by Nikkato Co., Ltd.), and 90 g of water were placed in a 500-mL polyethylene bottle, and ground in a ball mill for 6 hours to obtain a 10% by weight RHO-type zeolite dispersion. did. Water was added to this zeolite dispersion so that the RHO-type zeolite was 3% by weight to obtain a seed crystal dispersion.

この種結晶分散液を上記支持体に滴下し、ラテックス手袋を着用した指でこすりこむこと(以下、ラビング法ということがある)により種結晶を付着させた。種結晶が付着した支持体を、100℃で5時間以上乾燥させた。付着した種結晶の重量は約4.6g/mであった。 This seed crystal dispersion was dropped onto the support and rubbed with a finger wearing a latex glove (hereinafter sometimes referred to as a rubbing method) to attach seed crystals. The support with the seed crystal attached was dried at 100° C. for 5 hours or more. The weight of attached seed crystals was about 4.6 g/m 2 .

水熱合成用原料混合物として、以下のものを調製した。 The following was prepared as a raw material mixture for hydrothermal synthesis.

6.8gの18-クラウン-6-エーテル(東京化成社製)と2.1gのNaOH(キシダ化学社製)及び4.2gのCsOH・HO(三津和化学社製)を125.9gの水に溶解し、80℃で3時間撹拌することにより、クラウンエーテル-アルカリ水溶液を得た。 125.9 g of 6.8 g of 18-crown-6-ether (manufactured by Tokyo Kasei Co., Ltd.), 2.1 g of NaOH (manufactured by Kishida Kagaku Co., Ltd.) and 4.2 g of CsOH.H 2 O (manufactured by Mitsuwa Kagaku Co., Ltd.) of water and stirred at 80° C. for 3 hours to obtain a crown ether-alkali aqueous solution.

8.9gのY型(FAU)ゼオライト(SAR=30、Zeolyst社製 CBV720)に上記クラウンエーテル-アルカリ水溶液を滴下し、水熱合成用原料混合物を調製した。 The crown ether-alkali aqueous solution was added dropwise to 8.9 g of Y-type (FAU) zeolite (SAR=30, CBV720 manufactured by Zeolyst) to prepare a raw material mixture for hydrothermal synthesis.

得られた水熱合成用原料混合物のゲル組成(モル比)は
SiO/Al/NaOH/CsOH/HO/18-クラウン-6-エーテル=1/0.033/0.36/0.18/50/0.18であった。
The gel composition (molar ratio) of the obtained raw material mixture for hydrothermal synthesis was SiO 2 /Al 2 O 3 /NaOH/CsOH/H 2 O/18-crown-6-ether=1/0.033/0.36. /0.18/50/0.18.

この種結晶を付着させた支持体を上記水熱合成用原料混合物の入ったテフロン(登録商標)製内筒に垂直方向に浸漬してオートクレーブを密閉し150℃で72時間、自生圧力下で加熱した。 The support to which the seed crystals are adhered is vertically immersed in a Teflon (registered trademark) inner cylinder containing the raw material mixture for hydrothermal synthesis, and the autoclave is sealed and heated at 150° C. for 72 hours under autogenous pressure. did.

所定時間経過後、放冷した後に支持体-ゼオライト膜複合体をオートクレーブから取り出し洗浄後100℃で5時間以上乾燥させた。乾燥後、テンプレート焼成前のゼオライト(以下as-madeということがある)の状態での空気透過量は3.8L/(m・分)であった。この多孔質支持体-ゼオライト膜複合体を第1のRHO型ゼオライト膜複合体とした。 After a predetermined period of time, the support-zeolite membrane composite was allowed to cool, removed from the autoclave, washed, and dried at 100° C. for 5 hours or longer. After drying, the air permeation amount in the state of zeolite (hereinafter sometimes referred to as "as-made") before template firing was 3.8 L/(m 2 ·min). This porous support-zeolite membrane composite was used as a first RHO-type zeolite membrane composite.

<繰り返し合成>
上記第1のRHO型ゼオライト膜複合体を水熱合成用原料混合物に浸漬し水熱合成することで第1のRHO型ゼオライト膜複合体上にさらにRHO型ゼオライトを合成した。水熱合成用原料混合物としては第1のRHO型ゼオライト膜複合体を合成する際に用いたものと同様のものを用い、水熱合成用原料混合物を入れたテフロン(登録商標)製内筒に第1のRHO型ゼオライト膜複合体を垂直方向に浸漬してオートクレーブを密閉し、150℃で72時間、自生圧力下で加熱した。
<Repeated Synthesis>
The first RHO-type zeolite membrane composite was immersed in the raw material mixture for hydrothermal synthesis and hydrothermally synthesized to further synthesize RHO-type zeolite on the first RHO-type zeolite membrane composite. As the raw material mixture for hydrothermal synthesis, the same one as used in synthesizing the first RHO-type zeolite membrane composite was used, and the raw material mixture for hydrothermal synthesis was placed in a Teflon (registered trademark) inner cylinder. The first RHO-type zeolite membrane composite was immersed vertically and the autoclave was sealed and heated at 150° C. for 72 hours under autogenous pressure.

所定時間経過後、放冷した後に支持体-ゼオライト膜複合体(RHO型ゼオライト膜複合体)をオートクレーブから取り出し、洗浄後100℃で5時間以上乾燥させた。テンプレート焼成前(as-made)の該RHO型ゼオライト膜複合体の空気透過量は0.0L/(m・分)であった。得られたRHO型ゼオライト膜複合体のテンプレートを除去するために電気炉で400℃、5時間焼成し(テンプレート焼成工程)、第2のRHO型ゼオライト膜複合体を得た。このとき150℃までの昇温速度と降温速度はともに2.5℃/分、150℃から400℃までの昇温速度と降温速度は0.5℃/分とした。焼成後の第2のRHO型ゼオライト膜複合体の重量と支持体の重量の差から、支持体上に結晶化したRHO型ゼオライトの重量は215g/mであった。焼成後の第2のRHO型ゼオライト膜複合体の空気透過量は0.21L/(m・分)であった。 After a predetermined period of time, the support-zeolite membrane composite (RHO-type zeolite membrane composite) was allowed to cool, then removed from the autoclave, washed, and dried at 100° C. for 5 hours or longer. The air permeation amount of the RHO-type zeolite membrane composite before template firing (as-made) was 0.0 L/(m 2 ·min). In order to remove the template from the obtained RHO-type zeolite membrane composite, it was baked in an electric furnace at 400° C. for 5 hours (template baking step) to obtain a second RHO-type zeolite membrane composite. At this time, the temperature rising rate and the temperature decreasing rate to 150° C. were both 2.5° C./min, and the temperature increasing rate and the temperature decreasing rate from 150° C. to 400° C. were 0.5° C./min. Based on the difference between the weight of the second RHO-type zeolite membrane composite after firing and the weight of the support, the weight of the RHO-type zeolite crystallized on the support was 215 g/m 2 . The air permeation amount of the second RHO-type zeolite membrane composite after calcination was 0.21 L/(m 2 ·min).

生成した第2のRHO型ゼオライト膜複合体のXRDを測定したところRHO型ゼオライトが生成していることがわかった。XRDパターンを図2に示す。図2中の※は支持体由来のピークである。XRD測定は前記の条件により行った。 XRD measurement of the produced second RHO-type zeolite membrane composite revealed that RHO-type zeolite was produced. The XRD pattern is shown in FIG. * in FIG. 2 indicates the peak derived from the support. XRD measurement was performed under the conditions described above.

(2θ=18.7°付近のピークの強度)/(2θ=8.3°付近のピークの強度)=1.9であり、(2θ=14.4°付近のピークの強度)/(2θ=8.3°付近のピークの強度)=1.1であった。 (Intensity of peak near 2θ=18.7°)/(Intensity of peak near 2θ=8.3°)=1.9, (Intensity of peak near 2θ=14.4°)/(2θ = intensity of peak near 8.3°) = 1.1.

Im-3m(No.229)における(3,1,0)面と(2,1,1)面に由来するピークの強度が顕著に強いことから、これらの面が膜複合体の表面と平行に近い向きになるようにゼオライト結晶が配向して成長していると考えられる。 The intensity of the peaks derived from the (3,1,0) and (2,1,1) planes in Im-3m (No. 229) is remarkably strong, suggesting that these planes are parallel to the surface of the membrane composite. It is considered that the zeolite crystals are oriented and grown in a direction close to

[実施例3](多孔質支持体-RHO型ゼオライト膜複合体の製造)
多孔質支持体としてはムライトチューブ(ムライトチューブPM(外径12mm、内径9mm)ニッカトー社製)を40mmの長さに切断した後、水で洗浄したのち乾燥させたものを用いた。
[Example 3] (Production of porous support-RHO type zeolite membrane composite)
As the porous support, a mullite tube (Mullite Tube PM (outer diameter: 12 mm, inner diameter: 9 mm) manufactured by Nikkato Co., Ltd.) was cut into a length of 40 mm, washed with water, and dried.

支持体上には水熱合成に先立ち、以下に示す方法で合成したRHO型ゼオライトの種結晶をラビング法で付着させた。 Prior to hydrothermal synthesis, seed crystals of RHO-type zeolite synthesized by the method shown below were attached to the support by rubbing.

<種結晶の作成>
7.9gの18-クラウン-6-エーテル(東京化成社製)と14gのNaAlO(純度:70重量%以上、キシダ化学社製)、3.8gのNaOH(キシダ化学社製)及び6gのCsOH・HO(三津和化学社製)を54gの水に溶解し、得られた溶液を80℃で3時間撹拌することにより、クラウンエーテル-アルカリ水溶液を得た。
<Creation of seed crystal>
7.9 g of 18-crown-6-ether (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and 14 g of NaAlO 2 (purity: 70% by weight or more, manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.), 3.8 g of NaOH (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) and 6 g of CsOH.H 2 O (manufactured by Mitsuwa Kagaku Co., Ltd.) was dissolved in 54 g of water, and the resulting solution was stirred at 80° C. for 3 hours to obtain an aqueous crown ether-alkali solution.

90gのコロイダルシリカ(シリカ濃度:40重量%、スノーテックス40、日産化学社製)に上記クラウンエーテル-アルカリ水溶液を滴下し水熱合成用原料混合物を得た。 The crown ether-alkali aqueous solution was added dropwise to 90 g of colloidal silica (silica concentration: 40% by weight, Snowtex 40, manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) to obtain a raw material mixture for hydrothermal synthesis.

以下に水熱合成用原料混合物のゲル組成(モル比)を示した。 The gel composition (molar ratio) of the raw material mixture for hydrothermal synthesis is shown below.

SiO/Al/NaOH/CsOH/HO/18-クラウン-6-エーテル=1/0.1/0.36/0.06/10/0.05
この水熱合成用原料混合物を室温で24時間熟成した後、耐圧容器に入れ、110℃のオーブン中に静置し、96時間水熱合成を行った。この水熱合成反応後、反応液を冷却して、濾過により生成した結晶を回収した。回収した結晶を100℃で12時間乾燥した後、得られたゼオライト粉末のXRDを測定したところ、RHO型ゼオライトである事を確認した。
SiO 2 /Al 2 O 3 /NaOH/CsOH/H 2 O/18-crown-6-ether=1/0.1/0.36/0.06/10/0.05
After the raw material mixture for hydrothermal synthesis was aged at room temperature for 24 hours, it was placed in a pressure-resistant container and allowed to stand still in an oven at 110° C. for hydrothermal synthesis for 96 hours. After this hydrothermal synthesis reaction, the reaction solution was cooled and the crystals produced were collected by filtration. After the collected crystals were dried at 100° C. for 12 hours, XRD of the obtained zeolite powder was measured to confirm that it was RHO-type zeolite.

実施例2と同様に500mLのポリビンに、得られたRHO型ゼオライト粉末10gと3φmmのHDアルミナボール(ニッカトー社製)300g、水90gを入れ、6時間ボールミル粉砕を行った。ボールミル粉砕して得られた10重量%のRHO型ゼオライト分散液に、RHO型ゼオライトが3重量%になるように水を添加して種結晶分散液を得た。 In the same manner as in Example 2, 10 g of the obtained RHO-type zeolite powder, 300 g of HD alumina balls (manufactured by Nikkato Co., Ltd.) of 3 mm diameter, and 90 g of water were placed in a 500 mL polyethylene bottle, and ball mill pulverization was performed for 6 hours. Water was added to a 10% by weight RHO-type zeolite dispersion obtained by ball milling so that the RHO-type zeolite was 3% by weight to obtain a seed crystal dispersion.

この種結晶分散液を支持体に滴下し、ラビング法により種結晶を支持体に付着させ、実施例2と同様に乾燥させたのち、実施例2と同じ方法で調製した水熱合成用原料混合物の入ったテフロン(登録商標)製内筒に垂直方向に浸漬してオートクレーブを密閉し150℃で72時間、自生圧力下で加熱した。 This seed crystal dispersion is added dropwise to the support, the seed crystals are adhered to the support by a rubbing method, dried in the same manner as in Example 2, and then a raw material mixture for hydrothermal synthesis prepared in the same manner as in Example 2. The autoclave was then immersed vertically in a Teflon (registered trademark) inner cylinder containing the gas, and the autoclave was sealed and heated at 150° C. for 72 hours under autogenous pressure.

所定時間経過後、放冷した後に多孔質支持体-ゼオライト膜複合体をオートクレーブから取り出し、洗浄後100℃で5時間以上乾燥させた。乾燥後、テンプレート焼成前(以下as-madeということがある)の状態で円筒管状の膜複合体の一端を封止し、他の一端を真空ラインに接続することで管内を減圧とし、真空ライン設置した流量計で空気の透過量を測定したところ、透過量は0.2L/(m・分)であった。 After a predetermined period of time, the porous support-zeolite membrane composite was allowed to cool, then removed from the autoclave, washed, and dried at 100° C. for 5 hours or longer. After drying, one end of the cylindrical tubular membrane composite is sealed in a state before template firing (hereinafter sometimes referred to as "as-made"), and the other end is connected to a vacuum line to reduce the pressure in the tube and reduce the pressure in the vacuum line. When the air permeation amount was measured with the installed flow meter, the permeation amount was 0.2 L/(m 2 ·min).

この多孔質支持体-ゼオライト膜複合体を実施例2と同じ条件でテンプレートを除去するために焼成し多孔質支持体-RHO型ゼオライト膜複合体を得た。多孔質支持体-RHO型ゼオライト膜複合体の重量と支持体の重量の差から支持体上に結晶化したRHO型ゼオライトの重量は108g/mであった。焼成後の空気透過量は0.2L/(m・分)であった。 This porous support-zeolite membrane composite was calcined under the same conditions as in Example 2 to remove the template to obtain a porous support-RHO type zeolite membrane composite. Based on the difference between the weight of the porous support-RHO zeolite membrane composite and the weight of the support, the weight of the RHO zeolite crystallized on the support was 108 g/m 2 . The air permeation amount after firing was 0.2 L/(m 2 ·min).

生成したRHO型ゼオライト膜複合体のXRDを測定したところRHO型ゼオライトが生成していることがわかった。XRDパターンを図3に示す。図3中の※は支持体由来のピークである。(2θ=14.4°付近のピークの強度)/(2θ=8.3°付近のピークの強度)=2.5であり、Im-3m(No.229)における(2,1,1)面への配向が推測された。 XRD measurement of the produced RHO-type zeolite membrane composite revealed that RHO-type zeolite was produced. The XRD pattern is shown in FIG. * in FIG. 3 indicates a peak derived from the support. (Intensity of peak near 2θ = 14.4°)/(Intensity of peak near 2θ = 8.3°) = 2.5, (2, 1, 1) in Im-3m (No. 229) A plane orientation was assumed.

得られたRHO型ゼオライト膜複合体の表面をSEMで観測した結果、表面に結晶が緻密に生成していた。また、断面をSEMで観測した結果、膜厚は約0.5~7μmであり、平均するとおよそ3μmであった。 As a result of observing the surface of the obtained RHO-type zeolite membrane composite by SEM, crystals were densely formed on the surface. Further, as a result of observing the cross section with an SEM, the film thickness was about 0.5 to 7 μm, and the average was about 3 μm.

[実施例4](多孔質支持体-RHO型ゼオライト膜複合体の製造)
多孔質支持体としてアルミナチューブ(外径6mm、平均細孔径0.15μm、ノリタケカンパニーリミテド社製)を40mmの長さに切断した後、水で洗浄したのち乾燥させたものを用いた以外は実施例2の第1のRHO型ゼオライト膜複合体と同様に多孔質支持体-RHO型ゼオライト膜複合体を合成した。
[Example 4] (Production of porous support-RHO type zeolite membrane composite)
An alumina tube (outer diameter 6 mm, average pore diameter 0.15 μm, manufactured by Noritake Co., Ltd.) was cut into 40 mm lengths as a porous support, washed with water, and then dried. A porous support-RHO zeolite membrane composite was synthesized in the same manner as the first RHO zeolite membrane composite of Example 2.

as-madeでの空気透過量は1.9L/(m・分)であった。実施例2、3と同様にテンプレートを除去するために、得られたRHO型ゼオライト膜複合体を焼成し、多孔質支持体-RHO型ゼオライト膜複合体を得た。このRHO型ゼオライト膜複合体の重量は55g/mであった。このRHO型ゼオライト膜複合体をSEMで観測した結果、表面に結晶が緻密に生成していることが認められた。 The as-made air permeation amount was 1.9 L/(m 2 ·min). In order to remove the template in the same manner as in Examples 2 and 3, the obtained RHO-type zeolite membrane composite was calcined to obtain a porous support-RHO-type zeolite membrane composite. The weight of this RHO-type zeolite membrane composite was 55 g/m 2 . As a result of observing this RHO-type zeolite membrane composite with an SEM, it was confirmed that crystals were densely formed on the surface.

<イオン交換>
このようにして得られたテンプレート除去後のRHO型ゼオライト膜複合体を、水36.8gに硝酸アンモニウムを3.2g溶かした1Mの硝酸アンモニウム水溶液が入ったテフロン容器(登録商標)製内筒(65ml)に入れた。オートクレーブを密栓し、100℃で1時間、静置状態、自生圧力下で加熱した。
<Ion exchange>
The template-removed RHO-type zeolite membrane composite thus obtained was placed in a Teflon container (registered trademark) inner cylinder (65 ml) containing a 1 M ammonium nitrate aqueous solution in which 3.2 g of ammonium nitrate was dissolved in 36.8 g of water. I put it in The autoclave was capped and heated to 100° C. for 1 hour under static autogenous pressure.

所定時間経過後、放冷した後に、RHO型ゼオライト膜複合体を水溶液から取出した。水溶液から取出したRHO型ゼオライト膜複合体について、1Mの硝酸アンモニウム水溶液を用いて再度イオン交換処理を同様に行った。水で洗浄した後、100℃で4時間以上乾燥させNH 型のRHO型ゼオライト膜複合体を得た。 After a predetermined time had passed, the RHO-type zeolite membrane composite was taken out from the aqueous solution after being allowed to cool. The RHO-type zeolite membrane composite removed from the aqueous solution was subjected to the same ion exchange treatment again using a 1 M ammonium nitrate aqueous solution. After washing with water, it was dried at 100° C. for 4 hours or more to obtain an NH 4 + -type RHO-type zeolite membrane composite.

NH 型のRHO型ゼオライト膜複合体をH型にするため、このRHO型ゼオライト膜複合体を電気炉で400℃、2時間焼成した。このとき150℃までの昇温速度と降温速度はともに2.5℃/分、150℃から400℃までの昇温速度と降温速度は0.5℃/分とし、H型のRHO型ゼオライト膜複合体を得た。 In order to convert the NH 4 + -type RHO-type zeolite membrane composite into the H + -type, the RHO-type zeolite membrane composite was calcined in an electric furnace at 400° C. for 2 hours. At this time, both the rate of temperature increase and the rate of temperature decrease to 150°C were set to 2.5°C/min, and the rate of temperature increase and temperature decrease from 150°C to 400°C were set to 0.5 °C/min. A membrane composite was obtained.

得られたRHO型ゼオライト膜複合体の膜表面にX線を照射して得たX線回折パターンにおいて、(2θ=14.4°付近のピークの強度)/(2θ=8.3°付近のピークの強度)=1.1であり、Im-3m(No.229)における(2,1,1)面への配向が推測された。SEM-EDXにより測定した、RHO型ゼオライト膜複合体のSiO/Alモル比は11であった。また、Cs/Alモル比は0.17であった。 In the X-ray diffraction pattern obtained by irradiating the membrane surface of the obtained RHO-type zeolite membrane composite with X-rays, (intensity of peak near 2θ = 14.4°)/(near 2θ = 8.3° The intensity of the peak) was 1.1, and the orientation to the (2,1,1) plane in Im-3m (No. 229) was presumed. The SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio of the RHO-type zeolite membrane composite was 11 as measured by SEM-EDX. Also, the Cs/Al 2 O 3 molar ratio was 0.17.

このRHO型ゼオライト膜複合体について図5の装置を用いて上述の単成分ガス透過試験を行い、単ガス成分透過性能を測定した。測定に先だちRHO型ゼオライト膜複合体を装置中であらかじめ乾燥させた。その際、恒温槽の温度を180℃とし、供給ガス7としてHeを、耐圧容器2とゼオライト膜複合体との間に導入して、圧力を約0.3MPaに保ち、ゼオライト膜複合体の円筒の内側を0.098MPa(大気圧)として、約120分間乾燥させた。 The RHO-type zeolite membrane composite was subjected to the above-described single-component gas permeation test using the apparatus shown in FIG. 5, and the single-gas component permeation performance was measured. Prior to the measurement, the RHO-type zeolite membrane composite was pre-dried in the apparatus. At that time, the temperature of the constant temperature bath was set to 180 ° C., He was introduced as the supply gas 7 between the pressure vessel 2 and the zeolite membrane composite, the pressure was maintained at about 0.3 MPa, and the cylinder of the zeolite membrane composite was was dried for about 120 minutes at 0.098 MPa (atmospheric pressure) inside.

その後、供給ガスを各評価ガスに変更した。このとき、供給側の圧力を0.4MPaとし、供給ガス7側と透過ガス8側の差圧を0.3MPaとした。また、恒温槽の温度を50℃とした。透過ガス流速が安定したのちに、ゼオライト膜複合体を透過した試料ガス(透過ガス8)の流速を測定し、ガスのパーミエンス[mol・(m・s・Pa)-1]を算出した。パーミエンスを計算する際の圧力は、供給ガスの供給側と透過側の圧力差(差圧)を用いた。 After that, the supplied gas was changed to each evaluation gas. At this time, the pressure on the supply side was set to 0.4 MPa, and the differential pressure between the supply gas 7 side and the permeated gas 8 side was set to 0.3 MPa. Moreover, the temperature of the constant temperature bath was set to 50°C. After the permeation gas flow rate stabilized, the flow rate of the sample gas (permeation gas 8) that permeated the zeolite membrane composite was measured, and the gas permeance [mol·(m 2 ·s·Pa) -1 ] was calculated. The pressure difference (differential pressure) between the supply side and the permeate side of the supply gas was used as the pressure for calculating the permeance.

このようにして得られた各評価ガスのパーミエンスを以下に示す。
CO:1.5×10-7 mol・(m・s・Pa)-1
:2.2×10-8 mol・(m・s・Pa)-1
CH:9.8×10-9 mol・(m・s・Pa)-1
The permeance of each evaluation gas thus obtained is shown below.
CO 2 : 1.5×10 −7 mol·(m 2 ·s·Pa) −1
N 2 : 2.2×10 −8 mol·(m 2 ·s·Pa) −1
CH 4 : 9.8×10 −9 mol·(m 2 ·s·Pa) −1

[実施例5](多孔質支持体-RHO型ゼオライト膜複合体の製造)
多孔質支持体としてはアルミナチューブ(外径6mm、平均細孔径0.15μm、ノリタケカンパニーリミテド社製)を40mmの長さに切断した後、水で洗浄したのち乾燥させたものを用いた。
[Example 5] (Production of porous support-RHO type zeolite membrane composite)
As the porous support, an alumina tube (outer diameter 6 mm, average pore diameter 0.15 μm, manufactured by Noritake Co., Ltd.) was cut into a length of 40 mm, washed with water, and dried.

支持体上には水熱合成に先立ち、「Microporous and Mesoporous Materials 132 (2010) 352-356)」に記載の方法で合成したRHO型ゼオライトの種結晶を実施例2と同様にボールミルして3重量%の種結晶分散液を作製し、この分散液を用いて実施例2と同様にラビング法により支持体に付着させ乾燥させた。 On the support, prior to hydrothermal synthesis, seed crystals of RHO-type zeolite synthesized by the method described in "Microporous and Mesoporous Materials 132 (2010) 352-356)" were ball-milled in the same manner as in Example 2 to obtain 3 weights. % seed crystal dispersion was prepared, and this dispersion was applied to the support by the rubbing method in the same manner as in Example 2, followed by drying.

この種結晶を付着させた支持体を実施例2と同じ方法で調製した水熱合成用原料混合物の入ったテフロン(登録商標)製内筒に垂直方向に浸漬してオートクレーブを密閉し160℃で18時間、自生圧力下で加熱した。 The support to which the seed crystals were attached was vertically immersed in a Teflon (registered trademark) inner cylinder containing a raw material mixture for hydrothermal synthesis prepared in the same manner as in Example 2, and the autoclave was sealed and heated at 160°C. Heated under autogenous pressure for 18 hours.

所定時間経過後、放冷した後に支持体-ゼオライト膜複合体をオートクレーブから取り出し洗浄後100℃で5時間以上乾燥させた。乾燥後、as-madeの状態での空気透過量は1.5L/(m・分)であった。実施例2~4と同様にテンプレートを除去するために、得られたRHO型ゼオライト膜複合体を焼成し、RHO型ゼオライト膜複合体を得た。焼成後のゼオライト膜複合体の重量と支持体の重量の差から支持体上に結晶化したRHO型ゼオライトの重量は50g/mであった。 After a predetermined period of time, the support-zeolite membrane composite was allowed to cool, removed from the autoclave, washed, and dried at 100° C. for 5 hours or longer. After drying, the air permeability in the as-made state was 1.5 L/(m 2 ·min). In order to remove the template in the same manner as in Examples 2 to 4, the obtained RHO-type zeolite membrane composite was calcined to obtain an RHO-type zeolite membrane composite. Based on the difference between the weight of the zeolite membrane composite after firing and the weight of the support, the weight of the RHO-type zeolite crystallized on the support was 50 g/m 2 .

<イオン交換>
RHO型ゼオライト膜複合体を実施例4と同様にイオン交換を行い、NH 型のRHO型ゼオライト膜複合体を得た。
<Ion exchange>
The RHO-type zeolite membrane composite was subjected to ion exchange in the same manner as in Example 4 to obtain an NH 4 + -type RHO-type zeolite membrane composite.

NH 型のRHO型ゼオライト膜複合体をH型にするため、RHO型ゼオライト膜複合体を電気炉で実施例4と同一条件で焼成し、H型のRHO型ゼオライト膜複合体を得た。 In order to convert the NH 4 + -type RHO-type zeolite membrane composite into the H + -type, the RHO-type zeolite membrane composite was fired in an electric furnace under the same conditions as in Example 4 to obtain an H + -type RHO-zeolite membrane composite. Obtained.

<膜分離性能の評価>
RHO型ゼオライト膜複合体について実施例4と同様に単成分ガス透過試験を行い、単ガス成分透過性能を評価した結果、以下に示す各評価ガスのパーミエンスが得られた。
CO:2.5×10-7 mol・(m・s・Pa)-1
CH:6.0×10-9 mol・(m・s・Pa)-1
またCOとCHのパーミエンス比は41であった。
<Evaluation of membrane separation performance>
The RHO-type zeolite membrane composite was subjected to a single-component gas permeation test in the same manner as in Example 4 to evaluate the single-gas component permeation performance.
CO 2 : 2.5×10 −7 mol·(m 2 ·s·Pa) −1
CH 4 : 6.0×10 −9 mol·(m 2 ·s·Pa) −1
Also, the permeance ratio of CO 2 and CH 4 was 41.

[実施例6](多孔質支持体-RHO型ゼオライト膜複合体の製造)
多孔質支持体としてはアルミナチューブ(外径6mm、平均細孔径0.15μm、ノリタケカンパニーリミテド社製)を40mmの長さに切断した後、水で洗浄したのち乾燥させたものを用いた。
[Example 6] (Production of porous support-RHO type zeolite membrane composite)
As the porous support, an alumina tube (outer diameter 6 mm, average pore diameter 0.15 μm, manufactured by Noritake Co., Ltd.) was cut into a length of 40 mm, washed with water, and dried.

支持体上には水熱合成に先立ち、実施例2と同様に多孔質支持体-RHO型ゼオライト膜複合体を合成した。 A porous support-RHO type zeolite membrane composite was synthesized on the support in the same manner as in Example 2 prior to hydrothermal synthesis.

所定時間経過後、放冷した後に支持体-ゼオライト膜複合体をオートクレーブから取り出し洗浄後100℃で3時間以上乾燥させた。乾燥後、as-madeの状態での空気透過量は0.0L/(m・分)であった。得られたRHO型ゼオライト膜複合体のテンプレートを除去するために電気炉で300℃、5時間焼成し(テンプレート焼成工程)、第2のRHO型ゼオライト膜複合体を得た。このとき室温から100℃までの昇温と降温をともに2時間、100℃から300℃までの昇温速度と降温速度は0.5℃/分とした。得られたRHO型ゼオライト膜複合体を焼成し、RHO型ゼオライト膜複合体を得た。焼成後のゼオライト膜複合体の重量と支持体の重量の差から支持体上に結晶化したRHO型ゼオライトの重量は52g/mであった。 After a predetermined period of time, the support-zeolite membrane composite was allowed to cool, removed from the autoclave, washed, and dried at 100° C. for 3 hours or longer. After drying, the air permeability in the as-made state was 0.0 L/(m 2 ·min). In order to remove the template from the obtained RHO-type zeolite membrane composite, it was baked in an electric furnace at 300° C. for 5 hours (template baking step) to obtain a second RHO-type zeolite membrane composite. At this time, the temperature was raised and lowered from room temperature to 100° C. for 2 hours, and the temperature elevation rate and temperature decrease rate from 100° C. to 300° C. were 0.5° C./min. The obtained RHO-type zeolite membrane composite was calcined to obtain an RHO-type zeolite membrane composite. Based on the difference between the weight of the zeolite membrane composite after firing and the weight of the support, the weight of the RHO-type zeolite crystallized on the support was 52 g/m 2 .

<膜分離性能の評価>
RHO型ゼオライト膜複合体を用いて、アンモニア/窒素の混合ガスからのアンモニア分離試験を図4の装置を用いて行った。
前処理として、200℃で、供給ガス7としてアンモニアと窒素の混合ガスを、耐圧容器2とRHO型ゼオライト膜複合体との間に導入して、圧力を約0.3MPaに保ち、RHO型ゼオライト膜複合体の円筒の内側を0.098MPa(大気圧)として、約120分間乾燥した。
<Evaluation of membrane separation performance>
Using the RHO-type zeolite membrane composite, an ammonia separation test from an ammonia/nitrogen mixed gas was conducted using the apparatus shown in FIG.
As a pretreatment, at 200 ° C., a mixed gas of ammonia and nitrogen as the supply gas 7 was introduced between the pressure vessel 2 and the RHO-type zeolite membrane composite, the pressure was maintained at about 0.3 MPa, and the RHO-type zeolite The inside of the cylinder of the membrane composite was dried at 0.098 MPa (atmospheric pressure) for about 120 minutes.

その後、10%アンモニア/90%窒素の混合ガス(250℃)を100SCCMで流通させ、背圧を0.3MPaに設定した。この時、RHO型ゼオライト膜複合体の供給ガス7側と透過ガス8側の差圧は、0.2MPaであった。また、膜内を透過したガスは、図4のライン9からスイープガスとしてアルゴンガスを5.4sccm供給した。 After that, a mixed gas of 10% ammonia/90% nitrogen (250° C.) was flowed at 100 SCCM, and the back pressure was set to 0.3 MPa. At this time, the differential pressure between the feed gas 7 side and the permeate gas 8 side of the RHO-type zeolite membrane composite was 0.2 MPa. As the gas that permeated the film, 5.4 sccm of argon gas was supplied from the line 9 in FIG. 4 as a sweep gas.

得られた透過ガスのアンモニアの濃度は66%であった。またパーミエンスを算出すると、アンモニアのパーミエンスは5.5×10-9[mol/(m・s・Pa)]、窒素のパーミエンスは2.7×10-10[mol/(m・s・Pa)]であり、アンモニアと窒素のパーミエンス比21であった。従って、本発明のRHO型ゼオライト膜複合体を用いると、窒素を含む混合ガスから窒素を分離する事が確認された。 The concentration of ammonia in the obtained permeate gas was 66%. Further, when the permeance is calculated, the permeence of ammonia is 5.5×10 −9 [mol/(m 2 ·s·Pa)], and that of nitrogen is 2.7×10 −10 [mol/(m 2 ·s·Pa)]. Pa)] and the permeance ratio of ammonia to nitrogen was 21. Therefore, it was confirmed that the RHO-type zeolite membrane composite of the present invention separates nitrogen from a mixed gas containing nitrogen.

1 ゼオライト膜複合体
2 耐圧容器
3 エンドピン
4 接続部
5 圧力計
6 背圧弁
7 供給ガス
8 スイープガス
10 排出ガス
11 透過ガス排出用配管
12 スイープガス導入用配管
REFERENCE SIGNS LIST 1 zeolite membrane composite 2 pressure vessel 3 end pin 4 connection 5 pressure gauge 6 back pressure valve 7 supply gas 8 sweep gas 10 exhaust gas 11 pipe for discharging permeated gas 12 pipe for introducing sweep gas

Claims (9)

フレームワーク密度が15T/1000Å以下のアルミノシリケートゼオライトを用いて、RHO型ゼオライトを製造することを特徴とする、RHO型ゼオライトの製造方法。 A method for producing RHO-type zeolite, which comprises producing RHO-type zeolite using an aluminosilicate zeolite having a framework density of 15 T/1000 Å or less. 該アルミノシリケートゼオライトが、International Zeolite Association(IZA)がcomposite building unitとして定めるd6r又はltaを骨格中に含むことを特徴とする、請求項1に記載のRHO型ゼオライトの製造方法。 2. The method for producing RHO-type zeolite according to claim 1, wherein said aluminosilicate zeolite contains d6r or lta in its framework, which is defined as a composite building unit by the International Zeolite Association (IZA). 該アルミノシリケートゼオライトが、FAU型ゼオライトまたはLTA型ゼオライトであることを特徴とする、請求項1または2に記載のRHO型ゼオライトの製造方法。 3. The method for producing RHO-type zeolite according to claim 1, wherein said aluminosilicate zeolite is FAU-type zeolite or LTA-type zeolite. 該アルミノシリケートゼオライトのシリカ/アルミナモル比が5以上85以下であることを特徴とする、請求項1~3のいずれか1項に記載のRHO型ゼオライトの製造方法。 The method for producing an RHO-type zeolite according to any one of claims 1 to 3, wherein the silica/alumina molar ratio of the aluminosilicate zeolite is 5 or more and 85 or less. 該アルミノシリケートゼオライトが、全アルミニウム元素源の50~100重量%であることを特徴とする、請求項1~4のいずれか1項に記載のRHO型ゼオライトの製造方法。 The method for producing RHO-type zeolite according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the aluminosilicate zeolite accounts for 50-100% by weight of the total aluminum element source. 該アルミノシリケートゼオライトのフレームワーク密度が10T/1000Å以上であることを特徴とする、請求項1~5のいずれか1項に記載のRHO型ゼオライトの製造方法。 The method for producing an RHO-type zeolite according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the aluminosilicate zeolite has a framework density of 10 T/1000 Å or more. 該アルミノシリケートゼオライトを含む水熱合成用原料混合物から該RHO型ゼオライトを製造する方法であって、該水熱合成用原料混合物に種結晶としてRHO型ゼオライトを添加することを特徴とする、請求項1~6のいずれか1項に記載のRHO型ゼオライトの製造方法。 A method for producing the RHO-type zeolite from a raw material mixture for hydrothermal synthesis containing the aluminosilicate zeolite, characterized by adding RHO-type zeolite as a seed crystal to the raw material mixture for hydrothermal synthesis. 7. A method for producing an RHO-type zeolite according to any one of 1 to 6. 該種結晶のRHO型ゼオライトが該水熱合成用原料混合物中のSiO量に占める割合が、0.1重量%以上15重量%以下であることを特徴とする、請求項7に記載のRHO型ゼオライトの製造方法。 The RHO according to claim 7, wherein the ratio of the RHO-type zeolite of the seed crystals to the amount of SiO 2 in the raw material mixture for hydrothermal synthesis is 0.1% by weight or more and 15% by weight or less. A method for producing type zeolites. 該RHO型ゼオライトのSiO/Alモル比が10以上であることを特徴とする、請求項1~8のいずれか1項に記載のRHO型ゼオライトの製造方法。
The method for producing RHO-type zeolite according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the RHO-type zeolite has a SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio of 10 or more.
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