JP2023028577A - silica membrane - Google Patents

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Kazushi Takeda
直之 福井
Naoyuki Fukui
美月 出羽
Mizuki Dewa
健一 澤村
Kenichi Sawamura
建吾 三品
Kengo Mishina
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Abstract

To provide a silica membrane that can efficiently separate specific components from a mixed solution containing components with different molecular sizes and physical properties, and whose performance (separation ability) is difficult to decrease even when repeatedly used.SOLUTION: The silica membrane of the present disclosure has a central pore size of 0.5 to 5.0 nm and has amino and/or ammonium groups. The silica membrane preferably contains a structure derived from a silane coupling agent having the amino group and/or the ammonium group. The silane coupling agent contains alkoxy groups and monovalent organic groups respectively attached to silicon atoms, and at least one of the monovalent organic groups preferably has an amino group and/or an ammonium group in and/or at the end of the chain.SELECTED DRAWING: None

Description

本開示は、シリカ膜に関する。 The present disclosure relates to silica membranes.

近年、シリカ膜をはじめとするナノ多孔性分離膜は、分子レベルでの分離が可能であることから、分離膜、膜反応器、化学センサー等への応用が期待されている。この中でも、ナノ多孔性分離膜が有する分子ふるい機能と、膜表面の物性(例えば、親水性又は疎水性等)とを利用した、2種以上の成分を含む混合液から特定成分を分離するための分離膜等が知られている。 In recent years, nanoporous separation membranes such as silica membranes are expected to be applied to separation membranes, membrane reactors, chemical sensors, etc., because they are capable of separation at the molecular level. Among these, to separate a specific component from a mixture containing two or more components by utilizing the molecular sieving function of the nanoporous separation membrane and the physical properties of the membrane surface (for example, hydrophilicity or hydrophobicity). are known.

例えば、酢酸の工業的製造法としてメタノール法カルボニル化プロセスが知られているが、このプロセスでは、反応中にアセトアルデヒドが副生し、このアセトアルデヒドが製品酢酸の品質を低下させる原因となっている。また、本プロセスでは金属触媒の助触媒としてヨウ化メチルが使用されているが、ヨウ化メチルは高価であることから、アセトアルデヒドとの混合液から分離して再利用されている。しかしながら、アセトアルデヒドとヨウ化メチルは沸点が近いため、アセトアルデヒドとヨウ化メチルを完全に分離することが困難であった。ここから、アセトアルデヒドとヨウ化メチルを分離する方法として、特許文献1~4に開示される方法が知られている。 For example, a methanol carbonylation process is known as an industrial method for producing acetic acid, but in this process, acetaldehyde is produced as a by-product during the reaction, and this acetaldehyde causes deterioration in the quality of the product acetic acid. In this process, methyl iodide is used as a co-catalyst for the metal catalyst, but since methyl iodide is expensive, it is separated from the mixed liquid with acetaldehyde and reused. However, since acetaldehyde and methyl iodide have similar boiling points, it has been difficult to completely separate acetaldehyde and methyl iodide. Methods disclosed in Patent Documents 1 to 4 are known as methods for separating acetaldehyde and methyl iodide from this.

国際公開第2017/057142号WO2017/057142 特開2006-94764号公報JP 2006-94764 A 特開平9-40590号公報JP-A-9-40590 特開平9-77697号公報JP-A-9-77697

しかしながら、特許文献1~4に開示される方法によっても、アセトアルデヒドとヨウ化メチルを完全に分離することはできなかった。また、アセトアルデヒドとヨウ化メチルとの分離においてシリカ膜(ナノ多孔性分離膜)を用いることも考慮されているものの、従来のシリカ膜を用いても、アセトアルデヒドとヨウ化メチルを完全に分離することはできず、また、繰り返して使用するとその性能(分離能)が低下するという問題があった。 However, even with the methods disclosed in Patent Documents 1 to 4, acetaldehyde and methyl iodide could not be completely separated. In addition, although the use of silica membranes (nanoporous separation membranes) for the separation of acetaldehyde and methyl iodide has been considered, even with the use of conventional silica membranes, acetaldehyde and methyl iodide cannot be completely separated. In addition, there was a problem that its performance (separation ability) deteriorated when it was used repeatedly.

したがって、本開示の目的は、分子サイズや物性の異なる成分を含む混合溶液から特定の成分を効率よく分離することができ、且つ繰り返して使用してもその性能(分離能)が低下しにくいシリカ膜を提供することにある。 Therefore, the object of the present disclosure is to efficiently separate a specific component from a mixed solution containing components with different molecular sizes and physical properties, and silica whose performance (separation ability) is unlikely to decrease even after repeated use It is to provide a membrane.

本開示の発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討した結果、特定の構造を有するシリカ膜を用いて分離を行うことで、分子サイズや物性の異なる成分を含む混合溶液である、アセトアルデヒドとヨウ化メチルの混合溶液を効率よく分離することができ、且つ繰り返して使用してもその性能(分離能)が低下しにくいことを見出した。本開示は、これらの知見に基づき、さらに検討を重ねて完成されたものに関する。 The inventors of the present disclosure, as a result of intensive studies to achieve the above object, found that acetaldehyde, which is a mixed solution containing components with different molecular sizes and physical properties, can be separated by using a silica membrane having a specific structure. and methyl iodide. The present disclosure relates to what was completed through further studies based on these findings.

すなわち、本開示は、中心細孔径が0.5~5.0nmであり且つアミノ基及び/又はアンモニウム基を有するシリカ膜を提供する。 That is, the present disclosure provides a silica membrane having a central pore size of 0.5-5.0 nm and having amino groups and/or ammonium groups.

上記シリカ膜は、上記アミノ基及び/又は上記アンモニウム基を有するシランカップリング剤に由来する構造を有することが好ましい。 The silica film preferably has a structure derived from the silane coupling agent having the amino group and/or the ammonium group.

上記シリカ膜は、上記シランカップリング剤が、ケイ素原子にそれぞれ結合したアルコキシ基と一価の有機基とを含み、上記一価の有機基の少なくとも1つが、鎖中及び/又は末端に、アミノ基及び/又はアンモニウム基を有することが好ましい。 In the silica film, the silane coupling agent contains an alkoxy group and a monovalent organic group each bonded to a silicon atom, and at least one of the monovalent organic groups has an amino group in the chain and/or at the end. groups and/or ammonium groups.

上記シリカ膜における、上記ケイ素原子と上記アミノ基及び/又は上記アンモニウム基中の窒素原子との間に存在する主鎖の原子数は2~4であることが好ましい。 In the silica film, the number of atoms in the main chain present between the silicon atom and the nitrogen atom in the amino group and/or the ammonium group is preferably 2 to 4.

上記シリカ膜は、中心細孔径が0.8~4.0nmであることが好ましい。 The silica membrane preferably has a central pore diameter of 0.8 to 4.0 nm.

上記シリカ膜は、中心細孔径が1.0~3.0nmであることが好ましい。 The silica membrane preferably has a central pore diameter of 1.0 to 3.0 nm.

上記シリカ膜は、表面の水接触角が0~70°であることが好ましい。 The silica film preferably has a surface water contact angle of 0 to 70°.

上記シリカ膜は、多孔質基材の少なくとも一方の面に設けられていることが好ましい。 The silica film is preferably provided on at least one surface of the porous substrate.

本開示では、さらに、多孔質基材と、該多孔質基材の少なくとも一方の面に設けられた上記シリカ膜とを備える、複合膜についても提供する。 The present disclosure also provides a composite membrane comprising a porous substrate and the silica membrane provided on at least one surface of the porous substrate.

上記シリカ膜によれば、分子サイズや物性の異なる成分を含む混合溶液(例えば、アセトアルデヒドとヨウ化メチルの混合溶液)を効率よく分離することができ、且つ繰り返して使用してもその性能(分離能)が低下しにくい。 According to the silica membrane, a mixed solution containing components with different molecular sizes and physical properties (for example, a mixed solution of acetaldehyde and methyl iodide) can be efficiently separated, and its performance (separation performance) is less likely to decrease.

実施例及び比較例における透過度比の推移である。It is transition of the transmittance|permeability ratio in an Example and a comparative example. 実施例及び比較例におけるアセトアルデヒドの透過度の推移である。It is a transition of the permeability of acetaldehyde in Examples and Comparative Examples.

本開示のシリカ膜は、主にシリカを含む無機化合物から形成された多孔質膜であって、中心細孔径が0.5~5.0nmであり且つアミノ基及び/又はアンモニウム基(以下、「アミノ基等」と称する場合がある)を有する。上記シリカ膜は、親水性低分子及び疎水性低分子を含む混合溶液において、親水性低分子を透過させ、疎水性低分子を透過させずに濃縮する。以下、親水性低分子としてのアセトアルデヒドと、疎水性低分子としてのヨウ化メチルとの混合溶液を使用した場合を例として説明する。上記シリカ膜は中心細孔径が上記範囲内であることにより、分子ふるい機能によってアセトアルデヒドを透過させる。一方で、分子ふるい機能のみではヨウ化メチルも透過させることとなるが、上記シリカ膜はアミノ基等を有することにより膜の表面が適度な親水性となることから、ヨウ化メチルを透過させにくくなると推測される。このようなシリカ膜の性能により、アセトアルデヒドとヨウ化メチルとを効率的に分離することができる。 The silica membrane of the present disclosure is a porous membrane formed mainly from an inorganic compound containing silica, has a central pore diameter of 0.5 to 5.0 nm, and contains amino groups and/or ammonium groups (hereinafter referred to as " (sometimes referred to as "amino group, etc."). In a mixed solution containing hydrophilic and hydrophobic low-molecules, the silica membrane allows hydrophilic low-molecules to permeate and hydrophobic low-molecules to concentrate without permeating them. A case of using a mixed solution of acetaldehyde as a hydrophilic low-molecular molecule and methyl iodide as a hydrophobic low-molecular molecule will be described below as an example. Since the silica membrane has a central pore diameter within the above range, it allows acetaldehyde to permeate through its molecular sieve function. On the other hand, the molecular sieve function alone allows methyl iodide to permeate, but the silica membrane has amino groups and the like, so the surface of the membrane is moderately hydrophilic, making it difficult for methyl iodide to permeate. It is assumed that Acetaldehyde and methyl iodide can be separated efficiently due to the performance of such a silica membrane.

また、従来のシリカ膜、例えば、その表面にアミノ基等を有さず、水酸基を有するシリカ膜は、本開示のシリカ膜と同様に分子ふるい機能を有し、表面が親水性であるという性質を備えるものではあるものの、繰り返して使用することでアセトアルデヒドの透過性が低減する傾向がある。その一方で、本開示のシリカ膜は性能の安定性が高く、繰り返して使用してもアセトアルデヒドの透過性が低減しにくいという特徴を備える。その理由は定かではないが、分離対象であるアセトアルデヒドとヨウ化メチルとを含む混合溶液において、水酸基との反応性が高い成分が含まれている可能性があり、従来のシリカ膜では該成分と水酸基が反応することにより膜表面の親水性が低下した結果、アセトアルデヒドの透過性が低減すると推測される。その一方で、本開示のシリカ膜におけるアミノ基等は該成分との反応性が低いためか、性能の安定性が高く、繰り返して使用してもアセトアルデヒドの透過性は低減しにくいと考えられる。 In addition, conventional silica membranes, for example, silica membranes having no amino group or the like on the surface and having hydroxyl groups, have the same molecular sieving function as the silica membrane of the present disclosure, and the property that the surface is hydrophilic. However, repeated use tends to reduce the permeability of acetaldehyde. On the other hand, the silica membrane of the present disclosure has high performance stability, and is characterized in that the acetaldehyde permeability is less likely to decrease even after repeated use. Although the reason for this is not clear, it is possible that the mixed solution containing acetaldehyde and methyl iodide to be separated contains components that are highly reactive with hydroxyl groups, and conventional silica membranes do not react with these components. It is presumed that the permeability of acetaldehyde is reduced as a result of the decrease in hydrophilicity of the membrane surface due to the reaction of hydroxyl groups. On the other hand, probably because the amino group or the like in the silica film of the present disclosure has low reactivity with the component, the performance stability is high, and even after repeated use, the acetaldehyde permeability is unlikely to decrease.

本開示のシリカ膜は、鎖中及び/又は末端に、アミノ基又はアンモニウム基を有する一価の有機基を有することが好ましい。上記アミノ基又はアンモニウム基を有する一価の有機基において、一価の有機基は特に限定されないが、例えば、環状アルキル基、直鎖アルキル基、又は分岐鎖アルキル基等のアルキル基や、酸素原子や硫黄原子等のヘテロ原子を介して2以上のアルキル基が結合した基等が挙げられる。中でも、アルキル基が好ましく、より好ましくは直鎖又は分岐鎖アルキル基であり、さらに好ましくは直鎖アルキル基である。また、上記一価の有機基の炭素原子数は特に限定されないが、好ましくは1~20、より好ましくは1~10、さらに好ましくは1~7である。なお、上記「鎖中及び/又は末端に」アミノ基又はアンモニウム基を有するとは、より具体的には、例えば、一価の有機基の鎖中に第二級アミノ基もしくはアンモニウム基、第三級アミノ基もしくはアンモニウム基、又は第四級アンモニウム基が介在すること、一価の有機基の鎖中の第二級炭素原子又は第三級炭素原子にアミノ基又はアンモニウム基が結合していること、一価の有機基の末端の炭素原子にアミノ基(-NH2;第一級アミノ基)又はアンモニウム基(-NH3 +;第一級アンモニウム基)が結合していることを意味する。 The silica membrane of the present disclosure preferably has monovalent organic groups having an amino group or an ammonium group in the chain and/or at the end. In the monovalent organic group having an amino group or an ammonium group, the monovalent organic group is not particularly limited. or a group in which two or more alkyl groups are bonded via a heteroatom such as a sulfur atom. Among them, an alkyl group is preferable, a straight-chain or branched-chain alkyl group is more preferable, and a straight-chain alkyl group is further preferable. Although the number of carbon atoms in the above monovalent organic group is not particularly limited, it is preferably 1-20, more preferably 1-10, still more preferably 1-7. In addition, the above-mentioned having an amino group or an ammonium group "in the chain and/or at the end" more specifically means, for example, a secondary amino group or an ammonium group in the chain of a monovalent organic group, a tertiary interposed by a primary amino group or ammonium group, or a quaternary ammonium group; and an amino group or ammonium group is bound to a secondary or tertiary carbon atom in the chain of the monovalent organic group. , means that an amino group (--NH 2 ; primary amino group) or an ammonium group (--NH 3 + ; primary ammonium group) is bound to the terminal carbon atom of a monovalent organic group.

上記アミノ基は、第一級アミノ基、第二級アミノ基、第三級アミノ基のいずれであってもよい。上記アンモニウム基は、第一級アンモニウム基、第二級アンモニウム基、第三級アンモニウム基、第四級アンモニウム基のいずれであってもよい。上記アミノ基等は有機基が置換した置換アミノ基等であってもよい。また、無置換アミノ基等であってもよく、無置換アミノ基等を有するシリカ膜に対して有機物処理を施すことや、有機物の分離に使用することにより置換アミノ基等とすることができる。上記アミノ基は、一種のみであってもよく、二種以上であってもよい。 The amino group may be a primary amino group, a secondary amino group, or a tertiary amino group. The ammonium group may be any of a primary ammonium group, a secondary ammonium group, a tertiary ammonium group and a quaternary ammonium group. The amino group or the like may be a substituted amino group or the like substituted with an organic group. In addition, it may be an unsubstituted amino group or the like, and a substituted amino group or the like can be obtained by subjecting a silica film having an unsubstituted amino group or the like to an organic matter treatment or using it for separation of an organic matter. The amino group may be of only one type, or may be of two or more types.

上記置換アミノ基等が有する置換基は、一価の有機基であり、例えば、アルキル基(好ましくは炭素数1~8のアルキル基、より好ましくは炭素数1~6のアルキル基、さらに好ましくは炭素数1~4のアルキル基)、アリール基(好ましくは炭素数6~14のアリール基、より好ましくは炭素数6~10のアリール基)、又はこれらが結合した基が挙げられる。上記置換アミノ基等が複数の置換基を有する場合、上記複数の置換基は同一であってもよいし異なっていてもよい。 The substituent of the substituted amino group or the like is a monovalent organic group, such as an alkyl group (preferably an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, more preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, more preferably an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms), an aryl group (preferably an aryl group having 6 to 14 carbon atoms, more preferably an aryl group having 6 to 10 carbon atoms), or a group in which these are bonded. When the substituted amino group or the like has a plurality of substituents, the plurality of substituents may be the same or different.

上記シリカ膜は、アミノ基等を有しない一価の有機基を含んでいてもよい。上記アミノ基等を有しない一価の有機基としては、例えば、アルキル基;アルキル基の末端にカルボキシ基、水酸基、又はメルカプト基を有する基;アルキル基の鎖中にエーテル結合、又はチオエーテル結合を有するものが挙げられる。上記アルキル基は特に限定されないが、例えば、環状アルキル基、直鎖アルキル基、又は分岐鎖アルキル基である。また、上記アルキル基の炭素原子数は特に限定されないが、好ましくは1~20、より好ましくは1~10、さらに好ましくは1~7である。以下、シリカ膜が有するアミノ基等及びアミノ基等を有しない一価の有機基をまとめて一価の有機基と称することがある。 The silica film may contain a monovalent organic group that does not have an amino group or the like. Examples of the monovalent organic group having no amino group include, for example, an alkyl group; a group having a carboxy group, a hydroxyl group, or a mercapto group at the end of the alkyl group; an ether bond or a thioether bond in the chain of the alkyl group. include those that have Although the alkyl group is not particularly limited, it is, for example, a cyclic alkyl group, a linear alkyl group, or a branched alkyl group. Although the number of carbon atoms in the alkyl group is not particularly limited, it is preferably 1-20, more preferably 1-10, still more preferably 1-7. Hereinafter, the amino group or the like contained in the silica film and the monovalent organic group having no amino group or the like may be collectively referred to as a monovalent organic group.

上記シリカ膜は、膜を形成する無機化合物として、金属酸化物を含んでいてもよい。上記金属酸化物としては、例えば、アルミナ、ジルコニア、チタニア、マグネシア等が挙げられる。上記シリカ膜は、シリカと併用する金属酸化物の種類や割合、シリカ膜に対するプラズマ処理、一価の有機基の表面への導入、一価の有機基の種類や量等の調整により、膜細孔径の調整や、表面の親水性や疎水性、水接触角等のシリカ膜の表面特性を調整することができる。 The silica film may contain a metal oxide as a film-forming inorganic compound. Examples of the metal oxides include alumina, zirconia, titania, and magnesia. The above silica film can be made finer by adjusting the type and ratio of metal oxides used in combination with silica, plasma treatment of the silica film, introduction of monovalent organic groups to the surface, and type and amount of monovalent organic groups. It is possible to adjust the pore size, surface hydrophilicity, hydrophobicity, water contact angle, and other surface properties of the silica membrane.

上記シリカ膜の中心細孔径は、0.5~5.0nmであれば特に限定されないが、好ましくは0.8~4.0nmであり、より好ましくは1.0~3.0nmである。上記中心細孔径は、メディアン径(D50)であり、単成分ガス透過試験(H2、CO2、N2、CH4、CF4、SF6)又はナノパームポロメトリー法により測定することができる。上記中心細孔径は、混合気体の分離用途ではなく、混合液体の分離用途に適する範囲であることが好ましい。また、シランカップリング剤を導入する前のシリカ膜の中心細孔径が上記範囲内であることが好ましい。 The central pore diameter of the silica membrane is not particularly limited as long as it is 0.5 to 5.0 nm, preferably 0.8 to 4.0 nm, more preferably 1.0 to 3.0 nm. The central pore diameter is the median diameter (D50) and can be measured by a single component gas permeation test ( H2 , CO2 , N2 , CH4 , CF4 , SF6 ) or a nanoperm porometry method. . The central pore size is preferably in a range suitable for separation of mixed liquids, not for separation of mixed gases. Moreover, it is preferable that the central pore diameter of the silica film before introducing the silane coupling agent is within the above range.

上記シリカ膜表面の水接触角は特に限定されないが、好ましくは、0~70°であり、より好ましくは15~70°、より好ましくは30~70°である。水接触角が上記範囲内であることにより表面が適度な親水性を示すため、疎水性低分子が透過しにくくなり、分子サイズや物性(親水性)の異なる成分を含む混合溶液を効率よく分離することができる。 The water contact angle of the silica film surface is not particularly limited, but is preferably 0 to 70°, more preferably 15 to 70°, and more preferably 30 to 70°. When the water contact angle is within the above range, the surface exhibits moderate hydrophilicity, making it difficult for hydrophobic low-molecular-weight molecules to permeate, effectively separating mixed solutions containing components with different molecular sizes and physical properties (hydrophilicity). can do.

上記シリカ膜は、アミノ基及び/又はアンモニウム基を有するシランカップリング剤に由来する構造を有することが好ましい。すなわち、上記シリカ膜は上記シランカップリング剤によりアミノ基等が導入されたものであることが好ましい。言い換えると、上記シリカ膜は上記シランカップリング剤に由来するアミノ基等を有することが好ましい。上記シラカップリング剤は、一種のみであってもよいし、二種以上であってもよい。 The silica film preferably has a structure derived from a silane coupling agent having an amino group and/or an ammonium group. That is, it is preferable that the silica film has an amino group or the like introduced by the silane coupling agent. In other words, the silica film preferably has an amino group or the like derived from the silane coupling agent. The sila coupling agent may be of one type or two or more types.

上記シリカ膜が上記シランカップリング剤に由来する構造を有する場合、上記シランカップリング剤をシリカ膜に導入する際において、シリカ膜の表面に存在する水酸基がシランカップリング剤のアルコキシ基との脱水反応により縮合する。このため、シリカ膜表面の水酸基の量を減らすことができ、アセトアルデヒドとヨウ化メチルとを含む混合溶液における、水酸基との反応性が高い成分と水酸基との反応が低減される。その一方で、上記シランカップリング剤に由来するアミノ基等が増大するため、シリカ膜の表面が適度な親水性を保つことができ、アセトアルデヒドとヨウ化メチルとを効率的に分離することができる。また、性能の安定性が高く、繰り返して使用してもアセトアルデヒドの透過性が低減しにくい。 When the silica film has a structure derived from the silane coupling agent, when the silane coupling agent is introduced into the silica film, the hydroxyl groups present on the surface of the silica film are dehydrated with the alkoxy groups of the silane coupling agent. It condenses by reaction. Therefore, the amount of hydroxyl groups on the surface of the silica film can be reduced, and the reaction between a component highly reactive with hydroxyl groups and hydroxyl groups in the mixed solution containing acetaldehyde and methyl iodide is reduced. On the other hand, since the amino groups and the like derived from the silane coupling agent increase, the surface of the silica film can maintain moderate hydrophilicity, and acetaldehyde and methyl iodide can be efficiently separated. . In addition, the stability of performance is high, and the permeability of acetaldehyde does not easily decrease even after repeated use.

上記シランカップリング剤は、ケイ素原子にそれぞれ結合したアルコキシ基及び一価の有機基を含み、上記一価の有機基の少なくとも1つは、鎖中及び/又は末端に、アミノ基及び/又はアンモニウム基を有する。すなわち、上記シランカップリング剤は、ケイ素原子に結合した、アルコキシ基と、アミノ基等を有する一価の有機基とを含み、さらにアミノ基等を有しない一価の有機基を含んでいてもよい。 The silane coupling agent comprises an alkoxy group and a monovalent organic group respectively bonded to a silicon atom, at least one of the monovalent organic groups having an amino group and/or an ammonium have a group. That is, the silane coupling agent contains an alkoxy group and a monovalent organic group having an amino group or the like bonded to a silicon atom, and may further contain a monovalent organic group having no amino group or the like. good.

上記アミノ基等を有する一価の有機基において、一価の有機基は特に限定されないが、例えば、環状アルキル基、直鎖アルキル基、分岐鎖アルキル基等のアルキル基や、酸素原子や硫黄原子等のヘテロ原子を介して2以上のアルキル基が結合した基等が挙げられる。中でも、アルキル基が好ましく、より好ましくは直鎖又は分岐鎖アルキル基であり、さらに好ましくは直鎖アルキル基である。また、上記一価の有機基の炭素原子数は特に限定されないが、好ましくは1~20、より好ましくは1~10、さらに好ましくは1~7である。 In the monovalent organic group having an amino group or the like, the monovalent organic group is not particularly limited. and groups in which two or more alkyl groups are bonded via a heteroatom such as . Among them, an alkyl group is preferable, a straight-chain or branched-chain alkyl group is more preferable, and a straight-chain alkyl group is further preferable. Although the number of carbon atoms in the above monovalent organic group is not particularly limited, it is preferably 1-20, more preferably 1-10, still more preferably 1-7.

上記シランカップリング剤において、シランカップリング剤中の上記ケイ素原子と上記アミノ基及び/又は上記アンモニウム基中の窒素原子との間に存在する主鎖中の原子数は、1~8であることが好ましく、より好ましくは2~4である。上記主鎖の原子数が8以下(特に4以下)であると、細孔が小さくなるのを抑制し、またシリカ膜表面の親水性を適度なものとし、透過性がより良好となる。例えば、上記主鎖が二価の直鎖状炭化水素基である場合、上記主鎖の原子数は、炭素原子数と同じである。 In the silane coupling agent, the number of atoms in the main chain present between the silicon atom in the silane coupling agent and the nitrogen atom in the amino group and/or the ammonium group is 1 to 8. is preferred, more preferably 2-4. When the number of atoms in the main chain is 8 or less (particularly 4 or less), the pores are prevented from becoming small, the hydrophilicity of the silica membrane surface is moderated, and the permeability is improved. For example, when the main chain is a divalent linear hydrocarbon group, the number of atoms in the main chain is the same as the number of carbon atoms.

上記アミノ基等を有する一価の有機基において、アミノ基は、第一級アミノ基、第二級アミノ基、第三級アミノ基のいずれであってもよい。また、アンモニウム基は、第一級アンモニウム基、第二級アンモニウム基、第三級アンモニウム基、第四級アンモニウム基のいずれであってもよい。上記アミノ基等は有機基が置換した置換アミノ基等であってもよい。また、無置換アミノ基等であってもよく、無置換アミノ基等を有するシリカ膜に対して有機物処理を施すことや、有機物の分離に使用することにより置換アミノ基等とすることができる。例えば、第一級アミノ基を有する一価の有機基に対し、ヨウ化メチル(MeI)溶液を通液すると、上記第一級アミノ基から第二級アミノ基や第一級アンモニウム基が生じる可能性があり、その他のアミノ基やアンモニウム基が生じる可能性もある。上記アミノ基は、一種のみであってもよく、二種以上であってもよい。 In the monovalent organic group having an amino group or the like, the amino group may be a primary amino group, a secondary amino group, or a tertiary amino group. Moreover, the ammonium group may be any of a primary ammonium group, a secondary ammonium group, a tertiary ammonium group and a quaternary ammonium group. The amino group or the like may be a substituted amino group or the like substituted with an organic group. In addition, it may be an unsubstituted amino group or the like, and a substituted amino group or the like can be obtained by subjecting a silica film having an unsubstituted amino group or the like to an organic matter treatment or using it for separation of an organic matter. For example, when a methyl iodide (MeI) solution is passed through a monovalent organic group having a primary amino group, a secondary amino group or primary ammonium group can be generated from the primary amino group. , and other amino and ammonium groups may also occur. The amino group may be of only one type, or may be of two or more types.

上記シランカップリング剤は、アミノ基等を有しない一価の有機基を含んでいてもよい。上記アミノ基等を有しない一価の有機基としては、例えば、アルキル基;アルキル基の末端にカルボキシ基、水酸基、又はメルカプト基を有する基;アルキル基の鎖中にエーテル結合、又はチオエーテル結合を有するものが挙げられる。上記アルキル基は特に限定されないが、例えば、環状アルキル基、直鎖アルキル基、又は分岐鎖アルキル基である。また、上記アルキル基の炭素原子数は特に限定されないが、好ましくは1~20、より好ましくは1~10、さらに好ましくは1~7である。 The silane coupling agent may contain a monovalent organic group having no amino group or the like. Examples of the monovalent organic group having no amino group include, for example, an alkyl group; a group having a carboxy group, a hydroxyl group, or a mercapto group at the end of the alkyl group; an ether bond or a thioether bond in the chain of the alkyl group. include those that have Although the alkyl group is not particularly limited, it is, for example, a cyclic alkyl group, a linear alkyl group, or a branched alkyl group. Although the number of carbon atoms in the alkyl group is not particularly limited, it is preferably 1-20, more preferably 1-10, still more preferably 1-7.

上記シランカップリング剤が有するアルコキシ基は、一般式RO-(Rはアルキル基を示す。)で表される。上記Rとしてのアルキル基は、直鎖又は分岐鎖アルキル基であることが好ましく、より好ましくは直鎖アルキル基である。上記Rとしてのアルキル基の炭素原子数(すなわち、アルコキシ基の炭素原子数)は特に限定されないが、1~10であることが好ましく、より好ましくは1~5、さらに好ましくは1~4、特に好ましくは1又は2である。シランカップリング剤が有するアルコキシ基としては、具体的には、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基、sec-ブトキシ基、及びt-ブトキシ基等が挙げられる。 The alkoxy group possessed by the silane coupling agent is represented by the general formula RO-- (R represents an alkyl group). The alkyl group for R is preferably a straight-chain or branched-chain alkyl group, more preferably a straight-chain alkyl group. The number of carbon atoms in the alkyl group as R (that is, the number of carbon atoms in the alkoxy group) is not particularly limited, but is preferably 1 to 10, more preferably 1 to 5, still more preferably 1 to 4, especially Preferably it is 1 or 2. The alkoxy group possessed by the silane coupling agent specifically includes a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, an isopropoxy group, a butoxy group, a sec-butoxy group, a t-butoxy group and the like.

上記シランカップリング剤は、好ましくは下記式で表される。
x-Si-R1 m(OR23-m
(R1は置換基を有していてもよい炭素原子数1~3のアルキル基を示す。R2は置換基を有していてもよい炭素原子数1~3のアルキル基を示す。RXは鎖中及び/又は末端に、アミノ基及び/又は上記アンモニウム基を有するアルキル基を示す。mは1~3の整数を表す。)
The silane coupling agent is preferably represented by the following formula.
Rx - Si- R1m ( OR2 ) 3 - m
(R 1 represents an optionally substituted alkyl group having 1 to 3 carbon atoms; R 2 represents an optionally substituted alkyl group having 1 to 3 carbon atoms; R X represents an alkyl group having an amino group and/or the above-mentioned ammonium group in the chain and/or at the end.m represents an integer of 1 to 3.)

1及びR2においてアルキル基が有していてもよい置換基としては、シランカップリング剤の加水分解及び脱水縮合を妨げなければ特に限定されず、例えば、炭素原子数1~6のアルコキシ基、炭素原子数2~6のアルケニルオキシ基、炭素原子数2~6の脂肪族アシル基、ベンゾイル基、ニトロ基、ニトロソ基、ヒドロキシ基、シアノ基、スルホン酸基、第一級アミノ基等のアミノ基、カルボキシ基、水酸基、メルカプト基、及びハロゲン原子等が挙げられる。 The substituent that the alkyl group may have in R 1 and R 2 is not particularly limited as long as it does not interfere with the hydrolysis and dehydration condensation of the silane coupling agent. , an alkenyloxy group having 2 to 6 carbon atoms, an aliphatic acyl group having 2 to 6 carbon atoms, a benzoyl group, a nitro group, a nitroso group, a hydroxy group, a cyano group, a sulfonic acid group, a primary amino group, etc. An amino group, a carboxy group, a hydroxyl group, a mercapto group, a halogen atom, and the like are included.

Xのアミノ基等を有するアルキル基において、アルキル基は特に限定されないが、例えば、環状アルキル基、直鎖アルキル基、又は分岐鎖アルキル基が好ましくは、より好ましくは直鎖又は分岐鎖アルキル基であり、さらに好ましくは直鎖アルキル基である。また、上記アルキル基の炭素原子数は特に限定されないが、好ましくは1~20、より好ましくは1~10、さらに好ましくは1~7である。 In the alkyl group having an amino group or the like of R X , the alkyl group is not particularly limited, but for example, a cyclic alkyl group, a straight-chain alkyl group, or a branched-chain alkyl group is preferable, and a straight-chain or branched-chain alkyl group is more preferable. and more preferably a straight-chain alkyl group. Although the number of carbon atoms in the alkyl group is not particularly limited, it is preferably 1-20, more preferably 1-10, still more preferably 1-7.

上記RXのアミノ基等を有するアルキル基において、アミノ基等における窒素原子からSiまでの間の主鎖の原子数は、1~8であることが好ましく、より好ましくは2~4である。上記主鎖の原子数が8以下(特に4以下)であると、細孔が小さくなるのを抑制し、またシリカ膜表面の親水性を適度なものとし、透過性がより良好となる。 In the above R X alkyl group having an amino group or the like, the number of atoms in the main chain between the nitrogen atom and Si in the amino group or the like is preferably 1-8, more preferably 2-4. When the number of atoms in the main chain is 8 or less (particularly 4 or less), the pores are prevented from becoming small, the hydrophilicity of the silica membrane surface is moderated, and the permeability is improved.

上記シランカップリング剤は、具体的には、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリエトキシシラン、トリメトキシ[3-(メチルアミノ)プロピル]シラン、[3-(N,N-ジメチルアミノ)プロピル]トリメトキシシラン、トリメトキシ[3-(フェニルアミノ)プロピル]シラン、N-[2-(N-ビニルベンジルアミノ)エチル]-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-[8-(トリメトキシシリル)オクチル]エタン-1,2-ジアミン、N-[3-(トリメトキシシリル)プロピル]-1-ブタンアミン、[3-(ジエチルアミノ)プロピル]トリメトキシシラン、3-[(1,3-ジメチルブチリデン)アミノ]プロピルトリエトキシシラン、(3-メルカプトプロピル)トリメトキシシラン、(3-メルカプトプロピル)トリエトキシシラン、及びN,N-ビス[(ジフェニルホスフィノ)メチル]-3-(トリエトキシシリル)プロピルアミンが挙げられる。これらのシランカップリング剤は、一種又は二種以上を使用してもよい。 Specifically, the silane coupling agent includes 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, N-2-(aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilane, N-2-( aminoethyl)-3-aminopropyltriethoxysilane, trimethoxy[3-(methylamino)propyl]silane, [3-(N,N-dimethylamino)propyl]trimethoxysilane, trimethoxy[3-(phenylamino)propyl ] silane, N-[2-(N-vinylbenzylamino)ethyl]-3-aminopropyltrimethoxysilane, N-[8-(trimethoxysilyl)octyl]ethane-1,2-diamine, N-[3 -(trimethoxysilyl)propyl]-1-butanamine, [3-(diethylamino)propyl]trimethoxysilane, 3-[(1,3-dimethylbutylidene)amino]propyltriethoxysilane, (3-mercaptopropyl) Trimethoxysilane, (3-mercaptopropyl)triethoxysilane, and N,N-bis[(diphenylphosphino)methyl]-3-(triethoxysilyl)propylamine. One or more of these silane coupling agents may be used.

上記シリカ膜において、上記アミノ基及び/又は上記アンモニウム基は、例えば、下記式(1)で表される基を介してシリカ膜を構成するケイ素原子に結合している。
-X-Si(-O-)3 (1)
[式(1)中、Xは二価の有機基を示し、Xの左に伸びる結合手は上記アミノ基又は上記アンモニウム基における窒素原子に結合し、Oの右に延びる結合手は、それぞれ、シリカ膜を構成するケイ素原子及び/又は他の式(1)で表される基におけるケイ素原子に結合している。]
In the silica film, the amino groups and/or the ammonium groups are bonded to silicon atoms constituting the silica film via groups represented by the following formula (1), for example.
-X-Si(-O-) 3 (1)
[In the formula (1), X represents a divalent organic group, the bond extending to the left of X is bonded to the nitrogen atom in the amino group or the ammonium group, and the bond extending to the right of O is, respectively, It is bonded to the silicon atoms constituting the silica film and/or the silicon atoms in other groups represented by formula (1). ]

上記X中の主鎖の原子数は、1~8であることが好ましく、より好ましくは2~4である。上記主鎖の原子数が8以下(特に4以下)であると、細孔が小さくなるのを抑制し、またシリカ膜表面の親水性を適度なものとし、透過性がより良好となる。 The number of atoms in the main chain of X is preferably 1-8, more preferably 2-4. When the number of atoms in the main chain is 8 or less (particularly 4 or less), the pores are prevented from becoming small, the hydrophilicity of the silica membrane surface is moderated, and the permeability is improved.

上記シリカ膜は、アミノ基及び/又はアンモニウム基を有するシランカップリング剤を、シラノール基を有するシリカ膜と脱水縮合反応させることによりに作製することができる。上記脱水縮合反応は、例えば、シランカップリング剤を含む液体を布に染み込ませた後、シラノール基を有するシリカ膜に塗布し、110℃で0.5~1時間反応させて行うことができる。また、上記シラノール基を含むシリカ膜は、シランカップリング剤との反応前に、シリカ膜に水蒸気の導入やプラズマ照射することにより水酸基を増加させる処理を行ってもよい。 The silica film can be produced by subjecting a silane coupling agent having an amino group and/or an ammonium group to a dehydration condensation reaction with a silica film having a silanol group. The dehydration-condensation reaction can be carried out, for example, by impregnating a cloth with a liquid containing a silane coupling agent, applying it to a silica film having silanol groups, and reacting it at 110° C. for 0.5 to 1 hour. The silica film containing silanol groups may be subjected to a treatment to increase hydroxyl groups by introducing water vapor or irradiating the silica film with plasma before the reaction with the silane coupling agent.

上記シリカ膜の厚さは、例えば0.1~10μm、好ましくは0.1~1μmである。 The thickness of the silica film is, for example, 0.1 to 10 μm, preferably 0.1 to 1 μm.

上記シリカ膜は、多孔質基材の少なくとも一方の面に設けられていることが好ましい。上記多孔質基材は、上記シリカ膜を支持するための基材として作用する。上記多孔質基材は、アセトアルデヒドを透過させることが可能な孔を有する。また、上記多孔質基材の少なくとも一方の面に上記シリカ膜を設けることにより、複合膜が得られる。 The silica film is preferably provided on at least one surface of the porous substrate. The porous substrate acts as a substrate for supporting the silica membrane. The porous substrate has pores through which acetaldehyde can pass. A composite membrane can be obtained by providing the silica membrane on at least one surface of the porous substrate.

上記多孔質基材としては、公知乃至慣用のものを使用することができる。上記多孔質基材を構成する材質としては、例えば、シリカ、アルミナ、ムライト、ジルコニア、コージェライト、チタニア、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ステンレス鋼、銅、アルミニウム、チタン、セラミック等の無機物等が挙げられる。 As the porous substrate, known or commonly used substrates can be used. Examples of materials constituting the porous substrate include inorganic substances such as silica, alumina, mullite, zirconia, cordierite, titania, silicon nitride, silicon carbide, stainless steel, copper, aluminum, titanium, and ceramics. .

上記多孔質基材の厚さは、例えば50~3000μm、好ましくは500~2000μmである。 The thickness of the porous substrate is, for example, 50-3000 μm, preferably 500-2000 μm.

本明細書に開示された各々の態様は、本明細書に開示された他のいかなる特徴とも組み合わせることができる。各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は、一例であって、本開示の趣旨から逸脱しない範囲内で、適宜、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本開示に係る各発明は、実施形態や以下の実施例によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。 Each aspect disclosed in this specification may be combined with any other feature disclosed in this specification. Each configuration and combination thereof in each embodiment is an example, and addition, omission, replacement, and other changes of configuration are possible as appropriate without departing from the gist of the present disclosure. In addition, each invention according to the present disclosure is not limited by the embodiments or the following examples, but only by the claims.

以下に、実施例に基づいて本開示の一実施形態をより詳細に説明する。 An embodiment of the present disclosure will be described in more detail below based on examples.

(実施例1)
1.5~2.0nmの貫通孔を有するシリカを主成分とする多孔質層として、市販のナノセラミック多孔質基材(型番:eSep-nano-Si-1.5-2、イーセップ株式会社製)を用いた。シリカ多孔質層の厚みは約500nmであり、下層はマクロ孔で形成されたα-アルミナ多孔質基材により支持されている構造を有する。外形は直径12mm、内径9mm、長さ40cmの円筒型であった。円筒状の膜の外側に、25℃で湿度50%以上の空気を1分間以上導入した。その際、円筒状の膜の内側を減圧し、水蒸気を強制的に膜細孔内部に導入した。膜細孔内に水蒸気が残存した状態で6時間以上保持し、シリカ層へのOH基生成を促進した。シランカップリング剤である3-アミノプロピルトリメトキシシラン(APTMS)を水で100倍に希釈後、室温で3時間以上静置することにより、加水分解反応を十分に進行させてから当該液体を布に染み込ませ、その布を用いて上記で調製した円筒状の複合膜に塗布した後、110℃で0.5時間乾燥して固定化を行い、シリカ膜を得た。
(Example 1)
A commercially available nano-ceramic porous substrate (model number: eSep-nano-Si-1.5-2, manufactured by E-Sep Co., Ltd.) is used as a porous layer mainly composed of silica having through holes of 1.5 to 2.0 nm. Using. The silica porous layer has a thickness of about 500 nm, and the lower layer has a structure supported by an α-alumina porous substrate formed of macropores. The outer shape was cylindrical with a diameter of 12 mm, an inner diameter of 9 mm and a length of 40 cm. Air having a humidity of 50% or more at 25° C. was introduced to the outside of the cylindrical membrane for 1 minute or more. At that time, the inside of the cylindrical membrane was decompressed to forcibly introduce water vapor into the membrane pores. A state in which water vapor remained in the pores of the membrane was maintained for 6 hours or longer to accelerate the formation of OH groups in the silica layer. 3-Aminopropyltrimethoxysilane (APTMS), which is a silane coupling agent, is diluted 100 times with water and allowed to stand at room temperature for 3 hours or longer to allow the hydrolysis reaction to proceed sufficiently before the liquid is applied to a cloth. The cloth was applied to the cylindrical composite membrane prepared above, and then dried at 110° C. for 0.5 hours for immobilization to obtain a silica membrane.

(実施例2)
実施例1にて得られたシリカ膜に対し、常温下で99.5wt%のMeI(和光純薬製)を7時間通液循環させた後、静置状態で16時間浸漬させてシリカ膜を得た。
(Example 2)
For the silica film obtained in Example 1, 99.5 wt% MeI (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) was passed through and circulated for 7 hours at room temperature, and then immersed in a stationary state for 16 hours to form a silica film. Obtained.

(比較例1)
0.5~1.0nmの貫通孔を有するシリカを主成分とする、市販のナノセラミック多孔質基材(型番:eSep-nano-Si-0.5-1、イーセップ株式会社製)を用意し、シリカ膜として使用した。なお、上記シリカ膜は、実施例1及び2とは異なり、シランカップリング剤の導入は行わなかったためアミノ基を有しない。なお、上記基材におけるシリカ多孔質層の厚みは約500nmであり、下層はマクロ孔で形成されたα-アルミナ多孔質基材により支持されている構造を有する。外形は直径12mm、内径9mm、長さ40cmの円筒型であった。
(Comparative example 1)
Prepare a commercially available nano-ceramic porous substrate (model number: eSep-nano-Si-0.5-1, manufactured by E-Sep Co., Ltd.) mainly composed of silica having through holes of 0.5 to 1.0 nm, and silica used as a membrane. Unlike Examples 1 and 2, the silica film did not have an amino group because no silane coupling agent was introduced. The thickness of the silica porous layer in the substrate is about 500 nm, and the lower layer has a structure supported by the α-alumina porous substrate formed of macropores. The outer shape was cylindrical with a diameter of 12 mm, an inner diameter of 9 mm and a length of 40 cm.

(比較例2)
1.0~1.5nmの貫通孔を有するシリカを主成分とする、市販のナノセラミック多孔質基材(型番:eSep-nano-Si-1-1.5、イーセップ株式会社製)を用意し、シリカ膜として使用した。なお、上記シリカ膜は、実施例1及び2とは異なり、シランカップリング剤の導入は行わなかったためアミノ基を有しない。なお、上記基材におけるシリカ多孔質層の厚みは約500nmであり、下層はマクロ孔で形成されたα-アルミナ多孔質基材により支持されている構造を有する。外形は直径12mm、内径9mm、長さ40cmの円筒型であった。
(Comparative example 2)
Prepare a commercially available nano-ceramic porous substrate (model number: eSep-nano-Si-1-1.5, manufactured by E-Sep Co., Ltd.) mainly composed of silica having through holes of 1.0 to 1.5 nm, and silica used as a membrane. Unlike Examples 1 and 2, the silica film did not have an amino group because no silane coupling agent was introduced. The thickness of the silica porous layer in the substrate is about 500 nm, and the lower layer has a structure supported by the α-alumina porous substrate formed of macropores. The outer shape was cylindrical with a diameter of 12 mm, an inner diameter of 9 mm and a length of 40 cm.

表1に示す各種シリカ膜について、アセトアルデヒドとヨウ化メチルの分離性能を、加温・加圧下条件において、浸透気化法(パーベーパレーション法)により評価した。具体的には、まず、パーべーパレーション装置に膜面積120.6cm2の分離膜を装着した。供給液成分として、アセトアルデヒド79.77質量%、ヨウ化メチル7.78質量%、水12.45質量%の混合液約600gを装置内に投入した。ウォーターバスにて50℃まで加温し、供給液側の圧力を190kPaGに保ちながら、送液ポンプにて75ml/minで分離膜に供給した。透過側の圧力は常圧とし、4~5時間透過させて、コールドトラップで捕集し透過液を採集した。ガスクロマトグラフィー分析、水分分析により、アセトアルデヒドの透過度[mol/m2・s・Pa]、透過度比を算出した。透過度比は、[アセトアルデヒドの透過度/ヨウ化メチルの透過度]として求めた。結果を表1に示す。なお、表1に示す「AD」はアセトアルデヒドを示す。なお、同様の実験を、実施例1のシリカ膜では6回、実施例2のシリカ膜では3回、比較例1のシリカ膜では4回、比較例2のシリカ膜では5回繰り返し、評価を行った。図1では、実施例及び比較例における透過度比の推移を示す。図2では、実施例及び比較例におけるアセトアルデヒドの透過度の推移を示す。 For the various silica membranes shown in Table 1, the separation performance of acetaldehyde and methyl iodide was evaluated by a pervaporation method (pervaporation method) under heating and pressurized conditions. Specifically, first, a separation membrane having a membrane area of 120.6 cm 2 was attached to a pervaporation apparatus. About 600 g of a liquid mixture of 79.77% by mass of acetaldehyde, 7.78% by mass of methyl iodide, and 12.45% by mass of water was introduced into the apparatus as the feed liquid component. The solution was heated to 50° C. in a water bath, and supplied to the separation membrane at a rate of 75 ml/min with a liquid feed pump while maintaining the pressure on the feed liquid side at 190 kPaG. The pressure on the permeate side was normal pressure, and the permeate was allowed to permeate for 4 to 5 hours, followed by collection with a cold trap to collect the permeate. Acetaldehyde permeability [mol/m 2 ·s·Pa] and permeability ratio were calculated by gas chromatography analysis and moisture analysis. The permeability ratio was determined as [permeability of acetaldehyde/permeability of methyl iodide]. Table 1 shows the results. "AD" shown in Table 1 indicates acetaldehyde. The same experiment was repeated 6 times for the silica film of Example 1, 3 times for the silica film of Example 2, 4 times for the silica film of Comparative Example 1, and 5 times for the silica film of Comparative Example 2, and evaluated. gone. FIG. 1 shows the transition of the transmittance ratio in Examples and Comparative Examples. FIG. 2 shows changes in acetaldehyde permeability in Examples and Comparative Examples.

また、実施例1及び2のシリカ膜の水接触角は、接触角計「Drop Master700」(協和界面科学株式会社製)を用いて、膜表面に水を1滴滴下し、その際の角度を測定した。なお、実施例1のシリカ膜では実験前のシリカ膜の水接触角と、6回の実験後の水接触角、実施例2のシリカ膜では3回の実験後の水接触角を測定した。結果を表2に示す。 Further, the water contact angle of the silica films of Examples 1 and 2 was measured by dropping one drop of water on the film surface using a contact angle meter "Drop Master 700" (manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.), and measuring the angle at that time. It was measured. For the silica film of Example 1, the water contact angle of the silica film before the experiment and the water contact angle after six experiments, and the water contact angle of the silica film of Example 2 after three experiments were measured. Table 2 shows the results.

Figure 2023028577000001
Figure 2023028577000001

Figure 2023028577000002
Figure 2023028577000002

表1から分かるように、中心細孔径が0.5~5.0nmであり且つアミノ基を有するシリカ膜を分離膜として用いた場合(実施例1及び2)、アセトアルデヒドの透過度が大きく、且つ透過度比が実験回数を経ても大きな変化がないという結果となった(図1及び2)。その一方で、アミノ基を有しないシリカ膜を分離膜として用いた場合(比較例1及び2)では、アセトアルデヒドの透過度が小さく、且つ透過度比が実験回数を経ると大きく減少するという結果となった(図1及び2)。このことから、中心細孔径が0.5~5.0nmであり且つアミノ基を有するシリカ膜によれば、分子サイズ及び/又は物性の異なる成分を含む混合溶液、すなわち、アセトアルデヒドとヨウ化メチルを効率よく分離することができ、且つ繰り返して使用してもその性能(分離能)が低下しにくいことが明らかになった。 As can be seen from Table 1, when a silica membrane having a central pore diameter of 0.5 to 5.0 nm and having an amino group was used as a separation membrane (Examples 1 and 2), the permeability of acetaldehyde was high, and The result was that the transmittance ratio did not change significantly over the number of experiments (Figs. 1 and 2). On the other hand, when a silica membrane having no amino group was used as the separation membrane (Comparative Examples 1 and 2), the permeability of acetaldehyde was low, and the permeability ratio decreased significantly with the number of experiments. became (Figs. 1 and 2). From this, it can be concluded that a silica film having a central pore diameter of 0.5 to 5.0 nm and having amino groups can be used to prepare a mixed solution containing components with different molecular sizes and/or physical properties, that is, acetaldehyde and methyl iodide. It was clarified that the separation can be performed efficiently and that the performance (separation ability) does not deteriorate even after repeated use.

Claims (9)

中心細孔径が0.5~5.0nmであり且つアミノ基及び/又はアンモニウム基を有するシリカ膜。 A silica membrane having a central pore diameter of 0.5 to 5.0 nm and having an amino group and/or an ammonium group. 前記アミノ基及び/又は前記アンモニウム基を有するシランカップリング剤に由来する構造を有する、請求項1に記載のシリカ膜。 2. The silica film according to claim 1, having a structure derived from a silane coupling agent having said amino group and/or said ammonium group. 前記シランカップリング剤が、ケイ素原子にそれぞれ結合したアルコキシ基と一価の有機基とを含み、上記一価の有機基の少なくとも1つが、鎖中及び/又は末端に、アミノ基及び/又はアンモニウム基を有する、請求項2に記載のシリカ膜。 The silane coupling agent comprises an alkoxy group and a monovalent organic group each bonded to a silicon atom, and at least one of the monovalent organic groups has an amino group and/or an ammonium group in the chain and/or at the end. 3. The silica membrane of claim 2, comprising groups. 前記ケイ素原子と前記アミノ基及び/又は前記アンモニウム基中の窒素原子との間に存在する主鎖の原子数は2~4である請求項3に記載のシリカ膜。 4. The silica film according to claim 3, wherein the number of atoms of the main chain present between the silicon atom and the nitrogen atom in the amino group and/or the ammonium group is 2 to 4. 中心細孔径が0.8~4.0nmである、請求項1~4のいずれか一項に記載のシリカ膜。 The silica membrane according to any one of claims 1 to 4, which has a central pore size of 0.8 to 4.0 nm. 中心細孔径が1.0~3.0nmである、請求項1~5いずれか一項に記載のシリカ膜。 The silica membrane according to any one of claims 1 to 5, which has a central pore diameter of 1.0 to 3.0 nm. 表面の水接触角が0~70°である、請求項1~6のいずれか一項に記載のシリカ膜。 The silica membrane according to any one of claims 1 to 6, wherein the surface has a water contact angle of 0 to 70°. 多孔質基材の少なくとも一方の面に設けられている、請求項1~7のいずれか一項に記載のシリカ膜。 The silica membrane according to any one of claims 1 to 7, which is provided on at least one surface of a porous substrate. 多孔質基材と、前記多孔質基材の少なくとも一方の面に設けられた請求項1~8のいずれか一項に記載のシリカ膜とを備える、複合膜。 A composite membrane comprising a porous substrate and the silica membrane according to any one of claims 1 to 8 provided on at least one surface of the porous substrate.
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