JP2023153094A - Evaluation method for permeation amount of organic compound in porous support-zeolite membrane complex - Google Patents

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憲一 石垣
Kenichi Ishigaki
直樹 原田
Naoki Harada
幹夫 林
Mikio Hayashi
淳 池田
Atsushi Ikeda
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Abstract

To provide a method that can previously evaluate a leak amount of an organic compound from porous support-zeolite membrane complex.SOLUTION: A method according to the present invention evaluates a permeation amount Qa60 of a water-soluble organic compound permeating through porous support-zeolite membrane complex from a water-soluble organic compound solution with a specific water content concentration. The permeation amount Qa60 is evaluated from a measured value of a permeation amount Qb on the basis of a predetermined correlation relationship of the permeation amount Qb such that humidified air with a specific relative humidity permeates through a zeolite membrane and the permeation amount Qa60.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、多孔質支持体-ゼオライト膜複合体における水溶性有機化合物の透過量の評価方法に関する。 The present invention relates to a method for evaluating the amount of permeation of a water-soluble organic compound through a porous support-zeolite membrane composite.

ゼオライト膜は、有機化合物の水溶液から水を分離、除去するための分離膜として利用されている。ゼオライト膜を製造する方法には、種結晶の存在下で、有機テンプレートを用いずに、水熱合成によりゼオライト膜を形成する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。この方法では、成膜後に有機テンプレートを除去するための焼成工程が不要であるため、未処理のゼオライト膜が得られる。また、セラミックス焼結体の多孔質支持体の表面にCHA型ゼオライト結晶層を有する無機多孔質支持体-ゼオライト膜複合体が知られている(例えば、特許文献2参照)。当該複合体は、有機テンプレートを用いてゼオライト膜を合成し、その後焼成処理を行うことで製造されるため、処理されたゼオライト膜が得られる。さらに、ゼオライト膜の欠陥を検出する方法には、ゼオライト膜の一主面側で真空引きし、ゼオライト膜の他主面側の真空計で真空度を測定してゼオライト膜の欠陥を検出する方法が知られている(例えば、特許文献3参照)。 Zeolite membranes are used as separation membranes to separate and remove water from aqueous solutions of organic compounds. As a method for manufacturing a zeolite membrane, a method is known in which a zeolite membrane is formed by hydrothermal synthesis in the presence of a seed crystal without using an organic template (for example, see Patent Document 1). This method does not require a firing step to remove the organic template after film formation, so an untreated zeolite film can be obtained. Furthermore, an inorganic porous support-zeolite membrane composite having a CHA type zeolite crystal layer on the surface of a porous support of a ceramic sintered body is known (see, for example, Patent Document 2). Since the composite is manufactured by synthesizing a zeolite membrane using an organic template and then performing a calcination treatment, a treated zeolite membrane is obtained. Furthermore, a method for detecting defects in the zeolite membrane is to draw a vacuum on one main surface of the zeolite membrane and measure the degree of vacuum with a vacuum gauge on the other main surface of the zeolite membrane to detect defects in the zeolite membrane. is known (for example, see Patent Document 3).

国際公開第2015/159986号International Publication No. 2015/159986 国際公開第2010/098473号International Publication No. 2010/098473 特開2013-034994号公報Japanese Patent Application Publication No. 2013-034994

ゼオライト膜は、多孔質支持体に担持された複合体の状態で有機化合物の水溶液から水を分離、除去するための分離膜として使用されることがある。製造後の品質評価を簡便に行うため、多孔質支持体-ゼオライト膜複合体におけるゼオライト膜の分離性能を事前に評価可能な技術が求められている。上記のように、多孔質支持体-ゼオライト膜複合体の状態でゼオライト膜の欠陥を検出可能な技術は知られているが、ゼオライト膜の分離性能を事前に評価可能な技術は知られていない。 A zeolite membrane is sometimes used as a separation membrane for separating and removing water from an aqueous solution of an organic compound in the form of a composite supported on a porous support. In order to easily evaluate the quality after production, there is a need for a technology that can evaluate in advance the separation performance of a zeolite membrane in a porous support-zeolite membrane composite. As mentioned above, there are known techniques that can detect defects in zeolite membranes in the state of porous support-zeolite membrane composites, but there are no known techniques that can evaluate the separation performance of zeolite membranes in advance. .

本発明の一態様は、多孔質支持体-ゼオライト膜複合体からの水溶性有機化合物の透過量を事前に評価可能な方法を提供することを目的とする。 One aspect of the present invention is to provide a method that allows the amount of water-soluble organic compounds permeated through a porous support-zeolite membrane composite to be evaluated in advance.

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る評価方法は、多孔質支持体-ゼオライト膜複合体による特定の含水濃度を有する水溶性有機化合物水溶液の浸透気化分離における、水溶性有機化合物の透過量の評価方法であって、
(1)前記多孔質支持体-ゼオライト膜複合体におけるゼオライト膜を調湿する前処理工程、
(2)特定の相対湿度を有する調湿空気が多孔質支持体-ゼオライト膜複合体を透過する量を測定する工程、および、
(3)前記特定の相対湿度を有する調湿空気の透過量と前記水溶性有機化合物水溶液中の水溶性有機化合物の透過量との予め求められている相関関係に基づいて、前記水溶性有機化合物水溶液中の水溶性有機化合物が前記ゼオライト膜から透過する量を前記調湿空気の透過量の測定値から評価する工程、
を含み、
前記多孔質支持体-ゼオライト膜複合体が前記多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体である場合では、前記前処理工程は、未処理ゼオライト膜を処理ゼオライト膜にする処理工程をさらに含む。
In order to solve the above-mentioned problems, an evaluation method according to one embodiment of the present invention provides a method for evaluating water-soluble organic A method for evaluating the amount of permeation of a compound,
(1) a pretreatment step of controlling the humidity of the zeolite membrane in the porous support-zeolite membrane composite;
(2) measuring the amount of humidified air having a specific relative humidity permeating the porous support-zeolite membrane composite; and
(3) Based on a predetermined correlation between the permeation amount of the humidified air having the specific relative humidity and the permeation amount of the water-soluble organic compound in the water-soluble organic compound aqueous solution, the water-soluble organic compound Evaluating the amount of water-soluble organic compounds in the aqueous solution permeating through the zeolite membrane from the measured value of the permeation amount of the humidified air;
including;
When the porous support-zeolite membrane composite is the porous support-untreated zeolite membrane composite, the pretreatment step further includes a treatment step of converting the untreated zeolite membrane into a treated zeolite membrane.

本発明の一態様によれば、多孔質支持体-ゼオライト膜複合体からの水溶性有機化合物の透過量を事前に評価することができる。 According to one aspect of the present invention, the amount of water-soluble organic compounds permeated through the porous support-zeolite membrane composite can be evaluated in advance.

実施例1における多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体をパーベーパレーション法に用いた装置の構成を模式的に示す図である。1 is a diagram schematically showing the configuration of an apparatus in which a porous support-untreated zeolite membrane composite in Example 1 was used in a pervaporation method. 実施例1における多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体における調湿空気の相対湿度と空気透過量との関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the relative humidity of humidified air and the amount of air permeation in the porous support-untreated zeolite membrane composite in Example 1. 実施例1における多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体における相対湿度8%の調湿空気の空気透過量と95体積%エタノール水溶液の浸透気化によるエタノールの透過量との相関関係を示す図である。This is a diagram showing the correlation between the amount of air permeation of conditioned air with a relative humidity of 8% in the porous support-untreated zeolite membrane composite in Example 1 and the amount of ethanol permeation due to pervaporation of a 95% ethanol aqueous solution. be. 実施例2における多孔質支持体-処理ゼオライト膜複合体における相対湿度8%の調湿空気の空気透過量と95体積%エタノール水溶液の浸透気化によるエタノールの透過量との相関関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the correlation between the amount of air permeation of conditioned air with a relative humidity of 8% in the porous support-treated zeolite membrane composite in Example 2 and the amount of ethanol permeation due to pervaporation of a 95 volume % ethanol aqueous solution. . 参考例1における多孔質支持体-処理ゼオライト膜複合体の相対湿度8%の調湿空気の空気透過量と95体積%エタノール水溶液の浸透気化によるエタノールの透過量とを示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the amount of air permeation of conditioned air with a relative humidity of 8% through the porous support-treated zeolite membrane composite in Reference Example 1 and the amount of ethanol permeation due to pervaporation of a 95% by volume ethanol aqueous solution. 参考例2における多孔質支持体-処理ゼオライト膜複合体における相対湿度8%の調湿空気の空気透過量と95体積%エタノール水溶液の浸透気化によるエタノールの透過量との相関関係を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the correlation between the amount of air permeation of conditioned air with a relative humidity of 8% in the porous support-treated zeolite membrane composite in Reference Example 2 and the amount of ethanol permeation due to pervaporation of a 95 volume % ethanol aqueous solution. .

本発明の実施形態に係る評価方法は、多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体による特定の含水濃度を有する水溶性有機化合物水溶液の浸透気化分離における、水溶性有機化合物の透過量を評価する方法である。当該評価方法は、以下の工程(1)~(3)を含む。
(1)多孔質支持体-ゼオライト膜複合体におけるゼオライト膜を調湿する前処理工程。
(2)特定の相対湿度を有する調湿空気が多孔質支持体-ゼオライト膜複合体を透過する量を測定する工程。
(3)特定の相対湿度を有する調湿空気の透過量と水溶性有機化合物水溶液中の水溶性有機化合物の透過量との予め求められている相関関係に基づいて、水溶性有機化合物水溶液中の水溶性有機化合物がゼオライト膜から透過する量を調湿空気の透過量の測定値から評価する工程。
An evaluation method according to an embodiment of the present invention evaluates the permeation amount of a water-soluble organic compound during pervaporation separation of a water-soluble organic compound aqueous solution having a specific water content concentration using a porous support-untreated zeolite membrane composite. It's a method. The evaluation method includes the following steps (1) to (3).
(1) Pretreatment step of conditioning the humidity of the zeolite membrane in the porous support-zeolite membrane composite.
(2) A step of measuring the amount of humidified air having a specific relative humidity permeating through the porous support-zeolite membrane composite.
(3) Based on the predetermined correlation between the permeation amount of humidified air having a specific relative humidity and the permeation amount of the water-soluble organic compound in the water-soluble organic compound aqueous solution, A process of evaluating the amount of water-soluble organic compounds permeating through the zeolite membrane from the measured value of the permeation amount of humidified air.

そして、本発明の実施形態では、(1)の前処理工程は、ゼオライト膜の特徴に応じて適宜に実施される。以下、多孔質支持体-ゼオライト膜複合体におけるゼオライト膜の特徴に応じて本発明の実施の形態を説明する。 In the embodiment of the present invention, the pretreatment step (1) is carried out as appropriate depending on the characteristics of the zeolite membrane. Embodiments of the present invention will be described below according to the characteristics of the zeolite membrane in the porous support-zeolite membrane composite.

〔実施形態1:未処理ゼオライト膜を有する複合体の評価〕
多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体は、水溶性有機化合物の水溶液中から水を透過させて分離する膜分離に用いる場合に、水溶性有機化合物の透過量が多くなることがあることを本発明者らは見出した。すなわち、ゼオライト分離膜の分子篩効果を用いて、相対的に透過性が高い成分と相対的に透過性が低い成分の混合物から、相対的に透過性が高い成分を透過させて分離する膜分離において、透過性が相対的に低い成分の透過量が使用開始から経時的に低下し、一定になることがあることを本発明者らは見出した。本発明者らは、この知見に基づき、多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体を用いる膜分離技術について、実使用能力を事前に評価可能な技術を開発することを課題の一つとする。
[Embodiment 1: Evaluation of composite with untreated zeolite membrane]
When a porous support-untreated zeolite membrane composite is used for membrane separation in which water is separated from an aqueous solution of a water-soluble organic compound by permeation, the amount of permeation of the water-soluble organic compound may increase. The present inventors discovered this. In other words, membrane separation uses the molecular sieve effect of a zeolite separation membrane to separate components with relatively high permeability from a mixture of components with relatively high permeability and components with relatively low permeability. The present inventors have discovered that the amount of permeation of components with relatively low permeability decreases over time from the start of use, and sometimes becomes constant. Based on this knowledge, one of the challenges of the present inventors is to develop a technology that allows for prior evaluation of the ability to use a membrane separation technology using a porous support-untreated zeolite membrane composite.

本実施形態に係る評価方法は、特定の含水濃度を有する水溶性有機化合物水溶液の浸透気化分離において、多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体を透過する水溶性有機化合物の透過量を評価する。 The evaluation method according to the present embodiment evaluates the permeation amount of a water-soluble organic compound that permeates through a porous support-untreated zeolite membrane composite in pervaporative separation of a water-soluble organic compound aqueous solution having a specific water content concentration. .

〔(1)前処理工程〕
本実施形態に係る評価方法は、前処理工程として、未処理ゼオライト膜を処理ゼオライト膜にする処理工程を含む。本発明の実施形態において、前処理工程におけるゼオライト膜の調湿によって、ゼオライト膜の細孔に水を吸着している状態が作り出される。したがって、前処理工程は、ゼオライト膜の細孔に水を接触させることが可能な種々の方法によって実施することが可能である。ゼオライト膜の調湿は、多孔質支持体-ゼオライト膜複合体を特定の湿度を有する空気雰囲気に放置する方法、または、多孔質支持体-ゼオライト膜複合体を液体の水に浸漬させる方法、によって実施可能である。
[(1) Pretreatment step]
The evaluation method according to the present embodiment includes, as a pretreatment step, a treatment step in which an untreated zeolite membrane is converted into a treated zeolite membrane. In an embodiment of the present invention, a state in which water is adsorbed in the pores of the zeolite membrane is created by controlling the humidity of the zeolite membrane in the pretreatment step. Therefore, the pretreatment step can be carried out by various methods that allow water to contact the pores of the zeolite membrane. The humidity of the zeolite membrane can be controlled by leaving the porous support-zeolite membrane composite in an air atmosphere with a specific humidity, or by immersing the porous support-zeolite membrane composite in liquid water. It is possible to implement.

本実施形態では、前処理工程は、未処理ゼオライト膜を処理ゼオライト膜にする処理工程をさらに含む。当該処理工程は、例えば多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体中にシラノール基が含まれる場合には、当該シラノール基を脱水縮合させることが可能な方法であり得る。このような処理工程は、当該複合体に十分な濃度のエタノールを十分に接触させることによって実施することが可能である。 In this embodiment, the pretreatment step further includes a treatment step to convert the untreated zeolite membrane into a treated zeolite membrane. For example, when the porous support-untreated zeolite membrane composite contains silanol groups, the treatment step may be a method capable of dehydrating and condensing the silanol groups. Such a treatment step can be carried out by fully contacting the complex with ethanol at a sufficient concentration.

本実施形態において、前処理工程は、未処理ゼオライト膜の調湿と、未処理ゼオライト膜から処理ゼオライト膜への処理との両方を同時に実施する工程であってもよい。このような前処理工程は、前処理工程の簡素化の観点から好ましい。このような観点から、本実施形態の評価方法は、多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体を、95体積%以上のエタノールを含む水溶液で前処理する工程を含み得る。 In this embodiment, the pretreatment step may be a step of simultaneously performing both the humidity conditioning of the untreated zeolite membrane and the treatment from the untreated zeolite membrane to the treated zeolite membrane. Such a pretreatment step is preferable from the viewpoint of simplifying the pretreatment step. From this point of view, the evaluation method of the present embodiment may include a step of pretreating the porous support-untreated zeolite membrane composite with an aqueous solution containing 95% by volume or more of ethanol.

このように、前処理工程では、多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体を、95体積%以上のエタノールを含む水溶液で前処理してもよい。当該体積割合は、温度によって変わり得るため、20℃における割合とする。前処理は、ゼオライト膜が当該水溶液に十分に接触すればよく、例えば、被処理液に代えて上記の水溶液を用いる以外は多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体による被処理液の処理と同じ条件でゼオライト膜による透過に上記の水溶液を適用することによって実施することが可能である。 Thus, in the pretreatment step, the porous support-untreated zeolite membrane composite may be pretreated with an aqueous solution containing 95% by volume or more of ethanol. Since the volume ratio may vary depending on the temperature, it is assumed to be the ratio at 20°C. The pretreatment only requires that the zeolite membrane comes into sufficient contact with the aqueous solution, for example, treatment of the liquid to be treated with a porous support-untreated zeolite membrane composite, except for using the above aqueous solution instead of the liquid to be treated. It can be carried out by applying the above aqueous solution to permeation through a zeolite membrane under the same conditions.

上記のように、前処理工程は、未処理ゼオライト膜を処理ゼオライト膜にする工程であってよく、例えばシラノール基の脱水縮合反応を促進する工程であれば、後述する脱水縮合反応促進剤との接触であってもよい。 As mentioned above, the pretreatment step may be a step of converting an untreated zeolite membrane into a treated zeolite membrane. For example, if it is a step of promoting the dehydration condensation reaction of silanol groups, the pretreatment step may be a step of converting an untreated zeolite membrane into a treated zeolite membrane. It may be contact.

(多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体)
本実施形態で用いられる多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体は、多孔質支持体と未処理ゼオライト膜を有する。多孔質支持体としては、特許文献1に記載の多孔質支持体を用いることができる。未処理ゼオライト膜は、多孔質支持体上に形成されていることが好ましい。
(Porous support - untreated zeolite membrane composite)
The porous support-untreated zeolite membrane composite used in this embodiment has a porous support and an untreated zeolite membrane. As the porous support, the porous support described in Patent Document 1 can be used. Preferably, the untreated zeolite membrane is formed on a porous support.

未処理ゼオライト膜は、処理工程を経ていないゼオライト膜である。処理工程は、当該工程の後で、ゼオライト膜の、透過性が相対的に低い成分の透過量が、当該工程の前よりも減る工程である。具体的には、加熱、焼成、表面処理、脱水縮合反応促進剤との接触の1以上の操作を行う工程である。詳細なメカニズムは推測ではあるが、未処理ゼオライト膜に含まれるアモルファス部分が反応することで、アモルファス部分を経由する透過性が相対的に低い成分の透過量が減るものと考えている。 An untreated zeolite membrane is a zeolite membrane that has not undergone any treatment steps. The treatment step is a step in which, after the step, the amount of components that permeate through the zeolite membrane with relatively low permeability is reduced compared to before the step. Specifically, this is a step of performing one or more of heating, baking, surface treatment, and contact with a dehydration condensation reaction accelerator. Although the detailed mechanism is speculative, we believe that the reaction of the amorphous part contained in the untreated zeolite membrane reduces the amount of components with relatively low permeability that pass through the amorphous part.

加熱は、ゼオライト膜に対して前述の工程の条件を満たす温度で加熱する工程である。加熱の温度は、120℃以上であり、好ましくは150℃以上であり、より好ましくは200℃以上である。分離膜の基材(支持体)との熱膨張率差からの破壊の防止の観点で、900℃以下であることが好ましく、850℃以下であることがより好ましく、800℃以下であることがさらに好ましく、750℃以下であることが特に好ましく、500℃以下であることが最も好ましい。 Heating is a step in which the zeolite membrane is heated at a temperature that satisfies the conditions of the above-mentioned step. The heating temperature is 120°C or higher, preferably 150°C or higher, and more preferably 200°C or higher. From the viewpoint of preventing destruction due to the difference in coefficient of thermal expansion with the base material (support) of the separation membrane, the temperature is preferably 900°C or lower, more preferably 850°C or lower, and preferably 800°C or lower. The temperature is more preferably 750°C or lower, particularly preferably 500°C or lower, and most preferably 500°C or lower.

焼成は、有機鋳型剤を用いてゼオライト膜を合成した場合に、有機鋳型剤がゼオライトの細孔を通過する大きさまで熱分解するような温度で加熱して除去することである。焼成温度は、有機鋳型剤を充分に除去する観点で、350℃以上であることが好ましく、400℃以上であることがより好ましくは、430℃以上であることがさらに好ましく、450℃以上であることが特に好ましい。分離膜の基材(支持体)との熱膨張率差からの破壊の防止の観点で、900℃以下であることが好ましく、850℃以下であることがより好ましく、800℃以下であることがさらに好ましく、750℃以下であることが特に好ましく、500℃以下であることが最も好ましい。焼成時間は、有機鋳型剤を充分に除去する観点で24時間以上であることが好ましく、生産性の観点で72時間以下であることが好ましい。表面処理は、シランカップリング剤などの化合物による処理である。 Calcination, when a zeolite membrane is synthesized using an organic templating agent, is removed by heating at a temperature such that the organic templating agent is thermally decomposed to a size that allows it to pass through the pores of the zeolite. The firing temperature is preferably 350°C or higher, more preferably 400°C or higher, even more preferably 430°C or higher, and even more preferably 450°C or higher, from the viewpoint of sufficiently removing the organic template agent. It is particularly preferable. From the viewpoint of preventing destruction due to the difference in coefficient of thermal expansion with the base material (support) of the separation membrane, the temperature is preferably 900°C or lower, more preferably 850°C or lower, and preferably 800°C or lower. The temperature is more preferably 750°C or lower, particularly preferably 500°C or lower, and most preferably 500°C or lower. The firing time is preferably 24 hours or more from the viewpoint of sufficiently removing the organic template agent, and preferably 72 hours or less from the viewpoint of productivity. Surface treatment is treatment with a compound such as a silane coupling agent.

脱水縮合反応促進剤との接触とは、シラノール基の脱水縮合反応を促進する化合物との接触である。脱水縮合反応促進剤の例としては、エタノール、二酸化炭素、尿酸水などが挙げられる。エタノールは、10体積%以下、好ましくは5体積%以下の水を含んでいてもよい。ここでの体積割合は、20℃での割合とする。 Contact with a dehydration condensation reaction promoter is contact with a compound that promotes a dehydration condensation reaction of silanol groups. Examples of the dehydration condensation reaction accelerator include ethanol, carbon dioxide, and uric acid water. Ethanol may contain up to 10% by volume, preferably up to 5% by volume of water. The volume ratio here is the ratio at 20°C.

エタノールを脱水縮合反応促進剤として用いる場合の温度は、接触による未処理ゼオライト膜の処理を十分に可能な範囲から適宜に決めることができる。脱水縮合反応促進剤として用いるエタノールの温度は、未処理ゼオライト膜の接触工程による処理時間を短縮する観点から、25℃以上であることが好ましく、50℃以上であることがより好ましく、75℃以上であることがさらに好ましく、90℃以上であることが特に好ましく、100℃以上であることが最も好ましい。また、当該エタノールの温度は、未処理ゼオライト膜の熱分解を抑制する観点から、135℃以下であることが好ましく、130℃以下であることがより好ましく、120℃以下であることがさらに好ましい。上記温度範囲は、常圧以上の条件での温度とする。 The temperature when ethanol is used as a dehydration condensation reaction accelerator can be appropriately determined within a range that allows sufficient treatment of the untreated zeolite membrane by contact. The temperature of ethanol used as a dehydration condensation reaction accelerator is preferably 25°C or higher, more preferably 50°C or higher, and 75°C or higher, from the viewpoint of shortening the treatment time of the untreated zeolite membrane in the contact step. The temperature is more preferably 90°C or higher, particularly preferably 100°C or higher, and most preferably 100°C or higher. Further, from the viewpoint of suppressing thermal decomposition of the untreated zeolite membrane, the temperature of the ethanol is preferably 135°C or lower, more preferably 130°C or lower, and even more preferably 120°C or lower. The above temperature range is the temperature under conditions of atmospheric pressure or higher.

二酸化炭素との接触の場合は、二酸化炭素は気体であってもよく、超臨界状態であってもよい。 In the case of contact with carbon dioxide, carbon dioxide may be a gas or may be in a supercritical state.

接触方法は、上記の例の化合物を含有した流体を未処理ゼオライト膜に透過させる方法、当該流体中に未処理ゼオライト膜を浸漬または静置する方法が挙げられる。 Examples of the contact method include a method in which a fluid containing the compound of the above example is permeated through the untreated zeolite membrane, and a method in which the untreated zeolite membrane is immersed or left in the fluid.

未処理ゼオライト膜は、製造品であってもよく、市販品であってもよい。製造品としての未処理ゼオライト膜は、例えば、ゼオライトの結晶構造を規制する有機鋳型剤を用いずに合成され、かつ焼成されていないゼオライト膜である。また、製造品としての未処理ゼオライト膜は、有機鋳型剤を用いて合成され、かつ酸化剤によって有機鋳型剤が除去された、処理工程を経ていないゼオライト膜である。酸化剤による処理条件は、シラノール基の脱水縮合反応が完全に進行しない条件とする。未処理ゼオライト膜は、水熱合成によって製造することが可能であり、より詳しくは、例えば特許文献1に記載の方法によって製造することが可能である。 The untreated zeolite membrane may be a manufactured product or a commercially available product. An untreated zeolite membrane as a manufactured product is, for example, a zeolite membrane that has been synthesized without using an organic template that regulates the crystal structure of the zeolite and has not been calcined. Further, an untreated zeolite membrane as a manufactured product is a zeolite membrane that has not been subjected to a treatment step, which has been synthesized using an organic templating agent, and the organic templating agent has been removed by an oxidizing agent. The treatment conditions with the oxidizing agent are such that the dehydration condensation reaction of the silanol groups does not proceed completely. An untreated zeolite membrane can be manufactured by hydrothermal synthesis, and more specifically, for example, by the method described in Patent Document 1.

〔(2)測定工程〕
本実施形態に係る評価方法は、特定の相対湿度を有する調湿空気が多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体を透過する量を測定する工程を含む。
[(2) Measurement process]
The evaluation method according to the present embodiment includes the step of measuring the amount of humidified air having a specific relative humidity permeating the porous support-untreated zeolite membrane composite.

特定の相対湿度を有する調湿空気は、水溶性有機化合物水溶液中の水溶性有機化合物の透過量と十分に高い相関性を有する相対湿度を有していればよく、当該特定の湿度は、水溶性有機化合物水溶液の水溶性有機化合物の種類および特定の含水濃度に応じて適宜に決められる。 The conditioned air having a specific relative humidity need only have a relative humidity that has a sufficiently high correlation with the permeation amount of the water-soluble organic compound in the water-soluble organic compound aqueous solution; It is determined as appropriate depending on the type of water-soluble organic compound in the aqueous organic compound solution and the specific water content concentration.

特定の相対湿度を有する調湿空気の透過量は、多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体において、多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体で隔てられる2つの空間の間に特定の圧力差を形成し、相対的に高圧側の空間から相対的に低圧側の空間に移動した空気の相対的に低圧側の空間での流量を測定することによって求めることが可能である。 The amount of permeation of humidified air having a specific relative humidity is determined by the amount of permeation of a certain pressure between two spaces separated by the porous support and the untreated zeolite membrane composite in the porous support and the untreated zeolite membrane composite. It can be determined by forming a difference and measuring the flow rate in the relatively low-pressure space of air that has moved from the relatively high-pressure space to the relatively low-pressure space.

水熱合成で製造した多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体は、水溶性有機化合物水溶液中の水溶性有機化合物の透過量が多くなることがある。その理由は定かではないが、上記水熱合成で製造された多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体中の未処理ゼオライト膜には、アモルファス部位が含まれることが考えられる。上記の水溶性有機化合物の透過量が多くなる理由は、当該アモルファス部位が有機化合物の流路となるため、と考えられる。 A porous support-untreated zeolite membrane composite produced by hydrothermal synthesis may allow a large amount of water-soluble organic compounds in an aqueous solution to permeate therethrough. Although the reason for this is not clear, it is thought that the untreated zeolite membrane in the porous support-untreated zeolite membrane composite produced by the above-mentioned hydrothermal synthesis contains amorphous sites. The reason why the amount of permeation of the above-mentioned water-soluble organic compound increases is considered to be that the amorphous site serves as a flow path for the organic compound.

アモルファス部位とは、微小のゼオライトでない鉱物、例えば長石のような分子量の小さいアルミノシリケート鉱物や、アモルファスアルミのシリケート、未反応のケイ素源、アルミナ源が含水凝集した微小粘土粒子の集合物と考えられる。アモルファス部位は、未縮合の-OH基を含み、周辺の湿度や含水量に応じて、アモルファス部位の各所に含浸している水分子の浸透圧バランスが変化することで、膨張、収縮すると考えられる。そのため、水溶性有機化合物水溶液中の水の含有量が変化すると、その変化に対応して、アモルファス部位の状態が変化すると予測される。このことから、単純に、多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体の空気透過量を測定するだけでは、特定の含水濃度の水溶性有機化合物水溶液の浸透気化分離における水溶性有機化合物の透過量を予測することができない。 The amorphous part is considered to be an aggregate of minute clay particles in which microscopic non-zeolite minerals, such as aluminosilicate minerals with low molecular weight such as feldspar, amorphous aluminum silicate, unreacted silicon source, and alumina source are aggregated with water. . The amorphous part contains uncondensed -OH groups, and is thought to expand and contract depending on the surrounding humidity and water content, as the osmotic pressure balance of water molecules impregnated in various parts of the amorphous part changes. . Therefore, when the water content in the water-soluble organic compound aqueous solution changes, it is predicted that the state of the amorphous site will change in response to the change. For this reason, simply measuring the amount of air permeation through a porous support-untreated zeolite membrane composite is not sufficient to measure the amount of permeation of a water-soluble organic compound during pervaporative separation of an aqueous solution of a water-soluble organic compound at a specific water content concentration. cannot be predicted.

従って、アモルファス部位が、特定の含水濃度の水溶性有機化合物水溶液の浸透気化分離におけるアモルファス部位の状態、と同等の状態になるような前記の前処理を行うとともに、当該状態になるような調湿空気の湿度を特定し、当該湿度の調湿空気を用いて評価を行う必要がある。当該湿度は、例えば、相対湿度で5%以上80%以下である。当該下限値以下では、ゼオライトの分子篩が空気透過を始める湿度であり、当該上限値以上では、膜に隙間があっても毛管凝縮で細孔(支持体も含む)が水封される。 Therefore, in addition to performing the above-mentioned pretreatment so that the amorphous part is in a state equivalent to the state of the amorphous part in pervaporation separation of an aqueous solution of a water-soluble organic compound with a specific water content concentration, the humidity conditioning is performed to bring the amorphous part into the state. It is necessary to specify the humidity of the air and perform the evaluation using conditioned air with the relevant humidity. The humidity is, for example, 5% or more and 80% or less in terms of relative humidity. Below this lower limit, the humidity is such that the molecular sieve of the zeolite begins to pass through air, and above this upper limit, even if there are gaps in the membrane, the pores (including the support) are sealed with water due to capillary condensation.

〔(3)評価工程〕
本実施形態に係る評価方法では、水溶性有機化合物水溶液中の水溶性有機化合物が多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体から透過する量を調湿空気の透過量の測定値から評価する。当該評価は、特定の湿度を有する調湿空気の透過量と水溶性有機化合物水溶液中の水溶性有機化合物の透過量との予め求められている相関関係に基づいて行う。
[(3) Evaluation process]
In the evaluation method according to the present embodiment, the amount of the water-soluble organic compound in the water-soluble organic compound aqueous solution permeated through the porous support-untreated zeolite membrane composite is evaluated from the measured value of the permeation amount of the humidified air. The evaluation is performed based on a predetermined correlation between the permeation amount of humidified air having a specific humidity and the permeation amount of the water-soluble organic compound in the water-soluble organic compound aqueous solution.

水溶性有機化合物水溶液の浸透気化分離における水溶性有機化合物の透過量は、多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体で隔てられている空間の一方に、水溶性有機化合物水溶液を収容し、他方の空間と圧力差を設けて、各成分の分圧差を駆動力として水溶性有機化合物に含まれる成分を、多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体に透過させることによって求めることが可能である。 The amount of permeation of a water-soluble organic compound during pervaporation separation of a water-soluble organic compound aqueous solution is determined by accommodating the water-soluble organic compound aqueous solution in one side of the space separated by the porous support and untreated zeolite membrane composite, and storing the water-soluble organic compound aqueous solution in the other side. It is possible to determine the components contained in the water-soluble organic compound by creating a space and a pressure difference, and using the partial pressure difference of each component as a driving force to permeate the components contained in the water-soluble organic compound through the porous support-untreated zeolite membrane composite. .

多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体の透過量において相関関係を有する調湿空気と水溶性有機化合物水溶液の組み合わせの例には、相対湿度が8%の調湿空気と、含水濃度が5質量%のエタノール水溶液との組み合わせが含まれる。なお、調質空気の相対湿度と特定の含水濃度を有する水溶性有機化合物水溶液との組み合わせは、上記の組み合わせのみに限定されず、後述する相関関係を有する組み合わせであればよい。 An example of a combination of humidified air and a water-soluble organic compound aqueous solution that has a correlation in the amount of permeation through the porous support-untreated zeolite membrane composite is humidified air with a relative humidity of 8% and water content concentration of 5%. A combination with an aqueous ethanol solution of % by mass is included. Note that the combination of the relative humidity of the conditioned air and the water-soluble organic compound aqueous solution having a specific water content concentration is not limited to the above combination, but may be any combination that has the correlation described below.

評価の基準となる相関関係は、特定の湿度を有する調湿空気の透過量と水溶性有機化合物水溶液中の水溶性有機化合物の透過量について予め求められている。以下、当該相関関係について説明する。 The correlation serving as the evaluation standard is determined in advance for the permeation amount of humidified air having a specific humidity and the permeation amount of the water-soluble organic compound in the water-soluble organic compound aqueous solution. The correlation will be explained below.

[相関関係についての説明]
特定の含水濃度を有する水溶性有機化合物水溶液が浸透気化により透過する際の未処理ゼオライト膜の状態は、特定の湿度を有する調湿空気が透過する際のそれと実質的に同じになる。これは、調湿空気における水のポテンシャルと、浸透気化する水溶性有機化合物水溶液における水のポテンシャルとが実質的に等しくなるためと考えられる。
[Explanation about correlation]
The state of the untreated zeolite membrane when a water-soluble organic compound aqueous solution having a specific water content concentration permeates through pervaporation is substantially the same as that when humidified air having a specific humidity permeates through the untreated zeolite membrane. This is considered to be because the potential of water in the humidity-conditioned air and the potential of water in the aqueous solution of the water-soluble organic compound to be permeated and vaporized are substantially equal.

浸透気化する水溶性有機化合物水溶液における水のポテンシャルの算出は困難である。よって、多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体における調湿空気の透過量と水溶性有機化合物水溶液の浸透気化による透過量との相関関係を予め求めること(例えば検量線の作成)により、多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体における調湿空気の透過量から、当該多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体における水溶性有機化合物の浸透気化による透過量を推定することが可能になる。以下、当該相関関係の求め方の一例として、検量線の作成方法を説明する。 It is difficult to calculate the potential of water in an aqueous solution of a water-soluble organic compound that undergoes pervaporation. Therefore, by determining in advance the correlation between the permeation amount of humidified air through the porous support-untreated zeolite membrane composite and the permeation amount due to pervaporation of the water-soluble organic compound aqueous solution (for example, by creating a calibration curve), it is possible to From the amount of humidified air permeating through the porous support-untreated zeolite membrane composite, it is possible to estimate the amount of water-soluble organic compounds permeating through the porous support-untreated zeolite membrane composite due to pervaporation. . Hereinafter, a method for creating a calibration curve will be described as an example of how to determine the correlation.

[検量線の作成方法]
検量線は、水溶性有機化合物の透過量を予測するために用いる調湿空気の湿度を求め、当該湿度における調湿空気の推定透過量と、実測した水溶性有機化合物の透過量の関係式を求めることで作成する。具体的には、下記6段階にて検量線を作成する。
(A)十分数の多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体について、複数パターンの湿度の調湿空気の透過量を測定する。
(B)(A)で用いた各サンプルについて、調湿空気の湿度と調湿空気の透過量の関係式を求める。
(C)(A)で用いた多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体について、特定の含水濃度の水溶性有機化合物水溶液の浸透気化分離における水溶性有機化合物の透過量を測定する。
(D)(A)および(C)の結果を用いて、特定の含水濃度の水溶性有機化合物水溶液の浸透気化分離におけるアモルファス部位の状態、と同等の状態になるような調湿空気の湿度を求める。
(E)(B)で求めた関係式から、(D)で求めた湿度の調湿空気を用いた場合の空気透過量を算出する。
(F)(A)で用いた全てのサンプルについて、(D)で求めた湿度の調湿空気の透過量と、(C)で得られた水溶性有機化合物の透過量の関係式を、最小二乗法により求め、検量線とする。
[How to create a calibration curve]
The calibration curve is created by determining the humidity of the conditioned air used to predict the amount of permeation of water-soluble organic compounds, and then calculating the relationship between the estimated amount of permeation of the conditioned air at that humidity and the actually measured amount of permeation of water-soluble organic compounds. Create by asking. Specifically, a calibration curve is created in the following six steps.
(A) The permeation amount of humidity-controlled air in multiple patterns is measured for a sufficient number of porous support-untreated zeolite membrane composites.
(B) For each sample used in (A), find a relational expression between the humidity of the humidified air and the permeation amount of the humidified air.
(C) For the porous support-untreated zeolite membrane composite used in (A), measure the amount of permeation of the water-soluble organic compound during pervaporation separation of the aqueous solution of the water-soluble organic compound at a specific water content concentration.
(D) Using the results of (A) and (C), determine the humidity of the conditioned air so that the state is equivalent to the state of the amorphous part in pervaporative separation of a water-soluble organic compound aqueous solution with a specific water content concentration. demand.
(E) From the relational expression obtained in (B), calculate the amount of air permeation when using the humidity-controlled air with the humidity obtained in (D).
(F) For all the samples used in (A), calculate the relational expression between the permeation amount of the humidity-controlled air obtained in (D) and the permeation amount of water-soluble organic compounds obtained in (C). Calculate by the square method and use as a calibration curve.

検量線の作成においては、浸透気化分離におけるゼオライト分子篩以外のリークパスを通過する流体については、連続流体のハーゲン・ポアズイユの法則を適用できると仮定する。すなわち、本実施形態において、特定の含水濃度を有する水溶性有機化合物水溶液の、多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体による浸透気化分離における水溶性有機化合物水溶液の透過量と、特定の湿度の調湿空気の透過量との関係が、ハーゲン・ポアズイユの法則に従うと仮定している。 In creating the calibration curve, it is assumed that the Hagen-Poiseuille law for continuous fluids can be applied to fluids that pass through leak paths other than the zeolite molecular sieve in pervaporation separation. That is, in this embodiment, the permeation amount of a water-soluble organic compound aqueous solution having a specific water content concentration in pervaporative separation by the porous support-untreated zeolite membrane composite and the It is assumed that the relationship with the permeation amount of humidified air follows the Hagen-Poiseuille law.

ハーゲン・ポアズイユの法則は、管径が一定の円管を流れる粘性液体の流れ方を規定する。防水規格のIPX8では、微量の水漏れを空気漏れから推定する評価に利用されている。 The Hagen-Poiseuille law regulates how a viscous liquid flows through a circular pipe with a constant diameter. The IPX8 waterproofing standard is used to estimate minute water leaks from air leaks.

未処理ゼオライト膜における水溶性有機化合物水溶液のリークパスを直管と仮定すると、このような直管モデルでは、ハーゲン・ポアズイユの法則により、下記式(1)が成り立つ。式(1)中の文字の意味は以下の通りである。
Qa/Qw=(ηw/ηa)×(P1+P2)/(2×P2) (1)
Qa:圧力P2での調湿空気の体積流量(mL/sec)
Qw:圧力P1での水溶性有機化合物水溶液の体積流量(mL/sec)
ηw:水溶性有機化合物水溶液の粘性係数(Pa・sec)
ηa:調湿空気の粘性係数(Pa・sec)
P1:一次側の圧力(例えば大気圧) (Pa abs)
P2:二次側の圧力(例えば負圧) (Pa abs)
R:管路の半径(cm)
Assuming that the leak path of the water-soluble organic compound aqueous solution in the untreated zeolite membrane is a straight pipe, in such a straight pipe model, the following formula (1) holds true according to the Hagen-Poiseuille law. The meanings of the letters in formula (1) are as follows.
Qa/Qw=(ηw/ηa)×(P1+P2)/(2×P2) (1)
Qa: Volumetric flow rate of humidified air at pressure P2 (mL/sec)
Qw: Volume flow rate of water-soluble organic compound aqueous solution at pressure P1 (mL/sec)
ηw: Viscosity coefficient of water-soluble organic compound aqueous solution (Pa・sec)
ηa: Viscosity coefficient of humidified air (Pa・sec)
P1: Primary side pressure (e.g. atmospheric pressure) (Pa abs)
P2: Pressure on the secondary side (e.g. negative pressure) (Pa abs)
R: radius of pipe (cm)

このように、リークパスを直管に近似すると、ハーゲン・ポアズイユの法則によれば、調湿空気の流量と水溶性有機化合物水溶液の流量との比が定数になる相関関係がある。ただし、多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体における水溶性有機化合物水溶液の分離では、浸透気化中に組成が変化する。このため、水溶性有機化合物水溶液の粘度を決めることが困難である。したがって、多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体について、水溶性有機化合物水溶液の浸透気化における透過量を十分数測定し、特定の相対湿度を有する調湿空気の透過量との相関関係を求める。 In this way, when the leak path is approximated as a straight pipe, there is a correlation in which the ratio of the flow rate of the humidified air to the flow rate of the water-soluble organic compound aqueous solution is constant according to the Hagen-Poiseuille law. However, in the separation of aqueous solutions of water-soluble organic compounds in porous support-untreated zeolite membrane composites, the composition changes during pervaporation. For this reason, it is difficult to determine the viscosity of an aqueous solution of a water-soluble organic compound. Therefore, for the porous support-untreated zeolite membrane composite, the amount of permeation during pervaporation of an aqueous solution of a water-soluble organic compound is measured a sufficient number of times, and the correlation with the amount of permeation of conditioned air having a specific relative humidity is determined. .

検量線の作成方法をより具体的に説明する。
まず、多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体を十分数作製する。次いで、各多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体について、特定の相対湿度(例えば1%、5%、8%、10%等の複数の条件)を有する調湿空気の空気透過量を測定する。次いで、それぞれの多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体について、特定の相対湿度を有する調湿空気の透過量と相対湿度の関係式(指数関数の近似式、図2参照)を求める。
The method for creating a calibration curve will be explained in more detail.
First, a sufficient number of porous support-untreated zeolite membrane composites are prepared. Next, for each porous support-untreated zeolite membrane composite, the amount of air permeation of conditioned air having a specific relative humidity (for example, multiple conditions such as 1%, 5%, 8%, 10%, etc.) is measured. do. Next, for each porous support-untreated zeolite membrane composite, a relational expression (an approximate expression of an exponential function, see FIG. 2) between the permeation amount of humidified air having a specific relative humidity and the relative humidity is determined.

ここで、未処理ゼオライト膜における調湿空気の透過量は、当該調湿空気の相対湿度の指数関数に近似することができる。この理由は定かではないが、横軸が相対湿度という水分子の化学ポテンシャルに直結する指標で整理したため、調湿空気における透過量と相対湿度との相関が単純化したため、と考えられる。 Here, the amount of permeation of humidified air through the untreated zeolite membrane can be approximated to an exponential function of the relative humidity of the humidified air. The reason for this is not clear, but it is thought to be because the horizontal axis is relative humidity, an index directly connected to the chemical potential of water molecules, which simplifies the correlation between the amount of permeation in humidified air and relative humidity.

次いで、調湿空気の相対湿度を変数とし、相対湿度が、ゼオライト結晶が分子篩より小さいガスを誤差範囲内で無視できる程度に水蒸気吸着する平衡水蒸気圧(飽和水蒸気平衡水蒸気圧と同じかほぼ等しい)から毛管凝縮の発生する水蒸気圧までであることを制約条件として、水溶性有機化合物の透過量を予測するために用いる調湿空気の湿度を求める。 Next, using the relative humidity of the humidified air as a variable, determine the equilibrium water vapor pressure (same or almost equal to the saturated water vapor equilibrium water vapor pressure) at which the relative humidity allows the zeolite crystal to adsorb water vapor to such an extent that gases smaller than the molecular sieve can be ignored within the error range. to the water vapor pressure at which capillary condensation occurs.

各多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体について求めた関係式を用いて、各多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体について、特定湿度における調湿空気の透過量を算出する。別途、各多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体について、特定の含水濃度(例えば5質量%)の水溶性有機化合物水溶液の浸透気化分離における水溶性有機化合物の透過量(式(1)におけるQa)を測定する。 Using the relational expression determined for each porous support-untreated zeolite membrane composite, the permeation amount of humidified air at a specific humidity is calculated for each porous support-untreated zeolite membrane composite. Separately, for each porous support-untreated zeolite membrane composite, the amount of water-soluble organic compound permeated in the pervaporative separation of a water-soluble organic compound aqueous solution with a specific water content concentration (for example, 5% by mass) (in formula (1) Qa) is measured.

上記の、全多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体について算出された調湿空気の透過量と、実測した水溶性有機化合物の透過量を直線近似し、当該直線近似式の相関係数を求める。ここで、相関係数が最大になる調湿空気の湿度を求め、特定の含水濃度の水溶性有機化合物水溶液の浸透気化分離における水溶性有機化合物の透過量を予測するための調湿空気の湿度とする。ここで、算出された調湿空気の透過量と、実測した水溶性有機化合物の透過量が直線近似したのは、上述のように、ハーゲン・ポアズイユの法則が適用できると仮定したためである。 The amount of permeation of the humidified air calculated for the above-mentioned fully porous support-untreated zeolite membrane composite and the amount of permeation of the actually measured water-soluble organic compound are linearly approximated, and the correlation coefficient of the linear approximation formula is calculated. demand. Here, the humidity of the conditioned air with the maximum correlation coefficient is determined, and the humidity of the conditioned air is used to predict the permeation amount of the water-soluble organic compound in pervaporative separation of the aqueous solution of the water-soluble organic compound with a specific water content concentration. shall be. Here, the reason why the calculated permeation amount of humidified air and the actually measured permeation amount of water-soluble organic compounds are linearly approximated is because it is assumed that the Hagen-Poiseuille law can be applied, as described above.

決定した湿度の調湿空気を用いた際の調湿空気の透過量を、各多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体について求めた近似式を用いて算出し、実測した水溶性有機化合物の透過量との関係式を、最小二乗法で算出する。この関係式を検量線とする(図3参照)。 The amount of permeation of the conditioned air when using the conditioned air with the determined humidity was calculated using the approximate formula obtained for each porous support-untreated zeolite membrane composite, and the amount of the actually measured water-soluble organic compound was calculated. The relational expression with the amount of transmission is calculated using the least squares method. This relational expression is used as a calibration curve (see FIG. 3).

このようにして求めた検量線を用いることにより、本発明の一態様では、多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体について特定の相対湿度を有する調湿空気の透過量を測定すれば、当該未処理ゼオライト膜における特定の含水濃度の有機化合物水溶液の浸透気化分離における水溶性有機化合物の透過量を推定することができる。したがって、水溶性有機化合物水溶液中の水溶性有機化合物が多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体から透過する量を調湿空気の透過量の測定値から評価することが可能となる。 In one aspect of the present invention, by using the calibration curve obtained in this way, if the permeation amount of conditioned air having a specific relative humidity is measured through the porous support-untreated zeolite membrane composite, the It is possible to estimate the permeation amount of a water-soluble organic compound during pervaporative separation of an aqueous organic compound solution with a specific water content concentration through an untreated zeolite membrane. Therefore, it is possible to evaluate the amount of the water-soluble organic compound in the water-soluble organic compound aqueous solution permeating through the porous support-untreated zeolite membrane composite from the measured value of the permeation amount of the humidified air.

したがって、本発明の一態様によれば、作製した多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体に、特定の相対湿度を有する調湿空気を透過させ、その透過量を求める、という簡便な操作により、水溶性有機化合物水溶液の浸透気化分離における水溶性有機化合物の透過量を求める煩雑な分離操作を行うことなく、多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体による水溶性有機化合物水溶液の浸透気化分離における水溶性有機化合物の透過量を予測することができる。また、常温常圧付近の調湿空気を用いて未処理ゼオライト膜について上記のように評価する。したがって、当該評価における事故または故障の発生を抑制し、検査の手順および時間を短縮し、省力化することができる。 Therefore, according to one aspect of the present invention, by a simple operation of permeating the prepared porous support-untreated zeolite membrane composite with humidified air having a specific relative humidity and determining the amount of permeation. , pervaporative separation of a water-soluble organic compound aqueous solution using a porous support-untreated zeolite membrane composite without performing a complicated separation operation to determine the permeation amount of a water-soluble organic compound in the pervaporative separation of a water-soluble organic compound aqueous solution. It is possible to predict the permeation amount of water-soluble organic compounds. Furthermore, the untreated zeolite membrane is evaluated as described above using humidified air at room temperature and pressure. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of accidents or failures during the evaluation, shorten the inspection procedure and time, and save labor.

〔実施形態2:処理ゼオライト膜を有する複合体の評価〕
本発明に係る評価方法は、処理ゼオライト膜を有する上記複合体にも適用可能である。本実施形態は、前述の実施形態1に対して前処理工程が異なる。すなわち、本実施形態では、多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体に代えて多孔質支持体-処理ゼオライト膜複合体を用いる。
[Embodiment 2: Evaluation of composite with treated zeolite membrane]
The evaluation method according to the present invention is also applicable to the above-mentioned composite having a treated zeolite membrane. This embodiment differs from the first embodiment described above in the pretreatment step. That is, in this embodiment, a porous support-treated zeolite membrane composite is used instead of a porous support-untreated zeolite membrane composite.

〔(1)前処理工程〕
本実施形態において、前処理工程は、処理ゼオライト膜を調湿する工程であればよい。たとえば前処理工程は、多孔質支持体-処理ゼオライト膜複合体を加圧条件下で調湿空気に曝露する工程であってよい。本実施形態では、温度と圧力とで決まる特定の相対湿度の空気を容易に調製可能な観点から、加湿空気に曝露する工程であることが好ましい。前処理工程の終点は、前処理工程の条件での多孔質支持体-処理ゼオライト膜複合体の水の吸着が実質的に停止することを確認することで決定し得る。前処理は、湿度を調整した密閉空間で行えばよく、室内で行ってもよく、分離膜をセットしたモジュール内で行ってもよい。
[(1) Pretreatment step]
In this embodiment, the pretreatment step may be a step of controlling the humidity of the treated zeolite membrane. For example, the pretreatment step can be a step of exposing the porous support-treated zeolite membrane composite to humidified air under pressurized conditions. In this embodiment, the step of exposing to humidified air is preferable from the viewpoint that air having a specific relative humidity determined by temperature and pressure can be easily prepared. The end point of the pretreatment step can be determined by confirming that water adsorption of the porous support-treated zeolite membrane composite under the conditions of the pretreatment step has substantially ceased. The pretreatment may be performed in a closed space with controlled humidity, indoors, or in a module equipped with a separation membrane.

(多孔質支持体-処理ゼオライト膜複合体)
本実施形態で用いられる多孔質支持体-処理ゼオライト膜複合体は、多孔質支持体と処理ゼオライト膜を有する。多孔質支持体は、前述した実施形態1と同様であってよい。
(Porous support-treated zeolite membrane composite)
The porous support-treated zeolite membrane composite used in this embodiment has a porous support and a treated zeolite membrane. The porous support may be the same as in Embodiment 1 described above.

処理ゼオライト膜とは、ゼオライト膜中のアモルファス未処理部位を処理部位にさせ得る何らかの処理が製造過程において施されたゼオライト膜である。処理ゼオライト膜は、ゼオライト膜の吸着サイトの状態が水溶性有機化合物水溶液の浸透気化分離時における状態に実質的に固定化されているゼオライト膜である。ここで言う「処理」は、製造過程において不安定であり得るゼオライト膜の吸着サイトの状態を上記の浸透気化分離時における状態に固定化する処理、とも言うことができ、例えば前述した焼成を行う工程が該当する。 A treated zeolite membrane is a zeolite membrane that has been subjected to some kind of treatment during the manufacturing process that can turn an amorphous untreated part of the zeolite membrane into a treated part. The treated zeolite membrane is a zeolite membrane in which the state of adsorption sites of the zeolite membrane is substantially fixed to the state at the time of pervaporative separation of a water-soluble organic compound aqueous solution. The "treatment" referred to here can also be referred to as a treatment to fix the state of the adsorption sites of the zeolite membrane, which may be unstable during the manufacturing process, to the state at the time of pervaporation separation, for example, by performing the above-mentioned calcination. The process is applicable.

多孔質支持体-処理ゼオライト膜複合体は、製造品であってもよく、市販品であってもよい。製造品としての当該複合体の処理ゼオライト膜は、例えば、有機鋳型剤を用いて合成され、かつ焼成されているゼオライト膜である。このような処理ゼオライト膜は、水熱合成によって製造することが可能であり、より詳しくは、例えば特許文献2に記載の方法またはそれに類似の方法によって製造することが可能である。 The porous support-treated zeolite membrane composite may be a manufactured product or a commercially available product. The processed zeolite membrane of the composite as a manufactured product is, for example, a zeolite membrane that has been synthesized using an organic templating agent and calcined. Such a treated zeolite membrane can be manufactured by hydrothermal synthesis, and more specifically, for example, by the method described in Patent Document 2 or a method similar thereto.

〔(2)測定工程および(3)評価工程〕
本実施形態に係る評価方法における測定工程および評価工程は、空気の透過方法以外は、前述した実施形態1と同様に実施することが可能である。
[(2) Measurement process and (3) Evaluation process]
The measurement process and the evaluation process in the evaluation method according to the present embodiment can be performed in the same manner as in the first embodiment described above, except for the air permeation method.

本発明の実施形態において、空気透過量の測定は、多孔質支持体-ゼオライト膜複合体の性質に応じた適当な方法で測定すればよい。調湿空気を処理ゼオライト膜に透過させる場合、本実施形態でも実施形態1と同様に、多孔質支持体-処理ゼオライト膜複合体で隔てられる2つの空間の間に特定の圧力差を形成し、相対的に高圧側の空間から相対的に低圧側の空間に移動した空気の相対的に低圧側の空間での流量を測定することによって求めることが可能である。 In an embodiment of the present invention, the amount of air permeation may be measured by an appropriate method depending on the properties of the porous support-zeolite membrane composite. When the humidity-controlled air is permeated through the treated zeolite membrane, in this embodiment, as in Embodiment 1, a specific pressure difference is formed between the two spaces separated by the porous support-treated zeolite membrane composite, It can be determined by measuring the flow rate in the relatively low-pressure space of air that has moved from the relatively high-pressure space to the relatively low-pressure space.

実施形態1では、複合体の内側を負圧にして相対的な圧力差を形成する方法が好適であるが、本実施形態では、複合体の外側を正庄にして相対的な圧力差を形成する方法が、調湿空気の透過量を安定かつ正確に求める観点から好適である。本実施形態では、水溶性有機化合物水溶液の浸透気化分離における水溶性有機化合物の透過量の測定においても同様であり、複合体の外側を正庄にして相対的な圧力差を形成することが好ましい。 In Embodiment 1, it is preferable to create a relative pressure difference by applying negative pressure to the inside of the composite; however, in this embodiment, to create a relative pressure difference by applying negative pressure to the outside of the composite. This method is suitable from the viewpoint of stably and accurately determining the permeation amount of humidity-controlled air. In this embodiment, the same applies to the measurement of the amount of permeation of a water-soluble organic compound in pervaporation separation of an aqueous solution of a water-soluble organic compound, and it is preferable to form a relative pressure difference with the outside of the composite body as a positive pressure. .

〔変形例〕
本発明の実施形態では、前処理工程は、測定工程における調湿空気を多孔質支持体-ゼオライト膜複合体に十分に接触させる工程であってもよい。この場合、前処理工程は、測定工程の開始直前までの、多孔質支持体-ゼオライト膜複合体に調湿空気を接触させる工程、となる。
[Modified example]
In an embodiment of the present invention, the pretreatment step may be a step of bringing the humidified air in the measurement step into sufficient contact with the porous support-zeolite membrane composite. In this case, the pretreatment step is a step of bringing humidity-controlled air into contact with the porous support-zeolite membrane composite immediately before the start of the measurement step.

本発明の実施形態では、後述の参考例に示されるように、前処理工程が不十分であると評価工程において利用する相関関係の相関性が低くなって評価結果の精度が低下することがある。しかしながら、前処理工程の終点は、評価結果の所望の精度に応じて適宜に決めることも可能である。このような観点から、本発明の実施形態では、所望の精度に応じて、前処理工程を前述の説明の内容よりも適宜に簡略化してもよい。 In the embodiment of the present invention, as shown in the reference examples described below, if the preprocessing step is insufficient, the correlation used in the evaluation step may become low, resulting in a decrease in the accuracy of the evaluation results. . However, the end point of the pretreatment step can also be determined as appropriate depending on the desired accuracy of the evaluation results. From this point of view, in the embodiments of the present invention, the preprocessing step may be appropriately simplified from the content of the above description depending on the desired precision.

〔まとめ〕
以上の説明から明らかなように、本発明の第一の態様に係る評価方法は、多孔質支持体-ゼオライト膜複合体による特定の含水濃度を有する水溶性有機化合物水溶液の浸透気化分離における、水溶性有機化合物の透過量の評価方法であって、下記工程(1)~(3)を含む。
(工程1)多孔質支持体-ゼオライト膜複合体におけるゼオライト膜を調湿する前処理工程。
(工程2)特定の相対湿度を有する調湿空気が多孔質支持体-ゼオライト膜複合体を透過する量を測定する工程。
(工程3)特定の相対湿度を有する調湿空気の透過量と水溶性有機化合物水溶液中の水溶性有機化合物の透過量との予め求められている相関関係に基づいて、水溶性有機化合物水溶液中の水溶性有機化合物がゼオライト膜から透過する量を調湿空気の透過量の測定値から評価する工程。
そして、多孔質支持体-ゼオライト膜複合体が多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体である場合では、前処理工程は、未処理ゼオライト膜を処理ゼオライト膜にする処理工程をさらに含む。
したがって、当該評価方法によれば、多孔質支持体-ゼオライト膜複合体を透過する水溶性有機化合物の量を事前に評価することができる。
〔summary〕
As is clear from the above explanation, the evaluation method according to the first aspect of the present invention is applicable to the pervaporative separation of a water-soluble organic compound aqueous solution having a specific water content concentration using a porous support-zeolite membrane composite. This method includes the following steps (1) to (3).
(Step 1) Pretreatment step of conditioning the humidity of the zeolite membrane in the porous support-zeolite membrane composite.
(Step 2) Step of measuring the amount of humidified air having a specific relative humidity permeating the porous support-zeolite membrane composite.
(Step 3) Based on the predetermined correlation between the permeation amount of humidified air having a specific relative humidity and the permeation amount of the water-soluble organic compound in the water-soluble organic compound aqueous solution, A process of evaluating the amount of water-soluble organic compounds that permeate through the zeolite membrane from the measured value of the permeation amount of humidified air.
When the porous support-zeolite membrane composite is a porous support-untreated zeolite membrane composite, the pretreatment step further includes a treatment step of converting the untreated zeolite membrane into a treated zeolite membrane.
Therefore, according to the evaluation method, it is possible to evaluate in advance the amount of water-soluble organic compounds that permeate through the porous support-zeolite membrane composite.

本発明の第二の態様は、第一の態様において、多孔質支持体-ゼオライト膜複合体が多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体であり、前処理工程は、多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体を95体積%以上のエタノールを含む水溶液で前処理する工程であってもよい。この構成は、多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体の早期安定化の観点からより一層効果的である。 In a second aspect of the present invention, in the first aspect, the porous support-zeolite membrane composite is a porous support-untreated zeolite membrane composite, and the pretreatment step is a porous support-untreated zeolite membrane composite. It may be a step of pre-treating the treated zeolite membrane composite with an aqueous solution containing 95% by volume or more of ethanol. This configuration is even more effective in terms of early stabilization of the porous support-untreated zeolite membrane composite.

本発明の第三の態様は、第一の態様または第二の態様において、多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体は、ゼオライトの結晶構造を規制する有機鋳型剤を用いずに合成され、かつ焼成されていないゼオライト膜であってもよい。この構成は、未処理ゼオライト膜からの水溶性有機化合物の漏れが発生しやすいことから、上記漏れ量を事前に評価することの有効性が高く、より一層効果的である。 A third aspect of the present invention is that in the first aspect or the second aspect, the porous support-untreated zeolite membrane composite is synthesized without using an organic templating agent that regulates the crystal structure of the zeolite; In addition, the zeolite membrane may be an uncalcined zeolite membrane. In this configuration, since water-soluble organic compounds are likely to leak from the untreated zeolite membrane, it is highly effective to evaluate the amount of leakage in advance, and it is even more effective.

本発明の第四の態様は、第一の態様において、多孔質支持体-ゼオライト膜複合体が多孔質支持体と処理ゼオライト膜を含み、処理ゼオライト膜は、ゼオライトの結晶構造を規制する有機鋳型剤を用いて合成され、かつ焼成されているゼオライト膜であってもよい。この構成は、種々の特徴的な処理ゼオライト膜について事前の評価を可能とすることの有効性が高く、より一層効果的である。 A fourth aspect of the present invention is that in the first aspect, the porous support-zeolite membrane composite includes a porous support and a treated zeolite membrane, and the treated zeolite membrane has an organic template that regulates the crystal structure of the zeolite. It may also be a zeolite membrane synthesized using a chemical agent and calcined. This configuration is highly effective in enabling preliminary evaluation of various characteristically treated zeolite membranes, and is even more effective.

本発明の第五の態様は、第一の態様から第四の態様のいずれかにおいて、調湿空気の相対湿度が5%以上80%以下であってもよい。この構成は、特定の含水濃度を有する水溶性有機化合物水溶液の浸透気化分離における水溶性有機化合物の透過量の評価精度を高める観点からより一層効果的である。 In a fifth aspect of the present invention, in any of the first to fourth aspects, the relative humidity of the humidity-controlled air may be 5% or more and 80% or less. This configuration is even more effective from the viewpoint of increasing the accuracy of evaluating the permeation amount of a water-soluble organic compound in pervaporative separation of a water-soluble organic compound aqueous solution having a specific water content concentration.

本発明の第六の態様は、第一の態様から第五の態様のいずれかにおいて、水溶性有機化合物水溶液の含水濃度は5体積%であってもよい。この構成は、調湿空気の透過量と水溶性有機化合物水溶液の浸透気化による水溶性有機化合物の透過量との相関性を高める観点からより一層効果的である。 In a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, the water content concentration of the water-soluble organic compound aqueous solution may be 5% by volume. This configuration is even more effective from the viewpoint of increasing the correlation between the amount of permeation of the humidified air and the amount of permeation of the water-soluble organic compound due to pervaporation of the aqueous solution of the water-soluble organic compound.

本発明の第七の態様は、第一の態様から第六の態様のいずれかにおいて、水溶性有機化合物はエタノールであり、調湿空気は相対湿度が8%の空気であってもよい。この構成は、調湿空気の透過量と水溶性有機化合物水溶液の浸透気化による透過量との相関性を高める観点からより一層効果的である。 In a seventh aspect of the present invention, in any of the first to sixth aspects, the water-soluble organic compound may be ethanol, and the humidity-controlled air may be air with a relative humidity of 8%. This configuration is even more effective from the viewpoint of increasing the correlation between the amount of permeation of the humidified air and the amount of permeation of the water-soluble organic compound aqueous solution due to pervaporation.

本発明の一態様では、水溶性有機化合物水溶液中の水溶性有機化合物が多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体を透過する透過量を、直接測定するよりもはるかに簡便な操作によって評価することが可能である。よって、本発明の一態様は、ゼオライト膜を用いる技術の普及および発展に寄与し、産業と技術革新に係る持続可能な開発目標(SDGs)の達成に貢献することが期待される。 In one aspect of the present invention, the amount of permeation of a water-soluble organic compound in an aqueous solution of a water-soluble organic compound through a porous support-untreated zeolite membrane composite is evaluated by a much simpler operation than direct measurement. Is possible. Therefore, one embodiment of the present invention is expected to contribute to the spread and development of technology using zeolite membranes, and to contribute to the achievement of Sustainable Development Goals (SDGs) related to industry and technological innovation.

本発明は上述した各実施形態に限定されず、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態も、本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications can be made within the scope of the claims. Embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments are also included in the technical scope of the present invention.

本発明の一実施例について以下に説明する。以下、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ない。 An embodiment of the present invention will be described below. EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to the description of the following examples unless it exceeds the gist thereof.

〔実施例1〕
以下の実施例において、種結晶の粒度分布、空気透過量および浸透気化性能測定は、以下に記載する方法により行った。
[Example 1]
In the following Examples, the particle size distribution of seed crystals, air permeation amount, and pervaporation performance were measured by the methods described below.

[粒度分布の測定]
未処理ゼオライト膜の生成に用いられる種結晶の粒度分布の測定を、以下の条件で行った。
・装置名:レーザー回折式粒度分布計測装置LA-500(堀場製作所社製)
・測定方式:フランホーファ回折理論とミー散乱理論の併用
・測定範囲:0.1~200μm
・光源:He-Neレーザー(632.8nm)
・検出器:リング状シリコンフォトダイオード
・分散溶媒:水
[Measurement of particle size distribution]
The particle size distribution of the seed crystals used to generate the untreated zeolite membrane was measured under the following conditions.
・Device name: Laser diffraction particle size distribution measuring device LA-500 (manufactured by Horiba, Ltd.)
・Measurement method: Combination of Franhofer diffraction theory and Mie scattering theory ・Measurement range: 0.1 to 200 μm
・Light source: He-Ne laser (632.8nm)
・Detector: Ring-shaped silicon photodiode ・Dispersion solvent: Water

種結晶の粒度分布を測定するための分散液は、計測装置の超音波分散バスに水を入れて撹拌機で撹拌しながら、分散液をフローセルに循環させ、分散液を透過した光の強度が装置に表示される適正な光強度の範囲に入るように、超音波分散バス中の水に種結晶を加えることで調製した。このときの分散溶媒である水の量は通常250mL、分散させる種結晶は粉末の場合、通常0.01gである。粉末の種結晶を入れる場合は、超音波を5分間かけて分散液中の種結晶の凝集を取り除いたのちに、フロー方式で測定した。 The dispersion liquid used to measure the particle size distribution of seed crystals is prepared by placing water in the ultrasonic dispersion bath of the measuring device and circulating the dispersion liquid through a flow cell while stirring with a stirrer, and measuring the intensity of light transmitted through the dispersion liquid. It was prepared by adding seed crystals to water in an ultrasonic dispersion bath to fall within the proper light intensity range displayed on the instrument. The amount of water used as a dispersion solvent at this time is usually 250 mL, and if the seed crystals to be dispersed are powder, the amount is usually 0.01 g. When powdered seed crystals were added, ultrasonic waves were applied for 5 minutes to remove aggregation of the seed crystals in the dispersion, and then measurement was performed using a flow method.

[空気透過量測定]
多孔質支持体の表面に未処理ゼオライト膜が担持されている筒状の多孔質支持体-ゼオライト膜複合体の一端を封止し、他端を、密閉状態で50Torr(6.67kPa)(差圧が710Torr(94.7kPa)、外部が大気圧)の真空ラインに接続して、真空ラインと多孔質支持体-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、未処理ゼオライト膜の空気透過量[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3102L-NN-4swLAA00、Nガス用、最大流量200ml/min(25℃、1気圧換算)を用いて当該空気透過量を測定した。
[Air permeation amount measurement]
One end of the cylindrical porous support-zeolite membrane composite, in which an untreated zeolite membrane is supported on the surface of the porous support, is sealed, and the other end is heated to 50 Torr (6.67 kPa) in a sealed state. Connected to a vacuum line with a pressure of 710 Torr (94.7 kPa) (atmospheric pressure outside), the air flow rate was measured with a mass flow meter installed between the vacuum line and the porous support-zeolite membrane composite. The air permeation amount of the treated zeolite membrane was defined as [L/(m 2 ·h)]. As a mass flow meter, 8300 manufactured by KOFLOC, for N 2 gas, with a maximum flow rate of 500 mL/min (20° C., converted to 1 atmosphere) was used. If the mass flow meter reading of the KOFLOC 8300 is 10 mL/min (20°C, 1 atm) or less, use LINTEC's 3102L-NN-4swLAA00, for N2 gas, maximum flow rate 200ml/min (25°C, 1 atm). The amount of air permeation was measured using 1 atm (converted to 1 atm).

[調湿空気透過量測定]
調湿空気の透過量測定については、25℃の調湿された空気を用い、透過空気の質量流量の測定にkofloc社 3810DSII(1000sccmFS)を用い、差圧を0.5kPaとして、キーエンス社の圧力センサAP-48を用いて計測して単位差圧当たりの流量に規格化したこと以外は空気透過量の測定と同様にして、調湿空気の透過量を測定した。相対湿度はSENSIRION社のSHT31温湿度センサを用いて測定した。
[Humidity control air permeation measurement]
For measuring the amount of permeation of humidified air, air conditioned at 25°C was used, kofloc 3810DSII (1000 sccmFS) was used to measure the mass flow rate of the permeated air, and the pressure difference was set to 0.5 kPa. The permeation amount of humidified air was measured in the same manner as the measurement of the air permeation amount, except that it was measured using sensor AP-48 and normalized to the flow rate per unit differential pressure. Relative humidity was measured using a SENSIRION SHT31 temperature and humidity sensor.

[浸透気化(パーベーパレーション)性能測定]
多孔質支持体-ゼオライト膜複合体を用いた、パーベーパレーション法による性能測定は、下記の条件で、被処理液である100℃の水/エタノール水溶液(5/95質量%)から水を選択的に透過させる分離により行った。
[Pervaporation performance measurement]
Performance measurement by pervaporation method using porous support-zeolite membrane composite was performed by selecting water from a 100°C water/ethanol aqueous solution (5/95% by mass) as the liquid to be treated under the following conditions. This was done by permeation separation.

パーベーパレーション法に用いた装置の概略図を図1に示す。図1に示されるように、当該装置は、原料としての有機化合物水溶液を収容している原料タンク1と、多孔質支持体-ゼオライト膜複合体を収容する膜モジュール2と、膜モジュール2に接続される真空ポンプ3とを有する。膜モジュール2と真空ポンプ3との間には測定用トラップ4が接続されている。 A schematic diagram of the apparatus used for the pervaporation method is shown in FIG. As shown in FIG. 1, the device is connected to a raw material tank 1 containing an aqueous organic compound solution as a raw material, a membrane module 2 containing a porous support-zeolite membrane composite, and a membrane module 2 connected to the raw material tank 1 containing an aqueous organic compound solution as a raw material. It has a vacuum pump 3. A measuring trap 4 is connected between the membrane module 2 and the vacuum pump 3.

膜モジュール2は、金属製の円筒体と、円筒体の一端(測定用トラップ4側)に接続される連結部材と、円筒体の他端を開閉可能に密閉する閉塞部材と、を有している。膜モジュール2には、多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体が収容されている。多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体の一端は連結部材に接続されており、多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体の内周側の空間は、多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体の外周側の空間とは遮断され、かつ連結部材を介して測定用トラップ4に連通している。多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体の他端は密閉されている。 The membrane module 2 includes a metal cylindrical body, a connecting member connected to one end of the cylindrical body (on the measurement trap 4 side), and a closing member that seals the other end of the cylindrical body in an openable/closable manner. There is. The membrane module 2 contains a porous support-untreated zeolite membrane composite. One end of the porous support-untreated zeolite membrane composite is connected to a connecting member, and the space on the inner peripheral side of the porous support-untreated zeolite membrane composite is connected to the porous support-untreated zeolite membrane. It is cut off from the space on the outer circumferential side of the composite, and communicates with the measurement trap 4 via a connecting member. The other end of the porous support-untreated zeolite membrane composite is sealed.

原料タンク1は、供給タンク5、加熱器6を介して膜モジュール2に原料を供給可能に構成されている。また、膜モジュール2内の原料が、供給タンク5に戻せるように、または冷却器7を介して原料タンク1に戻せるように構成されている。また、供給タンク5と加熱器6との間で原料を循環可能に構成されている。さらに、冷却器7から原料タンク1に戻す原料をサンプリング可能に構成されている。当該装置の流路には、ポンプP1、P2およびバルブV1~V12が適宜に配置されている。 The raw material tank 1 is configured to be able to supply raw materials to the membrane module 2 via a supply tank 5 and a heater 6. Further, the raw material in the membrane module 2 is configured so that it can be returned to the supply tank 5 or to the raw material tank 1 via the cooler 7. Moreover, the raw material can be circulated between the supply tank 5 and the heater 6. Furthermore, it is configured so that the raw material returned from the cooler 7 to the raw material tank 1 can be sampled. Pumps P1, P2 and valves V1 to V12 are appropriately arranged in the flow path of the device.

膜モジュール2における多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体の内周側の空間は、真空ポンプ3によって減圧されており、有機化合物水溶液が接触している多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体の外周側の空間との圧力差が330kPaになっている。この圧力差によって、有機化合物水溶液中の透過物質としての水が、多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体の内周側の空間に向けて多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体に浸透気化して透過する。透過した物質(水)は測定用トラップ4で捕集される。一方、有機化合物水溶液中の有機化合物は、膜モジュール2における多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体の外側に滞留する。 The space on the inner peripheral side of the porous support-untreated zeolite membrane composite in the membrane module 2 is depressurized by the vacuum pump 3, and the porous support-untreated zeolite membrane composite is in contact with the organic compound aqueous solution. The pressure difference with the space on the outer circumferential side of the body is 330 kPa. Due to this pressure difference, water as a permeable substance in the organic compound aqueous solution permeates into the porous support-untreated zeolite membrane composite toward the inner circumferential space of the porous support-untreated zeolite membrane composite. It vaporizes and passes through. The permeated substance (water) is collected by the measuring trap 4. On the other hand, the organic compound in the organic compound aqueous solution remains outside the porous support-untreated zeolite membrane composite in the membrane module 2.

浸透気化の性能測定における上記装置の運転時間を60分間とし、45~60分の間に測定用トラップ4で採取された透過液の流速および当該透過液中のエタノールの重量QaをQa60として求め、評価した。 The operating time of the above device in pervaporation performance measurement is 60 minutes, and the flow rate of the permeate collected in the measurement trap 4 during 45 to 60 minutes and the weight Qa of ethanol in the permeate are determined as Qa 60 . ,evaluated.

[多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体の製造例]
水熱合成用の水性反応混合物を以下のようにして調製した。水酸化アルミニウム(Al 53.5質量%含有、アルドリッチ社製)37.6g、25wt%-KOH水溶液243.0g、水1910.2gを加えて混合撹拌し溶解させ溶液とした。これにコロイダルシリカ(スノーテック-40、日産化学社製)232.5gを加えて2時間撹拌し、水性反応混合物とした。この水性反応混合物の組成(モル比)は、SiO/Al/KOH/HO=1/0.125/0.7/80、SiO/Al=8であった。
[Example of production of porous support-untreated zeolite membrane composite]
An aqueous reaction mixture for hydrothermal synthesis was prepared as follows. 37.6 g of aluminum hydroxide (containing 53.5 wt% Al 2 O 3 , manufactured by Aldrich), 243.0 g of a 25 wt% KOH aqueous solution, and 1910.2 g of water were mixed and stirred to dissolve and form a solution. 232.5 g of colloidal silica (Snowtech-40, manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) was added to this and stirred for 2 hours to form an aqueous reaction mixture. The composition (molar ratio) of this aqueous reaction mixture was SiO 2 /Al 2 O 3 /KOH/H 2 O = 1/0.125/0.7/80, SiO 2 /Al 2 O 3 = 8. .

多孔質アルミナチューブ(外径12mm、内径9mm、長さ1200mm)を超音波洗浄機で洗浄し、乾燥させて、ゼオライト膜の支持体としての無機多孔質支持体を得た。 A porous alumina tube (outer diameter 12 mm, inner diameter 9 mm, length 1200 mm) was washed with an ultrasonic cleaner and dried to obtain an inorganic porous support as a support for a zeolite membrane.

プロトン型のFAU型ゼオライト(触媒化成工業社製、商品名HY(SAR=5))10.0gにNaOH5.00gと水100gを混合し、100℃で7日間加熱し、ろ過、水洗、乾燥することによりFAU型ゼオライトの結晶を得た。このFAU型ゼオライトの結晶の体積基準の粒度分布を測定したところ、D50で1.73μm、極大値は1.32μmおよび2.98μmであった。 Mix 5.00 g of NaOH and 100 g of water with 10.0 g of proton type FAU zeolite (manufactured by Catalysts & Chemicals Co., Ltd., trade name HY (SAR=5)), heat at 100°C for 7 days, filter, wash with water, and dry. As a result, crystals of FAU type zeolite were obtained. When the volume-based particle size distribution of the crystals of this FAU type zeolite was measured, the D50 was 1.73 μm, and the maximum values were 1.32 μm and 2.98 μm.

上記のFAU型ゼオライトの結晶を種結晶とし、この種結晶を水に2質量%分散させ、この分散液に上記支持体を所定時間浸し、その後100℃で5時間以上乾燥させて、上記支持体に種結晶を付着させた。付着した種結晶の質量は3g/mであった。 The above FAU type zeolite crystals are used as seed crystals, the seed crystals are dispersed in water at 2% by mass, the above support is immersed in this dispersion for a predetermined period of time, and then dried at 100°C for 5 hours or more. A seed crystal was attached to the. The mass of the attached seed crystal was 3 g/m 2 .

種結晶を付着させた支持体を、PFA製内筒(1400mm)に挿入し、上記水性反応混合物を支持体の高さよりも高くなるように加えた。内筒をオートクレーブに挿入しオートクレーブを密閉し、5時間かけて室温から180℃まで昇温した。昇温完了後、180℃で24時間、静置状態で、自生圧力下で加熱しすることにより、水熱合成を行った。加熱完了後すぐに放冷し、多孔質支持体/ゼオライト膜複合体を水性反応混合物から取り出し、洗浄後、オートクレーブ内にゼオライト膜複合体を挿入し脱塩水をゼオライト膜複合体の高さよりも高くなるように加えた。オートクレーブを密閉し、120℃で20時間、静置状態で、自生圧力下で加熱しすることにより、熱水洗浄を行った。その後、室温で風乾した。こうして、未処理のCHA型ゼオライトの膜が多孔質支持体の外周面に担持されてなる多孔質支持体-ゼオライト膜複合体を得た。 The support to which the seed crystals were attached was inserted into a PFA inner cylinder (1400 mm), and the above aqueous reaction mixture was added to the support so that it was higher than the height of the support. The inner cylinder was inserted into an autoclave, the autoclave was sealed, and the temperature was raised from room temperature to 180°C over 5 hours. After completion of temperature rise, hydrothermal synthesis was performed by heating at 180° C. for 24 hours under autogenous pressure in a stationary state. Immediately after heating is completed, the porous support/zeolite membrane composite is allowed to cool, and the porous support/zeolite membrane composite is removed from the aqueous reaction mixture. After washing, the zeolite membrane composite is inserted into an autoclave, and the demineralized water is heated to a level higher than the height of the zeolite membrane composite. I added it so that it would be. The autoclave was sealed and heated under autogenous pressure at 120° C. for 20 hours to perform hot water washing. Thereafter, it was air-dried at room temperature. In this way, a porous support-zeolite membrane composite was obtained in which an untreated CHA type zeolite membrane was supported on the outer peripheral surface of the porous support.

[検量線の作成]
多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体を、複数のバッチで、36本ずつ、製造例に従って合成した。得られた多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体を12本ずつ3組に分けて、それぞれの組をステンレス製の密閉容器に入れ、95体積%のエタノール水溶液に全体を浸漬した。当該密閉容器の上部に生じた空間の空気や多孔質内の空気やエタノール中に溶解している空気を窒素置換した後、ダイヤフラムポンプで減圧したのち、当該密閉容器を密閉し、100℃で2時間保持した。50℃まで放冷したのち、多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体を取り出して水洗し、室温で24時間風乾する前処理を行った。
[Creating a calibration curve]
Porous support-untreated zeolite membrane composites were synthesized in batches of 36 pieces each according to the Preparation Example. The obtained porous support-untreated zeolite membrane composite was divided into three sets of 12 pieces each, each set was placed in a stainless steel sealed container, and the whole was immersed in a 95% by volume ethanol aqueous solution. After replacing the air in the space above the airtight container, the air in the porous material, and the air dissolved in the ethanol with nitrogen, the pressure was reduced using a diaphragm pump, and the airtight container was sealed and heated at 100°C for 2 hours. Holds time. After cooling to 50° C., the porous support-untreated zeolite membrane composite was taken out, washed with water, and pretreated by air drying at room temperature for 24 hours.

当該複合体(サンプル)のそれぞれについて、調湿空気透過量測定を行ったのち、前述の浸透気化性能測定を行った。 For each of the composites (samples), the amount of permeation of humidified air was measured, and then the permeation and vaporization performance described above was measured.

調湿空気透過量測定においては、相対湿度1.80%、2.79%、4.85%、7.94%および8.97%で、各サンプルの空気透過量を測定した。各サンプルにおける調湿空気の相対湿度と調湿空気透過量との関係を図2に示す。図2に示されるように、調湿空気の相対湿度と調湿空気透過量とは指数関数的な関係を有していることがわかる。また、各サンプルについて、Qa60の測定を行った。 In the humidity control air permeation amount measurement, the air permeation amount of each sample was measured at relative humidity of 1.80%, 2.79%, 4.85%, 7.94% and 8.97%. FIG. 2 shows the relationship between the relative humidity of the humidified air and the permeation amount of the humidified air in each sample. As shown in FIG. 2, it can be seen that the relative humidity of the humidity-conditioned air and the amount of humidity-conditioned air permeation have an exponential relationship. Furthermore, Qa 60 was measured for each sample.

全てのサンプルについて、別個に、Microsoft Excel(登録商標)を用いて指数近似を行い、下記数式(1)のbおよびmの値を取得した。
y=b×max 式(1)
上式(1)中、
y:空気透過量(mL/m
x:相対湿度(%)
a:係数1
b:係数2
m:底
For all samples, exponential approximation was performed separately using Microsoft Excel (registered trademark) to obtain the values of b and m in the following formula (1).
y=b×m ax formula (1)
In the above formula (1),
y: Air permeation amount (mL/m 2 )
x: relative humidity (%)
a: coefficient 1
b: coefficient 2
m: bottom

なお、係数1の「a」は、湿度当たりの漏れ上昇率を表し、ゼオライト膜中のゼオライトの微視的な構造に関する指標である。「a」は、例えば、ゼオライト膜内のアモルファスの緻密さ、またはゼオライト膜のゼオライトの結晶構造によるネットワークの発達度合、の指標となり得る。係数2の「b」は、湿度0での極限リーク量を表し、リーク絶対量の指標になる。「b」は、ゼオライト膜におけるアモルファスの質が同じであれば、アモルファス量の指標になり得る。 Note that "a" in the coefficient 1 represents the rate of increase in leakage per humidity, and is an index regarding the microscopic structure of the zeolite in the zeolite membrane. "a" can be an index of, for example, the density of the amorphous within the zeolite membrane or the degree of development of the network due to the crystal structure of the zeolite in the zeolite membrane. "b" of coefficient 2 represents the ultimate leakage amount at zero humidity and is an index of the absolute leakage amount. "b" can be an index of the amorphous amount if the quality of the amorphous in the zeolite membrane is the same.

続いて、予測空気透過量yを横軸、Qa60の実測値を縦軸とするグラフを作成した。相対湿度xを変数として、相対湿度xが0%以上であることを制約条件とし、Qa60とyとから最小二乗法により求められる直線の決定係数Rが最大になる相対湿度xhmaxを、Microsoft Excel(登録商標)のソルバーを用いて算出した。この相対湿度xhmax(実施例に記載の条件ではxhmax=8.0)となるときの相関関係を表す直線を検量線とした。得られた検量線を図3に示す。 Subsequently, a graph was created with the predicted air permeation amount yp as the horizontal axis and the actual measured value of Qa 60 as the vertical axis. With relative humidity x as a variable, relative humidity x n being 0% or more as a constraint condition, the relative humidity x hmax that maximizes the coefficient of determination R 2 of the straight line obtained from Qa 60 and y p by the least squares method. was calculated using Microsoft Excel (registered trademark) solver. A straight line representing the correlation when the relative humidity x hmax (x hmax = 8.0 under the conditions described in the example) was obtained was used as a calibration curve. The obtained calibration curve is shown in FIG.

上記の製造例と同じ方法で得られた多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体を、ステンレス製の密閉容器に入れ、95体積%のエタノール水溶液に全体を浸漬した。当該密閉容器の上部に生じた空間の空気や多孔質内の空気やエタノール中に溶解している空気を窒素置換した後、ダイヤフラムポンプで減圧したのち、当該密閉容器を密閉し、100℃で2時間保持した。50℃まで放冷したのち、多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体を取り出して水洗し、室温で24時間風乾する前処理を行った。測定前に室温で半日放静置して乾燥による前処理を行った当該複合体を測定試料とした。 A porous support-untreated zeolite membrane composite obtained by the same method as in the above production example was placed in a stainless steel sealed container, and the whole was immersed in a 95% by volume ethanol aqueous solution. After replacing the air in the space above the airtight container, the air in the porous material, and the air dissolved in the ethanol with nitrogen, the pressure was reduced using a diaphragm pump, and the airtight container was sealed and heated at 100°C for 2 hours. Holds time. After cooling to 50° C., the porous support-untreated zeolite membrane composite was taken out, washed with water, and pretreated by air drying at room temperature for 24 hours. The composite was pretreated by drying by leaving it at room temperature for half a day before measurement, and the composite was used as a measurement sample.

当該前処理後の多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体の一端に金属製の円筒型の連結部材を取り付け、他端に金属製の閉塞部材を取り付けた。 A metal cylindrical connecting member was attached to one end of the pretreated porous support-untreated zeolite membrane composite, and a metal closing member was attached to the other end.

続いて、25℃、相対湿度8%の調湿空気を用いて、調湿空気透過量を測定した。結果は55sccm/本(1160mm)/0.1MPaだった。 Subsequently, the amount of humidity-controlled air permeation was measured using conditioned air at 25° C. and 8% relative humidity. The result was 55 sccm/line (1160 mm)/0.1 MPa.

得られた調湿空気の透過量から、予め作成した図3に示す検量線を用いてQa60を求めたところ、208(kg/(m・h))だった。 Qa 60 was determined from the permeation amount of the obtained humidified air using a calibration curve prepared in advance and shown in FIG. 3, and was found to be 208 (kg/(m 2 ·h)).

本実施例で用いた多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体を用いて、パーベーパレーション法により、100℃の水/エタノール水溶液(5/95質量%)から水を選択的に透過させる分離を行った。その結果、60分後の多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体のエタノールのQa60は82(kg/(m・h))であった。これは、上記の検量線を作成した標本から導出される99.7質量%予測区間内の数値であった。 Separation in which water is selectively permeated from a water/ethanol aqueous solution (5/95% by mass) at 100°C by the pervaporation method using the porous support-untreated zeolite membrane composite used in this example. I did it. As a result, the ethanol Qa 60 of the porous support-untreated zeolite membrane composite after 60 minutes was 82 (kg/(m 2 ·h)). This value was within the 99.7% by mass prediction interval derived from the sample for which the above calibration curve was created.

本実施例に示すように、本発明の方法を用いることにより、煩雑な浸透気化性能測定を行うことなく、簡便な調湿空気透過測定により、Qaを精度よく予測することができることがわかる。また、上記の製造例で得られた物理的な傷のない多孔質支持体-ゼオライト膜複合体の空気透過量は、Qaにかかわらず<1sccm/本(1160mm)/0.1MPaであり、単なる空気透過量測定からは、Qaを精度よく算出できないことがわかる。 As shown in this example, it can be seen that by using the method of the present invention, it is possible to accurately predict Qa by a simple humidity control air permeation measurement without performing a complicated permeation vaporization performance measurement. In addition, the air permeation rate of the porous support-zeolite membrane composite with no physical damage obtained in the above production example is <1 sccm/piece (1160 mm)/0.1 MPa regardless of Qa, which is just It can be seen that Qa cannot be calculated accurately from the air permeation measurement.

なお、相対的に透過性の低い成分(エタノール)の99.7質量%(3σ)の予測区間の上限値を図3中の破線で示す。空気透過測定という容易で低リスクな方法に、湿度調整という低リスクな要素を加えることで、水溶性有機化合物水溶液分離中の分離膜の相対的に透過性が低い成分の透過量が高くなる場合があるという複雑系の現象に、線形の相関関係を構築できることがわかる。このような相関関係を利用する本発明は、例えば製品の開発または検査工程に非常に有用であることがわかる。 Note that the upper limit of the prediction interval of 99.7% by mass (3σ) for a component with relatively low permeability (ethanol) is shown by a broken line in FIG. By adding the low-risk element of humidity adjustment to the easy and low-risk method of air permeation measurement, the amount of permeation of components with relatively low permeability through the separation membrane during separation of aqueous solutions of water-soluble organic compounds increases. It can be seen that it is possible to construct a linear correlation in a complex system of phenomena in which there is. It can be seen that the present invention, which utilizes such a correlation, is very useful in, for example, product development or inspection processes.

[実施例2]
以下、多孔質支持体-処理ゼオライト膜複合体の評価方法の具体例を説明する。
[Example 2]
A specific example of the method for evaluating a porous support-treated zeolite membrane composite will be described below.

<多孔質支持体-処理ゼオライト膜複合体の製造例>
多孔質支持体として、多孔質アルミナチューブ(外径12mm、内径9mm、平均細孔径1.45μm)を用いた。ゼオライト種結晶として、SiO/Al/NaOH/KOH/HO/N,N,N-トリメチル-1-アダマンタンアンモニウムヒドロキシド(TMADAOH)=1.00/0.0165/0.120/0.0550/19.897/0.07のゲル組成物を、160℃で2日間の水熱合成により結晶化させて得られたCHA型ゼオライト種結晶を用いた。当該ゼオライト種結晶の平均粒子径は、0.98μmであった。
<Production example of porous support-treated zeolite membrane composite>
A porous alumina tube (outer diameter 12 mm, inner diameter 9 mm, average pore diameter 1.45 μm) was used as the porous support. As a zeolite seed crystal, SiO 2 /Al 2 O 3 /NaOH/KOH/H 2 O/N,N,N-trimethyl-1-adamantanammonium hydroxide (TMADAOH) = 1.00/0.0165/0.120 A CHA type zeolite seed crystal obtained by crystallizing a gel composition of /0.0550/19.897/0.07 at 160° C. for 2 days by hydrothermal synthesis was used. The average particle diameter of the zeolite seed crystals was 0.98 μm.

ゼオライト種結晶を0.1質量%で水中に分散させた分散液に多孔質支持体を1秒間浸漬した後、120℃で2時間以上乾燥させて、多孔質支持体上にゼオライト種結晶を担持させた。担持前後の多孔質支持体の質量を測定すると、ゼオライト種結晶の担持量は0.7g/mであった。 The porous support was immersed for 1 second in a dispersion of zeolite seed crystals dispersed in water at 0.1% by mass, and then dried at 120°C for 2 hours or more to support the zeolite seed crystals on the porous support. I let it happen. When the mass of the porous support before and after the support was measured, the amount of zeolite seed crystals supported was 0.7 g/m 2 .

脱塩水に25%KOH水溶液、1N-NaOH水溶液を加え、水酸化アルミニウム(Al 54質量%含有、協和化学社製)を添加して溶解させ透明溶液とした。さらに有機テンプレートとしてTMADAOH水溶液(TMADAOH20質量%含有、セイケム社製)を加えたのちコロイダルシリカ(スノーテックスST-S、日産化学社製)を加えて120分間以上撹拌し、水性反応混合物とした。この水性反応混合物の組成(モル比)は、SiO/Al/NaOH/KOH/HO/TMADAOH=1.0/0.064/0.075/0.15/100/0.044、SiO/Al=15.7である。 A 25% KOH aqueous solution and a 1N-NaOH aqueous solution were added to the demineralized water, and aluminum hydroxide (containing 54% by mass of Al 2 O 3 , manufactured by Kyowa Kagaku Co., Ltd.) was added and dissolved to form a transparent solution. Furthermore, a TMADAOH aqueous solution (containing 20% by mass of TMADAOH, manufactured by Seichem) was added as an organic template, and then colloidal silica (Snowtex ST-S, manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd.) was added and stirred for 120 minutes or more to obtain an aqueous reaction mixture. The composition (mole ratio) of this aqueous reaction mixture is SiO 2 /Al 2 O 3 /NaOH/KOH/H 2 O/TMADAOH=1.0/0.064/0.075/0.15/100/0. 044, SiO 2 /Al 2 O 3 =15.7.

種結晶を付着させた支持体を、上記水性反応混合物の入った反応缶に垂直方向に浸漬して、反応缶を密閉し、180℃で18時間、静置状態で、自生圧力下で加熱した。その際、上記水性反応混合物と上記支持体の比率は、支持体1mあたり水性反応混合物約2050gとし、上記支持体全体が上記水性反応混合物に触れる状態とした。所定時間経過後、放冷した後にゼオライト膜複合体を水性反応混合物から取り出し、洗浄後、120℃で2時間以上乾燥させた。 The support to which the seed crystals were attached was immersed vertically into a reaction vessel containing the above aqueous reaction mixture, the reaction vessel was sealed, and the support was heated under autogenous pressure at 180°C for 18 hours in a standing state. . At this time, the ratio of the aqueous reaction mixture to the support was about 2050 g of the aqueous reaction mixture per m of the support, so that the entire support was in contact with the aqueous reaction mixture. After a predetermined period of time had elapsed, the zeolite membrane composite was allowed to cool, taken out from the aqueous reaction mixture, washed, and dried at 120° C. for 2 hours or more.

膜複合体を電気炉中、500℃で10時間焼成して、多孔質支持体中に残留していた有機テンプレートを除去し、実施例1の多孔質支持体-ゼオライト膜複合体を得た。焼成における昇温速度および降温速度は、共に0.5℃/分であった。以上のようにして、CHA型ゼオライトの膜が多孔質支持体の外周面に担持されてなる多孔質支持体-処理ゼオライト膜複合体を得た。 The membrane composite was fired at 500° C. for 10 hours in an electric furnace to remove the organic template remaining in the porous support, thereby obtaining the porous support-zeolite membrane composite of Example 1. The temperature increase rate and temperature decrease rate during firing were both 0.5° C./min. In the manner described above, a porous support-treated zeolite membrane composite in which a CHA type zeolite membrane was supported on the outer peripheral surface of the porous support was obtained.

<検量線の作成>
多孔質支持体-処理ゼオライト膜複合体を、複数のバッチで、36本ずつ、上記の製造例に従って合成した。得られた多孔質支持体-処理ゼオライト膜複合体を31本ずつ、ステンレス製の密閉容器に設置するための治具に取り付け、22℃、相対湿度70%の空気雰囲気中に5時間以上保持した。こうして多孔質支持体-処理ゼオライト膜複合体の前処理工程を実施した。
<Creating a calibration curve>
Porous support-treated zeolite membrane composites were synthesized in batches of 36 pieces each according to the above production example. Thirty-one pieces of the obtained porous support-treated zeolite membrane composite were attached to a jig for installation in a stainless steel airtight container, and kept in an air atmosphere at 22°C and 70% relative humidity for 5 hours or more. . In this way, the pretreatment step of the porous support-treated zeolite membrane composite was carried out.

当該複合体(サンプル)のそれぞれについて、調湿空気透過量測定を行った。多孔質支持体-処理ゼオライト膜複合体の調湿空気透過量の測定では、治具に設置した膜をステンレス製の密閉容器に入れ、多孔質支持体-処理ゼオライト膜複合体の外側から0.3MPaに加圧した調湿空気を供給し、それぞれの膜を透過した空気量を測定した。 Humidity-adjusted air permeation amount was measured for each of the composites (samples). To measure the amount of humidity-adjusted air permeation through the porous support-treated zeolite membrane composite, the membrane installed in a jig is placed in a stainless steel sealed container, and 0.00% is measured from the outside of the porous support-treated zeolite membrane composite. Humidity-controlled air pressurized to 3 MPa was supplied, and the amount of air that passed through each membrane was measured.

そして、実施例1と同様に、実測空気透過量yを横軸、Qa30の実測値を縦軸とするグラフを作成し、空気透過量とそのときのQa30との相関関係を表す最小二乗法で決定した直線を検量線とした。得られた検量線を図4に示す。 Then, as in Example 1, a graph is created in which the horizontal axis is the measured air permeation amount y p and the vertical axis is the actual measured value of Qa 30 , and the minimum value representing the correlation between the air permeation amount and the Qa 30 at that time is A straight line determined by the square method was used as a calibration curve. The obtained calibration curve is shown in FIG.

なお、100℃の水/IPA水溶液(5/95質量%)から水を選択的に透過させる分離を行った際の、30分後の多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体のIPAのQaをQa30とし、水のQwをQw30とした。 In addition, Qa of IPA of the porous support-untreated zeolite membrane composite after 30 minutes when separation was performed to selectively permeate water from a water/IPA aqueous solution (5/95% by mass) at 100°C. was set as Qa 30 , and the Qw of water was set as Qw 30 .

<多孔質支持体-処理ゼオライト膜複合体の評価>
本実施例2の多孔質支持体-処理ゼオライト膜複合体の製造例で準備した多孔質支持体-処理ゼオライト膜複合体のうち、パーベーパレーション法による評価を行っていないものを用意し、一端に金属製の円筒型の連結部材を取り付け、他端に金属製の閉塞部材を取り付けてから、本実施例の前処理工程を施した。続いて、22℃、0.3MPaの調湿空気の透過量を測定し、調湿空気の透過量から、予め作成した図4に示す検量線を用いてQa30の予測値を求めたところ、0.013(kg/(m・h))だった。
<Evaluation of porous support-treated zeolite membrane composite>
Among the porous support-treated zeolite membrane composites prepared in the production example of the porous support-treated zeolite membrane composite in Example 2, one that had not been evaluated by the pervaporation method was prepared, and one end of the composite was prepared. After attaching a metal cylindrical connecting member to the other end and attaching a metal closing member to the other end, the pretreatment process of this example was performed. Next, the amount of permeation of humidified air at 22° C. and 0.3 MPa was measured, and the predicted value of Qa 30 was determined from the amount of permeation of humidified air using the calibration curve shown in FIG. 4 created in advance. It was 0.013 (kg/(m 2 ·h)).

このように評価した多孔質支持体-処理ゼオライト膜複合体をパーベーパレーション法に実際に用いて、100℃の水/IPA水溶液(5/95質量%)から水を選択的に透過させる分離を行った。その結果、30分後の多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体のIPAのQa30は0.014(kg/(m・h))であった。これは、上記の検量線を作成した標本から導出される95質量%予測区間内の数値であった。 The porous support-treated zeolite membrane composite evaluated in this way was actually used in the pervaporation method to selectively permeate water from a water/IPA aqueous solution (5/95% by mass) at 100°C. went. As a result, the IPA Qa 30 of the porous support-untreated zeolite membrane composite after 30 minutes was 0.014 (kg/(m 2 ·h)). This was a value within the 95% by mass prediction interval derived from the sample for which the above calibration curve was created.

[参考例1]
パーベーパレーション法による評価を行い、Qa30およびQw30が既知となった多孔質支持体-処理ゼオライト膜複合体に対して、実施例2の前処理工程を8時間に延ばして調湿工程を行い、空気透過量を求めた。また、実施例2の前処理工程を行わない以外は同様にして空気透過量を求めた。結果を図5に示す。図5中、黒丸は前者の8時間調湿を表し、黒三角は後者の前処理なしを表している。図5から、それぞれの結果から得られる最小二乗法で決定した直線が、8時間調湿処理では原点付近を通る一方、前処理なしでは原点を通らないことが分かった。これは、前処理なしでは、ゼオライト細孔が十分に水によって埋まっておらず、空気透過量測定において、空気がゼオライト細孔を通っていることを示している。前処理の調湿が不十分であると、試験の都度、ゼオライト結晶中の細孔が水で埋まる程度が異なり、一定の条件で評価できていると言い切れないことから、前処理を行った方が好ましいと言える。
[Reference example 1]
For the porous support-treated zeolite membrane composite whose Qa 30 and Qw 30 were known after evaluation by the pervaporation method, the pretreatment step of Example 2 was extended to 8 hours and a humidity conditioning step was performed. The amount of air permeation was determined. Further, the amount of air permeation was determined in the same manner as in Example 2 except that the pretreatment step was not performed. The results are shown in Figure 5. In FIG. 5, the black circles represent the former 8-hour humidity control, and the black triangles represent the latter no pretreatment. From FIG. 5, it was found that the straight line determined by the least squares method obtained from each result passes near the origin in the 8-hour humidity control treatment, but does not pass through the origin without pretreatment. This indicates that without pretreatment, the zeolite pores are not sufficiently filled with water, and air passes through the zeolite pores in the air permeation measurement. If the humidity control during pretreatment was insufficient, the degree to which the pores in the zeolite crystals would be filled with water would vary each time the test was conducted, and it could not be said that the evaluation was performed under constant conditions, so pretreatment was performed. It can be said that it is preferable.

[参考例2]
同様に、Qa30およびQw30が既知の多孔質支持体-処理ゼオライト膜複合体に対して、実施例2の前処理工程を8時間に延ばして施して調湿工程を行い、空気透過量を求めた。また、実施例2の前処理工程における22℃、0.3MPa、相対湿度70%の空気雰囲気中の保持時間を3時間に変更した以外は同様にして空気透過量を求めた。結果を図6に示す。図6中、黒三角は前者の8時間調湿を表し、黒丸は後者の3時間調湿を表している。図6から、それぞれの結果から得られる最小二乗法で決定した直線が、8時間調湿処理では原点付近を通る一方、3時間調湿では原点を通らないことが分かった。これは、3時間調湿では、ゼオライト細孔が十分に水によって埋まっておらず、空気透過量測定において、空気がゼオライト細孔を通っていることを示している。前処理の調湿が不十分であると、試験の都度、ゼオライト結晶中の細孔が水で埋まる程度が異なり、一定の条件で評価できていると言い切れないことから、3時間を超える前処理を行った方が好ましいと言える。
[Reference example 2]
Similarly, a porous support-treated zeolite membrane composite with known Qa 30 and Qw 30 was subjected to the pretreatment step of Example 2 for 8 hours to perform a humidity conditioning step to reduce the amount of air permeation. I asked for it. Further, the amount of air permeation was determined in the same manner as in Example 2 except that the holding time in the air atmosphere of 22° C., 0.3 MPa, and 70% relative humidity in the pretreatment step was changed to 3 hours. The results are shown in FIG. In FIG. 6, the black triangles represent the former 8-hour humidity control, and the black circles represent the latter 3-hour humidity control. From FIG. 6, it was found that the straight line determined by the least squares method obtained from each result passes near the origin in the 8-hour humidity control process, but does not pass through the origin in the 3-hour humidity control process. This indicates that the zeolite pores were not sufficiently filled with water after 3 hours of humidity conditioning, and that air passed through the zeolite pores in the air permeation amount measurement. If the pretreatment humidity control is insufficient, the degree to which the pores in the zeolite crystals will be filled with water will vary each time the test is performed, and it cannot be said that the evaluation is being performed under constant conditions. It can be said that it is preferable to carry out treatment.

本発明は、未処理ゼオライト膜における分離対象中の相対的に透過性が低い成分の透過量の簡便かつ精度の高い予測、評価に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICATION This invention can be utilized for simple and highly accurate prediction and evaluation of the permeation amount of a component with relatively low permeability in an object to be separated in an untreated zeolite membrane.

1 原料タンク
2 膜モジュール
3 真空ポンプ
4 測定用トラップ
5 供給タンク
6 加熱器
7 冷却器
P1、P2 ポンプ
V1~V12 バルブ
1 Raw material tank 2 Membrane module 3 Vacuum pump 4 Measurement trap 5 Supply tank 6 Heater 7 Cooler P1, P2 Pump V1 to V12 Valve

Claims (7)

多孔質支持体-ゼオライト膜複合体による特定の含水濃度を有する水溶性有機化合物水溶液の浸透気化分離における、水溶性有機化合物の透過量の評価方法であって、
(1)前記多孔質支持体-ゼオライト膜複合体におけるゼオライト膜を調湿する前処理工程、
(2)特定の相対湿度を有する調湿空気が多孔質支持体-ゼオライト膜複合体を透過する量を測定する工程、および
(3)前記特定の相対湿度を有する調湿空気の透過量と前記水溶性有機化合物水溶液中の水溶性有機化合物の透過量との予め求められている相関関係に基づいて、前記水溶性有機化合物水溶液中の水溶性有機化合物が前記ゼオライト膜から透過する量を前記調湿空気の透過量の測定値から評価する工程、
を含み、
前記多孔質支持体-ゼオライト膜複合体が多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体である場合では、前記前処理工程は、未処理ゼオライト膜を処理ゼオライト膜にする処理工程をさらに含む、評価方法。
A method for evaluating the permeation amount of a water-soluble organic compound in pervaporative separation of a water-soluble organic compound aqueous solution having a specific water content concentration using a porous support-zeolite membrane composite, the method comprising:
(1) a pretreatment step of conditioning the humidity of the zeolite membrane in the porous support-zeolite membrane composite;
(2) measuring the amount of humidified air having a specific relative humidity permeating through the porous support-zeolite membrane composite; and (3) measuring the amount of humidified air having the specific relative humidity permeating and the The amount of the water-soluble organic compound in the water-soluble organic compound aqueous solution that permeates through the zeolite membrane is determined based on a predetermined correlation with the permeation amount of the water-soluble organic compound in the water-soluble organic compound aqueous solution. A process of evaluating from the measured value of the amount of permeation of humid air,
including;
In the case where the porous support-zeolite membrane composite is a porous support-untreated zeolite membrane composite, the pretreatment step further includes a treatment step of converting the untreated zeolite membrane into a treated zeolite membrane. Method.
前記多孔質支持体-ゼオライト膜複合体が前記多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体であり、前記前処理工程は、前記多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体を95体積%以上のエタノールを含む水溶液で前処理する工程である、請求項1に記載の方法。 The porous support-zeolite membrane composite is the porous support-untreated zeolite membrane composite, and the pretreatment step includes the porous support-untreated zeolite membrane composite containing 95% by volume or more of the porous support-untreated zeolite membrane composite. The method according to claim 1, wherein the step is pretreatment with an aqueous solution containing ethanol. 前記多孔質支持体-未処理ゼオライト膜複合体が多孔質支持体と未処理ゼオライト膜を含み、前記未処理ゼオライト膜は、ゼオライトの結晶構造を規制する有機鋳型剤を用いずに合成され、かつ焼成されていないゼオライト膜である、請求項1に記載の方法。 The porous support-untreated zeolite membrane composite includes a porous support and an untreated zeolite membrane, the untreated zeolite membrane is synthesized without an organic templating agent that regulates the crystal structure of the zeolite, and 2. The method of claim 1, wherein the zeolite membrane is an uncalcined zeolite membrane. 前記多孔質支持体-ゼオライト膜複合体が多孔質支持体と処理ゼオライト膜を含み、前記処理ゼオライト膜は、ゼオライトの結晶構造を規制する有機鋳型剤を用いて合成され、かつ焼成されているゼオライト膜である、請求項1に記載の方法。 The porous support-zeolite membrane composite includes a porous support and a treated zeolite membrane, the treated zeolite membrane being a zeolite synthesized using an organic templating agent that regulates the crystal structure of the zeolite and calcined. 2. The method of claim 1, wherein the method is a membrane. 前記調湿空気は、相対湿度が5%以上80%以下の空気である、請求項1に記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the humidity-controlled air is air with a relative humidity of 5% or more and 80% or less. 前記含水濃度は5体積%である、請求項1に記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the water concentration is 5% by volume. 前記水溶性有機化合物はエタノールであり、前記調湿空気は相対湿度が8%の空気である、請求項6に記載の方法。 7. The method of claim 6, wherein the water-soluble organic compound is ethanol and the conditioned air is air with a relative humidity of 8%.
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