JP3659466B2 - 有機ガス分離フィルタおよびそれを用いた有機ガスの分離方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特定の有機ガス、より詳細には、特定の有機ガスを含有する混合ガスから前記特定の有機ガスのみを効率良く分離して除去、又は回収するのに有用な有機ガス分離フィルタおよびそれを用いた有機ガスの分離方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年、電子部品や金属部品等の洗浄分野や印刷分野、塗装分野、あるいは油槽所やタンカー等の石油精製プラント関連分野では、取り扱われる各種有機溶剤の使用量が大幅に増加し、それに伴って大気中に放出される有機ガスの量も年々増加している。また、自動車の排気ガス等に含まれる有機ガスの排出量も交通量の増加とともに増えている。
【０００３】
かかる有機ガス、例えば、洗浄用に広範囲に使用されてきたトリクロロエタン等はオゾン層破壊や地球温暖化、光化学スモッグ等の原因物質であり、これらが有機ガスとして大気中に排出されることは地球規模での環境破壊につながっており、このような有機ガスを含有する混合ガスから該有機ガスを回収して大気中に放出しないことが環境保全の見地から要求されている。
【０００４】
従来より、このような各種分野において有機ガスを含有する混合ガスから該有機ガスを分離、回収する方法としては、１００〜２００００ｐｐｍ程度の濃度の特定の有機ガスを含有する混合ガスを活性炭等の吸着剤に接触させて吸着させた後、スチームにて有機ガスを回収する吸着法や、有機ガスを含む混合ガスを液状の有機溶剤に接触させて前記有機ガスを該有機溶剤に吸収させて回収する吸収法あるいは膜分離法等が知られている。
【０００５】
しかしながら、前記吸着法は、大型の設備を必要とすると共に、前記吸着剤に特定の有機ガスを吸着させた後、該吸着剤から前記特定の有機ガスを脱着させる操作を繰り返し行う必要がある上、前記吸着剤からの有機ガスの脱着に大量のエネルギーを要するため、経済的に極めて不利であるという問題があった。
【０００６】
さらに、このように吸着剤への吸脱着を利用する方法では、有機ガスを高濃度に含有する混合ガスから該有機ガスを回収する場合には、十分に分離除去することができず不向きである。
【０００７】
また、前記吸収法は、有機ガスを比較的高濃度に含む混合ガスから該有機ガスを濃縮分離するために利用されてはいるが、設備及び運転の経費が高く、経済的には決して有利な方法ではない。
【０００８】
このような知見から、前記吸着法や吸収法に比べて有機ガスの分離操作が簡便で装置が小型化できると共に、省エネルギープロセスと成り得る等の優れた特徴を有する膜分離法が有望視されている。
【０００９】
例えば、特開平５−６８８６０号公報、特開平７−１５５５７１号公報では、シリコーン樹脂が架橋されて形成された架橋シリコーン膜を、有機ガスを含有する混合ガスから該有機ガスを分離するための気体分離膜として用いることが開示されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記架橋シリコーン膜を気体分離膜とした膜分離法では、該架橋シリコーン膜内に混合ガス中の有機ガスが溶け込んだ後、拡散により有機ガスが膜内を透過する、いわゆる溶解拡散機構によるものであり、有機ガスが膜内に溶け込むことが律速して、有機ガスの膜透過速度は、透過率が３×１０-11 ｍｏｌ／ｍ2 ・Ｐａ・ｓ程度と非常に小さいものであった。
【００１１】
その結果、有機ガスの分離回収効率が低く、とりわけ、キシレンなど環状炭化水素ガスに対しては分離性が極めて低かった。
【００１３】
本発明は前記課題に鑑み成されたもので、その目的は、処理速度を向上し、各種揮発性有機化合物のガスを含有する混合ガスから特定の有機化合物のガスのみを経済的に、選択的かつ効率的に分離して除去、又は回収するのに好適な特定の有機ガスに対して分離機能を有する有機ガス分離フィルタおよびそれを用いた有機ガスの分離方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、高い有機ガス分離特性を有する有機ガス分離フィルタを実現すべく、フィルタの有機ガスの透過性能、および分離性能について種々検討した結果、有機ガスと分離フィルタとの親和性の強さが、有機ガスの分離特性に大きく関与し、中でもシリカ（ＳｉＯ2 ）が特定の有機ガスと強い親和性を持つことに基づき、多孔質支持体の表面に通気性シリカ（ＳｉＯ2 ）層を形成することにより、上記目的が達成されることを見出し、本発明に至った。
【００１５】
すなわち、本発明の有機ガス分離フィルタは、平均細孔径が０．１〜２μｍ、気孔率が２０〜４０％のセラミック多孔質支持体の少なくとも一方の表面に、通気性を有する中間層を設け、該中間層の上に、全細孔の７０％以上が５ｎｍ以下の細孔径を有し、かつ平均細孔径が２ｎｍ以上の細孔径分布を有し、特定の有機ガスを含む混合ガスより前記特定の有機ガスを選択的に透過、分離しうる通気性シリカ（ＳｉＯ２）層を被着形成してなり、前記中間層の平均細孔径が、前記セラミック多孔質支持体の平均細孔径より小さく、かつ、前記通気性シリカ（ＳｉＯ ２ ）層の平均細孔径より大きいことを特徴とするものである。
【００２０】
また、前記特定の有機ガスが、トルエンまたはキシレンであることが最も望ましい。
【００２１】
一方、本発明の有機ガスの分離方法としては、平均細孔径が０．１〜２μｍ、気孔率が２０〜４０％のセラミック多孔質支持体の少なくとも一方の表面に、通気性を有する中間層を設け、該中間層の上に、全細孔の７０％以上が５ｎｍ以下の細孔径を有し、かつ平均細孔径が２ｎｍ以上の細孔径分布を有し、特定の有機ガスを含む混合ガスより前記特定の有機ガスを選択的に透過、分離しうる通気性シリカ（ＳｉＯ２）層を被着形成してなり、前記中間層の平均細孔径が、前記セラミック多孔質支持体の平均細孔径より小さく、かつ、前記通気性シリカ（ＳｉＯ ２ ）層の平均細孔径より大きいフィルタの一方の表面に、特定の有機ガスを含む混合ガスを供給し、前記フィルタが該混合ガスと接触する表面における前記特定の有機ガスの分圧よりも他方の表面における前記特定の有機ガスの分圧を低めて、前記特定の有機ガスを前記セラミック多孔質支持体および前記通気性シリカ（ＳｉＯ２）層を介して選択的に他方の表面に透過、分離することを特徴とするものである。
【００２２】
ここで、前記特定の有機ガスを含む混合ガスを供給する前記有機ガス分離フィルタ表面側の気圧よりも他方の表面側の気圧を低くすることが望ましい。
【００２３】
【作用】
本発明の有機ガス分離フィルタによれば、セラミック多孔質支持体に被着形成した通気性シリカ（ＳｉＯ2 ）層表面が特定の有機ガス、とりわけトルエン、キシレンと強い親和性を示し、特定の有機ガス分子の吸着点として作用することから、該通気性シリカ（ＳｉＯ2 ）層表面に混合ガス中の特定の有機ガスが吸着し、さらに、該通気性シリカ（ＳｉＯ2 ）層内に形成された細孔の内壁を前記特定の有機ガスが毛管凝縮現象により透過する、いわゆる表面拡散機構により通気性シリカ（ＳｉＯ2 ）層を透過することから、特定の有機ガスを選択的にかつ効率よく分離することができる。
【００２４】
さらに、通気性シリカ（ＳｉＯ2 ）層の細孔径分布を所定の範囲に制御することにより、シリカ層の表面に親和性の高い特定の有機ガスが吸着した後、細孔内を細孔の直径よりも少し小さい分子径を有する特定の有機ガスが毛管凝縮現象により透過するために、その他のガスは細孔内に侵入することができず、シリカ層内を透過することができないことから、特定の有機ガスの選択的な分離が可能となり、分離性能が向上する。
【００２６】
さらに、特定の有機ガスを含む混合ガスを有機ガス分離フィルタに供給し、該フィルタを隔てて反対側の前記特定の有機ガス分圧を、特に全ガスの気圧を下げる等により低めることにより、有機ガス分離の処理速度を向上することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の有機ガス分離フィルタの一例について、その一部拡大図を図１に示す。本発明の有機ガス分離フィルタ１は、セラミック多孔質支持体( 以下、支持体と略す。) ２の少なくとも一方の表面に通気性シリカ（ＳｉＯ2 ）層 (以下、シリカ層と略す。) ３を被着形成した複合体からなるものである。
【００２８】
シリカ層３は、アモルファスシリカからなることが望ましく、また、平滑な表面を有することが望ましい。さらに、シリカ層３の厚みは、有機ガス分離性能の向上および有機ガス分離の処理速度を向上させるために０．１〜１μｍであることが望ましい。
【００２９】
上記構成のフィルタは、高い強度を有するとともに、耐熱性や耐食性に優れ、過酷な条件下でも特性を劣化することなく使用できるものである。
【００３０】
本発明によれば、シリカ層３は、毛管凝縮作用による特定の有機ガスの選択的な透過を促すために、全細孔の７０％以上が５ｎｍ以下の細孔径を有し、かつ平均細孔径が２ｎｍ以上であることが望ましい。細孔径を上記範囲に制御することにより、特定の有機ガスの分離性能が向上する。
【００３１】
また、支持体２の表面に被着形成されるシリカ層３は、支持体２との界面に反応生成物を生じることなく、支持体２の表面に層状に被覆できるために、平滑な表面を形成できる。
【００３２】
一方、支持体２は、構造体として必要な強度を有するとともに、シリカ層３または中間層４の成膜性を高め、有機ガス分離の処理速度を向上させるために０．１〜２μｍの細孔径を有することが望ましい。また、成膜性を高める上で、支持体２は平滑な表面を有することが望ましい。
【００３３】
また、高い圧力をかけることなく混合ガスが支持体２中を透過するためには、支持体２は２０％以上の気孔率を有することが望ましく、また、支持体２の強度を確保し、有機ガス分離フィルタ１を組み立てる際に、支持体が破損したり、操作中に支持体２を構成する粒子が脱粒することを防止するためには、支持体２の気孔率が４０％以下であることが望ましい。
【００３４】
支持体２としては、α−アルミナや安定化ジルコニアを主成分とするセラミックスや、シリカ系ガラス（分相ガラス）等によって形成できるが、耐熱性が高いこと、容易に作製できること、コストの点で、α−アルミナを主成分とするセラミックスからなることが望ましい。
【００３５】
また、支持体２とシリカ層３との間には通気性を有する中間層( 以下、中間層と略す。) ４が介在することが望ましい。これにより、シリカ層３の支持体２への成膜性が向上することから、シリカ層３の厚みを薄くすることができ、有機ガス分離の処理速度が向上できる。ここで、中間層４の平均細孔径は、ガスの透過速度およびシリカ層３の支持体２への成膜性の点で、支持体２の平均細孔径よりも小さく、かつシリカ層３の平均細孔径より大きいことが望ましい。また、中間層４は、支持体２及びシリカ層３との間に反応生成物を生じず、支持体２の表面を層状に覆い平滑な表面を形成するものであればよい。
【００３６】
かかる中間層４としては、例えば、支持体２としてα−アルミナ質セラミックスを選んだ場合、γ−アルミナが好適である。
【００３７】
本発明においては、シリカと各種ガスとの親和性が異なることから、例えば、特定の有機ガスを含有する複数種類の有機ガスの混合ガスから前記特定の有機ガスを分離することが可能であり、その一例としてメタンとトルエンとを含有する混合ガスからトルエンを選択的に分離することができる。
【００３８】
また、特定の有機ガスと無機ガスとの混合ガスから特定の有機ガスを分離することも可能である。ここで、前記無機ガスとは、例えば、窒素、酸素、水、塩酸、アンモニア等のガスを１種あるいは２種以上含有するガスを指す。
【００３９】
さらに、複数種類の有機ガスおよび無機ガス中から特定の有機ガスを分離することも可能であるが、いずれの場合においても、上記混合ガス中に含まれる前記特定の有機ガスの濃度は、約０．０２〜５０容量％であることが望ましい。
【００４０】
本発明のフィルタによって分離可能な特定の有機ガスとは、一般には炭化水素類、アルコール類、ケトン類、ハロゲン化炭化水素類、カルボン酸エステル類等のガスを指し、具体的には、例えば、メタン、エタン、プロパン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソブタン、イソペンタン、イソオクタン等に代表される飽和脂肪族炭化水素類や、アセトン、メチルエチルケトン等に代表されるケトン類、ベンゼン、トルエン、キシレン等に代表される芳香族炭化水素類、メタノール、エタノール、プロピルアルコール、イソプロピルアルコール等に代表されるアルコール類、四塩化炭素、クロロホルム、塩化メチレン、トリクロロエチレン、トリクロロエタン、フロン１１、フロン１１３、フロン１２３、フロン２２５等に代表されるハロゲン化炭化水素、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、アクリル酸ブチル等に代表されるカルボン酸エステル類等の揮発ガスを言う。
【００４１】
本発明の有機ガス分離フィルタおよびそれを用いた有機ガス分離方法においては、とりわけ、シリカ（ＳｉＯ2 ）と高い親和性を有するトルエン、あるいはキシレンのガスを分離して除去、又は回収するのに有効である。
【００４２】
また、本発明の支持体２の形状形態は、特に限定されるものではなく、平板状や管状体等のいずれでも良いが、有機ガス分離効率やフィルタとしての取り扱いを考慮すれば管状体が望ましく、その上、かかる管状体は押し出し成形法等により、比較的簡単に作製できるというメリットもある。
【００４３】
管状体の径は、単位面積当たりに占めるシリカ層３の面積割合を増し、ガスの分離効率を高める上では、内径２ｍｍ程度が望ましく、また、取り扱いに支障のない強度を保つために、その肉厚は０．３〜１ｍｍが好適である。
【００４４】
上記の構成においては、シリカ層３は支持体２の内面および／または外面に被着形成されるが、シリカ層３の厚みは、ガス分離の処理速度向上の点で０．１〜１μｍであることが望ましい。
【００４５】
本発明の有機ガス分離フィルタ１は、フィルタ１の一方の表面側に特定の有機ガスを含有した混合ガスを流すとともに、フィルタ１の反対側の面で前記特定の有機ガスの分圧を低めることにより、該特定の有機ガスを支持体２およびシリカ層３を介して選択的に他方の表面に透過、分離して、前記混合ガスから特定の有機ガスの分離を効率的に行うことができるものである。
【００４６】
ガスの透過経路としては、支持体２を通過した後、シリカ層３を透過してもよく、逆にシリカ層３を透過した後、支持体２を透過してもよい。また、支持体２が管状体からなる場合には、管状体の内部に混合ガスを流し、管状体の外部にガスを透過させ、回収してもよく、逆に管状体の外部に混合ガスを流し、管状体の内部にガスを透過させ、回収してもよい。
【００４７】
前記特定の有機ガスの分圧を低める方法としては、特定の有機ガスの排出面側に特定の有機ガス以外のガスを流すこともできるが、前記特定の有機ガスを含む混合ガス供給面側の気圧よりも前記特定の有機ガス排出面側の気圧を低めることにより、より効率的に特定の有機ガスの分離ができる。
【００４８】
また、上記気圧差を設ける方法としては、前記特定の有機ガス排出面側を減圧する方法、前記特定の有機ガスを含む混合ガス供給面側を加圧する方法、さらに、上記２つの方法を併用する方法が挙げられる。
【００４９】
本発明の有機ガス分離フィルタを用いて特定の有機ガスを分離する有機ガス分離装置の一例を図２に示す。図２によれば、有機ガス分離装置１１は、内径１〜３ｍｍ、肉厚０．３〜１ｍｍ、長さ５〜５００ｍｍの円筒形状の有機ガス分離フィルタ１２を５０〜１００本程度束ねたものが、固定用部材１３で固定され、さらにハウジング１４中に接着固定されている。
【００５０】
固定用部材１３およびハウジング１４は、塩化ビニル、ポリウレタン等の樹脂、ステンレス等の金属、アルミナやジルコニア等の緻密質セラミックス等のガスを透過しないものによって形成されるが、ハウジング１４については、系内を加圧または減圧する場合には、ステンレス等の機械的強度の高いものが好適である。
【００５１】
さらに、ハウジング１４には、系内に混合ガスを導入するための混合ガス導入口１５、有機ガス分離フィルタ１２表面を通過した混合ガスが系外に排出されるための非透過ガス排出口１６および有機ガス分離フィルタ１２内を透過したガスを系外へ排出するための透過ガス排出口１７が形成され、上記３個所にてのみガスが出入りする。
【００５２】
有機ガス分離装置１１によれば、系内に気圧差を設けることができ、例えば、透過ガス排出口１７にアスピレータや真空ポンプを接続して有機ガス分離フィルタ１２の外周表面の気圧を下げることができる。
【００５３】
次に、本発明の有機ガス分離フィルタを製造する方法について説明する。まず平均粒径０．１〜２．０μｍのアルミナ粉末原料に、所定量の有機バインダ、潤滑剤、可塑剤、水を添加、混合した後、該混合物をプレス成形、押し出し成形、射出成形、冷間静水圧プレス等の公知の成形手段によって成形する。
【００５４】
さらに、該成形体を大気中、１０００〜１５００℃にて焼成することにより所望の特性を有する支持体を作製することができる。
【００５５】
この支持体としては、前述した材質、気孔率、平均細孔径を有するとともに、表面粗さ０．１〜０．９μｍの平滑な表面を有することが望ましく、また、内径２ｍｍ、肉厚０．３〜１ｍｍの管状体であることが望ましい。
【００５６】
一方、テトラエトキシシラン等のテトラアルコキシドシラン、トリメトキシシラン等のトリアルコキシシラン等のアルコール希釈液を加水分解等により、シリカコロイドゾルとすること等により高粘度化してペーストを作製する。
【００５７】
そして、前記支持体の表面に前記ペーストを塗布、注入または前記ペースト中に前記支持体を含浸して引き上げることにより、該支持体の表面にゲル膜を被着形成する。
【００５８】
具体的には、管状体の先端部に栓をして前記ペースト中に含浸することにより管状体の外周表面にシリカ膜を被着形成でき、注射器等を用いて前記ペーストを前記管状体内部に注入することにより、管状体の内周表面にシリカ膜を被着形成できる。
【００５９】
得られたシリカ膜を被着形成した支持体を乾燥した後、大気中、４００〜９００℃にて焼成することにより支持体表面にシリカ層を有する有機ガス分離フィルタを作製することができる。焼成温度を上記範囲に限定した理由は、４００℃以下では、シリカ膜と支持体の結合力が弱く、シリカ膜が剥がれてしまう。一方、９００℃以上では、焼結が進行しシリカの細孔が大きくなるため特定のガス分離性能が低下する。
【００６０】
さらに、上記成膜、乾燥、焼成を数回繰り返すこともでき、これにより所望の厚みのシリカ膜を形成することができる。
【００６１】
また、中間層を形成する方法としては、アルミニウムセカンダリーブトキシド等のアルミニウムアルコキシドの加水分解によりベーマイトゾルを作製し、上記と同様の成膜法によりセラミック多孔質支持体表面に成膜することができ、また、大気中、４００〜９００℃にて焼成すれば良い。
【００６２】
焼成温度を上記範囲に限定した理由は、４００℃以下では、中間層と支持体との結合力が弱く中間層が剥離してしまうためであり、逆に９００℃以上では、焼結が進行しすぎ中間層の細孔径が大きくなるためである。
【００６３】
また、シリカ層および中間層を形成する方法としては、上記以外にもＣＶＤ法等も採用できる。
【００６４】
【実施例】
本発明の有機ガス分離フィルタを以下のようにして作製し、評価した。
【００６５】
（実施例１）
まず、純度９９．９％、平均粒径０．１μｍのアルミナと、有機バインダと、潤滑剤と、可塑剤と水とを混合し、押し出し成形にて管状体に成形した後、大気中、１２００℃にて焼成して、内径２ｍｍ、肉厚０．４ｍｍ、長さ２５０ｍｍの管状体で、平均細孔径０．２μｍ、気孔率３９％を有するα−アルミナ質多孔質支持体を作製した。
【００６６】
一方、テトラエトキシシラン１ｍｏｌを１０ｍｏｌのエタノールに溶解し、該溶液にテトラエトキシシラン１ｍｏｌに対してエタノール７０ｍｏｌと水１０ｍｏｌ、塩化水素（ＨＣｌ）０．０７ｍｏｌを含む混合物を滴下して加水分解し、ペースト状のゾルを作製した。
【００６７】
次に、前記α−アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）多孔質支持体に先端部に栓をし、得られたペースト状のゾル内に含浸して３０秒間保持した後、５ｍｍ／秒の速度で排出し、室温で１時間乾燥した後、５００℃で焼成する一連の作業工程を１５回繰り返し、支持体の外周表面に膜厚０．１μｍのシリカ層を形成した有機ガス分離フィルタ１２を作製した。
【００６８】
かくして得られた有機ガス分離フィルタ５０本をポリウレタン製の固定用部材１３にて固定した後、さらにステンレス製のハウジング１４内に固定し、図２の有機ガス分離装置１１を作製した。
【００６９】
なお、前記有機ガス分離フィルタ１２内に形成されたシリカ層の長さは２２０ｍｍで、有機ガス分離装置１１内のシリカ層の面積は０．１０ｍ2 であった。
【００７０】
得られた有機ガス分離装置１１の混合ガス導入口１５よりトルエン濃度が１％、残部が空気から成る混合ガスを５リットル／ｍｉｎの流速で流すとともに、透過ガス排出口１７を真空ポンプで１００ｔｏｒｒに減圧した。
【００７１】
この時、透過ガス排出口１７より回収された混合ガス中のトルエン濃度を測定した結果５％であり、透過率２．０×１０-6ｍｏｌ／ｍ2 ・Ｐａ・ｓと高い分離・濃縮特性を示した。また、１００時間連続運転しても有機ガス分離装置１１の特性及び外観に変化は認められなかった。
【００７２】
また、上記と同様に、トルエンをキシレンに変更する以外は上記と全く同様にして評価を行なった結果、キシレンの濃度は４．５％であり、透過率１．５×１０-6ｍｏｌ／ｍ2 ・Ｐａ・ｓと高い分離・濃縮特性を示した。また、１００時間連続運転しても有機ガス分離装置１１の特性及び外観に変化は認められなかった。
【００７３】
（実施例２）
まず、水１００ｍｏｌに対してセカンダリーブトキシドを１ｍｏｌ添加して加水分解し、さらに硝酸０．０７ｍｏｌを添加した後１６時間還流してベーマイトゾルを作製した。
【００７４】
得られたベーマイトゾルを実施例１のシリカ層の形成法と同様にして実施例１と同じα−アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）質管状体の外周表面に被覆した後、５００℃で熱処理して平均細孔径５ｎｍ、厚さが２μｍのγ−アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）からなる中間層を被覆した支持体を作製した。
【００７５】
次いで、上記中間層の表面に実施例１と同じシリカ（ＳｉＯ2 ）のペースト状のゾルを用いて、実施例１と同様に含浸、排出、乾燥、焼成する工程を２回繰り返して支持体の外周表面に膜厚０．１μｍのシリカ層を形成した有機ガス分離フィルタ１２を作製した。
【００７６】
得られた有機ガス分離フィルタのシリカ層についてアルゴン吸着法にて細孔径分布を測定した結果、図３に示すように５ｎｍ以下の細孔径が全細孔容積中の７５％を示し、細孔径のピークは２ｎｍを示した。
【００７７】
その後、実施例１と同様にして有機ガス分離装置１１を作製し、同様の評価を行なったところ、透過ガス排出口１７より回収された混合ガスのトルエンの濃度は１０％、キシレンの濃度は９．５％であり、それぞれの透過率は９．９×１０-6ｍｏｌ／ｍ2 ・Ｐａ・ｓ、１．０×１０-6ｍｏｌ／ｍ2 ・Ｐａ・ｓと高い分離・濃縮特性を示した。また、１００時間連続運転しても有機ガス分離装置１１の特性及び外観に変化は認められないことを確認した。
【００７８】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、本発明の有機ガス分離フィルタおよびそれを用いた有機ガス分離方法は、高いガス透過速度率を有することから、特定の有機ガスを含有した混合ガスから、特定の有機ガスのみを選択的に、かつ効率的に分離・濃縮することができる。
【００７９】
また、本発明の有機ガス分離フィルタは、各種の条件下において耐熱性や耐食性に優れているために、高温、高圧、酸性、アルカリ性ガス等を含有するような過酷な条件下での使用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機ガス分離フィルタの一部拡大図である。
【図２】本発明の有機ガス分離フィルタを組み込んだ有機ガス分離装置の概略断面図である。
【図３】本発明の有機ガス分離フィルタにおける通気性シリカ（ＳｉＯ2 ）層の細孔径分布を示す図である。
【符号の説明】
１ 有機ガス分離フィルタ
２ セラミック多孔質支持体
３ 通気性シリカ（ＳｉＯ2 ）層
４ 中間層
５ 細孔
【発明の属する技術分野】
本発明は、特定の有機ガス、より詳細には、特定の有機ガスを含有する混合ガスから前記特定の有機ガスのみを効率良く分離して除去、又は回収するのに有用な有機ガス分離フィルタおよびそれを用いた有機ガスの分離方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年、電子部品や金属部品等の洗浄分野や印刷分野、塗装分野、あるいは油槽所やタンカー等の石油精製プラント関連分野では、取り扱われる各種有機溶剤の使用量が大幅に増加し、それに伴って大気中に放出される有機ガスの量も年々増加している。また、自動車の排気ガス等に含まれる有機ガスの排出量も交通量の増加とともに増えている。
【０００３】
かかる有機ガス、例えば、洗浄用に広範囲に使用されてきたトリクロロエタン等はオゾン層破壊や地球温暖化、光化学スモッグ等の原因物質であり、これらが有機ガスとして大気中に排出されることは地球規模での環境破壊につながっており、このような有機ガスを含有する混合ガスから該有機ガスを回収して大気中に放出しないことが環境保全の見地から要求されている。
【０００４】
従来より、このような各種分野において有機ガスを含有する混合ガスから該有機ガスを分離、回収する方法としては、１００〜２００００ｐｐｍ程度の濃度の特定の有機ガスを含有する混合ガスを活性炭等の吸着剤に接触させて吸着させた後、スチームにて有機ガスを回収する吸着法や、有機ガスを含む混合ガスを液状の有機溶剤に接触させて前記有機ガスを該有機溶剤に吸収させて回収する吸収法あるいは膜分離法等が知られている。
【０００５】
しかしながら、前記吸着法は、大型の設備を必要とすると共に、前記吸着剤に特定の有機ガスを吸着させた後、該吸着剤から前記特定の有機ガスを脱着させる操作を繰り返し行う必要がある上、前記吸着剤からの有機ガスの脱着に大量のエネルギーを要するため、経済的に極めて不利であるという問題があった。
【０００６】
さらに、このように吸着剤への吸脱着を利用する方法では、有機ガスを高濃度に含有する混合ガスから該有機ガスを回収する場合には、十分に分離除去することができず不向きである。
【０００７】
また、前記吸収法は、有機ガスを比較的高濃度に含む混合ガスから該有機ガスを濃縮分離するために利用されてはいるが、設備及び運転の経費が高く、経済的には決して有利な方法ではない。
【０００８】
このような知見から、前記吸着法や吸収法に比べて有機ガスの分離操作が簡便で装置が小型化できると共に、省エネルギープロセスと成り得る等の優れた特徴を有する膜分離法が有望視されている。
【０００９】
例えば、特開平５−６８８６０号公報、特開平７−１５５５７１号公報では、シリコーン樹脂が架橋されて形成された架橋シリコーン膜を、有機ガスを含有する混合ガスから該有機ガスを分離するための気体分離膜として用いることが開示されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記架橋シリコーン膜を気体分離膜とした膜分離法では、該架橋シリコーン膜内に混合ガス中の有機ガスが溶け込んだ後、拡散により有機ガスが膜内を透過する、いわゆる溶解拡散機構によるものであり、有機ガスが膜内に溶け込むことが律速して、有機ガスの膜透過速度は、透過率が３×１０-11 ｍｏｌ／ｍ2 ・Ｐａ・ｓ程度と非常に小さいものであった。
【００１１】
その結果、有機ガスの分離回収効率が低く、とりわけ、キシレンなど環状炭化水素ガスに対しては分離性が極めて低かった。
【００１３】
本発明は前記課題に鑑み成されたもので、その目的は、処理速度を向上し、各種揮発性有機化合物のガスを含有する混合ガスから特定の有機化合物のガスのみを経済的に、選択的かつ効率的に分離して除去、又は回収するのに好適な特定の有機ガスに対して分離機能を有する有機ガス分離フィルタおよびそれを用いた有機ガスの分離方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、高い有機ガス分離特性を有する有機ガス分離フィルタを実現すべく、フィルタの有機ガスの透過性能、および分離性能について種々検討した結果、有機ガスと分離フィルタとの親和性の強さが、有機ガスの分離特性に大きく関与し、中でもシリカ（ＳｉＯ2 ）が特定の有機ガスと強い親和性を持つことに基づき、多孔質支持体の表面に通気性シリカ（ＳｉＯ2 ）層を形成することにより、上記目的が達成されることを見出し、本発明に至った。
【００１５】
すなわち、本発明の有機ガス分離フィルタは、平均細孔径が０．１〜２μｍ、気孔率が２０〜４０％のセラミック多孔質支持体の少なくとも一方の表面に、通気性を有する中間層を設け、該中間層の上に、全細孔の７０％以上が５ｎｍ以下の細孔径を有し、かつ平均細孔径が２ｎｍ以上の細孔径分布を有し、特定の有機ガスを含む混合ガスより前記特定の有機ガスを選択的に透過、分離しうる通気性シリカ（ＳｉＯ２）層を被着形成してなり、前記中間層の平均細孔径が、前記セラミック多孔質支持体の平均細孔径より小さく、かつ、前記通気性シリカ（ＳｉＯ ２ ）層の平均細孔径より大きいことを特徴とするものである。
【００２０】
また、前記特定の有機ガスが、トルエンまたはキシレンであることが最も望ましい。
【００２１】
一方、本発明の有機ガスの分離方法としては、平均細孔径が０．１〜２μｍ、気孔率が２０〜４０％のセラミック多孔質支持体の少なくとも一方の表面に、通気性を有する中間層を設け、該中間層の上に、全細孔の７０％以上が５ｎｍ以下の細孔径を有し、かつ平均細孔径が２ｎｍ以上の細孔径分布を有し、特定の有機ガスを含む混合ガスより前記特定の有機ガスを選択的に透過、分離しうる通気性シリカ（ＳｉＯ２）層を被着形成してなり、前記中間層の平均細孔径が、前記セラミック多孔質支持体の平均細孔径より小さく、かつ、前記通気性シリカ（ＳｉＯ ２ ）層の平均細孔径より大きいフィルタの一方の表面に、特定の有機ガスを含む混合ガスを供給し、前記フィルタが該混合ガスと接触する表面における前記特定の有機ガスの分圧よりも他方の表面における前記特定の有機ガスの分圧を低めて、前記特定の有機ガスを前記セラミック多孔質支持体および前記通気性シリカ（ＳｉＯ２）層を介して選択的に他方の表面に透過、分離することを特徴とするものである。
【００２２】
ここで、前記特定の有機ガスを含む混合ガスを供給する前記有機ガス分離フィルタ表面側の気圧よりも他方の表面側の気圧を低くすることが望ましい。
【００２３】
【作用】
本発明の有機ガス分離フィルタによれば、セラミック多孔質支持体に被着形成した通気性シリカ（ＳｉＯ2 ）層表面が特定の有機ガス、とりわけトルエン、キシレンと強い親和性を示し、特定の有機ガス分子の吸着点として作用することから、該通気性シリカ（ＳｉＯ2 ）層表面に混合ガス中の特定の有機ガスが吸着し、さらに、該通気性シリカ（ＳｉＯ2 ）層内に形成された細孔の内壁を前記特定の有機ガスが毛管凝縮現象により透過する、いわゆる表面拡散機構により通気性シリカ（ＳｉＯ2 ）層を透過することから、特定の有機ガスを選択的にかつ効率よく分離することができる。
【００２４】
さらに、通気性シリカ（ＳｉＯ2 ）層の細孔径分布を所定の範囲に制御することにより、シリカ層の表面に親和性の高い特定の有機ガスが吸着した後、細孔内を細孔の直径よりも少し小さい分子径を有する特定の有機ガスが毛管凝縮現象により透過するために、その他のガスは細孔内に侵入することができず、シリカ層内を透過することができないことから、特定の有機ガスの選択的な分離が可能となり、分離性能が向上する。
【００２６】
さらに、特定の有機ガスを含む混合ガスを有機ガス分離フィルタに供給し、該フィルタを隔てて反対側の前記特定の有機ガス分圧を、特に全ガスの気圧を下げる等により低めることにより、有機ガス分離の処理速度を向上することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の有機ガス分離フィルタの一例について、その一部拡大図を図１に示す。本発明の有機ガス分離フィルタ１は、セラミック多孔質支持体( 以下、支持体と略す。) ２の少なくとも一方の表面に通気性シリカ（ＳｉＯ2 ）層 (以下、シリカ層と略す。) ３を被着形成した複合体からなるものである。
【００２８】
シリカ層３は、アモルファスシリカからなることが望ましく、また、平滑な表面を有することが望ましい。さらに、シリカ層３の厚みは、有機ガス分離性能の向上および有機ガス分離の処理速度を向上させるために０．１〜１μｍであることが望ましい。
【００２９】
上記構成のフィルタは、高い強度を有するとともに、耐熱性や耐食性に優れ、過酷な条件下でも特性を劣化することなく使用できるものである。
【００３０】
本発明によれば、シリカ層３は、毛管凝縮作用による特定の有機ガスの選択的な透過を促すために、全細孔の７０％以上が５ｎｍ以下の細孔径を有し、かつ平均細孔径が２ｎｍ以上であることが望ましい。細孔径を上記範囲に制御することにより、特定の有機ガスの分離性能が向上する。
【００３１】
また、支持体２の表面に被着形成されるシリカ層３は、支持体２との界面に反応生成物を生じることなく、支持体２の表面に層状に被覆できるために、平滑な表面を形成できる。
【００３２】
一方、支持体２は、構造体として必要な強度を有するとともに、シリカ層３または中間層４の成膜性を高め、有機ガス分離の処理速度を向上させるために０．１〜２μｍの細孔径を有することが望ましい。また、成膜性を高める上で、支持体２は平滑な表面を有することが望ましい。
【００３３】
また、高い圧力をかけることなく混合ガスが支持体２中を透過するためには、支持体２は２０％以上の気孔率を有することが望ましく、また、支持体２の強度を確保し、有機ガス分離フィルタ１を組み立てる際に、支持体が破損したり、操作中に支持体２を構成する粒子が脱粒することを防止するためには、支持体２の気孔率が４０％以下であることが望ましい。
【００３４】
支持体２としては、α−アルミナや安定化ジルコニアを主成分とするセラミックスや、シリカ系ガラス（分相ガラス）等によって形成できるが、耐熱性が高いこと、容易に作製できること、コストの点で、α−アルミナを主成分とするセラミックスからなることが望ましい。
【００３５】
また、支持体２とシリカ層３との間には通気性を有する中間層( 以下、中間層と略す。) ４が介在することが望ましい。これにより、シリカ層３の支持体２への成膜性が向上することから、シリカ層３の厚みを薄くすることができ、有機ガス分離の処理速度が向上できる。ここで、中間層４の平均細孔径は、ガスの透過速度およびシリカ層３の支持体２への成膜性の点で、支持体２の平均細孔径よりも小さく、かつシリカ層３の平均細孔径より大きいことが望ましい。また、中間層４は、支持体２及びシリカ層３との間に反応生成物を生じず、支持体２の表面を層状に覆い平滑な表面を形成するものであればよい。
【００３６】
かかる中間層４としては、例えば、支持体２としてα−アルミナ質セラミックスを選んだ場合、γ−アルミナが好適である。
【００３７】
本発明においては、シリカと各種ガスとの親和性が異なることから、例えば、特定の有機ガスを含有する複数種類の有機ガスの混合ガスから前記特定の有機ガスを分離することが可能であり、その一例としてメタンとトルエンとを含有する混合ガスからトルエンを選択的に分離することができる。
【００３８】
また、特定の有機ガスと無機ガスとの混合ガスから特定の有機ガスを分離することも可能である。ここで、前記無機ガスとは、例えば、窒素、酸素、水、塩酸、アンモニア等のガスを１種あるいは２種以上含有するガスを指す。
【００３９】
さらに、複数種類の有機ガスおよび無機ガス中から特定の有機ガスを分離することも可能であるが、いずれの場合においても、上記混合ガス中に含まれる前記特定の有機ガスの濃度は、約０．０２〜５０容量％であることが望ましい。
【００４０】
本発明のフィルタによって分離可能な特定の有機ガスとは、一般には炭化水素類、アルコール類、ケトン類、ハロゲン化炭化水素類、カルボン酸エステル類等のガスを指し、具体的には、例えば、メタン、エタン、プロパン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソブタン、イソペンタン、イソオクタン等に代表される飽和脂肪族炭化水素類や、アセトン、メチルエチルケトン等に代表されるケトン類、ベンゼン、トルエン、キシレン等に代表される芳香族炭化水素類、メタノール、エタノール、プロピルアルコール、イソプロピルアルコール等に代表されるアルコール類、四塩化炭素、クロロホルム、塩化メチレン、トリクロロエチレン、トリクロロエタン、フロン１１、フロン１１３、フロン１２３、フロン２２５等に代表されるハロゲン化炭化水素、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、アクリル酸ブチル等に代表されるカルボン酸エステル類等の揮発ガスを言う。
【００４１】
本発明の有機ガス分離フィルタおよびそれを用いた有機ガス分離方法においては、とりわけ、シリカ（ＳｉＯ2 ）と高い親和性を有するトルエン、あるいはキシレンのガスを分離して除去、又は回収するのに有効である。
【００４２】
また、本発明の支持体２の形状形態は、特に限定されるものではなく、平板状や管状体等のいずれでも良いが、有機ガス分離効率やフィルタとしての取り扱いを考慮すれば管状体が望ましく、その上、かかる管状体は押し出し成形法等により、比較的簡単に作製できるというメリットもある。
【００４３】
管状体の径は、単位面積当たりに占めるシリカ層３の面積割合を増し、ガスの分離効率を高める上では、内径２ｍｍ程度が望ましく、また、取り扱いに支障のない強度を保つために、その肉厚は０．３〜１ｍｍが好適である。
【００４４】
上記の構成においては、シリカ層３は支持体２の内面および／または外面に被着形成されるが、シリカ層３の厚みは、ガス分離の処理速度向上の点で０．１〜１μｍであることが望ましい。
【００４５】
本発明の有機ガス分離フィルタ１は、フィルタ１の一方の表面側に特定の有機ガスを含有した混合ガスを流すとともに、フィルタ１の反対側の面で前記特定の有機ガスの分圧を低めることにより、該特定の有機ガスを支持体２およびシリカ層３を介して選択的に他方の表面に透過、分離して、前記混合ガスから特定の有機ガスの分離を効率的に行うことができるものである。
【００４６】
ガスの透過経路としては、支持体２を通過した後、シリカ層３を透過してもよく、逆にシリカ層３を透過した後、支持体２を透過してもよい。また、支持体２が管状体からなる場合には、管状体の内部に混合ガスを流し、管状体の外部にガスを透過させ、回収してもよく、逆に管状体の外部に混合ガスを流し、管状体の内部にガスを透過させ、回収してもよい。
【００４７】
前記特定の有機ガスの分圧を低める方法としては、特定の有機ガスの排出面側に特定の有機ガス以外のガスを流すこともできるが、前記特定の有機ガスを含む混合ガス供給面側の気圧よりも前記特定の有機ガス排出面側の気圧を低めることにより、より効率的に特定の有機ガスの分離ができる。
【００４８】
また、上記気圧差を設ける方法としては、前記特定の有機ガス排出面側を減圧する方法、前記特定の有機ガスを含む混合ガス供給面側を加圧する方法、さらに、上記２つの方法を併用する方法が挙げられる。
【００４９】
本発明の有機ガス分離フィルタを用いて特定の有機ガスを分離する有機ガス分離装置の一例を図２に示す。図２によれば、有機ガス分離装置１１は、内径１〜３ｍｍ、肉厚０．３〜１ｍｍ、長さ５〜５００ｍｍの円筒形状の有機ガス分離フィルタ１２を５０〜１００本程度束ねたものが、固定用部材１３で固定され、さらにハウジング１４中に接着固定されている。
【００５０】
固定用部材１３およびハウジング１４は、塩化ビニル、ポリウレタン等の樹脂、ステンレス等の金属、アルミナやジルコニア等の緻密質セラミックス等のガスを透過しないものによって形成されるが、ハウジング１４については、系内を加圧または減圧する場合には、ステンレス等の機械的強度の高いものが好適である。
【００５１】
さらに、ハウジング１４には、系内に混合ガスを導入するための混合ガス導入口１５、有機ガス分離フィルタ１２表面を通過した混合ガスが系外に排出されるための非透過ガス排出口１６および有機ガス分離フィルタ１２内を透過したガスを系外へ排出するための透過ガス排出口１７が形成され、上記３個所にてのみガスが出入りする。
【００５２】
有機ガス分離装置１１によれば、系内に気圧差を設けることができ、例えば、透過ガス排出口１７にアスピレータや真空ポンプを接続して有機ガス分離フィルタ１２の外周表面の気圧を下げることができる。
【００５３】
次に、本発明の有機ガス分離フィルタを製造する方法について説明する。まず平均粒径０．１〜２．０μｍのアルミナ粉末原料に、所定量の有機バインダ、潤滑剤、可塑剤、水を添加、混合した後、該混合物をプレス成形、押し出し成形、射出成形、冷間静水圧プレス等の公知の成形手段によって成形する。
【００５４】
さらに、該成形体を大気中、１０００〜１５００℃にて焼成することにより所望の特性を有する支持体を作製することができる。
【００５５】
この支持体としては、前述した材質、気孔率、平均細孔径を有するとともに、表面粗さ０．１〜０．９μｍの平滑な表面を有することが望ましく、また、内径２ｍｍ、肉厚０．３〜１ｍｍの管状体であることが望ましい。
【００５６】
一方、テトラエトキシシラン等のテトラアルコキシドシラン、トリメトキシシラン等のトリアルコキシシラン等のアルコール希釈液を加水分解等により、シリカコロイドゾルとすること等により高粘度化してペーストを作製する。
【００５７】
そして、前記支持体の表面に前記ペーストを塗布、注入または前記ペースト中に前記支持体を含浸して引き上げることにより、該支持体の表面にゲル膜を被着形成する。
【００５８】
具体的には、管状体の先端部に栓をして前記ペースト中に含浸することにより管状体の外周表面にシリカ膜を被着形成でき、注射器等を用いて前記ペーストを前記管状体内部に注入することにより、管状体の内周表面にシリカ膜を被着形成できる。
【００５９】
得られたシリカ膜を被着形成した支持体を乾燥した後、大気中、４００〜９００℃にて焼成することにより支持体表面にシリカ層を有する有機ガス分離フィルタを作製することができる。焼成温度を上記範囲に限定した理由は、４００℃以下では、シリカ膜と支持体の結合力が弱く、シリカ膜が剥がれてしまう。一方、９００℃以上では、焼結が進行しシリカの細孔が大きくなるため特定のガス分離性能が低下する。
【００６０】
さらに、上記成膜、乾燥、焼成を数回繰り返すこともでき、これにより所望の厚みのシリカ膜を形成することができる。
【００６１】
また、中間層を形成する方法としては、アルミニウムセカンダリーブトキシド等のアルミニウムアルコキシドの加水分解によりベーマイトゾルを作製し、上記と同様の成膜法によりセラミック多孔質支持体表面に成膜することができ、また、大気中、４００〜９００℃にて焼成すれば良い。
【００６２】
焼成温度を上記範囲に限定した理由は、４００℃以下では、中間層と支持体との結合力が弱く中間層が剥離してしまうためであり、逆に９００℃以上では、焼結が進行しすぎ中間層の細孔径が大きくなるためである。
【００６３】
また、シリカ層および中間層を形成する方法としては、上記以外にもＣＶＤ法等も採用できる。
【００６４】
【実施例】
本発明の有機ガス分離フィルタを以下のようにして作製し、評価した。
【００６５】
（実施例１）
まず、純度９９．９％、平均粒径０．１μｍのアルミナと、有機バインダと、潤滑剤と、可塑剤と水とを混合し、押し出し成形にて管状体に成形した後、大気中、１２００℃にて焼成して、内径２ｍｍ、肉厚０．４ｍｍ、長さ２５０ｍｍの管状体で、平均細孔径０．２μｍ、気孔率３９％を有するα−アルミナ質多孔質支持体を作製した。
【００６６】
一方、テトラエトキシシラン１ｍｏｌを１０ｍｏｌのエタノールに溶解し、該溶液にテトラエトキシシラン１ｍｏｌに対してエタノール７０ｍｏｌと水１０ｍｏｌ、塩化水素（ＨＣｌ）０．０７ｍｏｌを含む混合物を滴下して加水分解し、ペースト状のゾルを作製した。
【００６７】
次に、前記α−アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）多孔質支持体に先端部に栓をし、得られたペースト状のゾル内に含浸して３０秒間保持した後、５ｍｍ／秒の速度で排出し、室温で１時間乾燥した後、５００℃で焼成する一連の作業工程を１５回繰り返し、支持体の外周表面に膜厚０．１μｍのシリカ層を形成した有機ガス分離フィルタ１２を作製した。
【００６８】
かくして得られた有機ガス分離フィルタ５０本をポリウレタン製の固定用部材１３にて固定した後、さらにステンレス製のハウジング１４内に固定し、図２の有機ガス分離装置１１を作製した。
【００６９】
なお、前記有機ガス分離フィルタ１２内に形成されたシリカ層の長さは２２０ｍｍで、有機ガス分離装置１１内のシリカ層の面積は０．１０ｍ2 であった。
【００７０】
得られた有機ガス分離装置１１の混合ガス導入口１５よりトルエン濃度が１％、残部が空気から成る混合ガスを５リットル／ｍｉｎの流速で流すとともに、透過ガス排出口１７を真空ポンプで１００ｔｏｒｒに減圧した。
【００７１】
この時、透過ガス排出口１７より回収された混合ガス中のトルエン濃度を測定した結果５％であり、透過率２．０×１０-6ｍｏｌ／ｍ2 ・Ｐａ・ｓと高い分離・濃縮特性を示した。また、１００時間連続運転しても有機ガス分離装置１１の特性及び外観に変化は認められなかった。
【００７２】
また、上記と同様に、トルエンをキシレンに変更する以外は上記と全く同様にして評価を行なった結果、キシレンの濃度は４．５％であり、透過率１．５×１０-6ｍｏｌ／ｍ2 ・Ｐａ・ｓと高い分離・濃縮特性を示した。また、１００時間連続運転しても有機ガス分離装置１１の特性及び外観に変化は認められなかった。
【００７３】
（実施例２）
まず、水１００ｍｏｌに対してセカンダリーブトキシドを１ｍｏｌ添加して加水分解し、さらに硝酸０．０７ｍｏｌを添加した後１６時間還流してベーマイトゾルを作製した。
【００７４】
得られたベーマイトゾルを実施例１のシリカ層の形成法と同様にして実施例１と同じα−アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）質管状体の外周表面に被覆した後、５００℃で熱処理して平均細孔径５ｎｍ、厚さが２μｍのγ−アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）からなる中間層を被覆した支持体を作製した。
【００７５】
次いで、上記中間層の表面に実施例１と同じシリカ（ＳｉＯ2 ）のペースト状のゾルを用いて、実施例１と同様に含浸、排出、乾燥、焼成する工程を２回繰り返して支持体の外周表面に膜厚０．１μｍのシリカ層を形成した有機ガス分離フィルタ１２を作製した。
【００７６】
得られた有機ガス分離フィルタのシリカ層についてアルゴン吸着法にて細孔径分布を測定した結果、図３に示すように５ｎｍ以下の細孔径が全細孔容積中の７５％を示し、細孔径のピークは２ｎｍを示した。
【００７７】
その後、実施例１と同様にして有機ガス分離装置１１を作製し、同様の評価を行なったところ、透過ガス排出口１７より回収された混合ガスのトルエンの濃度は１０％、キシレンの濃度は９．５％であり、それぞれの透過率は９．９×１０-6ｍｏｌ／ｍ2 ・Ｐａ・ｓ、１．０×１０-6ｍｏｌ／ｍ2 ・Ｐａ・ｓと高い分離・濃縮特性を示した。また、１００時間連続運転しても有機ガス分離装置１１の特性及び外観に変化は認められないことを確認した。
【００７８】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、本発明の有機ガス分離フィルタおよびそれを用いた有機ガス分離方法は、高いガス透過速度率を有することから、特定の有機ガスを含有した混合ガスから、特定の有機ガスのみを選択的に、かつ効率的に分離・濃縮することができる。
【００７９】
また、本発明の有機ガス分離フィルタは、各種の条件下において耐熱性や耐食性に優れているために、高温、高圧、酸性、アルカリ性ガス等を含有するような過酷な条件下での使用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機ガス分離フィルタの一部拡大図である。
【図２】本発明の有機ガス分離フィルタを組み込んだ有機ガス分離装置の概略断面図である。
【図３】本発明の有機ガス分離フィルタにおける通気性シリカ（ＳｉＯ2 ）層の細孔径分布を示す図である。
【符号の説明】
１ 有機ガス分離フィルタ
２ セラミック多孔質支持体
３ 通気性シリカ（ＳｉＯ2 ）層
４ 中間層
５ 細孔
Claims (4)
- 平均細孔径が０．１〜２μｍ、気孔率が２０〜４０％のセラミック多孔質支持体の少なくとも一方の表面に、通気性を有する中間層を設け、該中間層の上に、全細孔の７０％以上が５ｎｍ以下の細孔径を有し、かつ平均細孔径が２ｎｍ以上の細孔径分布を有し、特定の有機ガスを含む混合ガスより前記特定の有機ガスを選択的に透過、分離しうる通気性シリカ（ＳｉＯ２）層を被着形成してなり、前記中間層の平均細孔径が、前記セラミック多孔質支持体の平均細孔径より小さく、かつ、前記通気性シリカ（ＳｉＯ ２ ）層の平均細孔径より大きいことを特徴とする有機ガス分離フィルタ。
- 前記特定の有機ガスが、トルエンまたはキシレンであることを特徴とする請求項１記載の有機ガス分離フィルタ。
- 平均細孔径が０．１〜２μｍ、気孔率が２０〜４０％のセラミック多孔質支持体の少なくとも一方の表面に、通気性を有する中間層を設け、該中間層の上に、全細孔の７０％以上が５ｎｍ以下の細孔径を有し、かつ平均細孔径が２ｎｍ以上の細孔径分布を有し、特定の有機ガスを含む混合ガスより前記特定の有機ガスを選択的に透過、分離しうる通気性シリカ（ＳｉＯ２）層を被着形成してなり、前記中間層の平均細孔径が、前記セラミック多孔質支持体の平均細孔径より小さく、かつ、前記通気性シリカ（ＳｉＯ ２ ）層の平均細孔径より大きいフィルタの一方の表面に、特定の有機ガスを含む混合ガスを供給し、前記フィルタが該混合ガスと接触する表面における前記特定の有機ガスの分圧よりも他方の表面における前記特定の有機ガスの分圧を低めて、前記特定の有機ガスを前記セラミック多孔質支持体および前記通気性シリカ（ＳｉＯ２）層を介して選択的に他方の表面に透過、分離することを特徴とする有機ガスの分離方法。
- 前記特定の有機ガスが、トルエンまたはキシレンであることを特徴とする請求項３記載の有機ガス分離フィルタの分離方法。
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