JP5445398B2 - Method for producing porous support-zeolite membrane composite - Google Patents

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本発明は、多孔質支持体―ゼオライト膜複合体の製造方法に関し、さらに詳しくは、特定の粒度分布をもつ種結晶の存在下、多孔質支持体上に水熱合成によりゼオライト膜を形成して、ゼオライト膜複合体を製造する方法、該方法により得られる多孔質支持体―ゼオライト膜複合体などに関する。本発明により得られる多孔質支持体―ゼオライト膜複合体は、有機物を含む気体または液体の混合物から、透過性の高い物質を透過して分離し、透過性の低い物質を濃縮することができる。   The present invention relates to a method for producing a porous support-zeolite membrane composite, and more specifically, a zeolite membrane is formed on a porous support by hydrothermal synthesis in the presence of a seed crystal having a specific particle size distribution. The present invention relates to a method for producing a zeolite membrane composite, a porous support-zeolite membrane composite obtained by the method, and the like. The porous support-zeolite membrane composite obtained by the present invention can permeate and separate a highly permeable substance from a gas or liquid mixture containing an organic substance and concentrate the low permeable substance.

従来、有機物を含有する気体または液体の混合物の分離、濃縮は、対象となる物質の性質に応じて、蒸留法、共沸蒸留法、溶媒抽出/蒸留法、吸着剤などにより行われている。しかしながら、これらの方法は、多くのエネルギーを必要とする、あるいは分離、濃縮対象の適用範囲が限定的であるといった欠点がある。   Conventionally, separation or concentration of a gas or liquid mixture containing an organic substance is performed by a distillation method, an azeotropic distillation method, a solvent extraction / distillation method, an adsorbent, or the like depending on the properties of a target substance. However, these methods have drawbacks that they require a lot of energy or have a limited application range for separation and concentration.

近年、これらの方法に代わる分離方法として、高分子膜やゼオライト膜などの膜を用いた膜分離、濃縮方法が提案されている。高分子膜、例えば平膜や中空糸膜などは、加工性に優れるが、耐熱性が低いという欠点がある。また高分子膜は、耐薬品性が低く、特に有機溶媒や有機酸といった有機物との接触で膨潤するものが多いため、分離、濃縮対象の適用範囲が限定的である。   In recent years, membrane separation and concentration methods using membranes such as polymer membranes and zeolite membranes have been proposed as separation methods instead of these methods. Polymer membranes such as flat membranes and hollow fiber membranes are excellent in processability, but have the disadvantage of low heat resistance. In addition, polymer membranes have low chemical resistance, and many of them swell when contacted with organic substances such as organic solvents and organic acids. Therefore, the range of applications for separation and concentration is limited.

また、ゼオライト膜は、通常、支持体上に膜状にゼオライトを形成させたゼオライト膜複合体として分離、濃縮に用いられている。例えば有機物と水との混合物を、ゼオライト膜複合体に接触させ、水を選択的に透過させることにより、有機物を分離し、濃縮することができる。無機材料の膜を用いた分離、濃縮は、蒸留や吸着剤による分離に比べ、エネルギーの使用量を削減できるほか、高分子膜よりも広い温度範囲で分離、濃縮を実施でき、更に有機物を含む混合物の分離にも適用できる。   Further, the zeolite membrane is usually used for separation and concentration as a zeolite membrane composite in which zeolite is formed into a membrane on a support. For example, the organic substance can be separated and concentrated by bringing a mixture of the organic substance and water into contact with the zeolite membrane composite and selectively permeating water. Separation and concentration using membranes of inorganic materials can reduce the amount of energy used compared to separation by distillation or adsorbent, and can be separated and concentrated in a wider temperature range than polymer membranes, and contain organic matter. It can also be applied to separation of mixtures.

ゼオライト膜を用いた分離法として、例えば、A型ゼオライト膜複合体を用いて水を選択的に透過させてアルコールを濃縮する方法(特許文献1)、モルデナイト型ゼオライト膜複合体を用いてアルコールと水の混合系から水を選択的に透過させてアルコールを濃縮する方法(特許文献2)や、フェリエライト型ゼオライト膜複合体を用いて酢酸と水の混合系から水を選択的に透過させて酢酸を分離・濃縮する方法(特許文献3)などが提案されている。   As a separation method using a zeolite membrane, for example, a method of selectively permeating water using an A-type zeolite membrane complex to concentrate alcohol (Patent Document 1), and a mordenite-type zeolite membrane complex using alcohol A method of selectively permeating water from a mixed system of water (Patent Document 2) or selectively permeating water from a mixed system of acetic acid and water using a ferrierite-type zeolite membrane composite. A method for separating and concentrating acetic acid (Patent Document 3) has been proposed.

特開平7−185275号公報JP-A-7-185275 特開2003−144871号公報JP 2003-144871 A 特開2000−237561号公報JP 2000-237561 A

しかしながら、実用化に十分な処理量と分離性能を両立し、かつ有機物、特に有機酸への耐性をもつゼオライト膜はいまだ見出せていない。例えば、特許文献2のモルデナイト型ゼオライト膜複合体や特許文献3のフェリエライト型ゼオライト膜複合体は、透過流束が小さく、実用化には処理量が不十分である。また、酸性条件下で脱Al化反応が進行するので、使用時間が長くなるにつれ分離性能が変化し、有機酸存在条件下での使用は望ましくない。特許文献1のA型ゼオライトは、酸と接触すると構造が破壊されるため、有機酸存在下では分離膜として用いることができない。   However, a zeolite membrane that has both sufficient throughput and separation performance for practical use and has resistance to organic substances, particularly organic acids, has not yet been found. For example, the mordenite-type zeolite membrane composite of Patent Document 2 and the ferrierite-type zeolite membrane composite of Patent Document 3 have a small permeation flux and are insufficient for practical use. In addition, since the de-Al reaction proceeds under acidic conditions, the separation performance changes as the use time becomes longer, and use under conditions where an organic acid is present is not desirable. The A-type zeolite of Patent Document 1 cannot be used as a separation membrane in the presence of an organic acid because its structure is destroyed when it comes into contact with an acid.

本発明の目的は、かかる従来技術の問題点が解決された、欠陥がなく、無機材料分離膜による分離、濃縮において、実用上十分な処理量と分離性能を両立する多孔質支持体−ゼオライト膜複合体の製造方法、該方法により得られる多孔質支持体−ゼオライト膜複合体、該ゼオライト膜複合体を用いた分離、濃縮方法を提供することにある。   An object of the present invention is a porous support-zeolite membrane that solves the problems of the prior art, has no defects, and has both a practically sufficient throughput and separation performance in separation and concentration using an inorganic material separation membrane. An object of the present invention is to provide a method for producing a composite, a porous support-zeolite membrane composite obtained by the method, and a separation and concentration method using the zeolite membrane composite.

本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、ある種のゼオライトを無機多孔質支持体上に膜状に形成させれば、実用上十分な処理量と分離性能を両立するゼオライト膜複合体が得られることを見出し、先に提案した(特願2010−043366号明細書)。本発明者らは、さらに検討を重ねた結果、多孔質支持体上にゼオライト膜を形成させる際に、特定の粒度分布を有する種結晶の存在下で水熱合成を行えば、欠陥のない緻密なゼオライト膜が再現よく合成できることを見出した。本発明は、これらの知見に基づいて成し遂げられたものである。   As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the inventors of the present invention can achieve both practically sufficient throughput and separation performance if a certain type of zeolite is formed into a film on an inorganic porous support. It has been found that a zeolite membrane composite can be obtained and proposed previously (Japanese Patent Application No. 2010-043366). As a result of further studies, the inventors of the present invention conducted a hydrothermal synthesis in the presence of a seed crystal having a specific particle size distribution when forming a zeolite membrane on a porous support. It was found that a simple zeolite membrane could be synthesized with good reproducibility. The present invention has been accomplished based on these findings.

即ち、本発明の要旨は、次の(1)〜(9)に存する。
(1) 多孔質支持体上に、水熱合成によりゼオライト膜を形成して多孔質支持体―ゼオライト膜複合体を製造する方法であって、ゼオライト膜がCHA型ゼオライトを含み、水熱合成が、下記式(1):
(D90−D10)/D50 (1)
[式(1)中、D90、D10およびD50は、それぞれ、粒度分布測定により得られた累積分布図(体積基準、粒子径の小さいものから積算)で、90%の高さを与える直径、10%の高さを与える直径および50%の高さを与える直径(メジアン径)を示す。]
で表される値が0.3〜1.8の粒度分布をもつ種結晶の存在下で行われることを特徴とする多孔質支持体―ゼオライト膜複合体の製造方法。
(2) 種結晶のメジアン径(D50)が20μm以下であることを特徴とする(1)に記載の方法。
(3) 多孔質支持体に予め種結晶を付着させ、種結晶の付着した多孔質支持体上にゼオライト膜を形成することを特徴とする(1)または(2)に記載の方法。
(4)(1)ないし(3)のいずれか1項に記載の方法により製造されたことを特徴とする多孔質支持体―ゼオライト膜複合体。
(5) 多孔質支持体上に、水熱合成によりゼオライト膜を形成して得られる多孔質支持体―ゼオライト膜複合体であって、ゼオライト膜がCHA型ゼオライトを含み、該ゼオライト膜複合体を、絶対圧5kPaの真空ラインに接続した時の空気透過量が1400L/(m・h)以下であることを特徴とする多孔質支持体―ゼオライト膜複合体。
(6)ゼオライト膜を構成するゼオライトがアルミノ珪酸塩であることを特徴とする(5)に記載の多孔質支持体―ゼオライト膜複合体。
(7) ゼオライト膜が、下記式(1):
(D90−D10)/D50 (1)
[式(1)中、D90、D10およびD50は、それぞれ、粒度分布測定により得られた累積分布図(体積基準、粒子径の小さいものから積算)で、90%の高さを与える直径、10%の高さを与える直径および50%の高さを与える直径(メジアン径)を示す。]で表される値が0.3〜1.8の粒度分布をもつ種結晶の存在下で、水熱合成により形成されたものであることを特徴とする(5)または(6)に記載の多孔質支持体―ゼオライト膜複合体。
(8)多孔質支持体が、セラミックスを焼結したものを含む無機多孔質支持体である、(4)ないし(7)のいずれか1項に記載の多孔質支持体―ゼオライト膜複合体。
(9) (4)ないし(8)のいずれか1項に記載の多孔質支持体―ゼオライト膜複合体
に、有機物を含む気体または液体の混合物を接触させて、該混合物から、透過性の高い物質を透過させて分離することを特徴とする分離方法。
That is, the gist of the present invention resides in the following (1) to (9).
(1) A method for producing a porous support-zeolite membrane composite by forming a zeolite membrane on a porous support by hydrothermal synthesis, wherein the zeolite membrane contains CHA-type zeolite, The following formula (1):
(D 90 -D 10) / D 50 (1)
[In formula (1), D 90 , D 10 and D 50 are cumulative distribution diagrams obtained by particle size distribution measurement (volume basis, integrated from the smallest particle diameter) and give a height of 90%. The diameter gives a 10% height and a 50% height (median diameter). ]
A method for producing a porous support-zeolite membrane composite, which is performed in the presence of a seed crystal having a particle size distribution of 0.3 to 1.8 .
(2) The method according to (1), wherein the seed crystal has a median diameter (D 50 ) of 20 μm or less.
(3) The method according to (1) or (2), wherein a seed crystal is attached in advance to the porous support, and a zeolite membrane is formed on the porous support to which the seed crystal is attached.
(4) A porous support-zeolite membrane composite produced by the method according to any one of (1) to (3) .
(5) A porous support-zeolite membrane composite obtained by forming a zeolite membrane on a porous support by hydrothermal synthesis , wherein the zeolite membrane contains CHA-type zeolite, and the zeolite membrane composite is A porous support-zeolite membrane composite characterized by having an air permeation amount of 1400 L / (m 2 · h) or less when connected to a vacuum line having an absolute pressure of 5 kPa.
(6) The porous support-zeolite membrane composite as described in (5), wherein the zeolite constituting the zeolite membrane is an aluminosilicate.
(7) The zeolite membrane has the following formula (1):
(D 90 -D 10) / D 50 (1)
[In formula (1), D 90 , D 10 and D 50 are cumulative distribution diagrams obtained by particle size distribution measurement (volume basis, integrated from the smallest particle diameter) and give a height of 90%. The diameter gives a 10% height and a 50% height (median diameter). ] Is formed by hydrothermal synthesis in the presence of a seed crystal having a particle size distribution with a particle size distribution of 0.3 to 1.8. (5) or (6) Porous support- zeolite membrane composite.
(8) The porous support-zeolite membrane composite as set forth in any one of (4) to (7), wherein the porous support is an inorganic porous support including a sintered ceramic.
(9) The porous support-zeolite membrane composite according to any one of (4) to (8) is contacted with a gas or liquid mixture containing an organic substance, and the mixture has high permeability. A separation method characterized by permeating and separating a substance.

本発明により、有機物を含む気体または液体の混合物から特定の化合物を分離、濃縮する際に、実用上も十分に大きい処理量を有し、かつ十分な分離性能を有する、欠陥のない緻密なゼオライト膜をもつ多孔質支持体−ゼオライト膜複合体が提供される。このゼオライト膜複合体を、分離手段として用いることにより、十分な処理量と分離性能を両立する、有機物を含む気体または液体の混合物から透過性の高い物質の分離、混合物の濃縮が可能となる。   According to the present invention, when a specific compound is separated and concentrated from a gas or liquid mixture containing an organic substance, it has a sufficiently large processing amount for practical use and has a sufficient separation performance, and is a dense zeolite without defects. A porous support-zeolite membrane composite with a membrane is provided. By using this zeolite membrane composite as a separation means, it becomes possible to separate a highly permeable substance and concentrate the mixture from a gas or liquid mixture containing an organic substance that achieves both a sufficient throughput and separation performance.

パーベーパレーション測定装置の概略図である。It is the schematic of a pervaporation measuring apparatus.

以下、本発明の実施の形態について更に詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例であり、本発明はこれらの内容に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail. However, the description of the constituent elements described below is an example of embodiments of the present invention, and the present invention is not limited to these contents. Various modifications can be made within the scope of the gist.

本発明の多孔質支持体−ゼオライト膜複合体の製造方法は、多孔質支持体に、水熱合成によりゼオライト膜を形成して多孔質支持体―ゼオライト膜複合体を製造する方法であって、水熱合成が、下記式(1):
(D90−D10)/D50 (1)
[式(1)中、D90、D10およびD50は、それぞれ、粒度分布測定により得られた累積分布図(体積基準、粒子径の小さいものから積算)で、90%の高さを与える直径、10%の高さを与える直径および50%の高さを与える直径(メジアン径)を示す。]
で表される値が2.2以下の種結晶の存在下で行われることに特徴を有するものである。
The method for producing a porous support-zeolite membrane composite of the present invention is a method for producing a porous support-zeolite membrane composite by forming a zeolite membrane on a porous support by hydrothermal synthesis, Hydrothermal synthesis is represented by the following formula (1):
(D 90 -D 10) / D 50 (1)
[In formula (1), D 90 , D 10 and D 50 are cumulative distribution diagrams obtained by particle size distribution measurement (volume basis, integrated from the smallest particle diameter) and give a height of 90%. The diameter gives a 10% height and a 50% height (median diameter). ]
It is characterized by being performed in the presence of a seed crystal having a value represented by 2.2 or less.

本発明の多孔質支持体―ゼオライト膜複合体は、上記方法により製造されたことに特徴を有するものである。   The porous support-zeolite membrane composite of the present invention is characterized by being produced by the above method.

また、本発明の別の態様の多孔質支持体―ゼオライト膜複合体は、多孔質支持体上に、水熱合成でゼオライト膜を形成して得られる多孔質支持体―ゼオライト膜複合体であって、該ゼオライト膜複合体を絶対圧5kPaの真空ラインに接続した時の空気透過量が1400L/(m・h)以下であることに特徴を有するものである。 The porous support-zeolite membrane composite of another aspect of the present invention is a porous support-zeolite membrane composite obtained by forming a zeolite membrane on a porous support by hydrothermal synthesis. The zeolite membrane composite is characterized in that the air permeation amount is 1400 L / (m 2 · h) or less when connected to a vacuum line with an absolute pressure of 5 kPa.

先ず、これらの発明の構成要件について、さらに詳細に説明する。なお、本明細書において、「多孔質支持体−ゼオライト膜複合体」を単に「ゼオライト膜複合体」または「膜複合体」と、また「多孔質支持体」を単に「支持体」と略称することがある。   First, the constituent requirements of these inventions will be described in more detail. In the present specification, “porous support-zeolite membrane composite” is simply referred to as “zeolite membrane composite” or “membrane composite”, and “porous support” is simply referred to as “support”. Sometimes.

(多孔質支持体)
本発明において使用される多孔質支持体としては、その表面などにゼオライトを膜状に結晶化できるような化学的安定性があり、無機の多孔質よりなる支持体(無機多孔質支持体)であれば如何なるものであってもよい。例えば、シリカ、α−アルミナ、γ−アルミナ、ムライト、ジルコニア、チタニア、イットリア、窒化珪素、炭化珪素などのセラミックス焼結体(セラミックス支持体)、鉄、ブロンズ、ステンレス等の焼結金属や、ガラス、カーボン成型体などが挙げられる。
(Porous support)
The porous support used in the present invention has a chemical stability such that zeolite can be crystallized in the form of a film on the surface thereof, and is a support made of an inorganic porous material (inorganic porous support). Anything may be used. For example, sintered ceramics (ceramic support) such as silica, α-alumina, γ-alumina, mullite, zirconia, titania, yttria, silicon nitride, silicon carbide, sintered metals such as iron, bronze, stainless steel, glass And carbon moldings.

これら多孔質支持体の中で、基本的成分あるいはその大部分が無機の非金属物質から構成されている固体材料であるセラミックスを焼結したものを含む無機多孔質支持体(セラミックス支持体)が好ましい。この無機多孔質支持体を用いれば、その一部がゼオライト膜合成中にゼオライト化することで界面の密着性を高める効果がある。   Among these porous supports, there are inorganic porous supports (ceramic supports) including sintered ceramics, which are solid materials whose basic components or most of them are composed of inorganic nonmetallic substances. preferable. If this inorganic porous support is used, a part of the support is zeoliticized during the synthesis of the zeolite membrane, thereby improving the adhesion at the interface.

具体的には、例えば、シリカ、α−アルミナ、γ−アルミナ、ムライト、ジルコニア、チタニア、イットリア、窒化珪素、炭化珪素などを含むセラミックス焼結体(セラミックス支持体)が挙げられる。それらの中で、アルミナ、シリカ、ムライトのうち少なくとも1種を含む無機多孔質支持体が好ましい。これらの支持体を用いれば、部分的なゼオライト化が容易であるため、支持体とゼオライトの結合が強固になり緻密で分離性能の高い膜が形成されやすくなる。   Specific examples include a ceramic sintered body (ceramic support) containing silica, α-alumina, γ-alumina, mullite, zirconia, titania, yttria, silicon nitride, silicon carbide, and the like. Among them, an inorganic porous support containing at least one of alumina, silica, and mullite is preferable. When these supports are used, partial zeolitization is easy, so that the bond between the support and the zeolite becomes strong, and a dense membrane with high separation performance is easily formed.

多孔質支持体の形状は、気体混合物や液体混合物を有効に分離できるものであれば特に制限されず、具体的には、例えば、平板状、管状のもの、または円筒状、円柱状や角柱状の孔が多数存在するハニカム状のものやモノリスなどが挙げられる。   The shape of the porous support is not particularly limited as long as it can effectively separate a gas mixture or a liquid mixture, and specifically, for example, a flat plate shape, a tubular shape, a cylindrical shape, a cylindrical shape, a prismatic shape, or the like. Honeycomb-like ones having a large number of pores, monoliths and the like can be mentioned.

本発明において、かかる多孔質支持体上、すなわち支持体の表面などにゼオライトを膜状に結晶化させる。支持体の表面は、支持体の形状に応じて、どの表面であってもよく、複数の面であっても良い。例えば、円筒管の支持体の場合には外側の表面でも内側の表面でもよく、場合によっては外側と内側の両方の表面であってよい。   In the present invention, zeolite is crystallized into a film on such a porous support, that is, on the surface of the support. The surface of the support may be any surface or a plurality of surfaces depending on the shape of the support. For example, in the case of a cylindrical tube support, it may be the outer surface or the inner surface, and in some cases both the outer and inner surfaces.

多孔質支持体表面が有する平均細孔径は特に制限されないが、細孔径が制御されているものが好ましい。平均細孔径は、通常0.02μm以上、好ましくは0.05μm以上、より好ましくは0.1μm以上であり、通常20μm以下、好ましくは10μm以下、より好ましくは5μm以下である。平均細孔径が小さすぎると透過量が小さくなる傾向があり、大きすぎると支持体自体の強度が不十分になることがあり、支持体表面の細孔の割合が増えて緻密なゼオライト膜が形成されにくくなることがある。   The average pore diameter of the porous support surface is not particularly limited, but those having a controlled pore diameter are preferred. The average pore diameter is usually 0.02 μm or more, preferably 0.05 μm or more, more preferably 0.1 μm or more, and usually 20 μm or less, preferably 10 μm or less, more preferably 5 μm or less. If the average pore diameter is too small, the amount of permeation tends to be small. If it is too large, the strength of the support itself may be insufficient, and the proportion of pores on the surface of the support will increase, forming a dense zeolite membrane. It may be difficult to be done.

支持体の平均厚さ(肉厚)は、通常0.1mm以上、好ましくは0.3mm以上、より好ましくは0.5mm以上であり、通常7mm以下、好ましくは5mm以下、より好ましくは3mm以下である。支持体はゼオライト膜に機械的強度を与える目的で使用しているが、支持体の平均厚さが薄すぎるとゼオライト膜複合体が十分な強度を持たずゼオライト膜複合体が衝撃や振動等に弱くなり実用上問題が生じる傾向がある。支持体の平均厚さが厚すぎると透過した物質の拡散が悪くなり透過流束が低くなる傾向がある。   The average thickness (wall thickness) of the support is usually 0.1 mm or more, preferably 0.3 mm or more, more preferably 0.5 mm or more, and usually 7 mm or less, preferably 5 mm or less, more preferably 3 mm or less. is there. The support is used to give mechanical strength to the zeolite membrane, but if the average thickness of the support is too thin, the zeolite membrane composite will not have sufficient strength and It tends to weaken and cause problems in practice. If the average thickness of the support is too thick, the diffusion of the permeated material tends to be poor and the permeation flux tends to be low.

支持体の気孔率は、通常20%以上、好ましくは25%以上、より好ましくは30%以上であり、通常70%以下、好ましくは60%以下、より好ましくは50%以下である。支持体の気孔率は、気体や液体を分離する際の透過流量を左右し、下限未満では透過物の拡散を阻害する傾向があり、上限を超えると支持体の強度が低下する傾向がある。   The porosity of the support is usually 20% or more, preferably 25% or more, more preferably 30% or more, and usually 70% or less, preferably 60% or less, more preferably 50% or less. The porosity of the support influences the permeation flow rate when the gas or liquid is separated, and if it is less than the lower limit, it tends to inhibit the diffusion of the permeate, and if it exceeds the upper limit, the strength of the support tends to decrease.

多孔質支持体の表面は滑らかであることが好ましく、必要に応じて表面をやすり等で研磨してもよい。なお、多孔質支持体の表面とはゼオライトを結晶化させる無機多孔質支持体表面部分を意味し、表面であればそれぞれの形状のどこの表面であってもよく、複数の面であっても良い。例えば円筒管の支持体の場合には外側の表面でも内側の表面でもよく、場合によっては外側と内側の両方の表面であってよい。   The surface of the porous support is preferably smooth, and the surface may be polished with a file or the like as necessary. The surface of the porous support means an inorganic porous support surface portion for crystallizing zeolite, and any surface of each shape may be used as long as it is a surface, good. For example, in the case of a cylindrical tube support, it may be the outer surface or the inner surface, and in some cases both the outer and inner surfaces.

(ゼオライト膜複合体)
本発明において、前記多孔質支持体上にゼオライト膜を形成させて、ゼオライト膜複合体を得る。
(Zeolite membrane composite)
In the present invention, a zeolite membrane is formed on the porous support to obtain a zeolite membrane composite.

ゼオライト膜を構成する成分としては、ゼオライト以外にシリカ、アルミナなどの無機バインダー、ポリマーなどの有機物、あるいはゼオライト表面を修飾するシリル化剤などを必要に応じ含んでいてもよい。また、本発明におけるゼオライト膜は、一部アモルファス成分などを含有していてもよいが、実質的にゼオライトのみで構成されるゼオライト膜が好ましい。   As a component constituting the zeolite membrane, an inorganic binder such as silica or alumina, an organic substance such as a polymer, a silylating agent for modifying the zeolite surface, or the like may be included as necessary in addition to zeolite. In addition, the zeolite membrane in the present invention may partially contain an amorphous component or the like, but a zeolite membrane substantially composed only of zeolite is preferable.

ゼオライト膜の厚さは特に制限されないが、通常0.1μm以上、好ましくは0.6μm以上、より好ましくは1.0μm以上であり、通常100μm以下、好ましくは60μm以下、より好ましくは20μm以下の範囲である。   The thickness of the zeolite membrane is not particularly limited, but is usually 0.1 μm or more, preferably 0.6 μm or more, more preferably 1.0 μm or more, and usually 100 μm or less, preferably 60 μm or less, more preferably 20 μm or less. It is.

ゼオライトの粒子径は特に限定されないが、小さすぎると粒界が大きくなるなどして透過選択性などを低下させる傾向がある。それゆえ、通常30nm以上、好ましくは50nm以上、より好ましくは100nm以上であり、上限は膜の厚さ以下である。さらに、ゼオライトの粒子径が膜の厚さと同じである場合が特に好ましい。ゼオライトの粒子径が膜の厚さと同じであるとき、ゼオライトの粒界が最も小さくなる。   The particle diameter of the zeolite is not particularly limited, but if it is too small, the grain boundary tends to increase, and the permeation selectivity tends to decrease. Therefore, it is usually 30 nm or more, preferably 50 nm or more, more preferably 100 nm or more, and the upper limit is the film thickness or less. Furthermore, it is particularly preferred that the zeolite particle size is the same as the membrane thickness. When the zeolite particle size is the same as the membrane thickness, the zeolite grain boundary is smallest.

ゼオライトとしては、例えば、ケイ酸塩とリン酸塩が挙げられる。ケイ酸塩としては、例えば、アルミノケイ酸塩、ガロケイ酸塩、フェリケイ酸塩、チタノケイ酸塩、ボロケイ酸塩等が、リン酸塩としては、アルミニウムと燐からなるアルミノリン酸塩(ALPO−5などのALPOと称されるもの)、ケイ素とアルミニウムと燐からなるシリコアルミノリン酸塩(SAPO−34などのSAPOと称されるもの)、Feなどの元素を含むFAPO−5などのMeAPOと称されるメタロアルミノリン酸塩、等が挙げられる。これらの中で、アルミノケイ酸塩、シリコアルミノリン酸塩が好ましく、アルミノケイ酸塩がより好ましい。   Examples of zeolite include silicate and phosphate. Examples of silicates include aluminosilicates, gallosilicates, ferrisilicates, titanosilicates, borosilicates, etc., and examples of phosphates include aluminophosphates composed of aluminum and phosphorus (such as ALPO-5). Called ALPO), silicoaluminophosphate composed of silicon, aluminum and phosphorus (called SAPO such as SAPO-34), MeAPO such as FAPO-5 containing elements such as Fe And metalloaluminophosphates. Of these, aluminosilicates and silicoaluminophosphates are preferred, and aluminosilicates are more preferred.

ゼオライトがアルミノ珪酸塩である場合、SiO/Alモル比は、好ましくは5以上、より好ましくは8以上、さらに好ましくは10以上、特に好ましくは12以上であり、好ましくは2000以下、より好ましくは1000以下、さらに好ましくは500以下、特に好ましくは100以下である。SiO/Alモル比が下限未満では耐久性が低下する傾向があり、上限を超えると疎水性が強すぎるため、透過流束が小さくなる傾向がある。 When the zeolite is an aluminosilicate, the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio is preferably 5 or more, more preferably 8 or more, further preferably 10 or more, particularly preferably 12 or more, preferably 2000 or less, More preferably, it is 1000 or less, More preferably, it is 500 or less, Most preferably, it is 100 or less. When the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio is less than the lower limit, the durability tends to decrease. When the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio exceeds the upper limit, the permeation flux tends to decrease because the hydrophobicity is too strong.

なお、本発明におけるSiO/Alモル比は、走査型電子顕微鏡−エネルギー分散型X線分光法(SEM−EDX)により得られた数値である。数ミクロンの膜のみの情報を得るために通常はX線の加速電圧を10kVで測定する。 Incidentally, SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio in the present invention, a scanning electron microscope - is a value obtained by energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDX). In order to obtain information on only a film of several microns, the X-ray acceleration voltage is usually measured at 10 kV.

ゼオライト膜を構成する主たるゼオライトは、好ましくは酸素6〜10員環構造を有するゼオライトを含むもの、より好ましくは酸素6〜8員環構造を有するゼオライトを含むものである。ここでいう酸素n員環を有するゼオライトのnの値は、ゼオライト骨格を形成する酸素とT元素(酸素以外の元素)で構成される細孔の中で最も酸素の数が大きいものを示す。例えば、MOR型ゼオライトのように酸素12員環と8員環の細孔が存在する場合は、酸素12員環のゼオライトとみなす。   The main zeolite constituting the zeolite membrane preferably contains a zeolite having an oxygen 6-10 membered ring structure, more preferably a zeolite having an oxygen 6-8 membered ring structure. Here, the value of n of the zeolite having an oxygen n-membered ring indicates the one having the largest number of oxygens among the pores composed of oxygen and T elements (elements other than oxygen) forming the zeolite skeleton. For example, when there are 12-membered and 8-membered pores of oxygen, such as MOR type zeolite, it is regarded as a 12-membered ring zeolite.

酸素6〜10員環構造を有するゼオライトとしては、例えば、AEI、AEL、AFG、ANA、BRE、CAS、CDO、CHA、DAC、DDR、DOH、EAB、EPI、ESV、EUO、FAR、FRA、FER、GIS、GIU、GOO、HEU、IMF、ITE、ITH、KFI、LEV、LIO、LOS、LTN、MAR、MEP、MER、MEL、MFI、MFS、MON、MSO、MTF、MTN、MTT、MWW、NAT、NES、NON、PAU、PHI、RHO、RRO、RTE、RTH、RUT、SGT、SOD、STF、STI、STT、TER、TOL、TON、TSC、TUN、UFI、VNI、VSV、WEI、YUGなどが挙げられる。   Examples of the zeolite having an oxygen 6 to 10-membered ring structure include AEI, AEL, AFG, ANA, BRE, CAS, CDO, CHA, DAC, DDR, DOH, EAB, EPI, ESV, EUO, FAR, FRA, and FER. , GIS, GIU, GOO, HEU, IMF, ITE, ITH, KFI, LEV, LIO, LOS, LTN, MAR, MEP, MER, MEL, MFI, MFS, MON, MSO, MTF, MTN, MTT, MWW, NAT , NES, NON, PAU, PHI, RHO, RRO, RTE, RTH, RUT, SGT, SOD, STF, STI, STT, TER, TOL, TON, TSC, TUN, UFI, VNI, VSV, WEI, YUG, etc. Can be mentioned.

酸素6〜8員環構造を有するゼオライトとしては、例えば、AEI、AFG、ANA、CHA、EAB、ERI、ESV、FAR、FRA、GIS、ITE、KFI、LEV、LIO、LOS、LTN、MAR、PAU、RHO、RTH、SOD、STI、TOL、UFIなどが挙げられる。   Examples of the zeolite having an oxygen 6-8 membered ring structure include AEI, AFG, ANA, CHA, EAB, ERI, ESV, FAR, FRA, GIS, ITE, KFI, LEV, LIO, LOS, LTN, MAR, and PAU. , RHO, RTH, SOD, STI, TOL, UFI and the like.

酸素n員環構造はゼオライトの細孔のサイズを決定するものであり、6員環よりも小さいゼオライトではHO分子のKinetic半径よりも細孔径が小さくなるため透過流束が小さくなり実用的でない場合がある。また、酸素10員環構造よりも大きい場合は細孔径が大きくなり、サイズの小さな有機物では分離性能が低下することがあり、用途が限定的になる場合がある。 The oxygen n-membered ring structure determines the pore size of the zeolite, and in the zeolite smaller than the 6-membered ring, the pore diameter is smaller than the kinetic radius of the H 2 O molecule, so the permeation flux is reduced and is practical. It may not be. Moreover, when it is larger than the oxygen 10-membered ring structure, the pore diameter becomes large, and the organic substance having a small size may lower the separation performance, and the use may be limited.

ゼオライトのフレームワーク密度(T/1000Å)は特に制限されないが、通常17以下、好ましくは16以下、より好ましくは15.5以下、特に好ましくは15以下であり、通常10以上、好ましくは11以上、より好ましくは12以上である。 The framework density (T / 1000 3 ) of the zeolite is not particularly limited, but is usually 17 or less, preferably 16 or less, more preferably 15.5 or less, particularly preferably 15 or less, usually 10 or more, preferably 11 or more. More preferably, it is 12 or more.

フレームワーク密度とは、ゼオライトの1000Åあたりの酸素以外の骨格を形成する元素(T元素)の数を意味し、この値はゼオライトの構造により決まる。なおフレームワーク密度とゼオライトとの構造の関係はATLAS OF ZEOLITE FRAMEWORK TYPES Fifth Revised Edition 2001 ELSEVIERに示されている。 The framework density means the number of elements (T elements) that form a skeleton other than oxygen per 1000 3 of the zeolite, and this value is determined by the structure of the zeolite. The relationship between framework density and zeolite structure is shown in ATLAS OF ZEOLITE FRAMEWORK TYPES Fifth Revised Edition 2001 ELSEVIER.

本発明において、好ましいゼオライトの構造は、AEI、AFG、CHA、EAB、ERI、ESV、FAR、FRA、GIS、ITE、KFI、LEV、LIO、LOS、LTN、MAR、PAU、RHO、RTH、SOD、STI、TOL、UFIであり、より好ましい構造は、AEI、CHA、ERI、KFI、LEV、PAU、RHO、RTH、UFIであり、さらに好ましい構造は、CHA、LEVであり、最も好ましい構造はCHAである。   In the present invention, preferred zeolite structures are AEI, AFG, CHA, EAB, ERI, ESV, FAR, FRA, GIS, ITE, KFI, LEV, LIO, LOS, LTN, MAR, PAU, RHO, RTH, SOD, STI, TOL, UFI, more preferred structures are AEI, CHA, ERI, KFI, LEV, PAU, RHO, RTH, UFI, more preferred structures are CHA, LEV, and the most preferred structure is CHA. is there.

ここで、CHA型のゼオライトとは、International Zeolite Association(IZA)が定めるゼオライトの構造を規定するコードでCHA構造のものを示す。これは、天然に産出するチャバサイトと同等の結晶構造を有するゼオライトである。CHA型ゼオライトは3.8×3.8Åの径を有する酸素8員環からなる3次元細孔を有することを特徴とする構造をとり、その構造はX線回折データにより特徴付けられる。   Here, the CHA-type zeolite is a code that defines the structure of the zeolite defined by the International Zeolite Association (IZA) and indicates a CHA structure. This is a zeolite having a crystal structure equivalent to that of naturally occurring chabazite. The CHA-type zeolite has a structure characterized by having three-dimensional pores composed of 8-membered oxygen rings having a diameter of 3.8 × 3.8 mm, and the structure is characterized by X-ray diffraction data.

CHA型ゼオライトのフレームワーク密度(T/1000Å)は14.5である。また、SiO/Alモル比は上記と同様である。 The framework density (T / 1000 3 ) of the CHA-type zeolite is 14.5. The SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio is the same as described above.

本発明において、ゼオライト膜複合体は、ゼオライト膜がCHA型ゼオライトを含む場合、X線回折のパターンにおいて、2θ=17.9°付近のピークの強度が2θ=20.8°付近のピークの強度の0.5倍以上の大きさであることが好ましい。   In the present invention, when the zeolite membrane contains CHA-type zeolite, the intensity of the peak around 2θ = 17.9 ° is the intensity of the peak around 2θ = 20.8 ° in the X-ray diffraction pattern. It is preferable that the size is 0.5 times or more.

ここで、ピークの強度とは、測定値からバックグラウンドの値を引いたものをさす。(2θ=17.9°付近のピークの強度)/(2θ=20.8°付近のピークの強度)で表されるピーク強度比(以下これを「ピーク強度比A」ということがある。)でいえば、通常0.5以上、好ましくは1以上、より好ましくは1.2以上、特に好ましくは1.5以上である。上限は特に限定されないが、通常1000以下である。   Here, the peak intensity refers to a value obtained by subtracting the background value from the measured value. The peak intensity ratio represented by (the intensity of the peak around 2θ = 17.9 °) / (the intensity of the peak around 2θ = 20.8 °) (hereinafter this may be referred to as “peak intensity ratio A”). In other words, it is usually 0.5 or more, preferably 1 or more, more preferably 1.2 or more, and particularly preferably 1.5 or more. Although an upper limit is not specifically limited, Usually, it is 1000 or less.

また、ゼオライト膜複合体は、ゼオライト膜がCHA型ゼオライトを含む場合、X線回折のパターンにおいて、2θ=9.6°付近のピークの強度が2θ=20.8°付近のピークの強度の4倍以上の大きさであることが好ましい。   Further, in the zeolite membrane composite, when the zeolite membrane contains CHA-type zeolite, the peak intensity around 2θ = 9.6 ° is 4 of the peak intensity around 2θ = 20.8 ° in the X-ray diffraction pattern. The size is preferably twice or more.

(2θ=9.6°付近のピークの強度)/(2θ=20.8°付近のピークの強度)で表されるピーク強度比(以下これを「ピーク強度比B」ということがある。)でいえば、通常4以上、好ましくは6以上、より好ましくは8以上、特に好ましくは10以上である。上限は特に限定されないが、通常1000以下である。   Peak intensity ratio represented by (Intensity of peak near 2θ = 9.6 °) / (Intensity of peak near 2θ = 20.8 °) (hereinafter this may be referred to as “peak intensity ratio B”) In other words, it is usually 4 or more, preferably 6 or more, more preferably 8 or more, and particularly preferably 10 or more. Although an upper limit is not specifically limited, Usually, it is 1000 or less.

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

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

ここで、2θ=17.9°付近のピークとは、基材に由来しないピークのうち17.9°±0.6°の範囲に存在するピークのうち最大のものを指す。   Here, the peak in the vicinity of 2θ = 17.9 ° refers to the maximum of the peaks present in the range of 17.9 ° ± 0.6 ° among the peaks not derived from the base material.

2θ=20.8°付近のピークとは、基材に由来しないピークのうち20.8°±0.6°の範囲に存在するピークで最大のものを指す。   The peak in the vicinity of 2θ = 20.8 ° refers to the maximum peak in the range of 20.8 ° ± 0.6 ° among the peaks not derived from the base material.

2θ=9.6°付近のピークとは、基材に由来しないピークのうち9.6°±0.6°の範囲に存在するピークのうち最大のものを指す。   The peak in the vicinity of 2θ = 9.6 ° refers to the maximum of the peaks present in the range of 9.6 ° ± 0.6 ° among the peaks not derived from the base material.

X線回折パターンで2θ=9.6°付近のピークは、COLLECTION OF SIMULATED XRD POWDER PATTERNS FOR ZEOLITE Third Revised Edition 1996 ELSEVIERによればrhombohedral settingで空間群を   According to COLLECTION OF SIMULATED XRD POWDER PATTERNS FOR ZEOLITE Third Revised Edition 1996 ELSEVIER, the peak near 2θ = 9.6 ° in the X-ray diffraction pattern is a rhombohedral setting.

Figure 0005445398
Figure 0005445398

(No.166)とした時にCHA構造において指数が(1,0,0)の面に由来するピークである。 (No. 166), it is a peak derived from the plane having an index of (1, 0, 0) in the CHA structure.

また、X線回折パターンで2θ=17.9°付近のピークは、COLLECTION OF SIMULATED XRD POWDER PATTERNS FOR ZEOLITE Third Revised Edition 1996 ELSEVIERによればrhombohedral settingで空間群を   In addition, the peak near 2θ = 17.9 ° in the X-ray diffraction pattern shows the space group in the rhombohedral setting according to COLLECTION OF SIMULATED XRD POWDER PATTERNS FOR ZEOLITE Third Revised Edition 1996 ELSEVIER.

Figure 0005445398
Figure 0005445398

(No.166)とした時にCHA構造において指数が(1,1,1)の面に由来するピークである。 (No. 166) is a peak derived from the (1,1,1) index in the CHA structure.

X線回折パターンで2θ=20.8°付近のピークは、COLLECTION OF SIMULATED XRD POWDER PATTERNS FOR ZEOLITE Third Revised Edition 1996 ELSEVIERによればrhombohedral settingで空間群を   The peak near 2θ = 20.8 ° in the X-ray diffraction pattern is a collection of SIMULATED XRD POWDER PATTERNS FOR ZEOLITE Third Revised Edition 1996 ELSEVIER.

Figure 0005445398
Figure 0005445398

(No.166)とした時にCHA構造において指数が(2,0,−1)の面に由来するピークである。 (No. 166) is a peak derived from the (2, 0, -1) index in the CHA structure.

(1,0,0)面由来のピークの強度と(2,0,−1)の面に由来のピーク強度の典型的な比(ピーク強度比B)は、COLLECTION OF SIMULATED XRD POWDER PATTERNS FOR ZEOLITE Third Revised Edition 1996 ELSEVIERによれば2.5である。   The typical ratio (peak intensity ratio B) of the peak intensity derived from the (1, 0, 0) plane and the peak intensity derived from the (2, 0, -1) plane (peak intensity ratio B) is COLLECTION OF SIMULATED XRD POWDER PATTERNS FOR ZEOLITE According to Third Revised Edition 1996 ELSEVIER, it is 2.5.

それゆえ、この比が4以上であるということは、例えば、CHA構造をrhombohedral settingとした場合の(1,0,0)面が膜複合体の表面と平行に近い向きになるようにゼオライト結晶が配向して成長していることを意味すると考えられる。ゼオライト膜複合体においてゼオライト結晶が配向して成長することは分離性能の高い緻密な膜が出来るという点で有利である。   Therefore, when this ratio is 4 or more, for example, the zeolite crystal is oriented so that the (1, 0, 0) plane is almost parallel to the surface of the membrane composite when the CHA structure is a rhombohedral setting. Is considered to mean that the crystals are oriented and growing. Orientation and growth of zeolite crystals in the zeolite membrane composite is advantageous in that a dense membrane with high separation performance can be formed.

(1,1,1)面由来のピークの強度と(2,0,−1)の面に由来のピーク強度の典型的な比(ピーク強度比A)は、COLLECTION OF SIMULATED XRD POWDER PATTERNS FOR ZEOLITE Third Revised Edition 1996 ELSEVIERによれば0.3である。   The typical ratio (peak intensity ratio A) of the peak intensity derived from the (1, 1, 1) plane and the peak intensity derived from the (2, 0, -1) plane (peak intensity ratio A) is COLLECTION OF SIMULATED XRD POWDER PATTERNS FOR ZEOLITE According to Third Revised Edition 1996 ELSEVIER, it is 0.3.

そのため、この比が0.5以上であるということは、例えば、CHA構造をrhombohedral settingとした場合の(1,1,1)面が膜複合体の表面と平行に近い向きになるようにゼオライト結晶が配向して成長していることを意味すると考えられる。ゼオライト膜複合体においてゼオライト結晶が配向して成長することは分離性能の高い緻密な膜が出来るという点で有利である。   Therefore, this ratio of 0.5 or more means, for example, that the (1, 1, 1) plane when the CHA structure is a rhombohedral setting is oriented so that the orientation is almost parallel to the surface of the membrane composite. It is thought to mean that the crystals are oriented and growing. Orientation and growth of zeolite crystals in the zeolite membrane composite is advantageous in that a dense membrane with high separation performance can be formed.

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

CHA型ゼオライト結晶が配向して成長している緻密なゼオライト膜は、次に述べる通り、ゼオライト膜を水熱合成により形成する際に、例えば、特定の有機テンプレートを用い、水性反応混合物中にKイオンを共存させることにより達成することができる。 As described below, a dense zeolite membrane in which CHA-type zeolite crystals are grown in an orientated state is formed by using, for example, a specific organic template and K in the aqueous reaction mixture when the zeolite membrane is formed by hydrothermal synthesis. It can be achieved by coexisting + ions.

(ゼオライト膜複合体の製造方法)
ゼオライト膜の製造方法は、上記したとおり特定の粒度分布をもつ種結晶の存在下に、支持体上に水熱合成によりゼオライト膜を形成する方法であれば、他の条件は特に制限されない。
(Method for producing zeolite membrane composite)
As long as the method for producing a zeolite membrane is a method for forming a zeolite membrane by hydrothermal synthesis on a support in the presence of seed crystals having a specific particle size distribution as described above, other conditions are not particularly limited.

具体的には、例えば、組成を調整して均一化した水熱合成用の反応混合物(以下これを「水性反応混合物」ということがある。)を、多孔質支持体を内部に緩やかに固定した、オートクレーブなどの耐熱耐圧容器に入れて密閉して、一定時間加熱すればよい。   Specifically, for example, a reaction mixture for hydrothermal synthesis (hereinafter sometimes referred to as an “aqueous reaction mixture”) having a uniform composition is adjusted, and the porous support is gently fixed inside. What is necessary is just to heat in a heat-resistant pressure-resistant container, such as an autoclave, and to seal for a fixed time.

水性反応混合物としては、Si元素源、Al元素源、必要に応じて有機テンプレート、および水を含み、さらに必要に応じてアルカリ源を含むものが好ましい。   The aqueous reaction mixture preferably contains an Si element source, an Al element source, an organic template and water as necessary, and an alkali source as necessary.

水性反応混合物に用いるSi元素源としては、例えば、無定形シリカ、コロイダルシリカ、シリカゲル、ケイ酸ナトリウム、無定形アルミのシリケートゲル、テトラエトキシシラン(TEOS)、トリメチルエトキシシラン等を用いることができる。   Examples of the Si element source used in the aqueous reaction mixture include amorphous silica, colloidal silica, silica gel, sodium silicate, amorphous aluminum silicate gel, tetraethoxysilane (TEOS), trimethylethoxysilane, and the like.

Al元素源としては、例えば、アルミン酸ナトリウム、水酸化アルミニウム、硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウム、酸化アルミニウム、無定形アルミノシリケートゲル等を用いることができる。なお、Al元素源以外に他の元素源、例えばGa、Fe、B、Ti、Zr、Sn、Znなどの元素源を含んでいてもよい。   As the Al element source, for example, sodium aluminate, aluminum hydroxide, aluminum sulfate, aluminum nitrate, aluminum oxide, amorphous aluminosilicate gel, or the like can be used. In addition to the Al element source, other element sources, for example, element sources such as Ga, Fe, B, Ti, Zr, Sn, and Zn may be included.

ゼオライトの結晶化において、必要に応じて有機テンプレート(構造規定剤)を用いることができるが、有機テンプレートを用いて合成したものが好ましい。有機テンプレートを用いて合成することにより、結晶化したゼオライトのアルミニウム原子に対するケイ素原子の割合が高くなり、耐酸性が向上する。   In crystallization of zeolite, an organic template (structure directing agent) can be used as necessary, but those synthesized using an organic template are preferred. By synthesizing using the organic template, the ratio of silicon atoms to aluminum atoms in the crystallized zeolite is increased, and the acid resistance is improved.

有機テンプレートとしては、所望のゼオライト膜を形成し得るものであれば種類は問わず、如何なるものであってもよい。また、テンプレートは1種類でも、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。   The organic template may be any type as long as it can form a desired zeolite membrane. Further, one type of template or a combination of two or more types may be used.

ゼオライトがCHA型の場合、有機テンプレートとしては、通常、アミン類、4級アンモニウム塩が用いられる。例えば、米国特許第4544538号明細書、米国特許公開第2008/0075656号明細書に記載の有機テンプレートが好ましいものとして挙げられる。   When the zeolite is of the CHA type, amines and quaternary ammonium salts are usually used as the organic template. For example, organic templates described in U.S. Pat. No. 4,544,538 and U.S. Patent Publication No. 2008/0075656 are preferred.

具体的には、例えば、1−アダマンタンアミンから誘導されるカチオン、3−キナクリジナールから誘導されるカチオン、3−exo−アミノノルボルネンから誘導されるカチオン等の脂環式アミンから誘導されるカチオンが挙げられる。これらの中で、1−アダマンタンアミンから誘導されるカチオンがより好ましい。   Specific examples include cations derived from alicyclic amines such as cations derived from 1-adamantanamine, cations derived from 3-quinacridinal, and cations derived from 3-exo-aminonorbornene. It is done. Among these, a cation derived from 1-adamantanamine is more preferable.

1−アダマンタンアミンから誘導されるカチオンを有機テンプレートとしたとき、緻密な膜を形成し得るCHA型ゼオライトが結晶化する。また、膜が水を選択的に透過するのに十分な親水性を有するCHA型ゼオライトが生成し得るほか、耐酸性に優れたCHA型ゼオライトが得られる。   When a cation derived from 1-adamantanamine is used as an organic template, CHA-type zeolite capable of forming a dense film is crystallized. In addition, a CHA-type zeolite having hydrophilicity sufficient for the membrane to selectively permeate water can be generated, and a CHA-type zeolite excellent in acid resistance can be obtained.

1−アダマンタンアミンから誘導されるカチオンのうち、N,N,N−トリアルキル−1−アダマンタンアンモニウムカチオンがさらに好ましい。N,N,N−トリアルキル−1−アダマンタンアンモニウムカチオンの3つのアルキル基は、通常、それぞれ独立したアルキル基であり、好ましくは低級アルキル基、より好ましくはメチル基である。それらの中で最も好ましい化合物は、N,N,N−トリメチル−1−アダマンタンアンモニウムカチオンである。   Of the cations derived from 1-adamantanamine, the N, N, N-trialkyl-1-adamantanammonium cation is more preferred. The three alkyl groups of the N, N, N-trialkyl-1-adamantanammonium cation are usually independent alkyl groups, preferably a lower alkyl group, more preferably a methyl group. The most preferred compound among them is the N, N, N-trimethyl-1-adamantanammonium cation.

このようなカチオンは、CHA型ゼオライトの形成に害を及ぼさないアニオンを伴う。このようなアニオンを代表するものには、Cl、Br、Iなどのハロゲンイオンや水酸化物イオン、酢酸塩、硫酸塩、およびカルボン酸塩が含まれる。これらの中で、水酸化物イオンが特に好適に用いられる。 Such cations are accompanied by anions that do not harm the formation of CHA-type zeolite. Representative examples of such anions include halogen ions such as Cl , Br and I , hydroxide ions, acetates, sulfates, and carboxylates. Of these, hydroxide ions are particularly preferably used.

その他の有機テンプレートとしては、N,N,N−トリアルキルベンジルアンモニウムカチオンも用いることができる。この場合もアルキル基は、それぞれ独立したアルキル基であり、好ましくは低級アルキル基、より好ましくはメチル基である。それらの中で、最も好ましい化合物は、N,N,N−トリメチルベンジルアンモニウムカチオンである。また、このカチオンが伴うアニオンは上記と同様である。   As another organic template, N, N, N-trialkylbenzylammonium cation can also be used. Also in this case, the alkyl group is an independent alkyl group, preferably a lower alkyl group, more preferably a methyl group. Among them, the most preferred compound is N, N, N-trimethylbenzylammonium cation. The anion accompanied by this cation is the same as described above.

水性反応混合物に用いるアルカリ源としては、有機テンプレートのカウンターアニオンの水酸化物イオン、NaOH、KOHなどのアルカリ金属水酸化物、Ca(OH)などのアルカリ土類金属水酸化物などを用いることができる。 As an alkali source used in the aqueous reaction mixture, a hydroxide ion of a counter anion of an organic template, an alkali metal hydroxide such as NaOH or KOH, or an alkaline earth metal hydroxide such as Ca (OH) 2 is used. Can do.

アルカリの種類は特に限定されず、通常、Na、K、Li、Rb、Cs、Ca、Mg、Sr、Baなどが用いられる。これらの中で、Na、Kが好ましく、Kがより好ましい。また、アルカリは2種類以上を併用してもよく、具体的には、NaとKを併用するのが好ましい。   The type of alkali is not particularly limited, and Na, K, Li, Rb, Cs, Ca, Mg, Sr, Ba and the like are usually used. Among these, Na and K are preferable, and K is more preferable. Further, two or more alkalis may be used in combination, and specifically, Na and K are preferably used in combination.

水性反応混合物中のSi元素源とAl元素源の比は、通常、それぞれの元素の酸化物のモル比、すなわちSiO/Alモル比として表わす。 The ratio of Si element source to Al element source in the aqueous reaction mixture is usually expressed as the molar ratio of the oxides of the respective elements, that is, the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio.

SiO/Alモル比は特に限定されないが、通常5以上、好ましくは8以上、より好ましくは10以上、更に好ましくは15以上である。また、通常10000以下、好ましくは1000以下、より好ましくは300以下、更に好ましくは100以下である。 The SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio is not particularly limited, but is usually 5 or more, preferably 8 or more, more preferably 10 or more, and further preferably 15 or more. Further, it is usually 10,000 or less, preferably 1000 or less, more preferably 300 or less, and still more preferably 100 or less.

SiO/Alモル比がこの範囲内にあるときゼオライト膜が緻密に生成し、更に生成したゼオライトが強い親水性を示し、有機物を含有する混合物中から親水性の化合物、特に水を選択的に透過することができる。また耐酸性に強く脱Alしにくいゼオライト膜が得られる。 When the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio is within this range, the zeolite membrane is densely formed, and the produced zeolite exhibits strong hydrophilicity, and a hydrophilic compound, particularly water, is added from the mixture containing organic matter. It can be selectively transmitted. In addition, a zeolite membrane that is strong in acid resistance and difficult to remove from Al can be obtained.

特に、SiO/Alモル比がこの範囲にあるとき、緻密な膜を形成し得るCHA型ゼオライトを結晶化させることができる。また、膜が水を選択的に透過するのに十分な親水性を有するCHA型ゼオライトが生成し得るほか耐酸性に優れたCHA型ゼオライトが得られる。 In particular, when the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio is within this range, CHA-type zeolite that can form a dense film can be crystallized. In addition, a CHA-type zeolite having hydrophilicity sufficient for the membrane to selectively permeate water can be produced, and a CHA-type zeolite excellent in acid resistance can be obtained.

水性反応混合物中のシリカ源と有機テンプレートの比は、SiOに対する有機テンプレートのモル比(有機テンプレート/SiOモル比)で、通常0.005以上、好ましくは0.01以上、より好ましくは0.02以上であり、通常1以下、好ましくは0.4以下、より好ましくは0.2以下である。 The ratio of the silica source and an organic template in the aqueous reaction mixture, the molar ratio of the organic template for SiO 2 (organic template / SiO 2 molar ratio), usually 0.005 or higher, preferably at least 0.01, more preferably 0 0.02 or more, usually 1 or less, preferably 0.4 or less, more preferably 0.2 or less.

有機テンプレート/SiOモル比が上記範囲にあるとき、緻密なゼオライト膜が生成し得ることに加えて、生成したゼオライトが耐酸性に強くAlが脱離しにくい。また、この条件において、特に緻密で耐酸性のCHA型ゼオライトを形成させることができる。 When the organic template / SiO 2 molar ratio is in the above range, in addition to being able to produce a dense zeolite membrane, the produced zeolite has strong acid resistance and Al is not easily desorbed. Moreover, a particularly dense and acid-resistant CHA-type zeolite can be formed under these conditions.

Si元素源とアルカリ源の比は、M(2/n)O/SiO(ここで、Mはアルカリ金属またはアルカリ土類金属を示し、nはその価数1または2を示す。)モル比で、通常0.02以上、好ましくは0.04以上、より好ましくは0.05以上であり、通常0.5以下、好ましくは0.4以下、より好ましくは0.3以下である。 The ratio of the Si element source to the alkali source is M (2 / n) 2 O / SiO 2 (where M represents an alkali metal or alkaline earth metal, and n represents the valence 1 or 2). In general, it is 0.02 or more, preferably 0.04 or more, more preferably 0.05 or more, and usually 0.5 or less, preferably 0.4 or less, more preferably 0.3 or less.

CHA型ゼオライト膜を形成する場合、アルカリ金属の中でKを含む場合がより緻密で結晶性の高い膜を生成させるという点で好ましい。その場合のKと、Kを含むすべてのアルカリ金属および/またはアルカリ土類金属とのモル比は、通常0.01以上1以下、好ましくは0.1以上1以下、さらに好ましくは0.3以上1以下である。   In the case of forming a CHA-type zeolite membrane, it is preferable that K is contained in the alkali metal because a denser and highly crystalline membrane is formed. In this case, the molar ratio of K to all alkali metals and / or alkaline earth metals containing K is usually 0.01 or more and 1 or less, preferably 0.1 or more and 1 or less, more preferably 0.3 or more. 1 or less.

水性反応混合物中へのKの添加は、前記のとおり、rhombohedral settingで空間群を   As described above, the addition of K to the aqueous reaction mixture is performed by changing the space group in the rhombohedral setting.

Figure 0005445398
Figure 0005445398

(No.166)とした時に、CHA構造において指数が(1,0,0)の面に由来するピークである2θ=9.6°付近のピーク強度と(2,0,−1)の面に由来するピークである2θ=20.8°付近のピーク強度の比(ピーク強度比B)、または、(1,1,1)の面に由来するピークである2θ=17.9°付近のピーク強度と(2,0,−1)の面に由来するピークである2θ=20.8°付近のピーク強度の比(ピーク強度比A)を大きくする傾向がある。 (No. 166), the peak intensity in the vicinity of 2θ = 9.6 °, which is a peak derived from the (1, 0, 0) index surface in the CHA structure, and the (2, 0, −1) surface The peak intensity ratio in the vicinity of 2θ = 20.8 ° (peak intensity ratio B), which is a peak derived from the above, or the peak derived from the plane of (1,1,1), in the vicinity of 2θ = 17.9 ° There is a tendency to increase the ratio between the peak intensity and the peak intensity in the vicinity of 2θ = 20.8 ° (peak intensity ratio A), which is a peak derived from the (2, 0, −1) plane.

Si元素源と水の比は、SiOに対する水のモル比(HO/SiOモル比)で、通常10以上、好ましくは30以上、より好ましくは40以上、特に好ましくは50以上であり、通常1000以下、好ましくは500以下、より好ましくは200以下、特に好ましくは150以下である。 The ratio of Si element source to water is the molar ratio of water to SiO 2 (H 2 O / SiO 2 molar ratio), which is usually 10 or more, preferably 30 or more, more preferably 40 or more, and particularly preferably 50 or more. Usually, it is 1000 or less, preferably 500 or less, more preferably 200 or less, and particularly preferably 150 or less.

水性反応混合物中の物質のモル比がこれらの範囲にあるとき、緻密なゼオライト膜が生成し得る。水の量は緻密なゼオライト膜の生成においてとくに重要であり、粉末合成法の一般的な条件よりも水がシリカに対して多い条件のほうが細かい結晶が生成して緻密な膜ができやすい傾向にある。   When the molar ratio of materials in the aqueous reaction mixture is in these ranges, a dense zeolite membrane can be formed. The amount of water is particularly important in the formation of a dense zeolite membrane, and finer crystals are more likely to form and form a dense membrane when the amount of water is greater than that of the general powder synthesis method. is there.

一般的に、粉末のCHA型ゼオライトを合成する際の水の量は、HO/SiOモル比で、15〜50程度である。HO/SiOモル比が高い(50以上1000以下)、すなわち水が多い条件にすることにより、支持体上にCHA型ゼオライトが緻密な膜状に結晶化した分離性能の高いゼオライト膜複合体を得ることができる。 In general, the amount of water in the synthesis of powdered CHA-type zeolite is about 15 to 50 in terms of H 2 O / SiO 2 molar ratio. Zeolite membrane composite with high separation performance in which CHA-type zeolite is crystallized into a dense membrane on the support by using a high H 2 O / SiO 2 molar ratio (50 to 1000), that is, water-rich conditions. You can get a body.

さらに、本発明の製造方法においては、下記式(1):
(D90−D10)/D50 (1)
[式(1)中、D90、D10およびD50は、それぞれ、粒度分布測定により得られた累積分布図(体積基準、粒子径の小さいものから積算)で、90%の高さを与える直径、10%の高さを与える直径および50%の高さを与える直径(メジアン径)を示す。]
で表される値が2.2以下の粒度分布をもつ種結晶の存在下で、水熱合成を行うことにより、ゼオライト膜が形成される。
Furthermore, in the production method of the present invention, the following formula (1):
(D 90 -D 10) / D 50 (1)
[In formula (1), D 90 , D 10 and D 50 are cumulative distribution diagrams obtained by particle size distribution measurement (volume basis, integrated from the smallest particle diameter) and give a height of 90%. The diameter gives a 10% height and a 50% height (median diameter). ]
A zeolite membrane is formed by performing hydrothermal synthesis in the presence of a seed crystal having a particle size distribution of 2.2 or less.

式(1)の(D90−D10)/D50の値は2.2以下であるが、好ましくは2.0以下、より好ましくは1.9以下、さらに好ましくは1.8以下であり、通常0.1以上、好ましくは0.2以上、より好ましくは0.3以上である。 The value of (D 90 -D 10 ) / D 50 in formula (1) is 2.2 or less, preferably 2.0 or less, more preferably 1.9 or less, and even more preferably 1.8 or less. Usually, it is 0.1 or more, preferably 0.2 or more, more preferably 0.3 or more.

式(1)の値は、粒度分布の幅を示すものであり、この値が小さいほど、粒度分布の幅が狭いことを意味する。粒度分布の幅が狭い種結晶を用いると、欠陥が少なく緻密な膜が再現良く合成できる。これまで、種結晶の粒径、種結晶を付着させるときの方法や用いる種結晶スラリーの濃度を調整することでゼオライト膜を緻密にすることが試みられてきた。しかしながら、これら条件の制御には限界があり、欠陥のない緻密な膜を再現よく合成するためには、種結晶の粒度分布の幅を本発明における特定の範囲とすることが特に重要である。   The value of equation (1) indicates the width of the particle size distribution, and the smaller the value, the narrower the particle size distribution. When a seed crystal having a narrow particle size distribution is used, a dense film with few defects can be synthesized with good reproducibility. Until now, attempts have been made to make the zeolite membrane dense by adjusting the grain size of the seed crystal, the method of attaching the seed crystal, and the concentration of the seed crystal slurry to be used. However, the control of these conditions is limited, and in order to synthesize a dense film without defects with good reproducibility, it is particularly important that the width of the seed crystal grain size distribution is within a specific range in the present invention.

種結晶の粒度分布は上記のとおりであるが、D50(メジアン径)は、通常0.5nm以上、好ましくは1nm以上、より好ましくは2nm以上であり、通常20μm以下、好ましくは15μm以下、より好ましくは10μm以下、さらに好ましくは5μm以下である。 The particle size distribution of the seed crystal is as described above, but D 50 (median diameter) is usually 0.5 nm or more, preferably 1 nm or more, more preferably 2 nm or more, and usually 20 μm or less, preferably 15 μm or less, more Preferably it is 10 micrometers or less, More preferably, it is 5 micrometers or less.

また、D90は、通常0.5nm以上、好ましくは1nm以上、より好ましくは2nm以上であり、通常100μm以下、好ましくは50μm以下、より好ましくは30μm以下、さらに好ましくは20μm以下である。 Further, D 90 is usually 0.5nm or more, preferably 1nm or more, more preferably 2nm or more, usually 100μm or less, preferably 50μm or less, more preferably 30μm or less, more preferably 20μm or less.

さらに、D10は、通常0.1nm以上、好ましくは0.5nm以上、より好ましくは1nm以上であり、通常20μm以下、好ましくは15μm以下、より好ましくは10μm以下、さらに好ましくは5μm以下である。 Further, D 10 is usually 0.1nm or more, preferably 0.5nm or more, more preferably 1nm or more, usually 20μm or less, preferably 15μm or less, more preferably 10μm or less, more preferably 5μm or less.

種結晶を加える方法としては、粉末のゼオライトの合成時のように、水性反応混合物中に加える方法、支持体上に種結晶を付着させておく方法などを用いることができるが、支持体上に種結晶を付着させておくことが好ましい。支持体上に予め種結晶を付着させておくことで緻密で分離性能良好なゼオライト膜が生成しやすくなる。   As a method for adding a seed crystal, a method of adding it to an aqueous reaction mixture as in the synthesis of a powdered zeolite, a method of attaching a seed crystal on a support, and the like can be used. It is preferable to attach a seed crystal. By attaching a seed crystal in advance to the support, a dense zeolite membrane with good separation performance can be easily formed.

使用する種結晶としては、結晶化を促進するゼオライトであれば種類は問わないが、効率よく結晶化させるためには形成するゼオライト膜と同じ結晶型であることが好ましい。CHA型ゼオライト膜を形成する場合は、CHA型ゼオライトの種結晶を用いることが好ましい。   The seed crystal to be used is not limited as long as it is a zeolite that promotes crystallization, but it is preferably the same crystal type as the zeolite membrane to be formed for efficient crystallization. When forming a CHA type zeolite membrane, it is preferable to use seed crystals of CHA type zeolite.

支持体上に種結晶を付着させる方法は特に限定されず、例えば、種結晶を水などの溶媒に分散させてその分散液に支持体を浸けて種結晶を付着させるディップ法や、種結晶を水などの溶媒と混合してスラリー状にしたものを支持体上に塗りこむ方法などを用いることができる。種結晶の付着量を制御し、再現性良く膜複合体を製造するにはディップ法が望ましい。   The method for attaching the seed crystal on the support is not particularly limited. For example, a dip method in which the seed crystal is dispersed in a solvent such as water and the support is immersed in the dispersion to attach the seed crystal, or a seed crystal is attached. For example, a method in which a slurry mixed with a solvent such as water is coated on a support can be used. The dip method is desirable for controlling the amount of seed crystals attached and producing a membrane composite with good reproducibility.

種結晶を分散させる溶媒は特に限定されないが、特に水が好ましい。
分散させる種結晶の量は特に限定されず、分散液の全質量に対して、通常0.01質量%以上、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.5質量%以上である。また、通常20質量%以下、好ましくは10質量%以下、より好ましくは5質量%以下、さらに好ましくは4質量%以下、とくに好ましくは3質量%以下である。
The solvent for dispersing the seed crystal is not particularly limited, but water is particularly preferable.
The amount of the seed crystal to be dispersed is not particularly limited, and is usually 0.01% by mass or more, preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.5% by mass or more with respect to the total mass of the dispersion. Moreover, it is 20 mass% or less normally, Preferably it is 10 mass% or less, More preferably, it is 5 mass% or less, More preferably, it is 4 mass% or less, Most preferably, it is 3 mass% or less.

分散させる種結晶の量が少なすぎると、支持体上に付着する種結晶の量が少ないため、水熱合成時に支持体上に部分的にゼオライトが生成しない箇所ができ、欠陥のある膜となる可能性がある。ディップ法によって支持体上に付着する種結晶の量は分散液中の種結晶の量がある程度以上でほぼ一定となるため、分散液中の種結晶の量が多すぎると、種結晶の無駄が多くなりコスト面で不利である。   If the amount of seed crystals to be dispersed is too small, the amount of seed crystals adhering to the support is small, so that a portion where no zeolite is generated on the support during hydrothermal synthesis is created, resulting in a defective film. there is a possibility. The amount of seed crystals adhering to the support by the dip method becomes almost constant when the amount of seed crystals in the dispersion is higher than a certain level, so if the amount of seed crystals in the dispersion is too large, the seed crystals are wasted. It is more disadvantageous in terms of cost.

支持体にディップ法あるいはスラリーの塗りこみによって種結晶を付着させ、乾燥した後にゼオライト膜の形成を行うことが望ましい。   It is desirable to deposit the seed crystal on the support by dipping or slurry coating, and after drying, form a zeolite membrane.

支持体上に予め付着させておく種結晶の量は特に限定されず、基材1mあたりの質量で、通常0.01g以上、好ましくは0.05g以上、より好ましくは0.1g以上であり、通常100g以下、好ましくは50g以下、より好ましくは10g以下、更に好ましくは8g以下である。 The amount of the seed crystal to be preliminarily deposited on the support is not particularly limited, and is usually 0.01 g or more, preferably 0.05 g or more, more preferably 0.1 g or more, by mass per 1 m 2 of the base material. Usually, it is 100 g or less, preferably 50 g or less, more preferably 10 g or less, still more preferably 8 g or less.

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

水熱合成により支持体上にゼオライト膜を形成する場合、支持体の固定化方法に特に制限はなく、縦置き、横置きなどあらゆる形態をとることができる。この場合、静置法でゼオライト膜を形成させてもよいし、水性反応混合物を攪拌させてゼオライト膜を形成させてもよい。   When a zeolite membrane is formed on a support by hydrothermal synthesis, there are no particular limitations on the method for immobilizing the support, and it can take any form such as vertical or horizontal placement. In this case, the zeolite membrane may be formed by a stationary method, or the aqueous reaction mixture may be stirred to form a zeolite membrane.

ゼオライト膜を形成させる際の温度は特に限定されないが、通常100℃以上、好ましくは120℃以上、更に好ましくは150℃以上であり、通常200℃以下、好ましくは190℃以下、さらに好ましくは180℃以下である。反応温度が低すぎると、ゼオライトが結晶化しないことがある。また、反応温度が高すぎると、本発明におけるゼオライトとは異なるタイプのゼオライトが生成することがある。   The temperature at which the zeolite membrane is formed is not particularly limited, but is usually 100 ° C. or higher, preferably 120 ° C. or higher, more preferably 150 ° C. or higher, usually 200 ° C. or lower, preferably 190 ° C. or lower, more preferably 180 ° C. It is as follows. If the reaction temperature is too low, the zeolite may not crystallize. Further, if the reaction temperature is too high, a type of zeolite different from the zeolite in the present invention may be produced.

加熱時間は特に限定されないが、通常1時間以上、好ましくは5時間以上、更に好ましくは10時間以上であり、通常10日間以下、好ましくは5日以下、より好ましくは3日以下、さらに好ましくは2日以下である。反応時間が短すぎるとゼオライトが結晶化しないことがある。反応時間が長すぎると、本発明におけるゼオライトとは異なるタイプのゼオライトが生成することがある。   The heating time is not particularly limited, but is usually 1 hour or more, preferably 5 hours or more, more preferably 10 hours or more, and usually 10 days or less, preferably 5 days or less, more preferably 3 days or less, and even more preferably 2 Less than a day. If the reaction time is too short, the zeolite may not crystallize. If the reaction time is too long, a type of zeolite different from the zeolite in the present invention may be produced.

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

水熱合成により得られたゼオライト膜複合体は、水洗した後に、加熱処理して、乾燥させる。ここで、加熱処理とは、熱をかけてゼオライト膜複合体を乾燥又はテンプレートを使用した場合にテンプレートを焼成することを意味する。   The zeolite membrane composite obtained by hydrothermal synthesis is washed with water, then heated and dried. Here, the heat treatment means that the template is fired when heat is applied to dry the zeolite membrane composite or the template is used.

加熱処理の温度は、乾燥を目的とする場合は通常50℃以上、好ましくは80℃以上、より好ましくは100℃以上、通常200℃以下、好ましくは150℃以下である。加熱処理の温度はテンプレートの焼成を目的とする場合、通常350℃以上、好ましくは400℃以上、より好ましくは430℃以上、更に好ましくは480℃以上であり、通常900℃以下、好ましくは850℃以下、さらに好ましくは800℃以下、特に好ましくは750℃以下である。   The temperature of the heat treatment is usually 50 ° C or higher, preferably 80 ° C or higher, more preferably 100 ° C or higher, usually 200 ° C or lower, preferably 150 ° C or lower when drying is intended. The temperature of the heat treatment is usually 350 ° C. or higher, preferably 400 ° C. or higher, more preferably 430 ° C. or higher, more preferably 480 ° C. or higher, and usually 900 ° C. or lower, preferably 850 ° C., for the purpose of firing the template. Hereinafter, it is more preferably 800 ° C or lower, particularly preferably 750 ° C or lower.

加熱時間は、ゼオライト膜が十分に乾燥、またはテンプレートが焼成する時間であれば特に限定されず、好ましくは0.5時間以上、より好ましくは1時間以上である。上限は特に限定されず、通常200時間以内、好ましくは150時間以内、より好ましくは100時間以内である。   The heating time is not particularly limited as long as the zeolite membrane is sufficiently dried or the template is calcined, and is preferably 0.5 hours or more, more preferably 1 hour or more. The upper limit is not particularly limited, and is usually within 200 hours, preferably within 150 hours, and more preferably within 100 hours.

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

焼成温度は、通常350℃以上、好ましくは400℃以上、より好ましくは430℃以上、更に好ましくは480℃以上であり、通常900℃以下、好ましくは850℃以下、さらに好ましくは800℃以下、特に好ましくは750℃以下である。焼成温度が低すぎると有機テンプレートが残っている割合が多くなる傾向があり、ゼオライトの細孔が少なく、そのために分離濃縮の際の透過流束が減少する可能性がある。焼成温度が高すぎると支持体とゼオライトの熱膨張率の差が大きくなるためゼオライト膜に亀裂が生じやすくなる可能性があり、ゼオライト膜の緻密性が失われ分離性能が低くなることがある。   The firing temperature is usually 350 ° C. or higher, preferably 400 ° C. or higher, more preferably 430 ° C. or higher, more preferably 480 ° C. or higher, usually 900 ° C. or lower, preferably 850 ° C. or lower, more preferably 800 ° C. or lower, particularly Preferably it is 750 degrees C or less. If the calcination temperature is too low, the proportion of the remaining organic template tends to increase, and the zeolite has fewer pores, which may reduce the permeation flux during separation and concentration. If the calcination temperature is too high, the difference in the coefficient of thermal expansion between the support and the zeolite becomes large, so that the zeolite membrane may be easily cracked, and the denseness of the zeolite membrane may be lost and the separation performance may be lowered.

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

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

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

ゼオライト膜は、必要に応じてイオン交換しても良い。イオン交換は、テンプレートを用いて合成した場合は、通常、テンプレートを除去した後に行う。イオン交換するイオンとしては、プロトン、Na、K、Liなどのアルカリ金属イオン、Ca2+、Mg2+、Sr2+、Ba2+などのアルカリ土類金属イオン、Fe、Cu、Znなどの遷移金属のイオンなどが挙げられる。これらの中で、プロトン、Na、K、Liなどのアルカリ金属イオンが好ましい。 The zeolite membrane may be ion exchanged as necessary. In the case of synthesizing using a template, ion exchange is usually performed after removing the template. Examples of ions to be ion-exchanged include protons, alkali metal ions such as Na + , K + and Li + , alkaline earth metal ions such as Ca 2+ , Mg 2+ , Sr 2+ and Ba 2+, and transitions such as Fe, Cu and Zn. Examples include metal ions. Among these, alkali metal ions such as proton, Na + , K + , and Li + are preferable.

イオン交換は、焼成後(テンプレートを使用した場合など)のゼオライト膜を、NHNO、NaNOなどアンモニウム塩あるいは交換するイオンを含む水溶液、場合によっては塩酸などの酸で、通常、室温から100℃の温度で処理後、水洗する方法などにより行えばよい。さらに、必要に応じて200℃〜500℃で焼成してもよい。 In ion exchange, the zeolite membrane after calcination (such as when a template is used) is replaced with an ammonium salt such as NH 4 NO 3 or NaNO 3 or an aqueous solution containing ions to be exchanged, and in some cases an acid such as hydrochloric acid. What is necessary is just to perform by the method of washing with water etc. after processing at the temperature of 100 degreeC. Furthermore, you may bake at 200 to 500 degreeC as needed.

かくして得られる多孔質支持体−ゼオライト膜複合体(加熱処理後のゼオライト膜複合体)の空気透過量[L/(m・h)]は、通常1400L/(m・h)以下、好ましくは1000L/(m・h)以下、より好ましくは700L/(m・h)以下、より好ましくは600L/(m・h)以下、さらに好ましくは500L/(m・h)以下、特に好ましくは300L/(m・h)以下、もっとも好ましくは200L/(m・h)以下である。透過量の下限は特に限定されないが、通常0.01L/(m・h)以上、好ましくは0.1L/(m・h)以上、より好ましくは1L/(m・h)以上である。 The air permeation [L / (m 2 · h)] of the porous support-zeolite membrane composite (zeolite membrane composite after heat treatment) thus obtained is usually 1400 L / (m 2 · h) or less, preferably Is 1000 L / (m 2 · h) or less, more preferably 700 L / (m 2 · h) or less, more preferably 600 L / (m 2 · h) or less, more preferably 500 L / (m 2 · h) or less, Particularly preferred is 300 L / (m 2 · h) or less, and most preferred is 200 L / (m 2 · h) or less. In lower limit of the transmission amount is not particularly limited, it is generally 0.01L / (m 2 · h) or more, preferably 0.1L / (m 2 · h) or more, more preferably 1L / (m 2 · h) or higher is there.

ここで、空気透過量とは、実施例で詳述するとおり、ゼオライト膜複合体を絶対圧5kPaの真空ラインに接続した時の空気の透過量[L/(m・h)]である。 Here, the air permeation amount is the air permeation amount [L / (m 2 · h)] when the zeolite membrane composite is connected to a vacuum line with an absolute pressure of 5 kPa, as described in detail in the examples.

本発明の方法により得られるゼオライト膜複合体は、上記のとおり優れた特性をもつものであり、本発明の分離方法における膜分離手段として好適に用いることができる。   The zeolite membrane composite obtained by the method of the present invention has excellent characteristics as described above, and can be suitably used as a membrane separation means in the separation method of the present invention.

(分離方法)
本発明の分離方法は、有機物を含む気体または液体の混合物を、上記多孔質支持体―ゼオライト膜複合体に接触させて、該混合物から、透過性の高い物質を透過させて分離することに特徴をもつものである。この発明において、多孔質支持体―ゼオライト膜複合体は、上記と同様のものが用いられる。また、好ましいものも上記と同様である。
(Separation method)
The separation method of the present invention is characterized in that a gas or liquid mixture containing an organic substance is brought into contact with the porous support-zeolite membrane complex to separate a highly permeable substance from the mixture. It has something. In the present invention, the same porous support-zeolite membrane composite as described above is used. The preferable ones are also the same as described above.

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

例えば、水と有機物の混合物の場合、通常水がゼオライト膜に対する透過性が高いので、混合物から水が分離され、有機物は元の混合物中で濃縮される。パーベーパレーション法(浸透気化法)、ベーパーパーミエーション法(蒸気透過法)と呼ばれる分離・濃縮方法は、本発明の分離方法におけるひとつの実施形態である。   For example, in the case of a mixture of water and organic matter, water is usually highly permeable to the zeolite membrane, so water is separated from the mixture and the organic matter is concentrated in the original mixture. A separation / concentration method called a pervaporation method (pervaporation method) or a vapor permeation method (vapor permeation method) is one embodiment of the separation method of the present invention.

前記多孔質支持体−ゼオライト膜複合体を分離膜として用いることにより、実用上も十分な処理量をもち、十分な分離性能をもつ膜分離が可能となる。   By using the porous support-zeolite membrane composite as a separation membrane, it is possible to carry out membrane separation with a sufficient amount of treatment and sufficient separation performance.

ここで、十分な処理量とは、膜を透過する物質の透過流束が1kg/(m・h)以上であることをいう。また十分な分離の性能とは、次式で表される分離係数が100以上であること、あるいは透過液中の主成分の濃度が95質量%以上であることをいう。 Here, the sufficient amount of treatment means that the permeation flux of the substance that permeates the membrane is 1 kg / (m 2 · h) or more. The sufficient separation performance means that the separation coefficient represented by the following formula is 100 or more, or the concentration of the main component in the permeate is 95% by mass or more.

分離係数=(Pα/Pβ)/(Fα/Fβ)
[ここで、Pαは透過液中の主成分の質量パーセント濃度示し、Pβは透過液中の副成分の質量パーセント濃度を示し、Fαは透過液において主成分となる成分の被分離混合物中の質量パーセント濃度を示し、Fβは透過液において副成分となる成分の被分離混合物中の質量パーセント濃度を示す。]
Separation factor = (Pα / Pβ) / (Fα / Fβ)
[Wherein Pα represents the mass percentage concentration of the main component in the permeate, Pβ represents the mass percent concentration of the subcomponent in the permeate, and Fα represents the mass of the component that is the main component in the permeate in the separated mixture. The percentage concentration is indicated, and Fβ is the weight percentage concentration in the separated mixture of the components that are subcomponents in the permeate. ]

さらに具体的には、透過流束は、例えば、含水率30質量%の2−プロパノールと水の混合物を70℃において、1気圧(1.01×10Pa)の圧力差で透過させた場合、通常1kg/(m・h)以上、好ましくは3kg/(m・h)以上、より好ましくは、5kg/(m・h)以上であることをいう。透過流束の上限は特に限定されず、通常20kg/(m・h)以下、好ましくは15kg/(m・h)以下である。 More specifically, the permeation flux is, for example, when a mixture of 2-propanol and water having a water content of 30% by mass is permeated at 70 ° C. with a pressure difference of 1 atm (1.01 × 10 5 Pa). In general, it means 1 kg / (m 2 · h) or more, preferably 3 kg / (m 2 · h) or more, more preferably 5 kg / (m 2 · h) or more. The upper limit of the permeation flux is not particularly limited, and is usually 20 kg / (m 2 · h) or less, preferably 15 kg / (m 2 · h) or less.

また、高い透過性能をパーミエンスで表す事もできる。パーミエンスとは、透過する物質の物質量を膜面積と時間と透過する物質の分圧差の積で割ったものである。パーミエンスの単位で表した場合、例えば、含水率30質量%の2−プロパノールと水の混合物を70℃において、1気圧(1.01×10Pa)の圧力差で透過させた場合の水のパーミエンスは、通常3×10−7mol/(m・s・Pa)以上、好ましくは5×10−7mol/(m・s・Pa)以上、より好ましくは1×10−6mol/(m・s・Pa)以上、とくに好ましくは2×10−6mol/(m・s・Pa)以上である。水のパーミエンスの上限は特に限定されず、通常1×10−4mol/(m・s・Pa)以下、好ましくは5×10−5mol/(m・s・Pa)以下である。 In addition, high transmission performance can be expressed by permeance. Permeance is obtained by dividing the amount of substance permeated by the product of the membrane area, time and the partial pressure difference of the permeating substance. When expressed in units of permeance, for example, water in a case where a mixture of 2-propanol having a water content of 30% by mass and water is permeated at 70 ° C. with a pressure difference of 1 atm (1.01 × 10 5 Pa). The permeance is usually 3 × 10 −7 mol / (m 2 · s · Pa) or more, preferably 5 × 10 −7 mol / (m 2 · s · Pa) or more, more preferably 1 × 10 −6 mol / (M 2 · s · Pa) or more, particularly preferably 2 × 10 −6 mol / (m 2 · s · Pa) or more. The upper limit of the water permeance is not particularly limited, and is usually 1 × 10 −4 mol / (m 2 · s · Pa) or less, preferably 5 × 10 −5 mol / (m 2 · s · Pa) or less.

さらに、分離係数は、例えば、含水率30質量%の2−プロパノールと水の混合物を70℃において、1気圧(1.01×10Pa)の圧力差で透過させた場合、通常1000以上、好ましくは4000以上、より好ましくは10000以上、特に好ましくは20000以上である。分離係数の上限は完全に水しか透過しない場合であり、その場合は無限大となるが、好ましくは10000000以下、より好ましくは1000000以下である。 Furthermore, the separation factor is, for example, usually 1000 or more when a mixture of 2-propanol and water having a water content of 30% by mass is permeated at 70 ° C. with a pressure difference of 1 atm (1.01 × 10 5 Pa). Preferably it is 4000 or more, More preferably, it is 10,000 or more, Most preferably, it is 20000 or more. The upper limit of the separation factor is the case where only water is completely transmitted. In this case, the separation factor is infinite, but is preferably 10000000 or less, more preferably 1000000 or less.

分離対象が、水と有機物の混合物(以下これを「含水有機化合物」ということがある。)の場合、混合物中の含水率は、通常20質量%以上、好ましくは30質量%以上、より好ましくは45質量%以上であり、通常95質量%以下、好ましくは80質量%以下、より好ましくは70質量%以下である。   When the object to be separated is a mixture of water and an organic substance (hereinafter sometimes referred to as “hydrous organic compound”), the water content in the mixture is usually 20% by mass or more, preferably 30% by mass or more, more preferably It is 45 mass% or more, and is 95 mass% or less normally, Preferably it is 80 mass% or less, More preferably, it is 70 mass% or less.

本発明の分離方法では、ゼオライト膜を透過する物質は、通常水であるため、含水率が少なくなると処理量が低下するため効率的でない。また含水率が多すぎると濃縮に必要な膜が大面積となり(膜が管状に形成されている場合は数が多くなり)経済的な効果が小さくなる。   In the separation method of the present invention, since the substance that permeates the zeolite membrane is usually water, if the water content decreases, the amount of treatment decreases, which is not efficient. On the other hand, if the water content is too high, the membrane required for concentration becomes a large area (in the case where the membrane is formed in a tubular shape, the number is increased), and the economic effect is reduced.

含水有機化合物としては、適当な水分調節方法により、予め含水率を調節したものであってもよい。この場合、好ましい含水率は上記と同様である。また、水分調節方法としては、それ自体既知の方法、例えば、蒸留、圧力スイング吸着(PSA)、温度スイング吸着(TSA)、デシカントシステムなどが挙げられる。   As a water-containing organic compound, the water content may be adjusted in advance by an appropriate water adjustment method. In this case, the preferred water content is the same as described above. Examples of the moisture adjustment method include methods known per se, such as distillation, pressure swing adsorption (PSA), temperature swing adsorption (TSA), and desiccant system.

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

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

これらの中で、特にアルコール、エーテル、ケトン、アルデヒド、アミドから選ばれる少なくとも一種を含有する有機化合物が望ましい。これら有機化合物の中で、炭素数が2から10のものが好ましく、炭素数が3から8のものがより好ましい。   Among these, an organic compound containing at least one selected from alcohol, ether, ketone, aldehyde, and amide is particularly desirable. Among these organic compounds, those having 2 to 10 carbon atoms are preferable, and those having 3 to 8 carbon atoms are more preferable.

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

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

本発明のゼオライト膜複合体は、耐酸性を有するため、水と酢酸など有機酸の混合物からの水分離、エステル化反応促進のための水分離などにも有効に利用できる。   Since the zeolite membrane composite of the present invention has acid resistance, it can be effectively used for water separation from a mixture of water and an organic acid such as acetic acid and water separation for promoting esterification reaction.

本発明の分離方法は、前記ゼオライト膜複合体を用いて、適当な分離装置を作製し、それに有機化合物を含む気体または液体の混合物を導入することにより行えばよい。これら分離装置は、それ自体既知の部材により作製することができる。   The separation method of the present invention may be carried out by preparing a suitable separation device using the zeolite membrane composite and introducing a gas or liquid mixture containing an organic compound into the separation device. These separation devices can be made of a member known per se.

以下、実施例に基づいて本発明を更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
なお、以下の実施例及び比較例において、物性や分離性能等の測定は、次のとおり行った。
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example, this invention is not limited to a following example, unless the summary is exceeded.
In the following examples and comparative examples, measurements of physical properties and separation performance were performed as follows.

(1)粒度分布の測定
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
(1) Measurement of particle size distribution The particle size distribution of the seed crystal was measured under the following conditions.
-Device name: Laser diffraction particle size distribution measuring device LA-500 (manufactured by Horiba Ltd.)
・ Measurement method: Combined use of Franhofer diffraction theory and Mie scattering theory ・ Measurement range: 0.1 to 200 μm
-Light source: He-Ne laser (632.8 nm)
・ Detector: Ring-shaped silicon photodiode ・ Dispersed 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通常0.01gである。種結晶を入れた後、超音波を10分間かけて分散液中の種結晶の凝集を取き、フロー方式で測定した。   The dispersion for measuring the particle size distribution of the seed crystal is obtained by circulating the dispersion through the flow cell while stirring with a stirrer in the ultrasonic dispersion bath of the measuring device, and the intensity of the light transmitted through the dispersion is high. It was prepared by adding a seed crystal to water in an ultrasonic dispersion bath so as to fall within the appropriate light intensity range displayed on the apparatus. The amount of water as a dispersion solvent at this time is usually 250 ml, and the seed crystal to be dispersed is usually 0.01 g. After putting the seed crystal, ultrasonic waves were taken for 10 minutes to aggregate the seed crystal in the dispersion, and measurement was performed by a flow method.

得られた累積分布図(体積基準、粒子径の小さいものから積算)で、50%の高さを与える直径(メジアン径)をD50、10%の高さを与える直径をD10、90%の高さを与える直径をD90とした。 In the obtained cumulative distribution chart (volume basis, integration from the smallest particle diameter), the diameter (median diameter) giving a height of 50% is D 50 , and the diameter giving a height of 10% is D 10 , 90% the diameter or give height and D 90.

(2)X線回折(XRD)の測定
ゼオライト膜のXRD測定を、以下の条件で行った。
・装置名:オランダPANalytical社製X’PertPro MPD
・光学系仕様 入射側:封入式X線管球(CuKα)
Soller Slit (0.04rad)
Divergence Slit (Valiable Slit)
試料台:XYZステージ
受光側:半導体アレイ検出器(X’ Celerator)
Ni−filter
Soller Slit (0.04rad)
ゴニオメーター半径:240mm
・測定条件 X線出力(CuKα):45kV、40mA
走査軸:θ/2θ
走査範囲(2θ):5.0−70.0°
測定モード:Continuous
読込幅:0.05°
計数時間:99.7sec
自動可変スリット(Automatic−DS):1mm(照射幅)
横発散マスク:10mm(照射幅)
(2) Measurement of X-ray diffraction (XRD) XRD measurement of the zeolite membrane was performed under the following conditions.
-Device name: X'PertPro MPD manufactured by PANalytical, the Netherlands
Optical system specifications Incident side: Enclosed X-ray tube (CuKα)
Soller Slit (0.04 rad)
Divergence Slit (Variable Slit)
Sample stage: XYZ stage
Light receiving side: Semiconductor array detector (X 'Celerator)
Ni-filter
Soller Slit (0.04 rad)
Goniometer radius: 240mm
Measurement conditions X-ray output (CuKα): 45 kV, 40 mA
Scanning axis: θ / 2θ
Scanning range (2θ): 5.0-70.0 °
Measurement mode: Continuous
Reading width: 0.05 °
Counting time: 99.7 sec
Automatic variable slit (Automatic-DS): 1 mm (irradiation width)
Lateral divergence mask: 10 mm (irradiation width)

なお、X線は円筒管の軸方向に対して垂直な方向に照射した。またX線は、できるだけノイズ等がはいらないように、試料台においた円筒管状の膜複合体と、試料台表面と平行な面とが接する2つのラインのうち、試料台表面ではなく、試料台表面より上部にあるもう一方のライン上に主にあたるようにした。   X-rays were irradiated in a direction perpendicular to the axial direction of the cylindrical tube. Also, the X-ray is not the sample table surface, but the sample table surface, out of the two lines where the cylindrical tubular membrane complex placed on the sample table and the plane parallel to the sample table surface are in contact with each other so that noise and the like are not introduced as much as possible. It was made to hit mainly on the other line above the surface.

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

(4)SEM−EDX測定
SEM−EDX測定は以下の条件に基づき行った。
・装置名:SEM:FE−SEM Hitachi:S−4800
EDX:EDAX Genesis
・加速電圧:10kV
倍率5000倍での視野全面(25μm×18μm)を走査し、X線定量分析を行った。
(4) SEM-EDX measurement SEM-EDX measurement was performed based on the following conditions.
-Device name: SEM: FE-SEM Hitachi: S-4800
EDX: EDAX Genesis
・ Acceleration voltage: 10 kV
The entire field of view (25 μm × 18 μm) at a magnification of 5000 was scanned, and X-ray quantitative analysis was performed.

(5)パーベーパレーション法
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において、ゼオライト膜複合体5は真空ポンプ9によって内側が減圧され、被分離液4が接触している外側と圧力差が約1気圧になっている。この圧力差によって被分離液4中透過物質の水がゼオライト膜複合体5に浸透気化して透過する。透過した物質はトラップ7で捕集される。一方、被分離液4中の有機化合物は、ゼオライト膜複合体5の外側に滞留する。
(5) Pervaporation method FIG. 1 shows a schematic diagram of an apparatus used for the pervaporation method. In FIG. 1, the inside of the zeolite membrane composite 5 is depressurized by a vacuum pump 9, and the pressure difference from the outside in contact with the liquid to be separated 4 is about 1 atm. Due to this pressure difference, the permeated water in the liquid to be separated 4 permeates and permeates into the zeolite membrane composite 5. The permeated material is collected by the trap 7. On the other hand, the organic compound in the liquid to be separated 4 stays outside the zeolite membrane composite 5.

一定時間ごとに、トラップ7に捕集した透過液の質量測定および組成分析、被分離液4の組成分析を行い、それらの値を用いて各時間の分離係数、透過流束、水のパーミエンスなどを前記のとおり算出した。なお、組成分析はガスクロマトグラフにより行った。   At regular intervals, mass measurement and composition analysis of the permeate collected in the trap 7 and composition analysis of the liquid 4 to be separated are performed, and using these values, the separation factor, permeation flux, water permeance, etc. Was calculated as described above. The composition analysis was performed by gas chromatography.

[実施例1]
(種結晶1の合成)
組成(モル比)が、SiO/Al/NaOH/KOH/HO/TMADAOH=1/0.033/0.1/0.06/40/0.07の水熱合成用の反応混合物を次のとおり調製した。なお、上記組成中のTMADAOHは、有機テンプレートとして用いた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である(以下同様)。
[Example 1]
(Synthesis of seed crystal 1)
For hydrothermal synthesis having a composition (molar ratio) of SiO 2 / Al 2 O 3 / NaOH / KOH / H 2 O / TMADAOH = 1 / 0.033 / 0.1 / 0.06 / 40 / 0.07 The reaction mixture was prepared as follows. TMADAOH in the above composition is N, N, N-trimethyl-1-adamantanammonium hydroxide used as an organic template (the same applies hereinafter).

1mol/L−NaOH水溶液15gと1mol/L−KOH水溶液9gと水64gを混合したものに水酸化アルミニウム(Al 53.5質量%含有、アルドリッチ社製)0.94gを加えて撹拌し溶解させ、透明溶液とした。これにTMADAOH水溶液(TMADAOH25質量%含有、セイケム社製)8.9gを加え、さらにコロイダルシリカ(日産化学社製 スノーテック−40)22.5gを加えて2時間撹拌し、反応混合物とした。 To a mixture of 15 g of 1 mol / L-NaOH aqueous solution, 9 g of 1 mol / L-KOH aqueous solution and 64 g of water, 0.94 g of aluminum hydroxide (containing 53.5% by mass of Al 2 O 3 , manufactured by Aldrich) was added and stirred. Dissolved to give a clear solution. To this was added 8.9 g of TMADAOH aqueous solution (containing 25% by mass of TMADAOH, manufactured by Seychem), and further 22.5 g of colloidal silica (Snowtech-40 manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd.) was added and stirred for 2 hours to obtain a reaction mixture.

上記反応混合物の入ったテフロン(登録商標)製内筒(200ml)を、オートクレーブに入れて密閉し、160℃で5日間、自生圧力下で加熱した。オートクレーブを、所定時間、15rpmで撹拌後に放冷した。反応混合物を取り出して濾過、洗浄し、100℃で5時間以上乾燥させた。得られたゼオライト結晶は10gであった。   A Teflon (registered trademark) inner cylinder (200 ml) containing the reaction mixture was sealed in an autoclave and heated at 160 ° C. for 5 days under autogenous pressure. The autoclave was allowed to cool after stirring at 15 rpm for a predetermined time. The reaction mixture was taken out, filtered and washed, and dried at 100 ° C. for 5 hours or more. The obtained zeolite crystal was 10 g.

上記で得られたゼオライト結晶0.2gを、種結晶として透明溶液に加えた以外は、上記と同様に水熱合成用の反応混合物を調製した。   A reaction mixture for hydrothermal synthesis was prepared in the same manner as above except that 0.2 g of the zeolite crystals obtained above was added as a seed crystal to the transparent solution.

上記反応混合物の入ったテフロン(登録商標)製内筒(200ml)を、オートクレーブに入れて密閉し、160℃で48時間、自生圧力下で加熱した。オートクレーブを、所定時間、15rpmで撹拌した後に放冷した。反応混合物を取り出して濾過、洗浄し、100℃で5時間以上乾燥させ、ゼオライト結晶10gを得た。このゼオライト結晶を、メノウ乳鉢を用いて粉砕し、種結晶1とした。種結晶1のD90は5.0μm、D10は1.5μm、D50(メディアン径)は2.6μm、(D90−D10)/D50は1.4であった。 A Teflon (registered trademark) inner cylinder (200 ml) containing the reaction mixture was sealed in an autoclave and heated at 160 ° C. for 48 hours under an autogenous pressure. The autoclave was allowed to cool after being stirred at 15 rpm for a predetermined time. The reaction mixture was taken out, filtered, washed, and dried at 100 ° C. for 5 hours or more to obtain 10 g of zeolite crystals. This zeolite crystal was pulverized using an agate mortar to obtain seed crystal 1. D 90 of seed crystal 1 was 5.0 μm, D 10 was 1.5 μm, D 50 (median diameter) was 2.6 μm, and (D 90 -D 10 ) / D 50 was 1.4.

(多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体1の作製と物性測定)
水熱合成用の反応混合物を次のとおり調製した。
1mol/L−NaOH水溶液13.2gと1mol/L−KOH水溶液13.2gと水90.2gを混合したものに水酸化アルミニウム(Al 53.5質量%含有、アルドリッチ社製)1.39gを加えて撹拌し溶解させ、透明溶液とした。これにTMADAOH水溶液(TMADAOH25質量%含有、セイケム社製)2.98gを加え、さらにコロイダルシリカ(日産化学社製 スノーテック−40)13.2gを加えて2時間撹拌し、反応混合物とした。
(Preparation of porous support-CHA type zeolite membrane composite 1 and measurement of physical properties)
A reaction mixture for hydrothermal synthesis was prepared as follows.
Aluminum hydroxide (containing 53.5% by mass of Al 2 O 3 , manufactured by Aldrich) mixed with 13.2 g of 1 mol / L-NaOH aqueous solution, 13.2 g of 1 mol / L-KOH aqueous solution and 90.2 g of water 39 g was added, stirred and dissolved to obtain a transparent solution. To this was added 2.98 g of TMADAOH aqueous solution (containing 25% by mass of TMADAOH, manufactured by Seychem), and further 13.2 g of colloidal silica (Snowtech-40 manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd.) was added and stirred for 2 hours to obtain a reaction mixture.

この反応混合物の組成(モル比)は、SiO/Al/NaOH/KOH/HO/TMADAOH=1/0.083/0.15/0.15/80/0.04、SiO/Al=12である。 The composition (molar ratio) of this reaction mixture was SiO 2 / Al 2 O 3 / NaOH / KOH / H 2 O / TMADAOH = 1 / 0.083 / 0.15 / 0.15 / 80 / 0.04, SiO 2 2 / Al 2 O 3 = 12.

無機多孔質支持体として、ニッカトー社製のムライトチューブPM(外径12mm、内径9mm)を、80mmの長さに切断した後、超音波洗浄機で洗浄し、乾燥させたものを用いた。   As an inorganic porous support, a mullite tube PM (outer diameter 12 mm, inner diameter 9 mm) manufactured by Nikkato Co., Ltd. was cut into a length of 80 mm, washed with an ultrasonic cleaner, and dried.

上記で合成した種結晶1を0.6質量%で水に分散させたスラリーに、上記支持体を浸漬した後、100℃で5時間以上乾燥させて種結晶を付着させた。付着した種結晶の質量は0.7g/mであった。 The support was immersed in a slurry in which the seed crystal 1 synthesized above was dispersed in water at 0.6% by mass, and then dried at 100 ° C. for 5 hours or more to attach the seed crystal. The mass of the attached seed crystal was 0.7 g / m 2 .

種結晶を付着させた支持体を、上記反応混合物の入ったテフロン(登録商標)製内筒(200ml)に垂直方向に浸漬してオートクレーブを密閉し、静置状態で、160℃で48時間、自生圧力下で加熱した。所定時間経過後に放冷し、支持体−ゼオライト膜複合体を反応混合物から取り出し、洗浄後、100℃で5時間以上乾燥させた。   The support to which the seed crystal was attached was immersed in a Teflon (registered trademark) inner cylinder (200 ml) containing the reaction mixture in the vertical direction to seal the autoclave, and left standing at 160 ° C. for 48 hours. Heated under autogenous pressure. After the elapse of a predetermined time, the mixture was allowed to cool, the support-zeolite membrane complex was taken out of the reaction mixture, washed, and dried at 100 ° C. for 5 hours or more.

テンプレート焼成前のゼオライトの膜複合体を電気炉に入れ、500℃で5時間焼成した。焼成後のゼオライト膜複合体1の質量と支持体の質量の差から求めた、支持体上に結晶化したCHA型ゼオライトの質量は180g/mであった。 The zeolite membrane composite before template firing was placed in an electric furnace and fired at 500 ° C. for 5 hours. The mass of the CHA-type zeolite crystallized on the support, which was determined from the difference between the mass of the zeolite membrane composite 1 after calcination and the mass of the support, was 180 g / m 2 .

ゼオライト膜複合体1の空気透過量は460L/(m・h)であった。 The air permeation amount of the zeolite membrane composite 1 was 460 L / (m 2 · h).

生成した膜のXRDを測定したところCHA型ゼオライトが生成していることがわかった。   When XRD of the produced membrane was measured, it was found that CHA-type zeolite was produced.

[実施例2]
(種結晶2の合成)
組成(モル比)が、SiO/Al/NaOH/KOH/HO/TMADAOH=1/0.033/0.1/0.06/60/0.07の水熱合成用の反応混合物を次のとおり調製した。
[Example 2]
(Synthesis of seed crystal 2)
For hydrothermal synthesis having a composition (molar ratio) of SiO 2 / Al 2 O 3 / NaOH / KOH / H 2 O / TMADAOH = 1 / 0.033 / 0.1 / 0.06 / 60 / 0.07 The reaction mixture was prepared as follows.

1mol/L−NaOH水溶液40gと1mol/L−KOH水溶液24gと水314gを混合したものに水酸化アルミニウム(Al 53.5質量%含有、アルドリッチ社製)2.5gを加えて撹拌し溶解させ、透明溶液とした。これにTMADAOH水溶液(TMADAOH25質量%含有、セイケム社製)23.7gを加え、さらにコロイダルシリカ(日産化学社製 スノーテック−40)60gを加えて2時間撹拌し、反応混合物とした。 To a mixture of 40 g of 1 mol / L-NaOH aqueous solution, 24 g of 1 mol / L-KOH aqueous solution, and 314 g of water, 2.5 g of aluminum hydroxide (containing 53.5 mass% of Al 2 O 3 , manufactured by Aldrich) was added and stirred. Dissolved to give a clear solution. To this was added 23.7 g of TMADAOH aqueous solution (containing 25% by mass of TMADAOH, manufactured by Sechem Co.), 60 g of colloidal silica (Snowtech-40 manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd.) was added, and the mixture was stirred for 2 hours to obtain a reaction mixture.

上記反応混合物の入ったテフロン(登録商標)製内筒(1L)を、1Lの誘導攪拌式オートクレーブに入れて密閉し、アンカー翼を用いて150rpmで攪拌し、160℃で48時間、自生圧力下で加熱した。所定時間経過後に放冷し、反応混合物を取り出して濾過、洗浄し、100℃で5時間以上乾燥させ、ゼオライト結晶28gを得た。このゼオライト結晶を、メノウ乳鉢を用いて粉砕し、種結晶2とした。種結晶2のD90は12.1μm、D10は3.5μm、D50(メディアン径)は7.2μm、(D90−D10)/D50は1.2であった。 The Teflon (registered trademark) inner cylinder (1 L) containing the reaction mixture was sealed in a 1 L induction stirring autoclave, stirred at 150 rpm using an anchor blade, and heated at 160 ° C. for 48 hours under autogenous pressure. And heated. The mixture was allowed to cool after a predetermined time, and the reaction mixture was taken out, filtered, washed, and dried at 100 ° C. for 5 hours or more to obtain 28 g of zeolite crystals. This zeolite crystal was pulverized using an agate mortar to obtain seed crystal 2. D 90 of seed crystal 2 was 12.1 μm, D 10 was 3.5 μm, D 50 (median diameter) was 7.2 μm, and (D 90 -D 10 ) / D 50 was 1.2.

(多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体2の作製と物性測定)
実施例1と同様の組成の水熱合成用の反応混合物を調製した。無機多孔質支持体としてニッカトー社製のムライトチューブPM(外径12mm、内径9mm)を、80mmの長さに切断した後、外表面を#800の紙やすりを用いて研磨し、研磨した多孔質支持体を超音波洗浄機で洗浄したのち120℃で2時間乾燥させたものを用いた。
(Preparation of porous support-CHA type zeolite membrane composite 2 and measurement of physical properties)
A reaction mixture for hydrothermal synthesis having the same composition as in Example 1 was prepared. A porous mullite tube PM (outer diameter 12 mm, inner diameter 9 mm) manufactured by Nikkato Co., Ltd. as an inorganic porous support was cut to a length of 80 mm, and the outer surface was polished with a # 800 sandpaper. The support was washed with an ultrasonic cleaner and dried at 120 ° C. for 2 hours.

上記で合成した種結晶2を3質量%で水に分散させたスラリーに、上記支持体を浸漬した後、実施例1と同様の条件で乾燥させて種結晶を付着させた。付着した種結晶の質量は1.8g/mであった。 The support was immersed in a slurry in which the seed crystal 2 synthesized above was dispersed in water at 3% by mass, and then dried under the same conditions as in Example 1 to adhere the seed crystal. The mass of the attached seed crystal was 1.8 g / m 2 .

種結晶2を付着させた支持体上に、実施例1と同様の条件で、ゼオライト膜を形成させた後に、焼成することにより、ゼオライト膜複合体2を得た。焼成後の膜複合体の質量と支持体の質量の差から求めた、支持体上に結晶化したCHA型ゼオライトの質量は160g/mであった。 A zeolite membrane was formed on the support to which the seed crystal 2 was adhered under the same conditions as in Example 1 and then baked to obtain a zeolite membrane composite 2. The mass of the CHA-type zeolite crystallized on the support, which was determined from the difference between the mass of the membrane composite after firing and the mass of the support, was 160 g / m 2 .

ゼオライト膜複合体2の空気透過量は、430L/(m・h)であった。 The air permeation amount of the zeolite membrane composite 2 was 430 L / (m 2 · h).

生成した膜のXRDを測定したところCHA型ゼオライトが生成していることがわかった。   When XRD of the produced membrane was measured, it was found that CHA-type zeolite was produced.

[実施例3]
実施例2で得たゼオライト膜複合体2を用いて、パーベーパレーション法により70℃の水/酢酸混合溶液(50/50質量%)から水を選択的に透過させる分離を行った。
[Example 3]
The zeolite membrane composite 2 obtained in Example 2 was subjected to separation by selectively permeating water from a 70 ° C. water / acetic acid mixed solution (50/50 mass%) by a pervaporation method.

透過開始から5時間後の透過成績は、透過流束:3.4kg/(m・h)、分離係数:300、透過液中の水の濃度:99.62質量%であった。水のパーミエンスで表すと、2.1×10−6mol/(m・s・Pa)であった。 The permeation performance 5 hours after the start of permeation was permeation flux: 3.4 kg / (m 2 · h), separation factor: 300, and water concentration in the permeate: 99.62% by mass. The water permeance was 2.1 × 10 −6 mol / (m 2 · s · Pa).

[実施例4]
(種結晶3の合成)
組成(モル比)が、SiO/Al/NaOH/KOH/HO/TMADAOH=1/0.066/0.15/0.1/100/0.1の水熱合成用の反応混合物を次のとおり調製した。
[Example 4]
(Synthesis of seed crystal 3)
For hydrothermal synthesis having a composition (molar ratio) of SiO 2 / Al 2 O 3 / NaOH / KOH / H 2 O / TMADAOH = 1 / 0.066 / 0.15 / 0.1 / 100 / 0.1 The reaction mixture was prepared as follows.

1mol/L−NaOH水溶液48gと1mol/L−KOH水溶液32gと水447gを混合したものに水酸化アルミニウム(Al 53.5質量%含有、アルドリッチ社製)4.0gを加えて撹拌し溶解させ、透明溶液とした。これにTMADAOH)水溶液(TMADAOH25質量%含有、セイケム社製)27gを加え、さらにコロイダルシリカ(日産化学社製 スノーテック−40)48gを加え、さらに実施例1で種結晶1を合成するために使用した種結晶を0.007g加え2時間撹拌し、反応混合物とした。 To a mixture of 48 g of 1 mol / L-NaOH aqueous solution, 32 g of 1 mol / L-KOH aqueous solution and 447 g of water, 4.0 g of aluminum hydroxide (containing 53.5 mass% of Al 2 O 3 , manufactured by Aldrich) was added and stirred. Dissolved to give a clear solution. To this, 27 g of TMADAOH) aqueous solution (containing 25% by mass of TMADAOH, manufactured by Sechem Co.) was added, and 48 g of colloidal silica (Snowtech-40 manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd.) was further added, and further used to synthesize seed crystal 1 in Example 1. 0.007 g of the obtained seed crystal was added and stirred for 2 hours to obtain a reaction mixture.

上記反応混合物の入ったテフロン(登録商標)製内筒を、1Lの誘導攪拌式オートクレーブに入れて密閉し、アンカー翼を用いて200rpmで攪拌し、160℃で48時間、自生圧力下で加熱した。所定時間経過後に放冷し、反応混合物を取り出して濾過、洗浄したのち100℃で5時間以上乾燥させ、ゼオライト結晶22gを得た。このゼオライト結晶を、メノウ乳鉢を用いて粉砕し、種結晶3とした。種結晶3のD90は6.1μm、D10は1.8μm、D50(メディアン径)は3.5μm、(D90−D10)/D50は1.3であった。 A Teflon (registered trademark) inner cylinder containing the reaction mixture was sealed in a 1 L induction stirring autoclave, stirred at 200 rpm using an anchor blade, and heated at 160 ° C. for 48 hours under an autogenous pressure. . The mixture was allowed to cool after a predetermined time, and the reaction mixture was taken out, filtered, washed and dried at 100 ° C. for 5 hours or more to obtain 22 g of zeolite crystals. This zeolite crystal was pulverized using an agate mortar to obtain seed crystal 3. D 90 of seed crystal 3 was 6.1 μm, D 10 was 1.8 μm, D 50 (median diameter) was 3.5 μm, and (D 90 -D 10 ) / D 50 was 1.3.

(多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体3の作製と物性測定)
水熱合成用の反応混合物を次のとおり調製した。
1mol/L−NaOH水溶液10.5gと1mol/L−KOH水溶液7.0gと水100gを混合したものに水酸化アルミニウム(Al 53.5質量%含有、アルドリッチ社製)0.88gを加えて撹拌し溶解させ、透明溶液とした。これにTMADAOH水溶液(TMADAOH25質量%含有、セイケム社製)2.38gを加え、さらにコロイダルシリカ(日産化学社製スノーテック−40)10.5gを加えて2時間撹拌し、反応混合物とした。
(Preparation of porous support-CHA-type zeolite membrane composite 3 and measurement of physical properties)
A reaction mixture for hydrothermal synthesis was prepared as follows.
To a mixture of 10.5 g of 1 mol / L-NaOH aqueous solution, 7.0 g of 1 mol / L-KOH aqueous solution and 100 g of water, 0.88 g of aluminum hydroxide (containing 53.5% by mass of Al 2 O 3 , manufactured by Aldrich) In addition, the mixture was stirred and dissolved to obtain a transparent solution. To this was added 2.38 g of a TMADAOH aqueous solution (containing 25% by mass of TMADAOH, manufactured by Seychem), and further 10.5 g of colloidal silica (Snowtech-40 manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd.) was added and stirred for 2 hours to obtain a reaction mixture.

この反応混合物の組成(モル比)は、SiO/Al/NaOH/KOH/HO/TMADAOH=1/0.066/0.15/0.1/100/0.04、SiO/Al=15であった。 The composition (molar ratio) of this reaction mixture was SiO 2 / Al 2 O 3 / NaOH / KOH / H 2 O / TMADAOH = 1 / 0.066 / 0.15 / 0.1 / 100 / 0.04, SiO 2 2 / Al 2 O 3 = 15.

支持体として、実施例2と同様のものを、同様に処理して用いた。
上記で合成した種結晶3を4質量%で水に分散させたスラリーに、上記支持体を浸漬した後、実施例1と同様の条件で乾燥させて種結晶を付着させた。付着した種結晶の質量は5.2g/mであった。
The same support as in Example 2 was used after being treated in the same manner.
The support was immersed in a slurry in which the seed crystal 3 synthesized above was dispersed in water at 4% by mass, and then dried under the same conditions as in Example 1 to attach the seed crystal. The mass of the attached seed crystal was 5.2 g / m 2 .

種結晶3を付着させた支持体上に、実施例1と同様の条件で、ゼオライト膜を形成させた後に焼成することにより、ゼオライト膜複合体3を得た。焼成後の膜複合体の質量と支持体の質量の差から求めた、支持体上に結晶化したCHA型ゼオライトの質量は130g/mであった。 A zeolite membrane composite 3 was obtained by forming a zeolite membrane on the support to which the seed crystal 3 was adhered under the same conditions as in Example 1 and then firing. The mass of the CHA-type zeolite crystallized on the support, which was determined from the difference between the mass of the membrane composite after firing and the mass of the support, was 130 g / m 2 .

ゼオライト膜複合体3の空気透過量は50L/(m・h)であった。 The air permeation amount of the zeolite membrane composite 3 was 50 L / (m 2 · h).

生成した膜のXRDを測定したところCHA型ゼオライトが生成していることがわかった。   When XRD of the produced membrane was measured, it was found that CHA-type zeolite was produced.

SEM−EDXにより測定した、ゼオライト膜のSiO/Alモル比は17であった。 The SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite membrane measured by SEM-EDX was 17.

[実施例5]
実施例4で得たゼオライト膜複合体3を用いて、パーベーパレーション法により70℃の水/2−プロパノール混合溶液(30/70質量%)から水を選択的に透過させる分離を行った。
[Example 5]
The zeolite membrane composite 3 obtained in Example 4 was subjected to separation by selectively permeating water from a 70 ° C. water / 2-propanol mixed solution (30/70 mass%) by a pervaporation method.

透過開始から4時間後の透過成績は、透過流束:5.3kg/(m・h)、分離係数:31000、透過液中の水の濃度:99.99質量%であった。水のパーミエンスであらわすと、3.1×10−6mol/(m・s・Pa)であった。 The permeation results 4 hours after the start of permeation were permeation flux: 5.3 kg / (m 2 · h), separation factor: 31000, and water concentration in the permeate: 99.99% by mass. The water permeance was 3.1 × 10 −6 mol / (m 2 · s · Pa).

[実施例6]
実施例4で得たゼオライト膜複合体3を用いて、パーベーパレーション法により70℃の水/N−メチル−2−ピロリドン混合溶液(30/70質量%)から水を選択的に透過させる分離を行った。
[Example 6]
Separation in which water is selectively permeated from a water / N-methyl-2-pyrrolidone mixed solution (30/70% by mass) at 70 ° C. by the pervaporation method using the zeolite membrane composite 3 obtained in Example 4. Went.

透過開始から4時間後の透過成績は、透過流束:4.3kg/(m・h)、分離係数:23100、透過液中の水の濃度:99.99質量%であった。水のパーミエンスであらわすと、3.1×10−6mol/(m・s・Pa)であった。 The permeation results 4 hours after the start of permeation were permeation flux: 4.3 kg / (m 2 · h), separation factor: 23100, and water concentration in the permeate: 99.99% by mass. The water permeance was 3.1 × 10 −6 mol / (m 2 · s · Pa).

[実施例7]
(種結晶4の合成)
組成(モル比)が、SiO/Al/NaOH/KOH/HO/TMADAOH=1/0.033/0.1/0.06/40/0.07の水熱合成用の反応混合物を次のとおり調製した。
[Example 7]
(Synthesis of seed crystal 4)
For hydrothermal synthesis having a composition (molar ratio) of SiO 2 / Al 2 O 3 / NaOH / KOH / H 2 O / TMADAOH = 1 / 0.033 / 0.1 / 0.06 / 40 / 0.07 The reaction mixture was prepared as follows.

1mol/L−NaOH水溶液50gと1mol/L−KOH水溶液30gと水213gを混合したものに水酸化アルミニウム(Al 53.5質量%含有、アルドリッチ社製)3.15gを加えて撹拌し溶解させ、透明溶液とした。これにTMADAOH水溶液(TMADAOH25質量%含有、セイケム社製)29.6gを加え、さらにコロイダルシリカ(日産化学社製 スノーテック−40)75gを加えて2時間撹拌し、反応混合物とした。 To a mixture of 50 g of 1 mol / L-NaOH aqueous solution, 30 g of 1 mol / L-KOH aqueous solution and 213 g of water, 3.15 g of aluminum hydroxide (containing 53.5% by mass of Al 2 O 3 , manufactured by Aldrich) was added and stirred. Dissolved to give a clear solution. 29.6 g of TMADAOH aqueous solution (containing 25% by mass of TMADAOH, manufactured by Seychem) was added thereto, and 75 g of colloidal silica (Snowtech-40 manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd.) was further added and stirred for 2 hours to obtain a reaction mixture.

上記反応混合物の入ったテフロン(登録商標)製内筒(1L)を、1Lの誘導攪拌式オートクレーブに入れて密閉し、アンカー翼を用いて150rpmで攪拌し、160℃で48時間、自生圧力下で加熱した。所定時間経過後に放冷し、反応混合物を取り出して濾過、洗浄したのち100℃で5時間以上乾燥させ、ゼオライト結晶35gを得た。このゼオライト結晶を、メノウ乳鉢を用いて粉砕し、種結晶4とした。種結晶4のD90は12.6μm、D10は4.2μm、D50(メディアン径)は7.4μm、(D90−D10)/D50は1.1であった。 The Teflon (registered trademark) inner cylinder (1 L) containing the reaction mixture was sealed in a 1 L induction stirring autoclave, stirred at 150 rpm using an anchor blade, and heated at 160 ° C. for 48 hours under autogenous pressure. And heated. The mixture was allowed to cool after a predetermined time, and the reaction mixture was taken out, filtered, washed and dried at 100 ° C. for 5 hours or more to obtain 35 g of zeolite crystals. This zeolite crystal was pulverized using an agate mortar to obtain seed crystal 4. D 90 of seed crystal 4 was 12.6 μm, D 10 was 4.2 μm, D 50 (median diameter) was 7.4 μm, and (D 90 -D 10 ) / D 50 was 1.1.

(無機多孔質支持体CHA型ゼオライト膜複合体4の作製)
水熱合成用の反応混合液は、実施例4と同様に調製した。多孔質支持体は、実施例2と同様のものを、同様に処理して用いた。
(Preparation of inorganic porous support CHA-type zeolite membrane composite 4)
A reaction mixture for hydrothermal synthesis was prepared in the same manner as in Example 4. The same porous support as in Example 2 was treated and used.

上記で合成した種結晶4を3質量%で水に分散させたスラリーに、上記支持体を浸漬した後、実施例1と同様の条件で乾燥させて種結晶を付着させた。付着した種結晶の質量は3.4g/mであった。 The support was immersed in a slurry in which the seed crystal 4 synthesized above was dispersed in water at 3 mass%, and then dried under the same conditions as in Example 1 to attach the seed crystal. The mass of the attached seed crystal was 3.4 g / m 2 .

種結晶4を付着させた支持体上に、実施例1と同様の条件で、ゼオライト膜を形成させた後に焼成することにより、ゼオライト膜複合体4を得た。焼成後の膜複合体の質量と支持体の質量の差から求めた、支持体上に結晶化したCHA型ゼオライトの質量は140g/mであった。 A zeolite membrane composite 4 was obtained by forming a zeolite membrane on the support to which the seed crystal 4 was adhered under the same conditions as in Example 1 and then firing. The mass of the CHA-type zeolite crystallized on the support, which was determined from the difference between the mass of the membrane composite after firing and the mass of the support, was 140 g / m 2 .

ゼオライト膜複合体4の空気透過量は290L/(m・h)であった。 The air permeability of the zeolite membrane composite 4 was 290 L / (m 2 · h).

生成した膜のXRDを測定したところCHA型ゼオライトが生成していることがわかった。   When XRD of the produced membrane was measured, it was found that CHA-type zeolite was produced.

[実施例8]
実施例7で得たゼオライト膜複合体4を用いて、パーベーパレーション法により70℃の水/酢酸混合溶液(50/50質量%)から水を選択的に透過させる分離を行った。
[Example 8]
The zeolite membrane composite 4 obtained in Example 7 was subjected to separation by selectively permeating water from a 70 ° C. water / acetic acid mixed solution (50/50 mass%) by a pervaporation method.

透過開始から5時間後の透過成績は、透過流束:5.6kg/(m・h)、分離係数:960、透過液中の水の濃度:99.89質量%であった。水のパーミエンスであらわすと、3.6×10−6mol/(m・s・Pa)であった。 The permeation results after 5 hours from the start of permeation were permeation flux: 5.6 kg / (m 2 · h), separation factor: 960, and water concentration in the permeate: 99.89% by mass. The water permeance was 3.6 × 10 −6 mol / (m 2 · s · Pa).

[実施例9]
(種結晶5の合成)
組成(モル比)が、SiO/Al/NaOH/KOH/HO/TMADAOH=1/0.033/0.1/0.06/40/0.07の水熱合成用の反応混合物を次のとおり調製した。
[Example 9]
(Synthesis of seed crystal 5)
For hydrothermal synthesis having a composition (molar ratio) of SiO 2 / Al 2 O 3 / NaOH / KOH / H 2 O / TMADAOH = 1 / 0.033 / 0.1 / 0.06 / 40 / 0.07 The reaction mixture was prepared as follows.

1mol/L−NaOH水溶液50gと1mol/L−KOH水溶液30gと水213gを混合したものに水酸化アルミニウム(Al 53.5質量%含有、アルドリッチ社製)3.2gを加えて撹拌し溶解させ、透明溶液とした。これにTMADAOH水溶液(TMADAOH25質量%含有、セイケム社製)29.6gを加え、さらにコロイダルシリカ(日産化学社製 スノーテック−40)75gを加えさらに実施例1で種結晶1を合成するために使用した種結晶を0.6g加え2時間撹拌し、反応混合物とした。 A mixture of 50 g of 1 mol / L-NaOH aqueous solution, 30 g of 1 mol / L-KOH aqueous solution and 213 g of water was added with 3.2 g of aluminum hydroxide (containing 53.5% by mass of Al 2 O 3 , manufactured by Aldrich) and stirred. Dissolved to give a clear solution. To this was added 29.6 g of TMADAOH aqueous solution (containing 25% by weight of TMADAOH, manufactured by Sechem Co.), and 75 g of colloidal silica (Snowtech-40 manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd.) was further added to be used for synthesizing seed crystal 1 in Example 1. 0.6 g of the seed crystal was added and stirred for 2 hours to obtain a reaction mixture.

上記反応混合物の入ったテフロン(登録商標)製内筒(1L)を、1Lの誘導攪拌式オートクレーブに入れて密閉し、アンカー翼を用いて100rpmで攪拌し、160℃で48時間、自生圧力下で加熱した。所定時間経過後に放冷し、反応混合物を取り出して濾過、洗浄し、100℃で5時間以上乾燥させ、ゼオライト結晶35gを得た。このゼオライト結晶を、メノウ乳鉢を用いて粉砕し、種結晶5とした。種結晶5のD90は7.2μm、D10は1.2μm、D50(メディアン径)は3.3μm、(D90−D10)/D50は1.8であった。 The Teflon (registered trademark) inner cylinder (1 L) containing the above reaction mixture was sealed in a 1 L induction stirring autoclave, stirred at 100 rpm using an anchor blade, and heated at 160 ° C. for 48 hours under autogenous pressure. And heated. The mixture was allowed to cool after a predetermined time, and the reaction mixture was taken out, filtered, washed, and dried at 100 ° C. for 5 hours or more to obtain 35 g of zeolite crystals. The zeolite crystals were pulverized using an agate mortar to obtain seed crystals 5. D 90 of seed crystal 5 was 7.2 μm, D 10 was 1.2 μm, D 50 (median diameter) was 3.3 μm, and (D 90 -D 10 ) / D 50 was 1.8.

(無機多孔質支持体CHA型ゼオライト膜複合体5の作製)
水熱合成用の反応混合液は、実施例4と同様に調製した。多孔質支持体は、実施例1と同様のものを、同様に処理して用いた。
(Preparation of inorganic porous support CHA-type zeolite membrane composite 5)
A reaction mixture for hydrothermal synthesis was prepared in the same manner as in Example 4. The same porous support as in Example 1 was treated and used.

上記で合成した種結晶5を1質量%で水に分散させたスラリーに、上記支持体を浸漬した後、実施例1と同様の条件で乾燥させて種結晶を付着させた。付着した種結晶の質量は0.9g/mであった。 The support was immersed in a slurry in which the seed crystal 5 synthesized above was dispersed in water at 1% by mass, and then dried under the same conditions as in Example 1 to attach the seed crystal. The mass of the attached seed crystal was 0.9 g / m 2 .

種結晶5を付着させた支持体上に、実施例1と同様の条件で、ゼオライト膜を形成させた後に焼成することにより、ゼオライト膜複合体5を得た。焼成後の膜複合体の質量と支持体の質量の差から求めた、支持体上に結晶化したCHA型ゼオライトの質量は130g/mであった。 A zeolite membrane composite 5 was obtained by forming a zeolite membrane on the support to which the seed crystal 5 was adhered under the same conditions as in Example 1 and then firing. The mass of the CHA-type zeolite crystallized on the support, which was determined from the difference between the mass of the membrane composite after firing and the mass of the support, was 130 g / m 2 .

ゼオライト膜複合体5の空気透過量は50L/(m・h)であった。 The air permeation amount of the zeolite membrane composite 5 was 50 L / (m 2 · h).

生成した膜のXRDを測定したところCHA型ゼオライトが生成していることがわかった。   When XRD of the produced membrane was measured, it was found that CHA-type zeolite was produced.

[実施例10]
実施例9で得たゼオライト膜複合体5を用いて、パーベーパレーション法により70℃の水/酢酸混合溶液(50/50質量%)から水を選択的に透過させる分離を行った。
[Example 10]
The zeolite membrane composite 5 obtained in Example 9 was subjected to separation by selectively permeating water from a 70 ° C. water / acetic acid mixed solution (50/50 mass%) by a pervaporation method.

透過開始から5時間後の透過成績は、透過流束:5.5kg/(m・h)、分離係数:2100、透過液中の水の濃度:99.95質量%であった。水のパーミエンスであらわすと、3.5×10−6mol/(m・s・Pa)であった。 The permeation results after 5 hours from the start of permeation were permeation flux: 5.5 kg / (m 2 · h), separation factor: 2100, and water concentration in the permeate: 99.95% by mass. The water permeance was 3.5 × 10 −6 mol / (m 2 · s · Pa).

[比較例1]
(種結晶6の合成)
組成(モル比)が、SiO/Al/NaOH/HO/TMADAOH=1/0.066/0.2/40/0.1の水熱合成用の反応混合物を次のとおり調製した。
[Comparative Example 1]
(Synthesis of seed crystal 6)
A reaction mixture for hydrothermal synthesis having a composition (molar ratio) of SiO 2 / Al 2 O 3 / NaOH / H 2 O / TMADAOH = 1 / 0.066 / 0.2 / 40 / 0.1 is as follows: Prepared.

1mol/L−NaOH水溶液80gに水182.5gを加え、さらに水酸化アルミニウム(Al 53.5質量%含有、アルドリッチ社製)5.0gを加えて撹拌し溶解させ、透明溶液とした。これにTMADAOH水溶液(TMADAOH25質量%含有、セイケム社製)34gを加え、さらにヒュームドシリカ(日本アエロジル社製 アエロジル200)24gを加え、さらに実施例1に記載した種結晶を0.5g加えて2時間撹拌し、反応混合物とした。 182.5 g of water was added to 80 g of a 1 mol / L-NaOH aqueous solution, and 5.0 g of aluminum hydroxide (containing 53.5% by mass of Al 2 O 3 , manufactured by Aldrich) was added and dissolved by stirring to obtain a transparent solution. . 34 g of TMADAOH aqueous solution (containing 25% by mass of TMADAOH, manufactured by Sechem Co.) was added to this, 24 g of fumed silica (Aerosil 200 manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.) was further added, and 0.5 g of the seed crystal described in Example 1 was further added. Stir for hours to give a reaction mixture.

上記反応混合物の入ったテフロン(登録商標)製内筒(1L)を、1Lの誘導攪拌式オートクレーブに入れて密閉し、アンカー翼を用いて150rpmで攪拌し、160℃で48時間、自生圧力下で加熱した。所定時間経過後に放冷し、反応混合物を取り出して濾過、洗浄したのち100℃で5時間以上乾燥させ、ゼオライト結晶30gを得た。このゼオライト結晶を、メノウ乳鉢を用いて粉砕し、種結晶6とした。種結晶6のD90は8.2μm、D10は0.9μm、D50(メディアン径)は3.0μm、(D90−D10)/D50は2.4であった。 The Teflon (registered trademark) inner cylinder (1 L) containing the above reaction mixture was sealed in a 1 L induction stirring autoclave, stirred at 150 rpm using an anchor blade, and heated at 160 ° C. for 48 hours under an autogenous pressure. And heated. The mixture was allowed to cool after a predetermined time, and the reaction mixture was taken out, filtered and washed, and then dried at 100 ° C. for 5 hours or more to obtain 30 g of zeolite crystals. This zeolite crystal was pulverized using an agate mortar to obtain seed crystal 6. D 90 of seed crystal 6 was 8.2 μm, D 10 was 0.9 μm, D 50 (median diameter) was 3.0 μm, and (D 90 -D 10 ) / D 50 was 2.4.

(無機多孔質支持体CHA型ゼオライト膜複合体6の作製)
実施例1と同様の組成の水熱合成用の反応混合物を調製した。多孔質支持体は、実施例2と同様のものを、同様に処理して用いた。
(Preparation of inorganic porous support CHA-type zeolite membrane composite 6)
A reaction mixture for hydrothermal synthesis having the same composition as in Example 1 was prepared. The same porous support as in Example 2 was treated and used.

上記で合成した種結晶6を4質量%で水に分散させたスラリーに、上記支持体を浸漬した後、実施例1と同様の条件で乾燥させて種結晶を付着させた。付着した種結晶の質量は3.6g/mであった。 The support was immersed in a slurry in which the seed crystal 6 synthesized above was dispersed in water at 4% by mass, and then dried under the same conditions as in Example 1 to attach the seed crystal. The mass of the attached seed crystal was 3.6 g / m 2 .

種結晶6を付着させた支持体上に、実施例1と同様の条件で、ゼオライト膜を形成させた後に焼成することにより、ゼオライト膜複合体6を得た。焼成後の膜複合体の質量と支持体の質量の差から求めた、支持体上に結晶化したCHA型ゼオライトの質量は120g/mであった。 A zeolite membrane composite 6 was obtained by forming a zeolite membrane on the support on which the seed crystal 6 was adhered under the same conditions as in Example 1 and then firing. The mass of the CHA zeolite crystallized on the support, which was determined from the difference between the mass of the membrane composite after firing and the mass of the support, was 120 g / m 2 .

生成した膜のXRDを測定したところCHA型ゼオライトが生成していることがわかった。   When XRD of the produced membrane was measured, it was found that CHA-type zeolite was produced.

ゼオライト膜複合体6の空気透過量2500L/(m・h)であった。このゼオライト膜は、空気の透過量が多いため欠陥があると推測された。 The air permeation amount of the zeolite membrane composite 6 was 2500 L / (m 2 · h). This zeolite membrane was presumed to have defects due to a large amount of air permeation.

[比較例2]
(無機多孔質支持体CHA型ゼオライト膜複合体7の作製)
実施例4と同様の組成の水熱合成用(ゼオライト膜形成用)の反応混合物を調製した。多孔質支持体は、実施例2と同様のものを、同様に処理して用いた。
[Comparative Example 2]
(Preparation of inorganic porous support CHA-type zeolite membrane composite 7)
A reaction mixture for hydrothermal synthesis (for forming a zeolite membrane) having the same composition as in Example 4 was prepared. The same porous support as in Example 2 was treated and used.

比較例1で合成した種結晶6を4質量%で水に分散させたスラリーに、上記支持体を浸漬した後、実施例1と同様の条件で乾燥させて種結晶を付着させた。付着した種結晶の質量は4.0g/mであった。 The support was immersed in a slurry in which seed crystal 6 synthesized in Comparative Example 1 was dispersed in water at 4% by mass, and then dried under the same conditions as in Example 1 to attach the seed crystal. The mass of the attached seed crystal was 4.0 g / m 2 .

種結晶6を付着させた支持体上に、実施例1と同様の条件で、ゼオライト膜を形成させた後に焼成することにより、ゼオライト膜複合体7を得た。焼成後の膜複合体の質量と支持体の質量の差から求めた、支持体上に結晶化したCHA型ゼオライトの質量は110g/mであった。 A zeolite membrane composite 7 was obtained by forming a zeolite membrane on the support to which the seed crystal 6 was adhered under the same conditions as in Example 1 and then firing. The mass of the CHA zeolite crystallized on the support, which was determined from the difference between the mass of the membrane composite after firing and the mass of the support, was 110 g / m 2 .

ゼオライト膜複合体7の空気透過量は1500L/(m・h)であった。このゼオライト膜は、空気の透過量が多いため欠陥があると推測された。 The air permeation amount of the zeolite membrane composite 7 was 1500 L / (m 2 · h). This zeolite membrane was presumed to have defects due to a large amount of air permeation.

生成した膜のXRDを測定したところCHA型ゼオライトが生成していることがわかった。   When XRD of the produced membrane was measured, it was found that CHA-type zeolite was produced.

比較例1、2のとおり、粒度分布[(D90−D10)/D50]が2.2を超える種結晶を用いると、焼成後の空気透過量が多い、すなわち欠陥の存在するゼオライト膜が生成すると推測される。 As in Comparative Examples 1 and 2, when a seed crystal having a particle size distribution [(D 90 -D 10 ) / D 50 ] exceeding 2.2 is used, a zeolite membrane having a large air permeation amount after firing, that is, a defect exists. Is assumed to generate.

本発明は産業上の任意の分野に使用可能であるが、例えば、化学プラント、発酵プラント、精密電子部品工場、電池製造工場等の、含水有機化合物から水を分離し、有機化合物の回収などが必要とされる分野において、特に好適に使用できる。   The present invention can be used in any industrial field. For example, water is separated from a water-containing organic compound such as a chemical plant, a fermentation plant, a precision electronic component factory, a battery manufacturing factory, etc. It can be particularly suitably used in a required field.

1 スターラー
2 湯浴
3 撹拌子
4 被分離液
5 ゼオライト膜複合体
6 ピラニゲージ
7 透過液捕集用トラップ
8 コールドトラップ
9 真空ポンプ
1 Stirrer 2 Hot water bath 3 Stirrer 4 Liquid to be separated 5 Zeolite membrane composite 6 Pirani gauge 7 Trap for permeate collection 8 Cold trap 9 Vacuum pump

Claims (9)

多孔質支持体上に、水熱合成によりゼオライト膜を形成して多孔質支持体―ゼオライト膜複合体を製造する方法であって、ゼオライト膜がCHA型ゼオライトを含み、水熱合成が、下記式(1):
(D90−D10)/D50 (1)
[式(1)中、D90、D10およびD50は、それぞれ、粒度分布測定により得られた累積分布図(体積基準、粒子径の小さいものから積算)で、90%の高さを与える直径、10%の高さを与える直径および50%の高さを与える直径(メジアン径)を示す。]
で表される値が0.3〜1.8の粒度分布をもつ種結晶の存在下で行われることを特徴とする多孔質支持体―ゼオライト膜複合体の製造方法。
A method for producing a porous support-zeolite membrane composite by forming a zeolite membrane on a porous support by hydrothermal synthesis, wherein the zeolite membrane contains CHA-type zeolite, (1):
(D 90 -D 10) / D 50 (1)
[In formula (1), D 90 , D 10 and D 50 are cumulative distribution diagrams obtained by particle size distribution measurement (volume basis, integrated from the smallest particle diameter) and give a height of 90%. The diameter gives a 10% height and a 50% height (median diameter). ]
A method for producing a porous support-zeolite membrane composite, which is performed in the presence of a seed crystal having a particle size distribution of 0.3 to 1.8 .
種結晶のメジアン径(D50)が20μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the seed crystal has a median diameter (D 50 ) of 20 μm or less. 多孔質支持体に予め種結晶を付着させ、種結晶の付着した多孔質支持体上にゼオライト膜を形成することを特徴とする請求項1または2に記載の方法。   The method according to claim 1 or 2, wherein a seed crystal is previously attached to the porous support, and a zeolite membrane is formed on the porous support to which the seed crystal is attached. 請求項1ないしのいずれか1項に記載の方法により製造されたことを特徴とする多孔質支持体―ゼオライト膜複合体。 A porous support-zeolite membrane composite produced by the method according to any one of claims 1 to 3 . 多孔質支持体上に、水熱合成によりゼオライト膜を形成して得られる多孔質支持体―ゼオライト膜複合体であって、ゼオライト膜がCHA型ゼオライトを含み、該ゼオライト膜複合体を、絶対圧5kPaの真空ラインに接続した時の空気透過量が1400L/(m
・h)以下であることを特徴とする多孔質支持体―ゼオライト膜複合体。
A porous support-zeolite membrane composite obtained by forming a zeolite membrane by hydrothermal synthesis on a porous support , wherein the zeolite membrane contains CHA-type zeolite, and the zeolite membrane composite is Air permeation when connected to a 5 kPa vacuum line is 1400 L / (m 2
H) A porous support-zeolite membrane composite characterized by:
ゼオライト膜を構成するゼオライトがアルミノ珪酸塩であることを特徴とする請求項5に記載の多孔質支持体―ゼオライト膜複合体。The porous support-zeolite membrane composite according to claim 5, wherein the zeolite constituting the zeolite membrane is an aluminosilicate. ゼオライト膜が、下記式(1):
(D90−D10)/D50 (1)
[式(1)中、D90、D10およびD50は、それぞれ、粒度分布測定により得られた累積分布図(体積基準、粒子径の小さいものから積算)で、90%の高さを与える直径、10%の高さを与える直径および50%の高さを与える直径(メジアン径)を示す。]で
表される値が0.3〜1.8の粒度分布をもつ種結晶の存在下で、水熱合成により形成されたものであることを特徴とする請求項またはに記載の多孔質支持体―ゼオライト膜複合体。
The zeolite membrane has the following formula (1):
(D 90 -D 10) / D 50 (1)
[In formula (1), D 90 , D 10 and D 50 are cumulative distribution diagrams obtained by particle size distribution measurement (volume basis, integrated from the smallest particle diameter) and give a height of 90%. The diameter gives a 10% height and a 50% height (median diameter). The porous material according to claim 5 or 6 , which is formed by hydrothermal synthesis in the presence of a seed crystal having a particle size distribution of 0.3 to 1.8. Support- zeolite membrane composite.
多孔質支持体が、セラミックスを焼結したものを含む無機多孔質支持体である、請求項4ないし7のいずれか1項に記載の多孔質支持体―ゼオライト膜複合体。The porous support-zeolite membrane composite according to any one of claims 4 to 7, wherein the porous support is an inorganic porous support including a sintered ceramic. 請求項ないし8のいずれか1項に記載の多孔質支持体―ゼオライト膜複合体に、有機物を含む気体または液体の混合物を接触させて、該混合物から、透過性の高い物質を透過させて分離することを特徴とする分離方法。 The porous support-zeolite membrane composite according to any one of claims 4 to 8 is brought into contact with a gas or liquid mixture containing an organic substance, and a highly permeable substance is permeated from the mixture. Separation method characterized by separating.
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