JP5481075B2 - Method for producing zeolite membrane - Google Patents

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本発明は、ゼオライト膜の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a zeolite membrane.

従来、ゼオライト膜、炭素膜、チタニア膜等が、多孔質基体表面に配設されて分離膜として使用されている。例えば、多孔質基体の所定の位置に分離膜としてゼオライト膜が配設された分離膜配設体が開示されている。   Conventionally, zeolite membranes, carbon membranes, titania membranes and the like are disposed on the surface of a porous substrate and used as separation membranes. For example, a separation membrane arrangement in which a zeolite membrane is arranged as a separation membrane at a predetermined position of a porous substrate is disclosed.

ゼオライト(zeolite)は、微細で均一な径の細孔が形成された網目状の結晶構造を有する珪酸塩の一種であり、一般式:WmZnOn・sHO(W:ナトリウム、カリウム、カルシウム等、Z:珪素、アルミニウム等、sは種々の値をとる)で示される種々の化学組成が存在するとともに、結晶構造についても細孔形状の異なる多くの種類(型)が存在することが知られている。これらのゼオライトは、各々の化学組成や結晶構造に基づいた固有の吸着能、触媒性能、固体酸特性、イオン交換能等を有しており、吸着材、触媒、触媒担体、ガス分離膜、或いはイオン交換体といった様々な用途において利用されている。 Zeolite is a kind of silicate having a network-like crystal structure in which fine pores having a uniform diameter are formed. General formula: WmZnO 2 n · sH 2 O (W: sodium, potassium, calcium) Z: silicon, aluminum, etc., s takes various values), and there are many types (types) of crystal structures with different pore shapes. It has been. These zeolites have inherent adsorption capacity, catalyst performance, solid acid characteristics, ion exchange capacity, etc. based on their chemical composition and crystal structure, and adsorbents, catalysts, catalyst carriers, gas separation membranes, or It is used in various applications such as ion exchangers.

例えば、MFI型ゼオライトは、結晶中の酸素10員環によって0.5nm程度の細孔が形成されたゼオライトであり、一般には、自動車排ガス中の窒素酸化物(NO)、炭化水素(HC)等の有害物を吸着させるための吸着材、或いは分解する触媒等の用途において利用されている。 For example, MFI-type zeolite is a zeolite in which pores of about 0.5 nm are formed by a 10-membered oxygen ring in a crystal. Generally, nitrogen oxide (NO x ), hydrocarbon (HC) in automobile exhaust gas is used. It is used in applications such as an adsorbent for adsorbing harmful substances such as, or a catalyst for decomposition.

通常、ゼオライトは粉末状ないし粒状を呈するが、分離膜として使用するために膜状に形成する方法が開発されつつある。例えば、ゼオライト膜は、ゼオライト原料を水熱合成により反応し、支持体表面にゼオライト結晶を膜状に析出させることにより得られる。ここで、水熱合成とは、ゼオライト原料を水(水蒸気)の存在下、所定の条件で加熱してゼオライトを合成する方法をいう。   Normally, zeolite is powdery or granular, but a method for forming it into a membrane for use as a separation membrane is being developed. For example, a zeolite membrane can be obtained by reacting a zeolite raw material by hydrothermal synthesis and depositing zeolite crystals in the form of a membrane on the surface of the support. Here, hydrothermal synthesis refers to a method of synthesizing zeolite by heating a zeolite raw material in the presence of water (water vapor) under predetermined conditions.

このようなゼオライト膜の製造においては、ゼオライト膜を、単に支持体の存在下に水熱合成することにより成膜するだけでは、支持体表面が露出したり、膜厚が厚くなり過ぎて、緻密で薄い膜を形成することが困難であるという問題があった。これに対し、支持体表面に種結晶を塗布することによりこのような問題を解消しようとする方法が開示されている(例えば、特許文献1〜3参照)。   In the production of such a zeolite membrane, the zeolite membrane is simply formed by hydrothermal synthesis in the presence of the support, so that the surface of the support is exposed or the film thickness becomes too thick. There is a problem that it is difficult to form a thin film. On the other hand, the method of trying to eliminate such a problem by apply | coating a seed crystal to the support body surface is disclosed (for example, refer patent documents 1-3).

また、支持体表面に種結晶を付着させる方法として、ゼオライト原料を含む水溶液内に、支持体を浸漬し、支持体表面に種結晶を析出させる方法が開示されている(例えば、特許文献4,5参照)。   Further, as a method for attaching a seed crystal to the support surface, a method is disclosed in which the support is immersed in an aqueous solution containing a zeolite raw material and the seed crystal is precipitated on the support surface (for example, Patent Document 4, 5).

そして、水とエタノールとの混合溶液から、エタノールを分離するためのゼオライト膜が開示されている(特許文献6〜7)。   And the zeolite membrane for isolate | separating ethanol from the mixed solution of water and ethanol is disclosed (patent documents 6-7).

一方、キシレン異性体を分離するための、欠陥のないシリカライトのMFI膜の製造方法が開示されている(特許文献8)。このMFI膜は、キシレン異性体のパラキシレン(5.85Å)を選択的に透過し、オルトキシレン(6.8Å)とメタキシレン(6.8Å)を阻止することができる(分子サイズについては、非特許文献1参照)。   On the other hand, a method for producing a defect-free silicalite MFI membrane for separating xylene isomers is disclosed (Patent Document 8). This MFI membrane can selectively permeate the xylene isomer para-xylene (5.85 kg) and block ortho-xylene (6.8 kg) and meta-xylene (6.8 kg) (for molecular size, Non-patent document 1).

また、多孔体に鋳型を含浸させ、また骨格剤を含浸させた後、結晶化することにより得られたゼオライト膜によって、キシレン異性体を分離できることが開示されている(特許文献9)。さらに、パラキシレン/オルトキシレンを分離可能なMFI型ゼオライト膜が開示されている(特許文献10)。   Further, it is disclosed that xylene isomers can be separated by a zeolite membrane obtained by impregnating a porous material with a template or impregnating a skeleton agent and then crystallizing (Patent Document 9). Furthermore, an MFI type zeolite membrane capable of separating para-xylene / ortho-xylene is disclosed (Patent Document 10).

特開平10−36114号公報JP-A-10-36114 特開2002−201020号公報JP 2002-201020 A 特開2004−82008号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-82008 特開2004−307296号公報JP 2004-307296 A 特開2000−26115号公報JP 2000-26115 A 国際公開第2007/058387号パンフレットInternational Publication No. 2007/058387 Pamphlet 国際公開第2007/058388号パンフレットInternational Publication No. 2007/058388 Pamphlet 特表2002−537990号公報JP 2002-537990 A 特許第3899418号公報Japanese Patent No. 3899418 J. Memb. Sci. 320(2008)505−513J. et al. Memb. Sci. 320 (2008) 505-513

R. Szostak, “Handbook of Molecular sieves”, Van Nostrand Reinhold, NewYork, (1992).R. Szostak, “Handbook of Molecular sieves”, Van Northland Reinhold, New York, (1992).

近年、分子サイズの近い分子同士を分離することが求められるようになってきている。特許文献6〜7の膜は、水とエタノールとの分離には適するものの、さらに分子サイズの近いキシレン異性体の分離ができなかった。   In recent years, it has been required to separate molecules having similar molecular sizes. Although the membranes of Patent Documents 6 to 7 are suitable for separation of water and ethanol, it was not possible to separate xylene isomers having a closer molecular size.

特許文献8の製造法は、含浸材料を用いて支持体をマスキングしており、また、種付着面を下向きに配置して水熱合成しているため、工程が複雑で製造コストがアップしやすい。さらに、複雑形状の支持体(例えばモノリス形状)には応用できず、スケールアップに向かない。また、試験条件からすると、キシレン異性体の分離条件はガス分離と考えられ、液体分離には適さない。   In the manufacturing method of Patent Document 8, the support is masked using an impregnating material, and the hydrothermal synthesis is performed with the seed attachment surface facing downward, so the process is complicated and the manufacturing cost is likely to increase. . Furthermore, it cannot be applied to a support having a complicated shape (for example, a monolith shape) and is not suitable for scale-up. Also, from the test conditions, the xylene isomer separation condition is considered to be gas separation and is not suitable for liquid separation.

特許文献9では、鋳型剤を含浸、乾燥、骨格剤を含浸、乾燥という工程のため、膜の位置選択性がない。また、多孔体の内部がゼオライトで埋められている可能性が大きく、薄膜化が困難であり、透過性能が劣ると考えられる。さらに、複雑形状の多孔体への合成は、困難と考えられる。また、この方法を用いる場合には、加水分解可能なSi源を用いる必要があるのではないかと考えられる。   In Patent Document 9, there is no membrane position selectivity due to the steps of impregnating and drying the templating agent and impregnating and drying the skeleton agent. In addition, it is highly possible that the inside of the porous body is filled with zeolite, making it difficult to form a thin film and inferior permeation performance. Furthermore, synthesis into a complex-shaped porous body is considered difficult. In addition, when this method is used, it may be necessary to use a hydrolyzable Si source.

特許文献10では、サンプル形状がペレット(板状)であり、他の形状の場合も良好な膜性能を発現できるかは不明である。Si源にTEOS(テトラエトキシシラン)という原料を用いており、高価なため大型化や工業化には不向きである。   In Patent Document 10, it is unclear whether a sample shape is a pellet (plate shape) and good film performance can be exhibited even in other shapes. Since a raw material called TEOS (tetraethoxysilane) is used for the Si source, and it is expensive, it is not suitable for enlargement or industrialization.

本発明の課題は、キシレン異性体を分離が可能なゼオライト膜の製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a method for producing a zeolite membrane capable of separating xylene isomers.

本願発明者らは、構造規定剤の除去(焼成)温度を低温化することで、キシレン異性体を分離するゼオライト膜を得ることができることを見出した。すなわち、本発明によれば、以下のゼオライト膜の製造方法が提供される。   The inventors of the present application have found that a zeolite membrane for separating xylene isomers can be obtained by lowering the removal (firing) temperature of the structure-directing agent. That is, according to the present invention, the following method for producing a zeolite membrane is provided.

[1] 多孔質支持体の表面に、テトラプロピルアンモニウムイオン(TPA)を生じ得る構造規定剤を含むゼオライト膜を形成する膜形成工程と、前記膜形成工程の後に、前記膜形成工程において形成された前記ゼオライト膜を250〜300℃で焼成することにより前記構造規定剤を除去する構造規定剤除去工程と、を含むゼオライト膜の製造方法。 [1] A membrane forming step of forming a zeolite membrane containing a structure-directing agent capable of generating tetrapropylammonium ions (TPA) on the surface of the porous support, and the membrane forming step is formed after the membrane forming step. And a structure-directing agent removing step of removing the structure-directing agent by firing the zeolite membrane at 250 to 300 ° C.

[2] 前記ゼオライト膜がMFI型である前記[1]に記載のゼオライト膜の製造方法。 [2] The method for producing a zeolite membrane according to [1], wherein the zeolite membrane is MFI type.

[3] 前記支持体が、アルミナからなる前記[1]または[2]に記載のゼオライト膜の製造方法。 [3] The method for producing a zeolite membrane according to [1] or [2], wherein the support is made of alumina.

構造規定剤を除去するための焼成温度を低温化(250〜350℃)することにより、キシレン異性体を分離するゼオライト膜を得ることができる。支持体とゼオライト膜の構造規定剤除去工程における熱膨張差の緩和により、欠陥の生成を抑制できる。   A zeolite membrane that separates xylene isomers can be obtained by lowering the calcination temperature for removing the structure-directing agent (250 to 350 ° C.). Generation of defects can be suppressed by relaxing the thermal expansion difference in the structure-directing agent removal step of the support and the zeolite membrane.

本発明のゼオライト膜の製造方法において用いる支持体の一の実施形態(モノリス形状)を示す斜視図である。It is a perspective view which shows one embodiment (monolith shape) of the support body used in the manufacturing method of the zeolite membrane of this invention. 本発明のゼオライト膜の製造方法において用いる支持体の一の実施形態(モノリス形状)を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one embodiment (monolith shape) of the support body used in the manufacturing method of the zeolite membrane of this invention. 実施例1において、支持体及びシリカゾルを耐圧容器内に入れた状態を概略的に示す、断面図である。In Example 1, it is sectional drawing which shows roughly the state which put the support body and the silica sol in the pressure-resistant container. パーベーパレーション試験を行う試験装置全体を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the whole testing apparatus which performs a pervaporation test.

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following embodiments, and changes, modifications, and improvements can be added without departing from the scope of the invention.

(I)分離膜:
本発明の製造方法によって得られる分離膜は、多孔質の支持体上に形成されたゼオライト膜であり、一例としてMFI型のゼオライト膜を挙げることができる。そして、MFI型ゼオライトの骨格細孔サイズをそのままキシレン異性体の分離に利用するためには、シリカライトが好ましい(Lowシリカになると細孔内にイオンが存在し、細孔サイズが小さくなるため)。
(I) Separation membrane:
The separation membrane obtained by the production method of the present invention is a zeolite membrane formed on a porous support, and an MFI type zeolite membrane can be given as an example. In order to use the skeleton pore size of MFI-type zeolite as it is for separation of xylene isomers, silicalite is preferable (because ions are present in the pores and the pore size is reduced when low silica is used). .

(I−1)細孔:
本発明の分離膜は、異なる2成分以上の流体の分離に使用することができる。ゼオライト結晶固有の細孔(MFI型では、5〜6Å)により、パラキシレンを、分子サイズが近似するオルトキシレン、メタキシレンから分離することが可能である。パラキシレン/オルトキシレンの分離係数は、1.3〜330.3である。また、パラキシレンの透過量は、0.001〜0.002kg/m・hである。
(I-1) Pore:
The separation membrane of the present invention can be used to separate fluids of two or more different components. Paraxylene can be separated from ortho-xylene and meta-xylene having molecular sizes close to each other by the pores inherent to the zeolite crystal (5 to 6 mm in the MFI type). The paraxylene / orthoxylene separation factor is 1.3 to 330.3. Further, the permeation amount of paraxylene is 0.001 to 0.002 kg / m 2 · h.

本発明の分離膜は、ゼオライト結晶固有の細孔よりも大きい分子と小さい分子の分離が可能である。特に、キシレン異性体の分離に適用することができ、具体的には、パラキシレンを、オルトキシレン、メタキシレンから分離することが可能である。   The separation membrane of the present invention can separate molecules larger and smaller than the pores inherent to zeolite crystals. In particular, it can be applied to the separation of xylene isomers. Specifically, para-xylene can be separated from ortho-xylene and meta-xylene.

(I−2)膜厚:
本発明のゼオライト膜は、膜厚が1〜30μmであり、1〜20μmであることが好ましく、1〜15μmであることが特に好ましい。1μmより薄いと、キシレン異性体の分離効率が低くなる。30μmより厚いと、透過速度が遅くなり、膜分離に時間がかかる。ここで、ゼオライト膜の膜厚は、走査型電子顕微鏡(SEM)によってゼオライト膜の断面を観察して得られた値とし、膜厚1〜30μmというときは、最小膜厚が1μm以上であり最大膜厚が30μm以下であることをいう。
(I-2) Film thickness:
The zeolite membrane of the present invention has a thickness of 1 to 30 μm, preferably 1 to 20 μm, and particularly preferably 1 to 15 μm. When it is thinner than 1 μm, the separation efficiency of xylene isomers is lowered. If it is thicker than 30 μm, the permeation rate becomes slow and it takes time for membrane separation. Here, the film thickness of the zeolite film is a value obtained by observing the cross section of the zeolite film with a scanning electron microscope (SEM). When the film thickness is 1 to 30 μm, the minimum film thickness is 1 μm or more and is the maximum. It means that the film thickness is 30 μm or less.

(I−3)支持体:
本発明のゼオライト膜配設体は、ゼオライト膜が支持体の表面に配設されたものであるが、ゼオライト膜が支持体表面に配設されることにより、ゼオライト膜を薄膜としても、支持体に支えられてその形状を維持し破損等を防止することが可能となる。支持体は、ゼオライト種結晶を表面に生成し、ゼオライト膜を形成することができれば特に限定されるものではなく、その材質、形状及び大きさは用途等に合わせて適宜決定することができる。支持体を構成する材料としては、アルミナ(α−アルミナ、γ−アルミナ、陽極酸化アルミナ等)、ジルコニア等のセラミックスあるいはステンレスなどの金属等を挙げることができ、支持体作製、入手の容易さの点から、アルミナが好ましい。アルミナとしては、平均粒径0.001〜30μmのアルミナ粒子を原料として成形、焼結させたものが好ましい。支持体は多孔質体であることが好ましい。支持体の形状としては、板状、円筒状、断面多角形の管状、モノリス形状、スパイラル形状等いずれの形状でもよいが、モノリス形状が好ましい。ここで、モノリス形状とは、図1A、図1Bに示す支持体51のような、複数の流通路(チャネル)52が軸方向53に並行に形成された柱状のものをいう。図1A、図1Bは、本発明のゼオライト膜の製造方法において用いる支持体の一の実施形態(モノリス形状)を示し、図1Aは、斜視図であり、図1Bは平面図である。支持体51としては、特にモノリス形状の多孔質体54であることが好ましい。このような、モノリス形状の多孔質体からなる支持体は、公知の製造方法により形成することができ、例えば、押出成形等により形成することができる。
(I-3) Support:
The zeolite membrane-arranged body of the present invention is one in which the zeolite membrane is disposed on the surface of the support. However, the zeolite membrane is disposed on the surface of the support so that the zeolite membrane can be a thin film. Therefore, it is possible to maintain the shape and prevent damage and the like. The support is not particularly limited as long as it can form a zeolite seed crystal on the surface and form a zeolite membrane, and the material, shape, and size thereof can be appropriately determined according to the application. Examples of the material constituting the support include alumina (α-alumina, γ-alumina, anodized alumina, etc.), ceramics such as zirconia, metals such as stainless steel, and the like. From the viewpoint, alumina is preferable. Alumina is preferably formed and sintered using alumina particles having an average particle diameter of 0.001 to 30 μm as raw materials. The support is preferably a porous body. The shape of the support may be any of a plate shape, a cylindrical shape, a tubular shape with a polygonal cross section, a monolith shape, a spiral shape, etc., but a monolith shape is preferable. Here, the monolith shape refers to a columnar shape in which a plurality of flow passages (channels) 52 are formed in parallel with the axial direction 53, such as the support 51 shown in FIGS. 1A and 1B. 1A and 1B show one embodiment (monolith shape) of a support used in the method for producing a zeolite membrane of the present invention, FIG. 1A is a perspective view, and FIG. 1B is a plan view. The support 51 is particularly preferably a monolithic porous body 54. Such a support made of a monolithic porous body can be formed by a known production method, for example, extrusion molding or the like.

(II)製造方法:
MFI型ゼオライトの例により具体的に説明する。但し、本発明のゼオライト膜の製造方法は、ゼオライト種結晶を支持体に適切に付着させることを特徴とするものであるため、MFI型ゼオライト以外の型のゼオライト、例えば、LTA、MOR、AFI、BEA、FER、FAU、DDR等の従来公知のゼオライトにも当然に適用することができるものである。
(II) Manufacturing method:
An example of MFI type zeolite will be described in detail. However, since the method for producing a zeolite membrane of the present invention is characterized in that the zeolite seed crystals are appropriately attached to the support, zeolites other than MFI type zeolite, such as LTA, MOR, AFI, Naturally, it can also be applied to conventionally known zeolites such as BEA, FER, FAU, and DDR.

本発明のゼオライト膜の製造方法は、多孔質支持体の表面に構造規定剤を含むゼオライト膜を形成する膜形成工程と、膜形成工程の後に、膜形成工程において形成されたゼオライト膜を250〜350℃で焼成することにより構造規定剤を除去する構造規定剤除去工程と、を含むゼオライト膜の製造方法である。なお、構造規定剤除去工程の前の工程は、多孔質支持体の表面に構造規定剤を含むゼオライト膜を形成することのできる合成方法であれば、後述する合成方法(種結晶生成工程、膜形成工程)に限定されない。   The method for producing a zeolite membrane of the present invention comprises a membrane forming step of forming a zeolite membrane containing a structure-directing agent on the surface of a porous support, and the zeolite membrane formed in the membrane forming step after the membrane forming step is 250 to And a structure-directing agent removing step of removing the structure-directing agent by firing at 350 ° C. In addition, as long as the step before the structure-directing agent removal step is a synthesis method capable of forming a zeolite membrane containing a structure-directing agent on the surface of the porous support, a synthesis method (seed crystal generation step, membrane described later) will be described. It is not limited to a formation process.

(II−1)種結晶生成工程:
(II−1−1)種付け用ゾル;
本発明のゼオライト膜の製造方法に使用する種付け用ゾルは、水中にシリカ微粒子が分散したシリカゾルであり、その中に少なくとも構造規定剤を含有するものである。この種付け用ゾルは、所定濃度のシリカゾルと、濃度調整用の水と、所定濃度の構造規定剤水溶液とを、それぞれ所定量混合することにより得られる。この種付け用ゾルは、後述する水熱処理によりゼオライトへ結晶化され、構造規定剤の分子の周囲をシリカゾル由来のシリカ原子が取り囲んだような構造を形成する。そして、後述する加熱処理により、その構造から構造規定剤が除去され、構造規定剤に特異的な細孔形状を有するゼオライト結晶を形成し得るものである。
(II-1) Seed crystal production step:
(II-1-1) seeding sol;
The seeding sol used in the method for producing a zeolite membrane of the present invention is a silica sol in which silica fine particles are dispersed in water, and contains at least a structure-directing agent therein. This seeding sol can be obtained by mixing a predetermined amount of silica sol having a predetermined concentration, water for adjusting the concentration, and a structure directing agent aqueous solution having a predetermined concentration. This seeding sol is crystallized into zeolite by hydrothermal treatment, which will be described later, to form a structure in which silica atoms derived from the silica sol are surrounded around the molecules of the structure directing agent. Then, the structure-directing agent is removed from the structure by heat treatment described later, and a zeolite crystal having a pore shape specific to the structure-directing agent can be formed.

シリカゾルとしては、市販のシリカゾル(例えば、商品名:スノーテックスS、日産化学株式会社製、固形分濃度30質量%)を好適に用いることができる。ここで、固形分とはシリカのことをいう。但し、シリカ微粉末を水に溶解させることにより調製したもの、或いはアルコキシシランを加水分解することにより調製したものを用いてもよい。   As the silica sol, a commercially available silica sol (for example, trade name: Snowtex S, manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd., solid content concentration: 30% by mass) can be suitably used. Here, the solid content means silica. However, what was prepared by dissolving silica fine powder in water, or what was prepared by hydrolyzing alkoxysilane may be used.

種付け用ゾルは、含有される水とシリカ(微粒子)とのモル比(水/シリカモル比:水のモル数をシリカのモル数で除した値)が、水/シリカ=10〜50であることが好ましく、20〜40であることが更に好ましい。このように、種付け用ゾルのシリカ濃度を高くすることにより、ゼオライト種結晶を微粒子とし、支持体表面に付着させることが可能となる。水/シリカモル比が10より小さいと、ゼオライト種結晶が支持体表面に不均質にかつ過剰に析出することがあり、50より大きいと、ゼオライト種結晶が支持体表面に析出しないことがある。ここで、ゼオライト種結晶が支持体表面に付着した状態は、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)写真において、支持体表面を被覆している割合(写真上の面積割合)として定量的に示すことができ、5〜100%であることが好ましい。   In the seeding sol, the molar ratio of water to silica (fine particles) (water / silica molar ratio: a value obtained by dividing the number of moles of water by the number of moles of silica) is water / silica = 10-50. Is preferable, and it is still more preferable that it is 20-40. Thus, by increasing the silica concentration of the seeding sol, the zeolite seed crystal can be made into fine particles and adhered to the support surface. If the water / silica molar ratio is less than 10, the zeolite seed crystals may be precipitated inhomogeneously and excessively on the support surface, and if it is more than 50, the zeolite seed crystals may not be precipitated on the support surface. Here, the state in which the zeolite seed crystals are attached to the support surface, for example, in a scanning electron microscope (SEM) photograph, is quantitatively shown as the ratio of covering the support surface (area ratio on the photograph). It is preferable that it is 5 to 100%.

MFI型ゼオライトの構造規定剤としては、テトラプロピルアンモニウムイオン(TPA)を生じ得る、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド(TPAOH)やテトラプロピルアンモニウムブロミド(TPABr)が用いられる。従って、構造規定剤水溶液としては、TPAOH及び/又はTPABrを含む水溶液を好適に用いることができる。   As a structure-directing agent for MFI-type zeolite, tetrapropylammonium hydroxide (TPAOH) or tetrapropylammonium bromide (TPABr) that can generate tetrapropylammonium ion (TPA) is used. Accordingly, an aqueous solution containing TPAOH and / or TPABr can be suitably used as the structure directing agent aqueous solution.

シリカゾルとして、シリカ微粒子の他、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物を含有するものを用いることも好ましい。MFI型ゼオライトの構造規定剤として用いられるTPAOHは比較的高価な試薬であるが、この方法によれば、比較的安価なTPABrとアルカリ金属等の水酸化物とからTPA源とアルカリ源を得ることができる。即ち、この方法では高価なTPAOHの使用量を削減できるため、原料コストを低減させることができ、ゼオライトを安価に生産することが可能となる。   As the silica sol, it is also preferable to use a silica sol containing an alkali metal or alkaline earth metal hydroxide in addition to silica fine particles. TPAOH used as a structure-directing agent for MFI-type zeolite is a relatively expensive reagent. According to this method, a TPA source and an alkali source are obtained from a relatively inexpensive TPABr and an alkali metal hydroxide. Can do. That is, since this method can reduce the amount of expensive TPAOH used, the raw material cost can be reduced and zeolite can be produced at low cost.

シリカゾルと構造規定剤水溶液とを混合するに際しては、シリカに対するTPAのモル比(TPA/シリカ比)が0.05〜0.5の範囲内となるように両者を混合することが好ましく、0.1〜0.3の範囲内とすることが更に好ましい。TPA/シリカ比が0.051未満であると、種結晶が析出しないことがあり、0.5を超えると過剰に支持体表面に析出することがある。   When mixing the silica sol and the structure directing agent aqueous solution, it is preferable to mix the two so that the molar ratio of TPA to silica (TPA / silica ratio) is in the range of 0.05 to 0.5. More preferably, it is in the range of 1 to 0.3. If the TPA / silica ratio is less than 0.051, seed crystals may not be precipitated, and if it exceeds 0.5, it may be excessively deposited on the support surface.

なお、構造規定剤として用いられる物質はゼオライトの型により異なるため、所望の型のゼオライトに応じた構造規定剤を適宜選択して使用する。例えば、BEA型ゼオライト(「β−ゼオライト」とも称される)の場合にはテトラエチルアンモニウムヒドロキシド(TEAOH)やテトラエチルアンモニウムブロミド(TEABr)等を、DDR型ゼオライトの場合には1−アダマンタンアミン等を使用する。シリカに対する構造規定剤のモル比(構造規定剤/シリカ比)は、各々の型のゼオライトの従来公知の合成法に準じて決定すればよい。   Since the substance used as the structure directing agent varies depending on the type of zeolite, a structure directing agent corresponding to the desired type of zeolite is appropriately selected and used. For example, tetraethylammonium hydroxide (TEAOH) or tetraethylammonium bromide (TEABr) is used in the case of BEA type zeolite (also called “β-zeolite”), and 1-adamantanamine is used in the case of DDR type zeolite. use. The molar ratio of the structure-directing agent to silica (structure-directing agent / silica ratio) may be determined in accordance with a conventionally known synthesis method for each type of zeolite.

また、種付け用ゾル調製時に添加する水は、不純物イオンを含まないことが好ましく、具体的には蒸留水又はイオン交換水であることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the water added at the time of preparation of the seeding sol does not contain impurity ions, specifically, distilled water or ion-exchanged water is preferable.

(II−1−2)支持体;
支持体は、ゼオライト種結晶を表面に生成し、ゼオライト膜を形成することができれば特に限定されるものではなく、その材質、形状及び大きさは用途等に合わせて適宜決定することができる。支持体を構成する材料としては、支持体作製、入手の容易さの点から、アルミナが好ましい。アルミナとしては、平均粒径0.001〜30μmのアルミナ粒子を原料として成形、焼結させたものが好ましい。支持体は多孔質体であることが好ましい。支持体の形状としては、モノリス形状が好ましい。
(II-1-2) support;
The support is not particularly limited as long as it can form a zeolite seed crystal on the surface and form a zeolite membrane, and the material, shape, and size thereof can be appropriately determined according to the application. As a material constituting the support, alumina is preferable from the viewpoint of support production and availability. Alumina is preferably formed and sintered using alumina particles having an average particle diameter of 0.001 to 30 μm as raw materials. The support is preferably a porous body. The shape of the support is preferably a monolith shape.

(II−1−3)ゼオライト種結晶の生成;
ゼオライト種結晶を生成させるために、まず、上記支持体と上記種付け用ゾルを耐圧容器内に入れる。このとき、支持体が、種付け用ゾルに浸漬されるように配置する。その後、耐圧容器を加熱し、水熱合成により支持体表面にゼオライト種結晶を生成させる。
(II-1-3) Formation of zeolite seed crystals;
In order to produce a zeolite seed crystal, first, the support and the seeding sol are placed in a pressure vessel. At this time, it arrange | positions so that a support body may be immersed in the seeding sol. Thereafter, the pressure vessel is heated and a zeolite seed crystal is generated on the surface of the support by hydrothermal synthesis.

耐圧容器としては、特に限定されないが、フッ素樹脂製内筒付のステンレス製耐圧容器、ニッケル金属製耐圧容器等を使用することができる。支持体を種付け用ゾルに浸漬する場合は、少なくともゼオライト種結晶を析出させる箇所を種付け用ゾル内に沈めることが好ましく、支持体全体を種付け用ゾルに沈めてもよい。水熱合成を行う場合の温度は、90〜130℃であり、100〜120℃がより好ましい。90℃より低温であると、水熱合成が進行しにくく、130℃より高温であると、得られるゼオライト種結晶を微粒化することができない。特に、支持体がアルミナ粒子を焼結した多孔体である場合には、水熱合成の温度を上記範囲(90〜130℃)とすることにより、支持体表面に位置するアルミナ粒子のそれぞれの表面をゼオライト種結晶で覆うことが可能となる。また、水熱合成の合成時間は、3〜18時間であることが好ましく、6〜12時間であることがより好ましい。3時間より短いと、水熱合成が十分に進行しないことがあり、18時間より長いと、ゼオライト種結晶が大きくなり過ぎることがある。このように、水熱合成により支持体表面に直接ゼオライト種結晶を析出させると、支持体からゼオライト種結晶が剥離し難くなるため、ゼオライト膜を形成したときに、膜の欠陥や膜厚の不均一等の問題を防止することができる。   Although it does not specifically limit as a pressure vessel, The stainless steel pressure vessel with a fluororesin inner cylinder, a nickel metal pressure vessel, etc. can be used. When the support is immersed in the seeding sol, it is preferable that at least a portion where the zeolite seed crystals are precipitated is submerged in the seeding sol, and the entire support may be submerged in the seeding sol. The temperature for hydrothermal synthesis is 90 to 130 ° C, and more preferably 100 to 120 ° C. If the temperature is lower than 90 ° C, hydrothermal synthesis is difficult to proceed, and if the temperature is higher than 130 ° C, the resulting zeolite seed crystals cannot be atomized. In particular, when the support is a porous body obtained by sintering alumina particles, each surface of the alumina particles located on the support surface is set by setting the temperature of hydrothermal synthesis to the above range (90 to 130 ° C.). Can be covered with zeolite seed crystals. The synthesis time for hydrothermal synthesis is preferably 3 to 18 hours, and more preferably 6 to 12 hours. If it is shorter than 3 hours, hydrothermal synthesis may not proceed sufficiently, and if it is longer than 18 hours, the zeolite seed crystals may become too large. Thus, if zeolite seed crystals are directly deposited on the surface of the support by hydrothermal synthesis, the zeolite seed crystals are difficult to peel off from the support. Problems such as uniformity can be prevented.

また、加熱する方法としては、耐圧容器を熱風乾燥機に入れて加熱したり、耐圧容器にヒーターを直接取り付けて加熱する等の方法が挙げられる。   Moreover, as a method of heating, the method of putting a pressure vessel into a hot-air dryer and heating, or attaching a heater directly to a pressure vessel and heating is mentioned.

得られるゼオライト種結晶の粒子径は、1μm以下であることが好ましく、0.5μm以下であることがより好ましく、0.01〜0.5μmであることが特に好ましい。1μmより大きいと、膜形成工程において欠陥が少なく均一な膜厚で緻密なゼオライト膜を形成できないことがある。ここで、ゼオライト種結晶の粒子径は、走査型電子顕微鏡(SEM)観察によって得られた値とし、1μm以下というときは、最大粒子径が1μm以下であることを示す。   The particle diameter of the obtained zeolite seed crystal is preferably 1 μm or less, more preferably 0.5 μm or less, and particularly preferably 0.01 to 0.5 μm. If it is larger than 1 μm, a dense zeolite membrane may not be formed with a uniform film thickness with few defects in the membrane formation step. Here, the particle diameter of the zeolite seed crystal is a value obtained by observation with a scanning electron microscope (SEM), and when it is 1 μm or less, the maximum particle diameter is 1 μm or less.

支持体表面にゼオライト種結晶が析出した後は、支持体を水を使用して煮沸洗浄することが好ましい。これにより、余分なゼオライトの生成を防止することができる。洗浄時間は、種付け用ゾルが洗い流されれば特に限定されないが、0.5〜3時間の洗浄を1〜5回繰り返すことが好ましい。洗浄の後は、60〜120℃で、4〜48時間乾燥させることが好ましい。   After the zeolite seed crystals are deposited on the surface of the support, it is preferable to boil and wash the support using water. Thereby, the production | generation of an excess zeolite can be prevented. The washing time is not particularly limited as long as the seeding sol is washed away, but it is preferable to repeat the washing for 0.5 to 3 hours 1 to 5 times. After washing, drying at 60 to 120 ° C. for 4 to 48 hours is preferable.

また、支持体として図1A、図1Bに示すようなモノリス形状の多孔質体54を使用する場合には、支持体51のチャネル52の表面に、ゼオライト種結晶を生成させることが好ましい。この場合、支持体51を、種付け用ゾルに浸漬させるときには、外周面をフッ素樹脂等のテープで被覆した状態で浸漬することが好ましい。   Further, when a monolithic porous body 54 as shown in FIGS. 1A and 1B is used as a support, it is preferable to generate a zeolite seed crystal on the surface of the channel 52 of the support 51. In this case, when the support 51 is immersed in the seeding sol, it is preferable to immerse the support 51 in a state where the outer peripheral surface is covered with a tape such as a fluororesin.

(II−2)膜形成工程:
(II−2−1)膜形成用ゾル;
膜形成用ゾルは、原料としては、上述した種付け用ゾルに含有されるシリカゾル、構造規定剤及び水と同じものを使用し、種付け用ゾルの場合より水を多く使用して、種付け用ゾルより濃度を薄くしたものを使用することが好ましい。
(II-2) Film forming step:
(II-2-1) sol for film formation;
The film-forming sol uses the same silica sol, structure-directing agent and water contained in the seeding sol as described above, and uses more water than the seeding sol. It is preferable to use one having a reduced concentration.

膜形成用ゾルの、含有される水とシリカ(微粒子)とのモル比(水/シリカモル比)が、水/シリカ=100〜700であることが好ましく、200〜500であることが更に好ましい。水/シリカモル比が100〜700であると、均一な厚みの欠陥の少ない緻密なゼオライト膜を形成することができる。水/シリカモル比が100より小さいと、シリカ濃度が高くなるため、膜形成用ゾル中にゼオライト結晶が析出し、ゼオライト膜表面に堆積するため、焼成等の活性化処理時にクラック等が発生し易くなることがある。また、水/シリカモル比が700より大きいと、ゼオライト膜が緻密になり難いことがある。   The molar ratio of water and silica (fine particles) contained in the sol for film formation (water / silica molar ratio) is preferably water / silica = 100 to 700, and more preferably 200 to 500. When the water / silica molar ratio is 100 to 700, a dense zeolite membrane with uniform thickness and few defects can be formed. If the water / silica molar ratio is less than 100, the silica concentration increases, so zeolite crystals are deposited in the film-forming sol and deposited on the surface of the zeolite film, so that cracks and the like are likely to occur during activation treatment such as firing. May be. If the water / silica molar ratio is greater than 700, the zeolite membrane may be difficult to be dense.

膜形成用ゾルにおいて、シリカゾルと構造規定剤水溶液とを混合するに際しては、シリカに対するTPAのモル比(TPA/シリカ比)が0.05〜0.5の範囲内となるように両者を混合することが好ましく、0.1〜0.3の範囲内とすることが更に好ましい。TPA/シリカ比が0.05未満であると、膜が緻密になりにくく、0.5を超えるとゼオライト結晶が膜表面に堆積することがある。   When mixing the silica sol and the structure directing agent aqueous solution in the film-forming sol, the two are mixed so that the molar ratio of TPA to silica (TPA / silica ratio) is in the range of 0.05 to 0.5. It is preferable that it is in the range of 0.1 to 0.3. If the TPA / silica ratio is less than 0.05, the film is difficult to be dense, and if it exceeds 0.5, zeolite crystals may be deposited on the film surface.

(II−2−2)膜形成;
支持体表面に析出したゼオライト種結晶を水熱合成により成長させて、支持体表面に、膜状に成長したゼオライト結晶からなるゼオライト膜を形成する。ゼオライト膜を支持体表面に形成するために、上記ゼオライト種結晶を生成(析出)させた場合と同様にして、まず、ゼオライト種結晶が析出した支持体と上記膜形成用ゾルを耐圧容器内に入れる。このとき、支持体が、膜形成用ゾルに浸漬されるように配置する。その後、耐圧容器内を加熱して水熱合成により支持体表面にゼオライト膜を形成する。尚、水熱合成により得られたゼオライト膜は、テトラプロピルアンモニウムを含むものであるため、最終的にゼオライト膜を得るために、その後に、加熱処理を行うことが好ましい。
(II-2-2) film formation;
Zeolite seed crystals deposited on the surface of the support are grown by hydrothermal synthesis to form a zeolite membrane made of zeolite crystals grown in the form of a film on the surface of the support. In order to form a zeolite membrane on the surface of the support, first, the support on which the zeolite seed crystals are deposited and the membrane-forming sol are first placed in a pressure vessel. Put in. At this time, it arrange | positions so that a support body may be immersed in the sol for film formation. Thereafter, the inside of the pressure vessel is heated and a zeolite membrane is formed on the surface of the support by hydrothermal synthesis. In addition, since the zeolite membrane obtained by hydrothermal synthesis contains tetrapropylammonium, it is preferable to perform a heat treatment after that in order to finally obtain a zeolite membrane.

耐圧容器としては、上記ゼオライト種結晶の生成に使用した耐圧容器を使用することが好ましい。支持体を膜形成用ゾルに浸漬する場合は、少なくともゼオライト膜を形成させる箇所を膜形成用ゾル内に沈めることが好ましく、支持体全体を膜形成用ゾルに沈めてもよい。水熱合成を行う場合の温度は、100〜200℃が好ましく、120〜180℃が更に好ましい。このような温度範囲とすることにより、均一な厚みで欠陥の少ない緻密なゼオライト膜を得ることが可能となる。そして、本発明のゼオライト膜の製造方法では、このような高品質な膜を再現性よく製造することが可能であり、製造効率が高い。100℃より低温であると、水熱合成が進行し難いことがあり、200℃より高温であると、得られるゼオライト膜を均一な厚みの欠陥の少ない緻密なものとし難いことがある。   As the pressure vessel, it is preferable to use the pressure vessel used for producing the zeolite seed crystal. When the support is immersed in the film-forming sol, it is preferable that at least a portion where the zeolite film is formed is submerged in the film-forming sol, and the entire support may be submerged in the film-forming sol. 100-200 degreeC is preferable and the temperature in the case of performing hydrothermal synthesis has more preferable 120-180 degreeC. By setting it as such a temperature range, it becomes possible to obtain a dense zeolite membrane with uniform thickness and few defects. In the method for producing a zeolite membrane of the present invention, such a high quality membrane can be produced with good reproducibility, and the production efficiency is high. If the temperature is lower than 100 ° C, hydrothermal synthesis may not proceed easily, and if the temperature is higher than 200 ° C, the resulting zeolite membrane may be difficult to be made dense with few defects of uniform thickness.

また、水熱合成の合成時間は、3〜120時間であることが好ましく、6〜90時間であることが更に好ましく、10〜72時間であることが特に好ましい。3時間より短いと、水熱合成が十分に進行しないことがあり、120時間より長いと、ゼオライト膜が、不均一な厚さで、厚くなり過ぎることがある。ここで、ゼオライト膜が緻密であるというときは、走査型電子顕微鏡(SEM)により観察した場合に、支持体表面の露出がない状態であることをいう。また、ゼオライト膜の欠陥は、例えば、ローダミンB溶液のような着色剤を支持体表面に塗布した後、速やかに水洗することにより残存する着色を目視により観察することができ、欠陥が少ないというときは、着色がほとんど残存しない状態であることをいう。   The synthesis time of hydrothermal synthesis is preferably 3 to 120 hours, more preferably 6 to 90 hours, and particularly preferably 10 to 72 hours. If it is shorter than 3 hours, hydrothermal synthesis may not proceed sufficiently, and if it is longer than 120 hours, the zeolite membrane may be too thick with a non-uniform thickness. Here, when the zeolite membrane is dense, it means that the surface of the support is not exposed when observed with a scanning electron microscope (SEM). Further, the defect of the zeolite membrane is, for example, when the coloring remaining like the rhodamine B solution is applied to the surface of the support and then washed quickly with water so that the remaining coloring can be visually observed, and there are few defects. Means that almost no coloring remains.

得られるゼオライト膜の膜厚は、30μm以下であることが好ましく、1〜30μmであることが更に好ましく、1〜20μmであることが更に好ましく、1〜15μmであることが特に好ましく、1〜10μmであることが最も好ましい。30μmより厚いと、分離膜として使用したときに、分離効率が低下することがある。ここで、ゼオライト膜の膜厚は、走査型電子顕微鏡(SEM)による観察によって得られた値とする。このように薄い膜を形成することができるため、上述した欠陥が少なく膜厚が均一で緻密であるという特徴と合わせて、分離性能の高い分離膜とすることができる。   The thickness of the obtained zeolite membrane is preferably 30 μm or less, more preferably 1 to 30 μm, further preferably 1 to 20 μm, particularly preferably 1 to 15 μm, and 1 to 10 μm. Most preferably. If it is thicker than 30 μm, the separation efficiency may decrease when used as a separation membrane. Here, the thickness of the zeolite membrane is a value obtained by observation with a scanning electron microscope (SEM). Since such a thin film can be formed, it is possible to obtain a separation film with high separation performance in combination with the above-described characteristics that the film thickness is uniform and dense with few defects.

水熱合成により支持体表面にゼオライト膜を形成した後には、支持体を水を使用して煮沸洗浄することが好ましい。これにより、ゼオライト膜上に余分なゼオライト結晶が付着することを防止することができる。洗浄時間は、特に限定されないが、0.5〜3時間の洗浄を1〜5回繰り返すことが好ましい。洗浄の後は、60〜120℃で、4〜48時間乾燥させることが好ましい。   After forming a zeolite membrane on the support surface by hydrothermal synthesis, it is preferable to boil and wash the support using water. Thereby, it is possible to prevent extra zeolite crystals from adhering to the zeolite membrane. Although washing | cleaning time is not specifically limited, It is preferable to repeat washing | cleaning for 0.5 to 3 hours 1 to 5 times. After washing, drying at 60 to 120 ° C. for 4 to 48 hours is preferable.

(II−3)構造規定剤除去工程:
次に、上記方法により得られた(上記方法に限定されるわけではない)、支持体表面に形成されたゼオライト膜を加熱処理(活性化処理)することにより、構造規定剤のテトラプロピルアンモニウムを除去する構造規定剤除去工程を行う。これにより、最終的にゼオライト膜を形成する。加熱温度は、250〜350℃が好ましく、加熱時間は5〜200時間が好ましい。昇降温速度は1℃/min以下が望ましい。より好ましくは0.5℃/min以下、さらに好ましくは0.1℃/min以下である。また、加熱に使用する機器としては、電気炉等を挙げることができる。
(II-3) Structure-directing agent removal step:
Next, the structure-directing agent tetrapropylammonium is obtained by heat treatment (activation treatment) of the zeolite membrane formed on the surface of the support obtained by the above method (not limited to the above method). A structure-directing agent removing step is performed. As a result, a zeolite membrane is finally formed. The heating temperature is preferably 250 to 350 ° C., and the heating time is preferably 5 to 200 hours. The temperature raising / lowering speed is desirably 1 ° C./min or less. More preferably, it is 0.5 degrees C / min or less, More preferably, it is 0.1 degrees C / min or less. Moreover, an electric furnace etc. can be mentioned as an apparatus used for a heating.

(II−4)膜成長工程:
本実施形態のゼオライト膜の製造方法は、上記「(2)膜形成工程」の後に、支持体の表面に形成されたゼオライト膜を更に成長させる、少なくとも一の膜成長工程を有することが好ましい。特に、支持体をモノリス形状とし、チャネル内の表面にゼオライト膜を形成する場合には、膜形成用ゾル中に含まれるシリカ成分がチャネル内で不足し、「(2)膜形成工程」だけでは、膜形成が十分でないことがある。そのような場合には、その後に、更に、膜成長工程によりゼオライト膜を成長させることにより、所望の厚さのゼオライト膜を形成することができる。この膜成長工程は、1回だけでなく、2回以上行ってもよい。
(II-4) Film growth process:
The method for producing a zeolite membrane of the present embodiment preferably includes at least one membrane growth step of further growing the zeolite membrane formed on the surface of the support after the “(2) membrane formation step”. In particular, when the support is formed in a monolith shape and a zeolite film is formed on the surface in the channel, the silica component contained in the film-forming sol is insufficient in the channel, and only “(2) film forming step” The film formation may not be sufficient. In such a case, a zeolite membrane having a desired thickness can be formed by further growing the zeolite membrane by a membrane growth step. This film growth step may be performed not only once but also twice or more.

膜成長工程の操作は、上記「(II−2)膜形成工程」において、「(1)種結晶生成工程で得られた、表面にゼオライト種結晶を析出させた支持体」を用いる代わりに、「(2)膜形成工程で得られた、表面にゼオライト膜が形成された支持体」を用い、それ以外については、上記「(II−2)膜形成工程」と同様の操作とすることが好ましい。   In the operation of the film growth step, in the above “(II-2) film formation step”, instead of using “(1) the support obtained by precipitating zeolite seed crystals on the surface” obtained in the seed crystal generation step, Using “(2) the support having a zeolite membrane formed on the surface obtained in the membrane forming step”, the other operations may be the same as the above “(II-2) membrane forming step”. preferable.

以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further in detail based on an Example, this invention is not limited to these Examples.

(実施例1)
(種付け用ゾルの調製)
40%テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド溶液(SACHEM製)95gとテトラプロピルアンモニウムブロミド(和光純薬工業(株)製)18.88gを混合し、さらに蒸留水を82.54g、約30wt%シリカゾル(スノーテックスS、日産化学(株)製)95gを加えて、室温で30分間マグネティックスターラーで攪拌して種付け用のゾルを調整した。
Example 1
(Preparation of seeding sol)
95% of 40% tetrapropylammonium hydroxide solution (manufactured by SACHEM) and 18.88 g of tetrapropylammonium bromide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) are mixed, and further 82.54 g of distilled water and about 30 wt% silica sol (Snowtex) S, manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd.) was added and stirred with a magnetic stirrer at room temperature for 30 minutes to prepare a seeding sol.

(ゼオライト種結晶の生成)
得られた種付け用ゾル66を、図2に示すように、テフロン内筒62がステンレス容器63の内部に配設された形成されたステンレス製300ml耐圧容器61中に入れ、直径12mmφ、厚み1〜2mm、長さ160mmの多孔質アルミナ支持体65を浸漬させて固定治具64によりステンレス容器63に固定し、110℃の熱風乾燥機中で10時間反応させた。反応後の支持体66は、3〜5回の煮沸洗浄の後80℃で十分乾燥した。
(Formation of zeolite seed crystals)
As shown in FIG. 2, the obtained seeding sol 66 is placed in a stainless steel 300 ml pressure vessel 61 in which a Teflon inner cylinder 62 is disposed inside a stainless vessel 63, and has a diameter of 12 mmφ and a thickness of 1 to 1. A porous alumina support 65 having a length of 2 mm and a length of 160 mm was immersed, fixed to the stainless steel container 63 by a fixing jig 64, and reacted in a hot air dryer at 110 ° C. for 10 hours. The support 66 after the reaction was sufficiently dried at 80 ° C. after 3 to 5 boiling washings.

(膜形成用ゾルの調製)
上記工程の後に、40%テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド溶液(SACHEM製)0.66gとテトラプロピルアンモニウムブロミド(和光純薬工業(株)製)0.34gを混合し、さらに蒸留水を229.6g、約30wt%シリカゾル(スノーテックスS、日産化学(株)製)5.2gを加えて、室温で30分間マグネティックスターラーで攪拌して膜形成用のゾルを調整した。
(Preparation of film-forming sol)
After the above step, 0.66 g of 40% tetrapropylammonium hydroxide solution (manufactured by SACHEM) and 0.34 g of tetrapropylammonium bromide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were mixed, and 229.6 g of distilled water was further added. About 30 wt% silica sol (Snowtex S, manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd.) (5.2 g) was added, and the mixture was stirred with a magnetic stirrer at room temperature for 30 minutes to prepare a sol for film formation.

(ゼオライト膜の形成)
得られた膜形成用のゾルを、テフロン(登録商標)内筒付ステンレス製300ml耐圧容器中に入れ、前記の種付き多孔質アルミナ支持体に浸漬させ、180℃の熱風乾燥機中で60時間反応させた。
(Formation of zeolite membrane)
The obtained sol for film formation is placed in a stainless steel 300 ml pressure vessel with a Teflon (registered trademark) inner cylinder, immersed in the seeded porous alumina support, and heated in a hot air dryer at 180 ° C. for 60 hours. Reacted.

(構造規定剤除去)
反応後の支持体は、3〜5回の煮沸洗浄の後80℃で十分乾燥した。以上のようにして得た多孔質アルミナ支持体上のMFI膜を、電気炉で300℃まで昇温し100時間保持してテトラプロピルアンモニウムを除去した。
(Structure directing agent removal)
The support after the reaction was sufficiently dried at 80 ° C. after 3 to 5 boiling washings. The MFI membrane on the porous alumina support obtained as described above was heated to 300 ° C. in an electric furnace and held for 100 hours to remove tetrapropylammonium.

(パラキシレン/オルトキシレンのパーベーパレーション(PV)試験)
図3は、パーベーパレーション試験を行う試験装置全体を示す模式図である。図3に示すように、供給液タンク31内に入れられた、供給液(パラキシレン/オルトキシレン=10/90(wt比))を約50℃(または70℃)に加熱する。供給ポンプ32にてSUS(ステンレススチール)製モジュール35の供給液側空間36に、供給液導入口33より供給液を供給し、供給液排出口34から排出された供給液を供給液タンク31に戻すことで、供給液を循環させる。供給液の流量は流量計39で確認する。真空ポンプ43にてゼオライト膜38の支持体側(透過側空間37)を減圧することで、ゼオライト膜38を透過し、透過蒸気回収口40から排出される透過蒸気を液体Nトラップ41にて回収する。透過側空間37の真空度は圧力制御器42により制御する。SUS製モジュール35は、内部空間がゼオライト膜38により供給液側空間36と透過側空間37とに仕切られ、供給液側空間36に連通するように供給液導入口33と供給液排出口34とが形成され、透過側空間37の上端部に透過蒸気を外部に排出するための透過蒸気回収口40が形成されている。図3においては、SUS製モジュール35は、SUS製の円筒状の外側容器の中に、円筒状の支持体(図示せず)の外表面に配設された円筒状のゼオライト膜が装着された構造である。試験は、50℃及び70℃、透過側真空度0.2torr、測定時間30分で行った。表1に示す初期性能を示した。
(Par-xylene / ortho-xylene pervaporation (PV) test)
FIG. 3 is a schematic diagram showing an entire test apparatus for performing a pervaporation test. As shown in FIG. 3, the supply liquid (paraxylene / orthoxylene = 10/90 (wt ratio)) placed in the supply liquid tank 31 is heated to about 50 ° C. (or 70 ° C.). The supply liquid is supplied from the supply liquid introduction port 33 to the supply liquid side space 36 of the SUS (stainless steel) module 35 by the supply pump 32, and the supply liquid discharged from the supply liquid discharge port 34 is supplied to the supply liquid tank 31. By returning, the supply liquid is circulated. The flow rate of the supply liquid is confirmed by a flow meter 39. By reducing the pressure on the support side (permeation side space 37) of the zeolite membrane 38 with the vacuum pump 43, the permeate vapor that permeates the zeolite membrane 38 and is discharged from the permeate vapor recovery port 40 is recovered by the liquid N 2 trap 41. To do. The degree of vacuum in the transmission side space 37 is controlled by the pressure controller 42. The SUS module 35 has an internal space partitioned by a zeolite membrane 38 into a supply liquid side space 36 and a permeation side space 37, and a supply liquid introduction port 33 and a supply liquid discharge port 34 so as to communicate with the supply liquid side space 36. And a permeate vapor recovery port 40 for discharging permeate vapor to the outside is formed at the upper end portion of the permeate side space 37. In FIG. 3, the SUS module 35 is mounted with a cylindrical zeolite membrane disposed on the outer surface of a cylindrical support (not shown) in a cylindrical outer container made of SUS. It is a structure. The test was performed at 50 ° C. and 70 ° C., a transmission side vacuum degree of 0.2 torr, and a measurement time of 30 minutes. The initial performance shown in Table 1 was shown.

(実施例2)
電気炉で320℃まで昇温し100時間保持してテトラプロピルアンモニウムを除去した。
(Example 2)
The temperature was raised to 320 ° C. in an electric furnace and maintained for 100 hours to remove tetrapropylammonium.

(実施例3)
電気炉で280℃まで昇温し100時間保持してテトラプロピルアンモニウムを除去した。
(Example 3)
The temperature was raised to 280 ° C. in an electric furnace and maintained for 100 hours to remove tetrapropylammonium.

(比較例1)
種付け用ゾルの調製、ゼオライト種結晶の生成、膜形成用ゾルの調製、及びゼオライト膜の形成までは、実施例と同様に行った。
(Comparative Example 1)
Preparation of the seeding sol, formation of zeolite seed crystals, preparation of the film-forming sol, and formation of the zeolite film were performed in the same manner as in the examples.

(構造規定剤除去)
以上のようにして得た多孔質アルミナ支持体上のMFI膜を、電気炉で500℃まで昇温し4時間保持してテトラプロピルアンモニウムを除去した。これをパラキシレン/オルトキシレンのパーベーパレーション(PV)試験(供給液:パラキシレン/オルトキシレン=10/90(wt比))に用いたところ、表1に示す初期性能を示した。
(Structure directing agent removal)
The MFI film on the porous alumina support obtained as described above was heated to 500 ° C. in an electric furnace and held for 4 hours to remove tetrapropylammonium. When this was used in a para-xylene / ortho-xylene pervaporation (PV) test (feed solution: para-xylene / ortho-xylene = 10/90 (wt ratio)), the initial performance shown in Table 1 was shown.

(比較例2)
電気炉で400℃まで昇温し24時間保持してテトラプロピルアンモニウムを除去した。
(Comparative Example 2)
The temperature was raised to 400 ° C. in an electric furnace and maintained for 24 hours to remove tetrapropylammonium.

Figure 0005481075
Figure 0005481075

実施例1〜3では、構造規定剤を除去する構造規定剤除去工程における焼成温度を、従来に比べて低温化(280〜320℃)とすることにより、キシレン異性体を分離するゼオライト膜を得ることができた。   In Examples 1 to 3, a zeolite membrane that separates xylene isomers is obtained by setting the firing temperature in the structure-directing agent removing step to remove the structure-directing agent to a lower temperature (280 to 320 ° C.) than in the past. I was able to.

本発明のゼオライト膜の製造方法は、キシレン異性体を分離可能なゼオライト膜の製造方法として利用することができる。   The method for producing a zeolite membrane of the present invention can be used as a method for producing a zeolite membrane capable of separating xylene isomers.

31:供給液タンク、32:供給ポンプ、33:供給液導入口、34:供給液排出口、35:SUS製モジュール、36:供給側空間、37:透過側空間、38:ゼオライト膜、39:流量計、40:透過蒸気回収口、41:液体窒素トラップ、42:圧力制御器、43:真空ポンプ、51:支持体、52:流通路(チャネル)、53:軸方向、54:多孔質体、61:耐圧容器、62:テフロン内筒、63:ステンレス容器、64:固定治具、65:多孔質アルミナ支持体、66:種付け用ゾル。 31: Supply liquid tank, 32: Supply pump, 33: Supply liquid introduction port, 34: Supply liquid discharge port, 35: SUS module, 36: Supply side space, 37: Permeation side space, 38: Zeolite membrane, 39: 40: Permeate vapor recovery port, 41: Liquid nitrogen trap, 42: Pressure controller, 43: Vacuum pump, 51: Support, 52: Flow passage (channel), 53: Axial direction, 54: Porous body 61: pressure vessel, 62: Teflon inner cylinder, 63: stainless steel container, 64: fixing jig, 65: porous alumina support, 66: seeding sol.

Claims (3)

多孔質支持体の表面に、テトラプロピルアンモニウムイオン(TPA)を生じ得る構造規定剤を含むゼオライト膜を形成する膜形成工程と、
前記膜形成工程の後に、前記膜形成工程において形成された前記ゼオライト膜を250〜300℃で焼成することにより前記構造規定剤を除去する構造規定剤除去工程と、を含むゼオライト膜の製造方法。
Forming a zeolite membrane containing a structure-directing agent capable of generating tetrapropylammonium ions (TPA) on the surface of the porous support;
A method for producing a zeolite membrane comprising, after the membrane forming step, a structure directing agent removing step of removing the structure directing agent by baking the zeolite membrane formed in the membrane forming step at 250 to 300 ° C.
前記ゼオライト膜がMFI型である請求項1に記載のゼオライト膜の製造方法。   The method for producing a zeolite membrane according to claim 1, wherein the zeolite membrane is MFI type. 前記支持体が、アルミナからなる請求項1または2に記載のゼオライト膜の製造方法。   The method for producing a zeolite membrane according to claim 1, wherein the support is made of alumina.
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