JP5533438B2 - Dehydrated concentration equipment for hydrous organic compounds - Google Patents

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Description

本発明は、含水有機化合物の脱水濃縮装置に関する。   The present invention relates to an apparatus for dehydrating and concentrating a water-containing organic compound.

従来より、含水有機化合物の脱水濃縮に際し、蒸留塔と共に、分離膜モジュールと吸着装置を順次に配置して成る脱水濃縮装置が知られている(特許文献1)。分離膜モジュールは、分離膜として無機多孔質支持体表面にゼオライト結晶層から成る膜を有する無機多孔質支持体−ゼオライト膜複合体が収納された構造を有し、ゼオライト膜としてはA型ゼオライト膜(ゼオライト結晶層のSiO/Alモル比が1程度)が使用される。また、一方、吸着装置は、合成ゼオライトである「モレキュラシーブ」(商品名)の充填塔を使用して圧力および/または温度をスイングさせて水分の吸着・脱着を行う装置であり、装置構成が比較的簡単であるために単体装置としても広く使用されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a dehydrating and concentrating apparatus in which a separation membrane module and an adsorbing device are sequentially arranged together with a distillation tower when dehydrating and concentrating a water-containing organic compound is known (Patent Document 1). The separation membrane module has a structure in which an inorganic porous support-zeolite membrane complex having a membrane composed of a zeolite crystal layer on the surface of the inorganic porous support as a separation membrane is housed. (The SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite crystal layer is about 1). On the other hand, the adsorption device is a device that adsorbs and desorbs moisture by swinging pressure and / or temperature using a packed tower of “Molecular Sieve” (trade name), which is a synthetic zeolite. Because of its simplicity, it is widely used as a single device.

特開2008−86988号公報JP 2008-86988 A

しかしながら、A型ゼオライト膜は耐酸性に欠けるため、酢酸などの酸を含む含水有機化合物の脱水濃縮には使用できない。また、A型ゼオライト膜は含水有機化合物中の水分含量が高くなると性能が低下する欠点がある。そのため、脱水濃縮装置の前段に配置される蒸留塔での予備的脱水処理が必要であり、蒸留塔の運転に必要な熱量を軽減化して省エネルギー化を図る場合にも限界がある。   However, since the A-type zeolite membrane lacks acid resistance, it cannot be used for dehydration concentration of a water-containing organic compound containing an acid such as acetic acid. In addition, the A-type zeolite membrane has a drawback that the performance decreases when the water content in the hydrous organic compound increases. For this reason, preliminary dehydration treatment is required in a distillation column disposed in front of the dehydration concentration apparatus, and there is a limit in reducing energy consumption by reducing the amount of heat necessary for operation of the distillation column.

本発明は、上記実情に鑑みなされたものであり、その目的は、酢酸などの酸を含む含水有機化合物の脱水濃縮にも使用でき、しかも、含水有機化合物中の水分含量が高くなっても性能低下が少ない、含水有機化合物の脱水濃縮装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose can be used for dehydration concentration of a water-containing organic compound containing an acid such as acetic acid, and further, even if the water content in the water-containing organic compound is increased, the performance is improved. An object of the present invention is to provide an apparatus for dehydrating and concentrating a water-containing organic compound with little decrease.

本発明者らは、種々検討を重ねた結果、分離膜モジュールに特定のゼオライト結晶層から成る膜を使用することにより、上記の目的を容易に達成し得るとの知見を得、本発明の完成に至った。   As a result of various studies, the present inventors have obtained knowledge that the above object can be easily achieved by using a membrane composed of a specific zeolite crystal layer in the separation membrane module, and completed the present invention. It came to.

すなわち、本発明の要旨は、分離膜として無機多孔質支持体表面にゼオライト膜を有する無機多孔質支持体−ゼオライト膜複合体が収納された分離膜モジュール(A)と吸着装置(B)を順次に配置して成る脱水濃縮装置において、分離膜モジュール(A)の分離膜として、SiO/Alモル比が5以上であり、フレームワーク密度が16T/1000Å以下であるゼオライトを含む多孔質支持体−ゼオライト膜複合体を使用して成ることを特徴する脱水濃縮装置に存する。 That is, the gist of the present invention is that a separation membrane module (A) and an adsorption device (B) in which an inorganic porous support-zeolite membrane composite having a zeolite membrane on the surface of the inorganic porous support is housed as a separation membrane. in dewatering concentrator comprising arranged, as a separation membrane of the separation membrane module (a), der SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of 5 or more is, the framework density of the 16T / 1000 Å der Ru zeolites or less The present invention resides in a dehydrating and concentrating device characterized by using a porous support-zeolite membrane composite containing.

本発明によれば、酢酸などの酸を含む含水有機化合物の脱水濃縮にも使用でき、しかも、含水有機化合物中の水分含量が高くなっても性能低下が少ない、含水有機化合物の脱水濃縮装置が提供される。   According to the present invention, an apparatus for dehydrating and concentrating a hydrous organic compound that can be used for dehydrating and concentrating a hydrous organic compound containing an acid such as acetic acid and that has little performance degradation even when the water content in the hydrous organic compound is increased. Provided.

図1は本発明の脱水濃縮装置に使用される分離膜モジュールの一例(パーベーパレーション法:PV法)の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of an example of a separation membrane module (pervaporation method: PV method) used in the dehydration concentration apparatus of the present invention. 図2は本発明の脱水濃縮装置に使用される分離膜モジュールの他の一例(ベーパーパーミエーション法:VP法)の説明図である。FIG. 2 is an explanatory view of another example (vapor permeation method: VP method) of the separation membrane module used in the dehydration concentration apparatus of the present invention. 図3は本発明の脱水濃縮装置に使用される吸着装置の一例(圧力スィング式)の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of an example of an adsorption device (pressure swing type) used in the dehydration concentration apparatus of the present invention. 図4は参考例および応用例において分離膜の分離性能を求めるために使用したパーベーパレーション法の簡易試験装置の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a simple pervaporation test apparatus used for obtaining the separation performance of the separation membrane in the reference example and the application example. 図5は参考例2に記載のゼオライト膜のXRD測定結果である。FIG. 5 is an XRD measurement result of the zeolite membrane described in Reference Example 2. 図6は参考例5に記載のゼオライト膜のXRD測定結果である。FIG. 6 is an XRD measurement result of the zeolite membrane described in Reference Example 5. 図7は参考例6に記載のゼオライト膜のXRD測定結果である。FIG. 7 shows the XRD measurement results of the zeolite membrane described in Reference Example 6.

先ず、図1及び図2に基づき本発明の脱水濃縮装置に使用される分離膜モジュールの概要について説明する。分離膜モジュールを使用した分離技術は、PV法とVP法とに大別される。   First, the outline of the separation membrane module used in the dehydration concentration apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS. Separation techniques using the separation membrane module are roughly classified into PV method and VP method.

PV法では分離膜に処理対象(例えば、酸−水混合物、アルコール−水混合物、有機溶剤−酸−水混合物)の液体を接触させて水を透過させる。すなわち、この方式は、透過気化法式または浸透気化法式とも呼ばれ、処理対象の液体(供給液)を分離膜を介して蒸発させ、その際、水のみを透過させることにより、酸やアルコールや有機溶剤を分離して濃縮する。供給液は気化熱で冷却されるため、それを補うための加熱手段が必要となる。   In the PV method, a separation target membrane is brought into contact with a liquid to be treated (for example, an acid-water mixture, an alcohol-water mixture, an organic solvent-acid-water mixture) to allow water to permeate. In other words, this method is also referred to as a pervaporation method or a permeation vaporization method, and the liquid (feed liquid) to be treated is evaporated through the separation membrane, and at that time, only water is allowed to pass through, so that acid, alcohol, organic Separate and concentrate the solvent. Since the supply liquid is cooled by the heat of vaporization, a heating means for supplementing it is necessary.

図1に示すPV法の場合、2個の分離膜モジュールが直列に配置され、供給液は、供給ポンプ(51)により、加熱器(11)を経由して第1分離膜モジュール(1)に供給される。分離膜を透過した水(気体)は冷却器(3)に導入されて凝縮された後にタンク(4)に貯蔵される。分離膜を透過せずに濃縮された酸、アルコール、有機溶剤の各水溶液は第1分離膜モジュール(1)に循環されて濃縮処理される。   In the case of the PV method shown in FIG. 1, two separation membrane modules are arranged in series, and the supply liquid is supplied to the first separation membrane module (1) by the supply pump (51) via the heater (11). Supplied. The water (gas) that has passed through the separation membrane is introduced into the cooler (3), condensed, and then stored in the tank (4). Each aqueous solution of acid, alcohol, and organic solvent concentrated without passing through the separation membrane is circulated to the first separation membrane module (1) for concentration treatment.

第1分離膜モジュール(1)の循環路から取り出された濃縮液は、中間加熱器(21)を経由して第2分離膜モジュール(2)に供給される。そして、上記と同様に、分離膜を透過した水(気体)は冷却器(3)に導入されて凝縮された後にタンク(4)に貯蔵され、分離膜を透過せずに濃縮された酸やアルコールや有機溶剤は、第2分離膜モジュール(2)に循環されて濃縮処理される。そして、最終的に濃縮された酸やアルコールや有機溶剤は、第2分離膜モジュール(2)の循環路から取り出される。   The concentrated liquid taken out from the circulation path of the first separation membrane module (1) is supplied to the second separation membrane module (2) via the intermediate heater (21). In the same manner as described above, water (gas) that has passed through the separation membrane is introduced into the cooler (3), condensed, stored in the tank (4), and concentrated without passing through the separation membrane. Alcohol and organic solvents are circulated to the second separation membrane module (2) and concentrated. Then, the finally concentrated acid, alcohol and organic solvent are taken out from the circulation path of the second separation membrane module (2).

第1分離膜モジュール(1)及び第2分離膜モジュール(1)における液の循環は循環ポンプ(52)及び(53)によって行われる。分離膜モジュールの駆動に必要な真空は、真空ポンプ(54)によって与えられ、各分離膜モジュールの真空度は配管途中に設けられた圧力制御弁(61)及び(62)によって制御される。タンク(4)に貯蔵された水の排出は、排出用ポンプ(55)によって行われる。   Circulation of the liquid in the first separation membrane module (1) and the second separation membrane module (1) is performed by circulation pumps (52) and (53). The vacuum required for driving the separation membrane module is given by a vacuum pump (54), and the degree of vacuum of each separation membrane module is controlled by pressure control valves (61) and (62) provided in the middle of the piping. The water stored in the tank (4) is discharged by a discharge pump (55).

一方、VP法では分離膜に処理対象の気体を接触させて水を透過させる。すなわち、この方式は、蒸気透過法とも呼ばれ、処理対象の過熱蒸気(供給ガス)を分離膜に接触させる点がPV法と異なる。従って、図2に示すVP法の場合、第1分離膜モジュール(1)の導入配管には蒸発器(12)の他、蒸発器(12)で得られた蒸気を加熱して過熱蒸気を生成するための加熱器(13)が配置される。符号(10)及び(20)は、分離膜モジュール内の処理対象を蒸気の状態に維持するための加熱手段を表す。その他の符号の意義は図1に示すPV法の場合と同じである。   On the other hand, in the VP method, the gas to be treated is brought into contact with the separation membrane to allow water to permeate. That is, this method is also called a vapor permeation method, and is different from the PV method in that the superheated steam (supply gas) to be treated is brought into contact with the separation membrane. Therefore, in the case of the VP method shown in FIG. 2, in addition to the evaporator (12), the steam obtained by the evaporator (12) is heated in the introduction pipe of the first separation membrane module (1) to generate superheated steam. A heater (13) is arranged for this purpose. Reference numerals (10) and (20) represent heating means for maintaining the processing target in the separation membrane module in a vapor state. The significance of the other symbols is the same as in the PV method shown in FIG.

なお、図1に示すPV法は循環方式を採用しているが非循環方式を採用してもよい。また、分離膜モジュールの駆動は、図1及び図2に示す真空方式に代え、窒素、乾燥空気などを透過側に供給するスイープガス方式を採用してもよい。   Although the PV method shown in FIG. 1 adopts a circulation method, a non-circulation method may be adopted. In addition, the drive of the separation membrane module may employ a sweep gas system that supplies nitrogen, dry air, or the like to the permeate side instead of the vacuum system shown in FIGS.

次に、図3に基づき本発明の脱水濃縮装置に使用される吸着装置の一例(圧力スィング式)について説明する。   Next, an example of an adsorption device (pressure swing type) used in the dehydration concentration apparatus of the present invention will be described with reference to FIG.

圧力スィング吸着装置(PSA)は、圧力を高くすることにより気体を吸着剤に吸着させ、圧力を低くすることにより吸着剤から気体を脱着させる機能を備え、装置構成が比較的簡単であるために広く使用されている。吸着剤としては、脱水能力が高いことから合成ゼオライトである「モレキュラシーブ」(商品名)が好適に使用される。   Because the pressure swing adsorption device (PSA) has the function of adsorbing gas to the adsorbent by increasing the pressure and desorbing gas from the adsorbent by lowering the pressure, the device configuration is relatively simple Widely used. As the adsorbent, “molecular sieve” (trade name), which is a synthetic zeolite, is preferably used because of its high dehydrating ability.

図3に示すPSA(7)は、図2に示すベーパーパーミエーション法の第2分離膜モジュール(2)の後段工程に配置され、主として、切り替え運転される2基の吸着塔:第1吸着塔(7a)及び第2吸着塔(7b)から成る。切り替えは、各吸着塔における吸着能の低下によって行われ、吸着運転(脱水運転)の停止された吸着塔は、脱着運転(乾燥運転)に切り替えられる。このようにして、2基の吸着塔の間において、相互に吸着運転と脱着運転とが交互に行われる。切り替え運転は、各管路に配置されたバルブ(図示せず)によって行われる。   The PSA (7) shown in FIG. 3 is arranged in the subsequent stage of the second separation membrane module (2) of the vapor permeation method shown in FIG. 2, and is mainly switched between two adsorption towers: a first adsorption tower (7a) and a second adsorption tower (7b). The switching is performed by lowering the adsorption capacity in each adsorption tower, and the adsorption tower whose adsorption operation (dehydration operation) is stopped is switched to the desorption operation (drying operation). In this manner, the adsorption operation and the desorption operation are alternately performed between the two adsorption towers. The switching operation is performed by a valve (not shown) arranged in each pipeline.

本発明においては、吸着装置として、上記のPSAの他、液体を吸着剤に吸着させ、加熱ガス(窒素など)を供給して温度を高くすることにより吸着剤から液体を脱着させる機能を備えた温度スィング吸着装置(TSA)を採用してもよい。また、圧力温度スィング吸着装置(PTSA)を使用してもよい。これらは、PSAと共に良く知られた装置であり、基本的な装置構成は図3に示したPSAと同じである。   In the present invention, in addition to the above-mentioned PSA, the adsorption device has a function of adsorbing a liquid to the adsorbent and desorbing the liquid from the adsorbent by increasing the temperature by supplying a heated gas (such as nitrogen). A temperature swing adsorption device (TSA) may be employed. Moreover, you may use a pressure temperature swing adsorption apparatus (PTSA). These are well-known devices together with the PSA, and the basic device configuration is the same as the PSA shown in FIG.

次に、前記の分離膜モジュールの詳細について説明する。本発明で使用する分離膜モジュールは、分離膜として無機多孔質支持体表面にゼオライト膜を有する無機多孔質支持体−ゼオライト膜複合体が収納されて成る。そして、本発明の最大の特徴は、ゼオライトのSiO/Alモル比が5以上である多孔質支持体−ゼオライト膜複合体を使用する点にある。 Next, the details of the separation membrane module will be described. The separation membrane module used in the present invention comprises an inorganic porous support-zeolite membrane composite having a zeolite membrane on the surface of the inorganic porous support as a separation membrane. The greatest feature of the present invention is that a porous support-zeolite membrane composite in which the zeolite has a SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of 5 or more is used.

先ず、本発明で使用する無機多孔質支持体−ゼオライト膜複合体を構成する各成分について、具体的に説明する。なお、以下の説明において、「無機多孔質支持体−ゼオライト膜複合体」を単に「ゼオライト膜複合体」ということがある。   First, each component which comprises the inorganic porous support body-zeolite membrane composite used by this invention is demonstrated concretely. In the following description, “inorganic porous support-zeolite membrane composite” may be simply referred to as “zeolite membrane composite”.

本発明において用いられる無機多孔質支持体としては、表面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、多孔質であれば特に制限されるものではない。たとえばシリカ、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、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。   The inorganic porous support used in the present invention is not particularly limited as long as it has chemical stability such that zeolite can be crystallized in the form of a film on the surface and is porous. Examples include sintered ceramics such as silica, α-alumina, γ-alumina, mullite, zirconia, titania, yttria, silicon nitride, and silicon carbide, sintered metals such as iron, bronze, and stainless steel, glass, and carbon molded products. Can be mentioned.

無機多孔質支持体の中でも、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多孔質の支持体は、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ために特に好ましい。
具体的にはシリカ、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が挙げられる。その中でもアルミナ、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は、無機多孔質支持体の部分的なゼオライト化が容易であるため、無機多孔質支持体とゼオライト、特にCHA型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点でより好ましい。
Among inorganic porous supports, porous supports including sintered ceramics, which are solid materials whose basic components or most of them are composed of inorganic non-metallic substances, are partly zeolite. Zeolite formation during membrane synthesis is particularly preferred because it has the effect of increasing the adhesion at the interface.
Specific examples include ceramic sintered bodies containing silica, α-alumina, γ-alumina, mullite, zirconia, titania, yttria, silicon nitride, silicon carbide, and the like. Among them, the inorganic porous support containing at least one of alumina, silica, and mullite is easy to partially zeoliticize the inorganic porous support. Therefore, the inorganic porous support and zeolite, particularly CHA-type zeolite This is more preferable in that the bond becomes strong and a dense membrane with high separation performance is easily formed.

本発明において用いられる無機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制限されるものではなく、具体的には平板状、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、いずれの形状のものでも良い。   The shape of the inorganic porous support used in the present invention is not limited as long as it can effectively separate a gas mixture or a liquid mixture. Specifically, a flat plate shape, a tubular shape, or a cylindrical shape, A honeycomb or monolith having a large number of cylindrical or prismatic holes may be mentioned, and any shape may be used.

本発明において用いられる無機多孔質支持体は、その表面(以下「無機多孔質支持体表面」ともいう。)においてゼオライトを結晶化させる。   The inorganic porous support used in the present invention crystallizes zeolite on its surface (hereinafter also referred to as “inorganic porous support surface”).

前記無機多孔質支持体表面が有する平均細孔径は特に制限されるものではないが、細孔径が制御されているものが好ましく、通常0.02μm以上、好ましくは0.05μm以上、さらに好ましくは0.1μm以上であり、通常20μm以下、好ましくは10μm以下、さらに好ましくは5μm以下の範囲が好ましい。
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 surface of the inorganic porous support is not particularly limited, but those having a controlled pore diameter are preferred, usually 0.02 μm or more, preferably 0.05 μm or more, more preferably 0. 0.1 μm or more, 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.

また無機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、無機多孔質支持体表面とは例えば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。たと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 inorganic porous support is preferably smooth, and the surface may be polished with a file or the like as necessary.
The surface of the inorganic porous support means, for example, the surface of the inorganic porous support that crystallizes zeolite, and may be any surface of any shape as long as the surface is a plurality of surfaces. Also 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.

また、本発明において用いられる無機多孔質支持体の、無機多孔質支持体表面以外の部分の細孔径は制限されるものではなく、また特に制御される必要は無い。
多孔質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。無機多孔質支持体の気孔率は、気体や液体を分離する際の透過流量を左右し、前記下限未満では透過物の拡散を阻害する傾向があり、前記上限超過では無機多孔質支持体の強度が低下する傾向がある。
Further, the pore diameter of the portion other than the surface of the inorganic porous support of the inorganic porous support used in the present invention is not limited and need not be particularly controlled.
The porosity of the porous 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 inorganic porous support affects the permeation flow rate when separating gases and liquids, and tends to inhibit the permeation of the permeate if less than the lower limit, and the strength of the inorganic porous support if the upper limit is exceeded. Tends to decrease.

次に、SiO/Alモル比が5以上であるゼオライト結晶について説明する。SiO/Alモル比は、好ましくは8以上、より好ましくは10以上、さらに好ましくは12以上である。上限としては通常2000以下、好ましくは1000以下、より好ましくは500以下、さらに好ましくは100以下である。SiO/Alモル比が前記下限未満では耐久性が低下する傾向があり、前記上限を超過す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。SiO/Alモル比は、後述する水熱合成の反応条件により調整できる。 Next, a zeolite crystal having a SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of 5 or more will be described. The SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio is preferably 8 or more, more preferably 10 or more, and still more preferably 12 or more. The upper limit is usually 2000 or less, preferably 1000 or less, more preferably 500 or less, and still more preferably 100 or less. If the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio is less than the lower limit, the durability tends to decrease, and if the upper limit is exceeded, the hydrophobicity is too strong and the permeation flux tends to be small. The SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio can be adjusted by the reaction conditions of hydrothermal synthesis described later.

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.

本発明におけるゼオライト膜を構成する主たるゼオライトのフレームワーク密度は、特に制限するものではないが、通常17T/1000Å以下、好ましくは16T/1000Å以下、特に好ましくは15.5T/1000Å以下、最も好ましくは、15T/1000Å以下である。   The framework density of the main zeolite constituting the zeolite membrane in the present invention is not particularly limited, but is usually 17T / 1000Å or less, preferably 16T / 1000Å or less, particularly preferably 15.5T / 1000Å or less, most preferably 15T / 1000 mm or less.

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構成する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ものである。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、ATLASOF ZEOLITE FRAMEWORK TYPES Fifth Revised Edition 2001 ELSEVIERに示されている。 The framework density means the number of T elements constituting 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 the framework density and the structure of zeolite is shown in ATLASOF ZEOLITE FRAMEWORK TYPES Fifth Revised Edition 2001 ELSEVIER.

本発明におけるゼオライト膜を構成する主たるゼオライトは、通常、酸素6−10員環構造を有するゼオライトを含み、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。
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 in the present invention usually contains a zeolite having an oxygen 6-10 membered ring structure, and preferably contains 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 oxygen among the pores composed of oxygen and T element 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の一例を挙げれば、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等がある。   An example of a zeolite having an oxygen 6-10 membered ring structure is 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, etc. There is.

好ましい酸素6−8員環構造を有するゼオライトの一例を挙げれば、AEI、AFG、ANA、CHA、EAB、ERI、ESV、FAR、FRA、GIS、ITE、KFI、LEV、LIO、LOS、LTN、MAR、PAU、RHO、RTH、SOD、STI、TOL、UFI等がある。   An example of a zeolite having a preferable oxygen 6-8 membered ring structure is AEI, AFG, ANA, CHA, EAB, ERI, ESV, FAR, FRA, GIS, ITE, KFI, LEV, LIO, LOS, LTN, MAR , PAU, RHO, RTH, SOD, STI, TOL, UFI, etc.

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。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ため、用途が限定的になる。 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. Not. Moreover, when it is larger than the oxygen 10-membered ring structure, the pore diameter becomes large, and the separation performance is lowered with a small-sized organic substance, so that the use is limited.

前記の中でゼオライトの構造としては、上記したSiO/Alモル比を持つものが好ましく、より好ましくは、AEI、CHA、KFI、PAU、RHO、RTH、UFIであり、さらに好ましくは、CHA、LEV、UFIであり、最も好ましくはCHAである。また、ゼオライトとしては、アルミノケイ酸塩であることが好ましい。 Among them, the zeolite structure preferably has the above-mentioned SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio, more preferably AEI, CHA, KFI, PAU, RHO, RTH, UFI, and more preferably , CHA, LEV, UFI, most preferably CHA. The zeolite is preferably an aluminosilicate.

次に、CHA型ゼオライトについて説明する。本発明において好適に用いられるCHA型ゼオライトとは、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。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。   Next, the CHA type zeolite will be described. The CHA-type zeolite preferably used in the present invention is a code that defines the structure of zeolite defined by International Zeolite Association (IZA) and indicates a CHA structure. It is a zeolite having a crystal structure equivalent to that of naturally occurring chabasite. 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.

本発明において用いられるCHA型ゼオライトのフレームワーク密度は、14.5T/1000Åである。   The framework density of the CHA-type zeolite used in the present invention is 14.5 T / 1000 kg.

本発明において、ゼオライト膜は、ゼオライトが単独で膜となったものでも、前記ゼオライトの粉末をポリマーなどのバインダー中に分散させて膜の形状にしたものでも、各種支持体上にゼオライトを膜状に固着させたゼオライト膜複合体でもよい。
それらの中で、後で詳述する多孔質支持体上に前記ゼオライトを膜状に固着させたゼオライト膜複合体が特に好ましい。該ゼオライト膜複合体は支持体を有することによって機械的な強度が増し、取り扱いが容易になり、種々の装置設計が可能であるほか、全て無機物で構成されるため、耐熱性、耐薬品性に優れるためである。
In the present invention, the zeolite membrane may be a zeolite alone or a membrane formed by dispersing the zeolite powder in a binder such as a polymer to form a membrane on various supports. It may be a zeolite membrane composite fixed to the surface.
Among them, a zeolite membrane composite in which the zeolite is fixed in a film form on a porous support described in detail later is particularly preferable. Since the zeolite membrane composite has a support, mechanical strength is increased, handling becomes easy, various device designs are possible, and since it is composed entirely of inorganic substances, it has excellent heat resistance and chemical resistance. It is because it is excellent.

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。   As a component constituting the membrane, an inorganic binder such as silica and alumina, an organic substance such as a polymer, a silylating agent for modifying the surface of the zeolite, or the like may be included as necessary in addition to zeolite.

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が含有されていてもよいが、好ましくは実質的にゼオライトのみで構成されるゼオライト膜である。好ましくはCHA型のゼオライトを主成分とするゼオライト膜であり、一部、モルデナイト型、MFI型などの他の構造のゼオライトが含まれていても、アモルファス成分などが含有されていてもよく、より好ましくは、実質的にCHA型のゼオライトのみで構成されるゼオライト膜である。   The zeolite membrane in the present invention may partially contain an amorphous component or the like, but is preferably a zeolite membrane substantially composed only of zeolite. Preferably, it is a zeolite membrane containing CHA-type zeolite as a main component, and may contain a part of zeolite of other structure such as mordenite type and MFI type, or may contain an amorphous component, etc. Preferably, the zeolite membrane is substantially composed of only CHA-type zeolite.

本発明において用いられるゼオライト膜の厚さとしては、特に制限されるものではないが、通常、0.1μm以上であり、好ましくは0.6μm以上、さらに好ましくは1.0μm以上である。また通常100μm以下であり、好ましくは60μm以下、さらに好ましくは20μm以下の範囲である。膜厚が大きすぎると透過量が低下する傾向があり、小さすぎると選択性や膜強度が低下する傾向がある。   The thickness of the zeolite membrane used in the present invention 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. Moreover, it is 100 micrometers or less normally, Preferably it is 60 micrometers or less, More preferably, it is the range of 20 micrometers or less. If the film thickness is too large, the amount of permeation tends to decrease, and if it is too small, the selectivity and film strength tend to decrease.

本発明におけるゼオライト膜を形成するゼオライトの粒子径は特に限定されるものではないが、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ことから、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。さらに好ましくはゼオライトの粒子径が膜の厚さと同じである場合である。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ためである。水熱合成で得られたゼオライト膜は、ゼオライトの粒子径と膜の厚さが同じになる場合があるので好ましい。   The particle diameter of the zeolite forming the zeolite membrane in the present invention is not particularly limited, but if it is too small, the grain boundary tends to increase and the like, and the permselectivity tends to be reduced. Preferably it is 50 nm or more, More preferably, it is 100 nm or more, and an upper limit is below the thickness of a film | membrane. More preferably, the particle diameter of the zeolite is the same as the film thickness. This is because when the particle diameter of the zeolite is the same as the thickness of the membrane, the grain boundary of the zeolite is the smallest. Zeolite membranes obtained by hydrothermal synthesis are preferred because the zeolite particle size and membrane thickness may be the same.

本発明において、無機多孔質支持体−ゼオライト膜複合体とは、無機多孔質支持体の表面にゼオライトが膜状に固着しているものであり、ゼオライトの一部が無機多孔質支持体の内部にまで固着している状態のものが好ましい。   In the present invention, the inorganic porous support-zeolite membrane composite is one in which zeolite is fixed in the form of a membrane on the surface of the inorganic porous support, and a part of the zeolite is inside the inorganic porous support. The thing of the state which has adhered to is preferable.

このようなゼオライト膜複合体を形成するためには、無機多孔質支持体にゼオライトを膜状に結晶化させて形成させる方法、無機多孔質支持体にゼオライトを無機バインダー、あるいは有機バインダーなどで固着させる方法、ゼオライトを分散させたポリマーを固着させる方法、ゼオライトのスラリーを無機多孔質支持体に含浸させ、場合によっては吸引させることによりゼオライトを無機多孔質支持体に固着させる方法などがある。   In order to form such a zeolite membrane composite, the zeolite is crystallized into a film on an inorganic porous support, and the zeolite is fixed to the inorganic porous support with an inorganic binder or an organic binder. And a method of fixing the zeolite-dispersed polymer, a method of fixing the zeolite to the inorganic porous support by impregnating a slurry of zeolite into the inorganic porous support, and optionally sucking it.

本発明において好ましい様態は、無機多孔質支持体表面にゼオライトを膜状に結晶化させたものである。
具体的には無機多孔質支持体表面に例えばCHA型ゼオライトを膜状に結晶化させたものであり、通常は水熱合成により、膜状に結晶化させたものである。
本発明において用いられるゼオライト膜の無機多孔質支持体上の位置は特に限定されるものではないが、管状無機多孔質支持体を用いる場合、外表面にゼオライト膜をつけてもよいし、内表面につけてもよく、さらに適用する系によっては両面につけてもよい。また、無機多孔質支持体の表面に積層させてもよいし、多孔質支持体の表面の細孔内を埋めるように結晶化させてもよい。この場合、結晶化した膜層の内部に亀裂や連続した微細孔が無いことが重要であり、いわゆる緻密膜を形成させることが分離性を向上することになる。
In a preferred embodiment of the present invention, zeolite is crystallized in the form of a film on the surface of the inorganic porous support.
Specifically, for example, CHA-type zeolite is crystallized in the form of a film on the surface of the inorganic porous support, and is usually crystallized in the form of a film by hydrothermal synthesis.
The position of the zeolite membrane used in the present invention on the inorganic porous support is not particularly limited. However, when a tubular inorganic porous support is used, a zeolite membrane may be attached to the outer surface or the inner surface. It may be attached to both sides depending on the system to be applied. Moreover, it may be laminated on the surface of the inorganic porous support, or may be crystallized so as to fill the pores on the surface of the porous support. In this case, it is important that there are no cracks or continuous micropores inside the crystallized film layer, and forming a so-called dense film improves the separability.

本発明の無機多孔質支持体−ゼオライト膜複合体は、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。
ここでいう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でいえば、望ましくは0.5以上、好ましくは1以上、さらに好ましくは1.2以上、特に好ましくは1.5以上である。上限は特に限定はないが、通常は1000以下である。
In the X-ray diffraction pattern of the inorganic porous support-zeolite membrane composite of the present invention, the peak intensity near 2θ = 17.9 ° is 0.5 times or more the peak intensity near 2θ = 20.8 °. It is preferable that it is the magnitude | size of.
The peak intensity here refers to the value obtained by subtracting the background value from the measured value. Speaking of the peak intensity ratio represented by (the intensity of the peak around 2θ = 17.9 °) / (the intensity of the peak around 2θ = 20.8 °), it is desirably 0.5 or more, preferably 1 or more. More preferably, it is 1.2 or more, Most preferably, it is 1.5 or more. The upper limit is not particularly limited, but is usually 1000 or less.

本発明の無機多孔質支持体−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。
(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でいえば、望ましくは4以上、好ましくは6以上、さらに好ましくは8以上、特に好ましくは10以上である。上限は特に限定はないが、通常は1000以下である。
In the inorganic porous support-zeolite membrane composite of the present invention, when the zeolite membrane contains CHA type zeolite, the intensity of the peak around 2θ = 9.6 ° in the X-ray diffraction pattern is around 2θ = 20.8 °. It is preferable that it is 4 times or more the intensity of the peak.
In terms of the peak intensity ratio represented by (the intensity of the peak near 2θ = 9.6 °) / (the intensity of the peak near 2θ = 20.8 °), it is desirably 4 or more, preferably 6 or more, and more preferably. Is 8 or more, particularly preferably 10 or more. The upper limit is not particularly limited, but is usually 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.

ここでいうX線回折パターンは、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。   The X-ray diffraction pattern here may be measured by fixing the irradiation width using an automatic variable slit when the surface of the 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.

ここでいう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し、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。
また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 = 17.9 ° here refers to the maximum one of the peaks existing in the range of 17.9 ° ± 0.6 ° among the peaks not derived from the base material, and 2θ = 20.8. The peak in the vicinity of ° indicates the maximum peak in the range of 20.8 ° ± 0.6 ° among peaks not derived from the base material.
Further, the peak near 2θ = 9.6 ° refers to the maximum peak among the peaks not derived from the base material and present in the range of 9.6 ° ± 0.6 °.

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

Figure 0005533438
Figure 0005533438

(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COLLECTIONOF SIMULATED XRD POWDER PATTERNS FOR ZEOLITE Third Revised Edition 1996 ELSEVIERによればrhombohedralsettingで空間群を   In addition, the peak near 2θ = 17.9 ° in the X-ray diffraction pattern is a rhombohedral group according to the COLLECTIONOF SIMULATED XRD POWTER PATTERNS FOR ZEOLITE Third Revised Edition 1996 ELSEVIER.

Figure 0005533438
Figure 0005533438

(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COLLECTIONOF SIMULATED XRD POWDER PATTERNS FOR ZEOLITE Third Revised Edition 1996 ELSEVIERによればrhombohedralsettingで空間群を   According to the X-ray diffraction pattern, the peak near 2θ = 20.8 ° is shown in COLLECTIONOF SIMULATED XRD POWTER PATTERNS FOR ZEOLITE Third Revised Edition 1996 ELSEVERER.

Figure 0005533438
Figure 0005533438

(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は、COLLECTION OF SIMULATEDXRD POWDER PATTERNS FOR ZEOLITE Third Revised Edition 1996 ELSEVIERによれば2.5である。そのためこの比が4以上であるということは例えば、CHA構造をrhombohedralsetting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。   A typical ratio of the peak intensity from the (1,0,0) plane to the peak from the (2,0, -1) plane is determined by the COLLECTION OF SIMULATEXRD POWDER PATTERNS FOR ZEOLITE Third Revised Edition 1996 ELSEVER. 2.5. Therefore, when this ratio is 4 or more, for example, the zeolite crystal is oriented so that the (1,0,0) plane when the CHA structure is rhombohedral setting is oriented almost parallel to the surface of the membrane composite. It is thought to mean 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はCOLLECTION OF SIMULATEDXRD POWDER PATTERNS FOR ZEOLITE Third Revised Edition 1996 ELSEVIERによれば0.3である。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rhombohedralsetting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。   The typical ratio of the intensity of the peak derived from the (1,1,1) plane and the peak intensity derived from the (2,0, -1) plane is according to COLLECTION OF SIMULATEXRD POWDER patterns for ZEOLITE Third Revised Edition 1996 ELSEVIER. 0.3. Therefore, if this ratio is 0.5 or more, for example, the orientation of the zeolite crystals is such that the (1, 1, 1) plane is close to the parallel surface of the membrane composite when the CHA structure is rhombohedral setting. This means that it is 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.

次に、ゼオライト膜の製造方法について説明する。ゼオライト膜の製造方法は、ゼオライトを含む膜が形成可能な方法であれば特に制限されず、例えば、(1)多孔質支持体にゼオライトを膜状に結晶化させる方法、(2)多孔質支持体にゼオライトを無機バインダー、あるいは有機バインダーなどで固着させる方法、(3)ゼオライトを分散させたポリマーを固着させる方法、(4)ゼオライトのスラリーを多孔質支持体に含浸させ、場合によっては吸引させることによりゼオライトを多孔質支持体に固着させる方法などの何れの方法も用いることができる。
これらの中で、多孔質支持体にゼオライトを膜状に結晶化させる方法が特に好ましい。このうち無機多孔質支持体を、ゼオライト製造に用いる反応混合物中に入れて、直接水熱合成することで無機多孔質支持体表面にゼオライトを結晶化させる方法が好ましい。
Next, the manufacturing method of a zeolite membrane is demonstrated. The method for producing the zeolite membrane is not particularly limited as long as it can form a membrane containing zeolite. For example, (1) a method of crystallizing zeolite in a membrane form on a porous support, (2) porous support (3) A method of fixing a zeolite-dispersed polymer, (4) A porous support is impregnated with a slurry of zeolite, and in some cases, sucked Thus, any method such as a method of fixing the zeolite to the porous support can be used.
Among these, a method of crystallizing zeolite on a porous support in a film form is particularly preferable. Among these, a method of crystallizing zeolite on the surface of the inorganic porous support by placing the inorganic porous support in a reaction mixture used for zeolite production and directly hydrothermal synthesis is preferable.

具体的に好ましい方法として、無機多孔質支持体表面にゼオライトを膜状に結晶化させる方法としては、組成を調整して均一化した水性反応混合物を、無機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加熱する。   Specifically, as a method of crystallizing zeolite in the form of a membrane on the surface of the inorganic porous support, an aqueous reaction mixture that has been homogenized by adjusting the composition is loosely fixed inside the inorganic porous support. Put it in a heat and pressure resistant container such as an autoclave and heat it.

前記反応混合物の例としては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、さらに必要に応じアルカリ源を加えるのが好ましい。   Examples of the reaction mixture include an Si element source, an Al element source, an organic template (if necessary), and water, and an alkali source is preferably added as necessary.

前記反応混合物に用いるSi元素源、Al元素源は特に限定されるものではない。Si元素源としては無定形シリカ、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のいずれでも用いることができる。Al元素源としては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のいずれでも用いることができる。
なお、Al元素以外に他の元素源、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。
The Si element source and Al element source used in the reaction mixture are not particularly limited. As the Si element source, any of amorphous silica, colloidal silica, silica gel, sodium silicate, amorphous aluminum silicate gel, tetraethoxysilane (TEOS), trimethylethoxysilane and the like can be used. As the Al element source, any of sodium aluminate, aluminum hydroxide, aluminum sulfate, aluminum nitrate, aluminum oxide, amorphous aluminosilicate gel and the like can be used.
In addition to the Al element, other element sources such as element sources such as Ga, Fe, B, Ti, Zr, Sn, and Zn may be included.

本発明におけるゼオライトの製造において、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、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方が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、耐酸性が向上するためである。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うるものであれば種類は問わず、特に限定されるものではない。   In the production of zeolite in the present invention, an organic template (structure directing agent) can be used as necessary, and those synthesized using an organic template are preferred. This is because, when synthesized using an organic template, the ratio of silicon atoms to aluminum atoms in the crystallized zeolite is increased, and the acid resistance is improved. The organic template is not particularly limited as long as it can form a desired zeolite membrane.

またテンプレートは1種類使用しても、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。CHA型の場合について説明すると、USP4544538号公報、US2008/0075656A1号公報記載の有機テンプレートを好適に組み合わせて使用してもよい。具体的には、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であり、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。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、緻密な膜を形成しうる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うるほか耐酸性に優れたCHA型ゼオライトが得られる。   One type of template may be used, or two or more types may be used in combination. In the case of the CHA type, organic templates described in US Pat. No. 4,544,538 and US 2008/0075656 A1 may be suitably combined and used. Specifically, a cation derived from an alicyclic amine such as a cation derived from 1-adamantanamine, a cation derived from 3-quinacridinal, a cation derived from 3-exo-aminonorbornene, and the like, More preferred are cations derived from 1-adamantanamine. 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 formed, 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場合の3つのアルキル基は、3つの独立したアルキル基であり、通常低級アルキル基であり、好ましくはメチル基である。具体的に好ましいものは、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。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。水酸化物イオンは特に好適に用いられる。また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は3つの独立したアルキルであり、通常低級アルキルである。好ましくはメチルである。最も好ましいのは、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。 Of the cations derived from 1-adamantanamine, the N, N, N-trialkyl-1-adamantanammonium cation is more preferred. The three alkyl groups in the case of the N, N, N-trialkyl-1-adamantanammonium cation are three independent alkyl groups, usually lower alkyl groups, preferably methyl groups. Specifically preferred is the N, N, N-trimethyl-1-adamantanammonium cation. 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. Hydroxide ions are particularly preferably used. As other organic templates, N, N, N-trialkylbenzylammonium cations can also be used. Again, alkyl is three independent alkyls, usually lower alkyl. Preferably it is methyl. Most preferred is the N, N, N-trimethylbenzylammonium cation.

前記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や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。
アルカリの種類は特に限定されるものではないが、通常Na、K、Li、Rb、Cs、Ca、Mg、Sr、Baであり、好ましくはNa、Kであり、より好ましくはKである。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。
As the alkali source used in the reaction mixture, a hydroxide ion of a counter anion of an organic template, an alkali metal hydroxide such as NaOH or KOH, an alkaline earth metal hydroxide such as Ca (OH) 2 or the like is used. it can.
The type of alkali is not particularly limited, but is usually Na, K, Li, Rb, Cs, Ca, Mg, Sr, Ba, preferably Na, K, and more preferably K. Two or more alkalis may be used in combination, and specifically, Na and K are preferably used in combination.

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、SiO/Alモル比(以下単にSiO/Al比ということがある。)として表わす。SiO/Al比は、5以上であり、好ましくは8以上であることがCHA型ゼオライト膜が緻密に生成しうる点で好ましく、より好ましくは10以上、更に好ましくは15以上が好ましい。また通常10000以下であり、好ましくは1000以下であり、より好ましくは300以下であり、更に好ましくは100以下である。 The ratio of the Si element source and Al element source in the reaction mixture is typically the molar ratio of the oxides of the respective elements, sometimes referred to SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio (hereinafter simply SiO 2 / Al 2 O 3 ratio .) The SiO 2 / Al 2 O 3 ratio is 5 or more, preferably 8 or more from the viewpoint that a CHA-type zeolite membrane can be densely formed, more preferably 10 or more, and still more preferably 15 or more. . Moreover, it is 10,000 or less normally, Preferably it is 1000 or less, More preferably, it is 300 or less, More preferably, it is 100 or less.

SiO/Al比がこの範囲内にあるときCHA型ゼオライト膜が緻密に生成しうるため好ましく、更に生成したCHA型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点で好ましい。また耐酸性に強く脱AlしにくいCHA型ゼオライトが得られる。なお、Al以外に他の元素、例えばGa、Fe、B、Ti、Zr、Sn、Znなどの元素を含んでいてもかまわない。 When the SiO 2 / Al 2 O 3 ratio is within this range, a CHA-type zeolite membrane is preferable because it can be densely formed. Further, the produced CHA-type zeolite exhibits strong hydrophilicity, and is hydrophilic from a mixture containing organic matter. It is preferable at the point which can permeate | transmit the compound of this, especially water. Further, a CHA-type zeolite that is strong in acid resistance and difficult to remove from Al is obtained. In addition to Al, other elements such as Ga, Fe, B, Ti, Zr, Sn, Zn and the like may be included.

SiO/Al比がこの範囲にあるとき、緻密な膜を形成しうるCHA型ゼオライトが結晶化するので好ましい。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うるほか耐酸性に優れたCHA型ゼオライトが得られる点で好ましい。 When the SiO 2 / Al 2 O 3 ratio is in this range, CHA-type zeolite that can form a dense film is crystallized, which is preferable. Further, it is preferable in that 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.

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比)として、通常0.005以上1以下であり、好ましくは0.01以上0.4以下、さらに好ましくは0.02以上0.2以下である。この範囲にあるとき緻密なCHA型ゼオライト膜が生成しうることに加えて生成したCHA型ゼオライトが耐酸性に強くAlが脱離しにくい。 The ratio of the silica source and an organic template in the reaction mixture, the molar ratio of the organic template for SiO 2 as (organic template / SiO 2 ratio) is usually 0.005 or more and 1 or less, preferably 0.01 or more 0.4 Hereinafter, it is more preferably 0.02 or more and 0.2 or less. In addition to being able to produce a dense CHA-type zeolite membrane within this range, the produced CHA-type zeolite has strong acid resistance and Al is not easily desorbed.

Si元素源とアルカリ源の比は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属をMであらわし、その価数をn(1または2)であらわすと、M(2/n)O/SiOのモル比として、通常0.02以上0.5以下であり、好ましくは0.04以上0.4以下、さらに好ましくは0.05以上0.3以下である。 The ratio of the Si element source to the alkali source is expressed as M (2 / n) 2 O / SiO 2 molar ratio when the alkali metal or alkaline earth metal is represented by M and the valence is represented by n (1 or 2). Usually, it is 0.02 or more and 0.5 or less, preferably 0.04 or more and 0.4 or less, more preferably 0.05 or more and 0.3 or less.

また、アルカリ金属の中でKが含まれる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0.01−1、好ましくは0.1−1、さらに好ましくは0.3−1である。また、Kの添加は、rhombohedralsettingで空間群を   Further, the case where K is contained in the alkali metal is preferable in terms of forming a denser and higher crystalline film. In this case, the molar ratio of K to all alkali metals and / or alkaline earth metals containing K is usually 0.01-1, preferably 0.1-1, and more preferably 0.3-1. is there. In addition, the addition of K can be done by changing the space group by rhomboborealsetting.

Figure 0005533438
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(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、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を大きくする傾向がある。 (No. 166), the peak intensity around 2θ = 9.6 °, which is a peak derived from the (1, 0, 0) index in the CHA structure, or the (1, 1, 1) surface. There is a tendency to increase the ratio of the peak intensity in the vicinity of 2θ = 17.9 ° which is the peak derived from the peak intensity in the vicinity of 2θ = 20.8 ° which is the peak derived from the (2, 0, −1) plane. is there.

Si元素源と水の比は、SiOに対する水のモル比として、通常10以上1000以下であり、好ましくは30以上500以下、さらに好ましくは40以上200以下、特に好ましくは50以上150以下である。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CHA型ゼオライト膜が生成しうる。水の量は緻密なCHA型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。粉末のCHA型ゼオライトを合成する際の水の量は、一般的にはHO/SiOモル比として通常15−50程度であるが、HO/SiOモル比が高い、水が多い条件にすることが好ましく、具体的に好ましくは50以上150以下といった条件下であると、無機多孔質支持体表面にCHA型ゼオライトが緻密な膜状に結晶化し分離性能の高い膜複合体が得られる点で好ましい。 The ratio of Si element source to water is usually 10 or more and 1000 or less, preferably 30 or more and 500 or less, more preferably 40 or more and 200 or less, and particularly preferably 50 or more and 150 or less, as the molar ratio of water to SiO 2 . . When the molar ratio of the substances in the reaction mixture is within these ranges, a dense CHA-type zeolite membrane can be formed. The amount of water is particularly important in the production of a dense CHA-type zeolite membrane, and fine crystals are more likely to be produced under conditions where the amount of water is greater than that of the general powder synthesis method. There is a tendency. The amount of water when synthesizing the powdered CHA-type zeolite is generally about 15-50 as the H 2 O / SiO 2 molar ratio, but the H 2 O / SiO 2 molar ratio is high. It is preferable to use a large number of conditions. Specifically, when the conditions are 50 or more and 150 or less, the CHA-type zeolite is crystallized into a dense membrane on the surface of the inorganic porous support, and a membrane composite having high separation performance is obtained. It is preferable at the point obtained.

次に、複合体の製造方法について説明する。支持体表面に、気体や液体混合物の分離に適用可能な緻密で、かつ十分な透過流量が達成できるような膜状のCHA型ゼオライトを結晶化させるには、単に上記の文献をそのまま適用するだけでは不十分であり、これらの方法から膜状にする条件を種々検討する必要がある。   Next, the manufacturing method of a composite_body | complex is demonstrated. In order to crystallize a membrane-like CHA-type zeolite that can be applied to separation of a gas or liquid mixture and can achieve a sufficient permeation flow rate on the surface of the support, the above document is simply applied as it is. However, it is not sufficient, and it is necessary to study various conditions for film formation from these methods.

本発明における無機多孔質支持体表面に膜状にCHA型ゼオライトを結晶化させる際に、種結晶が存在しなくてもかまわないが、反応系内に種結晶を加えることでCHA型ゼオライトの結晶化を促進できるという点で好ましい。種結晶を加える方法としては特に限定されるものではないが、粉末のCHA型ゼオライトの合成時のように反応混合物中に種結晶を加える方法や、無機多孔質支持体表面上に種結晶を付着させておく方法が可能であり、膜複合体の製造方法として無機多孔質支持体表面上に種結晶を付着させておくことが好ましい。支持体表面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。   When the CHA zeolite is crystallized in the form of a film on the surface of the inorganic porous support in the present invention, the seed crystal may not be present, but the crystal of the CHA zeolite is added by adding the seed crystal in the reaction system. It is preferable in that the conversion can be promoted. There is no particular limitation on the method of adding the seed crystal, but the method of adding the seed crystal to the reaction mixture as in the synthesis of the powdered CHA-type zeolite or the method of attaching the seed crystal on the surface of the inorganic porous support. It is preferable to leave a seed crystal on the surface of the inorganic porous support as a method for producing the membrane composite. By attaching a seed crystal in advance to the surface of the support, a dense zeolite membrane with good separation performance can be easily formed.

本発明において使用する種結晶は、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CHA型ゼオライトであることが好ましい。種結晶として用いられるCHA型ゼオライトは特に限定されるものではないが、その粒子径は小さいほうが望ましく、必要に応じて粉砕して用いても良い。通常、0.5nm以上であり、好ましくは1nm以上であり、通常20μm以下であり、好ましくは15μm以下、より好ましくは10μm以下であり、さらに好ましくは5μm以下である。   The seed crystal used in the present invention may be of any type as long as it is a zeolite that promotes crystallization, but is preferably a CHA-type zeolite for efficient crystallization. The CHA-type zeolite used as the seed crystal is not particularly limited, but it is desirable that the particle diameter is small, and it may be used after pulverization if necessary. Usually, it is 0.5 nm or more, preferably 1 nm or more, usually 20 μm or less, preferably 15 μm or less, more preferably 10 μm or less, and further preferably 5 μm or less.

本発明における無機多孔質支持体上に種結晶を付着させる方法は特に限定されるものではないが、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表面に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無機多孔質支持体表面上に塗りこむ方法などがある。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 inorganic porous support in the present invention is not particularly limited, but the seed crystal is dispersed in a solvent such as water and the support is immersed in the dispersion to seed the seed crystal on the surface. There are a dipping method in which a seed crystal is adhered, and a method in which a seed crystal is mixed with a solvent such as water to form a slurry, and is coated on the surface of the inorganic porous support. The dip method is desirable for controlling the amount of seed crystals attached and producing a membrane composite with good reproducibility.

本発明において種結晶を分散させる溶媒は、特に限定されるものではないが、水が好ましい。分散させる種結晶の量は、特に限定されるものではないが、分散液の全重量に対して通常0.01重量%以上、好ましくは0.1重量%以上、より好ましくは0.5重量%以上が好ましく、通常20重量%以下、好ましくは10重量%以下、より好ましくは5重量%以下、更に好ましくは4重量%以下、特に好ましくは3重量%以下である。分散させる種結晶の量が少なすぎると無機多孔質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表面に部分的にCHA型ゼオライトが生成しない箇所ができることがあり欠陥のある膜となる可能性がある。分散液中の種結晶の量が多すぎるとディップ法によって無機多孔質支持体表面上付着する種結晶の量はほぼ一定となるため、分散させる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。   In the present invention, the solvent in which the seed crystals are dispersed is not particularly limited, but water is preferable. The amount of the seed crystal to be dispersed is not particularly limited, but is usually 0.01% by weight or more, preferably 0.1% by weight or more, more preferably 0.5% by weight with respect to the total weight of the dispersion. The above is preferable, usually 20% by weight or less, preferably 10% by weight or less, more preferably 5% by weight or less, still more preferably 4% by weight or less, and particularly preferably 3% by weight or less. If the amount of seed crystals to be dispersed is too small, the amount of seed crystals adhering to the inorganic porous support will be small, so there may be a part where CHA-type zeolite is not partially formed on the support surface during hydrothermal synthesis. There is a possibility of becoming a film with. If the amount of seed crystals in the dispersion is too large, the amount of seed crystals adhering to the surface of the inorganic porous support by the dipping method will be almost constant, so if too much seed crystals are dispersed, the seed crystals will be wasted. It is more disadvantageous in terms of cost.

本発明における無機多孔質支持体は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た後、乾燥した後に膜の合成を行うことが望ましい。
支持体表面上に予め付着させておく種結晶の重量は、特に限定されるものではないが、基材1mあたりの重量として、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以下であり、好ましくは50g以下であり、より好ましくは10g以下であり更に好ましくは8g以下である。種結晶の量が前記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ために緻密な膜が生成しにくくなることがある。また種結晶の量が前記上限超過の場合には、表面の凹凸が種結晶によって増長されたり、支持体表面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り、緻密な膜が生成しにくくなることがある。
水熱合成により結晶化させる場合、無機多孔質支持体を固定化するに際しては、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、静置法で結晶化させてもよいし、反応混合物を攪拌させて結晶化させてもかまわない。
The inorganic porous support in the present invention is preferably synthesized after a seed crystal is attached by dipping or slurry coating and then dried.
The weight of the seed crystal to be attached in advance on the surface of the support is not particularly limited, but is usually 0.01 g or more, preferably 0.05 g or more, more preferably as the weight per 1 m 2 of the substrate. Is 0.1 g or more, usually 100 g or less, preferably 50 g or less, more preferably 10 g or less, and still more preferably 8 g or less. When the amount of the seed crystal is less than the lower limit, it becomes difficult to form a crystal, and when the film growth becomes insufficient or the film growth tends to be uneven, a dense film is formed. It may be difficult. If the amount of the seed crystal exceeds the upper limit, the surface irregularities are increased by the seed crystal, or the seed crystal falling from the surface of the support easily grows spontaneous nuclei, thereby inhibiting the film growth on the support. In some cases, it is difficult to form a dense film.
In the case of crystallizing by hydrothermal synthesis, when the inorganic porous support is fixed, it can take any form such as vertical placement and horizontal placement. In this case, it may be crystallized by a stationary method or may be crystallized by stirring the reaction mixture.

ゼオライトを結晶化させる際の温度は、特に限定されるものではないが、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℃以下であり、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場合、CHA型ゼオライトが結晶化し難くなることがある。反応温度がこの範囲より高すぎる場合はCHA型とは異なるタイプのゼオライトが生成し易くなる。   The temperature at which the zeolite is crystallized is not particularly limited, but is usually 100 ° C. or higher, preferably 120 ° C. or higher, more preferably 150 ° C. or higher, and usually 200 ° C. or lower, preferably 190 ° C. Below, it is 180 degrees C or less more preferably. If the reaction temperature is too low, the CHA-type zeolite may be difficult to crystallize. When the reaction temperature is higher than this range, a zeolite different from the CHA type is likely to be produced.

加熱時間は、特に限定されるものではないが、通常1時間以上であり、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、通常は10日間以下であり、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場合はCHA型ゼオライトが結晶化し難くなることがある。反応時間が長すぎる場合はCHA型とは異なるタイプのゼオライトが生成し易くなることがある。   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, usually 10 days or less, preferably 5 days or less, more Preferably it is 3 days or less, More preferably, it is 2 days or less. If the reaction time is too short, the CHA-type zeolite may be difficult to crystallize. If the reaction time is too long, a zeolite different from the CHA type may be easily formed.

結晶化時の圧力は特に限定されるものではないが、密閉容器中に入れた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が、窒素などの不活性ガスを加えてもかまわない。   Although the pressure at the time of crystallization is not particularly limited, the self-generated pressure generated when the reaction mixture placed in a closed vessel is heated to this temperature range is sufficient, but an inert gas such as nitrogen is added. It doesn't matter.

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。
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
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。
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。
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場合には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り好ましくない。焼成温度が高すぎる場合には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りやすくなることがある。
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.
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. or lower, for the purpose of firing the template. More preferably, it is 800 ° C. or less, particularly preferably 750 ° C. or less. The heating time is not particularly limited as long as the zeolite membrane is sufficiently dried or the template is calcined, and preferably 0.5 hours or more, more Preferably it is 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.
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.
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 Is 750 ° C. or lower. If the calcination temperature is too low, the proportion of the remaining organic template tends to increase, and the pores of the zeolite are small, 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 will be large, so the zeolite membrane may be prone to cracking, and the denseness of the zeolite membrane will be lost, leading to poor separation performance. Sometimes.

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れば特に限定されるものではないが、1時間以上が好ましく、さらに好ましくは5時間以上である。上限は特に限定されるものではないが、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われることが一般的であるが、酸素が含まれる雰囲気で行うことができる。   The firing time varies depending on the rate of temperature rise or the rate of temperature fall, but is not particularly limited as long as the organic template is sufficiently removed, but is preferably 1 hour or longer, more preferably 5 hours or longer. The upper limit is not particularly limited, but is, for example, usually within 200 hours, preferably within 150 hours, more preferably within 100 hours, and most preferably within 24 hours. The firing is generally performed in an air atmosphere, but can be performed in an atmosphere containing oxygen.

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。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。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。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. Usually, it is 5 ° C./min or less, preferably 2 ° C./min or less, more preferably 1 ° C./min or less, particularly preferably 0.5 ° C./min or less. Usually, it is 0.1 ° C./min or more in consideration of workability. 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. Usually, it is 5 ° C./min or less, preferably 2 ° C./min or less, more preferably 1 ° C./min or less, particularly preferably 0.5 ° C./min or less. Usually, it is 0.1 ° C./min or more in consideration of workability.

無機多孔質支持体−ゼオライト膜複合体を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、焼成などの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、およびNa、K、Liなどのアルカリ金属イオン、および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あげられる。この中でプロトン、およびNa、K、Liなどのアルカリ金属イオンが好ましい。 The inorganic porous support-zeolite membrane composite may be ion-exchanged as necessary. When ion exchange is performed using a template, the ion exchange is usually performed after removing the template such as baking. Ions to be ion-exchanged include protons, alkali metal ions such as Na + , K + and Li + , and alkaline earth metal ions such as Ca 2+ , Mg 2+ , Sr 2+ and Ba 2+ , Fe, Cu, Zn and the like Examples thereof include transition metal ions. Of these, protons and alkali metal ions such as Na + , K + and Li + are preferred.

イオン交換の方法としては、焼成後(テンプレートを使用した場合など)の無機多孔質支持体−ゼオライト膜複合体を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、水洗し、必要に応じて200℃−500℃で焼成する。 As an ion exchange method, the inorganic porous support-zeolite membrane complex after calcination (such as when using a template) is mixed with an aqueous solution containing an ammonium salt such as NH 4 NO 3 or NaNO 3 or an ion to be exchanged. Usually, it is treated with an acid such as hydrochloric acid at a temperature of room temperature to 100 ° C., washed with water, and calcined at 200 ° C. to 500 ° C. as necessary.

本発明で使用するゼオライト膜複合体の形状は特に限定されるものでなく、管状、中空糸状、モノリス型、ハニカム型などあらゆる形状を採用できる。また大きさも特に限定されないが、例えば、管状の場合は、通常長さ2cm以上200cm以下、内径0.5cm以上から2cm以下、厚さ0.5mm以上から4mm以下が実用的で好ましい。   The shape of the zeolite membrane composite used in the present invention is not particularly limited, and any shape such as a tubular shape, a hollow fiber shape, a monolith type, and a honeycomb type can be adopted. Although the size is not particularly limited, for example, in the case of a tubular shape, a length of 2 cm to 200 cm, an inner diameter of 0.5 cm to 2 cm, and a thickness of 0.5 mm to 4 mm are practical and preferable.

次に、参考のため、本発明で使用する無機多孔質支持体−ゼオライト膜複合体の分離・濃縮機能の全般について説明する。この機能は、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ある物質(混合物中の透過性が高い物質)を選択的に透過させる機能である。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。そしてその結果、有機物を含む混合物中の特定の有機物(混合物中の透過性が低い物質)の濃度を高めることで、特定の有機物を分離回収、あるいは濃縮する方法である。具体的に言えば、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、混合物から水と有機物とが分離され、有機物は元の混合物中で濃縮される。前述のパーベーパレーション、ベーパーパーミエーションと呼ばれる分離・濃縮方法はひとつの形態である。   Next, for reference, the overall separation / concentration function of the inorganic porous support-zeolite membrane composite used in the present invention will be described. This function is achieved by bringing a gas or liquid mixture containing an organic substance 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 side on which the mixture is in contact on the opposite side. This is a function of selectively permeating a substance (a substance having a high permeability in the mixture) that is permeable to the zeolite membrane from the mixture by setting a lower pressure. Thereby, a highly permeable substance can be separated from the mixture. As a result, the specific organic substance is separated and recovered or concentrated by increasing the concentration of the specific organic substance (substance having low permeability in the mixture) in the mixture containing the organic substance. Specifically, in the case of a mixture of water and organic matter, since water is usually highly permeable to the zeolite membrane, water and organic matter are separated from the mixture, and the organic matter is concentrated in the original mixture. The separation / concentration method called pervaporation and vapor permeation is one form.

本発明で使用するゼオライト膜複合体の分離機能の一つは、分子ふるいとしての分離であり、CHA型ゼオライトの場合その有効細孔径3.8Å以上の大きさを有する気体分子または液体分子とそれ以下の気体または液体分子との分離に好適に使用される。なお分離に供される分子に上限はないが、分子の大きさは通常、100Å以下程度である。   One of the separation functions of the zeolite membrane composite used in the present invention is separation as a molecular sieve. In the case of CHA-type zeolite, gas molecules or liquid molecules having an effective pore diameter of 3.8 mm or more and those molecules It is preferably used for separation from the following gas or liquid molecules. There is no upper limit to the molecules used for separation, but the size of the molecules is usually about 100 mm or less.

また、本発明で使用するゼオライト膜複合体のもう一つの分離機能は親水性の差を利用した分離である。ゼオライトの種類にもよるが、一般にはゼオライト骨格中Alが一定量含有されることにより、親水的性質が現れる。ゼオライト膜の結晶化条件を制御すれば結晶中のSiO/Alモル比を制御することは可能である。このような親水性膜を用いれば有機物と水の混合溶液から水分子を選択的に膜透過させることにより有機物を分離、濃縮することができる。すなわち、有機酸類/水、アルコール類/水、アセトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類/水、アルデヒド類/水、ジオキサン、テトラヒドロフラン等のエーテル類/水、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含有有機物)/水、酢酸エステル等のエステル類/水等の、有機物と水の混合水溶液から水を選択的に透過して有機物を分離、濃縮することができる。この場合に有機物と水との混合物における水の含有量はとくに制限は無く、A型ゼオライトでは構造が壊れてしまう高い水含有量、例えば20重量%以上の水含有量の混合物においても構造が壊れることなく高い選択率と透過量を実現することができる。
また、有機酸/水以外の系においても、有機酸や無機酸が存在していても耐酸性が高いので使用することができる。
Another separation function of the zeolite membrane composite used in the present invention is separation utilizing the difference in hydrophilicity. Although depending on the type of zeolite, a hydrophilic property generally appears when a certain amount of Al is contained in the zeolite framework. By controlling the crystallization conditions of the zeolite membrane, it is possible to control the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio in the crystal. If such a hydrophilic membrane is used, the organic matter can be separated and concentrated by selectively allowing water molecules to permeate through a mixed solution of the organic matter and water. That is, organic acids / water, alcohols / water, ketones / water such as acetone and methyl isobutyl ketone, aldehydes / water, ethers such as dioxane and tetrahydrofuran, amides such as dimethylformamide and N-methylpyrrolidone, etc. The organic substance can be separated and concentrated by selectively permeating water from a mixed aqueous solution of the organic substance and water, such as organic compounds containing nitrogen (N-containing organic substance) / water, esters such as acetate ester / water, and the like. In this case, the content of water in the mixture of the organic substance and water is not particularly limited, and the structure is broken even in a mixture having a high water content, for example, a water content of 20% by weight or more, in which the structure is broken in the A-type zeolite. High selectivity and permeation amount can be realized without any problems.
Further, in systems other than organic acid / water, even in the presence of an organic acid or an inorganic acid, it can be used because of its high acid resistance.

このように、本発明のゼオライト膜複合体は、高い水含有量の有機物との混合物からの分離や、酸性条件での分離においても高い選択率と透過量が実現できる。そのため通常蒸留で分離している混合物を本発明のゼオライト膜複合体を用いて分離することにより、蒸留に比べて分離に必要なエネルギーを小さくすることができる。本発明のゼオライト膜複合体は、広い範囲の水含有量の混合物からの分離が可能であるので、これまでできなかった系においても分離が可能となる。例えば、これまでA型のゼオライト膜では、高い水含有量の有機物との混合物からの分離ができなかったので、蒸留により90%程度まで有機物を濃縮してからA型ゼオライト膜を使用する必要があった。しかし、本発明のゼオライト膜複合体を用いれば、例えば50%以上の高い水含有量の有機物との混合物からであっても水と有機物を分離し、有機物を濃縮することができる。   Thus, the zeolite membrane composite of the present invention can realize high selectivity and permeation amount even in separation from a mixture with an organic substance having a high water content or separation under acidic conditions. Therefore, by separating the mixture usually separated by distillation using the zeolite membrane composite of the present invention, energy required for separation can be reduced as compared with distillation. Since the zeolite membrane composite of the present invention can be separated from a mixture having a wide range of water content, it can be separated even in a system that has not been possible so far. For example, since the A-type zeolite membrane could not be separated from a mixture with an organic substance having a high water content, it is necessary to concentrate the organic substance to about 90% by distillation before using the A-type zeolite membrane. there were. However, if the zeolite membrane composite of the present invention is used, water and organic matter can be separated and the organic matter can be concentrated even from a mixture with an organic matter having a high water content of, for example, 50% or more.

本発明の脱水濃縮装置は、蒸留塔の代替手段として利用してもよく、蒸留塔と共に利用してもよい。蒸留塔の後工程の手段として利用してもよい。   The dehydration concentration apparatus of the present invention may be used as an alternative means of a distillation column or may be used together with a distillation column. You may utilize as a means of the post process of a distillation column.

次に、分離膜モジュールの運転条件の最適範囲は、分離膜モジュールに供給される処理対象の種類により異なるため一概に決定し得ないが、温度、操作圧力などの一般的条件は、公知の運転方法の条件の範囲から適宜選択される、以下のような範囲である。   Next, the optimum range of operating conditions of the separation membrane module cannot be determined unconditionally because it differs depending on the type of processing target supplied to the separation membrane module, but general conditions such as temperature and operating pressure are known operating conditions. The following ranges are selected as appropriate from the range of method conditions.

図1に示すPV法の場合、分離膜モジュールに供給される処理対象(液体)の温度は、通常25〜200℃、好ましくは70〜150℃である。操作圧力は、通常0.1〜1.5MPa、好ましくは0.2〜0.8MPaである。   In the case of the PV method shown in FIG. 1, the temperature of the treatment target (liquid) supplied to the separation membrane module is usually 25 to 200 ° C., preferably 70 to 150 ° C. The operating pressure is usually 0.1 to 1.5 MPa, preferably 0.2 to 0.8 MPa.

図2に示すVP法の場合、分離膜モジュールに供給される処理対象の過熱蒸気の温度は、飽和蒸気圧温度をTとすると、通常T+1〜100℃、好ましくはT+5〜30℃である。操作圧力は、通常0.1〜1.5MPa、好ましくは0.2〜0.8MPaである。   In the case of the VP method shown in FIG. 2, the temperature of the superheated steam to be treated supplied to the separation membrane module is usually T + 1 to 100 ° C., preferably T + 5 to 30 ° C., where T is the saturated vapor pressure temperature. The operating pressure is usually 0.1 to 1.5 MPa, preferably 0.2 to 0.8 MPa.

分離膜モジュールの設置個数は、条件により適宜選択され、1基の場合もあれば、図示したように2基以上使用されることもある。これにより、濃度が95重量%以上に濃縮された酸やアルコールや有機溶剤を回収することが出来る。なお、吸着装置の運転条件は、従来公知のPSAやTSAと同様に、適宜決定される。   The number of separation membrane modules installed is appropriately selected depending on the conditions, and may be one or may be two or more as shown. As a result, it is possible to recover the acid, alcohol, or organic solvent having a concentration of 95% by weight or more. The operating conditions of the adsorption device are appropriately determined in the same manner as conventionally known PSA and TSA.

以下、本発明の特徴的構成、すなわち、ゼオライト結晶層のSiO/Alモル比が5以上である多孔質支持体−ゼオライト膜複合体について、参考例に基づき具体的に説明する。 Hereinafter, the characteristic structure of the present invention, that is, the porous support-zeolite membrane composite in which the zeolite crystal layer has a SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of 5 or more will be described in detail based on reference examples.

・X線回折(XRD)の測定方法
XRD測定は以下の条件に基づきおこなった。
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
SollerSlit (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)
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-ray diffraction (XRD) measurement method XRD measurement was performed based on 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
SolarSlit (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)
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.

・SEM−EDXの測定方法
装置:
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。
・ Measurement method of SEM-EDX Equipment:
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.

参考例1:
CHA型ゼオライト膜の作成のために、N,N,N−トリメチル−1−アダマンタンアンモニウムヒドロキシド(TMADAOH)水溶液をUSP4544538の記載を参考に調製した。以下に例を示す。
5.5gの1−アダマンタンアミン(アルドリッチ社製)を75mlのメタノールに溶解し、24.2gの炭酸カリウムを加え、30分攪拌した。これに、10mlのヨードメタンを滴下させ、1昼夜攪拌した。その後塩化メチレンを50ml加えて固体をろ過した。得られた溶液の溶媒をエバポレーターにより除去して固体を得た。この固体に塩化メチレン130ml加えてろ過、溶媒の除去を2回繰り返した。その後、得られた固体をメタノールを用いて再結晶を行い、再結晶された固体をろ過し、ジエチルエーテルで洗浄後、乾燥してN,N,N−トリメチル−1−アダマンタンアンモニウムヨーダイド(TMADI)を得た。その後このTMADIを水に溶解させ、アニオン交換樹脂(三菱化学社製 SA−10A)によりイオン交換し、エバポレーターで濃縮し、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水溶液を得た。滴定により、この水溶液中の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の濃度は0.75mmol/gであった。また、この水溶液中に含まれるK量は1.84重量%であった。
Reference example 1:
In order to prepare a CHA type zeolite membrane, an aqueous solution of N, N, N-trimethyl-1-adamantanammonium hydroxide (TMADAOH) was prepared with reference to the description in USP 4,454,538. An example is shown below.
5.5 g of 1-adamantanamine (manufactured by Aldrich) was dissolved in 75 ml of methanol, 24.2 g of potassium carbonate was added, and the mixture was stirred for 30 minutes. To this, 10 ml of iodomethane was added dropwise and stirred for one day. Thereafter, 50 ml of methylene chloride was added and the solid was filtered. The solvent of the obtained solution was removed by an evaporator to obtain a solid. To this solid, 130 ml of methylene chloride was added, and filtration and removal of the solvent were repeated twice. Thereafter, the obtained solid was recrystallized using methanol, and the recrystallized solid was filtered, washed with diethyl ether, dried and dried to give N, N, N-trimethyl-1-adamantanammonium iodide (TMADI). ) Thereafter, this TMADI was dissolved in water, ion-exchanged with an anion exchange resin (SA-10A manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), and concentrated with an evaporator to obtain an aqueous solution of N, N, N-trimethyl-1-adamantanammonium hydroxide. By titration, the concentration of N, N, N-trimethyl-1-adamantanammonium hydroxide in this aqueous solution was 0.75 mmol / g. The amount of K contained in this aqueous solution was 1.84% by weight.

無機多孔質支持体−(CHA型)ゼオライト膜複合体はCHA型ゼオライトを無機多孔質支持体上に直接水熱合成することで作製した。
水熱合成のための反応混合物として、以下のものを調製した。
1mol/L−NaOH水溶液6.9gと水103.6gを混合したものに水酸化アルミニウム(Al 53.5重量%含有、アルドリッチ社製)0.43gを加えて撹拌し溶解させ、透明溶液とした。これに有機テンプレートとして、上記のN,N,N−トリメチル−1−アダマンタンアンモニウムヒドロキシド(TMADAOH)水溶液9.2gを加え(この溶液中にKとして0.17g含有している。)、さらにコロイダルシリカ(日産化学社製 スノーテック−40)10.4gを加えて3時間撹拌し、水熱合成用混合物を調製した。
The inorganic porous support- (CHA type) zeolite membrane composite was prepared by hydrothermal synthesis of CHA type zeolite directly on the inorganic porous support.
The following was prepared as a reaction mixture for hydrothermal synthesis.
To a mixture of 6.9 g of 1 mol / L-NaOH aqueous solution and 103.6 g of water, 0.43 g of aluminum hydroxide (containing 53.5% by weight of Al 2 O 3 , manufactured by Aldrich) was added, stirred and dissolved, and transparent It was set as the solution. To this was added 9.2 g of the above-mentioned N, N, N-trimethyl-1-adamantanammonium hydroxide (TMADAOH) aqueous solution (containing 0.17 g as K in the solution) as an organic template, and further colloidal. 10.4 g of silica (Snowtech-40 manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd.) was added and stirred for 3 hours to prepare a hydrothermal synthesis mixture.

無機多孔質支持体としては(株)ニッカトー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、外表面を耐水性紙やすりを用いて滑らかにして、超音波洗浄機で洗浄したのち乾燥させたものを用いた。支持体上には水熱合成に先立ち、ディップ法で上記の方法と同様の方法によりSiO/Al/NaOH/HO/TMADAOH=1/0.033/0.1/40/0.1のゲル組成で160℃、2日間水熱合成して結晶化させた0.5μm程度のCHA型ゼオライトの種結晶を付着させた。 As an inorganic porous support, a mullite tube PM (external diameter: 12 mm, internal diameter: 9 mm) manufactured by Nikkato Co., Ltd. was cut to a length of 80 mm, and the outer surface was smoothed using water-resistant sandpaper. What was dried after washing with a washing machine was used. Prior to hydrothermal synthesis on the support, SiO 2 / Al 2 O 3 / NaOH / H 2 O / TMADAOH = 1 / 0.033 / 0.140 / by the dip method in the same manner as described above. A CHA-type zeolite seed crystal of about 0.5 μm, which was crystallized by hydrothermal synthesis at 160 ° C. for 2 days with a gel composition of 0.1, was attached.

この種結晶を約1重量%水中に分散させたものに支持体を所定時間浸した後、100℃で5時間以上乾燥させて種結晶を付着させた。付着した種結晶の重量は約3g/mであった。この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)製内筒に垂直方向に浸漬してオートクレーブを密閉し160℃で48時間、自生圧力下で加熱した。所定時間経過後、放冷した後に支持体−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。乾燥後、テンプレート焼成前のゼオライト(以下as−madeということがある)の状態で円筒管状の膜複合体の一端を封止し、他の一端を真空ラインに接続することで管内を減圧とし、真空ライン設置した流量計で空気の透過量を測定したところ透過量は0ml/(m・分)であった。
テンプレート焼成前のゼオライト(as−made)の膜複合体を電気炉で550℃、10時間焼成した。このときの昇温速度と降温速度はともに0.5℃/分とした。焼成後の膜複合体の重量と支持体の重量の差から支持体上に結晶化したCHA型ゼオライトの重量は120g/mであった。SEM観察から膜厚は約15μmであった。
The support was immersed in a dispersion of the seed crystal in about 1% by weight of water for a predetermined time, and then dried at 100 ° C. for 5 hours or more to adhere the seed crystal. The weight of the attached seed crystal was about 3 g / m 2 . The support to which the seed crystal was attached was immersed in a Teflon (registered trademark) inner cylinder containing the reaction mixture in the vertical direction, the autoclave was sealed, and heated at 160 ° C. for 48 hours under an autogenous pressure. After the elapse of a predetermined time, after cooling, the support-zeolite membrane composite was taken out of the reaction mixture, washed, and dried at 100 ° C. for 5 hours or more. After drying, seal one end of the cylindrical tubular membrane composite in a state of zeolite before template firing (hereinafter sometimes referred to as as-made), and connect the other end to a vacuum line to reduce the pressure inside the tube. When the amount of air permeation was measured with a flow meter installed in a vacuum line, the amount of permeation was 0 ml / (m 2 · min).
The zeolite (as-made) membrane composite before template firing was fired in an electric furnace at 550 ° C. for 10 hours. At this time, the rate of temperature increase and the rate of temperature decrease were both 0.5 ° C./min. From the difference between the weight of the membrane composite after firing and the weight of the support, the weight of the CHA-type zeolite crystallized on the support was 120 g / m 2 . From SEM observation, the film thickness was about 15 μm.

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。XRD測定は前記の条件によりおこなった。また照射幅を自動可変スリットによって1mmに固定して測定し、MaterialsData, Inc.のXRD解析ソフトJADE 7.5.2(日本語版)を用いて可変スリット→固定スリット変換を行ってXRDパターンを得た。(2θ=17.9°付近のピークの強度)/(2θ=20.8°付近のピークの強度)=2.9であり、rhombohedral settingにおける(1,1,1)面への配向が推測された。   When XRD of the produced membrane was measured, it was found that CHA-type zeolite was produced. XRD measurement was performed under the above conditions. The irradiation width is fixed to 1 mm by an automatic variable slit, and XRD pattern is converted by variable slit → fixed slit conversion using XRD analysis software JADE 7.5.2 (Japanese version) of MaterialsData, Inc. Obtained. (Intensity of peak near 2θ = 17.9 °) / (Intensity of peak near 2θ = 20.8 °) = 2.9, and orientation to the (1,1,1) plane in rhombohedral setting is estimated It was done.

また短冊状に切断した無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体をSEMで観測した結果、表面に結晶が緻密に生成していた。
また、SEM−EDXにより、ゼオライト膜のSiO/Alモル比を測定したところ、22であった。
参考例2:
無機多孔質支持体CHA型ゼオライト膜複合体はCHA型ゼオライトを無機多孔質支持体上に直接水熱合成することで作製した。
Moreover, as a result of observing the inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite cut into strips by SEM, crystals were densely formed on the surface.
Further, by SEM-EDX, was measured SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite membrane was 22.
Reference example 2:
The inorganic porous support CHA-type zeolite membrane composite was prepared by hydrothermal synthesis of CHA-type zeolite directly on the inorganic porous support.

水熱合成のための反応混合物として、以下のものを調製した。
1mol/L−NaOH水溶液10.5gと1mol/L−KOH水溶液7.0gと水100.0gを混合したものに水酸化アルミニウム(Al 53.5重量%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。これに有機テンプレートとして、N,N,N−トリメチル−1−アダマンタンアンモニウムヒドロキシド(TMADAOH)水溶液(TMADAOH25重量%含有、セイケム社製)2.95g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、水熱合成用混合物を調製した。
The following was prepared as a reaction mixture for hydrothermal synthesis.
A mixture of 10.5 g of 1 mol / L-NaOH aqueous solution, 7.0 g of 1 mol / L-KOH aqueous solution and 100.0 g of water was mixed with aluminum hydroxide (containing 53.5% by weight of Al 2 O 3 , manufactured by Aldrich). 88 g was added, stirred and dissolved to obtain a transparent solution. As an organic template, 2.95 g of an aqueous N, N, N-trimethyl-1-adamantanammonium hydroxide (TMADAOH) solution (containing 25% by weight of TMADAOH, manufactured by Seychem) was added, and colloidal silica (Snowtech, manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd.) was added. −40) 10.5 g was added and stirred for 2 hours to prepare a hydrothermal synthesis mixture.

無機多孔質支持体としては参考例1と同様に処理したものを用いた。支持体上には水熱合成に先立ち、参考例1と同様に粒径0.5μm程度のCHA型ゼオライトの種結晶を付着させた。付着した種結晶の重量は約5g/mであった。
参考例1と同様にこの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)製内筒に垂直方向に浸漬してオートクレーブを密閉し160℃で48時間、自生圧力下で加熱した。所定時間経過後、放冷した後に支持体−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。乾燥後のas−madeの状態で円筒管状の膜複合体の一端を封止し、他の一端を真空ラインに接続することで管内を減圧とし、真空ライン設置した流量計で空気の透過量を測定したところ透過量は0ml/(m・min)であった。テンプレート焼成前のゼオライトの膜複合体を電気炉で500℃、5時間焼成した。焼成後の膜複合体の重量と支持体の重量の差から支持体上に結晶化したCHA型ゼオライトの重量は120g/mであった。SEM観察から膜厚は約15μmであった。
As the inorganic porous support, one treated in the same manner as in Reference Example 1 was used. Prior to hydrothermal synthesis, a CHA-type zeolite seed crystal having a particle size of about 0.5 μm was deposited on the support in the same manner as in Reference Example 1. The weight of the attached seed crystal was about 5 g / m 2 .
As in Reference Example 1, the support on which the seed crystal was adhered was immersed vertically in a Teflon (registered trademark) inner cylinder containing the reaction mixture, and the autoclave was sealed, and the autoclave was sealed at 160 ° C. for 48 hours under an autogenous pressure. And heated. After the elapse of a predetermined time, after cooling, the support-zeolite membrane composite was taken out of the reaction mixture, washed, and dried at 100 ° C. for 5 hours or more. Seal one end of the cylindrical tubular membrane composite in an as-made state after drying, and connect the other end to a vacuum line to reduce the pressure inside the tube. When measured, the permeation amount was 0 ml / (m 2 · min). The zeolite membrane composite before template firing was fired in an electric furnace at 500 ° C. for 5 hours. From the difference between the weight of the membrane composite after firing and the weight of the support, the weight of the CHA-type zeolite crystallized on the support was 120 g / m 2 . From SEM observation, the film thickness was about 15 μm.

生成したゼオライト膜の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。XRD測定は参考例1と同様に行った。生成した膜のXRDと種結晶として使用した粉末のCHA型ゼオライト(USP4544538号公報においてSSZ−13と一般に呼称されるゼオライト、以下SSZ−13として表わす。)であるSSZ−13のXRDの比較を図5に示す。図5において、a)は参考例2の膜の、b)はSSZ−13のXRDを示す。また、図中の*は支持体由来のピークである。生成した膜のXRDでは、粉末のCHA型ゼオライトであるSSZ−13のXRDにくらべ2θ=17.9°付近のピークの強度が顕著に大きいことがわかる。粉末のCHA型ゼオライトであるSSZ−13の(2θ=17.9°付近のピークの強度)/(2θ=20.8°付近のピークの強度)=0.2に対し、生成した膜の(2θ=17.9°付近のピークの強度)/(2θ=20.8°付近のピークの強度)=12.6であり、rhombohedral settingにおける(1,1,1)面への配向が推測された。   When XRD of the produced zeolite membrane was measured, it was found that CHA-type zeolite was produced. XRD measurement was performed in the same manner as in Reference Example 1. Comparison of XRD of the produced membrane and XRD of SSZ-13 which is a powdered CHA type zeolite (zeolite generally referred to as SSZ-13 in US Pat. No. 4,544,538, hereinafter referred to as SSZ-13) used as a seed crystal. As shown in FIG. In FIG. 5, a) shows the XRD of SSZ-13, and b) shows the XRD of SSZ-13. Moreover, * in a figure is a peak derived from a support body. In the XRD of the produced film, it can be seen that the intensity of the peak in the vicinity of 2θ = 17.9 ° is significantly larger than that of SSZ-13, which is a powdered CHA-type zeolite. For the powdered CHA-type zeolite SSZ-13 (peak intensity around 2θ = 17.9 °) / (peak intensity around 2θ = 20.8 °) = 0.2, 2θ = 17.9 ° peak intensity) / (2θ = 20.8 ° peak intensity) = 12.6, and the orientation to the (1,1,1) plane in rhombohedral setting is estimated. It was.

また、SEM−EDXにより、ゼオライト膜のSiO/Alモル比を測定したところ、17であった。 Further, by SEM-EDX, was measured SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite membrane was 17.

参考例3:
無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体はCHA型ゼオライトを無機多孔質支持体上に直接水熱合成することで作製した。
Reference Example 3:
The inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite was prepared by hydrothermal synthesis of CHA type zeolite directly on the inorganic porous support.

水熱合成のための反応混合物として、以下のものを調製した。
1mol/L−NaOH水溶液10.5gと1mol/L−KOH水溶液7.0gと水100.4gを混合したものに水酸化アルミニウム(Al53.5重量%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。これに有機テンプレートとして、N,N,N−トリメチル−1−アダマンタンアンモニウムヒドロキシド(TMADAOH)水溶液(TMADAOH25重量%含有、セイケム社製)2.37g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、水熱合成用混合物を調製した。
The following was prepared as a reaction mixture for hydrothermal synthesis.
A mixture of 10.5 g of 1 mol / L-NaOH aqueous solution, 7.0 g of 1 mol / L-KOH aqueous solution and 100.4 g of water was mixed with aluminum hydroxide (containing 53.5% by weight of Al 2 O 3 , manufactured by Aldrich). 88 g was added, stirred and dissolved to obtain a transparent solution. As an organic template, 2.37 g of an aqueous solution of N, N, N-trimethyl-1-adamantanammonium hydroxide (TMADAOH) (containing 25% by weight of TMADAOH, manufactured by Seychem) was added, and colloidal silica (Snowtech manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd.) was added. −40) 10.5 g was added and stirred for 2 hours to prepare a hydrothermal synthesis mixture.

無機多孔質支持体としては参考例1と同様に処理したものを用いた。支持体上には水熱合成に先立ち、参考例1と同様に粒径2μm程度のCHA型ゼオライトの種結晶を付着させた。付着した種結晶の重量は約2g/mであった。種結晶に用いた粒径2μm程度のCHA型ゼオライトは、セイケム社の25重量%N,N,N−トリメチル−1−アダマンタンアンモニウムヒドロキシド(TMADAOH)水溶液を用いて、SiO/Al/NaOH/KOH/HO/TMADAOH=1/0.066/0.15/0.1/100/0.1のゲル組成で160℃、2日間水熱合成をして結晶化させたものをろ過、水洗、乾燥したものである。
参考例1と同様にこの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)製内筒に垂直方向に浸漬してオートクレーブを密閉し160℃で48時間、自生圧力下で加熱した。所定時間経過後、放冷した後に支持体−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。乾燥後のas−madeの状態で円筒管状の膜複合体の一端を封止し、他の一端を真空ラインに接続することで管内を減圧とし、真空ライン設置した流量計で空気の透過量を測定したところ透過量は0ml/ (m・min)であった。テンプレート焼成前のゼオライトの膜複合体を電気炉で500℃、5時間焼成した。焼成後の膜複合体の重量と支持体の重量の差から支持体上に結晶化したCHA型ゼオライトの重量は130g/mであった。
As the inorganic porous support, one treated in the same manner as in Reference Example 1 was used. Prior to hydrothermal synthesis, a CHA-type zeolite seed crystal having a particle size of about 2 μm was deposited on the support in the same manner as in Reference Example 1. The weight of the attached seed crystal was about 2 g / m 2 . The CHA-type zeolite having a particle size of about 2 μm used for the seed crystal is an SiO 2 / Al 2 O 3 solution using a 25 wt% N, N, N-trimethyl-1-adamantanammonium hydroxide (TMADAOH) aqueous solution manufactured by Seychem. / NaOH / KOH / H 2 O / TMADAOH = 1 / 0.066 / 0.15 / 0.1 / 100 / 0.1 gel composition hydrothermally synthesized for 2 days at 160 ° C. Filtered, washed with water and dried.
As in Reference Example 1, the support on which the seed crystal was adhered was immersed vertically in a Teflon (registered trademark) inner cylinder containing the reaction mixture, and the autoclave was sealed, and the autoclave was sealed at 160 ° C. for 48 hours under an autogenous pressure. And heated. After the elapse of a predetermined time, after cooling, the support-zeolite membrane composite was taken out of the reaction mixture, washed, and dried at 100 ° C. for 5 hours or more. Seal one end of the cylindrical tubular membrane composite in an as-made state after drying, and connect the other end to a vacuum line to reduce the pressure inside the tube. When measured, the permeation amount was 0 ml / (m 2 · min). The zeolite membrane composite before template firing was fired in an electric furnace at 500 ° C. for 5 hours. From the difference between the weight of the membrane composite after firing and the weight of the support, the weight of the CHA-type zeolite crystallized on the support was 130 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。XRD測定は参考例1と同様に行った。生成した膜のXRDの結果から、2θ=17.9°付近のピークの強度が顕著に大きいことがわかる。生成した膜の(2θ=17.9°付近のピークの強度)/(2θ=20.8°付近のピークの強度)=1.0であった。   When XRD of the produced membrane was measured, it was found that CHA-type zeolite was produced. XRD measurement was performed in the same manner as in Reference Example 1. From the result of XRD of the formed film, it can be seen that the intensity of the peak around 2θ = 17.9 ° is remarkably high. It was (the intensity of the peak around 2θ = 17.9 °) / (the intensity of the peak around 2θ = 20.8 °) = 1.0.

また、SEM−EDXにより、ゼオライト膜のSiO/Alモル比を測定したところ、20であった。 Further, by SEM-EDX, was measured SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite membrane was 20.

参考例4:
無機多孔質支持体として多孔質アルミナチューブ(外径12mm、内径9mm)を用いた以外は、参考例3と同様に行って、無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を作成した。
生成したCHA型ゼオライト膜のXRDの結果から、(2θ=17.9°付近のピークの強度)/(2θ=20.8°付近のピークの強度)=1.2であった。また、SEM−EDXにより、ゼオライト膜のSiO/Alモル比を測定したところ、17であった。
Reference example 4:
An inorganic porous support-CHA-type zeolite membrane composite was prepared in the same manner as in Reference Example 3 except that a porous alumina tube (outer diameter 12 mm, inner diameter 9 mm) was used as the inorganic porous support.
From the result of XRD of the produced CHA-type zeolite membrane, it was found that (the intensity of the peak near 2θ = 17.9 °) / (the intensity of the peak near 2θ = 20.8 °) = 1.2. Further, by SEM-EDX, was measured SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite membrane was 17.

参考例5:
無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体はCHA型ゼオライトを無機多孔質支持体上に直接水熱合成することで作製した。
Reference example 5:
The inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite was prepared by hydrothermal synthesis of CHA type zeolite directly on the inorganic porous support.

水熱合成のための反応混合物として、以下のものを調製した。
1mol/L−NaOH水溶液32gと1mol/L−KOH水溶液48gと水457gを混合したものに水酸化アルミニウム(Al 53.5重量%含有、アルドリッチ社製)4.0gを加えて撹拌し溶解させ、ほぼ透明溶液とした。これに有機テンプレートとして、N,N,N−トリメチル−1−アダマンタンアンモニウムヒドロキシド(TMADAOH)水溶液(TMADAOH25重量%含有、セイケム社製)13.5g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を加えて2時間撹拌し、水熱合成用混合物を調製した。
The following was prepared as a reaction mixture for hydrothermal synthesis.
To a mixture of 32 g of 1 mol / L-NaOH aqueous solution, 48 g of 1 mol / L-KOH aqueous solution and 457 g of water, 4.0 g of aluminum hydroxide (containing 53.5% by weight of Al 2 O 3 , manufactured by Aldrich) was added and stirred. Dissolved to give a nearly clear solution. As an organic template, 13.5 g of an N, N, N-trimethyl-1-adamantanammonium hydroxide (TMADAOH) aqueous solution (containing 25% by weight of TMADAOH, manufactured by Seychem) was added, and colloidal silica (Snowtech, manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd.) was added. −40) 48 g was added and stirred for 2 hours to prepare a hydrothermal synthesis mixture.

無機多孔質支持体としては参考例1と同様に処理したものを用いた。支持体上には水熱合成に先立ち、粒径2μm程度のCHA型ゼオライトの種結晶を付着させた以外は参考例1と同様の処理を行った。付着した種結晶の重量は約5g/mであった。
参考例1と同様にこの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)製内筒に垂直方向に浸漬してこのテフロン(登録商標)製内筒を1Lのステンレス製オートクレーブに入れ、オートクレーブを密閉し昇温に5時間をかけたのち、160℃で48時間、自生圧力下で加熱した。反応の間、200rpmで回転する撹拌翼によって反応混合物を混合した。所定時間経過後、放冷した後に支持体−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4時間以上乾燥させた。乾燥後のas−madeの状態で円筒管状の膜複合体の一端を封止し、他の一端を真空ラインに接続することで管内を減圧とし、真空ライン設置した流量計で空気の透過量を測定したところ透過量は0ml/(m・min)であった。テンプレート焼成前のゼオライトの膜複合体を電気炉で500℃、5時間焼成した。焼成後の膜複合体の重量と支持体の重量の差から支持体上に結晶化したCHA型ゼオライトの重量は120g/mであった。
As the inorganic porous support, one treated in the same manner as in Reference Example 1 was used. Prior to hydrothermal synthesis, the same treatment as in Reference Example 1 was performed except that a seed crystal of CHA-type zeolite having a particle size of about 2 μm was deposited on the support. The weight of the attached seed crystal was about 5 g / m 2 .
As in Reference Example 1, the support to which the seed crystal was attached was immersed in a Teflon (registered trademark) inner cylinder containing the reaction mixture in the vertical direction, and the Teflon (registered trademark) inner cylinder was immersed in 1 L of stainless steel. The autoclave was put into a manufactured autoclave, and the autoclave was sealed and heated for 5 hours, and then heated at 160 ° C. for 48 hours under autogenous pressure. During the reaction, the reaction mixture was mixed with a stirring blade rotating at 200 rpm. After the elapse of a predetermined time, after cooling, the support-zeolite membrane composite was taken out of the reaction mixture, washed, and dried at 100 ° C. for 4 hours or more. Seal one end of the cylindrical tubular membrane composite in an as-made state after drying, and connect the other end to a vacuum line to reduce the pressure inside the tube. When measured, the permeation amount was 0 ml / (m 2 · min). The zeolite membrane composite before template firing was fired in an electric furnace at 500 ° C. for 5 hours. From the difference between the weight of the membrane composite after firing and the weight of the support, the weight of the CHA-type zeolite crystallized on 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。XRD測定は参考例1と同様に行った。生成した膜のXRDを図6に示す。図中の*は支持体由来のピークである。
生成した膜のXRDでは粉末のCHA型ゼオライトであるSSZ−13のXRDにくらべ2θ=9.6°付近のピークの強度が顕著に大きいことがわかる。生成した膜の(2θ=9.6°付近のピークの強度)/(2θ=20.8°付近のピークの強度)=6.8とCOLLECTION OF SIMULATED XRD POWDER PATTERNS FORZEOLITE Third Revised Edition 1996 ELSEVIERに記載の粉末のCHAのXRDの比((2θ=9.6°付近のピークの強度)/(2θ=20.8°付近のピークの強度)=2.5にくらべ著しく大きく、rhombohedral settingにおける(1,0,0)面への配向が推測された。また、SEM−EDXにより、ゼオライト膜のSiO/Alモル比を測定したところ、17であった。
When XRD of the produced membrane was measured, it was found that CHA-type zeolite was produced. XRD measurement was performed in the same manner as in Reference Example 1. The XRD of the produced film is shown in FIG. * In the figure is a peak derived from the support.
In the XRD of the formed film, it can be seen that the intensity of the peak in the vicinity of 2θ = 9.6 ° is significantly larger than that of SSZ-13, which is a powdered CHA-type zeolite. The intensity (peak intensity around 2θ = 9.6 °) / (intensity of peak around 2θ = 20.8 °) = 6.8 of COLLECTION OF SIMULATED XRD POWTERNS FORZEOLITE Third Revised 19 The ratio of XRD of CHA of the powder of ((2θ = peak intensity around 9.6 °) / (peak intensity around 2θ = 20.8 °)) = 2.5, which is significantly higher than that of rhombohedral setting (1 , 0,0) plane was estimated, and the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite membrane was measured by SEM-EDX and found to be 17.

参考例6:
無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体はCHA型ゼオライトを無機多孔質支持体上に直接水熱合成することで作製した。
Reference Example 6:
The inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite was prepared by hydrothermal synthesis of CHA type zeolite directly on the inorganic porous support.

水熱合成のための反応混合物として、以下のものを調製した。
1mol/L−NaOH水溶液30.1gと水66.0gを混合したものに水酸化アルミニウム(Al 53.5重量%含有、アルドリッチ社製)0.057gを加えて撹拌し溶解させ、ほぼ透明溶液とした。これに有機テンプレートとして、N,N,N−トリメチル−1−アダマンタンアンモニウムヒドロキシド(TMADAOH)水溶液(TMADAOH25重量%含有、セイケム社製)12.7g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)23.6gを加えて2時間撹拌し、水熱合成用混合物を調製した。
The following was prepared as a reaction mixture for hydrothermal synthesis.
To a mixture of 30.1 g of 1 mol / L-NaOH aqueous solution and 66.0 g of water was added 0.057 g of aluminum hydroxide (containing 53.5% by weight of Al 2 O 3 , manufactured by Aldrich) and dissolved by stirring. A clear solution was obtained. As an organic template, 12.7 g of an N, N, N-trimethyl-1-adamantanammonium hydroxide (TMADAOH) aqueous solution (containing 25% by weight of TMADAOH, manufactured by Seychem) was added, and colloidal silica (Snowtech manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd.) was added. −40) 23.6 g was added and stirred for 2 hours to prepare a hydrothermal synthesis mixture.

無機多孔質支持体としては参考例1と同様に処理したものを用いた。支持体上には水熱合成に先立ち、参考例1と同様に0.5μm程度のCHA型ゼオライトの種結晶を付着させた。付着した種結晶の重量は約3g/mであった。
参考例1と同様にこの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)製内筒に垂直方向に浸漬してオートクレーブを密閉し160℃で48時間、自生圧力下で加熱した。所定時間経過後、放冷した後に支持体−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4時間以上乾燥させた。乾燥後のas−madeの状態で円筒管状の膜複合体の一端を封止し、他の一端を真空ラインに接続することで管内を減圧とし、真空ライン設置した流量計で空気の透過量を測定したところ透過量は0ml/(m・min)であった。テンプレート焼成前のゼオライトの膜複合体を電気炉で500℃、5時間焼成した。焼成後の膜複合体の重量と支持体の重量の差から支持体上に結晶化したCHA型ゼオライトの重量は100g/mであった。
As the inorganic porous support, one treated in the same manner as in Reference Example 1 was used. Prior to hydrothermal synthesis, a CHA-type zeolite seed crystal of about 0.5 μm was deposited on the support in the same manner as in Reference Example 1. The weight of the attached seed crystal was about 3 g / m 2 .
As in Reference Example 1, the support on which the seed crystal was adhered was immersed vertically in a Teflon (registered trademark) inner cylinder containing the reaction mixture, and the autoclave was sealed, and the autoclave was sealed at 160 ° C. for 48 hours under an autogenous pressure. And heated. After the elapse of a predetermined time, after cooling, the support-zeolite membrane composite was taken out of the reaction mixture, washed, and dried at 100 ° C. for 4 hours or more. Seal one end of the cylindrical tubular membrane composite in an as-made state after drying, and connect the other end to a vacuum line to reduce the pressure inside the tube. When measured, the permeation amount was 0 ml / (m 2 · min). The zeolite membrane composite before template firing was fired in an electric furnace at 500 ° C. for 5 hours. From the difference between the weight of the membrane composite after firing and the weight of the support, the weight of the CHA zeolite crystallized on the support was 100 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。XRD測定は参考例1と同様に行った。生成した膜のXRDを図7に示す。図中の*は支持体由来のピークである。
生成した膜のXRDにおいて(2θ=9.6°付近のピークの強度)/(2θ=20.8°付近のピークの強度)=1.7であり、(2θ=17.9°付近のピークの強度)/(2θ=20.8°付近のピークの強度)=0.3であった。
When XRD of the produced membrane was measured, it was found that CHA-type zeolite was produced. XRD measurement was performed in the same manner as in Reference Example 1. The XRD of the resulting film is shown in FIG. * In the figure is a peak derived from the support.
In the XRD of the film formed, (peak intensity around 2θ = 9.6 °) / (peak intensity around 2θ = 20.8 °) = 1.7, (peak near 2θ = 17.9 °) Intensity) / (peak intensity around 2θ = 20.8 °) = 0.3.

このように、生成した膜のXRDピークに特異な強度を示すものはなかった。これから例えば、生成した膜がrhombohedral settingにおける(1,0,0)面、(1,1,1)面のいずれにも配向していないことが推測される。
また、SEM−EDXにより、ゼオライト膜のSiO/Alモル比を測定しようとしたが、出発の反応混合物のSiO/Alモル比が500であることからゼオライト膜のSiO/Alモル比も非常に高くなることから、正確な値が得られなかった。ゼオライト膜のSEM−EDXでは通常、SiO/Alモル比の測定限界値が100程度と考えられるため、少なくともこのゼオライト膜のSiO/Alモル比は100以上であると推測される。
Thus, none of the films produced showed a specific intensity in the XRD peak. From this, for example, it is presumed that the generated film is not oriented in any of the (1, 0, 0) plane and the (1, 1, 1) plane in rhombohedral setting.
Further, by SEM-EDX, tried to measure the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite membrane, since the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the reaction mixture of the starting is 500 zeolite film SiO Since the 2 / Al 2 O 3 molar ratio was also very high, an accurate value could not be obtained. Zeolite membrane SEM-EDX In general, since the measurement limit value of SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio is considered to be about 100, when at least SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of this zeolite membrane is more than 100 Guessed.

参考例1A:
参考例1で得られた無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を用いてパーベーパレーション法により70℃の水/酢酸混合溶液(50/50重量%)から水を選択的に透過させる分離を行った。
Reference Example 1A:
Water is selectively permeated from a 70 ° C. water / acetic acid mixed solution (50/50 wt%) by the pervaporation method using the inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite obtained in Reference Example 1. Separation was performed.

パーベーパレーション法には図4に示す装置を使用した。図4においてゼオライト膜複合体(105)は、真空ポンプ(109)によって内側が減圧され、被分離液(104)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(104)中透過物質の水がゼオライト膜複合体(105)に浸透気化して透過する。透過した物質はトラップ(107)で捕集される。一方、酢酸はゼオライト膜(105)の外側に滞留する。一定時間ごとに被分離液(104)の濃度を測定し、その濃度を用いて各時間の分離係数を算出した。なお、図4中、符号(101)はスターラー、(102)は湯浴、(103)は撹拌子、(106)はピラニゲージ、(108)はコールドトラップを表す。   The apparatus shown in FIG. 4 was used for the pervaporation method. In FIG. 4, the inside of the zeolite membrane composite (105) is depressurized by the vacuum pump (109), and the pressure difference is about 1 atm with the outside where the liquid to be separated (104) is in contact. Due to this pressure difference, the permeated water in the liquid to be separated (104) permeates and permeates through the zeolite membrane composite (105). The permeated material is collected by the trap (107). On the other hand, acetic acid stays outside the zeolite membrane (105). The concentration of the liquid to be separated (104) was measured at regular intervals, and the separation factor for each time was calculated using the concentration. In FIG. 4, reference numeral (101) represents a stirrer, (102) represents a hot water bath, (103) represents a stirrer, (106) represents a Pirani gauge, and (108) represents a cold trap.

トラップに捕集した透過液、被分離液の組成分析はガスクロマトグラフによって行った。透過開始から約5時間程度で安定してくるので、約5時間後の透過成績を示す。
透過流束は4.0kg/(m・h)、分離係数は384、透過液中の水の濃度は99.74重量%であった。測定結果を表1に示す。
The composition analysis of the permeate collected in the trap and the liquid to be separated was performed by gas chromatography. Since it stabilizes in about 5 hours from the start of transmission, the transmission results after about 5 hours are shown.
The permeation flux was 4.0 kg / (m 2 · h), the separation factor was 384, and the concentration of water in the permeate was 99.74% by weight. The measurement results are shown in Table 1.

参考例2A:
参考例2で得られた無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を用いて実施例1と同様に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重量%)から水を選択的に透過させる分離を行った。
透過流束は4.8kg/(m・h)、分離係数は544、透過液中の水の濃度は99.81重量%であった。測定結果を表1に示す。
Reference Example 2A:
Using the inorganic porous support-CHA-type zeolite membrane composite obtained in Reference Example 2 from the water / acetic acid mixed solution (50/50% by weight) at 70 ° C. by the pervaporation method in the same manner as in Example 1. Separation with selective permeation was performed.
The permeation flux was 4.8 kg / (m 2 · h), the separation factor was 544, and the concentration of water in the permeate was 99.81% by weight. The measurement results are shown in Table 1.

参考例3A:
参考例2で得られた無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を用いて実施例1と同様にパーベーパレーション法により80℃の水/酢酸混合溶液(50/50重量%)から水を選択的に透過させる分離を行った。
透過流束は6.0kg/(m・h)、分離係数は649、透過液中の水の濃度は99.84重量%であった。測定結果を表1に示す。
Reference Example 3A:
Using the inorganic porous support-CHA-type zeolite membrane composite obtained in Reference Example 2 from the water / acetic acid mixed solution (50/50% by weight) at 80 ° C. by the pervaporation method in the same manner as in Example 1. Separation with selective permeation was performed.
The permeation flux was 6.0 kg / (m 2 · h), the separation factor was 649, and the concentration of water in the permeate was 99.84% by weight. The measurement results are shown in Table 1.

参考例4A:
参考例2で得られた無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を用いて実施例1と同様にパーベーパレーション法により70℃の水/酢酸混合溶液(10/90重量%)から水を選択的に透過させる分離を行った。
透過流束は1.4 kg/(m・h)、分離係数は1411、透過液中の水の濃度は99.33重量%であった。測定結果を表1に示す。
Reference Example 4A:
Using the inorganic porous support-CHA-type zeolite membrane composite obtained in Reference Example 2 from the water / acetic acid mixed solution (10/90% by weight) at 70 ° C. by the pervaporation method in the same manner as in Example 1. Separation with selective permeation was performed.
The permeation flux was 1.4 kg / (m 2 · h), the separation factor was 1411, and the concentration of water in the permeate was 99.33% by weight. The measurement results are shown in Table 1.

参考例5A:
参考例3で得られた無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を用いて実施例1と同様に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重量%)から水を選択的に透過させる分離を行った。
透過流束は5.6kg/(m・h)、分離係数は230、透過液中の水の濃度は99.57重量%であった。測定結果を表1に示す。
Reference Example 5A:
Using the inorganic porous support-CHA-type zeolite membrane composite obtained in Reference Example 3 from a water / acetic acid mixed solution (50/50% by weight) at 70 ° C. by a pervaporation method in the same manner as in Example 1. Separation with selective permeation was performed.
The permeation flux was 5.6 kg / (m 2 · h), the separation factor was 230, and the concentration of water in the permeate was 99.57 wt%. The measurement results are shown in Table 1.

参考例6A:
参考例5で得られた無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を用いて実施例1と同様に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重量%)から水を選択的に透過させる分離を行った。
透過流束は4.6kg/(m・h)、分離係数は64、透過液中の水の濃度は98.46重量%であった。測定結果を表1に示す。
Reference Example 6A:
Using the inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite obtained in Reference Example 5 from the water / acetic acid mixed solution (50/50% by weight) at 70 ° C. by the pervaporation method as in Example 1. Separation with selective permeation was performed.
The permeation flux was 4.6 kg / (m 2 · h), the separation factor was 64, and the concentration of water in the permeate was 98.46% by weight. The measurement results are shown in Table 1.

参考例7A:
参考例6で得られた無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を用いて実施例1と同様に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重量%)から水を選択的に透過させる分離を行った。
透過流束は0.9kg/(m・h)、分離係数は26、透過液中の水の濃度は96.30重量%であった。測定結果を表1に示す。約3時間で透過流束、分離係数、透過液中の水の濃度が安定したのでこの値は約3時間後の値である。
Reference Example 7A:
Using the inorganic porous support-CHA-type zeolite membrane composite obtained in Reference Example 6 from the water / acetic acid mixed solution (50/50% by weight) at 70 ° C. by the pervaporation method in the same manner as in Example 1. Separation with selective permeation was performed.
The permeation flux was 0.9 kg / (m 2 · h), the separation factor was 26, and the concentration of water in the permeate was 96.30% by weight. The measurement results are shown in Table 1. Since the permeation flux, the separation factor, and the concentration of water in the permeate were stabilized in about 3 hours, this value is a value after about 3 hours.

参考例7:
水熱合成のための反応混合物として、以下のものを調製した以外は参考例2と同様にして無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を作成した。用いた水熱合成のための反応混合物は、1mol/L−NaOH水溶液12.9gと1mol/L−KOH水溶液8.6gと水92.4gを混合したものに水酸化アルミニウム(Al53.5重量%含有、アルドリッチ社製)1.16gを加えて撹拌し溶解させ、ほぼ透明溶液とし、これに有機テンプレートとして、N,N,N−トリメチル−1−アダマンタンアンモニウムヒドロキシド(TMADAOH)水溶液(TMADAOH25重量%含有、セイケム社製)2.91g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)12.9gを加えて2時間撹拌して調製した。得られた膜複合体の焼成後の重量と支持体の重量の差から支持体上に結晶化したCHA型ゼオライトの重量は150g/mであった。
XRD測定を参考例1と同様に行った。
生成した膜の(2θ=9.6°付近のピークの強度)/(2θ=20.8°付近のピークの強度)=12.8であった。
また、SEM−EDXにより、ゼオライト膜のSiO/Alモル比を測定したところ、15であった。
Reference example 7:
An inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite was prepared in the same manner as in Reference Example 2 except that the following was prepared as a reaction mixture for hydrothermal synthesis. The reaction mixture used for the hydrothermal synthesis was a mixture of 12.9 g of 1 mol / L-NaOH aqueous solution, 8.6 g of 1 mol / L-KOH aqueous solution and 92.4 g of water, and aluminum hydroxide (Al 2 O 3 53 1.16 g (containing 5% by weight, manufactured by Aldrich Co., Ltd.) was added and stirred to dissolve it to obtain a substantially transparent solution. As an organic template, N, N, N-trimethyl-1-adamantanammonium hydroxide (TMADAOH) aqueous solution 2.91 g (containing 25% by weight of TMADAOH, manufactured by Sechem Co.) was added, and 12.9 g of colloidal silica (Snowtech-40 manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd.) was further added and stirred for 2 hours to prepare. From the difference between the weight of the obtained membrane composite after firing and the weight of the support, the weight of the CHA zeolite crystallized on the support was 150 g / m 2 .
XRD measurement was performed in the same manner as in Reference Example 1.
It was (the intensity of the peak near 2θ = 9.6 °) / (the intensity of the peak near 2θ = 20.8 °) = 12.8.
Further, by SEM-EDX, was measured SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite membrane was 15.

参考例8A:
参考例7で得られた無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を用いて実施例1と同様に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重量%)から水を選択的に透過させる分離を行った。透過流束は4.5kg/(m・h)、分離係数は180、透過液中の水の濃度は99.43重量%であった。測定結果を表1に示す。
Reference Example 8A:
Using the inorganic porous support-CHA-type zeolite membrane composite obtained in Reference Example 7 from the water / acetic acid mixed solution (50/50% by weight) at 70 ° C. by the pervaporation method in the same manner as in Example 1. Separation with selective permeation was performed. The permeation flux was 4.5 kg / (m 2 · h), the separation factor was 180, and the concentration of water in the permeate was 99.43% by weight. The measurement results are shown in Table 1.

参考例8:
無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体はCHA型ゼオライトを無機多孔質支持体上に直接水熱合成することで作製した。
水熱合成のための反応混合物として、以下のものを調製した。
1mol/L−KOH水溶液126gに水酸化アルミニウム(Al 53.5重量%含有、アルドリッチ社製)5.7gを加えて撹拌し溶解させ、ほぼ透明溶液とした。これにコロイダルシリカ(日産化学社製 スノーテック−40)27gを加えて2時間撹拌し、水熱合成用混合物を調製した。
Reference Example 8:
The inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite was prepared by hydrothermal synthesis of CHA type zeolite directly on the inorganic porous support.
The following was prepared as a reaction mixture for hydrothermal synthesis.
To 126 g of 1 mol / L-KOH aqueous solution, 5.7 g of aluminum hydroxide (containing 53.5% by weight of Al 2 O 3 , manufactured by Aldrich) was added and dissolved by stirring to obtain a substantially transparent solution. To this was added 27 g of colloidal silica (Snowtech-40, Nissan Chemical Co., Ltd.) and stirred for 2 hours to prepare a mixture for hydrothermal synthesis.

無機多孔質支持体としては参考例1と同様に処理したものを用いた。支持体上には水熱合成に先立ち、参考例1と同様に0.2μm程度のCHA型ゼオライトの種結晶を付着させた。付着した種結晶の重量は約3g/mであった。
この0.2μm程度のCHA型ゼオライトの種結晶は以下のように合成した。触媒化成社製のSiO/Al比が7のY型ゼオライト10gを、KOH5gを水100gに溶かした水溶液に加え、2時間攪拌した。この反応混合物をテフロン(登録商標)製内筒に入れてオートクレーブを密閉し100℃7日間加熱した。その後、放冷し、ろ過、水洗してCHA型ゼオライトを得た。
参考例1と同様にこの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)製内筒に垂直方向に浸漬してオートクレーブを密閉し140℃で108時間、自生圧力下で加熱した。所定時間経過後、放冷した後に支持体−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4時間以上乾燥させた。乾燥後のas−madeの状態で円筒管状の膜複合体の一端を封止し、他の一端を真空ラインに接続することで管内を減圧とし、真空ライン設置した流量計で空気の透過量を測定したところ透過量は0ml/(m・min)であった。この膜複合体の重量と支持体の重量の差から支持体上に結晶化したCHA型ゼオライトの重量は50g/mであった。
As the inorganic porous support, one treated in the same manner as in Reference Example 1 was used. Prior to hydrothermal synthesis, a CHA-type zeolite seed crystal of about 0.2 μm was deposited on the support in the same manner as in Reference Example 1. The weight of the attached seed crystal was about 3 g / m 2 .
The seed crystal of about 0.2 μm of CHA type zeolite was synthesized as follows. 10 g of Y-type zeolite having a SiO 2 / Al 2 O 3 ratio of 7 manufactured by Catalyst Kasei Co., Ltd. was added to an aqueous solution in which 5 g of KOH was dissolved in 100 g of water, and stirred for 2 hours. The reaction mixture was placed in a Teflon (registered trademark) inner cylinder, the autoclave was sealed, and the mixture was heated at 100 ° C. for 7 days. Then, it was allowed to cool, filtered and washed with water to obtain a CHA type zeolite.
As in Reference Example 1, the support on which this seed crystal was attached was immersed in a Teflon (registered trademark) inner cylinder containing the above reaction mixture in the vertical direction, and the autoclave was sealed. And heated. After the elapse of a predetermined time, after cooling, the support-zeolite membrane composite was taken out of the reaction mixture, washed, and dried at 100 ° C. for 4 hours or more. Seal one end of the cylindrical tubular membrane composite in an as-made state after drying, and connect the other end to a vacuum line to reduce the pressure inside the tube. When measured, the permeation amount was 0 ml / (m 2 · min). From the difference between the weight of the membrane composite and the weight of the support, the weight of the CHA-type zeolite crystallized on the support was 50 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。生成した膜のXRDにおいて(2θ=9.6°付近のピークの強度)/(2θ=20.8°付近のピークの強度)=0.3であり、(2θ=17.9°付近のピークの強度)/(2θ=20.8°付近のピークの強度)=0.1であった。   When XRD of the produced membrane was measured, it was found that CHA-type zeolite was produced. In the XRD of the film formed, (peak intensity near 2θ = 9.6 °) / (peak intensity near 2θ = 20.8 °) = 0.3, and (peak near 2θ = 17.9 °) Intensity) / (peak intensity around 2θ = 20.8 °) = 0.1.

このように、生成した膜のXRDピークに特異な強度を示すものはなかった。これから例えば、生成した膜がrhombohedral settingにおける(1,0,0)面、(1,1,1)面のいずれにも配向していないことが推測される。
また、SEM−EDXにより、ゼオライト膜のSiO/Al比を測定したところ6であった。
Thus, none of the films produced showed a specific intensity in the XRD peak. From this, for example, it is presumed that the generated film is not oriented in any of the (1, 0, 0) plane and the (1, 1, 1) plane in rhombohedral setting.
Further, by SEM-EDX, was 6 was measured SiO 2 / Al 2 O 3 ratio of the zeolite membrane.

参考例9A:
参考例8で得られた無機多孔質支持体-CHA型ゼオライト膜複合体を用いて実施例7と同様にパーベーパレーション法により70℃の水/酢酸水溶液(50/50重量%)から水を選択的に透過させる分離を行った。
Reference Example 9A:
Using the inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite obtained in Reference Example 8, water was removed from a 70 ° C. water / acetic acid aqueous solution (50/50 wt%) by the pervaporation method in the same manner as in Example 7. A selective permeation separation was performed.

透過流束は2.0kg/(m・h)、分離係数は12、透過液中の水の濃度は92.28重量%であった。測定結果を表1に示す。 The permeation flux was 2.0 kg / (m 2 · h), the separation factor was 12, and the concentration of water in the permeate was 92.28% by weight. The measurement results are shown in Table 1.

参考例1B:
参考例4で得られた無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を用いて参考例1Aと同様にパーベーパレーション法により70℃の水/2−プロパノール水溶液(30/70重量%)から水を選択的に透過させる分離を行った。
透過流束は7.7kg/(m・h)、分離係数は3000、透過液中の水の濃度は99.92重量%であった。測定結果を表2に示す。
Reference Example 1B:
Using the inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite obtained in Reference Example 4 from a water / 2-propanol aqueous solution (30/70% by weight) at 70 ° C. by the pervaporation method in the same manner as in Reference Example 1A. Separation with selective permeation of water was performed.
The permeation flux was 7.7 kg / (m 2 · h), the separation factor was 3000, and the concentration of water in the permeate was 99.92% by weight. The measurement results are shown in Table 2.

参考例2B:
実施例2と同様にして得られた無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を用いて実施例7と同様にパーベーパレーション法により70℃の水/2−プロパノール溶液(10/90重量%)から水を選択的に透過させる分離を行った。
透過流束は4.0kg/(m・h)、分離係数は36000、透過液中の水の濃度は99.97重量%であった。測定結果を表2に示す。
Reference Example 2B:
Using the inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite obtained in the same manner as in Example 2, a water / 2-propanol solution (10/90 wt. %) To selectively permeate water.
The permeation flux was 4.0 kg / (m 2 · h), the separation factor was 36000, and the concentration of water in the permeate was 99.97% by weight. The measurement results are shown in Table 2.

参考例3B:
参考例2と同様にして得られた無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を用いて参考例1Aと同様にパーベーパレーション法により70℃の水/2−プロパノール溶液(30/70重量%)から水を選択的に透過させる分離を行った。
透過流束は5.8kg/(m・h)、分離係数は31000、透過液中の水の濃度は99.99重量%であった。測定結果を表2に示す。
Reference Example 3B:
Using the inorganic porous support-CHA-type zeolite membrane composite obtained in the same manner as in Reference Example 2, a 70 ° C. water / 2-propanol solution (30/70 wt.%) Was obtained by the pervaporation method as in Reference Example 1A. %) To selectively permeate water.
The permeation flux was 5.8 kg / (m 2 · h), the separation factor was 31000, and the concentration of water in the permeate was 99.99 wt%. The measurement results are shown in Table 2.

参考例4B:
参考例2と同様にして得られた無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を用いて参考例1Aと同様にパーベーパレーション法により50℃の水/2−プロパノール溶液(30/70重量%)から水を選択的に透過させる分離を行った。
透過流束は2.5kg/(m・h)、分離係数は29000、透過液中の水の濃度は99.99重量%であった。測定結果を表2に示す。
Reference Example 4B:
Using the inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite obtained in the same manner as in Reference Example 2, a 50 / 2C water / 2-propanol solution (30/70 wt.%) Was obtained by the pervaporation method as in Reference Example 1A. %) To selectively permeate water.
The permeation flux was 2.5 kg / (m 2 · h), the separation factor was 29000, and the concentration of water in the permeate was 99.99 wt%. The measurement results are shown in Table 2.

参考例5B:
参考例2と同様にして得られた無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を用いて参考例1Aと同様にパーベーパレーション法により50℃の水/テトラヒドロフラン溶液(50/50重量%)から水を選択的に透過させる分離を行った。
透過流束は3.1kg/(m・h)、分離係数は3100、透過液中の水の濃度は99.97重量%であった。測定結果を表2に示す。
Reference Example 5B:
A water / tetrahydrofuran solution (50/50 wt%) at 50 ° C. by the pervaporation method in the same manner as in Reference Example 1A using the inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite obtained in the same manner as in Reference Example 2. Separation allowing selective permeation of water was performed.
The permeation flux was 3.1 kg / (m 2 · h), the separation factor was 3100, and the concentration of water in the permeate was 99.97% by weight. The measurement results are shown in Table 2.

参考例6B:
参考例2と同様にして得られた無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を用いて参考例1Aと同様にパーベーパレーション法により40℃の水/アセトン溶液(50/50重量%)から水を選択的に透過させる分離を行った。
透過流束は1.6kg/(m・h)、分離係数は14600、透過液中の水の濃度は99.99重量%であった。測定結果を表2に示す。
Reference Example 6B:
Using an inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite obtained in the same manner as in Reference Example 2, a 40 ° C. water / acetone solution (50/50% by weight) was obtained by the pervaporation method in the same manner as in Reference Example 1A. Separation allowing selective permeation of water was performed.
The permeation flux was 1.6 kg / (m 2 · h), the separation factor was 14600, and the concentration of water in the permeate was 99.99 wt%. The measurement results are shown in Table 2.

参考例7B:
参考例2と同様にして得られた無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を用いて参考例1Aと同様にパーベーパレーション法により70℃の水/N−メチル−2−ピロリドン溶液(50/50重量%)から水を選択的に透過させる分離を行った。
透過流束は5.6kg/(m・h)、分離係数は10300、透過液中の水の濃度は99.99重量%であった。測定結果を表2に示す。
Reference Example 7B:
Using an inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite obtained in the same manner as in Reference Example 2, a water / N-methyl-2-pyrrolidone solution at 70 ° C. (pervaporation method) as in Reference Example 1A ( 50/50% by weight) was selectively permeated through water.
The permeation flux was 5.6 kg / (m 2 · h), the separation factor was 10300, and the concentration of water in the permeate was 99.99 wt%. The measurement results are shown in Table 2.

参考例8B:
参考例2と同様にして得られた無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を用いて参考例1Aと同様にパーベーパレーション法により70℃の水/エタノール溶液(86/14重量%)から水を選択的に透過させる分離を行った。
透過流束は1.3kg/(m・h)、分離係数は500、透過液中の水の濃度は99.97重量%であった。測定結果を表2に示す。
Reference Example 8B:
Using the inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite obtained in the same manner as in Reference Example 2, a water / ethanol solution (86/14% by weight) at 70 ° C. by the pervaporation method as in Reference Example 1A. Separation allowing selective permeation of water was performed.
The permeation flux was 1.3 kg / (m 2 · h), the separation factor was 500, and the concentration of water in the permeate was 99.97% by weight. The measurement results are shown in Table 2.

参考例8:
無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体はCHA型ゼオライトを無機多孔質支持体上に直接水熱合成することで作製した。
水熱合成のための反応混合物として、以下のものを調製した。
1mol/L−KOH水溶液126gに水酸化アルミニウム(Al 53.5重量%含有、アルドリッチ社製)5.7gを加えて撹拌し溶解させ、ほぼ透明溶液とした。これにコロイダルシリカ(日産化学社製 スノーテック−40)27gを加えて2時間撹拌し、水熱合成用混合物を調製した。
Reference Example 8:
The inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite was prepared by hydrothermal synthesis of CHA type zeolite directly on the inorganic porous support.
The following was prepared as a reaction mixture for hydrothermal synthesis.
To 126 g of 1 mol / L-KOH aqueous solution, 5.7 g of aluminum hydroxide (containing 53.5% by weight of Al 2 O 3 , manufactured by Aldrich) was added and dissolved by stirring to obtain a substantially transparent solution. To this was added 27 g of colloidal silica (Snowtech-40, Nissan Chemical Co., Ltd.) and stirred for 2 hours to prepare a mixture for hydrothermal synthesis.

無機多孔質支持体としては参考例1と同様に処理したものを用いた。支持体上には水熱合成に先立ち、実施例1と同様に0.2μm程度のCHA型ゼオライトの種結晶を付着させた。付着した種結晶の重量は約3g/mであった。
この0.2μm程度のCHA型ゼオライトの種結晶は以下のように合成した。触媒化成社製のSiO/Al比が7のY型ゼオライト10gを、KOH5gを水100gに溶かした水溶液に加え、2時間攪拌した。この反応混合物をテフロン(登録商標)製内筒に入れてオートクレーブを密閉し100℃7日間加熱した。その後、放冷し、ろ過、水洗してCHA型ゼオライトを得た。
参考例1と同様にこの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)製内筒に垂直方向に浸漬してオートクレーブを密閉し140℃で108時間、自生圧力下で加熱した。所定時間経過後、放冷した後に支持体−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4時間以上乾燥させた。乾燥後のas−madeの状態で円筒管状の膜複合体の一端を封止し、他の一端を真空ラインに接続することで管内を減圧とし、真空ライン設置した流量計で空気の透過量を測定したところ透過量は0ml/(m・min)であった。この膜複合体の重量と支持体の重量の差から支持体上に結晶化したCHA型ゼオライトの重量は50g/mであった。
As the inorganic porous support, one treated in the same manner as in Reference Example 1 was used. Prior to hydrothermal synthesis, a CHA-type zeolite seed crystal of about 0.2 μm was deposited on the support in the same manner as in Example 1. The weight of the attached seed crystal was about 3 g / m 2 .
The seed crystal of about 0.2 μm of CHA type zeolite was synthesized as follows. 10 g of Y-type zeolite having a SiO 2 / Al 2 O 3 ratio of 7 manufactured by Catalyst Kasei Co., Ltd. was added to an aqueous solution in which 5 g of KOH was dissolved in 100 g of water, and stirred for 2 hours. The reaction mixture was placed in a Teflon (registered trademark) inner cylinder, the autoclave was sealed, and the mixture was heated at 100 ° C. for 7 days. Then, it was allowed to cool, filtered and washed with water to obtain a CHA type zeolite.
As in Reference Example 1, the support on which this seed crystal was attached was immersed in a Teflon (registered trademark) inner cylinder containing the above reaction mixture in the vertical direction, and the autoclave was sealed. And heated. After the elapse of a predetermined time, after cooling, the support-zeolite membrane composite was taken out of the reaction mixture, washed, and dried at 100 ° C. for 4 hours or more. Seal one end of the cylindrical tubular membrane composite in an as-made state after drying, and connect the other end to a vacuum line to reduce the pressure inside the tube. When measured, the permeation amount was 0 ml / (m 2 · min). From the difference between the weight of the membrane composite and the weight of the support, the weight of the CHA-type zeolite crystallized on the support was 50 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。生成した膜のXRDにおいて(2θ=9.6°付近のピークの強度)/(2θ=20.8°付近のピークの強度)=0.3であり、(2θ=17.9°付近のピークの強度)/(2θ=20.8°付近のピークの強度)=0.1であった。   When XRD of the produced membrane was measured, it was found that CHA-type zeolite was produced. In the XRD of the film formed, (peak intensity near 2θ = 9.6 °) / (peak intensity near 2θ = 20.8 °) = 0.3, and (peak near 2θ = 17.9 °) Intensity) / (peak intensity around 2θ = 20.8 °) = 0.1.

このように、生成した膜のXRDピークに特異な強度を示すものはなかった。これから例えば、生成した膜がrhombohedralsettingにおける(1,0,0)面、(1,1,1)面のいずれにも配向していないことが推測される。
また、SEM−EDXにより、ゼオライト膜のSiO/Al比を測定したところ6であった。
Thus, none of the films produced showed a specific intensity in the XRD peak. From this, for example, it is presumed that the generated film is not oriented in any of the (1, 0, 0) plane and the (1, 1, 1) plane in rhombohedral setting.
Further, by SEM-EDX, was 6 was measured SiO 2 / Al 2 O 3 ratio of the zeolite membrane.

参考例9B:
参考例8で得られた無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を用いて参考例1Aと同様にパーベーパレーション法により70℃の水/2−プロパノール水溶液(30/70重量%)から水を選択的に透過させる分離を行った。
透過流束は3.9kg/(m・h)、分離係数は21、透過液中の水の濃度は90重量%であった。測定結果を表2に示す。
Reference Example 9B:
Using the inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite obtained in Reference Example 8 from a water / 2-propanol aqueous solution (30/70% by weight) at 70 ° C. by the pervaporation method in the same manner as in Reference Example 1A. Separation with selective permeation of water was performed.
The permeation flux was 3.9 kg / (m 2 · h), the separation factor was 21, and the concentration of water in the permeate was 90% by weight. The measurement results are shown in Table 2.

Figure 0005533438
Figure 0005533438

Figure 0005533438
Figure 0005533438

1:第1分離膜モジュール
2:第2分離膜モジュール
3:冷却器
4:タンク
10:加熱手段
11:加熱器
12:蒸発器
13:加熱器
20:加熱手段
21:中間加熱器
51:供給ポンプ
52:循環ポンプ
53:循環ポンプ
54:真空ポンプ
55:排出用ポンプ
61〜63:圧力制御弁
7:圧力スィング吸着装置
7a:第1吸着塔
7b:第2吸着塔
71:冷却器
72:冷却器
101:スターラー
102:湯浴
103:撹拌子
104:被分離液
105:ゼオライト膜複合体
106:ピラニゲージ
107:透過液捕集用トラップ
108:コールドトラップ
109:真空ポンプ
1: First separation membrane module 2: Second separation membrane module 3: Cooler 4: Tank 10: Heating means 11: Heater 12: Evaporator 13: Heater 20: Heating means 21: Intermediate heater 51: Supply pump 52: Circulation pump 53: Circulation pump 54: Vacuum pump 55: Discharge pump 61-63: Pressure control valve 7: Pressure swing adsorption device 7a: First adsorption tower 7b: Second adsorption tower 71: Cooler 72: Cooler 101: Stirrer 102: Hot water bath 103: Stirrer 104: Liquid to be separated 105: Zeolite membrane complex 106: Pirani gauge 107: Trap for permeate collection 108: Cold trap 109: Vacuum pump

Claims (5)

分離膜として無機多孔質支持体表面にゼオライト膜を有する無機多孔質支持体−ゼオライト膜複合体が収納された分離膜モジュール(A)と吸着装置(B)を順次に配置して成る脱水濃縮装置において、分離膜モジュール(A)の分離膜として、SiO/Alモル比が5以上であり、フレームワーク密度が16T/1000Å以下であるゼオライトを含む多孔質支持体−ゼオライト膜複合体を使用して成ることを特徴する脱水濃縮装置。 Separation membrane module (A) in which an inorganic porous support-zeolite membrane complex having a zeolite membrane on the surface of the inorganic porous support as a separation membrane is housed, and a dehydration and concentration apparatus comprising an adsorption device (B) arranged in sequence in the separation membrane as a separation membrane module (a), der SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of 5 or more is, the porous support framework density including 16T / 1000 Å der Ru zeolite hereinafter - zeolite membrane A dehydrating and concentrating device comprising a complex. ゼオライト膜がCHA型ゼオライトを含む請求項1に記載の脱水濃縮装置。The dehydrating and concentrating apparatus according to claim 1, wherein the zeolite membrane contains CHA-type zeolite. ゼオライト膜がCHA型ゼオライト結晶を含み、かつゼオライト膜表面にX線を照射して得たX線回折パターンにおいて2θ=17.9°付近のピーク強度が、2θ=20.8°付近のピーク強度の0.5倍以上である請求項に記載の脱水濃縮装置。 In the X-ray diffraction pattern obtained when the zeolite membrane contains CHA-type zeolite crystals and the surface of the zeolite membrane is irradiated with X-rays, the peak intensity around 2θ = 17.9 ° is the peak intensity around 2θ = 20.8 ° The dehydration-concentration apparatus according to claim 1 , wherein the dehydration concentration apparatus is 0.5 times or more. ゼオライト膜がCHA型ゼオライト結晶を含み、かつゼオライト膜表面にX線を照射して得たX線回折パターンにおいて2θ=9.6°付近のピーク強度が、2θ=20.8°付近のピーク強度の4倍以上である請求項に記載の脱水濃縮装置。 In the X-ray diffraction pattern obtained by irradiating the zeolite membrane surface with X-rays when the zeolite membrane contains CHA-type zeolite crystals, the peak intensity around 2θ = 9.6 ° is the peak intensity around 2θ = 20.8 ° The dehydrating and concentrating apparatus according to claim 1 , wherein the dehydrating and concentrating apparatus is 4 times or more. 無機多孔質支持体が、アルミナ、シリカ及びムライトの群から選ばれる少なくとも1種類を含む請求項1−4の何れかに記載の脱水濃縮装置。   The dehydration concentration apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the inorganic porous support includes at least one selected from the group consisting of alumina, silica, and mullite.
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