JP5795997B2 - モノリス型分離膜構造体の強度検査装置 - Google Patents
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Description
図1A〜図1Cを参照しつつ、本発明のモノリス型分離膜構造体1の強度検査装置10の一実施形態について説明する。本発明の強度検査装置10は、長手方向の一方の端面2aから他方の端面2bまで多孔質の隔壁によって区画形成されたセル4を複数個有するモノリス基材30(単に、基材30ともいう)のセル4の内壁面4sに分離膜33(図4参照)が成膜されたモノリス型分離膜構造体1(以下、単に分離膜構造体ともいう)の強度を検査する装置である。強度検査装置10は、端面シール用治具11と、回転手段17と、加圧装置12(図3参照)とを備える。端面シール用治具11は、セル4に液体を供給、セル4から液体を排出する流路部47(図2A参照)が設けられ、分離膜構造体1の一方の端面2aと他方の端面2bを覆う。回転手段17は、分離膜構造体1の長手方向の両側を第一端面シール用治具11aと第二端面シール用治具11bで覆った状態で、分離膜構造体1を横置きから縦置き、または縦置きから横置きにする。加圧装置12は、セル4に供給された液体を加圧する。
図4に、本発明に係るモノリス型分離膜構造体1の一実施形態を示す。モノリス型分離膜構造体1は、モノリス型の基材30(モノリス基材)と、分離膜33とを備える(本明細書では、基材30を、モノリス型多孔質体9(または、単に多孔質体9)ともいう。)。本発明における「モノリス型の基材(モノリス基材)」とは、長手方向の一方の端面から他方の端面まで複数のセルが形成された形状あるいはハニカム状の基材を言う。
基材30の材質としては、強度や化学的安定性の観点から、アルミナ、シリカ、コージェライト、ムライト、チタニア、ジルコニア、炭化珪素等のセラミックス材料からなるものが好ましい。基材30の気孔率は、当該基材の強度と透過性の観点から10〜60%程度とすることが好ましい。また、多孔質基材の平均細孔径は、0.005〜5μm程度とすることが好ましい。
分離膜33は、複数の細孔が形成され、その平均細孔径が多孔質体9(基材30)に比して小さく、セル4内の壁面(隔壁3の表面)に配置されたものである。
分離膜構造体1は、複数種類が混合した流体から一部の成分を分離することができる。分離膜構造体1のセル4内に流入した被処理流体は、分離膜33を透過して処理済流体となって基材30の外周面6から基材30外に排出される。
(基材)
次に、本発明に係る分離膜構造体1の製造方法について説明する。最初に、多孔質体の原料を成形する。例えば、真空押出成形機を用い、押出成形する。
(ゼオライト膜)
次に、セル4の内壁面4s上に、分離膜33を形成する。分離膜33としてゼオライト膜を配設する場合について説明する。
次に、セル4の内壁面4s上に、分離膜33としてシリカ膜を配設する場合について説明する。シリカ膜となる前駆体溶液(シリカゾル液)は、テトラエトシキシランを硝酸の存在下で加水分解してゾル液とし、エタノールで希釈することで調製することができる。また、エタノールで希釈する代わりに、水で希釈することも可能である。そして、多孔質体9の上方から、シリカ膜となる前駆体溶液(シリカゾル液)を流し込み、セル4を通過させ、あるいは、一般的なディッピングによって、前駆体溶液を、セル4の内壁面4sに付着させる。その後、100℃/時にて昇温し、500℃で1時間保持した後、100℃/時で降温する。このような流し込み、乾燥、昇温、降温の操作を3〜5回繰り返すことによって、シリカ膜を配設することができる。以上により、分離膜33がシリカ膜である分離膜構造体1が得られる。
次に、セル4の内壁面4s上に、分離膜33として炭素膜を配設する場合について説明する。この場合、ディップコート、浸漬法、スピンコート、スプレーコーティング等の手段によって、炭素膜となる前駆体溶液を多孔質体9の表面に接触をさせ、成膜すればよい。フェノ一ル樹脂、メラミン樹脂、ユリヤ樹脂、フラン樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、又はセルロース系樹脂等、あるいは、それら樹脂の前駆体物質を、メタノール、アセトン、テトラヒドロフラン、NMP、トルエン等の有機溶媒や水等に混合、溶解させれば、前駆体溶液を得ることができる。前駆体溶液を成膜する際には、それに含まれる樹脂の種類に応じて、適切な熱処理を施してもよい。こうして得られた、前駆体膜を炭化して、炭素膜を得る。
次に、以上のようにして作製されたモノリス型分離膜構造体1の強度検査方法について説明する。図1Aに示すように、分離膜構造体1は、まず横置きで強度検査装置10の載置部16に載置することが好ましい。セラミックスは重量があるため、片当たりせずに両端均等にシールをとるためには、横向きでセッティングすることが好ましい。このようにすると、無理な荷重もかからないため、分離膜構造体1の端面2のガラスシールを破損することもなく、大型の分離膜構造体1であってもセッティングが容易である。例えば、直径φ2.5mmのセル4を2050ヶ有する、外径φ180mm−全長1000mmの大型の分離膜構造体(重量が40〜50kg)であっても、検査することができる。
Claims (12)
- 長手方向の一方の端面から他方の端面まで多孔質の隔壁によって区画形成されたセルを複数個有するモノリス基材の前記セルの内壁面に分離膜が成膜されたモノリス型分離膜構造体の前記一方の端面と前記他方の端面とを覆い、前記セルに液体を供給、前記セルから前記液体を排出する流路部が設けられた端面シール用治具と、
前記モノリス型分離膜構造体の前記長手方向の両側を前記端面シール用治具で覆った状態で、前記モノリス型分離膜構造体を横置きから縦置き、または縦置きから横置きにするための回転手段と、
前記セルに供給された前記液体を加圧する加圧装置と、
を備えるモノリス型分離膜構造体の強度検査装置。 - 一方に前記端面シール用治具としての第一端面シール用治具、他方に前記端面シール用治具としての第二端面シール用治具をスライド可能に備えるガイド軸を有し、
前記第一端面シール用治具と前記第二端面シール用治具により前記モノリス型分離膜構造体を前記長手方向の両側から挟んで支持する請求項1に記載のモノリス型分離膜構造体の強度検査装置。 - 前記ガイド軸に、前記モノリス型分離膜構造体の外周面を受け止め載置する載置部を有する請求項2に記載のモノリス型分離膜構造体の強度検査装置。
- 前記ガイド軸に、前記端面シール用治具が前記モノリス型分離膜構造体側に過剰に移動しないようにするためのストッパーを有する請求項2または3に記載のモノリス型分離膜構造体の強度検査装置。
- 前記端面シール用治具は、前記モノリス型分離膜構造体の前記端面が対向する対向面に、弾力性シートを備える請求項1〜4のいずれか1項に記載のモノリス型分離膜構造体の強度検査装置。
- 前記端面シール用治具は、前記モノリス型分離膜構造体の前記長手方向の端部の外周面のシール部との間をシールするO−リングを備える請求項1〜5のいずれか1項に記載のモノリス型分離膜構造体の強度検査装置。
- 前記端面シール用治具は、前記モノリス型分離膜構造体の外周面のシール部との間をシールするバックアップリングを備える請求項6に記載のモノリス型分離膜構造体の強度検査装置。
- 前記端面シール用治具の内径をA、前記モノリス型分離膜構造体のシール部の外径をB、O−リングの内径をCとしたとき、
0.5≦(A−B)≦3.0mm、かつ−2.1≦(C−B)≦0.8mmである請求項6または7に記載のモノリス型分離膜構造体の強度検査装置。 - 前記端面シール用治具は、前記モノリス型分離膜構造体の前記長手方向の端部の外周面のシール部との間をシールするUパッキンまたは横Uパッキンを備える請求項1〜5のいずれか1項に記載のモノリス型分離膜構造体の強度検査装置。
- 前記加圧装置が複数個配置され、連続的に加圧可能である請求項1〜9のいずれか1項に記載のモノリス型分離膜構造体の強度検査装置。
- 前記加圧装置は、前記モノリス型分離膜構造体の前記長手方向の両側を覆った第一端面シール用治具、および第二端面シール用治具に接続されており、前記モノリス型分離膜構造体の両側から加圧可能である請求項1〜10のいずれか1項に記載のモノリス型分離膜構造体の強度検査装置。
- 前記セルを1ヶ/cm2以上で複数個有する直径10mm以上の前記モノリス型分離膜構造体を検査する請求項1〜11のいずれか1項に記載のモノリス型分離膜構造体の強度検査装置。
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