JP5903802B2 - Method for producing porous support-zeolite membrane composite - Google Patents

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本発明は、多孔質支持体―ゼオライト膜複合体の製造方法に関し、さらに詳しくは、多孔質支持体上に水熱合成でゼオライト膜を形成した後に特定の処理を行うゼオライト膜複合体の製造方法、該方法により得られる多孔質支持体―ゼオライト膜複合体などに関する。本発明により得られる多孔質支持体―ゼオライト膜複合体は、有機化合物を含む気体または液体の混合物から、透過性の高い物質を透過して分離し、透過性の低い物質を濃縮することができる。   The present invention relates to a method for producing a porous support-zeolite membrane composite, and more specifically, a method for producing a zeolite membrane composite in which a specific treatment is performed after a zeolite membrane is formed on a porous support by hydrothermal synthesis. The present invention relates to a porous support-zeolite membrane composite obtained by the method. The porous support-zeolite membrane composite obtained by the present invention is capable of permeating and separating a highly permeable substance from a gas or liquid mixture containing an organic compound and concentrating the low permeable substance. .

従来、有機化合物を含有する気体または液体の混合物の分離、濃縮は、対象となる物質の性質に応じて、蒸留法、共沸蒸留法、溶媒抽出/蒸留法、吸着剤などにより行われている。しかしながら、これらの方法は、多くのエネルギーを必要とする、あるいは分離、濃縮対象の適用範囲が限定的であるといった欠点がある。
近年、これらの方法に代わる分離方法として、高分子膜やゼオライト膜などの膜を用いた膜分離、濃縮方法が提案されている。高分子膜、例えば平膜や中空糸膜などは、加工性に優れるが、耐熱性が低いという欠点がある。また高分子膜は、耐薬品性が低く、特に有機溶媒や有機酸といった有機化合物との接触で膨潤するものが多いため、分離、濃縮対象の適用範囲が限定的である。
Conventionally, separation or concentration of a gas or liquid mixture containing an organic compound is performed by distillation, azeotropic distillation, solvent extraction / distillation, adsorbent, etc., depending on the properties of the target substance. . However, these methods have drawbacks that they require a lot of energy or have a limited application range for separation and concentration.
In recent years, membrane separation and concentration methods using membranes such as polymer membranes and zeolite membranes have been proposed as separation methods instead of these methods. Polymer membranes such as flat membranes and hollow fiber membranes are excellent in processability, but have the disadvantage of low heat resistance. In addition, polymer membranes have low chemical resistance, and many of them swell when contacted with organic compounds such as organic solvents and organic acids, so that the range of application for separation and concentration is limited.

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

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

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

しかしながら、実用化に十分な処理量と分離性能を両立し、かつ有機化合物、特に有機酸への耐性をもつゼオライト膜はいまだ見出せていない。例えば、特許文献2のモルデナイト型ゼオライト膜複合体や特許文献3のフェリエライト型ゼオライト膜複合体は、透過流束が小さく、実用化には処理量が不十分である。また、酸性条件下で脱Al化反応が進行するので、使用時間が長くなるにつれ分離性能が変化し、有機酸存在条件下での使用は望ましくない。特許文献1のA型ゼオライトは、耐酸性や耐水性がなく、適用範囲が限ら
れていた。
However, a zeolite membrane that has both sufficient throughput and separation performance for practical use and has resistance to organic compounds, particularly organic acids, has not yet been found. For example, the mordenite-type zeolite membrane composite of Patent Document 2 and the ferrierite-type zeolite membrane composite of Patent Document 3 have a small permeation flux and are insufficient for practical use. In addition, since the de-Al reaction proceeds under acidic conditions, the separation performance changes as the use time becomes longer, and use under conditions where an organic acid is present is not desirable. The A-type zeolite of Patent Document 1 has no acid resistance or water resistance, and its application range is limited.

そこで、分離性能や透過流束を向上させる手段としてゼオライト膜をアルカリ溶液で処理することが行われてきた(Journal of Membrane Science 218 (2003) 185-194)。しかしながら、ゼオライトは一般に知られているようにアルカリ存在下で加熱すると溶解する。そのためアルカリ処理は、例えば処理時間を厳密に守るなどの狭い条件範囲でしか行えなかった。そこで条件範囲が広く、厳密なコントロールの不要な処理方法が望まれていた。   Therefore, the zeolite membrane has been treated with an alkaline solution as a means for improving the separation performance and the permeation flux (Journal of Membrane Science 218 (2003) 185-194). However, the zeolite dissolves when heated in the presence of alkali, as is generally known. Therefore, the alkali treatment can be performed only in a narrow range of conditions, for example, strictly keeping the treatment time. Therefore, a processing method having a wide range of conditions and requiring no strict control has been desired.

本発明の目的は、かかる従来技術の問題点が解決された、無機材料分離膜による分離、濃縮において、実用上十分な処理量と分離性能を両立する多孔質支持体−ゼオライト膜複合体の製造方法、該方法により得られる多孔質支持体−ゼオライト膜複合体、該ゼオライト膜複合体を用いた分離、濃縮方法を提供することにある。   The object of the present invention is to produce a porous support-zeolite membrane composite that achieves both a practically sufficient throughput and separation performance in separation and concentration using an inorganic material separation membrane, in which the problems of the prior art are solved. The present invention provides a method, a porous support-zeolite membrane composite obtained by the method, and a separation and concentration method using the zeolite membrane composite.

本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、ある種のゼオライトを無機多孔質支持体上に膜状に形成させれば、実用上十分な処理量と分離性能を両立するゼオライト膜複合体が得られることを見出し、先に提案した(特願2010−043366号明細書)。本発明者らは、さらに検討を重ねた結果、多孔質支持体上にゼオライト膜を形成させて多孔質支持体−ゼオライト膜複合体とした後に、該ゼオライト膜複合体を、ある種の温度条件で、水に浸漬することにより、ゼオライト膜の分離性能が飛躍的に向上することを見出した。そして好ましくは、水中にSiを含有する水に浸漬することにより、更にゼオライト膜の分離性能が向上することを見出した。本発明は、これらの知見に基づいて成し遂げられたものである。   As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the inventors of the present invention can achieve both practically sufficient throughput and separation performance if a certain type of zeolite is formed into a film on an inorganic porous support. It has been found that a zeolite membrane composite can be obtained and proposed previously (Japanese Patent Application No. 2010-043366). As a result of further investigations, the present inventors made a zeolite membrane on a porous support to form a porous support-zeolite membrane composite, and then the zeolite membrane composite was subjected to certain temperature conditions. Thus, it was found that the separation performance of the zeolite membrane was drastically improved by being immersed in water. And preferably, it discovered that the isolation | separation performance of a zeolite membrane improved further by immersing in the water containing Si in water. The present invention has been accomplished based on these findings.

即ち、本発明の要旨は、次の(1)〜(1)に存する。
(1)SiO/Alモル比5以上のゼオライトを含むゼオライト膜を、水熱合成により、多孔質支持体上に形成させてゼオライト膜複合体とし、該ゼオライト膜複合体を、温度50℃以上で加熱処理した後に、温度40℃以上300℃以下の水のみ、又は、Siを20質量%以下含む水に1時間以上浸漬することを特徴とする多孔質支持体−ゼオライト膜複合体の製造方法。
(2)前記水に含まれるSiの量が、0.01質量%以上である、上記(1)に記載の方法。
(3)前記Siを含む更に酸を含む、上記(2)に記載の方法。
(4)前記酸が、無機酸、カルボン酸、スルホン酸のいずれかの酸である、上記(3)に記載の方法。
(5)前記酸が、硫酸、硝酸、燐酸、酢酸、ギ酸、乳酸のいずれかの酸である、上記(3)又は(4)に記載の方法
(6)加熱処理が焼成である、上記(1)〜(5)のいずれかに記載の方法。
(7)水への浸漬が密閉可能な加熱容器中で行われる、上記(1)〜(6)のいずれかに記載の方法。
(8)水中のOH−1イオン濃度が0.05mol/L以下である、上記(1)〜(7)のいずれかに記載の方法。
(9)水中のHイオン濃度が0.00001mol/L以上である、上記(2)〜(7)のいずれかに記載の方法。
(10)水への浸漬後、更に加熱処理を行う、前記(1)〜(9)のいずれかに記載の方法。
(1)有機物を含む気体または液体の混合物を、上記1〜10のいずれかに記載の方法により製造された多孔質支持体―ゼオライト膜複合体に接触させて、該混合物から、透過性の高い物質を透過させて分離することを特徴とする分離方法。
That is, the gist of the present invention resides in the following (1) to (1 1 ).
(1) A zeolite membrane containing a zeolite having a SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of 5 or more is formed on a porous support by hydrothermal synthesis to form a zeolite membrane composite, and the zeolite membrane composite is after heat treatment at 50 ° C. or more, only the following water 300 ° C. temperature of 40 ° C. or higher, or a porous support, characterized in that immersing least 1 hour in water containing Si more than 20 wt% - zeolite membrane composite Manufacturing method.
(2) The method according to (1) above, wherein the amount of Si contained in the water is 0.01% by mass or more.
(3) further comprises acid water containing the Si, the method described in the above (2).
(4) The method according to (3) above, wherein the acid is one of an inorganic acid, a carboxylic acid, and a sulfonic acid.
(5) The method (6) according to the above (3) or (4), wherein the acid is any one of sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, acetic acid, formic acid, and lactic acid. The method according to any one of 1) to (5).
(7) The method according to any one of (1) to (6), wherein the immersion in water is performed in a heatable container that can be sealed.
(8) The method according to any one of (1) to (7) above, wherein the OH- 1 ion concentration in water is 0.05 mol / L or less.
(9) The method according to any one of (2) to (7) above, wherein the H + ion concentration in water is 0.00001 mol / L or more.
(10) The method according to any one of (1) to (9), wherein a heat treatment is further performed after immersion in water.
(1 1 ) A gas or liquid mixture containing an organic substance is brought into contact with the porous support-zeolite membrane composite produced by the method according to any one of 1 to 10 above, and the mixture is made permeable. A separation method characterized in that a high substance permeates and separates.

本発明により、有機化合物を含む気体または液体の混合物から特定の化合物を分離、濃縮する際に、実用上も十分に大きい処理量を有し、かつ十分な分離性能を有するゼオライト膜をもつ多孔質支持体−ゼオライト膜複合体が提供される。このゼオライト膜複合体を、分離手段として用いることにより、十分な処理量と分離性能を両立する、有機化合物を含む気体または液体の混合物から透過性の高い物質の分離、混合物の濃縮が可能となる。   According to the present invention, when a specific compound is separated and concentrated from a gas or liquid mixture containing an organic compound, the porous material has a zeolite membrane that has a sufficiently large treatment amount for practical use and has sufficient separation performance. A support-zeolite membrane composite is provided. By using this zeolite membrane composite as a separation means, it becomes possible to separate a highly permeable substance and concentrate the mixture from a gas or liquid mixture containing an organic compound, which achieves both sufficient throughput and separation performance. .

パーベーパレーション法に用いた測定装置の概略図である。It is the schematic of the measuring apparatus used for the pervaporation method. ベーパーパーミエーション法に用いた測定装置の概略図である。It is the schematic of the measuring apparatus used for the vapor permeation method.

以下、本発明の実施の形態について更に詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例であり、本発明はこれらの内容に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
本発明の多孔質支持体−ゼオライト膜複合体の製造方法は、SiO/Alモル比5以上のゼオライトを含むゼオライト膜を、水熱合成により、多孔質支持体上に形成させてゼオライト膜複合体とし、該ゼオライト膜複合体を、温度50℃以上で加熱処理した後に、温度40℃以上300℃以下の水に1時間以上浸漬することに特徴を有するものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail. However, the description of the constituent elements described below is an example of embodiments of the present invention, and the present invention is not limited to these contents. Various modifications can be made within the scope of the gist.
In the method for producing a porous support-zeolite membrane composite of the present invention, a zeolite membrane containing a zeolite having a SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of 5 or more is formed on a porous support by hydrothermal synthesis. A zeolite membrane composite is characterized in that the zeolite membrane composite is heat treated at a temperature of 50 ° C. or higher and then immersed in water at a temperature of 40 ° C. or higher and 300 ° C. or lower for 1 hour or longer.

本発明の多孔質支持体―ゼオライト膜複合体は、上記方法により製造されたことに特徴を有するものである。
先ず、これらの発明の構成要件についてさらに詳細に説明する。なお、本明細書において、「多孔質支持体−ゼオライト膜複合体」を「ゼオライト膜複合体」または「膜複合体」と、また「多孔質支持体」を「支持体」と略称することがある。
The porous support-zeolite membrane composite of the present invention is characterized by being produced by the above method.
First, the constituent requirements of these inventions will be described in more detail. In the present specification, “porous support-zeolite membrane composite” is abbreviated as “zeolite membrane composite” or “membrane composite”, and “porous support” is abbreviated as “support”. is there.

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

これら多孔質支持体の中で、基本的成分あるいはその大部分が無機の非金属物質から構成されている固体材料であるセラミックスを焼結したものを含む無機多孔質支持体(セラミックス支持体)が好ましい。この支持体を用いれば、その一部がゼオライト膜合成中にゼオライト化することで界面の密着性を高める効果がある。
具体的には、例えば、シリカ、α−アルミナ、γ−アルミナ、ムライト、ジルコニア、チタニア、イットリア、窒化珪素、炭化珪素などを含むセラミックス焼結体(セラミックス支持体)が挙げられる。それらの中で、アルミナ、シリカ、ムライトのうち少なくとも1種を含む無機多孔質支持体が好ましい。これらの支持体を用いれば、部分的なゼオライト化が容易であるため、支持体とゼオライトの結合が強固になり緻密で分離性能の高い膜が形成されやすくなる。
Among these porous supports, there are inorganic porous supports (ceramic supports) including sintered ceramics, which are solid materials whose basic components or most of them are composed of inorganic nonmetallic substances. preferable. If this support is used, a part of the support is zeoliticized during the synthesis of the zeolite membrane, thereby improving the adhesion at the interface.
Specific examples include a ceramic sintered body (ceramic support) containing silica, α-alumina, γ-alumina, mullite, zirconia, titania, yttria, silicon nitride, silicon carbide, and the like. Among them, an inorganic porous support containing at least one of alumina, silica, and mullite is preferable. When these supports are used, partial zeolitization is easy, so that the bond between the support and the zeolite becomes strong, and a dense membrane with high separation performance is easily formed.

多孔質支持体の形状は、気体混合物や液体混合物を有効に分離できるものであれば特に制限されず、具体的には、例えば、平板状、管状のもの、または円筒状、円柱状や角柱状
の孔が多数存在するハニカム状のものやモノリスなどが挙げられる。
本発明において、かかる多孔質支持体上、すなわち支持体の表面などにゼオライトを膜状に形成させる。支持体の表面は、支持体の形状に応じて、どの表面であってもよく、複数の面であっても良い。例えば、円筒管の支持体の場合には外側の表面でも内側の表面でもよく、場合によっては外側と内側の両方の表面であってよい。
The shape of the porous support is not particularly limited as long as it can effectively separate a gas mixture or a liquid mixture, and specifically, for example, a flat plate shape, a tubular shape, a cylindrical shape, a cylindrical shape, a prismatic shape, or the like. Honeycomb-like ones having a large number of pores, monoliths and the like can be mentioned.
In the present invention, zeolite is formed into a film on such a porous support, that is, on the surface of the support. The surface of the support may be any surface or a plurality of surfaces depending on the shape of the support. For example, in the case of a cylindrical tube support, it may be the outer surface or the inner surface, and in some cases both the outer and inner surfaces.

多孔質支持体の表面が有する平均細孔径は特に制限されないが、細孔径が制御されているものが好ましく、通常0.02μm以上、好ましくは0.05μm以上、より好ましくは0.1μm以上であり、通常20μm以下、好ましくは10μm以下、より好ましくは5μm以下である。平均細孔径が小さすぎると透過量が小さくなる傾向があり、大きすぎると支持体自体の強度が不十分になり、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傾向がある。   The average pore diameter of the surface of the 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 0.1 μm or more. Usually, it is 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, and if it is too large, the strength of the support itself is insufficient, and the proportion of pores on the surface of the support increases, making it difficult to form a dense zeolite membrane. Tend.

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

支持体の気孔率は、通常20%以上、好ましくは25%以上、より好ましくは30%以上であり、通常70%以下、好ましくは60%以下、より好ましくは50%以下である。支持体の気孔率は、気体や液体を分離する際の透過流量を左右し、下限未満では透過物の拡散を阻害する傾向があり、上限を超えると支持体の強度が低下する傾向がある
多孔質支持体の表面は滑らかであることが好ましく、必要に応じて表面をやすり等で研磨してもよい。なお、多孔質支持体の表面とはゼオライトを結晶化させる無機多孔質支持体の表面部分を意味し、表面であればそれぞれの形状のどこの表面であってもよく、複数の面であっても良い。例えば円筒管の支持体の場合には外側の表面でも内側の表面でもよく、場合によっては外側と内側の両方の表面であってよい。
The porosity of the support is usually 20% or more, preferably 25% or more, more preferably 30% or more, and usually 70% or less, preferably 60% or less, more preferably 50% or less. The porosity of the support affects the permeation flow rate when separating gases and liquids, and tends to inhibit diffusion of the permeate below the lower limit, and tends to lower the strength of the support above the upper limit. The surface of the quality support is preferably smooth, and the surface may be polished with a file or the like as necessary. The surface of the porous support means the surface portion of the inorganic porous support that crystallizes the zeolite, and any surface of each shape may be used 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.

(ゼオライト膜複合体)
本発明において、上記多孔質支持体上にゼオライト膜を形成させて、ゼオライト膜複合体を得る。
ゼオライト膜を構成する成分としては、ゼオライト以外にシリカ、アルミナなどの無機バインダー、ポリマーなどの有機化合物、あるいはゼオライト表面を修飾するシリル化剤などを必要に応じ含んでいてもよい。また、本発明におけるゼオライト膜は、一部アモルファス成分などを含んでいてもよいが、実質的にゼオライトのみで構成されるゼオライト膜が好ましい。
(Zeolite membrane composite)
In the present invention, a zeolite membrane is formed on the porous support to obtain a zeolite membrane composite.
As a component constituting the zeolite membrane, an inorganic binder such as silica or alumina, an organic compound such as a polymer, a silylating agent for modifying the zeolite surface, or the like may be included as necessary in addition to zeolite. In addition, the zeolite membrane in the present invention may partially contain an amorphous component or the like, but a zeolite membrane substantially consisting only of zeolite is preferable.

ゼオライト膜の厚さは特に制限されないが、通常0.1μm以上、好ましくは0.6μm以上、より好ましくは1.0μm以上であり、通常100μm以下、好ましくは60μm以下、より好ましくは20μm以下の範囲である。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が低下したり、膜強度が低下する傾向がある。
ゼオライトの粒子径は特に限定されないが、小さすぎると粒界が大きくなるなどして透過選択性などを低下させる傾向がある。それゆえ、通常30nm以上、好ましくは50nm以上、より好ましくは100nm以上であり、上限は膜の厚さ以下である。さらに、ゼオライトの粒子径が膜の厚さと同じである場合が特に好ましい。ゼオライトの粒子径が膜の厚さと同じであるとき、ゼオライトの粒界が最も小さくなる。
The thickness of the zeolite membrane is not particularly limited, but is usually 0.1 μm or more, preferably 0.6 μm or more, more preferably 1.0 μm or more, and usually 100 μm or less, preferably 60 μm or less, more preferably 20 μm or less. It is. If the film thickness is too large, the amount of permeation tends to decrease. If it is too small, the selectivity tends to decrease or the film strength tends to decrease.
The particle diameter of the zeolite is not particularly limited, but if it is too small, the grain boundary tends to increase, and the permeation selectivity tends to decrease. Therefore, it is usually 30 nm or more, preferably 50 nm or more, more preferably 100 nm or more, and the upper limit is the film thickness or less. Furthermore, it is particularly preferred that the zeolite particle size is the same as the membrane thickness. When the zeolite particle size is the same as the membrane thickness, the zeolite grain boundary is smallest.

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

なお、本発明におけるSiO/Alモル比は、走査型電子顕微鏡−エネルギー分散型X線分光法(SEM−EDX)により得られた数値である。数ミクロンの膜のみの情報を得るために通常はX線の加速電圧を10kVで測定する。
ゼオライト膜を構成する主たるゼオライトは、好ましくは酸素6〜10員環構造を有するゼオライトを含むもの、より好ましくは酸素6〜8員環構造を有するゼオライトを含むものである。
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.
The main zeolite constituting the zeolite membrane preferably contains a zeolite having an oxygen 6-10 membered ring structure, more preferably a zeolite having an oxygen 6-8 membered ring structure.

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(骨格を構成する酸素以外の元素)で構成される細孔の中で最も酸素の数が大きいものを示す。例えば、MOR型ゼオライトのように酸素12員環と8員環の細孔が存在する場合は、酸素12員環のゼオライトとみなす。
酸素6〜10員環構造を有するゼオライトとしては、例えば、AEI、AEL、AFG、ANA、BRE、CAS、CDO、CHA、DAC、DDR、DOH、EAB、EPI、ESV、EUO、FAR、FRA、FER、GIS、GIU、GOO、HEU、IMF、ITE、ITH、KFI、LEV、LIO、LOS、LTN、MAR、MEP、MER、MEL、MFI、MFS、MON、MSO、MTF、MTN、MTT、MWW、NAT、NES、NON、PAU、PHI、RHO、RRO、RTE、RTH、RUT、SGT、SOD、STF、STI、STT、TER、TOL、TON、TSC、TUN、UFI、VNI、VSV、WEI、YUGなどが挙げられる。
Here, the value of n of the zeolite having an oxygen n-membered ring has the largest number of oxygen in the pores composed of oxygen forming the zeolite skeleton and T element (element other than oxygen constituting the skeleton). Show things. 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.
Examples of the zeolite having an oxygen 6 to 10-membered ring structure include AEI, AEL, AFG, ANA, BRE, CAS, CDO, CHA, DAC, DDR, DOH, EAB, EPI, ESV, EUO, FAR, FRA, and FER. , GIS, GIU, GOO, HEU, IMF, ITE, ITH, KFI, LEV, LIO, LOS, LTN, MAR, MEP, MER, MEL, MFI, MFS, MON, MSO, MTF, MTN, MTT, MWW, NAT , NES, NON, PAU, PHI, RHO, RRO, RTE, RTH, RUT, SGT, SOD, STF, STI, STT, TER, TOL, TON, TSC, TUN, UFI, VNI, VSV, WEI, YUG, etc. Can be mentioned.

酸素6〜8員環構造を有するゼオライトとしては、例えば、AEI、AFG、ANA、CHA、EAB、ERI、ESV、FAR、FRA、GIS、ITE、KFI、LEV、LIO、LOS、LTN、MAR、PAU、RHO、RTH、SOD、STI、TOL、UFIなどが挙げられる。
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直径半径よりも細孔径が小さくなるため透過流束が小さくなり実用的でない場合がある。また、酸素10員環構造よりも大きい場合は細孔径が大きくなり、サイズの小さな有機化合物では分離性能が低下することがあり、用途が限定的になる場合がある。
Examples of the zeolite having an oxygen 6-8 membered ring structure include AEI, AFG, ANA, CHA, EAB, ERI, ESV, FAR, FRA, GIS, ITE, KFI, LEV, LIO, LOS, LTN, MAR, and PAU. , RHO, RTH, SOD, STI, TOL, UFI and the like.
The oxygen n-membered ring structure determines the size of the pores of the zeolite. In the case of zeolite smaller than the 6-membered ring, the permeation flux becomes smaller because the pore diameter is smaller than the kinetic diameter radius of the H 2 O molecule, and the permeation flux becomes smaller. May not be right. Moreover, when it is larger than the oxygen 10-membered ring structure, the pore diameter becomes large, and the organic compound having a small size may deteriorate the separation performance, and the use may be limited.

ゼオライトのフレームワーク密度(T/1000Å)は特に制限されないが、通常17以下、好ましくは16以下、より好ましくは15.5以下、特に好ましくは15以下であり、通常10以上、好ましくは11以上、より好ましくは12以上である。
フレームワーク密度とは、ゼオライトの1000Åあたりの、骨格を構成する酸素以外の元素(T元素)の数を意味し、この値はゼオライトの構造により決まる。なおフレームワーク密度とゼオライトとの構造の関係はATLAS OF ZEOLITE FRAMEWORK TYPES
Fifth Revised Edition 2001 ELSEVIERに示されている。
The framework density (T / 1000 3 ) of the zeolite is not particularly limited, but is usually 17 or less, preferably 16 or less, more preferably 15.5 or less, particularly preferably 15 or less, usually 10 or more, preferably 11 or more. More preferably, it is 12 or more.
The framework density means the number of elements (T element) other than oxygen constituting the framework per 1000 3 of the zeolite, and this value is determined by the structure of the zeolite. The relationship between framework density and zeolite structure is ATLAS OF ZEOLITE FRAMEWORK TYPES.
Shown in Fifth Revised Edition 2001 ELSEVIER.

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

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

CHA型ゼオライトのフレームワーク密度(T/1000Å)は14.5である。また、SiO/Alモル比は上記と同様である。
本発明において、ゼオライト膜複合体は、ゼオライト膜がCHA型ゼオライトを含む場合、X線回折のパターンにおいて、2θ=17.9°付近のピークの強度が2θ=20.
8°付近のピークの強度の0.5倍以上の大きさであることが好ましい。
The framework density (T / 1000 3 ) of the CHA-type zeolite is 14.5. The SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio is the same as described above.
In the present invention, when the zeolite membrane contains CHA-type zeolite, the intensity of the peak in the vicinity of 2θ = 17.9 ° is 2θ = 20.
The size is preferably 0.5 times or more the peak intensity around 8 °.

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

また、ゼオライト膜複合体は、ゼオライト膜がCHA型ゼオライトを含む場合、X線回折のパターンにおいて、2θ=9.6°付近のピークの強度が2θ=20.8°付近のピ
ークの強度の4倍以上の大きさであることが好ましい。
(2θ=9.6°付近のピークの強度)/(2θ=20.8°付近のピークの強度)で表
されるピーク強度比(以下これを「ピーク強度比B」ということがある。)でいえば、通常4以上、好ましくは6以上、より好ましくは8以上、特に好ましくは10以上である。上限は特に限定されないが、通常1000以下である。
Further, in the zeolite membrane composite, when the zeolite membrane contains CHA-type zeolite, the peak intensity around 2θ = 9.6 ° is 4 of the peak intensity around 2θ = 20.8 ° in the X-ray diffraction pattern. The size is preferably twice or more.
Peak intensity ratio represented by (Intensity of peak near 2θ = 9.6 °) / (Intensity of peak near 2θ = 20.8 °) (hereinafter this may be referred to as “peak intensity ratio B”) In other words, it is usually 4 or more, preferably 6 or more, more preferably 8 or more, and particularly preferably 10 or more. Although an upper limit is not specifically limited, Usually, it is 1000 or less.

ここでいう、X線回折パターンとは、ゼオライトが主として付着している側の表面にCuKαを線源とするX線を照射して、走査軸をθ/2θとして得るものである。測定するサンプルの形状としては、膜複合体のゼオライトが主として付着している側の表面にX線が照射できるような形状なら何でもよく、膜複合体の特徴をよく表すものとして、作製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 the surface of the membrane composite to which the zeolite is mainly attached, with X-ray irradiation. The body itself or the one cut into an appropriate size restricted by the apparatus is preferable.

ここで、X線回折パターンは、ゼオライト膜複合体の表面が曲面である場合には自動可変スリットを用いて照射幅を固定して測定してもかまわない。自動可変スリットを用いた場合のX線回折パターンとは、可変→固定スリット補正を実施したパターンを指す。
ここで、2θ=17.9°付近のピークとは、基材に由来しないピークのうち17.9°±0.6°の範囲に存在するピークのうち最大のものを指す。
Here, the X-ray diffraction pattern may be measured by fixing the irradiation width using an automatic variable slit when the surface of the zeolite membrane composite is a curved surface. An X-ray diffraction pattern using an automatic variable slit refers to a pattern subjected to variable → fixed slit correction.
Here, the peak in the vicinity of 2θ = 17.9 ° refers to the maximum of the peaks present in the range of 17.9 ° ± 0.6 ° among the peaks not derived from the base material.

2θ=20.8°付近のピークとは、基材に由来しないピークのうち20.8°±0.6°の範囲に存在するピークで最大のものを指す。
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。
X線回折パターンで2θ=9.6°付近のピークは、COLLECTION OF SIMULATED XRD POWDER PATTERNS FOR ZEOLITE Third Revised Edition 1996 ELSEVIERによればrhombohedral settingで空間群を
The peak in the vicinity of 2θ = 20.8 ° refers to the maximum peak in the range of 20.8 ° ± 0.6 ° among the peaks not derived from the base material.
The peak in the vicinity of 2θ = 9.6 ° refers to the maximum of the peaks present in the range of 9.6 ° ± 0.6 ° among the peaks not derived from the base material.
According to COLLECTION OF SIMULATED XRD POWDER PATTERNS FOR ZEOLITE Third Revised Edition 1996 ELSEVIER, the peak near 2θ = 9.6 ° in the X-ray diffraction pattern is a rhombohedral setting.

Figure 0005903802
Figure 0005903802

(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。
また、X線回折パターンで2θ=17.9°付近のピークは、COLLECTION OF SIMULATED XRD POWDER PATTERNS FOR ZEOLITE Third Revised Edition 1996 ELSEVIERによればrhombohedral settingで空間群を
(No. 166), it is a peak derived from the plane having an index of (1, 0, 0) in the CHA structure.
In addition, the peak near 2θ = 17.9 ° in the X-ray diffraction pattern shows the space group in rhombohedral setting according to COLLECTION OF SIMULATED XRD POWDER PATTERNS FOR ZEOLITE Third Revised Edition 1996 ELSEVIER.

Figure 0005903802
Figure 0005903802

(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。
X線回折パターンで2θ=20.8°付近のピークは、COLLECTION OF SIMULATED XRD POWDER PATTERNS FOR ZEOLITE Third Revised Edition 1996 ELSEVIERによればrhombohedral settingで空間群を
(No. 166) is a peak derived from the (1,1,1) index in the CHA structure.
The peak near 2θ = 20.8 ° in the X-ray diffraction pattern is a collection of SIMULATED XRD POWDER PATTERNS FOR ZEOLITE Third Revised Edition 1996 ELSEVIER.

Figure 0005903802
Figure 0005903802

(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。
(1,0,0)面由来のピークの強度と(2,0,−1)の面に由来のピーク強度の典型的な比(ピーク強度比B)は、COLLECTION OF SIMULATED XRD POWDER PATTERNS FOR ZEOLITE Third Revised Edition 1996 ELSEVIERによれば2.5である。
(No. 166) is a peak derived from the (2, 0, -1) index in the CHA structure.
The typical ratio (peak intensity ratio B) of the peak intensity derived from the (1, 0, 0) plane and the peak intensity derived from the (2, 0, -1) plane (peak intensity ratio B) is COLLECTION OF SIMULATED XRD POWDER PATTERNS FOR ZEOLITE According to Third Revised Edition 1996 ELSEVIER, it is 2.5.

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

(1,1,1)面由来のピークの強度と(2,0,−1)の面に由来のピーク強度の典型的な比(ピーク強度比A)は、COLLECTION OF SIMULATED XRD POWDER PATTERNS FOR ZEOLITE Third Revised Edition 1996 ELSEVIERによれば0.3である。
そのため、この比が0.5以上であるということは、例えば、CHA構造をrhombohedral settingとした場合の(1,1,1)面が膜複合体の表面と平行に近い向きになるようにゼオライト結晶が配向して成長していることを意味すると考えられる。ゼオライト膜複合体においてゼオライト結晶が配向して成長することは分離性能の高い緻密な膜が出来るという点で有利である。
The typical ratio (peak intensity ratio A) of the peak intensity derived from the (1, 1, 1) plane and the peak intensity derived from the (2, 0, -1) plane (peak intensity ratio A) is COLLECTION OF SIMULATED XRD POWDER PATTERNS FOR ZEOLITE According to Third Revised Edition 1996 ELSEVIER, it is 0.3.
Therefore, this ratio of 0.5 or more means, for example, that the (1, 1, 1) plane when the CHA structure is a rhombohedral setting is oriented so that the orientation is almost parallel to the surface of the membrane composite. It is thought to mean that the crystals are oriented and growing. Orientation and growth of zeolite crystals in the zeolite membrane composite is advantageous in that a dense membrane with high separation performance can be formed.

このように、ピーク強度比A、Bのいずれかが、上記した特定の範囲の値であるということは、ゼオライト結晶が配向して成長し、分離性能の高い緻密な膜が形成されていることを示すものである。
CHA型ゼオライト結晶が配向して成長している緻密なゼオライト膜は、次に述べる通
り、ゼオライト膜を水熱合成により形成する際に、例えば、特定の有機テンプレートを用い、水性反応混合液中にKイオンを共存させることにより達成することができる。
As described above, the fact that any one of the peak intensity ratios A and B is a value in the above-mentioned specific range means that the zeolite crystals are oriented and grow, and a dense membrane with high separation performance is formed. Is shown.
As described below, a dense zeolite membrane in which CHA-type zeolite crystals are grown in an orientated state is formed in an aqueous reaction mixture using, for example, a specific organic template when the zeolite membrane is formed by hydrothermal synthesis. This can be achieved by coexisting K + ions.

(ゼオライト膜複合体の製造方法)
本発明においては、水熱合成により、多孔質支持体上にゼオライト膜を形成さて、ゼオライト膜複合体を調製する。
具体的には、例えば、組成を調整して均一化した水熱合成用の反応混合物(以下これを「水性反応混合物」ということがある。)を、多孔質支持体を内部に緩やかに固定した、オートクレーブなどの耐熱耐圧容器に入れて密閉して、一定時間加熱すればよい。
(Method for producing zeolite membrane composite)
In the present invention, a zeolite membrane is formed on a porous support by hydrothermal synthesis to prepare a zeolite membrane composite.
Specifically, for example, a reaction mixture for hydrothermal synthesis (hereinafter sometimes referred to as an “aqueous reaction mixture”) having a uniform composition is adjusted, and the porous support is gently fixed inside. What is necessary is just to heat in a heat-resistant pressure-resistant container, such as an autoclave, and to seal for a fixed time.

水性反応混合物としては、Si元素源、Al元素源、必要に応じて有機テンプレート、および水を含み、さらに必要に応じてアルカリ源を含むものが好ましい。
水性反応混合物に用いるSi元素源としては、例えば、無定形シリカ、コロイダルシリカ、シリカゲル、ケイ酸ナトリウム、無定形アルミのシリケートゲル、テトラエトキシシラン(TEOS)、トリメチルエトキシシラン等を用いることができる。
The aqueous reaction mixture preferably contains an Si element source, an Al element source, an organic template and water as necessary, and an alkali source as necessary.
Examples of the Si element source used in the aqueous reaction mixture include amorphous silica, colloidal silica, silica gel, sodium silicate, amorphous aluminum silicate gel, tetraethoxysilane (TEOS), trimethylethoxysilane, and the like.

Al元素源としては、例えば、アルミン酸ナトリウム、水酸化アルミニウム、硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウム、酸化アルミニウム、無定形アルミノシリケートゲル等を用いることができる。なお、Al元素源以外に他の元素源、例えばGa、Fe、B、Ti、Zr、Sn、Znなどの元素源を含んでいてもよい。
ゼオライトの結晶化において、必要に応じて有機テンプレート(構造規定剤)を用いることができるが、有機テンプレートを用いて合成したものが好ましい。有機テンプレートを用いて合成することにより、結晶化したゼオライトのアルミニウム原子に対するケイ素原子の割合が高くなり、耐酸性が向上する。
As the Al element source, for example, sodium aluminate, aluminum hydroxide, aluminum sulfate, aluminum nitrate, aluminum oxide, amorphous aluminosilicate gel, or the like can be used. In addition to the Al element source, other element sources, for example, element sources such as Ga, Fe, B, Ti, Zr, Sn, and Zn may be included.
In crystallization of zeolite, an organic template (structure directing agent) can be used as necessary, but those synthesized using an organic template are preferred. By synthesizing using the organic template, the ratio of silicon atoms to aluminum atoms in the crystallized zeolite is increased, and the acid resistance is improved.

有機テンプレートとしては、所望のゼオライト膜を形成し得るものであれば種類は問わず、如何なるものであってもよい。また、テンプレートは1種類でも、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。
ゼオライトがCHA型の場合、有機テンプレートとしては、通常、アミン類、4級アンモニウム塩が用いられる。例えば、米国特許第4544538号明細書、米国特許公開第2008/0075656号明細書に記載の有機テンプレートが好ましいものとして挙げられる。
The organic template may be any type as long as it can form a desired zeolite membrane. Further, one type of template or a combination of two or more types may be used.
When the zeolite is of the CHA type, amines and quaternary ammonium salts are usually used as the organic template. For example, organic templates described in U.S. Pat. No. 4,544,538 and U.S. Patent Publication No. 2008/0075656 are preferred.

具体的には、例えば、1−アダマンタンアミンから誘導されるカチオン、3−キナクリジナールから誘導されるカチオン、3−exo−アミノノルボルネンから誘導されるカチオン等の脂環式アミンから誘導されるカチオンが挙げられる。これらの中で、1−アダマンタンアミンから誘導されるカチオンがより好ましい。
1−アダマンタンアミンから誘導されるカチオンを有機テンプレートとしたとき、緻密な膜を形成し得るCHA型ゼオライトが結晶化する。また、膜が水を選択的に透過するのに十分な親水性を有するCHA型ゼオライトが生成し得るほか、耐酸性に優れたCHA型ゼオライトが得られる。
Specific examples include cations derived from alicyclic amines such as cations derived from 1-adamantanamine, cations derived from 3-quinacridinal, and cations derived from 3-exo-aminonorbornene. It is done. Among these, a cation derived from 1-adamantanamine is more preferable.
When a cation derived from 1-adamantanamine is used as an organic template, CHA-type zeolite capable of forming a dense film is crystallized. In addition, a CHA-type zeolite having hydrophilicity sufficient for the membrane to selectively permeate water can be generated, and a CHA-type zeolite excellent in acid resistance can be obtained.

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

このようなカチオンは、CHA型ゼオライトの形成に害を及ぼさないアニオンを伴う。
このようなアニオンを代表するものには、Cl、Br、Iなどのハロゲンイオンや水酸化物イオン、酢酸塩、硫酸塩、およびカルボン酸塩が含まれる。これらの中で、水酸化物イオンが特に好適に用いられる。
その他の有機テンプレートとしては、N,N,N−トリアルキルベンジルアンモニウムカチオンも用いることができる。この場合もアルキル基は、それぞれ独立したアルキル基であり、好ましくは低級アルキル基、より好ましくはメチル基である。それらの中で、最も好ましい化合物は、N,N,N−トリメチルベンジルアンモニウムカチオンである。また、このカチオンが伴うアニオンは上記と同様である。
Such cations are accompanied by anions that do not harm the formation of CHA-type zeolite.
Representative examples of such anions include halogen ions such as Cl , Br and I , hydroxide ions, acetates, sulfates, and carboxylates. Of these, hydroxide ions are particularly preferably used.
As another organic template, N, N, N-trialkylbenzylammonium cation can also be used. Also in this case, the alkyl group is an independent alkyl group, preferably a lower alkyl group, more preferably a methyl group. Among them, the most preferred compound is N, N, N-trimethylbenzylammonium cation. The anion accompanied by this cation is the same as described above.

水性反応混合物に用いるアルカリ源としては、有機テンプレートのカウンターアニオンの水酸化物イオン、NaOH、KOHなどのアルカリ金属水酸化物、Ca(OH)などのアルカリ土類金属水酸化物などを用いることができる。
アルカリの種類は特に限定されず、通常、Na、K、Li、Rb、Cs、Ca、Mg、Sr、Baなどが用いられる。これらの中で、Na、Kが好ましく、Kがより好ましい。また、アルカリは2種類以上を併用してもよく、具体的には、NaとKを併用するのが好ましい。
As an alkali source used in the aqueous reaction mixture, a hydroxide ion of a counter anion of an organic template, an alkali metal hydroxide such as NaOH or KOH, or an alkaline earth metal hydroxide such as Ca (OH) 2 is used. Can do.
The type of alkali is not particularly limited, and Na, K, Li, Rb, Cs, Ca, Mg, Sr, Ba and the like are usually used. Among these, Na and K are preferable, and K is more preferable. Further, two or more alkalis may be used in combination, and specifically, Na and K are preferably used in combination.

水性反応混合物中のSi元素源とAl元素源の比は、通常、それぞれの元素の酸化物のモル比、すなわちSiO/Alモル比として表わす。
SiO/Alモル比は特に限定されないが、通常5以上、好ましくは8以上、より好ましくは10以上、更に好ましくは15以上である。また、通常10000以下、好ましくは1000以下、より好ましくは300以下、更に好ましくは100以下である。
The ratio of Si element source to Al element source in the aqueous reaction mixture is usually expressed as the molar ratio of the oxides of the respective elements, that is, the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio.
The SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio is not particularly limited, but is usually 5 or more, preferably 8 or more, more preferably 10 or more, and further preferably 15 or more. Further, it is usually 10,000 or less, preferably 1000 or less, more preferably 300 or less, and still more preferably 100 or less.

SiO/Alモル比がこの範囲内にあるときゼオライト膜が緻密に生成し、更に生成したゼオライトが強い親水性を示し、有機化合物を含有する混合物中から親水性の化合物、特に水を選択的に透過することができる。また耐酸性に強く脱Alしにくいゼオライト膜が得られる。
特に、SiO/Alモル比がこの範囲にあるとき、緻密な膜を形成し得るCHA型ゼオライトを結晶化させることができる。また、膜が水を選択的に透過するのに十分な親水性を有するCHA型ゼオライトが生成し得るほか、耐酸性に優れたCHA型ゼオライトが得られる。
When the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio is within this range, the zeolite membrane is densely formed, and the produced zeolite exhibits strong hydrophilicity, and a hydrophilic compound, particularly water, is selected from the mixture containing the organic compound. Can be selectively transmitted. In addition, a zeolite membrane that is strong in acid resistance and difficult to remove from Al can be obtained.
In particular, when the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio is within this range, CHA-type zeolite that can form a dense film can be crystallized. In addition, a CHA-type zeolite having hydrophilicity sufficient for the membrane to selectively permeate water can be generated, and a CHA-type zeolite excellent in acid resistance can be obtained.

水性反応混合物中のシリカ源と有機テンプレートの比は、SiOに対する有機テンプレートのモル比(有機テンプレート/SiOモル比)で、通常0.005以上、好ましくは0.01以上、より好ましくは0.02以上であり、通常1以下、好ましくは0.4以下、より好ましくは0.2以下である。
有機テンプレート/SiOモル比が上記範囲にあるとき、緻密なゼオライト膜が生成し得ることに加えて、生成したゼオライトが耐酸性に強くAlが脱離しにくい。また、この条件において、特に緻密で耐酸性のCHA型ゼオライトを形成させることができる。
The ratio of the silica source and an organic template in the aqueous reaction mixture, the molar ratio of the organic template for SiO 2 (organic template / SiO 2 molar ratio), usually 0.005 or higher, preferably at least 0.01, more preferably 0 0.02 or more, usually 1 or less, preferably 0.4 or less, more preferably 0.2 or less.
When the organic template / SiO 2 molar ratio is in the above range, in addition to being able to produce a dense zeolite membrane, the produced zeolite has strong acid resistance and Al is not easily desorbed. Moreover, a particularly dense and acid-resistant CHA-type zeolite can be formed under these conditions.

Si元素源とアルカリ源の比は、M(2/n)O/SiO(ここで、Mはアルカリ金属またはアルカリ土類金属を示し、nはその価数1または2を示す。)モル比で、通常0.02以上、好ましくは0.04以上、より好ましくは0.05以上であり、通常0.5以下、好ましくは0.4以下、より好ましくは0.3以下である。
CHA型ゼオライト膜を形成する場合、アルカリ金属の中でKを含む場合がより緻密で結晶性の高い膜を生成させるという点で好ましい。その場合のKと、Kを含むすべてのアルカリ金属および/またはアルカリ土類金属とのモル比は通常0.01以上1以下、好ましくは0.1以上1以下、さらに好ましくは0.3以上1以下である。
The ratio of the Si element source to the alkali source is M (2 / n) 2 O / SiO 2 (where M represents an alkali metal or alkaline earth metal, and n represents the valence 1 or 2). In general, it is 0.02 or more, preferably 0.04 or more, more preferably 0.05 or more, and usually 0.5 or less, preferably 0.4 or less, more preferably 0.3 or less.
In the case of forming a CHA-type zeolite membrane, it is preferable that K is contained in the alkali metal because a denser and highly crystalline membrane is formed. In that case, the molar ratio of K to all alkali metals and / or alkaline earth metals containing K is usually 0.01 or more and 1 or less, preferably 0.1 or more and 1 or less, more preferably 0.3 or more and 1 It is as follows.

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

Figure 0005903802
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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°付近のピーク強度と(2,0,−1)の面に由来するピークである2θ=20.8°付近のピーク強度の比(ピーク強度比B)、または、(1,1,1)の面に由来するピークである2θ=17.9°付近のピーク強度と(2,0,−1)の面に由来するピークである2θ=20.8°付近のピーク強度の比(ピーク強度比A)を大きくする傾向がある。 (No. 166), the peak intensity in the vicinity of 2θ = 9.6 °, which is a peak derived from the (1, 0, 0) index surface in the CHA structure, and the (2, 0, −1) surface The peak intensity ratio in the vicinity of 2θ = 20.8 ° (peak intensity ratio B), which is a peak derived from the above, or the peak derived from the plane of (1,1,1), in the vicinity of 2θ = 17.9 ° There is a tendency to increase the ratio between the peak intensity and the peak intensity in the vicinity of 2θ = 20.8 ° (peak intensity ratio A), which is a peak derived from the (2, 0, −1) plane.

Si元素源と水の比は、SiOに対する水のモル比(HO/SiOモル比)で、通常10以上、好ましくは30以上、より好ましくは40以上、特に好ましくは50以上であり、通常1000以下、好ましくは500以下、より好ましくは200以下、特に好ましくは150以下である。
水性反応混合物中の物質のモル比がこれらの範囲にあるとき、緻密なゼオライト膜が生成し得る。水の量は緻密なゼオライト膜の生成においてとくに重要であり、粉末合成法の一般的な条件よりも水がシリカに対して多い条件のほうが細かい結晶が生成して緻密な膜ができやすい傾向にある。
The ratio of Si element source to water is the molar ratio of water to SiO 2 (H 2 O / SiO 2 molar ratio), which is usually 10 or more, preferably 30 or more, more preferably 40 or more, and particularly preferably 50 or more. Usually, it is 1000 or less, preferably 500 or less, more preferably 200 or less, and particularly preferably 150 or less.
When the molar ratio of materials in the aqueous reaction mixture is in these ranges, a dense zeolite membrane can be formed. The amount of water is particularly important in the formation of a dense zeolite membrane, and finer crystals are more likely to form and form a dense membrane when the amount of water is greater than that of the general powder synthesis method. is there.

一般的に、粉末のCHA型ゼオライトを合成する際の水の量は、HO/SiOモル比で、15〜50程度である。HO/SiOモル比が高い(50以上1000以下)、すなわち水が多い条件にすることにより、支持体上にCHA型ゼオライトが緻密な膜状に結晶化した分離性能の高いゼオライト膜複合体を得ることができる。
さらに、水熱合成に際して、必ずしも反応系内に種結晶を存在さる必要は無いが、種結晶を加えることで、支持体上にゼオライトの結晶化を促進できる。種結晶を加える方法としては特に限定されず、粉末のゼオライトの合成時のように、水性反応混合物中に種結晶を加える方法や、支持体上に種結晶を付着させておく方法などを用いることができる。ゼオライト膜複合体を製造する場合は、支持体上に種結晶を付着させておくことが好ましい。支持体上に予め種結晶を付着させておくことで緻密で分離性能良好なゼオライト膜が生成しやすくなる。
In general, the amount of water in the synthesis of powdered CHA-type zeolite is about 15 to 50 in terms of H 2 O / SiO 2 molar ratio. Zeolite membrane composite with high separation performance in which CHA-type zeolite is crystallized into a dense membrane on the support by using a high H 2 O / SiO 2 molar ratio (50 to 1000), that is, water-rich conditions. You can get a body.
Further, in the hydrothermal synthesis, it is not always necessary to have a seed crystal in the reaction system, but by adding the seed crystal, crystallization of the zeolite can be promoted on the support. The method of adding the seed crystal is not particularly limited, and a method of adding the seed crystal to the aqueous reaction mixture or the method of attaching the seed crystal on the support as in the synthesis of the powdered zeolite is used. Can do. When producing a zeolite membrane composite, it is preferable to attach a seed crystal on the support. By attaching a seed crystal in advance to the support, a dense zeolite membrane with good separation performance can be easily formed.

使用する種結晶としては、結晶化を促進するゼオライトであれば種類は問わないが、効率よく結晶化させるためには形成するゼオライト膜と同じ結晶型であることが好ましい。CHA型ゼオライト膜を形成する場合は、CHA型ゼオライトの種結晶を用いることが好ましい。
種結晶の粒子径は、通常0.5nm以上、好ましくは1nm以上、より好ましくは2nm以上であり、通常20μm以下、好ましくは15μm以下、より好ましくは10μm以下である。
The seed crystal to be used is not limited as long as it is a zeolite that promotes crystallization, but it is preferably the same crystal type as the zeolite membrane to be formed for efficient crystallization. When forming a CHA type zeolite membrane, it is preferable to use seed crystals of CHA type zeolite.
The particle diameter of the seed crystal is usually 0.5 nm or more, preferably 1 nm or more, more preferably 2 nm or more, and is usually 20 μm or less, preferably 15 μm or less, more preferably 10 μm or less.

種結晶を加える方法としては、粉末のゼオライトの合成時のように、水性反応混合物中に加える方法、支持体上に種結晶を付着させておく方法などを用いることができるが、支持体上に種結晶を付着させておくことが好ましい。支持体上に予め種結晶を付着させておくことで緻密で分離性能良好なゼオライト膜が生成しやすくなる。
使用する種結晶としては、結晶化を促進するゼオライトであれば種類は問わないが、効率よく結晶化させるためには形成するゼオライト膜と同じ結晶型であることが好ましい。CHA型ゼオライト膜を形成する場合は、CHA型ゼオライトの種結晶を用いることが好ましい。
As a method for adding a seed crystal, a method of adding it to an aqueous reaction mixture as in the synthesis of a powdered zeolite, a method of attaching a seed crystal on a support, and the like can be used. It is preferable to attach a seed crystal. By attaching a seed crystal in advance to the support, a dense zeolite membrane with good separation performance can be easily formed.
The seed crystal to be used is not limited as long as it is a zeolite that promotes crystallization, but it is preferably the same crystal type as the zeolite membrane to be formed for efficient crystallization. When forming a CHA type zeolite membrane, it is preferable to use seed crystals of CHA type zeolite.

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

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

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

支持体にディップ法あるいはスラリーの塗りこみによって種結晶を付着させ、乾燥した後にゼオライト膜の形成を行うことが望ましい。
支持体上に予め付着させておく種結晶の量は特に限定されず、基材1mあたりの質量で、通常0.01g以上、好ましくは0.05g以上、より好ましくは0.1g以上であり、通常100g以下、好ましくは50g以下、より好ましくは10g以下、更に好ましくは8g以下である。
It is desirable to deposit the seed crystal on the support by dipping or slurry coating, and after drying, form a zeolite membrane.
The amount of the seed crystal to be preliminarily deposited on the support is not particularly limited, and is usually 0.01 g or more, preferably 0.05 g or more, more preferably 0.1 g or more, by mass per 1 m 2 of the base material. Usually, it is 100 g or less, preferably 50 g or less, more preferably 10 g or less, still more preferably 8 g or less.

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

水熱合成により支持体上にゼオライト膜を形成する場合、支持体の固定化方法に特に制限はなく、縦置き、横置きなどあらゆる形態をとることができる。この場合、静置法でゼオライト膜を形成させてもよいし、水性反応混合物を攪拌させてゼオライト膜を形成させてもよい。
ゼオライト膜を形成させる際の温度は特に限定されないが、通常100℃以上、好ましくは120℃以上、更に好ましくは150℃以上であり、通常200℃以下、好ましくは190℃以下、さらに好ましくは180℃以下である。反応温度が低すぎると、ゼオライトが結晶化し難くなることがある。また、反応温度が高すぎると、本発明におけるゼオライトとは異なるタイプのゼオライトが生成し易くなることがある。
When a zeolite membrane is formed on a support by hydrothermal synthesis, there are no particular limitations on the method for immobilizing the support, and it can take any form such as vertical or horizontal placement. In this case, the zeolite membrane may be formed by a stationary method, or the aqueous reaction mixture may be stirred to form a zeolite membrane.
The temperature at which the zeolite membrane is formed is not particularly limited, but is usually 100 ° C. or higher, preferably 120 ° C. or higher, more preferably 150 ° C. or higher, usually 200 ° C. or lower, preferably 190 ° C. or lower, more preferably 180 ° C. It is as follows. If the reaction temperature is too low, the zeolite may be difficult to crystallize. If the reaction temperature is too high, a zeolite of a type different from the zeolite in the present invention may be easily generated.

加熱時間は特に限定されないが、通常1時間以上、好ましくは5時間以上、更に好ましくは10時間以上であり、通常10日間以下、好ましくは5日以下、より好ましくは3日以下、さらに好ましくは2日以下である。反応時間が短すぎるとゼオライトが結晶化し難くなることがある。反応時間が長すぎると、本発明におけるゼオライトとは異なるタイプのゼオライトが生成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, and usually 10 days or less, preferably 5 days or less, more preferably 3 days or less, and even more preferably 2 Less than a day. If the reaction time is too short, the zeolite may be difficult to crystallize. If the reaction time is too long, a zeolite of a type different from the zeolite in the present invention may be easily generated.

ゼオライト膜形成時の圧力は特に限定されず、密閉容器中に入れた水性反応混合物を、この温度範囲に加熱したときに生じる自生圧力で十分である。さらに必要に応じて、窒素
などの不活性ガスを加えても差し支えない。
水熱合成により得られたゼオライト膜複合体は、水洗した後に、加熱処理して、乾燥させる。ここで、加熱処理とは、熱をかけてゼオライト膜複合体を乾燥又はテンプレートを使用した場合にテンプレートを焼成することを意味する。
The pressure at the time of forming the zeolite membrane is not particularly limited, and the self-generated pressure generated when the aqueous reaction mixture placed in the closed vessel is heated to this temperature range is sufficient. If necessary, an inert gas such as nitrogen may be added.
The zeolite membrane composite obtained by hydrothermal synthesis is washed with water, then heated and dried. Here, the heat treatment means that the template is fired when heat is applied to dry the zeolite membrane composite or the template is used.

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

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。
The heating time is not particularly limited as long as the zeolite membrane is sufficiently dried or the template is calcined, and is preferably 0.5 hours or more, more preferably 1 hour or more. The upper limit is not particularly limited, and is usually within 200 hours, preferably within 150 hours, and more preferably within 100 hours.
When hydrothermal synthesis is performed in the presence of an organic template, the obtained zeolite membrane composite can be washed with water, and then the organic template can be removed by, for example, heat treatment or extraction, preferably by heat treatment, that is, baking. Is appropriate.

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

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

焼成の際の昇温速度は、支持体とゼオライトの熱膨張率の差がゼオライト膜に亀裂を生じさせることを少なくするために、なるべく遅くすることが望ましい。昇温速度は、通常5℃/分以下、好ましくは2℃/分以下、さらに好ましくは1℃/分以下、特に好ましくは0.5℃/分以下である。通常、作業性を考慮し0.1℃/分以上である。
また、焼成後の降温速度もゼオライト膜に亀裂が生じることを避けるためにコントロールする必要がある。昇温速度と同様、遅ければ遅いほど望ましい。降温速度は、通常5℃/分以下、好ましくは2℃/分以下、より好ましくは1℃/分以下、特に好ましくは0.5℃/分以下である。通常、作業性を考慮し0.1℃/分以上である。
It is desirable that the rate of temperature increase during firing be as slow as possible in order to reduce the difference in the thermal expansion coefficient between the support and the zeolite from causing cracks in the zeolite membrane. The temperature rising rate is usually 5 ° C./min or less, preferably 2 ° C./min or less, more preferably 1 ° C./min or less, and particularly preferably 0.5 ° C./min or less. Usually, it is 0.1 ° C./min or more in consideration of workability.
Moreover, it is necessary to control the temperature drop rate after firing in order to avoid cracks in the zeolite membrane. Similar to the rate of temperature increase, the slower the better. The temperature lowering rate is usually 5 ° C./min or less, preferably 2 ° C./min or less, more preferably 1 ° C./min or less, and particularly preferably 0.5 ° C./min or less. Usually, it is 0.1 ° C./min or more in consideration of workability.

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

イオン交換は、焼成後(テンプレートを使用した場合など)のゼオライト膜を、NHNO、NaNOなどアンモニウム塩あるいは交換するイオンを含む水溶液、場合によっては塩酸などの酸で、通常、室温から100℃の温度で処理後、水洗する方法などにより行えばよい。さらに、必要に応じて200℃〜500℃で焼成してもよい。
かくして得られる多孔質支持体−ゼオライト膜複合体(加熱処理後のゼオライト膜複合体)の空気透過量[L/(m・h)]は、通常1400L/(m・h)以下、好ましくは1000L/(m・h)以下、より好ましくは700L/(m・h)以下、より好ましくは600L/(m・h)以下、さらに好ましくは500L/(m・h)以下、特に好ましくは300L/(m・h)以下、もっとも好ましくは200L/(m・h)以下である。透過量の下限は特に限定されないが、通常0.01L/(m・h)以上、好ましくは0.1L/(m・h)以上、より好ましくは1L/(m・h)以上である。
In ion exchange, the zeolite membrane after calcination (such as when a template is used) is replaced with an ammonium salt such as NH 4 NO 3 or NaNO 3 or an aqueous solution containing ions to be exchanged, and in some cases an acid such as hydrochloric acid. What is necessary is just to perform by the method of washing with water etc. after processing at the temperature of 100 degreeC. Furthermore, you may bake at 200 to 500 degreeC as needed.
The air permeation [L / (m 2 · h)] of the porous support-zeolite membrane composite (zeolite membrane composite after heat treatment) thus obtained is usually 1400 L / (m 2 · h) or less, preferably Is 1000 L / (m 2 · h) or less, more preferably 700 L / (m 2 · h) or less, more preferably 600 L / (m 2 · h) or less, more preferably 500 L / (m 2 · h) or less, Particularly preferably, it is 300 L / (m 2 · h) or less, most preferably 200 L / (m 2 · h) or less. In lower limit of the transmission amount is not particularly limited, it is generally 0.01L / (m 2 · h) or more, preferably 0.1L / (m 2 · h) or more, more preferably 1L / (m 2 · h) or higher is there.

ここで、空気透過量とは、後述するとおり、ゼオライト膜複合体を絶対圧5kPaの真空ラインに接続した時の空気の透過量[L/(m・h)]である。
(温水処理)
本発明の方法においては、上記ゼオライト膜複合体を、温度40℃以上300℃以下の水に1時間以上浸漬する。なお、本明細書において、このゼオライト膜複合体の水への浸漬を「温水処理」と略称することがある。
Here, the air permeation amount is the air permeation amount [L / (m 2 · h)] when the zeolite membrane composite is connected to a vacuum line having an absolute pressure of 5 kPa, as will be described later.
(Hot water treatment)
In the method of the present invention, the zeolite membrane composite is immersed in water having a temperature of 40 ° C. or higher and 300 ° C. or lower for 1 hour or longer. In the present specification, the immersion of the zeolite membrane composite in water may be abbreviated as “warm water treatment”.

上記温水処理により、加熱処理(乾燥、焼成など)によってゼオライトの表面に生成したSi−O−Si結合を親水性の高いSi−OHとすることができ、それにより水の透過性能が向上すると考えられる。また、微細な欠陥が、欠陥中に存在するアモルファスシリカなどを原料に修復されるため膜の性能が向上すると考えられる。
ここで、温水処理における水とは、液状の水であって、沸点以上の温度では、加圧下で液状となっているものも含まれる。この場合の圧力は、自生圧でも加圧でもよい。
By the above hot water treatment, it is considered that Si—O—Si bonds generated on the surface of the zeolite by heat treatment (drying, firing, etc.) can be made into highly hydrophilic Si—OH, thereby improving the water permeation performance. It is done. In addition, it is considered that the performance of the film is improved because fine defects are repaired using amorphous silica or the like present in the defects as a raw material.
Here, the water in the hot water treatment is liquid water, and includes water that is liquid under pressure at a temperature equal to or higher than the boiling point. The pressure in this case may be an autogenous pressure or a pressurization.

水の温度は、通常40℃以上、好ましくは60℃以上、より好ましくは80℃以上、特に好ましくは100℃以上であり、通常300℃以下、好ましくは200℃以下、より好ましくは160℃以下である。水の温度が低すぎると、ゼオライトの表面に生成したSi−O−Si結合を親水性の高いSi−OHとする効果や微細な欠陥が、欠陥中に存在するアモルファスシリカなどを原料に修復される効果が十分に得られないことがある。水の温度が高すぎると、ゼオライトが一部水中に溶出してゼオライト膜が壊れる可能性がある。   The water temperature is usually 40 ° C. or higher, preferably 60 ° C. or higher, more preferably 80 ° C. or higher, particularly preferably 100 ° C. or higher, and usually 300 ° C. or lower, preferably 200 ° C. or lower, more preferably 160 ° C. or lower. is there. If the temperature of the water is too low, the effect of making Si-O-Si bonds generated on the surface of the zeolite highly hydrophilic Si-OH and fine defects will be repaired using amorphous silica etc. present in the defects as a raw material. May not be sufficient. If the temperature of the water is too high, the zeolite may partially dissolve in the water and the zeolite membrane may be broken.

水への浸漬時間は、通常1時間以上、好ましくは5時間以上、より好ましくは7時間以上、特に好ましくは10時間以上であり、通常100時間以下、好ましくは50時間以下、より好ましくは30時間以下である。浸漬時間が短すぎると、膜表面の変化が十分に進行せず、十分な効果が得られないことがある。浸漬時間が長すぎると、ゼオライトが一部水中に溶出してゼオライトが壊れる可能性がある。   The immersion time in water is usually 1 hour or more, preferably 5 hours or more, more preferably 7 hours or more, particularly preferably 10 hours or more, and usually 100 hours or less, preferably 50 hours or less, more preferably 30 hours. It is as follows. If the immersion time is too short, the change of the film surface does not proceed sufficiently and a sufficient effect may not be obtained. If the soaking time is too long, the zeolite may partially dissolve in water and break the zeolite.

上記ゼオライト膜複合体は、水への浸漬処理後、そのまま使用してもかまわないが、水洗や必要に応じて乾燥を行っても良い。加熱によって乾燥する場合は通常20℃以上、好ましくは40℃以上、より好ましくは100℃以上、さらに好ましくは150℃以上であり、通常500℃以下、好ましくは400℃以下、さらに好ましくは300℃以下である。加熱温度が高すぎると、ゼオライト膜表面が焼成後の状態に近くなり温水処理の効果が失われる可能性がある。   The zeolite membrane composite may be used as it is after being immersed in water, but may be washed with water or dried as necessary. When drying by heating, it is usually 20 ° C. or higher, preferably 40 ° C. or higher, more preferably 100 ° C. or higher, more preferably 150 ° C. or higher, usually 500 ° C. or lower, preferably 400 ° C. or lower, more preferably 300 ° C. or lower. It is. If the heating temperature is too high, the surface of the zeolite membrane may be close to the state after calcination, and the effect of the hot water treatment may be lost.

水中に微量のOH−1イオンを積極的に存在させてもよく、その場合、水中のOH−1イオン濃度は、通常0.05mol/l以下、好ましくは0.01mol/l以下、より好ましくは0.005mol/l以下であり、通常0.0001mol/l以上、好まし
くは0.0005mol/l以上、より好ましくは0.001mol/l以上である。水中にOH−1イオンが存在することによって、存在しない場合よりも短時間で同等の効果を得ることが可能になる。水中のOH−1イオン濃度が高すぎると、ゼオライト膜が溶解して破壊されやすくなり処理時間の厳密なコントロールが必要となる。
A trace amount of OH −1 ions may be actively present in the water. In that case, the OH −1 ion concentration in water is usually 0.05 mol / l or less, preferably 0.01 mol / l or less, more preferably It is 0.005 mol / l or less, usually 0.0001 mol / l or more, preferably 0.0005 mol / l or more, more preferably 0.001 mol / l or more. The presence of OH -1 ions in water makes it possible to obtain the same effect in a shorter time than when no OH -1 ions exist. If the OH -1 ion concentration in water is too high, the zeolite membrane is easily dissolved and broken, and strict control of the treatment time is required.

水には、Si、Al、B、P等から選ばれる少なくとも1種の元素を含んでいてもよく、これらの中で、Si、Alが好ましく、Siが特に好ましい。
特に水中にSi元素を含有する場合、膜に存在する欠陥が、水中に含まれるSi元素によって、一部修復されることがあるので好ましい。
これら元素の濃度は、通常0.00001質量%以上、好ましくは質量0.00005%以上、より好ましくは0.0001質量%以上、さらに好ましくは0.001質量%以上、特に好ましくは0.01質量%以上、もっとも好ましく0.1質量%以上であり、通常20質量%以下、好ましくは10質量%以下、より好ましくは5質量%以下である。
The water may contain at least one element selected from Si, Al, B, P and the like. Among these, Si and Al are preferable, and Si is particularly preferable.
In particular, when Si element is contained in water, defects existing in the film are preferably partially repaired by Si element contained in water.
The concentration of these elements is usually 0.00001% by mass or more, preferably 0.00005% by mass or more, more preferably 0.0001% by mass or more, further preferably 0.001% by mass or more, and particularly preferably 0.01% by mass. % Or more, most preferably 0.1% by mass or more, usually 20% by mass or less, preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less.

またSi元素を含有する場合は、通常0.01質量%以上、好ましくは0.1質量%以上であり、通常20質量%以下、好ましくは10質量%以下、より好ましくは5質量%以下である。
Si元素源としては例えば、テトラエトキシシラン、テトラメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシランなどのアルコキシシラン、無定形シリカ、ヒュームドシリカ、コロイダルシリカ、シリカゲル、ケイ酸ナトリウム、シリケートオリゴマー、シリカゾルなどを用いることができ、反応性の面でアルコキシシランが好ましい。
When Si element is contained, it is usually 0.01% by mass or more, preferably 0.1% by mass or more, and usually 20% by mass or less, preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less. .
Examples of the Si element source include alkoxysilanes such as tetraethoxysilane, tetramethoxysilane, methyltriethoxysilane, and 3-aminopropyltriethoxysilane, amorphous silica, fumed silica, colloidal silica, silica gel, sodium silicate, and silicate. Oligomers, silica sols and the like can be used, and alkoxysilane is preferable in terms of reactivity.

Al元素源としては、例えば、アルミン酸ナトリウム、水酸化アルミニウム、硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウム、酸化アルミニウム、アルミナゾル、無定形アルミノシリケートゲル、アルミニウムイソプロポキシドなどのアルミニウムアルコキサイド等を用いることができる。
ゼオライトの構成元素となりうるSi、Al、B、P等を含む水にゼオライト膜複合体を浸漬して加熱することによって、ゼオライト膜に存在する微細な欠陥が、水中のSi、Al、B、P等を原料として修復されたり、膜の表面が前記水中に含まれる元素によって修飾されることで親水性が向上することにより、膜の性能が向上することがある。これらの元素の濃度が低すぎると、水のみの処理と効果が同等となる。これらの元素の濃度が高すぎると、ゼオライト膜複合体にアモルファスのSiO、Alなどが付着し透過流束が減少する傾向がある。
As the Al element source, for example, sodium aluminate, aluminum hydroxide, aluminum sulfate, aluminum nitrate, aluminum oxide, alumina sol, amorphous aluminosilicate gel, aluminum alkoxide such as aluminum isopropoxide, or the like can be used.
By immersing the zeolite membrane complex in water containing Si, Al, B, P, etc., which can be constituent elements of the zeolite, and heating, the fine defects present in the zeolite membrane are caused by Si, Al, B, P in the water. The performance of the film may be improved by repairing the material as a raw material or by improving the hydrophilicity by modifying the surface of the film with an element contained in the water. If the concentration of these elements is too low, the effect is equivalent to treatment with water alone. If the concentration of these elements is too high, amorphous SiO 2 , Al 2 O 3 or the like adheres to the zeolite membrane composite and the permeation flux tends to decrease.

水には、カルボン酸、スルホン酸などの有機酸や、硫酸、燐酸などの無機酸等の酸を含んでいても良い。特に水中にSiを含む場合、水中に酸を含むことが好ましい。
水中に含まれる酸としては、特にカルボン酸、無機酸が好ましい。カルボン酸としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、シュウ酸、マロン酸、マレイン酸、フタル酸、乳酸、クエン酸、アクリル酸などが好ましく、ギ酸、酢酸、乳酸がより好ましく、これらの中で特に酢酸が好ましい。無機酸としては、硫酸、硝酸、燐酸などが好ましく、この中で硫酸、燐酸が好ましい。
The water may contain an acid such as an organic acid such as carboxylic acid or sulfonic acid, or an inorganic acid such as sulfuric acid or phosphoric acid. In particular, when Si is contained in water, it is preferable to contain an acid in water.
As the acid contained in water, carboxylic acid and inorganic acid are particularly preferable. As the carboxylic acid, formic acid, acetic acid, propionic acid, oxalic acid, malonic acid, maleic acid, phthalic acid, lactic acid, citric acid, acrylic acid and the like are preferable, formic acid, acetic acid and lactic acid are more preferable, and among these, acetic acid is particularly preferable. Is preferred. As the inorganic acid, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid and the like are preferable, and sulfuric acid and phosphoric acid are preferable.

水中に含まれる酸の濃度は、通常0.00001質量%以上、好ましくは0.00005質量%以上、より好ましくは0.0001質量%以上であり、通常10質量%以下、好ましくは5質量%以下、より好ましくは2質量%以下である。
水中のH濃度は通常1×10−8mol/l以上、好ましくは1×10−7mol/
l以上、より好ましくは1×10−5mol/l以上、さらに好ましくは1×10−3
ol/l以上、特に好ましくは0.005mol/l以上、もっとも好ましくは0.01mol/l以上であり、通常10mol/l以下、好ましくは5mol/l以下、より好
ましくは1mol/l以下である。
The concentration of the acid contained in the water is usually 0.00001% by mass or more, preferably 0.00005% by mass or more, more preferably 0.0001% by mass or more, and usually 10% by mass or less, preferably 5% by mass or less. More preferably, it is 2 mass% or less.
The H + concentration in water is usually 1 × 10 −8 mol / l or more, preferably 1 × 10 −7 mol / l.
1 or more, more preferably 1 × 10 −5 mol / l or more, and further preferably 1 × 10 −3 m.
ol / l or more, particularly preferably 0.005 mol / l or more, most preferably 0.01 mol / l or more, and usually 10 mol / l or less, preferably 5 mol / l or less, more preferably 1 mol / l or less.

特に水中にSiを含む場合、水の液性は酸性が好ましく、そのときの水中のH濃度は、通常0.00001mol/l以上、より好ましくは0.0001mol/l以上、さらに
好ましくは0.0005mol/l以上もっとも好ましくは0.001mol/l以上であり
、通常10mol/l以下、好ましくは5mol/l以下、より好ましくは1mol/l以下である。
In particular, when Si is contained in water, the liquidity of water is preferably acidic, and the H + concentration in water at that time is usually 0.00001 mol / l or more, more preferably 0.0001 mol / l or more, and still more preferably 0.00. 0005 mol / l or more, most preferably 0.001 mol / l or more, usually 10 mol / l or less, preferably 5 mol / l or less, more preferably 1 mol / l or less.

本発明で用いられるゼオライト膜複合体は、酸を含む水に浸漬して加熱処理することによって、ゼオライト膜に存在する微細な欠陥部分に水中に存在する酸が吸着して欠陥がふさがれたり、酸の存在によって膜表面のSi−O−Si結合の加水分解が促進され、膜表面にSi−OHができて膜の親水性が向上したりするため膜の分離性能や透過流束が向上する場合がある。   The zeolite membrane composite used in the present invention is immersed in water containing an acid and heat-treated, whereby the acid present in the water is adsorbed on the fine defect portion present in the zeolite membrane, and the defect is blocked. Hydrolysis of the Si—O—Si bond on the membrane surface is promoted by the presence of an acid, and Si—OH is formed on the membrane surface to improve the hydrophilicity of the membrane, thereby improving the membrane separation performance and permeation flux. There is a case.

これらの酸の濃度が低すぎると、水のみの処理と効果が同等となる。また、これら酸の濃度が高すぎると、欠陥部分だけでなくゼオライト膜の表面全体に酸が吸着して流路をふさぎ、透過流束が減少する傾向になる。
水には、ポリビニルアルコール(PVA)、Nafion(登録商標)などの親水性を有する高分子化合物および/またはそのモノマーを含んでいてもよい。
If the concentration of these acids is too low, the effect is equivalent to treatment with water alone. On the other hand, if the concentration of these acids is too high, the acid is adsorbed not only on the defective portion but also on the entire surface of the zeolite membrane, blocking the flow path, and the permeation flux tends to decrease.
The water may contain a polymer compound having hydrophilicity such as polyvinyl alcohol (PVA) and Nafion (registered trademark) and / or a monomer thereof.

これら親水性を有する高分子化合物および/またはそのモノマーの濃度は、通常0.0
0001質量%以上、好ましくは0.00005質量%以上、より好ましくは0.0001質量%以上であり、通常30質量%以下、好ましくは20質量%以下、より好ましくは10質量%以下である。
親水性を有する高分子化合物および/またはそのモノマーを含む水に浸漬して加熱処理
することによって、ゼオライト膜上に親水性を持つ高分子の層が形成され、ゼオライト膜がより親水的になり水の透過流束が向上するほか、ゼオライト膜に存在する微細な欠陥部分が親水性の高分子でふさがれ分離性能が向上する傾向がある。この濃度が低すぎると、水のみの処理と効果が同等となる。また濃度が高すぎると、ゼオライト膜上に形成される親水性を持つ高分子の層が厚くなるため、透過流束が減少する傾向がある。
The concentration of these hydrophilic polymer compounds and / or monomers thereof is usually 0.0.
It is 0001% by mass or more, preferably 0.00005% by mass or more, more preferably 0.0001% by mass or more, and usually 30% by mass or less, preferably 20% by mass or less, more preferably 10% by mass or less.
By immersing in water containing a hydrophilic polymer compound and / or its monomer and heat treatment, a hydrophilic polymer layer is formed on the zeolite membrane, making the zeolite membrane more hydrophilic and water. In addition to improving the permeation flux, fine defect portions present in the zeolite membrane tend to be blocked with a hydrophilic polymer to improve the separation performance. If this concentration is too low, the effect is equivalent to treatment with water alone. On the other hand, if the concentration is too high, the hydrophilic polymer layer formed on the zeolite membrane becomes thick and the permeation flux tends to decrease.

かくして製造されるゼオライト膜複合体は、上記のとおり優れた特性をもつものであり、本発明の分離方法における膜分離手段として好適に用いることができる。
(分離方法)
本発明の分離方法は、有機化合物を含む気体または液体の混合物を、上記多孔質支持体―ゼオライト膜複合体に接触させて、該混合物から、透過性の高い物質を透過させて分離することに特徴をもつものである。この発明において、多孔質支持体―ゼオライト膜複合体は、上記と同様のものが用いられる。また、好ましいものも上記と同様である。
The zeolite membrane composite thus produced has excellent characteristics as described above, and can be suitably used as a membrane separation means in the separation method of the present invention.
(Separation method)
In the separation method of the present invention, a mixture of a gas or a liquid containing an organic compound is brought into contact with the porous support-zeolite membrane composite to separate a highly permeable substance from the mixture. It has characteristics. In the present invention, the same porous support-zeolite membrane composite as described above is used. The preferable ones are also the same as described above.

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

例えば、水と有機化合物の混合物の場合、通常水がゼオライト膜に対する透過性が高いので、混合物から水が分離され、有機化合物は元の混合物中で濃縮される。パーベーパレ
ーション法(浸透気化法)、ベーパーパーミエーション法(蒸気透過法)と呼ばれる分離・濃縮方法は、本発明の分離方法におけるひとつの実施形態である。
パーベーパレーション法は、液体の混合物をそのまま分離膜に導入する分離・濃縮方法であるため、分離・濃縮を含むプロセスを簡便なものにすることができる。
For example, in the case of a mixture of water and an organic compound, water is usually highly permeable to the zeolite membrane, so water is separated from the mixture and the organic compound is concentrated in the original mixture. A separation / concentration method called a pervaporation method (pervaporation method) or a vapor permeation method (vapor permeation method) is one embodiment of the separation method of the present invention.
The pervaporation method is a separation / concentration method in which a liquid mixture is directly introduced into a separation membrane, so that a process including separation / concentration can be simplified.

ベーパーパーミエーション法は、液体の混合物を気化させてから分離膜に導入する分離・濃縮方法であるため、蒸留装置と組み合わせて使用することや、より高温、高圧での分離に用いることができる。またベーパーパーミエーション法は、液体の混合物を気化させてから分離膜に導入することから、供給液中に含まれる不純物や、液体状態では会合体やオリゴマーを形成する物質が膜に与える影響を低減することができる。本発明により得られる無機多孔質支持体−ゼオライト膜複合体はいずれの方法に対しても好適に用いることができる。   The vapor permeation method is a separation / concentration method in which a liquid mixture is vaporized and then introduced into a separation membrane. Therefore, the vapor permeation method can be used in combination with a distillation apparatus or for separation at higher temperature and pressure. In addition, the vapor permeation method introduces the liquid mixture after vaporizing it into the separation membrane, reducing the effects of impurities contained in the supply liquid and substances that form aggregates and oligomers in the liquid state on the membrane. can do. The inorganic porous support-zeolite membrane composite obtained by the present invention can be suitably used for any method.

また、ベーパーパーミエーション法で高温での分離を行う場合、一般に温度が高いほど分離性能が低下するが、本発明により得られる無機多孔質支持体−ゼオライト膜複合体は、高温でも高い分離性能を発現することができる。そして通常、ベーパーパーミエーション法は、液体混合物を気化させてから分離するため、通常はパーベーパレーション法よりも過酷な条件での分離となるため、膜複合体の耐久性も要求される。本発明により得られる無機多孔質支持体−ゼオライト膜複合体は、高温条件下でも分離が可能な耐久性を有している上でベーパーパーミエーション法に好適である。   In addition, when performing separation at a high temperature by the vapor permeation method, the separation performance generally decreases as the temperature increases, but the inorganic porous support-zeolite membrane composite obtained by the present invention exhibits high separation performance even at high temperatures. Can be expressed. In general, the vapor permeation method separates the liquid mixture after vaporizing it, and therefore usually the separation is performed under harsher conditions than the pervaporation method. Therefore, durability of the membrane composite is also required. The inorganic porous support-zeolite membrane composite obtained by the present invention is suitable for the vapor permeation method in addition to having durability capable of separation even under high temperature conditions.

前記多孔質支持体−ゼオライト膜複合体は、含水率が20質量%以上の含水有機化合物を処理した場合でも、高い透過性能、選択性を発揮し、耐久性に優れた分離膜としての性能を持つ。
ここでいう高い透過性能とは、十分な処理量を示し、例えば、膜を透過する物質の透過流束が、例えば含水率30質量%の2−プロパノールまたはN−メチル−2−ピロリドンと水の混合物を、70℃において、1気圧(1.01×10Pa)の圧力差で透過させた場合、1kg/(m・h)以上、好ましくは3kg/(m・h)以上、より好ましくは5kg/(m・h)以上であることをいう。透過流束の上限は特に限定されず、通常20kg/(m・h)以下、好ましくは15kg/(m・h)以下である。
The porous support-zeolite membrane composite exhibits high permeation performance and selectivity even when treated with a water-containing organic compound having a water content of 20% by mass or more, and exhibits performance as a separation membrane with excellent durability. Have.
The high permeation performance here indicates a sufficient throughput, for example, the permeation flux of a substance that permeates the membrane is, for example, 2-propanol or N-methyl-2-pyrrolidone having a water content of 30% by mass and water. When the mixture is permeated at a pressure difference of 1 atm (1.01 × 10 5 Pa) at 70 ° C., 1 kg / (m 2 · h) or more, preferably 3 kg / (m 2 · h) or more Preferably, it means 5 kg / (m 2 · h) or more. The upper limit of the permeation flux is not particularly limited, and is usually 20 kg / (m 2 · h) or less, preferably 15 kg / (m 2 · h) or less.

また、高い透過性能をパーミエンス(Permeance、「透過度」ともいう)で表す事もで
きる。パーミエンスとは、圧力差あたりの透過流束(Pressure normalized flux)を表し、透過する物質量を膜面積と時間と水の分圧差の積で割ったものである。パーミエンスの単位で表した場合、水のパーミエンスとして、例えば含水率30質量%の2−プロパノールまたはN−メチル−2−ピロリドンと水の混合物を、70℃において、1気圧(1.01×10Pa)の圧力差で透過させた場合、通常3×10−7mol/(m・s・Pa)以上、好ましくは5×10−7mol/(m・s・Pa)以上、より好ましくは1×10−6mol/(m・s・Pa)以上、特に好ましくは2×10−6mol/(m・s・Pa)以上である。パーミエンスの上限は特に限定されず、通常1×10−4mol/(m・s・Pa)以下、好ましくは5×10−5mol/(m・s・Pa)以下である。
Further, high transmission performance can be expressed by permeance (also referred to as “permeance”). Permeance refers to the pressure normalized flux, divided by the product of membrane area, time, and water partial pressure difference. When expressed in units of permeance, as water permeance, for example, a mixture of 2-propanol or N-methyl-2-pyrrolidone having a water content of 30% by mass and water at 70 ° C., 1 atmosphere (1.01 × 10 5 When permeated at a pressure difference of Pa), usually 3 × 10 −7 mol / (m 2 · s · Pa) or more, preferably 5 × 10 −7 mol / (m 2 · s · Pa) or more, more preferably Is 1 × 10 −6 mol / (m 2 · s · Pa) or more, particularly preferably 2 × 10 −6 mol / (m 2 · s · Pa) or more. The upper limit of permeance is not particularly limited, and is usually 1 × 10 −4 mol / (m 2 · s · Pa) or less, preferably 5 × 10 −5 mol / (m 2 · s · Pa) or less.

選択性は分離係数により表される。分離係数は膜分離で一般的に用いられる選択性を表す以下の指標である。
分離係数=(Pα/Pβ)/(Fα/Fβ)
[ここで、Pαは透過液中の主成分の質量パーセント濃度、Pβは透過液中の副成分の質
量パーセント濃度、Fαは透過液において主成分となる成分の被分離混合物中の質量パーセント濃度、Fβは透過液において副成分となる成分の被分離混合物中の質量パーセント濃度である。]
分離係数は、例えば含水率30質量%の2−プロパノールまたはN−メチル−2−ピロリドンと水の混合物を、70℃において、1気圧(1.01×10Pa)の圧力差で透過させた場合、通常1000以上、好ましくは4000以上、より好ましくは10000以上、特に好ましくは20000以上である。分離係数の上限は完全に水しか透過しない場合であり、その場合は無限大となるが、好ましくは10000000以下、より好ましくは1000000以下である。
Selectivity is represented by a separation factor. The separation factor is the following index representing the selectivity generally used in membrane separation.
Separation factor = (Pα / Pβ) / (Fα / Fβ)
[Wherein Pα is the mass percent concentration of the main component in the permeate, Pβ is the mass percent concentration of the subcomponent in the permeate, Fα is the mass percent concentration in the separated mixture of the main component in the permeate, Fβ is the mass percent concentration of the component to be separated in the permeated liquid in the mixture to be separated. ]
As for the separation factor, for example, a mixture of 2-propanol or N-methyl-2-pyrrolidone having a water content of 30% by mass and water was permeated at 70 ° C. with a pressure difference of 1 atm (1.01 × 10 5 Pa). In this case, it is usually 1000 or more, preferably 4000 or more, more preferably 10,000 or more, and particularly preferably 20000 or more. The upper limit of the separation factor is the case where only water is completely transmitted. In this case, the separation factor is infinite, but is preferably 10000000 or less, more preferably 1000000 or less.

分離対象が、水と有機化合物の混合物(以下これを「含水有機化合物」ということがある。)の場合、混合物中の含水率は、通常20質量%以上、好ましくは30質量%以上、より好ましくは45質量%以上であり、通常95質量%以下、好ましくは80質量%以下、より好ましくは70質量%以下である。
本発明の分離方法では、ゼオライト膜を透過する物質は、通常水であるため、含水率が少なくなると処理量が低下するため効率的でない。また含水率が多すぎると濃縮に必要な膜が大面積となり(膜が管状に形成されている場合は数が多くなり)経済的な効果が小さくなる。
When the object to be separated is a mixture of water and an organic compound (hereinafter sometimes referred to as “water-containing organic compound”), the water content in the mixture is usually 20% by mass or more, preferably 30% by mass or more, more preferably Is 45% by mass or more, usually 95% by mass or less, preferably 80% by mass or less, and more preferably 70% by mass or less.
In the separation method of the present invention, since the substance that permeates the zeolite membrane is usually water, if the water content decreases, the amount of treatment decreases, which is not efficient. On the other hand, if the water content is too high, the membrane required for concentration becomes a large area (in the case where the membrane is formed in a tubular shape, the number is increased), and the economic effect is reduced.

含水有機化合物としては、適当な水分調節方法により、予め含水率を調節したものであってもよい。この場合、好ましい含水率は上記と同様である。また、水分調節方法としては、それ自体既知の方法、例えば、蒸留、圧力スイング吸着(PSA)、温度スイング吸着(TSA)、デシカントシステムなどが挙げられる。
さらに、ゼオライト膜複合体によって水が分離された含水有機化合物から、さらに水を分離してもよい。これにより、より高度に水を分離し、含水有機化合物をさらに高度に濃縮することができる。
As a water-containing organic compound, the water content may be adjusted in advance by an appropriate water adjustment method. In this case, the preferred water content is the same as described above. Examples of the moisture adjustment method include methods known per se, such as distillation, pressure swing adsorption (PSA), temperature swing adsorption (TSA), and desiccant system.
Further, water may be further separated from the water-containing organic compound from which water has been separated by the zeolite membrane composite. Thereby, water can be separated to a higher degree and the water-containing organic compound can be further concentrated.

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

これらの中から、分子ふるいと親水性の両方の特徴を生かすことのできる有機酸と水との混合物から有機酸を分離するときに無機多孔質支持体−ゼオライト膜複合体の効果が際立って発現する。好ましくはカルボン酸類と水との混合物、特に好ましくは酢酸と水の分離などがより好適な例である。
また、有機酸以外の有機物と水との混合物から有機物と水を分離する場合の有機物は炭素数が2以上であることが好ましく、炭素数が3以上であることがより好ましい。
Among these, the effect of the inorganic porous support-zeolite membrane composite is noticeable when separating the organic acid from a mixture of organic acid and water, which can take advantage of both molecular sieve and hydrophilic characteristics. To do. A preferred example is a mixture of carboxylic acids and water, particularly preferably separation of acetic acid and water.
In addition, the organic substance in the case of separating the organic substance and water from the mixture of the organic substance other than the organic acid and water preferably has 2 or more carbon atoms, and more preferably 3 or more carbon atoms.

これら有機酸以外の有機物の中では、特にアルコール、エーテル、ケトン、アルデヒド、アミドから選ばれる少なくとも一種を含有する有機化合物が望ましい。これら有機化合物の中で、炭素数が2から10のものが好ましく、炭素数が3から8のものがより好ましい。
また有機化合物としては、水と混合物(混合溶液)を形成し得る高分子化合物でもよい。かかる高分子化合物としては、分子内に極性基を有するもの、例えば、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコールなどのポリオール類;ポリアミン類;ポリスルホン酸類;ポリアクリル酸などのポリカルボン酸類;ポリアクリル酸エステルなどのポリカルボン酸エステル類;グラフト重合等によってポリマー類を変性させた変性高分子化合物類;オ
レフィンなどの非極性モノマーとカルボキシル基等の極性基を有する極性モノマーとの共重合によって得られる共重合高分子化合物類などが挙げられる。
Among these organic substances other than organic acids, organic compounds containing at least one selected from alcohols, ethers, ketones, aldehydes, and amides are particularly desirable. Among these organic compounds, those having 2 to 10 carbon atoms are preferable, and those having 3 to 8 carbon atoms are more preferable.
Moreover, as an organic compound, the high molecular compound which can form a mixture (mixed solution) with water may be sufficient. Examples of such a polymer compound include those having a polar group in the molecule, for example, polyols such as polyethylene glycol and polyvinyl alcohol; polyamines; polysulfonic acids; polycarboxylic acids such as polyacrylic acid; Carboxylic acid esters; modified polymer compounds obtained by modifying polymers by graft polymerization, etc .; copolymerized polymer compounds obtained by copolymerization of nonpolar monomers such as olefins and polar monomers having polar groups such as carboxyl groups And the like.

前記含水混合物としては、水とフェノールの混合物のように、共沸混合物を形成する混合物でもよく、共沸混合物を形成する混合物の分離においては、水を選択的にかつ、蒸留による分離よりも効率よく分離可能な面で好ましい。具体的には、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール等;のアルコール類と水の混合物、酢酸エチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸メチル等;のエステル類と水の混合物、ギ酸、イソ酪酸、吉草酸等;のカルボン酸類と水の混合物フェノールやアニリン等;の芳香族有機物と水の混合物、アセトニトリル、アクリロニトリル等;の窒素含有物と水との混合物等が挙げられる。   The water-containing mixture may be a mixture that forms an azeotrope, such as a mixture of water and phenol. In the separation of a mixture that forms an azeotrope, water is more selective than the separation by distillation. It is preferable in terms of well-separable surfaces. Specifically, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol and the like; mixtures of alcohols and water, ethyl acetate, ethyl acrylate, methyl methacrylate, etc .; esters and water Mixtures, formic acid, isobutyric acid, valeric acid, etc .; carboxylic acids and water mixtures; phenols, anilines, etc .; aromatic organic substances and water mixtures, acetonitrile, acrylonitrile, etc .; nitrogen-containing mixtures and water, etc. .

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

本発明のゼオライト膜複合体は、耐酸性を有するため、水と酢酸など有機酸の混合物からの水分離、エステル化反応促進のための水分離などにも有効に利用できる。
本発明の分離方法は、前記ゼオライト膜複合体を用いて、適当な分離装置を作製し、それに有機化合物を含む気体または液体の混合物を導入することにより行えばよい。これら分離装置は、それ自体既知の部材により作製することができる。
Since the zeolite membrane composite of the present invention has acid resistance, it can be effectively used for water separation from a mixture of water and an organic acid such as acetic acid and water separation for promoting esterification reaction.
The separation method of the present invention may be carried out by preparing a suitable separation device using the zeolite membrane composite and introducing a gas or liquid mixture containing an organic compound into the separation device. These separation devices can be made of a member known per se.

以下、実験例に基づいて本発明を更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実験例により限定されるものではない。なお、以下の実験例において、物性や分離性能等の測定は、次のとおり行った。
(1)X線回折(XRD)測定
ゼオライト膜のXRD測定を、以下の条件で行った。
・装置名:オランダPANalytical社製X’PertPro MPD
・光学系仕様 入射側:封入式X線管球(CuKα)
Soller Slit (0.04rad)
Divergence Slit (Valiable Slit
)
試料台:XYZステージ
受光側:半導体アレイ検出器(X’ Celerator)
Ni−filter
Soller Slit (0.04rad)
ゴニオメーター半径:240mm
・測定条件 X線出力(CuKα):45kV、40mA
走査軸:θ/2θ
走査範囲(2θ):5.0−70.0°
測定モード:Continuous
読込幅:0.05°
計数時間:99.7sec
自動可変スリット(Automatic−DS):1mm(照射幅)
横発散マスク:10mm(照射幅)
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。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically based on experimental examples. However, the present invention is not limited to the following experimental examples unless it exceeds the gist. In the following experimental examples, physical properties and separation performance were measured as follows.
(1) X-ray diffraction (XRD) measurement XRD measurement of the zeolite membrane was performed under the following conditions.
-Device name: X'PertPro MPD manufactured by PANalytical, the Netherlands
Optical system specifications Incident side: Enclosed X-ray tube (CuKα)
Soller Slit (0.04 rad)
Divergence Slit (Variable Slit
)
Sample stage: XYZ stage
Light receiving side: Semiconductor array detector (X 'Celerator)
Ni-filter
Soller Slit (0.04 rad)
Goniometer radius: 240mm
Measurement conditions X-ray output (CuKα): 45 kV, 40 mA
Scanning axis: θ / 2θ
Scanning range (2θ): 5.0-70.0 °
Measurement mode: Continuous
Reading width: 0.05 °
Counting time: 99.7 sec
Automatic variable slit (Automatic-DS): 1 mm (irradiation width)
Lateral divergence mask: 10 mm (irradiation width)
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.

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、Materials Data, 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。
(2)空気透過量
ゼオライト膜複合体の一端を封止し、他端を、密閉状態で5kPaの真空ラインに接続して、真空ラインとゼオライト膜複合体の間に設置したマスフローメーターで空気の流量を測定し、空気透過量[L/(m・h)]とした。マスフローメーターとしてはKOFLOC社製8300、Nガス用、最大流量500ml/min(20℃、1気圧換算)を用いた。KOFLOC社製8300においてマスフローメーターの表示が10ml/min(20℃、1気圧換算)以下であるときはLintec社製MM−2100M、Airガス用、最大流量20ml/min(0℃、1気圧換算)を用いて測定した。
In addition, the irradiation width was fixed to 1 mm by an automatic variable slit and measured, and Materials Data, Inc. XRD analysis software JADE 7.5.2 (Japanese version) was used to perform variable slit → fixed slit conversion to obtain an XRD pattern.
(2) Air permeation amount One end of the zeolite membrane composite was sealed, the other end was sealed and connected to a 5 kPa vacuum line, and the air flow was measured with a mass flow meter installed between the vacuum line and the zeolite membrane composite. The flow rate was measured and the air permeation amount [L / (m 2 · h)] was obtained. As the mass flow meter, 8300 manufactured by KOFLOC, for N 2 gas, and a maximum flow rate of 500 ml / min (20 ° C., converted to 1 atm) were used. When the mass flow meter display on the KOFLOC 8300 is 10 ml / min (20 ° C, converted to 1 atm) or less, Lintec MM-2100M, for Air gas, maximum flow rate 20 ml / min (converted to 0 ° C, 1 atm) It measured using.

(3)SEM−EDX測定
ゼオライト膜のSEM−EDX測定を、以下の条件で行った。
・装置名:SEM:FE−SEM Hitachi:S−4800
EDX:EDAX Genesis
・加速電圧:10kV
倍率5000倍での視野全面(25μm×18μm)を走査し、X線定量分析を行った。
(3) SEM-EDX measurement SEM-EDX measurement of the zeolite membrane was performed under the following conditions.
-Device name: SEM: FE-SEM Hitachi: S-4800
EDX: EDAX Genesis
・ Acceleration voltage: 10 kV
The entire field of view (25 μm × 18 μm) at a magnification of 5000 was scanned, and X-ray quantitative analysis was performed.

(4)SEM測定
SEM測定は以下の条件に基づき行った。
・装置名:SEM:FE−SEM Hitachi:S−4100
・加速電圧:10kV
(5)パーベーパレーション法
パーベーパレーション法に用いた装置の概略図を図1に示す。図1においてゼオライト膜複合体5は真空ポンプ9によって内側が減圧され、被分離液4が接触している外側と圧力差が約1気圧になっている。この圧力差によって被分離液4中透過物質の水がゼオライト膜複合体5に浸透気化して透過する。透過した物質はトラップ7で捕集される。一方、被分離液4中の有機化合物は、ゼオライト膜複合体5の外側に滞留する。
(4) SEM measurement SEM measurement was performed based on the following conditions.
Device name: SEM: FE-SEM Hitachi: S-4100
・ Acceleration voltage: 10 kV
(5) Pervaporation method FIG. 1 shows a schematic diagram of an apparatus used for the pervaporation method. In FIG. 1, the inside of the zeolite membrane composite 5 is depressurized by a vacuum pump 9, and the pressure difference from the outside in contact with the liquid 4 to be separated is about 1 atm. Due to this pressure difference, the permeated water in the liquid to be separated 4 permeates and permeates into the zeolite membrane composite 5. The permeated material is collected by the trap 7. On the other hand, the organic compound in the liquid to be separated 4 stays outside the zeolite membrane composite 5.

一定時間ごとに、トラップ7に捕集した透過液の重量測定および組成分析、被分離液4の組成分析を行い、それらの値を用いて各時間の分離係数、透過流束、水のパーミエンスなどを前記のとおり算出した。なお、組成分析はガスクロマトグラフにより行った。
(6)ベーパーパーミエーション法
ベーパーパーミエーション法に用いた装置の概略図を図2に示す。図2において、被分離液10は送液ポンプ11によって気化器12に所定流量で送られ、気化器12での加熱により全量が気化され、被分離ガスとなる。被分離ガスは恒温槽13内のゼオライト膜複合体モジュール14に導入され、ゼオライト膜複合体の外側に供給される。ゼオライト膜複合体モジュール14は、ゼオライト膜複合体を筐体中に納めたものである。ゼオライト膜複合体は真空ポンプ18によって内側が減圧され、被分離ガスとの圧力差が約1気圧になっている。内側の圧力は、図示はしないがピラニーゲージで測定することができる。こ
の圧力差によって被分離ガス中透過物質の水がゼオライト膜複合体14を透過する。透過した物質は透過液捕集用トラップ16で捕集される。一方、被分離ガス中の透過しなかった成分は、被分離液回収用トラップ15で液化、捕集される。
At regular intervals, the permeate collected in the trap 7 is weighed and analyzed, and the composition of the liquid 4 to be separated is analyzed. Using these values, the separation factor, permeation flux, water permeance, etc. Was calculated as described above. The composition analysis was performed by gas chromatography.
(6) Vapor Permeation Method FIG. 2 shows a schematic diagram of an apparatus used for the vapor permeation method. In FIG. 2, the liquid to be separated 10 is sent to the vaporizer 12 at a predetermined flow rate by the liquid feed pump 11, and the entire amount is vaporized by heating in the vaporizer 12 to become a gas to be separated. The gas to be separated is introduced into the zeolite membrane composite module 14 in the thermostatic chamber 13 and supplied to the outside of the zeolite membrane composite. The zeolite membrane composite module 14 is obtained by housing a zeolite membrane composite in a housing. The inside of the zeolite membrane composite is depressurized by the vacuum pump 18, and the pressure difference with the gas to be separated is about 1 atm. Although not shown, the inner pressure can be measured with a Pirani gauge. Due to this pressure difference, the permeated water in the gas to be separated permeates the zeolite membrane composite 14. The permeated substance is collected by the permeate collecting trap 16. On the other hand, components that have not permeated in the gas to be separated are liquefied and collected by the liquid collecting trap 15.

一定時間ごとに、透過液捕集用トラップ16に捕集した透過液の重量測定および組成分析を行い、それらの値を用いて各時間の分離係数、透過流束、水のパーミエンスなどを前記の通り算出した。なお、組成分析はガスクロマトグラフにより行った。
(7)XPS測定
ゼオライト膜表面のXPS(X線光電子分光法)測定を、以下の条件で行った。
・装置名:PHI社製 Quantum2000
・ X線源:単色化Al−Kα、出力 16kV−34W(X線発生面積170μmφ)・ 帯電中和:電子銃(5μA)、イオン銃(10V)併用
・ 分光系:パルスエネルギー 187.85eV@ワイドスペクトル
58.70eV@ナロースペクトル(Na1s、Al2p、Si2p、K2p、S2p)
29.35eV@ワイドスペクトル(C1s、O1s、Si2p)
・測定領域:スポット照射(照射面積<340μmφ)
取り出し角:45°(表面より)
(比較例1)
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次のとおり作製した。
At regular time intervals, the permeate collected in the permeate trap 16 is weighed and the composition is analyzed. Using these values, the separation factor, permeation flux, water permeance, etc. for each time are measured. Calculated as follows. The composition analysis was performed by gas chromatography.
(7) XPS Measurement XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) measurement on the zeolite membrane surface was performed under the following conditions.
・ Device name: Quantum2000 manufactured by PHI
・ X-ray source: Monochromatic Al-Kα, output 16 kV-34 W (X-ray generation area 170 μmφ) ・ Charge neutralization: combined use of electron gun (5 μA) and ion gun (10 V) ・ Spectroscopy system: pulse energy 187.85 eV @ wide Spectrum
58.70 eV @ narrow spectrum (Na1s, Al2p, Si2p, K2p, S2p)
29.35eV@wide spectrum (C1s, O1s, Si2p)
Measurement area: Spot irradiation (irradiation area <340 μmφ)
Extraction angle: 45 ° (from surface)
(Comparative Example 1)
The inorganic porous support CHA-type zeolite membrane composite was produced by hydrothermal synthesis of CHA-type zeolite directly on the inorganic porous support as follows.

水熱合成用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100.5g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(以下これを「TMADAOH」という。)水溶液(TMADAOH25重量%含有、セイケム社製)2.36gを加え、さらにコロイダルシリカ(日産化学社製 スノーテック−40)10.5gを加えて2時間撹拌し、反応混合物とした。
The following was prepared as a reaction mixture for hydrothermal synthesis.
Aluminum hydroxide (containing 53.5% by weight of Al 2 O 3 , manufactured by Aldrich) mixed with 10.5 g of 1 mol / L-NaOH aqueous solution, 7.0 g of 1 mol / L-KOH aqueous solution and 100.5 g of water 88 g was added, stirred and dissolved to obtain a transparent solution. As an organic template, 2.36 g of an aqueous solution of N, N, N-trimethyl-1-adamantanammonium hydroxide (hereinafter referred to as “TMADAOH”) (containing 25% by weight of TMADAOH, manufactured by Seychem) was added, and colloidal silica was further added. 10.5 g (Nissan Chemical Snow Tech-40) was added and stirred for 2 hours to obtain a reaction mixture.

この反応混合物の組成(モル比)は、SiO/Al/NaOH/KOH/HO/TMADAOH=1/0.066/0.15/0.1/100/0.04、SiO/Al=15である。
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80mmの長さに切断し、超音波洗浄機で洗浄したのち乾燥させたものを用いた。
The composition (molar ratio) of this reaction mixture was SiO 2 / Al 2 O 3 / NaOH / KOH / H 2 O / TMADAOH = 1 / 0.066 / 0.15 / 0.1 / 100 / 0.04, SiO 2 2 / Al 2 O 3 = 15.
As the inorganic porous support, a porous alumina tube (outer diameter 12 mm, inner diameter 9 mm) was cut to a length of 80 mm, washed with an ultrasonic cleaner and dried.

種結晶として、SiO/Al/NaOH/KOH/HO/TMADAOH=1/0.033/0.1/0.06/40/0.07のゲル組成(モル比)で160℃、2
日間水熱合成して結晶化させたCHA型ゼオライトを用いた。この種結晶の粒径は1μm程度であった。
この種結晶を1質量%水中に分散させた分散液に、上記支持体を所定時間浸漬した後、100℃で5時間乾燥させて、種結晶を付着させた。付着した種結晶の質量は2.2g/mであった。
As a seed crystal, the gel composition (molar ratio) of SiO 2 / Al 2 O 3 / NaOH / KOH / H 2 O / TMADAOH = 1 / 0.033 / 0.1 / 0.06 / 40 / 0.07 is 160. ° C, 2
A CHA-type zeolite crystallized by hydrothermal synthesis for days was used. The seed crystal grain size was about 1 μm.
The support was immersed in a dispersion obtained by dispersing the seed crystal in 1% by mass of water for a predetermined time, and then dried at 100 ° C. for 5 hours to adhere the seed crystal. The mass of the attached seed crystal was 2.2 g / m 2 .

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(200ml)に垂直方向に浸漬してオートクレーブを密閉し、静置状態で、160℃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。
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求めた、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。
The support to which the seed crystal was attached was immersed in a Teflon (registered trademark) inner cylinder (200 ml) containing the above reaction mixture in the vertical direction to seal the autoclave, and left standing at 160 ° C. for 48 hours. Heated under autogenous pressure. After the elapse of a predetermined time, after cooling, the support-zeolite membrane complex was taken out of the reaction mixture, washed and dried at 100 ° C. for 5 hours or more.
The zeolite membrane composite before template firing was fired in an electric furnace at 500 ° C. for 5 hours. The weight of the CHA zeolite crystallized on the support, which was obtained from the difference between the weight of the membrane composite after firing and the weight of the support, was 130 g / m 2 .

焼成後のゼオライト膜複合体の空気透過量は190L/(m・h)であった。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パターンから、(2θ=17.9°付近のピークの強度)/(2θ=20.8°付近のピークの強度)=3.5であり、種結晶に用いた粉末のCHA型ゼオライトのXRDに比べ2θ=17.9°付近のピークの強度が顕著に大きく、rhombohedral settingにおける(1,1,1)面への配向が推測された。
The air permeation amount of the zeolite membrane composite after calcination was 190 L / (m 2 · h). When XRD of the produced membrane was measured, it was found that CHA-type zeolite was produced.
From the XRD pattern, (the intensity of the peak near 2θ = 17.9 °) / (the intensity of the peak near 2θ = 20.8 °) = 3.5, and the XRD of the CHA-type zeolite of the powder used for the seed crystal The peak intensity around 2θ = 17.9 ° was remarkably larger than that in FIG. 2, and the orientation to the (1,1,1) plane in the rhombohedral setting was estimated.

短冊状に切断した無機多孔質支持体−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ることが分かった。
SEM−EDXにより測定した、ゼオライト膜のSiO/Alモル比は17であった。
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/N−メチル−2−ピロリドン混合溶液(30/70重量%)から水を選択的に透過させる分離を行った。
As a result of observing the inorganic porous support-zeolite membrane composite cut into strips by SEM, it was found that crystals were densely formed on the surface.
The SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite membrane measured by SEM-EDX was 17.
Using the obtained inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite, water was selectively selected from a water / N-methyl-2-pyrrolidone mixed solution (30/70% by weight) at 70 ° C. by a pervaporation method. Separation to be permeated through.

3時間後の透過成績は、透過流束:7.9kg/(m・h)、分離係数:2200、透過液中の水の濃度は99.89重量%であった。水のパーミエンスであらわすと、5.8×10−6mol/(m・s・Pa)であった。評価結果を表1に示す。
(実施例1)
比較例1と同じ条件で作製した無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を、脱塩水が約150g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、120℃で5時間、自生圧力下で加熱し、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だした。以下、この処理を「温水処理1」という。
The permeation results after 3 hours were as follows: permeation flux: 7.9 kg / (m 2 · h), separation factor: 2200, and the concentration of water in the permeate was 99.89% by weight. The water permeance was 5.8 × 10 −6 mol / (m 2 · s · Pa). The evaluation results are shown in Table 1.
(Example 1)
The inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite produced under the same conditions as in Comparative Example 1 was immersed vertically in a Teflon (registered trademark) inner cylinder containing about 150 g of demineralized water, and the autoclave was sealed. The mixture was heated at 120 ° C. for 5 hours under an autogenous pressure, allowed to cool after a predetermined time, and then the support-zeolite membrane composite was taken out from the reaction mixture. Hereinafter, this treatment is referred to as “warm water treatment 1”.

温水処理1を施し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/N−メチル−2−ピロリドン混合溶液(30/70重量%)から水を選択的に透過させる分離を行った。
3時間後の透過成績は、透過流束:7.8kg/(m・h)、分離係数:25100、透過液中の水の濃度:99.99重量%であった。水のパーミエンスであらわすと、5.7×10−6mol/(m・s・Pa)であった。評価結果を表1に示す。
Using an inorganic porous support-CHA-type zeolite membrane composite subjected to warm water treatment 1, water is obtained from a water / N-methyl-2-pyrrolidone mixed solution (30/70% by weight) at 70 ° C. by a pervaporation method. Separation with selective permeation was performed.
After 3 hours, the permeation results were as follows: permeation flux: 7.8 kg / (m 2 · h), separation factor: 25100, concentration of water in the permeate: 99.99% by weight. In terms of water permeance, it was 5.7 × 10 −6 mol / (m 2 · s · Pa). The evaluation results are shown in Table 1.

比較例1と実施例1の結果から、温水処理1を施すことで分離係数が約11倍に向上したことが分かる。
(比較例2)
無機多孔質支持体としてニッカトー社製のムライトチューブPM(外径12mm、内径9mm)を用いた以外は比較例1と同様に無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を作製した。
From the results of Comparative Example 1 and Example 1, it can be seen that the separation factor was improved about 11 times by applying the hot water treatment 1.
(Comparative Example 2)
An inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that a mullite tube PM (external diameter: 12 mm, internal diameter: 9 mm) manufactured by Nikkato was used as the inorganic porous support.

焼成後のゼオライト膜複合体の重量と支持体の重量の差から求めた、支持体上に結晶化したCHA型ゼオライトの重量は140g/mであった。
焼成後のゼオライト膜複合体の空気透過量は50L/(m・min)であった。
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。
The weight of the CHA-type zeolite crystallized on the support, determined from the difference between the weight of the calcined zeolite membrane complex and the weight of the support, was 140 g / m 2 .
The air permeation amount of the zeolite membrane composite after calcination was 50 L / (m 2 · min).
When XRD of the produced membrane was measured, it was found that CHA-type zeolite was produced.

XRDパターンから、(2θ=17.9°付近のピークの強度)/(2θ=20.8°
付近のピークの強度)=2.0であり、種結晶に用いた粉末のCHA型ゼオライトのXRDに比べ2θ=17.9°付近のピークの強度が顕著に大きく、rhombohedral settingにおける(1,1,1)面への配向が推測された。
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。
From the XRD pattern, (peak intensity around 2θ = 17.9 °) / (2θ = 20.8 °)
The intensity of the peak in the vicinity of 2θ = 17.9 ° is significantly larger than the XRD of the powdered CHA-type zeolite used for the seed crystal, which is (1,1) in the rhombohedral setting. 1) Orientation to the plane was estimated.
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.

SEM−EDXにより、ゼオライト膜のSiO/Alモル比を測定した結果、生成した膜のSiO/Alモル比は17であった。
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/N−メチル−2−ピロリドン混合溶液(30/70重量%)から水を選択的に透過させる分離を行った。
The SEM-EDX, the results of measuring the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite membrane, SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the produced film was 17.
Using the obtained inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite, water was selectively selected from a water / N-methyl-2-pyrrolidone mixed solution (30/70% by weight) at 70 ° C. by a pervaporation method. Separation to be permeated through.

3時間後の透過成績は、透過流束:4.1g/(m・h)、分離係数:2800、透過液中の水の濃度:99.91重量%であった。水のパーミエンスであらわすと、3.0×10−6mol/(m・s・Pa)であった。評価結果を表1に示す。
(実施例2)
比較例2と同じ条件で作製した無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体に、例2と同様に温水処理1を施した。
The permeation performance after 3 hours was as follows: permeation flux: 4.1 g / (m 2 · h), separation factor: 2800, concentration of water in the permeate: 99.91 wt%. The water permeance was 3.0 × 10 −6 mol / (m 2 · s · Pa). The evaluation results are shown in Table 1.
(Example 2)
The inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite produced under the same conditions as in Comparative Example 2 was subjected to hot water treatment 1 in the same manner as in Example 2.

温水処理1を施し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/N−メチル−2−ピロリドン混合溶液(30/70
重量%)から水を選択的に透過させる分離を行った。
3時間後の透過成績は、透過流束:4.3kg/(m・h)、分離係数:25100、透過液中の水の濃度:99.99重量%であった。水のパーミエンスであらわすと、3.1×10−6mol/(m・s・Pa)であった。評価結果を表1に示す。
A water / N-methyl-2-pyrrolidone mixed solution (30/70) at 70 ° C. by a pervaporation method using an inorganic porous support-CHA-type zeolite membrane composite subjected to hot water treatment 1.
(% By weight) was selectively separated from water.
After 3 hours, the permeation results were as follows: permeation flux: 4.3 kg / (m 2 · h), separation factor: 25100, concentration of water in the permeate: 99.99% by weight. The water permeance was 3.1 × 10 −6 mol / (m 2 · s · Pa). The evaluation results are shown in Table 1.

比較例2と実施例2の結果から、温水処理1を施すことで分離係数が約9倍に向上したことが分かる。
(比較例3)
水熱合成用の反応混合物として、以下のものを調製した以外は比較例2と同様に無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を作製した。
From the results of Comparative Example 2 and Example 2, it can be seen that the separation factor was improved about 9 times by applying the hot water treatment 1.
(Comparative Example 3)
An inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite was prepared in the same manner as in Comparative Example 2 except that the following was prepared as a reaction mixture for hydrothermal synthesis.

水熱合成用の反応混合物は1mol/L−NaOH水溶液8.8gと1mol/L−KOH水溶液17.6gと水90.2g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)1.68gを加えて撹拌し溶解させ、透明溶液とした。これにTMADAOH水溶液(TMADAOH25重量%含有、セイケム社製)2.99gを加え、さらにコロイダルシリカ(日産化学社製 スノーテック−40)13.2gを加えて2時間撹拌して調製した。
The reaction mixture for hydrothermal synthesis was prepared by mixing 8.8 g of a 1 mol / L-NaOH aqueous solution, 17.6 g of a 1 mol / L-KOH aqueous solution and 90.2 g of water with aluminum hydroxide (Al 2 O 3
1.68 g (containing 53.5% by weight, manufactured by Aldrich) was added and dissolved by stirring to obtain a transparent solution. To this, 2.99 g of TMADAOH aqueous solution (containing 25% by weight of TMADAOH, manufactured by Sechem Co.) was added, and further 13.2 g of colloidal silica (Snowtech-40 manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd.) was added and stirred for 2 hours to prepare.

この反応混合物の組成(モル比)は、SiO/Al/NaOH/KOH/HO/TMADAOH=1/0.1/0.1/0.2/80/0.04、SiO/Al=10である。
焼成後のゼオライト膜複合体の重量と支持体の重量の差から求めた、支持体上に結晶化したCHA型ゼオライトの重量は90g/mであった。
The composition (molar ratio) of this reaction mixture was SiO 2 / Al 2 O 3 / NaOH / KOH / H 2 O / TMADAOH = 1 / 0.1 / 0.1 / 0.2 / 80 / 0.04, SiO 2 / Al 2 O 3 = 10.
The weight of the CHA-type zeolite crystallized on the support, determined from the difference between the weight of the calcined zeolite membrane composite and the weight of the support, was 90 g / m 2 .

焼成後のゼオライト膜複合体の空気透過量は440L/(m・min)であった。
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パターンから、(2θ=17.9°付近のピークの強度)/(2θ=20.8°
付近のピークの強度)=0.7であり、種結晶に用いた粉末のCHA型ゼオライトのXR
Dに比べ2θ=17.9°付近のピークの強度が顕著に大きく、rhombohedral settingにおける(1,1,1)面への配向が推測された。
The air permeation amount of the zeolite membrane composite after calcination was 440 L / (m 2 · min).
When XRD of the produced membrane was measured, it was found that CHA-type zeolite was produced.
From the XRD pattern, (peak intensity around 2θ = 17.9 °) / (2θ = 20.8 °)
The intensity of the peak in the vicinity) is 0.7, and the XR of the powdered CHA zeolite used for the seed crystal
Compared to D, the intensity of the peak near 2θ = 17.9 ° was significantly larger, and the orientation to the (1,1,1) plane in the rhombohedral setting was estimated.

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。
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。
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.
Using the obtained inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite, separation was carried out by selectively permeating water from a 70 ° C. water / acetic acid mixed solution (50/50 wt%) by a pervaporation method. .

5時間後の透過成績は、透過流束:5.4kg/(m・h)、分離係数:400、透過液中の水の濃度:99.76重量%であった。水のパーミエンスであらわすと、3.4×10−6mol/(m・s・Pa)であった。評価結果を表1に示す。
(実施例3)
比較例3と同じ条件で作製した無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体に、処理時間を6時間とした以外は実施例1と同様の条件で温水処理を施した。以下、この処理を「温水処理2」という。
The permeation results after 5 hours were as follows: permeation flux: 5.4 kg / (m 2 · h), separation factor: 400, and water concentration in the permeate: 99.76% by weight. The water permeance was 3.4 × 10 −6 mol / (m 2 · s · Pa). The evaluation results are shown in Table 1.
(Example 3)
The inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite produced under the same conditions as in Comparative Example 3 was subjected to hot water treatment under the same conditions as in Example 1 except that the treatment time was 6 hours. Hereinafter, this treatment is referred to as “warm water treatment 2”.

温水処理2を施し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。
5時間後の透過成績は、透過流束:5.7kg/(m・h)、分離係数:2000、透過液中の水の濃度:99.95重量%であった。水のパーミエンスであらわすと、3.6×10−6mol/(m・s・Pa)であった。評価結果を表1に示す。
Using an inorganic porous support-CHA-type zeolite membrane composite subjected to warm water treatment 2, water is selectively permeated from a 70 ° C. water / acetic acid mixed solution (50/50 wt%) by a pervaporation method. Separation was performed.
The permeation performance after 5 hours was as follows: permeation flux: 5.7 kg / (m 2 · h), separation factor: 2000, and water concentration in the permeate: 99.95% by weight. The water permeance was 3.6 × 10 −6 mol / (m 2 · s · Pa). The evaluation results are shown in Table 1.

比較例3と実施例3の結果から、温水処理2を施すことで分離係数が約5倍に向上したことが分かる。
(参考例1)
比較例2と同じ条件で作製し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比較例1と同様に行った。
From the results of Comparative Example 3 and Example 3, it can be seen that the separation factor was improved about 5 times by applying the hot water treatment 2.
(Reference Example 1)
Using an inorganic porous support-CHA-type zeolite membrane composite produced under the same conditions as in Comparative Example 2, water was selectively selected from a 70 ° C. water / acetic acid mixed solution (50/50 wt%) by a pervaporation method. The permeation separation was performed in the same manner as in Comparative Example 1.

5時間後の透過成績は、透過流束:4.1kg/(m・h)、分離係数:600、透過液中の水の濃度:99.82重量%であった。水のパーミエンスであらわすと、2.6×10−6mol/(m・s・Pa)であった。評価結果を表2に示す。
(参考例2)
比較例2と同じ条件で作製した無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を、0.1mol/lのKOH水溶液が約150g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、70℃で2時間、自生圧力下で加熱し、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だした。以下、この処理を「アルカリ処理」という。
The permeation results after 5 hours were as follows: permeation flux: 4.1 kg / (m 2 · h), separation factor: 600, and water concentration in the permeate: 99.82% by weight. The water permeance was 2.6 × 10 −6 mol / (m 2 · s · Pa). The evaluation results are shown in Table 2.
(Reference Example 2)
An inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite produced under the same conditions as in Comparative Example 2 was immersed in a Teflon (registered trademark) inner cylinder containing about 150 g of 0.1 mol / l KOH aqueous solution in the vertical direction. The autoclave was sealed, heated at 70 ° C. for 2 hours under an autogenous pressure, and after a predetermined time had passed and allowed to cool, the support-zeolite membrane complex was taken out of the reaction mixture. Hereinafter, this treatment is referred to as “alkali treatment”.

アルカリ処理を施し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実施例1と同様に行った。
5時間後の透過成績は、透過流束:3.0kg/(m・h)、分離係数:200、透過液中の水の濃度:99.40重量%であった。水のパーミエンスであらわすと、1.9×10−6mol/(m・s・Pa)であった。評価結果を表2に示す。
Separation by selectively permeating water from a water / acetic acid mixed solution (50/50% by weight) at 70 ° C. by pervaporation method using an inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite subjected to alkali treatment Was carried out in the same manner as in Example 1.
The permeation performance after 5 hours was as follows: permeation flux: 3.0 kg / (m 2 · h), separation factor: 200, and water concentration in the permeate: 99.40% by weight. In terms of water permeance, it was 1.9 × 10 −6 mol / (m 2 · s · Pa). The evaluation results are shown in Table 2.

参考例1と参考例2の結果から、0.1mol/lの濃度でアルカリ処理を施すことで分離係数が約1/3に低下し、透過流束も減少したことが分かる。アルカリ処理によって
膜の一部が変質したと推測される。
(比較例4)
比較例2と同じ条件で無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を作製した。SEM−EDXにより、ゼオライト膜のSiO/Alモル比を測定した結果、生成した膜のSiO/Alモル比は17であった。XPSによりゼオライト膜表面のSiO/Alモル比を測定した結果、ゼオライト膜表面のSiO/Alモル比は36.2であった。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90℃の水/酢酸混合溶液(5/95重量%)から水を選択的に透過させる分離を実施例1と同様に行った。
From the results of Reference Example 1 and Reference Example 2, it can be seen that the separation factor was reduced to about 1/3 and the permeation flux was reduced by performing the alkali treatment at a concentration of 0.1 mol / l. It is estimated that a part of the film has been altered by the alkali treatment.
(Comparative Example 4)
An inorganic porous support-CHA-type zeolite membrane composite was produced under the same conditions as in Comparative Example 2. The SEM-EDX, the results of measuring the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite membrane, SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the produced film was 17. Results of the measurement of the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite membrane surface by XPS, SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite membrane surface was 36.2. Example of separation by selectively permeating water from water / acetic acid mixed solution (5/95% by weight) at 90 ° C. by pervaporation method using the obtained inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite 1 was performed.

5.5時間後の透過成績は、透過流束:1.3kg/(m・h)、分離係数:400、透過液中の水の濃度:95.75重量%であった。水のパーミエンスであらわすと、1.5×10−6mol/(m・s・Pa)であった。評価結果を表3に示す。
(実施例4)
比較例2と同じ条件で無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を作製した。この無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体のバルクでのSiO/Al比はSEM−EDXによって測定した結果17であった。XPSによりゼオライト膜表面のSiO/Alモル比を測定した結果、ゼオライト膜表面のSiO/Alモル比は36.2であった。
The permeation results after 5.5 hours were as follows: permeation flux: 1.3 kg / (m 2 · h), separation factor: 400, and water concentration in the permeate: 95.75% by weight. The water permeance was 1.5 × 10 −6 mol / (m 2 · s · Pa). The evaluation results are shown in Table 3.
Example 4
An inorganic porous support-CHA-type zeolite membrane composite was produced under the same conditions as in Comparative Example 2. The SiO 2 / Al 2 O 3 ratio in the bulk of this inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite was 17 as measured by SEM-EDX. Results of the measurement of the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite membrane surface by XPS, SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite membrane surface was 36.2.

この無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を脱塩水135gとテトラエトキシシラン(以下、TEOSと略することがある)2.5gおよび硫酸1.4gが入ったテフロン(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、100℃で20時間、自生圧力下で加熱し、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取りだし、脱塩水で洗浄した。以下、この処理を「温水処理3」という。   This inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite is made of Teflon (registered trademark) containing 135 g of demineralized water, 2.5 g of tetraethoxysilane (hereinafter sometimes abbreviated as TEOS) and 1.4 g of sulfuric acid. The autoclave was sealed by immersing in a vertical direction in a cylinder, heated at 100 ° C. for 20 hours under an autogenous pressure, allowed to cool after a predetermined time, and the support-zeolite membrane composite was taken out and washed with demineralized water. . Hereinafter, this treatment is referred to as “warm water treatment 3”.

温水処理3に用いた処理液のpHは1.0であり、H濃度は0.1mol/l、Si含有量が0.24質量%であった。
温水処理3を施した無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体のゼオライト膜表面のSiO/Alモル比をXPSにより測定した結果109.8であった。
温水処理3を行う前の無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体のバルクでのSiO/Al比に比べ温水処理3を行った後の膜表面のSiO/Al比は増加していた。したがって、ゼオライト膜表面がシリカで修飾されていると推測された。
The pH of the treatment liquid used for the hot water treatment 3 was 1.0, the H + concentration was 0.1 mol / l, and the Si content was 0.24% by mass.
The SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio on the zeolite membrane surface of the inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite subjected to the hot water treatment 3 was measured by XPS to be 109.8.
SiO 2 / Al 2 O the film surface after the hot water treatment 3 compared to the SiO 2 / Al 2 O 3 ratio in the bulk of the front of the inorganic porous support -CHA type zeolite membrane composite for performing hot water treatment 3 The 3 ratio was increasing. Therefore, it was estimated that the zeolite membrane surface was modified with silica.

温水処理3を施し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90℃の水/酢酸混合溶液(5/95重量%)から水を選択的に透過させる分離を実施例1と同様に行った。
5時間後の透過成績は、透過流束:0.92kg/(m・h)、分離係数:17900、透過液中の水の濃度:99.89重量%であった。水のパーミエンスであらわすと、1.2×10−6mol/(m・s・Pa)であった。評価結果を表3に示す。
Water is selectively permeated from a 90 ° C. water / acetic acid mixed solution (5/95 wt%) by the pervaporation method using the inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite subjected to the hot water treatment 3. Separation was performed as in Example 1.
The permeation results after 5 hours were as follows: permeation flux: 0.92 kg / (m 2 · h), separation factor: 17900, concentration of water in the permeate: 99.89% by weight. The water permeance was 1.2 × 10 −6 mol / (m 2 · s · Pa). The evaluation results are shown in Table 3.

比較例4と実施例4の比較から「温水処理3」によって分離係数が45倍に向上したことが分かる。
(実施例5)
比較例2と同じ条件で無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を作製した。この無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体のバルクでのSiO/Al比はSEM−EDXによって測定した結果17であった。この無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を脱塩水135gとテトラエトキシシラン(TEOS)2.5gおよび酢酸1.62gが入ったテフロン(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、100℃で20時間、自生圧力下で加熱し、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取りだし、脱塩水で洗浄した。以下、この処理を「温水処理4」という。温水処理4に用いた処理液のpHは2.9であり、H濃度は0.001mol/l、Si含有量が0.24質量%であった。
From the comparison between Comparative Example 4 and Example 4, it can be seen that the “hot water treatment 3” improved the separation factor by 45 times.
(Example 5)
An inorganic porous support-CHA-type zeolite membrane composite was produced under the same conditions as in Comparative Example 2. The SiO 2 / Al 2 O 3 ratio in the bulk of this inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite was 17 as measured by SEM-EDX. This inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite was immersed vertically in a Teflon (registered trademark) inner cylinder containing 135 g of demineralized water, 2.5 g of tetraethoxysilane (TEOS) and 1.62 g of acetic acid. The autoclave was sealed, heated at 100 ° C. for 20 hours under an autogenous pressure, allowed to cool after a predetermined time, and then the support-zeolite membrane composite was taken out and washed with demineralized water. Hereinafter, this treatment is referred to as “warm water treatment 4”. The pH of the treatment solution used for the hot water treatment 4 was 2.9, the H + concentration was 0.001 mol / l, and the Si content was 0.24% by mass.

温水処理4を施した無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体のゼオライト膜表面のSiO/Alモル比をXPSにより測定した結果91.2であった。
温水処理4を行う前の無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体のバルクでのSiO/Al比に比べ温水処理4を行った後の膜表面のSiO/Al比は大きくなっていた。したがって、ゼオライト膜表面がシリカで修飾されていると推測された。
The SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite membrane surface of the inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite subjected to hot water treatment 4 was measured by XPS to be 91.2.
SiO 2 / Al 2 O before the inorganic porous support -CHA type zeolite membrane SiO 2 / Al 2 O 3 ratio film surface after the hot water treatment 4 compared to the composite body of bulk performing hot water treatment 4 The 3 ratio was large. Therefore, it was estimated that the zeolite membrane surface was modified with silica.

温水処理4を施し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90℃の水/酢酸混合溶液(5/95重量%)から水を選択的に透過させる分離を実施例1と同様に行った。
5時間後の透過成績は、透過流束:1.2kg/(m・h)、分離係数:210000、透過液中の水の濃度:99.99重量%であった。水のパーミエンスであらわすと、1.7×10−6mol/(m・s・Pa)であった。評価結果を表3に示す。
Water is selectively permeated from a 90 ° C. water / acetic acid mixed solution (5/95% by weight) by a pervaporation method using the inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite subjected to hot water treatment 4. Separation was performed as in Example 1.
The permeation results after 5 hours were as follows: permeation flux: 1.2 kg / (m 2 · h), separation factor: 210000, and water concentration in the permeate: 99.99 wt%. The water permeance was 1.7 × 10 −6 mol / (m 2 · s · Pa). The evaluation results are shown in Table 3.

比較例4と実施例5の比較から「温水処理4」によって分離係数が500倍に向上したことが分かる。
(比較例5)
比較例2と同じ条件で無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を作製した。SEM−EDXにより、ゼオライト膜のSiO/Alモル比を測定した結果、生成した膜のSiO/Alモル比は17であった。XPSによりゼオライト膜表面のSiO/Alモル比を測定した結果、ゼオライト膜表面のSiO/Alモル比は36.2であった。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90℃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比較例1と同様に行った。
From the comparison between Comparative Example 4 and Example 5, it can be seen that the “hot water treatment 4” improved the separation factor by a factor of 500.
(Comparative Example 5)
An inorganic porous support-CHA-type zeolite membrane composite was produced under the same conditions as in Comparative Example 2. By SEM-EDX, the results of measuring the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite membrane, SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the produced film was 17. Results of the measurement of the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite membrane surface by XPS, SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite membrane surface was 36.2. Separation of selectively permeating water from a 90 ° C. water / acetic acid mixed solution (10/90 wt%) by the pervaporation method using the obtained inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite 1 was performed.

5時間後の透過成績は、透過流束:1.8kg/(m・h)、分離係数:1900、透過液中の水の濃度:99.49重量%であった。水のパーミエンスであらわすと、1.3×10−6mol/(m・s・Pa)であった。評価結果を表3に示す。
(実施例6)
比較例2と同じ条件で無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を作製した。この無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体のバルクでのSiO/Al比はSEM−EDXによって測定した結果17であった。XPSによりゼオライト膜表面のSiO/Alモル比を測定した結果、ゼオライト膜表面のSiO/Alモル比は36.2であった。
The permeation performance after 5 hours was as follows: permeation flux: 1.8 kg / (m 2 · h), separation factor: 1900, concentration of water in the permeate: 99.49% by weight. The water permeance was 1.3 × 10 −6 mol / (m 2 · s · Pa). The evaluation results are shown in Table 3.
(Example 6)
An inorganic porous support-CHA-type zeolite membrane composite was produced under the same conditions as in Comparative Example 2. The SiO 2 / Al 2 O 3 ratio in the bulk of this inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite was 17 as measured by SEM-EDX. Results of the measurement of the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite membrane surface by XPS, SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite membrane surface was 36.2.

この無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を脱塩水135gとテトラエトキシシラン(TEOS)2.5gおよびリン酸4.7gが入ったテフロン(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、100℃で20時間、自生圧力下で加熱し、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取りだし、脱塩水で洗浄した。以下、この処理を「温水処理5」という。   This inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite was immersed vertically in a Teflon (registered trademark) inner cylinder containing 135 g of demineralized water, 2.5 g of tetraethoxysilane (TEOS) and 4.7 g of phosphoric acid. The autoclave was sealed, heated at 100 ° C. for 20 hours under an autogenous pressure, allowed to cool after a predetermined time, and then the support-zeolite membrane composite was taken out and washed with demineralized water. Hereinafter, this treatment is referred to as “warm water treatment 5”.

温水処理5に用いた処理液のpHは1.3であり、H濃度は0.05mol/l、Si含有量が0.24質量%であった。
温水処理5を施した無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体のゼオライト膜表面のSiO/Alモル比をXPSにより測定した結果90.0であった。
温水処理5を行う前の無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体のバルクでのS
iO/Al比に比べ温水処理5を行った後の膜表面のSiO/Al比は増加していた。したがって、ゼオライト膜表面がシリカで修飾されていると推測された。
The pH of the treatment liquid used for the hot water treatment 5 was 1.3, the H + concentration was 0.05 mol / l, and the Si content was 0.24% by mass.
The SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio on the zeolite membrane surface of the inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite subjected to hot water treatment 5 was measured by XPS to be 90.0.
S in bulk of inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite before performing hot water treatment 5
Compared to the iO 2 / Al 2 O 3 ratio, the SiO 2 / Al 2 O 3 ratio on the film surface after the hot water treatment 5 was increased. Therefore, it was estimated that the zeolite membrane surface was modified with silica.

温水処理5を施し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90℃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実施例1と同様に行った。
5時間後の透過成績は、透過流束:1.7kg/(m・h)、分離係数:99000、透過液中の水の濃度:99.99重量%であった。水のパーミエンスであらわすと、1.3×10−6mol/(m・s・Pa)であった。評価結果を表3に示す。
比較例5と実施例6の比較から「温水処理5」によって分離係数が50倍に向上したことが分かる。
Water is selectively permeated from a 90 ° C. water / acetic acid mixed solution (10/90% by weight) by a pervaporation method using an inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite subjected to hot water treatment 5. Separation was performed as in Example 1.
The permeation results after 5 hours were a permeation flux of 1.7 kg / (m 2 · h), a separation factor of 99000, and a water concentration in the permeate: 99.99% by weight. The water permeance was 1.3 × 10 −6 mol / (m 2 · s · Pa). The evaluation results are shown in Table 3.
From the comparison between Comparative Example 5 and Example 6, it can be seen that the “hot water treatment 5” improved the separation factor by 50 times.

(実施例7)
比較例2と同じ条件で無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を作製した。得られた無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を脱塩水134gと日産化学製コロイダルシリカ スノーテックス40:1.8gが入ったテフロン(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、100℃で21時間、自生圧力下で加熱し、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取りだし、脱塩水で洗浄した。以下、この処理を「温水処理6」という。温水処理6の、Si含有量は0.25質量%であった。
(Example 7)
An inorganic porous support-CHA-type zeolite membrane composite was produced under the same conditions as in Comparative Example 2. The obtained inorganic porous support-CHA-type zeolite membrane composite was immersed vertically in a Teflon (registered trademark) inner cylinder containing 134 g of desalted water and colloidal silica Snowtex 40: 1.8 g manufactured by Nissan Chemical. The autoclave was sealed, heated at 100 ° C. for 21 hours under an autogenous pressure, allowed to cool after a predetermined time, and then the support-zeolite membrane complex was taken out and washed with demineralized water. Hereinafter, this treatment is referred to as “warm water treatment 6”. The Si content of the hot water treatment 6 was 0.25% by mass.

温水処理6を施し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90℃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比較例1と同様に行った。
5時間後の透過成績は、透過流束:2.3kg/(m・h)、分離係数:91000、透過液中の水の濃度:99.99重量%であった。水のパーミエンスであらわすと、1.6×10−6mol/(m・s・Pa)であった。
比較例5と実施例7の比較から「温水処理6」によって分離係数が48倍に向上したことが分かる。
Separation in which water is selectively permeated from a 90 ° C. water / acetic acid mixed solution (10/90 wt%) by a pervaporation method using an inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite subjected to hot water treatment 6 Was performed in the same manner as in Comparative Example 1.
The permeation performance after 5 hours was as follows: permeation flux: 2.3 kg / (m 2 · h), separation factor: 91000, concentration of water in the permeate: 99.99% by weight. The water permeance was 1.6 × 10 −6 mol / (m 2 · s · Pa).
From the comparison between Comparative Example 5 and Example 7, it can be seen that the “hot water treatment 6” improved the separation factor by 48 times.

(比較例6)
比較例1と同じ条件で無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を作製した。SEM−EDXにより、ゼオライト膜のSiO/Alモル比を測定した結果、生成した膜のSiO/Alモル比は17であった。XPSによりゼオライト膜表面のSiO/Alモル比を測定した結果、ゼオライト膜表面のSiO/Alモル比は32.4であった。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75℃の水/フェノール混合溶液(10/90重量
%)から水を選択的に透過させる分離を比較例1と同様に行った。3時間後の透過成績は
、透過流束:5.8kg/(m・h)、分離係数:700、透過液中の水の濃度:98.78重量%、フェノールの濃度は1.22重量%であった。水のパーミエンスであらわすと、2.9×10−6mol/(m・s・Pa)であった。
(Comparative Example 6)
An inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite was produced under the same conditions as in Comparative Example 1. The SEM-EDX, the results of measuring the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite membrane, SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the produced film was 17. Results of the measurement of the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite membrane surface by XPS, SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite membrane surface was 32.4. Separation of selectively permeating water from a 75 ° C. water / phenol mixed solution (10/90 wt%) by pervaporation using the obtained inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite 1 was performed. The permeation results after 3 hours were as follows: permeation flux: 5.8 kg / (m 2 · h), separation factor: 700, water concentration in the permeate: 98.78% by weight, phenol concentration: 1.22% %Met. The water permeance was 2.9 × 10 −6 mol / (m 2 · s · Pa).

(実施例8)
比較例1と同じ条件で作製した無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を作製に処理温度を100℃、処理時間を19時間とした以外は実施例1と同様の条件で温水処理を施した。以下、この処理を「温水処理7」という。
温水処理7を施し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75℃の水/フェノール混合溶液(10/90重量%)から水を選択的に透過させる分離を比較例1と同様に行った。3時間後の透過成績は、透過流束:5.8kg/(m・h)、分離係数:3200、透過液中の水の濃度:99.72重量%、
フェノールの濃度は0.28重量%であった。水のパーミエンスであらわすと、3.0×10−6mol/(m・s・Pa)であった。
(Example 8)
A hot water treatment was carried out under the same conditions as in Example 1 except that the treatment temperature was set to 100 ° C. and the treatment time was set to 19 hours to produce an inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite produced under the same conditions as in Comparative Example 1. gave. Hereinafter, this treatment is referred to as “warm water treatment 7”.
Separation in which water is selectively permeated from a 75 ° C. water / phenol mixed solution (10/90 wt%) by a pervaporation method using an inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite subjected to hot water treatment 7 Was performed in the same manner as in Comparative Example 1. The permeation results after 3 hours were as follows: permeation flux: 5.8 kg / (m 2 · h), separation factor: 3200, concentration of water in the permeate: 99.72% by weight,
The phenol concentration was 0.28% by weight. The water permeance was 3.0 × 10 −6 mol / (m 2 · s · Pa).

(実施例9)
比較例1と同じ条件で無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を作製した。SEM−EDXにより、ゼオライト膜のSiO/Alモル比を測定した結果、生成した膜のSiO/Alモル比は17であった。XPSによりゼオライト膜表面のSiO/Alモル比を測定した結果、ゼオライト膜表面のSiO/Alモル比は32.4であった。
Example 9
An inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite was produced under the same conditions as in Comparative Example 1. The SEM-EDX, the results of measuring the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite membrane, SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the produced film was 17. Results of the measurement of the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite membrane surface by XPS, SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite membrane surface was 32.4.

得られた無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を脱塩水135gとテトラエトキシシラン(TEOS)2.5gおよび酢酸4.05gが入ったテフロン(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、100℃で20時間、自生圧力下で加熱し、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取りだし、脱塩水で洗浄した。以下、この処理を「温水処理8」という。温水処理8に用いた処理液のpHは2.8であり、H濃度は0.0016mol/l、Si含有量が0.24質量%であった
The obtained inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite was immersed vertically in a Teflon (registered trademark) inner cylinder containing 135 g of demineralized water, 2.5 g of tetraethoxysilane (TEOS) and 4.05 g of acetic acid. Then, the autoclave was sealed, heated at 100 ° C. for 20 hours under an autogenous pressure, allowed to cool after a predetermined time, and then the support-zeolite membrane composite was taken out and washed with demineralized water. Hereinafter, this treatment is referred to as “warm water treatment 8”. The pH of the treatment solution used for the hot water treatment 8 was 2.8, the H + concentration was 0.0016 mol / l, and the Si content was 0.24% by mass.

温水処理8を施した無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体のゼオライト膜表面のSiO/Alモル比をXPSにより測定した結果は60.4であった。
温水処理8を行う前の無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体のバルクでのSiO/Al比に比べ温水処理8を行った後の膜表面のSiO/Al比は増加していた。したがって、ゼオライト膜表面がシリカで修飾されていると推測された。
The SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio on the zeolite membrane surface of the inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite subjected to the hot water treatment 8 was measured by XPS to be 60.4.
SiO 2 / Al 2 O before the inorganic porous support -CHA type zeolite membrane SiO 2 / Al 2 O 3 ratio film surface after the hot water treatment 8 compared with the composite material of the bulk of performing hot water treatment 8 The 3 ratio was increasing. Therefore, it was estimated that the zeolite membrane surface was modified with silica.

温水処理8を施し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75℃の水/フェノール混合溶液(10/90重量%)から水を選択的に透過させる分離を比較例1と同様に行った。
3時間後の透過成績は、透過流束:5.2kg/(m・h)、分離係数:75000、透過液中の水の濃度:99.99重量%、フェノールの濃度は0.01重量%であった。水のパーミエンスであらわすと、2.7×10−6mol/(m・s・Pa)であった。評価結果を表3に示す。
Water is selectively permeated from a 75 ° C. water / phenol mixed solution (10/90 wt%) by a pervaporation method using an inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite subjected to hot water treatment 8. Separation was performed as in Comparative Example 1.
The permeation results after 3 hours were as follows: permeation flux: 5.2 kg / (m 2 · h), separation factor: 75000, water concentration in the permeate: 99.99 wt%, phenol concentration was 0.01 wt. %Met. The water permeance was 2.7 × 10 −6 mol / (m 2 · s · Pa). The evaluation results are shown in Table 3.

比較例6と実施例8の比較から、「温水処理7」によって温水処理したことにより、分離係数が5倍に向上したことが分かる。
また比較例6と実施例9の比較から、「温水処理8」によってSi元素存在下で温水処理をしたことにより、分離係数が100倍に向上したことが分かる。
From a comparison between Comparative Example 6 and Example 8, it can be seen that the separation factor was improved by a factor of 5 by performing the warm water treatment with “warm water treatment 7”.
Moreover, it can be seen from the comparison between Comparative Example 6 and Example 9 that the separation factor was improved 100 times by performing the warm water treatment in the presence of the Si element by “warm water treatment 8”.

(実施例10)
比較例2と同じ条件で無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を作製した。得られた無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体に温水処理7を施した。温水処理7を施し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75℃の水/フェノール混合溶液(10/90重量%)から水を選択的に透過させる分離を比較例1と同様に行った。3時間後の透過成績は、透過流束:3.6kg/(m・h)、分離係数:90000、透過液中の水の濃度:99.99重量%であった。水のパーミエンスであらわすと、1.8×10−6mol/(m・s・Pa)であった。
(Example 10)
An inorganic porous support-CHA-type zeolite membrane composite was produced under the same conditions as in Comparative Example 2. The obtained inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite was subjected to hot water treatment 7. Separation in which water is selectively permeated from a 75 ° C. water / phenol mixed solution (10/90 wt%) by a pervaporation method using an inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite subjected to hot water treatment 7 Was performed in the same manner as in Comparative Example 1. The permeation performance after 3 hours was as follows: permeation flux: 3.6 kg / (m 2 · h), separation factor: 90000, and water concentration in the permeate: 99.99 wt%. The water permeance was 1.8 × 10 −6 mol / (m 2 · s · Pa).

実施例10により、ムライトチューブを使用した場合でも、共沸混合物である水/フェノール混合物に対して、高い分離係数を示した。   According to Example 10, even when a mullite tube was used, a high separation factor was shown with respect to the water / phenol mixture which is an azeotropic mixture.

(実施例11)
比較例2と同じ条件で無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を作製した。得られた無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を、脱塩水130gとテトラエトキシシラン(TEOS)2.5gが入ったテフロン(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、100℃で24時間、自生圧力下で加熱し、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取り出し、脱塩水で洗浄した。洗浄後の支持体−ゼオライト膜複合体に、乾燥処理として大気中170℃で1時間の熱処理を施した
。以下この処理を「温水処理9」という
この温水処理9を施した無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を用いて、ベーパーパーミエーション法により、水/酢酸混合溶液(10/90wt%)から水を選択的に透過させる分離を行った。無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体は130℃の恒温槽内に設置し、水/酢酸混合溶液を0.8cm/minの流量で気化器に送液し、全量を気化させて無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体に供給した。1.5時間後の透過成績は、透過流束:0.61kg/(m・h)、分離係数:7800、透過液中の水の濃度:99.89重量%であった。水のパーミエンスで表すと、3.4×10−7mol/(m・s・Pa)であった。
(Example 11)
An inorganic porous support-CHA-type zeolite membrane composite was produced under the same conditions as in Comparative Example 2. The obtained inorganic porous support-CHA-type zeolite membrane composite was immersed in a Teflon (registered trademark) inner cylinder containing 130 g of demineralized water and 2.5 g of tetraethoxysilane (TEOS) in the vertical direction to obtain an autoclave. Sealed, heated at 100 ° C. for 24 hours under an autogenous pressure, allowed to cool after a predetermined time, and then the support-zeolite membrane composite was taken out and washed with demineralized water. The washed support-zeolite membrane composite was subjected to heat treatment at 170 ° C. for 1 hour in the air as a drying treatment. Hereinafter, this treatment is referred to as “warm water treatment 9”. A water / acetic acid mixed solution (10/90 wt%) is obtained by vapor permeation using the inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite subjected to the warm water treatment 9. Separation allowing selective permeation of water was performed. The inorganic porous support-CHA-type zeolite membrane composite is placed in a constant temperature bath at 130 ° C., and the water / acetic acid mixed solution is sent to the vaporizer at a flow rate of 0.8 cm 3 / min to vaporize the entire amount. The inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite was supplied. The permeation results after 1.5 hours were a permeation flux: 0.61 kg / (m 2 · h), a separation factor: 7800, and a water concentration in the permeate: 99.89% by weight. The water permeance was 3.4 × 10 −7 mol / (m 2 · s · Pa).

実施例11により、本発明の製造方法により得られたゼオライト膜複合体は、ベーパーパーミエーション法によっての分離にも好適であることが示された。   Example 11 showed that the zeolite membrane composite obtained by the production method of the present invention was also suitable for separation by the vapor permeation method.

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

1 スターラー
2 湯浴
3 撹拌子
4 被分離液
5 ゼオライト膜複合体
6 ピラニゲージ
7 透過液捕集用トラップ
8 コールドトラップ
9 真空ポンプ
10 被分離液
11 送液ポンプ
12 気化器
13 恒温槽
14 ゼオライト膜複合体モジュール
15 被分離液回収用トラップ
16 透過液捕集用トラップ
17 コールドトラップ
18 真空ポンプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Stirrer 2 Hot water bath 3 Stirrer 4 Liquid to be separated 5 Zeolite membrane composite 6 Pirani gauge 7 Permeate collection trap 8 Cold trap 9 Vacuum pump 10 Liquid to be separated 11 Liquid feed pump 12 Vaporizer 13 Constant temperature bath 14 Zeolite membrane composite Body module 15 Trap for collecting separated liquid 16 Trap for collecting permeate 17 Cold trap 18 Vacuum pump

Claims (11)

SiO/Alモル比5以上のゼオライトを含むゼオライト膜を、水熱合成により、多孔質支持体上に形成させてゼオライト膜複合体とし、該ゼオライト膜複合体を、温度50℃以上で加熱処理した後に、温度40℃以上300℃以下の水のみ、又は、Siを20質量%以下含む水に1時間以上浸漬することを特徴とする多孔質支持体−ゼオライト膜複合体の製造方法。 A zeolite membrane containing a zeolite having a SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of 5 or more is formed on a porous support by hydrothermal synthesis to form a zeolite membrane composite, and the zeolite membrane composite is heated to a temperature of 50 ° C. or higher. in after heat treatment, only the following water 300 ° C. temperature of 40 ° C. or higher, or a porous support, characterized in that immersing least 1 hour in water containing Si more than 20 wt% - the manufacturing method of the zeolite membrane composite . 前記水に含まれるSiの量が、0.01質量%以上である、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the amount of Si contained in the water is 0.01% by mass or more. 前記Siを含む更に酸を含む、請求項2に記載の方法。 Including more acid water containing the Si, A method according to claim 2. 前記酸が、無機酸、カルボン酸、スルホン酸のいずれかの酸である、請求項3に記載の方法。   The method according to claim 3, wherein the acid is one of an inorganic acid, a carboxylic acid, and a sulfonic acid. 前記酸が、硫酸、硝酸、燐酸、酢酸、ギ酸、乳酸のいずれかの酸である、請求項3または4に記載の方法。   The method according to claim 3 or 4, wherein the acid is one of sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, acetic acid, formic acid, and lactic acid. 加熱処理が焼成である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the heat treatment is baking. 水への浸漬が密閉可能な加熱容器中で行われる、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the immersion in water is performed in a heatable container that can be sealed. 水中のOH−1イオン濃度が0.05mol/L以下である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法。 The method of any one of Claims 1-7 whose OH- 1 ion concentration in water is 0.05 mol / L or less. 水中のHイオン濃度が0.00001mol/L以上である、請求項2〜7のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 2 to 7, wherein the H + ion concentration in water is 0.00001 mol / L or more. 水への浸漬後、更に加熱処理を行う、請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 9, wherein heat treatment is further performed after immersion in water. 有機物を含む気体または液体の混合物を、請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法により製造された多孔質支持体―ゼオライト膜複合体に接触させて、該混合物から、透過性の高い物質を透過させて分離することを特徴とする分離方法。 A gas or liquid mixture containing an organic substance is brought into contact with the porous support-zeolite membrane composite produced by the method according to any one of claims 1 to 10 , and the mixture is highly permeable. A separation method characterized by permeating and separating a substance.
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